コンクリート構造物の品質評価装置およびコンクリート構造物の品質評価方法
【課題】コンクリート構造物の品質を容易に、かつ精度よく評価できるコンクリート構造物の品質評価装置を提供する。
【解決手段】打撃ハンマ２にてコンクリート構造物Ｓの複数の測定点表面を打撃した際の鋼球１の時刻暦加速度を加速度センサ３で測定する。測定した各時刻暦加速度を解析処理装置４で周波数解析し、解析結果に基づきそれぞれ算出した鋼球１のコンクリート構造物Ｓへの接触時間を比較することによりコンクリート構造物Ｓの品質を評価する。鋼球１のコンクリート構造物Ｓへの接触時間を精度よく算出できるので、コンクリート構造物Ｓの品質を容易に、かつ精度よく評価できる。
【解決手段】打撃ハンマ２にてコンクリート構造物Ｓの複数の測定点表面を打撃した際の鋼球１の時刻暦加速度を加速度センサ３で測定する。測定した各時刻暦加速度を解析処理装置４で周波数解析し、解析結果に基づきそれぞれ算出した鋼球１のコンクリート構造物Ｓへの接触時間を比較することによりコンクリート構造物Ｓの品質を評価する。鋼球１のコンクリート構造物Ｓへの接触時間を精度よく算出できるので、コンクリート構造物Ｓの品質を容易に、かつ精度よく評価できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート構造物の品質を非破壊に評価するコンクリート構造物の品質評価装置およびコンクリート構造物の品質評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリートの表層付近は、中性化や塩害などの劣化機構に対し、劣化進行の抑制や鉄筋の腐蝕抑制に重要な役割を果たすことから、コンクリート構造物の維持管理において、コンクリートの表層付近の品質を評価することは、重要な情報になると考えられる。
【０００３】
そして、このような品質の評価方法として、非破壊試験は有効な手段であるが、維持管理における経済性を考慮し、より簡易に評価できる方法が要求されている。
【０００４】
従来、コンクリート構造物の劣化などの品質を非破壊に評価する方法としては、コンクリート構造物の状態を示す各種データを入力するとともに、コンクリート構造物が設置されている地域の気象条件データなどの各種指標データを入力し、これら指標データに基づき、コンクリート構造物における鉄筋の腐蝕状態を予測する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
しかしながら、コンクリート構造物は、同一部材であっても、施工時の原因などにより、箇所によっては表層付近の品質に差が生じ、劣化進行の程度が異なることがあるため、上記特許文献１に記載された方法では、各コンクリート構造物を直接評価しないことから、箇所ごとの劣化進行の程度を予測することが容易でないという問題がある。
【０００６】
そこで、従来、鋼球を備えた打撃ハンマによりコンクリート構造物を打撃し、鋼球に設けられた加速度センサにより鋼球の時刻暦加速度を測定し、この時刻暦加速度に基づきコンクリート構造物の表面の健全度を評価する方法も知られている（例えば、特許文献２および３参照。）。
【特許文献１】特開２００５−１７１５７号公報（第６−１８頁、図１）
【特許文献２】特開２００４−１４４５８６号公報（第５−８頁、図１−４）
【特許文献３】特開２００４−１５０９４６号公報（第６−１１頁、図１−３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２に記載された方法では、時刻暦加速度を時間積分して打撃ハンマの打撃初速度を算出し、コンクリート構造物表面に発生した時刻暦打撃力（時刻加速度と打撃ハンマ質量との積）を打撃初速度で除した接触インピーダンスによりコンクリート構造物の表面の健全度を評価するなど、時刻暦加速度から打撃初速度および時刻暦打撃力を直接算出するため、精度を向上することが容易でない。
【０００８】
また、特許文献３に記載された方法では、時刻暦加速度から算出した鋼球の接触時間に基づき、ヘルツ(Hertz)の衝撃理論によりコンクリートの剛性を算出するものであるが、時刻暦加速度から鋼球の接触時間を客観的に決定することが容易でないので、測定の精度を向上することが容易でなく、また、このようにヘルツの衝撃理論に基づきコンクリートの剛性を算出する際には、コンクリートの材料の弾性係数とポアソン比との２つの未知数を求める必要があるから、少なくとも２回測定しなければならず、測定が煩雑であるという問題を有している。
【０００９】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、コンクリート構造物の品質を容易に、かつ精度よく評価できるコンクリート構造物の品質評価装置およびコンクリート構造物の品質評価方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１記載のコンクリート構造物の品質評価装置は、コンクリート構造物表面を打撃する鋼球を備えた打撃ハンマと、この打撃ハンマに設けられ、この打撃ハンマにてコンクリート構造物の複数の測定点表面を打撃した際の前記鋼球の時刻暦加速度をそれぞれ測定する加速度センサと、この加速度センサにて測定された各時刻暦加速度を周波数解析し、この解析結果に基づきそれぞれ算出した前記鋼球のコンクリート構造物への接触時間を比較することでコンクリート構造物の品質を評価する解析処理手段とを具備したものである。
【００１１】
請求項２記載のコンクリート構造物の品質評価装置は、請求項１記載のコンクリート構造物の品質評価装置において、解析処理手段は、加速度センサにて測定された各時刻暦加速度を高速フーリエ変換により周波数解析し、振幅が最大となる周波数の逆数により鋼球のコンクリート構造物への接触時間をそれぞれ決定するものである。
【００１２】
請求項３記載のコンクリート構造物の品質評価装置は、請求項２記載のコンクリート構造物の品質評価装置において、解析処理手段は、振幅が最大となる周波数を、高速フーリエ変換により解析した周波数スペクトルに微分フィルタを通した値が最大値となる周波数とするものである。
【００１３】
請求項４記載のコンクリート構造物の品質評価方法は、打撃ハンマの鋼球によりコンクリート構造物表面を打撃する打撃工程と、この打撃工程において前記打撃ハンマにてコンクリート構造物の複数の測定点表面を打撃した際の前記鋼球の時刻暦加速度をそれぞれ測定する測定工程と、この測定工程にて測定された各時刻暦加速度を周波数解析し、この解析結果に基づきそれぞれ算出した前記鋼球のコンクリート構造物への接触時間を比較することでコンクリート構造物の品質を評価する解析評価工程とを具備したものである。
【００１４】
請求項５記載のコンクリート構造物の品質評価方法は、請求項４記載のコンクリート構造物の品質評価方法において、解析評価工程は、測定した各時刻暦加速度を高速フーリエ変換により周波数解析し、振幅が最大となる周波数の逆数により鋼球のコンクリート構造物への接触時間をそれぞれ決定するものである。
【００１５】
請求項６記載のコンクリート構造物の品質評価方法は、請求項５記載のコンクリート構造物の品質評価方法において、解析評価工程は、振幅が最大となる周波数を、高速フーリエ変換により解析した周波数スペクトルに微分フィルタを通した値が最大値となる周波数とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１記載の発明によれば、打撃ハンマにてコンクリート構造物の複数の測定点表面を打撃した際の鋼球の時刻暦加速度を加速度センサでそれぞれ測定し、これら測定された各時刻暦加速度を周波数解析し、この解析結果に基づきそれぞれ算出した鋼球のコンクリート構造物への接触時間を比較することにより、コンクリート構造物の品質を容易に、かつ精度よく評価できる。
