JP2006189410A - 構造物の非破壊検査方法及びその装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】法面、斜面、ライニング面又はトンネル覆工面に、コンクリート又はモルタルを吹付けて形成された表面保護構造物に対し、赤外線サーモグラフィによって前記構造物の表面温度分布を計測し、得られた熱画像の経時的変化を解析することにより、前記構造物の背後の状況又は前記構造物の健全性を推測する表面保護構造物の非破壊検査方法であって、前記構造物の背後に冷媒又は熱媒を供給しながら、前記構造物の表面温度分布を計測する。
【選択図】図1
Description
<請求項1記載の発明>
請求項1記載の発明は、赤外線サーモグラフィによって構造物の表面温度分布を計測し、得られた熱画像の経時的変化を解析することにより、前記構造物の健全性を推測する構造物の非破壊検査方法であって、前記構造物の背後又は内部に冷媒又は熱媒を供給しながら、前記構造物の表面温度分布を計測する、ことを特徴とする構造物の非破壊検査方法である。
計測対象の構造物の背後又は内部に冷媒又は熱媒を供給して、構造物の背後又は内部に生じた空隙やクラック部分等を強制的に冷却又は加熱することにより、健全な部分との温度差を短時間に広げることができ、時間帯を選ぶことなく短時間で構造物の表面温度分布を計測することができる。また、構造物の背後又は内部に生じた空隙やクラック部分等を強制的に冷却又は加熱することにより、外部環境の影響は受けずに、より正確な空隙調査やクラック調査が可能となる。
ここで、本願発明でいう構造物とは、建築物、橋梁、橋脚、地価埋設配管、地下埋設物等のコンクリート構造物及びスチール構造物、並びに法面、斜面、ライニング面又はトンネル覆工面の表面を被覆し保護する保護工法に係る構造物のことをいうものとする。
請求項2記載の発明は、法面、斜面、ライニング面又はトンネル覆工面に、コンクリート又はモルタルを吹付けて形成された表面保護構造物に対し、赤外線サーモグラフィによって前記構造物の表面温度分布を計測し、得られた熱画像の経時的変化を解析することにより、前記構造物の背後の状況又は前記構造物の健全性を推測する表面保護構造物の非破壊検査方法であって、前記構造物の背後に冷媒又は熱媒を供給しながら、前記構造物の表面温度分布を計測する、ことを特徴とする構造物の非破壊検査方法である。
計測対象の表面保護構造物の背後、すなわち法面、斜面、ライニング面又はトンネル覆工面と前記構造物との間に冷媒又は熱媒を供給して、構造物の背後に生じた空洞等の内部を強制的に冷却又は加熱することにより、健全な部分との温度差を短時間に広げることができ、時間帯を選ぶことなく短時間で構造物の表面温度分布を計測することができる。また、構造物の背後に生じた空洞等の内部を強制的に冷却又は加熱することにより、外部環境の影響は受けずに、より正確な空洞調査やクラック調査が可能となる。
ここで、本願発明でいう表面保護構造物とは、法面だけでなく、斜面、ライニング面又はトンネル覆工面の表面を被覆し保護する保護工法に係る構造物である。例えば、法面の表面を保護する構造物を法面構造物という。一般的に、表面保護工法に包含される法面保護工法は、法面が安定していて落石や部分的崩壊がなく、法面の表面だけの風化防止を主目的としているが、本発明における法面保護工法は、この目的に加え、(イ)風化岩、長大法面等で落石や部分的な崩壊が考えられる場合、(ロ)表面すべり(直線すべり)、又は円弧すべりが発生するものと予想される場合、(ハ)急勾配、ダム湛水面、浸透水の激しい法面の場合、に行われる法面抑止工法も含むものとする。また、法面には、当然のことながら護岸工事における法面(例えば、河川の護岸法面)も含まれるものであるから、この法面保護工法には、河川等の護岸保護を目的とした被覆も含まれるものである。なお、法面の表面保護工法とは、便宜上、上記法面保護工法の言い換えにすぎない。
請求項3記載の発明は、前記冷媒又は熱媒は、前記構造物に少なくとも1以上穿設された孔から供給される、請求項1又は2記載の構造物の非破壊検査方法である。
冷媒又は熱媒は、前記構造物に少なくとも1以上穿設された孔から供給する構成であることにより、例えば、複数箇所から冷媒又は熱媒を供給することによって、より短時間で健全な部分との温度差を生じさせることができる。また、穿設する孔の箇所数を調整することにより、小規模から大規模までの構造物の背後の状況又は前記構造物の健全性を推測することができる。
