JP2005043223A - 接合部の検査方法および施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 構造物と補強板との接合部の非破壊検査を実現し、接合の信頼性の向上を図る。
【解決手段】 コンクリート構造物１と、このコンクリート構造物１の表面に接着材３を介して接合された補強板２との接合部に生じる空隙５の有無を検査するための接合部の検査方法であって、補強板２の表面に当接させた発振子１１によって音波振動を加振し、補強板２の固有振動数と音波振動数との共振を受振子１２によって受振することで、空隙５を検出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば建造物等の構造物と、この構造物を補強する補強材との接合部に生じる空隙の有無を、音波による共振を検出することによって検出する接合部の検査方法およびこの検査方法を用いた施工方法に関する。

従来、例えばコンクリート構造物の内部に生じる剥離や空隙等の欠陥を検出するために各種検査方法が用いられている。

一般的な従来の検査方法としては、打撃工具である、いわゆるテストハンマー、パールハンマーによって、コンクリート構造物を外部から打撃し、コンクリート構造物の内部からの打音の音調を検査作業者が確認することで行われている。

また、従来の他の検査方法には、超音波振動によって、コンクリート構造物の内部の欠陥を検出することで、非破壊検査を実現することが可能な検査装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−３５７０３号公報（図１）

ところで、従来、既設の建造物、例えばコンクリート構造物である高速道路の橋脚、床版、トンネル等の補修や十分な耐震性を確保するために、コンクリート構造物の表面に、接着剤によって炭素繊維強化プラスチック等の補強材を接合する補強工事が行われている。

このような補強工事では、コンクリート構造物の表面に接着剤を介して補強材を貼着した後、ローラ等によって補強材を押圧することで、接合部の空隙を除去して接合している。この施工では、接合部に空隙が生じている場合に、コンクリート構造物に補強材が良好に接合されないため、補強による充分な機械的強度が得られなくなる。

そして、特に、コンクリート構造物に、接合面が比較的広い補強材を接合する場合には、接合部の空隙を完全に除去することが困難であるため、接合部に空隙が発生しているか否かを検査することが必要とされている。このため、上述した従来の検査方法を利用して、接合部の空隙の有無を検査することが考えられている。

上述した従来の打音による検査方法を利用した場合には、検査作業者の主観による検査であるため、定量的、客観的な検査を行うことができないという不都合がある。

また、従来の他の検査方法としては、接着強度試験を利用することが考えられる。この接着強度試験は、施工時に、施工箇所とほぼ同一条件でコンクリート構造物に補強材を接合した試験箇所を作製し、補強材側から所定の引張力で引き剥がすことで行われる。

しかしながら、この接着強度試験を利用する検査方法は、接着強度を定量的に捉えることが可能であるものの、破壊検査であり、接合部の空隙の有無を検出することができないという問題がある。

そこで、本発明は、非破壊検査を実現し、接合の信頼性を向上することができる接合部の検査方法およびこの検査方法を用いた施工方法を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明に係る接合部の検査方法は、構造物と、この構造物の表面に接着材を介して接合された補強材との接合部に生じる空隙の有無を検査する。そして、本発明の接合部の検査方法は、補強材の表面に当接させた発振子によって音波振動を加振し、補強材の固有振動数と音波振動数との共振を受振子によって受振することで、空隙を検出する。

以上のように構成した本発明に係る接合部の検査方法によれば、音波振動によって補強材の共振を受振することで、構造物と補強材との接合部の空隙を検出することが可能になり、接合部の非破壊検査が実現される。

また、本発明に係る他の接合部の検査方法は、発振子によってパルス振動を加振させながら発振子および受振子を一体化した検査子を補強材の表面上に沿って移動させることで、連続的に検査することもできる。これによって、接合部の空隙の有無が迅速に検査され、空隙の面積が迅速に検出される。なお、発振子および受振子を一体化させることが好ましいが、必要に応じて、別体に構成された発振子および受振子をそれぞれ移動させても可能である。

また、本発明に係る他の接合部の検査方法は、補強材の表面上に、音波振動を伝播する媒体材を塗布し、媒体材を介して音波振動を発振および受振することが好ましい。これによれば、補強材の表面上に、発振子および受振子を一体化した検査子を面接触させて移動させる場合に、補強材と発振子および受振子との間に間隙が生じることが確実に防止される。したがって、この接合部の検査方法は、媒体材を介して、補強材に音波振動を良好に伝播させるとともに、共振を高精度に受振することが可能になるため、検出精度が向上される。

