JP2001208527A - 炭素繊維被覆層の測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】コンクリート構造物の表面などに、炭素繊維シ
ートをエポキシ樹脂で接着して多層の炭素繊維被覆層を
施工して耐震補強する。この場合、被覆層の厚さと炭素
繊維シート枚数を非破壊で、簡易に測定して、施工の適
正化を検証する。 【解決手段】超音波の反射源の厚さが 1/4波長以下の薄
い層の場合や 1/2波長以上の繊維のすきまがある場合、
１５ＭＨｚ（波長０．１９ｍｍ）〜２５ＭＨｚ（波長
０．１１ｍｍ）の超音波はその層を透過し又は反射す
る。炭素繊維被覆層表面の比較的狭い範囲（１００×１
００ｍｍ程度）で１０点程度測定して、反射波のエコー
を加算平均化することによって、炭素繊維シートの枚数
及び炭素繊維層の厚さを測定する。エコー高さと時間と
からなる反射波データにおいて、エコー高さ方向を対数
圧縮すれば、各層とノイズの判別が容易になる。加算平
均及び対数圧縮を探傷器側で処理すればリアルタイム
で、測定できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、コンクリートや
モルタル構造物などの表面に施された炭素繊維シートで
被覆した炭素繊維皮膜層の厚さや炭素繊維シートの数を
非破壊により測定する炭素繊維被覆層の測定方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】コンクリート構造物では、構築後に炭素
繊維のシートの複数枚をエポキシ系接着剤等で貼り付け
て耐震補強を行う工法が用いられている。この場合、耐
震補強が適正に行われたか否か等を判断するにあたり、
貼り付けた炭素繊維シートの枚数や炭素繊維被覆層の厚
さを測定することは重要となっている。

【０００３】従来、「コア抜き法」として、貼り付けた
炭素繊維シートをコア抜き用ドリルを用い、円筒形にく
り抜き目視で炭素繊維シートの枚数を数え、スケール等
で厚みを測定する方法が一般に行われている。

【０００４】また、他の方向として、「電気的方法」に
よって枚数を測定する方法も提案されている（例えば、
特開平１０−２２８５２９号）。この方法では、金属線
を織り込んだ特殊炭素繊維を被覆層として使用し、電極
を被覆層内に差し込み、電流を流し、電流の変化から枚
数を測定するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の方法の内
「コア抜き法」では、コア抜きによって連続した炭素繊
維層を切断することなり、抜き取った部分で、強度が低
下するおそれがあった。また、コア抜き後に該部の補修
を行う必要があった。

【０００６】従って、コア抜きの場所については、強度
上の問題とコア抜きの手間の問題を考慮した場合、それ
ほど多くの場所を抜取ることができなかった。更に、記
録は写真記録のみとなる。

【０００７】また、「電気的方法」では、電極を被覆層
内に差し込む為、コア抜き法に比べては少ないが、炭素
繊維被覆を同様に傷つける問題点があった。また、炭素
繊維の枚数は測定できるが、厚みは測定できなかった。
更に、金属線を織り込んだ専用の炭素繊維シートを用い
る必要があり、通常の炭素繊維シートを用いた場合に比
べて施工に２倍程度のコストがかかる問題点があった。

【０００８】また、従来超音波板厚計を用いた超音波測
定法によっても、金属等の板厚が非破壊的に測定される
が、同様な方法による炭素繊維シートの枚数と厚み測定
することも考えられる。この方法は、原理的には、炭素
繊維シートと塗りこめられるエポキシ樹脂との超音波的
差異（音響インピーダンス＝物質の音速×密度）あるい
はエポキシ樹脂とコンクリートの超音波的差異（音響イ
ンピーダンス＝物質の音速×密度）によって、炭素繊維
シートやコンクリート境界部から超音波の反射波（エコ
ー）が得られる。それによって、炭素繊維シートの枚数
と炭素繊維層の厚みを測定するものである。

【０００９】しかし、従来の超音波測定法を何層もの複
合材料に適用した場合、超音波センサーの測定箇所によ
り、最も表面側（超音波センサー側）に近い炭素繊維シ
ート表面で超音波が反射されたり、炭素繊維層で散乱さ
れたりして、判別不能のエコーが現れ、枚数の測定は出
来なかった。また、最も表面側（超音波センサー側）に
近い炭素繊維シートまでのエポキシ樹脂の厚みによっ
て、この厚みさえも測定できない場合もあった。

