JP2004125570A

JP2004125570A - 電磁波によるコンクリート中の塩分濃度検査方法及び装置

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Publication number: JP2004125570A
Application number: JP2002289196A
Authority: JP
Inventors: Kumiko Suda; 須田　久美子; Toshiaki Mizobuchi; 溝渕　利明; Junichi Arai; 新井　淳一; Noboru Sakata; 坂田　昇
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2002-10-01
Filing date: 2002-10-01
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2022-10-01
Also published as: JP4073283B2

Abstract

【課題】コンクリート中の塩分量を非破壊的に且つ迅速に検査する方法及び装置を提供する。
【解決手段】対象コンクリート１と同じ組成のコンクリート材料に所定濃度の塩分を混入した複数の塩分濃度別コンクリート試験片３３を作り、信号測定装置５及び温度測定装置１６により試験片３３毎に電磁波信号Ｅを入射して単位距離当たりの振幅減衰αと伝搬速度Ｖと当該試験片３３の温度Ｔとを測定し、試験片３３毎の測定値から振幅減衰αと伝搬速度Ｖと温度Ｔとを独立変数とし塩分濃度Ｎを従属変数とする関係式２０を求め、記憶手段２２に記憶する。対象コンクリート１に電磁波信号Ｅを入射して単位距離当たりの振幅減衰αと伝搬速度Ｖと当該コンクリート１の温度Ｔとを各測定装置５、１６で測定し、塩分濃度検出手段２３により振幅減衰αと伝搬速度Ｖと温度Ｔの測定値を関係式２０に代入して対象コンクリート１中の塩分濃度を検出する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は電磁波によるコンクリート中の塩分濃度検査方法及び装置に関し、とくに鉄筋コンクリート構造物の塩害要因であるコンクリート中の塩化物イオン濃度を電磁波により検出する方法及び装置に関する。本発明は、道路や鉄道、港湾施設等の塩害を受ける可能性があるコンクリート構造物・施設を建設、維持、管理する分野に広く適用可能である。
【０００２】
【従来の技術】
鉄筋コンクリート構造物の劣化要因の１つに塩害がある。塩害とは、コンクリート中に存在し又は進入した塩分の作用により鋼材が腐食して膨張し、コンクリートにひび割れや剥離等の劣化が起こる現象である。従来は海砂等の使用や臨海部での飛来塩分による塩害が多かったが、最近では融雪剤の散布による山間部・寒冷地での塩害も問題となっている。コンクリート構造物を安全に供用するためには、コンクリート表面にひび割れ等が発生する前に塩害の危険性を調査して対策を立てることが必要である。
【０００３】
コンクリート構造物の塩害状況を調査する方法の一例は、コンクリート中の塩分量を分析する方法である。従来の標準的なコンクリート中の塩分量分析方法は、コンクリート構造体からコンクリートコアを採取し、採取したコアをコンクリート深さ方向にスライスし、スライスしたコンクリート片中の全塩分量又は可溶性塩分量を塩化物イオン選択性電極による電位差滴定法、クロム酸銀−吸光光度法、硝酸銀滴定法等により定量する方法である（非特許文献１参照）。Ｘ線マイクロアナライザ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｐｒｏｂｅ　Ｍｉｃｒｏ−Ａｎａｌｙｓｉｓ）等を用いて採取したコア中の塩素イオン量を分析する方法も開発されている。
【０００４】
また、コンクリート構造物の塩害状況を調査する他の方法として、コンクリート中の塩分量を分析するのではなく、塩害の影響を受けていると考えられるコンクリート中の鉄筋の腐食程度を電気化学的に調査・把握する方法も実施されている（例えば非特許文献２参照）。
【０００５】
更に、特許文献１は、鉄筋コンクリート構造物内に電磁波信号を送信し、コンクリート構造物から反射された電磁波信号の振幅から当該構造物内の鉄筋の腐食状態や含水状態等を検出するコンクリート構造物の状態検査方法及びシステムを提案している。この技術は、腐食して表面が酸化した鉄筋からの電磁波信号の反射波は表面が酸化していない鉄筋からの反射波に比し振幅が小さくなり、水分を含んだコンクリートを介して伝播した電磁波信号の反射波は水分を含まないコンクリートを介して伝播した反射波に比し振幅が小さくなるという原理に基づく（特許文献１の段落００８５〜００８６）。また特許文献２は、コンクリート構造物の内部へ電磁波を放射し、放射電磁波の反射波又は透過波を取り出し、取り出した電磁波から被検部位内部における誘電率の分布をディスプレイ上に表示し、内部の水分・塩分の分布状況を検査する方法を提案している。
【０００６】
