コンクリート内部の鉄筋腐食計測方法

【課題】コンクリートの破壊や、含水率の調整等をしなくとも、鉄筋の腐食状態を計測可能とする。
【解決手段】コンクリート内部の鉄筋腐食計測方法は、コンクリートの表面のひずみを計測するひずみ計測工程と、ひずみ計測工程による計測結果に基づいて、コンクリート内部の鉄筋の腐食状態を推測する腐食状態推測工程とを含む。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート内部の鉄筋腐食計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、コンクリートに埋設されている鉄筋の腐食状態を計測する方法としては、鉄筋が腐食することによって変化する鉄筋表面の電位から鉄筋の腐食を診断する自然電位法が知られている（例えば特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１７７１２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の計測方法であると、鉄筋に電流を流すため、コンクリートの一部を破壊して、鉄筋の一部を露出させる必要があった。また、コンクリート表面の含水率が６〜８％となるように散水あるいは乾燥させる必要もあった。
このため、本発明の課題は、コンクリートの破壊や、含水率の調整等をしなくとも、鉄筋の腐食状態を計測可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の発明に係るコンクリート内部の鉄筋腐食計測方法は、
コンクリートの表面のひずみを計測するひずみ計測工程と、
前記ひずみ計測工程による計測結果に基づいて、前記コンクリート内部の鉄筋の腐食状態を推測する腐食状態推測工程とを含むことを特徴としている。
【０００６】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載のコンクリート内部の鉄筋腐食計測方法において、
前記ひずみ計測工程では、前記コンクリートの表面のひずみを光学的に計測していることを特徴としている。
【０００７】
請求項３記載の発明は、請求項２に記載のコンクリート内部の鉄筋腐食計測方法において、
前記ひずみ計測工程では、前記コンクリートの表面に密着若しくは近接させたラインスキャナ装置によって撮像した前記コンクリートの表面の画像を基に、前記ひずみを計測することを特徴としている。
【０００８】
請求項４記載の発明は、請求項２又は３記載のコンクリート内部の鉄筋腐食計測方法において、
前記ひずみ計測工程の前に、前記コンクリートの表面にひずみ計測時の基準となるマークを予め作成することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明者らは、コンクリート内部の鉄筋の腐食状態とコンクリート表面のひずみに相関関係を見出した。これにより、コンクリート表面のひずみを計測することでコンクリート内部の鉄筋の腐食状態を推測することができることとなった。つまり、請求項１記載の発明のように、コンクリート表面のひずみを計測し、その計測結果を基にコンクリート内部の鉄筋の腐食状態を推測すれば、コンクリートの破壊や、含水率の調整等を行わなくとも鉄筋の腐食状態を計測することができる。
【００１０】
ここで、コンクリート表面のひずみを計測する際には、当該表面にひずみゲージを貼付して計測する手法が一般的である。しかしながら、ひずみゲージを用いる場合、計測期間中、常に電源を投入していなければならず、停電などが生じるとひずみの計測が行えなくなるリスクがある。また、ひずみゲージに対して配線が必要であり、長期にわたる計測期間中に配線が断線してしまうと、やはりひずみの計測が行えなくなる。さらに、ひずみゲージはどうしても耐久性に問題があり、長期にわたってひずみを計測することが困難である。
このように、ひずみゲージを用いたひずみの計測にはリスクが大きいのが実状であるが、請求項２記載の発明のように、コンクリートの表面のひずみを光学的に計測するようにすれば、ひずみゲージを用いるリスクを回避でき、コンクリート表面の平面的なひずみを容易に計測することが可能となる。
