การออกแบบส่วนผสมคอนกรีต (Concrete Mix Design)

การออกแบบส่วนผสมคอนกรีต(Concrete Mix Design) นางสาวสุฑารัตน์ สงค์ประเสริฐ รหัสนักศึกษา 5210110664 3EnE

1.ขณะผสมคอนกรีตเสร็จใหม่ๆ มีความข้นเหลวเหมาะในการทำงาน เช่น เทลงแบบหล่อง่าย สะดวกต่อการอัดแน่น มีการกระจายวัสดุสม่ำเสมอ 2.เมื่อคอนกรีตแข็งตัวแล้ว ต้องมีกำลัง และความคงทนต่อสภาพใช้งาน 3.มีราคาเหมาะกับคุณภาพ ส่วนผสมถูกต้องจะช่วยให้ได้คอนกรีตราคาถูกลง

ความข้นเหลวของคอนกรีตที่เหมาะกับงานก่อสร้าง ตามข้อแนะนำ ACI (American Concrete Institute)

คอนกรีตอาจแบ่งตามกำลังอัดได้ 3 ชนิด คือ • คอนกรีตหยาบ มีกำลังอัดต่ำกว่า 100 กก./ซม.2คอนกรีตชนิดนี้ไม่เหมาะสำหรับใช้เป็นคอนกรีตโครงสร้าง เนื่องจากมีกำลังอัดต่ำ คงทนต่อการใช้งานต่ำ ผุกร่อนได้ง่าย จึงมักใช้เป็นคอนกรีตรองพื้น หรืองานที่ไม่สำคัญ • คอนกรีตกำลังปกติมีกำลังอัดตั้งแต่ 100 กก./ซม.2 - 500 กก./ซม.2นิยมใช้เป็นคอนกรีตโครงสร้างที่รับน้ำหนักปานกลาง กำลังอัดที่ใช้ไม่ควรต่ำกว่า 150 กก./ซม.2 สำหรับงานคอนกรีตอัดแรง คอนกรีตควรมีกำลังอัดตั้งแต่ 350 กก./ซม.2-500 กก./ซม.2 โดยเลือกตามความเหมาะสมกับการทำงานและใช้งาน เช่น ขนาดของโครงสร้าง น้ำหนักบรรทุก สภาวะแวดล้อม และประสิทธิภาพของการผลิตคอนกรีต • คอนกรีตกำลังสูง (High Strength Concrete) มีกำลังอัดตั้งแต่ 500 กก./ซม.2 ขึ้นไป คอนกรีตชนิดนี้เหมาะสำหรับโครงสร้างที่รับน้ำหนักมากๆ เช่น อาคารสูง เพราะจะช่วยลดทั้งปริมาณและน้ำหนักของคอนกรีต และช่วยลดค่าก่อสร้าง ปัจจุบัน มีการพัฒนาคอนกรีตกำลังสูงให้ใช้สำหรับก่อสร้างได้สะดวกและมีประสิทธิภาพ

การออกแบบตามมาตรฐานอเมริกา หรือ ACI (American Concrete Institute) แท่งตัวอย่างเป็นทรงกระบอก โดยทั่วไปนิยมใช้มาตรฐานนี้ • การออกแบบตามมาตรฐานอังกฤษ หรือ BS (British Standard) แท่งตัวอย่างเป็นทรงลูกบาศก์ อาศัยข้อมูลจากกราฟและตาราง 0.15m 0.3m 0.15m 0.15m

กำหนดกำลังอัดของคอนกรีตที่ต้องการ แล้วออกแบบคอนกรีตให้มีกำลังอัดสูงกว่าที่ต้องการ แสดงเป็นสมการได้ดังนี้ fcr = f 'c + k.s fcr =กำลังอัดเป้าหมายเฉลี่ย(Target Average Strength) f 'c =กำลังอัดที่ต้องการ (Required Strength) k.s =ส่วนเผื่อ ประกอบด้วย k ค่าคงที่ s ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานของกำลังอัด จากก้อนตัวอย่าง 30 ค่า หรือมากกว่า

