JP2000081403A - 構造物の内部欠陥検知方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 補修や補強の過程を直接可視化し、充填が不
充分な箇所を明確に検知できる客観性のある検知方法を
提供する。 【解決手段】 構造物の内部欠陥を検知する方法におい
て、構造物の内部に充填された充填材の硬化時に発生す
る熱に基づき上昇した構造物表面からの放射エネルギー
を赤外線放射温度計を用いて計測し、得られる熱画像に
より充填材の充填状況を直接可視化し、充填が不充分な
箇所を検知する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術】本発明は、構造物の内部欠陥の検
知方法に関する。更に詳しくは、ビルなどの構造物の内
部欠陥、たとえばタイルやモルタルの浮き上がりの補修
工事における補修箇所の検知方法や、橋梁などの鋼板補
強される構造物の補強過程での充填材不足による空気だ
まりなどの内部欠陥の状況を検知する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】構造物の長年の使用により、タイルやモ
ルタルの浮き上がりなどが生じると、漏水や外壁または
タイルの剥落の危険性を生じるためタイルやモルタルの
浮き上がり箇所の補修工事が行われている。タイルやモ
ルタルの浮き上がり箇所の補修工事は、通常、タイルや
モルタルの浮き上がり箇所に樹脂系やモルタル系の充填
材を充填する方法が知られている。特に、樹脂系の充填
材はタイルやモルタルの浮き上がり部と躯体との接着性
が良いので補修工法において用いるのに有効である。

【０００３】しかし、充填材が補修箇所に確実に充填し
ていないと外壁またはタイルの剥落の危険性を回避する
ことが出来ない。タイルやモルタルの浮き上がり箇所に
樹脂系あるいはモルタル系の充填材を充填する補修工事
において、充填材の充填状況、即ち補修の過程を検知す
る必要がある。

【０００４】また、橋梁の床版などは耐震診断の基準の
見直しにより耐震性が劣る場合鋼板により補強される。
ビルなどの構造物も長年の使用によるひび割れなどによ
って強度が低下した場合、鋼板により補強される。橋梁
の床版などの鋼板補強は躯体と鋼板が接着されている必
要がある。床版の躯体と鋼板の接着が不完全であると、
橋梁の強度が低下するだけでなく鋼板が落下する危険性
を生じる。鋼板による補強は、通常、躯体と鋼板の間に
樹脂系やモルタル系の充填材を充填する方法が知られて
いる。特に、樹脂系の充填材は躯体と鋼板の接着性が良
いので有効である。そこで、鋼板による補強は躯体と鋼
板の間に樹脂系やモルタル系の充填材が確実に充填され
ている必要があり、充填材を充填する過程で充填材不足
による空気だまりなどの内部欠陥を検知し補修する必要
がある。

【０００５】このような補修や補強過程での内部欠陥の
検知は、従来、木製ハンマーなどにより表面を叩いてそ
の音により作業員の判断で充填状況を検知する方法で行
われていた。この方法は作業員が図面等に記載すること
で可視化できるが、作業員の経験と勘に頼るものであ
り、作業性が悪いばかりでなく、信頼性に欠けるもので
あり、また、補修過程を直接可視化したものではなく客
観性に欠けるものであった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、補修や補強
の過程を直接可視化し、充填が不充分な箇所を明確に検
知できる客観性のある検知方法を提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題に
ついて鋭意検討した結果、構造物の内部欠陥を検知する
方法において、構造物の内部に充填された充填材の硬化
時に発生する熱に基づき上昇した構造物表面からの放射
エネルギーを赤外線放射温度計を用いて計測し、得られ
る熱画像により充填材の充填状況を直接可視化し、充填
が不充分な箇所を検知できることを見いだした。

【０００８】従来より、タイルやモルタルの浮き上がり
箇所は樹脂系あるいはモルタル系の充填材を充填するこ
とにより補修が行われていた。これらの充填材は充填後
に硬化してタイルやモルタルの浮き上がり部と躯体とを
接着する。同様に鋼板による補強においては、躯体と鋼
板の間に樹脂系やモルタル系の充填材を充填している。
これらの充填材は充填後に硬化して躯体と鋼板を接着す
る。これら補修や補強における充填材は硬化時に熱を発
生する。本発明者らはこの硬化熱に着目した。

