硬固性質實驗

依照CNS C597 規定進行試體超音波檢測。主要原理係透過超音波量測 圓柱試體之縱向波速，利用超音波在不同介質中有不同的傳遞速率，目的是 了解待測物內部發展狀況，並透過超音波波速的傳遞速度作為評定強度發展 之參考依據。在本研究中為了配合4 種材料在硬固後其強度發展狀況，而各 取三顆 Φ100×200mm 之圓柱試體作為超音波檢測用，在試驗前需準確量測 試體長度，以精確計算超音波波速。

(2) 動態彈性模數與動態剪力模數

本研究使用之儀器是由英國C.N.S Electronics LED 所產生之 ERUITE 共 振頻率測定儀，符合規範CNS 1239、ASTM C215-60 之規定，其主要目的 是用來檢測4 種不同材料之縱向(Longitunal Tester)、 扭向(Torsinal)之共振 頻率，以計算其動態彈性模數(Dynamic modulus of elasticity)或動態剪力模數 (Dynamic shear modulus)。

a.動態彈性模數之計算

在本研究4 種材料中，各選取三個圓柱試體，將試體置於支承上，透 過驅振器及示波器接觸於試體縱向兩面。觀察收振器並記錄最大輸出之指 示頻率(Hz)，再利用是體長度與重量求得試體密度，以公式(3-1)計算求得 動態彈性模數(Ed)：

2 2 21

4 10

E

d

= × × × × n A ρ

⁻ (GPa) (3-1) 式中

n

=縱向共振頻率 (Hz)

A

_{=試體長度 (m)} ^ρ=試體密度 (kg/m3) b.動態剪力模數之計算

將試體至於支承上，以驅振器接觸試體縱向面，而示波器則接觸於試 體橫向面，亦透過收振器紀錄最大輸出之指示頻率，來計算動態剪力模數 如公式(3-2)所示。

2 2 21

4 10

G

d =

t

× × × ×A

ρ F

⁻

(GPa) (3-2)

式中

A

=試體長度 (m)

t

=扭曲共振頻率 (Hz) ρ=試體密度 (kg/m3)

F

_{=形狀因素}

F

=1.0 (圓柱試體)

F

=1.183 (方形角柱狀試體) (3) 抗壓強度試驗

本研究依照ASTM C109 或 CNS1010 之規定，以每秒 4.5~7.14 kg/cm2 之加載速率進行抗壓強度試驗。每組配比至少取出三顆試體，進行抗壓試驗 時，須先檢查表面是否平整，以便抗壓時能得到較準確之抗壓資料，其抗壓 強度計算如(3-3)所示：

P

σ =

A

(3-3) 式中σ ：材料所承受之應力 (MPa) P：外力所施加之載重 (N)

A：試體面積 (cm2) (4) PEO 檢測試驗

本研究採用基本材料性質實驗及硬固性質實驗，步驟敘述如下：

1. 將厚度 10 mm 大理石板，先置於底面，再將原設定底層材料灌置於大理石上 方，待硬固後再翻面已進行檢測。

2. 選擇中心頻率 2.25 MHz 縱波探頭及耦合劑，耦合劑用量不宜過多，避免影 響接收訊號。

3. 在進行檢測前，須將脈衝式超音波儀器參數設定完成，參數設定會依照不同 材料而不同，此步驟係為了清楚辨識超音波反射訊號，在示波器上顯示出明 顯之反射波，且不會有過多雜訊干擾。

4. 將耦合劑塗佈於探頭上進行檢測，如圖 3-25 所示，緊密接觸試體，避免探頭 與大理石板之間含有空氣而影響訊號之振幅大小，利用一固定重量物品，放 置於探頭上方，以固定每次檢測時所按壓的施力點，避免因施力點大小影響 正確性，並減少誤差。

