試驗方法

壹、裸露具刻痕鋼筋

本研究參考目前常用之鋼筋混凝土構件設計及考量超音波探頭之尺寸後，採

與棒之間的差異。鋼筋表面將加以刻痕，以模擬腐蝕情況，如圖 3-12 所示。由 於超音波遇到不同介面時發生反射，如圖 3-13 所示，故預期該反射波的波傳行 為應與刻痕/腐蝕性質相關。然而，超音波的反射並非僅在刻痕/腐蝕介面，而是 沿著鋼筋表面與空氣的介面皆可發生。在裸露鋼筋試驗下，已知刻痕或腐蝕位置，

則預期可簡化頻譜分析，進而推估超音波傳導行為與刻痕或腐蝕深度間的關係。

圖 3-12 刻痕位置示意圖

(資料來源：本研究繪製)

圖 3-13 超音波波傳示意圖

(資料來源：本研究繪製)

貳、裸露腐蝕鋼筋

本研究以通電來加速腐蝕鋼筋，控制電流密度與時間以達到預定的腐蝕位置、

長度及深度。圖 3-14 為模擬鋼筋通電腐蝕情形的示意圖，其中將裁剪好的紅銅 線網置入壓克力模內，接著放上海綿，再倒入電解液(氯化鈉)。圖 3-15 為鋼筋通 電加速腐蝕時的照片，其中(c)多支鋼筋架設，只需要將(b)以串聯形式通電即可。

L

超音波入射方向

超音波探頭

海綿

銅網

負極 正極 電源供應器

壓克力模具 (內裝氯化鈉溶液)

圖 3-14 鋼筋局部加速腐蝕示意圖

(資料來源：本研究繪製)

(a) (b)

(c)

圖 3-15 通電腐蝕架設

(a)壓克力模具內容；(b)單支鋼筋架設；(c)多支鋼筋架設

(資料來源：本研究拍攝)

先期試驗的目的在於熟悉儀器操作及探討後續試驗中適用的試驗參數及可 能遇到的困難。本研究首先嘗試腐蝕位置 300 mm、腐蝕長度 100 mm，以腐蝕 深度為變數，將鋼筋通以 0.29 A 電流(固定起始腐蝕電流密度 15 μA/cm²)使其加 速腐蝕，在每天固定的時間內，量測腐蝕的重量損失以及最大腐蝕深度。試驗結 果如圖 3-16 至圖 3-18 所示，可以發現其重量損失與腐蝕深度皆與通電時間成正 比，故本研究所使用的加速腐蝕及預估腐蝕深度的方法可行。本研究亦發現，在 同樣的通電時間下，即使腐蝕損失量大約相同時，但腐蝕的深度不盡相同。

可以看到鋼筋本身的直徑有明顯的減少，斷面也因此折減。圖 3-16(a)、(b) 顯示，當預定通電時間到時，經斷電取下後之表面皆呈現一層明顯的鏽蝕，需要 以物理性的方式去除。清除乾淨後(如圖 3-16(c)與(d)所示)，可秤重得知重量損失，

亦使用游標卡尺即可得到腐蝕之深度。

(a) (b)

(c) (d)

(e)

圖 3-16 鋼筋通電腐蝕後照片

(a)實際腐蝕情況；(b)實際腐蝕情況；(c)去除表面鏽蝕後；(d) 去除 表面鏽蝕後；(e)鏽蝕之電解液及海綿

(資料來源：本研究拍攝)

圖 3-17 腐蝕損失重量與通電時間關係圖

(資料來源：本研究試驗結果)

圖 3-18 腐蝕深度與通電時間關係圖

(資料來源：本研究試驗結果)

參、內埋鋼筋

本研究依照試驗變數製作模具(如圖 3-19 所示)，最內層寬度及高度係依照 保護層厚度的需求而改變，如圖 3-19 所示，其保護層為 3 cm。

圖 3-19 內埋鋼筋之砂漿/混凝土試體澆注模具

(資料來源：本研究繪製)

澆鑄試體前先將鋼筋置入模具內(如圖 3-20 所示)，再依照配比(如表 3-7 所示) 分別依水灰比 0.4 與 0.6 澆注水泥砂漿或水灰比 0.6 的混凝土，靜置 24 小時後拆 模試體如圖 3-21 及圖 3-22 所示。其中，本研究使用的保護層包括 3 cm 與 5 cm，

如圖 3-23 所示，混凝土因為粒徑較大，故僅使用保護層 5 cm。

圖 3-20 鋼筋放入模具實際照片

(資料來源：本研究拍攝)

圖 3-21 內埋鋼筋之砂漿/混凝土試體水中養護照片

(資料來源：本研究拍攝)

圖 3-22 內埋鋼筋之砂漿/混凝土試體

(資料來源：本研究拍攝)

圖 3-23 試體保護層表示

(資料來源：本研究拍攝)