ค่ามาตรฐาน k (จากหลักสถิติเรื่องการแจกแจงความถี่มาตรฐาน)

มาตรฐาน ACI ยังกำหนดมาตรฐานการควบคุมคุณภาพคอนกรีตโดยใช้ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานสำหรับความไม่แน่นอนโดยรวม (Overall variation) และสัมประสิทธิ์ของความไม่แน่นอนในกระบวนการทดสอบ (Within-test variation) มาตรฐานการควบคุมคุณภาพคอนกรีต (ACI 214)ความไม่แน่นอนในภาพรวม (Overall Variation)

มาตรฐานการควบคุมคุณภาพคอนกรีต (ACI 214)ความไม่แน่นอนในกระบวนการทดสอบ (Within-Test Variation)

ตัวอย่างที่ 1การก่อสร้างอาคารหลังหนึ่งกำหนดให้ใช้คอนกรีตกำลังอัดไม่ต่ำกว่า 240 กก./ซม.2โดยยอมให้กำลังอัดจากตัวอย่างบางส่วนต่ำกว่าค่าที่กำหนดไม่เกินร้อยละ 10 ถ้าผู้ผลิตคอนกรีตมีความสามารถในการผสมคอนกรีตโดยมีค่าเบี่ยงเบนมาตรฐาน (S) 40 กก./ซม.2 ผู้ผลิตจะต้องออกแบบส่วนผสมคอนกรีตให้มีกำลังอัดเป้าหมาย (Required Strength) เท่าไร วิธีทำ จาก fcr = f 'c + k.s = 240 + (1.28 x 40) กก./ซม.2 = 240 + 51 กก./ซม.2 = 291 กก./ซม.2 หรือให้fcr= 300 กก./ซม.2 ดังนั้น ผู้ผลิตต้องออกแบบส่วนผสมให้มีกำลังอัดประมาณ 300 กก./ซม.2

ในกรณีที่ข้อมูลมีไม่เพียงพอ หรือไม่มีข้อมูลสำหรับการวิเคราะห์ มาตรฐานสถาบันคอนกรีตอเมริกา (ACI 318) ได้ให้ข้อกำหนดเพื่อหากำลังอัดของคอนกรีตที่ต้องการดังนี้ ส่วนเผื่อของกำลังอัดเมื่อไม่มีข้อมูลใดๆ

ต้องทดสอบหาคุณสมบัติทางกายภาพต่างๆ ดังนี้ • ความถ่วงจำเพาะ (Specific Gravity) ของ ปูนซีเมนต์ ทราย และหิน • ความหนาแน่น (Unit Weight) ของ ปูนซีเมนต์ ทราย และหิน • การดูดซับความชื้น (Absorption) ของ ทราย และหิน • ขนาดใหญ่สุดของหินที่ใช้ • Fineness Modulus ของทราย และหิน

คุณสมบัติต่างๆตามมาตรฐาน ACI • ปูนซีเมนต์ ความถ่วงจำเพาะตามมาตรฐาน ASTM C188 แต่สามารถใช้ค่า 3.15 สำหรับปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ทั่วไป • มวลรวม -ขนาดคละ ควรมีส่วนคละตามมาตรฐานASTM C 33 -ความถ่วงจำเพาะ ทราย ทดสอบมาตรฐาน ASTM C128 หิน ทดสอบตามมาตรฐาน ASTM C 127 -ความชื้น ทดสอบตามมาตรฐาน ASTM C 70 และ ASTM C 566 -ความละเอียดของทราย ทดสอบตามมาตรฐาน ASTM C125 -หน่วยน้ำหนักของมวลรวม ทดสอบตามมาตรฐาน ASTM C29