【００１７】
請求項２記載の発明によれば、加速度センサにて測定された各時刻暦加速度を高速フーリエ変換により周波数解析し、振幅が最大となる周波数の逆数により鋼球のコンクリート構造物への接触時間をそれぞれ決定することにより、この接触時間を、より精度よく算出できる。
【００１８】
請求項３記載の発明によれば、振幅が最大となる周波数を、高速フーリエ変換により解析した周波数スペクトルに微分フィルタを通した値が最大値となる周波数とすることにより、この周波数の逆数を鋼球のコンクリート構造物への接触時間とすることで、この接触時間を、より精度よく算出できる。
【００１９】
請求項４記載の発明によれば、打撃ハンマにてコンクリート構造物の複数の測定点表面を打撃した際の鋼球の時刻暦加速度をそれぞれ測定し、これら測定された各時刻暦加速度を周波数解析し、この解析結果に基づきそれぞれ算出した鋼球のコンクリート構造物への接触時間を比較することによりコンクリート構造物の品質を評価することで、鋼球のコンクリート構造物への接触時間を精度よく算出できるので、コンクリート構造物の品質を容易に、かつ精度よく評価できる。
【００２０】
請求項５記載の発明によれば、測定された各時刻暦加速度を高速フーリエ変換により周波数解析し、振幅が最大となる周波数の逆数により鋼球のコンクリート構造物への接触時間をそれぞれ決定することにより、この接触時間を、より精度よく算出できる。
【００２１】
請求項６記載の発明によれば、振幅が最大となる周波数を、高速フーリエ変換により解析した周波数スペクトルに微分フィルタを通した値が最大値となる周波数とすることにより、この周波数の逆数を鋼球のコンクリート構造物への接触時間とすることで、この接触時間を、より精度よく算出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施の形態のコンクリート構造物の品質評価装置の構成を図面を参照して説明する。
【００２３】
図１にコンクリート構造物の品質評価装置（以下、単に品質評価装置という）を示し、この品質評価装置は、鋼球１を備えた打撃ハンマ２と、鋼球１に取り付けられた加速度センサ３と、この加速度センサ３とケーブルＣにより電気的に接続された解析処理手段としての解析処理装置４とを備えている。
【００２４】
鋼球１は、コンクリート構造物Ｓ（以下、単に構造物Ｓという）を打撃するものであり、構造物Ｓの表層のみを評価範囲とするために、１０ｇ弱となるように設定された小質量のものである。
【００２５】
打撃ハンマ２は、鋼球１が先端に取り付けられた棒状に形成され、作業者が把持することで鋼球１により構造物Ｓ表面を叩くことが可能となっている。
【００２６】
加速度センサ３は、略円柱状に形成され、鋼球１の径方向に取り付けられてこの鋼球１と一体となっている。
【００２７】
解析処理装置４は、加速度センサ３から出力された波形信号を周波数解析するとともに、この周波数解析により解析された周波数データに基づき、鋼球１の構造物Ｓへの接触時間を算出し、この接触時間により構造物Ｓの品質を評価したり、各種データをディスプレイ部Ｄに表示したり、あるいは、各種データを記録すなわち保存したりするものであり、波形信号に含まれるノイズを除去する図示しないノイズフィルタ、波形信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器、および、データ保存用の記録手段などを内部に備えている。
【００２８】
なお、解析処理装置４の各種処理は、この解析処理装置４内に設けられた図示しないＣＰＵなどに設定された所定のプログラムに沿って実行され、このプログラムは外部から書き換え可能とすることもできる。
【００２９】
次に、上記一実施の形態のコンクリート構造物の品質評価方法を図２に示すフローチャートを参照して説明する。なお、フローチャート中の丸数字は、ステップ番号を表す。
【００３０】
まず、作業者が打撃ハンマ２を把持して鋼球１にて構造物Ｓの各測定点を打撃し（ステップ１（打撃工程））、この打撃した際の鋼球１の時刻暦加速度を加速度センサ３にてそれぞれ測定する（ステップ２（測定工程））。
【００３１】
ここで、打撃ハンマ２による打撃強さは、時刻暦加速度の入力波形の振幅値が加速度センサ３の測定範囲内、および、解析処理装置４の処理可能範囲であれば、特に規定せずとも充分な評価結果を得ることができるが、打撃強さのばらつきによる評価結果の若干のばらつきを抑制して精度をより向上する場合には、打撃強さはほぼ一定としたり、充分大きくしたりする方が好ましい。
【００３２】
さらに、この加速度センサ３で測定した各測定点の時刻暦加速度がケーブルＣを介して解析処理装置４へ出力されると、解析処理装置４がこの時刻暦加速度の波形を周波数解析し、この解析結果に基づき算出し、各測定点について算出した鋼球１の構造物Ｓへの接触時間すなわち鋼球接触時間を比較して、構造物Ｓの品質を評価する（ステップ３（解析評価工程））。
【００３３】
ここで、図３に示すように、時刻暦加速度Ａ（ｔ）の入力波形の凸部の横軸が鋼球接触時間ＴＣとなるが、この鋼球接触時間ＴＣを時刻暦加速度Ａ（ｔ）の入力波形から客観的に決定することは容易でない。そこで、解析評価工程において、解析処理装置４は、時刻暦加速度Ａ（ｔ）を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）により変換した周波数スペクトルＰ（ｆ）を求め、振幅が最大となる周波数ｆ０の逆数から鋼球接触時間ＴＣを決定する。ただし、周波数スペクトルＰ（ｆ）のようなパルス状の波形では直流成分を含む広い帯域の周波数特性を有し、周波数ｆ０を正確に決定することが容易でないので、解析処理装置４は、例えば周波数スペクトルＰ（ｆ）に微分フィルタを通したスペクトルＰ’（ｆ）を求め、このスペクトルＰ’（ｆ）が最大値をとる周波数を周波数ｆ０とする。すなわち、
Ｐ’（ｆ）＝Ｐ（ｆ）・２πｆ ……（１）
である。
【００３４】
ここで、解析処理装置４での構造物Ｓの品質評価について説明する。
【００３５】
ヘルツ(Hertz)の衝撃理論によれば、鋼球接触時間ＴＣは次の式（２）により示される。
【００３６】
ＴＣ＝５．９７・［ρＳ（δＳ＋δＰ）］２／５・Ｒ／ｈ０．１ （ただし、δＰ＝１−νＰ２／πＥＰ、δＳ＝１−νＳ２／πＥＳ） ……（２）
【００３７】
ここで、ρＳは鋼球密度、Ｒは鋼球半径、ｈは鋼球の落下高さ、νＰはコンクリートのポアソン比、νＳは鋼球のポアソン比、ＥＰはコンクリートのヤング率、ＥＳは鋼球のヤング率である。
【００３８】
このため、上記式（２）より、同じ質量の鋼球１で構造物Ｓに打撃を与えると、鋼球接触時間ＴＣは、コンクリートの表層付近のヤング率によって変化することとなる。例えば、コンクリートの表層付近の強度が強く、ヤング率ＥＰが大きい測定点では、δＰが小さくなり、この結果、鋼球接触時間ＴＣが短くなる。
【００３９】
したがって、解析処理装置４は、鋼球接触時間が短いほど、構造物Ｓの表層のヤング率が大きい、すなわち構造物Ｓの表層の品質が良好であると評価する。
【００４０】
