JP2005076315A - グラウト材の充填状況検出装置、これに用いる検出器およびシース管ならびにグラウト材の充填状況確認方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 プレストレストコンクリート構造物のグラウト施工におけるグラウト材の充填の状況をシース管に取り付けたセンサにより感知し、その感知した情報を無線通信手段により読取装置で読み取るグラウト材の充填状況検出装置およびそれに必要な検出器やセンサを取り付けたシース管、さらにはこれらを用いたグラウト材の充填状況確認方法を提供すること。
【解決手段】 プレストレストコンクリート構造物でのグラウト施工においてシース管（４）に充填されたグラウト材の充填状況を検出する装置であって、グラウト材の充填の有無を感知する埋込型のセンサ部（２）と読取装置（３）を備え、該センサ部から該読取装置へのデータ送信は無線通信によりなされる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プレストレストコンクリート構造物のグラウト施工におけるグラウト材の充填の状況をシース管に取り付けたセンサ部により検出する装置に関する。

プレストレストコンクリートは、高張力に耐えうる鋼材を用いて、コンクリートに圧縮応力を与え、従来の鉄筋コンクリートと比べて著しく曲げ耐力を向上させたもので、橋梁、建築構造物、各種タンク、防災設備などに利用されている。

プレストレストコンクリートを製造する方法としては、あらかじめ鋼材に緊張力を与えてコンクリートを打設し、コンクリートが硬化した後に緊張を解いてコンクリートに圧縮応力を導入するプレテンション方式と、シース管と呼ばれるパイプ状の鞘管を配置した後にコンクリートを打設し、コンクリートの硬化後にシース管内に通された鋼材を緊張してコンクリートに圧縮応力を導入するポストテンション方式がある。

ポストテンション方式のプレストレストコンクリートでは、鋼材とコンクリートとの一体化を図る目的、および鋼材が腐食等により損傷することを防ぐ目的でシース管内にグラウト材が充填される。しかし、シース管内にグラウト材の未充填部があると、水や酸素、さらには海岸付近の構造物に対するケースや凍結防止剤を使用するケースでは塩化物イオンが進入し、長い期間に鋼材が腐食することがあり、プレストレストコンクリートの耐荷性能は大きく低下する。したがって、この工法においてはシース管内全体にグラウト材を行き渡らせる必要がある。

従来から、グラウト材の充填を確認する手法として、グラウト材の注入口と逆側に設置されている空気排出口からのグラウト材の排出を直接確認する方法や、シース管内の空隙率から推定される空隙量と実際に注入されるグラウト材の量の対比から充填率を推定する方法、さらには点検用の孔を設け充填を目視確認する方法等がある。そのうち、非破壊検査による方法としては、弾性波を入射させるとともに反射波を受信して検出する方法、Ｘ線透過法によってグラウト材の未充填部を検出する方法、超音波を入力して反射波を検出する方法、中性子線の吸収を検出する方法等がある（たとえば、特許文献１、特許文献２）。

センサを用いた方法としては、コンクリートの外部まで伸びた導電コードを接続したセンサを埋め込んでグラウト材の充填を確認する方法がある（たとえば、特許文献３）。また、通信技術を用いてコードレスで、センサが感知した情報を外部で読み取る方法もある（たとえば、特許文献４、特許文献５）。この方法は、構造物の内部情報を内部に埋め込んだセンサで感知し、感知された情報を無線通信により読取装置で読み取り、内部状態を計測する方法である。
特開平１０−５４１４０ 特開２００１−２４１１８７ 特開平１０−２３１５２０ 特開２００１−２０１３７３ 特開２００３−１０７０３０

上記のように、コンクリート内部の状態を検出するため、種々の方法が提案されている。しかしながら、弾性波や超音波、またはＸ線や中性子線を用いてコンクリート内部を検出する方法では、いずれも精度が低くグラウト材の充填または未充填の判定が難しい。また、これらの方法は煩雑である。

また、内部に埋設されたセンサから導電コードをコンクリートの外部まで伸ばす方法では、導電コードまたは導電コードとコンクリートの接触面が酸素、水または塩化物イオンのような鋼材の腐食因子の通り道になる可能性がある。特に長期間にわたりコンクリート構造物が使用されるとコンクリートの耐久性に大きな差が生じうる。

また、構造物の内部状態を無線手段により読取装置で計測する方法が知られているが、プレストレスコンクリート構造物のグラウト施工についてシース管へのグラウト材の充填を検出する具体的な方法は提案されていない。

本発明は、プレストレストコンクリート構造物のグラウト施工におけるシース管へのグラウト材の充填の状況をシース管に取り付けたセンサにより感知し、その感知した情報を無線通信手段により読取装置で読み取るグラウト材の充填状況検出装置およびそれに必要な検出器やセンサを取り付けたシース管、さらにはこれらを用いたグラウト材の充填状況確認方法を提供することを目的とする。

