4-1 實驗計畫
本研究主要是利用 1GHz 頻率之透地雷達檢測分析不同水灰比(0.4、0.5、0.6、0.7) 的混凝土在不同養護時間(1 天、3 天、5 天、7 天、14 天、21 天、28 天)，在混凝土 材料之抗壓強度、含水量、相對介電常數，藉由電磁波反射訊號能量、能量寬帶、波 形、頻譜特性等參數來解析相關訊號特徵。同時，在不同混凝土標準抗壓試體養護時 間(1 天、3 天、5 天、7 天、14 天、21 天、28 天)利用萬能試驗機進行混凝土抗壓試 驗，將透地雷達掃描混凝土試體得到的資料與萬能試驗機抗壓混凝土圓柱試體的抗壓 強度和混凝土試體含水量的量測，建立透地雷達電磁波與混凝土強度之相對應關係，
以及透地雷達電磁波與混凝土含水量之關聯性，同時建立不同水灰比及不同養護時間 下之混凝土抗壓強度及含水量與電性材料之相對介電常數關係。
4-2 實驗材料
(1) 水泥：台灣水能公司市售袋裝第一形特蘭水泥。
(2) 粗細骨材：新竹地區的粗、細骨材，骨材洗乾淨後放入烘箱烘乾 24 小時，再利用 搖篩機進行過篩、分類，分別放置於室內保存，如圖 4-1。將混凝土攤度試驗、粗 細骨材之細度模數試驗以及粗細骨材吸水率試驗所求得之數據，經由混凝土配比 設計，所計算出各項材料所需用量如表 4-1 所示。
(3) 參考鐵片：30 公分鐵尺。
表 4-1 每 1 公斤/立方公尺之混凝土所需用量
水灰比 0.4 0.5 0.6 0.7
坍度 3~4 3~4 3~4 3~4
細度模數(F.M) 2.5 2.5 2.5 2.5
粗骨材最大粒徑 3/4” 3/4” 3/4” 3/4”
水泥用量 510 408 340 324
水用量 204 204.29 204.29 227.12
粗骨材用量 950.09 950.09 950.09 950.09
細骨材用量 604.10 691.93 750.49 792.31
圖 4-1 粗細骨材
4-3 實驗儀器
(1) 透地雷達系統
本 研 究 所 使 用 之 透 地 雷 達 為 瑞 典 MALA 製 造 GeoScience 所 生 產 之 頻 率 1GHz(RAMAC/GPR)的系統，其探頭形式為遮罩式，發射天線與接收天線分別固定於 遮罩式天線盒中，如此可減少外在環境所引起之雜訊。搭配控制系統使用進行施測，
如圖 4-2 所示。
(2) 電動混凝土攪拌機
本研究所使用為型號 SYNTESI S250 之拌合機，其最大容量可以達到 250L，轉 速可達到 24rpm，每次拌合時間不得少於 1.5 分鐘，而在拌合過程中要適度的使用人 工拌合，讓骨材與水泥砂漿能夠拌合均勻，以避免發生粒料析離的現象，如圖 4-3 所 示。
圖 4-3 電動混凝土攪拌機 (3) 萬能試驗機
本研究使用型號 HT8346 之電腦伺服油壓萬能材料試驗機來做抗壓試驗，進行抗 壓試驗時可由電腦主機控制油壓系統，搭配其電腦控制軟體可自行設定應力增加速 率，如圖 4-4 所示。
圖 4-4 萬能試驗機
(4) 模具
本研究使用厚度 1.8cm 的六分版製作 45cm×40cm×15cm 的模具，再將參考鐵片 固 定 在 正 中 央 ， 也 利 用 現 成 的 模 具 製 作 15cm×15cm×15cm 的 對 照 試 體 ， 以 及 10cm×20cm 的標準圓柱抗壓試體，如圖 4-5、圖 4-6、圖 4-7 所示。
圖 4-5 木製模具
圖 4-7 抗壓試體之模具
4-4 儀器參數設定
本實驗透地雷達所使用之參數如表4-2所示，在透地雷達中，橫軸為行走距離，
主要與取樣間距有關，單位為m，縱軸是電磁波發射至接收所行經的時間，與取樣點 數有關，單位為ns(
10
9s)。表 4-2 透地雷達參數設定
參數項目 參數設定值
天線頻率(Hz) 1GHz 取樣頻率(Hz) 12710MHz
取樣點數 512
時間視窗(ns) 40ns
疊代次數 Auto
取樣間距(m) 0.002
4-5 實驗試體
本試驗之試體示意圖如圖4-8所表示，分別為45cm×40cm×15cm的混凝土試體如 圖4-9，和15cm×15cm×15cm的混凝土試體如圖4-10，以及10cm×20cm的混凝土標準圓 柱抗壓試體如圖4-11，並製作不同水灰比(0.4、0.5、0.6、0.7)的混凝土試體。
圖 4-8 混凝土試體示意圖 15cm
45cm
40cm
15cm
15cm
15cm
10cm
20cm
圖 4-10 15cm×15cm×15cm 之混凝土試體
圖 4-11 混凝土抗壓試體
4-6 實驗過程
本研究製作3種不同之混凝土試體，使用透地雷達在前24小時(每兩小時)與齡期 1、3、5、7、14、21、28天進行掃描，混凝土試體大小為45cm×40cm×15cm，在混凝 土試體中放置參考鐵片作為參考面，以計算波速，在齡期1、3、5、7、14、21、28 天利用電子秤量測混凝土試體含水量之變化，混凝土試體大小為15cm×15cm×15cm，
在齡期1、3、5、7、14、21、28天用萬能試驗機進行混凝土試體之抗壓試驗。
GPR掃描方式分為兩種：
1. 透地雷達拖曳掃描
如圖4-12所示，利用透地雷達掃瞄45cm×40cm×15cm之混凝土試體，將參考鐵片 正上方之反射訊號加以分析，求得混凝土的反射訊號。
圖 4-12 拖曳掃描方法示意圖
2. 透地雷達定點掃描
如圖4-13所示，利用透地雷達掃瞄45cm×40cm×15cm之混凝土試體，將透地雷達 放置於參考鐵片的正上方，求得混凝土的反射訊號。
雷達天線
掃描方向
45 公分
15 公分 參考鐵片
雙程走時
圖 4-13 定點掃描方法示意圖
雷達天線
45 公分
15 公分
參考鐵片 雙程走時