JP2019158834A - Optical fiber sensor installation method detecting concrete deterioration due to frost damage and method for detecting concrete structure deterioration - Google Patents

Optical fiber sensor installation method detecting concrete deterioration due to frost damage and method for detecting concrete structure deterioration Download PDF

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Abstract

To provide an optical fiber sensor installation method for correctly detecting a deteriorated condition of a concrete structure at an early stage.SOLUTION: The optical fiber sensor installation method for detecting concrete deterioration due to the frost damage is provided that includes at least the steps of: installing a first optical fiber sensor 101 which detects strain on the basis of characteristics of change in a propagating light wave into the inside of a concrete structure before or during placement of concrete; installing a temperature sensor in the vicinity of an FBG part 105 of the first optical sensor; and burying the first optical fiber sensor and the temperature sensor installed inside the concrete structure into concrete.SELECTED DRAWING: Figure 6A

Description

本発明は、凍害によるコンクリートの劣化を検知する光ファイバセンサの設置方法およびコンクリート構造物の劣化検知方法に関する。   The present invention relates to a method for installing an optical fiber sensor for detecting deterioration of concrete due to frost damage and a method for detecting deterioration of a concrete structure.

寒冷地においてコンクリート構造物が受ける代表的な劣化は、凍害である。凍害とは、コンクリート中の水分が外気温度や日射の影響を受けることで凍結と融解を繰り返す凍結融解作用によって、コンクリート表面からひび割れやスケーリングなどを起こし、コンクリートを劣化させる現象であり、美観性または耐久性に支障をきたすことが多く、コンクリート構造物の維持管理において、重要な問題のひとつとされている。   A typical deterioration of concrete structures in cold regions is frost damage. Freezing damage is a phenomenon in which concrete is deteriorated by cracking, scaling, etc. from the concrete surface due to freezing and thawing action that repeats freezing and thawing due to the influence of ambient temperature and solar radiation on moisture in the concrete. It often impairs durability, and is one of the important issues in the maintenance of concrete structures.

コンクリートの代表的な劣化である中性化や塩害、アルカリ骨材反応は、劣化によって化学的な変化を伴うため、劣化原因と進行程度を定量的に把握することが可能である。一方で、凍害による劣化は、コンクリート中の水分が凍結する際に体積膨張を起こし、その際に、コンクリートの内部に体積膨張を吸収するだけの隙間がない場合、膨張圧により、コンクリートにひび割れやスケーリングなどを起こす。つまり、凍害による劣化は、コンクリート中の水分の膨張による物理的劣化であるため、表面のひび割れやスケーリングなどの状況証拠的に劣化を判断することが多い。   Since neutralization, salt damage, and alkali-aggregate reaction, which are typical deterioration of concrete, are accompanied by chemical changes due to deterioration, it is possible to quantitatively grasp the cause and degree of progress of deterioration. On the other hand, deterioration due to frost damage causes volume expansion when water in the concrete freezes, and if there is no gap in the concrete to absorb volume expansion, the expansion pressure will cause cracks in the concrete. Causes scaling. In other words, the deterioration due to frost damage is a physical deterioration due to the expansion of moisture in the concrete, and therefore the deterioration is often judged based on situational evidence such as surface cracks and scaling.

従来から、コンクリートの耐凍害性の評価方法として、室内実験では試験体の一次共鳴振動数の変化から求めた相対動弾性係数を劣化指標として、コンクリートの凍害による劣化の程度を診断している。そして、一般にコンクリート構造物に対する評価は、コンクリート構造物のコアを採取し、超音波伝播速度の分布を調べることで凍害劣化深さおよび劣化程度の評価が行なわれている。   Conventionally, as a method for evaluating the frost damage resistance of concrete, in laboratory experiments, the degree of deterioration of concrete due to frost damage is diagnosed using the relative dynamic elastic modulus obtained from the change in the primary resonance frequency of the specimen as a deterioration index. In general, evaluation of a concrete structure is performed by collecting the core of the concrete structure and examining the distribution of ultrasonic propagation velocity to evaluate the frost damage deterioration depth and the deterioration degree.

一方で、コア抜きは破壊試験であり構造物に損害を与えるため、非破壊試験で凍害劣化を評価する検討が行なわれている。超音波法によって、コンクリート表面から劣化の程度を評価する方法が報告されているが、あくまでコンクリート表面の評価であり実構造物のコンクリート内部の評価を行なう方法は確立されていない。   On the other hand, since core removal is a destructive test and damages the structure, studies are being made to evaluate frost damage degradation using a non-destructive test. Although a method for evaluating the degree of deterioration from the concrete surface by the ultrasonic method has been reported, the method for evaluating the concrete surface to the last is not established.

特許文献1および特許文献2では、自然環境下で基準地点における暴露試験に基づくコンクリートの凍害劣化曲線を基準に、コンクリート構造データに基づく特性値を反映させた予測地点での凍害劣化曲線を予測する技術が開示されている。   In Patent Document 1 and Patent Document 2, a frost damage deterioration curve at a predicted point reflecting a characteristic value based on concrete structure data is predicted based on a concrete frost damage deterioration curve based on an exposure test at a reference point in a natural environment. Technology is disclosed.