【００１０】例えば、このような場合、従来の超音波探
傷法を適用すると炭素繊維第１層からのエコーは比較的
容易に得られるが、従来金属等で用いられている５ＭＨ
ｚ程度の周波数の狭帯域探傷システムでは図２３に示す
ように各層のエコーやビームの広がりで得られたエコー
が重なり合って、各層の厚みと無関係なエコーが検出さ
れる。周波数５ＭＨｚの場合、エポキシの音速が２７０
０ｍ／ｓｅｃのため波長が０．５ｍｍ程度となり、極細
繊維集合体の炭素繊維シートからのエコーは十分得られ
るが、狭帯域による波数の多さと目的とする各層からの
エコー以外のエコーの重なりにより、各層からのエコー
を明瞭に確認することができない。

【００１１】また、航空機の平面的な部品等では、水槽
に部品を沈め、水中で探触子をＸ軸・Ｙ軸スキャナーに
よって平面に沿って走査し得られた超音波エコーからコ
ンピュータによって、断面画像（炭素繊維の枚数、８枚
程度までの測定可能）や平面画像（炭素繊維の繊維状の
模様や平面欠陥）によって部品の健全性を非破壊的に測
定することもなされている。しかしながら、耐震補強の
現場でそのような装置を動作させることは、現実的にも
コスト的にも不可能である。

【００１２】

【課題を解決するための手段】然るにこの発明では、比
較的狭い範囲（１００ｍｍ×１００ｍｍ程度）の被覆層
表面において、手動による多点測定のエコーを加算平均
化することによって、炭素繊維シート枚数及び炭素繊維
層厚さを測定することができた。

【００１３】即ちこの発明は、多層の炭素繊維からなる
皮膜層の該皮膜層の厚さ及び層数を測定する方法であっ
て、前記皮膜層の表面の所定範囲内で、先端直径を絞っ
た探触子を押し当てて、多数点で反射波を記録し、該反
射波データを重ね合わせにより処理して、単位炭層繊維
皮膜の数及び厚さを計測することを特徴とする炭素繊維
被覆層の測定方法である。

【００１４】前記において、時間又は距離と、エコー高
さとを対応させた反射波データを収集し、該反射波デー
タのエコー高さ方向のデータを対数圧縮して重ね合わせ
処理する炭素繊維被覆層の測定方法である。また、測定
対象に探触子を当て、該探触子からのデータを探傷器を
介してパーソナルコンピュータその他の計算機で処理す
る測定方法であって、前記探傷器に加算平均処理機能を
内蔵したことを特徴とする炭素繊維被覆層の測定方法で
ある。また、探触子は、周波数１５乃至２５ＭＨｚのペ
ンシル型プローブを、先端直径１乃至９ｍｍ程度に設定
して使用した炭素繊維被覆層の測定方法である。更に、
探触子は、局部水浸法による周波数２５ＭＨｚのペンシ
ル型プローブを、先端直径１乃至９ｍｍ程度に設定して
使用した炭素繊維被覆層の測定方法である。

【００１５】また、前記において、多点とは、通常は１
０点程度が適当であり、多ければ多い程より正確に測定
できるが、シートの重なり具合や枚数、求められる精度
などにより適宜測定点数は調節する。

【００１６】

【発明の実施の形態】炭素繊維シートによる耐震補強の
概略を図１に示す。コンクリートの表面に、炭素繊維シ
ートがエポキシ樹脂で接着されている。

【００１７】この発明の測定方法では、従来超音波探傷
等を使用される周波数よりもかなり高い周波数（１５〜
２５ＭＨｚ）のペンシル型ブローブ（先端直径数ｍｍ）
を用いることによって、図２に示すように、表面で１０
０ｍｍ×１００ｍｍ程度の範囲で何点も測定すると、炭
素繊維の第１層だけでなく、各層及び既存コンクリート
部の境界からのエコーが得られる。

