JP2011033390A

JP2011033390A - Method of evaluating degree of chemical deterioration of concrete

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Publication number: JP2011033390A
Application number: JP2009177730A
Authority: JP
Inventors: Hiroo Inoue; 浩男井上; Kazuaki Ezawa; 一明江澤; Masakazu Sakai; 正和酒井; Koichi Sato; 功一佐藤; Takayuki Shibuya; 孝幸澁谷; Yuzuru Hamada; 譲濱田; Masayoshi Ichikawa; 聖芳市川
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2009-07-30
Filing date: 2009-07-30
Publication date: 2011-02-17
Anticipated expiration: 2029-07-30
Also published as: JP5583934B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of evaluating the degree of chemical deterioration of concrete. <P>SOLUTION: In the method of evaluating the degree of chemical deterioration of concrete using absorbance of terahertz waves applied to concrete 12, a pair of boring holes 14 is formed in the concrete 12; the terahertz waves are introduced to a prescribed depth position of one boring hole 14a by a first optical fiber 42; the terahertz waves are applied toward the other boring hole 14b, transmission waves of the terahertz waves are detected, to calculate the absorbance via a second optical fiber 46 introduced to the other boring hole 14b; and the absorbance is compared with that of concrete having the same composition as that of the concrete 12 and a known degree of deterioration. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、コンクリートの化学的な劣化度の評価方法に関し、特に現場で検査対象のコンクリートの劣化度を評価する方法に関する。 The present invention relates to a method for evaluating the degree of chemical deterioration of concrete, and more particularly to a method for evaluating the degree of deterioration of concrete to be inspected in the field.

トンネル、橋、堤防、建築物等のコンクリートからなる構造物では、種々の検査を行って劣化した部分を特定し、その劣化した部位を補修することによって維持管理されている。検査の態様としては、コンクリートの浮き、剥離、ヒビ割れなどの物理的な劣化状態の検査と、コンクリート構造物の中性化、塩害などの化学的な劣化状態の検査がある。物理的な劣化状態の検査には超音波法、レーダー法、赤外線法、Ｘ線法、打音法などが用いられる。また、化学的な劣化状態の検査は、コンクリート構造物にボーリングなどを行って当該構造物によりサンプルを採取し、その採取したサンプルを分析する方法や、サンプルに対して試薬などを用い、その反応を調べる方法が提案されている。ここで、化学的な劣化とは、コンクリートの中性化、塩害が挙げられる。中性化に対する検査方法としては、フェノールフタレイン法、示差熱重量分析法、Ｘ線回折装置及びＸ線マイクロアナライザ装置（ＥＰＭＡ）による分析方法が挙げられる。また塩害に対する検査方法としては、硬化コンクリート中に含まれる全塩分の簡易分析方法（ＪＣＣＩ−ＳＣ５）、硬化コンクリート中に含まれる塩分の分析方法（ＪＣＩ−ＳＣ４）が挙げられる。 Structures made of concrete, such as tunnels, bridges, dikes, buildings, etc., are maintained and managed by performing various inspections to identify deteriorated parts and repairing the deteriorated parts. As an inspection mode, there are an inspection of a physical deterioration state such as concrete floating, peeling and cracking, and an inspection of a chemical deterioration state such as neutralization and salt damage of a concrete structure. For the inspection of the physical deterioration state, an ultrasonic method, a radar method, an infrared method, an X-ray method, a sounding method, or the like is used. In addition, the chemical deterioration state is inspected by drilling a concrete structure, collecting a sample from the structure, analyzing the collected sample, and using a reagent or the like on the sample. A method to investigate is proposed. Here, chemical deterioration includes neutralization of concrete and salt damage. Examples of the inspection method for neutralization include an analysis method using a phenolphthalein method, differential thermogravimetry, an X-ray diffractometer, and an X-ray microanalyzer (EPMA). Examples of the inspection method for salt damage include a simple analysis method (JCCI-SC5) of the total salt contained in the hardened concrete and an analysis method (JCI-SC4) of the salt contained in the hardened concrete.

ところが、このようにサンプルを採取する方法は、サンプル採取後、新たなコンクリートで埋め戻しても構造物にダメージを与える。また劣化が進行していない構造物に適用した場合、無意味な検査となって検査費用が増加するとともに、当該構造物にダメージを与える。さらに劣化が進行している構造物であっても一般には部位によって劣化の進行度が異なるため、無作為にサンプルを収集することは必ずしも進行している部位をサンプリングしているとは限らず、検査としての正確性に欠けている、といった問題を有している。 However, the method of collecting the sample in this way damages the structure even if it is backfilled with new concrete after the sample is collected. Moreover, when it applies to the structure which has not progressed deterioration, it becomes a meaningless inspection and the inspection cost increases, and the structure is damaged. Furthermore, even in a structure where deterioration is progressing, the degree of progress of deterioration generally differs depending on the part, so collecting samples randomly does not necessarily sample the part that is progressing, There is a problem that the accuracy of inspection is lacking.

そのため、コンクリート構造物の化学的な劣化状態をサンプル採取せずに検出できる装置の開発が望まれており、特許文献１において、コンクリート構造物から反射する近赤外線の所定波長における吸光度に基づき、当該コンクリート構造物の劣化状態を検出可能な劣化検出装置が提案されている。特許文献１の発明は、中性化や塩害が進行したコンクリートと進行していないコンクリートの違いを、近赤外線の所定波長の吸光度の違いにより検出しようとするものである。 Therefore, development of an apparatus capable of detecting a chemical deterioration state of a concrete structure without taking a sample is desired. In Patent Document 1, based on the absorbance at a predetermined wavelength of near infrared light reflected from the concrete structure, A deterioration detection device capable of detecting the deterioration state of a concrete structure has been proposed. The invention of Patent Document 1 seeks to detect the difference between concrete that has undergone neutralization and salt damage and concrete that has not progressed by the difference in absorbance at a predetermined wavelength of near infrared rays.

特開２００５−２９１９８８１号公報JP 2005-2919881 A

しかし、赤外線以降の高い周波数帯域はコンクリート内部での分子・原子の振動エネルギーにより吸収されることが知られており、得られる情報はコンクリートの表面付近に限定され、コンクリート内部の化学的な劣化状態を評価することは困難である。
そこで本発明は、コンクリート内部の化学的劣化状態を検出可能なコンクリートの劣化度の評価方法を提供することを目的とする。 However, it is known that the high frequency band after infrared is absorbed by the vibration energy of molecules and atoms inside the concrete, and the information obtained is limited to the vicinity of the concrete surface, and the chemical degradation state inside the concrete Is difficult to evaluate.
Then, an object of this invention is to provide the evaluation method of the deterioration degree of concrete which can detect the chemical deterioration state inside concrete.

上記目的を達成するため、本発明に係るコンクリートの劣化度の評価方法は、第１には、コンクリートに照射されたテラヘルツ波の吸光度を用いたコンクリートの化学的な劣化度の評価方法であって、前記コンクリートに一対のボーリング孔を形成し、第１光ファイバにより一方のボーリング孔の所定の深さ位置まで前記テラヘルツ波を導入して他方のボーリング孔に向けて前記テラヘルツ波を照射し、前記他方のボーリング孔に導入された第２光ファイバを介して、前記テラヘルツ波の透過波を検出して前記吸光度を算出し、前記吸光度と、前記コンクリートと同一組成を有し劣化度が既知のコンクリートの吸光度と、を対比することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a concrete deterioration evaluation method according to the present invention is firstly a method for evaluating the chemical deterioration degree of concrete using the absorbance of terahertz waves irradiated on the concrete. Forming a pair of boring holes in the concrete, introducing the terahertz wave to a predetermined depth position of one boring hole by a first optical fiber, irradiating the terahertz wave toward the other boring hole, A second optical fiber introduced into the other boring hole is used to detect the transmitted wave of the terahertz wave to calculate the absorbance, and the concrete having the same composition as the absorbance and the degree of deterioration is known. It is characterized by contrasting the absorbance of.

