JP2001302318A - 磁性コンクリート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】コンクリート表面から非破壊でクラックの有無
を磁気的方法により、簡単に検査でき、かつ電磁波の遮
蔽効果を有する磁性コンクリートに関するものである。 【解決手段】コンクリトに磁性流体または磁性微粒子を
混合し、磁気的機能を有する複合機能コンクリートを作
製する。それにより、コンクリート表面から励磁コイル
により磁化し、検出コイルにより磁界分布を測定するこ
とにより、コンクリートのクラック有無を判定できる。
さらにこの磁性コンクリートを土木建築の構造材として
使用すれば建物自体が電磁波の遮蔽効果を有する。 【効果】本発明の方法によれば、コンクリートのクラッ
クの有無が精度よく判定ができ、さらに電磁波の遮蔽効
果を有する。

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
物に生じているクラックの有無をコンクリート表面から
磁気的な方法によって検査し、さらに土木建築の構造材
として使われるコンクリートに電磁波の遮蔽効果を付与
した磁気的機能を有する複合機能コンクリートに関する
ものである。

【０００２】

【従来の枝術】コンクリート構造物に生じているクラッ
クの有無は目視や打診によって行うのが一般的である。
しかし大規模な土木構造物や建築構造物の検査を行うの
は、労力と時間がかかり、しかも微細なクラックは見落
とす可能性が高い欠点がある。

【０００３】超音波法は、超音波を入力し受振子までの
到達時間からクラックの深さを判定する方法であるが、
鉄筋コンクリートのように複合体の場合には、弾性波の
伝搬速度が大きく異なり誤差を生ずる欠点がある。その
ため、精度が著しく悪く実用に供されない場合もある。

【０００４】ＡＥ法は、原理的には受振子側のみの計測
機器を用いた超音波法の手法であるが、原理的には新た
なクラックの発生が進行中でなければ何も検出されず、
既存の内部クラックについては検出できない欠点があ
る。

【０００５】レーダー法は、マイクロ波をアンテナを用
いて入射および受信する方法で、地中レーダーとして埋
設物探査などに用いられているが、コンクリート中の内
部クラックの検出にも適用可能と考えられているが、開
発途上である。

【０００６】建築物の電磁波を遮蔽するため、例えばフ
ェライト磁性体をタイル状に焼成し建築物の外壁に接着
する方法がとられれているが、多量のフェライト磁性体
を必要とし材料コストや作業コストやがかかる欠点があ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のコンクリート構
造物に生じているクラックの有無を検査するための目視
法、打音法、超音波法、ＡＥ法、レーダー法は、上記の
ようにその各々の原理により一長一短があり、コンクリ
ート構造物のある現場でクラックの有無を判定するのは
非常に困難であるという問題があった。本発明は、コン
クリート表面から非破壊で磁気的方法により、クラック
の有無を簡単に検査できるコンクリートに関するもので
ある。

【０００８】さらに近年電子工業の著しい発達により、
電気電子機器種類、数量が著しく増加し、地球上の電磁
エネルギーは増加の傾向にありその周波数帯域も広範囲
にわたっている。また半導体の高集積化、高密度化は電
子機器の小形、軽量化、機能の拡大、低価格化をもたら
した反面、外部からの不要な電磁エネルギーによって敏
感に応答し、誤動作あるいは性能劣化を起こす事例がた
びたび生じ工学上の大きな問題になってきた。このため
建築物に電磁波の遮蔽機能を持たせることがコンピュー
タなどの誤動作を防止する上で重要ある。従来、フェラ
イト磁性体をタイル状に焼成し建築物の外壁に接着する
方法がとられれているが、多量のフェライト磁性体を必
要とし材料コストや作業コストやがかかる欠点がある。
安価で遮蔽性能の良い遮蔽方法の開発が急務である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、生コンクリート作成時にセメント、砂、
砂利の他に磁性微粒子や磁性流体を混合し、構造物の形
枠に流し込み養生期間を経て固化する。生コンクリート
は粘性が高いので、養生期間中も磁性粒子が移動するこ
とはなく、固化した後も磁性微粒子がコンクリート内で
一様に分布し磁気特性を有するコンクリートを提供する
ことができる。コンクリートは種々の圧縮応力に対応で
きるよう種々のセメント、砂、砂利の混合割合や砂およ
び砂利の種類を組み合わせることにより多種類のコンク
リートが存在するが、コンクリートの種類に特に限定は
ない。また同様に磁性流体そして磁性微粒子についても
任意のものを使用することができる。たとえば、アモル
ファスの鉄系微粒子や、窒化鉄と界面活性剤および液体
媒体からなる磁性流体さらにイオン性磁性流体が例示さ
れる。この磁性を有するコンクリート表面から励磁コイ
ルにより磁化し、コンクリート表面に生ずる磁界分布を
測定することにより非破壊でクラックの有無が判定でき
る。さらに、建築物に電磁波の遮蔽機能を持たせること
ができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明による磁性コンクリ
ートによる、クラックの磁気的非破壊検査方法の実施例
について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発
明の一実施例によるコンクリートクラック非破壊検査方
法の要部の斜視図である。同図において１はコンクリー
ト構造物、２はコンクリートクラック、３ａ、３ｂは励
磁用ソレノイドコイル、４は検出コイルである。Ｖ字形
に配置した２本のソレノイドコイル３ａ、３ｂと、その
おおむね中央部に設置された検出コイルは、図面に記載
はされていないが非磁性の合成樹脂等の匡体に固定され
一体化しクラック検出プローブを形成している。この検
出プローブを探査すべきコンクリート面上に設置し、発
振器から電力増幅器を介し高周波電流を流し励磁磁界を
発生させる。これにより、磁性コンクリートを磁化し、
発生した磁束を検出コイルで電圧として検出する。プロ
ーブを磁性コンクリート表面で走査し磁界分布を測定す
ることによりクラックの有無を判定する。

