Viết thuật toán cho bảng tính cấp phối bê tông

ĐỒN THANH NIÊN CỘNG SẢN HỒ CHÍ MINH BAN CHẤP HÀNH TP HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH DỰ THI GIẢI THƯỞNG SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC EURÉKA LẦN THỨ XIV NĂM 2012 TÊN CƠNG TRÌNH : VIẾT THUẬT TỐN CHO BẢN TÍNH CẤP PHỐI BÊ TƠNG LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU: QUY HOẠCH – KIẾN TRÚC – XÂY DỰNG CHUN NGÀNH : XÂY DỰNG Mã số cơng trình : …………………………… (Phần BTC cấp thành ghi) TĨM TẮT Ứng dụng cơng nghệ thơng tin việc học tập, nghiên cứu công tác thiết kế điều vô cần thiết chuyên gia, kỹ sư xây dựng, sinh viên xây dựng Trong cơng nghệ thơng tin xem cơng cụ hữu ích hỗ trợ cho công tác thiết kế xây dựng để giảm bớt thay số công việc không phức tạp tốn nhiều thời gian lặp lặp lại hoạt động công tác thiết kế xây dựng Trong báo cáo này, tập trung nghiên cứu tốn tính tốn tự động cấp phối bê tông từ việc kiểm tra cốt liệu thành phẩm đạt cường độ chịu nén bê tông yêu cầu Trong trình nghiên cứu tác giả đề xuất số phương pháp tính tốn cấp phối tự động để giải tốn với chi phí thấp, phù hợp cho toán thiết kế loại bê tông thông dụng Giải pháp xây dựng ngơn ngữ Visual Basic chương trình Microsoft Excel 2007 Bảng tính triển khai cho kết khả quan 2 MỤC LỤC Đặt vấn đề Tổng quan tài liệu sở lý thuyết 2.1 Lý thuyết bê tông 2.2 Lý thuyết thuật tốn máy tính Mục tiêu phương pháp nghiên cứu 3.1 Mục tiêu 3.2 Các điều kiện cần biết 3.3 Trình tự tính tốn 10 3.3.1.- Xác định lượng nước (N) cho m3 bê tông 10 3.3.2.- Xác định tỷ lệ X/N lượng xi măng (X) cho m3 bê tông 11 3.3.3.- Xác định lượng đá dăm (hay sỏi) cho m3 bê tông 11 3.3.4.- Xác định lượng cát cho m3 bê tông 12 3.3.5.- Tính thành phần nguyên liệu bị ẩm 12 3.3.6.- Tính số sản lượng liệu lượng vật liệu cho mẻ trộn 13 Kết nghiên cứu 15 4.1 Giới thiệu bảng tính 15 4.2 Cấu trúc hình 15 4.3 Các tùy chọn chức 16 4.3.1 – Kiểm tra cốt liệu 16 4.3.2 – Tính tốn cấp phối 17 4.3.3 – Hê thống bảng tra 19 4.4 Relationship 19 4.5 Kết nghiên cứu 20 Kết luận đề nghị 23 Tài liệu tham khảo 24 ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, sở, công ty ngành xây dựng trường học có số lượng lớn công việc không phức tạp lại lặp lặp lại khiến tốn nhiều thời gian góp phần làm cho chậm tiến độ xây dựng Từ giải pháp tự động hố việc tính tốn cấp phối bê tơng với cường độ chịu nén yêu cầu trước kiểm tra chất lượng cốt liệu để rút ngắn thời gian cơng sức người thiết kế cách xác hiệu điều vô cần thiết Đặc biệt nay, Chính Phủ chủ trương ứng dụng mạnh mẽ công nghệ thông tin vào công tác thiết kế, kiểm tra, quản lý xây dựng công ty nhỏ vừa Để khắc phục