Concrete mix design as per IS Code 10262;2009 in Hindi (आई एस कोड़ के अनुसारकंक्रीट मिक्सचर डिजाइन करना )

Concrete Mix Design as per IS Code 10262:2009 in Hindi | आईएस कोड के अनुसार कंक्रीट मिक्स डिजाइन करना

कंक्रीट मिक्सचर डिजाइन (Concrete Mix Design) करने के लिए हम दोनों IS (Indian Standard) Code की सहायता लेंगे। ये हैं:

IS 456:2000

IS 10262:2009

हमें M35 Grade का कंक्रीट मिक्सचर तैयार करना है।

Characteristic Compressive Strength = 35 N/mm²

Exposure Type = Moderate

Design Mix Target Slump = 150–175 mm

Fine Aggregate = Zone III

Specific Gravity of Cement = 2.93

Specific Gravity of Water = 1.0

Specific Gravity of Admixture = 1.121

Specific Gravity of Coarse Aggregate = 2.82

Specific Gravity of Fine Aggregate = 2.65

Moisture Content/Water Absorption of Coarse Aggregate = 0.86%

Moisture Content/Water Absorption of Fine Aggregate = 1.25%

जानकारी के लिए: जब भी Concrete Mix Design करते हैं, तब aggregate की moisture condition को सही तरीके से determine करना बहुत जरूरी होता है। यदि aggregate SSD (Saturated Surface Dry) condition में है, तो उसकी सतह सूखी होती है, लेकिन उसके pores पानी से भरे होते हैं। इसलिए mix design में aggregate की actual moisture condition के अनुसार water adjustment किया जाता है।

A- TARGET MEAN STRENGTH OF CONCRETE

Target mean strength निकालने के लिए formula:

f'ck = fck + 1.65 × s

जहां:

f'ck = Target average compressive strength at 28 days in N/mm²

fck = Characteristic compressive strength at 28 days in N/mm²

s = Standard deviation in N/mm²

IS 456:2000 के Table 8 के अनुसार, यदि standard deviation:

s = 5 N/mm²

और tolerance factor:

1.65

तो,

Target strength f'ck = 35 + 1.65 × 5

= 35 + 8.25

= 43.25 N/mm²

अतः हमारा Target Mean Strength = 43.25 N/mm² होगा।

2- DETERMINATION OF WATER-CEMENT RATIO

जल-सीमेंट अनुपात (Water-Cement Ratio) concrete की strength और durability के लिए बहुत महत्वपूर्ण होता है। यह मुख्य रूप से required strength और exposure condition पर निर्भर करता है।

From Table 5 of IS 456:2000

हमारे concrete के लिए Exposure = Moderate लिया गया है। IS 456:2000 के अनुसार Moderate Exposure के लिए maximum water-cement ratio:

Maximum Water-Cement Ratio = 0.50

ध्यान दें कि इसे 0.5% नहीं, बल्कि 0.50 लिखा जाएगा। यह percentage नहीं बल्कि water और cement के weight का ratio है।

हमारे design में maximum permitted value 0.50 है। Required strength और mix design considerations को ध्यान में रखते हुए हम adopted water-cement ratio:

Adopted Water-Cement Ratio = 0.45

इस प्रकार:

Water-Cement Ratio = 0.50 – 0.05

= 0.45

अतः इस mix design में:

Adopted Water-Cement Ratio = 0.45

यह value IS 456:2000 में Moderate Exposure के लिए निर्धारित maximum water-cement ratio 0.50 से कम है।

DETERMINATION OF WATER-CEMENT RATIO

3- DETERMINATION OF WATER CONTENT

DETERMINATION OF WATER CONTENT

From Table 2 of IS 10262:2009 (Page 3)

IS 10262:2009 के अनुसार 20 mm nominal maximum size aggregate के लिए 25 mm से 50 mm slump range पर approximate water content:

Water Content = 186 litres/m³

लेकिन हमारा target slump:

150 to 175 mm है।

IS 10262:2009 Clause 4.2 के अनुसार 50 mm से अधिक slump के लिए प्रत्येक अतिरिक्त 25 mm slump पर water content में लगभग 3% adjustment किया जा सकता है।