【００１８】これは、超音波の反射源の厚さが「１／４
波長」程度以下の薄い層の場合や「１／２波長」程度以
上の繊維のすきまがある場合、１５ＭＨｚ（波長０．１
９ｍｍ）〜２５ＭＨｚ（波長０．１１ｍｍ）の超音波は
その層を透過したり、反射したりする。そのため、図３
に示すように各層及び既存コンクリート部の境界からの
エコーを得ることができる。

【００１９】そこで、前述の従来のＸ軸・Ｙ軸スキャナ
ーの探触子の走査に代わり比較的狭い範囲（１００ｍｍ
×１００ｍｍ程度）での手動による多点測定（今回は１
０点）のエコーを加算平均化することによって、炭素繊
維シートの枚数及び炭素繊維層の厚さを測定する（図
３）。

【００２０】ただし、炭素繊維シートは織りの関係で波
を打っているため、シート貼付後は測定位置によって各
層のシートの深さが０．３ｍｍ程度異なり、また表面か
らフレキシブルボードまでの厚さも０．３ｍｍ程度異な
るため、加算平均化しても明確なピークを示さない場合
（特に最初の層の炭素繊維はほとんどエボキシ樹脂のか
ぶりがない場合と０．５ｍｍ以上のかぶりがある場合が
あり、そのため明確なピークが得られない場合がある）
があるが、この場合であっても、その出現範囲から炭素
繊維のシートの枚数が推定できる。

【００２１】

【試験例１】（１）測定装置 図４に測定装置を示す。使用機器は、炭素繊維シート層
の厚さを考慮して、デジタル超音波探傷器（ＵＳＤ−１
５）３と、先端２の直径２．５ｍｍで周波数２５ＭＨｚ
のペンシル型プローブ１（探触子。Ｇ２５ＭＰＮ）を用
い、デジタル超音波探傷器３には、データー処理用にパ
ソコン４を接続する。

【００２２】このペンシル型プローブ１の先端２の直径
を数ｍｍに絞ることによって、炭素繊維シートを透過さ
せ測定したい層での反射を得ることが出来る。

【００２３】更に、１００ｍｍ×１００ｍｍ程度の範囲
での多点測定データをノートパソコンに転送し、重ね合
わせることによって、炭素繊維シートの層数及び補強部
分の厚さ等の測定結果を容易に知ることが出来る（図
３）。特に、縦軸方向を対数圧縮した場合、各層とノイ
ズの判別が容易になる。

【００２４】（２）測定例 図５に試験体１〜５を示す。試験体１はフレキシブルボ
ードの表面に炭素繊維層を１層（同（ａ））、試験体２
は炭素繊維層を２層（同（ｂ））、試験体３は炭素繊維
層を３層（同（ｃ））、試験体４は炭素繊維層を４層
（同（ｄ））、試験体５は炭素繊維層を４層とし更に表
面を塗装した（同（ｄ））ものである。

【００２５】この方法による積層数の測定例を、図６〜
図１０に示す。図中、横軸はビーム路程（ｍｍ）、縦軸
はエコー高さ（％）で、Ｐは炭素繊維層のエコー部分、
Ｑは境界部のエコー部分を表す。

【００２６】

【試験例２】（１）試験体 モルタルの基盤にパテの塗布や炭素繊維シートを貼り付
けた試験体で、試験体１〜試験体５の概略を図１１
（ａ）〜（ｅ）に示す。

【００２７】（２）使用装置等 試験例１と同様に、 デジタル超音波探傷器３：ＵＳＤ−１５ ペンシル型プローブ（ポリマーペン）１： ＤＰＳ５ＰＢ２２Ｐ ノートパソコン４ からなる（図４）。なお、測定物の音速はエポキシの一
般的な音速２７００ｍ／ｓｅｃを用いた。

【００２８】（３）測定結果 適用した超音波測定方法による測定結果を以下に示す。

【００２９】［試験体１］ 図１２（ａ）（ｂ）に示す
ように、モルタル板側（裏側）から探傷したエコーとパ
テ側から探傷したエコーでは異なった。この場合、測定
範囲（画面の横軸の長さ）は５ｍｍとし、１５ＭＨｚで
の測定を行った。

