JP2003014709A

JP2003014709A - エネルギーの減衰に基づいた打撃によるコンクリートの欠陥探査方法

Info

Publication number: JP2003014709A
Application number: JP2001199865A
Authority: JP
Inventors: Takeo Son; 建生孫; Takashi Noguchi; 隆野口; Hiroyuki Sakamoto; 浩之坂本; Masahiro Yoshikawa; 正浩吉川
Original assignee: Aoki Corp
Current assignee: Aoki Corp
Priority date: 2001-06-29
Filing date: 2001-06-29
Publication date: 2003-01-15

Abstract

(57)【要約】【課題】欠陥探査方法として打撃による判定でありな
がら、従来の打音法のような熟練技能者を必要なく、且
つ判定精度を向上することができ、短時間で、非破壊の
探査を可能とする。【解決手段】コンクリートの内部における打撃エネル
ギーの伝播・拡散の挙動を、内部亀裂・空洞等の欠陥の
有無による応力波形の相違を指標化して判定することに
よって、内部損傷としての亀裂・空洞等の欠陥の有無を
検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この出願の発明は、エネルギ
ーの減衰に基づいた打音法による欠陥探査方法に関し、
さらに詳しくは、コンクリートの充填状況や老朽化、例
えば、空洞やジャンカの有無等を非破壊で探査すること
のできる改善された打音法による欠陥探査方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術とその解決課題】プレキャストコンクリー
ト部材の品質管理・検査は、一般に、ＪＡＳＳ１０．１
３．４「部材の製造工程中の試験・検査」によるが、プ
レキャストコンクリート部材が、コンクリート打設時に
衝撃や振動により破損したり欠陥がないように、プレキ
ャストコンクリート部材の検査を適切な方法で行うこと
が推奨されている。

【０００３】一方、従来から、施工の合理化の目的で柱
や梁の外殻部分をプレキャスト化するいわゆるハーフプ
レキャスト構法が実施されており、このようなハーフプ
レキャスト構法の施工後にもコンクリートの充填状況の
検査が行われている。

【０００４】老朽化や施工不良の点を考慮して、既存コ
ンクリート構造（たとえばトンネル覆工、橋梁、コンク
リートポールなど）について、その耐久性、余命の評価
のための検査が必要とされているのである。

【０００５】このような場合のコンクリート内部空洞・
亀裂の検出方法については、ＪＡＳＳ５．２１．７「プ
レキャスト複合コンクリートの品質管理・検査」により
非破壊検査やコアの抜き取り検査が紹介されている。非
破壊検査については、打音法、衝撃弾性波法、表面温度
法、電磁法等が知られているが、それぞれ一長一短があ
る。これまでの、コンクリート内部空洞・亀裂の検出で
は、大がかりな装置を必要としないで検査が短時間で行
えることから、打音法が主として用いられている。

【０００６】しかし、従来の打音法の場合には、熟練し
た技術者が必要であり、人間の耳を頼りとするため、コ
ンクリート内部の空洞・亀裂などを早期に且つ確実に発
見し、定量的に評価することは、困難であった。

【０００７】また、打音法の改善された変形態として、
（イ）ハンマー打撃の反発力を計測する方法、（ロ）セ
ンサーで、打撃後の振動波形を計測し、周波数分析を行
う方法が提案されているが、反発力の計測方法（イ）で
は、得られるのはハンマーとコンクリート表面が接触す
る瞬間（約２．０ｍｓ以下）の反発力で、打撃点の状態
に依存し必ずしも内部の状態を反映できるものではな
い。また、周波数分析方法（ロ）では、得られるのは表
面の微小振動状態の振動数〔動的剛性ルートと質量の比
のルート

【０００８】

【数１】

【０００９】ここで、Ｋ：動的剛性、ｍ：等価振動質
量〕であって、内部空洞・亀裂等の損傷度のパラメータ
としては適切とは言い難く、ダイナミックに損傷の有無
を反映することはできない。

【００１０】そこで、この出願の発明は、上記のとおり
打音法の特徴を生かしつつ、従来の問題点を解消して、
コンクリート内部の空洞・亀裂等の欠陥を、簡便に、し
かも確実に把握することのできる、新しいコンクリート
の欠陥探査方法を提供することを課題としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上記
の課題を解決するものとして、第１には、打撃エネルギ
ーの伝播・減衰の状況を音波により計測、解析し、コン
クリート内部の欠陥を探査する、打撃によるコンクリー
トの欠陥探査方法であって、受信した波動の波形を基に
無欠陥と認められる場合を基準とした打撃エネルギーの
減衰を指標として解析・評価することを特徴とする、打
撃によるコンクリートの欠陥探査方法を提供する。