この後、解析処理装置４は、時刻暦加速度、この時刻暦加速度の周波数スペクトル、この周波数スペクトルに微分フィルタを通したスペクトル、および、構造物Ｓの品質評価結果などの各種データを記録手段に保存するとともに、これらデータを必要に応じてディスプレイ部Ｄに表示する（ステップ４（保存表示工程））。
【００４１】
なお、測定点が複数箇所となる場合には、上記処理をその都度繰り返す。
【００４２】
上述したように、上記一実施の形態によれば、打撃ハンマ２にて構造物Ｓの各測定点表面を打撃した際の鋼球１の時刻暦加速度を加速度センサ３で測定し、これら測定された時刻暦加速度を周波数解析し、この解析結果に基づきそれぞれ算出した鋼球１の構造物Ｓへの各接触時間を解析処理装置４により比較して構造物Ｓの品質を評価することで、鋼球接触時間を精度よく算出できるので、構造物Ｓの品質を容易に、かつ精度よく評価できる。
【００４３】
具体的に、解析処理装置４は、加速度センサ３にて測定された各時刻暦加速度の入力波形をＦＦＴにより周波数解析し、振幅が最大となる周波数の逆数により鋼球接触時間をそれぞれ決定することにより、この鋼球接触時間を、より精度よく算出できる。
【００４４】
また、振幅が最大となる周波数を決定する際に、ＦＦＴにより解析した周波数スペクトルに微分フィルタを通した値が最大値となる周波数とすることにより、この周波数の逆数を鋼球接触時間とすることで、この鋼球接触時間を、より精度よく算出できる。
【００４５】
さらに、このように鋼球接触時間を測定することで、構造物Ｓにおける品質および劣化進行が懸念される位置を測定点単位で評価できるとともに、構造物Ｓにおける品質および劣化進行が懸念される点を直接的かつ客観的に、局部的な情報として把握でき、構造物Ｓの以後の維持管理における管理重点箇所を判断できる。
【００４６】
すなわち、本実施の形態のコンクリート構造物の品質評価方法を、例えば竣工検査などに適用することで、同一の構造物Ｓの中で劣化進行が懸念される位置を事前に把握でき、構造物Ｓの維持管理計画において参考となる情報を得ることができる。
【００４７】
そして、上記の品質評価方法は、各測定点を打撃ハンマ２により１度ずつ打撃するだけで容易に測定できるものであるから、短時間での測定が可能であり、調査費用の低減なども可能になる。
【００４８】
また、鋼球１の質量を１０ｇ弱とすることで、評価範囲を構造物Ｓの劣化進行の抑制や鉄筋の腐蝕抑制に重要な役割を果たす表層付近に限定できるとともに、打撃ハンマ２が軽量化され、この打撃ハンマ２の使い勝手をも向上できる。
【００４９】
しかも、評価装置全体がコンパクトであるため、場所を問わずに構造物Ｓの評価が容易に可能となる。
【００５０】
さらに、打撃ハンマ２の鋼球１による構造物Ｓの打撃強さをほぼ一定としたり、充分大きくしたりすることで、式（２）に示す落下高さｈに相当する打撃強さのばらつきによる鋼球接触時間の測定結果のばらつきを抑制し、構造物Ｓの品質を、より精度よく評価できる。
【実施例】
【００５１】
本発明のコンクリート構造物の品質評価方法を用いて、この評価方法が実際のコンクリート構造物の品質と相関関係を有することを確かめる実験を行った。
【００５２】
（ａ）実験内容
構造物Ｓとして、底版およびこの底版から立ち上がる壁を有するＬ型擁壁を模したＬ型供試体と、左右両側の壁厚が異なるボックスカルバート状のボックス供試体と、曲げ供試体との３種類を使用した。これら供試体の配合を表１に示し、それぞれの実験内容を表２に示す。
【００５３】
【表１】
【００５４】
【表２】
【００５５】
Ｌ型供試体およびボックス供試体のそれぞれの端面（Ｌ型供試体はＬ字の面、ボックス供試体はロ字の面）は、一方の面を合板型枠でコンクリートを打設したのに対して、反対側すなわち他方の面は透水型枠を施工してコンクリートを打設した。
【００５６】
また、Ｌ型供試体（Ａ、Ｂ、Ｃ）は、材齢２５日で、壁および底版にて型枠が異なる両端面で鋼球接触時間を測定し、φ２５ｍｍの小径コアを採取して構造物Ｓの劣化進行と相関関係にある圧縮強度を測定する圧縮強度試験をした結果と比較した。
【００５７】
さらに、ボックス供試体は、材齢２９日で、薄壁および厚壁にて型枠が異なる両端面で鋼球接触時間を測定し、φ２５ｍｍの小径コアを採取して構造物Ｓの劣化進行と相関関係にある中性化進行速度を測定する促進中性化試験した際の中性化深さの測定結果と比較した。
【００５８】
そして、曲げ供試体は、５種類の配合の供試体（ＭＮ１８、ＭＮ２４、ＭＮ３０、ＭＮ６０、ＭＢＢ２４）を製作したが、これら各配合の供試体について、（i）脱型後から乾燥、（ii）材齢３日まで水中養生した後乾燥、（iii）材齢７日まで水中養生した後乾燥、の３種類の養生方法に分けた。さらに、材齢７，２８日に各配合の供試体の各養生方法のものについて鋼球接触時間を測定し、材齢２８日後に測定点からφ２５ｍｍの小径コアを採取して促進中性化試験した際の中性化深さ測定結果と比較した。
【００５９】
ここで、本実験に使用した透水型枠は、合板に透水シートを貼り付けたもので、透水シートは、構造物Ｓ側にポリエチレン系フィルム、型枠側にポリプロピレン系不織布を貼り合せたものである。
【００６０】
そして、促進中性化試験の条件は、表３に示すとおりであり、中性化深さは、小径コアを１本ずつ取り出してカッタで半分に切断し、フェノールフタレイン溶液を散布して無着色域の深さをノギスにより測定した。また、測定位置は、切断面の両面を５ｍｍ間隔に５点ずつ測定した。
【００６１】
【表３】
【００６２】
（ｂ）測定方法
鋼球接触時間の測定方法としては、加速度センサ３として衝撃加速度計（ＰＣＢ社製３５０Ｂ０３型）を取り付けた直径１０ｍｍの鋼球（合計質量８．４ｇ）で供試体のコンクリート表面を打撃し、入力波形を測定した。
【００６３】
ここで、打撃強さは特に規定せずに、入力波形の振幅値が解析処理装置４の測定範囲内であることを確認し、解析処理装置４に記録した。
【００６４】
そして、解析処理装置４では、図３に示すように、時刻暦加速度Ａ（ｔ）をＦＦＴにより変換した周波数スペクトルＰ（ｆ）を求め、この周波数スペクトルＰ（ｆ）に微分フィルタを通したスペクトルＰ’（ｆ）を求め、このスペクトルＰ’（ｆ）が最大値をとる周波数ｆ０の逆数を鋼球接触時間とする。
【００６５】
（ｃ）実験結果
Ｌ型供試体の各部位では、材齢２５日に鋼球接触時間を測定した。透水型枠での測定結果と合板型枠での測定結果との比較結果を図４に示す。
【００６６】
この図４により、例えばＬ型供試体Ａの底版では、合板型枠での鋼球接触時間が約１２５μ秒であるのに対して、透水型枠では約９８μ秒となるように、同一部位で比較すると、各部位とも透水型枠の方が合板型枠よりも２０μ秒ほど短くなることが確認された。
【００６７】
一般に、透水型枠を使用すると、コンクリートの表層付近の品質が改善されるが、式（２）より、鋼球接触時間は、コンクリートの接触面のヤング率が大きくなれば短くなることから、測定結果は、透水型枠によりコンクリートの表層付近の品質が改善したことを明確に反映したものであるといえる。
【００６８】
また、各測定面にてφ２５ｍｍの小径コアを採取し、表面から深さ５０ｍｍ付近までの圧縮強度を測定した結果と、鋼球接触時間との比較を図５に示す。
【００６９】
この図５により、直線回帰による相関係数は０．７７となり、鋼球接触時間の測定結果から圧縮強度を推定するまでには至らないものの、両者には強い相関関係があることが確認された。
【００７０】
また、ボックス供試体の各部位で、材齢２９日に測定した鋼球接触時間を表４に示す。
【００７１】
【表４】
【００７２】
この表４により、Ｌ型供試体と同様に透水型枠での鋼球接触時間は合板型枠に比べて短くなることが確認された。