特開2005−156547号公報JP 2005-156547 A 特開2008−249733号公報JP 2008-249733 A

コンクリート構造物において、凍害による劣化は、表面から徐々に進行するものであり、劣化深さを把握することが重要である。しかしながら、コンクリートの耐凍害性の評価方法において、コンクリート構造物に対する評価を行なう場合、一般にコンクリート構造物のコアを採取し、超音波伝播速度の分布を調べることで、凍害劣化深さおよび劣化程度の評価が行なわれる。このように、室内実験と実構造物とで異なる評価方法を用いているため、室内実験と実構造物を対比させて評価することが難しい。また、日陰と日向では、コンクリート構造物内で凍結融解が起こる頻度が異なるため、コンクリートの劣化程度も異なる。このような場合、コンクリート構造物の複数箇所の劣化深さ、劣化程度を把握することが好ましいが、コンクリート構造物の複数箇所でコア抜きを行なうことは困難である。   In concrete structures, deterioration due to frost damage progresses gradually from the surface, and it is important to know the depth of deterioration. However, in the evaluation method for concrete frost resistance, when evaluating a concrete structure, generally the core of the concrete structure is collected and the distribution of ultrasonic wave propagation speed is investigated, so that Evaluation is performed. Thus, since different evaluation methods are used for the indoor experiment and the actual structure, it is difficult to compare the indoor experiment with the actual structure. Moreover, since the frequency of freezing and thawing in the concrete structure differs between the shade and the sun, the degree of deterioration of the concrete also differs. In such a case, it is preferable to grasp the deterioration depth and degree of deterioration at a plurality of locations in the concrete structure, but it is difficult to perform core removal at the plurality of locations in the concrete structure.

また、特許文献1および特許文献2では、暴露試験に基づくコンクリートの凍害劣化曲線を基準に、コンクリート構造データに基づく特性値を反映させた予測地点での凍害劣化曲線を予測する技術であって、コンクリート構造物自体の劣化の状況を示していない。   Patent Document 1 and Patent Document 2 are technologies for predicting a frost damage deterioration curve at a predicted point reflecting a characteristic value based on concrete structure data based on a frost damage deterioration curve of concrete based on an exposure test, It does not show the deterioration of the concrete structure itself.

また、光ファイバセンサを用いて、ひずみを検知する手法は提案されているが、コンクリート構造物に光ファイバセンサを埋設して、凍害によるコンクリート構造物の劣化状況を精度高く、かつ効率良く検知できるような、光ファイバセンサの設置方法およびコンクリート構造物の劣化検知方法については、確立されていない。   In addition, although a method for detecting strain using an optical fiber sensor has been proposed, an optical fiber sensor can be embedded in a concrete structure to accurately and efficiently detect the deterioration of the concrete structure due to frost damage. Such an optical fiber sensor installation method and a concrete structure deterioration detection method have not been established.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、コンクリート構造物内の劣化状況を早期かつ正確に検知する光ファイバセンサの設置方法およびコンクリート構造物の劣化検知方法を提供することを目的とする。   This invention is made in view of such a situation, and provides the installation method of the optical fiber sensor which detects the deterioration condition in a concrete structure early and correctly, and the deterioration detection method of a concrete structure. Objective.

(1)上記目的を達成するために、本発明は、以下のような手段を講じた。すなわち、本発明の設置方法は、凍害によるコンクリートの劣化を検知する光ファイバセンサの設置方法であって、コンクリートを打設する前またはコンクリートを打設する最中に、伝搬する光波の変化の特性に基づいてひずみを検出する第1の光ファイバセンサをコンクリート構造物の内部に設置する工程と、前記第1の光ファイバセンサのひずみ検知部の近傍に、温度センサを設置する工程と、前記コンクリート構造物内に設置された第1の光ファイバセンサおよび温度センサをコンクリートで埋設する工程と、少なくとも含むことを特徴とする。   (1) In order to achieve the above object, the present invention takes the following measures. That is, the installation method of the present invention is an installation method of an optical fiber sensor that detects deterioration of concrete due to frost damage, and is a characteristic of changes in propagating light waves before or during the placement of concrete. A step of installing a first optical fiber sensor for detecting strain on the basis of a concrete structure, a step of installing a temperature sensor in the vicinity of a strain detecting portion of the first optical fiber sensor, and the concrete It includes at least a step of embedding the first optical fiber sensor and the temperature sensor installed in the structure with concrete.

このように、コンクリートを打設する前またはコンクリートを打設する最中に、伝搬する光波の変化の特性に基づいてひずみを検出する第1の光ファイバセンサをコンクリート構造物の内部に設置し、第1の光ファイバセンサのひずみ検知部の近傍に、温度センサを設置し、コンクリート構造物内に設置された第1の光ファイバセンサおよび温度センサをコンクリートで埋設するので、光ファイバセンサによって測定されたひずみから、凍害による構造物内の劣化状況を検知し、補修が必要である範囲を正確に把握することができる。また、ひずみ検知部の近傍に温度センサを設置するため、温度変化によるひずみを考慮したコンクリートのひずみを算出することができる。また、コンクリートの温度履歴が明らかになるので、詳細な分析を行なわずに容易に凍害による劣化が生じたものと判断ができる。   In this way, before placing concrete or during placing concrete, the first optical fiber sensor that detects strain based on the characteristics of changes in the propagating light wave is installed inside the concrete structure, A temperature sensor is installed in the vicinity of the strain detection section of the first optical fiber sensor, and the first optical fiber sensor and the temperature sensor installed in the concrete structure are embedded with concrete. From this strain, it is possible to detect the deterioration status in the structure due to frost damage and accurately grasp the range that needs repair. Moreover, since the temperature sensor is installed in the vicinity of the strain detection unit, the strain of the concrete can be calculated in consideration of the strain due to the temperature change. In addition, since the temperature history of the concrete becomes clear, it can be easily judged that the deterioration due to frost damage has occurred without performing detailed analysis.

