JP2001296214A - コンクリート構造物の劣化測定装置、および、その測定方法。 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】非破壊でコンクリート構造物内部の深層部位で
劣化度合の程度を適格であ簡便に測定・検出することの
できる劣化度合測定装置を提供することにある。 【解決手段】コンクリート構造物を加振して共振周波数
を測定し鉄筋コンクリート構造物の劣化を測定する装置
および方法において、コンクリート構造物を直接叩いて
加振する加振手段と、該加振手段と一体に加振した際の
加振力を検出する加振力検出手段を設け、該加振手段か
らコンクリート構造物内部に伝播された加振動を検出す
る振動検出手段を測定対象コンクリート面から所定の距
離を保って設けたことを特徴とする鉄筋コンクリート構
造物の劣化測定装置および測定方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンクリート構造
物を破壊することなしに、コンクリート構造物の内部組
織の劣化度合を測定する技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】鉄筋コンクリート構造物の劣化について
は、鉄筋の腐食、アルカリ骨材反応、凍害等により、
セメントの軟質化、即ちコンクリート内部組織破壊によ
る耐圧力低下、亀裂、即ち、鉄筋の腐食発錆によるコ
ンクリートのひび割れ、鉄筋とコンクリートとの遊離
等の現象を生じ、ひび割れ等が目視できる程度に顕在化
する以前に、その劣化の程度を知ることが望ましい。従
来、コンクリート構造物の内部組織の劣化度合を測定す
るには、コンクリート構造物の所定箇所からサンプルを
採取し、圧縮試験等を行い、さらに粉末にして組成を分
析して石灰変質度合の程度を検出する劣化測定方法が、
確実に劣化の程度を知る手段として一般的に知られお
り、また、特開平8-29413号公報に開示されているよう
に、コンクリート構造物に細い検査孔を複数本削孔し、
ファイバースコープ等を挿入してひび割れの進展等を検
査する方法が知られているが、いずれも、サンプルを採
取する必要があったり、検査孔を削孔しなければならな
い。そこで、コンクリート構造物の内部組織の劣化度合
を非破壊で検出する方法が求められ、従来、コンクリー
ト構造物の外観から目視によってその色合い等で劣化の
おおよその程度を知ることができるが、客観的評価が得
られにくく、非破壊で客観的評価が得られるようにする
ため、種々のコンクリート構造物の劣化度合検出方法が
提案されている。

【０００３】例えば、コンクリート構造物の表面に変位
計や歪みゲージを設置し、鉄筋の腐食に伴って発生する
変形を経時的に計測して劣化の程度を判断する方法が知
られている。また、特開平8-15126号公報に提案されて
いるように、コンクリート構造物の各面を超音波でスキ
ャンニングし、得られた距離測定値と予め設定された健
全部の基準値とを比較し劣化の度合を検出している。ま
た、特開平11-30510号公報に提案されているように、コ
ンクリート構造物の表面の凸凹を距離センサーの直線上
の走査により測定し、測定された凸凹量から劣化状態を
検出している。さらに、特開平5-108796号公報に開示さ
れているように、コンクリート構造物の表面温度分布を
赤外線センサーによって検出し、コンクリート構造物の
健全状態の温度分布と比較して、特異な温度分布を検出
した場合に、劣化部分として判定・評価していた。ま
た、現在、比較的評価が確立されたコンクリート構造物
の劣化の測定方法として、自然電位を測定して劣化度合
を分析する自然電位測定方法が知られている。上記の従
来のコンクリート構造物の非破壊での劣化度合の検査・
測定方法において、例えば、歪みゲージ等で経時的に形
状変化を計る方法においては表面から浅い部位での劣化
は比較的正確に検出できるが、内部組織の特に深層部位
での劣化度合は必ずしも正確に測定・検出できず、ま
た、赤外線センサーによる表面温度分布を計る方法にお
いては、表面から浅い部位での劣化は比較的正確に検出
できるが、内部組織の特に深層部位での劣化度合は必ず
しも正確に測定・検出できないという問題点の外に、温
度管理が困難でああり、更に、自然電位測定方法は、主
に鉄筋の劣化度合を検出するには最適であるが、コンク
リート自体の劣化やひび割れを検出するのには適さな
い。

