圧縮強度測定方法及びその方法を用いた圧縮強度測定装置
【課題】精度高く圧縮強度を求めることが可能な圧縮強度測定方法を提供する。
【解決手段】測定対象となるコンクリート構造物の所定面における所定位置に送信探触子を設置する工程（Ｓ１００）と、所定位置から所定距離離れた第１位置に受信探触子を設置する工程（Ｓ１０１）と、送信探触子で超音波振動を発生、受信探触子で振動に基づく波を検出し振動が到達する第１時間を測定する工程（Ｓ１０２）と、第１位置から第１距離離れた第２位置に受信探触子を設置する工程（Ｓ１０３）と、送信探触子で超音波振動を発生、受信探触子で前記振動に基づく波を検出し振動が到達する第２時間を測定する工程（Ｓ１０４）と、第１時間と第２時間と第１距離とから振動に基づく波の伝搬速度を算出する工程（Ｓ１０５）と、伝搬速度からコンクリート構造物の圧縮強度を求める工程（Ｓ１０６）とからなる。
【解決手段】測定対象となるコンクリート構造物の所定面における所定位置に送信探触子を設置する工程（Ｓ１００）と、所定位置から所定距離離れた第１位置に受信探触子を設置する工程（Ｓ１０１）と、送信探触子で超音波振動を発生、受信探触子で振動に基づく波を検出し振動が到達する第１時間を測定する工程（Ｓ１０２）と、第１位置から第１距離離れた第２位置に受信探触子を設置する工程（Ｓ１０３）と、送信探触子で超音波振動を発生、受信探触子で前記振動に基づく波を検出し振動が到達する第２時間を測定する工程（Ｓ１０４）と、第１時間と第２時間と第１距離とから振動に基づく波の伝搬速度を算出する工程（Ｓ１０５）と、伝搬速度からコンクリート構造物の圧縮強度を求める工程（Ｓ１０６）とからなる。
【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圧縮強度を非破壊で測定するコンクリート構造物の圧縮強度測定方法及び圧縮強度測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、コンクリート構造物の圧縮強度を非破壊で測定する方法としては、反発硬度法、超音波法、衝撃弾性波法などの手法が知られている。
【０００３】
反発硬度法は、テストハンマーを用いてコンクリートの表面を打撃し、その反発硬度より圧縮強度を推定（測定）する方法である。この方法では、簡単ではあるが、表層部のコンクリートの圧縮強度しか測定できない。また打撃した箇所の表面状況に影響されやすく精度も問題がある。
【０００４】
また、超音波法は、コンクリートの圧縮強度が高いほど、弾性波の伝播速度が速くなるとの原理を利用した方法であり、この超音波法を実際のコンクリート構造物に適用する上では次の透過法、表面法の２つが知られている。
【０００５】
透過法は、図１２に示すように、測定対象のコンクリートの一面側に設置した送信探触子から超音波パルスを発信し、この超音波パルスをコンクリート中に透過させて、超音波パルスが対向側に設置した受信探触子に到達するまでの所要時間と両探触子間の距離を測定して伝播速度を求め、この伝播速度から圧縮強度を推定する方法である。
【０００６】
表面法は、図１３に示すように、測定対象のコンクリートの一面側に、送信探触子及び受信探触子の双方を設置して、送信探触子で発信した超音波パルスを、受信探触子で受信することによって、測定を行う方法である。
【０００７】
衝撃弾性波法は、図１４に示すように、ハンマーなどを用いて測定対象のコンクリート表面を打撃し、衝撃弾性波を発生させ、２つセンサを用いて、衝撃弾性波が通過する時間差とセンサ間の距離を用いて伝播速度を求め、この伝播速度からコンクリートの圧縮強度を推定する方法である。この衝撃弾性波法については、例えば特許文献１（特開２００１−１２９３３号公報）に開示されている。
【特許文献１】特開２００１−１２９３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
超音波を用いた上記の透過法では、縦波の伝搬速度を正しく測定できるが、コンクリートの両端部に探触子を設置する必要があるため、使用できる場所が限定されている。
【０００９】
また、超音波を用いた上記の表面法では、送受信探触子のコンクリートの設置面はある程度の広さを有しているために、当該設置面における発信位置と受信位置のピンポイント的な位置を特定することができず、測定により得られた伝播速度の精度が問題ある。また、一般的に測定においては、周波数が５００ｋＨｚの超音波パルスを使用するが、この周波数の超音波パルスは減衰が大きいため送受信探触子間の距離を短くする必要があり、局部的な伝播速度しか測定することができず、そこから推定される圧縮強度はあくまで局所的な情報に基づくものとなってしまう。また、コンクリート表面から浅い位置、すなわちコンクリート表層部の伝播速度しか測定できず、測定により推定されるコンクリートの圧縮強度も表層部の情報に基づく圧縮強度でしかない。
【００１０】
また、上記した衝撃弾性波法においては、コンクリート表面をハンマー打撃することで、表面波のほかに、縦波も発生する、この縦波は、コンクリートの厚さ方向に多重反射する（図１４）。またこのような多重反射した縦波は、表面波にモード変換したりもするので、結局、センサで検出した波は、単純な表面波ではなく、多重反射の縦波とモード変換した表面波が混在することになり、伝播速度の計算に使う初動時間のスタットポイントの判断は困難になることで、伝播速度の測定精度が悪くなり、それを伴ったコンクリートの圧縮強度の推定精度も低下する。
【００１１】
ハンマー打撃で発生する表面波（レイリー波）は、２０ｋＨｚ以下の低周波数であり、これを波長で換算すると、約１００ｍｍ（表面波速度は２０００ｍ／ｓと仮定）以上となり、厚さ１００ｍｍ以下のものは、測定困難になることがある。
【００１２】
厚さ方向の圧縮強度を計測するには、測定対象コンクリートの厚さに応じて表面波の波長を変更する必要がある。しかし、ハンマーなど打撃することは、周波数の制御がとても困難である。計測したい測定対象の厚さに相応しい衝撃弾性波を作るのは、簡単ではない。
【００１３】
衝撃弾性波法においては、測定精度を上げるため複数回測定を行った結果を加算平均するのが一般であるが、人の手によって衝撃を与えるため、ハンマーの打つ速度、力、打つ場所などは一定とすることができず、波形、初動時間など関係性なく、データの有効性を判断するのは難しく、精度の保証も困難である。
【００１４】
また、この衝撃弾性波法においても、受信用の振動センサの設置面にある程度の広さがあるため、ピンポイント的な受信点の特定を行うことができず、測定精度の点で問題がある。また衝撃弾性波法では、コンクリートの振動だけではなく測定環境周囲の音による振動も受信してしまう可能性があり、測定環境の制限がある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この発明は、上記課題を解決するものであって、請求項１に係る発明は、測定対象となるコンクリート構造物の所定面における所定位置に送信探触子を設置する工程と、前記所定面における前記所定位置から所定距離離れた第１位置に受信探触子を設置する工程と、前記送信探触子で超音波振動を発生させる工程と、前記受信探触子で前記振動に基づく波を検出し前記振動が到達する第１時間を測定する工程と、前記所定面における前記第１位置から第１距離離れた第２位置に前記受信探触子を設置する工程と、前記送信探触子で超音波振動を発生させる工程と、前記受信探触子で前記振動に基づく波を検出し前記振動が到達する第２時間を測定する工程と、前記第１時間と前記第２時間と前記第１距離とから前記振動に基づく波の伝搬速度を算出する工程と、前記伝搬速度から前記コンクリート構造物の圧縮強度を求める工程と、からなることを特徴とする圧縮強度測定方法である。
