TWI808455B - 混凝土配比中水用量及外加劑用量的量化模型的建立方法 - Google Patents
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Abstract
一種混凝土配比中水用量及外加劑用量的量化模型的建立方法，包含以下步驟：透過步驟(a)至步驟(h)建立出一個基於至少一組膠結材料用量預設參數且包括多組第二迴歸方程式的混凝土配比中水用量及外加劑用量的量化模型。本發明透過該步驟(a)至該步驟(h)建立出該混凝土配比中水用量及外加劑用量的量化模型，該量化模型可以在預設出的膠結材料用量預設參數及設定出的坍流度額定值下，將用水用量、外加劑用量及砂粒總表面積值進行數理上的系統化聯結，來推算出在預設的混凝土工作性下的水及外加劑的用量，進而控制混凝土的工作性及混凝土的抗壓強度。
Description
本發明是有關於一種混凝土配比設計方法，特別是指一種混凝土配比中水用量及外加劑用量的量化模型的建立方法。
目前在設計新拌混凝土配比時，為使混凝土具有良好的工作性，例如流動性、穩定性、凝聚性、均勻性等，操作者會透過調整混凝土中的水用量及外加劑用量來使混凝土具有符合要求的工作性。然而，由於外加劑的種類及性質、混凝土中的水用量及外加劑用量間有著強烈的交互作用而會相互影響著混凝土的工作性，且現今技術中對混凝土的水用量及外加劑用量是透過操作者的實務經驗來決定，但這種根據實務經驗而非嚴謹的量化方法來決定混凝土中水用量及外加劑用量的情況，往往會導致所配製出的混凝土的工作性不符合所需，而雖然操作者可透過經驗試誤法來不斷修正混凝土的配比，但由於這樣的處理方式既不精準更無時效可言，因此，在生產的實務上是不容許以試誤法去做調整的。
因此，為解決上述的現有技術之問題，本發明的目的，即在提供一種混凝土配比中水用量及外加劑用量的量化模型的建立方法。
於是，本發明混凝土配比中水用量及外加劑用量的量化模型的建立方法，包含以下步驟：
(a) 依據一外加劑的種類定義出一組細骨材的細度模數範圍，再依據該細骨材的細度模數範圍預設出至少一組膠結材料用量預設參數；
(b) 依據該至少一組膠結材料用量預設參數預設出多組水用量預設參數，再於每一組水用量預設參數下預設出多組外加劑用量預設參數；
(c) 依據每一組外加劑用量預設參數分別配製出相對應的一組具有細骨材組分的砂漿樣品，且該等砂漿樣品中的細骨材組分彼此相同，並經由量測得到每一組砂漿樣品相對應的坍流度預設值；
(d) 於每一組水用量預設參數下根據所對應的該等外加劑用量預設參數與該等坍流度預設值建立出一組第一迴歸方程式，每一組水用量預設參數下相對應的該第一迴歸方程式由多個資料點所建立，且每一個資料點是由外加劑用量預設參數與相對應的坍流度預設值所建立；
(e) 設定多組坍流度額定值，並將該等坍流度額定值帶入每一組水用量預設參數所對應的該第一迴歸方程式中，計算出於每一組水用量預設參數下該等坍流度額定值所分別對應的該外加劑的用量預設值；
(f) 提供每一組砂漿樣品中的細骨材組分所對應的一組砂粒總表面積值，於每一組水用量預設參數下依據該砂粒總表面積值及該外加劑的體積，計算出該水用量預設參數下的每一組坍流度額定值所對應的砂裹外加劑厚度值，該砂裹外加劑厚度值定義為每一粒砂粒被外加劑包裹的厚度；