請求項4記載の発明は、前記冷媒又は熱媒は、冷却又は加熱されたエアである、請求項1乃至3のいずれか1項記載の構造物の非破壊検査方法である。
構造物の背後に供給される冷媒又は熱媒を、冷却又は加熱されたエアとすることにより、構造物の背後の地盤に対し浸食等の悪影響を与えることなく構造物の背後の状況又は前記構造物の健全性を推測することができる。また、構造物自体にクラックがある場合に、冷却又は加熱されたエアは、このクラックを介して外部に出るため、冷気又は熱気として目視によるクラックの確認も行うことができる。
請求項5記載の発明は、前記冷媒又は熱媒は、ドライアイスである、請求項1乃至4のいずれか1項記載の構造物の非破壊検査方法である。
供給されたドライアイスは、空洞等の内部の周囲から熱を吸収して固体から気体へ昇華するので(昇華熱)、周囲が急激に冷やされ、空隙や空洞等が存在する位置の構造物の部分も急激に冷やされる。そのため、これら空隙や空洞等が存在する位置の構造物の部分及びクラックが生じた部分は、健全な部分に比べて、急激に温度が低くなり、瞬時に温度差が広がっていく。その結果、冷媒としてドライアイスを使用することにより、急激に温度を下げることができ、構造物の表面温度を赤外線サーモグラフィで測定するだけで、差画像によることなく構造物の背後の状況又は構造物の健全性を推測することができる。
請求項6記載の発明は、前記ドライアイスは、粉粒体状である、請求項5記載の構造物の非破壊検査方法である。
請求項7記載の発明は、前記ドライアイスは、粉体状である、請求項5記載の構造物の非破壊検査方法である。
ドライアイスを粉粒体状とすると、より短時間で気化し、より急激に温度を下げることができるため、検査時間をより短縮することができる。さらにドライアイスを粉体状とすると、粒度が粒全体として小さくなるため、さらに気化しやすくなり、検査時間をさらに短縮することができる。
なお、粉粒体とは粉体と粒体とを含み、一般的には、異なる大きさの分布をもつ多くの固体粒子からなり、個々の粒子間に、何らかの相互作用が働いているものと規定されるものである。
請求項8記載の発明は、法面、斜面、ライニング面又はトンネル覆工面に、コンクリート又はモルタルを吹付けて形成された表面保護構造物に対し、前記構造物の表面温度分布を計測して熱画像の経時的変化を記録する赤外線サーモグラフィと、エアを供給するエア供給源と、このエア供給源から供給されたエアを冷却又は加熱する冷却/加熱装置と、この冷却/加熱装置によって冷却又は加熱されたエアを搬送する管路と、を有する冷媒/熱媒供給装置と、を備え、前記構造物に穿設された孔に、前記管路が連結可能に構成された、ことを特徴とする構造物の非破壊検査装置である。
上記構成の装置により、構造物の背後に強制的に冷媒又は熱媒を供給しながら、構造物の表面温度分布を計測することにより、時間帯を選ぶことなく短時間で構造物の背後の状況又は前記構造物の健全性を推測することができる。それと共に、外部環境の影響は受けずに、より正確な空洞調査やクラック調査が可能となる。
ここで、本発明に係る冷却/加熱装置とは、冷却装置、又は加熱装置のことを意味する。
請求項9記載の発明は、法面、斜面、ライニング面又はトンネル覆工面に、コンクリート又はモルタルを吹付けて形成された表面保護構造物に対し、前記構造物の表面温度分布を計測して熱画像の経時的変化を記録する赤外線サーモグラフィと、エアを供給するエア供給源と、このエア供給源から供給されたエアにより搬送されるドライアイスを供給する供給タンクと、この供給タンクから供給されるドライアイスを搬送する管路と、を有する冷媒供給装置と、を備え、前記構造物に穿設された孔に、前記管路が連結可能に構成された、ことを特徴とする構造物の非破壊検査装置である。
<熱赤外線映像法>
本発明に係る表面保護構造物の非破壊検査方法は、熱赤外線映像法を利用しているものである。この熱赤外線映像法とは、熱赤外線映像装置(赤外線サーモグラフィ)を用いるものであるが、この赤外線サーモグラフィにより法面等を被覆するコンクリート及びモルタル吹付けの表面保護構造物を撮影すると、吹付背後の状態によって吹付表面の温度状態は異なることを利用したものである。すなわち、一般に空気の体積熱容量は土に比べて非常に小さいため、吹付背後に空気が介在する空洞部の吹付表面は、外気や太陽工ネルギーの付加に対して敏感に反応し、温まりやすく冷めやすい性質となっており、逆に水の体積容量は非常に大きいため、湿潤部は温まりにくく冷めにくい性質をもっている。一方、常温付近の物体表面からは赤外線(波長3〜14μm)による熱放射が常に行われており、赤外線サーモグラフィを用いて、この熱放射量を平面的に検知し映像化することにより、吹付表面の温度分布状態を短時間に効率良く得ることで、表面保護構造物の背後の状況、すなわち吹付内部の地山部分に空洞部分や風化部分があるか否か等の地山部分の性状を推測すると共に、表面保護構造物自体の浮きやクラック等を推測する手法である。