khâu tiếp nhận, kiểm tra, thiết kế quy trình thiết kế xây dựng cách hiệu quả, ích tốn cơng sức người kỹ sư Từ tình hình đó, tơi chọn nghiên cứu đề tài “Viết thuật tốn cho bảng tính cấp phối bê tơng” để giải phần công việc công tác kiểm tra cốt liệu cho bê tông thiết kế cấp phối bê tông theo cường độ chịu nén yêu cầu, cường độ trung bình, khơng u cầu sử dụng phụ gia Bảng tính thực hồn tồn tự động cơng việc tra bảng, tính tốn khối lượng cát, đá, xi măng, nước từ yêu cầu kỹ thuật mà người dùng nhập vào, đồng thời giao diện bảng tính dễ tương tác chạy Microsoft Excel 2007 4 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Lý thuyết bê tông Dựa lý thuyết bê tông khoa học nghiên cứu sử dụng Như biết, bê tông loại đá nhân tạo sử dụng chất kết dính vơ cơ, chế tạo từ nguyên liệu sau:  Cốt liệu: cát, đá dăm sỏi  Chất kết dính vơ cơ: xi măng, thạch cao…  Nước: để nhào trộn  Phụ gia + Xi măng: Các loại xi măng thường dùng: xi măng portland hỗn hợp, xi măng portland puzzolan… + Nước: Nước dùng để rửa cốt liệu, sản xuất dưỡng hộ bê tông, yêu cầu không chứa chất độc hại, ảnh hưởng đến ninh kết, rắn xi măng hay gây xâm thực cốt thép bê tông Nước dùng cho bê tông nước sinh hoạt đảm bảo yêu cầu theo tiêu chuẩn TCXDVN 302 – 2004 Bảng 1: Hàm lượng tối đa muối, ion nước trộn bê tông vữa Mức cho phép Mục đích sử dụng Nước trộn bê tơng trộn vữa bơm bảo vệ cốt thép cho kết cấu BCTCT ứng lực trước Nước trộn bê tông trộn vữa chèn mối nối chocác kết cấu BTCT Nước trộn cho bê tông cho kết cấu không cốt thép Nước trộn vữa xây trát Cl Cặn không tan 600 350 200 5000 2000 1000 200 10000 2700 3500 300 Muối hòa tan SO4 2000 -2 - + Cốt liệu bé – Cát: Cát sử dụng bê tơng có kích thước từ 0.14 đến 5mm Hàm lượng chất có hại theo qui định TCXDVN 7570 – 2006 Thành phần hạt độ lớn cát ảnh hưởng lớn đến chất lượng bê tông Nếu thành phần hợp lý, độ rỗng cốt liệu nhỏ lượng dùng xi măng đảm bảo bê tông đặc cường độ cao Người ta xác định thành phần hạt theo TCXDVN 7572 – 2006 cách sàn cát qua cỡ sàn 5, 2.5, 1.25, 0.63, 0.315, 0.14mm Rồi từ tính lượng sót riêng biết lượng sót tích lũy Ai vẽ đường biểu diễn cấp phối hạt Khi lượng sót tích lũy nằm phạm vi cho phép cát có cấp phối tốt Bảng 2: Quy phạm phạm vi cỡ hạt hợp lý cát Lượng sót Max Min 0 20 45 15 70 35 90 70 100 90 Sàng 2.5 1.25 0.63 0.315 0.14 Module độ lớn: tiêu quan trọng xác định độ lớn cỡ hạt cát ảnh hưởng đến lượng dùng xi măng Mdl lớn, tổng diện tích bề mặt cốt liệu nhỏ lượng dùng xi măng = + + Cát để chế tạo bê tơng cần có Mdl = 2.0 – 3.3 + 100 + Bảng 3: Phân loại cát Các tiêu Module độ lớn Bề mặt riêng (cm2/g) Lượng nước yêu cầu (%) Khối lượng thể