JP2003262631A

JP2003262631A - 鉄筋腐食検知装置

Info

Publication number: JP2003262631A
Application number: JP2002063916A
Authority: JP
Inventors: Takashi Sakai; 孝坂井; Minoru Kaneko; 稔金子
Original assignee: Akebono Brake Industry Co Ltd
Current assignee: Akebono Brake Industry Co Ltd
Priority date: 2002-03-08
Filing date: 2002-03-08
Publication date: 2003-09-19

Abstract

(57)【要約】【課題】鉄筋コンクリートの鉄筋腐食検知におい
て、コンクリート構造物を非破壊で簡単に鉄筋コンクリ
ートの鉄筋腐食検知を行えるようにする。【解決手段】一端が鉄筋に電気的に接続され、且つ他
端がコンクリート構造物の外部に導出された腐食診断用
導線１３を備え、経年後、該腐食診断用導線１３を装置
本体と接続して鉄筋の腐食を検知する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄筋コンクリート
の鉄筋の腐食を検知する鉄筋腐食検知装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、鉄筋コンクリートの鉄筋の腐食を
検知する方法の１つとして電位測定法があり、原理が単
純で、測定も簡単であり、大掛かりな測定器具を必要と
しないことから、現在鉄筋の腐食検知では主にこの方法
が多く用いられている。なお、電位測定法については、
例えば「わかりやすいコンクリート構造物の非破壊検
査」（ｐ１５４〜ｐ１５６、株式会社オーム社発行）に
記載されている。

【０００３】ここで、電位測定法の１つである、照合電
極（基準電極：例えば飽和硫酸銅）と電圧計を用いて自
然電位を測定する方法について図１０を用いて説明す
る。この方法は、鉄筋コンクリート構造物のコンクリー
ト１００の一部を剥がして鉄筋１０１を露出させて、そ
れに導線１０２を取り付けて電圧計１０３のプラス端子
に接続する一方、コンクリート１００の表面に照合電極
１０４を接触させて、それに導線１０５を取り付けて電
圧計１０３のマイナス端子に接続する（この場合、プラ
ス、マイナスは逆であっても構わない）。その後、照合
電極１０４を鉄筋１０１に沿って移動させて多数の点で
電位を測定し、測定した複数の電位値から鉄筋の腐食状
態を診断する。この場合、鉄筋１０１の腐食と測定した
電位値の関係は、評価基準が公的に決められているの
で、それに基づいて腐食状況を判定することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、鉄筋コンク
リートの鉄筋腐食検知方法においては、鉄筋コンクリー
ト構造物のコンクリート１００の一部分を剥がし、露出
した鉄筋１０１に導線１０２を取り付けなければなら
ず、また測定後には剥がしたコンクリートを補修しなけ
ればならなく、測定前準備及び測定後処理に多大な工数
を費やすという問題がある。

【０００５】本発明は係る事情に鑑みてなされたもので
あり、測定前後の処理に多大な工数を費やすことなく簡
単に鉄筋コンクリート構造物における鉄筋コンクリート
の鉄筋腐食検知を行うことができる鉄筋腐食検知装置を
提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決する為の手段】本発明の鉄筋腐食探査装置
は、コンクリート内の鉄筋と装置本体との接続が可能な
長さに形成され、その一端が前記鉄筋に電気的に接続す
ると共に他端がコンクリート構造物の外部へ導出される
腐食診断用導線を具備することを特徴とする。

【０００７】この構成によれば、コンクリート内の鉄筋
の経年変化による腐食を検知するための腐食診断用導線
を具備し、その導線の一端を生コンクリートの型枠内へ
の充填時に鉄筋に接続し、他端を型枠外へ出しておくこ
とにより、鉄筋の腐食検査時にコンクリート（当然なが
ら既に凝固している）の一部分を剥がすことなく、即座
に検査を行うことができる。したがって、従来のような
測定前準備及び測定後処理に多大な工数を費やすことが
なく、簡単に鉄筋コンクリートの鉄筋腐食検知を行うこ
とが可能となる。

【０００８】前記腐食診断用導線は、その一端を電気信
号を印加することで機械的に振動するセンサ素子と一体
化してセンサ素子を鉄筋に同時に取り付ける構造によ
り、鉄筋に電気的に接続するようにしても良いし、腐食
診断用導線の一端に取り付けた電極とセンサ素子とが共
通固定用具で鉄筋を挟持する構造を採って、鉄筋に電気
的に接続するようにしても良い。