【０００４】そこで、本発明者らは、特願平11-193942
号として非破壊でコンクリート構造物内部の深層部位で
劣化度合の程度を適格に測定・検出することのできるコ
ンクリート構造物の劣化測定手段を提案している。上記
の特願平11-193942号の第１発明の概要は、ほぼ同じ厚
さの部分を有するコンクリート構造物において、予め測
定対象のコンクリート構造物の健全部を加振して共振周
波数を測定し、健全部の基準共振周波数スペクトルを作
成するとともに、他の測定部を加振して測定部共振周波
数を測定し、該測定部共振周波数スペクトルを作成し
て、作成した両共振周波数スペクトルを重ね合わせて、
両共振周波数スペクトルのずれの程度を分析することに
よって内部組織の劣化度合を判定するもので、健全部の
スペクトルと比較して複雑になっている複雑さの度合を
分析、あるいは、スペクトルのピークが鈍っている度合
を分析することによって、測定個所のセメントの軟質
化、亀裂、鉄筋のコンクリートからの遊離等の程度を測
定するものである。また、第２発明の概要は、ほぼ同じ
厚さの部分を有するコンクリート構造物において、予め
測定対象のコンクリート構造物の健全部を加振して健全
部での振動の基本モードの基準共振周波数を検出し、該
基準共振周波数から基準位相速度の値を算出するととも
に、他の測定部を加振して前記基準共振周波数の付近で
の振動の共振周波数のピークを検出し、該ピークでの測
定部の共振周波数から振動の位相速度値を算出し、両位
相速度値を比較してその差の値を分析することによって
内部組織の劣化度合を判定し、振動の位相速度の値によ
って、定量的に鉄筋コンクリート構造物の内部組織の劣
化度合を判断するものである。そして、上記の２つの発
明のいずもがコンクリート構造物を加振する手段とし
て、図１に示すような力検出ピックアップaが付属した
インパクトハンマーbを使用し、測定対象のコンクリー
ト構造物dをインパクトハンマーbで叩いて加振するもの
であり、加振による共振周波数をコンクリート構造物d
に密着型の加速度ピックアップcを、瞬間接着剤などの
接着剤を介して強固に固着して検出するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た特願平11-193942号の発明においては、コンクリート
構造物を加振手段で加振して共振周波数を検出するが、
加振による共振周波数を検出するのに際しては、いちい
ち加速度ピックアップをコンクリート構造物に接着剤を
用いて強固に固着しなければならず、多くの労力も必要
であるという問題点があり、固着の仕方によってデータ
がばらつくという問題点があった。本発明は、上記の問
題点に鑑みてなされたもので、その課題は、コンクリー
ト構造物を加振して共振周波数を測定する鉄筋コンクリ
ート構造物の劣化測定装置および測定方法において、測
定の際の扱いを簡便して、振動検出手段を人手がほとん
ど必要でなく自動化しうる構成にし、かつ、得られるデ
ーターのばらつきを少なくするようなコンクリート構造
物の劣化測定装置および測定方法を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１に記載の発明は、コンクリート構造物を
加振して共振周波数を測定し鉄筋コンクリート構造物の
劣化を測定する装置において、コンクリート構造物を直
接叩いて加振する加振手段と、該加振手段と一体に加振
した際の加振力を検出する加振力検出手段を設け、該加
振手段からコンクリート構造物内部に伝播された加振動
を検出する振動検出手段を測定対象コンクリート面から
所定の距離を保って設けた鉄筋コンクリート構造物の劣
化測定装置である。上記の課題を解決するために、請求
項２に記載の発明は、コンクリート構造物を加振して共
振周波数を測定し鉄筋コンクリート構造物の劣化を測定
する方法において、コンクリート構造物を直接叩いて加
振する加振手段と、該加振手段と一体に加振した際の加
振力を検出する加振力検出手段を設け、該加振手段から
コンクリート構造物内部に伝播された加振動を検出する
振動検出手段を測定対象コンクリート面から所定の距離
を保って設けた鉄筋コンクリート構造物の劣化測定方法
である。

【０００７】

【発明の実施の形態】ここで、本発明のコンクリート構
造物の内部組織の劣化度合測定装置を説明するが、ま
ず、本発明で採用するコンクリート構造物の内部組織の
劣化度合の測定方法の原理を説明する。本発明者らは、
一般に物体の強度を表す物理量の１つにヤング率Ｅがあ
り、このヤング率Ｅが大きいほど、物体の圧縮強度も大
きいことに着目して、非破壊状態で、鉄筋コンクリート
構造物の内部の圧縮強度を測定することを、前述した特
願平11-193942号で提案している。上記ヤング率Ｅを測
定する方法には物体の共振周波数(共振振動数)を測定す
ることによってその物体のヤング率Ｅを測定する方法が
あり、この測定方法は、コンクリート構造物のような有
限の大きさの弾性体が、多数の固有振動モードを有して
おり、これらのモード振動数は、そのコンクリート構造
物の材質・形状および寸法によって定まる数値である。
そして、弾性体であるコンクリート構造物を叩くと、有
限の大きさ、例えば厚さや寸法によって、コンクリート
構造物の固有振動モードが励起され、その固有振動数で
振動(共振現象)するが、どのモードが励起されるかは、
叩く位置や叩き方によって決まる。例えば、橋の床板コ
ンクリート構造物の固有振動モードも多数存在するが、
上述したように、一般に叩く位置によって励起するモー
ドは異なる。本発明者らは、床板コンクリート構造物に
おいて、床板コンクリートの厚さがほぼ一定である場合
に、叩く位置に依らずに励起されるモードが幾つか存在
することを見出した。

