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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:賴嘉陽
研究生(外文):Chia-Yang Lai
論文名稱:探討受高溫作用混凝土之波速與強度關係
論文名稱(外文):Investigation of the Relationship between UPV and Strength of Concrete at Elevated Temperatures
指導教授:林宜清林宜清引用關係
指導教授(外文):Yi-Ching Lin
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:土木工程學系所
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:129
中文關鍵詞:超音波法敲擊回音法火害混凝土殘餘波速殘餘強度非破壞性檢測
外文關鍵詞:residual strengthfire-damaged concreteresidual speed of stress wavesultrasonic pulse velocitynondestructive evaluationcompressive strength
相關次數:
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火災發生後在高溫的作用下,混凝土的強度會折減,將對混凝土結構物的安全產生相當大的影響。本論文主要目的為針對不同骨材含量、不同水灰比、溫度變化與齡期等變化參數,藉由非破壞檢測法之波速量測法,如超音波法、敲擊回音法頻譜領域、及時間領域等三種方法,建立火害混凝土抗壓強度與應力波速度之間的關係,探討利用應力波速度來評估火害混凝土抗壓強度之可行性。
本研究擬進行有系統之研究規劃,將結合波速、配比、火害溫度、空氣養護時間與強度間之關係,嚐試尋找與建立混凝土受火害作用後,殘餘波速與殘餘強度間之關係,如何隨混凝土配比與養護條件變化而改變之規則性。試驗得到之研究成果:不考慮配比情況下,建立以單一殘餘強度比與殘餘波速比之關係曲線,其判斷係數R2皆有0.95以上,顯示以此研究成果,可以利用應力波技術評估火害後混凝土之殘餘強度。
The strength of concrete is reduced significantly under the heat caused by a fire. The safety of a concrete construction will then be greatly influenced due to the fire damage. In this thesis, the relationship between the residual strength of fire-damaged concrete and the residual speed of stress waves is set up, and the feasibility of evaluating residual strength of fire-damaged concrete with the residual speed of stress waves will also be discussed. In experiment, the wave speed in concrete is measured by the ultrasonic pulse velocity (UPV) method and the impact-echo method. The experimental specimens used in the studies have different parameters including coarse aggregates, water to cement ratio (W/C), change of temperature as well as post-fire curing ages.
