4-1 實驗計畫
本研究為利用反射式光彈法量測鋼筋腐蝕後各個不同時間下產 生的裂縫並計算出該裂縫尖端的應力強度因子。本研究製作 20cm×
20cm×15cm 之標準試體三顆 ，水灰比為 0.5，並於試體內埋置一根 D32 竹節鋼筋，如圖 4-1 所示，放置鋼筋時需注意控制其中一邊保護 層厚度為 8cm，再用鐵絲加以固定鋼筋;同時製作 3 顆圓柱抗壓試體，
以取得試體之抗壓強度。
圖 4-1 鋼筋混凝土試體尺寸
將養護完成之試體上黏貼光彈貼片，尺寸為剖面 8cm×7cm，並 於鋼筋上通電流進行加速腐蝕試驗，貼片配置如圖 4-2 所示本研究利 用反射式光彈儀進行全域之等色線、等傾線量測，並於通電後視鋼筋 混凝土變化情況決定拍攝時間，然後在擷取光彈影像資訊，包含一張 光彈應力等色線條紋圖、十張等傾線條紋圖(從0°~90°每隔10°擷取一 張)，整個試驗將進行至試體開裂且貼片剥離為止。其後再將獲得之 影像選取具代表性的部份進行數位影像處理，以分析各資料點之應力 值。
6.5cm
6cm
圖 4-2 試體斷面光彈貼片位置
4-2 實驗材料
1.水泥:台灣水泥公司發售之袋裝第一型波特蘭水泥。
2.粗骨材、細骨材:為台灣水泥公司竹北廠所提供的骨材，將骨材洗 淨後至於烘箱中 24 小時，取出後待其降至室溫後即可使用，再以搖
篩機進行骨材粒徑，如圖 4-3 所示。
圖 4-3 骨材粒徑的分類
3.鋼筋:將 10 號竹節鋼筋，以鋼筋裁切機剪裁，每段 17 公分。
4-3 實驗儀器
1. 鼓式拌合機
本研究使用之拌合機為圓錐形拌合鼓，每次拌合時間不得少於 1.5 分鐘，且於拌合過程中須適度以人工攪合 ，使骨材與砂漿能充分拌 合。
8cm 7cm
2. 鋼筋裁切機
利用鋼筋裁切機將鋼筋長度切成每段 17cm，如圖 4-4 所示。
圖 4-4 鋼筋裁切機
3.矩形混凝土試體模具
將裁切的鋼筋埋置在 15cm×15cm×15cm 之矩形鋼材模具內，如 圖 4-5 所示。
圖 4-5 模組配置圖
4. 標準圓柱抗壓試體模具
本研究採用符合 CNS10991 規定圓柱形鋼材模具。如圖 4-6 所示。
圖 4-6 圓柱形鋼材模具
5. 標準懸臂梁校正儀（Cantilever Calibration Fixture）
採用 M.G.公司所生產之 010-B 型標準懸臂梁校正儀，如圖 4-7 所示，其自由端有一旋轉式微調器，可以量測懸臂鋁梁之變位，與作 為施加荷重之用。
圖 4-7 標準懸臂梁光彈校正儀
6. 零次平衡補償器（Null-Balance Compensator）
採用 M.G.公司所生產之 232 型 NBC 補償器，如圖 4-8 所示，其 計數器讀數每增加 54，則增加一條紋級次值（Fringe Order）。
圖 4-8 232 型 NBC 補償器
7. 反射式光彈儀
本研究採用美國 M.G 公司(Measurement Group)之 030 系列反射 式光彈儀，如圖 4-9 所示。其裝置包含起動馬達、風扇散熱裝置、100W 鹵素燈、兩片四分之ㄧ波片、偏光鏡及檢光鏡。
圖 4-9 反射式光彈儀
8. 光彈貼片
本研究採用美國 M.G 公司(Measurement Group)所生產之 PS-1C 光彈貼片，如圖 4-10 所示。此型號貼片適合使用於表面平坦之待測 物，其基本規格如表 4-1 所示。
圖 4-10 光彈貼片
表 4-1 M.G.公司生產之光彈貼片規格表 貼片種類 PS-1C 10”x10”
生產公司 Measurements Group, Inc., Raleigh, N.C.
