コンクリート構造物内の鉄筋腐食程度の非破壊検査方法
【課題】非破壊により、コンクリート１中の鉄筋３の腐食を定量的に検査することが可能なコンクリート１内の鉄筋３の腐食程度の非破壊検査方法を提供すること。
【解決手段】鉄筋コンクリート内の鉄筋の上に、送信探触子と受信探触子とを距離L０離して設置するステップ、前記送信探触子から超音波を発信し、前記受信探触子において伝播波形ｆｏ（ｔ）を受信するステップ、前記伝播波形ｆｏ（ｔ）から時間ｔ＝Ｔｓ〜Ｔｅ間の波形ｆｐ（ｔ）を抽出するステップ、前記波形ｆｐ（ｔ）から周波数関数のスペクトルＳ（ｆ）を求めるステップ、前記スペクトルＳ（ｆ）のスペクトルピーク周波数Ｓｍの規格化されたピーク強度の１／Ｚとなる点に対応する周波数Ｓｕを求めるステップ、
を有することを特徴とするコンクリート構造物内の鉄筋腐食程度の非破壊検査方法。
Ｔｓ：前記発信から受信までの時間、Ｔｅ：定数、Ｚ：１以上の任意の正数
【解決手段】鉄筋コンクリート内の鉄筋の上に、送信探触子と受信探触子とを距離L０離して設置するステップ、前記送信探触子から超音波を発信し、前記受信探触子において伝播波形ｆｏ（ｔ）を受信するステップ、前記伝播波形ｆｏ（ｔ）から時間ｔ＝Ｔｓ〜Ｔｅ間の波形ｆｐ（ｔ）を抽出するステップ、前記波形ｆｐ（ｔ）から周波数関数のスペクトルＳ（ｆ）を求めるステップ、前記スペクトルＳ（ｆ）のスペクトルピーク周波数Ｓｍの規格化されたピーク強度の１／Ｚとなる点に対応する周波数Ｓｕを求めるステップ、
を有することを特徴とするコンクリート構造物内の鉄筋腐食程度の非破壊検査方法。
Ｔｓ：前記発信から受信までの時間、Ｔｅ：定数、Ｚ：１以上の任意の正数
【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内の鉄筋腐食程度の非破壊検査方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開２００６−３２８８号公報
【０００３】
近年、高度成長期に建設されたトンネルや橋などのコンクリート構造物１（図１５）の劣化が深刻となっており、コンクリート構造物１の維持管理が社会的に重要な課題となってきている。構造部の劣化現象の中でも特にコンクリート構造物１内の鉄筋３の腐食が深刻である。
【０００４】
図１５にその模様を示す。図１５（ａ）は鉄筋３が腐食していない健全なコンクリート構造物１の模式図である。図１５（ｂ）は鉄筋３が腐食した場合のコンクリート構造物１の模式図である。鉄筋３が腐食した場合、鉄筋の体積が膨張する。このため、鉄筋周辺にクラック７が発生する。鉄筋３の腐食が進行すると、コンクリートが剥離し最終的には同図に示されているようにコンクリートが剥落する。この状態ではコンクリート構図物１としての強度を保てなくなり、早急な補修が必要となる。剥離箇所は目視もしくはハンマー等の打撃によって、剥落箇所は目視によって確認できるため、補修は剥離・剥落箇所周辺のみに実施されている場合が多い。
【０００５】
鉄筋３の腐食探知に使用されている代表的な手法として（ＡＳＴＭ Ｃ８７６）に規定されている自然電位法がある。その測定模様を図１６に示す。まず人為的にコンクリートを除き鉄筋３の一部を露出させる。その後電極Ａを鉄筋３の露出した部分に取り付ける。電極Ｂはコンクリート構造物表面２に設置される。自然電位計測器９は電極Ａと電極Ｂ間の電位を計測する。その測定値によって鉄筋３の腐食を検査する。
【０００６】
また、超音波を利用して、コンクリート構造物の劣化部を測定診断する技術が開発され、そのための市販装置も存在する。本発明者は巨視的探知理論および技術を確立し確度の高いコンクリート内部探査用装置を開発した（特許文献１）。
超音波による測定原理を図１７に示す。送信探触子１２および受信探触子１３をコンクリート構造物表面２に設置し、超音波２１を発生させる。受信された波形を演算部１８にて処理し、その結果を表示部２０に表示する。
【０００７】
ところで、鉄筋の腐食によりコンクリートが剥離・剥落した箇所は補修する必要がある。補修範囲としては剥離・剥落箇所周辺のみに実施されているのが現状である。しかし、コンクリートが剥離・剥落していなくとも鉄筋が腐食している場合は大変多く観測されている。そのため補修してから１〜３年後に再びコンクリートが剥離・剥落する事例が多い。このため補修に要するコストは膨大なものとなっている。
【０００８】
鉄筋の腐食を計測する自然電位法（ＡＳＴＭ Ｃ８７６）においては、
(1)９０％以上の確率で腐食なし
(2)不確定
(3)９０％以上の確率で腐食あり
という判断であり、非常に曖昧で、定性的かつ腐食の有無の判断しかできない。
【０００９】
適切な腐食範囲を知るためには初期〜中程度の腐食の検査も必要である。また、自然電位法での測定のためには電極を直接鉄筋に取り付けることが必要である。そのため人為的に鉄筋を露出させる必要があり、非破壊検査ではない。人為的にコンクリートに穴をあけるため、その位置から水が浸入し鉄筋腐食が発生するという懸念もある。
【００１０】
また、超音波法を使用すれば鉄筋深さｄｏやコンクリート厚さ等の計測は可能であるが鉄筋の腐食の検査はできない、という問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、非破壊により、コンクリート中の鉄筋の腐食を定量的に検査することが可能なコンクリート構造物内の鉄筋腐食程度の非破壊検査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】
【００１２】
請求項１に係る発明は、鉄筋コンクリート内の鉄筋の上に、送信探触子と受信探触子とを距離L０離して設置するステップ、
前記送信探触子から超音波を発信し、前記受信探触子において伝播波形ｆｏ（ｔ）を受信するステップ、
前記伝播波形ｆｏ（ｔ）から時間ｔ＝Ｔｓ〜Ｔｅ間の波形ｆｐ（ｔ）を抽出するステップ、
前記波形ｆｐ（ｔ）から周波数関数のスペクトルＳ（ｆ）を求めるステップ、
前記スペクトルＳ（ｆ）のスペクトルピーク周波数Ｓｍの規格化されたピーク強度の１／Ｚとなる点に対応する周波数Ｓｕを求めるステップ、
を有することを特徴とするコンクリート構造物内の鉄筋腐食程度の非破壊検査方法である。
Ｔｓ：前記発信から受信までの時間
Ｔｅ：定数
Ｚ：１以上の任意の正数
【００１３】
請求項２に係る発明は、ＳｕａとＳｕｂと大小を比較することにより鉄筋の腐食程度を検査することを特徴とする請求項１記載のコンクリート構造物内の鉄筋腐食程度の非破壊検査方法である。
Ｓｕａ：健全な鉄筋の場合のＳｕ
Ｓｕｂ：検査対象におけるＳｕ
【００１４】
請求項３に係る発明は、Ｌ０／ｄ０≧１０とすることを特徴とする請求項１または２記載のコンクリート構造物内の鉄筋腐食程度の非破壊検査方法である。
ｄ０：鉄筋深さ
【００１５】
