非破壞檢測應用在預拌土壤材料品質檢測之研究

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臺灣鑛業，第63 卷第 3 期，第 31-38 頁，民國 100 年 9 月

非破壞檢測應用在預拌土壤材料品質檢測之研究

Quality Inspection for Ready Mixed Soil Materials

by Nondestructive Testing

沈永年

1

陳郁仁

2

鄭力豪

2

Yeong-Nain Sheen

1

, Yu-Ren Chen

2

, Li-Hao Cheng

2

摘要

預拌土壤材料（RMSM）是一種介於控制性低強度材料（CLSM）與土壤水泥間（Soil Cement）之新型回填材料。本研究係以高屏溪流域因莫拉克颱風造成八八風災所沖刷之河川為研究材料，分別以高屏堰及里嶺大橋上游之河川淤砂進行相關配比試驗，再利用超音波速與反彈錘法作為 RMSM 現地強度檢測方法，探討此兩種檢測方法之適用性及期望能解決臺灣自然砂石資源短缺與廢棄土方問題。研究中使用十二組添加河川淤砂與資源回收土之配比，水灰比1.5、1.7、1.9，配比設計強度為 28 天齡期抗壓強度不超過 50 kgf/cm2_{，試驗齡期} 為 1、7、28、56 天，每個齡期於圓柱試體與版試體上進行超音波速與反彈錘試驗，建立出 RMSM 非破壞檢測與抗壓強度之關係方程式。結果顯示，RMSM 新拌性質方面十二組配比皆可滿足高流動性要求。水灰比1.5 之 RMSM 抗壓強度成長幅度大於水灰比 1.7、1.9 者；里嶺大橋段（L）河川淤砂配比之強度高於高屏堰段（H）淤砂配比之強度。利用超音波速、反彈錘數與抗壓強度所建立之非破壞檢測關係式，具有良好相關性，抗壓強度推算誤差值分別小於10%與 14%。關鍵詞：預拌土壤材料、控制性低強度材料、非破壞檢測。

Abstract

Ready-mixed soil materials (RMSM) is a new type of controlled low strength materials (CLSM) with engineering properties between CLSM and soil cement.The objective of this study is to establish the relationship between the physical quantities measured by the nondestructive techiques and the compressive strength of RMSM. The specimens used in the studies were made of silt from Kao-Ping River sediment by Typhoon Morakot. The water to cement ratio (W/C) are 1.5, 1.7 and 1.9. The design 28 days strength must be less 50 kgf/cm2_{. The results show that the}

workability of RMSM can satisfy the needs of requirements. The model established by nondestructive techiques using ultrasonic pulse velocity, rebound hammer count and compressive strength, has high degree of relevancy. The compressive strength of RMSM can be predicted by the ultrasonic pulse velocity and rebound hammer with errors of less than 10% and 14% respectively.

Key words: ready-mixed soil materials, controlled low strength materials, nondestructive test.

100 年 6 月 13 日收件 100 年 8 月 19 日受理

國立高雄應用科技大學土木工程系1副教授 2_{研究生 (}1_{Associate Professor,}2_{Graduated Student, Department of} Civil Engineering, National Kaohsiung University of Applied Sciences)。

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( 32 ) 臺灣鑛業，第63 卷第 3 期，民國 100 年 9 月 _{試驗計畫與變數擬定} 基本性質試驗及材料準備配比設計及試拌 R M S M 試體製作新拌性質試驗工程性質坍流度抗壓強度超音波檢測反彈錘試驗相關性質驗證試驗結果分析與探討建立強度預估關係模式 N D T 評估 R M S M 之可行性落沉試驗修正坍流度圖1、研究流程。

一、前言

由於莫拉克颱風侵襲臺灣，為臺灣中南部山區帶來超大豪雨，颱風所帶來的豐沛雨量也衍生出土砂災害，河道淤積土砂部分根據經濟部水利署之統計，包括濁水溪、八掌溪、北港溪、朴子溪、急水溪、曾文溪、鹽水溪、二仁溪、高屏溪、東港溪及卑南溪等11 水系，在河川治理界點以下之淤積長度約110 公里，淤積量約 6,000 餘萬立方米（游保杉 2010、許富程 2006、王圍任 2008、林建三2005、 Cheng-Feng Chang 2006）。有鑑於颱風帶來這麼大量的淤砂，本研究計畫以高屏溪流域之河川淤砂為材料，減少天然砂石用量，以符合資源再利用之訴求。

二、試驗計畫

本研究是以高屏溪流域因莫拉克颱風造成八八風災所沖刷之河川淤砂為研究主體，材料是取自高屏溪流域的兩個地點作為本研究的材料，分別是高屏堰段及里嶺大橋上游。取回來的淤砂經由統一土壤分類法進行分類以及對材料作基本性質試驗。接著進行預拌土壤材料配比試驗，本試驗以體積法做為本研究之配比方式。配比試拌完成後進行試體製作，經過試拌找出適當配比製作 RMSM 試體（王圍任 2008、林建三 2005）。工程性質上則進行抗壓強度試驗、超音波速試驗、反彈錘試驗、落沉試驗，再以預拌土壤材料版試體建立預拌土壤材料試驗（NDT）與抗壓強度現地強度之評估，研究流程如圖1 所示。（一）研究方法本研究係探討應用非破壞檢測技術在預拌土壤材料品管檢測上。材料是取自高屏溪流域的兩個地點作為本研究的材料，分別是高屏堰段及里嶺大橋上游。試驗齡期為 1、7、28、56 天，探討預拌土壤材料新拌及工程性質，並評估與驗證 NDT 應用於現地評估強度之可行性。本研究採用水泥用量為 130、150、170kg/m3，水灰比為1.5、 1.7、1.9 及固定砂土比例（6:4）作為試驗變數。坍度達 20cm 以上、坍流度大於 40cm 及修正坍流度大於 15cm，作為評估預拌土壤材料是否符合工作性需求之基準。試體製作上每組配比製作 φ10cm × 20cm 圓柱試體進行抗壓及 25cm × 25cm × 15cm；40cm × 40cm × 10cm 矩型試體進行反彈錘試驗及落沉試驗，以及製作 70 cm × 70 cm ×

