非破壞檢測技術在rc構造物 缺陷檢測上之應用 · 44...
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一、 何謂非破壞檢測(NDT, Non-Destructive Testing)
非破壞檢測(NDT)顧名思義就是以不會
破壞結構體之方式來檢測結構物內部之劣化現
象及程度之一種檢測方式,其原理是藉著某種
媒介物(Medium),例如聲、光、電、磁等
媒介進行間接之檢測,較其他一般直接檢測方
式,例如機械量規、敲擊探傷等更具靈敏與快
速的特性。它是一門工業基礎工程,更是一門
應用科學,在應用上已非常廣泛。
本篇將介紹由日本日東建設(株)應用非
破壞檢測技術而開發出的混凝土測試儀器(以
下簡稱CTS-02V4)。
二、CTS-02V4開發背景 日東建設(株)的主要業務是土木工程、
道路建設和積雪清除等項目。不過,自90年代
末公共工程項目蕭條,該公司思考在其他領域
上發展。
1999年某天,電視新聞報導「一個200公
斤重的混凝土塊從隧道壁掉落到通行中的山陽
新幹線列車」,引發了該公司社長思考「混凝
土歷經約50多年後會開始破裂,也許日本的RC
結構已開始達到它們的極限,考量到全國各地
有很多RC構造物都是在高度成長期建立的,可
能很快就需要重建或加強,屆時就需要一個簡
單易用、便利攜帶、準確和廉價之RC構造物的
測試設備」。
久保社長為滿足這個挑戰,請求在母校東
海大學土木工程系研究非破壞性混凝土測試法
的教授們指導,集中在敲打彈性波法並欲開發
出一種以數值來顯示的儀器,歷經多次試驗和
修改終於在2005年開發第一部CTS-02,後來為
了提高其性能及增加用途,遂開發了最新型之
多用途的CTS-02V4。
三聯科技股份有限公司/張玉德 卓琤芸 編譯
非破壞檢測技術在RC構造物缺陷檢測上之應用-CTS-02V4檢測儀(Concrete Tester & Surveyor-02V4)
非破壞檢測技術在RC構造物
缺陷檢測上之應用
非破壞檢測技術在RC構造物
缺陷檢測上之應用
CTS-02V4檢測儀(Concrete Tester & Surveyor-02V4)
SAN LIEN TECHNOLOGY新知報導
44 非破壞檢測技術在RC構造物缺陷檢測上之應用-CTS-02V4檢測儀(Concrete Tester & Surveyor-02V4)
三、CTS-02V4產品簡介 CTS-02V4是由測定器主體及鎚單元兩部分
組成,如右圖。
CTS-02V4是以非破壞式測量RC構造物之壓
縮強度推定和表面附近之浮出、剝離等健全性
檢查之裝置。以鎚打擊混凝土時之打擊力波形
來測量機械阻抗,進而推斷混凝土之壓縮強度
等,詳如下
・ 混凝土之壓縮強度推定(普通混凝土、高
強度混凝土)
・ 混凝土表面的劣化(塑性化)程度之檢測
・ 混凝土表面近傍之剝離、浮出等之檢測
・ 混凝土表面之骨材剝離等檢測
CTS-02V4之規格
・ 本體:108mmX169mmX42mm(不包括突
起部分)
・ 鎚:380g.