請求項４に係る発明は、Ｔｓを次式により求めることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載のコンクリート構造物内の鉄筋腐食程度の非破壊検査方法である。
Ｔｓ＝２×（ｄ０／ｃｏｓθ）×（１／Ｖｃ）＋（Ｌ０−２ｄ０・ｔａｎθ）×（１／ＶＲ）
θ：発信角度
Ｖｃ：コンクリート中での音速
ＶＲ：鉄筋中での音速
【００１６】
請求項５に係る発明は、複数の測定位置ｍにおいてスペクトル周波数Ｓｕを求めることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載のコンクリート構造物内の鉄筋腐食程度の非破壊検査方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、非破壊により、コンクリート中の鉄筋の腐食を定量的に検査することが可能なコンクリート構造物内の鉄筋腐食程度の非破壊検査方法が可能となる。
＜作用＞
【００１８】
超音波法によるコンクリート構造物中の鉄筋腐食程度の非破壊検査を実施するために、送信探触子および受信探触子を距離Ｌｏ離して鉄筋上に設置し、送信探触子から超音波を発信し受信探蝕子にて伝播してきた波形ｆｏ（ｔ）を受信し、時間ｔ＝Ｔｓ〜Ｔｅ間の波形ｆｐ（ｔ）を抽出し、ｆｐ（ｔ）のスペクトルＳ（ｆ）を算出し、スペクトルＳ（ｆ）のスペクトルピーク周波数Ｓｍを算出し、スペクトルピーク周波数Ｓｍの規格化された強度を算出し、規格化された強度のＺ分の１の値を算出し、算出されたＺ分の１の強度に対するスペクトル周波数Ｓｕを計算し、それぞれの測定位置ｍにおいてスペクトル周波数Ｓｕを評価する、ことによりコンクリート構造物中の鉄筋腐食程度の非破壊検査を行うことができる。
【実施例】
【００１９】
以下、本発明について図面を参照して説明する。本発明は超音波法により従来は不可能であった鉄筋３の腐食程度の計測を可能とした手法である。
【００２０】
＜Ｉ波形収集およびスペクトル算出までの基本的処理フローチャート＞
図１に波形収集およびスペクトル算出までの本発明の基本的処理フローチャートを示す。本フローチャートに沿って説明を行う。
【００２１】
（ＳＴＥＰ１）
送信探触子１２および受信探触子１３を、距離Ｌｏ離して鉄筋３上に設置する。その模様を図２に示す。図２（ａ）が側面図、図２（ｂ）が上面図である。探触子間距離Ｌｏは、鉄筋深さｄｏに比べ、十分長くとることが好ましい。例えば、Ｌ０／ｄ０≧１０とすることが好ましい。
【００２２】
（ＳＴＥＰ２）
送信探触子１２から超音波を発信し、受信探触子１３にて、伝播してきた波形ｆｏ（ｔ）を受信する。図２（ａ）において、送信探触子１２から受信探触子１３までの超音波伝播経路を示している。送信探触子１２から発信された超音波はコンクリート中を伝播し鉄筋３に入射する。鉄筋３に入射した超音波は同図に示されているように、鉄筋３を伝播する。伝播してきた超音波は最終的には受信探触子１３にて受信される。受信波形の例を図４に示す。図４に示されている横軸の時間Ｔｓは、図２において、送信探触子１２から超音波が発信され、受信探触子１３で伝播波が受信されるまでの時間である。その詳細を以下に述べる。
【００２３】
図３は、超音波の伝播経路に関する詳細図面である。図３に示されているように、送信探触子１２から発信された超音波はコンクリート内部を伝播する。その中で角度θを伴った超音波が鉄筋３に入射する。このときの伝播波をコンクリート伝播波２３と呼称する。送信探触子１２から鉄筋３までの伝播距離をＬ１とし、Ｌ１に対応する伝播時間をＴｃと呼称する。鉄筋に入射した超音波は鉄筋中を伝播する。そして入射時と同様に角度θにて受信探触子１３で受信される。受信探触子と鉄筋との距離をＬ１とし、Ｌ１に対応する伝播時間をＴｃと呼称する。また、鉄筋中を伝播する距離をＬ２とし、Ｌ２に対応する伝播時間をＴＲとする。
【００２４】
送信探触子１２から送信された超音波が受信探触子１３に受信されるまでの距離Ｌｓは以下の式にて表すことができる。
Ｌｓ＝２Ｌ１＋Ｌ２ （１）
Ｌ１＝ｄ０／ｃｏｓθ （２）
Ｌ２＝Ｌ０−２ ｄ０ｔａｎ（θ） （３）
（ｄ０：鉄筋深さ、Ｌ０：探触子開距離）
【００２５】
また、送信探触子１２から送信された超音波が受信探触子１３に受信されるまでの時間Ｔｓは、以下の式にて表すことができる。
Ｔｓ＝２Ｔｃ十 ＴＲ （４）
Ｔｃ＝（ｄ０／ｃｏｓθ）×（１／Ｖｃ） （５）
ＴＲ＝（Ｌ０−２ｄ０ｔａｎθ）×（１／ＶＲ） （６）
Ｖｃ： コンクリート中での音速
ＶＲ：鉄筋中での音速
【００２６】
本発明では式（４）により、送信探触子１２から送信された超音波が受信探触子１３に受信されるまでの時間Ｔｓを算出することが必要である。式（４）における変数はコンクリート中での音速Ｖｃ、鉄筋中での音速ＶＲ、そして角度θである。鉄の音速は約５９００ｍ／ｓであることが知られている。しかしコンクリート中に埋設されている鉄筋の音速は上記値より小さくなることがわかっている。本実施例では試験片での計測により求めている。
コンクリート中での音速Ｖｃ、鉄筋中での音速ＶＲは実験により求められる。その模様を図５に示す。図５（ａ）に示されているように送信探触子を１２および受信探触子１３を鉄筋３の両端に設置する。
【００２７】
また、コンクリート中での音速Ｖｃを求めるため、同様に、送受信探触子を図５に示されているように設置する。この状態において超音波を送信し、受信された波形を図５（ｂ）、（ｃ）に示す。図５（ｂ）は鉄筋を伝播してきた波形を示し、時間Ｔ２０が最初に受信された時間に相当する。図５（ｂ）はコンクリートを伝播してきた波形を示し、時間Ｔ３０が最初に受信された時間に相当する。
【００２８】
鉄筋中での音速ＶＲ、コンクリート中での音速Ｖｃ、は以下の式で計算される。
ＶＲ ＝ Ｌ１０／Ｔ２０ （７）
Ｖｃ＝ Ｌ１０／Ｔ３０ （８）
【００２９】
本実施例ではコンクリート中での音速Ｖｃは４３００ｍ／ｓ、鉄筋中での音速ＶＲは５４００ｍ／ｓであった。
本実施例では図４に示されている時間Ｔｓの算出が重要となる。式（４）で未知数なのは角度θである。そこで角度θに対する時間Ｔｓの変化を図６に示す。ここでは探触子間距離Ｌｏは３００ｍｍ、鉄筋の深さｄ０は３０ｍｍ、コンクリート中での音速Ｖｃは４３００ｍ／ｓ、鉄筋中での音速ＶＲは５４００ｍ／ｓとしている。
【００３０】
図６に示されているように、角度θが大きくなるにつれて送信探触子１２から送信された超音波が受信探触子１３に受信されるまでの時間Ｔｓは小さくなっている。本実施例では角度θが４５度である時の伝播時間を採用して説明を行う。
また、図３に示されているように、コンクリート内および鉄筋内で超音波は伝播する。一方、探触子間距離Ｌｏが大きくなるにつれて、コンクリート内での超音波の伝播時間は、鉄筋内部での超音波の伝播時間と比較し、相対的に小さくなる。そこで、説明の便宜上、受信探触子１３により受信される伝播波を、以降、実鉄筋伝播波と呼称する。
【００３１】
（ＳＴＥＰ３）
