臺灣博碩士論文加值系統

本論文主要目的係利用於1998年正式納入ASTM C1383規範，之敲擊回音法( Impact-echo method )中量測波速技術，探討利用波速來評估水工結構混凝土抗壓強度的可行性。目前國內之水工結構混凝土，因需考量水工結構混凝土之施工性、養護條件、受水之衝擊性及耐久性等因素，而提高其水泥漿體之強度，使水工混凝土結構物之物理性質更接近複合材料，將所受應力能有效分散傳遞至該結構體之各部位。並藉此尋求應力波速與水工混凝土結構物之關係曲線。本研究經以施工中之水利工程「集集共同引水計畫—斗六大圳進水口更新改善工程」，利用其三種配比混凝土進行研究實驗室與現場之相關試驗，在較高強度結果顯示其抗壓強度與應力波速之關係呈現良好且頗為一致之趨勢關係。經回歸現場量測之波速推估其平均強度，其誤差率在1﹪以內，證實以敲擊回音法之波速檢測技術來推估水工混凝土結構物之抗壓強度為一具可行性之方法。

The purpose of this study is to explore the feasibility of using the P-wave measuring technique of impact-echo method, which was officially brought into the ASTM C1383 standard, to estimate the compressive strength of concrete on site. Considering the workability, curing condition, and durability for the water pounding, the strength of the mortar is usually increased for the structures in water resource engineering. Three kinds of proportion were used for finding the relations between the lab and the field results. It was found, regardless the difference in concrete mixtures, the relation of compressive strength and P-wave speed is closely related for the high-strength concrete with compressive strength larger than 300 kg/cm2. Inconsistent relation of P-wave speed and compressive strength was found for one set of lab specimens with low compressive strength. The average strength of concrete calculated from the regression curve in this study is only 1% in error from the average strength produced by core tests for each of the concrete mixture. Thus, the method was proved to be feasible.

中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅱ
誌謝 Ⅲ
本文目錄 Ⅳ
表目錄 Ⅶ
圖目錄 Ⅸ
照片目錄 XII
附錄 XIII

本 文 目 錄

第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 研究動機及目的 3
第二章 文獻回顧 4
2-1影響混凝土強度及其與應力波波速關係之因素 4
2-1-1影響混凝土強度之因素 4
2-1-2影響混凝土強度與應力波波速關係之因素 6
2-1-3混凝土強度與應力波波速發展之關係 6
2-2 混凝土強度之非破壞性檢測技術 6
2-3超音波法(Ultrasonic pulse velocity method) 7
2-3-1 超音波波速檢測原理 7
2-3-2 超音波波速與混凝土強度 8
2-4敲擊回音法(Impact-echo method) 9
2-4-1 敲擊回音法檢測原理 10
2-4-2 敲擊回音法波速-混凝土強度 11
2-5 超音波法與敲擊回音法法之比較 14
第三章 檢測之原理及儀器設備 17
3-1 應力波動行為 17
3-2利用敲擊回音法(Impact-echo method)檢測混凝土強度之原理 19
3-2-1 頻率域分析法 20
3-2-2 時間域分析方法 22
3-3 儀器設備 22
第四章 試體規劃、檢測驗證 25
4-1 檢測之混凝土構造物介紹 25
4-1-1 進水口排砂道 26
4-1-2 枋寮導水暗渠加高 27
4-2 試體規劃與敲擊回音檢測程序及結果 28
4-2-1 試體規劃 28
4-2-2 敲擊回音法檢測程序 28
第五章 強度檢測結果與討論 33
5-1現場波速檢測與鑽心試體、圓柱試體抗壓強度結果分析 33
5-2各關係曲線之綜合討論 37
5-3利用關係曲線之指數公式及現場之波速檢測推估其強度 38
第六章 結論與建議 39
6-1結論 39
6-2討論與建議 40
參考文獻 43