第２には、コンクリートに照射されたテラヘルツ波の吸光度を用いたコンクリートの化学的な劣化度の評価方法であって、パルス状に生成されたテラヘルツ波を前記コンクリートに照射してその反射波を検出手段により検出して前記吸光度を算出し、前記吸光度と、前記コンクリートと同一組成を有し劣化度が既知のコンクリートの吸光度と、を対比するとともに、前記検出手段は、前記コンクリートの所定の深さ位置で反射された反射波が検出手段に到達する時刻に合わせて前記検出手段の開閉制御を行うことにより、前記反射波を選択的に検出することを特徴とする。 The second is a method for evaluating the degree of chemical degradation of concrete using the absorbance of terahertz waves irradiated on concrete, and the reflected waves are irradiated by irradiating the concrete with pulsed terahertz waves. The absorbance is calculated by detection by a detection means, and the absorbance is compared with the absorbance of concrete having the same composition as the concrete and having a known deterioration level, and the detection means has a predetermined depth of the concrete. The reflected wave is selectively detected by performing opening / closing control of the detecting means in accordance with the time when the reflected wave reflected at the vertical position reaches the detecting means.

第３には、コンクリートに照射されたテラヘルツ波の吸光度を用いたコンクリートの化学的な劣化度の評価方法であって、前記コンクリートにボーリング孔を形成し、第１光ファイバにより前記ボーリング孔の所定の深さ位置までパルス状に生成されたテラヘルツ光を導入して前記ボーリング孔の内壁に前記テラヘルツ光を照射し、その反射波を前記ボーリング孔に導入された第２光ファイバを介して検出手段により検出して前記吸光度を算出し、前記吸光度と、前記コンクリートと同一組成を有し劣化度が既知のコンクリートの吸光度と、を対比するとともに、前記検出手段は、前記内壁から所定の距離離れた位置で反射された反射波が検出手段に到達する時刻に合わせて前記検出手段の開閉制御を行うことにより、前記反射波を選択的に検出することを特徴とする。
第４には、前記反射波は、前記コンクリート内部に埋設された骨材表面からの反射波であることを特徴とする。 Third, there is a method for evaluating the degree of chemical degradation of concrete using the absorbance of terahertz waves irradiated on the concrete, wherein a boring hole is formed in the concrete, and the boring hole is predetermined by a first optical fiber. The terahertz light generated in a pulse shape up to a depth position is irradiated to irradiate the inner wall of the borehole with the terahertz light, and the reflected wave is detected by the second optical fiber introduced into the borehole. The absorbance is detected and calculated, and the absorbance is compared with the absorbance of concrete having the same composition as the concrete and having a known degradation level, and the detection means is separated from the inner wall by a predetermined distance. By performing open / close control of the detection means in accordance with the time when the reflected wave reflected at the position reaches the detection means, the reflected wave is selectively selected. Characterized in that it out.
Fourth, the reflected wave is a reflected wave from an aggregate surface embedded in the concrete.

第５には、前記劣化度の評価は、前記コンクリート中の塩化物イオンの吸収帯の吸光度と、塩化物イオン濃度が既知のコンクリートの塩化物イオンの吸収帯の吸光度とを対比することにより行われることを特徴する。
第６には、前記劣化度の評価は、前記コンクリート中の中性化に起因する吸収帯の吸光度と、中性化度が既知のコンクリートの中性化に起因する吸収帯の吸光度とを対比することにより行われることを特徴とする。 Fifth, the deterioration degree is evaluated by comparing the absorbance of the absorption band of chloride ions in the concrete with the absorbance of the absorption band of chloride ions of concrete having a known chloride ion concentration. It is characterized by being.
Sixth, the evaluation of the degree of deterioration is performed by comparing the absorbance of the absorption band due to the neutralization in the concrete with the absorbance of the absorption band due to the neutralization of the concrete with a known neutralization degree. It is performed by doing.

本発明に係るコンクリートの劣化度の評価方法によれば、吸光度を測定する手段としてコンクリートをある程度透過可能なテラヘルツ波を用いているので、コンクリートの表面状態の影響を受けずに良好な吸光度を透過測定により得ることができる。またボーリング孔はテラヘルツ波を導入する光ファイバを挿通するのに必要な程度の内径を有すれば十分であるので、コンクリートへのダメージを低減できる。また光ファイバの先端をボーリング孔の所定の深さ位置にまで導入することにより、コンクリートの所定の深さ位置における劣化度を評価することができる。 According to the method for evaluating the degree of deterioration of concrete according to the present invention, since a terahertz wave that can be transmitted through the concrete to some extent is used as a means for measuring the absorbance, it transmits a good absorbance without being affected by the surface condition of the concrete. It can be obtained by measurement. Moreover, since it is sufficient for the boring hole to have an inner diameter required for inserting an optical fiber for introducing a terahertz wave, damage to the concrete can be reduced. Further, by introducing the tip of the optical fiber to a predetermined depth position of the borehole, it is possible to evaluate the degree of deterioration of the concrete at a predetermined depth position.

また、吸光度を反射測定により得る場合でも、テラヘルツ波をパルス状とすることで、所定の深さ位置から反射されたテラヘルツ波の反射波を選択的に検出することができるので、表面状態に左右されない反射測定が行えるとともに、光学系を変えることなく信頼性の高いコンクリートの劣化度の深さ分布を評価することができる。なお、コンクリート内部の骨材表面からの反射波は反射強度が高いため、この反射波を選択的に検出することにより、Ｓ／Ｎ比の高い吸光度を算出することができる。
さらに、吸光度を評価する指標として塩化物イオン濃度、及び中性化度を用いるため、再現性のよい化学的な劣化度の評価を行うことができる。 Even when the absorbance is obtained by reflection measurement, the reflected wave of the terahertz wave reflected from a predetermined depth position can be selectively detected by making the terahertz wave into a pulse shape. Reflection measurement that is not performed can be performed, and the depth distribution of the degree of deterioration of concrete with high reliability can be evaluated without changing the optical system. In addition, since the reflected wave from the aggregate surface inside concrete has high reflection intensity, the light absorbency with a high S / N ratio is computable by selectively detecting this reflected wave.
Furthermore, since the chloride ion concentration and the neutralization degree are used as an index for evaluating the absorbance, it is possible to evaluate the chemical deterioration degree with good reproducibility.

第１実施形態に係る評価方法の配置図である。It is a layout view of the evaluation method according to the first embodiment. 第１実施形態に係る評価方法を構成するテラヘルツ−ＴＤＳ装置の模式図である。It is a schematic diagram of the terahertz-TDS apparatus which comprises the evaluation method which concerns on 1st Embodiment. テラヘルツ−ＴＤＳ装置を構成するテラヘルツ波発生装置、及びテラヘルツ波検出素子の模式図である。It is a schematic diagram of a terahertz wave generation device and a terahertz wave detection element that constitute a terahertz-TDS device. 第１実施形態に係る評価方法のフロー図である。It is a flowchart of the evaluation method which concerns on 1st Embodiment. 第２実施形態に係る評価方法の概念図である。It is a conceptual diagram of the evaluation method which concerns on 2nd Embodiment. 第３実施形態に係る評価方法の配置図である。It is a layout view of the evaluation method according to the third embodiment. 各コンクリート材料の透過測定による吸光度を示す図である。It is a figure which shows the light absorbency by the transmission measurement of each concrete material. 各コンクリート材料の透過測定による吸光度を示す図である。It is a figure which shows the light absorbency by the transmission measurement of each concrete material. ６８ＧＨｚ、及び１００ＧＨｚにおける透過率と塩化物イオン濃度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the transmittance | permeability and chloride ion concentration in 68 GHz and 100 GHz.

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings. However, the components, types, combinations, shapes, relative arrangements, and the like described in this embodiment are merely illustrative examples and not intended to limit the scope of the present invention only unless otherwise specified. .