【０００９】また、上記構成の他に、コンクリート表面
に接触させる照合電極と、コンクリート構造物の外部に
導出した前記腐食診断用導線との間の電圧を測定し、照
合電極を鉄筋に沿って移動することで多数箇所において
測定した測定結果より鉄筋の腐食程度を判定する判定手
段とを具備する構成を採っても良い。この構成を採るこ
とにより、照合電極を鉄筋に沿って移動させるだけで、
鉄筋の腐食程度を自動的に判定することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本
発明の一実施の形態に係る鉄筋腐食検知装置の構成を示
すブロック図である。図１において、本実施の形態に係
る鉄筋腐食検知装置７０は、鉄筋コンクリートの鉄筋の
腐食状況を検知するとともに、コンクリートの型枠への
充填状況を検知することができるもので、生コンクリー
トの充填状態を検知するコンクリート充填検知部７０ａ
と鉄筋の腐食状況を検知する鉄筋腐食検知部７０ｂと、
を備えて構成される。コンクリート充填検知部７０ａ
は、同期信号発生器１と、可変周波数発振器２と、増幅
器３と、圧電スピーカ（センサ素子）４と、抵抗５と、
差動増幅器６と、４象限掛け算器７と、ローパスフィル
タ８と、判定部９と、を備える。鉄筋腐食検知部７０ｂ
は、判定部９と、照合電極１０と、腐食診断用導線１３
と、導線１５と、を備える。

【００１１】同期信号発生器１は、可変周波数発振器２
を繰り返し動作させるための同期信号を発生する。可変
周波数発振器２は、周波数が所定の周波数範囲（例えば
１ｋＨｚから２０ｋＨｚ）で連続的に変化する正弦波の
電気信号を発生する。すなわち、同期信号発生器１から
同期信号が出力される毎に初期周波数（例えば１ｋＨ
ｚ）から繰り返し正弦波信号を発生する。増幅器３は、
可変周波数発振器２にて発生した正弦波信号を後段側の
圧電スピーカ４の動作レベルまで増幅し、加振用信号Ｖ
ｒとして出力する。

【００１２】圧電スピーカ４は圧電素子を使用したもの
であり、電気エネルギを機械エネルギに変換する（即
ち、電気信号が入力されると振動する）。この圧電スピ
ーカ４は、生コンクリートが鉄筋部や型枠内に確実に充
填されたかどうかを検知するためのもので、建設施工時
にコンクリート打設の型枠内に取り付けられる。特に、
本装置では、型枠内の鉄筋の経時的変化による腐食も検
知できるように、当該鉄筋に取り付けられる。例えば、
図２に示すように、鉄筋２１に取り付けられる。なお、
図中符号２０はコンクリート打設時の型枠であり、２１
は型枠２０内に設けられて梯子状に組まれた鉄筋であ
る。また、図３は型枠２０内に生コンクリート２２を充
填させた状態を示す図であり、図４は型枠内に充填した
生コンクリート２２が凝固した後、型枠２０を取り除い
た状態を示す図である。

【００１３】図２〜図４に示すように、圧電スピーカ４
からは、圧電スピーカ４そのものに電気信号を入力する
ための２本の導線１１及び１２と、一端部分が圧電スピ
ーカ４の表面に取り付けられて腐食検知対象の鉄筋に電
気的に接続される腐食診断用導線１３が引き出されてい
る。この場合、各導線１１、１２及び１３は、構造物の
外部に引き出せる長さになっている。しかし、コンクリ
ートの充填状況を検知するために、圧電スピーカ４に接
続した２本の導線１１、１２は、コンクリートの充填状
況を検知した後では、切断することもできる。なお、各
導線１１，１２および１３は、３芯のケーブルを使用し
てもよく、導線１３の導出部は、コンクリート内に埋め
込まれた蓋付の密閉箱内に入れておいてもよい。

【００１４】図５、図６は圧電スピーカ４の鉄筋２１へ
の取り付け方法を示す図である。図５で示す取り付け
は、矩形状の鉄筋電極５０ａと、一端が鉄筋電極５０ａ
に固定されると共に、圧電スピーカ４の鍔部４ａを挿通
する２本の固定ボルト５０ｂと、固定ボルト５０ｂに螺
合するナット５０ｃとから構成された固定金具５０によ
り行われる。鉄筋電極５０ａには腐食検知を行うための
腐食診断用導線１３の一端が接続されている。２本の固
定ボルト５０ｂは鉄筋２１の直径以上の長さで離間配置
されている。圧電スピーカ４は、その鍔部４ａの孔（図
示せぬ）に鉄筋電極５０ａの２本の固定ボルト５０ｂを
挿通してナット５０ｃで締め込むことにより、鉄筋２１
に固定される。また、この圧電スピーカ４の取り付けと
同時に、腐食診断用導線１３は鉄筋２１に電気的に接続
される。