受信波形ｆｏ（ｔ）において、時間ｔ＝Ｔｓ〜Ｔｅ 間の波形ｆｐ（ｔ）を抽出する。抽出した模様を図７に示す。ここで時間Ｔｓは式４にて計算される。Ｔｅは実鉄筋伝播波形全体を抽出するために設定される定数値である。その値は鉄筋深度、鉄筋径、鉄筋種別、コンクリート表面粗さなどの条件によって変わる。従ってこれらの条件設定しておいて予め経験的、実験的に求めておくことができる。
【００３２】
（ＳＴＥＰ４）
ＦＦＴをもちいて、抽出された波形ｆｐ（ｔ）のスペクトルＳ（ｆ）を算出する。その模様を図８に示す。
図８はＦＦＴを用いて図７の波形を周波数領域へ変換したスぺクトルＳａ（ｆ）を表している。
以上までが本発明の基本的処理内容である。変換したスペクトルの評価方法の実施例を後述する。
【００３３】
＜ＩＩ波形信号処理方法＞
［ＩＩ−１］腐食した鉄筋での超音波伝播模様と超音波に及ぼす影響
図９は腐食した鉄筋４における超音波伝搬の模様を示す。図９（ｂ）では、腐食した鉄筋４内部にて超音波が散乱する模様を示している。これら散乱現象により入射した超音波の減衰が発生する。とくに高い周波数成分波の減衰が顕著となる。この腐食した鉄筋に対し、図１のフローチャートにしたがって受信波形のスペクトルを得る。その模様を図１０に示す。スペクトルＳａ（ｆ）は、鉄筋腐食のない場合の受信波形に対応する。また、スペクトルＳｂ（ｆ）は鉄筋が腐食している場合の受信波形に対応している。スペクトルＳｂ（ｆ）は高域の周波数において減衰か激しいことがわかる。
【００３４】
［ＩＩ−２］スペクトルの判断方法
上記したスペクトルの特微量を算出し鉄筋の腐食程度を判定する方法について説明を行う。
図１０にその模様を示す。まずスペクトルＳ（ｆ）のスペクトルピーク周波数Ｓｍを算出する。スペクトルＳａ（ｆ）、Ｓｂ（ｆ）に対しては、スペクトルピーク周波数Ｓｍａ、Ｓｍｂが算出される。そして、各スペクトルピーク周波数Ｓｍａ、Ｓｍｂの規格化された強度Ｐｏを計算する。
Ｓａ（ｆ）のスペクトルピーク周波数Ｓｍａを規格化された強度１とする（１＝Ｓｍａ／Ｓｍａ）。Ｓａ（ｆ）は鉄筋腐食がない場合に対応しているためである。Ｓｂ（ｆ）のスペクトルピーク周波数Ｓｍｂに対する規格化された強度ＰｏをＰｓｃ（＝Ｓｍａ／Ｓｍｂ）とする。
【００３５】
次に図１０に示されているように上記規格化された強度（１、Ｐｓｃ）に対してＺ分の１に相当する強度を計算する。規格化強度１に対してはＺ分の１の強度となり規格化強度Ｐｓｃに対してはＰｓｃ／Ｚとなる。なお、本実施例ではＺ＝１０として説明を行う。
【００３６】
上記で算出された１０分の１に相当する強度に対するスペクトル周波数Ｓｕを計算する。その結果、スペクトルＳａ（ｆ）におけるスペクトル周波数ＳｕはＳｕａ、スペクトルＳｂ（ｆ）では周波数Ｓｕｂが得られる。
上記値が鉄筋腐食程度を示している。周波数Ｓｕａより周波数Ｓｕｂは大変小さいためＳｂ（ｆ）のスペクトルに対応している鉄筋は腐食していると判定される。
【００３７】
［ＩＩ−３］具体的測定・判定例
図１１（ａ）は実際のコンクリート構造物表面２の模式図である。鉄筋の真上および周辺部にクラック７が観察される部分を領域Ｄとする。鉄筋真上に１本のみクラック７が観察できる部分を領域Ｃ、まったくクラック７が観察できない部分を領域ＢおよびＡとする。また、各領域でのコンクリート構造物の断面図を図１１（ｂ）から（ｅ）に示す。図１１（ｂ）はＡ領域での断面図を示している。鉄筋３は腐食していない健全な状態である。図１１（ｃ）はＢ領域での断面図を示している。鉄筋３が軽微な腐食状態にあり、クラック７が鉄筋３から発生しているものの、コンクリート構造物表面２までにはクラックが達していない。図１１（ｄ）はＣ領域での断面図を示している。鉄筋３が中程度の腐食状態にあり、クラック７がコンクリート構造物表面２まで達している。また、鉄筋周辺に腐食部５が存在する。
【００３８】
図１１（ｅ）はＤ領域の断面図を示している。鉄筋３が重度の腐食状態にあり、３本のクラック７がコンクリート構造物表面２まで達している。また、鉄筋周辺に腐食部５が顕著に存在する。ここで述べた健全部とは鉄筋が腐食していない状態を示し、軽微な腐食とは、クラック７が鉄筋から発生しているがコンクリート構造物表面２まで達していない状態を示し、中程度の腐食とは、鉄筋３から発生しているクラック７がコンクリート構造物表面２まで達している状態を示し、また、重度の腐食とは多数のクラック７が鉄筋３から発生しており、そのクラック７がコンクリート構造物表面２まで達している状態を示す。
【００３９】
図１２は、図１１に示されたコンクリート構造物表面２に対し実際に測定を行う方法を示している。表面状態を考慮し本実施例では測定位置ｍを７個に分けている。Ｄ領域では測定位置１、Ｃ領域では測定位置２、Ｂ領域では測定位置３，４、Ａ領域では測定位置５，６，７である。探触子間距離Ｌｏは、それぞれの測定位置において同じ値とする。
【００４０】
各測定位置において上記した［II−２］項にのっとり、スペクトル周波数Ｓｕを算出する。算出した値を、横軸が測定位置ｍ、縦軸が規格化されたスペクトル周波数Ｓｕｏとしてグラフ化する。その結果を図１３に示す。本実施例では規格化する際に使用する基準値は、鉄筋腐食のない実波形伝播波Ｓａ（ｆ）に対応する周波数Ｓｕ、つまり図１０に示されている周波数Ｓｕａとする。従って、図１３の縦軸の１は、周波数ＳｕａをＳｕａで割り算した値、つまり１となる。
【００４１】
図１３に示されているように、測定位置が１，２，３と大きくなるにつれて規格化されたスペクトル周波数Ｓｕｏが高くなってゆくのが観測できる。健全部である測定位置５，６，７では、規格化されたスペクトル周波数Ｓｕｏが１となり飽和状態となる。この状態を安定状態と呼称する。この安定状態となっている測定位置では鉄筋は健全であると判断できる。
【００４２】
図１２に示されるように測定位置ｍを決め、測定位置ｍにおいて順番に測定を行い図１３のグラフを作成すれば、鉄筋が健全である領域を非破壊で検査可能である。図１３の縦軸に示されている値、ε１、ε２について説明を行う。図１３の縦軸において、縦軸値が１である、もしくは１にほぼ一致する測定位置において鉄筋は健全であると判断できる。１未満〜ε１の範囲対応する測定位置においては、鉄筋は軽微な腐食であると判断できる。また、図１１の縦軸において、ε１〜ε２の範囲に対応する測定位置においては、鉄筋は中程度の腐食であること、さらに、ε２〜０では、鉄筋は重度の腐食であることを判定できる。ε１、ε２は数々の実験および現場計測によって見出した値である。ε１は０．６、ε２は０．３近辺である。
上記のように本発明によれば、超音波をもちいてコンクリート構造物１の鉄筋３の腐食状態を、例えば、健全、軽微の腐食、中程度の腐食、重度の腐食 の４段階に分けての判別が可能である。
【００４３】
［ＩＩ−４］応用計測例
