JP2016133408A - コンクリート比抵抗測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンクリートにおける比抵抗の分布を連続的に評価することが可能なコンクリート比抵抗測定装置を提供する。
【解決手段】測定対象となるコンクリートＣの表面に当接するように配置され、一直線上に等間隔に配置される４つの電極２と、４つの電極２を用いて、等間隔四極法により、コンクリートＣの比抵抗を検出する比抵抗検出手段３と、を備えたコンクリート比抵抗測定装置において、４つの電極２を搭載したプローブヘッド８を備え、プローブヘッド８には、コンクリートＣの表面に４つの電極２を当接させつつ、コンクリートＣの表面に沿ってプローブヘッド８を移動させる移動手段９が備えられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンクリート比抵抗測定装置に関するものである。

コンクリートに含まれる鉄筋の腐食し易さを非破壊で評価する方法として、コンクリートの比抵抗（電気抵抗）を測定する方法が知られている。

特許文献１では、等間隔四極法（Ｗｅｎｎｅｒ法）と呼ばれる測定方法を用いて、コンクリートの比抵抗を測定する方法が開示されている。等間隔四極法では、一直線上に等間隔に配置された４つの電極を用いて、最外に配置される２つの電極（外側電極）間に電圧を印加し、外側電極間に流れる電流と、両外側電極に挟まれた２つの電極（内側電極）間の電圧とを測定し、測定した電流と電圧とからコンクリートの比抵抗を求めている。

特開平１−２８７４７３号公報 特許第３８４８６４１号公報 特開２００１−３０５２３９号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、ある一点での測定しかできず、広い範囲の比抵抗の分布を連続的に評価することができないという問題がある。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、コンクリートにおける比抵抗の分布を連続的に評価することが可能なコンクリート比抵抗測定装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、測定対象となるコンクリートの表面に当接するように配置され、一直線上に等間隔に配置される４つの電極と、該４つの電極を用いて、等間隔四極法により、前記コンクリートの比抵抗を検出する比抵抗検出手段と、を備えたコンクリート比抵抗測定装置において、前記４つの電極を搭載したプローブヘッドを備え、前記プローブヘッドには、前記コンクリートの表面に前記４つの電極を当接させつつ、前記コンクリートの表面に沿って前記プローブヘッドを移動させる移動手段が備えられているコンクリート比抵抗測定装置である。

前記プローブヘッドには、前記プローブヘッドの移動距離を検出する移動距離検出手段が備えられていてもよい。

前記比抵抗検出手段は、前記プローブヘッドを移動させつつ比抵抗の検出を繰り返して、比抵抗の分布を検出するように構成され、前記比抵抗検出手段は、比抵抗の分布を、コンター図により表示する表示部を備えてもよい。

前記プローブヘッドには、前記プローブヘッドの走行方向をガイドすべく、前記プローブヘッドの前方にガイド用のレーザ光を出射するラインレーザが備えられていてもよい。

前記４つの電極は、前記コンクリートの表面に弾性的に接触するように構成されていてもよい。

前記４つの電極が前記コンクリートの表面に当接したことを検出する電極当接検出手段と、前記電極当接検出手段が前記４つの電極の前記コンクリートの表面への当接を検出したとき、前記比抵抗検出手段による比抵抗の測定を自動で開始させる自動測定開始手段と、をさらに備えてもよい。

前記４つの電極は、当該４つの電極の間隔を任意に変更可能に前記プローブヘッドに搭載されていてもよい。

本発明によれば、コンクリートにおける比抵抗の分布を連続的に評価することが可能なコンクリート比抵抗測定装置を提供できる。

本発明の一実施形態に係るコンクリート比抵抗測定装置の概略構成図である。 図１のコンクリート比抵抗測定装置で用いるプローブヘッドを示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は下面図、（ｃ）は断面図、（ｄ）は側断面図である。 本発明において、電極がコンクリートに弾性的に当接することを説明する図である。 （ａ），（ｂ）は、本発明で用いる電極の一変形例を示す説明図である。 本発明で出力するコンター図の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は、本実施形態に係るコンクリート比抵抗測定装置の概略図である。また、図２は、本発明におけるプローブヘッドを示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は下面図、（ｃ）は断面図、（ｄ）は側断面図である。

