JP2006090799A - Ｐｃ鋼材を内部に含むシース管に充填したグラウトの空隙検出方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シース管にグラウトを充填した後に、シース管中のグラウト内の空隙（気泡）をシース管の外側から計測すること
【解決手段】図１（ａ）は、絶縁体で構成されたシース管１４０の外側に設けた２つの電極１１２，１１４を示す。電極１１２と電極１１４は、シース管１４０およびグラウト等を介してキャパシタを構成している。このため、電極１１２にオシレータ１０２からの高周波を印加すると、電極１１４から、シース管内部のグラウトを介して高周波を受信することができる。受信した高周波はグラウトの状態により変化している。電極１１４で受信した高周波は、増幅器１０４で増幅されて出力電圧Ｖとして検出される。この出力電圧Ｖはシース管内部の状態（グラウト内の空隙やＰＣ鋼材の位置等）により変化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、シース管に充填したグラウトの空隙（気泡）検出に関するものであり、特に内部にＰＣ鋼材を含む場合にグラウトの空隙（気泡）の検出に関するものである。

プレストレストコンクリート（以下ＰＣと呼ぶ）用グラウトは、ＰＣ鋼材とシース管との間の空隙を埋めてコンクリートと一体とするとともに、ＰＣ鋼材の腐食を防ぐ働きをしており、ＰＣの強度や耐久性の面で重要な役割を果している。このグラウトに空隙（気泡）があると、ＰＣ鋼材の腐食の原因ともなるが、この空隙の検出は大変難しい。現在は、外部から音波を利用して空隙を検出するもの等があるが、あまり正確ではない。
本発明者は、前に、シース管とホースとの継ぎ手中に設けた対面する一方の電極に高周波を加え、その高周波を他方の電極で受信し、その大きさを検出することで、シース管に送り込まれるグラウト中の気泡を検出することを提案した（特許文献１参照）。しかしながら、これはシース管とホースとの継ぎ手中に対面する電極を設けるものであり、しかも、シース管に送り込まれるグラウト中の気泡を検出するものである。ＰＣ鋼材が存在するシース管内にグラウトを充填した後の空隙（気泡）を外側から計測するものではない。
他にも例えば、以下に示すような文献（特許文献２〜５参照）に、電極により電極間の容量等を検出することで、物質や空隙等を検出ことは知られている。しかしながら、シース管の外側から、ＰＣ鋼材のような導体とグラウトのような流動物を含む場合の空隙（気泡）を検出することを記載したものは見当たらない。
特開２００２−０３９９７９号公報 特開２０００−２３０９１５号公報 特開昭６１−１０７５４号公報 特開２００１−２４９１０１号公報 特開平６−２２９９６８号公報

本発明は、内部にＰＣ鋼材を含むシース管にグラウトを充填した後に、シース管中のグラウト内の空隙（気泡）をシース管の外側から計測することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、ＰＣ鋼材を内部に含む絶縁物のシース管内に充填したグラウトの空隙検出を行う空隙検出方法であって、前記シース管の外側に平行に設けられた一対の電極の一方に高周波を印加し、前記一対の電極の他の一方の電極から、該高周波を増幅して電圧として出力し、前記ＰＣ鋼材のシース管内の位置により、増幅率を変化させることを特徴とする。
前記ＰＣ鋼材のシース管内の位置は、シース管内にグラウトを充填する前の前記電圧の値により定めることができる。
また、シース管の外側に平行する一対の電極と、高周波発信器と、増幅・電圧検出器を有し、該一対の電極の一方の電極に高周波を印加し、前記一対の電極の他の一方の電極から、該高周波を増幅して電圧として出力し、前記ＰＣ鋼材のシース管内の位置により、増幅率を変化させることを特徴とする、ＰＣ鋼材を内部に含む絶縁物のシース管内に充填したグラウトの空隙検出を行う空隙検出装置も本発明である。

上述した構成により、グラウトを充填後に、ＰＣ鋼材を内部に含むシース管の外側から空隙（気泡）を検出することができる。

図面を用いて、本発明の実施形態を詳しく説明する。
図１に、本発明のグラウト空隙（気泡）検出装置の構成を示す。図１（ａ）は、絶縁体（例えば、ポリエチレン）で構成されたシース管１４０の外側に設けた２つの電極１１２，１１４を示す。電極１１２と電極１１４は、例えば、長いシース管に沿って、シース管の最低部又は最後部に設ける。これらの電極は、図示するように、シース管１４０およびグラウト等を介してキャパシタを構成している。このため、電極１１２にオシレータ１０２からの高周波を印加すると、電極１１４から、シース管内部のグラウトを介して高周波を受信することができる。電極１１４で受信した高周波は、増幅器１０４で増幅されて出力電圧Ｖとして検出される。この出力電圧Ｖはシース管内部の状態（グラウト内の空隙等）により変化する。グラウトは水を含み電気的には導体であり、鋼材も導体である。そして、空隙（気泡）は空気であり、絶縁物である。そのために、受信した高周波はグラウトの状態や鋼材のシース管内の位置により変化するのである。
これらの電極は、シース管のグラウト充填後に空隙ができやすい箇所に予め設けるとよい。例えば、シース管のたるみの最低部となるような箇所である。
また、電極１１２，１１４の周囲には、外部からの雑音を遮断するためにシールド筒１１６が設けられている。