(g) 於每一組水用量預設參數下依據水的體積及該細骨材組分的砂粒總表面積值，計算出該水用量預設參數下的每一組坍流度額定值所對應的砂裹水厚度值，該砂裹水厚度值定義為每一粒砂粒被水包裹的厚度；及
(h) 於每一組坍流度額定值下根據該等水用量預設參數所分別對應的該等砂裹外加劑厚度值與該等砂裹水厚度值建立出一組第二迴歸方程式，即得到一個基於該膠結材料用量預測參數且包括多組第二迴歸方程式的混凝土配比中水用量及外加劑用量的量化模型。
本發明的功效在於：本發明透過該步驟(a)至該步驟(h)建立出該混凝土配比中水用量及外加劑用量的量化模型，該量化模型可以在預設出的膠結材料用量預設參數及設定出的坍流度額定值下，將用水用量、外加劑用量及砂粒總表面積值進行數理上的系統化聯結，也就是說，該量化模型能在預設的混凝土工作性下，透過水用量、外加劑用量、砂用量及砂粒的粗細度等參數的聯結來推算出水及外加劑的用量，進而控制混凝土的工作性及混凝土的抗壓強度。
於本文中，所述「量化模型」的用語等同於「混凝土配比中水用量及外加劑用量的量化模型」。
於本文中，所述「細骨材」是指粒徑範圍介於0.075mm至4.75mm的砂粒。
本發明混凝土配比中水用量及外加劑用量的量化模型的建立方法，包含以下步驟：
(a) 依據一外加劑的種類定義出一組細骨材的細度模數範圍，再依據該細骨材的細度模數範圍預設出一組膠結材料用量預設參數；
(b) 依據該膠結材料用量預設參數預設出多組水用量預設參數，再於每一組水用量預設參數下預設出多組外加劑用量預設參數；
(c) 依據每一組外加劑用量預設參數分別配製出相對應的一組具有細骨材組分的砂漿樣品，且該等砂漿樣品中的細骨材組分彼此相同，並經由量測得到每一組砂漿樣品相對應的坍流度預設值；
(d) 於每一組水用量預設參數下根據所對應的該等外加劑用量預設參數與該等坍流度預設值建立出一組第一迴歸方程式，每一組水用量預設參數下相對應的該第一迴歸方程式由多個資料點所建立，且每一個資料點是由外加劑用量預設參數與相對應的坍流度預設值所建立；
(e) 設定多組坍流度額定值，並將該等坍流度額定值帶入每一組水用量預設參數所對應的該第一迴歸方程式中，計算出於每一組水用量預設參數下該等坍流度額定值所分別對應的該外加劑用量預設值；
(f) 提供每一組砂漿樣品中的細骨材組分所對應的一組砂粒總表面積值，於每一組水用量預設參數下依據該砂粒總表面積值及該外加劑的體積，計算出該水用量預設參數下的每一組坍流度額定值所對應的砂裹外加劑厚度值，該砂裹外加劑厚度值定義為每一粒砂粒被外加劑包裹的厚度；
(g) 於每一組水用量預設參數下依據水的體積及該細骨材組分的砂粒總表面積值，計算出該水用量預設參數下的每一組坍流度額定值所對應的砂裹水厚度值，該砂裹水厚度值定義為每一粒砂粒被水包裹的厚度；及
(h) 於每一組坍流度額定值下根據該等水用量預設參數所分別對應的該等砂裹外加劑厚度值與該等砂裹水厚度值建立出一組第二迴歸方程式，即得到一個基於該膠結材料用量預測參數且包括多組第二迴歸方程式的混凝土配比中水用量及外加劑用量的量化模型。
在該步驟(a)中，該外加劑的種類沒有特別限制，例如但不限於減水劑且該減水劑的減水率無需特別限制。舉例來說，在本發明的一種實施態樣中，是依據減水率大於15%的減水劑先定義出細骨材的細度模數範圍為2.9至3.1後，再依據該細骨材的細度模數範圍預設出一組膠結材料用量預設參數，該膠結材料用量預設參數例如但不限於400kg/m
3、450kg/m
3或500kg/m