【０００９】すなわち、タイルやモルタルの浮き上がり
箇所や鋼板による補強における躯体と鋼板の間に、充填
材を充填すると充填材が充填された箇所では硬化熱を生
じ、構造物表面を通しエネルギーを放射し、その部分の
構造物表面温度が上昇する。本発明ではこの上昇した構
造物表面温度分布を赤外線放射温度計により検出し、熱
画像として可視化する。構造物表面温度が上昇した部分
は、その内部に充填材が充填され、硬化していることを
示す。また、予め、内部欠陥の状況を調べておき、これ
と充填材の充填状況を示す熱画像と比較することによ
り、内部欠陥への充填材の充填が充分行われているか、
あるいは充填不充分による空隙が残存しているかを検知
することができる。熱画像は赤外線放射温度計により計
測し可視化したものであるので事実を客観的に写した画
像である。

【００１０】予め内部欠陥の形状を調べる方法として
は、どのような方法を用いてもよいが、本発明者らが先
に提案した特開平９−１４５６４８号、特開平９−１４
５６４９号、特開平９−２８１０６５号に記載の方法を
用いれば、熱画像同士の比較ができるため、好ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下本発明の形態を具体的に説明
する。タイルやモルタルの浮き上がり箇所に樹脂系ある
いはモルタル系の充填材を充填する補修工事過程におい
て、対象とする補修箇所を含む構造物表面が撮影できる
ように赤外線放射温度計（熱画像検出器）を設置し、そ
の視方向が構造物表面に一致するように調節し、構造欠
陥部分に充填材を充填後、所定時間の間隔をあけて継続
的に、構造物表面からの赤外線放射エネルギーを赤外線
放射温度計を用いて熱画像の記録を行う。得られた熱画
像は、例えば、フロッピーディスク（以下、ＦＤと呼
ぶ）等に記録しておくことができる。赤外線放射温度計
による熱画像の記録は少なくとも充填材の発熱時に測定
すればよいが、充填材注入前から測定を開始してもよ
い。鋼板による補強においても上記と同様に躯体と鋼板
の間に充填材を充填する行程で対象とする補強箇所を含
む構造物表面について熱画像の記録を行う。

【００１２】ＦＤに記録した最も良好な熱画像から充填
材の充填状況を調べる。即ち、充填材の充填されている
充填部と充填材の充填されていない非充填部の熱画像と
照合・解析することにより、空隙に充填材が完全に充填
できているか、あるいは充填材の充填が不充分で非充填
部分が残っているかなど補修の良否と、補修不良部分が
あった場合、その場所を特定することができる。鋼板補
強の場合も同様に補強不良部分を特定できる。

【００１３】本発明で用いる充填材としては硬化の際発
熱する材料であればどのようなものも用いることがで
き、通常、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂
等の有機樹脂系充填材、無機系充填材としてモルタル充
填材を例示でき、エポキシ樹脂系のエポ４１（三菱レイ
ヨン（株）製）、モルタルのスラグファイン及びダイヤ
メックス（三菱レイヨン（株）製）等をその具体例とし
て例示できる。

【００１４】（基礎実験）さらに、本発明を図面を参照
しながら具体的に説明する。まず、本発明で使用したモ
デル構造物の概要を説明する。図１は基礎実験に使用し
た試験体の形状を示し、試験体は、モデル構造物である
コンクリート板（１）とモルタル仕上げ部としてのモル
タル板（２）からなり、内部欠陥のモデルとしてコンク
リート板とモルタル板の間に所定の幅の空隙を設け、充
填材注入口を除いてコンクリート板周辺部周囲でコンク
リート板とモルタル板の間にパッカーと呼ばれる緩衝材
（３）で封鎖した。コンクリート板の大きさは、縦６０
０mm×横６００mm×厚さ５０mmで、質量は約４０kgであ
る。モルタル板の厚さは後述のように、１０mmを基本と
し、検知限界に与えるモルタル厚さの影響を見るために
種々に変化させたものを用いた。更に、充填材注入時の
充填不良部が発生したことを想定して試験体の内部に図
１の黒く塗りつぶした三角形の部分の周囲にパッカーを
設けて、充填材注入口（５）から充填材を注入しても充
填材が進入しない非充填部（４）を設けた。

【００１５】図２は緩衝剤を用いて設けた非充填部の形
状、寸法を示し、かつ、水平方向の温度分布を求める読
みとり位置を示す図である。図２では、試験体の深さを
５cm、１５cm、２５cm、３５cm、４５cm、５５cmの位置
で水平方向の温度分布を計測する例を示した。すなわ
ち、縦６００mm×横６００mmの試験体の補修箇所に充填
剤を充填して非充填部（人為的に作成した未充填箇所）
が確認できる範囲を見出す実験である。

