實驗結果與討論

值逐漸上升在保護層 4〜5cm 時鋼筋反射訊號最強烈，之後隨著 保護層增加，反射訊號逐漸衰減，直到訊號消失，實驗結果顯示 在保護層 4〜5 公分時鋼筋訊號最為強烈，之後訊號隨著保護層 加深，反射訊號逐漸衰減，直到訊號消失，如圖 5.2 與表 5.2 所 示。

4. 鋼筋位於保護層深度 0〜3cm 的時候鋼筋反射訊號逐漸加大，當 鋼筋保護層深度在 4~5 公分時鋼筋反射訊號最強，雷達波振幅最 大。之後鋼筋隨著保護層厚度增加，鋼筋反射訊號逐漸衰減，反 射訊號位置越深，反射波振幅越不明顯，編碼值也越小，如圖 5.3、

圖 5.4 所示。

5. 透地雷達天線頻率 1GHz，混凝土齡期 110 天左右，透地雷達探 測鋼筋保護層厚度可達 18cm，鋼筋訊號編碼值(1778)，鋼筋位於 保護層 19cm 時利用數位影像編碼運算處理無法正確分析出鋼筋 訊號的編碼值，透地雷達剖面圖鋼筋訊號不明顯，顯示鋼筋反射 訊號已經十分微弱。

透地雷達剖面圖 透地雷達波形圖

保護層 0cm 鋼筋訊號最大位置 保護層 0cm 鋼筋最大編碼值

保護層 0cm 鋼筋訊號中心位置 保護層 0cm 鋼筋中心位置編碼值

保護層 1cm 鋼筋訊號最大位置 保護層 1cm 鋼筋最大編碼值

保護層 1cm 鋼筋訊號中心位置 保護層 1cm 鋼筋中心位置編碼值 7861

3087

10699

4648

保護層 2cm 鋼筋訊號最大位置 保護層 2cm 鋼筋最大編碼值

保護層 2cm 鋼筋訊號中心位置 保護層 2cm 鋼筋中心位置編碼值

保護層 3cm 鋼筋訊號最大位置 保護層 3cm 鋼筋最大編碼值

保護層 3cm 鋼筋訊號中心位置 保護層 3cm 鋼筋中心位置編碼值

圖 5.1 #3 鋼筋保護層 0~3cm 透地雷達剖面圖與波形圖

16140

12858

17345

13637

表 5.1 #3 鋼筋距離反射中心點偏移量

保護層(cm) 偏移量(trace) 距離(cm)

0 39 7.6

1 28 5.4

2 24 2.6

3 20 3.8

4 6 1.2

5 3 0.6

表 5.2 混凝土內含 3 號鋼筋不同保護層鋼筋編碼值

保護層深度(cm) 最大編碼值 保護層深度(cm) 最大編碼值

0 7861 10 10009

1 10669 11 8879

2 16140 12 6958

3 17345 13 5262

4 18957 14 4537

5 19190 15 4587

6 17328 16 4168

7 11372 17 3116

8 11805 18 1778

9 11673

0 5000 10000 15000 20000 25000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

保護層(cm)

編碼值

圖 5.2 #3 鋼筋編碼值與保護層比較圖

(a) 保護層 4 公分 (b) 保護層 5 公分

(c) 保護層 6 公分 (d) 保護層 7 公分

(e) 保護層 8 公分 (f) 保護層 9 公分

(g) 保護層 10 公分 (h)保護層 11 公分

(i) 保護層 12 公分 (j) 保護層 13 公分

(k) 保護層 14 公分 (l) 保護層 15 公分

(m) 保護層 16 公分 (n) 保護層 17 公分

(0) 保護層 18 公分

圖 5.3 #3 鋼筋保護層 4〜18 公分透地雷達剖面圖

保護層厚度(cm)

圖 5.4 #3 鋼筋不同保護層波形振幅圖

5-1-2 混凝土內含#6 鋼筋

利用所灌製的混凝土塊內含#6 鋼筋，埋設在不同保護層深度，

將實驗所得到的鋼筋反射訊號進行數位影像編碼運算，分析討論實 驗結果。

10cm 11cm 12cm 13cm 15cm 16cm 17cm 18cm

62 66 67 69 71

73 75 77

14cm

0cm 1cm 2cm 3cm 4cm 5cm 6cm 7cm 8cm 9cm

48 49 49 49 51 52 54 56 57 60

Time (ns)