【００３０】［試験体２］ 図１３（ａ）（ｂ）に示す
ように、炭素繊維からのエコーＰ（エポキシと炭素繊維
の境界）と炭素繊維層とモルタルの境界からのエコーＲ
が大きく検出された。この場合、測定はすべて炭素繊維
層表面側から行った。

【００３１】図１３（ｂ）の場合は、炭素繊維層とモル
タルの境界からのエコーＲのほうが大きかった。尚、各
図（画面）上のＳａは探傷面から炭素繊維までの距離
（単位ｍｍ）、Ｓｂは探傷面から炭素繊維層とモルタル
の境界までの距離（単位ｍｍ）を表す。また、図１３
（ｃ）にエポキシ層のみの箇所での測定結果を示す（エ
ポキシの厚さがはぼ正確に測定されている）。

【００３２】前記において、図１３（ａ）（ｂ）（ｃ）
における、（Ｓａ、Ｓｂ）は夫々（０．７、１．２）
（１．２、１．２）（１．０、１．０）である。

【００３３】［試験体３］ 図１４（ａ）（ｂ）に示す
ように、炭素繊維からのエコーＰ（エポキシと炭素繊維
の境界）と炭素繊維層とモルタルの境界からのエコーＲ
が検出された。測定はすべて炭素繊維層表面側から行っ
た。尚、各図（画面）上のＳａは探傷面から炭素繊維ま
での距離（単位ｍｍ）、Ｓｂは探傷面から炭素繊維層と
モルタルの境界までの距離（単位ｍｍ）を表す。

【００３４】前記において、図１４（ａ）（ｂ）におけ
る、（Ｓａ、Ｓｂ）は夫々（０．９、２．０）（１．
７、１．７）である。

【００３５】［試験体４］ 図１５（ａ）〜（ｃ）に示
すように、炭素繊維からのエコー（エポキシと炭素繊維
の境界）と炭素繊維層とモルタルの境界からのエコーＲ
が検出された。炭素繊維からのエコーについては、１層
目の炭素繊維からのエコーＰ1 と２層日の炭素繊維から
のエコーＰ2 が検出された。この場合、測定はすべて炭
素繊維層表面側から行った。尚、各図（画面）上のＳａ
は探傷面から炭素繊維までの距離（単位ｍｍ）、Ｓｂは
探傷面から炭素繊維層とモルタルの境界までの距離（単
位ｍｍ）を表す。

【００３６】前記において、図１５（ａ）（ｂ）（ｃ）
における、（Ｓａ、Ｓｂ）は夫々（１．０、１．４）
（１．４、１．４）（０．９、２．０）である。

【００３７】［試験体５］ 図１６（ａ）〜（ｆ）に示
すように、炭素繊維からのエコー（エポキシと炭素繊維
の境界）と炭素繊維層とモルタルの境界からのエコーＲ
が検出された。炭素繊維からのエコーについては、１層
目の炭素繊維からエコーＰ1以降は多重反射が重なって
解析が困難であった。この場合、測定はすべて炭素繊維
層表面側から行った。

【００３８】また、各測定点で常に炭素繊維層とモルタ
ルの境界のエコーが検出されるわけではなく、５０ｍｍ
〜１００ｍｍ角の範囲で探触子の走査を行い、炭素繊維
層とモルタルの境界のエコーを検出した。１層目及び２
層目以降の炭素繊維及び多重反射エコーＰ12、４層目の
炭素繊維のエコーＰ4 で表わす。

【００３９】尚、各図（画面）上のＳａは探傷面から炭
素繊維までの距離（単位ｍｍ）、Ｓｂは探傷面から炭素
繊維層とモルタルの境界までの距離（単位ｍｍ）を表
す。

【００４０】図１６（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）
（ｆ）における、（Ｓａ、Ｓｂ）は夫々（０．９、４．
０）（０．７、４．０）（０．５、１．３）（０．８、
１．９）（０．７、４．０）（０．４、２．９）であ
る。