ขั้นตอนการออกแบบ • มี 7 ขั้นตอน คือ • 1.เลือกค่ายุบตัวของคอนกรีตสด ให้เหมาะกับประเภทงาน • 2.เลือกขนาดโตสุดของหินสำหรับผสมคอนกรีต • 3.ปริมาณน้ำที่ต้องใช้สำหรับผสมคอนกรีตให้มีค่ายุบตัวตามต้องการ • 4. เลือกอัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์ • 5. คำนวณปริมาณปูนซีเมนต์ที่ต้องใช้ • 6.คำนวณน้ำหนักของหินที่ใช้สำหรับผลิตคอนกรีต • 7. คำนวณปริมาณทราย การออกแบบส่วนผสมคอนกรีตโดยวิธี ACI

1. เลือกค่ายุบตัวของคอนกรีตสด ให้เหมาะกับประเภทงาน • ค่ายุบตัวของคอนกรีตสดที่ใช้สำหรับงานก่อสร้างประเภทต่างๆ หมายเหตุ : ค่ายุบตัวอาจเพิ่มได้อีก 2 ซม. สำหรับการหล่อคอนกรีตด้วยการกระทุ้งแน่นด้วยมือ โดยไม่ใช้เครื่องสั่นคอนกรีต (Vibrator) การออกแบบส่วนผสมคอนกรีตโดยวิธี ACI

การออกแบบส่วนผสมคอนกรีตโดยวิธี ACI 2. เลือกขนาดโตสุดของหินสำหรับผสมคอนกรีต • ไม่โตเกิน 1/5 ของส่วนแคบที่สุดของแบบหล่อ • ไม่โตเกิน 1/3 ของความหนาของแผ่นพื้น • ไม่โตเกิน 3/4 ของขนาดช่องว่างระหว่างเหล็กเสริม ขนาดโตสุดของหินสำหรับงานก่อสร้างประเภทต่างๆ

การออกแบบส่วนผสมคอนกรีตโดยวิธี ACI 3. ปริมาณน้ำที่ต้องใช้สำหรับผสมคอนกรีตให้มีค่ายุบตัวตามต้องการ ปริมาณน้ำที่ต้องการสำหรับค่ายุบตัวและหินขนาดต่างๆ สำหรับคอนกรีตที่ไม่ใช้สารกระจายกักฟองอากาศ (Non-Air Entraining Concrete)

การออกแบบส่วนผสมคอนกรีตโดยวิธี ACI ปริมาณน้ำที่ต้องการสำหรับค่ายุบตัวและหินขนาดต่างๆสำหรับคอนกรีตที่ใช้สารกระจายกักฟองอากาศ (Air Entraining Concrete) น้ำหนักน้ำสำหรับผสมคอนกรีต 1 ลบ.มWw= Ww กก. Solid Volume ของน้ำในคอนกรีต 1 ลบ.ม VW = WW /gW ลบ.ม

การออกแบบส่วนผสมคอนกรีตโดยวิธี ACI 4. เลือกอัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์ อัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์สูงสุด สำหรับคอนกรีตที่ต้องผจญกับสภาวะแวดล้อมรุนแรง • ถ้าใช้ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ทนซัลเฟต(Type II หรือ Type V) อาจเพิ่ม W/C ได้อีก 0.05

การออกแบบส่วนผสมคอนกรีตโดยวิธี ACI ความสัมพันธ์ระหว่างอัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์กับกำลังอัดประลัยของคอนกรีต ตารางนี้สำหรับแท่งตัวอย่างรูปทรงกระบอกขนาดมาตรฐาน 15 x 30 ซม. ถ้าตัวอย่างลูกบาศก์ ค่ากำลังประลัยจะสูงกว่าค่าในตารางประมาณ 20 %