【００７３】
また、ボックス供試体では、φ２５ｍｍの小径コアを４本採取し、促進中性化試験期間を４回に分けて中性化深さを測定した。その結果を表５に示す。
【００７４】
【表５】
【００７５】
なお、この表５中の中性化速度係数は、中性化深さをＣとし、促進中性化試験期間をｔとしたとき、
Ｃ＝Ａ√ｔ ……（３）
に示す√ｔ則により回帰して求めた係数Ａである。この中性化速度係数と鋼球接触時間との関係を、図６に示す。
【００７６】
この図６により、鋼球接触時間が短ければ中性化の進行速度が遅くなる関係が確認される。
【００７７】
これは、鋼球接触時間がコンクリートの表層付近のヤング率によって変化することと、中性化の進行速度がコンクリートの表層付近の緻密性によって変化することとが対応するものと考えられる。
【００７８】
また、曲げ供試体の各配合および各水中養生日数の供試体で、材齢７，２８日に測定した鋼球接触時間を表６および図７に示す。
【００７９】
【表６】
【００８０】
測定結果より、材齢７日のものと材齢２８日のものとを比較すると、殆どの供試体で材齢２８日のものの方が材齢７日のものよりも鋼球接触時間が短くなっていることが確認される。
【００８１】
これは、材齢の経過により、コンクリートの表層付近のヤング率が大きくなった結果であると考えられる。
【００８２】
また、各配合で比較しても、呼び強度が強い供試体ほど鋼球接触時間が短くなることが確認される。
【００８３】
さらに、曲げ供試体では、φ２５ｍｍの小径コアを５本採取し、促進中性化試験を３〜６６日の５回として中性化深さを測定した。この結果を表７に示す。
【００８４】
【表７】
【００８５】
全曲げ供試体での材齢７，２８日での鋼球接触時間と中性化速度係数との関係を図８に示す。この図８により、中性化速度係数と鋼球接触時間とでは、材齢７日の場合には相関係数０．９１、材齢２８日の場合には相関係数０．９６となり、鋼球接触時間が短くなれば中性化の速度進行が遅くなる強い相関関係を示した。
【００８６】
（ｄ）考察
上記（ｃ）により、本実施例の測定方法により測定した鋼球接触時間は、透水型枠と合板型枠との違い、材齢の違い、および、呼び強度の違いによるコンクリートの表層付近のヤング率の変化に対応し、圧縮強度測定結果および中性化の進行速度と強い相関関係にあることが確認された。
【００８７】
ここで、鋼球接触時間は、同じ鋼球で同じコンクリートを打撃しても、式（２）により、落下高さによって変化する。
【００８８】
例えば、同じ鋼球で同じコンクリートを打撃し、落下高さが５ｃｍで鋼球接触時間が１５０μ秒になった場合を想定すると、式（２）により、落下高さｈと鋼球接触時間ＴＣとは、次式（４）および図９の関係となる。
【００８９】
ＴＣ＝１．１１×１０−４／ｈ０．１ ……（４）
【００９０】
この場合、例えば落下高さが１０ｃｍとなると、鋼球接触時間は約１４０μ秒となり、落下高さ５ｃｍ時と比較して、１０μ秒もの差が生じることとなる。
【００９１】
したがって、人的な打撃により鋼球接触時間を測定した上記各実験では、打撃強さの違いが式（４）の落下高さｈの違いに相当し、人的な打撃による打撃強さの違いが鋼球接触時間の測定結果にある程度の影響を及ぼすことが考えられるため、打撃強さを一定にしたり、あるいは落下高さが高くなれば鋼球接触時間が収束することから打撃強さを充分に強くしたりすることで、コンクリート表層付近の若干の品質変化にも対応可能となり、構造物Ｓの品質をより正確に評価できると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の一実施の形態のコンクリート構造物の品質評価装置を示す説明図である。
【図２】同上コンクリート構造物の品質評価方法を示すフローチャートである。
【図３】同上コンクリート構造物の品質評価装置の加速度センサにより測定した入力波形と、この入力波形を解析処理手段で周波数解析した周波数スペクトルと、この周波数スペクトルに微分フィルタを通したスペクトルとを示すグラフである。
【図４】同上コンクリート構造物の品質評価方法に係る実験結果のＬ型供試体の透水型枠での鋼球の接触時間と合板型枠での鋼球の接触時間との関係を示すグラフである。
【図５】同上コンクリート構造物の品質評価方法に係る実験結果のＬ型供試体の鋼球の接触時間と表層付近の圧縮強度との関係を示すグラフである。
【図６】同上コンクリート構造物の品質評価方法に係る実験結果のボックス供試体の鋼球の接触時間と中性化速度係数との関係を示すグラフである。
【図７】同上コンクリート構造物の品質評価方法に係る実験結果の曲げ供試体の鋼球の接触時間を示すグラフである。
【図８】同上コンクリート構造物の品質評価方法に係る実験結果の材齢７日と材齢２８日との曲げ供試体の鋼球の接触時間と中性化速度係数との関係を示すグラフである。
【図９】鋼球の落下高さと鋼球の接触時間との関係の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００９３】
１ 鋼球
２ 打撃ハンマ
３ 加速度センサ
４ 解析処理手段としての解析処理装置
Ｓ コンクリート構造物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート構造物の品質を非破壊に評価するコンクリート構造物の品質評価装置およびコンクリート構造物の品質評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリートの表層付近は、中性化や塩害などの劣化機構に対し、劣化進行の抑制や鉄筋の腐蝕抑制に重要な役割を果たすことから、コンクリート構造物の維持管理において、コンクリートの表層付近の品質を評価することは、重要な情報になると考えられる。
【０００３】
そして、このような品質の評価方法として、非破壊試験は有効な手段であるが、維持管理における経済性を考慮し、より簡易に評価できる方法が要求されている。
【０００４】
従来、コンクリート構造物の劣化などの品質を非破壊に評価する方法としては、コンクリート構造物の状態を示す各種データを入力するとともに、コンクリート構造物が設置されている地域の気象条件データなどの各種指標データを入力し、これら指標データに基づき、コンクリート構造物における鉄筋の腐蝕状態を予測する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
しかしながら、コンクリート構造物は、同一部材であっても、施工時の原因などにより、箇所によっては表層付近の品質に差が生じ、劣化進行の程度が異なることがあるため、上記特許文献１に記載された方法では、各コンクリート構造物を直接評価しないことから、箇所ごとの劣化進行の程度を予測することが容易でないという問題がある。
【０００６】
そこで、従来、鋼球を備えた打撃ハンマによりコンクリート構造物を打撃し、鋼球に設けられた加速度センサにより鋼球の時刻暦加速度を測定し、この時刻暦加速度に基づきコンクリート構造物の表面の健全度を評価する方法も知られている（例えば、特許文献２および３参照。）。
【特許文献１】特開２００５−１７１５７号公報（第６−１８頁、図１）
【特許文献２】特開２００４−１４４５８６号公報（第５−８頁、図１−４）