（１）上記の目的を達成するため、本発明のグラウト材の充填状況検出装置は、プレストレストコンクリート構造物でのグラウト施工においてシース管に充填されたグラウト材の充填状況を検出する装置であって、グラウト材の充填の有無を感知する埋込型のセンサ部と読取装置を備え、該センサ部から該読取装置へのデータ送信は無線通信によりなされることを特徴としている。

このように、本発明では、グラウト施工の際に、埋め込んだセンサ部と読取装置との無線通信によりグラウト材の充填状況を確認する。これにより、コンクリート表面から深い位置にシース管が配置されている場合であっても、非破壊で容易にグラウト材の充填状況を知ることができる。また、コンクリート構造物の外部から配線を用いることなく容易にグラウト材の充填の有無を確認することができる。その結果、コンクリート構造物の耐久性を損なう腐食因子が配線を通して侵入することがなく耐久性のある構造物を構築することができる。

（２）また、本発明の検出器は、上記のグラウト材の充填状況検出装置のセンサ部に用いる検出器であって、グラウト材の有無を感知するための内蔵センサまたは外部センサと、アンテナと、変調装置と、保護ケースとを有することを特徴としている。

これにより、情報を感知して内部で一定の処理をし、センサの識別情報とともに外部に送信する機能を検出器に持たせることができる。その結果、コンクリート構造物の外部から容易にグラウト材の充填の有無を確認することができる。

（３）また、本発明のシース管は、プレストレストコンクリート構造物でのグラウト施工に用いられるシース管であって、該シース管に接して、またはシース管内に取り付けられている該シース管に充填されるグラウト材の充填の有無を感知するための外部センサまたはセンサ部が１個または長さ方向に間隔をおいて複数個設けられたことを特徴としている。

このように、本発明では、あらかじめグラウト材の充填状況を検出できるようにセンサ部を取り付けたシース管を製造した上で、コンクリート構造物を構築する現場に運び、埋設する。これにより、構造物の設計または施工現場の状況によりシース管のグラウト材の充填状況を知りたい位置に適宜センサ部を配置することができる。また、現場においてセンサ部を取り付けるのは、設備や人員等の面から煩雑であるが、あらかじめセンサ部をシース管取り付けることでそのような現場作業の煩雑さを解消することができる。また、センサ部は無線通信により情報を送信するため、特に制限を受けることなくセンサ部を配置することができる。

（４）また、本発明のグラウト材の充填状況確認方法は、プレスレストコンクリート構造物でのグラウト施工において、センサ部と読取装置を備えるグラウト材の充填状況検出装置を用いたシース管へのグラウト材の充填状況確認方法であって、シース管に接して、またはシース管内に取り付けられている外部センサまたは該センサ部の内蔵センサによりグラウト材の充填の有無を感知し、感知した情報を該センサ部で無線信号に変換して無線通信により該読取装置に送信し、該読取装置が受信した情報から該シース管におけるグラウト材の充填状況を確認することを特徴としている。

このように、本発明では、グラウト施工の際に、埋め込んだセンサ部と読取装置との無線通信によりグラウト材の充填状況を確認する。これにより、コンクリート表面から深い位置にシース管が配置されている場合であっても、非破壊で容易にグラウト材の充填状況を知ることができる。また、コンクリート構造物の外部から配線を用いることなく容易にグラウト材の充填の有無を確認することができる。その結果、コンクリート構造物の耐久性を損なう腐食因子が配線を通して侵入することがなく耐久性のある構造物を構築することができる。

（５）また、本発明のグラウト材の充填状況確認方法は、シース管が金属製である場合の該シース管に、または、シース管が金属製でない場合のシース管内に挿通されるＰＣ鋼材に、上記無線信号を送信するためのアンテナ機能を持たせたことを特徴としている。

これにより、検出器の構成に必要な部材を減らすとともに、電磁波を効率的に輻射させることができる。また、コンクリート表面からシース管等の埋設位置までのかぶりでアンテナを設けたのと同じ効果を得ることができ、シース管等が深い位置にある場合にはセンサ部からの無線通信による情報を読取装置で読み取りやすくすることができる。

コンクリート表面から深い位置にシース管が配置されている場合であっても、非破壊で容易にグラウト材の充填状況を知ることができる。また、コンクリート構造物の外部から配線を用いることなく容易にグラウト材の充填の有無を確認することができる。その結果、コンクリート構造物の耐久性を損なう腐食因子が配線を通して侵入することがなく耐久性のある構造物を構築することができる。