The objective of this thesis is aimed at establishing the rule how the correlation between the fire-damaged concrete strength and pulse velocity changes with the concrete mixture and air curing ages. It is expected to improve the application of the pulse velocity to nondestructive evaluation of fire-damaged concrete strength through the execution of the studies. The experimental results show that a linear regression is suitable to establish the relationship between the residual wave speed ratio and the residual strength ratio of the fire-damaged concrete with different mixture proportions, and the regression R-squared is beyond 0.95. This reveals that it is highly feasible to estimate the residual strength of concrete after fire-damaged with the stress wave technique.
總目錄
中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅱ
目錄 Ⅲ
表目錄 Ⅴ
圖目錄 Ⅶ
照片目錄 XI

目錄
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 研究動機與目的 1
1-3研究方法 2
第二章 文獻回顧 3
2-1 水泥漿體之受熱變化 3
2-2 矽質骨材之熱學性質 3
2-3 高溫下混凝土性質之改變 3
2-3-1 化學變化 4
2-3-2 應力應變變化與彈性模數 5
2-3-3 高溫後裂縫之發展 5
2-4 影響抗壓強度之因素 6
2-4-1 骨材種類之影響 6
2-4-2 延時及升降溫速率之影響 7
2-4-3 養護條件之影響 7
2-4-4 強塑劑之影響 7
2-5 影響混凝土強度及其與應力波波速關係之因素 8
2-6 混凝土粗材含量35%水灰比0.6與0.7資料 8
第三章 波速量測法原理介紹 10
3-1超音波法(Ultrasonic pulse velocity method) 10
3-1-1超音波原理 10
3-1-2超音波波速量測 11
3-2敲擊回音法(Impact-Echo Test) 12
3-2-1時間領域(Time-domain)分析 12
3-2-2頻譜領域(Frequency-domain)分析 13
第四章 試驗規劃製作及儀器設備 16
4-1 試驗變化參數 16
4-2 試體規劃與製作 17
4-3混凝土配比設計 18
4-4混凝土試體製作過程 18
4-5 儀器設備介紹 18
4-6 試驗過程 20
第五章 試驗結果之分析與比較 22
5-1高溫作用後混凝土殘餘強度之討論 23
5-1-1固定骨材用量變化水灰比對混凝土殘餘強度之影響 23
5-1-2固定水灰比變化骨材用量對混凝土殘餘強度之影響 26
5-1-3混凝土殘餘強度比回復之影響 28
5-2高溫作用後混凝土殘餘波速之討論 30
5-2-1 固定骨材用量變化水灰比對於混凝土殘餘超音波波速之影響 31
    5-2-2固定水灰比變化骨材用量對於混凝土殘餘超音波波速之影響 34
5-2-3混凝土殘餘超音波波速比回復之影響 35
5-3 敲擊回音時間領域法與超音波法波速量測之比較 38
5-4 敲擊回音法之頻譜領域與超音波法波速量測之比較 39
5-5 殘餘應力波波速與殘餘強度間之關係 40
5-5-1 固定骨材用量變化水灰比之殘餘強度與殘餘應力波波速之關係 41
5-5-2 固定水灰比變化骨材用量之殘餘強度與殘餘應力波波速之關係 43
5-5-3 不考慮混凝土骨材含量與水灰比之火害混凝土殘餘應力波波速比與殘餘強度比之關係 45
第六章 結論與建議 46
6-1 結論 46
6-2 建議 47
參考文獻 49