【００１１】以上の様子を実験結果を交え少し詳しく説
明する。図１において３ａ、３ｂは断面が１０×１５ｍ
ｍで長さが３００ｍｍのフェライト製コアであり、２０
７回のコイルを巻いた励磁用ソレノイドコイルである。
２本の励磁用レノイドコイルを間隔をｄに保ちＶ字形に
なるように、互いにほぼ直交するように配置してある。
また検出コイルは２本の励磁用ソレノイドコイル３ａ、
３ｂの中央部にコイル面とコンクリート面が平行に成る
ように配置している。Ｖ字形に配置した２本のソレノイ
ドコイルと検出コイルは、図面に記載はされていないが
非磁性の合成樹脂等の匡体に固定され一体化しクラック
検出プローブを形成している。励磁用ソレノイドコイル
３ａ、３ｂにはそれぞれ、発振器から電力増幅器を介し
高周波電流を流し励磁磁界を発生させる。これにより、
磁性コンクリートを磁化し、発生した磁束を検出コイル
で電圧として検出する。励磁用ソレノイドコイル３ａ、
３ｂの励磁電流をそれぞれ とし、周波数は１０ＫＨｚ、Ｉａ＝Ｉｂ＝２Ａとした。
また位相φを０°、９０°および１８０°とした。

【００１２】図２（ａ）、（ｂ）は積分方程式法による
磁界解析した、Ｘ−Ｚ平面における励磁磁界分布を示
す。図２（ａ）は励磁用ソレノイドコイル３ａと３ｂの
励磁電流Ｉａ、Ｉｂの位相差φが０°、すなわち同位相
でωｔ＝π／２の瞬間の磁界分布を示したもので、ほぼ
Ｚ方向に変化する励磁磁界を形成する。図２（ｂ）は、
励磁用ソレノイドコイル３ａと３ｂの励磁電流Ｉａ、Ｉ
ｂの位相差φが１８０°で、ωｔ＝π／２の瞬間の磁界
分布で、励磁用ソレノイドコイル３ｂから３ａに向かう
Ｘ方向に変化する磁界分布を形成する。またφ＝９０°
の場合には３ａと３ｂの励磁用ソレノイドコイルが空間
的に直交し、かつ時間的にもπ／２ずれているのでＸ−
Ｚ平面で回転磁界を生ずる。

【００１３】図３は、水ベースのマグネタイト磁性流体
（重量濃度３０％）を添加した長さ１２ｃｍ、幅１０ｃ
ｍ、高さ５ｃｍの磁性コンクリートブロックの中央付近
に長さ５０ｍｍ、幅１ｍｍ、深さ３０ｍｍのクラックを
設け、Ｘ−Ｙ面上でＸ方向に検出プローブを移動し、各
点の検出コイルの起電力を測定しグラフにしたものであ
る。励磁用ソレノイドコイル３ａ、３ｂの励磁電流Ｉ
ａ、Ｉｂの位相差φが、０°およびφ＝９０°の場合に
はクラックの存在する、Ｘ＝０の付近で検出コイルに誘
導される電圧が極小値を示す。これは、クラックの部分
は空気でその比透磁率は１となり、一様に磁性微粒粉が
分布している磁性コンクリートの比透磁率（１＜μｓ＜
２０）に比べ、コンクリートクラックの比透磁率が低い
ため、検出コイルに鎖交する磁束も減少し電圧が低下し
極小値を示す。またφ＝１８０°の場合には、検出プロ
ーブの検出電圧はクラックの前では正の極大値を、クラ
ックを通過した後には負の極大値を持ちクラックの前後
で電圧の極性が変わる。この場合励磁磁界はＸ方向に変
化する磁界分布を形成し、検出コイルはそれに直交する
Ｚ方向成分の磁束を鎖交するのように配置されているの
で、磁性コンクリートが一様ならば検出コイルには磁束
は鎖交しない。クラックがあるとその部分で磁束密度分
布が変化しＺ方向成分の磁束を生じ、クラックの前後で
検出プローブに電圧が誘導される。検出電圧の正の極大
値と負の極大値の中央がクラックの位置でその場所を特
定できる。３ａ、３ｂの励磁電流Ｉａ、Ｉｂの位相差φ
が０°、９０゜および１８０°何れの場合でも、検査す
べきコンクリート構造物の表面上を検査プローブを走査
し検出コイルの電圧をマップで表示することにより、ク
ラックの有無と場所が特定できる。本実験では表面にク
ラックが表れている場合についての実験例であるが、ク
ラックが表面に現れない内部のクラックについても同様
にクラックの有無と場所が特定できる。