また、ひずみゲージを用いた場合であるとゲージを貼り付けた範囲のひずみしかデータを取得できないといった問題もあるもあるが、請求項３記載の発明のように、コンクリートの表面に密着若しくは近接させたラインスキャナ装置によって撮像したコンクリートの表面の画像を基にひずみを計測するようにすれば、広範囲にわたって高解像度の画像を取り込むことができ、高精度な計測が可能となる。
また、請求項４記載の発明によれば、ひずみ計測工程の前に、コンクリートの表面にひずみ計測時の基準となるマークが予め作成されているので、そのマークによりひずみの計測が容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態のコンクリート内部の鉄筋腐食計測方法で用いられるひずみ計測装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】図１のひずみ計測装置の概略構成を示す説明図である。
【図３】図１のひずみ計測装置をコンクリート表面に設置した状態を示す斜視図である。
【図４】実施例で用いられる試供体の概略構成を示す説明図である。
【図５】電食開始６時間後の試供体表面のＸ軸方向のひずみ分布を示す説明図である。
【図６】電食開始１８時間後の試供体表面のＸ軸方向のひずみ分布を示す説明図である。
【図７】電食開始３０時間後の試供体表面のＸ軸方向のひずみ分布を示す説明図である。
【図８】電食開始４２時間後の試供体表面のＸ軸方向のひずみ分布を示す説明図である。
【図９】電食開始５４時間後の試供体表面のＸ軸方向のひずみ分布を示す説明図である。
【図１０】試供体表面に発生したひび割れを示す説明図である。
【図１１】図１０のひずみ分布に図１１のひび割れを重ねて示した説明図である。
【図１２】電食開始時間と腐食量との関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図を参照して実施形態を詳細に説明する。まず、本実施形態のコンクリート内部の鉄筋腐食計測方法で用いられるひずみ計測装置について説明する。図１及び図２はひずみ計測装置の概略構成を示す説明図であり、図３はひずみ計測装置をコンクリート表面に設置した状態を示す斜視図である。なお、図１及び図２はひずみ計測装置の計測面側を示している。
【００１３】
図１〜図３に示すように、ひずみ計測装置１は、基台２と、回転盤３と、駆動部４と、ラインスキャナ装置５と、コンピュータ６とを備えている。
基台２は、正面視略四角形状に形成されていて、その周囲には遮光板２１が配設されている。また、基台２の四隅には、位置決め用ボルト２２が取り付けられている。この位置決め用ボルト２２は、計測対象であるコンクリートＣの表面に取り付けられたボルト受け材（図示省略）に対して係合するようになっている。ボルト受け材は、接着剤等によってコンクリートＣの表面に固定されている。
【００１４】
回転盤３は、基台２によって回転自在に支持されている。この回転盤３の計測面側にはラインスキャナ装置５と、駆動部４とが取り付けられており、回転盤３を回転させると、図２に示すようにラインスキャナ装置５と駆動部４とも回転することになる。回転盤３の回転によってラインスキャナ装置５の走査方向を調節することができる。
【００１５】
ラインスキャナ装置５は、ＣＣＤラインセンサ５１と、光源５２と、キャリッジ５３と、ガイド部５４とを備えている。ＣＣＤラインセンサ５１は、複数の画素が一方向に沿って配列されていて、コンピュータ６に電気的に接続されている。キャリッジ５３は、ＣＣＤラインセンサ５１及び光源５２を搭載していて、ガイド部５４によって走査するようになっている。ここでＣＣＤラインセンサ５１の画素の配列方向と、キャリッジ５３の走査方向とは直交している。また、ＣＣＤラインセンサ５１は、コンクリートＣの表面に密着若しくは近接するように配置されている。
ガイド部５４は、駆動部４の動力に基づいてキャリッジ５３を走査させるようになっている。
【００１６】
コンピュータ６は、ひずみ計測部６１と腐食状態計測部６２とを備えている。
ひずみ計測部６１は、ＣＣＤラインセンサ５１で撮像したコンクリートＣの表面の画像を取り込み、この画像から画像解析によりコンクリートＣの表面のひずみを計測するものである。なお、画像解析法としては、例えばデジタル画像相関法が挙げられるが、これ以外にも基準画像と、計測用画像との２枚の画像を用いてひずみを計測できる画像解析法であれば如何なる画像解析法を用いることが可能である。
【００１７】