図１，２に示すように、コンクリート比抵抗測定装置１は、測定対象となるコンクリートＣの表面に当接するように配置され、一直線上に等間隔に配置される４つの電極２と、４つの電極２を用いて、等間隔四極法（Ｗｅｎｎｅｒ法）により、コンクリートＣの比抵抗を検出する比抵抗検出手段３と、を備えている。

比抵抗検出手段３は、４つの電極２のうち最外に配置される２つの電極（外側電極という）２ａ間に電圧を印加する電圧源４と、外側電極２ａ間に流れる電流Ｉを測定する電流計５と、両外側電極２ａに挟まれた２つの電極（内側電極という）２ｂ間の電圧Ｖを測定する電圧計６と、測定した電流Ｉと電圧Ｖとから下式（１）
ρ＝２πａ・（Ｖ／Ｉ） ・・・（１）
但し、ａ：電極の間隔
によりコンクリートＣの比抵抗ρを求める演算部７と、を備えている。

等間隔四極法では、電極２の間隔ａを調整することで、比抵抗ρに寄与する深さ（コンクリートＣの表面からの深さ）を調整することが可能である。鉄筋コンクリートのかぶりは大抵５ｃｍ以下となっているため、本実施形態では、電極２の間隔ａを５ｃｍ程度とした。

さて、本実施形態に係るコンクリート比抵抗測定装置１では、４つの電極２を搭載したプローブヘッド８を備え、プローブヘッド８には、コンクリートＣの表面に４つの電極２を当接させつつ、コンクリートＣの表面に沿ってプローブヘッド８を移動させる移動手段９が備えられている。

以下、プローブヘッド８の具体的な構造について説明する。

プローブヘッド８は、下面が開放された略直方体形状の筐体１０を備えており、その筐体１０に、移動手段９としての車輪９ａが設けられている。本実施形態では、筐体１０の前方中央部に１つ、後方の両側部に２つの合計３つの車輪９ａを設けているが、車輪９ａの数はこれに限定されるものではなく、例えば４つの車輪９ａを設けるようにしても構わない。なお、プローブヘッド８の走行を安定させるために、車輪９ａの数は３つ以上であることが望ましい。

筐体１０の上面には、上方に突出するように作業者が把持するためのハンドル１０ａが設けられている。ここでは、コ字状（反時計回りに９０度回転させたコ字状）のハンドル１０ａを筐体１０に設けているが、ハンドル１０ａの形状はこれに限定されるものではなく、例えば、筐体１０の上面から上方に突出する棒状のハンドル１０ａを設けてもよい。

筐体１０の前側の内壁の下部には、後方（内方）に突出するようにリブ１０ｂが設けられており、そのリブ１０ｂから下方に突出するように、幅方向に等間隔に４つの電極２が設けられている。各電極２はリブ１０ｂにボルト固定されており、筐体１０の下方に突出して測定対象のコンクリートＣの表面に当接するように設けられている。

図１〜３に示すように、本実施形態では、細長い矩形状の金属板を丸めて側面視で略円形状とした電極２を用いており、電極２は、車輪９ａよりも若干下方に突出するように配置されている。これにより、プローブヘッド８をコンクリートＣの表面に載置した際に、各電極２が側面視で楕円形状に変形して、コンクリートＣの表面に弾性的に接触するように構成されている。ここでは、電極２として、りん青銅からなるものを用いた。

電極２がコンクリートＣの表面に接触する面積（接触面積）は、点電極とみなせる程度に小さくする必要があり、電極２の間隔ａに対して十分に小さくする必要がある。具体的には、電極２の接触面積は、例えば１ｃｍ²程度とすればよい。

本実施形態では、電極２を側面視で略円形状に形成しているが、電極２の形状はこれに限定されるものではなく、例えば、図４（ａ）に示すように、金属板を側面視で略クランク状となるように形成したものを用いることもできる。

また、図４（ｂ）に示すように、電極２がコンクリートＣの表面に当接したことを検出する電極当接検出手段４１を備えるようにしてもよい。図４（ｂ）では、電極２がコンクリートＣの表面に押されて変形したときに接点が閉じるスイッチＳを設け、スイッチＳの接点信号により電極２がコンクリートＣの表面に当接しているか否かを判定するように電極当接検出手段４１を構成しているが、電極当接検出手段４１の具体的な構成はこれに限定されるものではない。