また、本発明に係る施工方法は、構造物の表面に接着材を介して補強材を接合する接合工程と、
補強材の表面に当接させた発振子によって音波振動を補強材に加振し、補強材の固有振動数と音波振動数との共振を受振子によって受振することで、構造物と補強材との接合部に生じる空隙の有無を検出する検査工程と、
補強材に、検査工程で検出された空隙に対応する充填用穴を設け、この充填用穴から空隙内に接着材を充填する充填工程とを有する施工方法。

以上のように構成した本発明に係る施工方法によれば、検査工程で検出された接合部の空隙内に接着材を確実に充填することが可能になる。

なお、本発明における構造物とは、コンクリート、金属材、木材からなるものを指している。また、構造物の表面とは、例えば、支柱の外周面、高速道路の床版やトンネル内の表面、梁の表面、壁面、煙突の内外周面、基礎部分等を含む。また、本発明における音波とは、可聴周波数の音波と超音波とを含めたものを指している。

上述したように本発明に係る接合部の検査方法によれば、補強材の表面に当接させた発振子によって音波振動を加振し、補強材の固有振動数と音波振動数との共振を受振子によって受振することで、空隙を検出することによって、非破壊検査を実現し、接合の信頼性を向上することができる。また、この検査方法によれば、接合部の比較的広範囲にわたって検査を容易に行うことができる。

また、本発明に係る他の接合部の検査方法によれば、発振子によってパルス振動を加振させながら発振子および受振子を一体化した検査子を補強材の表面上に沿って移動させることによって、空隙の有無、および空隙の面積を迅速に検出することができる。

また、本発明に係る他の接合部の検査方法によれば、補強材の表面上に、音波振動を伝播する媒体材を塗布し、媒体材を介して音波振動を発振および受振することによって、補強材の表面上に、発振子および受振子を一体化した検査子を面接触させて移動させる場合に、共振を高精度に受振することが可能になり、検出精度を向上することができる。

また、本発明に係る施工方法によれば、接合工程で構造物の表面に接着材を介して接合された補強材に、接合部に生じる空隙の有無を検出する検査工程で検出された空隙に対応する充填用穴を設け、この充填用穴から空隙内に接着材を充填する充填工程を有することによって、構造物に補強材を確実に接合することが可能になり、補強工事の信頼性を向上し、施工費用を低減することができる。

以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照して説明する。

本実施形態に係る接合部の検査方法は、図１に示すように、検査装置１０を用いて、コンクリート構造物１と、このコンクリート構造物１の表面に接着材３を介して接合された補強板２との接合部に生じる空隙５の有無を検査するための検査方法である。この検査方法は、検査装置１０の発振子１１を補強板２の表面に当接させて、発振子１１によって音波振動を加振する工程と、補強板２の固有振動数と音波振動数との共振を検査装置１０の受振子１２によって受振することで空隙５を検出する工程とを有している。

本実施形態では、構造物としてコンクリート構造物１に適用されたが、例えば金属材や木材からなる構造物に適用されてもよい。

補強板２としては、例えば、炭素繊維集成プレート（CCFP: Consolidated Carbon Fiber Plate）、炭素繊維強化プラスチック（CFRP：Carbon Fiber Reinforced Plastic）等の炭素繊維強化板が適用されるが、ガラス繊維、アラミド繊維等の他の繊維による強化板が用いられてもよい。また、繊維の使用形態は、織布、一方向材や不織布を使用することができ、繊維に含浸させる樹脂材としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂または常温硬化性樹脂等を用いることができ、例えば熱硬化性樹脂や常温硬化性樹脂としてエポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂等が適用される。

また、補強板２は、例えば長尺をなす平板状、大判状、円板状、井桁形状等の任意の形状に形成されたものが用いられてもよいことは勿論である。さらに、補強板２は、例えば建造物の床版のコーナー部等に接合させるために、断面Ｌ字状に形成されてもよい。なお、本実施形態では、補強板２が適用されるが、例えば炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維の織布、一方向材や不織布や、これらにマトリックス樹脂を含浸してなるクロス、シート、プリプレグ等の他の補強材が用いられてもよい。マトリックス樹脂としては、熱硬化性樹脂、常温硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等を用いることができ、例えば熱硬化性樹脂、常温硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂等を用いることができる。

