JP2001004353A - 超音波による鉄筋径の測定方法 - Google Patents

超音波による鉄筋径の測定方法

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JP2001004353A
JP2001004353A JP11176977A JP17697799A JP2001004353A JP 2001004353 A JP2001004353 A JP 2001004353A JP 11176977 A JP11176977 A JP 11176977A JP 17697799 A JP17697799 A JP 17697799A JP 2001004353 A JP2001004353 A JP 2001004353A
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Tetsuo Yamaguchi
哲夫 山口
Tatsuo Yamaguchi
達夫 山口
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Toyoko Elmes Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】超音波を用いてコンクリート中の鉄筋径をスペ
クトル解析により正確に測定すること。 【解決手段】送波器でコンクリートに超音波のパルスを
繰り返し送波し、受波器で伝播波を受波してスペクトル
解析し、鉄筋の外側表面からの反射波のスペクトルと鉄
筋の内側表面からの反射波のスペクトルを求め、これら
のスペクトルから得られた外側表面と内側表面の超音波
の反射波の伝播時間差に超音波のコンクリート中の伝播
速度を掛けて、鉄筋の径を求める鉄筋径の測定方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波による鉄筋
径の測定に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、コンクリート中に埋設された鉄筋
の径を高い精度で測定することが、未知の構造物の強度
計算に必要であった。しかし、従来、コンクリート中に
埋設された鉄筋の位置は、レーダー法で測定できるが、
鉄筋径は、コンクリートを一部破壊して鉄筋を露出して
測っていた。そのため、破壊した個所にコンクリートを
埋め戻しているが、埋め戻した個所は強度が弱くなり、
耐震など問題があった。今まで、非破壊で鉄筋径を測る
ことは、種々研究がなされてきたが、殆ど正確に測られ
ていない。
【0003】また、本発明者は、コンクリート中の鉄筋
の径ではなく、鉄筋のかぶり(鉄筋から表面までのコン
クリートの厚さ)の測定を超音波を用いたスペクトル解
析により行った(コンクリート工学年次論文集Vol.16,N
o.1,1994参照)。ここで、超音波をコンクリート中に伝
播させた際、反射波が鉄筋の上凸面と下凹面で反射する
ことを観測し、鉄筋の径がある程度推定できると予測し
た。しかし、この論文では、かぶりの大きな場合、底面
の反射がなくなることや、かぶりの測定精度から、鉄筋
径を高精度、例えば1mm以下で測定できることは、そ
の当時予測できなかった。
【0004】なお、本発明者は、超音波を用いてコンク
リートの厚さをスペクトル解析により測定する発明を行
っている(特許第2581916号(特開昭63−24
7608号)、特許第2581929号(特開平01−
65407号)参照)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、超音波を用
いてコンクリート中の鉄筋径をスペクトル解析により正
確に測定することを目的にする。
【0006】
【課題を解決するための手段】<イ>本発明の第1発明
は、鉄筋が埋設されたコンクリートの表面上に送波器及
び受波器を設置し、送波器でコンクリートに超音波のパ
ルスを繰り返し送波し、受波器で伝播波を受波してスペ
クトル解析し、鉄筋の外側表面からの反射波のスペクト
ルと鉄筋の内側表面からの反射波のスペクトルを求め、
これらのスペクトルから得られた外側表面と内側表面の
超音波の反射波の伝播時間差に超音波のコンクリート中
の伝播速度を掛けて、鉄筋の径を求めることを特徴とす
る、鉄筋径の測定方法にある。 <ロ>本発明の第2発明は、第1発明の鉄筋径の測定方
法において、外側表面からの反射波のスペクトル高さが
内側表面のものより大きい場合、その径を補正すること
を特徴とする、鉄筋径の測定方法にある。 <ハ>本発明の第2発明は、第1発明の鉄筋径の測定方
法において、送波器から送波するパルスの繰り返し周期
を変化させると、送波器と受波器間の直接波と求めた反
射波との合成からなる受信波のスペクトルが移動し、こ
のスペクトルピークを保持し、そのピークの変化から外
側表面と内側表面の反射波のスペクトルを求めることを
特徴とする、鉄筋径の測定方法にある。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を説明する。
【0008】<イ>超音波による鉄筋径の測定の概要 超音波による鉄筋径の測定は、鉄筋が埋設されたコンク
リートの表面から送波器で超音波を送波させ、伝播して
戻ってきた超音波を受波器で受波し、スペクトル解析に
より鉄筋の上凸面(外側表面)と下凹面(内側表面)か
らの両方の反射波のスペクトルを求め、スペクトルから
