JP2002005899A - コンクリート構造物の検査方法及びその検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】人的な感覚に頼ることなく、非接触、非破壊
で、コンクリートの内部欠陥に関する検査とともに、性
状変化に関する検査が実施可能なコンクリート構造物の
検査手段を提供する。 【解決手段】赤外線レーザをコンクリート７の表面に照
射し、その照射面にプラズマを発生させると共に物理的
振動を付与し、前記プラズマの光をプリズム１６、ＣＣ
Ｄ１７等を用いて分光分析することによりコンクリート
の表面析出元素を特定してコンクリートの性状分析を行
うとともに、前記照射面に単一光を照射し、その反射光
を介して干渉計１４、光検出部１５等により前記物理的
振動の反射波を検出することによりコンクリートの内部
欠陥を分析する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トンネルや高速
道、橋梁、建築物などのコンクリート構造物に広く適用
される検査技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、コンクリートの内部欠陥に関する
検査方法として、コンクリート表面を金属ハンマー等で
叩いて、発生する音を頼りに作業員の感覚によって内部
欠陥の有無を判断するという検査方法が一般的に採用さ
れている。しかしながら、この検査方法は、人的な感覚
に基づくため、個人差があり信頼性に問題があった。ま
た、コンクリート表面をハンマーで叩くため、そのコン
クリート側に及す損傷などの問題があるとともに、作業
効率もよくなかった。

【０００３】さらに、従来の検査方法として、Ｘ線やレ
ーザを用いた内部探傷技術も開発されている（特許第２
５０２１８４号明細書）。また、土壌や岩盤の成分分析
を分光分析により行う技術も開発されている（特開平７
−１４６２３２号公報）。後者の従来技術は、トンネル
工事の際の切羽の岩盤評価などに使用されるもので、コ
ンクリート構造物の性状に関しては、目視による検査が
一般的であった。結局のところ、既設のコンクリート構
造物に対する一般的な検査方法としては、内部欠陥に関
しては金属ハンマー等で叩いた際の音による検査、性状
変化に関しては目視による検査が採用されている。この
ため、検査結果に個人差があり信頼性に欠けるばかりで
なく、聴覚や目視からくる限界により精緻な検査は不可
能であった。また、経年変化等をデータ化して定量的に
監視するには適さなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上のよう
な従来の技術的状況に鑑みて開発したもので、人的な感
覚に頼ることなく、非接触、非破壊で、コンクリートの
内部欠陥に関する検査とともに、性状変化に関する検査
が実施可能なコンクリート構造物の検査手段を提供する
ことを目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するため、赤外線レーザをコンクリート面に照射し、
その照射面にプラズマを発生させると共に物理的振動を
付与し、前記プラズマの光を分光分析することによりコ
ンクリートの表面析出元素を特定してコンクリートの性
状分析を行うとともに、前記照射面に単一光を照射し、
その反射光を介して前記物理的振動の反射波を検出して
コンクリートの内部欠陥を分析するという技術手段を採
用した。赤外線レーザの照射によりコンクリート面に物
理的振動が付与されると、その振動はコンクリート内部
に伝播し、欠陥があると反射波が形成され、コンクリー
トの表面に戻って前記照射面を振動させる。したがっ
て、赤外線レーザを照射するコンクリート面に、単一光
を照射して、その単一光の反射光を干渉計に誘導して前
記反射波による照射面の振動を検出することにより、コ
ンクリートの内部欠陥を検査することができる。また、
同時に前記赤外線の照射によりコンクリート面に発生す
るプラズマ光を分光分析器に誘導して分析することによ
り、コンクリートの性状分析を行うことができる。分光
分析の結果、例えば、589nmの波長のものが強ければＮ
ａ、372nmの波長のものが強ければＦｅ、479.5nmの波長
のものが強ければＣｌがコンクリート表面に析出してい
ると判定してコンクリートの性状分析を行うことができ
る。すなわち、Ｎａの値によりアルカリ骨材反応に関す
る性状分析が可能である。同様に、Ｃｌの値ないしＦｅ
の値により鉄骨の錆等による劣化に関する性状分析が可
能である。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明に係る検査方法及び検査装
置は、トンネルや高速道、橋梁、建築物などの種々のコ
ンクリート構造物に広く適用することができ、一回的な
検査だけでなく、検査結果をデータ化して保存集積し、
コンクリート構造物の経年変化を定量的に監視する場合
にもきわめて有効である。コンクリート面に照射する赤
外線レーザとしては、例えば短パルス高ピークの炭酸ガ
スレーザなどが好適である。また、赤外線レーザと共に
照射する前記単一光としては、可視光レーザ等が使用さ
れ、両レーザは同軸上に設定される。走査方式に関して
は、ガルバノミラーを用いた方式など、適宜の走査方式
の採用が可能である。