【非特許文献１】
社団法人日本コンクリート工学協会「ＪＣＩ−ＳＣ４−１９８７　硬化コンクリート中に含まれる塩分の分析方法」コンクリート構造物の腐食・防食に関する試験方法ならびに規準（案）、株式会社技報堂、昭和６２年４月１０日
【非特許文献２】
除村王陽ほか「コンクリート構造物の鉄筋腐食診断システム」防錆管理、１９９８−０５、ｐｐ１４−１８
【特許文献１】
特開２００１−１６５８７０号公報
【特許文献２】
特開昭６１−０１７０５１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、非特許文献１が開示するコンクリート中の塩分量分析方法は、構造物からコンクリートコア等を採取する必要があり、局部的ではあるが構造物に損傷を与えるので、コンクリート圧縮部等の構造上重要な部位への適用が難しい問題点がある。また、コアの採取がコンクリート構造物の劣化進行を招く懸念がある。更に、一度コア等を採取した部位は新たなコンクリートを充填して元の状態に戻すのが通常であり、構造物の同一場所における塩分濃度の経時的な変化を把握する調査に適用するのは困難である。また、コア等の化学分析は採取現場で直ちに行うことは困難であり、分析に非常に手間と費用がかかるので、広い構造物全体を対象として塩害状況を把握するような調査も実際上困難である。
【０００８】
他方、非特許文献２の電気化学的な鉄筋腐食検査方法や特許文献１の電磁波による状態検査方法によれば、鉄筋コンクリート構造物内の鉄筋腐食状態や含水状態を非破壊的に検査することが可能である。しかし、従来の非破壊的な塩害調査方法は鉄筋腐食状態から間接的に塩害の程度を把握するものであり、鉄筋腐食の原因となるコンクリート中の塩分量の直接的把握を目的とするものではない。とくに鉄筋の腐食が生じる前の段階でコンクリート中の塩分量を把握することを全く予定していない。コンクリート構造物の安全性・信頼性を維持するためには塩害の可能性を早期に把握することが重要であり、鉄筋の腐食の有無に拘わらずコンクリート中の塩分量を非破壊的に且つ迅速に把握できる技術の開発が求められている。
【０００９】
そこで本発明の目的は、コンクリート中の塩分量を非破壊的に且つ迅速に検査する方法及び装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、コンクリート中に入射した電磁波に対するコンクリート中の塩化物イオン濃度（以下、塩分濃度ということがある。）の影響に注目した。一般にコンクリート中の電磁波の伝播速度Ｖ（＝伝播距離ｒ／伝播時間ｔ）は（１）式のようにコンクリートの比誘電率εの関数として表わすことができ、単位距離当たりの振幅減衰α（＝−ｌｎ（受信振幅Ａ／送信振幅Ａ_０）／伝播距離ｒ）は（２）式のように比誘電率ε及び導電率σの関数として表わすことができる。（１）式におけるＣは真空中における電磁波伝播速度（＝３×１０^８ｍ／ｓ）、（２）式におけるμはコンクリートの透磁率である。
【００１１】
【数１】

【００１２】
コンクリート中の伝播速度Ｖ及び振幅減衰αは、コンクリート中の含水率によって変化することは知られている。コンクリート中の含水率によって比誘電率εが変化するからである（（１）式及び（２）式参照）。特許文献１及び２は、この原理を利用して、コンクリート中の含水率の分布を比誘電率εの分布から把握する方法ということができる。
【００１３】
また、コンクリート中に比誘電率εの異なる物質（鉄筋や埋設管、空洞等）が存在すると、コンクリート表面から入射した電磁波はその比誘電率εの境界面で反射され、反射波の強度はコンクリート及び反射物の比誘電率εに応じて異なる。従来からこの原理を利用して、コンクリート表面から入射した電磁波が反射してコンクリート表面に戻る往復伝播時間ｔと伝播速度Ｖとからコンクリート内部の鉄筋・配管あるいはトンネル背面空洞の深さや位置を把握する電磁波レーダ法が開発されており、鉄筋コンクリート構造物の劣化調査や耐久性の診断に用いられている（例えば、吉村明彦ほか「コンクリート構造物の診断のための非破壊試験方法研究委員会報告書」日本コンクリート工学協会、２００１年、ｐｐ１３２−１４２）。
【００１４】
しかし、コンクリート中の塩分濃度をコンクリートの比誘電率εから把握することは困難である。真水と海水の比誘電率εは同じであり（腐食防食委員会「コンクリート構造物の腐食・防食に関する試験方法並びに規準（案）」日本コンクリート工学協会、１９８７年、ｐｐ５７−５８）、コンクリート中の塩分濃度が変化しても比誘電率εの変化は小さいと考えられるからである。特許文献２は、コンクリート構造物内部の誘電率の分布から塩分の分布状況を検査すると記載するが、誘電率分布から塩分分布を求める具体的手法を何ら記載しない。本発明者の実験によれば、コンクリート中の塩分濃度が変化しても比誘電率εの変化は極く僅かであり（図９参照）、コンクリート中の比誘電率εの分布のみからコンクリート中の塩分濃度の分布を把握することは困難である。
【００１５】