腐食状態計測部６２は、ひずみ計測部６１での計測結果を基に、コンクリートＣ内部の鉄筋の腐食状態を推測する。ここで、腐食状態計測部６２には、予め鉄筋の腐食状態と、コンクリートＣの表面のひずみとの関係が記憶されていて、この関係にひずみ計測部６１での計測結果を当てはめることで、鉄筋の腐食状態を推測するようになっている。なお、鉄筋の腐食状態とひずみとの関係は、種々の実験やシミュレーションを行うことにより取得している。
【００１８】
次に、本実施形態の作用について説明する。
まず、コンクリートＣの硬化直後、コンクリートＣの表面に対してひずみ計測装置１を設置する。このとき、コンクリートＣの表面には、ひずみ計測時の基準となるマークを予め作成しておくことが好ましい。基準マークを形成する手法としては、例えばコンクリートＣの表面に基準マークとなる模様（まだら模様等）をスプレー塗料によって作成する手法や、コンクリートＣの表面を研磨して骨材を露出させ、その露出部分を基準マークとする手法等が挙げられる。
なお、上記のマークを予め計測しておかなくとも、コンクリートＣの表面に元からある傷や凹凸等をひずみ計測時の基準マークとすることも可能である。
【００１９】
そして、設置時においては、コンクリートＣの表面にボルト受け材を取り付け、そのボルト受け材に位置決め用ボルト２２を係合することで、ひずみ計測装置１が固定される。
設置後、回転盤３を回転させて走査方向の調整を行ってから、駆動部４及びラインスキャナ装置５を駆動して、基準画像を撮像する。撮像時には、ラインスキャナ装置５の光源５２を発光させた状態でキャリッジ５３が走査するが、このときコンクリートＣの表面を反射した光をＣＣＤラインセンサ５１が受光することにより当該表面の画像を撮像することになる。撮影された基準画像はコンピュータ６により取り込まれて、当該コンピュータ６内に記憶されている。
【００２０】
所定期間経過し、ひずみの計測が必要な時期になると、再度コンクリートＣの表面に対してひずみ計測装置１を設置する。設置後、回転盤３を回転させて走査方向の調整を行ってから、駆動部４及びラインスキャナ装置５を駆動して、計測用画像を撮像する。撮影された計測用画像はコンピュータ６により取り込まれる。
【００２１】
コンピュータ６のひずみ計測部６１は、ＣＣＤラインセンサ５１からコンクリートＣの計測用画像が入力されると、計測用画像と基準画像とを基に画像解析を行い、コンクリートＣの表面のひずみを計測する。計測結果は、例えば二次元的に示すことも可能である（図５参照）。図中淡い部分はひずみが小さい部分を示し、濃い部分はひずみが大きい部分を示している。
そして、コンピュータ６の腐食状態計測部６２は、ひずみ計測部６１での計測結果を基に、コンクリートＣ内部の鉄筋の腐食状態を推測する。
【００２２】
ここで、コンクリートＣは、施工後においては長期にわたって放置されているので、その表面には汚れが付着してしまう。この汚れがひずみ計測時にノイズとして認識されることになるが、上記のひずみ計測を所定の期間毎に行い、計測結果を累積してデジタル画像相関法等を用いればその汚れの影響を除去することも可能である。
【００２３】
以上のように、本実施形態によれば、コンクリートＣの表面のひずみを計測し、その計測結果を基にコンクリートＣ内部の鉄筋の腐食状態を推測するので、コンクリートＣの破壊や、含水率の調整等を行わなくとも鉄筋の腐食状態を計測することができる。
そして、本技術を用いると、乾燥収縮ひずみやアルカリ骨材反応などの方向性のないひずみ分布も測定できる。また、温度応力や外力によるひずみ分布等も測定できる。
【００２４】
また、コンクリートＣの表面のひずみを光学的に計測しているので、コンクリートＣの表面の平面的なひずみを広範囲にわたって容易に計測することが可能となる。
さらに、コンクリートＣの表面に密着若しくは近接させたラインスキャナ装置５によって撮像したコンクリートＣの表面の画像を基にひずみを計測しているので、高解像度の画像を取り込むことができるため高精度な計測が可能となる。
また、上記ひずみをキャンセルするために、ラインスキャナ装置５を回転させ、任意の角度の複数のデータを取得することにより、腐食によるひずみ分布を抽出することができる。
【００２５】
なお、本発明は上記実施形態に限らず適宜変更可能であるのは勿論である。