हमारा target slump:

= 175 mm

Reference slump:

= 50 mm

अतिरिक्त slump:

= 175 – 50

= 125 mm

25 mm के increments:

= 125/25

= 5 increments

इसलिए water increase:

= 5 × 3%

= 15%

Estimated Water Content for 175 mm Slump

= 186 + (15 × 186/100)

= 186 + 27.90

= 213.90 litres/m³

अतः 175 mm slump के लिए estimated water content:

= 213.90 litres/m³

Water Reduction Due to Admixture

अब concrete में chemical admixture का उपयोग किया जा रहा है। Admixture के कारण required water content को कम किया जा सकता है। लेकिन water reduction की वास्तविक मात्रा selected admixture के manufacturer's technical data और laboratory trial mix के आधार पर निर्धारित की जानी चाहिए।

इस example में 15% water reduction adopted किया गया है।

Water reduction:

= 15 × 213.90/100

= 32.085 litres

इसलिए:

Actual Water Used

= 213.90 – 32.085

= 181.815 litres/m³

लगभग:

Actual Water Content = 181.82 litres/m³

अतः इस mix design में adopted water content:

Water = 181.82 litres/m³

Note: 15% water reduction इस example में adopted value है। Actual project में admixture dosage और water reduction को manufacturer recommendation तथा trial mix के परिणामों से verify करना चाहिए।

4- CALCULATION OF CEMENT CONTENT
From table -5 of IS 456:2000(page-20)

Table के अनुसार **Moderate Exposure** के लिए minimum cement content:

Minimum Cement Content = 300 kg/m³

हमारे mix design में:

Water-Cement Ratio = 0.45

Water Content = 181.82 litres/m³

अब Cement Content निकालने के लिए formula:

Cement Content = Water Content / Water-Cement Ratio

= 181.82 / 0.45

= 404.04 kg/m³

लगभग:

Cement Content = 404 kg/m³

अब calculated cement content को minimum cement content से check करते हैं:

Calculated Cement Content = 404 kg/m³

Minimum Cement Content = 300 kg/m³

इसलिए:

404 kg/m³ > 300 kg/m³

अतः हमारा calculated cement content, IS 456:2000 के अनुसार Moderate Exposure के लिए आवश्यक minimum cement content से अधिक है।

Adopted Cement Content = 404 kg/m³

5- PROPORTIO0N OF VOLUME OF COARSE AGGREGATE AND FINE AGGREGATE CONTENT
IS 10262:2009 के अनुसार 20 mm nominal maximum size coarse aggregate और Zone III fine aggregate के लिए water-cement ratio 0.50 पर coarse aggregate का volume fraction:

Volume of Coarse Aggregate = 0.64

Adjustment for Pumped Concrete
Final Proportion

हमारा adopted water-cement ratio:

= 0.45

इसलिए water-cement ratio में कमी:

= 0.50 – 0.45

= 0.05

IS 10262:2009 के अनुसार water-cement ratio में प्रत्येक 0.05 की कमी के लिए coarse aggregate के volume fraction में लगभग 0.01 की वृद्धि की जा सकती है।

इसलिए:

Adjusted Volume of Coarse Aggregate

= 0.64 + 0.01

= 0.65

यदि concrete को pump के द्वारा place किया जाना है, तो coarse aggregate content को suitable amount तक कम किया जा सकता है। इस example में 10% reduction लिया गया है।

इसलिए:

Coarse Aggregate Volume

= 0.65 – (10 × 0.65/100)

= 0.65 – 0.065

= 0.585

अतः:

Volume of Coarse Aggregate = 0.585

अब Fine Aggregate का volume:

Fine Aggregate Volume = 1 – Coarse Aggregate Volume

= 1 – 0.585

= 0.415

Coarse Aggregate = 0.585

Fine Aggregate = 0.415

अर्थात aggregate के total volume का लगभग:

Coarse Aggregate = 58.5%

Fine Aggregate = 41.5%

Note: यदि concrete pumping के लिए नहीं है, तो 10% reduction आवश्यक नहीं है। Pumped concrete में coarse aggregate reduction को actual aggregate grading, pumpability, workability और trial mix के आधार पर verify करना चाहिए।