【００４１】（４）まとめ 測定の結果から以下のことが明らかになった。 1. 超音波法を用いて貼り付けた炭素繊維シートの枚数
や厚さを測定可能である。 2. 測定に関しては測定箇所毎に多点測定と所定のデー
夕の解析を行えば、炭素繊維からのエコーや炭素繊維層
とモルタルの境界からのエコーが得られる。 3. 2.のことから、単純な板厚計を用いた板厚測定では
炭素繊維シートの枚数や厚さを測定することは不可能で
ある。 4. 非破壊試験結果と試験体の切断の対応を確認する実
験を行うことにより、より高い測定精度を得られ、また
測定の信頼性を確認できる。

【００４２】

【試験例３】この試験例でも、炭素繊維シート自体は極
細繊維集合体であり、そのため超音波はシートで反射さ
れ、一部はシートを透過して伝搬することを利用して、
以下の方法を用いる。

【００４３】(a) 高い周波数（１５ＭＨｚ〜２５ＭＨ
ｚ）により波長が０．２ｍｍ〜０．１ｍｍ程度となり接
近したシート間も分離できる。 (b) ビーム径数ｍｍ以下としビームの広がりによるエコ
ー減少させ、有効に超音波を反射・透過する。 (c) 広帯域探触子により減衰を小さくする。 (d) 測定点近傍での多点測定による加算平均処理を用い
ることによってシート間の厚さが変動しても測定可能で
ある（図３参照）。 (e) Ｌｏｇ表示の探傷器を用いることによって大きなエ
コーが得られる第１層から極端にエコーが小さくなるそ
れ以降の層も飽和や極端に小さくなることなく検出され
る。

【００４４】以下、「（１）周波数２５ＭＨｚ、Ｌｏｇ
表示の探傷器の測定」「（２）周波数２５ＭＨｚ、加算
平均内蔵探傷器での測定」「（３）耐震補強現場での測
定」を行うと共に、「（４）比較例１−周波数５ＭＨｚ
の測定」「（５）比較例２−周波数２５ＭＨｚ、リニア
表示探傷器の測定」と比較した。

【００４５】（１）周波数２５ＭＨｚ、Ｌｏｇ表示の探
傷器の測定

【００４６】［試験体］試験体は、前記試験例２の試験
体５に相当するモルタル板の表面に炭素繊維を４層重ね
た試験体を使用する（図１１（ｅ））。ただし、炭素繊
維シート間のエポキシ樹脂層の厚さを０．５ｍｍ以下
で、１層の炭素繊維シート（微細繊維集合体）の厚さは
０．３ｍｍ程度とする。

【００４７】［測定システム］図１７に図示するよう
に、 からなる。

【００４８】［測定手順等］各測定点でのデータをパソ
コンに取り込んでから加算平均処理を行う。そのため、
実用的には１０測定点程度の加算平均処理しか行えなか
った。探触子の走査は測定点近傍で５ｃｍ×５ｃｍの範
囲で気泡等からの著しく大きなエコーが検出されない個
所のエコーについて加算平均処理を行った。

【００４９】局部水浸法を使用したのは、接触媒質にグ
リセリンを使用した場合に比して、安定したエコーを得
るためである。局部水浸法では、探触子（振動子）から
被測定物表面までの距離が数十ｍｍ程度あり、直接接触
法のその距離が０．５ｍｍ程度未満であるので、有利と
なる。

【００５０】前記において、超音波のビームを０．５〜
３ｍｍ程度としたが、数ｍｍ以下であれば良く、９ｍｍ
程度でも可能な場合もある。

【００５１】［測定結果］図１８（ａ）に示すように、
Ｌｏｇ表示の探傷器を用いた周波数２５ＭＨｚの広帯域
探触子による局部水浸法では、加算平均化処理によっ
て、より明瞭に炭素繊維シート数に対応したピークが検
出された。

【００５２】これは、局部水浸法を用いることによって
１０点の測定点で安定したエコーが得られたことと、Ｌ
ｏｇ表示の超音波探傷器を用いたことによってエコーが
飽和することなく表示されたためと考えられる。そのた
め、炭素繊維補強部表面と１層目の炭素繊維シートの間
が０．５ｍｍ程度以下であったが、表面からのエコーと
１層目のエコーも分離された。

【００５３】しかし、この場合でも、図１８（ｂ）
（ｃ）に示すように、個々の測定位置では炭素繊維シー
ト数に対応した超音波Ａスコープ波形が得られる場合と
得られない場合がある。