第１実施形態に係るコンクリートの劣化度の評価システムを図１に示す。
第１実施形態に係る評価システム１０は、テラヘルツ−ＴＤＳ装置１８、解析装置４８、第１光ファイバ４２、第２光ファイバ４６、取り付け治具１６等から構成される。 An evaluation system for the degree of deterioration of concrete according to the first embodiment is shown in FIG.
The evaluation system 10 according to the first embodiment includes a terahertz-TDS device 18, an analysis device 48, a first optical fiber 42, a second optical fiber 46, an attachment jig 16, and the like.

上述の評価システム１０を用いた第１実施形態に係るコンクリートの劣化度の評価方法は、コンクリート１２に照射されたテラヘルツ波の吸光度を用いたコンクリートの化学的な劣化度の評価方法であって、前記コンクリート１２に一対のボーリング孔１４を形成し、第１光ファイバ４２により一方のボーリング孔１４ａの所定の深さ位置までテラヘルツ波５０を導入して他方のボーリング孔１４ｂに向けて前記テラヘルツ波５０を照射し、前記他方のボーリング孔１４ｂに導入された第２光ファイバ４６を介して、前記テラヘルツ波５０の透過波を検出して前記吸光度を算出し、前記吸光度と、前記コンクリート１２と同一組成を有し劣化度が既知のコンクリートの吸光度と、を対比することによって行われる。 The evaluation method of the deterioration degree of the concrete according to the first embodiment using the evaluation system 10 described above is an evaluation method of the chemical deterioration degree of the concrete using the absorbance of the terahertz wave irradiated on the concrete 12, A pair of boring holes 14 is formed in the concrete 12, and a terahertz wave 50 is introduced to a predetermined depth position of one boring hole 14a by the first optical fiber 42, and the terahertz wave 50 is directed toward the other boring hole 14b. And the absorbance is calculated by detecting the transmitted wave of the terahertz wave 50 through the second optical fiber 46 introduced into the other boring hole 14b. The absorbance and the same composition as the concrete 12 are calculated. This is performed by comparing the absorbance of concrete having a known deterioration level.

検査対象となるコンクリート１２には、ボーリング孔１４が一対形成され、ボーリング孔１４同士の間隔はテラヘルツ波５０（３０ＧＨｚ〜３ＴＨｚ）が透過可能な距離を維持しつつ互いに平行に形成されている。またボーリング孔１４は後述の取り付け冶具１６等が導入可能な直径を有している。 A pair of boring holes 14 are formed in the concrete 12 to be inspected, and the intervals between the boring holes 14 are formed in parallel with each other while maintaining a distance through which the terahertz wave 50 (30 GHz to 3 THz) can be transmitted. The boring hole 14 has a diameter into which a mounting jig 16 described later can be introduced.

第１光ファイバ４２、及び第２光ファイバ４６は、テラヘルツ波５０を伝播可能とするため、例えば図１（図６参照）に示すように、中空状のガラス若しくはプラスティックチューブに内壁に金属や樹脂の薄膜を形成したものが用いられる。この構造により伝播可能波長領域はテラヘルツ領域のみならず、軟Ｘ線領域にまで広範囲に及ぶ光ファイバとなる。第１光ファイバ４２の一端はテラヘルツ波発生素子２２に接続され、前記一端の反対の他端にはミラー４２ｂが配設されている。同様に、第２光ファイバの４６一端はテラヘルツ波検出素子２４に接続され、前記一端の反対側の他端にはミラー４６ａが配設されている。 In order to allow the first optical fiber 42 and the second optical fiber 46 to propagate the terahertz wave 50, for example, as shown in FIG. 1 (see FIG. 6), a hollow glass or plastic tube is formed with a metal or resin on the inner wall. A thin film is used. With this structure, the propagation wavelength range is not only the terahertz range but also an optical fiber that covers a wide range of soft X-ray ranges. One end of the first optical fiber 42 is connected to the terahertz wave generating element 22, and a mirror 42 b is disposed at the other end opposite to the one end. Similarly, one end 46 of the second optical fiber is connected to the terahertz wave detecting element 24, and a mirror 46a is disposed on the other end opposite to the one end.

取り付け冶具１６は、一対のボーリング孔１４に同時に挿入可能なフォーク型の形状を有する部材であって、コンクリート１２面から所定の高さ位置に固定可能となっている。取り付け冶具１６は、一方の枝には第１光ファイバ４２が取り付けられ、他方の枝には第２光ファイバ４６が取り付けられている。またこのとき第１光ファイバ４２の先端にあるミラー４２ａと、第２光ファイバ４６の先端にあるミラー４６ａは同じ高さ位置となり、かつ互いに対向する位置に取り付けられる。これにより第１光ファイバ４２のミラー４２ａから出射したテラヘルツ波５０を第２光ファイバ４６のミラー４６ａが検出（受光）可能となる。そして取り付け冶具１６をボーリング孔１４に挿入し、所定の位置で固定することにより、ボーリング孔１４ａの所定の深さ位置においてミラー４２ａから出射されたテラヘルツ波５０は検査対象のコンクリート１２を透過し、もう一方のボーリング孔１４ｂにあるミラー４６ａがテラヘルツ波５０の透過波（透過光）を検出（受光）することができる。 The attachment jig 16 is a member having a fork shape that can be inserted into the pair of bore holes 14 at the same time, and can be fixed at a predetermined height position from the concrete 12 surface. The attachment jig 16 has a first optical fiber 42 attached to one branch and a second optical fiber 46 attached to the other branch. At this time, the mirror 42a at the tip of the first optical fiber 42 and the mirror 46a at the tip of the second optical fiber 46 are mounted at the same height and facing each other. Accordingly, the terahertz wave 50 emitted from the mirror 42a of the first optical fiber 42 can be detected (received) by the mirror 46a of the second optical fiber 46. Then, by inserting the mounting jig 16 into the boring hole 14 and fixing it at a predetermined position, the terahertz wave 50 emitted from the mirror 42a at the predetermined depth position of the boring hole 14a passes through the concrete 12 to be inspected, The mirror 46a in the other boring hole 14b can detect (receive) the transmitted wave (transmitted light) of the terahertz wave 50.

テラヘルツ波５０を発生、検出（受光）、及び解析する構成としては、例えば図２に示すように、テラヘルツ時間分解分光法（テラヘルツ−ＴＤＳ）で用いられるテラヘルツ−ＴＤＳ装置１８を用いることができる。 As a configuration for generating, detecting (receiving) and analyzing the terahertz wave 50, for example, as shown in FIG. 2, a terahertz-TDS apparatus 18 used in terahertz time-resolved spectroscopy (terahertz-TDS) can be used.

テラヘルツ−ＴＤＳ装置１８は、時間方向にフェムト秒のパルス幅を発生させるフェムト秒レーザ２０、テラヘルツ波の発振源となるテラヘルツ波発生素子２２、テラヘルツ波の検出手段（受光手段）となるテラヘルツ波検出素子２４、ロックインアンプ２６等で構成される。 The terahertz-TDS apparatus 18 includes a femtosecond laser 20 that generates a femtosecond pulse width in the time direction, a terahertz wave generating element 22 that serves as a terahertz wave oscillation source, and terahertz wave detection that serves as a terahertz wave detecting unit (light receiving unit). It comprises an element 24, a lock-in amplifier 26, and the like.

フェムト秒レーザ２０は１００フェムト秒程度の時間幅の光パルスを放射するものであり、光パルスはビームスプリッタ２８によってポンプ光３０とプローブ光３２に分割される。ポンプ光３０はテラヘルツ波発生素子２２へ導かれ、プローブ光３２は光路上に時間遅延を行う可動鏡３４を介してテラヘルツ光検出素子２４へ導かれる。 The femtosecond laser 20 emits an optical pulse having a time width of about 100 femtoseconds, and the optical pulse is divided into a pump light 30 and a probe light 32 by a beam splitter 28. The pump light 30 is guided to the terahertz wave generating element 22, and the probe light 32 is guided to the terahertz light detecting element 24 via a movable mirror 34 that delays the time on the optical path.

