保護層脆性材之試驗方法與流程

保護層脆性材之試驗項目分為兩大塊，第一為於試體內部埋設 熱電耦線，進行內部之溫度監測，找尋其實驗初始持溫時間，並與 理論進行比對；第二為對脆性保護層材料進行熱-固耦合傷損之環境 模擬，降溫後執行單壓破壞試驗及同步化之主、被動式聲-光非破壞 檢測，觀察受熱-固耦合作用後，其巨-微觀力學變化，並以正規化、

複合式剪-壓波速比作為判識其固材之傷損指標，相關試驗流程如下 簡述：

(1) 試體製備

將ψ15 × 30 cm 之試體利用切割機與研磨機製成單壓試驗之 設計尺寸，與ψ10 ×20 cm 熱傳比對試體置於 105 ℃烘箱內 24 小時，

將試體裡面之水分去除，避免試驗之變異性。

(2) 熱傳理論比對試驗

將ψ10 ×20 cm 之試體置於高溫爐內，其中爐內溫度的設定，

以爐內(邊界)的升溫速率、最高溫度與持溫時間進行控制，並同步 監測於試體表面與試體內部之溫度分布，以電腦將溫度數據計讀，

與 MATLAB 之方程模擬進行比對，查探理論初始持溫時間 (詳 4.2.2 定義) 與實驗初始持溫時間之差異，以利後續規劃試體達初始持溫 時間。

(3) 火害前混凝土之單壓試驗與非破壞檢測 (對照組)

於常溫下對單壓試驗試體 進行超音波速量測 ，其中波速 在 4.55 cm 面進行量測(圖 3. 48)，於中心點及中心點外一公分處量測 5 點，剔除變異性大之數據後進行平均，即為試體之波速資料；後 對單壓試體進行空間座標之規劃，以利後續聲射感應器佈設與求算 微裂的空間座標；並於 4.512 cm 面塗抹白漆，與於 512 cm 面貼 膠帶，便於光干涉觀察及控制其初裂位置；最後將 4.55 cm 面塗 抹硬酯酸與凡士林 (重量比為 1：1)之混合物以降低端面束制效應。

將規劃之試體置於 MTS 加載系統之承壓塊中心，避免偏心作 用，並將環向位移計與軸向位移計安置於試體上，執行微接觸的動 作，待微接觸完成，將聲射感應器貼覆於已規劃之試體座標上，進 行加載排程的設定，其中試驗初期以力量作為加載系統的控制，後 於 0.5 ~ 0.6 抗壓強度下轉為環狀位移控制，以得到峰後的加載歷程。

單壓試驗同時，同步進行聲射法與光干涉之量測，得到其微觀之破 壞行為，如圖 3. 46 所示。

待加載至峰後加載比為 50 %時，視為單壓試驗結束，將加載系 統與非破壞檢測相關儀設關閉，拍攝試體照片，並將巨-微尺度之數 據取出進行後續之試驗分析。

(4) 熱-固耦合模擬試驗

將高溫爐與承壓塊安置於加載系統上，進行加壓之動作，加載 至設計之工作應力後，將高溫爐門關閉與進行電腦程式溫度設定，

執行加溫加載的作業，如圖 3. 47 所示，當持溫時間結束，打開爐門 進行室溫冷卻，待加溫歷程結束後 (邊界降溫至常溫)，將加載洩掉，

取出試體，以兩層密封袋進行保存，避免空氣中的水氣對混凝土形 成再水化反應。

(5) 火害後混凝土之單壓試驗與非破壞檢測 (實驗組)

將作完熱-固耦合試驗的試體取出，執行超音波速量測，後執行 單壓試驗，與火害前混凝土之單壓試驗與非破壞檢測相同。

(a) (b)

圖 3. 46 單軸壓縮試驗及聲-光非破壞檢測之 試驗儀器佈設 (a) 正視 (b) 背視 (資料來源：本研究整理)

(a) (b) 圖 3. 47 單壓試驗試體之高溫模擬試驗

(a) 無工作應力 (b) 工作應力狀態 (資料來源：本研究整理)

圖 3. 48 超音波脈衝量測

圖 3. 49 熱-固耦合傷損模擬 環境

(資料來源：本研究整理)