さらにまた、電極当接検出手段４１が４つの電極２のコンクリートＣの表面への当接を検出したとき、比抵抗検出手段３による比抵抗の測定を自動で開始させる自動測定開始手段（図示せず）を備えてもよい。これにより、測定作業をスムーズに行えるだけでなく、測定を行っていない際には外側電極２ａ間に電圧を印加しないようにし、感電等の不具合を抑制することも可能になる。

図２に戻り、プローブヘッド８には、プローブヘッド８の移動距離を検出する移動距離検出手段１１としてのエンコーダ１１ａが備えられている。エンコーダ１１ａは、後方に設けられた２つの車輪９ａを連結する車軸９ｂの回転数を検出することで、プローブヘッド８の移動距離を検出するように構成されている。詳細は後述するが、移動距離検出手段１１を備えることで、プローブヘッド８の位置情報を得ることが可能となり、コンクリートＣの比抵抗の分布を得ることが可能になる。

さらに、プローブヘッド８には、プローブヘッド８の走行方向をガイドすべく、プローブヘッド８の前方にガイド用のレーザ光を出射するラインレーザ１２が備えられている。ラインレーザ１２が出射するレーザ光の輝点をガイドとして、例えば、コンクリートＣの型枠跡や予め描いたチョークの線等に沿ってプローブヘッド８を走行させることで、比抵抗測定時のプローブヘッド８の走行を安定させ、より精度の高いコンクリートＣの比抵抗の分布を得ることが可能になる。

また、プローブヘッド８の筐体１０の上面には、後述する表示部１５を構成する液晶モニタ（ＬＣＤ）１５ａが設けられており、測定したコンクリートＣの比抵抗の分布を表示可能に構成されている。なお、本実施形態では、プローブヘッド８には、ＵＳＢコネクタ１３が設けられており、このＵＳＢコネクタ１３を介して、パーソナルコンピュータ等の外部機器１４と接続可能に構成されているため、液晶モニタ１５ａを省略し、測定したコンクリートＣの比抵抗の分布を外部機器１４のみで表示するように構成しても構わない。

本実施形態においては、プローブヘッド８の大きさは、例えば、幅２５〜３０ｃｍ程度、奥行き１５ｃｍ程度、高さ７ｃｍ程度である。また、プローブヘッド８の重さは、例えば１ｋｇ程度であり、ポータブルに使用が可能である。

次に、比抵抗検出手段３について説明する。

上述のように、比抵抗検出手段３は、外側電極２ａ間に電圧を印加する電圧源４と、外側電極２ａ間に流れる電流Ｉを測定する電流計５と、内側電極２ｂ間の電圧Ｖを測定する電圧計６と、測定した電流Ｉと電圧Ｖとから上述の式（１）によりコンクリートＣの比抵抗ρを求める演算部７と、を備えている。ここで使用する電圧源は、数Ｈｚから１００Ｈｚ程度の交流もしくは交替直流とし、分極による測定誤差を排除可能としている。

本実施形態では、ＵＳＢコネクタ１３を介して外部機器１４から給電がなされるため、電圧源４は、ＵＳＢコネクタ１３を介して供給された電力を用い、これを適宜な電圧に変換して外側電極２ａ間に印加するように構成されている。なお、これに限らず、例えば、電圧源４としてバッテリを用いてもよい。

電流計５と電圧計６と演算部７とは、プローブヘッド８内の回路基板１６に搭載されている。なお、演算部７は、プローブヘッド８内に搭載せず、外部機器１４に搭載するように構成しても構わない。

比抵抗検出手段３は、プローブヘッド８を移動させつつ比抵抗の検出を繰り返して、比抵抗の分布を検出するように構成されている。比抵抗検出手段３は、演算部７で求めたコンクリートＣの比抵抗と、移動距離検出手段１１が検出したプローブヘッド８の移動距離（位置情報）とを紐付けて記憶することで、比抵抗の分布を得る。

本実施形態では、比抵抗検出手段３は、比抵抗の分布を、コンター図により表示する表示部１５を備えている。ここでは、プローブヘッド８に設けられた液晶モニタ１５ａと外部機器１４のモニタ１５ｂが表示部１５を構成することになる。

表示部１５で表示するコンター図の一例を図５に示す。図５に示すように、コンター図は、各測定位置での比抵抗の大きさを色や濃淡により表すものであり、比抵抗の分布を視覚的に捉えることが可能になる。図５では、比抵抗の分布をより捉えやすくするため、構造物の写真にコンター図を重ねて表示するようにしている。なお、比抵抗の分布の表示方法はこれに限定されるものではなく、例えばグラフ形式での表示も可能としてもよい。