他方、コンクリートの導電率σはコンクリート中のイオン量（電解物質量）によって変化するので、コンクリート中に塩化物イオンが存在すると導電率σの関数である振幅減衰αが変化する。すなわち、コンクリートの振幅減衰αに基づきコンクリート中の塩分濃度を把握できる可能性がある。
【００１６】
本発明者は、この知見に基づき図５に示すように、塩化ナトリウム水溶液３０を用いて塩分濃度と電磁波の振幅減衰αとの関係を確認する実験を行った。本実験では、複数の透明なプラスチック容器３１（深さ５０ｍｍの例えばアクリル容器）に塩化ナトリウム濃度０〜１０％の水溶液３０を濃度別に封入し、鉄板３２上に載置した各容器３１の頂面に電磁波信号の送信部６及び受信部７を設け、送信部６から鉄板３２に向けて電磁波信号を入射し、鉄板３２からの反射波信号を受信部７で受信した。測定開始時のゲインでの最大出力比（＝受信振幅Ａ／送信振幅Ａ_０）を基準値（１００％）とし、この基準値に対する受信振幅Ａの比率を振幅値β（％）として求めた。送信振幅Ａ_０が一定であれば、受信波の振幅値βは振幅減衰αが大きくなれば小さくなり、振幅減衰αが小さくなれば大きくなる。
【００１７】
図５の実験結果を示す図６のグラフから、水溶液３０の塩分濃度の増加に伴い、振幅値βが小さく（振幅減衰αが大きく）なることが分かる。また、塩分濃度が２％を超えると振幅値βにほとんど差異が生じないのに対し、塩分濃度１％以下の範囲では振幅値βが大きく変化している。コンクリート中の鋼材腐食発生限界の塩分濃度は０．３〜２．４ｋｇ／ｍ^３（塩分濃度で０．０３〜０．２４％）であるといわれており、この実験結果から、電磁波の振幅値β又は振幅減衰αによりコンクリート中の鋼材腐食発生限界内の塩分濃度を効率的に評価できる可能性が示唆された。
【００１８】
更に本発明者は、図７（Ａ）に示すように、表１の組成のコンクリート材料を用いて塩分濃度＝０、１、２、３、４、５及び６ｋｇ／ｍ^３の７つの塩分濃度別コンクリート試験片３３（１００ｍｍ×１００ｍｍ×４００ｍｍ）を作製し、コンクリート中の塩分濃度と振幅減衰αとの関係を確認する実験を行った。各試験片３３は、スランプ及び空気量が所定範囲（本実験ではスランプ値８ｃｍ、空気量４．５％）となるように混練し、コンクリート打込み後材齢１日で脱型し、ビニール袋で密封した上で７日間水中養生し、表面の水分を拭き取って実験に供した。各試験片３３を図７（Ｂ）のように鉄板３２上に載置し、試験片３３の頂面に電磁波信号の送信部６及び受信部７を設け、送信部６から鉄板３２に向けて入射した電磁波信号の反射波を受信部７で受信し、受信波の振幅値β（％）を１２３日間（約４ヶ月）にわたり継続的に測定した。また、各試験片３３における電磁波の伝播時間ｔを１２３日間に亘り継続的に測定し、測定した伝播時間ｔと試験片３３の厚さＤ（＝１００ｍｍ）とから電磁波の伝播速度Ｖを求め、（１１）式により各材齢（測定開始からの経過日数）における試験片３３の比誘電率εを算出した。
【００１９】
【表１】

【００２０】
【数２】

【００２１】
図７の実験における材齢３４日、７４日及び１２３日目の実験結果を図８及び図９に示す。図８のグラフは各試験片３３中の塩分濃度と振幅値βとの関係を表わし、塩分濃度の増加に伴い振幅値βが小さく（振幅減衰αが大きく）なること、材齢の経過に伴い振幅値βが大きく（振幅減衰αが小さく）なることを示す。また、図９のグラフは各試験片３３中の塩分濃度と比誘電率εとの関係を表わし、塩分濃度の増加に伴い比誘電率εが僅かに大きくなること、材齢の経過に伴い比誘電率εが小さくなることを示す。材齢の経過に伴い振幅値βが大きくなり比誘電率εが小さくなる理由は、含水率の低下に伴う各試験片３３中のイオン量（電解物質量）の減少にあると考えられる。
【００２２】
図７の実験の結果に基づき、（２１）式に示すように、コンクリート試験片３３毎の電磁波の振幅値βと比誘電率εとを独立変数（又は説明変数）としコンクリート中の塩分濃度を従属変数（又は目的変数）とする関係式を設定し、振幅値βと比誘電率εとからコンクリート中の塩分濃度が推定可能であるか否かを検討した。（２１）式の係数ａ_１、ａ_２、ａ_３は、試験片３３毎の振幅値β及び比誘電率εの全測定値データに基づく重回帰分析により、（２２）式のように偏回帰係数ａ_１（＝−０．０８８７）、ａ_２（＝−０．８０４）、ａ_３（＝２３．６）として定めた。各試験片３３における材齢毎の測定値を（２２）式に代入した塩分濃度の推定値Ｎを図１０〜図１１に示す。
【００２３】
【数３】

【００２４】
図１０は、各試験片３３の測定値を（２２）式に代入して求めた塩分濃度の推定値Ｎと各試験片３３の実際の塩分濃度（設定値）との比較結果を示す。同図から、例えば塩分濃度１．０ｋｇ／ｍ^３の試験片３３に対する塩分濃度の推定値Ｎは−０．５〜４．２ｋｇ／ｍ^３の範囲に分散しており、全体の重相関係数も０．６９であり、振幅値βと比誘電率εとに基づく塩分濃度の推定値Ｎの精度は余り高くないことが分かる。また図１１のグラフは、材齢毎の塩分濃度推定値Ｎの経時的変化を示す。同グラフは、同一試験片３３に対する推定であるにも拘わらず推定値Ｎが経時的に変化する傾向があることを示す。