(2)また、本発明の設置方法において、前記第1の光ファイバセンサは、前記コンクリート構造物の表面に対し平行に埋設されると共に、前記温度センサは、前記第1の光ファイバセンサのひずみ検知部と実質的に同一の深さに埋設されることを特徴とする。   (2) In the installation method of the present invention, the first optical fiber sensor is embedded in parallel to the surface of the concrete structure, and the temperature sensor is a strain of the first optical fiber sensor. It is embedded at substantially the same depth as the detector.

このように、第1の光ファイバセンサは、コンクリート構造物の表面に対し平行に埋設されると共に、温度センサは、第1の光ファイバセンサのひずみ検知部と実質的に同一の深さに埋設されるので、温度変化によるひずみの変化を考慮しながら、構造物を広範囲にわたり、ひずみをモニタリングすることができる。その結果、同一の構造物において劣化状況が異なる場所があっても、劣化箇所と劣化状況を特定し、補修が必要である範囲を正確に把握することができる。   As described above, the first optical fiber sensor is embedded in parallel to the surface of the concrete structure, and the temperature sensor is embedded at substantially the same depth as the strain detection portion of the first optical fiber sensor. Therefore, the strain can be monitored over a wide range of the structure while considering the change in strain due to the temperature change. As a result, even if there is a place where the deterioration state is different in the same structure, the deterioration portion and the deterioration state can be identified and the range where repair is necessary can be accurately grasped.

(3)また、本発明の設置方法において、前記第1の光ファイバセンサは、前記コンクリート構造物の表面に対し垂直に埋設されると共に、前記温度センサは、前記第1の光ファイバセンサのひずみ検知部と実質的に同一の深さに埋設されることを特徴とする。   (3) In the installation method of the present invention, the first optical fiber sensor is embedded perpendicularly to the surface of the concrete structure, and the temperature sensor is a strain of the first optical fiber sensor. It is embedded at substantially the same depth as the detector.

このように、第1の光ファイバセンサは、コンクリート構造物の表面に対し垂直に埋設されると共に、温度センサは、第1の光ファイバセンサのひずみ検知部と実質的に同一の深さに埋設されるので、温度変化によるひずみの変化を考慮しながら、コンクリート構造物の劣化深さを把握し、補修が必要である範囲を正確に把握することができる。   As described above, the first optical fiber sensor is embedded perpendicularly to the surface of the concrete structure, and the temperature sensor is embedded at substantially the same depth as the strain detection portion of the first optical fiber sensor. Therefore, it is possible to grasp the deterioration depth of the concrete structure while taking into account the strain change due to the temperature change, and to accurately grasp the range where the repair is necessary.

(4)また、本発明の設置方法において、前記第1の光ファイバセンサは、前記コンクリート構造物の表面から深さ方向へ傾斜して埋設されると共に、前記温度センサは、前記第1の光ファイバセンサのひずみ検知部と実質的に同一の深さに埋設されることを特徴とする。   (4) In the installation method of the present invention, the first optical fiber sensor is embedded in a depth direction from the surface of the concrete structure, and the temperature sensor includes the first light. The strain sensor is buried at substantially the same depth as the strain detection part of the fiber sensor.

このように、第1の光ファイバセンサは、コンクリート構造物の表面から深さ方向へ傾斜して埋設されると共に、温度センサは、第1の光ファイバセンサのひずみ検知部と実質的に同一の深さに埋設されるので、コンクリートとの付着を確保しつつ、ひずみ検知部の埋設深さの間隔を短くすることができ、より精度高くコンクリート構造物内をモニタリングすることができる。   As described above, the first optical fiber sensor is embedded in the depth direction from the surface of the concrete structure, and the temperature sensor is substantially the same as the strain detection unit of the first optical fiber sensor. Since it is buried in the depth, the interval between the buried depths of the strain detectors can be shortened while ensuring adhesion with the concrete, and the inside of the concrete structure can be monitored with higher accuracy.

(5)また、本発明の設置方法において、前記第1の光ファイバセンサは、前記コンクリート構造物の表面から深さ方向へ螺旋状に埋設されると共に、前記温度センサは、前記第1の光ファイバセンサのひずみ検知部と実質的に同一の深さに埋設されることを特徴とする。   (5) In the installation method of the present invention, the first optical fiber sensor is spirally embedded in the depth direction from the surface of the concrete structure, and the temperature sensor includes the first light. The strain sensor is buried at substantially the same depth as the strain detection part of the fiber sensor.

このように、第1の光ファイバセンサは、コンクリート構造物の表面から深さ方向へ螺旋状に埋設されると共に、温度センサは、第1の光ファイバセンサのひずみ検知部と実質的に同一の深さに埋設されるので、コンクリートとの付着を確保しつつ、ひずみ検知部の埋設深さの間隔を短くすることができ、より精度高くコンクリート構造物内をモニタリングすることができる。   As described above, the first optical fiber sensor is spirally embedded in the depth direction from the surface of the concrete structure, and the temperature sensor is substantially the same as the strain detection unit of the first optical fiber sensor. Since it is buried in the depth, the interval between the buried depths of the strain detectors can be shortened while ensuring adhesion with the concrete, and the inside of the concrete structure can be monitored with higher accuracy.