得られた到達時間の差と超音波のコンクリート中の伝播
速度とから鉄筋径を求める。
【0009】<ロ>超音波による鉄筋径の測定装置 超音波による鉄筋径の測定装置は、超音波の送波器1と
受波器2、超音波測定機3、FFTアナライザなどのス
ペクトル分析器4を備えており、例えば、エルソニック
((株)東横エルメス製)を使用できる。送波器1と受
波器2を、鉄筋5が埋設されたコンクリート6の表面に
配置し、超音波測定機3を制御して、所定周期のパルス
の超音波を送波器1を通してコンクリート6に伝播さ
せ、コンクリート6から伝播してきた超音波の伝播波
は、受波器2で受信して超音波測定機3に入力される。
伝播波は、スペクトル分析器4により、スペクトル解析
により伝播波に含まれている各波長の波に分けられる。
【0010】<ハ>超音波による鉄筋径の測定方法 鉄筋径の測定方法は、コンクリート表面に送波器1と受
波器2を配置し、その位置で所定の周期で送波を行い、
伝播波を受信してスペクトル解析を行い、スペクトルの
分布状況、即ちパターンから、鉄筋5の上凸面(外側表
面)と下凹面(内側表面)からの両方の反射波のスペク
トルを見つける。このようにして得られたスペクトル分
布を図3及び図4に示す。
【0011】鉄筋径dは、2d/c=t=1/fの関係
式から求める。伝播速度をc、反射波の到達時間をt、
その逆数の周波数をf、反射波までの距離をdとする。
実際には探触子(送波器や受波器)から反射面までの距
離は必要でないので、鉄筋5の上凸面までの時間と下凹
面までの時間の差で求める。
【0012】反射波は、鉄筋5の径の大小で伝播のメカ
ニズムが異なっている。鉄筋径がD30のように太い場
合、超音波は、図2のように、上凸面も下凹面も一度の
反射で戻って来る。しかし、鉄筋径がD16、D22と
細い場合、超音波は、上凸面の場合、図2のように一度
の反射で戻って来るが、下凹面では分散し、鉄筋5の内
側面で繰り返し反射して戻って来ると考えられる。その
ため、下凹面からの反射波の経路は、鉄筋径の直径の往
復より長くなり、直径の往復距離を補正をする必要があ
る。その補正は、図2で求めた鉄筋径に補正値1/1.
3を掛けた値が、実験上、適している。この補正値は、
鉄筋5の直径の2倍の値と、鉄筋5に内接する正三角形
の三辺の和との比にほぼ一致する。
【0013】なお、鉄筋径の大小の判断は、上凸面と下
凹面とからの反射波のスペクトルの高さ(強度)の大小
で決めることができる。即ち、下凹面の反射波のスペク
トルが上凸面のものより大きい場合、図2で求めた鉄筋
径をそのまま用い、上凸面の反射波のスペクトルが下凹
面のものより大きい場合、鉄筋径に補正値1/1.3を
掛けて補正する。
【0014】伝播速度cは、鉄筋の径を測る場合でも、
コンクリート中の伝播速度を用いれば良いことを見出し
た。伝播速度をcは、4000m/s程度であり、実際
には、測定対象のコンクリートについて、伝播速度を測
定し、その値を用いる。
【0015】<ニ>より正確な測定方法 より正確に測定するために、送波器1と受波器2をコン
クリート表面上で移動して、スペクトルのパターン変化
から鉄筋5からの反射波のスペクトルを見つける。又
は、コンクリート表面に送波器1と受波器2を配置し、
送波器1から送る超音波パルスの繰り返し周期(繰り返
し周波数)を変化させることにより、送波器1と受波器
2間の直接波と求める反射波の合成からなる受信波のス
ペクトル(繰り返し周期(周波数)に基づくスペクト
ル)が移動する。このスペクトルについて、ピークホー
ルド回路によりピークを全て保持すると、鉄筋5の上凸
面(外側表面)と下凹面(内側表面)からの反射波のス
ペクトルで強度が大きくなり、外側表面と内側表面のス
ペクトルが見出し易くなる。このようにして得られたス
ペクトル分布を図5〜図8に示す。
【0016】以下、本発明の実施例を説明する。
【0017】<イ>鉄筋D22とD16の測定 1本の鉄筋D22、又はD16をコンクリート6に埋設
した供試体を使用した。供試体の種類を表1に示す。表
1の供試体1〜4は、鉄筋径D22を使用し、そのかぶ
りは、順に75mm、56mm、68mm、91mmで
ある。供試体5は、鉄筋径D16を埋め、かぶりは、6
0mmである。
【0018】
【表1】
【0019】測定装置は、エルソニック((株)東横エ
ルメス製)を使用し、送波器1から超音波のパルスをコ
ンクリート6に伝播させる。このパルスは、繰り返し周
期(繰り返し周波数)はlkHzとする。
【0020】表1の測定は、コンクリート上に送波器1
と受波器2を約10秒ごとに当て同じ鉄筋5の上の数箇
所に移動して、この間に得られる受信スペクトルを加算
平均する。このようにして鉄筋5の両端のノイズや供試
体のむらなどを除いた。図3〜図4に鉄筋5の上凸面か
らの反射波のスペクトルが示されている。次に、このス
ペクトルよりも低い周波数の位置の極大値のスペクトル
を読み、鉄筋5の下凹面からの反射波を求めた。図3
は、表1の供試体2であり、図4は、供試体5である。
【0021】なお、実際に上凸面又は下凹面からの反射
波のスペクトルを特定する際、レーダーによって鉄筋位
置とかぶりを正確に測定できるので、その測定値を参考
にしてスペクトルを特定し、鉄筋5の径を求める。レー
ダーでは鉄筋径を正確に求めることはできない。
【0022】図5は供試体2であり、図6は供試体5で
あり、より正確に測定したものであり、繰り返し周期