【００２５】
そこで、塩分濃度の推定の独立変数に試験片３３の温度Ｔを加えた関係式（（２３）式）を設定し、振幅値βと比誘電率εと温度Ｔとによりコンクリート中の塩分濃度が推定可能であるか否かを検討した。独立変数に温度Ｔを加えた理由は、図１１の推定値Ｎの経時的変化を生じさせる要因を検討した結果、図１２のように実験時の試験片３３に接する大気温度Ｔが推定値Ｎと同様の経時的変化を示していることに注目したからである。試験片３３に接する大気温度Ｔは試験片３３の温度とほぼ一致していると考えられる。（２３）式の係数ａ_１、ａ_２、ａ_３、ａ_４も、全測定値データに基づく重回帰分析により（２４）式のように偏回帰係数ａ_１（＝−０．１０５）、ａ_２（＝−０．４０９）、ａ_３（＝−０．４２５）、ａ_４（＝２７．９）として定めた。
【００２６】
図１３は、各試験片３３の材齢毎の測定値を（２４）式に代入して求めた塩分濃度の推定値Ｎと各試験片３３の実際の塩分濃度（設定値）との比較結果を示す。同図は、コンクリートの振幅値βと比誘電率εと温度Ｔとを用いてコンクリート中の塩分濃度を推定することにより重相関係数が０．９０となり、塩分濃度を実用可能な精度で推定できたことを示す。温度Ｔにより重相関係数が高まる原理の詳細は不明であるが、コンクリート自体の電磁波伝播特性や電磁波の送信部６及び受信部７に対する温度Ｔの影響等が考えられる。なお、（２３）又は（２４）式において、振幅値β・比誘電率εに代えて振幅減衰α・伝播速度Ｖを用いて塩分濃度を推定することも可能である。
【００２７】
すなわち、コンクリートの温度Ｔを考慮した塩分濃度の推定式である（２３）式又は（２４）式を用いれば、コンクリート中に入射した電磁波の振幅値β及び比誘電率ε（又は振幅減衰α及び伝播速度Ｖ）からコンクリート中の塩分濃度を実用可能な精度で検出することが可能である。本発明は、この知見に基づく更なる研究開発の結果、完成に至ったものである。
【００２８】
図１の実施例を参照するに、本発明の電磁波によるコンクリート中の塩分濃度検査方法は、検査対象コンクリート１と同じ組成のコンクリート材料に所定濃度の塩分を混入した複数の塩分濃度別コンクリート試験片３３（図７（Ａ）参照）を作り、試験片３３毎に電磁波信号Ｅを入射して単位距離当たりの振幅減衰αと伝搬速度Ｖと当該試験片３３の温度Ｔとを測定し、試験片３３毎の測定値から振幅減衰αと伝搬速度Ｖと温度Ｔとを独立変数とし塩分濃度Ｎを従属変数とする関係式２０（（２３）式参照）を求め、対象コンクリート１に電磁波信号Ｅを入射して単位距離当たりの振幅減衰αと伝搬速度Ｖと当該コンクリート１の温度Ｔとを測定し、振幅減衰αと伝搬速度Ｖと温度Ｔの測定値を関係式２０に代入して対象コンクリート１中の塩分濃度を検出してなるものである。
【００２９】
また図１のブロック図を参照するに、本発明の電磁波によるコンクリート中の塩分濃度検査装置は、コンクリート中に電磁波信号Ｅを入射して単位距離当たりの振幅減衰αと伝搬速度Ｖとを測定する信号測定装置５、前記コンクリートの温度Ｔを測定する温度測定装置１６、対象コンクリート１と同じ組成のコンクリート材料に所定濃度の塩分を混入した複数の塩分濃度別コンクリート試験片３３（図７（Ａ）参照）に対する測定装置５、１６の各測定値α、Ｖ、Ｔに基づき作成された振幅減衰αと伝搬速度Ｖと温度Ｔとを独立変数とし塩分濃度Ｎを従属変数とする関係式２０（（２３）式参照）を記憶する記憶手段２２、及び対象コンクリート１に対する測定装置５、１６の各測定値α、Ｖ、Ｔを入力し且つ当該測定値を関係式２０に代入して対象コンクリート１中の塩分濃度を検出する塩分濃度検出手段２３を備えてなるものである。
【００３０】
【発明の実施の形態】
図１に示す本発明の塩分濃度検査装置３は、信号測定装置５と温度測定装置１６と処理装置８とを有する。信号測定装置５は、送信機１０及び送信アンテナ１１を含む送信部６と、受信機１２及び受信アンテナ１３を含む受信部７と、測定手段１５とを有する。送信部６は例えば適当な周波数（例えば１．０ＭＨｚ〜１．５ＭＨｚ）のインパルス状の所定電磁波信号Ｅを対象コンクリート１内へ入射し、受信部７はコンクリート１からの反射波又は透過波の信号を受信する。測定手段１５は、送信部６からの送信波と受信部７での受信波との相異に基づき、対象コンクリート１中の電磁波の単位距離当たりの振幅減衰αと伝搬速度Ｖとを測定する。
【００３１】
例えば既存の鉄筋コンクリート構造物を対象コンクリート１とした場合、対象コンクリート１中の電磁波伝播距離ｒを設計図・竣工図・改修履歴に示された鉄筋２の被り厚さ等から求め、又は従来の電磁波レーダ法等を利用して求めることができる。対象コンクリート１中の電磁波伝播距離ｒが求まれば、信号測定装置５の測定手段１５により、送信信号に対する受信信号の時間遅れ（＝伝播時間ｔ）及び振幅減衰（＝受信振幅Ａ／発信振幅Ａ_０）と伝播距離ｒとから、対象コンクリート１中の単位距離当たりの振幅減衰α（＝−ｌｎ（受信振幅Ａ／送信振幅Ａ_０）／ｒ）及び伝搬速度Ｖ（＝ｔ／ｒ）を算出することができる。図中の符号１５ａは、電磁波伝播距離ｒを記憶する測定手段１５内のメモリを示す。