Time

(ns)) 取

樣點

5 1 2

數

取樣 點數

5 1 2

79

結果與討論：

1. 數位影像編碼運算處理發現，當鋼筋埋設在保護層 0〜3cm 時，

雷達剖面圖顯示鋼筋反射訊號最強烈的位置落在鋼筋訊號的兩 端，顯示鋼筋在保護層 0〜3cm 時由於距離接近表面，保護層厚 度太薄造成入射訊號與反射訊號無法反應出混凝土內鋼筋訊號 之實際反射強度與位置，鋼筋訊號與混凝土表面訊號互相干擾、

繞射，所接收的反射訊號都在鋼筋周圍的位置，如圖 5.5 所示。

2. 保護層 0〜3cm 時，反射訊號之最大編碼值並未落在鋼筋反射曲 線的中心部分；利用最大編碼值之相對應位置反找實際鋼筋之保 護層位置，將有明顯的偏移量產生。保護層 4cm 之後鋼筋偏移量 降低，此時鋼筋反射訊號之最大編碼值在鋼筋反射曲線的中心附 近，其偏移量及換算距離，如表 5.3。

3. 保護層 0〜3cm 隨著保護層增加，鋼筋反射訊號逐漸增強，編碼 值逐漸上升在保護層 4cm 時鋼筋反射訊號最強烈，之後隨著保護 層增加，反射訊號逐漸衰減，直到訊號消失，實驗結果顯示在保 護層 4cm 筋訊號最為強烈，之後訊號隨著保護層加深，反射訊號 逐漸衰減，直到訊號消失，如圖 5.6 與表 5.4 所示。

4. 鋼筋位於保護層深度 0〜3cm 的時候鋼筋反射訊號逐漸加大，當 鋼筋保護層深度在 4 公分時鋼筋反射訊號最強，雷達波振幅最

大。之後鋼筋隨著保護層厚度增加，鋼筋反射訊號逐漸衰減，反 射訊號位置越深，反射波振幅越不明顯，編碼值也越小，如圖 5.7、

圖 5.8 所示。

5. 透地雷達天線頻率 1GHz，混凝土齡期 110 天左右，透地雷達探 測鋼筋保護層厚度可達 18cm，鋼筋訊號編碼值(2034)，鋼筋位於 保護層 19cm 時利用數位影像編碼運算處理無法正確分析出鋼筋 訊號的編碼值，透地雷達剖面圖鋼筋訊號不明顯，顯示鋼筋反射 訊號已經十分微弱。

透地雷達剖面圖 透地雷達波形圖

保護層 0cm 鋼筋訊號最大位置 保護層 0cm 鋼筋最大編碼值

保護層 0cm 鋼筋訊號中心位置 保護層 0cm 鋼筋中心位置編碼值

保護層 1cm 鋼筋訊號最大位置 保護層 1cm 鋼筋最大編碼值 9099

4294

11601

5020

保護層 2cm 鋼筋訊號最大位置 保護層 2cm 鋼筋最大編碼值

保護層 2cm 鋼筋訊號中心位置 保護層 2cm 訊號位置編碼值

保護層 3cm 鋼筋訊號最大位置 保護層 3cm 鋼筋最大編碼值

保護層 3cm 鋼筋訊號中心位置 保護層 3cm 鋼筋位置編碼值

圖 5.5 #6 鋼筋保護層 0~3cm 雷達剖面圖與波形圖

14382

9607

18001

16539

表 5.3 #6 鋼筋距離反射中心點偏移量

保護層(cm) 偏移量(trace) 距離(cm)

0 41 8

1 31 6

2 25 4.8

3 17 3.2

4 7 1.2

5 4 0.6

表 5.4 混凝土內含 6 號鋼筋不同保護層深度之鋼筋編碼值

保護層深度(cm) 最大編碼值 保護層深度(cm) 最大編碼值

0 9099 10 10199

1 11661 11 7810

2 14382 12 7103

3 18001 13 5009

4 20718 15 6022

5 18560 16 4737

6 17343 17 3247

7 15510 18 2155

8 12651

9 11392

0 5000 10000 15000 20000 25000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 15 16 17 18 保護層(cm)