（実施の形態１）
以下、実施の形態１に係るグラウト材の充填状況検出装置について説明する。図１は、本発明に係るグラウト材の充填状況検出装置およびシース管の斜視図である。グラウト材の充填状況検出装置１は、埋込型のセンサ部２および外部の読取装置３を備えている。センサ部２はシース管４に取り付けた状態で、コンクリートの内部に埋め込まれる。シース管とは、プレストレストコンクリート施工でコンクリートに埋設しＰＣ鋼材を挿通するパイプ状の鞘管である。プレストレストコンクリート施工には、ポリエチレン、プラスチック等の有機樹脂製または金属製で直径約２０〜１００ｍｍのシース管がよく用いられるが、本発明はシース管の材料または形態に制限されるものではない。コンクリートへのシース管の埋設本数は１本の場合もあるが、数本の場合もある。図１に示すように、シース管４には、コンクリートとの付着性を向上させるために、リブ４ａが設けられている。ＰＣ鋼材とは、プレストレストコンクリート施工においてシース管内を挿通させ、緊張してコンクリートに圧縮力を与えるためのケーブルをいう。グラウト材とは、シース管とＰＣ鋼材の隙間を埋めるのに用いる材料をいい、主にセメントと水を混ぜた混合液（セメントミルク）を指すが、樹脂等が用いられる場合もある。

センサ部の埋設位置はコンクリート表面より深い位置、すなわちコンクリートで完全に覆われる位置とする。これにより、外部から侵入する酸素、水、塩化物イオン、炭酸ガス等の腐食因子によるセンサの劣化を防ぎ、センサ部を通って腐食因子がＰＣ鋼材まで到達するのを防ぐことができる。なお、図１ではシース管の外部にセンサ部を設けているが、内部にセンサ部を設けてもよく、ＰＣ鋼材上にセンサ部を取り付けてＰＣ鋼材とともにシース管に挿入してもよい。この場合、シース管内部にセンサ部を設けるため、シース管に孔を開ける必要がなく、シース管とセンサ部との取り付けで生じる間隙を通して腐食因子が侵入する可能性が小さくなるため、シース管の防食効果を維持することができ、また、この間隙を密閉する手間をなくすことができる。

図２は、本発明に係るグラウト材の充填状況検出装置ならびにシース管、コンクリート、ＰＣ鋼材およびグラウト材の断面図である。コンクリート５に埋設されたシース管４内部には、ＰＣ鋼材６が挿入され、緊張されており、さらにグラウト材７が注入されている。

上記のような構成をとることにより、グラウト施工の際に、埋め込んだセンサ部と読取装置との無線通信によりグラウト材の充填状況を確認する。これにより、コンクリート表面から深い位置にシース管が配置されている場合であっても、非破壊で容易にグラウト材の充填状況を知ることができる。また、コンクリート構造物の外部から配線を用いることなく容易にグラウト材の充填の有無を確認することができる。その結果、コンクリート構造物の耐久性を損なう腐食因子が配線を通して侵入することがなく耐久性のある構造物を構築することができる。

センサ部２には、センサ、アンテナ、変調装置、蓄電／電源部および保護ケースを有するグラウト材の検出器が用いられる。図３は、センサ部２の電気的構成を示すブロック図である。図３に示すように、センサ部２は、ＣＰＵ２１、蓄電／電源部２２、ＲＯＭ２３、ＲＡＭ２４、センサ２５、センサ制御部２６、変調／復調部２７およびアンテナ２８を備えている。ＣＰＵ２１は、あらかじめ設定されたプログラムに従ってセンサ部２を制御し、送受信の信号のデータ処理、センサが感知したアナログ情報のデジタル変換、電源のコントロール、その他データ処理を行なう。たとえば、センサが感知したアナログ信号をデジタル信号に変換し、グラウト材の有無のようなデジタル信号として処理する。

蓄電／電源部２２は、センサ部２が備えるＣＰＵ２１、ＲＯＭ２３、ＲＡＭ２４、センサ制御部２６および変調／復調部２７の各ブロックが駆動するのに必要な電力を供給する。また、蓄電／電源部２２は、電磁波から得られる誘電電圧を一時的に蓄えるものであってもよい。その場合には、蓄電／電源部２２は、電磁波を受信したアンテナ２８から流れる電流を整流して蓄電する。誘電電圧を誘起させるためには、センサ部のコンクリート表面からのかぶりは１００ｍｍ以内であることが好ましい。センサ部はコンクリート打設後の養生の期間中、未使用のまま機能を維持する必要があるため、蓄電／電源部は少なくとも数週間から一ヶ月の未使用状態に耐えうるものであればよい。コンクリート打設までの期間または養生後グラウト材注入までの期間を考慮すれば、数ヶ月間未使用でも機能を維持できるものであることが望ましい。アンテナは配線を伸ばしてセンサ部の外部に設けてもよい。

センサ部にはメモリが内蔵されており、メモリはＲＯＭ２３およびＲＡＭ２４を含んでいる。ＲＯＭ２３には、センサが検出した信号の有無等を判断し、その信号を読取装置に送信するプログラムおよび、センサ部全体の動作を制御する制御プログラム等が格納されている。ＲＡＭ２４は、外部からの情報、グラウト材の有無の状態の記録、センサ部の埋め込み位置に関する情報、その他必要な情報を記録する。

なお、ＲＯＭ２３には、完全に読み出し専用のメモリだけではなく、いわゆるＥＥＰＲＯＭ（電気消去型プログラマブル・ロム）も含む。この場合、ＥＥＰＲＯＭにはデータの書き換えや構造物の状態を検出するプログラム等を格納する。これにより、構造物の設計または現場の状況に応じた対応をとることができる。また、メモリには、センサに固有の識別コードを記録してもよい。