tích (kg/m3),  Hạt to 2.5-3.3 7.5 1400 1300 1200 Hạt mịn 0.7-1 201-300 1150 + Cốt liệu lớn – đá dăm, sỏi: Hàm lượng chất bẩn đất sét, bụi, bùn… phải khống chế < 1% theo TCXDVN 7570 – 2006 Thành phần hạt: phối hợp cỡ hạt để đạt độ rỗng nhỏ để xác định biểu đồ cấp phối hạt phải xác định Dmax Dmin đá Ở đây, bảng tính xác định tự động từ kết rây sàn chuẩn với: Dmax độ lớn sỏi hay đá dăm ứng với cỡ sàn lượng sót tích lũy Ai  10% Dmin độ lớn sỏi hay đá dăm ứng với cỡ sàn lượng sót tích lũy Ai  90% + Cơ sở để lựa chọn tính dẻo cho hỗn hợp bê tông: Loại kết cấu Bê tông móng cơng trình BT khối lớn hay khơng có cốt thép Bản, dầm, cột, linto, auvant… BT có hàm lượng cốt thép trung bình BT có hàm lượng cốt thép dày BT đổ nước BT xi măng mặt đường Phương pháp thi công Cơ giới Thủ công SN, cm ĐC.S SN, cm 12 2535            12   300          + Cường độ đá xi măng: Phụ thuộc chủ yếu vào hai yếu tố: Mác xi măng tỷ lệ N/X Công thức Bolomey – Skramtaev: Khi 1.4 < X/N  2.5 (bê tông cường độ chịu nén < 50 Mpa) = − 0.5 Khi 2.5 < X/N  3.5 (bê tông cường độ chịu nén > 50 Mpa) = + 0.5 2.2 Lý thuyết thuật tốn máy tính: Áp dụng kiến thức hàm Excel để viết lệnh thực phép tính, thực phép nội suy, tra bảng, vẽ đồ thị… Áp dụng số lệnh ngôn ngữ Visual Basic để lặp trình để nội suy, tra bảng phức tạp Thiết kế giao diện bảng tính sheet tính 9 MỤC TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1.-Mục tiêu Sử dụng mơi trường tính tốn phần mềm tiếng Microsoft Excel 2007 ngôn ngữ Visual Basic tích hợp để nghiên cứu viết thuật tốn cho bảng tính cấp phối bê tơng kiểm tra chất lượng cốt liệu sử dụng cho bê tơng Bảng tính dễ sử dụng, giao diện thân thiện, không yêu cầu cài đặt, người dùng phải dễ nhập liệu đầu vào, hạn chế tối đa công việc gõ văn mà cần cú click chuột nhập liệu vào thơng tin cường độ chịu nén yêu cầu, độ sụt, loại xi măng, loại cốt liệu… tính tốn xuất bảng kết Cấp phối bê tông tính tốn mẻ trộn cần 3.2 Các điều kiện cần biết Tính tốn thiết kế cấp phối (thành phần) bê tơng tìm tỷ lệ hợp lý nguyên liệu thành phần (cát, đá, xi măng, nước) cho hỗn hợp bê tông đạt tiêu kinh tế kỹ thuật yêu cầu tiết kiệm ngun liệu Ở đây, khâu tính tốn tự động thực máy tính thơng qua hàm lệnh cài đặt trước với liệu đầu vào (input) điều kiện cần biết trước sau: Cường độ chịu nén yêu cầu bê tông – hay cịn gọi mác bê tơng (có thể tham khảo từ bảng tra để tìm loại mác bê tơng phù hợp với kết cấu) Tính chất cơng trình: mơi trường cạn hay nước, có u cầu chống thấm, chống xâm thực khơng? Đặc điểm kết cấu cơng trình: kết cấu có hay khơng có cốt thép, độ dày thưa cốt thép Điều kiện nguyên vật liệu: o Độ bền nén, chủng loại xi măng o Loại cốt liệu, tiêu lý chúng Điều kiện thi công: thủ công, máy, thời tiết 10 3.3.