การออกแบบส่วนผสมคอนกรีต(ตามมาตรฐานอเมริกา)

การออกแบบตามมาตรฐานอเมริกา
           ในการหาสัดส่วนผสมของคอนกรีตธรรมดา (Normal Weight Concrete) ตามมาตรฐานของอเมริกานี้ จำเป็นอย่างยิ่งที่ผู้ออกแบบต้องทราบคุณสมบัติ ต่างๆ กล่าวคือ

ปูนซีเมนต์
 - ความถ่วงจำเพาะ ทดสอบตามมาตรฐาน ASTM C188 แต่สามารถใช้ค่า 3.15 สำหรับปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ทั่วไป

มวลรวม
 - ขนาดคละ ควรมีส่วนคละตามมาตรฐาน ASTM C33
 - ความถ่วงจำเพาะ
    ทราย ทดสอบมาตรฐาน ASTM C 128
    หิน     ทดสอบมาตรฐาน ASTM C 127
 - ความชื้น ทดสอบตามมาตรฐาน ASTM C 70 และ ASTM C 566
 - ความละเอียดของทราย ทดสอบตามมาตรฐาน ASTM C 125
 - หน่วยน้ำหนักของมวลรวม ทดสอบตามาตรฐาน ASTM C 29



          เมื่อทราบคุณสมบัติต่างๆดังกล่าวแล้ว จึงหาสัดส่วนผสมของคอนกรีตตามขั้นตอนที่แสดงดังตาราง

แผนภาพออกแบบสัดส่วนผสมของคอนกรีตตามมาตรฐานอเมริกา
คลิดที่ภาพ เพื่อขยาย

ค่าความยุบตัวของคอนกรีตที่ใช้สำหรับการก่อสร้างประเภทต่างๆ

ขนาดโตสุดของวัสดุผสมสำหรับงานก่อสร้างประเภทต่างๆ

ปริมาณน้ำที่ต้องการสำหรับค่ายุบตัวและวัสดุผสมขนาดต่างๆ

อัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์สูงสุดโดยน้ำหนักที่ยอมให้ใช้ได้ สำหรับคอนกรีตในสภาวะเปิดเผยรุนแรง

* ถ้าใช้ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ทนซัลเฟต อาจเพิ่มค่าอัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์นี้ได้อีก 0.05

ความสัมพันธ์ระหว่างอัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์กับกำลังอัดประลัยของคอนกรีต

หมายเหตุ : ค่าใช้จากตารางนี้ ทำการทดลองจากแท่งตัวอย่างรูปทรงกระบอกขนาดมาตรฐาน Ø  15x30 ซม.

ถ้าแท่งตัวอย่างเป็นแบบลูกบาศก์ ค่ากำลังอัดประลัยจะสูงกว่าค่าในตารางประมาณ 20 % 

ปริมาตรของวัสดุผสมหยาบต่อหนึ่งหน่วยปริมาตรของคอนกรีต

หมายเหตุ : ค่าที่กำหนดให้ เป็นค่าสำหรับงานคอนกรีตเสริมเหล็กทั่ว ๆ ไป สำหรับงานคอนกรีตที่ทำได้ง่ายกว่า เช่น ถนน พื้น เป็นต้น อาจเพิ่มค่าเหล่านี้ขึ้นได้อีก 10 เปอร์เซ็นต์

หน่วยน้ำหนักของคอนกรีตสดโดยประมาณ

ตัวอย่างการหาสัดส่วนผสมความมาตรฐานอเมริกา

              จงหาสัดส่วนผสมของคอนกรีตสำหรับงานเทเสาคอนกรีตเสริมเหล็ก โดยต้องการกำลังอัดประลัยเฉลี่ย (fc') ของคอนกรีตรูปทรงกระบอกที่อายุ 28 วัน เท่ากับ 250 โดยให้โอกาสที่ก้อน ตัวอย่างก้อนต่ำกว่าที่ออกแบบไว้ได้ไม่เกิน 5 % (k = 1.645) และ ค่า s = 30 กก./ตร.ซม. กำหนดให้ใช้ ปูนซีเมนต์เปอร์ตแลนด์ ประเภทที่หนึ่งมีความถ่วงจำเพาะ 3.15 มวลรวมหยาบขนาดโดสุด 20 มม. (3/4") มีความถ่วงจำเพาะ 2.70 ค่าการดูดซึม 0.5% และมีหน่วยน้ำหนัก (แห้วและอัดแน่น) เป็น 1,600 กก. / ลูกบาศก์เมตร มวลรวมละเอียดมีความถ่วงจำเพาะ 2.60 ค่าการดูดซึม 0.7% และมีโมดูลัสความละเอียดเท่ากับ 2.80