図１（ｂ）は、本発明のグラウト空隙検出のための装置の概略的な構成を示している。電極１１４からの電圧Ｖ_Ｂを増幅器１０４で増幅して、計測機器１２０で電圧Ｖを計測し、出力電圧の値Ｖをデジタルで出力して、パソコン１３０に記録する。出力電圧Ｖは、前に述べたように、シース管内部の状態により変化するので、これを解析することにより、シース管内部のグラウトの空隙を検出することができる。
実際に、電極を設けたシース管とグラウトや鋼材を用いて実施した例で、詳しく説明する。

図２は、実際に電極を設けたシース管を想定して、グラウトや鋼材及びグラウトを充填して計測したものを示している。図２（ａ）はシース管を輪切りにした断面図であり、図２（ｂ）はシース管を横に切った断面図である。以下に、図２の実施例で使用した各部について説明する。

（透明シース管）
グラウト充填用のシース管１４０は、実際に使用されるポリエチレンシースにセンサーを取り付けることを想定し、また充填状況を確認しやすいため、アクリル樹脂製の透明シースを使用した。シース管の寸法は外径８０ｍｍ、厚み３ｍｍ、長さ３３３ｍｍである。内径は７４ｍｍである。

（センサー電極）
１組のセンサー電極１１０は２枚の銅箔を使用し、図２に示すようにシース管１４０の外壁に軸方向に平行して取り付ける。電極の寸法は長さ１００ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ０．０３ｍｍとし、軸方向に平行して設けられた２枚のセンサー電極１１０の間隔は２０ｍｍである。また、リード線１１８は長さ１．５ｍの１対の同軸ケーブルを使用した。

（グラウト）
グラウトの水セメント比は４５％であり、材料の配合を表１に示す。充填作業時に各種材料を計量し、ハンドミキサーにより３分間練り混ぜ、自然流下式により充填作業を行った。また、供試体は水平方向に設置し、シース管内に充填されたグラウト液面とセンサー電極との距離は一定に保持する。なお、今回の実験にはシース内壁にグラウトの薄膜を生成しない。

（シールド材）
外界の電磁波を遮断する目的で、シース供試体の外側にシールド材１１６として厚み０．１ｍｍの銅箔を円筒状に配置する。シース管と銅箔の間にスポンジ材１１７を入れ、スポンジ材の厚みは２０ｍｍとした。

（アース線）
シールド材１１６の銅箔表面とグラウト内部にそれぞれアース線を取り付ける。各供試体のアース線は実験に使用される測定器のアース線と合わせて一点アースとした。

（ＰＣ鋼材）
供試体シース管内に配置されるＰＣ鋼材は１２Ｓ１２．７（直径１２．７ｍｍ×１２本）、長さ３００ｍｍの鋼より線を使用する。

［計測結果］
図３に示すように、まず、ＰＣ鋼材がない場合で、グラウトがシース管内で図示の状態となるように、自然流下式により充填作業を行った。ここで、Ｋ（空隙率）は、（空隙の高さ／シース管内径）×１００である。なお、通常、空隙率の許容値は５％以下（この実施例の場合、空隙の高さ４ｍｍ以下）である。高周波としては、４５５ｋＨｚを用いた。
出力電圧の計測結果を表２に示す。なお、（ ）内は充填前との差である。

図４（ａ）は、上述の表２の充填前と充填後の電圧の差（カッコ内）を時間経過に従ってグラフにしたものであり、図４（ｂ）は、温度の変化を同様に示したものである。この図４に示したグラフから、充填直後から、グラウトの温度が急激に高くなる前には、空隙の割合に応じた出力電圧差が得られることが分かる。
上述は、ゼロ点較正が必要なことを意味する。図４（ａ）は、表２のカッコ内に示したように、充填前（即ち、シース管が空のとき）の出力電圧値を０としたときの電圧値のグラフである。

ゼロ点較正は、計測前に各電極ごとに行う。まず、シース管内が空のとき、送信電極１１２から高周波を加えない状態で、受信電極１１４状態での出力電圧Ｖがゼロとなるように、増幅器１０４や計測機器１２０のオフセットを調整する。これは雑音等の影響を排除するためである。そして、高周波発振器（周波数４５５ｋＨｚ）の出力を一定として、シース管内が空の状態（Ｋ−１００％）で、計測機器の出力Ｖが対応する規定の電圧Ｖ_０となるように増幅器１０４や計測機器１２０のゲインを調整することが望ましい。このゲインは、コンピュータに電極ごとに記憶しておき、計測時に計測対象の電極ごとに読み出して、増幅器１０４や計測機器１２０のゲイン調整を行う。
なお、ゲイン調整は、電極ごとのばらつきが少ない場合は、必ずしも電極ごとに行う必要はない。
図４（ａ），図４（ｂ）のグラフから、温度が上昇する前では、空隙率に応じた出力電圧が検出されることがわかる。