【０００７】なお、付帯設備として、可視光レベルのレ
ーザや超音波などを用いた測長計をコンクリート面の計
測用として備え、コンクリート面上の検査ポイントとの
距離を測定してレーザの照射位置制御用のデータとして
使用したり、コンクリート面上の各検査ポイントの位置
データとしてデータベース化したりすることができる。
また、前記検査において、内部欠陥や性状変化が発生し
ている可能性があると判定した場合には、インクジェッ
タなどにより、それらの内部欠陥ないし性状変化の発生
領域をマーキングして、再検査や詳細検査の際の目安と
することも可能である。

【０００８】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例に関して
説明する。図１は本発明に係る実施例の要部を概略的に
示した要部説明図である。図中、１は炭酸ガスレーザ等
からなる短パルス高ピーク出力の赤外線レーザ発振器で
あり、ビームエキスパンダ２、ビームコンバイナ３、オ
ートフォーカスレンズ４、反射ミラー５及び走査用のガ
ルバノミラー６を経て、そのガルバノミラー６により指
定されたコンクリート７の検査ポイントに対して赤外線
レーザを照射し、その照射面Ｓにプラズマを発生させる
と共に物理的振動を付与するように構成されている。ま
た、図中、８は可視光レーザ発振器であり、ビームエキ
スパンダ９及び反射ミラー１０を経て前記ビームコンバ
イナ３に誘導され、以後、前記赤外線レーザと共に同じ
光学系を経てコンクリート７の照射面Ｓに対して同軸的
に可視光レーザを照射するように構成されている。さら
に、前記ガルバノミラー６及び反射ミラー５を経て誘導
される前記照射面Ｓからの反射光及び散乱光は、穴あき
放物面鏡１１により集光されて反射ミラー１２に誘導さ
れるように構成されている。なお、前述のオートフォー
カスレンズ４を通過した赤外線レーザ及び可視光レーザ
は、放物面鏡１１の穴部を介してそのまま通過して反射
ミラー５に誘導される。

【０００９】前記反射ミラー１２に誘導された反射光及
び散乱光は、一部はそのまま穴あき反射ミラー１３を通
過してファブリペロー共振型の干渉計１４に誘導され、
光検出部１５において、前記可視光レーザの反射光から
コンクリート７の照射面Ｓの挙動に関する振動成分を検
出して電気信号として出力するように構成されており、
これによりコンクリート７の内部欠陥部で反射した反射
波の有無や深さ等を感知し得るように構成されている。
また、反射光及び散乱光の他の一部は、前記穴あきミラ
ー１３により反射されてプリズム１６に誘導され、その
プリズム１６において、コンクリート７の赤外線レーザ
の照射面Ｓに発生したプラズマ光を分光して、それらの
波長毎のスペクトルをＣＣＤ（電荷結合デバイス）１７
で検出して、コンクリート７の表面に析出した元素を特
定するように構成されている。図中の１８は、超音波や
可視光レーザ等を用いた測長計を示したもので、コンク
リート７の内壁面の形状を計測してデータを蓄積し、走
査上の制御用位置データや、検査ポイント用の位置デー
タなどとして使用する。なお、散乱光に関しては、前記
穴あき放物面鏡１１によって集光しただけでは光強度が
弱い場合がある。そのような場合には、前記レーザの照
射面Ｓの近傍に図示しない光ファイバを配設して集光す
るように構成することも効果的な手法である。また、そ
の場合に、光ファイバの先端部を、後述のインクジェッ
タヘッドを活用して、その先端部に配設するようにすれ
ば、新たな駆動源等は使用しないで済む。因みに、以上
のような形態においても、反射光に関しては、前記穴あ
き放物面鏡１１によって集光することができる。