本発明に係る表面保護構造物の非破壊検査装置について、測定対象を法面構造物Nとした例に基づき説明する。この非破壊検査装置は、図1に示すように、法面構造物Nの表面温度を測定する赤外線サーモグラフィ(赤外線サーモグラフィ装置)1と、法面構造物Nの背面に冷媒又は熱媒を供給する供給装置2と、を備えている。赤外線サーモグラフィ1は、対象物から出ている赤外線放射エネルギーを検出し、見かけの温度に変換して、温度分布を画像表示する装置であり、公知の装置を使用することができる。供給装置2は、エアを供給するコンプレッサーやブロア等のエア供給源21と、このエア供給源21から供給されたエアを冷却又は加熱する冷却/加熱装置22と、この冷却/加熱装置22によって冷却又は加熱されたエアを搬送する管路23と、を備えている。そして、管路23は、法面構造物Nの複数箇所に予め穿設した孔NHに取付けられたホースジョイント23Aを介して、孔NHに連結されるものである。なお、管路23は、少なくとも1本以上であり(図1では1本)、複数箇所に対して同時に冷却又は加熱されたエアを供給することができる。ここで、冷却/加熱装置22は、冷却装置、又は加熱装置のことを意味するが、冷却機能と加熱機能を両方兼ね備えた装置を使用してもよい。なお、冷却装置としてボルテックスチューブを利用した超低温空気発生器(図示せず)を使用してもよく、この超低温空気発生器を、直接孔NH内に差し込み、超低温空気発生器にエア供給源21から圧縮エアを供給し、この超低温空気発生器によって冷却されたエアを法面構造物Nの背面に生じた空隙や空洞内等に供給してもよい。
まず、冷却又は加熱されたエアを供給することに先立って、非破壊検査の対象となる法面構造物Nの表面温度を赤外線サーモグラフィ1で予め測定しておく。この測定に前後して、法面構造物Nの複数箇所にホースジョイント23Aを取付けるための孔NHを穿設するが、この際には、例えば、作業者が法面構造物Nの表面をハンマー等で叩きながら、打撃音の軽いところ(空洞の存在が予測される部分)を狙って穿設を行なう等が考えられる。そして、複数の孔NHに、ホースジョイント23A,23A,…を取付けていく。なお、孔NHとホースジョイント23Aとの隙間は必要に応じてモルタル、シール材やパッキン等により充填すればよい。複数取付けたホースジョイント23A,23A,…に、複数の管路23,23,…を連結する。この状態でエア供給源21を稼動させ、冷却/加熱装置22から冷却又は加熱されたエアを、法面構造物Nの複数箇所に穿設された孔NH内に供給する。この冷却又は加熱されたエアが、法面構造物Nの背面に生じた空隙や空洞内、又は法面構造物N自体に生じたクラック等に入り込むことによって、これら欠陥箇所の温度が健全な部分に比べ低い温度又は高い温度となり、これらの部分の法面構造物Nの表面温度は、経時的に、周辺の法面構造物Nの表面温度に対して相対的に低く又は高くなっていく。この経時的な温度変化を熱画像として記録しておき、この記録された熱画像履歴データを時系列に表示させ、差画像を作成することで対象物内部の空洞状況を高精度に測定することができるものである。ここで、差画像とは、一般的に、二時刻の温度差画像のことをいうが、本発明では、冷却又は加熱前と冷却又は加熱後の温度差画像のことをいうものとする。また、図1に示すように、開口されたクラックからは、例えば、冷気等が外部に出るため、目視によるクラックの確認も可能である。
この本発明に係る表面保護構造物の非破壊検査方法について、モデル化して、以下に示すような試験を行なった。
試験では、図3(1)及び(2)に示すように、長さ32.0cm・幅39.0cm・深さ28.0cmの大きさを持つ発泡スチロール箱10と、法面構造物に見立てた、長さ24.0cm・幅24.0cm・厚み3.5cmの大きさを持つコンクリート片11と、法面構造物の背面に供給される冷媒に見立てたドライアイス12と、を用意し、ドライアイス12を発泡スチロール箱10に入れて試験が行なわれるものであり、発泡スチロール箱10の上部に形成された蓋部分には、図3(2)及び図4(1)に示すように、予め法面構造物に見立てたコンクリート片11に接する一箇所に、3.0cm角の孔10aを穿設し、この孔10aを地山に生じた空洞に見立て、時間変化に伴うコンクリート片11の温度変化を測定するものである。