6- CALCULATION OF MIX DESIGN

कंक्रीट की प्रति 1 m³ मात्रा के मिक्स डिजाइन की गणना निम्नानुसार होगी।

A- कंक्रीट का आयतन

= 1 m³

B- सीमेंट का आयतन

Volume of Cement = Mass of Cement / (Specific Gravity of Cement × 1000)

= 404 / (2.93 × 1000)

= 0.138 m³

अतः:

Cement Volume = 0.138 m³

C- पानी का आयतन

Volume of Water = Mass of Water / (Specific Gravity of Water × 1000)

= 181.82 / (1 × 1000)

= 0.182 m³

अतः:

Water Volume = 0.182 m³

D- Admixture का आयतन

Admixture की dosage cement content के weight का 1.2% ली गई है।

Cement Content = 404 kg/m³

इसलिए admixture का mass:

= 1.2 × 404 / 100**

= 4.848 kg/m³

Admixture की specific gravity:

= 1.121

अब admixture का volume:

Volume of Admixture = Mass / (Specific Gravity × 1000)

= 4.848 / (1.121 × 1000)

= 0.00432 m³

लगभग:

Admixture Volume = 0.004 m³

---

E- Entrapped Air का आयतन

20 mm nominal maximum size coarse aggregate के लिए इस example में entrapped air:

= 2%

इसलिए:

Air Volume = 2/100

= 0.02 m³

अतः:

Entrapped Air Volume = 0.020 m³

Note: यह value इस example में adopted है। Actual concrete mix में entrapped air को aggregate size, placing method और trial mix के अनुसार verify किया जाना चाहिए।

F- Coarse Aggregate और Fine Aggregate का आयतन

अब total aggregate volume:

= Concrete Volume – (Cement Volume + Water Volume + Admixture Volume + Air Volume)

= 1 – (0.138 + 0.182 + 0.004 + 0.020)

= 1 – 0.344

= 0.656 m³

अतः:

Total Aggregate Volume = 0.656 m³

अब Section 5 के अनुसार:

Coarse Aggregate Fraction = 0.585

Fine Aggregate Fraction = 0.415

---

G- Coarse Aggregate का द्रव्यमान (Mass)

Mass of Coarse Aggregate

= Total Aggregate Volume × Coarse Aggregate Fraction × Specific Gravity × 1000

= 0.656 × 0.585 × 2.82 × 1000

≈ 1082 kg/m³

अतः:

Coarse Aggregate = 1082 kg/m³

यदि coarse aggregate को 60% for 20 mm और 40% for 10 mm में लिया जाता है:

20 mm Coarse Aggregate

= 1082 × 60/100

= 649.2 kg/m³

10 mm Coarse Aggregate

= 1082 × 40/100

= 432.8 kg/m³

---

H- Fine Aggregate का द्रव्यमान (Mass)

Mass of Fine Aggregate

= Total Aggregate Volume × Fine Aggregate Fraction × Specific Gravity × 1000

= 0.656 × 0.415 × 2.65 × 1000

≈ 721.5 kg/m³

अतः:

Fine Aggregate = 721.5 kg/m³

---

I- PROPORTION FOR MIX

इस calculation के अनुसार प्रति 1 m³ concrete के लिए लगभग:

Cement = 404 kg/m³

Water = 181.82 litres/m³

Fine Aggregate = 721.5 kg/m³

Coarse Aggregate = 1082 kg/m³

20 mm Coarse Aggregate = 649.2 kg/m³

10 mm Coarse Aggregate = 432.8 kg/m³

Admixture = 4.848 kg/m³

Water-Cement Ratio = 0.45

Final Mix Quantity per 1 m³

CALCULATION OF MIX DESIGN

Note: ऊपर की quantities इस example में adopted assumptions के आधार पर calculated हैं। Actual structural concrete के लिए aggregate की moisture condition, absorption, grading, admixture dosage, slump और trial mix results के आधार पर final quantities में adjustment करना आवश्यक है।