探触子間距離Ｌｏは通常３０ｃｍから４０ｃｍ程度で設定される。一方、図１４に示したように、探触子間距離Ｌｏを１から２ｍに設定する方法が考えられる。図１４では複数の探触子をメッシュ状に配置しているように見えるが、実際には１本の鉄筋に対して一対の送受信探触子を配置する。そして測定が終了したのち隣の鉄筋に送受信探触子を移動させ測定を実施する。上記測定を図１４において上下方向および左右方向にて実施する。その測定波形を本発明による方法によって解析を実施すれば、広範囲な鉄筋の腐食程度を知ることが可能となる。
【００４４】
上記実施例によれば以下の数々の効果が得られる。
１．コンクリート構造物の鉄筋腐食を非破壊で検査することが可能である。
２．鉄筋の腐食度合いを、例えば、健全、軽微の腐食、中程度の腐食、重度の腐食 の４段階に分けての非破壊検査が可能である。
３．鉄筋から成長するクラックがコンクリート構造物表面まで達していない場合は、目視ではクラックの観察が不可能であるが、本手法を用いれば鉄筋腐食を非破壊で検査することが可能である。
４．鉄筋から成長するクラックがコンクリート構造物表面まで達していない場合は、目視ではクラックの観察が不可能である。そのため従来では補修工事の対象外であった。そのため補修工事を実施してから１，２年後に再びコンクリートの剥落、クラックの発生が起こり、再度補修工事を行うことを強いられてきた。そのため保守コストが膨大な額となっていた。本発明を用いれば鉄筋から成長するクラックがコンクリート構造物表面まで達していない場合でも鉄筋の腐食程度を非破壊で検査することができ、真に適切な補修範囲を選定し補修工事が実行できる。そのため保守コストを大幅に減少させることが可能である。
５．従来はコンクリート構造物表面のコンクリートが剥離してから補修するのが常であった。補修範囲は剥離部のみか、または剥離部周辺を少々含む程度であった。しかし、コンクリートの剥離が発生しなくとも鉄筋の腐食は進行しており、コンクリート構造物全体としての耐力が減退してゆく。この耐力が大幅に減退した場合には、コンクリート構造物の、−一部損壊、地中構造物であれば一部損壊により道路陥没、地上建築物の傾斜などなど、さまざまな影響が発生し、社会問題化する可能性がある。本発明を用いれば、コンクリートが剥離していなくても鉄筋の腐食程度を非破壊で検査することが可能である。本手法をもちいて定期的にコンクリート構造物の検査・補修を行えば、従来に比較して格段とコンクリート構造物全体の耐力を維持できる。
６．従来行われている補修方法は、鉄筋深さ以上までコンクリートを掘削し新たに鉄筋を配置するなど大掛かりなものであり、コストも大幅に必要であった。本発明を用いれば鉄筋の腐食程度が非破壊で計測できるため、鉄筋腐食程度に応じた適切な補修工法を選択でき、補修コストの削減が可能となる。
７．地震、施工不良によりコンクリート構造物に強い応力が加わった場合にもクラックが発生する。この場合、鉄筋からクラックが発生することが多い。鉄筋は健全であるのにコンクリート構造物表面では目視でクラックが観測される，クラックが発生しているため数年、数十年後には鉄筋が腐食する可能性が高いが補修方法としては簡易な方法、たとえばコンクリート表面の止水処理、で十分である。しかし従来では鉄筋の腐食が検知できなかったため、上記場合でも本格的な補修が施されてきた。本発明を用いれば、クラックが発生していても鉄筋が腐食していないことが非破壊で計測できるため、簡易な補修方法を選択でき、補修・保守コストの大幅な減少となる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】波形収集、および、抽出された波形のスペクトルを算出するまでの本実施例での基本的処理のフローチャートである。
【図２】送信探触子と受信探触子の配置図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図である。
【図３】超音波の伝播経路図を示す概念図である。
【図４】受信波形ｆ０（ｔ）である。
【図５】音速測定の模式図である。（ａ）は音速測定時での探触子は一途である。（ｂ）は鉄筋伝播波形である。（ｃ）はコンクリート伝播波形である。
【図６】角度θに対する伝播時間の変化を示すグラフである。
【図７】抽出した実鉄筋伝播波形ｆｐ（ｔ）を示す図である。
【図８】実鉄筋伝播波形ｆｐ（ｔ）のスペクトル図である。
【図９】腐食した鉄筋での計測模式図および鉄筋内部での散乱の模様を示す概念図である。
【図１０】周波数Ｓｕａ、Ｓｕｂを求める模式図である。
【図１１】測定を行う鉄筋近辺の腐食度合いを示す模式図である。
【図１２】測定位置ｍを示す模式図である。
【図１３】各測定位置ｍでの規格化されたスペクトル州は巣Ｓｕｏを示すグラフである。
【図１４】応用測定例を示す概念図である。
【図１５】鉄筋腐食によるコンクリート剥離の模様を示す概念図である。
【図１６】自然電位法での計測模様を示す概念図である。
【図１７】超音波計測の測定ブロック図である。
【符号の説明】
【００４６】
１：コンクリート構造物
２：コンクリート構造物表面
３：鉄筋
４：腐食した鉄筋
５：腐食部
６；コンクリートの剥離
７：クラック
８：コンクリート試験片
９：自然電位計測機
１０：電極Ａ
１１：電極Ｂ
１２：送信探触子
１３：受信探触子
１４：電圧発生器
１５：受信機
１６：圧電素子
１７：接触媒体
１８：制御部
１９：演算部
２０：表示部
２１：超音波
２２：鉄筋伝播波
２３：コンクリート伝播波
２４：超資波伝播経路
２５：垂線
２６：角度θ
２７：実鉄筋伝播波
【技術分野】
【０００１】
本発明はコンクリート構造物内の鉄筋腐食程度の非破壊検査方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開２００６−３２８８号公報
【０００３】
近年、高度成長期に建設されたトンネルや橋などのコンクリート構造物１（図１５）の劣化が深刻となっており、コンクリート構造物１の維持管理が社会的に重要な課題となってきている。構造部の劣化現象の中でも特にコンクリート構造物１内の鉄筋３の腐食が深刻である。
【０００４】
図１５にその模様を示す。図１５（ａ）は鉄筋３が腐食していない健全なコンクリート構造物１の模式図である。図１５（ｂ）は鉄筋３が腐食した場合のコンクリート構造物１の模式図である。鉄筋３が腐食した場合、鉄筋の体積が膨張する。このため、鉄筋周辺にクラック７が発生する。鉄筋３の腐食が進行すると、コンクリートが剥離し最終的には同図に示されているようにコンクリートが剥落する。この状態ではコンクリート構図物１としての強度を保てなくなり、早急な補修が必要となる。剥離箇所は目視もしくはハンマー等の打撃によって、剥落箇所は目視によって確認できるため、補修は剥離・剥落箇所周辺のみに実施されている場合が多い。
【０００５】
鉄筋３の腐食探知に使用されている代表的な手法として（ＡＳＴＭ Ｃ８７６）に規定されている自然電位法がある。その測定模様を図１６に示す。まず人為的にコンクリートを除き鉄筋３の一部を露出させる。その後電極Ａを鉄筋３の露出した部分に取り付ける。電極Ｂはコンクリート構造物表面２に設置される。自然電位計測器９は電極Ａと電極Ｂ間の電位を計測する。その測定値によって鉄筋３の腐食を検査する。
