第三章 研發應用方法與範圍
第二節 破壞性試驗儀器與設備
本計畫以鋼筋混凝土中之脆性材(混凝土)，進行火害前、後之單 軸壓縮試驗(脆性材)，佐以非破壞檢測技術之耦合，研析材料受火害 破壞過程中，材料內外部之破壞時、空狀況，並建立全域性(由材料 微、巨觀與內、外部)之材料破壞特徵，並探討其不同之巨觀破壞行 為及微觀破裂機制，而本計畫之實驗，就伺服控制系統需以位移作為 回饋訊號得以穩定控制實驗之加載歷程，如無法得一穩定控制之加載 歷程之系統排程，於實驗中，受測試體將會有瞬間爆裂之虞，且將會 嚴重傷及到人員之安全與實驗儀器(如聲射訊號感射元件)，因此於實 驗控制排程之設定上，將是一實驗成功與否之重要因素，故施作火害 前、後之力學試驗前，應先行校驗相關儀器設備與量測系統以因應適 確之排程，且需有火害前之材料作為本計畫實驗之參考數據，作為火 害後材料之實驗排程設定之依據； 其二，可以有效的保護人員與實 驗儀器設備使用之安全；其三，火害前之材料實驗數據也可作為火害 後之材料實驗結果之對照組，故為確保試驗中所量得之數據可靠性，
應於試驗前就破壞性與非破壞試驗儀器量測設備分別作測試與校 正。
第一項 熱-固耦合模擬試驗
本研究將材料受火害溫度歷程分為熱力與固力部分，其中邊界之 熱力傷損分成升溫速率(Rate of heating, Rheat)、最高溫度(Maximum temperature, Tmax)、持溫時間(Exposure time, te)與降溫方式(Way of cooling, Wcool)進行模擬，而固力環境(大地應力、工作應力)則為工作 應力比(Working stress ratio, WS)，其定義為試體受溫變過程中承受之 定值壓力應力與常溫破壞壓力應力的比值，其模擬過程如圖 3. 8 所示 意。於熱力傷損模擬中，使用電腦程式控溫之上、下開孔高溫爐，能 使承力軸桿伸入對試體進行軸壓，其最高溫度可達 1200 ℃，最快之 升溫速率為 55 ℃/min，並同步搭配 NI-9213 與 K-type 熱耦線進行試 體內部與爐內(邊界)溫度監測，如圖 3. 10 及圖 3. 11 所示；於固力環 境模擬部分，採用高勁度之 MTS 810 伺服回饋控制加壓系統，由美 國 MTS Systems Corporation 產製，最大之輸出噸數為 100 噸。
圖 3. 8 熱-固耦合模擬試驗之加溫加載歷程 (資料來源：本研究整理)
圖 3. 9 上、下開孔之可程式化高溫爐 (資料來源：本研究整理)
圖 3. 10 溫度擷取系統 (資料來源：本研究整理)
圖 3. 11 K-type 熱電耦線 (資料來源：本研究整理) 第二項 單軸壓縮試驗
於單軸壓縮試驗中，採用加載荷重機為美國 MTS 公司 (MTS Systems Corporation) 產製之型號 MTS 810 (model 510.21) 伺服回饋 控制加壓系統，最大輸出能力為 1 MN，並藉由 MTS 環狀位移回饋 控制系統，即可得巨觀完整之力量-位移加載歷程，整體 MTS 系統主
要組成包括:控制系統、載重系統、油壓動力供給系統、校驗裝置，
如圖 3. 12。
(1) 控制系統
主要為 MTS 公司所發展之試驗操作軟體 OS/2 系統，用來控制油 壓伺服器，包含操作者權限、試驗環境設定、訊號輸入及輸出、試驗 控制排程及資料記錄儲存。
(2) 載重系統
主要包含載重架 (Load frame)、啟動軸 (Actuator)、油壓岐管 (Hydraulic service manifold)、監視器與伺服閥等。
(3) 油壓動力供給系統
主要為提供試驗動力來源，並配合冷卻系統；若是油壓溫度超過 預設溫度或低於油壓液壓低於預設液壓，將會安全停機。
(4) 校驗裝置
為確定量測數據的正確性，MTS 提供自我校驗方法，比對讀數 歸零後與原廠校正設定之並聯電阻校正值的差異即可驗證並調整校 正。
本計畫中為求得完整加載歷程曲線，採用 MTS 810 系統控制，
完成各階段加載歷程，其伺服控制原理為一閉合迴圈搭配由 MTS 公 司出產配備型號:632.92C-05C 之環向伸張如，作為開裂時試體側向伸 張量之回饋與量測，其設置照片如圖 3. 13。而為求得較精確之軸向 位移，使用同為 MTS 產製之軸向位移計，型號為 632.11F-20，計測 得之訊號作為完整單壓應力應變曲線之應變值，如所圖 3. 14 示。
圖 3. 12 伺服控制油壓試驗系統 (資料來源：本研究整理)
圖 3. 13 環向位移計 (資料來源：本研究整理)
圖 3. 14 軸向位移計 (資料來源：本研究整理)
第三節 非破壞性檢測儀器架設