【特許文献３】特開２００４−１５０９４６号公報（第６−１１頁、図１−３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２に記載された方法では、時刻暦加速度を時間積分して打撃ハンマの打撃初速度を算出し、コンクリート構造物表面に発生した時刻暦打撃力（時刻加速度と打撃ハンマ質量との積）を打撃初速度で除した接触インピーダンスによりコンクリート構造物の表面の健全度を評価するなど、時刻暦加速度から打撃初速度および時刻暦打撃力を直接算出するため、精度を向上することが容易でない。
【０００８】
また、特許文献３に記載された方法では、時刻暦加速度から算出した鋼球の接触時間に基づき、ヘルツ(Hertz)の衝撃理論によりコンクリートの剛性を算出するものであるが、時刻暦加速度から鋼球の接触時間を客観的に決定することが容易でないので、測定の精度を向上することが容易でなく、また、このようにヘルツの衝撃理論に基づきコンクリートの剛性を算出する際には、コンクリートの材料の弾性係数とポアソン比との２つの未知数を求める必要があるから、少なくとも２回測定しなければならず、測定が煩雑であるという問題を有している。
【０００９】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、コンクリート構造物の品質を容易に、かつ精度よく評価できるコンクリート構造物の品質評価装置およびコンクリート構造物の品質評価方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１記載のコンクリート構造物の品質評価装置は、コンクリート構造物表面を打撃する鋼球を備えた打撃ハンマと、この打撃ハンマに設けられ、この打撃ハンマにてコンクリート構造物の複数の測定点表面を打撃した際の前記鋼球の時刻暦加速度をそれぞれ測定する加速度センサと、この加速度センサにて測定された各時刻暦加速度を周波数解析し、この解析結果に基づきそれぞれ算出した前記鋼球のコンクリート構造物への接触時間を比較することでコンクリート構造物の品質を評価する解析処理手段とを具備したものである。
【００１１】
請求項２記載のコンクリート構造物の品質評価装置は、請求項１記載のコンクリート構造物の品質評価装置において、解析処理手段は、加速度センサにて測定された各時刻暦加速度を高速フーリエ変換により周波数解析し、振幅が最大となる周波数の逆数により鋼球のコンクリート構造物への接触時間をそれぞれ決定するものである。
【００１２】
請求項３記載のコンクリート構造物の品質評価装置は、請求項２記載のコンクリート構造物の品質評価装置において、解析処理手段は、振幅が最大となる周波数を、高速フーリエ変換により解析した周波数スペクトルに微分フィルタを通した値が最大値となる周波数とするものである。
【００１３】
請求項４記載のコンクリート構造物の品質評価方法は、打撃ハンマの鋼球によりコンクリート構造物表面を打撃する打撃工程と、この打撃工程において前記打撃ハンマにてコンクリート構造物の複数の測定点表面を打撃した際の前記鋼球の時刻暦加速度をそれぞれ測定する測定工程と、この測定工程にて測定された各時刻暦加速度を周波数解析し、この解析結果に基づきそれぞれ算出した前記鋼球のコンクリート構造物への接触時間を比較することでコンクリート構造物の品質を評価する解析評価工程とを具備したものである。
【００１４】
請求項５記載のコンクリート構造物の品質評価方法は、請求項４記載のコンクリート構造物の品質評価方法において、解析評価工程は、測定した各時刻暦加速度を高速フーリエ変換により周波数解析し、振幅が最大となる周波数の逆数により鋼球のコンクリート構造物への接触時間をそれぞれ決定するものである。
【００１５】
請求項６記載のコンクリート構造物の品質評価方法は、請求項５記載のコンクリート構造物の品質評価方法において、解析評価工程は、振幅が最大となる周波数を、高速フーリエ変換により解析した周波数スペクトルに微分フィルタを通した値が最大値となる周波数とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１記載の発明によれば、打撃ハンマにてコンクリート構造物の複数の測定点表面を打撃した際の鋼球の時刻暦加速度を加速度センサでそれぞれ測定し、これら測定された各時刻暦加速度を周波数解析し、この解析結果に基づきそれぞれ算出した鋼球のコンクリート構造物への接触時間を比較することにより、コンクリート構造物の品質を容易に、かつ精度よく評価できる。
【００１７】
請求項２記載の発明によれば、加速度センサにて測定された各時刻暦加速度を高速フーリエ変換により周波数解析し、振幅が最大となる周波数の逆数により鋼球のコンクリート構造物への接触時間をそれぞれ決定することにより、この接触時間を、より精度よく算出できる。
【００１８】
請求項３記載の発明によれば、振幅が最大となる周波数を、高速フーリエ変換により解析した周波数スペクトルに微分フィルタを通した値が最大値となる周波数とすることにより、この周波数の逆数を鋼球のコンクリート構造物への接触時間とすることで、この接触時間を、より精度よく算出できる。
【００１９】
請求項４記載の発明によれば、打撃ハンマにてコンクリート構造物の複数の測定点表面を打撃した際の鋼球の時刻暦加速度をそれぞれ測定し、これら測定された各時刻暦加速度を周波数解析し、この解析結果に基づきそれぞれ算出した鋼球のコンクリート構造物への接触時間を比較することによりコンクリート構造物の品質を評価することで、鋼球のコンクリート構造物への接触時間を精度よく算出できるので、コンクリート構造物の品質を容易に、かつ精度よく評価できる。
【００２０】
請求項５記載の発明によれば、測定された各時刻暦加速度を高速フーリエ変換により周波数解析し、振幅が最大となる周波数の逆数により鋼球のコンクリート構造物への接触時間をそれぞれ決定することにより、この接触時間を、より精度よく算出できる。
【００２１】
請求項６記載の発明によれば、振幅が最大となる周波数を、高速フーリエ変換により解析した周波数スペクトルに微分フィルタを通した値が最大値となる周波数とすることにより、この周波数の逆数を鋼球のコンクリート構造物への接触時間とすることで、この接触時間を、より精度よく算出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施の形態のコンクリート構造物の品質評価装置の構成を図面を参照して説明する。
【００２３】
図１にコンクリート構造物の品質評価装置（以下、単に品質評価装置という）を示し、この品質評価装置は、鋼球１を備えた打撃ハンマ２と、鋼球１に取り付けられた加速度センサ３と、この加速度センサ３とケーブルＣにより電気的に接続された解析処理手段としての解析処理装置４とを備えている。
【００２４】
鋼球１は、コンクリート構造物Ｓ（以下、単に構造物Ｓという）を打撃するものであり、構造物Ｓの表層のみを評価範囲とするために、１０ｇ弱となるように設定された小質量のものである。
【００２５】
打撃ハンマ２は、鋼球１が先端に取り付けられた棒状に形成され、作業者が把持することで鋼球１により構造物Ｓ表面を叩くことが可能となっている。
【００２６】
加速度センサ３は、略円柱状に形成され、鋼球１の径方向に取り付けられてこの鋼球１と一体となっている。
【００２７】
解析処理装置４は、加速度センサ３から出力された波形信号を周波数解析するとともに、この周波数解析により解析された周波数データに基づき、鋼球１の構造物Ｓへの接触時間を算出し、この接触時間により構造物Ｓの品質を評価したり、各種データをディスプレイ部Ｄに表示したり、あるいは、各種データを記録すなわち保存したりするものであり、波形信号に含まれるノイズを除去する図示しないノイズフィルタ、波形信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器、および、データ保存用の記録手段などを内部に備えている。