【０００８】それらは、床板の厚さ方向の横波と縦波の
振動モードであり、それらの振動の基本モードの振動数
は次式(1)〜(4)で与えられる。 (1)横波の共振周波数 ｆs＝ｖs／2ｈ (2)横波の伝搬速度 ｖs＝√１／2(1＋σ)・E／ρ (3)縦波の共振周波数 ｆp＝ｖp／2ｈ (4)縦波の伝搬速度 ｖp＝√(１-σ)／(1＋σ)(1−2σ)・E／ρ ここで、ｈ：床板の厚さ、σ：ポアソン比、ρ：密度、
である。ただし、実際には上記の横波と縦波とは、複合
波となって厳密には区別できないので、本発明及び実施
例では厳密には横波は「横波的」、縦波は「縦波的」で
あるが、本明細書では単に「横波」、「縦波」と定義す
る。

【０００９】そして、鉄筋コンクリート構造物の劣化
は、上述したように、セメントの軟質化、亀裂、
鉄筋の遊離等の現象を生じるが、本発明者らは、鉄筋コ
ンクリート構造物の劣化と上述した共振周波数との関係
が、ｈ：床板の厚さ、σ：ポアソン比、ρ：密度に関連
し、同じ厚さを有するコンクリート構造物においては、
セメントの軟質化の現象に対して、上記のいずれの共
振周波数も低い方に移動し、かつ、スペクトルのピーク
が鈍ることを見出した。また、亀裂、鉄筋の遊離等
の現象に対しては、スペクトルが複雑になったり、共振
周波数(共振振動数)のピークが明瞭ではなくなることを
も見出した。

【００１０】本実施例では、上記の知見に基づき、図２
に示すような、計測システムを組み立てて使用したが、
以下にそのシステムを図に沿って説明する。上記の原理
を確認するための測定対象の鉄筋コンクリート構造物
は、図３に示すような、厚さｈ＝0.23m で１m四方の床
板の鉄筋コンクリートの健全な床板モデルである。ま
ず、鉄筋コンクリート構造物10(図２において、鉄筋コ
ンクリートの床板モデル、または、測定対象の鉄筋コン
クリート)に振動を付与するための加振手段としては、
インパクトハンマー11で所定部位を叩くインパルス方
式、又は正弦波振動を発生する振動子を直接鉄筋コンク
リート構造物10に接触させて振動を付与し、その振動数
を掃引する掃引方式が適用できる。

【００１１】本実施例では、鉄筋コンクリート構造物10
に振動を付与するための加振手段としては、インパクト
ハンマー11で鉄筋コンクリート構造物10を叩くインパル
ス方式を（正弦波振動を発生する振動子により振動を付
与し、その振動数を掃引する掃引方式でもよい。）採用
したが、このハンマー11には加振力を力検出ピックアッ
プ12が付属しており、この検出ピックアップ12で検出し
て電気信号を出力する加振力検出手段が設けられてお
り、この電気信号は加振検出信号13として前置増幅器14
により増幅されてＦＴＴ分析器15(fast fourier transf
orm)のＦＦＴアナライザ部(図示せず)の第１チャンネル
151に入力されている。鉄筋コンクリート構造物10の振
動を検出するための振動検出手段として、鉄筋コンクリ
ート構造物10の面のほぼ10cm離れた位置に指向性の強い
振動検出手段たるマイクロホン16を配置している。