-Trình tự tính tốn Báo cáo trình bày phương pháp tính tốn cấp phối theo phương pháp tính Bolomey – Skramtaev từ diễn giải qua ngơn ngữ máy tính hàm Excel 3.3.1.- Xác định lượng nước (N) cho m3 bê tông Tra lượng nước sơ cho m3 bê tông dựa đặc trưng hỗn hợp bê tông độ cứng hay độ sụt bê tông đường kính lớn cốt liệu lớn (10, 20, 40mm) Ở bảng tính ta dùng độ sụt đường kính lớn cốt liệu lớn để thực tra bảng chọn sơ lượng nước ĐẶC TRƯNG HH BÊ TÔNG Độ cứng số cứng (sec) 150200     Độ sụt (cm) 10 ĐƯỜNG KÍNH MAX CLL 10 20 40 145 150 160 165 175 185 190 195 200 205 210 215 130 135 145 150 160 170 175 180 185 190 195 200 120 125 130 135 145 155 160 165 170 175 180 185 Lưu ý:  Khi dùng xi măng portland pouzoland lượng nước cần tăng thêm 15 – 20 lít  Khi dùng cát nhỏ, lượng nước cần tăng thêm 10 lít 11 3.3.2.- Xác định tỷ lệ X/N lượng xi măng (X) cho m3 bê tông Sử dụng công thức Bolomey – Skramtaev: Khi 1.4 < X/N  2.5 (bê tông cường độ chịu nén < 50 Mpa) = − 0.5 ⟹ = + 0.5 Khi 2.5 < X/N  3.5 (bê tông cường độ chịu nén > 50 Mpa) = + 0.5 ⟹ = − 0.5 Xác định lượng xi măng, so sánh với lượng xi măng tối thiểu: = , Lượng xi măng tối thiểu tra theo bảng: Điều kiện làm việc CT Trực tiếp tiếp xúc với nước Trực tiếp tiếp xúc mưa gió Khơng ảnh hưởng mưa gió Bằng tay 265 250 220 Bằng máy 240 220 200 Chọn giá trị lớn (X tính tốn X tối thiểu) để tính tốn 3.3.3.- Xác định lượng đá dăm (hay sỏi) cho m3 bê tông Xác định độ rỗng đá: =1− Với:  : khối lượng thể tích đá  : khối lượng riêng đá Xác định hệ số dư vữa : 12 Hỗn hợp bê tông cứng:  = 1.05  1.15 Hỗn hợp bê tông dẻo: phụ thuộc vào X HỆ SỐ  Đá dăm 1.3 1.36 1.42 1.47 LƯỢNG XI MĂNG 250 300 350 400 Sỏi 1.34 1.42 1.48 1.52 Xác định lượng đá: từ thông số tính tốn tính lượng đá cho 1m3 bê tông Đ= 1000 đ đ + đ 3.3.4.- Xác định lượng cát cho m3 bê tông = 1000 − − − Đ đ Với:  X, N, Đ – lượng xi măng, nước, đá tính  ; đ ; – khối lượng riêng xi măng, đá, cát 3.3.5.- Tính thành phần nguyên liệu bị ẩm Các tính tốn dựa giả thiết vật liệu ban đầu hồn tồn khơ Khi vật liệu ẩm phải tính lại sau: Xw = X Nw = N – (C.Wc + Đ.Wd) Cw = C(1 + Wc) Đw = Đ(1 + Wd) Với: Wc, Wd – độ ẩm cát đá 13 3.3.6.