【０００６】
また、超音波を利用して、コンクリート構造物の劣化部を測定診断する技術が開発され、そのための市販装置も存在する。本発明者は巨視的探知理論および技術を確立し確度の高いコンクリート内部探査用装置を開発した（特許文献１）。
超音波による測定原理を図１７に示す。送信探触子１２および受信探触子１３をコンクリート構造物表面２に設置し、超音波２１を発生させる。受信された波形を演算部１８にて処理し、その結果を表示部２０に表示する。
【０００７】
ところで、鉄筋の腐食によりコンクリートが剥離・剥落した箇所は補修する必要がある。補修範囲としては剥離・剥落箇所周辺のみに実施されているのが現状である。しかし、コンクリートが剥離・剥落していなくとも鉄筋が腐食している場合は大変多く観測されている。そのため補修してから１〜３年後に再びコンクリートが剥離・剥落する事例が多い。このため補修に要するコストは膨大なものとなっている。
【０００８】
鉄筋の腐食を計測する自然電位法（ＡＳＴＭ Ｃ８７６）においては、
(1)９０％以上の確率で腐食なし
(2)不確定
(3)９０％以上の確率で腐食あり
という判断であり、非常に曖昧で、定性的かつ腐食の有無の判断しかできない。
【０００９】
適切な腐食範囲を知るためには初期〜中程度の腐食の検査も必要である。また、自然電位法での測定のためには電極を直接鉄筋に取り付けることが必要である。そのため人為的に鉄筋を露出させる必要があり、非破壊検査ではない。人為的にコンクリートに穴をあけるため、その位置から水が浸入し鉄筋腐食が発生するという懸念もある。
【００１０】
また、超音波法を使用すれば鉄筋深さｄｏやコンクリート厚さ等の計測は可能であるが鉄筋の腐食の検査はできない、という問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、非破壊により、コンクリート中の鉄筋の腐食を定量的に検査することが可能なコンクリート構造物内の鉄筋腐食程度の非破壊検査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】
【００１２】
請求項１に係る発明は、鉄筋コンクリート内の鉄筋の上に、送信探触子と受信探触子とを距離L０離して設置するステップ、
前記送信探触子から超音波を発信し、前記受信探触子において伝播波形ｆｏ（ｔ）を受信するステップ、
前記伝播波形ｆｏ（ｔ）から時間ｔ＝Ｔｓ〜Ｔｅ間の波形ｆｐ（ｔ）を抽出するステップ、
前記波形ｆｐ（ｔ）から周波数関数のスペクトルＳ（ｆ）を求めるステップ、
前記スペクトルＳ（ｆ）のスペクトルピーク周波数Ｓｍの規格化されたピーク強度の１／Ｚとなる点に対応する周波数Ｓｕを求めるステップ、
を有することを特徴とするコンクリート構造物内の鉄筋腐食程度の非破壊検査方法である。
Ｔｓ：前記発信から受信までの時間
Ｔｅ：定数
Ｚ：１以上の任意の正数
【００１３】
請求項２に係る発明は、ＳｕａとＳｕｂと大小を比較することにより鉄筋の腐食程度を検査することを特徴とする請求項１記載のコンクリート構造物内の鉄筋腐食程度の非破壊検査方法である。
Ｓｕａ：健全な鉄筋の場合のＳｕ
Ｓｕｂ：検査対象におけるＳｕ
【００１４】
請求項３に係る発明は、Ｌ０／ｄ０≧１０とすることを特徴とする請求項１または２記載のコンクリート構造物内の鉄筋腐食程度の非破壊検査方法である。
ｄ０：鉄筋深さ
【００１５】
請求項４に係る発明は、Ｔｓを次式により求めることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載のコンクリート構造物内の鉄筋腐食程度の非破壊検査方法である。
Ｔｓ＝２×（ｄ０／ｃｏｓθ）×（１／Ｖｃ）＋（Ｌ０−２ｄ０・ｔａｎθ）×（１／ＶＲ）
θ：発信角度
Ｖｃ：コンクリート中での音速
ＶＲ：鉄筋中での音速
【００１６】
請求項５に係る発明は、複数の測定位置ｍにおいてスペクトル周波数Ｓｕを求めることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載のコンクリート構造物内の鉄筋腐食程度の非破壊検査方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、非破壊により、コンクリート中の鉄筋の腐食を定量的に検査することが可能なコンクリート構造物内の鉄筋腐食程度の非破壊検査方法が可能となる。
＜作用＞
【００１８】
超音波法によるコンクリート構造物中の鉄筋腐食程度の非破壊検査を実施するために、送信探触子および受信探触子を距離Ｌｏ離して鉄筋上に設置し、送信探触子から超音波を発信し受信探蝕子にて伝播してきた波形ｆｏ（ｔ）を受信し、時間ｔ＝Ｔｓ〜Ｔｅ間の波形ｆｐ（ｔ）を抽出し、ｆｐ（ｔ）のスペクトルＳ（ｆ）を算出し、スペクトルＳ（ｆ）のスペクトルピーク周波数Ｓｍを算出し、スペクトルピーク周波数Ｓｍの規格化された強度を算出し、規格化された強度のＺ分の１の値を算出し、算出されたＺ分の１の強度に対するスペクトル周波数Ｓｕを計算し、それぞれの測定位置ｍにおいてスペクトル周波数Ｓｕを評価する、ことによりコンクリート構造物中の鉄筋腐食程度の非破壊検査を行うことができる。
【実施例】
【００１９】
以下、本発明について図面を参照して説明する。本発明は超音波法により従来は不可能であった鉄筋３の腐食程度の計測を可能とした手法である。
【００２０】
＜Ｉ波形収集およびスペクトル算出までの基本的処理フローチャート＞
図１に波形収集およびスペクトル算出までの本発明の基本的処理フローチャートを示す。本フローチャートに沿って説明を行う。
【００２１】
（ＳＴＥＰ１）
送信探触子１２および受信探触子１３を、距離Ｌｏ離して鉄筋３上に設置する。その模様を図２に示す。図２（ａ）が側面図、図２（ｂ）が上面図である。探触子間距離Ｌｏは、鉄筋深さｄｏに比べ、十分長くとることが好ましい。例えば、Ｌ０／ｄ０≧１０とすることが好ましい。
【００２２】
（ＳＴＥＰ２）
送信探触子１２から超音波を発信し、受信探触子１３にて、伝播してきた波形ｆｏ（ｔ）を受信する。図２（ａ）において、送信探触子１２から受信探触子１３までの超音波伝播経路を示している。送信探触子１２から発信された超音波はコンクリート中を伝播し鉄筋３に入射する。鉄筋３に入射した超音波は同図に示されているように、鉄筋３を伝播する。伝播してきた超音波は最終的には受信探触子１３にて受信される。受信波形の例を図４に示す。図４に示されている横軸の時間Ｔｓは、図２において、送信探触子１２から超音波が発信され、受信探触子１３で伝播波が受信されるまでの時間である。その詳細を以下に述べる。
【００２３】