表目錄
表4-1 各溫度至目標溫度時間 54
表4-2 單一配比試體規劃個數 54
表4-3 粗骨材材料性質 54
表4-4 細骨材材料性質 55
表4-5 所使用骨材材料性質 55
表4-6 配比設計一次澆置量為1m3之各材料含量(單位:kg) 56
表4-7對照組抗壓強度變異係數 56
表5-1骨材含量30%高溫作用後置於空氣中7天之殘餘強度 57
表5-2骨材含量35%高溫作用後置於空氣中7天之殘餘強度 57
表5-3骨材含量40%高溫作用後置於空氣中7天之殘餘強度 58
表5-4骨材含量45%高溫作用後置於空氣中7天之殘餘強度 58
表5-5(a) 骨材含量30%水灰比0.45與0.55高溫作用後之殘餘強度回復情形 59
錶5-5(b) 骨材含量30%水灰比0.6與0.65高溫作用後之殘餘強度回復情形 60
表5-6(a) 骨材含量35%水灰比0.45與0.55高溫作用後之殘餘強度回復情形 61
錶5-5(b) 骨材含量35%水灰比0.6與0.65高溫作用後之殘餘強度回復情形 62
表5-7(a) 骨材含量40%水灰比0.45與0.55高溫作用後之殘餘強度回復情形 63
錶5-5(b) 骨材含量40%水灰比0.6與0.65高溫作用後之殘餘強度回復情形 64
表5-8(a) 骨材含量30%水灰比0.45與0.55高溫作用後之殘餘強度回復情形 65
錶5-5(b) 骨材含量30%水灰比0.6與0.65高溫作用後之殘餘強度回復情形 66
表5-9 骨材含量30%高溫作用後置於空氣中7天之殘餘波速 67
表5-10骨材含量35%高溫作用後置於空氣中7天之殘餘波速 67
表5-11骨材含量40%高溫作用後置於空氣中7天之殘餘波速 68
表5-12骨材含量45%高溫作用後置於空氣中7天之殘餘波速 68
表5-13(a) 骨材含量30%水灰比0.45與0.55高溫作用後之殘餘超音波波速回復情形 69
錶5-53(b) 骨材含量30%水灰比0.6與0.65高溫作用後之殘餘超音波波速回復情形 70
表5-14(a) 骨材含量35%水灰比0.45與0.55高溫作用後之殘餘超音波波速回復情形 71
錶5-53(b) 骨材含量35%水灰比0.6與0.65高溫作用後之殘餘超音波波速回復情形 72
表5-15(a) 骨材含量40%水灰比0.45與0.55高溫作用後之殘餘超音波波速回復情形 73
錶5-53(b) 骨材含量40%水灰比0.6與0.65高溫作用後之殘餘超音波波速回復情形 74
表5-16(a) 骨材含量45%水灰比0.45與0.55高溫作用後之殘餘超音波波速回復情形 75
錶5-53(b) 骨材含量45%水灰比0.6與0.65高溫作用後之殘餘超音波波速回復情形 76
表5-17骨材含量30%之超音波法與敲擊回音時間及頻譜領域法所測
殘餘波速比較
(a)水灰比為0.45 77
(b)水灰比為0.55 78 (c)水灰比為0.60 79 (d)水灰比為0.65 80
表5-18骨材含量35%之超音波法與敲擊回音時間及頻譜領域法所測
殘餘波速比較
(a)水灰比為0.45 81
(b)水灰比為0.55 82 (c)水灰比為0.60 83 (d)水灰比為0.65 84
表5-19骨材含量40%之超音波法與敲擊回音時間及頻譜領域法所測
殘餘波速比較
(a)水灰比為0.45 85
(b)水灰比為0.55 86 (c)水灰比為0.60 87 (d)水灰比為0.65 88
表5-20骨材含量45%之超音波法與敲擊回音時間及頻譜領域法所測
殘餘波速比較
(a)水灰比為0.45 89
(b)水灰比為0.55 90 (c)水灰比為0.60 91 (d)水灰比為0.65 92


圖目錄
圖2-1. 溫度與石英質骨材混凝土 93
圖2-2. 混凝土在高溫時之彈性模數 93
圖2-3. 不同高溫之應力-應變關係圖 94
圖2-4. 混凝土骨材種類之組合與熱膨脹係數關係圖 94
圖2-5. 高溫下水泥砂漿、骨材及混凝土之變形 95
圖2-6. 受熱混凝土強度之自然回復 95
圖2-7. 升溫速率對高溫下殘餘強度之影響 96
圖2-8. 受不同高溫延時2小時作用後第7天之殘餘強度比(摘自文獻[51]) 96
圖2-9. 受不同高溫延時2小時作用後第7天之殘餘波速比(摘自文獻[51]) 97
圖2-10. 超音波殘餘波速比與殘餘強度比之關係曲線(摘自文獻[51]) 97
圖3-1. 連續波與脈動波 98
圖3-2. 應力波動方式 98