【００２８】
なお、解析処理装置４の各種処理は、この解析処理装置４内に設けられた図示しないＣＰＵなどに設定された所定のプログラムに沿って実行され、このプログラムは外部から書き換え可能とすることもできる。
【００２９】
次に、上記一実施の形態のコンクリート構造物の品質評価方法を図２に示すフローチャートを参照して説明する。なお、フローチャート中の丸数字は、ステップ番号を表す。
【００３０】
まず、作業者が打撃ハンマ２を把持して鋼球１にて構造物Ｓの各測定点を打撃し（ステップ１（打撃工程））、この打撃した際の鋼球１の時刻暦加速度を加速度センサ３にてそれぞれ測定する（ステップ２（測定工程））。
【００３１】
ここで、打撃ハンマ２による打撃強さは、時刻暦加速度の入力波形の振幅値が加速度センサ３の測定範囲内、および、解析処理装置４の処理可能範囲であれば、特に規定せずとも充分な評価結果を得ることができるが、打撃強さのばらつきによる評価結果の若干のばらつきを抑制して精度をより向上する場合には、打撃強さはほぼ一定としたり、充分大きくしたりする方が好ましい。
【００３２】
さらに、この加速度センサ３で測定した各測定点の時刻暦加速度がケーブルＣを介して解析処理装置４へ出力されると、解析処理装置４がこの時刻暦加速度の波形を周波数解析し、この解析結果に基づき算出し、各測定点について算出した鋼球１の構造物Ｓへの接触時間すなわち鋼球接触時間を比較して、構造物Ｓの品質を評価する（ステップ３（解析評価工程））。
【００３３】
ここで、図３に示すように、時刻暦加速度Ａ（ｔ）の入力波形の凸部の横軸が鋼球接触時間ＴＣとなるが、この鋼球接触時間ＴＣを時刻暦加速度Ａ（ｔ）の入力波形から客観的に決定することは容易でない。そこで、解析評価工程において、解析処理装置４は、時刻暦加速度Ａ（ｔ）を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）により変換した周波数スペクトルＰ（ｆ）を求め、振幅が最大となる周波数ｆ０の逆数から鋼球接触時間ＴＣを決定する。ただし、周波数スペクトルＰ（ｆ）のようなパルス状の波形では直流成分を含む広い帯域の周波数特性を有し、周波数ｆ０を正確に決定することが容易でないので、解析処理装置４は、例えば周波数スペクトルＰ（ｆ）に微分フィルタを通したスペクトルＰ’（ｆ）を求め、このスペクトルＰ’（ｆ）が最大値をとる周波数を周波数ｆ０とする。すなわち、
Ｐ’（ｆ）＝Ｐ（ｆ）・２πｆ ……（１）
である。
【００３４】
ここで、解析処理装置４での構造物Ｓの品質評価について説明する。
【００３５】
ヘルツ(Hertz)の衝撃理論によれば、鋼球接触時間ＴＣは次の式（２）により示される。
【００３６】
ＴＣ＝５．９７・［ρＳ（δＳ＋δＰ）］２／５・Ｒ／ｈ０．１ （ただし、δＰ＝１−νＰ２／πＥＰ、δＳ＝１−νＳ２／πＥＳ） ……（２）
【００３７】
ここで、ρＳは鋼球密度、Ｒは鋼球半径、ｈは鋼球の落下高さ、νＰはコンクリートのポアソン比、νＳは鋼球のポアソン比、ＥＰはコンクリートのヤング率、ＥＳは鋼球のヤング率である。
【００３８】
このため、上記式（２）より、同じ質量の鋼球１で構造物Ｓに打撃を与えると、鋼球接触時間ＴＣは、コンクリートの表層付近のヤング率によって変化することとなる。例えば、コンクリートの表層付近の強度が強く、ヤング率ＥＰが大きい測定点では、δＰが小さくなり、この結果、鋼球接触時間ＴＣが短くなる。
【００３９】
したがって、解析処理装置４は、鋼球接触時間が短いほど、構造物Ｓの表層のヤング率が大きい、すなわち構造物Ｓの表層の品質が良好であると評価する。
【００４０】
この後、解析処理装置４は、時刻暦加速度、この時刻暦加速度の周波数スペクトル、この周波数スペクトルに微分フィルタを通したスペクトル、および、構造物Ｓの品質評価結果などの各種データを記録手段に保存するとともに、これらデータを必要に応じてディスプレイ部Ｄに表示する（ステップ４（保存表示工程））。
【００４１】
なお、測定点が複数箇所となる場合には、上記処理をその都度繰り返す。
【００４２】
上述したように、上記一実施の形態によれば、打撃ハンマ２にて構造物Ｓの各測定点表面を打撃した際の鋼球１の時刻暦加速度を加速度センサ３で測定し、これら測定された時刻暦加速度を周波数解析し、この解析結果に基づきそれぞれ算出した鋼球１の構造物Ｓへの各接触時間を解析処理装置４により比較して構造物Ｓの品質を評価することで、鋼球接触時間を精度よく算出できるので、構造物Ｓの品質を容易に、かつ精度よく評価できる。
【００４３】
具体的に、解析処理装置４は、加速度センサ３にて測定された各時刻暦加速度の入力波形をＦＦＴにより周波数解析し、振幅が最大となる周波数の逆数により鋼球接触時間をそれぞれ決定することにより、この鋼球接触時間を、より精度よく算出できる。
【００４４】
また、振幅が最大となる周波数を決定する際に、ＦＦＴにより解析した周波数スペクトルに微分フィルタを通した値が最大値となる周波数とすることにより、この周波数の逆数を鋼球接触時間とすることで、この鋼球接触時間を、より精度よく算出できる。
【００４５】
さらに、このように鋼球接触時間を測定することで、構造物Ｓにおける品質および劣化進行が懸念される位置を測定点単位で評価できるとともに、構造物Ｓにおける品質および劣化進行が懸念される点を直接的かつ客観的に、局部的な情報として把握でき、構造物Ｓの以後の維持管理における管理重点箇所を判断できる。
【００４６】
すなわち、本実施の形態のコンクリート構造物の品質評価方法を、例えば竣工検査などに適用することで、同一の構造物Ｓの中で劣化進行が懸念される位置を事前に把握でき、構造物Ｓの維持管理計画において参考となる情報を得ることができる。
【００４７】
そして、上記の品質評価方法は、各測定点を打撃ハンマ２により１度ずつ打撃するだけで容易に測定できるものであるから、短時間での測定が可能であり、調査費用の低減なども可能になる。
【００４８】
また、鋼球１の質量を１０ｇ弱とすることで、評価範囲を構造物Ｓの劣化進行の抑制や鉄筋の腐蝕抑制に重要な役割を果たす表層付近に限定できるとともに、打撃ハンマ２が軽量化され、この打撃ハンマ２の使い勝手をも向上できる。
【００４９】
しかも、評価装置全体がコンパクトであるため、場所を問わずに構造物Ｓの評価が容易に可能となる。
【００５０】
さらに、打撃ハンマ２の鋼球１による構造物Ｓの打撃強さをほぼ一定としたり、充分大きくしたりすることで、式（２）に示す落下高さｈに相当する打撃強さのばらつきによる鋼球接触時間の測定結果のばらつきを抑制し、構造物Ｓの品質を、より精度よく評価できる。
【実施例】
【００５１】
本発明のコンクリート構造物の品質評価方法を用いて、この評価方法が実際のコンクリート構造物の品質と相関関係を有することを確かめる実験を行った。
【００５２】
（ａ）実験内容
構造物Ｓとして、底版およびこの底版から立ち上がる壁を有するＬ型擁壁を模したＬ型供試体と、左右両側の壁厚が異なるボックスカルバート状のボックス供試体と、曲げ供試体との３種類を使用した。これら供試体の配合を表１に示し、それぞれの実験内容を表２に示す。
【００５３】
【表１】
【００５４】
【表２】
【００５５】
Ｌ型供試体およびボックス供試体のそれぞれの端面（Ｌ型供試体はＬ字の面、ボックス供試体はロ字の面）は、一方の面を合板型枠でコンクリートを打設したのに対して、反対側すなわち他方の面は透水型枠を施工してコンクリートを打設した。