【００１６】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の圧縮強度測定方法において、前記波が縦波であることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項３に係る発明は、請求項１に記載の圧縮強度測定方法において、前記波が表面波であることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項４に係る発明は、測定対象となるコンクリート構造物の所定面における所定位置にモード変換部材付き送信探触子を設置する工程と、前記所定面における前記所定位置から所定距離離れた第１位置に受信探触子を設置する工程と、前記送信探触子で超音波振動を発生させる工程と、前記受信探触子で前記振動に基づく表面波を検出し前記振動
が到達する第１時間を測定する工程と、前記所定面における前記第１位置から第１距離離れた第２位置に前記受信探触子を設置する工程と、前記送信探触子で超音波振動を発生させる工程と、前記受信探触子で前記振動に基づく表面波を検出し前記振動が到達する第２時間を測定する工程と、前記第１時間と前記第２時間と前記第１距離とから前記振動に基づく表面波の伝搬速度を算出する工程と、前記伝搬速度から前記コンクリート構造物の圧縮強度を求める工程と、からなることを特徴とする圧縮強度測定方法である。
【００１９】
また、請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の方法により圧縮強度を求めることを特徴とする圧縮強度測定装置である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の圧縮強度測定方法及びその方法を用いた圧縮強度測定装置によれば、測定対象となるコンクリート構造物の一つの所定面に送信探触子と受信探触子の双方を設置して測定を行うために、所定面と対向する面に探触子を設置できないような場所での測定も行うことが可能となる。
【００２１】
また、本発明の圧縮強度測定方法及びその方法を用いた圧縮強度測定装置によれば、第１位置で測定される第１時間と、第２位置で測定される第２時間の差分と、差分として正確に測定が可能な第１位置と第２位置との間の距離である第１距離とに基づいて、波の伝搬速度を算出し、この伝搬速度から圧縮強度を求めるので、精度高く圧縮強度を求めることが可能となる。
【００２２】
また、受信探触子で超音波振動による表面波を検出する本発明の実施形態では、２０ｋＨｚより高い表面波で測定を行うこととなるが、これは波長換算で約１００ｍｍ以下に相当するので、厚さ１００ｍｍ以下のコンクリート構造物の圧縮強度測定も実施可能となる。
【００２３】
また、受信探触子で超音波振動による波を検出する本発明の実施形態では、人手によるハンマー打撃などに比べて、コンクリート構造物に正確な振動を与えることができるので、測定精度も向上する。
【００２４】
また、受信探触子で表面波を検出する本発明の実施形態では、表面波のエネルギーや振幅は縦波より大きいために、送受信探触子間の距離を比較的長く設定することができ、比較的広範囲での伝搬速度の測定を行うことができるので、広範囲の情報に基づく圧縮強度を求めることが可能となる。
【００２５】
また、受信探触子で超音波振動による表面波を検出する本発明の実施形態では、測定環境周囲の音による振動も受信する可能性が低く、多様な測定環境に対応することができる。
【００２６】
また、受信探触子で表面波を検出する本発明の実施形態では、コンクリート構造物表面から比較的深い位置の伝播速度を測定することができ、測定により推定されるコンクリートの圧縮強度は、比較的深い位置での情報に基づく圧縮強度を求めることが可能となる。
【００２７】
また、厚さ方向の圧縮強度を測定するには、測定対象コンクリートの厚さに応じて表面波の波長を変更する必要があるが、受信探触子で超音波振動による表面波を検出する本発明の実施形態では、ハンマー打撃などに比べて、周波数の制御が容易かつ自在であるので、測定したいコンクリート構造物の厚さに相応しい周波数の波を用いて、適切な圧縮強度測定を実施することができる。
【００２８】
また、モード変換部材付き送信探触子で振動を発生させて、受信探触子で表面波を検出する本発明の実施形態では、コンクリートの厚さ方向での縦波の多重反射が発生することがないし、また、縦波から表面波へのモード変換も生じないので、伝播速度の測定精度が向上し、この伝播速度から求められる圧縮強度の推定精度も向上する。
【００２９】
本発明によれば、送信探触子の超音波振動で、多波数の表面波超音波を印加することで、波のエネルギーが大きくすることができ、かつ、距離減衰も小さくすることができる。さらに、距離減衰よる周波数変化への影響が小さいため、より広範囲の測定が可能となる。また、本発明によれば、センサの配置、距離、数、入射周波数などのパラメーターを考慮し、画像化もできる測定装置を製作することで簡単に平面方向と厚さ方向の圧縮強度を一気に推定できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態に係る圧縮強度測定方法を実施するための構成の概略を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る圧縮強度測定方法を実施する場合の工程例を示す図である。
【図３】コンクリート構造物における伝搬速度と圧縮強度との関係を示す図である。
【図４】伝搬速度と圧縮強度との関係を求めるための第１の方法を示す図である。
【図５】伝搬速度と圧縮強度との関係を求めるための第２の方法を示す図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る圧縮強度測定方法を実施するための構成の概略を示す図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る圧縮強度測定方法を実施する場合の工程例を示す図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係る圧縮強度測定方法を実施するための構成の概略を示す図である。
【図９】本発明の他の実施形態に係る圧縮強度測定方法を実施するための構成の概略を示す図である。
【図１０】本発明の他の実施形態に係る圧縮強度測定方法を実施するための構成の概略を示す図である。
【図１１】本発明の圧縮強度測定方法によって測定を行った結果を示す図である。
【図１２】従来の圧縮強度測定方法を実施するための構成の概略を示す図である。
【図１３】従来の圧縮強度測定方法を実施するための構成の概略を示す図である。
【図１４】従来の圧縮強度測定方法を実施するための構成の概略を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施形態に係る圧縮強度測定方法を実施するための構成の概略を示す図であり、図２は本発明の実施形態に係る圧縮強度測定方法を実施する場合の工程例を示す図である。図１において、１０は圧縮強度を測定する対象となるコンクリート構造物を示しており、１００はこのコンクリート構造物１０に超音波振動を与える送信探触子であり、２００はコンクリート構造物の超音波振動を検出する受信探触子である。本実施形態では、送信探触子１００がコンクリート構造物１０に与える振動は２０ｋＨｚより高い超音波振動が用いられる。送信探触子１００の振動の周波数としては２０ｋＨｚより高ければ任意の周波数を用いることができるが、数１０ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚの周波数帯が発明を実現する上で現実的な周波数である。また、受信探触子２００としては、数１０ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚの周波数帯の振動を受信するセンサであればどのようなものを用いてもよい。なお、上記のような送信探触子１００及び受信探触子２００としては、いずれも従来周知のものを利用することができる。
【００３２】