【００５４】（２）周波数２５ＭＨｚ、加算平均内蔵探
傷器での測定

【００５５】［試験体］試験体は、上記「（１）周波数
２５ＭＨｚ、Ｌｏｇ表示の探傷器の測定」と同じ炭素繊
維を４層重ねた試験体（図１１（ｅ））、２層、６層の
試験体を使用する。

【００５６】［測定システム］図１７に図示するよう
に、 からなる。

【００５７】［測定手順等］この試験例では、探傷器自
体に加算平均処理のプログラムを実装することによって
最大５０００測定点程度のまでの加算平均処理を行うよ
うになった。また、探触子の走査は直径２０ｍｍ程度の
範囲内でランダムに測定を行うことができるようになっ
た。

【００５８】また、探傷器３に内蔵した加算平均プログ
ラムは、Ｓエコー（被測定物表面からのエコー）同期を
とり、被測定物（炭素繊維被膜層）表面と探触子（振動
子）との距離（通常「水距離」と称する）の変化による
影響を無くしてある。対して、通常の単に加算処理をし
ただけでは、水距離の変化によって加算平均しても各値
が打ち消しあって、各層に対応したピークが得られな
い。

【００５９】また、加算回数も従来のパソコン４にデー
タを移してからパソコン４側で処理した場合には、１０
回程度が限度であったが、探傷器３側で処理を行うこと
により、最大２０００回以上の加算処理も可能であり、
通常は測定時間等を考慮して５００回程度で充分な値が
得られる。

【００６０】前記において、超音波のビームを０．５〜
３ｍｍ程度としたが、数ｍｍ以下であれば良く、９ｍｍ
程度でも可能な場合もある。

【００６１】［測定結果］加算平均プログラムを内蔵し
た超音波探傷器を用いた場合、測定点近傍でのランダム
なデータの採取後加算平均によって、図１９（ａ）に示
すように炭素繊維シート数に対応したピークが検出さ
れ、炭素繊維シート数及び炭素繊維補強部の厚さを推定
することができた。

【００６２】また、従来のように各測定点のデータをパ
ソコンに転送する必要がないため直ちに枚数及び厚みの
測定が行えた。なお、加算平均処理のための加算数を５
００回とした。

【００６３】今回測定を行った試験体の炭素繊維補強部
の厚みは従来から比べると８０％の厚さであり、炭素繊
維シート間のエポキシ層の厚さは０．３ｍｍ程度しかな
かったが、各層の炭素繊維シートからのエコーは明瞭に
分離でき、炭素繊維シート数及び炭素繊維補強部の厚み
を測定できた。

【００６４】炭素繊維シート４層で気泡を多く含む試験
体の測定データを図１９（ｂ）（ｃ）に示す。多く気泡
を含む場合でも、測定位置を多少選択すると気泡をほと
んど含まない試験体と同様の測定結果が得られる。

【００６５】ただし、図１９（ｃ）に示すように各層間
にエコーがほとんど検出されない部分が現れる場合があ
った。

【００６６】更に、炭素繊維シート２層、及び６層の試
験体の測定データを図２０（ａ）、図２０（ｂ）に示
す。

【００６７】炭素繊維シートが６層程度では各層からの
エコー及び境界部のエコーを検出することができ、その
ため炭素繊維シート数及び炭素繊維補強部の厚みを測定
できる。

【００６８】（３）耐震補強現場での測定

【００６９】図２１に耐震補強現場での炭素繊維シート
数の測定結果を示す。

【００７０】このときの測定システムは、探傷装置にリ
ニア表示の探傷器を用いた周波数２５ＭＨｚの広帯域探
触子による局部水浸法で、測定は１０点でデータ測定を
行い加算平均処理を行った。４層目及び境界部のエコー
を検出するためゲイン値を大きくし、表面及び１層目の
エコーが飽和し分離することができなかったが、各層か
らのエコーが得られ炭素繊維シート数及び補強部の厚み
を測定できた。