センサ２５は、内蔵センサまたは外部センサとして機能する。内蔵センサとは、センサ部本体と一体に設けられるセンサをいい、外部センサとは、センサ部本体から離れた位置に配置するセンサをいう。センサはグラウト材の有無の状態、その他必要な情報を感知する機能を有している。シース管のかぶりが大きい場合には、外部センサを設けることにより、コンクリート表面から浅い位置にセンサ部を設け、コンクリートによる電磁波の強度の減衰を小さくすることができる。実施の形態１においては、センサ２５として、アルミナ系セラミックスに接触しない２枚の白金を埋め込んだ導電センサを用いる。グラウト材の水分がセラミックスに吸収されると電気伝導度が変化するため、グラウト材がセンサに接触しているか否かを感知することができる。なお、感知のパラメータは電気伝導度の他に、インピーダンス、コンダクタンス等の電気的特性であってもよく、異種の金属間の電位差を測定するものでもよい。電気的特性をパラメータに選ぶことにより、グラウト材にはイオンが多く含まれるために、水に比べて電気伝導度が大きく、雨水などがグラウト施工前にシース管に侵入したとしても、充填によるグラウトを選択的に感知でき、感度の高いセンサを構成することができる。また、センサは電圧をかけた端子間に流入したグラウト材を流れる電流により、グラウト材を感知するものでもよい。グラウト材にはイオンが多く含まれているため、水に比べて電気伝導度が大きく感度の高いセンサを構成することができる。また、電気伝導度の測定に消費する電力は小さいため、蓄電／電源部を小さくすることができる。

センサの種類は温度センサ、湿度センサ、各種イオンセンサ等であってもよく、これらを併用してもよい。温度センサとしては、たとえば、測温抵抗体等の温度測定器を用いてグラウト材自体の温度、または硬化時に発生する熱を感知するものであってもよい。また、ポリイミド、変性酢酸ビニル、カルボキシメチルセルロース等を主原料としたアルカリ可溶性の樹脂または水溶性高分子等を用いて、グラウト材充填時にこれら物質が溶解することで電気的信号が変化するスイッチを設ける、加熱装置とともに温度センサを用いてグラウト材と空気との熱容量の差を感知する等の方法がある。

センサ制御部２６は、センサ２５が駆動するのに必要な電力、センサが感知するために必要な電圧、電流や、パルス波を利用する際の周波数や波形などを、センサが効率的に稼動するように制御する。センサ制御部２６は、センサ２５の感知した信号をＣＰＵ２１に伝える。センサ制御部２６の機能をＣＰＵ２１に持たせてもよい。

変調／復調部２７は、グラウト材が有るという信号を、センサ部２の識別コードとともに変調しアンテナ２８に伝達する。アンテナ２８は、グラウト材に関する情報を外部に発信する。アンテナ２８としては、金属類、カーボンファイバーまたはフェライト等の導電性材料が用いられる。中空の巻き線、あるいは磁性体巻き線の形状にして用いることが望ましくＰＥＴ等のフィルム間に上記の材料を挟み込んで使用してもよい。また、その形状は、リング状、棒状、円盤状等適当な形に成型して用いてもよい。変調／復調部２７の復調部は読取装置から送られる電磁波を復調し、読取装置から送られるセンサ制御に関する情報やセンサ部の識別コードなどの情報をＣＰＵを介してＲＯＭに伝え、また、読取装置から送られる電磁波からセンサ部を駆動する電力を取り出して蓄電／電源部に伝える。なお、変調／復調部２７は特に復調機能を有さず変調機能のみを有するものであってもよい。なお、無線通信の周波数は、情報量と周波数の関係を考慮しつつ、コンクリートに埋設されたアンテナからコンクリート表面までの深さを透過するに適した周波数に決定されるが、その結果十数ｋＨｚ〜数ＧＨｚの範囲の周波数を利用することができる。また、その周波数に適したアンテナの大きさを決定する。

上記のような構成をとることにより、情報を感知して内部で一定の処理をし、センサの識別情報とともに外部に送信する機能を検出器に持たせることができる。その結果、コンクリート構造物の外部から容易にグラウト材の充填の有無を確認することができる。

一方、読取装置３は、アンテナ、変調／復調装置、メモリ、ＣＰＵおよび電源部を備えている。図４は、読取装置３の電気的構成を示すブロック図である。図４に示すように、読取装置３は、ＣＰＵ３１、電源部３２、ＲＯＭ３３、ＲＡＭ３４、アンテナ３５、変調／復調部３６、および外部出力端子３７を備えている。ＣＰＵ３１は、あらかじめ設定されたプログラムに従って読取装置を制御し、送受信の信号のデータ処理、アンテナで受信した情報の処理、電源のコントロール、その他データ処理を行なう。ＣＰＵ３１で処理された情報は、外部出力端子３７を通じて出力装置に出力する。最終的に出力装置の表示によりグラウト材の充填状況の情報を得ることができる。なお、読取装置に表示部を設けてもよい。

