臺灣博碩士論文加值系統

鋪面以性能及製作材料可分為剛性鋪面及柔性鋪面兩種，柔性鋪面為瀝青混凝土材料製作，剛性路面為混凝土材料製作而成，鋪面受到長年累月的外力作用下，會於下方產生掏空狀況。本研究探討不同透地雷達天線頻率檢測剛性鋪面以及柔性鋪面不同掏空狀況之適用性。本研究製作兩塊不同材質的鋪面試體，一為大小660cm×220cm的瀝青鋪面試體(採二次滾壓)；另一為同尺寸大小的純混凝土試體。
研究結果顯示，瀝青混凝土鋪面厚度較混凝土鋪面厚度更易辨識，掏空狀況下，瀝青鋪面下方的預埋缺陷都有明顯反應利於辨識，而掏空含水狀況下，由於水使得電磁波速變慢，由壓克力箱底部反射的訊號延遲，並造成圖像中瀝青底部與水的介面層會有不清楚的狀況產生；混凝土鋪面1000MHz天線之底層反射反應無法清楚的由影像剖面圖看出，代表在到達混凝土下方掏空缺陷位置時，其能量已經消散而不足以穿透；而500MHz天線之結果，其不論是掏空或掏空含水皆可以看出各掏空缺陷位置。

There are two kinds of materials frequently used in pavement, which are asphalt and concrete. When pavement carries load, void may be generated in substrate. The purpose of this study is using different ground penetration radar frequencies to investigate the thickness of asphalt and concrete pavements and voids in substrate. Pavement models with two different materials, sized 660cm * 220cm are constructed. Ground penetration radars with 1000 MHz and 500 MHz are used to investigate void and void with water in substrate.
For case with void in substrate, void can be recognized better for AC pavement rather than PC pavement. For void containing water, the reflecting signals from the bottom of the void are delayed because the electromagnetic wave speed is slower in water, and image of the interface between asphalt and voids becomes unclear. In concrete pavement, no voids can be found using 1000 MHz antenna, but can be found using 500 MHz antenna no matter voids containing water or not.

中文摘要 I
英文摘要II
目錄 III
表目錄 VII
圖目錄VIII
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 1
第二章 文獻回顧 2
2-1 電磁波之相關理論 2
2-1-1 電磁波之基本特性 2
2-1-2 振幅之相位變化 4
2-1-3 介質電性之影響 4
2-1-4 Maxwell方程式 5
2-2 電磁波在耗損介質之特性 6
2-2-1 介電常數與波速關係 6
2-2-2 介電常數與衰減常數之關係 6
2-3 地層電性參數理論 7
2-3-1導電率(conducitivity) σ 7
2-3-2 解析度 8
2-3-3 電磁脈波的合成與訊號鑑別 8
2-4短脈衝雷達法估計混凝土介電常數 10
第三章 透地雷達之檢測原理及儀器設備 12
3-1 透地雷達基本原理 12
3-2 透地雷達儀器設備 13
3-2-1 天線頻率與穿透深度關係 13
3-2-2 透地雷達參數設定 14
3-2-3 透地雷達施作方式以及資料擷取方式 16
3-2-4 透地雷達檢測影像處理及判讀 17
第四章 實驗試體規劃、檢測方法 18
4-1 鋪面試體掏空狀況試驗 18
4-1-1 瀝青鋪面試體測線規劃 18
4-1-2 混凝土鋪面試體測線規劃 19
4-2 鋪面試體介電常數試驗規劃 20
4-2-1 瀝青及混凝土鋪面試體之介電常數試驗 20
第五章 實驗結果 22
5-1瀝青及混凝土鋪面試體之介電常數試驗結果 22
5-2瀝青鋪面試體試驗結果 23
5-2-1 1000MHz及500MHz之檢測結果比較 23
5-2-2 瀝青鋪面掏空及未掏空之比較 23
5-2-3 瀝青鋪面掏空及掏空含水之比較 24
5-2-4 瀝青鋪面掏空及掏空含水之3D影像圖比較 25
5-2-5 GPR量測厚度值與鑽心厚度值之比較 26
5-3 混凝土鋪面試體試驗結果 26
5-3-1 1000MHz及500MHz之檢測結果比較 26
5-3-2 混凝土鋪面掏空及未掏空之比較 27
5-3-3 混凝土鋪面掏空及掏空含水之比較 27
5-3-4 混凝土鋪面掏空及掏空含水之3D影像圖比較 28
第六章 GPR用於現場鋪面試驗結果 30
6-1跑道透地雷達(GPR)檢測規劃 30
6-1-1 1000MHz天線及500MHz天線跑道橫斷面B-scan檢測結果 30
6-1-2以鑽心結果探討瀝青與混凝土層電磁波速 31
6-1-3 1000MHz及100MHz天線道基完整性檢測之結果比較 32
第七章 結論與建議 34
7-1 結論 40
7-1-1 瀝青鋪面下方掏空及掏空含水試驗結果 34
7-1-2 混凝土鋪面下方掏空及掏空含水試驗結果 34
7-1-3 道路現場檢測結論 35
7-2 討論與建議 36
参考文獻 37

