CONCRETE TECHNOLOGY LABORATORY
School of Civil Engineering
Institute of Industrial Technology
Suranaree University of Technology

C-7.1 Mix Design and Mixing of Concrete by Mechanical Mixer

บทนำ
ในการออกแบบโครงสร้าง ผู้ออกแบบจะใช้ค่ากำลังอัดของคอนกรีตค่าหนึ่งในการออกแบบ และใช้ค่านี้เป็นเกณฑ์ในการตรวจสอบคุณภาพของคอนกรีตเรียกว่ากำลังต่ำสุด(Minimum Strength) โดยจะออกแบบให้คอนกรีตมีกำลังเท่ากับกำลังต่ำสุดเลยไม่ได้ เพราะในการผลิตคอนกรีตนั้นค่ากำลัง จะไม่คงที่ ขึ้นอยู่กับการควบคุมคุณสมบัติและสัดส่วนของวัสดุตลอดจนการผลิต ดังนั้นการออกแบบ ส่วนผสมจะมุ่งไปที่กำลังเฉลี่ย(Mean Strength) ซึ่งสูงกว่ากำลังต่ำสุด โดยจะเผื่อค่าความแปร ผันดังกล่าวไว้ ซึ่งถ้าการควบคุมการผลิตคอนกรีตไม่ดี จะทำให้ค่ากำลังแปรผันมาก ทำให้ต้องออก แบบให้กำลังเฉลี่ยของคอนกรีตมีค่าสูง ซึ่งจะทำให้คอนกรีตมีราคาแพง
ในการออกแบบส่วนผสมของคอนกรีต เราจะต้องทราบค่าความแปรผันนี้จากข้อมูลเดิมของผู้ที่ทำการ ผลิต ถ้าข้อมูลมีมากจะทำให้การออกแบบส่วนผสมมีความแม่นยำมากขึ้น ซึ่งโดยทั่วๆไปมักจะกำหนดเอา ค่ากำลังเฉลี่ยของแท่งทดสอบต่ำกว่ากำลังต่ำสุดเป็นจำนวนร้อยละห้าและร้อยละหนึ่ง
การผสมปูนซีเมนต์ ทราย หิน และน้ำ ตามอัตราส่วนที่กำหนด เพื่อให้เป็นคอนกรีตที่มี คุณภาพได้นั้นต้องทำการผสมให้ถูกต้อง จะได้มีความสามารถรับกำลังตามที่ต้องการได้แม้ว่าจะออก แบบอัตราส่วนผสม คุณภาพของวัสดุที่ใช้จะดีอย่างไรก็ตาม ถ้าการผสมทำได้ไม่ถูกต้องก็มีผลทำให้ คอนกรีตเสียกำลังไปได้ และการตวงส่วนผสมให้ถูกต้องมีคุณภาพควรตวงแบบน้ำหนักมากกว่าการตวงแบบ ปริมาตร เพราะตวงแบบปริมาตรมีการผิดพลาดของปริมาณวัสดุมากกว่า
จุดประสงค์การทดสอบ
1. คำนวณหาสัดส่วนผสมคอนกรีตให้มีคุณสมบัติเป็น ไปตามข้อกำหนด และวัตถุประสงค์ของการใช้งาน
2. เพื่อทำการผสมคอนกรีตตามวิธีการที่ถูกต้อง
3. เพื่อเตรียมตัวอย่างทดสอบสำหรับการทดสอบอื่นต่อไป
วัสดุที่ใช้ในการทดสอบ:
ปูนซีเมนต์, วัสดุมวลรวมละเอียด, วัสดุมวลรวมหยาบ, และสารเคมีผสมเพิ่ม
มาตราฐาน: ACI 613
เครื่องมือการทดลอง
  1. โม่ผสมคอนกรีต (Mixing) ขนาดที่เหมาะสมกับห้องทดลอง หรือกะบะ ผสมสำหรับการผสมด้วยมือ
  2. เครื่องชั่ง (Balance) ขนาดไม่น้อยกว่า 60 ก.ก. ละเอียด 10 กรัม
  3. กระป๋องตวง (Measuring can) ขนาดประมาน 20 ลิตร
วิธีการทดลอง
1. พิจารณาส่วนผสมคอนกรีตโดยการทำ Mix Design ตามมาตราฐานของ ACI เพื่อให้ได้คอนกรีตที่มี กำลัง, ความคงทน, และความข้นเหลวตามที่กำหนด(โดยอาจารย์ผู้สอน)