5. 檢測範圍位於板中央取五點做為檢測，如圖 3-26 所示，固定於相同點位下，

依照齡期做檢測，了解齡期變化對超音波訊號的影響。

6. 最後再將資料截取後，將所得之時間域訊號進行超音波衰減係數分析。

表3-1 波特蘭一型水泥與高鋁水泥之物化特性 物理性質/化學組成 波特蘭一型水泥 高鋁水泥

比重 3.15 2.96

細度(m²/kg) 349 480

燒失量 (%) 1.49 -

SiO2 (%) 20.31 5.0 Al2O3 (%) 5.05 53.0 Fe2O3 (%) 3.16 0.8

CaO (%) 62.43 38.2

MgO (%) 3.81 -

SO3 (%) 2.48 - Tio2 (%) - 2.3

表3-2 粗細粒料基本性質

試驗項目 天然粗粒料 天然細粒料

比重(SSD) 2.7 2.68

吸水率 0.73 1.3

細度模數F.M 6.48 3.12

表3-3 爐石粉之化學性質

氧化物 試驗結果(%) 燒失量L.O.I. 0.58 二氧化矽SiO2 33.47 三氧化二鋁Al2O3 14.79 三氧化二鐵Fe2O3 0.40

氧化鈣CaO 41.61 氧化鎂MgO 6.11 三氧化硫SO3 0.65 硫化物硫(Sulfide Sulfur) 0.65

表3-4 爐石粉之物理性質

試驗項目 試驗結果

細度(cm²/g) 6000

比重 2.89

活性指數 (Activity Index)

7 天(%) 89.5

PARAMETER: UNITS SPEC ANALYSES SiO2

H2O (Moisture) Loss On Ignition

>45 micron

Bulk Density (if undensified) Bulk Density (if densified)

Min %

表3-8 大理石之物理性質

物 理 性 質

比重

(kg/m³) 2970~3070 彈性系數

(kg/cm²) 1.3~1.5×10⁶ 孔隙率(%) 0-1.5

抗壓強度

(kg/cm³) 2500-2600

表3- 9 單層板之材料參數

表3-11 活性粉混凝土與自充填混凝土配比表(單位：kg/m³) 活性粉混凝土

水 水泥 爐石粉 飛灰 矽灰 石英砂 石英粉 強塑劑 鋼纖維 165 553 184 166 79 1061 70 41 156

自充填混凝土

水 水泥 爐石粉 飛灰 粗粒料 細粒料 強塑劑 空氣含量(%) 186 220 220 100 852 749 7.02 2

表3-12 水泥砂漿與無收縮水泥砂漿配比表(單位：kg/m³) 水泥砂漿

水 水泥 砂

391 976 804 無收縮水泥砂漿

水 粉料

4.7 25

圖3-1 計畫流程圖

圖3-2 波特蘭第一型水泥

圖3-3 高鋁水泥

圖3-4 無收縮水泥砂漿

圖3-5 爐石粉 圖3- 6 飛灰

圖3-7 矽灰 圖3- 8 石英砂

圖3-9 鋼纖維 圖3-10 強塑劑

圖3-11 大理石板

圖3-12 PEO 超音波檢測儀器佈設

圖3-13 脈衝發射接收器 圖3-14 超音波探頭

圖3-15 數位示波器圖 3-16 維卡針儀(費開式針儀) (b)

圖3-17 壓克力架 圖3-18 內部尺寸

50mm×50mm×50mm 壓克力方模

a b

c d

圖3-19 (a)鋼底板、(b)鋁底板、(c)銅底板與(d)壓克力底板之方模

圖3-20 拌合機

圖3-21 萬能抗壓試驗機 

(a). 待測物測試架與驅振器 (b). 檢測控制儀器 圖3-22 動態共振頻率儀

圖3-23 超音波波速儀 圖 3-24 石蠟封密底板

圖3-25 脈衝超音波檢測示意圖 圖3-26 檢測點位示意圖

在文檔中 超音波檢測技術之整合性評估應用於水泥基系材料之修補震損鋼筋混凝土構件 (頁 41-54)