(6)また、本発明の設置方法において、前記温度センサは、伝搬する光波の変化の特性に基づいて、温度を検出する第2の光ファイバセンサと、前記第2の光ファイバセンサの外周を被覆する被覆部と、から構成され、1つ以上の前記温度センサが、前記コンクリート構造物のコンクリート内部で前記第1の光ファイバセンサに沿うように埋設されることを特徴とする。   (6) In the installation method of the present invention, the temperature sensor includes a second optical fiber sensor that detects a temperature based on a characteristic of a change of a propagating light wave, and an outer periphery of the second optical fiber sensor. And one or more of the temperature sensors are embedded in the concrete of the concrete structure so as to be along the first optical fiber sensor.

このように、温度センサは、伝搬する光波の変化の特性に基づいて、温度を検出する第2の光ファイバセンサと、第2の光ファイバセンサの外周を被覆する被覆部と、から構成され、1つ以上の温度センサが、測定対象の構造物のコンクリート内部で第1の光ファイバセンサに沿うように埋設されるので、測定対象のコンクリート構造物において、測定時の温度に対するひずみを、予め把握する必要がなく、より正確な温度変化によるひずみをリアルタイムで測定することができる。その結果、より正確な残存ひずみを算出することを可能とし、劣化状況を把握することができる。   As described above, the temperature sensor includes the second optical fiber sensor that detects the temperature based on the characteristics of the change of the propagating light wave, and the covering that covers the outer periphery of the second optical fiber sensor. Since one or more temperature sensors are embedded along the first optical fiber sensor inside the concrete of the structure to be measured, in the concrete structure to be measured, the strain with respect to the temperature at the time of measurement is grasped in advance. Therefore, more accurate strain due to temperature change can be measured in real time. As a result, it is possible to calculate a more accurate residual strain and to grasp the deterioration state.

(7)また、本発明の劣化検知方法は、凍害によるコンクリートの劣化を検知する劣化検知方法であって、コンクリートを打設する前またはコンクリートを打設する最中に、第1の光ファイバセンサをコンクリート構造物に設置する工程と、前記第1の光ファイバセンサのひずみ検知部の近傍に、温度センサを設置する工程と、前記コンクリート構造物内に設置された第1の光ファイバセンサおよび温度センサをコンクリートで埋設する工程と、前記第1の光ファイバセンサ内を伝搬する光波の特性変化に基づいて、前記コンクリートのひずみを測定する工程と、前記測定したひずみの経時的変化の特性を検出する工程と、を少なくとも含み、前記検出したひずみの経時的変化の特性に基づいて、凍害によるコンクリートの劣化を検知することを特徴とする劣化検知方法。   (7) Further, the deterioration detection method of the present invention is a deterioration detection method for detecting deterioration of concrete due to frost damage, and the first optical fiber sensor before or during placing concrete. In the concrete structure, in the vicinity of the strain detector of the first optical fiber sensor, in the vicinity of the strain sensor, the first optical fiber sensor and the temperature installed in the concrete structure. A step of embedding the sensor with concrete, a step of measuring strain of the concrete based on a change in characteristics of light waves propagating in the first optical fiber sensor, and detecting characteristics of the measured strain over time And detecting deterioration of the concrete due to frost damage based on the characteristics of the detected strain over time. Deterioration detection method according to claim.

このように、コンクリートを打設する前またはコンクリートを打設する最中に、伝搬する光波の変化の特性に基づいてひずみを検出する第1の光ファイバセンサをコンクリート構造物の内部に設置し、第1の光ファイバセンサのひずみ検知部の近傍に、温度センサを設置し、コンクリート構造物内に設置された第1の光ファイバセンサおよび温度センサをコンクリートで埋設し、第1の光ファイバセンサ内を伝搬する光波の特性変化に基づいて、コンクリートのひずみを測定し、測定したひずみの経時的変化の特性を検出し、検出したひずみの経時的変化の特性に基づいて、凍害によるコンクリートの劣化を検知するので、実構造物に対しても、光ファイバセンサを埋設し、ひずみを測定することが可能となる。その結果、今まで行なわれていたような、超音波伝播速度の分布を調べるために、コンクリート構造物のコアを採取する必要がなくなる。また、相対動弾性係数の測定は、実構造物に対して適用できないが、本発明に係る劣化検知方法においては、光ファイバセンサをコンクリートに埋設することにより、簡易に、かつ常時測定することができ、コンクリート内の劣化の状況を早期かつ正確に検知することができる。また、コンクリートの温度履歴が明らかになるので、詳細な分析を行なわずに容易に凍害による劣化が生じたものと判断ができる。   In this way, before placing concrete or during placing concrete, the first optical fiber sensor that detects strain based on the characteristics of changes in the propagating light wave is installed inside the concrete structure, A temperature sensor is installed in the vicinity of the strain detection portion of the first optical fiber sensor, the first optical fiber sensor and the temperature sensor installed in the concrete structure are embedded in concrete, and the first optical fiber sensor Measure the strain of concrete based on the characteristic change of the light wave propagating through the wall, detect the characteristic of the time-dependent change of the measured strain, and reduce the concrete deterioration due to frost damage based on the characteristic of the time-dependent change of the detected strain. Since it detects, it becomes possible to embed an optical fiber sensor in the actual structure and measure the strain. As a result, it is no longer necessary to collect a core of a concrete structure in order to investigate the distribution of ultrasonic propagation velocity as has been done so far. In addition, the measurement of the relative dynamic elastic modulus cannot be applied to an actual structure. However, in the deterioration detection method according to the present invention, it is possible to measure easily and constantly by embedding an optical fiber sensor in concrete. It is possible to detect the deterioration state in the concrete early and accurately. In addition, since the temperature history of the concrete becomes clear, it can be easily judged that the deterioration due to frost damage has occurred without performing detailed analysis.