【００１５】他方、図６で示す取り付けは、矩形状の表
面に圧電スピーカ４を一体的に固設した鉄筋電極６０ａ
と、鉄筋２１の外周面を包囲するＵ字状に形成して両端
部に螺子が切られた２本の固定ボルト６０ｂと、固定ボ
ルト６０ｂに螺合するナット６０ｃとから構成された固
定金具６０により行われる。鉄筋電極６０ａには腐食検
知を行うための腐食診断用導線１３の一端が接続されて
いる。圧電スピーカ４は、２本の固定ボルト６０ｂを所
定間隔に離間して鉄筋２１の外周面を包囲した状態で、
圧電スピーカ４を固設した鉄筋電極６０ａの孔（図示せ
ぬ）に挿通して両端部をナット６０ｃで締め込むことに
より、鉄筋２１に固定される。また、この圧電スピーカ
４の取り付けと同時に、腐食診断用導線１３は鉄筋２１
に電気的に接続される。

【００１６】図１に戻り、抵抗５は、圧電スピーカ４に
流れる電流を検出するためのものであり、増幅器３と圧
電スピーカ４との間に直列に介挿される。抵抗５の両端
には、圧電スピーカ４に流れる電流に対応する電圧が発
生する。この場合、圧電スピーカ４に流れる電流は周波
数の変化によって変化するので、抵抗５の両端に現れる
電圧は圧電スピーカ４の周波数特性を反映したものとな
る。

【００１７】差動増幅器６は、抵抗５の両端の電圧を増
幅して電圧Ｖｉを出力する。４象限掛け算器７は、増幅
器３からの加振用信号Ｖｒと差動増幅器６からの電圧Ｖ
ｉを乗算することで、これらの電圧に対するノイズの影
響を除去する。ローパスフィルタ８は、４象限掛け算器
７の出力信号から以下で説明するｃｏｓ（２ωｔ＋α＋
β）分を除去した信号（出力電圧Ｖｏ）を出力する。

【００１８】判定部９は、図示せぬマイコンやＬＣＤ(L
iquid Crystal Display)等の表示器を備えており、圧電
スピーカ４にコンクリートを接触させないときの固有の
振動周波数特性を基準として、コンクリートが圧電スピ
ーカ４に接触したときの変化からコンクリートの型枠内
への充填状態の良否を判定して、その判定結果を表示器
（図示せぬ）上に表示する。この場合、圧電スピーカ４
の固有の振動周波数特性を一度設定しておけば、以降メ
ンテナンス時を除いて再設定する必要はない。なお、圧
電スピーカ４の固有の振動周波数特性を、上記したマイ
コンのメモリに記憶するように制御プログラムを組んで
おくと良い。

【００１９】また、判定部９は、従来の電圧計１０３
（図１０参照）と同等の電圧測定機能を有しており、一
端が鉄筋２１に電気的に接続した腐食診断用導線１３の
他端を判定部９に内蔵の測定回路１４のプラス端子に接
続する一方、後述する照合電極１０に接続した導線１５
を測定回路１４のマイナス端子に接続させている（この
場合、プラス、マイナスの極性は逆であっても構わな
い）。照合電極１０は、経年後、コンクリート構造物の
表面を接触移動させてコンクリート内部の鉄筋２１の腐
食を探査するプローブとなるものである。

【００２０】判定部９は、測定者が測定操作を行って、
照合電極１０を移動させることで、コンクリート構造物
上の多数箇所で測定される電位を記憶する。そして、測
定が終了した時点で、複数箇所で測定した電位値から、
予め設定された評価基準（ＡＳＴＭＣ−８７６）に基
づいて鉄筋の腐食状態を診断し、その結果（腐食の度合
い）を図示せぬ表示器のＬＣＤ上に数値表示又はカラー
表示又はレベルで表示する。なお、照合電極１０の測定
間隔は、小型構造物では５〜１０ｃｍ、橋床版では約６
０ｃｍ、大型構造物では約１ｍとされている。