【００１０】図２〜図５は、前記赤外線レーザの照射に
よるコンクリート７内部の欠陥分析に関して示したもの
である。図２に示したように、前述の光学系を介して、
前記赤外線レーザ発振器１で生成された短パルス高ピー
ク出力の赤外線レーザ１９と、前記可視光レーザ発振器
８で継続的に生成される可視光レーザ２０とが、同軸的
にコンクリート７の表面に対して照射されると、その赤
外線レーザ１９の熱的作用によって照射面Ｓに物理的振
動が付与され、超音波２１が発生してコンクリート７の
内部に伝播する。同時に、前記可視光レーザ２０の照射
により、コンクリート７の照射面Ｓの挙動が、その反射
光を介して前記干渉器１４に継続的に伝達され光検出部
１５により検出される。図３は、その光検出部１５の出
力状態を示した出力グラフで、図示のように、コンクリ
ート７の内部に欠陥が存在しない場合には、赤外線レー
ザ１９がパルス的に照射されて、照射面Ｓに物理的振動
が付与された瞬間に表面エコー（Ａ）が検出され、また
前記超音波２１がコンクリート７の他端面に達した際に
生じた反射波が照射面Ｓに到達した時点で端面エコー
（Ｂ）が検出される。

【００１１】図４はコンクリート７の内部に欠陥が存在
する場合を示したものである。図示のように、この場合
には、前述のように赤外線レーザ１９の熱的作用による
照射面Ｓの物理的振動に基づいて発生した超音波２１が
コンクリート７内部の欠陥部２２に出合うと反射波２３
を発生する。この反射波２３が照射面Ｓに到達すると、
その照射面Ｓを振動させるため、前記可視光レーザ２０
の反射光を介して光検出部１５により検出される。図５
は、その欠陥の存在する場合の光検出部１５の出力状態
を示したもので、図示のように、表面エコー（Ａ）と端
面エコー（Ｂ）との間に欠陥部エコー（Ｃ）が検出され
ることになる。

【００１２】図６は前記ＣＣＤ１７により得られた各波
長毎のスペクトルに関する一例を示したものである。図
示のように、589nmの波長のスペクトルが強ければＮ
ａ、372nmの波長のスペクトルが強ければＦｅ、393.4nm
の波長のスペクトルが強ければＣａ、479.5nmの波長の
スペクトルが強ければＣｌ、766.5nmの波長のスペクト
ルが強ければＫがコンクリート表面に析出していると判
定してコンクリートの性状分析を行うことができる。す
なわち、Ｎａのスペクトル値によりコンクリート７のア
ルカリ骨材反応に関する性状分析が可能である。同様
に、Ｃｌのスペクトル値ないしＦｅのスペクトル値によ
りコンクリート７に使用されている鉄骨等の劣化に関す
る性状分析が可能である。なお、Ｃａのスペクトル値は
コンクリート自体に含まれるＣａ成分に関する経年変化
の参考値として使用できる。また、Ｃ系のスペクトル値
もとるようにすれば、コンクリート７の中性化に関する
参考値として使用できる。以上の各元素のスペクトル値
により、検査時点でのコンクリート７の性状を判定し得
るとともに、データ化して保存管理することにより性状
に関する経年変化を監視することも可能であり、コンク
リート構造物の安全対策上、きわめて有効である。

【００１３】図７は、以上の検査方法を実施するための
検査装置に関する実施例の要部を示した概略構成斜視図
である。図示のように、本実施例では、必要な各設備を
可搬台車２４に搭載して探査システムとして構成してい
る。可搬台車２４には、炭酸ガスレーザ等からなる短パ
ルス高ピーク出力の赤外線レーザ発振器１、可視光レー
ザ発振器８、レーザビームデリバリ装置２５、レーザビ
ームスキャニング装置２６等が搭載されており、前述の
ように、赤外線レーザ発振器１及び可視光レーザ発振器
８で発生した赤外線レーザと可視光レーザはガルバノミ
ラー６を介して同軸的に照射され、そのガルバノミラー
６をレーザビームスキャニング装置２６によりコントロ
ールすることにより照射ポイントが設定されるように構
成されている。図中の２７は、前記干渉器１４及び光検
出部１５からなる振動検出装置やプリズム１６及びＣＣ
Ｄ１７からなる分光分析装置等の検出分析手段の設置部
を示したものである。さらに、可搬台車２４には、イン
クジェッタ２８が搭載されており、ロボットアーム２９
に支持されたインクジェッタヘッド３０を介して異常が
あると判定された領域をマーキングするように構成され
ている。図中の３１は、位置検出装置を示したものであ
り、可搬台車２４の基準位置からの移動距離を検出し
て、その位置データをデータ集積装置３２に集積するよ
うに構成されている。なお、データ集積装置３２には、
位置検出装置３１からの可搬台車２４に関する位置デー
タのほか、前記測長計１８からのコンクリート７の内壁
面に関するデータ、レーザビームスキャニング部２６か
らの照射ポイントに関するデータ等の位置データととも
に、光検出部１５やＣＣＤ１７からの検査結果に関する
データなどが集積される。