図２を参照しつつ、本発明の実施形態に係る圧縮強度測定方法による圧縮強度の測定工程について説明する。なお、以下において説明する本発明の圧縮強度測定方法は当業者であれば圧縮強度測定装置として装置化することができるものであり、本発明はこのような装置までを包含するものである。
【００３３】
図２において、ステップＳ１００では、コンクリート構造物１０の所定の一面における位置Ｏに送信探触子１００を設置する。
【００３４】
次に、ステップＳ１０１では、位置Ｏから所定距離離れた位置Ａに受信探触子２００を設置する。なお、この間の距離Ｌ０は測定することは可能であるが、送信探触子１００と受信探触子２００のコンクリート構造物１０の設置面はある程度の広さを有しているために、当該設置面における発信位置と受信位置のピンポイント的な位置を特定することができず、測定により得られた伝播速度の精度が問題あるので、本発明においては距離Ｌ０を用いての伝搬速度の算出を行わない。
【００３５】
次のステップＳ１０２で、送信探触子１００で超音波振動を発生させて、この振動が受信探触子２００に到達するまでの時間（ｔ1）の測定を行う。なお、本実施形態では、受
信探触子２００はコンクリート構造物１０中を縦波として伝搬した波の到達時間（ｔ1）
を検出している。
【００３６】
続くステップＳ１０３では、位置ＡからＬ１離れた位置Ｂに受信探触子２００を設置する。
【００３７】
そして、ステップＳ１０４で、送信探触子１００で超音波振動を発生させて、この振動が受信探触子２００に到達するまでの時間（ｔ2）の測定を行う。このときも、受信探触
子２００は縦波として伝搬した波の到達時間（ｔ2）を検出を行う。
【００３８】
ステップＳ１０５では、縦波のコンクリート構造物１０中の伝搬速度ＶをＬ１／（ｔ2
−ｔ1）により算出する。
【００３９】
そしてステップＳ１０６では、この伝搬速度Ｖから圧縮強度Ｆを推定する。この推定には図３に示す伝搬速度と圧縮強度の相関図を用いる。
【００４０】
上記のような圧縮強度測定方法によれば、測定対象となるコンクリート構造物の一つの所定面に送信探触子１００と受信探触子２００の双方を設置して測定を行うために、所定面と対向する面に探触子を設置できないような場所での測定も行うことが可能となる。
【００４１】
また、上記のような圧縮強度測定方法によれば、第１位置Ａ測定される到達時間（ｔ1
）と、第２位置Ｂで測定される到達時間（ｔ2）の差分と、差分として正確に測定が可能
な第１位置Ａと第２位置Ｂとの間の距離である距離Ｌ１とに基づいて、波の伝搬速度ＶをＬ１／（ｔ2−ｔ1）によって算出し、この伝搬速度Ｖから圧縮強度Ｆを求めるので、精度高く圧縮強度を求めることが可能となる。
【００４２】
また、受信探触子で表面波を検出する本発明の実施形態では、表面波のエネルギーや振幅は縦波より大きいために、送受信探触子間の距離を比較的長く設定することができ、比較的広範囲での播速度の測定を行うことができるので、広範囲の情報に基づく圧縮強度を求めることが可能となる。
【００４３】
また、上記のような圧縮強度測定方法では、送信探触子１００がコンクリート構造物１０に与える振動は２０ｋＨｚより高い超音波振動が用いられるが、これは波長換算で約１
００ｍｍ以下に相当するので、厚さ１００ｍｍ以下のコンクリート構造物の圧縮強度測定も実施可能となる。
【００４４】
また、上記のような圧縮強度測定方法では、送信探触子１００で超音波振動を発生させるため、人手によるハンマー打撃などに比べて、コンクリート構造物に正確な振動を与えることができるので、測定精度も向上する。
【００４５】
ここで、伝搬速度と圧縮強度の相関図の導出方法について説明する。図３はコンクリート構造物における伝搬速度と圧縮強度との関係を示す図である。図３において、点で示されるものが伝搬速度と圧縮強度の実測値であり、これらの実測値の点に基づいてフィッティングを行ったものが図中の直線である。本発明に係る圧縮強度測定方法では、図３に示すような伝搬速度と圧縮強度の関係図を予め用意しておき、この関係図から圧縮強度を求めるものであるが、このような関係図を求める方法としては次に示す第１及び第２の２通りの方法がある。
【００４６】
図４は伝搬速度と圧縮強度との関係を求めるための第１の方法を示す図である。この方法では、ブロック形状のコンクリート構造物１０と、このコンクリート構造物１０と全く同じ条件（配合、骨材、養生法など）で作製されたテストピース１０’を準備する。そして図４（Ａ）に示すように、ブロック形状のコンクリート構造物を用いて本発明の方法により伝搬速度測定を求め、さらに図４（Ｂ）に示すように、当該コンクリート構造物と同条件で作製されたテストピース１０’で破壊試験による圧縮強度測定を行い、圧縮強度値を求めて、これにより図３中の実測点を得るようにする。
【００４７】
一方、図５は伝搬速度と圧縮強度との関係を求めるための第２の方法を示す図である。この方法では、伝搬速度測定及び圧縮強度測定の両方に同じテストピース１０を用いる。図５（Ａ）に示すように、テストピース１０の一面側に設置した送信探触子１００から超音波パルスを発信し、この超音波パルスをコンクリート中に透過させて、超音波パルスが対向側に設置した受信探触子２００に到達するまでの所要時間によって伝播速度を求め、さらに図５（Ｂ）に示すように、伝播速度測定で用いたテストピースと同じテストピースで破壊試験による圧縮強度測定を行い、圧縮強度値を求めて、これにより図３中の実測点を得るようにする。なお、図４、図５のいずれの場合でもテストピースとしては、１０ｃｍ×２０ｃｍの円柱試験体を用いている。
【００４８】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。図６は本発明の他の実施形態に係る圧縮強度測定方法を実施するための構成の概略を示す図であり、図７は本発明の他の実施形態に係る圧縮強度測定方法を実施する場合の工程例を示す図である。
【００４９】
先の実施形態においては、測定のために受信探触子２００を設置した位置をＡ、Ｂの２箇所としたが、本実施形態では、受信探触子２００の設置位置をＡ、Ｂ、Ｃの３箇所としている。なお、この実施形態では、３箇所としているが、本発明の圧縮強度測定方法では４以上の受信探触子２００の設置位置で測定を行うようにしてもよい。図６において、図１と同様の参照符号が付された構成については同様の構成を示しているので、説明を省略する。
【００５０】
図７を参照しつつ、本発明の実施形態に係る圧縮強度測定方法による圧縮強度の測定工程について説明する。図７において、ステップＳ２００では、位置Ｏから所定距離離れた位置Ａに受信探触子２００を設置する。
【００５１】
続く、ステップＳ２０１では、位置Ｏから所定距離離れた位置Ａに受信探触子２００を設置する。
【００５２】
ステップＳ２０２では、送信探触子１００で超音波振動を発生させて、この振動が受信探触子２００に到達するまでの時間（ｔ1）の測定を行う。なお、本実施形態では、受信
探触子２００はコンクリート構造物１０中を縦波として伝搬した波の到達時間（ｔ1）を
検出している。
【００５３】
ステップＳ２０３では、位置ＡからＬ１離れた位置Ｂに受信探触子２００を設置する。そして、ステップＳ２０４で、送信探触子１００で超音波振動を発生させて、この振動が受信探触子２００に到達するまでの時間（ｔ2）の測定を行う。
【００５４】
ステップＳ２０５では、位置ＢからＬ２離れた位置Ｃに受信探触子２００を設置する。そして、ステップＳ２０６で、送信探触子１００で超音波振動を発生させて、この振動が受信探触子２００に到達するまでの時間（ｔ3）の測定を行う。
【００５５】
ステップＳ２０７では、位置Ａ及び位置Ｂのデータに基づく伝搬速度Ｖ1をＬ１／（ｔ2−ｔ1）により算出し、ステップＳ２０８では、位置Ｂ及び位置Ｃのデータに基づくコン
クリート構造物１０中の波の伝搬速度Ｖ2をＬ２／（ｔ3−ｔ2）により算出し、ステップ
Ｓ２０９で、伝搬速度の平均値ＶをＶ＝（Ｖ1＋Ｖ2）／２により算出する。
【００５６】
ステップＳ２１０では、この伝搬速度Ｖから圧縮強度Ｆを推定する。この推定には図３に示す伝搬速度と圧縮強度の相関図を用いる。