- Tính số sản lượng liệu lượng vật liệu cho mẻ trộn Hệ số sản lượng: Thực tế vật liệu trạng thái tự nhiên Vo Sau nhào trộn, nguyên liệu trộn lẫn vào nhau, thể tích chiếm chỗ Va = + = ỗ + < đ + Với  hệ số sản lượng xác định theo công thức sau: = 1000 + + đ 1000 = + + Đ đ Thông thường,  = 0.6  0.7 Tính vật liệu dùng cho mẻ trộn máy: Giả sử ta chọn máy trộn có dung tích Vm Lượng xi măng, cát, đá cho mẻ trộn có dung tích Vm là: = = Đ = = 1000 1000 1000 1000 Đ 14 Sơ đồ tính tốn: Input Input Kiểm tra cốt liệu Rb, Rx… Khối lượng hạt sót Tính tốn, xử lý số liệu, tra bảng Tính tốn, xử lý số liệu, tra bảng Xuất kết cấp phối, mẻ trộn Xuất kết quả, vẽ đồ thị, Kiểm tra điều kiện khống chế cốt liệu Hủy bỏ không thỏa không sử dụng tính tốn Sơ đồ 1: Sơ đồ thuật tốn tính tốn 15 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 4.1 Giới thiệu bảng tính            Tên: BẢNG TÍNH CẤP PHỐI BÊ TƠNG Viết tắt: Comcota Phiên bản: V.1.0 – 07 Ngơn ngữ: Tiếng Việt Nền: Hệ điều hành Window Xp/Vista/7 – Microsoft Excel 2007 – 2010 Ngành nghề ứng dụng: Xây Dựng Dân Dụng & Cơng Nghiệp Chức năng: Tính cấp phối cho m3 bê tông, mẻ trộn cho cỡ máy trộn vấn đề có liên quan kiểm tra cốt liệu… Định dạng: *.xlsx Đóng gói: CD File CAP PHOI BE TONG V.1.0 – 07.RAR Dung lượng: Khoảng MB Bản quyền: Bảng tính cấp phối bê tơng khơng u cầu cài đặt, sử dụng trực tiếp Yêu cầu cấu hình phần cứng máy:  Màn hình: Tối thiểu 15 inch, 1024 x 768 VGA with True Color (minimum)  CPU: Tối thiểu Pentium IV 800 Mhz, Ram 512 MB, chạy trực tiếp USB  Đầu đọc đĩa CD Rom, Ổ đĩa di động USB…  Phần mềm: Hệ điều hành Window XP/Vista/7 Bộ MicroSoft Office 2007 trở lên  Các thiết bị khác: Bàn phím, chuột 4.2 Cấu trúc hình Sau khởi động chương trình có trang chủ hình 16 Name and About of Comcota Các tùy chọn chức Hình 1: Giao diện trang chủ bảng tính Comcota 4.3.-Các Tùy chọn chức 4.3.1 – Kiểm tra cốt liệu Kiểm tra đá – sỏi Kiểm tra cát Thanh chọn có sử dụng KQKT Hình 2: Giao diện tùy chọn kiểm tra cốt liệu 17 Biểu đồ cấp phối cát Bảng kết cấp phối cát Bảng kết cấp phối cát Hình 3: Giao diện kết thí nghiệm 4.3.2 – Tính toán cấp phối: Biểu đồ cấp phối cát 18 Nguyên liệu tính chất lý Hình 4: Giao diện tính cấp phối Nhập số khung nhập số liệu Hình 5: Giao diện kết tính cấp phối 19 Hình 6: Giao diện kết tính mẻ trộn 4.3.3 – Hê thống bảng tra: Hình 7: Giao diện phần bảng tra 4.4 Relationship Kiểm tra cốt liệu Kiểm tra cốt liệu Kết cấp phối Index Tính cấp phối Tính mẻ trộn Bảng tra Sơ đồ 2: Quan hệ chức 20 4.5.- Kết nghiên cứu Từ kết thí nghiệm phịng thí nghiệm ta nhập vào biến số hàm lượng cốt liệu ta tính tốn xác lượng sót riêng biệt tích lũy từ cho kết đồ thị cấp phối kết cốt liệu có cấp phối tốt hay khơng Ví dụ lần thử số 1: Với liệu Input Hình 8: Dữ liệu kiểm tra cốt liệu Ta kết tính tốn, kết cốt liệu bé – cát: Hình 9: Kết kiểm tra cốt liệu Nếu ta kết đạt ta muốn sử dụng để tính cấp phối ta trang Kiểm tra cốt liệu chọn CÓ, CÓ mà kết không đạt thông báo: Nếu không sử dụng ta chọn KHƠNG 21 Tiếp theo ta tính tốn cấp