圖3-3. 超音波法操作原理示意圖 99
圖3-4. 擊器內裝設感應原件配合接收器之儀器配置 99
圖3-5. 敲擊回音法時間領域示意圖 100
(a)儀器配置圖
(b)可感測敲擊源波形圖
(c)接收器波形圖
圖3-6.敲擊回音法頻譜領域示意圖 101
(a)儀器配置圖
(b)波形圖
(c)FFT頻譜圖
圖 4-1.各溫度升溫曲線 102
圖5-1.比較常溫與受高溫600℃作用之混凝土敲擊回音頻譜領域法之頻譜圖差異 102
(a)常溫混凝土
(b)受高溫600℃作用之混凝土
圖5-2.粗骨材30%受高溫作用後第7天之殘餘強度 103
圖5-3.粗骨材35%受高溫作用後第7天之殘餘強度 103
圖5-4.粗骨材40%受高溫作用後第7天之殘餘強度 103
圖5-5.粗骨材45%受高溫作用後第7天之殘餘強度 103
圖5-6.粗骨材30%受高溫作用後第7天之殘餘強度比 104
圖5-7.粗骨材35%受高溫作用後第7天之殘餘強度比 104
圖5-8.粗骨材40%受高溫作用後第7天之殘餘強度比 104
圖5-9.粗骨材45%受高溫作用後第7天之殘餘強度比 104
圖5-10.水灰比0.45受高溫作用後第7天之殘餘強度 105
圖5-11.水灰比0.55受高溫作用後第7天之殘餘強度 105
圖5-12.水灰比0.60受高溫作用後第7天之殘餘強度 105
圖5-13.水灰比0.65受高溫作用後第7天之殘餘強度 105
圖5-14.水灰比0.45受高溫作用後第7天之殘餘強度比 106
圖5-15.水灰比0.55受高溫作用後第7天之殘餘強度比 106
圖5-16.水灰比0.60受高溫作用後第7天之殘餘強度比 106
圖5-17.水灰比0.65受高溫作用後第7天之殘餘強度比 106
圖5-18.骨材含量30%水灰比0.45受高溫作用後殘餘強度比回復 107
圖5-19.骨材含量30%水灰比0.55受高溫作用後殘餘強度比回復 107
圖5-20.骨材含量30%水灰比0.60受高溫作用後殘餘強度比回復 107
圖5-21.骨材含量30%水灰比0.65受高溫作用後殘餘強度比回復 107
圖5-22.骨材含量35%水灰比0.45受高溫作用後殘餘強度比回復 108
圖5-23.骨材含量35%水灰比0.55受高溫作用後殘餘強度比回復 108
圖5-24.骨材含量35%水灰比0.60受高溫作用後殘餘強度比回復 108
圖5-25.骨材含量35%水灰比0.65受高溫作用後殘餘強度比回復 108
圖5-26.骨材含量40%水灰比0.45受高溫作用後殘餘強度比回復 109
圖5-27.骨材含量40%水灰比0.55受高溫作用後殘餘強度比回復 109
圖5-28.骨材含量40%水灰比0.60受高溫作用後殘餘強度比回復 109
圖5-29.骨材含量40%水灰比0.65受高溫作用後殘餘強度比回復 109
圖5-30.骨材含量45%水灰比0.45受高溫作用後殘餘強度比回復 110
圖5-31.骨材含量45%水灰比0.55受高溫作用後殘餘強度比回復 110
圖5-32.骨材含量45%水灰比0.60受高溫作用後殘餘強度比回復 110
圖5-33.骨材含量45%水灰比0.65受高溫作用後殘餘強度比回復 110
圖5-34.粗骨材30%受高溫作用後第7天之殘餘波速 111
圖5-35.粗骨材35%受高溫作用後第7天之殘餘波速 111
圖5-36.粗骨材40%受高溫作用後第7天之殘餘波速 111
圖5-37.粗骨材45%受高溫作用後第7天之殘餘波速 111
圖5-38.粗骨材30%受高溫作用後第7天之殘餘波速比 112
圖5-39.粗骨材35%受高溫作用後第7天之殘餘波速比 112
圖5-40.粗骨材40%受高溫作用後第7天之殘餘波速比 112
圖5-41.粗骨材45%受高溫作用後第7天之殘餘波速比 112
圖5-42.水灰比0.45受高溫作用後第7天之殘餘波速 113
圖5-43.水灰比0.55受高溫作用後第7天之殘餘波速 113
圖5-44.水灰比0.60受高溫作用後第7天之殘餘波速 113
圖5-45.水灰比0.65受高溫作用後第7天之殘餘波速 113
圖5-46.水灰比0.45受高溫作用後第7天之殘餘波速比 114
圖5-47.水灰比0.55受高溫作用後第7天之殘餘波速比 114
圖5-48.水灰比0.60受高溫作用後第7天之殘餘波速比 114
圖5-49.水灰比0.65受高溫作用後第7天之殘餘波速比 114
圖5-50.骨材含量30%水灰比0.45受高溫作用後殘餘波速比回復 115