【００５７】
以上のような実施形態によれば、先の実施形態と同様の効果に加えて、受信探触子２００を複数位置に設置し複数回データを取得するので、より精度の高い圧縮強度を求めることができる、という効果を奏するものである。
【００５８】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。図８は本発明の他の実施形態に係る圧縮強度測定方法を実施するための構成の概略を示す図である。図１及び図２で説明した実施形態では、受信探触子２００が縦波を検出して縦波の伝搬速度を求めるようにしていたが、図８に示す実施形態では、受信探触子２００は表面波の検出を行い表面波の伝搬速度を求めるようにしている。なお、本実施形態の圧縮強度測定方法でも、図２で説明した工程と同様の工程によって圧縮強度を求めるものである。伝搬速度を求める際に、本実施形態のように表面波を用いることで、先の実施形態と同様の効果の他に以下のような効果を奏することができるものである。
【００５９】
まず、周波数５００ｋＨｚの表面波のエネルギーや振幅は縦波より大きいために、表面波を用いる圧縮強度測定方法によれば、送信探触子１００及び受信探触子２００の間の距離を比較的長く設定することができ、比較的広範囲での伝搬速度の測定を行うことができるので、広範囲の情報に基づく圧縮強度を求めることが可能となる。
【００６０】
また、受信探触子２００で超音波振動による表面波を検出する本発明の実施形態では、測定環境周囲の音による振動も受信する可能性が低く、多様な測定環境に対応することができる。
【００６１】
また、受信探触子２００で表面波を検出する本発明の実施形態では、コンクリート構造物１０表面から比較的深い位置の伝播速度を測定することができ、測定により推定されるコンクリートの圧縮強度は、比較的深い位置での情報に基づく圧縮強度を求めることが可能となる。
【００６２】
さらに、厚さ方向の圧縮強度を測定するには、測定対象コンクリートの厚さに応じて表
面波の波長を変更する必要があるが、受信探触子２００で超音波振動による表面波を検出する本発明の実施形態では、ハンマー打撃などに比べて、周波数の制御が容易かつ自在であるので、測定したいコンクリート構造物の厚さに相応しい周波数の波を用いて、適切な圧縮強度測定を実施することができる。
【００６３】
なお、本発明によれば、送信探触子１００の超音波振動で、多波数の表面波超音波を印加することで、波のエネルギーが大きくすることができ、かつ、距離減衰も小さくすることができる。さらに、距離減衰よる周波数変化への影響が小さいため、より広範囲の測定が可能となる。また、本発明によれば、センサの配置、距離、数、入射周波数などのパラメーターを考慮し、画像化もできる測定装置を製作することで簡単に平面方向と厚さ方向の圧縮強度を一気に推定できる。
【００６４】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。図９は本発明の他の実施形態に係る圧縮強度測定方法を実施するための構成の概略を示す図である。図９において、送信探触子１００の１０１は送信探触子の本体部、１０２はモード変換部材を示しており、受信探触子２００の２０１は受信探触子の本体部、２０２はモード変換部材を示している。
【００６５】
本実施形態においては、送信探触子１００の送信探触子本体部１０１にモード変換部材１０２を設けることによって、コンクリート構造物１０に付与する振動を垂直方向から与えるのではなく、図示するようなモード変換部材１０２を介してコンクリート構造物１０に振動を斜角で入射させるようにしている。なお、このモード変換部材１０２としては、ゴムなどの弾性材料や粘度などの粘性材料が用いられる。このようなモード変換部材１０２を用い、かつ振動の入射角度を、縦波臨界角と横波臨界角より大きく設定すれば、送信探触子本体部１０１の振動を表面波の形態でコンクリート構造物１０に付与することが可能となる。このとき、理論的にはコンクリート構造物１０中には縦波と横波が発生することがないので、送信探触子本体部１０１からの振動は効率的にコンクリート構造物１０に表面波として入力されることとなる。
【００６６】
また、受信探触子２００にもモード変換部材２０２が設けられており、これによれば表面波を効率的に受信探触子本体部２０１に入力することが可能となる。なお、受信探触子２００側にモード変換部材２０２を設けることは必須の構成ではなく、これまで説明した実施形態と同様の受信探触子２００を用いることもできる。図１０は、先の実施形態と同様の受信探触子２００を用いた構成の概略を示す図である。
【００６７】
図９に示す実施形態でも、図２で説明した工程と同様の工程によって圧縮強度を求めるものである。伝搬速度を求める際に、本実施形態のようにモード変換部材１０２が設けられた送信探触子１００を用いることで、これまで説明した実施形態と同様の効果の他に、コンクリートの厚さ方向での縦波による多重反射が発生することがないし、また、縦波から表面波へのモード変換も生じないので、伝播速度の測定精度が向上し、この伝播速度から求められる圧縮強度の推定精度も向上する。
【００６８】
次に、本発明の実施例について説明する。図１１は本発明の圧縮強度測定方法によって測定を行った結果を示す図である。図１で説明した実施形態、図８で説明した実施形態、図９で説明した実施形態の３つの方法により、それぞれ伝搬速度を求めた。また、それぞれの伝搬速度を、透過法で測定した縦波の伝搬速度（４４２４ｍ／ｓ）を基準として、どの程度の差異が生じたかを求めた。送信探触子１００と位置Ａの間の距離Ｌ０は、２００ｍｍとした。実施例を測定するための系においては、従来の表面法による測定では、結果を得ることができなかったが、本実施形態による方法によれば、いずれの実施形態でも高い感度と、精度で測定結果を得ることができ、本発明の有効性が実証された。
【００６９】
なお、以上、種々の実施形態について説明したが、任意の実施形態を適宜組み合わせて構成される実施形態についても本発明の範疇となるものである。
【符号の説明】
【００７０】
１０・・・コンクリート構造物、１００・・・送信探触子、１０１・・・送信探触子本体部、１０２・・・モード変換部材、２００・・・受信探触子、２０１・・・受信探触子の本体部、２０２・・・モード変換部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート構造物の圧縮強度を非破壊で測定するコンクリート構造物の圧縮強度測定方法及び圧縮強度測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、コンクリート構造物の圧縮強度を非破壊で測定する方法としては、反発硬度法、超音波法、衝撃弾性波法などの手法が知られている。
【０００３】
反発硬度法は、テストハンマーを用いてコンクリートの表面を打撃し、その反発硬度より圧縮強度を推定（測定）する方法である。この方法では、簡単ではあるが、表層部のコンクリートの圧縮強度しか測定できない。また打撃した箇所の表面状況に影響されやすく精度も問題がある。
【０００４】
また、超音波法は、コンクリートの圧縮強度が高いほど、弾性波の伝播速度が速くなるとの原理を利用した方法であり、この超音波法を実際のコンクリート構造物に適用する上では次の透過法、表面法の２つが知られている。
【０００５】
透過法は、図１２に示すように、測定対象のコンクリートの一面側に設置した送信探触子から超音波パルスを発信し、この超音波パルスをコンクリート中に透過させて、超音波パルスが対向側に設置した受信探触子に到達するまでの所要時間と両探触子間の距離を測定して伝播速度を求め、この伝播速度から圧縮強度を推定する方法である。
【０００６】
表面法は、図１３に示すように、測定対象のコンクリートの一面側に、送信探触子及び受信探触子の双方を設置して、送信探触子で発信した超音波パルスを、受信探触子で受信することによって、測定を行う方法である。
【０００７】