表目錄
表1-1 研究流程 40
表3-1 一般介質的介電常數與波速表[6][11] 41
表3-2 天線頻率與探測深度關係表[6][11] 42
表3-3 常用之透地雷達濾波方式 42
表4-1 透地雷達測線試驗參數設定表 43
表4-2 透地雷達介電常數試驗參數設定表 43
表5-1 1000MHZ 天線測定表面乾燥及表面溼潤狀況下之AC 及PC 介電常
數、波速及解析之最小厚度 44
表5-2 第四測線各位置鑽心厚度比較表 44
表5-3 1000MHZ 天線與鑽心厚度比較表 44
表5-4 500MHZ 天線與鑽心厚度比較表 45
表6-1 1000MHZ 天線之GPR 參數設定值 45
表6-2 500MHZ 天線之GPR 參數設定值 45
表6-3 100MHZ 天線之GPR 參數設定值 46
表6-4 鑽心厚度推測之波速表 46

圖目錄
圖2-1 電磁波在遭遇不同材質界面的反射示意圖[25] 47
圖2-2 波傳之反射相位變化[6] 47
圖2-3 電磁波速度與頻率關係圖[3] 48
圖2-4 FIRST FRESNAL ZONE 示意圖[22] 48
圖2-5 幾何比例法之雙曲線波形圖[4] 49
圖2-6 半雙曲線之訊號成像[6] 49
圖2-7 電磁波對待測物內含異介質之訊號產生圖[29] 50
圖2-8 半雙曲線之訊號顯示排筋位置(A)前視圖(B)俯視圖[24] 50
圖2-9 量測混凝土表面的反射波[7] 51
圖2-10 混凝土試體之空氣振幅(AOS)及最大振幅(AS) [7] 52
圖2-11 鋁片之空氣振幅(AOI)及最大振幅(AI) [7] 52
圖3-1 雷達原理[26] 53
圖3-2 透地雷達天線之雷達接收波之圖像[26] 53
圖3-3 透地雷達檢測系統[27] 54
圖3-4 透地雷達系統操作示意圖[27] 54
圖4-1 鋪面試體開挖尺寸圖 55
圖4-2 鋪面試體開挖深度圖 55
圖4-3 瀝青鋪面試體預埋之保麗龍及壓克力箱圖 56
圖4-4 保麗龍包覆陶瓷棉圖 56
圖4-5(A)瀝青鋪面試體一次澆製圖 57
圖4-5(B)瀝青鋪面試體二次澆製圖 57
圖4-6 瀝青鋪面試體繪製測線走行圖 58
圖4-7 瀝青鋪面試體測線規劃示意圖 59
圖4-8 混凝土鋪面試體位置圖 60
圖4-9 混凝土鋪面試體預埋之保麗龍及壓克力箱圖 60
圖4-10 水袋灌水後放置壓克力箱圖 61
圖4-11 壓克力箱側邊事先鑽孔並接出水管 61
圖4-12 混凝土鋪面試體預埋缺陷上方覆蓋木板 62
圖4-13 混凝土鋪面試體繪製測線圖 62
圖4-14 實驗用抽水吸塵器示意圖 63
圖4-15 水袋重量測試實驗 63
圖4-16 混凝土鋪面試體測線規劃示意圖 64
圖4-17 天線裝置於抬高架圖 65
圖4-18 水準氣泡確認天線裝置為水平圖 65
圖4-19 天線抬昇對準30 公分位置圖 66
圖4-20 天線對鋪面試體發射電磁波 66
圖4-21 天線對鐵片發射電磁波 67
圖4-22 天線對空氣發射電磁波 67
圖5-1 正規化後四種不同介質之振幅 68
圖5-2 瀝青、混凝土及金屬片減掉空氣之振幅 68
