混凝土配比設計

關於本工具分析核心

本工具依據 CNS 12891《混凝土配比設計準則》與 ACI 211.1《Standard Practice for Selecting Proportions for Normal, Heavyweight, and Mass Concrete》(1991 版) 完整 9 步驟自動完成配比設計。 耐久性限制（最大水膠比、最低設計強度）遵循 ACI 318-19 Table 19.3.2.1 與公共工程施工綱要規範第 03050 章。

ACI 211.1 §1.2 指出：「本方法提供之配比為初始近似值，須經試拌驗證並依需要調整。」 本工具輸出即此「初始近似值」，實際施工前仍須由認證混凝土實驗室進行試拌確認。

Step 1 — 目標配比強度 f'cr

無統計資料（CNS 12891 表2）：

• f'c ≤ 210 kgf/cm²：f'cr = f'c + 70
• 210 < f'c ≤ 350：f'cr = f'c + 85
• f'c > 350：f'cr = 1.1 f'c + 50

有標準差（ACI 318 Table 26.4.3.1(a)）：

• f'c ≤ 350：f'cr = max(f'c + 1.34s, f'c + 2.33s − 35)
• f'c > 350：f'cr = max(f'c + 1.34s, 0.90 f'c + 2.33s)

配比目標強度高於設計強度，確保實際抗壓強度低於 f'c 的機率 < 10%（單尾 1% 失敗率對應 2.33 倍標準差）。

Step 2 — 水膠比 W/B（ACI 211.1 Table 6.3.4(a)）

原表提供 28 天抗壓強度 (psi) 與 W/C 比之近似關係，本工具以 MPa 對應點線性插值：

*6000 psi 輸氣原表未列值，本工具以線性外推取 0.32。 W/B 設計值取強度需求與耐久性需求之最小值（ACI 211.1 §6.3.4）。

Step 5 — 用水量（ACI 211.1 Table 6.3.3）

原表單位為 lb/yd³，本工具以 ×0.5933 轉換至 kg/m³（1 lb/yd³ = 0.45359 kg ÷ 0.76455 m³）。 支援 MSA 19 mm (3/4") 與 25 mm (1") 兩種規格：

坍度落在兩個區間之間時採用線性插值。圓形骨材一般可減少約 30 lb/yd³ (18 kg/m³)， 使用減水劑可再降低 5~8%（Type A/D/E）或 12~25%（Type F/G HRWR）（ACI 211.1 §6.3.3）。

含氣量（ACI 211.1 Table 6.3.3）

非輸氣混凝土 — entrapped air：MSA 19mm → 2.0%，25mm → 1.5%

輸氣混凝土 — 依暴露等級：

ACI 211.1 §6.3.3 指出：f'c 接近或超過 5000 psi (350 kgf/cm²) 時，正常含氣量可能無法達成， 因每增加 1% 含氣量將降低最大可達強度。此時應審慎評估暴露條件是否確需輸氣。

Step 7 — 粗骨材體積比 b/b₀（ACI 211.1 Table 6.3.6）

乾搗體積比（oven-dry-rodded volume per unit volume concrete）：

FM 介於表列值之間以線性插值。泵送混凝土可減少 10% 以改善流動性； 路面等低工作性需求可增加約 10%（ACI 211.1 §6.3.5 附註）。 粗骨材質量由 oven-dry 乘以 (1 + 吸水率%) 轉換為 SSD 狀態。

Step 8 — 絕對體積法

1 m³ 混凝土 = 1000 L。各材料體積 = 質量 ÷ 比重 × 1000。 細骨材體積 = 1000 − (V_水 + V_OPC + V_飛灰 + V_爐石 + V_矽灰 + V_粗骨材 + V_含氣)。

預設材料比重：OPC = 3150, 飛灰 = 2200, GGBS = 2900, 矽灰 = 2200, 粗骨材(SSD) = 2650, 細骨材(SSD) = 2600 kg/m³。

礦物摻料 SCM（ACI 211.1 Chapter 4）

ACI 211.1 §4.4.1 建議之初始試拌替換率範圍（佔總膠材重量百分比）：

• Class F 飛灰：15~25%
• Class C 飛灰：15~35%
• 天然波索蘭：10~20%
• 爐石粉 GGBS：25~70%
• 矽灰 Silica Fume：5~15%（比重約 2.2，使用時建議搭配高性能減水劑）

矽灰比重低於 OPC，等重量替換時膠結漿體積增加，實際 W/B（體積基準）會降低。 矽灰摻量超過 10% 時混凝土可能變得黏稠（sticky），可能需提高坍度 50~125 mm 維持相同工作性（ACI 211.1 §4.4c）。 使用飛灰和爐石粉時，拌合水需求通常低於純水泥配方（ACI 211.1 §4.4.1）。

重要限制與注意事項

• ACI 211.1 §2.4：「任何方法計算之配比皆須經試拌驗證。實驗室小批次可能無法完全預測現場條件下之表現， 最大骨材粒徑超過 2 in. (50 mm) 時應以現場實際批次驗證。」
• 用水量估算假設骨材為「合理良好形狀之角形骨材」。圓形骨材可減水約 30 lb/yd³ (18 kg/m³)， 表面粗糙度高之骨材可能需更多水（ACI 211.1 Table 6.3.3 附註）。
• 化學摻劑：Type A/D/E 減水劑可減少 5~8% 用水量，Type F/G（高性能減水劑/超塑化劑）可減少 12~25%。 高劑量使用時其自身含水量應計入總用水量（ACI 211.1 §4.3）。
• W/C vs W/B：ACI 211.1 以水灰比 w/c 為主，含礦物摻料時以 w/(c+p) 計。 本工具統一以水膠比 W/B 計算。
• 本工具不含大體積混凝土溫控計算（ACI 211.1 Appendix 5）與重質混凝土配比（Appendix 4）。 大體積混凝土之水化熱約 10~15°F/100 lb cement/yd³ (ACI 211.1 §3.8)，需另行考慮溫控措施。