接着材３としては、例えば市販の接着剤、プライマ、パテ材、緩衝材、下塗り材等が用いられる。

本検査方法に用いられる検査装置１０は、音波振動を加振するための発振子１１と、音波振動数と補強板２の固有振動数との共振を受振するための受振子１２と、出力結果を表示する表示部１３と、各発振子、受振子や表示部１３を制御するための制御部（不図示）とを有している。発振子１１および受振子１２は、補強板２の表面上に点接触された状態で所定の間隔をあけて配置される。発振子１１は、例えば１秒間当たり１２０回程度のパルス振動を発振するように設定されている。また、検出装置１０は、図示しないが、情報処理端末等に接続されており、受振子１２によって得られた検出データが情報記録装置等に記録される。

発振子１１によって加振する音波振動数としては、補強板２の厚さ等に応じて、音波および超音波である０．１〜５０００〔ｋＨｚ〕、好ましくは０．５〜５０００〔ｋＨｚ〕を主とした範囲内で適宜設定される。この範囲内で、補強板２の厚みが大きくなるのに伴って、補強板２に加振する音波振動数が小さく設定される。なお、本実施形態のように、コンクリート材１に厚さ１〜２ｍｍ程度の補強材２を接合し、１〜２ｍｍ程度の空隙５を検出する場合、０．１〔ｋＨｚ〕未満および５０００〔ｋＨｚ〕を超える範囲では、空隙５を検出することが困難であるため、好ましくない。

なお、補強板２として例えば厚さ１．２〜２〔ｍｍ〕程度の炭素繊維プラスチックが用いられる場合には、音波振動数を０．５〜５０００〔ｋＨｚ〕を主とした周波数の範囲内に設定することが良好な共振を得られるので好ましい。

次に、上述した接合部の検査方法によって、コンクリート構造物１と補強板２との接合部の空隙５の有無を検査する状態を説明する。

本実施形態の検査方法では、コンクリート構造物に接着材３を介して補強板２が接合され、接着材３の硬化後に、補強板２の表面上に発振子１１および受振子１２を所定の間隔で配置する。

続いて、補強板２の厚み等に応じた所定の振動数の音波を発振子１１から補強板２に付与することで、補強板２の固有振動数と音波振動数とを共振させる。接合部からの共振を受振子１２で受振することで、検出装置１０の表示部１３に出力結果が表示される。この出力結果に基づいて、接合部の空隙５の有無が確認され、空隙５の面積が定量的に算出される。

図２（ａ）に、コンクリート構造物１と補強板２との接合部に空隙５が存在しない場合の出力結果の一例を示す。また、図２（ｂ）に、接合部に、幅３０ｍｍ×長さ６５ｍｍ程度の領域にわたって空隙５が生じていた場合の出力結果の一例を示す。

なお、本検査方法では、補強板２の表面上に発振子１１および受振子１２を配置することが可能であるため、接着材３の硬化前であっても、接合部の空隙５の有無を検出することができる。したがって、本検査方法によれば、接着材３の硬化前に接合部の空隙５を迅速に検出することができるため、施工期間を短縮することも可能になる。一方で、クロス、シート、プリプレグ等の補強材を用いる場合には、補強材のマトリックス樹脂の硬化後に検査が行われる。

また、上述した実施形態の検査方法では、別体に独立した発振子１１と受振子１２とを有する検査装置１０を用いたが、受振子と発振子が一体に構成された検査子（不図示）を用いて検査を行ってもよい。このような検査子は、補強板の表面上に面接触されるので、補強板の表面と検査子の当接面との間に間隙が生じることを確実に防止するために、音波振動を伝播する例えばグリセリン等の媒体材を塗布し、この媒体材を介して音波振動を加振するとともに、共振を受振する。媒体材を塗布することによって、媒体材を介して、補強板に音波振動を良好に伝播させるとともに、共振を高精度に受振することが可能になるため、検出精度を向上することができる。

また、このような受振子と発振子が一体に構成された検査子を用いる場合には、補強板の表面上に沿って検査子を摺動させることで、接合部に生じた空隙を連続的に検査することが可能になり、空隙の有無および空隙の面積を迅速に検出することができる。

上述したように、接合部の検査方法によれば、補強板２の表面に当接させた発振子１１によって音波振動を加振し、補強板２の固有振動数と音波振動数との共振を受振子１２によって受振することで空隙５を検出することによって、接合部の非破壊検査を行うことが可能になるため、施工の信頼性の向上することができる。