【００１２】また、この出願の発明は、上記方法につい
て、第２には、受信した波動波形を経時的に分画し、分
画された波動波形により標準化した打撃エネルギーの減
衰指標として解析・評価することを特徴とする欠陥探査
方法を提供し、第３には、ハンマー等の打撃装置による
打撃面附近に受信のためのマイクロホンを配置すること
を特徴とする欠陥探査方法を、第４には、打撃エネルギ
ーの減衰指標の大きさにより欠陥の大きさを解析・評価
することを特徴とする欠陥探査方法を提供する。

【００１３】以上のように、この出願の発明は、従来と
同様の打撃を利用するものあるが、これを発展させたも
のであって、その基本的な思想は、打撃エネルギーのコ
ンクリートの内部での伝播・拡散の状況を打撃エネルギ
ーの減衰指標として把握することによって非破壊で探査
可能な打音法による新規な欠陥探査方法を提供するもの
である。

【００１４】以下、この出願の発明について、さらに詳
しく説明する。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、この出願の発明の打撃欠
陥探査方法を健全なコンクリートに適用した場合の、打
撃エネルギーが伝播する様子を概念的に示している。コ
ンクリート（１）に対してハンマー（２）により打撃を
加えると、打撃エネルギー流（３）は応力波の形で、コ
ンクリート（１）内に３次元的に拡散していくと想定さ
れる。

【００１６】これに対して、図２は、内部に亀裂・空洞
等の欠陥部（１ａ）のあるコンクリート（１）に適用し
た場合の打撃エネルギーが伝播する様子を概念的に示し
ている。この場合、応力波の一部としてのエネルギー流
（３ａ）は欠陥部（１ａ）で遮断され、表面で反射す
る。

【００１７】したがって、表面の応力波としてのエネル
ギー流（３）、（３ａ）を把握することにより、内部亀
裂・空洞等の欠陥部（１ａ）の有無を検知することがで
きる。

【００１８】このようなエネルギー流（３）（３ａ）の
把握は、打撃エネルギーの減衰として測定し、解析する
ことができる。つまり、この出願の発明においては、前
記のとおり、受信した音波変位量、すなわち時間にとも
なう振幅の変化量を、無欠陥もしくはほぼ欠陥のない場
合を基準とした打撃エネルギーの減衰指標（ＩＮＤＥ
Ｘ）として解析・評価して、欠陥の存在を探査すること
である。

【００１９】ここで、上記の指標（ＩＮＤＥＸ）につい
てさらに説明すると、その定義や、実際上の好ましい形
態は以下のとおりである。すなわち、まず、一般に１自
由度の振動エネルギーはＷ＝Ｋ・Ｕ²／２（ただし、
Ｋ：剛性、Ｕ：変移）で表わすことができる。

【００２０】打音法において、ハンマーで打撃されたコ
ンクリートの表面は１自由度の振動では表現できないの
で、マイクで受信した振動は空気を介して伝わってきた
コンクリートの表面での見かけ波動変位として扱うこと
ができる。そして、コンクリートの表面での見かけ波動
エネルギーの一つの指標として、Ｗ₀（ｔ）＝Ｋ・Ｕ
（ｔ）²／２（ただし、Ｗ₀（ｔ）：見かけ波動エネルギ
ー指標、Ｕ（ｔ）：マイクで受信した見かけ波動変位）
と定義することができる。

【００２１】すると、内部に空洞等の欠陥があっても剛
性Ｋの変化が無視できると仮定すると、指標：ＩＮＤＥ
Ｘは、ＩＮＤＥＸ＝Ｕ（ｔ）²／Ｕ₀（ｔ）²（ただし、
Ｕ₀（ｔ）：既知の無損傷箇所を叩いて、マイクで得ら
れたコンクリートの表面での見かけ波動変位、Ｕ
（ｔ）：同じ方法を用いて探査対象箇所で測定したも
の）と定義することができる。