(8)また、本発明の劣化検知方法は、前記検出したコンクリートのひずみから、前記温度センサを用いて測定した温度変化によるひずみを除去する工程と、をさらに含むことを特徴とする。   (8) Moreover, the deterioration detection method of this invention is further characterized by including the process of removing the distortion by the temperature change measured using the said temperature sensor from the detected distortion of the concrete.

このように、検出したコンクリートのひずみから、温度センサを用いて測定した温度変化によるひずみを除去するので、特定の温度におけるひずみを予め測定しておく必要がなくなり、汎用性が高くなる。   Thus, since the distortion by the temperature change measured using the temperature sensor is removed from the detected distortion of the concrete, it is not necessary to measure the distortion at a specific temperature in advance, and versatility is enhanced.

本発明によれば、凍害によるコンクリート構造物の劣化状況を精度高く、かつ効率良く検知することが可能となる。これにより、コンクリート構造物の劣化箇所および劣化状況を把握し、補修が必要である範囲を正確に特定することができる。   According to the present invention, it is possible to detect a deterioration state of a concrete structure due to frost damage with high accuracy and efficiency. Thereby, the deterioration location and deterioration condition of a concrete structure are grasped, and the range which needs repair can be specified correctly.

凍害によるコンクリートの劣化により光ファイバセンサがひずみを検知するかを検証するために用いた試験体を示す図である。It is a figure which shows the test body used in order to verify whether an optical fiber sensor detects distortion by deterioration of concrete by frost damage. 各サイクルにおける光ファイバセンサのひずみ測定結果、および各サイクルにおける相対動弾性係数の値を示す図である。It is a figure which shows the distortion | strain measurement result of the optical fiber sensor in each cycle, and the value of the relative dynamic elastic modulus in each cycle. 検証例2における光ファイバセンサおよび相対動弾性係数の測定結果を示す図(劣化状態)である。It is a figure (deterioration state) which shows the measurement result of the optical fiber sensor in a verification example 2, and a relative dynamic elastic modulus. 検証例2における質量変化率を示す図(劣化状態)である。It is a figure (deterioration state) which shows the mass change rate in the verification example 2. FIG. 検証例2における光ファイバセンサおよび相対動弾性係数の測定結果を示す図(健全状態)である。It is a figure (sound state) which shows the measurement result of the optical fiber sensor in relative example 2, and a relative dynamic elastic modulus. 実施例1における光ファイバセンサの設置例の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the example of installation of the optical fiber sensor in Example 1. FIG. 実施例1における光ファイバセンサの設置例の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the example of installation of the optical fiber sensor in Example 1. FIG. 実施例1における光ファイバセンサの設置例の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the example of installation of the optical fiber sensor in Example 1. FIG. 実施例2における光ファイバセンサの設置例の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the example of installation of the optical fiber sensor in Example 2. FIG. 実施例2における光ファイバセンサの設置例の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the example of installation of the optical fiber sensor in Example 2. FIG. 実施例3における光ファイバセンサの設置例の概略を示す図である。6 is a diagram illustrating an outline of an installation example of an optical fiber sensor in Embodiment 3. FIG. 実施例3における光ファイバセンサの設置例の概略を示す図である。6 is a diagram illustrating an outline of an installation example of an optical fiber sensor in Embodiment 3. FIG. 実施例4における光ファイバセンサの設置例の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the example of installation of the optical fiber sensor in Example 4. FIG.

本発明者らは、寒冷地においてコンクリート構造物が受ける凍害による劣化は、コンクリートの表面のひび割れやスケーリングなど状況証拠的に劣化で判断している状況に着目し、コンクリート構造物に光ファイバセンサを埋設して凍害によるコンクリート構造物の劣化状況を精度高くかつ効率良く検知する光ファイバセンサの設置方法を見出し、本発明をするに至った。以下、本発明の実施形態について説明する。   The inventors focused on the situation where deterioration due to frost damage to a concrete structure in a cold region is judged based on the situation evidence deterioration such as cracking and scaling of the concrete surface, and an optical fiber sensor is attached to the concrete structure. The present inventors have found an installation method of an optical fiber sensor that embeds and detects a deterioration state of a concrete structure caused by frost damage with high accuracy and efficiency, and has led to the present invention. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.

まず、凍害のメカニズムにおいて説明する。凍害とは、コンクリート中の水分が凍結するときの膨張によって発生する劣化現象である。水は、凍結するときに9%の体積膨張を生じる。また、コンクリートは、一般的に温度変化に応じて収縮または膨張する。通常の温度範囲であれば、線膨張係数は、10×10−6/℃程度である。温度降下が起きると、コンクリート内の水分が凍結し、膨張圧が生じる。コンクリート中の水分が凍結と融解を繰り返し、凍結時に水の膨張圧によって膨張したコンクリートが融解時に収縮せず、残存ひずみとして残る。この残存ひずみによって、コンクリート表面からひび割れやスケーリングなどを起こし、コンクリートを劣化させる。 First, the mechanism of frost damage will be explained. Freezing damage is a deterioration phenomenon caused by expansion when moisture in concrete freezes. Water causes a 9% volume expansion when frozen. Concrete generally shrinks or expands in response to temperature changes. In the normal temperature range, the linear expansion coefficient is about 10 × 10 −6 / ° C. When a temperature drop occurs, the moisture in the concrete freezes and an expansion pressure is generated. The water in the concrete repeatedly freezes and thaws, and the concrete expanded by the expansion pressure of water at the time of freezing does not shrink at the time of melting and remains as a residual strain. This residual strain causes cracks, scaling, etc. from the concrete surface and degrades the concrete.