図３は、超音波の伝播経路に関する詳細図面である。図３に示されているように、送信探触子１２から発信された超音波はコンクリート内部を伝播する。その中で角度θを伴った超音波が鉄筋３に入射する。このときの伝播波をコンクリート伝播波２３と呼称する。送信探触子１２から鉄筋３までの伝播距離をＬ１とし、Ｌ１に対応する伝播時間をＴｃと呼称する。鉄筋に入射した超音波は鉄筋中を伝播する。そして入射時と同様に角度θにて受信探触子１３で受信される。受信探触子と鉄筋との距離をＬ１とし、Ｌ１に対応する伝播時間をＴｃと呼称する。また、鉄筋中を伝播する距離をＬ２とし、Ｌ２に対応する伝播時間をＴＲとする。
【００２４】
送信探触子１２から送信された超音波が受信探触子１３に受信されるまでの距離Ｌｓは以下の式にて表すことができる。
Ｌｓ＝２Ｌ１＋Ｌ２ （１）
Ｌ１＝ｄ０／ｃｏｓθ （２）
Ｌ２＝Ｌ０−２ ｄ０ｔａｎ（θ） （３）
（ｄ０：鉄筋深さ、Ｌ０：探触子開距離）
【００２５】
また、送信探触子１２から送信された超音波が受信探触子１３に受信されるまでの時間Ｔｓは、以下の式にて表すことができる。
Ｔｓ＝２Ｔｃ十 ＴＲ （４）
Ｔｃ＝（ｄ０／ｃｏｓθ）×（１／Ｖｃ） （５）
ＴＲ＝（Ｌ０−２ｄ０ｔａｎθ）×（１／ＶＲ） （６）
Ｖｃ： コンクリート中での音速
ＶＲ：鉄筋中での音速
【００２６】
本発明では式（４）により、送信探触子１２から送信された超音波が受信探触子１３に受信されるまでの時間Ｔｓを算出することが必要である。式（４）における変数はコンクリート中での音速Ｖｃ、鉄筋中での音速ＶＲ、そして角度θである。鉄の音速は約５９００ｍ／ｓであることが知られている。しかしコンクリート中に埋設されている鉄筋の音速は上記値より小さくなることがわかっている。本実施例では試験片での計測により求めている。
コンクリート中での音速Ｖｃ、鉄筋中での音速ＶＲは実験により求められる。その模様を図５に示す。図５（ａ）に示されているように送信探触子を１２および受信探触子１３を鉄筋３の両端に設置する。
【００２７】
また、コンクリート中での音速Ｖｃを求めるため、同様に、送受信探触子を図５に示されているように設置する。この状態において超音波を送信し、受信された波形を図５（ｂ）、（ｃ）に示す。図５（ｂ）は鉄筋を伝播してきた波形を示し、時間Ｔ２０が最初に受信された時間に相当する。図５（ｂ）はコンクリートを伝播してきた波形を示し、時間Ｔ３０が最初に受信された時間に相当する。
【００２８】
鉄筋中での音速ＶＲ、コンクリート中での音速Ｖｃ、は以下の式で計算される。
ＶＲ ＝ Ｌ１０／Ｔ２０ （７）
Ｖｃ＝ Ｌ１０／Ｔ３０ （８）
【００２９】
本実施例ではコンクリート中での音速Ｖｃは４３００ｍ／ｓ、鉄筋中での音速ＶＲは５４００ｍ／ｓであった。
本実施例では図４に示されている時間Ｔｓの算出が重要となる。式（４）で未知数なのは角度θである。そこで角度θに対する時間Ｔｓの変化を図６に示す。ここでは探触子間距離Ｌｏは３００ｍｍ、鉄筋の深さｄ０は３０ｍｍ、コンクリート中での音速Ｖｃは４３００ｍ／ｓ、鉄筋中での音速ＶＲは５４００ｍ／ｓとしている。
【００３０】
図６に示されているように、角度θが大きくなるにつれて送信探触子１２から送信された超音波が受信探触子１３に受信されるまでの時間Ｔｓは小さくなっている。本実施例では角度θが４５度である時の伝播時間を採用して説明を行う。
また、図３に示されているように、コンクリート内および鉄筋内で超音波は伝播する。一方、探触子間距離Ｌｏが大きくなるにつれて、コンクリート内での超音波の伝播時間は、鉄筋内部での超音波の伝播時間と比較し、相対的に小さくなる。そこで、説明の便宜上、受信探触子１３により受信される伝播波を、以降、実鉄筋伝播波と呼称する。
【００３１】
（ＳＴＥＰ３）
受信波形ｆｏ（ｔ）において、時間ｔ＝Ｔｓ〜Ｔｅ 間の波形ｆｐ（ｔ）を抽出する。抽出した模様を図７に示す。ここで時間Ｔｓは式４にて計算される。Ｔｅは実鉄筋伝播波形全体を抽出するために設定される定数値である。その値は鉄筋深度、鉄筋径、鉄筋種別、コンクリート表面粗さなどの条件によって変わる。従ってこれらの条件設定しておいて予め経験的、実験的に求めておくことができる。
【００３２】
（ＳＴＥＰ４）
ＦＦＴをもちいて、抽出された波形ｆｐ（ｔ）のスペクトルＳ（ｆ）を算出する。その模様を図８に示す。
図８はＦＦＴを用いて図７の波形を周波数領域へ変換したスぺクトルＳａ（ｆ）を表している。
以上までが本発明の基本的処理内容である。変換したスペクトルの評価方法の実施例を後述する。
【００３３】
＜ＩＩ波形信号処理方法＞
［ＩＩ−１］腐食した鉄筋での超音波伝播模様と超音波に及ぼす影響
図９は腐食した鉄筋４における超音波伝搬の模様を示す。図９（ｂ）では、腐食した鉄筋４内部にて超音波が散乱する模様を示している。これら散乱現象により入射した超音波の減衰が発生する。とくに高い周波数成分波の減衰が顕著となる。この腐食した鉄筋に対し、図１のフローチャートにしたがって受信波形のスペクトルを得る。その模様を図１０に示す。スペクトルＳａ（ｆ）は、鉄筋腐食のない場合の受信波形に対応する。また、スペクトルＳｂ（ｆ）は鉄筋が腐食している場合の受信波形に対応している。スペクトルＳｂ（ｆ）は高域の周波数において減衰か激しいことがわかる。
【００３４】
［ＩＩ−２］スペクトルの判断方法
上記したスペクトルの特微量を算出し鉄筋の腐食程度を判定する方法について説明を行う。
図１０にその模様を示す。まずスペクトルＳ（ｆ）のスペクトルピーク周波数Ｓｍを算出する。スペクトルＳａ（ｆ）、Ｓｂ（ｆ）に対しては、スペクトルピーク周波数Ｓｍａ、Ｓｍｂが算出される。そして、各スペクトルピーク周波数Ｓｍａ、Ｓｍｂの規格化された強度Ｐｏを計算する。
Ｓａ（ｆ）のスペクトルピーク周波数Ｓｍａを規格化された強度１とする（１＝Ｓｍａ／Ｓｍａ）。Ｓａ（ｆ）は鉄筋腐食がない場合に対応しているためである。Ｓｂ（ｆ）のスペクトルピーク周波数Ｓｍｂに対する規格化された強度ＰｏをＰｓｃ（＝Ｓｍａ／Ｓｍｂ）とする。
【００３５】
次に図１０に示されているように上記規格化された強度（１、Ｐｓｃ）に対してＺ分の１に相当する強度を計算する。規格化強度１に対してはＺ分の１の強度となり規格化強度Ｐｓｃに対してはＰｓｃ／Ｚとなる。なお、本実施例ではＺ＝１０として説明を行う。
【００３６】
上記で算出された１０分の１に相当する強度に対するスペクトル周波数Ｓｕを計算する。その結果、スペクトルＳａ（ｆ）におけるスペクトル周波数ＳｕはＳｕａ、スペクトルＳｂ（ｆ）では周波数Ｓｕｂが得られる。
上記値が鉄筋腐食程度を示している。周波数Ｓｕａより周波数Ｓｕｂは大変小さいためＳｂ（ｆ）のスペクトルに対応している鉄筋は腐食していると判定される。
【００３７】
［ＩＩ−３］具体的測定・判定例