衝撃弾性波法は、図１４に示すように、ハンマーなどを用いて測定対象のコンクリート表面を打撃し、衝撃弾性波を発生させ、２つセンサを用いて、衝撃弾性波が通過する時間差とセンサ間の距離を用いて伝播速度を求め、この伝播速度からコンクリートの圧縮強度を推定する方法である。この衝撃弾性波法については、例えば特許文献１（特開２００１−１２９３３号公報）に開示されている。
【特許文献１】特開２００１−１２９３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
超音波を用いた上記の透過法では、縦波の伝搬速度を正しく測定できるが、コンクリートの両端部に探触子を設置する必要があるため、使用できる場所が限定されている。
【０００９】
また、超音波を用いた上記の表面法では、送受信探触子のコンクリートの設置面はある程度の広さを有しているために、当該設置面における発信位置と受信位置のピンポイント的な位置を特定することができず、測定により得られた伝播速度の精度が問題ある。また、一般的に測定においては、周波数が５００ｋＨｚの超音波パルスを使用するが、この周波数の超音波パルスは減衰が大きいため送受信探触子間の距離を短くする必要があり、局部的な伝播速度しか測定することができず、そこから推定される圧縮強度はあくまで局所的な情報に基づくものとなってしまう。また、コンクリート表面から浅い位置、すなわちコンクリート表層部の伝播速度しか測定できず、測定により推定されるコンクリートの圧縮強度も表層部の情報に基づく圧縮強度でしかない。
【００１０】
また、上記した衝撃弾性波法においては、コンクリート表面をハンマー打撃することで、表面波のほかに、縦波も発生する、この縦波は、コンクリートの厚さ方向に多重反射する（図１４）。またこのような多重反射した縦波は、表面波にモード変換したりもするので、結局、センサで検出した波は、単純な表面波ではなく、多重反射の縦波とモード変換した表面波が混在することになり、伝播速度の計算に使う初動時間のスタットポイントの判断は困難になることで、伝播速度の測定精度が悪くなり、それを伴ったコンクリートの圧縮強度の推定精度も低下する。
【００１１】
ハンマー打撃で発生する表面波（レイリー波）は、２０ｋＨｚ以下の低周波数であり、これを波長で換算すると、約１００ｍｍ（表面波速度は２０００ｍ／ｓと仮定）以上となり、厚さ１００ｍｍ以下のものは、測定困難になることがある。
【００１２】
厚さ方向の圧縮強度を計測するには、測定対象コンクリートの厚さに応じて表面波の波長を変更する必要がある。しかし、ハンマーなど打撃することは、周波数の制御がとても困難である。計測したい測定対象の厚さに相応しい衝撃弾性波を作るのは、簡単ではない。
【００１３】
衝撃弾性波法においては、測定精度を上げるため複数回測定を行った結果を加算平均するのが一般であるが、人の手によって衝撃を与えるため、ハンマーの打つ速度、力、打つ場所などは一定とすることができず、波形、初動時間など関係性なく、データの有効性を判断するのは難しく、精度の保証も困難である。
【００１４】
また、この衝撃弾性波法においても、受信用の振動センサの設置面にある程度の広さがあるため、ピンポイント的な受信点の特定を行うことができず、測定精度の点で問題がある。また衝撃弾性波法では、コンクリートの振動だけではなく測定環境周囲の音による振動も受信してしまう可能性があり、測定環境の制限がある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この発明は、上記課題を解決するものであって、請求項１に係る発明は、測定対象となるコンクリート構造物の所定面における所定位置に送信探触子を設置する工程と、前記所定面における前記所定位置から所定距離離れた第１位置に受信探触子を設置する工程と、前記送信探触子で超音波振動を発生させる工程と、前記受信探触子で前記振動に基づく波を検出し前記振動が到達する第１時間を測定する工程と、前記所定面における前記第１位置から第１距離離れた第２位置に前記受信探触子を設置する工程と、前記送信探触子で超音波振動を発生させる工程と、前記受信探触子で前記振動に基づく波を検出し前記振動が到達する第２時間を測定する工程と、前記第１時間と前記第２時間と前記第１距離とから前記振動に基づく波の伝搬速度を算出する工程と、前記伝搬速度から前記コンクリート構造物の圧縮強度を求める工程と、からなることを特徴とする圧縮強度測定方法である。
【００１６】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の圧縮強度測定方法において、前記波が縦波であることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項３に係る発明は、請求項１に記載の圧縮強度測定方法において、前記波が表面波であることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項４に係る発明は、測定対象となるコンクリート構造物の所定面における所定位置にモード変換部材付き送信探触子を設置する工程と、前記所定面における前記所定位置から所定距離離れた第１位置に受信探触子を設置する工程と、前記送信探触子で超音波振動を発生させる工程と、前記受信探触子で前記振動に基づく表面波を検出し前記振動
が到達する第１時間を測定する工程と、前記所定面における前記第１位置から第１距離離れた第２位置に前記受信探触子を設置する工程と、前記送信探触子で超音波振動を発生させる工程と、前記受信探触子で前記振動に基づく表面波を検出し前記振動が到達する第２時間を測定する工程と、前記第１時間と前記第２時間と前記第１距離とから前記振動に基づく表面波の伝搬速度を算出する工程と、前記伝搬速度から前記コンクリート構造物の圧縮強度を求める工程と、からなることを特徴とする圧縮強度測定方法である。
【００１９】
また、請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の方法により圧縮強度を求めることを特徴とする圧縮強度測定装置である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の圧縮強度測定方法及びその方法を用いた圧縮強度測定装置によれば、測定対象となるコンクリート構造物の一つの所定面に送信探触子と受信探触子の双方を設置して測定を行うために、所定面と対向する面に探触子を設置できないような場所での測定も行うことが可能となる。
【００２１】
また、本発明の圧縮強度測定方法及びその方法を用いた圧縮強度測定装置によれば、第１位置で測定される第１時間と、第２位置で測定される第２時間の差分と、差分として正確に測定が可能な第１位置と第２位置との間の距離である第１距離とに基づいて、波の伝搬速度を算出し、この伝搬速度から圧縮強度を求めるので、精度高く圧縮強度を求めることが可能となる。
【００２２】
また、受信探触子で超音波振動による表面波を検出する本発明の実施形態では、２０ｋＨｚより高い表面波で測定を行うこととなるが、これは波長換算で約１００ｍｍ以下に相当するので、厚さ１００ｍｍ以下のコンクリート構造物の圧縮強度測定も実施可能となる。
【００２３】
また、受信探触子で超音波振動による波を検出する本発明の実施形態では、人手によるハンマー打撃などに比べて、コンクリート構造物に正確な振動を与えることができるので、測定精度も向上する。
【００２４】
また、受信探触子で表面波を検出する本発明の実施形態では、表面波のエネルギーや振幅は縦波より大きいために、送受信探触子間の距離を比較的長く設定することができ、比較的広範囲での伝搬速度の測定を行うことができるので、広範囲の情報に基づく圧縮強度を求めることが可能となる。
【００２５】
また、受信探触子で超音波振動による表面波を検出する本発明の実施形態では、測定環境周囲の音による振動も受信する可能性が低く、多様な測定環境に対応することができる。
【００２６】