【００７１】（４）比較例１−周波数５ＭＨｚの測定

【００７２】図２２（ａ）に示すように、周波数５ＭＨ
ｚの狭帯域探触子では、第１層以降炭素繊維シート枚数
と関係ない種々のエコーの重なりが検出された。この場
合、各層の炭素繊維シート間のエポキシ層の厚さが０．
５ｍｍ程度で比較的測定しやすい試験体であったが、１
０点のいずれの測定点でも炭素繊維シートからのエコー
は分離できなかった。さらに加算平均処理を行っても、
図２２（ｂ）に示すように炭素繊維シート数に対応した
グラフは得らず、コンクリートと炭素繊維補強部との境
界が不鮮明に確認できる程度であった。

【００７３】これは、周波数１０ＭＨｚの狭帯域探触子
でもあまり変化はなかった。

【００７４】（５）比較例２−周波数２５ＭＨｚ、リニ
ア表示探傷器の測定

【００７５】リニア表示の探傷器を用いた周波数２５Ｍ
Ｈｚの広帯域探触子による直接接触法では、加算平均処
理によって炭素繊維シート数に対応したエコーの重なり
が検出された。

【００７６】しかし、炭素繊維シートの１層目からのエ
コーと４層目からのエコーでは極端にエコー高さが異な
るため、境界部のエコーも含め画面表示すると１層目が
画面から飽和してしまう。これは加算平均処理において
も影響を与え１層目の処理データはあまり正しくなく炭
素繊維補強部表面からのエコーと１層目のエコーも分離
できない。

【００７７】更に、１０点の測定位置の個々のデータ
は、図２２（ｃ）のように炭素繊維シート数に対応した
超音波Ａスコープ波形が得られる場合と、図２２（ｄ）
のように炭素繊維シート数に対応しない場合があった。

【００７８】ただし、図２２（ｄ）に関しては、グリセ
リンを接触媒質とした直接接触法を用いたため、炭素繊
維補強部表面の凹凸によるカップリングの不良も影響し
ている。

【００７９】（６）まとめ 一連の測定実験及び施工現場における測定により以下の
ことが明らかになった。 (a) 鋼の測定で用いる周波数５ＭＨｚの超音波探傷器や
超音波板厚計では炭素繊維シート数や厚みの測定は不可
能である。 (b) 周波数を高くし１５ＭＨｚ以上とすると測定時の探
触子の位置によって各炭素繊維シート層からのエコーや
コンクリートとの境界部からのエコーが得られる場合が
ある。 (c) 周波数にかかわらず１箇所だけの測定点では炭素繊
維シート数及び厚みの測定は行うことができない。 (d) 測定点近傍での多点測定による加算平均処理を用い
ることによって各炭素繊維シート数や厚みの測定が可能
となる。 (e) Ｌｏｇ表示の探傷器を用いることによって炭素繊維
シート数測定の精度が向上する。 (f) 加算平均処理を探傷器に内蔵することによってラン
ダムな測定やリアルタイムで炭素繊維シート数及び厚み
の測定が可能となった。

【００８０】

【発明の効果】炭素繊維各層の枚数及び補強部分の厚さ
を非破壊的に測定できる効果がある。また、電気的方法
と異なり、使用する炭素繊維に金属線を織り込む必要が
なく、事後に施工の適正を確認する必要がある場合、炭
素繊維による耐震補強時の施工コストを軽減できる。ま
た、測定結果は、超音波波形の記録やパソコンによって
解析した波形の記録として残すことができ、第三者が適
正な施工が行われたかを容易に確認することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】炭素繊維シートによる耐震補強部の構造の断面
図である。

【図２】（ａ）は、本発明の測定原理を表す図で、
（ｂ）〜（ｆ）は、各測定位置１〜５での超音波Ａスコ
ープ波形を表す図である。

【図３】本発明のデータ処理を説明する概念図である。

【図４】本発明の測定装置を表す図である。

【図５】（ａ）〜（ｅ）は試験例１の試験体の断面図で
ある。

【図６】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、試験例１の試験体１の
測定エコーを表すグラフである。

【図７】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、試験例１の試験体２の
測定エコーを表すグラフである。

【図８】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、試験例１の試験体３の
測定エコーを表すグラフである。

【図９】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、試験例１の試験体４の
測定エコーを表すグラフである。

【図１０】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、試験例１の試験体５
の測定エコーを表すグラフである。