電源部３２は、読取装置３が備えるＣＰＵ３１、ＲＯＭ３３、ＲＡＭ３４および変調／復調部３６の各ブロックが駆動するのに必要な電力を供給する。読取装置３にはメモリが内蔵されており、メモリはＲＯＭ３３およびＲＡＭ３４を含んでいる。ＲＯＭ３３には、アンテナが受信した信号を処理するプログラム、センサ部全体の制御を行なうプログラム、センサの制御やグラウト材の有無の判定を行なうプログラム、センサ部固有の識別コードなどを記憶している。

このように識別コードを用いることにより、同時に複数のセンサまたはセンサ部からの情報を処理し、グラウト材の充填状況を検出することができる。また、環状に形成された読取装置にセンサ部を埋設した桁等のコンクリート構造物を通過させて、情報を読み取る構成にすることもできる。これにより、さらに精度の高い情報を得ることができる。なお、識別コードを用いずに、それぞれのセンサ部にある範囲以内に近づかないと、読取装置が電磁波を受け取れないという構成をとってもよい。この場合には、装置の構成を単純化することができる。

また、ＲＯＭ３３は、信号を外部出力端子に送信するプログラムを含め、読取装置全体の動作を制御する制御プログラム等が格納されている。ＲＡＭ３４は、グラウト材の有無の状態の記録、センサ部の埋め込み位置に関する情報、その他必要な情報を記録する。

なお、ＲＯＭ３３およびＲＡＭ３４には、完全に読み出し専用のメモリだけではなく、いわゆるＥＥＰＲＯＭ（電気消去型プログラマブル・ロム）も含む。この場合、ＥＥＰＲＯＭはデータの書き換えや構造物の状態を検出するプログラムが格納されている。これにより、構造物の設計または現場の状況に応じた対応をとることができる。また、メモリには、それぞれの埋め込まれたセンサに対応する識別コードを記録してもよい。

図５は、センサ部およびセンサ部を取り付けたシース管を示す断面図である。センサ部２の部材のうち、センサ２５、アンテナ２８、ＩＣチップ４０および保護ケース４１を模式的に示している。センサ２５は、電極２５ａおよび誘電体２５ｂを備えている。誘電体には、アルミナ系セラミックスが用いられる。たとえば、グラウト材の水分が浸透することにより、電極間の部材の電気伝導度等の電気的特性が変化するのを利用する。アルミナ系セラミックス以外に、グラウト材の注入により電気的特性が変化する他の材料であってもよい。電気的特性をパラメータに選ぶことにより、選択的にグラウト材を感知することができる。

ＩＣチップ４０は、ＣＰＵ２１、ＲＡＭ２３、ＲＯＭ２４、センサ制御部２６、変調／復調部２７、および蓄電／電源部２２として機能する。保護ケース４１は、施工によりシース管から受ける圧力やコンクリートまたはグラウト材の成分からセンサ部の内容であるＩＣチップ４０等を保護するためのケースである。保護ケースの材料は、耐アルカリ性、耐水性、耐荷重性、耐衝撃性に優れた樹脂等の材料を用いるのが望ましい。形状は、図１、図２および図５に示すように、一ヶ所に応力集中が生じないように楕円体または楕円柱としてもよいし、取り扱い易さを考慮して直方体にしてもよい。

なお、実施の形態１ではセンサ２５はグラウト材の水分の浸透による誘電体の電気的特性の変化を測定するものであるが、他の方式によるセンサであってもよい。図６は、アルカリ可溶性樹脂を用いたセンサおよびシース管の断面図である。可動電極５０が接触することにより電流が流れるように、固定電極５１には電圧がかけられており、固定電極５１および可動電極５０はスイッチとして機能する。スプリング５２は可動電極５０に固定電極側への力を加えている。シャフト５４は、その一方の端部で可動電極５０と固着しており、他方の端部ではプレート５５と固着している。ストッパ５３はプレート５５とスイッチケース５６の間に設けられ、可動電極５０が固定電極５１から非接触に維持している。ストッパ５３は、ポリイミド、変性酢酸ビニル、カルボキシメチルセルロースなどを主原料としたアルカリ可溶性の樹脂または水溶性高分子などにより形成されている。これにより、ストッパ５３はグラウト材に接触することにより溶解し、スプリングの力により可動電極は固定電極に押し付けられ、スイッチは電気的に接続される。その結果、センサはグラウト材を感知し、電気的信号を出力することができる。

上記のように可溶性樹脂を用いたセンサは、アナログ方式や符号化した電気信号使用する方式ではなく、単純な機械的な方式を採用している。このような構成をとることにより、安価で単純な構造のセンサによりグラウト材の充填状況を感知することができる。また、この場合には電源が不要であるため、未使用の状態で長時間機能を維持することが可能である。また、アルカリ可溶性樹脂を用いたセンサは中性の水には反応しないため、現場での防水対策を不要にすることができる。