【００３２】
温度測定装置１６は、対象コンクリート１の温度Ｔを測定するものである。振幅減衰α及び伝搬速度Ｖの測定部位近傍のコンクリート温度を測定するため、温度測定装置１６と信号測定装置５とを隣接させることが望ましい。温度測定装置１６は例えば対象コンクリート１の表面温度Ｔを測定するものであるが、コンクリート１の温度Ｔとコンクリート１周囲の大気温度とが等しいと想定できる場合は、温度測定装置１６をコンクリート１に接する大気の温度Ｔを測定するものとしてもよい。
【００３３】
処理装置８は、信号測定装置５及び温度測定装置１６に接続され、測定装置５、１６の各測定値α、Ｖ、Ｔを入力する。図示例の処理装置８は、振幅減衰αと伝搬速度Ｖと温度Ｔと塩分濃度Ｎとの関係式２０を記憶する記憶手段２２、及び入力した対象コンクリート１の各測定値α、Ｖ、Ｔと関係式２０とに基づき対象コンクリート１中の塩分濃度Ｎを検出する塩分濃度検出手段２３を有する。なお、図示例の処理装置８は関係式２０を作成する関係式作成手段２１を有するが、関係式作成手段２１は処理装置８から分離してもよい。処理装置８の一例はコンピュータであり、関係式作成手段２１及び塩分濃度検出手段２３の一例はコンピュータ内蔵のプログラムである。
【００３４】
関係式２０の一例は、（３１）式に示すように、塩分濃度Ｎを従属変数（又は目的変数）とし、振幅減衰αと伝搬速度Ｖと温度Ｔとを独立変数（又は説明変数）としたものである。また、上述した（２３）式のように関係式２０の独立変数として、振幅減衰αに代えて受信信号の振幅値βを含め、伝搬速度Ｖに代えて比誘電率εを含めてもよい。比誘電率εを独立変数に含める場合は、図示例のように処理装置８に、電磁波伝搬速度Ｖと真空中の電磁波伝搬速度Ｃとから（１１）式に基づき比誘電率εを算出する算出手段２５を設ける。図中の符号２５ａは、真空中の電磁波伝播速度Ｃを記憶する算出手段２５内のメモリを示す。
【００３５】
【数４】

【００３６】
図１の検査装置３を用いて対象コンクリート１の塩分濃度を検出するに際し、予め対象コンクリート１に適した関係式２０を作成して処理装置８の記憶手段２２に記憶する。図１３を参照して上述したように、（３１）又は（２３）式のように振幅減衰α（又は振幅値β）と伝播速度Ｖ（又は比誘電率ε）と温度Ｔとを独立変数として含む関係式２０を用いることにより、コンクリート中の塩分濃度Ｎを実用可能な精度で推定可能である。しかし、コンクリートは非均質性媒質であり、関係式（３１）又は（２３）の係数ａ_１、ａ_２、ａ_３、ａ_４はコンクリート中の空隙や骨材の材質等によって変化し得る。調査すべき対象コンクリート１中の塩分濃度Ｎを精度よく推定するためには、そのコンクリート１の材料の組成・配合に応じて関係式（３１）又は（２３）の係数ａ_１、ａ_２、ａ_３、ａ_４を定める必要がある。
【００３７】
対象コンクリート１に適した関係式２０の作成方法の一例を、図７の実施例を参照して説明する。例えば鉄筋コンクリート構造物を対象コンクリート１とする場合は、そのコンクリート１の材料の組成・配合を求め、それと同じ組成・配合のコンクリート材料に所定濃度の塩分を混入した複数の塩分濃度別コンクリート試験片３３を作成する（同図（Ａ）参照）。作成した各試験片３３を鉄板３２上に載置し、各試験片３３上に図１の検査装置３を設置して電磁波信号Ｅを入射し、信号測定装置５及び温度測定装置１６により単位距離当たりの振幅減衰αと伝搬速度Ｖと温度Ｔとを測定する（同図（Ｂ）参照）。好ましくは、試験片３３の材齢に応じて前記測定を繰り返すことにより必要なサンプル数の測定値を得る。試験片３３毎の塩分濃度と測定値α、Ｖ、Ｔとを処理装置８の関係式作成手段２１へ入力し、（３１）又は（２３）式のもとで重回帰分析により係数ａ_１、ａ_２、ａ_３、ａ_４を定め、対象コンクリート１に適した関係式２０を作成する。関係式作成手段２１の一例は重回帰分析プログラムである。作成した関係式２０を処理装置８の記憶手段２２に記憶する。例えば、このような関係式２０を鉄筋コンクリート構造物の竣工時に作成して記憶しておくことができる。
【００３８】
次に、記憶手段２２に記憶された関係式２０に基づき対象コンクリート１中の塩分濃度を検出する方法を図３及び図１により説明する。図３は図１の検査装置３を鉄筋コンクリート構造物に適用した実施例である。例えば同図（Ａ）のように構造物表面の鉄筋２に最も近い部位（鉄筋直上部位）に検査装置３を設置し、信号測定装置５から対象コンクリート１中の鉄筋２に向けて電磁波信号Ｅを入射する。信号測定装置５での受信波の波形を示す同図（Ｂ）を参照するに、受信波中には表面波や様々な反射波が含まれるが、対象コンクリート１中の伝播距離ｒ（鉄筋２の被り厚さＤ×２）が既知であれば、その伝播距離ｒに基づき受信波中の鉄筋２からの反射波を選別できる。選別した反射波の伝播時間ｔ及び振幅値β（鉄筋２からの反射波形の最大値から最小値までの幅）に基づき、信号測定装置５の測定手段１５によって対象コンクリート１中の単位距離当たりの振幅減衰α及び伝搬速度Ｖを測定する。また、振幅減衰α及び伝搬速度Ｖの測定時における対象コンクリート１の温度Ｔを温度測定手段１６で測定する（図１参照）。