表 目 錄

表4-1進本研究所採用之配比混凝土 47
表4-2實驗室圓柱試體強度為210kg/cm2混凝土之波速與抗壓強度 48~49
表4-3實驗室圓柱試體強度為245kg/cm2混凝土之波速與抗壓強度 50~51
表4-4實驗室圓柱試體強度為420kg/cm2混凝土之波速與抗壓強度 52~53
表4-5現場強度為210kg/cm2混凝土之波速與鑽心抗壓強度 54
表4-6現場強度為245kg/cm2混凝土之波速與鑽心抗壓強度 55
表4-7現場強度為420kg/cm2混凝土之波速與鑽心抗壓強度 56
表5-1現場強度為420kg/cm2混凝土之波速與鑽心抗壓強度 57
表5-2現場強度為245kg/cm2混凝土之波速與鑽心抗壓強度 58
表5-3現場強度為210kg/cm2混凝土之波速與鑽心抗壓強度 59
表5-4實驗室圓柱試體強度為420kg/cm2混凝土之波速與抗壓強度 60
表5-5實驗室圓柱試體強度為245kg/cm2混凝土之波速與抗壓強度 61
表5-6實驗室圓柱試體強度為210kg/cm2混凝土之波速與抗壓強度 62
表5-7進水口排砂道底版編號A之波速檢測表 63
表5-8進水口排砂道底版編號B之波速檢測表 64
表5-9進水口排砂道底版編號C之波速檢測表 65
表5-10進水口排砂道底版編號A、B、C之波速及強度推估表 66
表5-11枋寮導水暗渠加高驗頂(t0~t10)之波速檢測表 67
表5-12枋寮導水暗渠加高驗頂(t11~t20)之波速檢測表 68
表5-13枋寮導水暗渠加高驗頂(t21~t30)之波速檢測表 69
表5-14枋寮導水暗渠加高驗頂(t31~t40)之波速檢測表 70
表5-15枋寮導水暗渠加高驗頂(t41~t50)之波速檢測表 71
表5-16枋寮導水暗渠加高驗頂(t51~t60)之波速檢測表 72
表5-17枋寮導水暗渠加高驗頂(t0~t10)之檢測波速與強度推估表 73
表5-18消能池底版(b1~b10)之波速檢測表 74
表5-19消能池底版(編號b11~b20)之波速檢測表 75
表5-20消能池底版(編號b21~b30)之波速檢測表 76
表5-21消能池底版(編號b31~b40)之波速檢測表 77
表5-22消能池底版(編號b41~b50)之波速檢測表 78
表5-23 消能池底版(編號b51~b60)之波速檢測表 79
表5-24消能池底版(b1~b60)之檢測波速與強度推估表 80
表5-25第二次鑽心試體波速與抗壓強度 81