上述は、ＰＣ鋼材がシース管内にない場合である。図５にシース管内にＰＣ鋼材（接地してある）を入れた場合についての計測結果を示している。シース管等に関しては、上述と同様であり、ＰＣ鋼材については、上述してあるものを用いている。図５（ａ）は、上述のように、増幅器１０４や計測機器１２０のゲインを調整して、グラウトの充填直後の電圧を示したものである。図５（ａ）では、ＰＣ鋼材がシース管の底部，中央にある場合は、ほぼ同じように２０ｍｍまでは空隙率に応じた出力が得られるが、ＰＣ鋼材が上部にある場合は、空隙率に対して出力があまり変化しないように見える。

しかし、計測方法を工夫して更なる較正を行うことにより、ＰＣ鋼材の位置にかかわらず、同じように変化するグラフを得ることができる。
較正は、各電極ごとに、シース管にＰＣ鋼材を入れずに空の状態で、上述のゼロ較正を行う。次に、ＰＣ鋼材を入れ、同じ発振出力でＰＣ鋼材の位置を変えて（例えば、シース管の上部，中央，下部）、シース管が空の状態の出力電圧Ｖ_１と、シース管にグラウトの代わりに例えば１％の塩水等を満たした状態の出力電圧Ｖ_２とを得る。なお、グラフから分かるように、シース管は、満たさない状態と７０％程度満たした状態とはあまり変化がないので、Ｖ_１の計測は０％から７０％程度まで満たした、どの状態で行ってもよい。
そして、空隙の測定のときに、ゼロ較正のときに得た増幅率を、そのときのＰＣ鋼材の位置に対して、上述の出力電圧の差（Ｖ_１−Ｖ_２）の逆数（１／（Ｖ_１−Ｖ_２））に大略比例するように変える。このような較正を行うことにより、位置によらず大体同じような結果を得ることができる。
なお、この増幅率の較正は、必ずしも逆数でなく、例えば２乗の逆数等を用いてもよい。

このようにして得たグラフが、図５（ｂ）である。このグラフは、グラウトを１００％充填したときを０とし、変化が大きいところ（空気層の厚さが０〜約２５ｍｍ）を大略一致するように調整したものである。これにより、空隙が約２０ｍｍ（空隙率約２８％）となるまでは、ＰＣ鋼材の位置にかかわらず、空隙に応じた出力を得ることができる。図５（ｂ）に示すように約２０ｍｍ以上になると飽和してしまう。しかし、シース管内のグラウトの空隙は、５％以下にする必要があるので、このように約２０ｍｍ（空隙率約２８％）まで計測できれば十分である。
なお、シース管内のＰＣ鋼材の位置は、例えば、図５（ａ）の一番右側に示されるように、シース管にグラウトを充填する前の出力電圧Ｖの大きさにより、検出することができる。
このようにして、シース管にＰＣ鋼材が存在していても、その位置に応じた較正を行うことにより、グラウトの空隙を十分な精度で検出することができる。

（ａ）はシース管の外側に設けた電極を示す図であり、（ｂ）は、グラウトの空隙検出装置の構成の概略を示す図である。 実施例における具体的な電極等を示す図である。 測定したグラウトの空隙の状態を示す図である。 測定した結果を示す図である。 ＰＣ鋼材が存在する場合の測定結果を示す図である。

Claims (3)

1. ＰＣ鋼材を内部に含む絶縁物のシース管内に充填したグラウトの空隙検出を行う空隙検出方法であって、
   前記シース管の外側に平行に設けられた一対の電極の一方に高周波を印加し、
   前記一対の電極の他の一方の電極から、該高周波を増幅して電圧として出力し、
   前記ＰＣ鋼材のシース管内の位置により、増幅率を変化させることを特徴とするグラウトの空隙検出方法。
2. 請求項１に記載のグラウトの空隙検出方法において、
   前記ＰＣ鋼材のシース管内の位置は、シース管内にグラウトを充填する前の前記電圧の値により定めることを特徴とするグラウトの空隙検出方法。
3. ＰＣ鋼材を内部に含む絶縁物のシース管内に充填したグラウトの空隙検出を行う空隙検出装置であって、
   前記シース管の外側に平行する一対の電極と、高周波発信器と、増幅・電圧検出器を有し、
   該一対の電極の一方の電極に高周波を印加し、
   前記一対の電極の他の一方の電極から、該高周波を増幅して電圧として出力し、
   前記ＰＣ鋼材のシース管内の位置により、増幅率を変化させることを特徴とするグラウトの空隙検出装置。

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