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( 33 ) 沈永年等：非破壞檢測應用在預拌土壤材料品質檢測之研究 20 cm 版試體，於齡期 1、7、28 天時，利用 NDT 對版試體上直接進行超音波、反彈錘，等NDT 試驗完成後再對 PVC 管試體進行抗壓強度、超音波，將 PVC 管試體實際抗壓強度與NDT 所預估之強度作比較。試驗過程如圖2、3 所示。養護方式上都是拆模後置於空氣中養護，版試體拆模後置於一般工地中養護28 天，試驗變數如表 1 所示。表 1、試驗變數。（二）河川淤砂與資源回收土基本性質本研究使用高屏溪流域八八風災所沖刷的河川淤砂及資源回收土，分別有高屏堰（O-SK）、里嶺大橋上游（O-SL）及資源回收土（O-SR），經統一土壤分類法進行分類對河川淤砂進行細骨材比重及吸水率試驗找出淤砂之比重與吸水率AC，資源回收土則以標準 Proctor 試驗和土粒比重試驗找出土樣之最佳含水量

ω

OMC及比重。河川淤砂與資源回收土之基本性質分析及砂土篩分析結果如表2 所示。表 2、河川淤砂與資源回收土基本性質。編號 >No.4 % No.4~ No.200% <No.200 % LL % PL % PI % 土壤分類 ASTM AASHTO O-SK 0.98 98.44 1.56 NP NP NP SW A-3 O-SL 0 95.39 4.61 NP NP NP SP A-3 O-SR 0.06 76.13 23.8 28.72 18.43 10.29 SC A-2-6 備註：一、河川淤砂（一）取自高屏溪流域，高屏堰段（O-SK）、里嶺大橋上遊（O-SL）。（二）SSD 比重：O-SK=2.72、O-SL=2.74。（三）吸水率AC：O-SK=4.51%、O-SL=3.97%。（四）FM：O-SK=1.25、O-SL=0.8。變數預拌土壤材料材料八八風災河川淤砂 (SW、SP)、資源回收土 (SC) 砂土比例 (%) 60、40 水泥用量 (kg/m3_{) 130、150、170} 水灰比W/C 1.5、1.7、1.9 齡期 (天) 1、7、28、56 養護環境空氣養護 24~28℃、相對溼度 60~75% 圖3、超音波探頭量測距離：(a) 0-1 距離 10 cm，(b) 0-2 距離15 cm。圖2、版試體超音波試驗。

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( 38 ) 臺灣鑛業，第63 卷第 3 期，民國 100 年 9 月表 5、超音波速推估抗壓強度與 PVC 管取代鑽心試體抗壓強度比較。試體齡期(天) 超音波速(m/s) 實際強度(kgf/cm2) 推估強度(kgf/cm2) 誤差值(%) R19K4R6 1 550 3.3 3.1 -6.1 R17K4R6 640 3.9 4.1 -5.1 R15K4R6 720 4.8 5.1 6.3 R19K4R6 7 1,283 16.5 15.0 -9.1 R17K4R6 1,440 18.3 18.7 2.1 R15K4R6 1,530 19.5 20.9 7.2 R19K4R6 28 1,480 19.7 20.1 2.0 R17K4R6 1,758 28.5 27.2 -4.6 R15K4R6 1,890 33.9 31.2 -8.1 表 6、反彈錘數推估抗壓強度與 PVC 管取代鑽心試體抗壓強度比較。試體齡期(天) 反彈錘數實際強度(kgf/cm2) 推估強度(kgf/cm2) 誤差值(%) R19K4R6 7 29.3 16.5 15.7 -4.8 R17K4R6 33.9 18.3 20.2 10.4 R15K4R6 34.2 19.5 20.5 5.1 R19K4R6 28 35.5 19.7 21.9 11.2 R17K4R6 40.5 28.5 27.5 -3.5 R15K4R6 42.2 33.9 29.5 -13.1

四、結論

（一）本研究以高屏溪淤砂及資源回收土作為預拌土壤材料之組成材料，結果證實河川淤砂與資源回收土可產製工程性質良好之預拌土壤材料。（二）十二組配比預拌土壤材料經落沉試驗結果其落沉值皆小於7.6 cm，符合 1 天設計落沉值之規範要求，僅有R19K6R4 之配比大於 7.6 cm 不符合規範要求。（三）由超音波推估預拌土壤材料之抗壓強度結果顯示，推估值與實際抗壓強度誤差值均小於 10%，顯示利用超音波評估預拌土壤材料之抗壓強度可信度良好；利用反彈錘數推估版試體之抗壓強度，結果顯示推估抗壓強度誤差值均小於14 %，即可利用反彈錘初步評估預拌土壤材料之抗壓強度。

參考文獻

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