なお、ストッパの材料は、グラウト材に接触することにより溶けるものであれば、同様の効果を得ることができる。また、図６に示すような構成の他にも、スプリングの代わりに弾性体の板材を用いた屈曲型の構成をとることもできる。これにより、部材を少なくすることができ、さらに構成を単純化することができる。

次に、以上のように構成された実施の形態１に係るグラウト材の充填状況検出装置を用いたグラウト材の充填状況確認方法について説明する。図７は、実施の形態１に係るグラウト材の充填状況検出装置を用いたグラウト材の充填状況確認方法を示すフローチャートである。

まず、シース管に長さ方向に間隔をおいて複数のセンサ部を取り付ける（ステップＳ１）。次に、上記のような電気伝導性を利用したセンサを含むセンサ部を取り付けたシース管を構造物の設計または現場の状況に応じ、所定の位置に配置する（ステップＳ２）。配置したシース管を埋めるようにコンクリートを打設し、（ステップＳ３）、養生する（ステップＳ４）。次に、シース管にＰＣ鋼材を挿入し、ジャッキ等を用いて緊張する（ステップＳ５）。次に、シース管にグラウト材を注入する（ステップＳ６）。検出する電流の変化が安定するまで約１時間程度待ち、グラウト材の充填状況検出装置を動作させる（ステップＳ７）。次に、読取装置に接続されている出力装置の表示から、全ての検出位置でグラウト材が充填しているかを確認し（ステップＳ８）、未充填部分があれば穿孔等を行ない、さらにその部分へグラウト材を注入する。

このようにして、コンクリート表面から深い位置にシース管が配置されている場合であっても、非破壊で容易にグラウト材の充填状況を知ることができる。また、コンクリート構造物の外部から配線を用いることなく容易にグラウト材の充填の有無を確認することができる。その結果、コンクリート構造物の耐久性を損なう腐食因子が配線を通して侵入することがなく耐久性のある構造物を構築することができる。

上記のようにして、プレストレストコンクリート施工において、グラウト材の充填状況を確認することができる。特に具体例として、橋の建設にプレストレストコンクリート桁を利用する場合について説明する。図８は、プレストレストコンクリート桁に埋設されたシース管およびセンサ部の略断面図である。対称の形状の桁が中央で結合している。桁のシース管の伸びる方向の長さは約１５ｍである。２つの桁を結合したものの両端は固定されている。シース管は下に凸の形状に曲げられた状態でそれぞれの桁に埋設されている。これにより、ＰＣ鋼材を緊張することで効率的にコンクリートのひび割れを制御することができる。図８では、シース管のリブは省略している。

図８に示すように、複数個のセンサ部が、シース管の長さ方向に、間隔をおいてシース管に接するように取り付けられている。センサ部の取り付け位置は、施工の形態により任意に決めることができるが、図８に示す具体例においては、シース管の上面に一定間隔をおいて設けている。下に凸にシース管を配置した２つの桁を結合して構造物を建設するため、中央の桁の結合部分では、シース管が上に凸の形状をとり、緊張されたＰＣ鋼材はシース管内の下側に接することになる。この中央部では、シース管の上側にセンサ部があれば、グラウト材の先流れ現象で生じる中央部付近の空気溜りによる未充填を検知することができる。この位置でのセンサがグラウト材有りの信号を感知すれば、少なくともＰＣ鋼材を埋めるだけのグラウト材が到達したことを検出することができる。その結果、実質的にグラウト材が充填され、ＰＣ鋼材を覆っているか否かという必要最低限の情報を確実に得ることができる。

（実施の形態２）
実施の形態１では、センサ部２はシース管上に配置されコンクリートに埋設されるが、ここで実施の形態２として示すように、あらかじめ工場等でセンサ部をシース管に取り付けたものを用意し、現場でセンサ部の位置の微調整を行ない、コンクリートに埋設することもできる。図９は、センサ部を取り付けたシース管の一例を示す断面図である。シース管４のリブ４ａに半楕円柱の形状に取り付けられたセンサ部２が取り付けられている。図１０は、センサ部２をさらに拡大した断面図である。センサ部２の保護ケースはシース管のリブ４ａの内面に密着するように、外形が半楕円柱の形状に作成されている。これにより、シース管とセンサ部が密着し空隙を少なくすることができる。なお、センサ部の保護ケースの外形は半楕円体、楕円柱、楕円体であってもよい。センサ部２は、ＩＣチップおよび内蔵センサ備えており、センサの表面がシース管の内径の位置にあるように配置する。また、アンテナ部はＩＣチップから伸びる配線に接続され、シース管の内部に設けられている。このように、シース管内部にセンサ部を設けるため、シース管に孔を開ける必要が無くなる。その結果、シース管の防食効果を維持することができる。