図１１（ａ）は実際のコンクリート構造物表面２の模式図である。鉄筋の真上および周辺部にクラック７が観察される部分を領域Ｄとする。鉄筋真上に１本のみクラック７が観察できる部分を領域Ｃ、まったくクラック７が観察できない部分を領域ＢおよびＡとする。また、各領域でのコンクリート構造物の断面図を図１１（ｂ）から（ｅ）に示す。図１１（ｂ）はＡ領域での断面図を示している。鉄筋３は腐食していない健全な状態である。図１１（ｃ）はＢ領域での断面図を示している。鉄筋３が軽微な腐食状態にあり、クラック７が鉄筋３から発生しているものの、コンクリート構造物表面２までにはクラックが達していない。図１１（ｄ）はＣ領域での断面図を示している。鉄筋３が中程度の腐食状態にあり、クラック７がコンクリート構造物表面２まで達している。また、鉄筋周辺に腐食部５が存在する。
【００３８】
図１１（ｅ）はＤ領域の断面図を示している。鉄筋３が重度の腐食状態にあり、３本のクラック７がコンクリート構造物表面２まで達している。また、鉄筋周辺に腐食部５が顕著に存在する。ここで述べた健全部とは鉄筋が腐食していない状態を示し、軽微な腐食とは、クラック７が鉄筋から発生しているがコンクリート構造物表面２まで達していない状態を示し、中程度の腐食とは、鉄筋３から発生しているクラック７がコンクリート構造物表面２まで達している状態を示し、また、重度の腐食とは多数のクラック７が鉄筋３から発生しており、そのクラック７がコンクリート構造物表面２まで達している状態を示す。
【００３９】
図１２は、図１１に示されたコンクリート構造物表面２に対し実際に測定を行う方法を示している。表面状態を考慮し本実施例では測定位置ｍを７個に分けている。Ｄ領域では測定位置１、Ｃ領域では測定位置２、Ｂ領域では測定位置３，４、Ａ領域では測定位置５，６，７である。探触子間距離Ｌｏは、それぞれの測定位置において同じ値とする。
【００４０】
各測定位置において上記した［II−２］項にのっとり、スペクトル周波数Ｓｕを算出する。算出した値を、横軸が測定位置ｍ、縦軸が規格化されたスペクトル周波数Ｓｕｏとしてグラフ化する。その結果を図１３に示す。本実施例では規格化する際に使用する基準値は、鉄筋腐食のない実波形伝播波Ｓａ（ｆ）に対応する周波数Ｓｕ、つまり図１０に示されている周波数Ｓｕａとする。従って、図１３の縦軸の１は、周波数ＳｕａをＳｕａで割り算した値、つまり１となる。
【００４１】
図１３に示されているように、測定位置が１，２，３と大きくなるにつれて規格化されたスペクトル周波数Ｓｕｏが高くなってゆくのが観測できる。健全部である測定位置５，６，７では、規格化されたスペクトル周波数Ｓｕｏが１となり飽和状態となる。この状態を安定状態と呼称する。この安定状態となっている測定位置では鉄筋は健全であると判断できる。
【００４２】
図１２に示されるように測定位置ｍを決め、測定位置ｍにおいて順番に測定を行い図１３のグラフを作成すれば、鉄筋が健全である領域を非破壊で検査可能である。図１３の縦軸に示されている値、ε１、ε２について説明を行う。図１３の縦軸において、縦軸値が１である、もしくは１にほぼ一致する測定位置において鉄筋は健全であると判断できる。１未満〜ε１の範囲対応する測定位置においては、鉄筋は軽微な腐食であると判断できる。また、図１１の縦軸において、ε１〜ε２の範囲に対応する測定位置においては、鉄筋は中程度の腐食であること、さらに、ε２〜０では、鉄筋は重度の腐食であることを判定できる。ε１、ε２は数々の実験および現場計測によって見出した値である。ε１は０．６、ε２は０．３近辺である。
上記のように本発明によれば、超音波をもちいてコンクリート構造物１の鉄筋３の腐食状態を、例えば、健全、軽微の腐食、中程度の腐食、重度の腐食 の４段階に分けての判別が可能である。
【００４３】
［ＩＩ−４］応用計測例
探触子間距離Ｌｏは通常３０ｃｍから４０ｃｍ程度で設定される。一方、図１４に示したように、探触子間距離Ｌｏを１から２ｍに設定する方法が考えられる。図１４では複数の探触子をメッシュ状に配置しているように見えるが、実際には１本の鉄筋に対して一対の送受信探触子を配置する。そして測定が終了したのち隣の鉄筋に送受信探触子を移動させ測定を実施する。上記測定を図１４において上下方向および左右方向にて実施する。その測定波形を本発明による方法によって解析を実施すれば、広範囲な鉄筋の腐食程度を知ることが可能となる。
【００４４】
上記実施例によれば以下の数々の効果が得られる。
１．コンクリート構造物の鉄筋腐食を非破壊で検査することが可能である。
２．鉄筋の腐食度合いを、例えば、健全、軽微の腐食、中程度の腐食、重度の腐食 の４段階に分けての非破壊検査が可能である。
３．鉄筋から成長するクラックがコンクリート構造物表面まで達していない場合は、目視ではクラックの観察が不可能であるが、本手法を用いれば鉄筋腐食を非破壊で検査することが可能である。
４．鉄筋から成長するクラックがコンクリート構造物表面まで達していない場合は、目視ではクラックの観察が不可能である。そのため従来では補修工事の対象外であった。そのため補修工事を実施してから１，２年後に再びコンクリートの剥落、クラックの発生が起こり、再度補修工事を行うことを強いられてきた。そのため保守コストが膨大な額となっていた。本発明を用いれば鉄筋から成長するクラックがコンクリート構造物表面まで達していない場合でも鉄筋の腐食程度を非破壊で検査することができ、真に適切な補修範囲を選定し補修工事が実行できる。そのため保守コストを大幅に減少させることが可能である。
５．従来はコンクリート構造物表面のコンクリートが剥離してから補修するのが常であった。補修範囲は剥離部のみか、または剥離部周辺を少々含む程度であった。しかし、コンクリートの剥離が発生しなくとも鉄筋の腐食は進行しており、コンクリート構造物全体としての耐力が減退してゆく。この耐力が大幅に減退した場合には、コンクリート構造物の、−一部損壊、地中構造物であれば一部損壊により道路陥没、地上建築物の傾斜などなど、さまざまな影響が発生し、社会問題化する可能性がある。本発明を用いれば、コンクリートが剥離していなくても鉄筋の腐食程度を非破壊で検査することが可能である。本手法をもちいて定期的にコンクリート構造物の検査・補修を行えば、従来に比較して格段とコンクリート構造物全体の耐力を維持できる。
６．従来行われている補修方法は、鉄筋深さ以上までコンクリートを掘削し新たに鉄筋を配置するなど大掛かりなものであり、コストも大幅に必要であった。本発明を用いれば鉄筋の腐食程度が非破壊で計測できるため、鉄筋腐食程度に応じた適切な補修工法を選択でき、補修コストの削減が可能となる。
７．地震、施工不良によりコンクリート構造物に強い応力が加わった場合にもクラックが発生する。この場合、鉄筋からクラックが発生することが多い。鉄筋は健全であるのにコンクリート構造物表面では目視でクラックが観測される，クラックが発生しているため数年、数十年後には鉄筋が腐食する可能性が高いが補修方法としては簡易な方法、たとえばコンクリート表面の止水処理、で十分である。しかし従来では鉄筋の腐食が検知できなかったため、上記場合でも本格的な補修が施されてきた。本発明を用いれば、クラックが発生していても鉄筋が腐食していないことが非破壊で計測できるため、簡易な補修方法を選択でき、補修・保守コストの大幅な減少となる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】波形収集、および、抽出された波形のスペクトルを算出するまでの本実施例での基本的処理のフローチャートである。