編碼值

圖 5.6 #6 鋼筋編碼值與保護層比較圖

(a) 保護層 4cm (b) 保護層 5cm

(c) 保護層 6cm (d) 保護層 7cm

(e) 保護層 8cm (f) 保護層 9cm

(g) 保護層 10cm (h) 保護層 11cm

(i) 保護層 12cm (j) 保護層 13cm

(k) 保護層 15cm (l) 保護層 16cm

(m) 保護層 17cm (n) 保護層 18cm 圖 5.7 #6 鋼筋保護層 4〜18 公分透地雷達剖面圖

保護層厚度(cm)

圖 5.8 #6 鋼筋不同保護層波形振幅圖

5-1-3 混凝土內含#3、#6、#10 鋼筋之比較

將實驗結果分析整理後發現，混凝土內含#3 和#6 鋼筋實驗結果 趨勢大致相同，與之前學長實驗數據(混凝土內含#10 鋼筋)比較後得 到#10 鋼筋反射訊號較強，鋼筋的數位編碼值也較大，而#6 鋼筋編碼 值僅略大於#3 鋼筋，推估鋼筋尺寸越大反射面積越大反射訊號越強

10cm 11cm 12cm 13cm 15cm 16cm 17cm 18cm

65 67 68 73 75 77 80 82

0cm 1cm 2cm 3cm 4cm 5cm 6cm 7cm 8cm 9cm

48 49 50 49 52 54 56 57 60 62

Time (ns)

Time (ns)

取 樣 點

5 1 2

數

取樣 點數

5 1 2

烈，不同號數不同保護層對應之鋼筋編碼值如圖 5.9 所示。

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 15 16 17 18 保護層(cm)

編碼值 ^#10

#6

#3

圖 5.9 不同鋼筋尺寸於不同保護層對應之最大編碼值

5-2 混凝土內含不同水平間距雙排鋼筋 5-2-1 雙排#3 鋼筋不同水平間距

將混凝土試體固定在保護層厚度 5.6cm，變換兩根 3 號鋼筋之間 的水平間距，探討兩根不同水平間距鋼筋，反射訊號的差異。實驗設 計兩根鋼筋間距變化 0〜14cm。

實驗結果與討論：

1. 若直接從透地雷達剖面圖來判讀，鋼筋間距 0〜5cm 的情況下，從 透地雷達剖面圖難以判斷出單一或兩根鋼筋，如圖 5.11 所示。

2. 實驗結果發現固定垂直深度 5.6cm，分析鋼筋反射訊號的最大編碼 值，在鋼筋水平間距 1~8cm 之間雙排鋼筋反射訊號編碼值比單一 鋼筋編碼值高估 50%左右，如表 5.5。

3. 鋼筋間距 6cm 時鋼筋訊號開始分離，間距 7cm 以後可以從透地雷 達剖面圖分辨出雙排鋼筋訊號明顯分離，但是鋼筋訊號依然互相 干涉，如圖 5.12 所示。

4. 鋼筋間距 6cm 左右，鋼筋反射訊號開始分離，利用數位編碼運算 分析鋼筋訊號可以分析出左右兩邊的鋼筋訊號，判別出單一鋼筋 的反射訊號。如表 5.6 所示。

5. 使用數位編碼運算找尋雙排鋼筋中鋼筋訊號最大值，水平間距 0

〜10cm 之間所找到的鋼筋訊號最大值，由於受兩根鋼筋水平間距 過於接近，鋼筋訊號彼此互相干擾、繞射，所以鋼筋訊號最大值 落在兩根鋼筋訊號中心，如圖 5.13。間距 11cm 後鋼筋的最大值會 落在單根鋼筋位置，隨著水平間距加大，鋼筋訊號與單一鋼筋訊 號接近，如圖 5.14 所示。

6. 實驗結果間距 0〜10cm 範圍反射訊號強烈，反射能量的大小除了 與反射係數有關外尚與反射面積範圍相關，將實驗設計的數據帶 入（3-26）式發現所算出來的電磁波反射能量區域範圍約為 9cm，