このように、実施の形態２では、あらかじめグラウト材の充填状況を検出できるようにセンサ部を取り付けたシース管を製造した上で、コンクリート構造物を構築する現場に運び、埋設する。なお、センサ部の位置を固定せずに微調整をすることができるように取り付けてもよい。これにより、構造物の設計または施工現場の状況によりシース管のグラウト材の充填状況を知りたい位置に適宜センサ部を配置することができる。また、現場においてセンサ部を取り付けるのは、設備や人員等の面から煩雑であるが、あらかじめセンサ部をシース管に取り付けることでそのような煩雑さを解消することができる。また、センサ部は無線通信により情報を送信するため、特に制限を受けることなくセンサ部を配置することができる。

（実施の形態３）
実施の形態１では、センサ部の部材としてあらかじめアンテナを設けているが、シース管またはＰＣ鋼材をセンサ部のアンテナとしての機能をもたせてもよい。図１１は、金属製のシース管をアンテナとして機能させる場合のグラウト材の充填状況検出装置の斜視図である。センサ部から伸びた端子６０が２ヶ所でシース管に接続している。このように距離をおいてシース管に接続することで、シース管に電磁波を送受信するアンテナの機能を持たせることができ、効率的に電磁波を送受信することができる。シース管への接続は、適当な静電容量を介してもよい。

なお、実施の形態３では、シース管またはＰＣ鋼材の大きさがアンテナの大きさとなるため、電磁波の送受信の効率を高めるためには、使用する電磁波の周波数は６ＧＨｚ以下であればよく、数百ＭＨｚ〜１ＧＨｚの範囲が好ましい。また、一方の配線はアースとしてシース管に接続し、他方の配線はコンクリートに埋設された外部のアンテナやセンサ部にある内蔵アンテナに接続してもよい。

上記のような構成をとることにより、検出器の構成に必要な部材を減らすことができる。また、コンクリート表面からシース管等の埋設位置までのかぶりでアンテナを設けたのと同じ効果を得ることができ、シース管等が浅い位置にある場合にはセンサ部からの無線通信による情報を読取装置で読み取りやすくすることができる。

また、実施の形態３では、図１１に示すように、センサは外部センサとしてシース管に取り付けられている。このように１個のセンサ部により複数の外部センサを制御し、アンテナへの配線を統合する構成をとることにより、アンテナの機能を安定化することができる。なお、アンテナとしてのシース管の大きさおよび形状は、コンクリート表面からシース管までのかぶりおよび使用する電磁波の周波数によって決定される。

ポストテンション方式Ｔ型のプレストレストコンクリートの施工におけるグラウト材の充填を検出した。道路橋指示書に従って設計した桁長３２ｍのプレストレストコンクリートの配筋を行なった後に、桁内に鋼製で外径６８ｍｍのシース管４本を配置した。

センサ部は図５の構成のものを使用した。アンテナには、フェライトコアを材料とし、センサ部に内蔵されるタイプを用いた。センサにはアルミナ系セラミックスに接触しない２枚の白金を埋め込んだものを用いた。このセンサにより、グラウト材の水分がセラミックスに浸透することで電気的特性が変化することを利用してグラウト材の存在を検出した。

本発明のセンサ部は桁内に配置された４本のシース管にそれぞれ５個取り付けた。取り付けは、センサ部がシース管の外側とし、センサのみをシースの内側に配置した。センサ部はコンクリート表面から３５ｍｍより深い位置として埋設した。センサ部には、センサ、変調／復調部、ＣＰＵ、メモリ、センサ制御部を備えたＩＣチップ、アンテナ、および蓄電部を備え、センサと読取装置との通信は１３４．２ｋＨｚとした。

センサ部を取り付けた後、コンクリートを打設して蒸気養生を行ない脱型し、２週間養生して１２Ｓ１２．７ＢのＰＣ鋼材（緊張材）を挿入、緊張した。充填に用いたグラウト材は水セメント比２８％、３５％、４５％、５５％の４種類として市販のグラウト用混和材料を用いて製造し、４本のシース管に各水セメント比のグラウト材を注入した。グラウトポンプを用いてシース管の片側から注入速度は１０リットル／分で注入を行ない、シース管とＰＣ鋼材との空隙率と、シース管の長さとから計算されるグラウト材の設計数量の２／３の量を注入した。注入後、読取装置を用いてグラウト材の充填状況を確認した。

その結果、本発明のグラウト材の充填検出装置ではいずれのシース管においても、注入口に近い方から３ヶ所の位置に配置されたセンサでグラウト材の充填、残り２ヶ所でグラウト材の未充填が検出された。この結果は削孔によって確認したグラウト材の充填状況と一致し、本発明のシステムでプレストレストコンクリート施工におけるグラウト材の充填状況を検出できることがわかった。