過程中，拌合水泥砂漿/混凝土的步驟包括：

(1) 分別秤取各材料所需用量水泥砂漿根據表 3-6，混凝土試體依照表 3-7 (2) 將材料倒入拌合鍋內，參考 ASTM C305 之拌合程序拌合

(3) 拌合完後將水泥砂漿/混凝土倒入放置鋼筋的模具內 (4) 以刮刀刮平表面，鋪上保鮮膜使其保持水密性 (5) 24 小時之後將試體自模具中取出

(6) 放入飽和石灰水中養護，達到齡期 7 天及 28 天取出，進行超音波試驗 部分試驗關係到試體的含水量，其測定係由混凝土水份計量測，如圖 3-24 所示。儀器上面有 3 個轉扭，第一個為保護層材質(本研究可切換成水泥砂漿以 及混凝土)，第二個為保護層厚度(本研究調整此鈕 3 cm 及 5 cm)，第三個鈕為溫 度(本研究設為自動感應)，接著將其放上試體表面即可顯示讀數。

試驗時，試體於養護 7 天時取出，由面乾內飽和狀態開始測定，每量測一次 含水量後即進行超音波試驗。接著放在常溫空氣中使之自然氣乾，於時間 1 小時、

2 小時、4 小時、8 小時、12 小時及 24 小時分別重複前述步驟，檢測含水量對超

3cm

5cm

音波試驗的影響。

另一方面，由於水分計採用量測電阻的方式判定含水量，故對於不同材料組 成之試體，讀值雖然能反應含水量之多寡，但所量測之值並非精確的含水量，必 須事先以烘乾試體秤重方式建立校正線。然而，本研究進行該試驗的目的僅為了 瞭解含水量之影響，故於第四章中結果呈現以水分計的讀數為主。

圖 3-24 混凝土水份計

(資料來源：本研究拍攝)

本研究設計的試驗流程如圖 3-25 所示，選用小於鋼筋斷面尺寸的探頭，其中 心頻率為 2.25 MHz。選擇待測試體後，於斷面適當塗布耦合劑，務求探頭與待 側面緊密接觸，緊接著施打超音波，儲存波形後進行後續分析。

架設儀器

選擇待測鋼筋

選定超音波探頭

檢測

儲存波形數據

數據分析

圖 3-25 超音波試驗流程圖

(資料來源：本研究繪製)

肆、分析流程

本研究中，數據分析的過程如圖 3-26 與圖 3-27 所示，主要包括以下步驟：

(1) 建立完整時間域波形：

將示波器擷取出來的原始資料建構時間域波形，再與缺陷波形圖做對照。

(2) 選擇欲分析的訊號區間：

透過試體波速與試體長度，判斷欲分析的區間出現在完整時間域的何處。

(3) 選擇訊號區間的第一個回波 (4) 建立缺陷的時間域波形

(5) 資料長度內插至 2 的整數次方

圖 3-27 超音波訊號擷取示意圖

(資料來源：本研究整理)

伍、試體照片

(a) (b)

圖 3-28 刻痕位置 30 公分、深度 10%、長度 5 公分之試體((a) S R L300 D10 W5; (b) T R L300 D10 W5)

(資料來源：本研究拍攝)

(a) (b)

圖 3-29 刻痕位置 30 公分、深度 10%、長度 10 公分之試體((a) S R L300 D10 W10; (b) T R L300 D10 W10)

(資料來源：本研究拍攝)

(a) (b)

圖 3-30 刻痕位置 30 公分、深度 10%、長度 30 公分之試體((a) S R L300 D10 W30; (b) R L300 D10 W30)

(資料來源：本研究拍攝)

(a) (b)

圖 3-31 刻痕位置 30 公分、深度 10%、長度 10 公分之試體((a) S R L300 D10 W100; (b) T R L300 D10 W100)

(資料來源：本研究拍攝)

(a) (b)

(c) (d)

圖 3-32 刻痕位置 30 公分、深度 20%之試體((a) T R L300 D20 W5 W100; (b) T R L300 D20 W10; (c) T R L300 D20 W30; (d) T R L300

D20 W50)

(資料來源：本研究拍攝)

(a) (b)

圖 3-33 刻痕位置 30 公分、深度 40%、長度 5 公分之試體((a) S R L300 D40 W5; (b)T R L300 D40 W5)

(資料來源：本研究拍攝)

(a) (b)

圖 3-34 刻痕位置 30 公分、深度 40%、長度 3 公分之試體((a) S R L300 D40 W30; (b) T R L300 D40 W30)

(資料來源：本研究拍攝)

(a) (b)

圖 3-35 刻痕位置 30 公分、深度 40%、長度 10 公分之試體((a) S R L300 D40 W100; (b) T R L300 D40 W100)

(資料來源：本研究拍攝)

(a) (b)

圖 3-36 刻痕位置 30 公分、長度 30 公分之腐蝕鋼筋試體((a) C T L300 D10 W30; (b) C T L300 D20 W30)

(資料來源：本研究拍攝)

在文檔中 以超音波檢測混凝土中鋼筋腐蝕劣化之研究 (頁 64-83)