本実施形態に係る劣化検知方法は、コンクリート構造物に光ファイバセンサを埋設することにより、凍害によって生じた残存ひずみを算出し、凍害による劣化を検知する。残存ひずみは、コンクリート内で融解作用を受けた時に光ファイバセンサのひずみとしてあらわれる。この光ファイバセンサのひずみには、温度影響により生じるひずみも含まれるため、光ファイバセンサのひずみから、温度影響により生じたひずみを除去したひずみが、融解時の残存ひずみとなる。   In the deterioration detection method according to the present embodiment, an optical fiber sensor is embedded in a concrete structure, thereby calculating a residual strain caused by frost damage and detecting deterioration due to frost damage. Residual strain appears as strain in the optical fiber sensor when subjected to melting in the concrete. Since the strain of the optical fiber sensor includes strain caused by the temperature effect, the strain obtained by removing the strain caused by the temperature effect from the strain of the optical fiber sensor becomes the residual strain at the time of melting.

このように、融解期間の光ファイバセンサのひずみを測定することにより、凍害によるコンクリートの劣化の程度を判断することができる。また、光ファイバセンサは、1本の細いケーブルに複数のセンサを設置することができるため、コンクリート構造物で使用する場合、極めて細い1本の光ファイバセンサで、複数の部位の測定を行なうことができる。また、光ファイバセンサを深さ方向に埋設することによって、コンクリート構造物の劣化深さをモニタリングすることができる。光ファイバセンサであれば、コンクリート構造物において、コア抜きや超音波法の作業を行なうことが困難な場所であっても、光ファイバセンサに接続したケーブルを、測定が可能である場所まで伸ばすことで、容易に測定を行なうことができる。   Thus, by measuring the strain of the optical fiber sensor during the melting period, the degree of deterioration of the concrete due to frost damage can be determined. In addition, since a plurality of sensors can be installed on one thin cable, an optical fiber sensor can measure a plurality of parts with one extremely thin optical fiber sensor when used in a concrete structure. Can do. Moreover, the deterioration depth of a concrete structure can be monitored by embedding an optical fiber sensor in the depth direction. If it is an optical fiber sensor, the cable connected to the optical fiber sensor should be extended to a place where measurement is possible even in places where it is difficult to perform core removal or ultrasonic work in concrete structures. Thus, measurement can be easily performed.

また、凍害の評価方法として、光ファイバセンサをコンクリート構造物に埋設する場合は、埋設する光ファイバセンサは、1本(1つのセンサ部(以下、FGB部またはひずみ検知部ともいう))でも、複数本でも良い。また、FBG部は、1本の光ファイバセンサに1つであっても良いし、複数備えていても良い。表面から劣化が徐々に進行する実構造物においては表層部からなるべく深さ方向に短い間隔で光ファイバセンサを設置することで、劣化状況をより詳細に把握することができる。コンクリートの端部や表面部から1〜4cmの深さ、またはコンクリートの中間の深さなどにも光ファイバセンサを埋設すると、コンクリートの劣化状況をより詳細に把握することができる。   In addition, as an evaluation method of frost damage, when an optical fiber sensor is embedded in a concrete structure, the embedded optical fiber sensor is one (one sensor unit (hereinafter also referred to as FGB unit or strain detection unit)), Multiple books are acceptable. Further, one FBG section may be provided for one optical fiber sensor, or a plurality of FBG sections may be provided. In an actual structure in which deterioration gradually proceeds from the surface, the deterioration state can be grasped in more detail by installing optical fiber sensors at as short intervals as possible in the depth direction from the surface layer portion. If the optical fiber sensor is embedded at a depth of 1 to 4 cm from the end or surface of the concrete, or at an intermediate depth of the concrete, the deterioration state of the concrete can be grasped in more detail.

[検知方法]
コンクリートにFBG部を備える光ファイバセンサを埋設し、光ファイバ計測器と接続する。光ファイバセンサは、温度変化によりひずみを生じる。温度計は、熱電対を用いても良いし、コンクリート内部の温度を測定できれば、熱電対に限らない。温度変化による影響(ひずみ)を除いた光ファイバセンサのひずみにおいて、コンクリートが融解作用を受けた時のひずみの値を測定する。特定の温度において測定されたひずみを用いる場合は、その温度において光ファイバセンサが受けるひずみは一定であるため、温度変化によるひずみを補正する必要はない。
[Detection method]
An optical fiber sensor having an FBG portion is embedded in concrete and connected to an optical fiber measuring instrument. The optical fiber sensor is distorted by a temperature change. The thermometer may use a thermocouple, and is not limited to a thermocouple as long as the temperature inside the concrete can be measured. In the strain of the optical fiber sensor excluding the influence (strain) due to temperature change, the strain value when the concrete is melted is measured. When the strain measured at a specific temperature is used, the strain that the optical fiber sensor receives at that temperature is constant, so that it is not necessary to correct the strain due to the temperature change.

