第四章 結果與討論
第二節 內埋鋼筋
本研究使用除了裸露鋼筋試體外，亦有砂漿或混凝土內埋鋼筋試體。由於施 工上的搗實、鋼筋分布等因素，保護層內的粒料分佈並不完全相同於整體構件的 混凝土配比設計，因此本研究除了使用混凝土與砂漿配比外，另改變混凝土中的 粗細粒料比例，以模擬現地可能發生的情況。過程中，參考第一節的試驗結果，
所有混凝土，內埋鋼筋皆具 40%刻痕，距離 30 公分，長度 3 公分，水灰比固定 為 0.6，分別以 RC1、RC2、RC3 代表粗細粒料體積比 1:1、1:2 與 1:3。砂漿內埋 試體則含刻痕或腐蝕鋼筋，但深度皆為 40%，水灰比則有 0.4 與 0.6 兩種。
壹、保護層粒料比與頻域振幅的關係
不同混凝土保護層配比的試驗結果如圖 4-11 與圖 4-12 所示。首先就單一配 比而言，若是氣乾狀態，量測數據相當不穩定，很可能此時介面的水分分佈不均 造成介面超音波逸散的路徑不定，故回波振幅不穩定。尤其水分計的讀數並不能 準確反應各試體的含水量，因此試體間的結果不宜比較。另一方面，同樣面乾內 飽和(SSD)的條件下，養護 7 天試體的回波振幅大於 14 天與 28 天的試體，趨勢 一致，故實務上宜以面乾飽和為量測條件，含水量的影響將於本節之後討論。由 於保護層隨著水化時間增加而更緻密，更多超音波通過鋼筋與混凝土介面逸散，
故 28 天養護時間的試體回波振幅最小。28 天的回波振幅大約為 7 天振幅的 77.5%
(RC1)與 80.2%(RC3)之間。
當不同混凝土配比間的試體相互比較時(圖 4-12)，可以發現 RC2 不論於何時 齡期皆具有最低的回波振幅，大約是 RC1 與 RC2 的 67%至 72%之間。可能此時 粗細粒料的比例造成混凝土最佳緻密，故超音波較易於鋼筋與混凝土的介面中逸 散，回波振幅因而最小。相對而言，RC1 與 RC2 的回波振幅值不論於養護齡期 何時皆差不多，很可能此時保護層的性質仍由漿體而非粗粒料控制。以養護時間 28 天為例，兩者的回波振幅值幾乎一樣，說明在兩個條件下粗粒料的影響不大。
然而，實務上大部分混凝土的配比約介於 RC1 與 RC2 之間，因此不同配比間的 差異約在 30%。
(a) (b)
(c)
圖 4-11 不同保護層粗細粒料體積比下含水量與頻域振幅關係圖(刻
痕深度 40%，水灰比 0.6，粗細粒料體積比：(a)RC1; (b)RC2; (c)RC3)
(資料來源：本研究繪製)
(a) (b)
(c)
圖 4-12 不同養護時間下保護層粗細粒料體積比與頻域振幅關係圖
(刻痕深度 40%，水灰比 0.6，養護時間：(a)7 天; (b)14 天; (c)28 天)
(資料來源：本研究繪製)
貳、保護層厚度與頻域振幅的關係
不同水泥砂漿保護層厚度的影響如圖 4-13 所示，可以發現於養護時間 7 天與 14 天時，回波振幅隨著保護層的增加而下降，其中又以水灰比 0.6 的砂漿試體受 保護層厚度的影響最大，於齡期 7 天時下降 70%，於 14 天時下降 78%。由於水 化初期，漿體未緻密，故超音波很可能穿透保護層於保護層/空氣介面再度反射，
造成二次回波，此現象於保護層厚度小時較明顯。當保護層厚度大時，由於超音 波傳遞路徑長，較易被漿體本身吸收，故回波小。於養護時間 28 天時，水泥砂 漿水灰比 0.6 的試體受保護層厚度的影響減少，大約僅下降 9.8%，可能因為保護 層本身緻密，鋼筋中所傳遞超音波更易由鋼筋與砂漿保護層介面逸散，故厚度的 影響較低。然而，就水灰比 0.4 而言，保護層 5 公分時的回波振幅偏高，很可能 為試驗誤差。實務上，鋼筋混凝土構件量測時可視為已經過長時間水化，故可以 參考養護時間 28 天的試驗結果，可以忽略保護層厚度的影響。
(a) (b)
(c)
圖 4-13 水泥砂漿保護層厚度與頻域振幅關係圖(刻痕深度 40%，養
護時間：(a)7 天; (b)14 天; (c)28 天)
(資料來源：本研究繪製)
參、保護層水灰比與頻域振幅的關係
不同水泥砂漿保護層的水灰比與頻域振幅的關係如圖 4-14 所示，在不同含 水量下，水灰比的影響不同。根據前述討論，若僅考慮養護時間 28 天且為面乾 內飽和的狀態下，以保護層 3 公分而言，水灰比 0.4 的回波振幅較水灰比 0.6 的 振幅低約 62%。此現象係由於水灰比 0.4 的保護層較緻密，因此超音波較易透過 鋼筋與砂漿的介面傳遞，故回波振幅小。然而於保護層厚度 5 公分時，水灰比 0.4 的回波振幅偏高，原因不明，可能係試驗誤差，如鋼筋與砂漿間搗實不全因 而存在間隙，故超音波無法有效傳遞。以目前試驗結果而言，水灰比是影響回波 振幅最重要的因素，大於保護層的粒料比例差異。
(a) (b)
圖 4-14 水泥砂漿保護層水灰比與頻域振幅關係圖(腐蝕深度 40%，
保護層厚度：(a)3 公分; (b)5 公分)
(資料來源：本研究繪製)
肆、保護層含水量與頻域振幅的關係
含水量與頻域振幅的關係如圖 4-15 至圖 4-18 所示，不論混凝土或是砂漿保 護層而言，大致上回波振幅隨著含水量的降低而減少，然而量測值相當不穩定，
但此現象不全然可用孔隙填塞來解釋。一般而言，混凝土抗壓試體於乾燥時的抗 壓強度較面乾內飽和時高。因此，當水分減少時，水化膠體的強度與楊氏係數增 加，超音波更易由介面逸散，故反射波振幅減少。相較於砂漿保護層，混凝土保 護層下，回波振幅隨著含水量的變化較小(圖 4-16)，此結果呼應前述推論。由於 混凝土中，漿體所佔的體積比例相對於砂漿小，故強度較不易受水分變化而影 響。
當水灰比固定時，回波振幅與含水量的關係如圖 4-17 與圖 4-18 所示，不論 養護時間試體受含水量的影響皆類似，亦即隨著含水量的降低，反射振幅減少，
原因可能如前述。僅考慮養護時間 28 天的試體時，水灰比 0.4 時受保護層變化 的影響較大。保護層 5 公分的試體，其回波振幅由面乾飽和到氣乾約降低 92%，
但保護層 3 公分時僅約降低 25%。相對而言，水灰比 0.6 時的變化較低。保護層 5 公分的試體，其回波振幅由面乾飽和到氣乾約降低 80%，但保護層 3 公分時僅 約降低 50%。兩者的差異，很可能源於水灰比 0.6 的漿體本身強度受水分的多寡 影響較小。綜合目前結果，為求得穩定可比較的回波振幅，試體應保持面乾飽和 態。