3，後續再經由該步驟(b)至(h)即可基於該膠結材料用量預設參數對應得到一個混凝土配比中水用量及外加劑用量的量化模型。在本發明的另一種實施態樣中，是依據減水率小於15%的減水劑先定義出細骨材的細度模數範圍為2.5至2.8後，再依據該細骨材的細度模數範圍預設出一組膠結材料用量預設參數，該膠結材料用量預設參數例如但不限於300kg/m
3、350kg/m
3或400kg/m
3。
要說明的是，該外加劑的種類、該減水劑的減水率、該細骨材的細度模數範圍的數值、該膠結材料用量預設參數的數值不以上述舉例為限，可根據實際應用對混凝土工作性的要求，以及實際配製混凝土所用的原料而做彈性調整。此外，依據該細骨材的細度模數範圍預設出的膠結材料用量預設參數的組數不以一組為限，也可以預設出多組膠結材料用量預設參數，並參照步驟(b)至步驟(h)建立出每一組膠結材料用量預設參數所相對應的量化模型，即得到一個包含多個混凝土配比中水用量及外加劑用量的量化模型的量化資料庫。而當依據該細骨材的細度模數範圍預設出多組膠結材料用量預設參數時，該等膠結材料用量預設參數可依據混凝土的抗壓強度需求來預設出低用量、中用量及高用量的膠結材料用量預設參數。該低用量的膠結材料用量預設參數範圍為250kg/m
3至310kg/m
3。該中用量的膠結材料用量預設參數的範圍為大於310kg/m
3至380kg/m
3。該高用量的膠結材料用量預設參數的範圍為大於380kg/m
3。
要再進一步說明的是，該低用量、該中用量及該高用量的膠結材料用量預設參數的範圍不以上述範圍為限，可再依據細骨材中的膠結材料的填充率來彈性調整。該低用量的膠結材料用量預設參數所對應的膠結材料的填充率範圍為0.9以下。該中用量的膠結材料用量預設參數所對應的膠結材料的填充率範圍為大於0.9至1.2。該高用量的膠結材料用量預設參數所對應的膠結材料的填充率範圍為大於1.2。
細骨材中的膠結材料的填充率=膠結材料的體積÷細骨材中的空隙的總體積。
在該步驟(b)中，依據該膠結材料用量預設參數預設出的該等水用量預設參數的數值及組數，以及於每一組水用量預設參數下預設出的該等外加劑用量預設參數的數值沒有特別限制。要說明的是，於每一組水用量預設參數下預設出的該等外加劑用量預設參數的組數是依據該步驟(c)中的每一組砂漿樣品的狀態來決定，當砂漿樣品發生析離現象而使得所量測到的坍流度預設值超過180cm×cm時，則不再增加該等外加劑用量預設參數的組數。舉例來說，在本發明的一種實施態樣中，是依據該膠結材料用量預設參數為400kg/m
3，預設出4組水用量預設參數：150kg/m
3、160kg/m
3、170kg/m
3及180kg/m
3，再依據該水用量預設參數為150kg/m
3預設出至少4組外加劑用量預設參數：4kg/m
3、5kg/m
3、6kg/m
3及7kg/m
3等；依據該水用量預設參數為160kg/m
3預設出至少4組外加劑用量預設參數：3kg/m
3、4kg/m
3、5kg/m
3及6kg/m
3等；依據該水用量預設參數為170kg/m
3預設出至少4組外加劑用量預設參數：2kg/m
3、3kg/m
3、4kg/m
3及5kg/m
3等；以及，依據水用量預設參數為180 kg/m
3預設出至少4組外加劑用量預設參數：1kg/m
3、2kg/m
3、3kg/m
3及4kg/m
3等。