2. การผสมด้วยเครื่อง
  1. ก่อนใช้เครื่องผสมควรทำการเตรียมเครื่องผสมก่อน โดยใช้ส่วนผสมคอนกรีตที่มีสัดส่วนใกล้เคียง กับคอนกรีตตัวอย่าง แต่ในครั้งนี้ใช้เพียงครึ่งหนึ่งของปริมาณปกติ เทคอนครีตส่วนนี้ทิ้ง เครื่อง ผสมจะมีซีเมนต์มอร์ตาเคลือบอยู่ผิวในพร้อมที่จะรับส่วนผสมที่ต้องการทดสอบต่อไป
  2. ใส่มวลรวม (หิน+ทราย) ลงไปก่อนแล้วตามด้วยปูนซีเมนต์ เทน้ำประมาณ 4 ใน 5 ส่วนของน้ำที่จะ ต้องใช้ทั้งหมดตามลงไป เดินเครื่องผสมแล้วจึงเติมน้ำที่เหลือลงไปทันที บางครั้งอาจเติมน้ำเพิ่ม เข้าไปอีกในระหว่างการผสม เพื่อให้ได้ความข้นเหลวตามต้องการ
  3. เวลาที่ใช้ในการผสมไม่ควรสั้นกว่า 3 นาที
  4. เทคอนกรีตออกจากเครื่องลงใส่ภาชนะที่ไม่ดูดซึมน้ำ และที่ไม่มีรอยรั่ว ขนาดของภาชนะควรให้ ใหญ่พอที่จะใช้พลั่วตักพลิกคอนกรีตไปมาได้ เพื่อกันการแยกตัว
  5. ควรทำการทดสอบทันทีที่เทคอนกรีตออกจากเครื่องผสม
3. การผสมด้วยมือ
ในการผสมด้วยมือ ควรผสมให้ได้ปริมาณคอนกรีตมากกว่าที่ต้องใช้ในการหล่อตัวอย่างเล็กน้อย การผสมควรผสมบนถาดโลหะตื้น ๆ ให้มีขนาดที่ใหญ่พอ โดยใช้เกรียงขนาด 250 ม.ม. แต่ควรตัดปลายออก ประมาณ 60 ม.ม. ทำการผสมโดยใช้ขั้นตอนต่อไป

  1. ผสมปูนซีเมนต์กับมวลรวมให้เข้ากันในสภาพแห้ง
  2. เติมน้ำให้พอได้คอนกรีตที่มีสภาพข้นเหลวตามต้องการ
  3. ผสมเข้าด้วยกันจนส่วนผสมเข้ากันสม่ำเสมอ
ข้อมูลสำหรับการคำนวณออกแบบส่วนผสมคอนกรีต

Slump (cm)

Specific gravity of cement

Type of sand

Specific gravity of sand

Absorption of sand (%)

Moisture condition of sand (%)

Fineness modulus

Type of coarse aggregate (inch)

Specific gravity of coarse aggregate

Absorption of coarse aggregate (%)

Moisture condition of coarse aggregate (%)

การคำนวณออกแบบส่วนผสมคอนกรีต

STEP1: กำลังเฉลี่ยที่ใช้ในการออกแบบ (fcr : Target Mean Strength)