テラヘルツ波発生素子２２は、図３（ａ）に示すように、テラヘルツ波５０を発生させる半導体基板２２ａと発生した電磁波をコリメートするための超半球レンズ２２ｂから成り立っている。超半球レンズ２２ｂの材料は、一般に吸収損失の少ない高抵抗シリコン（Ｓｉ）が用いられる。半導体基板２２ａは、半絶縁性ガリウムヒ素（ｓｅｍｉ−ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇＧａＡｓ，ＳＩ−ＧａＡｓ）上に低温結晶成長させたガリウムヒ素（ｌｏｗ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｇｒｏｗｎＧａＡｓ、ＬＴ−ＧａＡｓ）を用いる。さらにＬＴ−ＧａＡｓ上に合金製の平行伝送線路（電極も兼ねる）をつけた形になっている。電極中央に張り出した部分は微小ダイポールアンテナ２２ｃとして作用する。アンテナ中央には微小ギャップ２２ｄ（数μｍ）があり、ギャップ間には数１０Ｖの電圧を印加する。微小ギャップ２２ｄに半導体のバンドギャップより高い光子エネルギーを持ったポンプ光３０をレンズ３８を用いて収束させて照射すると、半導体中に光励起キャリア（電子と正孔）が生成され、微小ギャップ２２ｄ間の電圧でキャリアが加速されて瞬時電流が流れる。微小ダイポールアンテナ２２ｃから放射されるテラヘルツ波５０の振動電場は、半導体中に流れる電流の時間微分に比例する。テラヘルツ波５０は、誘電率の大きなＳＩ−ＧａＡｓ基板側に強く放射される。放射されるテラヘルツ波５０のパルス幅は１ピコ秒程度である。超半球レンズ２２ｂの後段には、放射されたテラヘルツ波５０を収束させる軸外し放物面鏡３６及びレンズ４０を介して、テラヘルツ波５０を透過する光ファイバである第１光ファイバ４２がテラヘルツ波５０の光路上に配置され、第１光ファイバ４２の端部からテラヘルツ波５０が導入され、テラヘルツ波５０はファイバ内を反射しながら前記端部の反対側のミラー４２ａ側に伝播される。 As shown in FIG. 3A, the terahertz wave generating element 22 includes a semiconductor substrate 22a that generates a terahertz wave 50 and a super hemispherical lens 22b that collimates the generated electromagnetic wave. The material of the super hemispherical lens 22b is generally made of high resistance silicon (Si) with little absorption loss. As the semiconductor substrate 22a, gallium arsenide (low-temperature grown GaAs, LT-GaAs) grown at low temperature on semi-insulating gallium arsenide (semi-insulating GaAs, SI-GaAs) is used. Furthermore, the parallel transmission line made of an alloy (also serving as an electrode) is attached on LT-GaAs. The portion protruding to the center of the electrode acts as a minute dipole antenna 22c. There is a minute gap 22d (several μm) in the center of the antenna, and a voltage of several tens of volts is applied between the gaps. When the pump light 30 having a photon energy higher than the band gap of the semiconductor is converged and irradiated to the minute gap 22d using the lens 38, photoexcited carriers (electrons and holes) are generated in the semiconductor, and the gap between the minute gaps 22d is generated. Carriers are accelerated by voltage, and instantaneous current flows. The oscillating electric field of the terahertz wave 50 radiated from the minute dipole antenna 22c is proportional to the time derivative of the current flowing in the semiconductor. The terahertz wave 50 is strongly radiated to the SI-GaAs substrate side having a large dielectric constant. The pulse width of the radiated terahertz wave 50 is about 1 picosecond. A first optical fiber 42 that is an optical fiber that transmits the terahertz wave 50 through the off-axis parabolic mirror 36 and the lens 40 that converges the emitted terahertz wave 50 is provided at the subsequent stage of the super hemispherical lens 22b. The terahertz wave 50 is introduced from the end of the first optical fiber 42, and the terahertz wave 50 is propagated to the mirror 42a side opposite to the end while reflecting inside the fiber.

テラヘルツ波検出素子２４は、図３（ｂ）に示すように、上述のテラヘルツ波発生素子２２の半導体基板２２ａと同様の構成を有しているが、微小ダイポールアンテナ２４ｃには電流計２４ｄが接続されている。テラヘルツ波検出素子２４の微小ダイポールアンテナ２４ｃの半導体基板側から第２光ファイバ４６を伝播してきたテラヘルツ波５０をレンズ４４により収束させ、反対側からフェムト秒のプローブ光３２を微小ダイポールアンテナ２２ｃの微小ギャップ２２ｄに収束させながら照射する。ここでテラヘルツ波検出素子２４はプローブ光３２が当ったときのみ動作する仕組みとなっているので、プローブ光３２は可動鏡３４により、テラヘルツ波５０が微小ダイポールアンテナ２４ｃと同時に到達するように光路長が調整されている。プローブ光３２によって半導体基板中に生成されたキャリアはテラヘルツ波５０に伴う振動電場で加速されるので、テラヘルツ波５０の振動電場に比例して瞬時電流が流れる。テラヘルツ波検出素子２４の出力側はロックインアンプ２６に接続されている。 As shown in FIG. 3B, the terahertz wave detecting element 24 has the same configuration as the semiconductor substrate 22a of the terahertz wave generating element 22, but an ammeter 24d is connected to the minute dipole antenna 24c. Has been. The terahertz wave 50 propagating through the second optical fiber 46 from the semiconductor substrate side of the minute dipole antenna 24c of the terahertz wave detecting element 24 is converged by the lens 44, and the femtosecond probe light 32 from the opposite side is made minute by the minute dipole antenna 22c. Irradiation is performed while converging on the gap 22d. Here, since the terahertz wave detecting element 24 is configured to operate only when the probe light 32 is struck, the probe light 32 is moved by the movable mirror 34 so that the terahertz wave 50 reaches the micro dipole antenna 24c at the same time. Has been adjusted. Since the carriers generated in the semiconductor substrate by the probe light 32 are accelerated by the oscillating electric field accompanying the terahertz wave 50, an instantaneous current flows in proportion to the oscillating electric field of the terahertz wave 50. The output side of the terahertz wave detecting element 24 is connected to the lock-in amplifier 26.

ロックインアンプ２６は前記瞬時電流のＳ／Ｎ比を向上させるため、ポンプ光３０に光チョッパーで数ｋＨｚの変調をかけ、参照信号をロックインアンプ２６に入力することで同期検波を行うものである。ロックインアンプ２６の出力電流を解析装置でＡＤ変換及びフーリエ変換することで吸光度を得ることができる。 In order to improve the S / N ratio of the instantaneous current, the lock-in amplifier 26 performs synchronous detection by modulating the pump light 30 with an optical chopper by several kHz and inputting a reference signal to the lock-in amplifier 26. is there. Absorbance can be obtained by subjecting the output current of the lock-in amplifier 26 to AD conversion and Fourier transform using an analyzer.

解析装置４８はテラヘルツ波検出素子２４からの瞬時電流をロックインアンプ２６を介してＡＤ変換した後、フーリエ変換してテラヘルツ波５０の吸光度（吸収スペクトル）を算出し、解析するものである。 The analysis device 48 performs AD conversion on the instantaneous current from the terahertz wave detection element 24 via the lock-in amplifier 26, and then performs Fourier transform to calculate and analyze the absorbance (absorption spectrum) of the terahertz wave 50.

