臺灣博碩士論文加值系統

火災發生後在高溫的作用下，混凝土的表面會劣化，對混凝土結構物的安全產生影響，本研究主要目的為研發新的電磁波檢測方法，檢測混凝土在火害前後之差異性，並作為估計劣化程度之準則。
本研究使用1GHz天線，經由實驗分析採用抬高天線與受測物距離30cm方式檢測混凝土，分別對小型混凝土試體及大型混凝土版進行檢測，將測得火害後振幅以積分方式求得面積再除上火害前振幅面積，算出混凝土之衰減常數(AI)；另外將天線抬高30公分來檢測混凝土及金屬板，由混凝土表面反射反應，與同高度下受測面為金屬板時全反射反應比較，即可求出混凝土的介電常數(εr)。本研究即是以衰減常數及介電常數來預期混凝土劣化程度。
研究結果顯示，在小型混凝土試體火害後與火害前相較之下衰減常數有顯著的上升，介電常數也明顯的下降；大型混凝土版在火害後因試體表面剝落，所測得之衰減常數則更高，介電常數也較低。

The surface deterioration after fire can lead to safety problems for concrete structure. The aim of this research is to develop new techniques to evaluate the degree of deterioration using the ground penetration radar.
In the study, 1 GHz antenna is used and is arranged 30 cm away from the specimens. The small concrete blocks and big concrete plate were constructed for the experiment. The area enveloped by the reflective response from the concrete surface was calculated. The attenuation Index (AI) is obtained from the ratio of areas after and before the fire damage. On the other hand, the dielectric constant of concrete is also used as the parameter for evaluating the concrete deterioration. The dielectric constant is evaluated by the ratio of amplitudes reflected from the concrete surface and the metal surface.
The test results show the attenuation indexes are higher and the dielectric constants are lower for the small specimens after high-temperature exposure. The scaling on the surface leads to even higher attenuation indexes and lower dielectric constants for big concrete plate after fire exposure.

目錄
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 研究動機及目的 1
1-3 研究流程 2
第二章 文獻回顧 3
2-1 透地雷達相關研究與演進 3
2-2 混凝土孔隙率對介電常數的影響 4
2-3 短脈衝雷達法估計混凝土介電常數 5
2-4 透地雷達檢測紡織廠混凝土地面劣化情形 6
2-5 混凝土高溫延時與殘餘強度 8
第三章 檢測原理及儀器設備 12
3-1 透地雷達基本原理 12
3-2 電磁波之基本特性 13
3-2-1 振幅之相位變化 15
3-2-2 介質電性之影響 15
3-2-3 介電常數與波速關係 16
3-2-4 導電率(conducitivity) σ 16
3-2-5 解析度 17
3-2-5 電磁脈波的合成與訊號鑑別 18
3-3 透地雷達儀器設備 20
3-3-1 天線頻率與穿透深度關係 20
3-3-2 透地雷達參數設定 21
3-3-3 透地雷達檢測影像處理及判讀 21
第四章 試驗規劃 22
4-1 小型混凝土試體 22
4-1-1 小型混凝土試驗規劃 22
4-2 大型混凝土版試體 23
4-2-1 大型混凝土版試驗規劃 23
4-3 高溫火害試驗規劃 24
4-3-1 小型混凝土試體試驗 25
4-3-2 大型混凝土版試體試驗 25
4-3-3 加溫設備 26
4-3-4 溫度資料紀錄 26
4-3-5 升溫速率 27
4-3-6 延燒時間 27
4-3-7 養護條件 27
4-4 透地雷達檢測試驗規劃 27
4-4-1 小型混凝土試體檢測規劃 28
4-4-2 大型混凝土版試體檢測規劃 28
4-4鑽心抗壓 29
第五章 實驗結果 30
5-1 小型無筋混凝土試體火害後檢測結果 30
5-1-1 試驗數據正規化及濾波 31
5-1-2 振幅面積結果比較 31
5-1-3 衰減常數結果比較 33
5-1-4 衰減常數與孔隙率比較 33
5-1-5 介電常數結果比較 34
5-1-6 面乾內飽和試體檢測結果 34
5-2 大型混凝土版火害檢測 35
5-2-1版振幅最大值結果比較 36
5-2-2 版之衰減常數結果比較 37
5-2-3 版之介電常數結果比較 37
5-3 鑽心試體 38
第六章 結論與建議 39
6-1 結論 39
6-2 建議 41
参考文獻…....….…………….…………………………..…..………....42



表目錄
表 1-1 研究流程 46
表2-1 不同養護條件對於火害後7天混凝土之強度成長比較 47
表3-1 一般介質的介電常數與波速表 48
表3-2 天線頻率與探測深度關係表 49
表4-1 試體所使用之配比 50
表5-1 四種配比對各於個溫度之振幅面積值 51
表5-2 四種配比對於各溫度之衰減常數 51
表5-3 衰減係數於不同條件下之孔隙率 52
表5-4 四種配對於不同溫度之介電常數 53
表5-5 配比0.65混凝土試體泡水後之介電常數 53
表5-6 配比0.65混凝土試體對於不同溫度之衰減係數 53
表5-7版火害後第一個1/2振幅最大值比較 54
表5-8版火害後各部位之衰減常數 54
表5-9版火害後各部位之介電常數 55
表5-10 鑽心試體平均抗壓強度 55