[検証例1]
図1は、凍害によるコンクリートの劣化により光ファイバセンサがひずみを検知するかを検証するために用いた試験体を示す図である。検証例1で使用する材料は、表1に示す通りである。また、検証例1で使用する材料の配合は、表2に示す通りである。表1に示す材料を、表2に示す配合で練混ぜたコンクリート17を2つの鋼製型枠15に流し入れ、一方には、光ファイバセンサ11を、他方には温度計21を鋼製型枠15の中心に垂らした状態で埋設する。光ファイバセンサ11埋設後に、コンクリート17と光ファイバセンサ11のFBG部13が一体となって収縮または膨張するようにする必要があるため、光ファイバセンサ11を埋設する際には、コンクリート17が光ファイバセンサ11のFBG部13に付着するように埋設する。また、光ファイバセンサ11は、緊張をかけた状態(張力を発生させた状態)でコンクリート17に埋設しても良い。また、検証例1では、光ファイバセンサとして、FBGセンサを用いるが、これに限らない。
[Verification Example 1]
FIG. 1 is a view showing a test body used for verifying whether an optical fiber sensor detects strain due to deterioration of concrete due to frost damage. The materials used in Verification Example 1 are as shown in Table 1. In addition, the composition of the materials used in Verification Example 1 is as shown in Table 2. Concrete 17 prepared by mixing the materials shown in Table 1 with the composition shown in Table 2 is poured into two steel molds 15, one with an optical fiber sensor 11 and the other with a thermometer 21. Embed in the state of hanging in the center of 15. After embedding the optical fiber sensor 11, the concrete 17 and the FBG portion 13 of the optical fiber sensor 11 need to be integrally shrunk or expanded. Therefore, when the optical fiber sensor 11 is embedded, the concrete 17 It is embedded so as to adhere to the FBG portion 13 of the fiber sensor 11. Further, the optical fiber sensor 11 may be embedded in the concrete 17 in a tensioned state (a state where tension is generated). In Verification Example 1, an FBG sensor is used as the optical fiber sensor, but the present invention is not limited to this.

Figure 2019158834
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図1に示すように、鋼製型枠15にFBG部13が試験体(円柱状)の中心に位置するように予め光ファイバセンサ11を設置し、コンクリートを流し込み成型する。また、熱電対などの温度計21を埋設した試験体も同様に生成し、コンクリート17内の温度を測定する。光ファイバセンサ11のFBG部13および温度計21を測定部23は、上下方向のかぶりが100mmである。   As shown in FIG. 1, the optical fiber sensor 11 is previously installed in the steel mold 15 so that the FBG portion 13 is positioned at the center of the test body (columnar shape), and concrete is poured and molded. Moreover, the test body which embedded thermometers 21, such as a thermocouple, is produced | generated similarly, and the temperature in the concrete 17 is measured. The measurement unit 23 of the FBG unit 13 and the thermometer 21 of the optical fiber sensor 11 has a vertical fog of 100 mm.

その後、水中養生を28日行ない、恒温恒湿槽にて凍結融解試験を行なった。凍結融解の条件は、1サイクル(11時間)として、コンクリートの中心温度(環境温度)を5℃→−20℃→5℃に変化させた。   Thereafter, water curing was performed for 28 days, and a freeze-thaw test was performed in a constant temperature and humidity chamber. The freezing and thawing conditions were one cycle (11 hours), and the concrete center temperature (environmental temperature) was changed from 5 ° C. to −20 ° C. to 5 ° C.

図2は、各サイクルにおける光ファイバセンサのひずみ測定結果、および各サイクルにおける相対動弾性係数の値を示す図である。図2に示す光ファイバセンサのひずみは、環境温度の変化によって生じたひずみを差し引いた値であり、環境温度の変化による影響を除去した融解時の最大値を示す。光ファイバセンサのひずみは、サイクルが進むことで増加している。   FIG. 2 is a diagram showing the strain measurement result of the optical fiber sensor in each cycle and the value of the relative dynamic elastic modulus in each cycle. The strain of the optical fiber sensor shown in FIG. 2 is a value obtained by subtracting the strain caused by the change in the environmental temperature, and indicates the maximum value at the time of melting after removing the influence due to the change in the environmental temperature. The strain of the optical fiber sensor increases as the cycle progresses.

これは、コンクリートが凍結融解によって劣化した残存ひずみを示している。図2に示す相対動弾性係数の値と比較すると、38サイクル付近でどちらも大きく値が変化していることからも、光ファイバセンサによってコンクリートの残存ひずみを測定し、凍害による劣化の判断が可能である。また、JIS A 1148で耐凍害性が有効であると示される相対動弾性係数の80%を下回る範囲でもひずみの測定が可能であることも確認できた。   This indicates a residual strain in which the concrete has deteriorated due to freezing and thawing. Compared with the value of the relative kinematic elastic modulus shown in Fig. 2, both values change greatly in the vicinity of 38 cycles. Therefore, the residual strain of concrete can be measured with an optical fiber sensor, and deterioration due to frost damage can be judged. It is. It was also confirmed that strain could be measured even in a range below 80% of the relative kinematic modulus indicated by JIS A 1148 that frost damage resistance is effective.

したがって、本試験体を用いれば、コンクリートの凍結融解作用に対する抵抗性を評価することができる。また、構造物にコンクリートを使用する前に、凍結融解抵抗性を評価したり、凍結融解抵抗性の高いコンクリートを開発、または選定することが可能となる。本発明において、凍結融解抵抗性とは、耐凍害性ともいい、セメント組成物の内部に存在する水分が凍結及び融解を繰り返すことにより、組成物が劣化し崩壊をも招く現象(凍害)に対する抵抗性、耐性をいう。   Therefore, if this test body is used, the resistance with respect to the freeze-thaw action of concrete can be evaluated. Moreover, before using concrete for a structure, it becomes possible to evaluate freeze-thaw resistance and to develop or select concrete having high freeze-thaw resistance. In the present invention, freeze-thaw resistance is also referred to as resistance to frost damage, and the resistance to a phenomenon (frost damage) that causes deterioration and collapse of the composition due to repeated freezing and thawing of water present in the cement composition. Sex and tolerance.