【００２１】このような構成において、可変周波数発振
器２にて発生した正弦波信号が増幅器３で圧電スピーカ
４の動作レベルまで増幅されて、加振用電圧Ｖｒとして
圧電スピーカ４に印加される。これにより、圧電スピー
カ４に機械的振動が発生する。加振用電圧Ｖｒは４象限
掛け算器７にも入力される。圧電スピーカ４に機械的振
動が発生すると、抵抗５の両端に圧電スピーカ４に流れ
る電流に対応する電圧が発生する。この電圧が差動増幅
器６にて増幅されて電圧Ｖｉが出力される。そして、そ
の電圧Ｖｉと増幅器３からの加振用電圧Ｖｒとが４象限
掛け算器７にて乗算されてノイズ分が除去される。そし
て、ノイズ分が除去された信号がローパスフィルタ８に
入力されることで、ｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）成分が除
去された出力電圧Ｖｏが得られる。

【００２２】この出力信号Ｖｏは、加振用信号の周波数
変化に対する圧電スピーカ４の周波数特性（振幅と位
相）を反映した信号になる。圧電スピーカ４の表面に何
も接触していないときには、圧電スピーカ４の持つ固有
振動数付近の周波数にピークを持った電圧が図８に示す
ように現れる。また、圧電スピーカ４の周りにコンクリ
ートが充填されると、圧電スピーカ４の振動特性が変化
して、図９に示すようにピーク電圧の位置と大きさが変
化する。判定部９はこのピーク電圧の変化からコンクリ
ートの充填状況を判定してその結果をＬＣＤ上に表示す
る。これにより、コンクリート充填検知部７０ａは、容
易にコンクリートの充填を判別することができる。

【００２３】上記作動原理を、数式を用いて説明すると
以下のようになる。ここで、Ｖｒ＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋
α）、Ｖｉ＝Ｂｓｉｎ（ωｔ＋β）とする。但し、Ａ、
Ｂは振幅、ωｔは周波数、αとβは位相のずれとする。Ｖｒ×Ｖｉ＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋α）×Ｂｓｉｎ（ωｔ＋β）＝ＡＢ［ｃｏｓ（β−α）−ｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）］／２（１）

【００２４】式（１）のｃｏｓ（β−α）の部分は、位
相差に合わせて変化する直流成分であり、ここに電圧Ｖ
ｉの振幅成分も含まれる。また、ｃｏｓ（２ωｔ＋α＋
β）の部分は、元の加振用電圧Ｖｒと電圧Ｖｉの２倍の
周波数の信号である。必要とする周波数特性の情報は、
電圧Ｖｉの振幅（大きさ）であるので、上式（１）のｃ
ｏｓ（β−α）のみでよい。したがって、ローパスフィ
ルタ８を通過させてｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）の成分を
除去すればよい。このようにして出力電圧Ｖｏには周波
数特性が電圧の形で現れる。

【００２５】図８及び図９で示したように、コンクリー
ト型枠内等の閉鎖空間内にコンクリートが充填される
と、ピークの周波数とレベルが変化することで、その状
況を検知することができる。また、鉄筋の腐食を調べる
場合は、コンクリート２２から引き出した腐食診断用導
線１３を装置７０に接続した後、測定開始操作を行っ
て、照合電極１０を鉄筋２１に沿って移動して、多数箇
所の点で電位の測定を行う。そして、測定結果が評価基
準に基づいて判定されることで、鉄筋の腐食状態が診断
されると、その結果（腐食度合い）がＬＣＤに表示され
る。

【００２６】このように、本実施の形態の鉄筋腐食検知
装置によれば、コンクリート充填時に圧電スピーカ４と
腐食診断用導線１３の一端とが共通固定用具で同時に鉄
筋に取付けられるので、経年後に鉄筋コンクリート構造
物のコンクリート２２の一部分を剥がすことなく、鉄筋
２２の腐食状況を把握することができる。したがって、
測定前後の処理に多大な工数を費やすことがなく、省力
化が図れる。

【００２７】また、本実施の形態の鉄筋腐食装置によれ
ば、所定の範囲で周波数が経時的に変化する正弦波の電
気信号を発生させて、この電気信号を圧電スピーカ４に
印加して、この圧電スピーカ４の振動の周波数特性を検
出し、この周波数特性をもとに圧電スピーカ４をコンク
リート型枠内に充填されたコンクリート構造物に接触さ
せた際の周波数特性の変化を検出するようにしたので、
コンクリートの型枠内における充填状況を検出すること
ができる。