เนื่องจากกำลังอัดของคอนกรีตมีความผันแปรจากปัจจัยต่างๆหลายปัจจัย ดังนั้นในการออกแบบส่วน ผสมคอนกรีตเพื่อให้ได้กำลังอัดตามที่ต้องการ จึงต้องนำเอาหลักวิชาสถิติเข้ามาช่วยในการออกแบบ ซึ่งจะทำให้ค่ากำลังอัดที่ใช้ในการออกแบบ มีค่าสูงกว่าค่าที่กำหนด ดังสมการ

= Target Mean Strength หรือ ค่ากำลังอัด เฉลี่ยที่จะใช้ในการออกแบบ
= Characteristic Strength หรือ ค่ากำลังอัด ที่ต้องการ(ตามที่กำหนดไว้ในแบบ)
k
= ค่าคงที่ทางสถิติ จากเส้นโค้งการแจกแจงความถี่มาตราฐาน ดังแสดงค่าในตารางที่ 1
s
= ค่าเบี่ยงเบนมาตราฐานของกำลังอัด

ค่าร้อยละของกำลังอัดที่ต่ำกว่า
(Proportion Defective)

k

20

0.842

10

1.282

5

1.645

2.5

1.960

2

2.054

1

2.326

0

3.000

1.1 Characteristic Strength : kg/cm 2, at 28 days,

1.2 Proportion Defective : %

1.3 Standard Deviation (s) : kg/cm 2

1.4 Margin Factor (k) :

1.5 Target Mean Strength (fcr) = fc’ + k s = kg/cm2


STEP2: Select Slump, Coarse Aggregate Size, and Water Content

ค่าการยุบตัวที่เหมาะสม

ประเภทของงาน

Slump (cm)

งานคอนกรีตขนาดใหญ่

3-5

งานก่อสร้างอาคารทั่วไป

8-10

Maximum Coarse Aggregate Size

ความหนาของ

Maximum Aggregate Size

โครงสร้าง
(cm)

คาน, ผนัง และ
เสา คสล.

ผนังคอนกรีต
ไม่เสริมเหล็ก

พื้นถนน คสล.
(รับน้ำหนักมาก)

พื้น คสล.
(รับน้ำหนักน้อย)

 

นิ้ว

มม.

นิ้ว

มม.

นิ้ว

มม.

นิ้ว

มม.

5-15

1/2-3/4

12.5-20

3/4

20

3/4-1

20–25

3/4-1.5

20–40

15-30

3/4-1.5

20-40

1.5

40

1.5

40

1.5-3

40-75

30-75

1.5 - 3

40 - 75

3

75

1.5 - 3

40 - 75

3

75

มากกว่า 75

1.5 - 3

40 - 75

6

150

1.5 - 3

40 - 75

3-6

75-150

ปริมาณน้ำที่ต้องการ

Slump

Water Content (liter per concrete 1 m3)

(cm)

3/8”

1/2”

3/4”

1 .5”

3 – 5

205

200

185

180

160

155

145

125

8 – 10

225

215

200

195

175

170

160

140

15 – 18

240

230

210

205

185

180

170

-

Air Volume
(%)

3

2.5

2

1.5

1

0.5

0.3

0.2

2.1 Slump : cm

2.2 Maximum Aggregate Size : inch

2.3 Water Content : liter

2.4 Air Volume per m3 of Concrete : m3


STEP3: Cement Content

อัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์

กำลังอัดประลัยของคอนกรีต
ที่ 28 วัน (kg/cm2)

Water/Cement Ratio

450

0.38

400

0.43

350

0.48

300

0.55

250

0.62

200

0.70

150

0.80

3.1 Target Mean Strength : kg/cm2

3.2 Select Water/Cement (w/c) ratio =

3.3 Cement Content = (Water Content/(w/c ratio)) = kg


STEP4: Coarse Aggregate and Fine Aggregate Contents

Coarse Aggregate Content per 1 cu. m. of Concrete

Max. Coarse
Aggregate Size

Coarse Aggregate Content for different
Fine Modulus of Fine Aggregate

 

2.40

2.60

2.80

3.00

3/8” (10 mm.)