【００１６】試験体に充填材を充填し、その充填の程度
及び非充填部の確認を行うための実験は、次の手順によ
って行った。まず、充填材としてはエポキシ系のエポ４
１（三菱レイヨン（株）製のコンクリート用エポキシ樹
脂系接着剤で、特にひび割れ注入用に開発された接着
剤。低粘度で、注入しやすい作業性と湿潤面でも硬化す
る特性を有する。）及びスクイズ工法用変成エポキシ樹
脂（三菱化学（株）製、２０℃における粘度３９０ｃｐ
ｓ）を用いた。

【００１７】試験体は、モルタル面が表向きとなるよ
うに設置し、赤外線放射温度計を試験体から５．５ｍ離
れた位置に三脚で固定し、その視方向がモルタル面に一
致するように調節した。 試験体に充填材が充填されていない状態のときから、
赤外線放射温度計を用いて計測を開始し、充填材の充填
が終了するまで、一定時間毎に計測を行い、画像をＦＤ
に記録した。

【００１８】充填材の充填が終了した後も、赤外線放
射温度計から得られる画像で、充填材の硬化熱により生
じる充填部と非充填部の温度差を確認しながら、この測
定を約１０分ごとに２〜３時間程度行い、画像をＦＤに
記録した。 ＦＤに記録した熱画像の中、最も良好な熱画像から充
填材の充填されている充填部と充填材の充填されていな
い非充填部の熱画像と照合・解析して、充填材の充填状
況を計測した。充填材充填前の空隙の形状が不明な場合
は前述のように公知の空隙検知方法によりその形状を求
めればよい。

【００１９】図３は下部に人為的に作成した非充填部を
有する空隙に充填材を充填し、赤外線放射温度計で充填
状況を示す充填部の熱画像の概念図である。実線部が熱
画像から求められた非充填部である。

【００２０】充填材の硬化後、モルタル板を剥がし
て、熱画像から得た充填材充填状況通り充填材が充填さ
れていることを確認した。

【００２１】

【実施例】＜ 実験１＞本実験では、モルタル板の厚さ
１０mm、空隙の厚さ２mmで行い、上部の開口の幅３０c
m、深さ５０cmの図２に示すような逆三角形の形状の非
充填部を有する試験体を用い、充填材としてエポキシ系
のエポ４１（三菱レイヨン（株）製）を用い、前記実験
条件、実験手順によって充填材を充填し、赤外線放射温
度計による熱画像を得た。

【００２２】熱画像の撮影にあたっては、試験体の上か
ら深さ１０cm刻みで水平方向の温度分布を測定し、図３
（熱画像の概念図）に示すような熱画像を得た。この確
認にあたっては、複数得られた熱画像の中、非充填部が
最も良好に確認できた熱画像について解析を行った。ま
た、実際の非充填部とを比較して、空隙（非充填部）の
面積を熱画像で確認できる限界を求めた。

【００２３】すなわち、試験体内部に設けた緩衝体の位
置および実際にモルタル板をはがして三角形上の周囲に
ある緩衝剤に囲まれた部分に充填材が進入していないこ
とを確認し、試験体上端からの深さ３５cmの位置以下、
すなわち横の幅が９cm以下では存在している空隙が熱画
像として示されていないことから一辺の幅が９cm以下の
正方形は検知できていない。すなわち８１cm^２以下の面
積の空隙は確認できないことがわかり、この値を実験１
における検知限界とした。

【００２４】なお、構造物の内部欠陥の補修にあたって
は、通常、４００ cm^２ 以上の空隙が補修の対象とな
り、これより小さいものまで補修しようとするとかえっ
て補修コストの向上を招くことから実際的ではなく、こ
の観点からすると、上記検知限界は実用上全く問題のな
いものであることがわかる。

【００２５】＜ 実験２〜実験５＞表１に記載した空隙
の厚さである以外は実験１と同様の空隙を有し、表１に
記載したモルタル板の厚さである以外は実験１で用いた
と同様の試験体を用い、充填材としてエポ４１（Ａ）ま
たはスクイズ工法用変成エポキシ樹脂液（Ｂ）を用いた
以外は実験１と同様にしてそれぞれの検知限界を求め
た。その結果を表１に示す。