【００２２】以上のＩＮＤＥＸの定義から、変位量比に
よって、より実際的に、精度良く、コンクリート内部の
欠陥を検知することができる。ＩＮＤＥＸ＝１の場合は
欠陥がほぼ無いものと評価される。ＩＮＤＥＸ＞１の場
合には、前記のエネルギー流（３ａ）によって、欠陥
（１ａ）の存在が把握されることになる。

【００２３】なお、基準とするコンクリートは、あらか
じめ実験等によりその見かけ波動変位は把握されてい
る。この場合の基準とするコンクリートは、真の意味で
欠陥が無いか、あるいは実際のコンクリート構造として
許容される程度の欠陥部位を有する、ほぼ欠陥のないも
のとして扱われるものであることを意味している。

【００２４】ただ、上記定義によっても、ハンマーでの
打撃力や、高指向性マイクとコンクリート面の距離・方
向などは一定に保つことは必ずしも容易ではないので、
受信した波形を、たとえば前段と後段とに経時的に分画
して標準化を行うことで、打撃・受信によるバラツキを
除去することが可能となる。この場合、受信した波形
を、経時的に前段と後段とに分け標準化を行なったＩＮ
ＤＥＸを、たとえばＩＮＤＥＸ＝（Ｕ_b（ｔ）²／Ｕ
_a（ｔ）²）／（Ｕ_b0（ｔ）²／Ｕ_a0（ｔ）²）（ただし、
Ｕ_b0（ｔ）、Ｕ_a0（ｔ）はそれぞれ既知の無損傷箇所で
受信した波動波形の前半部分、後半部分：Ｕ_b（ｔ）、
Ｕ_a（ｔ）は探査箇所で計測した波形の前半部分、後半
部分である）のように定義することができる。

【００２５】マイクで受信した波形Ｕ（ｔ）は、Ａ／Ｄ
変換ボードにより、デジタル化されその場で容易に計算
可能となる。この出願の発明においては、上記方法を実
現するための装置手段としては、コンクリート構造の表
面を打撃するための打撃装置と、音波を受信するための
マイクロホン等の手段、並びに波動解析のためのコンピ
ュータを基本的に備え、解析・評価についての表示手段
を有するものとしてまず考慮することができる。

【００２６】そこで以下に実施例を示し、さらに詳しく
この出願の発明について説明する。もちろん、以下の例
によって発明が限定されることはない。

【００２７】

【実施例】（実施例１）試験体として、コンクリート内
部５ｃｍの深さのところに厚さ１５ｍｍの断熱材、スタ
イロフォームを貼り、内部に鉄筋を設置し、コンクリー
トを打設した。スタイロフォームは剛性が低く、コンク
リート内部で空洞を形成する。

【００２８】このスタイロフォームの寸法・形状は、４
×４、６×６、８×８、１０×１０、１５×１５、２０
×２０、３０×３０ｃｍ角の四角形である。図３は、こ
の出願の発明方法での探査結果を例示したものである。

【００２９】この図３では、横軸は空洞幅で、縦軸は、
前記に定義した、標準化エネルギーの減衰ＩＮＤＥＸの
値を示している。空洞のない健全な部分の平均値をＩＮ
ＤＥＸ＝１としている。

【００３０】この探査では、一人の操作で叩くだけで簡
単に探査できた。図３より、空洞幅の増加に伴いＩＮＤ
ＥＸが大きくなっており、６ｃｍ以上の大きさの空洞に
ついてほぼ正確に探査可能であることが判る。

【００３１】なお、図３において、同じ空洞幅であって
も、ＩＮＤＥＸ値が違って表示されているが、このよう
なＩＮＤＥＸ値の相違は、空洞の違う位置で打撃するこ
とによって発生したものと考えられる。（実施例２）次に、表面から７．５ｃｍの深さに位置す
る空洞、ジャンカについての検出試験を行った。

【００３２】図４は健全な部分（場所）の探査波形を、
また、図５は幅１８．５ｃｍの空洞をもつ損傷のある箇
所の探査波形を、さらに、図６は幅１８．５ｃｍのジャ
ンカをもつ損傷のある探査波形例をそれぞれ示してい
る。

【００３３】各図において、受信した波形は、実施例１
の場合と同様に、前段（Ｗｆ）と後段（Ｗｒ）に分け、
これにより、標準化を行なった。前記式のとおりのＩＮ
ＤＥＸ値を求めた。