0.50

0.48

0.46

0.44

1/2” (12.5 mm.)

0.59

0.57

0.55

0.53

3/4” (20 mm.)

0.66

0.64

0.62

0.60

1” (25 mm.)

0.71

0.69

0.67

0.65

1 .5“(40 mm.)

0.76

0.74

0.72

0.70

2” (50 mm.)

0.78

0.76

0.74

0.72

3” (75 mm.)

0.81

0.79

0.77

0.75

6” (150 mm.)

0.87

0.85

0.83

0.81

4.1 Fineness Modulus of Fine Aggregate =

4.2 Coarse Aggregate Content = m3

4.3 Coarse Aggregate Density (Dry rodded) = kg/m3

4.4 Coarse Aggregate Weight = kg

4.5 Fine Aggregate Content:

Water Volume = Water Content (kg)/1000 = m3
Specific Gravity of Cement (Sce) =
Cement Volume = Cement Content(kg)/(Sce x 1000) = m3
Specific Gravity of Coarse Aggregate (Sco) =
Coarse Aggregate Volume = Coarse Aggregate Weight / (Sco x 1000) = m3
Air Volume = m3
Total Volume except Sand = Water + Cement + Coarse Aggregate + Air = m3
Sand Volume = 1 - Total Volume except Sand = m3
Specific Gravity of Sand (Ssa) =
Sand Weight = Sand Volume x Ssa x 1000 = kg


STEP5: การปรับส่วนผสมเนื่องจากความชื้นในวัสดุผสม
วัสดุผสมที่ใช้ในงานจริง อาจมีความชื้นสูงกว่าสภาวะอิ่มตัวผิวแห้ง ดังนั้น จึงต้องทำการปรับส่วนผสมโดยเพิ่มน้ำหนักของวัสดุผสมเพื่อชดเชยตามสัดส่วนของความชื้น และลดน้ำ ในส่วนผสมออกในจำนวนที่เท่ากัน ในกรณีที่วัสดุผสมแห้งกว่าสภาวะอิ่มตัวผิวแห้ง ให้ทำการปรับ ส่วนผสมในทางตรงกันข้าม
ค่าการดูดซึมของวัสดุผสมละเอียด (AS) = %
ค่าการดูดซึมของวัสดุผสมหยาบ (AG) = %
ปริมาณความชื้นในวัสดุผสมละเอียด (MS) = %
ปริมาณความชื้นในวัสดุผสมหยาบ (MG) = %
น้ำหนักของวัสดุผสมละเอียดหลังปรับแก้: Sand weight x (1+ MS /100) = kg
น้ำหนักของวัสดุผสมหยาบหลังปรับแก้: Gravel weight x (1+ MG /100) = kg
น้ำที่ผิวของวัสดุผสมละเอียด (WS) = MS - AS = %
น้ำที่ผิวของวัสดุผสมหยาบ (WG) = MG – AG = %
ปริมาณนำ้ที่ใช้จริง :
Water –(Sand weight x WS/100)– (Gravel weight x WG/100) = kg

STEP6: สรุปส่วนผสมสำหรับคอนกรีต
6.1 สรุปส่วนผสมสำหรับคอนกรีต 1 ลบ. ม.
ซีเมนต์ ( From STEP3) kg
นำ้ (From STEP 5) ลิตร
ทราย (From STEP 5) kg
หิน (From STEP 5) kg
รวมน้ำหนักทั้งหมด kg

6.2 ส่วนผสมสำหรับปริมาณคอนกรีตที่ต้องการ ลบ. ม.
ซีเมนต์ kg
นำ้ ลิตร
ทราย kg
หิน kg
รวมน้ำหนักทั้งหมด kg

วิเคราะห์ผลการทดลอง, และสรุปผลการทดลอง