圖目錄
圖2-1孔隙率於介電常數的關係圖 56
圖2-2 量測混凝土表面的反射波 56
圖2-3 混凝土試體之空氣振幅(AOS)及最大振幅(AS) 56
圖2-4 鋁片之空氣振幅(AOI)及最大振幅(AI) 57
圖2-5 GPR測線規劃示意圖 57
圖2-6 工廠走道的照片 58
圖2-7 1又2分之1振幅面積 58
圖2-8 P7線區段的衰減曲線 59
圖2-9 不同高溫與延時作用之火害混凝土殘餘強度比 59
圖2-10 火害混凝土殘餘強度比 60
圖2-11 受不同高溫延時2小時後第7天之殘餘強度比 60
圖3-1 雷達原理 61
圖3-2 透地雷達天線之雷達接收波之圖像 61
圖3-3 波傳之反射相位變化 62
圖3-4 電磁波在遭遇不同材質界面的反射示意圖 62
圖3-5 FIRST FRESNAL ZONE示意圖 63
圖3-6 幾何比例法之雙曲線波形圖 63
圖3-7 半雙曲線之訊號顯示排筋位置(A)前視圖(B)俯視圖 64
圖3-8 半雙曲線之訊號成像 64
圖3-9 透地雷達檢測系統 65
圖4-1 小型混凝土塊試體 66
圖4-2 大型混凝土版配置及詳細尺寸圖 66
圖4-3 大型有鋼筋混凝土版試體模板 67
圖4-5 主筋之防火毯間距 67
圖 4-7 大型混凝土版試體 68
圖4-8 96×42×15CM及40×32×15CM之石膏版 68
圖4-9 將試體放置在平台上(中間縫隙及底部夾陶瓷綿) 69
圖4-10 兩側加上陶瓷綿及石膏版 69
圖4-11 頂部蓋上陶瓷綿及石膏版後兩側用鐵絲纏繞固定 69
圖4-12 火害之後之試體圖 70
圖4-13 將混凝土版吊至框架內 70
圖4-14 將混凝土版固定住 70
圖4-15 送進高溫牆加溫 71
圖4-16 電腦控制加熱溫度 71
圖4-17 高溫爐 71
圖 4-18 溫度紀錄器 72
圖4-19 高溫爐之時間與溫度曲線圖 72
圖4-20 用水準氣泡將天線調水平 72
圖4-21 天線底部對準捲尺30CM處 73
圖4-22 抬高30CM對混凝土發射電磁波 73
圖4-23 抬高30CM對鐵片發射電磁波 73
圖4-24 對空氣發射電磁波 74
圖4-25 與版距離30CM進行檢測 74
圖4-26 將鐵片緊貼在版試體上對其施測 74
圖4-27混凝土塊鑽心 75
圖4-28 200噸抗壓試驗機 75
圖5-1 三種不同介質之振幅 76
圖5-2 正規畫之後三種不同介質之振幅 76
圖5-3 混凝土與鐵減掉空氣之振幅 77
圖5-4 一又二分之ㄧ振幅面積 77
圖5-5 0.65試體火害後之1又1/2之振幅比較 78
圖5-6 0.65試體火害後之1又1/2之振幅面積比較 78
圖5-7 0.6試體火害後之1又1/2之振幅比較 79
圖5-8 0.6試體火害後之1又1/2之振幅面積比較 79
圖5-9 0.55試體火害後之1又1/2之振幅比較 80
圖5-10 0.55試體火害後之1又1/2之振幅面積比較 80
圖5-11 0.45試體火害後之1又1/2之振幅比較 81
圖5-12 0.45試體火害後之1又1/2之振幅面積比較 81
圖5-13 四種配比對於不同的火害溫度1又1/2振幅面積折線圖 82
圖5-14 四種配比對於不同溫度之1又1/2振幅面積標準差 82
圖5-15 衰減常數與溫度之關係 83
圖5-16 衰減常數與孔隙率之關係 83
圖5-17 0.65-常溫之混凝土與鐵片振幅 84
圖5-18 0.65-300℃之混凝土與鐵片振幅 84
圖5-19 0.65-400℃之混凝土與鐵片振幅 84
圖5-20 0.65-500℃之混凝土與鐵片振幅 85
圖5-21 0.65-600℃之混凝土與鐵片振幅 85
圖5-22 0.65-800℃之混凝土與鐵片振幅 85
圖5-23 四種配比對於不同溫度之比較 86
圖5-24 四種配比對於不同溫度之介電常數標準差 86
圖5-25 配比0.65混凝土試體泡水後之振幅面積值比較 87
圖5-26 配比0.65混凝土試體泡水後之振幅面積值比較 87
圖5-27 配比0.65混凝土試體泡水後衰減常數與溫度之關係 87
圖5-28混凝土版測線位置 88
圖5-29版火害後測線各部位所量測第一個1/2振幅最大值之關係..88
圖5-30版火害後測線各部位之衰減常數關係圖 89
圖5-31版火害後測線各部位之介電常數關係圖 89
圖5-32各配比鑽心試體平均抗壓強度與火害溫度之關係 90

參考文獻
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