【００５６】
また、Ｌ型供試体（Ａ、Ｂ、Ｃ）は、材齢２５日で、壁および底版にて型枠が異なる両端面で鋼球接触時間を測定し、φ２５ｍｍの小径コアを採取して構造物Ｓの劣化進行と相関関係にある圧縮強度を測定する圧縮強度試験をした結果と比較した。
【００５７】
さらに、ボックス供試体は、材齢２９日で、薄壁および厚壁にて型枠が異なる両端面で鋼球接触時間を測定し、φ２５ｍｍの小径コアを採取して構造物Ｓの劣化進行と相関関係にある中性化進行速度を測定する促進中性化試験した際の中性化深さの測定結果と比較した。
【００５８】
そして、曲げ供試体は、５種類の配合の供試体（ＭＮ１８、ＭＮ２４、ＭＮ３０、ＭＮ６０、ＭＢＢ２４）を製作したが、これら各配合の供試体について、（i）脱型後から乾燥、（ii）材齢３日まで水中養生した後乾燥、（iii）材齢７日まで水中養生した後乾燥、の３種類の養生方法に分けた。さらに、材齢７，２８日に各配合の供試体の各養生方法のものについて鋼球接触時間を測定し、材齢２８日後に測定点からφ２５ｍｍの小径コアを採取して促進中性化試験した際の中性化深さ測定結果と比較した。
【００５９】
ここで、本実験に使用した透水型枠は、合板に透水シートを貼り付けたもので、透水シートは、構造物Ｓ側にポリエチレン系フィルム、型枠側にポリプロピレン系不織布を貼り合せたものである。
【００６０】
そして、促進中性化試験の条件は、表３に示すとおりであり、中性化深さは、小径コアを１本ずつ取り出してカッタで半分に切断し、フェノールフタレイン溶液を散布して無着色域の深さをノギスにより測定した。また、測定位置は、切断面の両面を５ｍｍ間隔に５点ずつ測定した。
【００６１】
【表３】
【００６２】
（ｂ）測定方法
鋼球接触時間の測定方法としては、加速度センサ３として衝撃加速度計（ＰＣＢ社製３５０Ｂ０３型）を取り付けた直径１０ｍｍの鋼球（合計質量８．４ｇ）で供試体のコンクリート表面を打撃し、入力波形を測定した。
【００６３】
ここで、打撃強さは特に規定せずに、入力波形の振幅値が解析処理装置４の測定範囲内であることを確認し、解析処理装置４に記録した。
【００６４】
そして、解析処理装置４では、図３に示すように、時刻暦加速度Ａ（ｔ）をＦＦＴにより変換した周波数スペクトルＰ（ｆ）を求め、この周波数スペクトルＰ（ｆ）に微分フィルタを通したスペクトルＰ’（ｆ）を求め、このスペクトルＰ’（ｆ）が最大値をとる周波数ｆ０の逆数を鋼球接触時間とする。
【００６５】
（ｃ）実験結果
Ｌ型供試体の各部位では、材齢２５日に鋼球接触時間を測定した。透水型枠での測定結果と合板型枠での測定結果との比較結果を図４に示す。
【００６６】
この図４により、例えばＬ型供試体Ａの底版では、合板型枠での鋼球接触時間が約１２５μ秒であるのに対して、透水型枠では約９８μ秒となるように、同一部位で比較すると、各部位とも透水型枠の方が合板型枠よりも２０μ秒ほど短くなることが確認された。
【００６７】
一般に、透水型枠を使用すると、コンクリートの表層付近の品質が改善されるが、式（２）より、鋼球接触時間は、コンクリートの接触面のヤング率が大きくなれば短くなることから、測定結果は、透水型枠によりコンクリートの表層付近の品質が改善したことを明確に反映したものであるといえる。
【００６８】
また、各測定面にてφ２５ｍｍの小径コアを採取し、表面から深さ５０ｍｍ付近までの圧縮強度を測定した結果と、鋼球接触時間との比較を図５に示す。
【００６９】
この図５により、直線回帰による相関係数は０．７７となり、鋼球接触時間の測定結果から圧縮強度を推定するまでには至らないものの、両者には強い相関関係があることが確認された。
【００７０】
また、ボックス供試体の各部位で、材齢２９日に測定した鋼球接触時間を表４に示す。
【００７１】
【表４】
【００７２】
この表４により、Ｌ型供試体と同様に透水型枠での鋼球接触時間は合板型枠に比べて短くなることが確認された。
【００７３】
また、ボックス供試体では、φ２５ｍｍの小径コアを４本採取し、促進中性化試験期間を４回に分けて中性化深さを測定した。その結果を表５に示す。
【００７４】
【表５】
【００７５】
なお、この表５中の中性化速度係数は、中性化深さをＣとし、促進中性化試験期間をｔとしたとき、
Ｃ＝Ａ√ｔ ……（３）
に示す√ｔ則により回帰して求めた係数Ａである。この中性化速度係数と鋼球接触時間との関係を、図６に示す。
【００７６】
この図６により、鋼球接触時間が短ければ中性化の進行速度が遅くなる関係が確認される。
【００７７】
これは、鋼球接触時間がコンクリートの表層付近のヤング率によって変化することと、中性化の進行速度がコンクリートの表層付近の緻密性によって変化することとが対応するものと考えられる。
【００７８】
また、曲げ供試体の各配合および各水中養生日数の供試体で、材齢７，２８日に測定した鋼球接触時間を表６および図７に示す。
【００７９】
【表６】
【００８０】
測定結果より、材齢７日のものと材齢２８日のものとを比較すると、殆どの供試体で材齢２８日のものの方が材齢７日のものよりも鋼球接触時間が短くなっていることが確認される。
【００８１】
これは、材齢の経過により、コンクリートの表層付近のヤング率が大きくなった結果であると考えられる。
【００８２】
また、各配合で比較しても、呼び強度が強い供試体ほど鋼球接触時間が短くなることが確認される。
【００８３】
さらに、曲げ供試体では、φ２５ｍｍの小径コアを５本採取し、促進中性化試験を３〜６６日の５回として中性化深さを測定した。この結果を表７に示す。
【００８４】
【表７】
【００８５】
全曲げ供試体での材齢７，２８日での鋼球接触時間と中性化速度係数との関係を図８に示す。この図８により、中性化速度係数と鋼球接触時間とでは、材齢７日の場合には相関係数０．９１、材齢２８日の場合には相関係数０．９６となり、鋼球接触時間が短くなれば中性化の速度進行が遅くなる強い相関関係を示した。
【００８６】
（ｄ）考察
上記（ｃ）により、本実施例の測定方法により測定した鋼球接触時間は、透水型枠と合板型枠との違い、材齢の違い、および、呼び強度の違いによるコンクリートの表層付近のヤング率の変化に対応し、圧縮強度測定結果および中性化の進行速度と強い相関関係にあることが確認された。
【００８７】
ここで、鋼球接触時間は、同じ鋼球で同じコンクリートを打撃しても、式（２）により、落下高さによって変化する。
【００８８】
例えば、同じ鋼球で同じコンクリートを打撃し、落下高さが５ｃｍで鋼球接触時間が１５０μ秒になった場合を想定すると、式（２）により、落下高さｈと鋼球接触時間ＴＣとは、次式（４）および図９の関係となる。
【００８９】
ＴＣ＝１．１１×１０−４／ｈ０．１ ……（４）
【００９０】
この場合、例えば落下高さが１０ｃｍとなると、鋼球接触時間は約１４０μ秒となり、落下高さ５ｃｍ時と比較して、１０μ秒もの差が生じることとなる。
【００９１】
したがって、人的な打撃により鋼球接触時間を測定した上記各実験では、打撃強さの違いが式（４）の落下高さｈの違いに相当し、人的な打撃による打撃強さの違いが鋼球接触時間の測定結果にある程度の影響を及ぼすことが考えられるため、打撃強さを一定にしたり、あるいは落下高さが高くなれば鋼球接触時間が収束することから打撃強さを充分に強くしたりすることで、コンクリート表層付近の若干の品質変化にも対応可能となり、構造物Ｓの品質をより正確に評価できると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の一実施の形態のコンクリート構造物の品質評価装置を示す説明図である。