【００１２】このマイクロホン16は、振動成分を検出可
能でああって振動を電気信号の振動検出信号17に変換し
て出力するようになっている。この振動検出信号17は増
幅器18により増幅されてＦＴＴ分析器15のＦＦＴアナラ
イザ(図示せず)の第２チャンネル152に入力されてい
る。上記のＦＦＴアナライザ部は、入力される加振力検
出信号13と振動検出信号17をそれぞれＡ／Ｄ変換し、コ
ンピュータによる演算処理によりフーリェ変換して振動
波形を振動数スペクトルに分析するようになっている。
ところで、インパクトハンマー11で鉄筋コンクリート構
造物10を叩くインパルス方式の場合は、加振力の振動数
スペクトルが平坦ではないため、インパクトハンマー11
の加振力を検出してなる加振検出信号13の振動数スペク
トルとマイクロホン16からの振動検出信号17の振動数ス
ペクトルとの比をとって規格化し、振動数応答として測
定するようになっている。このようにして測定された振
動検出信号17の振動数を分析した周波数応答関数(周波
数スペクトル)をディスプレー画面に表示させるように
なっている。また、必要に応じて振動数スペクトルの出
力をピーク読み取り装置19に入力しパソコン20を介し
て、必要なデータを抽出してプリンタ21からプリントア
ウトすればよく、また、分析した振動数スペクトルデー
タをフロッピーディスク(ＦＤ)などの記録媒体に記録す
る。ＦＴＴ分析器15の形状演算装置は、入力装置、演算
処理装置、記憶装置、出力装置等からなるマイクロコン
ピュータを用いて構成されている。記憶装置には、前述
の原理に基づいて設定された共振条件式、関連演算式、
演算処理プログラム等、形状測定の演算処理に必要な事
項が予め格納され、ハンマー11の力検出ピックアップ12
とマイクロホン16とからの出力から周波数スペクトルを
算出し、即ち周波数応答関数のグラフをＦＴＴ分析器15
のディスプレイ又はプリンタ２１などの出力装置を介し
て出力するようになっている。

【００１３】ここでの測定対象は、既に述べたように、
図３に示す厚さｈ＝0.23m で１m四方の床板の鉄筋コン
クリートの健全な床板モデル101を、上記の測定システ
ムを用いて計測した結果が図４に示されるグラフであ
る。そして、上述したように、床板コンクリート構造物
において、叩く位置によらない励起されるモードが幾つ
か存在し、床板の厚さ方向の横波と縦波の振動モードの
基本モードの振動数は上記(1)〜(4)で与えられる。図４
のグラフにおいて、横軸は共振振動数で縦軸は振動強度
関数であるが、振動強度関数は、前述したように、イン
パクトハンマー11の加振力を検出してなる加振力検出信
号13の振動数スペクトルと振動検出信号17の振動数スペ
クトルとの比をとって規格化し、振動数応答として測定
したＦＴＴ分析器15で規格された値で無次元の値であ
る。この場合、振動数応答のピークの周波数を検出でき
ればよく、本件発明において特に振動強度そのものの値
は必要としない。測定結果は、厚さｈ＝0.23m で１m四
方の床板の鉄筋コンクリートの健全な床板モデル101で
あるので、図４のグラフにおいて多数の振動数のピーク
が出現するが、上述した計算式から得られるコンクリー
ト構造物の横波と縦波の振動モードの基本モードの振動
数も、5.3Hzと8.3Hz付近で比較的鋭いピークで現れてい
る。ところで、先行技術である特願平11-193942号に示
された瞬間接着剤などの接着剤を介して強固に固着して
密着型の加速度ピックアップの測定結果も図５に示す
が、先行技術の図５のグラフにも5.3Hzと8.3Hz付近で比
較的鋭いピークが明瞭にで現れており、本実施例の図３
のグラフは多少ノイズが多いが、両グラフに5.3Hzと8.3
Hz付近で比較的鋭いピークはが明瞭に表れており、両測
定結果が一致していることが判る。なお、後述するよう
に、実際の測定部分となる広い面積の壁等の健全部にお
いては、比較的単純なスペクトルでピークの数も少な
い。また、本実施例では鉄筋コンクリート構造物とマイ
クロホン１６との距離を10cm程度としたが、検出感度は
短いほうが良いが作業性が劣るので、好ましくは、5cm
から50cmの範囲が実用的である。インパクトハンマー11
による打撃音は、一部はコンクリート表面で反射する
が、一部はコンクリート内部に伝播してコンクリート構
造物10の裏面で反射し、さらに一部は外部に伝播して振
動検出手段たるマイクロホン16に到達する。そして、加
振力を力検出ピックアップ１２と一体となったインパク
トハンマー11で、コンクリートの表面を打撃しながら移
動し、マイクロホン16もインパクトハンマー11の操作員
とともに移動する構成とする。したがって、先行技術に
比較して、加速度ピックアップを瞬間接着剤などの接着
剤で固着する必要がないので、作業効率が格段に向上す
る。上記の作用をより高めるために、マイクロホン16は
指向性の高いものが良く、必要に応じて、指向性を高め
るために集音器を設けて指向性を高めるとよい。

【００１４】ここで、測定結果から、横・縦波の伝搬速
度を求めておく。 (1)横波の共振振動数：ｆs＝5.3kHz 上記の振動数に対する横波の伝搬速度：ｖs＝2.4km/s (2)縦波の共振振動数：ｆp＝8.3kHz 上記の振動数に対する縦波の伝搬速度：ｖp＝3.8km/s