ここで、吸光度には、測定対象のコンクリート１２に含まれる塩化物イオン、及びコンクリート１２の中性化により固有の周波数帯に吸収ピークが表れる。
塩化物イオンの場合は、約２２６４ｎｍの波長を中心として２２２０ｎｍ〜２２８０ｎｍの範囲で吸光度が高くなる。中性化とはコンクリート中の水酸化カルシウム濃度が低下することにより起こるものである。よって中性化していないコンクリートには水酸化カルシウムが多く含まれるため、約１４１５ｎｍの波長を中心として、１３８０ｎｍ〜１４３０ｎｍの範囲で吸光度が高くなるが、水酸化カルシウムの濃度が低下すると上述の範囲の吸光度が低くなる。 Here, in the absorbance, an absorption peak appears in a specific frequency band due to chloride ions contained in the concrete 12 to be measured and neutralization of the concrete 12.
In the case of chloride ions, the absorbance increases in the range of 2220 nm to 2280 nm with a wavelength of about 2264 nm as the center. Neutralization occurs when the calcium hydroxide concentration in the concrete decreases. Therefore, since non-neutralized concrete contains a large amount of calcium hydroxide, the absorbance increases in the range of 1380 nm to 1430 nm, centering on the wavelength of about 1415 nm, but when the concentration of calcium hydroxide decreases, the above range is reached. Absorbance decreases.

そこで、解析装置４８には塩化物イオン濃度及び組成が既知のコンクリート材料の様々な塩化物イオン濃度における第１標準吸光度と、及び水酸化カルシウム濃度（中性化度）及び組成が既知のコンクリート材料の様々な水酸化カルシウム濃度における第２標準吸光度と、を記憶媒体（不図示）に格納している。 Therefore, the analysis device 48 includes a first standard absorbance at various chloride ion concentrations of a concrete material having a known chloride ion concentration and composition, and a concrete material having a known calcium hydroxide concentration (degree of neutralization) and composition. The second standard absorbances at various calcium hydroxide concentrations are stored in a storage medium (not shown).

また解析装置４８は、前記第１標準吸光度における塩化物イオンの吸収ピークの塩化物イオンの濃度依存性を示す第１標準データを所定の組成を有するコンクリート材料ごとに記憶媒体（不図示）に格納している。同様に、前記第２標準吸光度の水酸化カルシウムの吸収ピークの水酸化カルシウムの濃度依存性を示す第２標準データを所定に組成を有するコンクリート材料ごとに記憶媒体（不図示）に格納している。 The analysis device 48 stores first standard data indicating the chloride ion concentration dependency of the chloride ion absorption peak in the first standard absorbance in a storage medium (not shown) for each concrete material having a predetermined composition. is doing. Similarly, the second standard data indicating the calcium hydroxide concentration dependency of the calcium hydroxide absorption peak of the second standard absorbance is stored in a storage medium (not shown) for each concrete material having a predetermined composition. .

そして解析装置４８は、測定されるコンクリート１２の組成情報が入力され、吸光度を算出すると、塩化物イオン（水酸化カルシウム）の第１測定吸収ピーク値（第２測定吸収ピーク値）を算出し、同一の組成に係る第１標準吸収ピーク値群（第２標準吸収ピーク値群）を読み出し、第１標準ピーク値群（第２標準ピーク値群）の中から第１吸収ピーク値（第２吸収ピーク値）と一致する、若しくは一番近い値の第１標準吸収ピーク値（第２標準吸収ピーク値）に係る、塩化物イオン濃度（水酸化カルシウム濃度）を出力することができる。ここで解析装置４８はキーボード操作、マウス操作等により第１測定吸収ピーク値、または第２測定吸収ピーク値のいずれか片方について処理を行うことが可能であり、また両方同時に行うことも可能である。 And the analysis apparatus 48 will calculate the 1st measurement absorption peak value (2nd measurement absorption peak value) of chloride ion (calcium hydroxide), if the composition information of the concrete 12 to be measured is input and the absorbance is calculated, A first standard absorption peak value group (second standard absorption peak value group) having the same composition is read, and a first absorption peak value (second absorption) is selected from the first standard peak value group (second standard peak value group). The chloride ion concentration (calcium hydroxide concentration) relating to the first standard absorption peak value (second standard absorption peak value) that matches or is closest to the peak value) can be output. Here, the analysis device 48 can process either the first measured absorption peak value or the second measured absorption peak value by operating the keyboard, the mouse, etc., or both can be performed simultaneously. .

さらに解析装置４８は、前記第１標準吸収ピーク値及び前記第２標準吸収ピーク値に対応する第１標準吸光度、または第２標準吸光度を読み出し、ディスプレイ４８ａ上に表示して測定された吸光度と第１標準吸光度、または第２標準吸光度とを同時にディスプレイ４８ａ上の同一座標上に出力することができるように構成されている。これにより作業者は、測定されたコンクリートの塩化物イオン濃度及び水酸化カルシウム濃度をディスプレイ４８ａ上で確認することができるとともに、吸光度全体の形状を見て、測定されたコンクリートの塩化物イオン濃度、または水酸化カルシウム濃度を目視により確認することができ、コンクリートの塩化物イオン濃度、及び中性化度を指標とするコンクリートの劣化度を評価することができる。 Further, the analysis device 48 reads the first standard absorbance or the second standard absorbance corresponding to the first standard absorption peak value and the second standard absorption peak value, displays them on the display 48a, and the measured absorbance and the first standard absorbance. The first standard absorbance or the second standard absorbance can be simultaneously output on the same coordinates on the display 48a. As a result, the operator can confirm the measured chloride ion concentration and calcium hydroxide concentration of the concrete on the display 48a, see the overall shape of the absorbance, and measure the measured chloride ion concentration of the concrete. Alternatively, the calcium hydroxide concentration can be visually confirmed, and the deterioration degree of concrete can be evaluated by using the chloride ion concentration of concrete and the degree of neutralization as indexes.

図４に第１実施形態のフロー図を示す。まず解析装置４８にコンクリート１２の組成情報を入力する。そして解析装置４８はテラヘルツ−ＴＤＳ装置１８を起動してテラヘルツ波５０を測定対象のコンクリート１２に照射してその透過波（後述の第２実施形態、第３実施形態においては反射波）を検出する。検出した透過波は解析装置４８にてＡＤ変換及びフーリエ変換されて吸光度が導き出される。解析装置４８は、前記吸光度から塩化物イオン（水酸化カルシウム）の吸収帯のピークから第１測定吸収ピーク値（第２測定吸収ピーク値）を算出する。そして先に入力された組成情報に係る組成と同一の組成を有する第１標準吸収ピーク値群（第２標準吸収ピーク値群）の中から第１吸収ピーク値（第２吸収ピーク値）と一致する、若しくは一番近い値の第１標準吸収ピーク値（第２標準吸収ピーク値）を記憶媒体から選択して、第１測定吸収ピーク値（第２測定吸収ピーク値）と第１標準吸収ピーク値（第２標準吸収ピーク値）、及び前記第１標準吸収ピーク値に対応する塩化物イオン濃度（水酸化カルシウム濃度）をディスプレイ４８ａ上に出力する。さらに解析装置４８は第１標準吸収ピーク値（第２標準吸収ピーク値）に対応するコンクリート材料の第１標準吸光度（第２標準吸光度）を記憶媒体から読み出し、測定された吸光度とともにディスプレイ４８ａ上に出力する。なお、第１標準吸光度及び第２標準吸光度は同時に出力することができる。 FIG. 4 shows a flowchart of the first embodiment. First, the composition information of the concrete 12 is input to the analysis device 48. Then, the analysis device 48 activates the terahertz-TDS device 18 to irradiate the concrete 12 to be measured with the terahertz wave 50 and detects the transmitted wave (a reflected wave in the second and third embodiments described later). . The detected transmitted wave is AD-converted and Fourier-transformed by the analysis device 48, and the absorbance is derived. The analyzer 48 calculates a first measured absorption peak value (second measured absorption peak value) from the peak of the absorption band of chloride ions (calcium hydroxide) from the absorbance. And it agrees with the first absorption peak value (second absorption peak value) from the first standard absorption peak value group (second standard absorption peak value group) having the same composition as the composition related to the composition information inputted previously. Or the first standard absorption peak value (second standard absorption peak value) having the closest value is selected from the storage medium, and the first measured absorption peak value (second measured absorption peak value) and the first standard absorption peak are selected. The value (second standard absorption peak value) and the chloride ion concentration (calcium hydroxide concentration) corresponding to the first standard absorption peak value are output on the display 48a. Further, the analysis device 48 reads the first standard absorbance (second standard absorbance) of the concrete material corresponding to the first standard absorption peak value (second standard absorption peak value) from the storage medium, and displays the measured absorbance on the display 48a. Output. The first standard absorbance and the second standard absorbance can be output simultaneously.