การออกแบบส่วนผสมคอนกรีตโดยวิธี ACI 5. คำนวณปริมาณปูนซีเมนต์ที่ต้องใช้

การออกแบบส่วนผสมคอนกรีตโดยวิธี ACI 6. คำนวณน้ำหนักของหินที่ใช้สำหรับผลิตคอนกรีต ACI ให้แนวทางสำหรับปริมาตรหินที่ใช้ผลิตคอนกรีต 1 ลบ.ม ในตารางข้างล่าง ปริมาตรนี้เป็นปริมาตรรวมอัดแน่น (Bulk volume of dry - rodded aggregate) ปริมาตรของหินต่อหน่วยปริมาตรของคอนกรีต

การออกแบบส่วนผสมคอนกรีตโดยวิธี ACI น้ำหนักหินสำหรับผสมคอนกรีต 1 ลบ.ม Wg = gg. V กก.

การออกแบบส่วนผสมคอนกรีตโดยวิธี ACI 7. คำนวณปริมาณทราย • 1. คำนวณปริมาตร (Solid Volume) ของทรายในคอนกรีตจาก Vs = 1 - Vc - Vw - Vg - Va โดย Vc = Solid Volume ของปูนซีเมนต์ Vw = Solid Volume ของน้ำ Vg = Solid Volume ของหิน Va = Volume ของฟองอากาศในคอนกรีต • 2. คำนวณน้ำหนักของทราย Ws = Gs.Vs.w จากขั้นตอนนี้ สามารถคำนวณวัสดุทั้งหมดที่ใช้สำหรับผลิตคอนกรีต 1 ลบ.ม ได้ น้ำหนักคอนกรีต 1 ลบ.ม = Wc + Ww + Wg + Ws กก.

การออกแบบส่วนผสมคอนกรีตโดยวิธี ACI การปรับส่วนผสมด้วยการทดลองผสม ส่วนผสมที่คำนวณได้ เป็นค่าโดยประมาณ เพราะได้มาจากข้อแนะนำ ACI ผู้คำนวณต้องทำการทดลองผสมจริงในห้องปฏิบัติการตามสัดส่วนที่คำนวณได้ เพื่อดูว่าคอนกรีตสดมีความข้นเหลวตามต้องการหรือไม่ หากต้องการให้คอนกรีตมีค่ายุบตัวเพิ่มขึ้นหรือลดลง 1 ซม. จะต้องเพิ่มหรือลด ในส่วนผสม 2 ลิตรต่อคอนกรีต 1 ลบ.ม แต่การเพิ่มหรือลดน้ำจะทำให้อัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์เปลี่ยนไป ดังนั้น จะต้องปรับเปลี่ยนปริมาณปูนซีเมนต์ เพื่อรักษา w/c ให้คงที่

ตัวอย่างที่ 2 หาส่วนผสมคอนกรีตสำหรับงานเสา คสล ต้องการกำลังอัดเฉลี่ย (fc') ของคอนกรีตทรงกระบอกที่อายุ 28 วัน เท่ากับ 250 ksc มีโอกาสที่ก้อนตัวอย่างมีกำลังอัดต่ำกว่าที่ต้องการไม่เกิน 5 % (k = 1.65) ผู้ผลิตคอนกรีตสามารถผลิตโดยมีค่าเบี่ยงเบนมาตรฐาน 30 กก./ซม.2ใช้ปูนซีเมนต์ประเภท 1 SG 3.15 ใช้หินขนาดโตสุด 3/4" SG2.70 ค่าดูดซึม 0.5 % ความหนาแน่นอัดแน่น 1600 กก./ม3 ใช้ทราย SG 2.60 ค่าดูดซึม 0.7 % โมดูลัสความละเอียด 2.80 วิธีทำ 1. กำลังอัดเป้าหมายที่ต้องผลิต = fc' + ks = 250 + (1.65 x 30) = 300 ksc 2. จากค่ายุบตัว 8 - 10 ซม และหินขนาดใหญ่สุด 3/4" ปริมาณน้ำที่ต้องใช้ = 200ลิตร/ลบ.ม 3. อัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์ = 0.55