【００１４】

【発明の効果】本発明によれば、次の効果を得ることが
できる。 （１）コンクリートの内部欠陥に関する検査と、コンク
リートの性状変化に関する検査とを同時にリアルタイム
で実施することが可能である。 （２）コンクリートの性状をデータ化し、各表面析出元
素の分布状態や経年変化を定量的に監視することができ
る。 （３）コンクリート面に対して非接触、非破壊で検査を
実施することができる。 （４）検査に関する作業性が大幅に改善されるので、作
業時間の短縮や検査範囲の拡大が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る実施例の要部を概略的に示した
要部説明図である。

【図２】 内部欠陥のない場合の超音波の伝播状態を示
した状態説明図である。

【図３】 内部欠陥のない場合の検出結果を示した出力
グラフである。

【図４】 内部欠陥のある場合の超音波及び反射波の伝
播状態を示した状態説明図である。

【図５】 内部欠陥のある場合の検出結果を示した出力
グラフである。

【図６】 分光分析の結果を示したスペクトル図であ
る。

【図７】 本発明に係る検査装置の実施例の要部を示し
た概略構成斜視図である。

【符号の説明】

１…赤外線レーザ、２…ビームエキスパンダ、３…ビー
ムコンバイナ、４…オートフォーカスレンズ、５…反射
ミラー、６…ガルバノミラー、７…コンクリート、８…
可視光レーザ発振器、９…ビームエキスパンダ、１０…
反射ミラー、１１…穴あき放物面鏡、１２…反射ミラ
ー、１３…穴あき反射ミラー、１４…干渉計、１５…光
検出部、１６…プリズム、１７…ＣＣＤ、１８…測長
計、１９…赤外線レーザ、２０…可視光レーザ、２１…
超音波、２２…内部欠陥部、２３…反射波、２４…可搬
台車、２５…レーザビームデリバリ装置、２６…レーザ
ビームスキャニング装置、２７…検出分析手段の設置
部、２８…インクジェッタ、２９…ロボットアーム、３
０…インクジェッタヘッド、３１…位置検出装置、３２
…データ集積装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F068 AA48 BB26 CC11 FF12 GG07 GG09 TT07 2G043 BA02 BA06 CA05 EA10 GA02 GB03 HA15 JA01 JA05 KA01 KA02 KA03 KA09 LA03 2G047 AA10 BC00 BC09 BC14 CA04 EA08 EA09 GD01

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 赤外線レーザをコンクリート面に照射
   し、その照射面にプラズマを発生させると共に物理的振
   動を付与し、前記プラズマの光を分光分析することによ
   りコンクリートの表面析出元素を特定してコンクリート
   の性状分析を行うとともに、前記照射面に単一光を照射
   し、その反射光を介して前記物理的振動の反射波を検出
   してコンクリートの内部欠陥を分析することを特徴とす
   るコンクリート構造物の検査方法。
2. 【請求項２】 前記プラズマ光の分光分析の結果、589n
   mの波長のものが強ければＮａ、372nmの波長のものが強
   ければＦｅ、479.5nmの波長のものが強ければＣｌが存
   在すると判定してコンクリートの性状分析を行う請求項
   １に記載のコンクリート構造物の検査方法。
3. 【請求項３】 赤外線レーザを照射する赤外線レーザ照
   射手段と、プラズマ光を分光して波長に基づいて元素を
   特定する分光分析器と、単一光を照射する単一光照射手
   段と、干渉計とを備え、コンクリート面に対して、前記
   赤外線レーザ照射手段より赤外線レーザを照射するとと
   もに、前記単一光照射手段より単一光を照射し、その赤
   外線レーザの照射により照射面に発生したプラズマの光
   を前記分光分析器へ誘導してコンクリートの表面析出元
   素を特定するとともに、前記単一光の反射光を前記干渉
   計へ誘導し、前記照射面に発生した物理的振動がコンク
   リートの内部欠陥部で反射して形成された反射波を検出
   することにより、コンクリートの性状分析及び内部欠陥
   分析を行うように構成したことを特徴とするコンクリー
   ト構造物の検査装置。