図５に、第２実施形態に係るコンクリートの化学的な劣化度の評価方法の概念図を示す。第２実施形態に係るコンクリートの化学的な劣化度の評価方法は、コンクリート１２に照射されたテラヘルツ波の吸光度を用いたコンクリートの化学的な劣化度の評価方法であって、パルス状に生成されたテラヘルツ波５０を前記コンクリート１２に照射してその反射波を検出手段（テラヘルツ検出素子２４）により検出して前記吸光度を算出し、前記吸光度と、前記コンクリート１２と同一組成を有し劣化度が既知のコンクリートの吸光度と、を対比するとともに、前記検出手段は、前記コンクリート１２の所定の深さ位置で反射された反射波５４が検出手段に到達する時刻に合わせて前記検出手段の開閉制御を行うことにより、前記反射波５４を検出することを目的としている。これを具現化する基本的な装置構成及びフローは第１実施形態と同様であるが、コンクリート１２の表面にテラヘルツ波５０を当て、その反射波５４を選択的に検出することが特徴である。 In FIG. 5, the conceptual diagram of the evaluation method of the chemical degradation degree of the concrete which concerns on 2nd Embodiment is shown. The method for evaluating the degree of chemical deterioration of concrete according to the second embodiment is a method for evaluating the degree of chemical deterioration of concrete using the absorbance of terahertz waves irradiated on the concrete 12, and is generated in a pulse shape. The concrete 12 is irradiated with the terahertz wave 50 and the reflected wave is detected by a detection means (terahertz detection element 24) to calculate the absorbance. The absorbance and the deterioration of the concrete 12 are the same. While comparing the absorbance of the known concrete, the detection means controls the opening and closing of the detection means in accordance with the time when the reflected wave 54 reflected at a predetermined depth position of the concrete 12 reaches the detection means. It is intended to detect the reflected wave 54 by performing. The basic apparatus configuration and flow for realizing this are the same as those in the first embodiment, but are characterized in that the terahertz wave 50 is applied to the surface of the concrete 12 and the reflected wave 54 is selectively detected.

コンクリート１２は層状の構造を有する場合が多く、反射波は、コンクリート１２の表面のみならず所定の深さ位置（各層の境界）からも反射される。よって第２実施形態においてはこの所定の深さ位置から反射される反射波を選択的に検出する。第１実施形態と同様に本実施形態で用いられるテラヘルツ−ＴＤＳ装置１８はパルス状のテラヘルツ波を発生するが、そのパルス幅は１ピコ秒であるから、その長さは０．３ｍｍ程度である。一方、テラヘルツ波はミリオーダでコンクリート１２を透過可能であるから、ミリオーダの深さ位置からのテラヘルツ波の反射波が測定可能となる。よって、同一の照射パルスであって表面で反射された反射波５２とミリオーダの深さ位置から反射された反射波５４は空間的に重なることはなく、以下に説明するように両者を分離して測定可能である。 The concrete 12 often has a layered structure, and the reflected wave is reflected not only from the surface of the concrete 12 but also from a predetermined depth position (boundary of each layer). Therefore, in the second embodiment, the reflected wave reflected from the predetermined depth position is selectively detected. Similar to the first embodiment, the terahertz-TDS device 18 used in the present embodiment generates a pulsed terahertz wave. The pulse width is 1 picosecond, so the length is about 0.3 mm. . On the other hand, since the terahertz wave can be transmitted through the concrete 12 in the milli-order, the reflected wave of the terahertz wave from the depth position of the milli-order can be measured. Therefore, the reflected wave 52 reflected by the surface with the same irradiation pulse and the reflected wave 54 reflected from the depth position in the milli-order are not spatially overlapped, and they are separated as described below. It can be measured.

ここで、図５に示すように、角度θで入射したテラヘルツ波５０が深さｄの位置で反射された場合を考える。なお、テラヘルツ波５０は入射した際に屈折はしないものと考える。すると、表面で反射された反射波５２と、深さｄの位置で反射された反射波５４との光路差はｄ／ｃｏｓθとなる。このときテラヘルツ波の検出面（微小ダイポールアンテナ２４ｃ）には反射波５４が反射波５２よりｄ／（ｃ・ｃｏｓθ）（ｃ：光速）だけ遅れて到達するが、テラヘルツ−ＴＤＳ装置１８において、可動鏡３４が形成する光路の遅延の長さを第１実施形態の場合よりさらに上述の光路差であるｄ／ｃｏｓθだけ長くなるように調整すれば、テラヘルツ波検出素子２４は、反射波５２は検出せず、反射波５４のみを検出することができる。よってテラヘルツ波検出素子２４を上述のように反射波５４が到達する時刻に合わせて開閉制御することにより、反射波５４を選択的に検出することができる。本実施形態はコンクリート１２表面にテラヘルツ波５０を照射するので第１光ファイバ４２、及び第２光ファイバ４６を用いる必要はない。すなわちテラヘルツ波発生素子２２のテラヘルツ波５０の出射方向をコンクリート１２の法線に対して角度θとなるように設置した上でテラヘルツ波５０をコンクリート１２に照射し、テラヘルツ波５０の反射波５２、５４の光路上にテラヘルツ波の受光側をコンクリート１２側に向けたテラヘルツ波検出素子２４を配置すればよい。このとき反射波５４はコンクリート１２内において２ｄ／ｃｏｓθの長さ分だけ透過したテラヘルツ波として検出される。 Here, as shown in FIG. 5, consider a case where a terahertz wave 50 incident at an angle θ is reflected at a position of depth d. It is assumed that the terahertz wave 50 does not refract when incident. Then, the optical path difference between the reflected wave 52 reflected on the surface and the reflected wave 54 reflected at the position of the depth d is d / cos θ. At this time, the reflected wave 54 reaches the terahertz wave detection surface (the minute dipole antenna 24 c) by d / (c · cos θ) (c: speed of light) behind the reflected wave 52, but is movable in the terahertz-TDS device 18. If the delay length of the optical path formed by the mirror 34 is adjusted to be longer by the above-described optical path difference d / cos θ than in the first embodiment, the terahertz wave detection element 24 detects the reflected wave 52. Without this, only the reflected wave 54 can be detected. Therefore, the reflected wave 54 can be selectively detected by opening / closing the terahertz wave detecting element 24 according to the time when the reflected wave 54 arrives as described above. In this embodiment, since the surface of the concrete 12 is irradiated with the terahertz wave 50, it is not necessary to use the first optical fiber 42 and the second optical fiber 46. That is, after the terahertz wave generating element 22 is installed so that the emission direction of the terahertz wave 50 is at an angle θ with respect to the normal of the concrete 12, the terahertz wave 50 is irradiated to the concrete 12, and the reflected wave 52 of the terahertz wave 50 is reflected. The terahertz wave detecting element 24 may be disposed on the optical path 54 with the terahertz wave light receiving side facing the concrete 12 side. At this time, the reflected wave 54 is detected as a terahertz wave that has passed through the concrete 12 by a length of 2d / cos θ.