版厚さ方向中央に外径７６．５ｍｍのポリエチレン製シース管を配置した厚さ３０ｃｍのコンクリートスラブについて、シース管へのグラウト材の充填の有無を検出した。

センサ部は、センサ、変調／復調部、ＣＰＵ、メモリ、センサ制御部を備えたＩＣチップ、アンテナ、および蓄電部を備えている。アンテナの一部を鉄線としてセンサ部の外に出しＰＣ鋼材に巻きつけてＰＣ鋼材をアンテナの一部として利用できるようにした。また、メモリには識別コードを付し、あらかじめ、ＰＣ鋼材へのセンサ部取り付け位置と識別コードとを記録し、センサ部と読取装置との間で行なわれる無線通信の周波数は８３５ＭＨｚとした。センサ部のセンサには図６に示すような構成を採用し、ポリイミドを主成分とするアルカリ可溶性樹脂を用い、グラウト材のアルカリ性で可溶性樹脂が溶解しスイッチが入るものを用いた。

センサ部を設置したＰＣ鋼材をシース管に挿入し、セメント系グラウト材でグラウト施工を行なった。グラウト施工終了から１時間後、読取装置を用いてグラウト材の有無を確認し、センサによりいずれの位置でもグラウト材が充填されていることを検出した。グラウト材の硬化後にコンクリートからシース管をはつり出し、グラウト材が充填されていることを確認し、本発明のグラウト材の充填状況検出装置が有効に動作することを確認した。

なお、本発明はグラウト材の充填の有無を検出する装置または方法に関するものであるが、本発明はコンクリートなどのセメント組成物を充填する施工においても適用が可能である。すなわち、充填性が懸念されるコンクリート表面から深い部位、たとえば過密な配筋でジャンカを生じる可能性がある部位、トンネルの裏込め、地中構造物へのセメント組成物の打設などにおいても、その充填性が容易に確認できる。

実施の形態１に係るグラウト材の充填状況検出装置およびシース管の斜視図である。 実施の形態１に係るグラウト材の充填状況検出装置ならびにシース管、コンクリート構造物、ＰＣ鋼材およびグラウト材の断面図である。 センサ部の電気的構成を示すブロック図である。 読取装置の電気的構成を示すブロック図である。 センサ部およびセンサ部を取り付けたシース管を示す断面図である。 アルカリ可溶性樹脂を用いたセンサおよびシース管の断面図である。 実施の形態１に係るグラウト材の充填状況検出装置を用いたグラウト材の充填状況確認方法を示すフローチャートである プレストレストコンクリート桁に埋設されたシース管およびセンサ部の略断面図である。 実施の形態２に係るセンサ部を取り付けたシース管の一例を示す断面図である。 実施の形態２に係るセンサ部をさらに拡大した断面図である。 実施の形態３に係るグラウト材の充填状況検出装置の斜視図である。

符号の説明

１…グラウト材の充填状況検出装置
２…センサ部
３…読取装置
４…シース管
４ａ…リブ
５…コンクリート
６…ＰＣ鋼材
７…グラウト材
２１…ＣＰＵ
２２…蓄電／電源部
２３…ＲＯＭ
２４…ＲＡＭ
２５…センサ
２５ａ…電極
２５ｂ…誘電体
２６…センサ制御部
２７…変調／復調部
２８…アンテナ
３１…ＣＰＵ
３２…電源部
３３…ＲＯＭ
３４…ＲＡＭ
３５…アンテナ
３６…変調／復調部
３７…外部出力端子
４０…ＩＣチップ
４１…保護ケース
５０…可動電極
５１…固定電極
５２…スプリング
５３…ストッパ
５４…シャフト
５５…プレート
５６…スイッチケース
６０…端子

Claims (5)

1. プレストレストコンクリート構造物でのグラウト施工においてシース管に充填されたグラウト材の充填状況を検出する装置であって、グラウト材の充填の有無を感知する埋込型のセンサ部と読取装置を備え、該センサ部から該読取装置へのデータ送信は無線通信によりなされることを特徴とするグラウト材の充填状況検出装置。
2. 請求項１におけるグラウト材の充填状況検出装置のセンサ部に用いる検出器であって、グラウト材の有無を感知するための内蔵センサまたは外部センサと、アンテナと、変調装置と、保護ケースとを有することを特徴とする検出器。
3. プレストレストコンクリート構造物でのグラウト施工に用いられるシース管であって、該シース管に接して、またはシース管内に取り付けられている該シース管に充填されるグラウト材の充填の有無を感知するための外部センサまたはセンサ部が１個または長さ方向に間隔をおいて複数個設けられたことを特徴とするシース管。
4. プレスレストコンクリート構造物でのグラウト施工において、センサ部と読取装置を備えるグラウト材の充填状況検出装置を用いたシース管へのグラウト材の充填状況確認方法であって、シース管に接して、またはシース管内に取り付けられている外部センサまたは該センサ部の内蔵センサによりグラウト材の充填の有無を感知し、感知した情報を該センサ部で無線信号に変換して無線通信により該読取装置に送信し、該読取装置が受信した情報から該シース管におけるグラウト材の充填状況を確認することを特徴とするグラウト材の充填状況確認方法。
5. 上記において、シース管が金属製である場合の該シース管に、または、シース管が金属製でない場合のシース管内に挿通されるＰＣ鋼材に、上記無線信号を送信するためのアンテナ機能を持たせたことを特徴とする請求項４に記載のグラウト材の充填状況確認方法。
   
   

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