【００３９】
図３の方法で振幅減衰α、伝搬速度Ｖ、温度Ｔを測定したのち、測定値α、Ｖ、Ｔを処理装置８の塩分濃度検出手段２３（図１参照）へ入力し、塩分濃度検出手段２３において対象コンクリート１中の塩分濃度を検出する。すなわち、塩分濃度検出手段２３は記憶手段２２から関係式２０（（３１）式又は（２３）式）を読み込み、入力した測定値α、Ｖ、Ｔを関係式２０へ代入することにより対象コンクリート１中の塩分濃度を検出する。検出した塩分濃度は、例えば検査装置３の表示手段１９等に表示して参照することができる。
【００４０】
本発明によれば、対象コンクリート１の電磁波伝播特性及び温度の測定値に基づきコンクリート中の塩分濃度を検出できるので、従来困難であったコンクリート中の塩分濃度の非破壊的検査が可能となる。しかも、コンクリート中の塩分濃度を実用可能な精度で検出することができる。また、非破壊的検査であるため、鉄筋コンクリート構造物の同一場所における塩分濃度の経時的変化を把握する等の継続的検査に利用できる。更に、従来の化学分析等による塩分濃度検査に比しコンクリート中の塩分濃度を現場で短時間のうちに把握できるので、構造物全体を対象とした塩害調査のような広範囲の調査等にも容易に適用できる。
【００４１】
こうして本発明の目的である「コンクリート中の塩分量を非破壊的に且つ迅速に検査する方法及び装置」の提供が達成できる。
【００４２】
図４は、本発明の検査装置３により対象コンクリート１の振幅減衰α及び伝搬速度Ｖを測定する他の方法を示す。この実施例では同図（Ａ）に示すように、構造物表面の鉄筋２の直上部位に検査装置３を設置して反射波を得ると共に、構造物表面の鉄筋２が存在しない部位又は鉄筋２の影響が小さい部位（例えば、鉄筋２から離れた部位）に検査装置３を設置して反射波を得る。鉄筋２の直上部位における反射波の波形（同図（Ｂ）参照）から、鉄筋２の影響が小さい部位における反射波の波形（同図（Ｃ）参照）を減算処理して両者に共通の表面波等を除去することにより、鉄筋２からの反射波のみが強調された波形（同図（Ｄ）参照）を得ることができる。この波形に基づき鉄筋２からの反射波の伝播時間ｔ及び振幅値βを求め（同図（Ｅ）参照）、信号測定装置５により対象コンクリート１中の単位距離当たりの振幅減衰α及び伝搬速度Ｖを測定する。図３の振幅減衰α及び伝搬速度Ｖの測定方法は構造物の同一場所における塩分濃度の経時的な変化を把握する検査等に適しているのに対し、図４の測定方法は広い構造物全体を対象として塩害状況を把握する検査等に適している。
【００４３】
なお、図３及び４の実施例では対象コンクリート１からの反射波信号に基づき振幅減衰α及び伝搬速度Ｖを測定しているが、本発明は反射波信号の利用に限定されず、例えば図２のように無筋コンクリート垂れ壁等の塩分濃度を検出する場合は、対象コンクリート１中を透過した透過波信号を利用して振幅減衰α及び伝搬速度Ｖを測定することも可能である。図２の検査装置３は、信号測定装置５の送信部６と受信部７とを分離可能としたものである。
【００４４】
【実施例】
以上、コンクリートの振幅減衰αと伝搬速度Ｖと温度Ｔとを用いて対象コンクリート１中の塩分濃度Ｎを推定する関係式２０について説明したが、関係式２０の独立変数（又は説明変数）にコンクリートの水分量ｍを含め、振幅減衰αと伝搬速度Ｖと温度Ｔと水分量ｍとを用いて対象コンクリート１中の塩分濃度Ｎを推定することにより、対象コンクリート１中の塩分濃度Ｎの推定精度を更に高めることができる。
【００４５】
図１に示す検査装置３は、対象コンクリート１中の水分量ｍを測定する水分測定装置１７を有し、（４１）式のように塩分濃度Ｎの推定の独立変数に試験片３３の水分量ｍを加えた関係式２０を記憶手段２２に記憶している。このような関係式２０は、塩分濃度別コンクリート試験片３３毎に、信号測定装置５及び温度測定装置１６により単位距離当たりの振幅減衰αと伝搬速度Ｖと温度Ｔとを測定すると共に、水分測定装置１７により水分量ｍを測定し、各測定装置５、１６、１７の測定値α、Ｖ、Ｔ、ｍを処理装置８の関係式作成手段２１へ入力することにより作成できる。（４１）式の係数ａ_１、ａ_２、ａ_３、ａ_４、ａ_５は、関係式作成手段２１における測定値の重回帰分析により定まる。
【００４６】
【数５】

【００４７】
本発明者は、表１のコンクリート材料のコンクリート試験片３３を用いた前記実験において、各試験片３３の水分量ｍを１２３日間に亘り継続的に測定し、（４２）式のように振幅値βと比誘電率εと温度Ｔと水分量ｍとを独立変数とする関係式２０を作成し、コンクリート中の塩分濃度Ｎを推定した。（４２）式の係数ａ_１、ａ_２、ａ_３、ａ_４、ａ_５は、重回帰分析により（４３）式のように偏回帰係数ａ_１（＝−０．１２３）、ａ_２（＝−０．１１４）、ａ_３（＝−０．３７４）、ａ_４（＝０．１２０）、ａ_５（＝１８．９）として定めた。