【００２６】

【表１】 なお、表１の充填材の種類の欄で、Ａはエポ４１、Ｂは
スクイズ工法用変成エポキシ樹脂液を示す。

【００２７】実験３、４ではモルタル厚を５０mmと設定
しており、これは実際の工事では一般的ではないが、こ
こでは厚いモルタルの場合どこまで検知できるかとの観
点から行った。すなわち、常識より相当厚いモルタルを
介しても比較的大きい内部欠陥、あるいは厚みの厚い内
部欠陥であれば良好に検知できることを示している。実
験１から実験５でモルタルにおいて、エポキシ系の充填
材の硬化熱を利用して赤外線放射温度計により得られる
熱画像により充填材の充填状況を可視化し、その熱画像
から検知限界を見出した。空隙の面積が上記検知限界以
上であれば、本発明の方法により空隙の有無及びその位
置、大きさを客観的に知ることができる。これにより、
充填材の硬化熱を利用して赤外線放射温度計により構造
物の補修箇所、補修後の補修状況の良否および補修不良
の場合はその位置を確認できる。

【００２８】＜ 実験６〜実験１４＞図１におけるコン
クリート板（１）を鋼板に変え、表２に示す鋼板の厚
さ、空隙の厚さ、充填材としてエポ４１（Ａ）またはス
クイズ工法用変成エポキシ樹脂液（Ｂ）を使用した以外
は実験１と同様にして熱画像を得て検知限界を求めた。

【００２９】

【表２】 なお、表２の充填材の種類の欄で、Ａはエポ４１、Ｂは
スクイズ工法用変成エポキシ樹脂液を示す。

【００３０】実験８、１４では鋼板の厚さを９．０mmと
設定しており、これは実際の工事では一般的ではない
が、ここでは厚い鋼板の場合どこまで検知できるかとの
観点から行った。すなわち、常識より相当厚い鋼板を介
しても比較的大きい内部欠陥、あるいは厚みの厚い内部
欠陥であれば良好に検知できることを示している。実験
６から実験１４で鋼板において、エポキシ系の充填材の
硬化熱を利用して赤外線放射温度計により得られる熱画
像により充填材の充填状況を可視化し、その熱画像から
検知限界を見出した。空隙の面積が上記検知限界以上で
あれば、本発明の方法により空隙の有無及びその位置、
大きさを客観的に知ることができる。これにより、充填
材の硬化熱を利用して赤外線放射温度計により鋼板補強
される構造物の補強箇所、補強後の補強状況の良否およ
び補強不良の場合はその位置を確認できる。

【００３１】

【発明の効果】以上の通り、本発明により、硬化熱を生
じる補修材が構造物表面を通し放射するエネルギーを赤
外線放射計により検出して熱画像を得て、構造物の補修
の過程で補修箇所の補修状況を検知する方法および鋼板
補強される構造物の補強過程での充填材の充填状況を検
知する方法を見い出した。構造物の補修の過程及び補修
箇所を可視化して補修の良否を確認することができるの
で、補修工事を効果的に行うことができ、さらに、信頼
性の高い補修工事を行うことができる。同様に鋼板補強
される構造物の補強過程での充填材不足による空気だま
りなどの内部欠陥の箇所を可視化して確認することがで
きるので、補強工事を効果的に行うことができ、さら
に、信頼性の高い補強工事を行うことができる。本発明
は、前述のビルの外壁や鋼板補強された橋梁床板の診断
に限らず、屋根、煙突、ダム、トンネル、堤防、橋梁、
道路（高架道路）、などの構造物の診断に用いることが
できる。また、外気温の変化の少ない場所の構造物の診
断にも有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】基礎実験に用いた試験体の構造を示す。

【図２】緩衝材を用いて試験体中に設けた空隙の形状、
寸法を示し、かつ、水平方向の温度分布を求める読みと
り位置を示す図である。

【図３】熱画像の概念図を示す。

【符号の説明】

１：コンクリート板、２：モルタル板、３：パッカー、
４：非充填部、５：充填材注入口。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原島 進 東京都港区港南一丁目６番41号 三菱レイ ヨン株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 構造物の内部欠陥を検知する方法におい
   て、構造物の内部に充填された充填材の硬化時に発生す
   る熱に基づき上昇した構造物表面温度を赤外線放射温度
   計を用いて計測し、得られる熱画像により補修または補
   強状況を検知することを特徴とする構造物の内部欠陥検
   知方法。
2. 【請求項２】 構造物の内部欠陥がタイルまたはモルタ
   ルの浮き上がりの補修工事による補修箇所の内部欠陥で
   ある請求項１記載の構造物の内部欠陥検知方法。
3. 【請求項３】 構造物の内部欠陥が鋼板補強される構造
   物の内部欠陥である請求項１記載の構造物の内部欠陥検
   知方法。