試驗變數

本研究主要著重於裸露具刻痕的鋼筋試驗，再根據試驗結果，選擇適當的變 數後續進行裸露腐蝕鋼筋及內埋鋼筋試體試驗。

壹、裸露鋼筋

本研究的試驗變數係參考研究目的而訂定，包括以下四大項目：

(1) 刻痕/腐蝕位置

刻痕/腐蝕與超音波入射端的相對位置決定了反射波的波傳時間與振幅 衰減。預期隨著兩者距離的增加，波傳時間增加，振幅減少。本研究主要採 取的刻痕位置分別位於距入射端 300 mm、600 mm 及 900 mm 處(如圖 3-8 所

示)，探討藉由頻譜分析能否辨別不同腐蝕位置所造成的反射波。

(2) 刻痕/腐蝕長度

本研究亦改變刻痕長度，探討刻痕面積大小是否會影響超音波頻譜的判 別，如圖 3-9 所示。在單一腐蝕深度下，預期長度的不同僅造成更多的強度 較小的反射波，不會影響腐蝕深度的判別。本研究製作的腐蝕長度為 5 mm 或鋸片最小寬度、10 mm、30 mm、50 mm、100 mm，其中 100 mm 為電化 學量測法所使用的網格大小，亦即有效量測的最大長度。

(3) 刻痕/腐蝕深度

刻痕深度與斷面折減率相關，為本研究探討的重點，如圖 3-9 所示。因 此，本研究改變刻痕深度，以探討如何以反射波的頻譜分析判別出斷面折減，

預期隨著刻痕深度越大，反射波的振幅越大。本研究首先製作的刻痕深度為 10%與 40%的鋼筋直徑。當製作腐蝕鋼筋時，本研究因鋼筋的腐蝕深度不易 控制，故參考法拉第定律(Faraday’s Law)利用通電時間及控制加速電流密度 來產生預定腐蝕量及估算腐蝕深度。

(4) 刻痕形狀

本研究將圓形刻痕深度距離 300mm、深度 10%、20%以及 40%，分別與 對應的方形刻痕之試體做比對，方形刻痕具有垂直鋼筋表面方向的斷面，如 圖 3-9 所示，而圓形刻痕則如圖 3-10 所示。

圖 3-8 方形刻痕/腐蝕位置示意圖

(資料來源：本研究繪製)

圖 3-9 方形刻痕/腐蝕長度與深度示意圖

(資料來源：本研究繪製)

圖 3-10 圓形刻痕長度示意圖

(資料來源：本研究繪製)

欲探求鋼筋腐蝕與超音波波傳性質的關係時，必須預先局部加速腐蝕，控制 腐蝕的長度與深度。最終的總腐蝕量可藉用法拉第定律估算，亦即在單一腐蝕電 流下，控制通電時間即可藉由兩者乘積獲得腐蝕量。實際腐蝕形狀及深度可待超 音波檢測後，再去除腐蝕物觀察之。

L

W(刻痕長度)

D

L(刻痕距離)

D

超音波 入射方向

D(刻痕深度)

貳、內埋鋼筋

就內埋鋼筋而言，本研究採用#8 鋼筋，長度為 1 m，固定於模中後再澆注 砂漿或混凝土，如圖 3-11 所示。根據裸露鋼筋的試驗成果，選定其中幾組試體 預先製作刻痕/腐蝕後，再進行澆注。由於此時鋼筋與砂漿/混凝土握裹處形成另 一介面，故預期反射波行為遠較裸露鋼筋複雜。然而，基於裸露鋼筋的試驗成果，

再加上已知刻痕/腐蝕位置，故仍可藉由頻譜分析判斷出刻痕/深度。

試驗變數不僅包括刻痕/腐蝕位置、長度、深度、形狀等四大項目亦包括以 下保護層性質：

(1) 保護層厚度

保護厚度為 3 cm 與 5 cm，由於超音波多藉由鋼筋握裹介面處反射，幾 少傳遞到保護層再次反射，故預期保護層厚度對於試驗結果的影響不大。

(2) 保護層水灰比

一般而言，保護層的強度相關於水灰比，亦即其與緻密性相關，因此預 期保護層的水灰比會關係到反射波的波傳行為。當水灰比越高時，緻密性越 低，故反射波的強度越高。本研究採用的砂漿水灰比為 0.4 與 0.6，混凝土水 灰比為 0.6。

(3) 保護層含水量

保護層中的水份會影響波傳行為，很可能降低反射波的振幅。本研究量 測面乾飽和及氣乾狀態下的內埋試體。

(4) 保護層粗細粒料體積比

如同前述，由於現地施工搗實震動，加上鋼筋間距小，很可能造成保護 層析離，實際粒料分布與配比不同，因此本研究改變粗細比例對波傳性質的 影響。

圖 3-11 內埋鋼筋於砂漿或混凝土試體之示意圖

(資料來源：本研究繪製)

參、試驗變數代號

本研究所使用之各項試驗變數及對應代號，詳如表 3-5 所示。

(1) 裸露鋼筋試驗 編號順序為：

車床腐蝕 光棒鋼筋 方形刻痕圓形刻痕 刻痕距離 刻痕寬度 刻痕深度

因為實際腐蝕無法控制刻痕為方形或圓形，故對於實際腐蝕的試體編 號略過此形狀變數。

(2) 內埋鋼筋試驗 編號順序為：

控制組 水灰比 保護層厚度 實驗組

表 3-5 試驗變數代號表

試驗變數 代號 備註 試驗變數 代號 備註

裸露試體 ── 不標註 圓形刻痕 O 取形狀

內埋鋼筋試體 內埋 ── 刻痕距離 L Length 車床 ── 不標註 刻痕長度 W Width 腐蝕 C Corrosion 刻痕深度 D Depth 光面鋼棒 S Smooth bar 水灰比 W/C ─

竹節鋼筋 T Transform bar 保護層厚度 P

Protective layer 方形刻痕 R Rectangular

(資料來源：本研究設計)

因為內埋鋼筋試體的變數多為竹節鋼筋，刻痕距離為 300mm，刻痕深度為 40%，刻痕長度為 30mm，刻痕形狀為方形。因此編號上僅標註試體屬性(控制組 與否)、水灰比與保護層厚度，實驗組不標註。

例 1：

以竹節鋼筋進行裸露鋼筋試驗，腐蝕距離為 300 mm，腐蝕深度為 40%，腐 蝕寬度為 30 mm 時，此試體編號：C T L300 D40 W30。

例 2：

以內埋竹節鋼筋進行的控制組試驗，砂漿的水灰比為 0.4，保護層厚度為 5 cm 時，此試體編號為：內埋鋼筋控制組 W/C0.4 P5。