(繰り返し周波数)を変化させて、その繰り返し周波数
が変化するピークを保持したものである。
【0023】なお、各スペクトルの測定図において、マ
ーカ(丸印)を付したスペクトルが図の下側に示されて
いる。
【0024】<ロ>鉄筋D30の測定 1本の鉄筋D30をコンクリート6に埋設した供試体6
を複数回測定し、その測定結果を表1に示し、測定した
スペクトルの2つのグラフを図7及び図8に示す。供試
体6は、鉄筋径D30をかぶり80mmで埋めたもの
で、D30では、D16、D22に比べて、図7又は図
8のように、下凹面の反射波のスペクトルの方が、上凸
面よりもほぼ2倍高いスペクトルが得られた。この現象
は凹面反射による直接反射によると考えられる。図7及
び図8は、バルスの繰返し周波数を連続的に変化させ、
得られるスペクトルのビークを求めたものである。
【0025】<ハ>測定結果 鉄筋D22を埋設した供試体1から供試体4の鉄筋径
は、補正値1/1.3を掛けて求めたもので、表1に示
されているように、かぶりの大きさや伝播速度が各々異
なるが、鉄筋径の測定では、ほぼ1mm程度の誤差で求
められた。
【0026】鉄筋D16を埋設した供試体5の鉄筋径
も、補正値1/1.3を掛けて求めたもので、鉄筋径が
17.2mmと測定され、ほぼ1mm程度の誤差で求め
られた。
【0027】鉄筋D30を埋設した供試体6の鉄筋径
は、7点の測定個所で測定したもので、7個の測定値
は、最大でもほぼ1mm程度の範囲に収まっている。
【0028】
【発明の効果】本発明は、次のような効果を得ることが
できる。 <イ>本発明は、コンクリート中の鉄筋径を正確に測定
することができる。 <ロ>本発明は、細い鉄筋でも、補正により正確に測定
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】超音波による鉄筋径の測定装置の説明図
【図2】太い鉄筋D30の場合の反射の状態の説明図
【図3】鉄筋D22を測定したスペクトル図
【図4】鉄筋D16を測定したスペクトル図
【図5】繰り返し周波数を変化させて得られて鉄筋D2
2のスペクトル図
【図6】繰り返し周波数を変化させて得られて鉄筋D1
6のスペクトル図
【図7】繰り返し周波数を変化させて得られて鉄筋D3
0のスペクトル図
【図8】繰り返し周波数を変化させて得られて鉄筋D3
0の他のスペクトル図
【符号の説明】
1・・・送波器 2・・・受波器 3・・・超音波測定機 4・・・スペクトル分析器 5・・・鉄筋 6・・・コンクリート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F068 AA25 BB04 BB12 BB23 CC00 CC11 CC13 FF03 FF12 FF14 FF16 FF25 FF28 KK14 PP11 QQ22

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】鉄筋が埋設されたコンクリートの表面上に
    送波器及び受波器を設置し、送波器でコンクリートに超
    音波のパルスを繰り返し送波し、受波器で伝播波を受波
    してスペクトル解析し、鉄筋の外側表面からの反射波の
    スペクトルと鉄筋の内側表面からの反射波のスペクトル
    を求め、これらのスペクトルから得られた外側表面と内
    側表面の超音波の反射波の伝播時間差に超音波のコンク
    リート中の伝播速度を掛けて、鉄筋の径を求めることを
    特徴とする、鉄筋径の測定方法。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の鉄筋径の測定方法におい
    て、 外側表面からの反射波のスペクトル高さが内側表面のも
    のより大きい場合、その径を補正することを特徴とす
    る、鉄筋径の測定方法。
  3. 【請求項3】請求項1に記載の鉄筋径の測定方法におい
    て、 送波器から送波するパルスの繰り返し周期を変化させる
    と、送波器と受波器間の直接波と求めた反射波との合成
    からなる受信波のスペクトルが移動し、このスペクトル
    ピークを保持し、そのピークの変化から外側表面と内側
    表面の反射波のスペクトルを求めることを特徴とする、
    鉄筋径の測定方法。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004028976A (ja) * 2001-10-12 2004-01-29 Sekisui Chem Co Ltd 鉄筋コンクリート管の検査方法及び検査機器
JP2005315622A (ja) * 2004-04-27 2005-11-10 Fujimitsu Komuten:Kk コンクリート構造物の非破壊検査方法及び装置
KR100960177B1 (ko) * 2002-05-08 2010-05-26 세키스이가가쿠 고교가부시키가이샤 철근 콘크리트관의 검사 방법 및 검사 기기
JP2014010130A (ja) * 2012-07-03 2014-01-20 Yutaka Hata 超音波を用いた線状体の外径測定装置
CN106247960A (zh) * 2016-07-21 2016-12-21 上海理工大学 利用太赫兹波或毫米波检测墙体内钢筋直径的方法

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