phối bê tơng: Với liệu hình Hình 10: Dữ liệu đầu vào tính cấp phối Sau q trình tính tốn ta kết tính cấp phối mẻ trộn: 22 Hình 11: Kết tính cấp phối Hình 12: Kết tính mẻ trộn  Kết tính tốn hồn tồn xác 23 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Kết bảng tính cấp phối bê tơng dựa sở khoa học bê tông chứng minh sử dụng, trả lời toán việc rút ngắn thời gian công sức người thiết kế xây dựng cách nhanh xác Cho hệ thống tự động tính tốn, thiết kế giao diện thân thiện, đẹp, dễ tương tác, ngắn gọn, thuật tốn xác Các sheet tính tốn xuất kết khóa lại mật nhằm bảo vệ tính đắn thuận tốn chạy chương trình Chương trình nhẹ, dễ sử dụng, khơng cần cài đặt, chi phí rẻ, chạy Microsoft Excel 2007 mà máy tính có Song, chương trình bảng tính, khơng thực độc lập được, phải chạy chương trình khác Vẫn cịn nhiều tốn tính cấp phối bê tơng chưa thực tính tốn bê tơng cường độ cao, bê tông sử dụng phụ gia, kiểm tra nhiều tính chất nguyên liệu Đề xuất ý tưởng: phát triển bảng tính lên thành phần mềm chuyên dụng riêng biệt, xử lý phần lớn toán liên quan đến thiết kế cấp phối bê tơng như: tính tốn bê tơng cường độ cao, bê tơng có sử dụng phụ gia, bê tơng tự lèn, kiểm tra nhiều tính chất nguyên liệu 24 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ Tiêu chuẩn Quy định thiết kế Xây dựng, Bộ Xây Dựng, NXB Giao thông vận tải, 2006 [2] Nguyễn Quang Minh, TIN HỌC CHO THANH NIÊN – CÁC BÀI THỰC HÀNH EXCEL DÙNG CHO KỸ SƯ VÀ NGƯỜI LÀM KHOA HỌC, NXB Thanh Niên, 2006 [3] Phùng Văn Lự, Phạm Duy Hữu, Phan Khắc Trí, VẬT LIỆU XÂY DỰNG, NXB Giáo Dục, 2005 [4] ThS Lê Hoàng Thanh Nam, Bài Giảng Môn Học VẬT LIỆU XÂY DỰNG, Khoa Xây Dựng, Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ Tp.HCM, 2010 [5] ThS Lê Đình Ngân, MICROSOFT EXCEL VÀ KỸ THUẬT LẬP TRÌNH VBA, NXB Tài Chính, 2010 [6] Stacy L Hiquet, MICROSOFT EXCEL VBA PROGRAMMING FOR THE ABSOLUTE BEGINNER, by Premier Press, Inc, 2002 [7] Paul McFedries, FORMULAS AND FUNTIONS WITH MICROSOFT EXCEL 2003, by Sams Publishing, 2004  ... tính cấp phối Sau q trình tính tốn ta kết tính cấp phối mẻ trộn: 22 Hình 11: Kết tính cấp phối Hình 12: Kết tính mẻ trộn  Kết tính tốn hồn tồn xác 23 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Kết bảng tính cấp phối. .. phối cát Bảng kết cấp phối cát Bảng kết cấp phối cát Hình 3: Giao diện kết thí nghiệm 4.3.2 – Tính tốn cấp phối: Biểu đồ cấp phối cát 18 Ngun liệu tính chất lý Hình 4: Giao diện tính cấp phối Nhập... đó, tơi chọn nghiên cứu đề tài ? ?Viết thuật tốn cho bảng tính cấp phối bê tơng” để giải phần công việc công tác kiểm tra cốt liệu cho bê tông thiết kế cấp phối bê tông theo cường độ chịu nén u cầu,