เครื่องคำนวณอัตราส่วนออกแบบส่วนผสม

การออกแบบส่วนผสมคอนกรีตคืออะไร?

การออกแบบส่วนผสมคอนกรีตคือกระบวนการเลือกอัตราส่วนของปูนซีเมนต์ น้ำ มวลรวมละเอียด (ทราย) และมวลรวมหยาบ (กรวดหรือหินบด) เพื่อผลิตคอนกรีตที่ตรงตามกำลังอัด ความสามารถในการใช้งาน และความทนทานเป้าหมาย เป้าหมายคือการบรรลุสมรรถนะที่ต้องการด้วยต้นทุนที่ต่ำที่สุดในทางปฏิบัติ ในขณะที่มั่นใจว่าคอนกรีตมีความสามารถในการใช้งานเพียงพอสำหรับการเทและอัดอย่างเหมาะสม ส่วนผสมที่ออกแบบดีจะสมดุลระหว่างกำลัง ความทนทาน และความคุ้มค่า — การผิดพลาดในด้านใดด้านหนึ่งอาจนำไปสู่ความล้มเหลวของโครงสร้าง การเสื่อมสภาพก่อนเวลา หรือค่าใช้จ่ายที่ไม่จำเป็น

วิธีออกแบบส่วนผสม BRE

วิธี BRE (Building Research Establishment) เผยแพร่ครั้งแรกในสหราชอาณาจักรในชื่อ "Design of Normal Concrete Mixes" (ฉบับที่สอง ปี 1997) เป็นหนึ่งในแนวทางที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดสำหรับการออกแบบส่วนผสมคอนกรีต วิธีนี้ให้ขั้นตอนที่เป็นระบบเริ่มจากกำลังลักษณะเฉพาะที่ต้องการและคำนวณย้อนกลับเพื่อหาอัตราส่วน w/c ปริมาณปูนซีเมนต์ ปริมาณน้ำ และอัตราส่วนมวลรวม วิธีนี้คำนึงถึงชนิดมวลรวม (กรวดเทียบกับหินบด) ขนาดมวลรวมสูงสุด และสภาพแวดล้อมที่คอนกรีตจะเผชิญ

ขั้นตอนเริ่มจากการคำนวณกำลังเฉลี่ยเป้าหมาย ซึ่งเท่ากับกำลังลักษณะเฉพาะที่กำหนดบวกค่าเผื่อที่คำนึงถึงความแปรปรวนตามธรรมชาติในการผลิตคอนกรีต สำหรับสภาวะมาตรฐาน ค่าเผื่อนี้มักอยู่ที่ 8 ถึง 12 MPa จากนั้นกำหนดอัตราส่วน w/c จากตารางเชิงประจักษ์ที่เชื่อมโยงกำลังเฉลี่ยเป้าหมายกับอัตราส่วน w/c สำหรับมวลรวมไม่บด (กรวด) หากใช้มวลรวมบด อัตราส่วน w/c สามารถเพิ่มขึ้นเล็กน้อย (โดยทั่วไป 0.03) เนื่องจากอนุภาคบดสร้างพันธะที่แข็งแรงกว่ากับซีเมนต์เพสต์เนื่องจากพื้นผิวเป็นเหลี่ยม

ทำไมชั้นการเปิดรับจึงสำคัญ

ชั้นการเปิดรับ กำหนดใน EN 206 และ BS 8500 อธิบายสภาพแวดล้อมที่คอนกรีตจะเผชิญตลอดอายุการใช้งาน ชั้น XC1 ถึง XC4 ครอบคลุมความเสี่ยงการกัดกร่อนจากคาร์บอเนชัน ตั้งแต่สภาพแวดล้อมในร่มแห้ง (XC1) ถึงสภาวะเปียก-แห้งสลับ (XC4) ชั้น XS1 ถึง XS3 ครอบคลุมการเปิดรับคลอไรด์จากน้ำทะเล ตั้งแต่เกลือในอากาศ (XS1) ถึงโซนน้ำขึ้น-ลงและกระเซ็น (XS3) แต่ละชั้นการเปิดรับกำหนดอัตราส่วน w/c สูงสุดที่อนุญาต — ตัวอย่างเช่น XS3 จำกัด w/c ไว้ที่ 0.40 โดยไม่คำนึงถึงผลการคำนวณกำลังเพียงอย่างเดียว เพื่อให้มั่นใจว่าคอนกรีตมีความกันซึมเพียงพอที่จะต้านทานการแทรกซึมของคลอไรด์และปกป้องเหล็กเสริมจากการกัดกร่อน