圖5-51.骨材含量30%水灰比0.55受高溫作用後殘餘波速比回復 115
圖5-52.骨材含量30%水灰比0.60受高溫作用後殘餘波速比回復 115
圖5-53.骨材含量30%水灰比0.65受高溫作用後殘餘波速比回復 115
圖5-54.骨材含量35%水灰比0.45受高溫作用後殘餘波速比回復 116
圖5-55.骨材含量35%水灰比0.55受高溫作用後殘餘波速比回復 116
圖5-56.骨材含量35%水灰比0.60受高溫作用後殘餘波速比回復 116
圖5-57.骨材含量35%水灰比0.65受高溫作用後殘餘波速比回復 116
圖5-58.骨材含量40%水灰比0.45受高溫作用後殘餘波速比回復 117
圖5-59.骨材含量40%水灰比0.55受高溫作用後殘餘波速比回復 117
圖5-60.骨材含量40%水灰比0.60受高溫作用後殘餘波速比回復 117
圖5-61.骨材含量40%水灰比0.65受高溫作用後殘餘波速比回復 117
圖5-62.骨材含量45%水灰比0.45受高溫作用後殘餘波速比回復 118
圖5-63.骨材含量45%水灰比0.55受高溫作用後殘餘波速比回復 118
圖5-64.骨材含量45%水灰比0.60受高溫作用後殘餘波速比回復 118
圖5-65.骨材含量45%水灰比0.65受高溫作用後殘餘波速比回復 118
圖5-66.固定骨材30%受高溫作用後殘餘強度與殘餘波速關係曲線 119
圖5-67.固定骨材35%受高溫作用後殘餘強度與殘餘波速關係曲線 119
圖5-68.固定骨材40%受高溫作用後殘餘強度與殘餘波速關係曲線 119
圖5-69.固定骨材45%受高溫作用後殘餘強度與殘餘波速關係曲線 119
圖5-70.固定骨材30%受高溫作用後殘餘強度比與殘餘波速比關係曲線 120
圖5-71.固定骨材30%所有配比製成單一殘餘強度比與殘餘波速比之關係曲線 120
圖5-72.固定骨材35%受高溫作用後殘餘強度比與殘餘波速比關係曲線 120
圖5-73.固定骨材35%所有配比製成單一殘餘強度比與殘餘波速比之關係曲線 120
圖5-74.固定骨材40%受高溫作用後殘餘強度比與殘餘波速比關係曲線 121
圖5-75.固定骨材40%所有配比製成單一殘餘強度比與殘餘波速比之關係曲線 121
圖5-76.固定骨材45%受高溫作用後殘餘強度比與殘餘波速比關係曲線 121
圖5-77.固定骨材45%所有配比製成單一殘餘強度比與殘餘波速比之關係曲線 121
圖5-78.固定水灰比0.45受高溫作用後殘餘強度與殘餘波速關係曲線 122
圖5-79.固定水灰比0.55受高溫作用後殘餘強度與殘餘波速關係曲線 122
圖5-80.固定水灰比0.60受高溫作用後殘餘強度與殘餘波速關係曲線 122
圖5-81.固定水灰比0.65受高溫作用後殘餘強度與殘餘波速關係曲線 122
圖5-82.固定水灰比0.45受高溫作用後殘餘強度比與殘餘波速比關係曲線 123
圖5-83.固定水灰比0.45所有配比製成單一殘餘強度比與殘餘波速比之關係曲線 123
圖5-84.固定水灰比0.55受高溫作用後殘餘強度比與殘餘波速比關係曲線 123
圖5-85.固定水灰比0.55所有配比製成單一殘餘強度比與殘餘波速比之關係曲線 123
圖5-86.固定水灰比0.60受高溫作用後殘餘強度比與殘餘波速比關係曲線 124
圖5-87.固定水灰比0.60所有配比製成單一殘餘強度比與殘餘波速比之關係曲線 124
圖5-88.固定水灰比0.65受高溫作用後殘餘強度比與殘餘波速比關係曲線 124
圖5-89.固定水灰比0.65所有配比製成單一殘餘強度比與殘餘波速比之關係曲線 124
圖5-90.所有配比數據製成單一殘餘強度比與殘餘波速比之關係曲線 125
圖5-91.所有配比數據(敲擊回音時間領域)製成單一殘餘強度比與殘餘波速比之關係曲線 125



















照片目錄
照片4-1 高溫爐 126
照片4-2 敲擊回音法儀器 126
照片4-3 超音波儀器 127
照片4-4 抗壓試驗機 127
照片4-5 試體爆裂情形 128
照片4-6 鋼筋籠 128
照片5-1火害溫度600℃作用後至火害後第7天之裂縫發展情形 129
照片5-2火害溫度600℃作用後至火害後第7天之裂縫發展情形 129
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