TW201432261A

TW201432261A - 鋼筋強度非破壞分析方法及其裝置

Info

Publication number: TW201432261A
Application number: TW102103869A
Authority: TW
Inventors: Ming-Zheng Chen; shu-ping Zhang
Original assignee: Univ Chien Hsin Sci & Tech
Priority date: 2013-02-01
Filing date: 2013-02-01
Publication date: 2014-08-16
Also published as: TWI447389B

Abstract

本發明係有關於一種鋼筋強度非破壞分析方法及其裝置，主要是藉由檢測鋼筋之鋼筋截面的一中心硬度、及一邊緣硬度，並利用所檢測出之中心硬度、及邊緣硬度來辨識鋼筋之種類。其中，若中心硬度與邊緣硬度相差大於90HL，則判斷鋼筋為一熱處理鋼筋，即CNS所規範之SD 420(T)。據此，本發明所提供之裝置組成簡單、分析方法容易，且準確率高。更重要的是，本發明所提供之裝置及方法可以直接於工地現場對鋼筋進行非破壞性檢測，便可即時得知鋼筋硬度、以及鋼筋之種類。

Description

鋼筋強度非破壞分析方法及其裝置

本發明係關於一種鋼筋強度非破壞分析方法及其裝置，尤指一種直接在工地現場利用硬度檢測結果來判定建築用鋼筋之裝置及辨識方法。

建築用鋼筋的品質攸關社會大眾的生命財產，然而大多數的民眾或建商對於鋼筋品質的管控都只單單仰賴鋼筋製造商所出具之檢驗報告，而不會對運至工地現場的鋼筋進行複驗。其主要原因在，現有技術的檢測分析方法不但過程複雜、耗費時間長久，且大都必須仰賴專業實驗室，這對現在以工時緊迫為常態的工程而言，無疑是一種額外成本上的耗費。

詳言之，建築用鋼筋基本上為軟鋼(Mild steel)系列，又稱低碳鋼(Low carbon steel)，其目的在於控制鋼筋含碳量以確保有足夠延展性(Ductility)。根據中國國家標準(Chinese National Dtandards,CNS)鋼筋混凝土用鋼筋之相關規定，以生產方式來區分，目前有熱軋鋼筋及熱處理(水淬)鋼筋兩種，其大致可分為SD 280W、SD 420W、SD 420、以及SD 490等四種規格，而SD 490為核電廠所使用先暫且不論。

其中，SD 280W、SD 420W為熱軋鋼筋，其製造方法包括如下：先將廢鋼材加到電爐內加熱至1600℃左右而成液態，並添加釩(Vanadium,V)或其他合金元素(如：錳、鎳、鉻、鋇等)來調配成份，使之達到需求品質，再鑄造成鋼胚。據此，由於熱軋鋼筋於熱軋過程中經過適當的成份調配，其品質較穩定，容易符合延展比要求，但成本較高。

另外，SD 420則是將廢鋼經熱處理(水淬)後得之，故可稱熱處理鋼筋，其製造方法包括如下：將廢鋼材加熱至1600℃融熔之後，並不添加釩等合金元素，而是直接冷卻至750~900℃使成奧斯田鐵，此時通過特殊設備的水箱，以高壓水冷卻，使鋼筋表面產生麻田散鐵組織(Martensite Organizations)，再利用軋製結束前內部餘熱回火(Tempering)，使外部成為麻田散鐵組織，內部則為肥粒鐵(Ferrite Iron)及波來鐵之材質，其特性為外脆內軟。簡言之，熱處理鋼筋主要係以熱處理來提高強度，而省去合金添加之成本，但如果冷卻不均就會產生內應力而變形，且有降伏強度過高因而延展比不足之顧慮。