また、受信探触子で表面波を検出する本発明の実施形態では、コンクリート構造物表面から比較的深い位置の伝播速度を測定することができ、測定により推定されるコンクリートの圧縮強度は、比較的深い位置での情報に基づく圧縮強度を求めることが可能となる。
【００２７】
また、厚さ方向の圧縮強度を測定するには、測定対象コンクリートの厚さに応じて表面波の波長を変更する必要があるが、受信探触子で超音波振動による表面波を検出する本発明の実施形態では、ハンマー打撃などに比べて、周波数の制御が容易かつ自在であるので、測定したいコンクリート構造物の厚さに相応しい周波数の波を用いて、適切な圧縮強度測定を実施することができる。
【００２８】
また、モード変換部材付き送信探触子で振動を発生させて、受信探触子で表面波を検出する本発明の実施形態では、コンクリートの厚さ方向での縦波の多重反射が発生することがないし、また、縦波から表面波へのモード変換も生じないので、伝播速度の測定精度が向上し、この伝播速度から求められる圧縮強度の推定精度も向上する。
【００２９】
本発明によれば、送信探触子の超音波振動で、多波数の表面波超音波を印加することで、波のエネルギーが大きくすることができ、かつ、距離減衰も小さくすることができる。さらに、距離減衰よる周波数変化への影響が小さいため、より広範囲の測定が可能となる。また、本発明によれば、センサの配置、距離、数、入射周波数などのパラメーターを考慮し、画像化もできる測定装置を製作することで簡単に平面方向と厚さ方向の圧縮強度を一気に推定できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態に係る圧縮強度測定方法を実施するための構成の概略を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る圧縮強度測定方法を実施する場合の工程例を示す図である。
【図３】コンクリート構造物における伝搬速度と圧縮強度との関係を示す図である。
【図４】伝搬速度と圧縮強度との関係を求めるための第１の方法を示す図である。
【図５】伝搬速度と圧縮強度との関係を求めるための第２の方法を示す図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る圧縮強度測定方法を実施するための構成の概略を示す図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る圧縮強度測定方法を実施する場合の工程例を示す図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係る圧縮強度測定方法を実施するための構成の概略を示す図である。
【図９】本発明の他の実施形態に係る圧縮強度測定方法を実施するための構成の概略を示す図である。
【図１０】本発明の他の実施形態に係る圧縮強度測定方法を実施するための構成の概略を示す図である。
【図１１】本発明の圧縮強度測定方法によって測定を行った結果を示す図である。
【図１２】従来の圧縮強度測定方法を実施するための構成の概略を示す図である。
【図１３】従来の圧縮強度測定方法を実施するための構成の概略を示す図である。
【図１４】従来の圧縮強度測定方法を実施するための構成の概略を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施形態に係る圧縮強度測定方法を実施するための構成の概略を示す図であり、図２は本発明の実施形態に係る圧縮強度測定方法を実施する場合の工程例を示す図である。図１において、１０は圧縮強度を測定する対象となるコンクリート構造物を示しており、１００はこのコンクリート構造物１０に超音波振動を与える送信探触子であり、２００はコンクリート構造物の超音波振動を検出する受信探触子である。本実施形態では、送信探触子１００がコンクリート構造物１０に与える振動は２０ｋＨｚより高い超音波振動が用いられる。送信探触子１００の振動の周波数としては２０ｋＨｚより高ければ任意の周波数を用いることができるが、数１０ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚの周波数帯が発明を実現する上で現実的な周波数である。また、受信探触子２００としては、数１０ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚの周波数帯の振動を受信するセンサであればどのようなものを用いてもよい。なお、上記のような送信探触子１００及び受信探触子２００としては、いずれも従来周知のものを利用することができる。
【００３２】
図２を参照しつつ、本発明の実施形態に係る圧縮強度測定方法による圧縮強度の測定工程について説明する。なお、以下において説明する本発明の圧縮強度測定方法は当業者であれば圧縮強度測定装置として装置化することができるものであり、本発明はこのような装置までを包含するものである。
【００３３】
図２において、ステップＳ１００では、コンクリート構造物１０の所定の一面における位置Ｏに送信探触子１００を設置する。
【００３４】
次に、ステップＳ１０１では、位置Ｏから所定距離離れた位置Ａに受信探触子２００を設置する。なお、この間の距離Ｌ０は測定することは可能であるが、送信探触子１００と受信探触子２００のコンクリート構造物１０の設置面はある程度の広さを有しているために、当該設置面における発信位置と受信位置のピンポイント的な位置を特定することができず、測定により得られた伝播速度の精度が問題あるので、本発明においては距離Ｌ０を用いての伝搬速度の算出を行わない。
【００３５】
次のステップＳ１０２で、送信探触子１００で超音波振動を発生させて、この振動が受信探触子２００に到達するまでの時間（ｔ1）の測定を行う。なお、本実施形態では、受
信探触子２００はコンクリート構造物１０中を縦波として伝搬した波の到達時間（ｔ1）
を検出している。
【００３６】
続くステップＳ１０３では、位置ＡからＬ１離れた位置Ｂに受信探触子２００を設置する。
【００３７】
そして、ステップＳ１０４で、送信探触子１００で超音波振動を発生させて、この振動が受信探触子２００に到達するまでの時間（ｔ2）の測定を行う。このときも、受信探触
子２００は縦波として伝搬した波の到達時間（ｔ2）を検出を行う。
【００３８】
ステップＳ１０５では、縦波のコンクリート構造物１０中の伝搬速度ＶをＬ１／（ｔ2
−ｔ1）により算出する。
【００３９】
そしてステップＳ１０６では、この伝搬速度Ｖから圧縮強度Ｆを推定する。この推定には図３に示す伝搬速度と圧縮強度の相関図を用いる。
【００４０】
上記のような圧縮強度測定方法によれば、測定対象となるコンクリート構造物の一つの所定面に送信探触子１００と受信探触子２００の双方を設置して測定を行うために、所定面と対向する面に探触子を設置できないような場所での測定も行うことが可能となる。
【００４１】
また、上記のような圧縮強度測定方法によれば、第１位置Ａ測定される到達時間（ｔ1
）と、第２位置Ｂで測定される到達時間（ｔ2）の差分と、差分として正確に測定が可能
な第１位置Ａと第２位置Ｂとの間の距離である距離Ｌ１とに基づいて、波の伝搬速度ＶをＬ１／（ｔ2−ｔ1）によって算出し、この伝搬速度Ｖから圧縮強度Ｆを求めるので、精度高く圧縮強度を求めることが可能となる。
【００４２】
また、受信探触子で表面波を検出する本発明の実施形態では、表面波のエネルギーや振幅は縦波より大きいために、送受信探触子間の距離を比較的長く設定することができ、比較的広範囲での播速度の測定を行うことができるので、広範囲の情報に基づく圧縮強度を求めることが可能となる。
【００４３】
また、上記のような圧縮強度測定方法では、送信探触子１００がコンクリート構造物１０に与える振動は２０ｋＨｚより高い超音波振動が用いられるが、これは波長換算で約１
００ｍｍ以下に相当するので、厚さ１００ｍｍ以下のコンクリート構造物の圧縮強度測定も実施可能となる。
【００４４】