第３実施形態に係る配置図を図６に示す。図６（ａ）は模式図、図６（ｂ）は図６（ａ）の部分詳細図である。第３実施形態に係るコンクリートの化学的な劣化度の評価方法は、第２実施形態と同様に、所定の深さ位置から反射される反射波５８を選択的に検出するものであるが、コンクリート１２にボーリング孔１４ｃを形成し、所定の深さ位置において、ボーリング孔１４ｃに導入された第１光ファイバ４２を介してテラヘルツ波５０をボーリング孔１４ｃの壁面に照射し、テラヘルツ波５０の反射波５８をボーリング孔１４ｃに導入された第２光ファイバ４６を介して受光する構成である。図６に示すように、第１光ファイバ４２及び第２光ファイバ４６は所定の高さ位置で固定可能な取り付け冶具５６に固定され第１光ファイバ４２と第２光ファイバ４６の先端の高さ位置を変えミラー４２ａ、ミラー４６ａを所定の角度にすることにより第１光ファイバ４２からボーリング孔１４ｃの内壁に所定の角度で照射される。よって、テラヘルツ波検出素子２４は、ボーリング孔１４ｃの内壁より所定の深さ位置から反射された反射波５８を第２光ファイバ４６のミラー４６ａを介して検出することができる。 FIG. 6 shows a layout according to the third embodiment. 6A is a schematic diagram, and FIG. 6B is a partial detail view of FIG. 6A. The method for evaluating the degree of chemical degradation of concrete according to the third embodiment selectively detects the reflected wave 58 reflected from a predetermined depth position, as in the second embodiment. 12, a boring hole 14c is formed, and a terahertz wave 50 is irradiated to the wall surface of the boring hole 14c through a first optical fiber 42 introduced into the boring hole 14c at a predetermined depth position, and a reflected wave of the terahertz wave 50 is irradiated. 58 is received through the second optical fiber 46 introduced into the boring hole 14c. As shown in FIG. 6, the first optical fiber 42 and the second optical fiber 46 are fixed to a mounting jig 56 that can be fixed at a predetermined height position, and the heights of the tips of the first optical fiber 42 and the second optical fiber 46 are fixed. By changing the position and setting the mirror 42a and the mirror 46a to a predetermined angle, the inner wall of the boring hole 14c is irradiated from the first optical fiber 42 at a predetermined angle. Therefore, the terahertz wave detecting element 24 can detect the reflected wave 58 reflected from the inner wall of the boring hole 14c from a predetermined depth position via the mirror 46a of the second optical fiber 46.

第２実施形態及び第３実施形態において、反射波５２、５８は層状構造を有するコンクリートの層の境界で反射されたものを前提として述べてきた。しかし、コンクリート１２の内部にはコンクリート１２の強度を補強する骨材（例えば金属製）が埋設されている。このような骨材はコンクリートより強度が高く、テラヘルツ波の反射波を効果的に反射することができる。そこで、このような骨材から反射された反射波を選択的に検出することにより、反射波の検出が容易となりＳ／Ｎ比の高い吸光度を算出することができる。 In the second embodiment and the third embodiment, the reflected waves 52 and 58 have been described on the premise that they are reflected at the boundary between concrete layers having a layered structure. However, an aggregate (for example, metal) that reinforces the strength of the concrete 12 is embedded in the concrete 12. Such aggregate is stronger than concrete and can effectively reflect the reflected wave of terahertz waves. Therefore, by selectively detecting the reflected wave reflected from such an aggregate, the reflected wave can be easily detected, and the absorbance having a high S / N ratio can be calculated.

以上述べたように、第１実施形態乃至第３実施形態に係るコンクリートの劣化度の評価方法によれば、吸光度を測定する手段としてコンクリート１２をある程度透過可能なテラヘルツ波５０を用いているので、コンクリート１２の表面状態の影響を受けずに良好な吸光度を透過測定により得ることができる。またボーリング孔１４はテラヘルツ波５０を導入する光ファイバ（第１光ファイバ４２、第２光ファイバ４６）を挿通するのに必要な程度の内径を有すれば十分であるので、コンクリートへのダメージを低減できる。また光ファイバの先端をボーリング孔１４の所定の深さ位置にまで導入することにより、コンクリート１２の所定の深さ位置における劣化度を評価することができる。 As described above, according to the concrete deterioration evaluation method according to the first to third embodiments, the terahertz wave 50 that can be transmitted through the concrete 12 to some extent is used as a means for measuring the absorbance. A good absorbance can be obtained by transmission measurement without being affected by the surface condition of the concrete 12. Further, the bore hole 14 is sufficient if it has an inner diameter necessary for inserting the optical fibers (the first optical fiber 42 and the second optical fiber 46) for introducing the terahertz wave 50. Can be reduced. Further, by introducing the tip of the optical fiber to a predetermined depth position of the boring hole 14, the degree of deterioration of the concrete 12 at the predetermined depth position can be evaluated.

また、第２実施形態及び第３実施形態のように、吸光度を反射測定により得る場合でも、テラヘルツ波５０をパルス状とすることで、所定の深さ位置から反射されたテラヘルツ波の反射波５４、５８を選択的に検出することができるので、表面状態に左右されない反射測定が行えるとともに、光学系を変えることなく信頼性の高いコンクリート１２の劣化度の深さ分布を評価することができる。なお、コンクリート１２内部の骨材表面からの反射波は反射強度が高いため、この反射波を選択的に検出することにより、Ｓ／Ｎ比の高い吸光度を算出することができる。
さらに、吸光度を評価する指標として塩化物イオン濃度、及び中性化度を用いるため、再現性のよい化学的な劣化度の評価を行うことができる。 Further, even when the absorbance is obtained by reflection measurement as in the second and third embodiments, the terahertz wave 50 reflected from a predetermined depth position is obtained by making the terahertz wave 50 into a pulse shape. , 58 can be selectively detected, so that reflection measurement independent of the surface state can be performed, and the depth distribution of the degree of deterioration of the concrete 12 with high reliability can be evaluated without changing the optical system. In addition, since the reflected wave from the aggregate surface in the concrete 12 has a high reflection intensity, the absorbance with a high S / N ratio can be calculated by selectively detecting the reflected wave.
Furthermore, since the chloride ion concentration and the neutralization degree are used as an index for evaluating the absorbance, it is possible to evaluate the chemical deterioration degree with good reproducibility.

本願発明者は、コンクリートの分光スペクトルの塩化物イオン濃度による変化について調査した。用いた材料は、材料１：セメントペースト（ＣＯＰ）、材料２：セメントペーストを高炉スラブで５０％置換（ＣＯＳ）したもの、材料３：モルタル（ＭＯＰ）、材料４：モルタルを高炉スラブで５０％置換（ＭＯＳ）したものを用いた。いずれの材料についても塩化物イオン濃度が０．０、１．２、４．８、９．６、１９．２（ｋｇ／ｍ^３）のものを用いた。また全ての材料の厚みは３ｍｍとした。 This inventor investigated the change by the chloride ion concentration of the spectroscopic spectrum of concrete. The materials used were Material 1: Cement paste (COP), Material 2: Cement paste 50% substituted with blast furnace slab (COS), Material 3: Mortar (MOP), Material 4: Mortar 50% with blast furnace slab Substitution (MOS) was used. All materials used had chloride ion concentrations of 0.0, 1.2, 4.8, 9.6, and 19.2 (kg / m ³ ). The thickness of all materials was 3 mm.