【００４８】
試験片３３中の水分量ｍは、（４４）式に示すように、測定終了後の試験片３３を乾燥炉に入れて絶乾状態にした絶乾質量Ｗｓに対する測定時の試験片３３中の水分量（＝測定時質量Ｗｎ−絶乾質量Ｗｓ）として測定することができる。（４４）式は含水率を求めるものであるが、（４４）式に代えて、（４５）式に示すように試験片３３の測定開始時質量Ｗ０に対する測定時の質量減少量（＝開始時質量Ｗ０−測定時質量Ｗｎ）、又は（４６）式に示すように試験片３３中の測定開始時の水分量（＝開始時質量Ｗ０−絶乾質量Ｗｓ）に対する測定開始から測定時までの水分逸散量（＝開始時質量Ｗ０−測定時質量Ｗｎ）として水分量ｍを求めてもよい。また、コンクリート中の水分量と試験片３３に接する大気の湿度との関係を把握した上で、試験片３３に接する大気湿度を水分量ｍとして用いることも可能である。
【００４９】
図１４は、各試験片３３の材齢毎の測定値β、ε、Ｔ、ｍを（４３）式に代入して求めた塩分濃度の推定値Ｎと各試験片３３の実際の塩分濃度（設定値）との比較結果を示す。同図から分かるように、コンクリートの水分量ｍを独立変数に加えることにより重相関係数を０．９４にまで高め、塩分濃度を高精度で推定できることが確認できた。なお、（４３）式において、振幅値β・比誘電率εに代えて振幅減衰α・伝播速度Ｖを用いて塩分濃度Ｎを推定した場合も同様の精度が得られる。
【００５０】
図１の検査装置３において、対象コンクリート１の振幅減衰αと伝搬速度Ｖと温度Ｔとを信号測定装置５及び温度測定装置１６で測定すると共に、対象コンクリート１の水分量ｍを水分測定装置１７で測定し、各測定装置５、１６、１７の測定値α、Ｖ、Ｔ、ｍを処理装置８の塩分濃度検出手段２３へ入力することにより、対象コンクリート１中の塩分濃度Ｎを高精度で検出できる。
【００５１】
対象コンクリート１中の水分量ｍは、測定対象部分のコンクリート含水率を（４４）式の含水率として測定することができる。また、コンクリート中の水分量と試験片３３に接する大気の湿度との関係を把握した上で、対象コンクリート１に接する大気湿度を水分量ｍとして用いてもよい。更に、コンクリートの比誘電率εが含水率によって変化することから、図１の算出手段２５で算出した比誘電率εに基づき対象コンクリート１中の水分量を推定することも可能である。但し、比誘電率εから水分量を推定する場合は、図９に示したように比誘電率εには塩分濃度の影響も極僅かではあるが含まれていることから、予め塩分濃度が既知であるコンクリート試験片等を用いて比誘電率εと水分量ｍのキャリブレーションを行うことが望ましい。
【００５２】
コンクリート中の水分量ｍを独立変数に含めた（４１）又は（４２）式の関係式２０は、とくに水分量の変化が大きい若材齢時のコンクリート中の塩分濃度検査に適している。水分量の変動が少なくなった材齢の経過したコンクリート構造物の塩分濃度Ｎを検出する場合は、（３１）又は（２３）式の関係式２０によりコンクリート中の塩分濃度Ｎを十分高精度に推定できる。但し、臨海構造物の干満帯のようなコンクリート中の水分量の変化が大きいと判断される場合には、材齢が経過していても、水分量ｍを独立変数に含めた（４１）又は（４２）式の関係式２０を用いることが望ましい。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電磁波によるコンクリート中の塩分濃度検査方法及び装置は、所定材料・組成の対象コンクリートに電磁波信号を入射して単位距離当たりの振幅減衰と伝搬速度と当該コンクリートの温度とを測定し、振幅減衰と伝搬速度と温度の測定値から対象コンクリート中の塩分濃度を検出するので、次の顕著な効果を奏する。
【００５４】
（イ）対象コンクリートの電磁波伝播特性と温度とに基づきコンクリート中の塩分濃度を検出するので、コンクリート中の塩分濃度を非破壊的に且つ実用可能な精度で検査することができる。
（ロ）鉄筋コンクリート構造物に損傷を与えることなく塩害の程度を検査できるので、構造物の劣化進行を招くおそれがなく、圧縮部等の構造上重要な部位にも適用できる。
（ハ）非破壊的検査であるため、鉄筋コンクリート構造物の同一場所における塩分濃度の経時的変化を把握する等の継続的検査に利用できる。
（ニ）コンクリート中の塩分濃度を現場で迅速に把握できるので、従来困難であった構造物全体を対象とした広範囲に亘る塩害調査が実現可能となる。
（ホ）コンクリート中の水分量を考慮して塩分濃度を推定することにより、コンクリート中の塩分濃度の推定精度を更に高めることができる。
（ヘ）従来の電磁波レーダ法と容易に組み合わせることが可能であり、鉄筋コンクリート構造物の劣化調査や耐久性の診断の高機能化への寄与が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置の一実施例の説明図である。
【図２】本発明装置の他の実施例の説明図である。
【図３】本発明の塩分濃度検査方法の一例（時間計測）の説明図である。
【図４】本発明の塩分濃度検査方法の他の一例（距離計測）の説明図である。