因此，由於熱處理鋼筋製造成本較低，故具有價格便宜之優勢，因此先前時期(1990~1999)市場佔有率高達50%以上，甚至高峰時期曾達70%。然而，921集集大地震之後(1999年)有一些文獻指出：熱處理鋼筋有耐震能力不足的疑慮，例如：可能無法車牙(因麻田散組織厚度僅1mm至3mm)、可能無法焊接(因焊接過程之高溫會破壞鋼筋表面之熱處理組織)、鋼筋降伏強度可能過高(因鋼筋表層之麻田散組織過硬)、以及鋼筋延展比可能不足等問題，也因此有為數不少的政府單位皆於施工規範中直接明定「工程用鋼筋不得採用熱處理鋼筋」。但目前為止CNS仍未禁止使用熱處理鋼筋，僅註明了「除非買方指定，否則由賣方決定」，因此不少民眾或建商仍在不知情的情況下使用了熱處理鋼筋，對於社會大眾之生命財產造成隱憂。

目前常見用來檢測分析鋼筋品質及種類之方法包括：

1.機械特性之拉力試驗，主要是了解鋼筋的降伏強度(Yielding Strength)及極限強度(Ultimate Strength)，並確認其延展比能達一定要求。

2.化學成分分析(如按照CNS 2608鋼料之檢驗通則試驗)，其檢驗結果需符合CNS 560成份之相關規定。

3.金相分析，將鋼筋斷面經由研磨、鑲埋及浸蝕(etch)後，以巨觀或微觀二種方式來辨別。其中，以巨觀而言，外觀有兩圈者應可研判為熱處理鋼筋；此外，以微觀而言，以顯微鏡中可看出熱軋鋼筋內外組織非常均勻，而熱處理鋼筋的外圈則有一定厚度組織細膩的麻田散鐵，內部則為肥粒鐵及波來鐵。

然而，上述現有技術的檢測分析方法不但過程複雜、耗費時間長久，且大都必須仰賴專業實驗室。由此可知，一種簡單、準確，且更重要是可直接於工地現場即時檢測分析之鋼筋強度非破壞分析方法及其裝置，成為產業界之迫切需求。

本發明之主要目的係在提供一種鋼筋強度非破壞分析裝置，其裝置組成簡單，且判斷準確，更重要的是可以直接於工地現場對鋼筋進行檢測，並可即時得知鋼筋硬度、以及判斷鋼筋之種類。

為達成上述目的，本發明一種鋼筋強度非破壞分析裝置，主要包括一鋼筋固定器、一硬度檢測模組、及一控制器。其中，鋼筋固定器係用以固定一鋼筋；硬度檢測模組係用以檢測鋼筋之一鋼筋截面的一中心硬度、及一邊緣硬度；控制器係電性連接硬度檢測模組。當硬度檢測模組所檢測到鋼筋之中心硬度、及邊緣硬度相差大於90HL時，該控制器判斷該鋼筋為一熱處理鋼筋。

另外，本發明之控制器可包括一資料庫，其儲存有複數個硬度範圍資訊，且每一硬度範圍資訊對應一建築用鋼筋種類。其中，硬度檢測模組檢測得到鋼筋之鋼筋截面的中心硬度、及邊緣硬度後，控制器將所檢測得到的中心硬度、及邊緣硬度對應資料庫內之複數個硬度範圍資訊以判斷鋼筋之種類。換言之，本發明可針對所檢測到的硬度資訊，自動判別鋼筋種類。

承上所述，本發明之複數個硬度範圍資訊可包括三個硬度範圍資訊，其分別為一中級鋼硬度資訊(即CNS所規範之SD 280W)、一熱處理鋼筋硬度資訊(即CNS所規範之SD 420(T))、及一高拉力鋼硬度資訊(即CNS所規範之SD 420W)。中級鋼硬度資訊包括一硬度範圍為300HL至370HL，高拉力鋼硬度資訊包括一硬度範圍為420HL至520HL，熱處理鋼筋硬度資訊包括一中心硬度範圍為300HL至370HL、及一邊緣硬度範圍為420HL至520HL。

再者，本發明可更包括一顯示螢幕，其電性連接控制器，控制器判斷鋼筋之種類後控制顯示螢幕進行顯示。據此，本發明可透過顯示螢幕即時顯示檢測結果，包括檢測出的硬度、以及檢測出的鋼筋種類。又，本發明之鋼筋固定器可為一電磁式鋼筋固定器，其電性連接於該控制器。亦即，本發明可以利用電磁原理來固定鋼筋，簡單、便利、且可提供穩固的固定功效以利檢測結果精準。