5. น้ำหนักของหินแห้งที่ต้องใช้ = 0.62 x 1600 = 992 กก./ลบ.ม น้ำหนักหินอิ่มตัวผิวแห้ง = 992 x 1.005= 997 กก./ลบ.ม • 6.หาปริมาณของทราย ปริมาตรเนื้อวัสดุต่างๆ สำหรับคอนกรีต 1 ลบ.ม

ปริมาตรฟองอากาศ = 0.02 x 1.0 = 0.020 ม3 ปริมาตรทั้งหมดยกเว้นทราย = 0.705 ม3 ปริมาตรทราย = 1.0 - 0.705 = 0.295 ม3 น้ำหนักทรายอิ่มตัวผิวแห้ง= 2.60 x 0.295 x 1000 = 767 กก. สรุป คอนกรีต 1 ลบ.ม ใช้ปริมาณวัสดุดังนี้ ปูนซีเมนต์= 364 กก. น้ำ= 200 กก. หินอิ่มตัวผิวแห้ง = 997 กก. ทรายอิ่มตัวผิวแห้ง= 767กก. รวมน้ำหนัก = 2,328 กก.ANS สัดส่วนโดยน้ำหนัก ปริมาตรปูน +น้ำ+ หิน +ฟองอากาศ Ws = Gs.Vs.w 1 2.74 2.11 1 : 2.11 : 2.74

ตัวอย่างที่ 3 จากตัวอย่างที่ 2 ถ้าทรายและหินในสนามมีความชื้น 2.25 % และ 1.02 % ตามลำดับ จงหาว่าจะต้องลดปริมาณน้ำที่ใช้ผสมคอนกรีตลงเท่าไร และต้องใช้หิน ทราย เหล่านี้เท่าไร • วิธีทำ ค่าการดูดซึม น้ำส่วนเกินที่อยู่ในทราย = 767 x (0.0225 - 0.007) = 12 กก. น้ำส่วนเกินที่อยู่ในหิน = 997 x (0.0102 - 0.005) = 5กก. รวมน้ำส่วนเกินในหินทราย = 12 + 5 = 17 กก. ต้องลดน้ำที่ใช้ผสมคอนกรีตเหลือ = 200 - 17 = 183กก. ชั่งน้ำหนักทราย = 767 + 12 = 779กก. ชั่งน้ำหนักหิน = 997 + 5 = 1,002 กก. ANS

ตัวอย่างที่ 4 จากสัดส่วนการผสมคอนกรีต กำหนดให้ใช้สัดส่วนการผสมเป็น 1 : 1.8 : 3.6 โดยน้ำหนัก และ Water Cement Ratio = 0.6 กำหนดให้ความถ่วงจำเพาะของปูนซีเมนต์ ทราย และหิน เท่ากับ 3.15, 2.66 และ 2.72 ตามลำดับ จงหาปริมาณวัสดุที่ใช้ในการผสมคอนกรีต 1ลบ.ม วิธีทำ จากอัตราส่วนการผสม ปูนซีเมนต์ : ทราย : หิน = 1 : 1.8 : 3.6 สมมติ ใช้ปูนซีเมนต์ = 1 ถุง = 50 กก. น้ำหนักทราย= 1.8 x 50 = 90 กก. น้ำหนักหิน= 3.6 x 50 = 180 กก. น้ำหนักน้ำ= 0.6 x 50 = 30 กก. ดังนั้น ปริมาตรของคอนกรีตที่ได้จากวัสดุทั้งหมดเมื่อใช้ปูน 50 กก.

รวมปริมาตรของเนื้อวัสดุ= 0.1459 ม3 ปริมาตรฟองอากาศ2 % = 0.02 x 0.1459 = 0.0029ม3 รวมปริมาตรคอนกรีตที่ได้= 0.1488 ม3 เมื่อคอนกรีต 0.1488 ม3 ได้จากปูนซีเมนต์ 50 กก.