เครื่องคำนวณของเราใช้ค่าจำกัดชั้นการเปิดรับโดยอัตโนมัติหลังจากคำนวณอัตราส่วน w/c ตามกำลัง ดังนั้นคุณจะได้ค่าที่อนุรักษ์นิยมกว่า (ต่ำกว่า) เสมอ หากคุณเห็นว่าอัตราส่วน w/c ต่ำกว่าที่คาดสำหรับชั้นกำลังที่เลือก ชั้นการเปิดรับน่าจะเป็นปัจจัยควบคุม

กฎทั่วไปเทียบกับการออกแบบส่วนผสมทางวิศวกรรม

ช่างก่อสร้างและนักทำ DIY หลายคนใช้อัตราส่วนปริมาตรอย่างง่าย เช่น 1:2:4 (ปูนซีเมนต์:ทราย:มวลรวม) สำหรับคอนกรีตอเนกประสงค์ หรือ 1:1.5:3 สำหรับงานกำลังสูง กฎทั่วไปเหล่านี้สืบทอดมาหลายสิบปีและสามารถผลิตคอนกรีตที่เพียงพอสำหรับงานที่ไม่สำคัญ อย่างไรก็ตาม กฎเหล่านี้ไม่ได้คำนึงถึงคุณสมบัติเฉพาะของมวลรวมท้องถิ่น ชั้นกำลังปูนซีเมนต์จริง หรือสภาพการเปิดรับ ส่วนผสม 1:2:4 กับมวลรวมแหล่งหนึ่งอาจผลิตคอนกรีต C15 ในขณะที่อัตราส่วนเดียวกันกับมวลรวมอีกแหล่งอาจได้ C25

ตารางเปรียบเทียบในเครื่องคำนวณของเราแสดงให้เห็นว่าอัตราส่วนที่คำนวณตามวิธี BRE แตกต่างจากกฎทั่วไปสำหรับชั้นกำลังที่คุณเลือกอย่างไร ในกรณีส่วนใหญ่ คุณจะเห็นว่าส่วนผสมทางวิศวกรรมใช้ปูนซีเมนต์น้อยกว่าและมวลรวมมากกว่าที่อัตราส่วนอย่างง่ายแนะนำ เนื่องจากวิธี BRE ปรับปริมาณเพสต์ให้เหมาะสมตามอัตราส่วน w/c จริงและปริมาณน้ำที่ต้องการ การใช้ส่วนผสมทางวิศวกรรมช่วยประหยัดปูนซีเมนต์ (และด้วยเหตุนี้ต้นทุนและการปล่อยคาร์บอน) ในขณะที่ได้สมรรถนะเท่าเดิมหรือดีกว่า สำหรับงานโครงสร้างใดก็ตาม ควรใช้การออกแบบส่วนผสมทางวิศวกรรมที่ตรวจสอบด้วยการผสมทดลองในห้องปฏิบัติการเสมอ

ขนาดมวลรวมสูงสุดและปริมาณน้ำที่ต้องการ

มวลรวมขนาดใหญ่กว่าต้องการน้ำน้อยกว่าเพื่อให้ได้ความสามารถในการใช้งานเดียวกัน เนื่องจากมีพื้นที่ผิวรวมต่อหน่วยปริมาตรน้อยกว่า วิธี BRE กำหนดปริมาณน้ำอิสระประมาณ 205 กก./ม.³ สำหรับมวลรวม 10 มม. 185 กก./ม.³ สำหรับ 20 มม. และ 165 กก./ม.³ สำหรับ 40 มม. เนื่องจากปริมาณน้ำกำหนดปริมาณปูนซีเมนต์โดยตรง (ผ่านอัตราส่วน w/c) การเลือกมวลรวมขนาดใหญ่กว่าจะลดปริมาณปูนซีเมนต์ที่ต้องการและด้วยเหตุนี้ต้นทุน อย่างไรก็ตาม ขนาดมวลรวมสูงสุดมักถูกจำกัดโดยมิติต่ำสุดของชิ้นส่วนโครงสร้างและระยะห่างของเหล็กเสริม — กฎทั่วไปคือมวลรวมไม่ควรเกินหนึ่งในสี่ของมิติต่ำสุดของชิ้นส่วนหรือสามในสี่ของระยะห่างสุทธิระหว่างเหล็กเสริม