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1、混凝土配比設計,正修科技大學 江慶堂,大綱,ACI混凝土配比設計法 混凝土配比試拌 美國懇務局混凝土配比設計法 添加摻劑混凝土配比 緻密混凝土配比設計法 其他混凝土配比設計法,概要,混凝土配比之確定，先選擇一種配比設計方法計算，作為混凝土配比之基本數據，為能適合本地區之材質，必需經試驗室試拌及調整，再至產製混凝土之預拌廠試拌及調整後，始能確定配比；若有足夠可靠配比試驗資料，經統計分析可應用於工程上，以下將分別簡述：美國混凝土學會(ACI) 美國墾務局(Bureau of Reclamation) 緻密混凝土配比設計法這兩種混凝土配比設計法計算，混凝土配比試拌，試驗資料分析及應用。,ACI混凝土
2、配比設計計算,一、收集材料資料 1.拌和用水：應符合CNS13961混凝土拌和用水之規定。 2.膠結材料：包刮水泥(Cement)、水淬爐石粉(Slag)或飛灰(Fly ash)應符合CNS 之相關規範規定。 3.粗骨材：篩分析-瞭解骨材之級配狀況。粗石及細石之混合比例及混合後之級配符合CNS1240(或ASTM C-33)級配之要求。粗骨材乾燥搗實單位體積重d。比重(面乾內飽和之容積比重)及吸水率。 4.細骨材：篩分析-瞭解骨材之級配狀況及F.M。比重(面乾內飽和之容積比重)及吸水率。,二、混凝土條件 1.設計強度fc係指結構體設計時採用之混凝土強度。 2.工作度係指混凝土之坍度，依施工構件
3、及能力而選定。 3.粗骨材最大粒徑max依建築技術規則第339條，或ACI Code-3.3.2項之有關規範如下： 不得大於兩模板間最小淨距之五分之一。 不得大於樓版厚度之三分之一。 不得大於鋼筋間、鋼筋束間、預力線管或鋼筋與模板間最小淨距之四分之三。 4.工程條件 該構件施工之難易程度。 該構件損壞對結構安全影響之程度。 結構體處在之環境。 5.產製混凝土設備之精度及品管人員之能力。 6.施工現場之設備及品管能力。,ACI混凝土配比設計計算,三、計算目標強度fr所謂目標強度係指混凝土配比設計所預達到之強度，有下列兩種方式求目標強度：1.依混凝土之條件以統計方法計算求得。依CNS12891(或
4、ACI318-08)規定：產製混凝土預拌廠品管能力(標準差)已知(a)任何每連續三次試驗平均強度低於fc之次數，100 次不得超過1次。查表得 t=2.33 ； n=3fcr = fc+ = fc+1.34(b)任意試驗結果強度低於fc超過35 kg/cm2之次數，100次不得超過1次。查表得 t=2.33fcr=（fc35）t=（fc35）+2.33,ACI混凝土配比設計計算,t值,ACI混凝土配比設計計算,產製混凝土預拌廠品管能力(標準差)未知CNS12891 規定：(a) fc210kg/cm2 fcr = fc70(b)210kg/cm2 fc35 0kg/cm2 fcr= fc85(
5、c)fc 350kg/cm2 fcr=1.1 fc50,2.依設計強度加成方式。目標強度fcr=(1+P%)fc式中 P%：視工程條件及品管能力而定，一般其值介於15%35%。,四、決定單位用水量WW所謂單位用水量係指欲產製一立方公尺混凝土所需之用量，由粗骨材最大粒徑和坍度之條件，查表ACI211所提供之關係表查得。,ACI混凝土配比設計計算,坍度、粗骨材最大粒徑與用水量之關係(ACI211.1-91),五、決定水灰比W/C 水灰比可分別由目標強度或耐久性等條件求得，取其中最小者。 a.水灰比與目標強度之關係：用當地材料所建立之強度與水灰比關係曲線。 b.水灰比與耐久性之關係：依結構體處在之環