วิธีทำ ทำตามลำดับขั้น ดังนี้
1.กำลังที่ต้องผลิต = (fc') + ks
                              = 250 + (1.645 x 30)  = 300
2.จากข้อมูลในตาราง ค่าความยุบตัวของคอนกรีตที่ใช้สำหรับการก่อสร้างประเภทต่างๆ   และแนวทางปฏิบัติทั่วๆ ไปเห็นว่าควรใช้ค่าความยุบตัว 8-10 ซม.
3.ข้อกำหนดให้ใช้ขนาดโตสุดของวัสดุผสมหยาบเป็น 20 มม.
4. จากตาราง ปริมาณน้ำที่ต้องการสำหรับค่ายุบตัวและวัสดุผสมขนาดต่างๆ  เมื่อขนาดโตสุดของมวลรวมหยาบเป็น 20 มม. ค่าความยุบตัว 8-10 ซม. ไม่ต้องใช้สารกักกระจายฟองอากาศจะได้ปริมาณน้ำที่ต้องใช้  = 200 ลิตร/ลบ.เมตรของคอนกรีต 
5.จากตาราง ความสัมพันธ์ระหว่างอัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์กับกำลังอัดประลัยของคอนกรีต  สำหรับคอนกรีตที่ต้องการกำลัง 300 กก./ตร.ซม. จะได้อัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์โดยน้ำหนักที่ต้องใช้ = 0.55 
6.ปริมาณซีเมนต์ที่ต้องการ = 200/0.55 =364 กก.
7.หาปริมาณของวัสดุผสมหยาบ จากตาราง ปริมาตรของวัสดุผสมหยาบต่อหนึ่งหน่วยปริมาตรของคอนกรีต  เมื่อค่าโมดูลัสความละเอียดของวัสดุผสมละเอียดเท่ากับ 2.80 และ ขนาดโตสุดของวัสดุหยาบเป็น 20 มม. จะได้ปริมาตรของวัสดุผสมหยาบในสภาพแห้งและอัดแน่น =  0.62 ลบ.เมตร ของคอนกรีต
           หน่วยน้ำหนักของหิน = 1,600 กก./ลบ.เมตร
            ดังนั้นน้ำหนักของวัสดุผสมหยาบใช้ = 0.62 x1,600 = 992 กก./ลบ.เมตร ของคอนกรีต
8.หาปริมาณของวัสดุผสมละเอียด 
ปริมาตรเนื้อแท้ของส่วนผสม :
ปริมาตรของน้ำ = 200/1,000  = 0.200 ม.(ยกกำลัง3)
ปริมาตรของซีเมนต์ = 364/3.15 x 1,000  = 0.116 ม.(ยกกำลัง3)
ปริมาตรของวัสดุผสมหยาบ = 992/2.70 x 1,000  = 0.367 ม.(ยกกำลัง3)
ปริมาตรของฟองอากาศ  = 0.02 x1.0  =  0.020 ม.
ดั้งนั้น ปริมาตรของส่วนผสมทั้งหมดยกเว้นทราย =  0.703 ม. (ยกกำลัง3)
ปริมาตรของทรายที่ต้องใช้ = 1-0.703 = 0.297 ม.(ยกกำลัง3)
น้ำหนักของทรายแห้ง = 0.297 x 2.60 x 1,000 = 772 กก.
ฉะนั้น คอนกรีต 1 ลบ.เมตร ต้องใช้
ซีเมนต์  364 กก.
น้ำ         200 กก.
วัสดุผสมหยาบ 992 กก.
วัสดุผสมละเอียด 772 กก.
รวมน้ำหนักทั้งหมด 2,328 กก.