【００１５】次に、上記の事実に基づいて、実際の鉄筋
コンクリート構造物の共振振動のスペクトルを測定し
た。実際には、東北自動車道豊沢川橋の厚さがほぼ 0.2
3m程度の床板コンクリート壁の部分を測定した。そし
て、厚さ h:0.23mの床板のコンクリート構造物の健全部
では横波と縦波の振動モードの基本モードの振動数が、
ｆs＝5.3kHz、ｆp＝8.3kHzの近傍で現れるはずであるこ
とから、この付近の共振振動の周波数スペクトルを分析
し、また、そのピーク周波数値から位相速度値を算出
し、更に、そのコンクリート構造物の部位のサンプルを
採取し、ひび割れ状態と遊離石灰状態の実際の状態を分
析し両者を比較した。

【００１６】[使用例１]ここで、本発明の共振周波数測
定によるコンクリート劣化測定装置と測定方法の第１の
使用例を説明する。測定対象の厚さ h:0.23mの床板コン
クリート構造物を加振し、そのコンクリート構造物の共
振振動数を測定し分析した結果、実際の健全部のコンク
リート構造物は、５kHz付近で横波的の共振周波数のピ
ークが明瞭に出現するが、８kHz付近に出現するはずの
縦波的の共振周波数のピークは不明瞭であることが判明
した。それは、高い周波数の８kHzでは外乱ノイズが混
入しやすく、また、現状では測定器の感度の低いものし
か得られないことに原因があるものと考えられる。ま
た、ひび割れ部については、スペクトルが複雑になり、
共振振動数のピークも明瞭でないことが判明した。当然
のことながら、高い周波数の８kHzでも、対象コンクリ
ート構造物や測定器よっては共振周波数のピークが明瞭
に判断できる場合は、高い周波数の８kHzの縦波的振動
を用いて測定すれば良い。

【００１７】次に、実際のコンクリート構造物を測定し
た具体的な結果を、図６から図８に示して説明する。図
６のスペクトルを有するコンクリート構造物は健全部で
あって、スペクトルは比較的単純であり、５kHz付近で
横波の共振周波数のピークが明瞭に出現し、縦軸で表さ
れる振動強度関数も大きい。なお、スペクトル図におけ
る縦軸の振動強度関数は、振動強度に関する値である
が、測定値の感度等の条件を一定にしたときの、ＦＴＴ
分析器15の出力であって各周波数での振動強度に関する
値であるが、ＦＴＴ分析器15で規格された値であって無
次元である。これに対して、図７のスペクトルを有する
コンクリート構造物は劣化部であって、スペクトルは比
較的複雑であり、５kHz付近で横波の共振周波数のピー
クはなだらかであり、かつ、振動強度関数も低くなって
いる。更に、図８のスペクトルを有するコンクリート構
造物はひび割れ部であって、共振周波数スペクトルは複
雑であり、５kHz付近で横波の共振周波数のピークは明
瞭でない。特に、この、ひび割れ部の検出は、共振周波
数スペクトルにおいて深く鋭い谷部が出現し、他の公知
の劣化測定手段では得られない明瞭な検出手段であるこ
とも特徴の１つである。

【００１８】これらの事実から、本発明の実施例コンク
リート構造物の劣化度合測定方法および測定装置は、測
定対象の鉄筋コンクリート構造物を加振し、共振周波数
スペクトルを測定し、鉄筋コンクリート構造物の内部組
織の劣化度合を以下の基準で判定して、健全部であるか
否を調べる。 (1)共振周波数スペクトルに複雑な凸凹で深く鋭い谷部
があり、厚さによる固有の横波の共振周波数のピークが
不明瞭である場合→ひび割れ部が有りと判定。 (2)共振周波数スペクトルの厚さによる固有の横波の共
振周波数のピークが、なだらかで振動強度関数も低い場
合→遊離石灰部が有りと判定。 (3)上記の(1)(2)に該当せず、かつ、共振周波数スペク
トルの厚さによる固有の横波の共振周波数のピークが明
瞭で振動強度関数も高い場合→健全部であると判定。

【００１９】上記(1)(2)(3)の状態は健全部の平均共振
周波数スペクトルを作成して基準共振周波数スペクトル
とし、測定部位の測定共振周波数スペクトルとを重ね合
わせて、その、ずれ度合の程度を目視して判定するか、
ずれ度合を定量的に算出すれば、鉄筋コンクリート構造
物の内部組織の劣化度合を測定することができる。