図７、図８に各コンクリート材料の透過測定による吸光度を示す。図７（ａ）はＣＯＰ、図７（ｂ）はＣＯＳ、図８（ａ）はＭＯＰ、図８（ｂ）はＭＯＳである。なお、いずれの材料においても中性化された場合の吸光度を参考として表示している。図７、図８に示されるように厚さ３ｍｍのいずれのコンクリート材料であってもテラヘルツ波を透過可能であることが分かる。よってこの透過スペクトルを上述の第１標準吸光度及び第２標準吸光度として用いることができる。なお、スペクトル全体に表れている振動はテラヘルツ波がコンクリート内部で多重反射されることによって生じる干渉縞である。 FIG. 7 and FIG. 8 show the absorbance of each concrete material as measured by transmission. 7A shows COP, FIG. 7B shows COS, FIG. 8A shows MOP, and FIG. 8B shows MOS. In addition, the absorbance when neutralized in any material is displayed for reference. As shown in FIGS. 7 and 8, it can be seen that any concrete material having a thickness of 3 mm can transmit terahertz waves. Therefore, this transmission spectrum can be used as the above-mentioned first standard absorbance and second standard absorbance. Note that the vibration appearing in the entire spectrum is interference fringes generated by multiple reflection of terahertz waves inside the concrete.

この透過測定による吸光度のうち、６８ＧＨｚ、及び１００ＧＨｚにおいて塩化物イオンに係る吸収ピークが存在することが知られている。そこで図９に６８ＧＨｚ、及び１００ＧＨｚにおける、透過率（吸収ピーク値）と塩化物イオン濃度との関係を示す。図に示すように、材料によって透過率は異なるが、塩化物イオン濃度と透過率とは一定の関係を有することが分かるため、この関係を示すデータを上述の第１標準吸収ピーク値群として利用することができる。塩化物イオン濃度が増加するにつれて透過率が単調に減少することが望ましいが、図９のデータにおいてはプロットに極値が見受けられる。これは上述の干渉縞の位置が、測定したコンクリートの厚みのばらつきにより周波数方向でずれたこと、または測定誤差が考えられる。よって測定試料の厚みを正確に制御して干渉縞の位置のずれをなくし、また測定誤差も改善することにより、単調減少する曲線が得られるものと考えられる。 It is known that absorption peaks relating to chloride ions exist at 68 GHz and 100 GHz among the absorbance measured by the transmission measurement. FIG. 9 shows the relationship between transmittance (absorption peak value) and chloride ion concentration at 68 GHz and 100 GHz. As shown in the figure, although the transmittance varies depending on the material, it can be seen that the chloride ion concentration and the transmittance have a certain relationship, so the data indicating this relationship is used as the first standard absorption peak value group described above. can do. Although it is desirable that the transmittance decreases monotonically as the chloride ion concentration increases, extreme values can be seen in the plot in the data of FIG. This may be because the position of the interference fringes described above is shifted in the frequency direction due to variations in the measured concrete thickness, or a measurement error. Therefore, it is considered that a monotonously decreasing curve can be obtained by accurately controlling the thickness of the measurement sample to eliminate the displacement of the interference fringe position and improving the measurement error.

一方、反射測定においてはこのような干渉縞は発生しないため、より正確に塩化物イオン濃度に対応した第１吸収ピーク値を第１標準吸収ピーク値群から抽出することができると考えられる。またデータとしては示されていないが、透過率と水酸化カルシウム濃度との関係も塩化物イオン濃度と同様に一定の関係を有することが期待され、この関係を示すデータもコンクリートの中性化度の指標となる第２標準ピーク値群として利用できるものと本願発明者は考えている。 On the other hand, since such interference fringes do not occur in the reflection measurement, it is considered that the first absorption peak value corresponding to the chloride ion concentration can be extracted more accurately from the first standard absorption peak value group. Although not shown as data, the relationship between permeability and calcium hydroxide concentration is expected to have a certain relationship as well as chloride ion concentration, and the data showing this relationship is also the degree of neutralization of concrete. The inventor of the present application considers that it can be used as the second standard peak value group that serves as an index of.

簡易な構成で、検査対象であるコンクリートの劣化度の評価をその場観察により行うことが可能なコンクリートの化学的な劣化度の評価方法として利用できる。 It can be used as a method for evaluating the degree of chemical deterioration of concrete, which can be evaluated by in-situ observation with a simple configuration and the degree of deterioration of the concrete to be inspected.

１０………評価システム、１２………コンクリート、１４………ボーリング孔、１６………取り付け冶具、１８………テラヘルツ−ＴＤＳ装置、２０………フェムト秒レーザ、２２………テラヘルツ波発生素子、２４………テラヘルツ波検出素子、２６………ロックインアンプ、２８………ビームスプリッタ、３０………ポンプ光、３２………プローブ光、３４………可動鏡、３６………軸外し放物面鏡、３８………レンズ、４０………レンズ、４２………第１光ファイバ、４４………レンズ、４６………第２光ファイバ、４８………解析装置、５０………テラヘルツ波、５２………反射波、５４………反射波、５６………取り付け冶具、５８………反射波。 10 ......... Evaluation system, 12 ......... Concrete, 14 ......... Boring hole, 16 ...... Mounting jig, 18 ...... Terahertz-TDS device, 20 ...... Femtosecond laser, 22 ......... Terahertz wave Generating element, 24... Terahertz wave detecting element, 26... Lock-in amplifier, 28... Beam splitter, 30 ... Pump light, 32 ... Probe light, 34 ... Movable mirror, 36 ...... Off-axis parabolic mirror, 38 ......... Lens, 40 ......... Lens, 42 ......... First optical fiber, 44 ...... Lens, 46 ......... Second optical fiber, 48 ......... Analysis Equipment: 50 ......... Terahertz wave, 52 ......... Reflected wave, 54 ......... Reflected wave, 56 ......... Mounting jig, 58 ......... Reflected wave.

Claims

A method for evaluating the degree of chemical degradation of concrete using the absorbance of terahertz waves irradiated on the concrete,
Forming a pair of boring holes in the concrete;
Introducing the terahertz wave to a predetermined depth position of one boring hole by the first optical fiber and irradiating the terahertz wave toward the other boring hole,
Detecting the transmitted wave of the terahertz wave through the second optical fiber introduced into the other boring hole, and calculating the absorbance;
A method for evaluating the degree of chemical degradation of concrete, comprising comparing the absorbance with the absorbance of concrete having the same composition as the concrete and having a known degradation level.

A method for evaluating the degree of chemical degradation of concrete using the absorbance of terahertz waves irradiated on the concrete,
Irradiating the concrete with pulsed terahertz waves and detecting the reflected waves by detection means to calculate the absorbance,
Contrast the absorbance with the absorbance of concrete having the same composition as the concrete and a known degradation level,
The detection means includes
Concrete in which the reflected wave is selectively detected by performing opening / closing control of the detection means in accordance with the time when the reflected wave reflected at a predetermined depth position of the concrete reaches the detection means. To evaluate the degree of chemical degradation.

A method for evaluating the degree of chemical degradation of concrete using the absorbance of terahertz waves irradiated on the concrete,
Forming a bore hole in the concrete;
The first optical fiber introduces the terahertz light generated in a pulse shape to a predetermined depth position of the borehole, irradiates the inner wall of the borehole with the terahertz light, and the reflected wave is introduced into the borehole. Detecting the absorbance by the detection means via the second optical fiber,
Contrast the absorbance with the absorbance of concrete having the same composition as the concrete and a known degradation level,
The detection means includes
The reflected wave is selectively detected by performing opening / closing control of the detection unit in accordance with the time when the reflected wave reflected at a position away from the inner wall reaches the detection unit. Evaluation method of chemical degradation of concrete.

The method for evaluating the degree of chemical deterioration of concrete according to claim 2 or 3, wherein the reflected wave is a reflected wave from an aggregate surface embedded in the concrete.

The evaluation of the degree of deterioration is performed by comparing the absorbance of the absorption band of chloride ions in the concrete with the absorbance of the absorption band of chloride ions of concrete having a known chloride ion concentration. The method for evaluating the degree of chemical deterioration of concrete according to claim 1.

The evaluation of the degree of deterioration is performed by comparing the absorbance of the absorption band caused by the neutralization in the concrete with the absorbance of the absorption band caused by the neutralization of the concrete having a known neutralization degree. The method for evaluating the chemical deterioration degree of concrete according to any one of claims 1 to 4.