當混凝土保護層厚度為 5.6cm 時，透地雷達 1GHz 天線水平解析能 力約為 9〜10cm，與實驗所測得之最大編碼值範圍相當吻合，分 析計算數據如下述:

電磁波反射能量區域範圍：

4

+ +

1

=

r

A D

ε

λ

………...(3-26)

A：投影橢圓長軸半徑 D：地表至反射面深度

ε

_r：介質中之相對介電常數 λ：雷達能量中央頻率波長 本實驗各項條件常數如下：

D(保護層厚度) ：5.6cm λ(波長)：10cm

εr(介電常數）：7

A

4.48

cm

1

7 6 . 5 4

10

=

+ +

=

預估透地雷達掃描範圍為 8.96cm，如圖 5.10。

圖 5.10 透地雷達掃描範圍(菲涅耳波帶)

雷達天線

5.6cm

探測表面 1GHz

8.96cm

混凝土保護層 5.6cm

7. 實驗結果中#3 鋼筋在水平間距相差 10cm 以上時候鋼筋訊號明顯 下降，顯示鋼筋間距在 10cm 以後鋼筋訊號之間相互干擾減少，鋼 筋編碼值接近單一鋼筋編碼值，如圖 5.14、表 5.5 所示，推估透地 雷達天線 1GHz，保護層深度 5.6cm，其掃瞄範圍約為 9〜10cm，

與所求得透地雷達掃瞄範圍 8.96cm 接近，如圖 5.15。

表 5.5 #3 鋼筋水平間距最大編碼值(#3 鋼筋最大編碼值 19453) 鋼筋水平間距

(cm)

最大編碼值 鋼筋水平間距 (cm)

最大編碼值

0 22451 8 28091

1 25803 9 25101

2 27122 10 22737

3 28236 11 21648

4 28986 12 20830

5 29165 13 17480

6 29815 14 18041

7 27574

(a)間距 0cm (b)間距 1cm

(c)間距 2cm (d)間距 3cm

(e)間距 4cm (f)間距 5cm 圖 5.11 #3 鋼筋水平間距 0〜5cm

(a) 間距 6cm (b) 間距 7cm

(c) 間距 8cm (d) 間距 9cm

(e) 間距 10m (f) 間距 11m

(g) 間距 12m (h) 間距 13m

(i) 間距 14m

圖 5.12 #3 鋼筋水平間距 6〜14cm

表 5.6 #3 雙排鋼筋間距 6~14cm 之左右兩根鋼筋編碼值 (單一鋼筋編碼值約 19643)

鋼筋間距(cm) 左（編碼值） 右（編碼值）

6 17048 19747

7 20123 17499

8 19664 18040

9 16469 17915

10 19549 18258

11 18215 18080

12 18514 20343

13 17480 17259

14 18366 18041

圖 5.13 #3 鋼筋間距 0~10cm 反射訊號最大值位置

圖 5.14 #3 鋼筋間距 11~14cm 反射訊號最大值位置

反射訊號 max 位置 在中心位置

反射訊號 max 位置 在左側或右側

Sample

Trace Trace

Sample

10000 15000 20000 25000 30000 35000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 鋼筋間距(cm)

編碼值

圖 5.15 #3 鋼筋水平間距編碼值變化

5-2-2 雙排#6 鋼筋不同水平間距

將混凝土試體固定在保護層厚度 5.6cm，變換兩根 6 號鋼筋之間 的水平間距，探討兩根不同水平間距鋼筋，反射訊號的差異。實驗設 計兩根鋼筋間距變化 0〜13cm。

實驗結果與討論：

1. 若直接從雷達圖剖面圖來判讀，在鋼筋間距 0〜5cm 的情況下，

雷達剖面圖難以判斷出一根或兩根鋼筋，如圖 5.16。

2. 實驗結果發現固定垂直深度 5.6cm，分析鋼筋反射訊號的最大編 碼值，在鋼筋水平間距 1~7cm 之間雙排鋼筋反射訊號編碼值比單 一鋼筋編碼值高估 50%左右，如表 5.7。

3. 在鋼筋間距 6cm 以後，從透地雷達剖面圖觀察可以明顯看出鋼筋 分離，如圖 5.17。

在文檔中 中 華 大 學 (頁 64-105)