【００２０】そして、上記の具体的測定装置の構成は、
既に公知のＦＴＴ分析器15を用い、その形状演算装置
は、入力装置、演算処理装置、記憶装置、出力装置等か
らなるマイクロコンピューターを用いて構成し、この記
憶装置には、基準共振周波数スペクトルを記憶し、この
基準共振周波数スペクトルを呼び出し、上述した手順で
測定した測定共振周波数スペクトルとを重ね合わせてデ
ィスプレイに表示し、基準共振周波数スペクトルよりも
測定共振周波数スペクトルが下位値に外れた領域を赤色
に、上位値に外れた領域を緑色で表示し、上記の(1)(2)
(3)の判定基準で劣化度合をオペレーターが画面から目
視して判定するか、ずれ度合を定量的に算出して鉄筋コ
ンクリート構造の内部の劣化度合を判定する。この際の
装置の構成は公知の上記の測定方法に適するピーク分析
ソフト等の画面分析ソフトを適宜選択すればよい。ま
た、必要に応じて、比較スペクトルをプリンタなどの出
力装置を介して紙出力しておけば、単なる鉄筋コンクリ
ート構造物の外観目視の判定と違って、客観的な鉄筋コ
ンクリート構造物の劣化度合のデータとして利用でき
る。

【００２１】なお、上記の第１の実施例において、厚さ
0.23mのコンクリートの壁状・路面・天井の鉄筋コンク
リート構造物を対象としたが、勿論、0.23m以外の厚さ
がほぼ一定のコンクリート、例えば厚さ1mのコンクリー
トの壁状・路面・天井の構造物に対しても、上記と同様
の手順で健全部の平均共振周波数スペクトルを作成して
基準共振周波数スペクトルとし、測定部位の測定共振周
波数スペクトルとを重ね合わせて、上記(1)(2)(3)の判
定基準でずれ度合を目視して判定するか、ずれ度合を定
量的に算出すれば、鉄筋コンクリート構造物の内部組織
の劣化度合を測定することができる。また、同じ幾何学
的形状及び寸法の箇所が多数個存在するコンクリート構
造物においても、同じ厚さｈが存在すれば、スペクトル
が複雑になるが、同じ厚さｈに対する厚さ方向の横波と
縦波の振動モードの基準共振周波数が存在するのである
から、測定対象は床板に限定されることはなく、同じ幾
何学的形状及び寸法のコンクリート構造物、例えば、立
方体や多面体のコンクリート構造物に適用されることは
勿論である。

【００２２】[使用例２]次に、本発明の劣化測定装置お
よび測定方法を用いて、共振周波数を測定して鉄筋コン
クリート構造物の劣化を測定する第２の使用例を説明す
る。現在、比較的評価が確立された自然電位測定方法の
自然電位と本発明による５kHz付近で横波の共振周波数
のピークでの横波の位相速度との関係を分析したが、そ
の結果を図９のグラフと図１０の[表−１]に示して説明
する。

【００２３】上記の図１０の[表−１]について説明す
る。まず、前記(1)で説明したように、共振周波数スペ
クトルが複雑な凸凹で深く鋭い谷部があり、横波の共振
周波数のピークが不明瞭である場合は、測定するまでも
なく一目でひび割れ部が有りと判定できるので、比較対
象からは除外したが、測定対象コンクリートＸの圧縮強
度もσc＝238と極めて脆く、劣化の程度も明らかに劣る
ものであった。また、健全部か遊離石灰部かの判定は、
その部位のコンクリートのサンプルを採取し、圧縮試験
等を行い、さらに粉末にして組成を分析して石灰変質度
合を検出した。

【００２４】前記の自然電位測定方法において、鉄筋コ
ンクリート構造物の鋼材腐食の可能性は自然電位mVの値
が、 (1) -200mV＜E の場合は、90％以上の確率で腐食なし (2) -250mV＜E≦-200mV の場合は、腐食の度合は不確定 (3) E≦-250mV の場合は、90％以上の確率で腐食あり と判定される。そして、同じ測定対象の鉄筋コンクリー
ト構造物に対する自然電位測定方法における自然電位
と、５kHz付近で横波の共振周波数のピークでの横波の
位相速度を(1)横波の共振周波数ｆs＝ｖs／2ｈの式から
逆算してｖsを求めた位相速度値とを比較すると、図９
のグラフに示されるように相関関係がみられ、信頼性が
あることが判った。即ち、図９のグラフにおいて、健全
部は自然電位が左側寄りで、かつ、上方に位置すること
が判る。

【００２５】上記の図１０の[表−１]の測定結果から、
５kHz付近で横波の共振周波数のピークでの横波の位相
速度の値ｖs(km/s)が １.(1) 2.25＞ｖs(km/s) の場合は、遊離石灰が多
く、遊離石灰部（Y1〜Y6：コンクリートの圧縮強度 σc
＝270(kg・f/cm2)） (2) 2.25≧ｖs(km/s)＞2.28 の場合は、遊離石灰部
の度合は不確定 (3) ｖs(km/s)≧2.28 の場合は、遊離石灰部はほと
んどなく、健全部（Z1〜Z4：コンクリートの圧縮強度
σc＝288(kg・f/cm2)） であると判定できる。上記の判定を、自然電位測定方法
の結果と比較して、より確定的な判定基準とするには、
データY6,Z1が自然電位測定方法においては、(2)-250mV
＜E≦-200mVの領域となり、腐食の度合は不確定の範囲
となり、この範囲も遊離石灰部の度合は不確定とすれ
ば、下記２．のようになり、より適格になる。