光彈貼片厚度 .0.041±0.002 in 應變條紋值 1850µε/fringe 應力光學係數 0.15
9. 貼片黏著劑
本研究採用美國 M.G 公司(Measurement Group)所生產之 PC-1 樹 脂接合劑(Resn Cement)與 PCH-1 硬化劑(Hardener)調配而成，如圖 4-11 所示。
圖 4-11 光彈黏著劑
10. 數位相機
本研究所採用的數位相機為 Nikon 公司所生產之 D70 型數位相 機，如圖 4-12 所示，其規格如表 4-2 所示。拍攝後將影像檔案以 USB 傳輸線傳至筆記型電腦儲存。
圖 4-12 數位相機
表 4-2 Ni kon-D70 規格
類型 可更換鏡頭的單鏡反光數位相機
CCD 解析度 實際總畫素 624 萬像素(有效畫素 610 萬畫素 ) CCD 尺寸 23.7×15.6 mm
影像大小 3008X2000( 大 ) / 2240X1448( 中 ) / 1504X1000( 小 ) ISO 感光度 200-1600，以 1/3 EV 為步長
鏡頭 Nikon AF NIKKOR 鏡頭，70mm -210mm， F4.0-32
對焦 自動對焦(AF)／手動對焦(M)
偵測範圍 -1-+19 EV(ISO 100 at 20°C/68°F)
快門 機械與 CCD 電子快門相結合
快門速度 30s - 1/8000s 之間以 1/3 EV 或 1/2 EV 為增量進行微調。
可使用 bulb、遙控。
閃光燈模式 全自動/強制閃光/強制不閃光/消除紅眼
閃光燈指數 ISO 值 200：大約 15 m；ISO 值 100：大約 11 m
白平衡 自動；包含微調、預設白平衡等 6 種手動模式
曝光補償 以 1/3 EV 或 1/2 EV 為增量在-5-+5 EV 之間微調
測光方式 矩陣/中央重點測光/ 點測光
光圈 F4.0-32
快門 1/8000〜30 秒
儲存介質 Compact FlashⅠ/Ⅱ記憶卡；可抽取隨身型硬碟
自拍 週期為 2-20 秒的電子控制計時器
液晶顯示器 1.8 英吋、130,000 點、低溫多晶矽 TFT LCD
11. 數位式直流電源供應器
本研究採用之數位式直流電源供應器，為台灣固緯公司所生產之
GPC3030D 如圖 4-13 所示。儀器以數字方式指示兩組電壓與電流之 輸出值，且具備兩組可調式與一組固定式輸出，輸出之直流電壓為 0V~30V，供應之電流為 0A~6A。
圖 4-13 數位式直流電源供應器
12. 通電用不鏽鋼網
本研究中加速腐蝕試驗採用鈦網作為陰極之材，如圖 4-14 所示。
圖 4-14 陰極材料－鈦網
13. 三用電錶
本研究利用三用電表擷取每一分鐘通過的電流量，如圖 4-15 所 示。
圖 4-15 三用電錶
14. 軟體設備
本研究中於影像分析時所使用之軟體有：
(a) Photoshop 6.0：
影像處理軟體，主要目的為影像輸入輸出及轉檔、自動色階補 正、影像萃取、色階分離及影像合成。
(b) Optimas 5.22：
影像處理軟體，主要目的為影像平滑化、二值化及骨骸化。
(c) AutoCAD：
工程繪圖軟體，主要目的為描繪等色線與等傾線條紋，使其自動 判讀出相對應之座標。
(d) Surfer 7.0：
分析軟體，主要目的為克利金線性內插法分析及繪製應力分佈等 高線圖。
4-4 試體製作
4-4-1 試體拌合程序
混凝土試體設計之水灰比為 0.5，其詳細之級配設計如表 4-3 所 示。拌合前，需先將所使用之拌合工具及拌合機內面潤濕，分三次依 序將粗骨材、細骨材和水泥倒入拌合鼓中，待三種材料均勻混合後，
再加入拌合水，期間除了拌合鼓持續轉動外，再適度輔以人工拌合，
待拌合均勻後，將混凝土從拌合鼓倒出，為防止粒料與水泥漿體過於 析離，再以人工拌合後，即可進行澆置。
表 4-3 每 1 公斤/立方公尺之混凝土所需用量 混凝土單位體積重 2450
(
kg m3)
水灰比 0.5
坍度 7.5~10
細度模數(F.M) 2.8 粗骨材最大粒徑 20(mm)
水泥用量 400kg
水用量 200kg
粗骨材用量 992kg
細骨材用量 858kg
4-4-2 試體澆置
1. 立方體鋼筋混凝土試體
(1) 將#10 鋼筋裁切成 17cm 長，並將鋼筋表面之鐵銹以鋼刷清 除，以防止實驗誤差。
(2) 於澆置前先於鋼模內外表面塗上一層機油，防止試體脫模不 易。
(3) 放置鋼筋，確保鋼筋ㄧ端固定在已裁切的薄木片上，另ㄧ端 以銅線固定其位置。
(4) 將混凝土分三層澆置，每層應以直徑 16mm 之搗棒插貫下層 12mm，搗實約 80 下。如搗插留下孔隙，應以木槌輕敲模邊，