在該步驟(c)中，每一組砂漿樣品包括細骨材組分、水泥、爐石、飛灰、外加劑及水，且該外加劑的種類與該步驟(a)所述的外加劑的種類相同，該細骨材組分、水泥、爐石、飛灰、外加劑及水的配比是根據體積法來決定的。每一組砂漿樣品的坍流度預設值的量測方法說明如下：提供一砂錐儀，該砂錐儀的高度為73.3mm且包括直徑為88.5mm的頂部開口，以及直徑為37.5mm的底部開口。將該砂錐儀的底端開口緊壓於一玻璃板的表面，接著，將該砂漿樣品分成三次自該砂錐儀的頂端開口灌入該砂錐儀中，且每次將砂漿樣品灌入該砂錐儀後以一搗棒由該砂錐儀的外側朝向該砂錐儀的內側將砂漿樣品搗實25次，並在第三次的砂漿樣品灌入該砂錐儀後，以刮刀將位於該砂錐儀的頂端開口處的砂漿樣品的表面刮平，之後，清除該砂錐儀周圍的砂漿樣品，並將該砂錐儀垂直向上提起以使該砂漿樣品坍落並流動，並量測該砂錐儀頂端至坍落後的砂漿樣品的頂端的距離(h，單位：cm)，以及流動後的砂漿樣品的坍形直徑(d，單位：cm)，根據該砂漿樣品的坍流度預設值的定義為h×d計算出該砂漿樣品的坍流度預設值(單位：cm×cm)。
在該步驟(d)中，舉例來說，在本發明的一種實施態樣中，是將該水用量預設參數為150kg/m
3所預設出的該等外加劑用量預設參數作為橫軸，以及將該等砂漿樣品的坍流度預設值作為縱軸，來建立出基於該水用量預設參數為150kg/m
3的一個第一迴歸方程式，並且依據同樣方式基於該水用量預設參數為160kg/m
3、170kg/m
3及180kg/m
3分別建立出對應的第一迴歸方程式。
在該步驟(e)中，該等坍流度額定值的具體數值及組數沒有特別限制，例如但不限於，在本發明的一種實施態樣中，是設定出5組坍流度額定值：75cm×cm、100cm×cm、125cm×cm、150cm×cm及175cm×cm，再將該等坍流度額定值帶入該水用量預設參數為150kg/m
3所對應的第一迴歸方程式中，計算出在該水用量預設參數為150kg/m
3下該等坍流度額定值所分別對應的該外加劑的用量預設值，並且依據同樣方式將該等坍流度額定值分別帶入該水用量預設參數為160kg/m
3、170kg/m
3及180kg/m
3對應的第一迴歸方程式中做計算。
在該步驟(f)中，每一組砂漿樣品中的細骨材組分所對應的該砂粒總表面積值的計算方式沒有特別限制，例如但不限於，在本發明的一種實施態樣中是根據該細骨材組分的砂粒留篩率、密度及用量來計算得到該砂粒總表面積值，其中，是對每一組砂漿樣品中的細骨材組分進行篩分析而得到該細骨材組分的砂粒留篩率。更詳細地說，是先以篩分析方法量測出該細骨材組分的砂粒留篩率後，依據於篩分析方法中使用的篩網的篩號所對應的尺寸、該細骨材組分中的砂粒密度及該細骨材組分的用量，計算出停留於篩網上的砂粒的砂粒總表面積後，再將於篩分析方法中使用的所有篩網上的砂粒的砂粒總表面積加總即得到該細骨材組分的砂粒總表面積值。
停留於篩網上的砂粒的總表面積=該篩網上的砂粒數量×該篩網上的每一顆砂粒的表面積。
篩網上的砂粒數量=細骨材組分的用量×砂粒於該篩網上的砂粒留篩率÷該篩網上的每一顆砂粒的重量。
其中，根據該砂裹外加劑厚度值的定義為每一粒砂粒被外加劑包裹的厚度，每一組水用量預設參數下的各組坍流度額定值所對應的砂裹外加劑厚度的計算方式如下：將該坍流度額定值所對應的該外加劑的該用量預設值除以該外加劑的密度換算得到該外加劑的體積，將該外加劑的體積除以該細骨材組分的砂粒總表面積值，而得到該坍流度額定值所對應的該砂裹外加劑厚度。