【図５】塩化ナトリウム水溶液の塩分濃度と電磁波振幅減衰との関係を確認する実験の説明図である。
【図６】図５の実験結果を示すグラフである。
【図７】コンクリート試験片の一例の説明図である。
【図８】コンクリート中の塩分濃度と電磁波振幅減衰との関係を示すグラフの一例である。
【図９】コンクリート中の塩分濃度と比誘電率との関係を示すグラフの一例である。
【図１０】コンクリート中の電磁波振幅減衰αと比誘電率εとから塩分濃度を推定した推定結果を示すグラフの一例である。
【図１１】図１０の推定結果の経時的変化を示すグラフの一例である。
【図１２】図１０の実験における室内温度・湿度の経時的変化を示すグラフの一例である。
【図１３】コンクリート中の電磁波振幅減衰αと比誘電率εと温度（外気温）Ｔとから塩分濃度を推定した推定結果を示すグラフの一例である。
【図１４】コンクリート中の電磁波振幅減衰αと比誘電率εと温度（外気温）Ｔと含水率ｍとから塩分濃度を推定した推定結果を示すグラフの一例である。
【符号の説明】
１…検査対象コンクリート
２…鉄筋　　　　　　　　３…塩分濃度検査装置
３ａ…車輪　　　　　　　　５…信号測定装置
６…送信部　　　　　　　７…受信部
８…処理装置
１０…送信機　　　　　　　１１…送信アンテナ
１２…受信機　　　　　　　１３…受信アンテナ
１５…測定手段　　　　　　１５ａ…メモリ
１６…温度測定装置　　　　１７…水分測定装置
１９…表示手段
２０…関係式　　　　　　　２１…関係式作成手段
２２…記憶手段　　　　　　２３…塩分濃度検出手段
２５…算出手段　　　　　　２５ａ…メモリ
３０…塩化ナトリウム水溶液
３１…プラスチック容器
３２…鉄板
３３…コンクリート試験片

Claims

検査対象コンクリートと同じ組成のコンクリート材料に所定濃度の塩分を混入した複数の塩分濃度別コンクリート試験片を作り、試験片毎に電磁波信号を入射して単位距離当たりの振幅減衰と伝搬速度と当該試験片の温度とを測定し、試験片毎の測定値から前記振幅減衰と伝搬速度と温度とを独立変数とし塩分濃度を従属変数とする関係式を求め、対象コンクリートに前記電磁波信号を入射して単位距離当たりの振幅減衰と伝搬速度と当該コンクリートの温度とを測定し、当該振幅減衰と伝搬速度と温度の測定値を前記関係式に代入して対象コンクリート中の塩分濃度を検出してなる電磁波によるコンクリート中の塩分濃度検査方法。
請求項１の検査方法において、前記試験片毎の電磁波伝搬速度から真空中の電磁波伝搬速度との比である比誘電率を算出し、前記関係式の独立変数に前記伝搬速度に代えて比誘電率を含め、対象コンクリートの電磁波伝搬速度から比誘電率を算出して前記関係式へ代入することにより対象コンクリート中の塩分濃度を検出してなる電磁波によるコンクリート中の塩分濃度検査方法。
請求項１又は２の検査方法において、前記試験片毎に当該試験片中の水分量を測定して前記関係式の独立変数に水分量を含め、対象コンクリート中の水分量を測定し、当該水分量の測定値を前記関係式に代入して対象コンクリート中の塩分濃度を検出してなる電磁波によるコンクリート中の塩分濃度検査方法。
請求項１から３の何れかの検査方法において、前記試験片及び対象コンクリートの温度を当該試験片及びコンクリートに接する大気の温度としてなる電磁波によるコンクリート中の塩分濃度検査方法。
請求項３又は４の検査方法において、前記試験片及び対象コンクリートの水分量を当該試験片及びコンクリートに接する大気の湿度としてなる電磁波によるコンクリート中の塩分濃度検査方法。
コンクリート中に電磁波信号を入射して単位距離当たりの振幅減衰と伝搬速度とを測定する信号測定装置、前記コンクリートの温度を測定する温度測定装置、検査対象コンクリートと同じ組成のコンクリート材料に所定濃度の塩分を混入した複数の塩分濃度別コンクリート試験片に対する前記測定装置の各測定値に基づき作成された振幅減衰と伝搬速度と温度とを独立変数とし塩分濃度を従属変数とする関係式を記憶する記憶手段、及び検査対象コンクリートに対する前記測定装置の各測定値を入力し且つ当該測定値を前記関係式に代入して対象コンクリート中の塩分濃度を検出する塩分濃度検出手段を備えてなる電磁波によるコンクリート中の塩分濃度検査装置。
請求項６の検査装置において、前記電磁波伝搬速度から真空中の電磁波伝搬速度との比である比誘電率を算出する算出手段を設け、前記関係式の独立変数に前記伝搬速度に代えて比誘電率を含めてなる電磁波によるコンクリート中の塩分濃度検査装置。
請求項６又は７の検査装置において、前記温度測定装置をコンクリートに接する大気の温度を測定するものとしてなる電磁波によるコンクリート中の塩分濃度検査装置。
請求項６から８の何れかの検査装置において、前記コンクリート中の水分量を測定する水分測定装置を設け、前記関係式の独立変数に水分量を含めてなる電磁波によるコンクリート中の塩分濃度検査装置。
請求項９の検査装置において、前記水分測定装置をコンクリートに接する大気の湿度を測定するものとしてなる電磁波によるコンクリート中の塩分濃度検査装置。