【図２】同上コンクリート構造物の品質評価方法を示すフローチャートである。
【図３】同上コンクリート構造物の品質評価装置の加速度センサにより測定した入力波形と、この入力波形を解析処理手段で周波数解析した周波数スペクトルと、この周波数スペクトルに微分フィルタを通したスペクトルとを示すグラフである。
【図４】同上コンクリート構造物の品質評価方法に係る実験結果のＬ型供試体の透水型枠での鋼球の接触時間と合板型枠での鋼球の接触時間との関係を示すグラフである。
【図５】同上コンクリート構造物の品質評価方法に係る実験結果のＬ型供試体の鋼球の接触時間と表層付近の圧縮強度との関係を示すグラフである。
【図６】同上コンクリート構造物の品質評価方法に係る実験結果のボックス供試体の鋼球の接触時間と中性化速度係数との関係を示すグラフである。
【図７】同上コンクリート構造物の品質評価方法に係る実験結果の曲げ供試体の鋼球の接触時間を示すグラフである。
【図８】同上コンクリート構造物の品質評価方法に係る実験結果の材齢７日と材齢２８日との曲げ供試体の鋼球の接触時間と中性化速度係数との関係を示すグラフである。
【図９】鋼球の落下高さと鋼球の接触時間との関係の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００９３】
１ 鋼球
２ 打撃ハンマ
３ 加速度センサ
４ 解析処理手段としての解析処理装置
Ｓ コンクリート構造物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート構造物表面を打撃する鋼球を備えた打撃ハンマと、
この打撃ハンマに設けられ、この打撃ハンマにてコンクリート構造物の複数の測定点表面を打撃した際の前記鋼球の時刻暦加速度をそれぞれ測定する加速度センサと、
この加速度センサにて測定された各時刻暦加速度を周波数解析し、この解析結果に基づきそれぞれ算出した前記鋼球のコンクリート構造物への接触時間を比較することでコンクリート構造物の品質を評価する解析処理手段と
を具備したことを特徴とするコンクリート構造物の品質評価装置。
【請求項２】
解析処理手段は、加速度センサにて測定された各時刻暦加速度を高速フーリエ変換により周波数解析し、振幅が最大となる周波数の逆数により鋼球のコンクリート構造物への接触時間をそれぞれ決定する
ことを特徴とした請求項１記載のコンクリート構造物の品質評価装置。
【請求項３】
解析処理手段は、振幅が最大となる周波数を、高速フーリエ変換により解析した周波数スペクトルに微分フィルタを通した値が最大値となる周波数とする
ことを特徴とした請求項２記載のコンクリート構造物の品質評価装置。
【請求項４】
打撃ハンマの鋼球によりコンクリート構造物表面を打撃する打撃工程と、
この打撃工程において前記打撃ハンマにてコンクリート構造物の複数の測定点表面を打撃した際の前記鋼球の時刻暦加速度をそれぞれ測定する測定工程と、
この測定工程にて測定された各時刻暦加速度を周波数解析し、この解析結果に基づきそれぞれ算出した前記鋼球のコンクリート構造物への接触時間を比較することでコンクリート構造物の品質を評価する解析評価工程と
を具備したことを特徴としたコンクリート構造物の品質評価方法。
【請求項５】
解析評価工程は、測定した各時刻暦加速度を高速フーリエ変換により周波数解析し、振幅が最大となる周波数の逆数により鋼球のコンクリート構造物への接触時間をそれぞれ決定する
ことを特徴とした請求項４記載のコンクリート構造物の品質評価方法。
【請求項６】
解析評価工程は、振幅が最大となる周波数を、高速フーリエ変換により解析した周波数スペクトルに微分フィルタを通した値が最大値となる周波数とする
ことを特徴とした請求項５記載のコンクリート構造物の品質評価方法。
【請求項１】
コンクリート構造物表面を打撃する鋼球を備えた打撃ハンマと、
この打撃ハンマに設けられ、この打撃ハンマにてコンクリート構造物の複数の測定点表面を打撃した際の前記鋼球の時刻暦加速度をそれぞれ測定する加速度センサと、
この加速度センサにて測定された各時刻暦加速度を周波数解析し、この解析結果に基づきそれぞれ算出した前記鋼球のコンクリート構造物への接触時間を比較することでコンクリート構造物の品質を評価する解析処理手段と
を具備したことを特徴とするコンクリート構造物の品質評価装置。
【請求項２】
解析処理手段は、加速度センサにて測定された各時刻暦加速度を高速フーリエ変換により周波数解析し、振幅が最大となる周波数の逆数により鋼球のコンクリート構造物への接触時間をそれぞれ決定する
ことを特徴とした請求項１記載のコンクリート構造物の品質評価装置。
【請求項３】
解析処理手段は、振幅が最大となる周波数を、高速フーリエ変換により解析した周波数スペクトルに微分フィルタを通した値が最大値となる周波数とする
ことを特徴とした請求項２記載のコンクリート構造物の品質評価装置。
【請求項４】
打撃ハンマの鋼球によりコンクリート構造物表面を打撃する打撃工程と、
この打撃工程において前記打撃ハンマにてコンクリート構造物の複数の測定点表面を打撃した際の前記鋼球の時刻暦加速度をそれぞれ測定する測定工程と、
この測定工程にて測定された各時刻暦加速度を周波数解析し、この解析結果に基づきそれぞれ算出した前記鋼球のコンクリート構造物への接触時間を比較することでコンクリート構造物の品質を評価する解析評価工程と
を具備したことを特徴としたコンクリート構造物の品質評価方法。
【請求項５】
解析評価工程は、測定した各時刻暦加速度を高速フーリエ変換により周波数解析し、振幅が最大となる周波数の逆数により鋼球のコンクリート構造物への接触時間をそれぞれ決定する
ことを特徴とした請求項４記載のコンクリート構造物の品質評価方法。
【請求項６】
解析評価工程は、振幅が最大となる周波数を、高速フーリエ変換により解析した周波数スペクトルに微分フィルタを通した値が最大値となる周波数とする
ことを特徴とした請求項５記載のコンクリート構造物の品質評価方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−３４９６２８（Ｐ２００６−３４９６２８Ａ）
【公開日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１７９５７３（Ｐ２００５−１７９５７３）
【出願日】平成１７年６月２０日（２００５．６．２０）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１７年６月１日 社団法人日本コンクリート工学協会発行の「コンクリート工学年次論文集 第２７巻（２００５）」に発表
【出願人】（３０５０３２１７３）リック株式会社 (1)
【出願人】（３０１０３１３９２）独立行政法人土木研究所 (107)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月２０日（２００５．６．２０）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１７年６月１日 社団法人日本コンクリート工学協会発行の「コンクリート工学年次論文集 第２７巻（２００５）」に発表
【出願人】（３０５０３２１７３）リック株式会社 (1)
【出願人】（３０１０３１３９２）独立行政法人土木研究所 (107)
【Ｆターム（参考）】
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