また、上記のような圧縮強度測定方法では、送信探触子１００で超音波振動を発生させるため、人手によるハンマー打撃などに比べて、コンクリート構造物に正確な振動を与えることができるので、測定精度も向上する。
【００４５】
ここで、伝搬速度と圧縮強度の相関図の導出方法について説明する。図３はコンクリート構造物における伝搬速度と圧縮強度との関係を示す図である。図３において、点で示されるものが伝搬速度と圧縮強度の実測値であり、これらの実測値の点に基づいてフィッティングを行ったものが図中の直線である。本発明に係る圧縮強度測定方法では、図３に示すような伝搬速度と圧縮強度の関係図を予め用意しておき、この関係図から圧縮強度を求めるものであるが、このような関係図を求める方法としては次に示す第１及び第２の２通りの方法がある。
【００４６】
図４は伝搬速度と圧縮強度との関係を求めるための第１の方法を示す図である。この方法では、ブロック形状のコンクリート構造物１０と、このコンクリート構造物１０と全く同じ条件（配合、骨材、養生法など）で作製されたテストピース１０’を準備する。そして図４（Ａ）に示すように、ブロック形状のコンクリート構造物を用いて本発明の方法により伝搬速度測定を求め、さらに図４（Ｂ）に示すように、当該コンクリート構造物と同条件で作製されたテストピース１０’で破壊試験による圧縮強度測定を行い、圧縮強度値を求めて、これにより図３中の実測点を得るようにする。
【００４７】
一方、図５は伝搬速度と圧縮強度との関係を求めるための第２の方法を示す図である。この方法では、伝搬速度測定及び圧縮強度測定の両方に同じテストピース１０を用いる。図５（Ａ）に示すように、テストピース１０の一面側に設置した送信探触子１００から超音波パルスを発信し、この超音波パルスをコンクリート中に透過させて、超音波パルスが対向側に設置した受信探触子２００に到達するまでの所要時間によって伝播速度を求め、さらに図５（Ｂ）に示すように、伝播速度測定で用いたテストピースと同じテストピースで破壊試験による圧縮強度測定を行い、圧縮強度値を求めて、これにより図３中の実測点を得るようにする。なお、図４、図５のいずれの場合でもテストピースとしては、１０ｃｍ×２０ｃｍの円柱試験体を用いている。
【００４８】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。図６は本発明の他の実施形態に係る圧縮強度測定方法を実施するための構成の概略を示す図であり、図７は本発明の他の実施形態に係る圧縮強度測定方法を実施する場合の工程例を示す図である。
【００４９】
先の実施形態においては、測定のために受信探触子２００を設置した位置をＡ、Ｂの２箇所としたが、本実施形態では、受信探触子２００の設置位置をＡ、Ｂ、Ｃの３箇所としている。なお、この実施形態では、３箇所としているが、本発明の圧縮強度測定方法では４以上の受信探触子２００の設置位置で測定を行うようにしてもよい。図６において、図１と同様の参照符号が付された構成については同様の構成を示しているので、説明を省略する。
【００５０】
図７を参照しつつ、本発明の実施形態に係る圧縮強度測定方法による圧縮強度の測定工程について説明する。図７において、ステップＳ２００では、位置Ｏから所定距離離れた位置Ａに受信探触子２００を設置する。
【００５１】
続く、ステップＳ２０１では、位置Ｏから所定距離離れた位置Ａに受信探触子２００を設置する。
【００５２】
ステップＳ２０２では、送信探触子１００で超音波振動を発生させて、この振動が受信探触子２００に到達するまでの時間（ｔ1）の測定を行う。なお、本実施形態では、受信
探触子２００はコンクリート構造物１０中を縦波として伝搬した波の到達時間（ｔ1）を
検出している。
【００５３】
ステップＳ２０３では、位置ＡからＬ１離れた位置Ｂに受信探触子２００を設置する。そして、ステップＳ２０４で、送信探触子１００で超音波振動を発生させて、この振動が受信探触子２００に到達するまでの時間（ｔ2）の測定を行う。
【００５４】
ステップＳ２０５では、位置ＢからＬ２離れた位置Ｃに受信探触子２００を設置する。そして、ステップＳ２０６で、送信探触子１００で超音波振動を発生させて、この振動が受信探触子２００に到達するまでの時間（ｔ3）の測定を行う。
【００５５】
ステップＳ２０７では、位置Ａ及び位置Ｂのデータに基づく伝搬速度Ｖ1をＬ１／（ｔ2−ｔ1）により算出し、ステップＳ２０８では、位置Ｂ及び位置Ｃのデータに基づくコン
クリート構造物１０中の波の伝搬速度Ｖ2をＬ２／（ｔ3−ｔ2）により算出し、ステップ
Ｓ２０９で、伝搬速度の平均値ＶをＶ＝（Ｖ1＋Ｖ2）／２により算出する。
【００５６】
ステップＳ２１０では、この伝搬速度Ｖから圧縮強度Ｆを推定する。この推定には図３に示す伝搬速度と圧縮強度の相関図を用いる。
【００５７】
以上のような実施形態によれば、先の実施形態と同様の効果に加えて、受信探触子２００を複数位置に設置し複数回データを取得するので、より精度の高い圧縮強度を求めることができる、という効果を奏するものである。
【００５８】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。図８は本発明の他の実施形態に係る圧縮強度測定方法を実施するための構成の概略を示す図である。図１及び図２で説明した実施形態では、受信探触子２００が縦波を検出して縦波の伝搬速度を求めるようにしていたが、図８に示す実施形態では、受信探触子２００は表面波の検出を行い表面波の伝搬速度を求めるようにしている。なお、本実施形態の圧縮強度測定方法でも、図２で説明した工程と同様の工程によって圧縮強度を求めるものである。伝搬速度を求める際に、本実施形態のように表面波を用いることで、先の実施形態と同様の効果の他に以下のような効果を奏することができるものである。
【００５９】
まず、周波数５００ｋＨｚの表面波のエネルギーや振幅は縦波より大きいために、表面波を用いる圧縮強度測定方法によれば、送信探触子１００及び受信探触子２００の間の距離を比較的長く設定することができ、比較的広範囲での伝搬速度の測定を行うことができるので、広範囲の情報に基づく圧縮強度を求めることが可能となる。
【００６０】
また、受信探触子２００で超音波振動による表面波を検出する本発明の実施形態では、測定環境周囲の音による振動も受信する可能性が低く、多様な測定環境に対応することができる。
【００６１】
また、受信探触子２００で表面波を検出する本発明の実施形態では、コンクリート構造物１０表面から比較的深い位置の伝播速度を測定することができ、測定により推定されるコンクリートの圧縮強度は、比較的深い位置での情報に基づく圧縮強度を求めることが可能となる。
【００６２】
さらに、厚さ方向の圧縮強度を測定するには、測定対象コンクリートの厚さに応じて表
面波の波長を変更する必要があるが、受信探触子２００で超音波振動による表面波を検出する本発明の実施形態では、ハンマー打撃などに比べて、周波数の制御が容易かつ自在であるので、測定したいコンクリート構造物の厚さに相応しい周波数の波を用いて、適切な圧縮強度測定を実施することができる。
【００６３】
なお、本発明によれば、送信探触子１００の超音波振動で、多波数の表面波超音波を印加することで、波のエネルギーが大きくすることができ、かつ、距離減衰も小さくすることができる。さらに、距離減衰よる周波数変化への影響が小さいため、より広範囲の測定が可能となる。また、本発明によれば、センサの配置、距離、数、入射周波数などのパラメーターを考慮し、画像化もできる測定装置を製作することで簡単に平面方向と厚さ方向の圧縮強度を一気に推定できる。
【００６４】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。図９は本発明の他の実施形態に係る圧縮強度測定方法を実施するための構成の概略を示す図である。図９において、送信探触子１００の１０１は送信探触子の本体部、１０２はモード変換部材を示しており、受信探触子２００の２０１は受信探触子の本体部、２０２はモード変換部材を示している。
【００６５】