【００１４】

【実施例】本発明の磁性コンクリートのクラックの磁気
的非破壊検査方法の別の実施例について図面を参照して
詳細に説明する。図４は、本発明の別の実施例による磁
性コンクリートをクラック検出に適用した要部の斜視図
である。同図において１は磁性コンクリート構造物、２
はコンクリートのクラック、３は励磁コイルであり、空
心あるいはフェライトコアに巻かれたソレノイドコイル
である。４ａおよび４ｂはソレノイドコイル中心軸上の
上端および下端の二か所に設置された同一の直径、同一
巻数の検出コイルであり差動的に接続され検出プローブ
を構成している。この検出プローブの検出コイルは差動
的に接続されているため、励磁磁界による誘導電圧を打
ち消して、これによる電圧は生じることなく、磁性コン
クリートの磁性体粉の誘導磁界のみによる電圧だけを生
ずる、いわゆる１次微分形の検出コイルである。この電
圧はロックインアンプにより励磁磁界の周波数成分のみ
を検出し、ＳＮ比を高め精度良い計測を可能にしてい
る。

【００１５】磁性コンクリート表面に立てた法線の方向
をＺ軸とし、これに直交し、かつ互いに直交する方向を
Ｘ方向およびＹ方向と定める。磁性コンクリート表面に
現れているクラックがＸ＝０、Ｙ＝０にあるものとす
る。検出プローブをＸ−Ｙ平面で移動するとクラックの
存在する、Ｘ＝０の付近で検出コイルに誘導される電圧
が極小値を示す。これは、クラックの部分では空気の比
透磁率は１となり、一様に磁性粉が分布している磁性コ
ンクリートの比透磁率（１＜μｓ＜２０）にくらべ、コ
ンクリートクラックの比透磁率が低いため、検出コイル
に鎖交する磁束も減少し電圧が低下し極小値を示す。図
５は、この様子を積分方程式法により磁界解析した磁束
密度分布図であり、励磁コイルの直下のクラックの比透
磁率を１、磁性コンクリートの比透磁率を１０として解
析したものである。矢印の長さが磁束の大きさで矢印の
方向は磁束の方向を示す。クラックの周囲の磁性コンク
リート内の磁束に比し、クラックの磁束の大きさが小さ
くなっていることがわかる。これにより、検出コイルに
鎖交する磁束が減少し、したがって誘導される電圧も低
下する。

【００１６】本発明の磁性コンクリートによるクラック
の磁気的非破壊検査方法のさらに別の実施例について図
面を参照して詳細に説明する。図６は、本発明の別の実
施例によるコンクリートのクラック非破壊検査方法の要
部の斜視図である。同図において１は磁性コンクリート
構造物、２はコンクリートのクラック、３ａ、３ｂは励
磁コイル、４は検出コイル、５はＥ形コアで脚５ａ、５
ｂ、５ｃを有し、たとえば、フェライト磁性体により作
られている。検出コイルに誘導される磁性体の磁化によ
る電圧は、ロックインアンプにより励磁磁界の周波数成
分のみを検出し、ＳＮ比を高め精度良い計測を可能にし
ている。

【００１７】以下、上記の様子を少し詳しく説明する。
励磁コイル３ａ、３ｂによる磁界は逆相、すなわちある
瞬間において３ａの先端はＮ極、３ｂの先端はＳ極にな
るように巻線の巻方向および接続がなされている。この
時の励磁磁界の分布はおおむね、３ａのＮ極から３ｂの
Ｓ極に向かう磁界分布を形成する。従って、中央の脚５
ｃに検出コイル４を巻けば、励磁磁界成分は打ち消さ
れ、これによる電圧は生じることない。