圖5-3 1000MHZ 之影像圖(AC) 69
圖5-4(A) 500MHZ 天線之影像圖(未濾波) 69
圖5-4(B) 500MHZ 天線之影像圖(濾波後) 69
圖5-5(A) 1000MHZ 天線之影像圖(無掏空區) 70
圖5-5(B) 1000MHZ 天線之影像圖(掏空區) 70
圖5-6(A) 500MHZ 天線之影像圖(無掏空區) 70
圖5-6(B) 500MHZ 天線之影像圖(掏空區) 70
圖5-7(A) 1000MHZ 天線之影像圖(掏空區) 71
圖5-7(B) 1000MHZ 天線之影像圖(掏空含水區) 71
圖5-8(A) 500MHZ 天線之影像圖(掏空區) 71
圖5-8(B) 500MHZ 天線之影像圖(掏空區) 71
圖5-9 1000MHZ 測線掏空3D 圖 72
圖5-10 1000MHZ 測線掏空含水3D 圖 73
圖5-11 500MHZ 測線掏空3D 圖 74
圖5-12 500MHZ 測線掏空含水3D 圖 75
圖5-13(A) 1000MHZ 天線影像圖(未濾波) 76
圖5-13(B) 1000MHZ 天線影像圖(濾波後) 76
圖5-14(A) 500MHZ 之影像圖(未濾波) 76
圖5-14(B) 500MHZ 之影像圖(濾波後) 76
圖5-15(A) 1000MHZ 天線影像圖(無掏空區) 77
圖5-15(B) 1000MHZ 天線之影像圖(掏空區) 77
圖5-16(A) 500MHZ 天線影像圖(無掏空區) 77
圖5-16(B) 500MHZ 天線影像圖(掏空區) 77
圖5-17 1000MHZ 天線影像圖(掏空區) 78
圖5-18 1000MHZ 天線影像圖(掏空含水區) 78
圖5-19 500MHZ 天線影像圖(掏空區) 78
圖5-20 500MHZ 天線影像圖(掏空含水區) 78
圖5-21 1000MHZ 對應PC 鋪面掏空之3D 影像圖 79
圖5-22 1000MHZ 對應PC 鋪面掏空含水之3D 影像圖 79
圖5-23 500MHZ 對應PC 鋪面掏空之3D 影像圖 80
圖5-24 500MHZ 對應PC 鋪面掏空含水之3D 影像圖 80
圖5-25 混凝土120×120 公分壓克力箱下沉位置 81
圖6-1 機場鋪面結構示意圖 81
圖6-2 主跑道區段+10 之1000MHZ 天線影像圖 82
圖6-3 主跑道區段+10 之500MHZ 天線影像圖 82
圖6-4 主跑道區段-40 之1000MHZ 天線影像圖 83
圖6-5 主跑道區段-40 之500MHZ 天線影像圖 83
圖6-6 +10 測線鑽心試體圖 84
圖6-7 -40 測線鑽心試體圖 84
圖6-8 +10 測線鑽心試體圖(分層瀝青之厚度) 85
圖6-9 -40 測線鑽心試體圖(分層瀝青之厚度) 85
圖6-10 1000MHZ 天線檢測主跑道區段之-80_00_+80 圖 86
圖6-11 100MHZ 天線檢測主跑道區段之-80_00_+80 圖 87

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