6、境，由表決定其水灰比。,ACI混凝土配比設計計算,六、計算單位水泥用量,ACI混凝土配比設計計算,版用混凝土水泥用量之最低要求, 最少水泥用量之規定,七、決定單位粗骨材用量係由粗骨材最大粒徑及細骨材之細度模數，查表所提供之資料，得粗骨材乾燥搗實之容積體積d。,ACI混凝土配比設計計算,單位體積混凝土之粗骨材乾燥搗實體積(m3)(ACI211.1-91),單位粗骨材乾燥重oddd,單位粗骨材面乾內飽和重,八、計算單位細骨材用量,ACI混凝土配比設計計算,單位細骨材用量計算表(絕對體積法),設計實例,(1)材料性質資料 材料之物理性質，經試驗所得之資料如表所示。,ACI混凝土配比設計計算,(2)混
7、凝土之條件 混凝土之條件如表所示。(3)決定單位用水量依混凝土坍度(810cm)及粗骨材最大粒徑(20mm)之條件，由表查得產製1m3混凝土所需之單位用水量為Ww=200kg/m3。,ACI混凝土配比設計計算,(4)計算目標強度fcr由混凝土之設計強度fc、ACI 318-95品質之規定，依統計法計算混凝土配比設計之目標強度，其中使用之標準偏差因無適當之參考資料可引用，故假設採用30kg/cm2，混凝土配比詳細計算過程說明如下。 (a)任何每連續三次試驗平均強度低於fc之次數，100次不得超過1次。查表 得t=2.33fcr = fc+ =210+2.3330/（ ）= 250.4 kg/cm
8、2(b)任意試驗結果強度低於fc超過35 kg/cm2之次數，100次不得超過1次。查表得 t=2.33fcr =（ fc35）t=（21035）2.3330=244.9 kg/cm2 故決定目標強度fcr=250.4 kg/cm2,ACI混凝土配比設計計算,(5)計算水灰比 水灰比應用台灣公路工程第十三卷第九期本局混凝土用主要石場調查及其配比試驗之研究 P19所列南部地區抗壓強度水灰比之關係式計算之。,ACI混凝土配比設計計算,目標強度：,(6)計算單位水泥用量單位水泥用量Wc=Ww/(W/C)=200/0.641=312.2 kg/m3,(7)計算單位粗骨材用量 依混凝土粗骨材最大粒徑(2
9、0mm)及細骨材之細度模數(FM=2.70)，由表查得產製1m3混凝土所需粗骨材之乾燥搗實體積Vd=0.63 m3，另因粗石（六分石）與細石（三分石）之混合比例為35%與65%，其單位用量分別計算如下：粗骨材乾燥重 Wod= Vdd=0.631638=1031.94 kg/m3 粗石乾燥重 Wod1=1031.940.35=361.18 kg/m3 粗石面乾內飽和乾燥重 Wssd1=361.18/(1-0.903%)=364.5 kg/m3 細石乾燥重 Wod2=1031.940.65=670.76 kg/m3 細石面乾內飽和乾燥重 Wssd2=670.76/(1-1.472%)=680.8
10、kg/m3,ACI混凝土配比設計計算,(8)計算單位細骨材用量,ACI混凝土配比設計計算,ACI混凝土配比設計計算結果,單位細骨材用量計算,試驗室試拌及配比計算,先將骨材處理至濕潤狀態，待表面含水達穩定狀況時，於拌合前分別測得骨材之表面含水率，經調整符合骨材實際含水狀態之配比，並計算及準備各種材料拌合之用量如表1所示，然後以增減拌合水來控制混凝土之坍度之方式實施拌合作業，再由實際材料用量、含氣量及材料性質等資料推算試拌後實際之混凝土配比如表2所示。,ACI混凝土配比設計計算,表1 混凝土配比試拌材料用量計算,Ww,合 計 W1,式中： Ws% = ()骨材之表面含水率(%)或()有效吸水率(%
11、) V1 = /4(試體直徑)2試體高度n個試體(1+拌和損失率%)骨材之總表面水重量 Wws1=(Wg1+Wh1+Ws1)(Wg+Wh+Ws) 其視為拌合水之一不份試拌時可能增減材料用量，以符合混凝土預定之坍度，故須計 算拌和後之配比。 【例如】另添加與混凝土相同之水灰比之水泥漿重量為X，設增加拌合加水為Ww，水泥為WcWcWwX ()（1）WwWcY （2）解聯立方程式得 Wc () Ww (),ACI混凝土配比設計計算,拌合後實際之體積VT1 = V2 / (1Va%) m3 拌合時骨材之總表面水重量 (Wws2)=(Wg2+Wh2+Ws2)(Wg3+Wh3+Ws3) kg 視為拌合水之