本実施形態においては、送信探触子１００の送信探触子本体部１０１にモード変換部材１０２を設けることによって、コンクリート構造物１０に付与する振動を垂直方向から与えるのではなく、図示するようなモード変換部材１０２を介してコンクリート構造物１０に振動を斜角で入射させるようにしている。なお、このモード変換部材１０２としては、ゴムなどの弾性材料や粘度などの粘性材料が用いられる。このようなモード変換部材１０２を用い、かつ振動の入射角度を、縦波臨界角と横波臨界角より大きく設定すれば、送信探触子本体部１０１の振動を表面波の形態でコンクリート構造物１０に付与することが可能となる。このとき、理論的にはコンクリート構造物１０中には縦波と横波が発生することがないので、送信探触子本体部１０１からの振動は効率的にコンクリート構造物１０に表面波として入力されることとなる。
【００６６】
また、受信探触子２００にもモード変換部材２０２が設けられており、これによれば表面波を効率的に受信探触子本体部２０１に入力することが可能となる。なお、受信探触子２００側にモード変換部材２０２を設けることは必須の構成ではなく、これまで説明した実施形態と同様の受信探触子２００を用いることもできる。図１０は、先の実施形態と同様の受信探触子２００を用いた構成の概略を示す図である。
【００６７】
図９に示す実施形態でも、図２で説明した工程と同様の工程によって圧縮強度を求めるものである。伝搬速度を求める際に、本実施形態のようにモード変換部材１０２が設けられた送信探触子１００を用いることで、これまで説明した実施形態と同様の効果の他に、コンクリートの厚さ方向での縦波による多重反射が発生することがないし、また、縦波から表面波へのモード変換も生じないので、伝播速度の測定精度が向上し、この伝播速度から求められる圧縮強度の推定精度も向上する。
【００６８】
次に、本発明の実施例について説明する。図１１は本発明の圧縮強度測定方法によって測定を行った結果を示す図である。図１で説明した実施形態、図８で説明した実施形態、図９で説明した実施形態の３つの方法により、それぞれ伝搬速度を求めた。また、それぞれの伝搬速度を、透過法で測定した縦波の伝搬速度（４４２４ｍ／ｓ）を基準として、どの程度の差異が生じたかを求めた。送信探触子１００と位置Ａの間の距離Ｌ０は、２００ｍｍとした。実施例を測定するための系においては、従来の表面法による測定では、結果を得ることができなかったが、本実施形態による方法によれば、いずれの実施形態でも高い感度と、精度で測定結果を得ることができ、本発明の有効性が実証された。
【００６９】
なお、以上、種々の実施形態について説明したが、任意の実施形態を適宜組み合わせて構成される実施形態についても本発明の範疇となるものである。
【符号の説明】
【００７０】
１０・・・コンクリート構造物、１００・・・送信探触子、１０１・・・送信探触子本体部、１０２・・・モード変換部材、２００・・・受信探触子、２０１・・・受信探触子の本体部、２０２・・・モード変換部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象となるコンクリート構造物の所定面における所定位置に送信探触子を設置する工程と、
前記所定面における前記所定位置から所定距離離れた第１位置に受信探触子を設置する工程と、
前記送信探触子で超音波振動を発生させる工程と、
前記受信探触子で前記振動に基づく波を検出し前記振動が到達する第１時間を測定する工程と、
前記所定面における前記第１位置から第１距離離れた第２位置に前記受信探触子を設置する工程と、
前記送信探触子で超音波振動を発生させる工程と、
前記受信探触子で前記振動に基づく波を検出し前記振動が到達する第２時間を測定する工程と、
前記第１時間と前記第２時間と前記第１距離とから前記振動に基づく波の伝搬速度を算出する工程と、
前記伝搬速度から前記コンクリート構造物の圧縮強度を求める工程と、からなることを特徴とする圧縮強度測定方法。
【請求項２】
前記波が縦波であることを特徴とする請求項１に記載の圧縮強度測定方法。
【請求項３】
前記波が表面波であることを特徴とする請求項１に記載の圧縮強度測定方法。
【請求項４】
測定対象となるコンクリート構造物の所定面における所定位置にモード変換部材付き送信探触子を設置する工程と、
前記所定面における前記所定位置から所定距離離れた第１位置に受信探触子を設置する工程と、
前記送信探触子で超音波振動を発生させる工程と、
前記受信探触子で前記振動に基づく表面波を検出し前記振動が到達する第１時間を測定する工程と、
前記所定面における前記第１位置から第１距離離れた第２位置に前記受信探触子を設置する工程と、
前記送信探触子で超音波振動を発生させる工程と、
前記受信探触子で前記振動に基づく表面波を検出し前記振動が到達する第２時間を測定する工程と、
前記第１時間と前記第２時間と前記第１距離とから前記振動に基づく表面波の伝搬速度を算出する工程と、
前記伝搬速度から前記コンクリート構造物の圧縮強度を求める工程と、からなることを特徴とする圧縮強度測定方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の方法により圧縮強度を求めることを特徴とする圧縮強度測定装置。
【請求項１】
測定対象となるコンクリート構造物の所定面における所定位置に送信探触子を設置する工程と、
前記所定面における前記所定位置から所定距離離れた第１位置に受信探触子を設置する工程と、
前記送信探触子で超音波振動を発生させる工程と、
前記受信探触子で前記振動に基づく波を検出し前記振動が到達する第１時間を測定する工程と、
前記所定面における前記第１位置から第１距離離れた第２位置に前記受信探触子を設置する工程と、
前記送信探触子で超音波振動を発生させる工程と、
前記受信探触子で前記振動に基づく波を検出し前記振動が到達する第２時間を測定する工程と、
前記第１時間と前記第２時間と前記第１距離とから前記振動に基づく波の伝搬速度を算出する工程と、
前記伝搬速度から前記コンクリート構造物の圧縮強度を求める工程と、からなることを特徴とする圧縮強度測定方法。
【請求項２】
前記波が縦波であることを特徴とする請求項１に記載の圧縮強度測定方法。
【請求項３】
前記波が表面波であることを特徴とする請求項１に記載の圧縮強度測定方法。
【請求項４】
測定対象となるコンクリート構造物の所定面における所定位置にモード変換部材付き送信探触子を設置する工程と、
前記所定面における前記所定位置から所定距離離れた第１位置に受信探触子を設置する工程と、
前記送信探触子で超音波振動を発生させる工程と、
前記受信探触子で前記振動に基づく表面波を検出し前記振動が到達する第１時間を測定する工程と、
前記所定面における前記第１位置から第１距離離れた第２位置に前記受信探触子を設置する工程と、
前記送信探触子で超音波振動を発生させる工程と、
前記受信探触子で前記振動に基づく表面波を検出し前記振動が到達する第２時間を測定する工程と、
前記第１時間と前記第２時間と前記第１距離とから前記振動に基づく表面波の伝搬速度を算出する工程と、
前記伝搬速度から前記コンクリート構造物の圧縮強度を求める工程と、からなることを特徴とする圧縮強度測定方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の方法により圧縮強度を求めることを特徴とする圧縮強度測定装置。
【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】
【公開番号】特開２０１０−１６９４９４（Ｐ２０１０−１６９４９４Ａ）
【公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１４９８（Ｐ２００９−１１４９８）
【出願日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【Ｆターム（参考）】
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