【００１８】励磁磁界はＸ方向で検出コイルはそれに直
交するＺ方向成分の磁束を鎖交するので、磁性コンクリ
ートが一様ならば検出コイルには磁束は鎖交しない。ク
ラックがあるとその部分の透磁率が低下し、磁束密度分
布が変化し、クラックの前後で、Ｚ方向成分の磁束が生
じ、それにより検出コイルに電圧が誘導される。検出電
圧の正の極大値と負の極大値の中央がクラックの位置で
その場所を特定できる。

【００１９】次に本発明の磁性コンクリートを電磁波遮
蔽に適用した実施例について説明する。磁性コンクリー
トの電磁波遮蔽効果の測定は、図７に示すようにフラン
ジ付き同軸セルを用いた。フランジ付き同軸セルは一種
の同軸線路であり、内部導体と外部導体から成り、内部
導体はＮ型レセプタクルコネクターの中心ピンに接続さ
れている。内部導体と外部導体との寸法は、特性インピ
ーダンスが５０Ωになるように設定されている。試験片
は磁性コンクリートを円形に形成し、その中心は内部導
体の先端が入るように穴が穿たれている。遮蔽効果の測
定の際には、試験片はフランジ付き同軸セルの中央部の
外部導体と内部導体の空間に置かれる。ネットワークア
ナライザにより、フランジ付き同軸セルの一方の端か
ら信号を送り、他端から信号を検出し、挿入減衰量を
測定し遮蔽効果を評価する。

【００２０】図８は、コンクリート作成時にセメント、
砂の他に磁性粉としてセンダストの微粒子を混合し、養
生を経て固化した磁性コンクリートの電磁波の遮蔽性能
を測定した結果を示したものである。測定周波数範囲は
０．３ＭＨｚから１ＧＨｚまでである。磁性コンクリー
ト試験片はセメント、砂が４に対しセンダスト粉は１の
割合であり、厚みは２ｍｍである。横軸は周波数であ
り、縦軸が磁性コンクリートと通常のコンクリートの挿
入減衰量、さらに磁性コンクリートの反射減衰量を示し
たものである。磁性コンクリートは通常のコンクリート
に比らべると、挿入減衰量は２００ＭＨｚで０．１ｄ
Ｂ、５００ＭＨｚで０．２５ｄＢ、および１ＧＨｚで
０．４ｄＢ大きく、通常のコンクリートより電磁波に対
する遮蔽効果が大きい。また、反射減衰量は２５ｄＢ以
上あり、磁性コンクリート表面からは電磁波はほとんど
反射されない。建築の構造材として使われるコンクリー
トの厚みは通常１００ｍｍ程度であり、この厚みの本実
験で用いた磁性コンクリートの電磁波の遮蔽効果は２０
ｄＢ程度であると考えられ実用に供される効果を有す
る。

【００２１】

【発明の効果】以上の通り、この発明の磁性コンクリー
トは以下のような効果を奏する。コンクリート構造物に
生じているクラックの有無をコンクリート表面から磁気
的非破壊検査法によって判定が出来、さらに建築の構造
材として使われるコンクリートに電磁波の遮蔽効果を付
与する事が出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による一実施例によるコンクリートのク
ラック非破壊検査方法の要部の斜視図である。

【図２】本発明による一実施例によるＶ字形励磁の磁界
分布を示す図である。

【図３】 本発明によるＶ形励磁により検出コイルに誘
導される電圧の測定値を示すグラフで、クラックの有無
が判定できることを示している図である。

【図４】本発明の他の実施例によるコンクリートのクラ
ック非破壊検査方法の要部の斜視図である。

【図５】本発明による他の実施例によるソレノイド形励
磁による磁性コンクリートにクラックがある場合の磁界
分布を示す図である。

【図６】本発明による他の実施例によるコンクリートの
クラック非破壊検査方法の要部の斜視図を示したもので
ある。

【図７】本発明の磁性コンクリートの電磁波の挿入減衰
量（遮蔽効果）および反射減衰量の測定装置を示した図
でる。

【図８】本発明の磁性コンクリートの電磁波の挿入減衰
量（遮蔽効果）および反射減衰量の測定結果を示した図
でる。

【符号の説明】

１ コンクリート ２ コンクリートのクラック ３、３ａ、３ｂ 励磁コイル ４ａ、４ｂ、４ｃ 検出コイル ５ａ、５ｂ、５ｃ Ｅ形コアの脚

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０４Ｂ 111:90 Ｈ０１Ｆ 1/00 Ｃ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コンクリートであって、磁性流体または
   磁性微粒子を混合してなることを特徴とする磁気特性を
   有するコンクリート。