在該步驟(g)中，根據該砂裹水厚度值定義為每一粒砂粒被水包裹的厚度，每一組水用量預設參數下各組坍流度額定值所對應的砂裹水厚度值的計算方式如下：將該水用量預設參數除以水的密度換算得到水的體積，將該水的體積除以該細骨材組分的砂粒總表面積值，而得到該坍流度額定值所對應的該砂裹水厚度值。
在該步驟(h)中，是於每一組坍流度額定值下，以每一組水用量預設參數所對應的砂裹外加劑厚度值為縱軸，以及用每一組水用量預設參數所對應的砂裹水厚度值為橫軸，來建立出對應該坍流度額定值的該第二迴歸方程式。因此，基於坍流度額定值的組數，即會得到相同組數的第二迴歸方程式，繼而就可以基於該步驟(a)中所預設出的該膠結材料用量預設參數下得到包含多組第二迴歸方程式的該量化模型。
以下以應用例1及2例示說明利用該量化模型進行混凝土配比設計。
[應用例1]：
基於欲配製出的一理想混凝土的工作性要求，設定出可滿足該工作性要求的一組坍流度理想值，並選擇要用於配製該理想混凝土的細骨材組分的種類、外加劑的種類及重量。依據該細骨材組分的種類計算出相對應的砂粒總表面積值，以及依據該外加劑的密度將該外加劑的重量換算成體積，再用該外加劑的體積除以該細骨材組分的砂粒總表面積值計算出該理想混凝土的砂裹外加劑厚度值。接著，從該量化模型中選出與該坍流度理想值的數值相同的坍流度額定值所對應的第二迴歸方程式，例如該坍流度理想值為100cm×cm，就選坍流度額定值為100cm×cm所對應的第二迴歸方程式。然後，將該理想混凝土的砂裹外加劑厚度值帶入該第二迴歸方程式中計算出該理想混凝土的砂裹水厚度值，再將該理想混凝土的砂裹水厚度值乘以該細骨材組分的砂粒總表面積值計算出該理想混凝土中水的體積，將該水的體積乘以水的密度即計算出該理想混凝土中的水重量。
[應用例2]：
基於欲配製出的一理想混凝土的工作性要求，設定出可滿足該工作性要求的一組坍流度理想值，並選擇要用於配製該理想混凝土的細骨材組分的種類、外加劑的種類及水的重量。依據該細骨材組分的種類計算出相對應的砂粒總表面積值，依據該水的密度將該水的重量換算成體積，再用該水的體積除以該細骨材組分的砂粒總表面積值計算出該理想混凝土的砂裹水厚度值。接著，從該量化模型中選出與該坍流度理想值的數值相同的坍流度額定值所對應的第二迴歸方程式，將該砂裹水厚度值帶入該第二迴歸方程式中計算出在該理想混凝土的砂裹外加劑厚度值，再將該理想混凝土的砂裹外加劑厚度值乘以該細骨材組分的砂粒總表面積值計算出該理想混凝土中外加劑的體積，將該外加劑的體積乘以該外加劑的密度，即計算出該理想混凝土中的外加劑重量。
綜上所述，本發明混凝土配比中水用量及外加劑用量的量化模型的建立方法透過該步驟(a)至該步驟(h)建立出該混凝土配比中水用量及外加劑用量的量化模型，該量化模型可以在預設出的膠結材料用量預設參數及設定出的坍流度額定值下，將用水用量、外加劑用量及砂粒總表面積值進行數理上的系統化聯結，也就是說，該量化模型能在預設的混凝土工作性下，透過水用量、外加劑用量、砂用量及砂粒的粗細度等參數的聯結來推算出水及外加劑的用量，進而控制混凝土的工作性及混凝土的抗壓強度，故確實能達成本發明的目的。
惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。
無。
Claims (6)