使孔隙閉合，將空氣排出。每層搗插後，用墁刀抹平模型 兩邊及兩端之混凝土。
(5) 澆置完成後，以墁刀將表面修至平整，以防止水分散失。
(6) 澆置完成 24 小時後即可拆模，將取出之試體浸置於養護槽中 進行養護 28 天。
2. 圓柱抗壓試體
(1)於澆置前先於鋼模內外表面塗上一層機油，防止試體脫模不 易。
(2)將混凝土分三層澆置，每層皆以直徑 10mm 之搗棒插貫下層 12mm，搗實 25 下。如搗插留下孔隙，應以木槌輕敲模邊，使 孔隙閉合。每層搗插後，用墁刀抹平鋼模周圍之混凝土。
(3)澆置完成後，以墁刀將表面修至平整。
(4)澆置完成 24 小時後即可拆模，將取出之試體浸置於養護槽中 進行養護 28 天。
4-5 光彈貼片之黏貼
1.混凝土材料黏貼光彈貼片
(1)清除待測表面的異物及砂紙將待測表面磨為平坦。
(2)以酒精浸濕紗布輕拭待測表面以清除灰塵及殘留物。
(3)重覆第 2 步驟數次直到待測表面上所有灰塵都被清除。
(4)讓待測表面完全乾燥。
(5) 塗上一層光彈黏著劑，確保預黏貼光彈貼片待測表面位置上每 個孔洞都有填滿黏著劑，並將表面處理得很平坦。
(6)黏貼完畢後，將多餘的部分刮除。等待填充之黏著劑完全硬化。
(7)將有填充的部分用細砂紙磨平，再使用中性溶液清洗並使其乾
燥。
(8)待測物表面已經可以黏貼光彈貼片。
2.黏著劑的準備
光彈黏著劑由－樹脂(PC-1）和硬化劑(PCH-1) 兩個部分所組成 的。它們必須以適當的比例混合在一起才能發揮作用。以 PC-1 及 PCH-1 為例，它們混合的重量比為 10：1，而待測面積所需的黏著劑 量必須事先計算出來。一般來說，1 克光彈黏著劑足夠黏貼 10 cm2 的面積。將這 1 克的黏著劑在 10 cm2的面積上均勻的抹平，其產生 厚度約為 1mm。然後，將光彈貼片放到待測區域後，將多餘的黏著 劑擠壓出來，保持其最後厚度為約 0.1〜0.25 mm，並使整個待測面積 的黏著劑厚度一致。以最常見的黏著劑，PC-1，為例，每次拌合的量 以不超過 100 克為限，若需要 100 克以上的黏著劑，則分兩次以上拌 合。有些黏著劑必須在拌合前事先加熱，其它的在室溫下即可拌合。
當加入適當的硬化劑到樹脂之後，必須以玻璃棒或木製攪拌器均勻攪 拌至沒有氣泡為止。攪拌的時間大約 3〜5 分鐘。拌好後的黏著劑就 可以使用。拌好黏著劑的量是有時間上的限制。通常 30 克的 PC-1 必須在 20 分鐘內用完，否則它會逐漸硬化，以致於不易塗抹於待測 表面上。
1.黏貼步驟
(1)本實驗所使用光彈貼片為美國 M.G.( Measurement Group)公司所 生產之 PS-1C 光彈貼片。利用電動線鋸，切割出所需之形狀及尺 寸，注意切割時需以等速進行，以防止殘餘應力的發生。
(2)在預定黏貼貼片的地方以膠帶圍成一個區域，每邊與貼片間距 離約 5 mm，使其能有乾淨且工整的黏著劑邊界。
(3)準備黏著劑。
(4)將調配好的黏著劑倒入預先準備好之黏貼範圍內，並以刮刀刷 均勻的將整個黏貼範圍塗滿。塗完後黏著劑的厚度至少要 1mm。
(5)小心地將貼片放到預定的位置上，並允許其中一邊先接觸已塗 好的黏著劑。以手指輕壓已接觸的一邊，並慢慢放下貼片。這個 方法會使空氣隨著多餘的黏著劑流出。當整片貼片已全部放置於 黏著劑上，這時要以手指輕壓貼片，先從其中一邊開始，直到壓 完整個區域，這會讓多餘的黏著劑流出。重覆上個動作數次，再 用刮刀將多餘的黏著劑塗滿貼片的邊緣。這些塗在貼片邊緣上的 黏著劑會在你的手指停止施壓後防止空氣再次被吸入貼片下。不 要試圖將全部的黏著劑從貼片下擠出。此時正常的黏著劑厚度大 約在 0.01〜0.03mm。
(6)等到黏著劑稍微硬化且固定其形狀後，重新修飾貼片邊緣的黏 著劑。然後將黏貼在貼片周圍的膠帶移除，貼片周圍的黏著劑就 會有很工整的邊界。
(7)等待其完全硬化(約 12 小時)，此貼片即可使用。
4-6 建立光彈條紋級次之 RGB 值
本 研 究 利 用 標 準 懸 臂梁 試 驗 配 合 NBC 補 償 器 (Null-Balance Compensation)為了確定各光彈條紋級次位置及萃取各光彈級次之等 色線，建立與光彈條紋級次相對應之 RGB 值。
NBC 法其原理為在反射式光彈法的光行進路線中，加入一個補 償器，當補償器加入的相反訊號與光彈貼片所反應的訊號等量時，兩 個訊號會完全相消，這時在光行進路線上不會產生雙折射現象，所以 會產生一條灰黑色條紋，即為級次為零的等色線條紋。此時讀取補償 器上的讀數，即可轉換為該黑色條紋所在位置光彈貼片之條紋級次(N