【００２６】２.(1) 2.23＞ｖs(km/s)（Y1〜Y5)の場合
は、遊離石灰が多く遊離石灰部 (2) 2.23≧ｖs(km/s)＞2.44 (Y6,Z1)の場合は、遊離石
灰部の度合は不確定 (3)ｖs(km/s)≧2.44（Z2〜Z4)の場合は、遊離石灰部は
ほとんどなく健全部

【００２７】第２使用例の共振周波数測定装置は、上述
したように、測定対象のコンクリート構造物を加振し、
そのコンクリート構造物の共振周波数を測定し、厚さが
h:0.23mの場合に５kHz付近で横波の共振周波数のピーク
が明瞭に出現するが、この５kHz付近で横波の共振周波
数のピークでの横波の位相速度値を算出し、この位相速
度の値ｖs(km/s)が(1)2.25＞ｖs(km/s) 、より確実に
は、2.23＞ｖs(km/s) の場合は、遊離石灰が多く遊離石
灰部と判定し、(2)2.25≧ｖs(km/s)＞2.28 、より確実
には、2.23≧ｖs(km/s)＞2.44 の場合は、遊離石灰部の
度合は不確定と判定し、(3)ｖs(km/s)≧2.28 、より確
実には ｖs(km/s)≧2.44 の場合は、遊離石灰部はほと
んどなく健全部と判定する。ただし、第２の使用例の共
振周波数測定方法は、 (1)横波の共振周波数 ｆs＝ｖs／2ｈ (2)縦波の共振周波数 ｆp＝ｖp／2ｈ であることを基本にしているものであり、測定対象のコ
ンクリート構造物の厚さがh:0.23mから変われば、当然
上記の(1)横波の共振周波数ｆs＝ｖs／2ｈ (2)縦波の
共振周波数ｆp＝ｖp／2ｈも変わり、横波の共振周波数
のピークも５kHz付近から移動することになるが、その
都度、その厚さでの健全部の横波の基準共振周波数値お
よび横波の基準位相速度値を設定して、上記と同じ手順
で内部組織の劣化度合を測定し判定すれば良い。

【００２８】そして、上記の具体的測定装置の構成は、
使用例１と同様に、ＦＴＴ分析器15を用い、その形状演
算装置は、入力装置、演算処理装置、記憶装置、出力装
置等からなるマイクロコンピュータを用いて構成し、測
定対象のコンクリート構造物の厚さがh:0.23mの床板の
場合は、５kHz付近で横波の共振周波数のピークを検出
し、その共振周波数のピークでの横波の位相速度ｖsの
値を検出して、そのｖs(km/s)値を上記１．又は２．の
数値と比較して、(1)遊離石灰が多く遊離石灰部である
と、(2)遊離石灰部の度合は不確定部であると、(3)遊離
石灰部はほとんどなく健全部であるとを種別して表示
し、この際の装置の構成は公知の上記の測定方法に適す
る画面分析ソフトを適宜選択すればよい。また、必要に
応じて、プリンタなどの出力装置を介して紙出力してお
けば、単なる鉄筋コンクリート構造物の外観目視の判定
と違って、客観的な鉄筋コンクリート構造物の劣化度合
のデータとして利用できる。

【００２９】なお、上記の第２の使用例において、厚さ
0.23mのコンクリートの壁状・路面・天井の構造物を対
象としたが、勿論、0.23m以外の厚さがほぼ一定の鉄筋
コンクリート構造物の壁状・路面・天井に対しても、上
記と同様の手順で健全部の平均共振周波数スペクトルを
作成して基準共振周波数スペクトルとし、そこでの位相
速度を算出して健全部での位相速度と比較すれば、定量
的に鉄筋コンクリート構造物の内部組織の劣化度合を測
定することができる。また、同じ幾何学的形状及び寸法
の箇所が多数個存在するコンクリート構造物、例えば立
方体や多面体においても、同じ厚さｈが存在すれば、ス
ペクトルが複雑になるが、同じ厚さｈに対する厚さ方向
の横波と縦波の振動モードで基準共振周波数が存在する
のであるから、測定対象は床板に限定されることはな
く、同じ幾何学的形状及び寸法のコンクリート構造物に
適用されることは勿論である。