・ 波形測試:採樣速度約0.5μ秒(微秒)、
測試時間長2毫秒。
・ 電源:需使用3號電池4顆(連續測試時間
12小時)
・ PC連接:PC與USB連接
・ 測試數據:可儲存約50萬筆
・ 附件:鎚(含cable)/USB/皮帶/專用收納
箱
四、CTS測定原理 CTS-02V4之鎚頭內藏有加速度計,依此加
速度計可測量打擊力波形,如下圖是表示實際
打擊RC構造物時得到打擊力波形。
鎚推壓混凝土的時間
VA
TA TR
TC
Fmax
VR
加速度
混凝土使鎚推回時間
時間
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實際敲打混凝土時,打擊力要達最大的時
間是鎚推壓混凝土面產生彈性變形的處理程序
(主動端),最大值後的時間是反向混凝土表
面的彈性變形回復(即從最大位移回原點)後
將鎚推回的處理程序(反應端)。
CTS-02V4將重點放在反應端的機械阻抗值
(ZR)的計算,ZR 是由發生力的最大值(Fmax)
除以反應端速度(VR)而得,如右式
此外,透過主動端速度VA和反應端之速度
VR的比,可求出混凝土表面劣化的程度。
五、CTS-02V4主要特點
(一) 複數之測量項目功能
針對RC構造物壓縮強度的推定,CTS-02V4
提供3種測量模式選擇
1. Strength(Area Mode)
2. Strength(Point Mode)
3. Reactive Side Impedance(反應端阻抗)
壓縮強度欲以N/mm2 讀取時請選擇上述前
2種模式,若欲以機械阻抗值(ZR)讀取時,
選擇第3種。
(二) 同時量測出3指標值
CTS-02V4是從打擊力波形計算下列3個指
標值後於螢幕顯示,做為判斷RC構造物好壞的
依據。
1. STR(Strength)值 = 強度指標值
計算時,使用機械阻抗值和彈簧係數2
種方法換算。
2. INDX(Index)值 = 表面劣化指標值
是鎚敲擊混凝土時的初速度和反彈時
初速度的速度比。
3. STAT(Status)值 = 剝離指標值
混凝土表面附近有骨材剝離存在時,
會發生數次局部高峰值的測量之打擊力波
形,如下圖。此外,強度推定時STAT值發
生的數據無法計算出正確的指標值。
局部峰值
時間
局部峰值
加速度
六、強度判定基準
6.1 強度判定(新設RC構造物及狀態較佳舊有RC構造物)
(1) 機械阻抗法
測量之STR值依散發之換算表,推算其
壓縮強度。
(2) 彈簧係數度法
測量之STR值來直接推定其壓縮強度。
(3) IDX值0.9∼1.25之範圍內的STR值用為壓
縮強度推定。
(4) IDX值>1.25(舊有RC構造物為多)時,
將表面研磨處理實施後之STR值來推定
其壓縮強度為盼。
(5) 前半部波形及後半部波形之STAT值為0時
之STR值用為壓縮強度之推定。如前半部
波形及後半部波形之STAT值為1以上時,
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其表面之骨材剝離之可能性,Data要從
計算除去。
6.2 強度推定(不良狀態之舊有RC構造物)
1. 不做表面研磨時
(1) 在於現階段,依IDX值之系統的界限值
不設。
(2) 後半部波形之STAT值為0時之STR值用為
壓縮強度之推定。
上記(1)(2)實行後可能作強度過小的評估,
要留意。
2. 表面研磨處理時
遵循6.1
表1 有關強度推定各指標值使用
INDX 評價
IDX < 0.90 ╳
0.90 ≤ IDX ≦ 1.30 ◎
1.30 < IDX ≦ 1.50 ○
1.50 < IDX < 2.00 △
2.00 ≦ IDX ╳
STAT值評價
主動端 反應端
○ ○ ◎
1以上 ○ △
○ 1以上 ╳
1以上 1以上 ╳
◎:非常適用 ○:適用 ╳:不適用
△:不太適用(視場合也有可能適用)
非破壞檢測技術在RC構造物缺陷檢測上之應用-CTS-02V4檢測儀(Concrete Tester & Surveyor-02V4)
CTS-02V4可廣泛應用在RC構造物之缺陷檢測
CTS-02V4可運用於
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6.3 表面劣化程度之推定
(1) I DX值(VA / VR)在0.9∼1.30時,判斷為
表面無劣化。
(2) I DX值(VA / VR)在1.31∼1.49時,判斷為
有表面劣化之可能性。
(3) I DX值(VA / VR)在1.5以上時,判斷為表
面有劣化。
6.4 表面剝離程度之推定
(1) STAT值為0時,可判斷為表面無剝離。
(2) STAT值為1時,可判斷為有表面剝離之
可能性。
(3) 打擊力前半部波形之STAT值為2以上
時,判斷為Cement Paste(水泥漿)溶
解等引起表面骨材剝離之可能性。
(4) 打擊力後半部波形之STAT值在2以上
時,可判斷為有凍結溶解等引起骨材剝
離、浮出之可能性。
七、結論
CTS-02V4有別於傳統作法需依賴測試人員
的經驗做主觀判斷的檢測,致力於測試精準度
及數據處理方面等技術上的突破,不僅能即時
檢測及定位缺陷,也可將測試的數據記錄下來
做客觀的判斷,有效提升量測的精準度。
應用方面,可在施工現場及公共工程上對
RC構造物的品質及定期保養做管理維護,以確
保設施能正常運作及發揮應有之功能。
目前也與學術單位產學合作,進行實務檢
測,期能提高市場公信力及國內檢測技術水
準,若技術能夠通過CNS、ASTM技術規範,未
來或許可列入公共工程施工規範品質要求項目
之一。
(詳細操作說明手冊、測試範例另報導之)
產業專業術語英文教室
concrete disintegration 混凝土崩解
混凝土膠結性不佳產生剝離脫落的現象。
Transducer Piezometer 電子感應式水壓計
用於量測水壓之電子儀器。
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