【００２８】なお、上記実施の形態では、単一の周波数
範囲の正弦波を用いたが、周波数範囲を切り替える不図
示の周波数範囲切替器を設けて、複数の周波数範囲の正
弦波を択一的に選択できるようにしてもよい。この場
合、可変周波数発振器２は、周波数範囲切替器にて切り
替えられた範囲の周波数帯で正弦波信号を繰り返し発生
させる機能を有することになる。このように、複数の周
波数範囲の正弦波を択一的に選択できるようにすること
で、コンクリート型枠の構造や材質等の物理的な特性に
応じて測定に最適な周波数範囲を選択することができ
る。これによって、より精度の高い測定が可能となる。

【００２９】また、上記実施の形態では、判定部９を設
けたが、必ずしもこれを設ける必要はなく、オシロスコ
ープなどの波形測定装置を用いて、ローパスフィルタ８
の出力波形を観測するようにしても良い。オシロスコー
プなどの波形測定装置やアナログの電圧計がある場合
は、判定部９が不要となる分、装置としてのコストの削
減が可能となる。

【００３０】また、上記実施の形態では、コンクリート
の閉鎖空間内への充填状況を検出する場合について述べ
たが、本発明は、他の木製型枠や鋼材で作られた型枠内
への充填状況の検出、更には剥離タイルの検出について
検出することができることは述べるまでもない。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
一端部分がコンクリート内の鉄筋と接し、他端部分をコ
ンクリート構造物の外表面へ引き出す腐食診断用導線を
備えたので、鉄筋の腐食を測定する測定前後の処理に多
大な工数を費やすことがなく、省力化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る鉄筋腐食検知装置の
構成を示すブロック図である。

【図２】図１の鉄筋腐食検知装置を構成する圧電スピー
カの鉄筋への取り付け例を示す図で、生コンクリート充
填前の図である。

【図３】図１の鉄筋腐食検知装置を構成する圧電スピー
カの鉄筋への取り付け例を示す図で、生コンクリート充
填後の図である。

【図４】図１の鉄筋腐食検知装置を構成する圧電スピー
カの鉄筋への取り付け例を示す図で、生コンクリート凝
固後で型枠より取り出した図である。

【図５】図１の鉄筋腐食検知装置を構成する圧電スピー
カの取り付け構造の一例を示す図である。

【図６】図１の鉄筋腐食検知装置を構成する圧電スピー
カの取り付け構造の一例を示す図である。

【図７】図１の鉄筋腐食検知装置における鉄筋腐食測定
を説明するための図である。

【図８】図１の鉄筋腐食検知装置における測定結果の一
例を示す図で、コンクリート型枠内にコンクリートが無
い場合の出力電圧波形図である。

【図９】図１の鉄筋腐食検知装置における測定結果の一
例を示す図で、コンクリート型枠内にコンクリートが有
る場合の出力電圧波形図である。

【図１０】従来の鉄筋腐食検知方法を説明するための図
である。

【符号の説明】

１同期信号発生器２可変周波数発振器３増幅器４圧電スピーカ５抵抗６差動増幅器７４象限掛け算器８ローパスフィルタ９判定部１０照合電極１１、１２、１３、１５導線１４測定回路２０型枠２１鉄筋２２コンクリート５０、６０固定金具５０ａ、６０ａ鉄筋電極５０ｂ、６０ｂ固定ボルト５０ｃ、６０ｃナット７０鉄筋腐食検知装置７０ａコンクリート充填検知部７０ｂ鉄筋腐食検知部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コンクリートの鉄筋腐食検知装置であっ
て、コンクリート内の鉄筋と装置本体との接続が可能な
長さに形成され、その一端が前記鉄筋に電気的に接続す
ると共に他端がコンクリート構造物の外部へ導出される
腐食診断用導線を具備することを特徴とする鉄筋腐食検
知装置。
【請求項２】前記腐食診断用導線は、その一端が電気
信号を印加することで機械的に振動するセンサ素子と一
体化し、前記センサ素子を前記鉄筋に取り付ける構造に
より、前記鉄筋に電気的に接続されることを特徴とする
請求項１記載の鉄筋腐食検知装置。
【請求項３】前記腐食診断用導線は、その一端に取り
付けられた鉄筋電極と電気信号を印加することで機械的
に振動するセンサ素子とが前記鉄筋を挟持する構造によ
り、前記鉄筋に電気的に接続されることを特徴とする請
求項１記載の鉄筋腐食検知装置。
【請求項４】コンクリート表面に接触させる照合電極
と、コンクリート構造物の外部に導出した前記腐食診断
用導線との間の電圧を測定し、前記照合電極を前記鉄筋
に沿って移動することで多数箇所において測定した測定
結果より前記鉄筋の腐食程度を判定する判定手段と、を
具備することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれ
かに記載の鉄筋腐食検知装置。