圖 目 錄

圖2-1 W/C與抗壓強度之關係式意圖 82
圖2-2溫度及時間對強度影響 82
圖2-3不同水灰比下之時間與強度比率關係 83
圖2-4水泥細度（比表面積）對抗壓強度之影響 83
圖2-5水泥漿量與單位重擊強度之關係 84
圖2-6最大骨材粒徑及水泥含量強度之影響 84
圖2-7空氣含量及水泥含量對強度之影響 85
圖2-8水膠比相等時骨材/水泥重量比改變對強度之影響 85
圖2-9水泥量相等時骨材量改變對強度—波速關係之影響 86
圖2-10骨材量相等時水泥量改變對強度—波速關係之影響 86
圖2-11 HS組高性能混凝土強度與波速28天之發展情形 87
圖2-12 MS組高性能混凝土強度與波速28天之發展情形 87
圖2-13 LS組高性能混凝土強度與波速28天之發展情形 88
圖2-14超音波試驗儀器設備 88
圖2-15超音波試驗儀器及配 89
圖2-16超音波法原理示意圖 89
圖2-17混凝土(版)敲擊回音試驗(頻率域) 90
(a)示意圖
(b)接收器所得位移波形
(c)FFT所得頻譜圖
圖2-18 ASTM C1383 P波波速(時間域) 91
P波波速量測示意圖及位移波形圖
圖3-1應力波動行為示意圖 92
圖3-2 Snell’s Law示意圖 93
圖3-3敲擊回音試驗示意圖 94
圖3-4應力波反射示意圖(a) Z2＞Z1 (b) Z2＜Z1 94
圖3-5敲擊回音法於混凝土版試驗示意圖 95
(a)敲擊回音試驗示意圖
(b)壓力波及張力波之示意圖
(c)表面位移之示意圖
圖3-6 ASTM C1383 P波波速(頻率域) 96
敲擊回音法P波波速量測示意圖及頻譜圖
圖3-7實驗儀器 96
圖4-1進水口平面圖暨排砂道底版區塊編號 97
圖4-2枋寮導水暗渠加高平面圖 98
圖4-3進水口排砂道底版分曾澆置圖 99
圖4-4枋寮導水暗渠加高標準斷面圖 100
圖4-5混凝土版敲擊回音試驗 101
(a)示意圖
(b)接收器所得位移波形
(c)FFT所得頻譜圖
圖4-6檢測混凝土版表面P-波波速之示意圖 102
(a)儀器配置示意圖
(b)第一接收器位移波形
(c)第二接收器位移波形
圖5-1 420kg/cm2現場波速—鑽心試體抗壓強度關係圖 103
圖5-2 245kg/cm2現場波速—鑽心試體抗壓強度關係圖 103
圖5-3 210kg/cm2現場波速—鑽心試體抗壓強度關係圖 104
圖5-4 420kg/cm2現場與實驗室波速與抗壓強度關係圖 104
圖5-5 245kg/cm2現場與實驗室波速與抗壓強度關係圖 105
圖5-6 210kg/cm2現場與實驗室波速與抗壓強度關係圖 105
圖5-7 245kg/cm2與420kg/cm2實驗室波速與抗壓強度關係圖 106
圖5-8 現場資料與245kg/cm2、420kg/cm2實驗室波速--抗壓強度關係圖 106
圖5-9 210kg/cm2、 245kg/cm2與420kg/cm2現場波速--鑽心試體抗壓強度關係圖 107
圖5-10 實驗室資料與210kg/cm2、 245kg/cm2與420kg/cm2現場波速—鑽心試體抗壓強度關係圖 107
圖5-11 245kg/cm2、420kg/cm2實驗室資料及210kg/cm2、 245kg/cm2與420kg/cm2現場資料波速—鑽心試體抗壓強度關係圖 108


照片目錄

照片1 進水口排砂道（向下游攝） 109
照片2 進水口排砂道（向上游攝） 109
照片3 枋寮導水暗渠加高（向左岸攝） 110
照片4 枋寮導水暗渠加高（向右岸攝） 110
照片5 表面P波速度之量測(1) 111
照片6 表面P波速度之量測(2) 111
照片7 圓柱試體P波速度之量測(1) 112
照片8 圓柱試體P波速度之量測(2) 112
照片9 試體抗壓強度試驗(1) 113
照片10 試體抗壓強度試驗(2) 113



附錄
附錄一：現場設計強度為210kg/cm2混凝土之波速檢測位移波形圖 114
附錄二：現場設計強度為245kg/cm2混凝土之波速檢測位移波形圖 115
附錄三：現場設計強度為420kg/cm2混凝土之波速檢測位移波形圖 116
附錄三：實驗室圓柱試體(f’c=210kg/cm2)之波速檢測頻譜圖 117
附錄四：實驗室圓柱試體(f’c=245kg/cm2)之波速檢測頻譜圖 118
附錄五：實驗室圓柱試體(f’c=420kg/cm2)之波速檢測頻譜圖 119

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