【００３０】また、本発明の特徴を損なうものでなけれ
ば、上記の両実施例に限定されるものでないことは勿論
であり、例えば、インパクトハンマーに代えて、正弦波
振動を発生する振動子を鉄筋コンクリート構造物10に直
接接触させて振動を付与してもよく、また、実施例で
は、測定対象を床板としたが、同じ厚さ寸法を有する幾
何学的形状のコンクリート構造物としてもよいことは勿
論であり、厚さについても23cm以外の他の厚さのコンク
リート構造物を測定対象として測定できることは勿論で
あり、更に、上記の両使用例は、横波あるいは横波的な
比較的低い共振周波数(５kHz)を測定の対象としたが、
当然のことながら、縦波あるいは縦波的の比較的高い共
振周波数(８kHz）でも、対象コンクリート構造物や測定
器よっては共振周波数のピークが明瞭に判断できる場合
は、高い周波数の縦波あるいは縦波的振動を対象ととし
て測定すれば良い。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
コンクリート構造物を加振して共振周波数を測定し鉄
筋コンクリート構造物の劣化を測定する際して、コンク
リート構造物を直接叩いて加振する加振手段と、コンク
リート構造物に密接して加振した際の加振力を検出する
加振力検出手段を設け、該加振手段からコンクリート構
造物内部に伝播された加振動を検出する振動検出手段を
測定対象コンクリート面から所定の距離を保って設けた
鉄筋コンクリート構造物の劣化測定装置および測定方法
であるから、先行技術のように検出ピックアップをコン
クリート構造物に接着剤で固着する必要がなく、測定の
際の扱いを簡便して、振動検出手段を人手がほとんど必
要でなく自動化しうる構成にし、かつ、得られるデータ
ーのばらつきを少なくすることができるという効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】先行技術の加振装置、加振力検出装置、およ
び、振動検出装置の斜視図、

【図２】本発明の１実施例のコンクリート構造物の劣化
測定方法に使用する測定装置のシステムの概略を説明す
る説明図

【図３】鉄筋コンクリート構造物の床板モデルの斜視図

【図４】本実施例の床板モデルの共振周波数のスペクト
ル図

【図５】先行技術の床板モデルの共振周波数のスペクト
ル図

【図６】測定対象の鉄筋コンクリート構造物の健全部の
共振周波数のスペクトル図

【図７】測定対象の鉄筋コンクリート構造物の遊離石灰
部の共振周波数のスペクトル図

【図８】測定対象の鉄筋コンクリート構造物のひび割れ
部の共振周波数のスペクトル図

【図９】自然電位測定方法における自然電位と、５kHz
付近で横波の共振周波数のピークでの横波の位相速度の
関係をグラフした図

【図１０】自然電位測定方法における自然電位と、５kH
z付近で横波の共振周波数のピークでの横波の位相速度
の関係を、[表−１]として示した図である。

【符号の説明】

10…測定対象の鉄筋コンクリート 101…鉄筋コンクリートの床板モデル 11…インパクトハンマー 12…力検出ピックアップ 13…加振力検出信号 14…前置増幅器 15…ＦＴＴ分析器 151…ＦＦＴアナライザ部の第１チャンネル 152…同第２チャンネル 16…マイクロホン(振動検出手段) 17…振動検出信号 18…チャージ増幅器 19…ピーク読み取り装置 20…パソコン 21…プリンタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 盛合 禧夫 宮城県仙台市泉区黒松２丁目28番27号 (72)発明者 松村 吉康 宮城県仙台市太白区長町５丁目９番地10− 1003 Ｆターム(参考） 2G024 AD34 BA12 CA11 CA13 DA12

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コンクリート構造物を加振して共振周波数
   を測定し鉄筋コンクリート構造物の劣化を測定する装置
   において、コンクリート構造物を直接叩いて加振する加
   振手段と、該加振手段と一体に加振した際の加振力を検
   出する加振力検出手段を設け、該加振手段からコンクリ
   ート構造物内部に伝播された加振動を検出する振動検出
   手段を測定対象コンクリート面から所定の距離を保って
   設けたことを特徴とする鉄筋コンクリート構造物の劣化
   測定装置。
2. 【請求項２】コンクリート構造物を加振して共振周波数
   を測定し鉄筋コンクリート構造物の劣化を測定する方法
   において、コンクリート構造物を直接叩いて加振する加
   振手段と、該加振手段と一体に加振した際の加振力を検
   出する加振力検出手段を設け、該加振手段からコンクリ
   ート構造物内部に伝播された加振動を検出する振動検出
   手段を測定対象コンクリート面から所定の距離を保って
   設けたことを特徴とする鉄筋コンクリート構造物の劣化
   測定方法。