本発明に係る表面保護構造物の非破壊検査方法について、コンクリート製のパネルの背面に、冷媒としてドライアイスをエア搬送して供給するケースの試験を行なった。
試験では、図12乃至図14に示すように、法面構造物に見立てた、長さ200.0cm・幅100.0cm・厚さ5.0cmの大きさを持つコンクリート製パネル30と、法面構造物の背面の地盤に見立てた、長さ200.0cm・幅100.0cm・厚み25.0cmの大きさを持つ硬質発泡スチロール31と、法面構造物の背面に供給される冷媒に見立てた粉体状のドライアイス(図示せず)と、を用意し、粉体状のドライアイスをホース等の管路33を介してエア供給源からエア搬送して行なった。なお、ドライアイスは、市販のペレット状のドライアイスをさらに砕氷して粉体状にしたものを用いている。
試験開始前の外気温は9℃であり、くり貫き部分の内部温度は14℃であった。そして、図16の開始1分後の状態では、内部温度は−20℃まで一気に下がり、図17の開始3分後の状態では、Iの文字の部分の輪郭が現れるようになった。そして、開始から7分30秒後に、粉体状のドライアイスのエア搬送を停止したが、その2分30秒後の図18の開始10分後の状態ではSの文字の部分もはっきり認識できるようになった。エア搬送停止4分30秒後である、図19の開始12分後の状態でSの文字の部分の輪郭が最大になることが確認され、図20の開始15分後の状態で、全体的に温度の上昇が見られ、文字輪郭がぼやけてきていることが確認された。そして、図21の開始19分後の状態で試験を終了した。
Claims (9)
- 赤外線サーモグラフィによって構造物の表面温度分布を計測し、得られた熱画像の経時的変化を解析することにより、前記構造物の健全性を推測する構造物の非破壊検査方法であって、
前記構造物の背後又は内部に冷媒又は熱媒を供給しながら、前記構造物の表面温度分布を計測する、
ことを特徴とする構造物の非破壊検査方法。 - 法面、斜面、ライニング面又はトンネル覆工面に、コンクリート又はモルタルを吹付けて形成された表面保護構造物に対し、赤外線サーモグラフィによって前記構造物の表面温度分布を計測し、得られた熱画像の経時的変化を解析することにより、前記構造物の背後の状況又は前記構造物の健全性を推測する表面保護構造物の非破壊検査方法であって、
前記構造物の背後に冷媒又は熱媒を供給しながら、前記構造物の表面温度分布を計測する、
ことを特徴とする構造物の非破壊検査方法。 - 前記冷媒又は熱媒は、前記構造物に少なくとも1以上穿設された孔から供給される、請求項1又は2記載の構造物の非破壊検査方法。
- 前記冷媒又は熱媒は、冷却又は加熱されたエアである、請求項1乃至3のいずれか1項記載の構造物の非破壊検査方法。
- 前記冷媒又は熱媒は、ドライアイスである、請求項1乃至4のいずれか1項記載の構造物の非破壊検査方法。
- 前記ドライアイスは、粉粒体状である、請求項5記載の構造物の非破壊検査方法。
- 前記ドライアイスは、粉体状である、請求項5記載の構造物の非破壊検査方法。
- 法面、斜面、ライニング面又はトンネル覆工面に、コンクリート又はモルタルを吹付けて形成された表面保護構造物に対し、前記構造物の表面温度分布を計測して熱画像の経時的変化を記録する赤外線サーモグラフィと、
エアを供給するエア供給源と、このエア供給源から供給されたエアを冷却又は加熱する冷却/加熱装置と、この冷却/加熱装置によって冷却又は加熱されたエアを搬送する管路と、を有する冷媒/熱媒供給装置と、を備え、
前記構造物に穿設された孔に、前記管路が連結可能に構成された、
ことを特徴とする構造物の非破壊検査装置。 - 法面、斜面、ライニング面又はトンネル覆工面に、コンクリート又はモルタルを吹付けて形成された表面保護構造物に対し、前記構造物の表面温度分布を計測して熱画像の経時的変化を記録する赤外線サーモグラフィと、
エアを供給するエア供給源と、このエア供給源から供給されたエアにより搬送されるドライアイスを供給する供給タンクと、この供給タンクから供給されるドライアイスを搬送する管路と、を有する冷媒供給装置と、を備え、
前記構造物に穿設された孔に、前記管路が連結可能に構成された、
ことを特徴とする構造物の非破壊検査装置。
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