12、一部份 式中 Va%=實測空氣含量(%),ACI混凝土配比設計計算,表2 推算試拌混凝土配比,ACI混凝土配比設計計算,設計強度210kg/cm2混凝土試拌記錄及新拌混凝土性質,美國墾務局混凝土配比設計法,簡介：美國墾務局公佈混凝土配比設計法之基本資料，內容包括單位用水量、絕對細骨材率及各種條件之調整分別如表3及表4所示，利用該資料將配比設計計算流程如表5所示，計算所得之混凝土配比，仍須經試驗室及產製之預拌廠試拌，試拌方法如前節所述，待確定配比後才能運用於工程上。,表3 單位用水量及絕對細骨材率(摘自王櫻茂著土木材料學第169頁 控制值： w/c0.55， 坍度10，砂為天然砂 F.M2.75
13、,表4 各種條件之調整(摘自王櫻茂著土木材料學第169頁),美國墾務局混凝土配比設計法,表5 混凝土配合比例設計計算表,ACI與美國墾務局混凝土 配比設計法比較,國內常用之配比設計法為前述ACI與美國墾務局混凝土配比設計法兩種，不同方法計算所得之配比若有差異，對試拌後混凝土之配比亦會有差異，何種方法較佳？需視工程條件而定，目前無肯定的定論；以下為使用相同材料及相同水灰比，以ACI與美國墾務局混凝土配比設計法計算之配比分別如表7及表8所示，顯示兩種方法計算之配比單位用水量、單位水泥用量及單位重等差異很小；單位粗骨材用量ACI混凝土配比設計法較美國墾務局混凝土配比設計法多；單位細骨材用量ACI混凝
14、土配比設計法較美國墾務局混凝土配比設計法少，可發現以ACI設計法較美國墾務局設計之配比較細。,表6 材料性質,ACI與美國墾務局混凝土配比設計法比較,表8 美國墾務局配比設計法計算結果,表7 ACI配比設計法計算結果,ACI與美國墾務局混凝土配比設計法比較,添加摻劑混凝土之配比,為提高(或改善)混凝土品質或節省成本，在混凝土內添加除水、水泥、粗骨材及細骨材等外之材料，這種材料稱之為摻劑(Admixtures)，一般可分為： 輸氣摻劑 化學摻劑 礦物摻劑等，其詳細分類及性質請參閱專書之介紹。 混凝土添加摻劑依不同目的有多種考量方式，各種思考方式會得到獨特的配比，故無法統一制訂混凝土添加摻劑配比設
15、計之標準模式，茲將列舉兩種方式供參考。,一、混凝土配比設計計算時計入 【例題】混凝土配比擬使用水淬爐石粉(用量為膠結材料40%)之及高性能減水劑(Type G)用量為膠結材料之0.8%，其減水率為10%，以ACI配比設計法計算該配比。 【解】(1)決定單位用水量 依混凝土坍度(810cm)及粗骨材最大粒徑(20mm)之條件，由表查得產製1m3混凝土所需之單位用水量為Ww=200kg/m3。依題意添加0.8%減水劑之減水率為10%，單位用水量調整為20090%=180 kg/m3。 (2)計算目標強度fcr 由混凝土之設計強度fc、ACI 318-95品質之規定，依統計法計算混凝土配比設計之目標
16、強度，其中使用之標準偏差因無適當之參考資料可引用，故假設採用30kg/cm2，混凝土配比詳細計算過程說明如下。,添加摻劑混凝土之配比,(a)任何每連續三次試驗平均強度低於fc之次數，100次不得超過1次。查表 得t=2.33fcr = fc+ =210+2.3330/（ ）= 250.4 kg/cm2(b)任意試驗結果強度低於 fc 超過35 kg/cm2之次數，100次不得超過1次。查表得 t=2.33 fcr =（ fc35）t=（21035）2.3330=244.9 kg/cm2 故決定目標強度fcr =250.4 kg/cm2 (3)計算水膠比(W/B) 假設抗壓強度水膠比之關係式為：,