- 一種混凝土配比中水用量及外加劑用量的量化模型的建立方法，包含以下步驟： (a) 依據一外加劑的種類定義出一組細骨材的細度模數範圍，再依據該細骨材的細度模數範圍預設出至少一組膠結材料用量預設參數； (b) 依據該至少一組膠結材料用量預設參數預設出多組水用量預設參數，再於每一組水用量預設參數下預設出多組外加劑用量預設參數； (c) 依據每一組外加劑用量預設參數分別配製出相對應的一組具有細骨材組分的砂漿樣品，且該等砂漿樣品中的細骨材組分彼此相同，並經由量測得到每一組砂漿樣品相對應的坍流度預設值； (d) 於每一組水用量預設參數下根據所對應的該等外加劑用量預設參數與該等坍流度預設值建立出一組第一迴歸方程式，每一組水用量預設參數下相對應的該第一迴歸方程式由多個資料點所建立，且每一個資料點是由外加劑用量預設參數與相對應的坍流度預設值所建立； (e) 設定多組坍流度額定值，並將該等坍流度額定值帶入每一組水用量預設參數所對應的該第一迴歸方程式中，計算出於每一組水用量預設參數下該等坍流度額定值所分別對應的該外加劑的用量預設值； (f) 提供每一組砂漿樣品中的細骨材組分所對應的一組砂粒總表面積值，於每一組水用量預設參數下依據該砂粒總表面積值及該外加劑的體積，計算出該水用量預設參數下的每一組坍流度額定值所對應的砂裹外加劑厚度值，該砂裹外加劑厚度值定義為每一粒砂粒被外加劑包裹的厚度； (g) 於每一組水用量預設參數下依據水的體積及該細骨材組分的砂粒總表面積值，計算出該水用量預設參數下的每一組坍流度額定值所對應的砂裹水厚度值，該砂裹水厚度值定義為每一粒砂粒被水包裹的厚度；及 (h) 於每一組坍流度額定值下根據該等水用量預設參數所分別對應的該等砂裹外加劑厚度值與該等砂裹水厚度值建立出一組第二迴歸方程式，即得到一個基於該膠結材料用量預測參數且包括多組第二迴歸方程式的混凝土配比中水用量及外加劑用量的量化模型。
- 如請求項1所述的混凝土配比中水用量及外加劑用量的量化模型的建立方法，其中，在該步驟(f)中，每一組砂漿樣品中的細骨材組分所對應的砂粒總表面積值是根據該細骨材組分的砂粒留篩率、密度及用量所計算得到。
- 如請求項2所述的混凝土配比中水用量及外加劑用量的量化模型的建立方法，其中，是對每一組砂漿樣品中的細骨材組分進行篩分析而得到該細骨材組分的砂粒留篩率。
- 如請求項1所述的混凝土配比中水用量及外加劑用量的量化模型的建立方法，其中，在該步驟(a)中，該外加劑是減水劑。
- 如請求項1所述的混凝土配比中水及外加劑用量的量化模型的建立方法，其中，在該步驟(f)中，該水用量預設參數下的每一組坍流度額定值所對應的砂裹外加劑厚度值是將該外加劑的體積除以該細骨材組分的砂粒總表面積值所計算得到，而該外加劑的體積是將該每一組坍流度額定值所對應的該外加劑的該用量預設值除以該外加劑的密度換算得到。
- 如請求項1所述的混凝土配比中水及外加劑用量的量化模型的建立方法，其中，在該步驟(g)中，該水用量預設參數下的每一組坍流度額定值所對應的砂裹水厚度值是將該水的體積除以該細骨材組分的砂粒總表面積值所計算得到，而該水的體積是將該水用量預設參數除以水的密度換算得到。
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2021
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