また、この検査方法によれば、従来の各種検査方法に比較して、接合部の比較的広範囲にわたって検査を容易に行うことができる。

また、この検査方法によれば、必要に応じて接着材３の硬化前および硬化後で検査することができる。

さらに、この検査方法によれば、接合部に生じた空隙５の面積を定量的に捉えて、検出データとして記録することが可能になる。

最後に、上述して検査方法を用いた施工方法について説明する。

まず、補強を施すコンクリート構造物１内に空隙や剥離等の欠陥の有無を検査する下地検査を行う。

次に、コンクリート構造物１の表面、例えば建造物の床版の接合面に対して、凹凸の除去や面粗度を調整する下地処理が施される。下地処理された接合面に、プライマを塗布するとともに、補強板２に接着材３を塗布する。続いて、床版の接合面上の所定位置に補強板２を貼着し、ローラによって補強板２を押圧することで、接合部の空隙５や、接着材に含まれる空泡を除去する。そして、床版の接合面に接合された補強板２の長手方向の両端部を、固定板で押圧してボルトで固定することもできる。

なお、補強板２としては、長尺状に形成されたＣＣＦＰまたはＣＦＲＰである一方向引抜成板（厚さ１．２ｍｍ×幅５０ｍｍ×長さ３．２ｍ）や、クロス積層板（厚さ２．０ｍｍ×幅３００ｍｍ×長さ１０００ｍｍ）を用いた。また、炭素繊維としては、日本グラファイト社製：ＸＮ−３５，ＸＮ−６０や、東レ社製：Ｔ−７００を用いた。また、接着材３として、ボンド（コニシ社製：Ｅ−２３７０Ｍ，Ｅ−２３００）を用いた。

そして、接着材３が硬化した後、上述した接合部の検査方法によって、接合部の空隙５の有無を検査する。検査装置１０としては、テクノリサーチ社製：ＴＲ−３００を用いた。

接合部に空隙５が検出された場合には、補強板２に、検出された空隙５に対応して、接着材３を充填するための充填用穴（不図示）、および空隙５内の気泡を抜くためのガス抜き用穴（不図示）をそれぞれ設け、この充填用穴から空隙５内に十分な接着材を充填する。

したがって、上述した施行方法によれば、コンクリート構造物１と補強板２との接合部に空隙５が生じていた場合であっても、空隙５内に接着材３を確実に充填することが可能になり、コンクリート構造物１と補強板２とを確実に接合することができる。したがって、この施工方法によれば、補強工事の信頼性を向上し、施工費用を低減することができる。

本発明に係る検査方法を示す模式図である。 前記検査方法を用いて得られた検出結果を示す図であり、（ａ）に、接合部が良好に接合されている出力結果を示し、（ｂ）に、接合部に空隙が存在する出力結果を示す。

符号の説明

１ コンクリート構造物
２ 補強板
３ 接着材
５ 空隙
１０ 検査装置
１１ 発振子
１２ 受振子
１３ 表示部

Claims (6)

1. 構造物と、前記構造物の表面に接着材を介して接合された補強材との接合部に生じる空隙の有無を検査するための接合部の検査方法であって、
   前記補強材の表面に当接させた発振子によって音波振動を加振し、前記補強材の固有振動数と音波振動数との共振を受振子によって受振することで、前記空隙を検出することを特徴とする接合部の検査方法。
2. 前記構造物は、コンクリートからなり、
   前記補強材は、炭素繊維を含有する請求項１に記載の接合部の検査方法。
3. 前記発振子によってパルス振動を加振させながら前記発振子および前記受振子を一体化した検査子を前記補強材の表面上に沿って移動させることで、連続的に検査する請求項１または２に記載の接合部の検査方法。
4. 前記補強材の表面上に、音波振動を伝播する媒体材を塗布し、前記媒体材を介して音波振動を発振および受振する請求項３に記載の接合部の検査方法。
5. 構造物の表面に接着材を介して補強材を接合する接合工程と、
   前記補強材の表面に当接させた発振子によって音波振動を前記補強材に加振し、前記補強材の固有振動数と音波振動数との共振を受振子によって受振することで、前記構造物と前記補強材との接合部に生じる空隙の有無を検出する検査工程と、
   前記補強材に、前記検査工程で検出された前記空隙に対応する充填用穴を設け、該充填用穴から前記空隙内に接着材を充填する充填工程と
   を有する施工方法。
6. 前記構造物は、コンクリートからなり、
   前記補強材は、炭素繊維を含有する請求項５に記載の施工方法。

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