此外，本發明可更包括一傳輸模組，其電性連接控制器，控制器判斷鋼筋之種類後控制傳輸模組傳送至一遠端控制器。據此，本發明可以藉由傳輸模組將檢測出的結果傳送至遠端控制器，以供遠端紀錄、監控使用。當然，本發明並不以遠端控制器為限，亦可為便攜式電子裝置，如行動電話、PDA、平板電腦、或筆記型電腦等。

本發明之另一目的係在提供一種鋼筋強度非破壞分析方法，其步驟簡單，且判斷準確，可有效快速地判定出熱處理鋼筋。為達成上述目的，本發明一種鋼筋強度非破壞分析方法，包括以下步驟：首先，檢測一鋼筋之一鋼筋截面的一中心硬度、及一邊緣硬度；接著，利用所檢測出之中心硬度、及邊緣硬度判定鋼筋之種類；其中，若中心硬度與邊緣硬度相差大於90HL，則判斷鋼筋為一熱處理鋼筋，即CNS所規範之SD 420(T)。據此，本發明利用熱處理鋼筋邊緣硬度與中心硬度差距大之特性，可很快速地、且準確地辨別熱處理鋼筋。

再且，若中心硬度、及邊緣硬度皆介於300HL至370HL則判斷鋼筋為一中級鋼，即CNS所規範之SD 280W；若中心硬度、及邊緣硬度皆介於420HL至520HL 則判斷鋼筋為一高拉力鋼，即CNS所規範之SD 420W。據此，本發明除了可辨別熱處理鋼筋外，對於常見使用的鋼筋種類亦可準確判別之。

然而，前述本發明之鋼筋強度非破壞分析方法亦可適用於對既有結構之分析，即只須除去混凝土保護層，並先在鋼筋表面測試硬度後，往心部研磨2mm至3mm測試心部之硬度，如此便可研判鋼筋種類。

請同時參閱圖1、及圖2，圖1係本發明鋼筋強度非破壞分析裝置一較佳實施例之示意圖，圖2係本發明鋼筋強度非破壞分析裝置一較佳實施例之系統架構圖。如圖中所示，本實施例主要包括一鋼筋固定器2、一硬度檢測模組3、一控制器4、一顯示螢幕5、及一傳輸模組6。

其中，鋼筋固定器2係用以固定一鋼筋Sf，本實施例係採用電磁式鋼筋固定器，其電性連接至控制器4。換言之，控制器4可以控制鋼筋固定器2啟動與否，而本實施例所採之電磁式鋼筋固定器便是透過電磁效應產生磁吸力，進行固定鋼筋w。

另外，硬度檢測模組3係用以檢測鋼筋Sf之一鋼筋截面Sc的一中心硬度、及一邊緣硬度。於此，本實施例係採用里氏(Leeb)硬度試驗，其檢測模組所佔體積小，整合於本發明鋼筋強度非破壞分析裝置而具有便攜之特性，適合現場操作使用。此外，在本實施例中，所謂中心硬度即鋼筋截面Sc之中心點附近位置所得之硬度值，而邊緣硬度則是距鋼筋邊緣外環週約1 mm至2 mm之位置所得之硬度值，這是因為一般熱處理鋼筋表面的麻田散鐵之厚度約為1mm至2mm。

另外，控制器4係電性連接鋼筋固定器2、硬度檢測模組3、顯示螢幕5、及傳輸模組6，而本實施例之控制器4主要係當硬度檢測模組3所檢測到鋼筋Sf之中心硬度、及邊緣硬度相差大於90HL，控制器4則判斷鋼筋Sf為一熱處理鋼筋。詳言之，本實施例之控制器4包括一資料庫DB，其儲存有三個硬度範圍資訊，其分別為一中級鋼硬度資訊、一熱處理鋼筋硬度資訊、及一高拉力鋼硬度資訊。其中，中級鋼硬度資訊之硬度範圍為300HL至370HL，而於此所稱之中級鋼即CNS所規範之SD 280W。該高拉力鋼硬度資訊之硬度範圍為介於420HL至520HL，而於此所稱之高拉力鋼即為CNS所規範之SD 420W。熱處理鋼筋硬度資訊包括中心硬度範圍為300HL至370HL、及邊緣硬度範圍為420HL至520HL，而於此所稱之熱處理鋼筋即CNS所規範之SD 420(T)。