以上説明したように、本実施形態に係るコンクリート比抵抗測定装置１では、４つの電極２を搭載したプローブヘッド８を備え、プローブヘッド８には、コンクリートＣの表面に４つの電極２を当接させつつ、コンクリートＣの表面に沿ってプローブヘッド８を移動させる移動手段９が備えられている。

これにより、４つの電極２を移動させつつ連続して比抵抗を測定することが可能となり、コンクリートＣにおける比抵抗の分布を連続的に評価することが可能になる。

コンクリートＣに塩化物イオンや水分が多く含まれているほど、コンクリートＣの比抵抗は小さくなるため、測定したコンクリートＣの比抵抗の分布と、任意の方法により測定したコンクリートＣの表面における塩化物イオン濃度の分布と組み合わせることで、コンクリートＣの塩害の進行度合いを３次元的に評価することが可能となり、コンクリートＣの内部の耐久性、すなわちコンクリートＣの躯体としての健全性を評価することが可能になる。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

例えば、上記実施形態では、電極２の間隔ａを固定としたが、電極２の間隔ａを可変に構成してもよい。つまり、４つの電極２は、４つの電極２の間隔ａを任意に変更可能にプローブヘッド８に搭載されていてもよい。これにより、測定対象のコンクリートＣのかぶり等に応じて、比抵抗に寄与する深さ（コンクリートＣの表面からの深さ）を任意に変更することが可能となり、汎用性を高めることが可能になる。

また、上記実施形態では、作業者が手でプローブヘッド８を移動させていたが、これに限らず、プローブヘッド８を自動走行可能に構成してもかまわない。

さらに、上記実施形態では、移動手段９として車輪９ａを用いる場合を説明したが、例えば、ロボットアームの先端部にプローブヘッド８を取り付けて、ロボットアームによりプローブヘッド８を移動させるように構成してもよい。この場合、ロボットアームの制御装置が移動距離検出手段１１を兼ねることになるため、エンコーダ１１ａは省略可能である。

１ コンクリート比抵抗測定装置
２ 電極
３ 比抵抗検出手段
８ プローブヘッド
９ 移動手段

Claims (7)

1. 測定対象となるコンクリートの表面に当接するように配置され、一直線上に等間隔に配置される４つの電極と、
   該４つの電極を用いて、等間隔四極法により、前記コンクリートの比抵抗を検出する比抵抗検出手段と、
   を備えたコンクリート比抵抗測定装置において、
   前記４つの電極を搭載したプローブヘッドを備え、
   前記プローブヘッドには、前記コンクリートの表面に前記４つの電極を当接させつつ、前記コンクリートの表面に沿って前記プローブヘッドを移動させる移動手段が備えられている
   ことを特徴とするコンクリート比抵抗測定装置。
2. 前記プローブヘッドには、前記プローブヘッドの移動距離を検出する移動距離検出手段が備えられている
   請求項１記載のコンクリート比抵抗測定装置。
3. 前記比抵抗検出手段は、前記プローブヘッドを移動させつつ比抵抗の検出を繰り返して、比抵抗の分布を検出するように構成され、
   前記比抵抗検出手段は、比抵抗の分布を、コンター図により表示する表示部を備える
   請求項２記載のコンクリート比抵抗測定装置。
4. 前記プローブヘッドには、前記プローブヘッドの走行方向をガイドすべく、前記プローブヘッドの前方にガイド用のレーザ光を出射するラインレーザが備えられている
   請求項１〜３いずれかに記載のコンクリート比抵抗測定装置。
5. 前記４つの電極は、前記コンクリートの表面に弾性的に接触するように構成されている 請求項１〜４いずれかに記載のコンクリート比抵抗測定装置。
6. 前記４つの電極が前記コンクリートの表面に当接したことを検出する電極当接検出手段と、
   前記電極当接検出手段が前記４つの電極の前記コンクリートの表面への当接を検出したとき、前記比抵抗検出手段による比抵抗の測定を自動で開始させる自動測定開始手段と、をさらに備えた
   請求項１〜５いずれかに記載のコンクリート比抵抗測定装置。
7. 前記４つの電極は、当該４つの電極の間隔を任意に変更可能に前記プローブヘッドに搭載されている
   請求項１〜６いずれかに記載のコンクリート比抵抗測定装置。