【図２】送信探触子と受信探触子の配置図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図である。
【図３】超音波の伝播経路図を示す概念図である。
【図４】受信波形ｆ０（ｔ）である。
【図５】音速測定の模式図である。（ａ）は音速測定時での探触子は一途である。（ｂ）は鉄筋伝播波形である。（ｃ）はコンクリート伝播波形である。
【図６】角度θに対する伝播時間の変化を示すグラフである。
【図７】抽出した実鉄筋伝播波形ｆｐ（ｔ）を示す図である。
【図８】実鉄筋伝播波形ｆｐ（ｔ）のスペクトル図である。
【図９】腐食した鉄筋での計測模式図および鉄筋内部での散乱の模様を示す概念図である。
【図１０】周波数Ｓｕａ、Ｓｕｂを求める模式図である。
【図１１】測定を行う鉄筋近辺の腐食度合いを示す模式図である。
【図１２】測定位置ｍを示す模式図である。
【図１３】各測定位置ｍでの規格化されたスペクトル州は巣Ｓｕｏを示すグラフである。
【図１４】応用測定例を示す概念図である。
【図１５】鉄筋腐食によるコンクリート剥離の模様を示す概念図である。
【図１６】自然電位法での計測模様を示す概念図である。
【図１７】超音波計測の測定ブロック図である。
【符号の説明】
【００４６】
１：コンクリート構造物
２：コンクリート構造物表面
３：鉄筋
４：腐食した鉄筋
５：腐食部
６；コンクリートの剥離
７：クラック
８：コンクリート試験片
９：自然電位計測機
１０：電極Ａ
１１：電極Ｂ
１２：送信探触子
１３：受信探触子
１４：電圧発生器
１５：受信機
１６：圧電素子
１７：接触媒体
１８：制御部
１９：演算部
２０：表示部
２１：超音波
２２：鉄筋伝播波
２３：コンクリート伝播波
２４：超資波伝播経路
２５：垂線
２６：角度θ
２７：実鉄筋伝播波
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄筋コンクリート内の鉄筋の上に、送信探触子と受信探触子とを距離L０離して設置するステップ、
前記送信探触子から超音波を発信し、前記受信探触子において伝播波形ｆｏ（ｔ）を受信するステップ、
前記伝播波形ｆｏ（ｔ）から時間ｔ＝Ｔｓ〜Ｔｅ間の波形ｆｐ（ｔ）を抽出するステップ、
前記波形ｆｐ（ｔ）から周波数関数のスペクトルＳ（ｆ）を求めるステップ、
前記スペクトルＳ（ｆ）のスペクトルピーク周波数Ｓｍの規格化されたピーク強度の１／Ｚとなる点に対応する周波数Ｓｕを求めるステップ、
を有することを特徴とするコンクリート構造物内の鉄筋腐食程度の非破壊検査方法。
Ｔｓ：前記発信から受信までの時間
Ｔｅ：定数
Ｚ：１以上の任意の正数
【請求項２】
Ｓｕｂ／Ｓｕａを求めることにより鉄筋の腐食程度を定量的に表すことを特徴とする請求項１記載のコンクリート構造物内の鉄筋腐食程度の非破壊検査方法。
Ｓｕａ：健全な鉄筋の場合のＳｕ
Ｓｕｂ：検査対象におけるＳｕ
【請求項３】
Ｌ０／ｄ０≧１０とすることを特徴とする請求項１または２記載のコンクリート構造物内の鉄筋腐食程度の非破壊検査方法。
ｄ０：鉄筋深さ
【請求項４】
Ｔｓを次式により求めることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載のコンクリート構造物内の鉄筋腐食程度の非破壊検査方法。
Ｔｓ＝２×（ｄ０／ｃｏｓθ）×（１／Ｖｃ）＋（Ｌ０−２ｄ０・ｔａｎθ）×（１／ＶＲ）
θ：発信角度
Ｖｃ：コンクリート中での音速
ＶＲ：鉄筋中での音速
【請求項５】
複数の測定位置ｍにおいてスペクトル周波数Ｓｕを求めることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載のコンクリート構造物内の鉄筋腐食程度の非破壊検査方法。
【請求項１】
鉄筋コンクリート内の鉄筋の上に、送信探触子と受信探触子とを距離L０離して設置するステップ、
前記送信探触子から超音波を発信し、前記受信探触子において伝播波形ｆｏ（ｔ）を受信するステップ、
前記伝播波形ｆｏ（ｔ）から時間ｔ＝Ｔｓ〜Ｔｅ間の波形ｆｐ（ｔ）を抽出するステップ、
前記波形ｆｐ（ｔ）から周波数関数のスペクトルＳ（ｆ）を求めるステップ、
前記スペクトルＳ（ｆ）のスペクトルピーク周波数Ｓｍの規格化されたピーク強度の１／Ｚとなる点に対応する周波数Ｓｕを求めるステップ、
を有することを特徴とするコンクリート構造物内の鉄筋腐食程度の非破壊検査方法。
Ｔｓ：前記発信から受信までの時間
Ｔｅ：定数
Ｚ：１以上の任意の正数
【請求項２】
Ｓｕｂ／Ｓｕａを求めることにより鉄筋の腐食程度を定量的に表すことを特徴とする請求項１記載のコンクリート構造物内の鉄筋腐食程度の非破壊検査方法。
Ｓｕａ：健全な鉄筋の場合のＳｕ
Ｓｕｂ：検査対象におけるＳｕ
【請求項３】
Ｌ０／ｄ０≧１０とすることを特徴とする請求項１または２記載のコンクリート構造物内の鉄筋腐食程度の非破壊検査方法。
ｄ０：鉄筋深さ
【請求項４】
Ｔｓを次式により求めることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載のコンクリート構造物内の鉄筋腐食程度の非破壊検査方法。
Ｔｓ＝２×（ｄ０／ｃｏｓθ）×（１／Ｖｃ）＋（Ｌ０−２ｄ０・ｔａｎθ）×（１／ＶＲ）
θ：発信角度
Ｖｃ：コンクリート中での音速
ＶＲ：鉄筋中での音速
【請求項５】
複数の測定位置ｍにおいてスペクトル周波数Ｓｕを求めることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載のコンクリート構造物内の鉄筋腐食程度の非破壊検査方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００８−２９２３（Ｐ２００８−２９２３Ａ）
【公開日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１７２０８８（Ｐ２００６−１７２０８８）
【出願日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【出願人】（０００１００９４２）アイレック技建株式会社 (45)
【出願人】（５９４１７９１７７）株式会社エッチアンドビーシステム (5)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【出願人】（０００１００９４２）アイレック技建株式会社 (45)
【出願人】（５９４１７９１７７）株式会社エッチアンドビーシステム (5)
【Ｆターム（参考）】
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