也就是說，每一硬度範圍資訊對應一個建築用鋼筋種類。然而，硬度檢測模組3檢測得到鋼筋Sf之鋼筋截面Sc的中心硬度、及邊緣硬度後，控制器4將所檢測到的中心硬度、及邊緣硬度對應於資料庫DB之三個硬度範圍資訊以判斷鋼筋Sf之種類。換言之，可以針對CNS所規範使用之建築用鋼筋規格進行辨別，也就是說本實施例可判定目前市面上主要使用之鋼筋混凝土用鋼筋。

另外，控制器4可控制顯示螢幕5進行顯示除了所檢測出的硬度值外，更可直接顯示所判別出的鋼筋Sf之種類。此外，本實施例更提供遠端存取、紀錄之功能，亦即透過傳輸模組6將所檢測到的硬度值及所判別出的鋼筋種類傳送至一遠端控制器7，而遠端控制器7可為遠端伺服器、工作站，甚至可為可攜式電子裝置，如行動電話、PDA、平板電腦、或筆記型電腦等。然而，傳輸模組6可為藍芽、GPRS、3G、LTE、WIFI、或ZigBee等無線傳輸模組，當然有線傳輸模組亦可。

簡言之，請參閱圖4，本實施例所使用之檢測方法主要包括以下步驟：首先，穩固地固定一鋼筋Sf，即圖4之步驟SA0。其中，鋼筋Sf已預先做過處理，如先經裁切下一適當長度之鋼筋Sf，並研磨該鋼筋Sf之鋼筋截面Sc，使鋼筋截面Sc大致平整。再者，檢測一鋼筋Sf之一鋼筋截面Sc的一中心硬度、及一邊緣硬度，即圖4之步驟SA。最後，利用所檢測出之中心硬度、及邊緣硬度來判定鋼筋Sf之種類，即圖4之步驟SB。其中，若中心硬度、及邊緣硬度相差大於90HL則判斷鋼筋Sf為一熱處理鋼筋(SD 420)；若中心硬度、及邊緣硬度皆介於300HL至370HL之間，則判斷鋼筋Sf為一中級鋼(SD 280W)；若中心硬度、及邊緣硬度皆介於420HL至520HL之間，則判斷鋼筋Sf為一高拉力鋼(SD 420W)。

此外，為了加以佐證本發明之方法確實可用於準確辨別各種建築用鋼筋，提供以下實驗數據加以證實。其中，表1為熱處理鋼筋[SD 420(T)]之縱向硬度平均值；表2為中級鋼[SD 280W]之縱向硬度平均值；表3為高拉力鋼[SD 420W]之縱向硬度平均值。

綜上，由上述三個實驗數據表格即可得知，表1所呈現之熱處理鋼筋[SD 420(T)]的中心硬度值與邊緣硬度值平均值之差值約123HL，其與表2之中級鋼[SD 280W]、及表3之高拉力鋼[SD 420W]有著很顯著的差異呈現。據此，足以證實本發明所提供之方法確實可行。

上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。

1‧‧‧鋼筋強度非破壞分析裝置

2‧‧‧鋼筋固定器

3‧‧‧硬度檢測模組

4‧‧‧控制器

5‧‧‧顯示螢幕

6‧‧‧傳輸模組

7‧‧‧遠端控制器

DB‧‧‧資料庫

Sc‧‧‧鋼筋截面

Sf‧‧‧鋼筋

圖1係本發明一較佳實施例之示意圖。

圖2係本發明一較佳實施例之系統架構圖。

圖3係本發明一較佳實施例之鋼筋截面圖。

圖4係本發明一較佳實施例之流程圖。