ทราย= 1.8 x 336= 604 กก. หิน = 3.6 x 336= 1,210 กก. น้ำ= 0.6 x 336= 202กก. รวมน้ำหนักคอนกรีต 1 ลูกบาศก์เมตร= 2,352 กก.ANS

ตัวอย่างที่ 5 จากสัดส่วนการผสมคอนกรีต กำหนดให้ใช้สัดส่วนการผสมเป็น 1 : 2 : 3.8 โดยปริมาตร และ Water Cement Ratio = 0.6 กำหนดให้ความถ่วงจำเพาะของปูนซีเมนต์ ทราย และหิน เท่ากับ 3.15, 2.66 และ 2.72 ตามลำดับ Loose Unit Weight ของ ปูนซีเมนต์ ทราย และหินเท่ากับ 1250, 1450 และ 1380 กก./ลบ.ม ตามลำดับ จงหาปริมาณวัสดุที่ใช้ในการผสมคอนกรีต 1 ลูกบาศก์เมตร วิธีทำ จากอัตราส่วนการผสม ปูนซีเมนต์ : ทราย : หิน = 1 : 2 : 3.8 โดยปริมาตร สมมติใช้ปูนซีเมนต์ 1 ถุง = 50 กก.

ปริมาตร (Bulk Volume) ของทราย= 2 x 0.040 = 0.080 ม3 ปริมาตร (Bulk Volume) ของหิน= 3.8 x 0.040 = 0.152 ม3 น้ำหนักทราย= 0.080 x 1,450 = 116 กก. น้ำหนักหิน= 0.152 x 1,380 = 210 กก. น้ำหนักน้ำ= 0.6 x 50 = 30 กก.

รวมปริมาตรของเนื้อวัสดุ 0.0159+0.0300+0.0436+0.0772 = 0.1667 ม3 ปริมาตรฟองอากาศ2 % = 0.02 x 0.1667 = 0.0033ม3 รวมปริมาตรคอนกรีตที่ได้ = 0.1667+0.0033 = 0.1700ม3 เมื่อคอนกรีต 0.1700 ม3 ได้จากปูนซีเมนต์ 50 กก. น้ำ = 0.6 x 294 = 176 กก. รวมน้ำหนักคอนกรีต 1 ลูกบาศก์เมตร = 294+682+1,235+176 = 2,387 กก.

__________________________ ปริมาตร (Bulk Volume) ของวัสดุต่างๆ ที่ใช้ในการผสมคอนกรีต 1 ลบ.ม ANS

การแปลงสัดส่วนโดยน้ำหนัก เป็น สัดส่วนโดยปริมาตร จากความสัมพันธ์ระหว่าง น้ำหนัก กับ ปริมาตร ปริมาตรปูนซีเมนต์ VC = WC / C ปริมาตรทราย VS= WS / S ปริมาตรหิน Vg= Wg/ g

สัดส่วนโดยปริมาตร • VC : VS : Vg = WC / C : WS / S : Wg/ g เอา WC / Cหารตลอด C, Sและ g = Loose Unit Weight ของ ซีเมนต์ ทราย และหิน ตามลำดับ

ตัวอย่างที่ 6 จากตัวอย่างที่ 2 สัดส่วนของส่วนผสมคอนกรีต 1 ลบ.ม เท่ากับ 364 กก.: 767 กก.: 997 กก.(1 : 2.11 : 2.74) ถ้าความหนาแน่นหลวมของ ซีเมนต์ ทราย และ หิน เท่ากับ 1250, 1450 และ 1350 กก./ลบ.ม ตามลำดับ จงหาสัดส่วนโดยปริมาตร • วิธีทำ ดังนั้น สัดส่วนโดยปริมาตร จะเท่ากับ 1 : 1.82 : 2.54 ANS

จบการนำเสนอTHANKYOU

การออกแบบส่วนผสมคอนกรีต (Concrete Mix Design)