例えば、上記実施形態では、ＣＣＤラインセンサ５１によってコンクリートＣの表面のひずみを計測する場合を例示して説明したが、コンクリートＣの表面のひずみを計測できるのであれば如何なる方法を用いることが可能である。例えば、光学的にひずみを計測するのであれば、カメラによりコンクリートＣの表面を撮影して、その撮影画像を基にひずみを計測することもできる。また、物理的に計測する場合には、例えばひずみゲージ法を用いることも可能である。
【００２６】
［実施例］
ここで、試供体１００を用いて、実際発生したひび割れとひずみの関係について説明する。図４は試供体１００の概略構成を示す説明図であり、（ａ）は鉄筋１０１の径方向に沿った切断面から見た断面図、（ｂ）は鉄筋１０１の長手方向に沿った切断面から見た断面図である。
図４に示すように、試供体１００は、２４０ｍｍ（高さ）×４７０ｍｍ（長さ）×３７０ｍｍ（幅）の直方体形状となるようにコンクリートにより形成されている。コンクリートの呼び強度は２４Ｎ／ｍｍ^２である。この試供体１００の一面をひずみ計測用の表面１０３とする。試供体１００の表面１０３から２０ｍｍの地点であって、両端面から９０ｍｍ離れたところには鉄筋１０１が埋め込まれている。この鉄筋は直径Ｄが３２ｍｍであり、長さが２９０ｍｍである。なお、鉄筋１０１は埋め込む前に予め錆を除去している。そして、試供体１００は、表面１０３側を除いてシリコンシーラントにより被覆されている。この試供体１００に腐食促進方法としての電食法を施す。具体的には、３％塩化ナトリウム水溶液に試供体１００を浸漬し、０．２Ａ〜０．５Ａの直流電流を鉄筋１０１に通電した。そして、電食開始から６時間後、１８時間後、３０時間後、４２時間後、５４時間後に上述したひずみ計測装置１を用いて試供体１００の表面１０３のひずみを計測した。
【００２７】
図５〜図９は、電食開始からの経過時間毎に試供体表面のＸ軸方向のひずみ分布を示す説明図である。図中、色の濃い部分が引っ張りひずみの大きい部分である。また、Ｘ，Ｙ軸の目盛りは画像のピクセル数であり、鉄筋１０１はＸ軸の５０００ピクセルの位置に上下方向に配置されている。
これら図５〜図９を見ると、電食が進行するにつれて徐々に引っ張りひずみの大きい領域が鉄筋１０１に沿って広がっていくのがわかる。ここで、電食開始５４時間後には、図１０に示しように試供体１００の表面１０３にひび割れ１０４が発生したことがわかる。このひび割れ１０４を５４時間後のひずみ計測結果に重ねると、図１１に示すように、引っ張りひずみが大きい領域に沿ってひび割れ１０４が発生したことがわかる。また、図１２に示すように電食開始からの経過時間が長くなればなるほど鉄筋１０１の腐食量も増加していることもわかる。
【００２８】
このように、ひずみ計測装置１を用いることによりひび割れ以前から、コンクリートの表面１０３において鉄筋１０１の腐食による引っ張りひずみが集中する領域を確認できることが明らかとなり、鉄筋１０１の腐食状況をモニタリングできる可能性が示された。
【符号の説明】
【００２９】
１ひずみ計測装置
２基台
３回転盤
４駆動部
５ラインスキャナ装置
６コンピュータ
２１遮光板
２２位置決め用ボルト
５１ＣＣＤラインセンサ
５２光源
５３キャリッジ
５４ガイド部
６１ひずみ計測部
６２腐食状態計測部
１００試供体
１０１鉄筋
Ｃコンクリート

【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリートの表面のひずみを計測するひずみ計測工程と、
前記ひずみ計測工程による計測結果に基づいて、前記コンクリート内部の鉄筋の腐食状態を推測する腐食状態推測工程とを含むことを特徴とするコンクリート内部の鉄筋腐食計測方法。
【請求項２】
請求項１に記載のコンクリート内部の鉄筋腐食計測方法において、
前記ひずみ計測工程では、前記コンクリートの表面のひずみを光学的に計測していることを特徴とするコンクリート内部の鉄筋腐食計測方法。
【請求項３】
請求項２に記載のコンクリート内部の鉄筋腐食計測方法において、
前記ひずみ計測工程では、前記コンクリートの表面に密着若しくは近接させたラインスキャナ装置によって撮像した前記コンクリートの表面の画像を基に、前記ひずみを計測することを特徴とするコンクリート内部の鉄筋腐食計測方法。
【請求項４】
請求項２又は３記載のコンクリート内部の鉄筋腐食計測方法において、
前記ひずみ計測工程の前に、前記コンクリートの表面にひずみ計測時の基準となるマークを予め作成することを特徴とするコンクリート内部の鉄筋腐食計測方法。

【図１】