【００３４】なお、波形の前段（Ｗｆ）は、一般的に、
ハンマー等の打撃装置とコンクリートとの接触時間より
長いことが望ましい。通常は、打撃装置とコンクリート
の接触時間は打撃力、コンクリートの状態によるが、
０．５ｍｓ〜２ｍｓの範囲にあると考えられる。そし
て、波形の後段（Ｗｒ）は、前段（Ｗｆ）の３倍以上で
あることが望ましい。これらのことを考慮して、波形よ
り前段（Ｗｆ）部と後段（Ｗｒ）部が設定される。ま
た、この発明の方法においては、波動の変位量は、時間
にともなう振幅の変化量を意味している。

【００３５】まず、図４〜６により、内部構造の違いか
ら、波形が相違することが判る。そして、探査波形の相
違によって、内部構造の違い、すなわち欠陥の有無を判
定することができる。

【００３６】図７、図８は幅寸法がそれぞれ異なるジャ
ンカの探査結果を示したものである。ジャンカの場合
も、内部構造の違いを検知することができる。図９、図
１０は、幅寸法がそれぞれ異なる帯状空洞の場合の探査
結果を示したものである。この場合も、前述の図７、図
８のジャンカの場合と比べても、ほぼ同じ傾向が見られ
るものであった。

【００３７】以上のように、接収した波形は違うが、同
じ幅の空洞、ジャンカでは、両者共にその検知効果は同
じであった。これはエネルギーの減衰に基づくものであ
り、この出願の発明による探査方法の特徴である。

【００３８】

【発明の効果】以上、この出願の発明によれば、大がか
りな装置を必要とすることなく、内部損傷としての亀裂
・空洞等の欠陥の有無の検査を短時間で行うことができ
る。

【００３９】従来の打音法のように判定精度を試験者の
熟練度に依存することなく、打音法判定の判定精度を向
上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】健全なコンクリート部材における打撃エネルギ
ー伝搬概念図である。

【図２】亀裂、空洞の存在するコンクリート部材におけ
る打撃エネルギー伝搬概念図である。

【図３】四角形空洞が存在するコンクリート部材の場合
で、マイクロホーンを使用した探査結果を示す図面であ
る。

【図４】健全なコンクリート部分の探査波形を示す図で
ある。

【図５】幅１８．５ｃｍの大幅空洞の損傷を持つときの
探査波形を示す図である。

【図６】幅１８．５ｃｍの大幅ジャンカの損傷を持つと
きの探査波形を示す図である。

【図７】幅７ｃｍの小幅帯状ジャンカの損傷を持つとき
の探査結果を示す図である。

【図８】幅１８．５＝３３．５ｃｍの帯状ジャンカの損
傷を持つときの探査結果を示す図である。

【図９】幅７ｃｍの小幅帯状空洞の損傷を持つときの探
査結果を示す図である。

【図１０】幅１８．５＝３３．５ｃｍの空洞の損傷を持
つときの探査結果を示す図である。

【符号の説明】

１コンクリート１ａ欠陥部１ｂジャンカ２ハンマー３、３ａ想定されるエネルギー流Ｗ探査波形Ｗｆ前半部Ｗｒ後半部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者坂本浩之東京都渋谷区渋谷２丁目17番３号株式会社青木建設内 (72)発明者吉川正浩東京都渋谷区渋谷２丁目17番３号株式会社青木建設内Ｆターム(参考） 2G047 AA10 BA04 BC09 CA03 EA10 EA11 GD02 GG20 GG27

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】打撃エネルギーの伝播・減衰の状況を音
波によって計測、解析し、コンクリート内部の欠陥を探
査する、打撃によるコンクリートの欠陥探査方法であっ
て、受信した波動波形を基に無欠陥と認められる場合を
基準とした打撃エネルギーの減衰を指標として解析・評
価することを特徴とする、打撃によるコンクリートの欠
陥探査方法。
【請求項２】受信した波動波形を経時的に分画し、分
画された波動波形により標準化した打撃エネルギーの減
衰指標として解析・評価することを特徴とする請求項１
の欠陥探査方法。
【請求項３】ハンマー等の打撃装置による打撃面附近
に受信のためのマイクロホンを配置することを特徴とす
る請求項１または２の欠陥探査方法。
【請求項４】打撃エネルギーの減衰指標の大きさによ
り欠陥の大きさを解析・評価することを特徴とする請求
項１ないし３のずれかの欠陥探査方法。