【図１１】（ａ）〜（ｅ）は試験例２の試験体の断面図
である。

【図１２】試験例２の試験体１の測定エコーで、（ａ）
はモルタル側からのエコー、（ｂ）はパテ側からのエコ
ーを表す。

【図１３】（ａ）〜（ｃ）は同じく試験体２の測定波波
形例を表す。

【図１４】（ａ）〜（ｂ）は同じく試験体３の測定波波
形例を表す。

【図１５】（ａ）〜（ｃ）は同じく試験体４の測定波波
形例を表す。

【図１６】（ａ）〜（ｆ）は同じく試験体５の測定波波
形例を表す。

【図１７】本発明の測定装置で、試験例３の場合を表
す。

【図１８】試験例３の測定エコーを表すグラフで、
（ａ）は周波数２５ＭＨｚ、Ｌｏｇ探傷器の６層加算平
均後、（ｂ）（ｃ）は加算平均前の各測定点を表す

【図１９】同じく試験例３の測定エコーを表すグラフ
で、（ａ）は周波数２５ＭＨｚ、加算平均内蔵探傷器の
４層試験体測定、（ｂ）（ｃ）は４層で気泡を多く含む
試験体の測定例を表す。

【図２０】同じく試験例３の測定エコーを表すグラフ
で、（ａ）は周波数２５ＭＨｚ、加算平均内蔵探傷器の
２層試験体での測定の加算平均後、（ｂ）は同じく６層
試験体の測定で加算平均後を表す。

【図２１】同じく試験例３の測定エコーを表すグラフ
で、周波数２５ＭＨｚ、加算平均内蔵探傷器の現場測定
データを表す。

【図２２】同じく試験例３の比較例の測定エコーを表す
グラフで、（ａ）は周波数５ＭＨｚ３層（３ｍｍ）測定
データ、（ｂ）は周波数５ＭＨｚ３層（３ｍｍ）の加算
平均後、（ｃ）（ｄ）は周波数２５ＭＨｚ４層（４ｍ
ｍ）測定データ測定データを表す。

【図２３】従来の超音波探傷法による測定を説明する図
である。

【符号の説明】

１ プローブ（探触子） ２ プローブの先端 ３ 超音波探傷器 ４ パソコン Ｐ 炭素繊維層のエコー Ｑ 境界部のエコー Ｐ1 １番目炭素繊維からのエコー Ｐ2 ２番目以降の炭素繊維及び多重反射エコー Ｐ4 ４番目以降の炭素繊維及び多重反射エコー Ｐ12 １番目及び２番目以降の炭素繊維及び多重反射エ
コー Ｒ 炭素繊維層とモルタルとの境界からのエコー

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多層の炭素繊維からなる皮膜層の該皮膜
   層の厚さ及び層数を測定する方法であって、前記皮膜層
   の表面の所定範囲内で、先端直径を絞った探触子を押し
   当てて、多数点で反射波を記録し、該反射波データを重
   ね合わせにより処理して、単位炭層繊維皮膜の数及び厚
   さを計測することを特徴とする炭素繊維被覆層の測定方
   法。
2. 【請求項２】 時間又は距離と、エコー高さとを対応さ
   せた反射波データを収集し、該反射波データのエコー高
   さ方向のデータを対数圧縮して重ね合わせ処理する請求
   項１記載の炭素繊維被覆層の測定方法。
3. 【請求項３】 測定対象に探触子を当て、該探触子から
   のデータを探傷器を介してパーソナルコンピュータその
   他の計算機で処理する測定方法であって、前記探傷器に
   加算平均処理機能を内蔵したことを特徴とする請求項１
   記載の炭素繊維被覆層の測定方法。
4. 【請求項４】 探触子は、周波数１５乃至２５ＭＨｚの
   ペンシル型プローブを、先端直径１乃至９ｍｍ程度に設
   定して使用した請求項１又は３記載の炭素繊維被覆層の
   測定方法。
5. 【請求項５】 探触子は、局部水浸法による周波数２５
   ＭＨｚのペンシル型プローブを、先端直径１乃至９ｍｍ
   程度に設定して使用した請求項１又は３記載の炭素繊維
   被覆層の測定方法。