[検証例2]
さらに、凍結融解槽を用いて、光ファイバセンサによって測定したコンクリートの残存ひずみによる凍害による劣化の判断の有効性について、検証を行なった。検証例2では、検証例1と同様の使用材料、配合、試験体形状である試験体Aと、検証例1とは空気量のみ異なる(空気量:4.8%)試験体Bを用いた。凍結融解試験は、JIS A 1148に準拠し(1サイクル4時間)、凍結融解試験装置を用いて行なった。なお、凍結融解試験装置を用いた場合、温度計21を設置せずとも温度を知ることができる。
[Verification Example 2]
Furthermore, using a freeze / thaw tank, the effectiveness of the judgment of deterioration due to freezing damage due to residual strain of concrete measured by an optical fiber sensor was verified. In the verification example 2, the test body A having the same material, composition, and test body shape as in the verification example 1 was different from the verification example 1 only in the air amount (air amount: 4.8%). . The freeze-thaw test was performed using a freeze-thaw test apparatus in accordance with JIS A 1148 (4 hours per cycle). In addition, when a freeze / thaw test apparatus is used, the temperature can be known without installing the thermometer 21.

図3は、検証例2において、劣化が生じた試験体Aの光ファイバセンサおよび相対動弾性係数の測定結果を示す図である。図4は、検証例2において、劣化が生じた試験体Aの質量変化率を示す図である。図5は、検証例2において、劣化が生じていない健全な試験体Bの光ファイバセンサおよび相対動弾性係数の測定結果を示す図である。   FIG. 3 is a diagram illustrating measurement results of the optical fiber sensor and the relative kinematic modulus of the test specimen A in which deterioration occurred in Verification Example 2. FIG. 4 is a diagram showing the mass change rate of the test specimen A in which deterioration occurred in the verification example 2. FIG. 5 is a diagram illustrating measurement results of the optical fiber sensor and the relative dynamic elastic modulus of a healthy test body B in which no deterioration occurs in Verification Example 2.

図3に示す通り、試験体Aは、光ファイバセンサのひずみの増加に伴い、相対動弾性係数の値が増加していることから、凍結融解による残存ひずみを測定できていると考えられる。また、試験体Aの光ファイバセンサのひずみは、20サイクルあたりから増加しているのに対して、相対動弾性係数は低下していない。つまり、光ファイバセンサによって、相対動弾性係数にあらわれない程度の微細な劣化についても、検知することが可能である。   As shown in FIG. 3, the specimen A is considered to be able to measure the residual strain due to freezing and thawing because the value of the relative kinematic elastic coefficient increases as the strain of the optical fiber sensor increases. In addition, the strain of the optical fiber sensor of the specimen A has increased from around 20 cycles, whereas the relative dynamic elastic modulus has not decreased. That is, the optical fiber sensor can detect even a minute deterioration that does not appear in the relative dynamic elastic modulus.

また、図4に示す通り、試験体Aのコンクリートは質量が増加しており、吸水により湿潤膨張している。つまり、図3に示す残存ひずみには湿潤膨張によるひずみも含まれた値となる。   Moreover, as shown in FIG. 4, the concrete of the test body A has increased in mass and is wet-expanded due to water absorption. That is, the residual strain shown in FIG. 3 includes a strain due to wet expansion.

一方、図5に示す通り、凍結融解による残存ひずみが生じにくい健全な試験体Bは、相対動弾性係数が低下していないが、光ファイバによるひずみは若干増加している。図5に示すひずみは、湿潤膨張によるひずみであるので、図3に示す試験体Aのひずみの値から、図5に示す試験体Bのひずみの値を差し引くことで、コンクリートの湿潤膨張によるひずみをキャンセルすることが可能となる。その結果、試験体Aの正確な残存ひずみを算出できる。   On the other hand, as shown in FIG. 5, the healthy specimen B in which residual strain due to freezing and thawing hardly occurs does not have a decreased relative dynamic elastic modulus, but the strain due to the optical fiber slightly increases. Since the strain shown in FIG. 5 is strain due to wet expansion, the strain due to wet expansion of concrete is obtained by subtracting the strain value of test body B shown in FIG. 5 from the strain value of test body A shown in FIG. Can be canceled. As a result, the accurate residual strain of the specimen A can be calculated.

コンクリートの湿潤膨張を測定するための劣化が生じていない健全な試験体Bは、試験対象とする試験体Aよりも空気量を0.5〜4%を増加させることにより作製できる。空気量の増加量が、0.5%未満であると、劣化が生じていない健全な試験体Bを、試験対象とする試験体Aより劣化を遅らせることができなかったり、凍害による凍結融解による残存ひずみを含んでしまう場合がある。また、空気量の増加量が4%を超えると、湿潤膨張の傾向が試験体Aと乖離してしまう場合がある。その他、測定対象と全く同じ試験体を用意し、水中養生させることで湿潤膨張によるひずみを測定しキャンセルすることでより正確な残存ひずみを算出しても良い。   A healthy specimen B that has not deteriorated for measuring the wet expansion of concrete can be produced by increasing the amount of air by 0.5 to 4% as compared with the specimen A to be tested. If the amount of increase in the air amount is less than 0.5%, the healthy specimen B that has not deteriorated cannot be delayed more than the specimen A to be tested, or due to freezing and thawing due to frost damage. It may contain residual strain. Moreover, when the increase amount of air amount exceeds 4%, the tendency of wet expansion may deviate from the test body A. In addition, a more accurate residual strain may be calculated by preparing a specimen exactly the same as the measurement target and measuring and canceling the strain due to wet expansion by curing in water.

[設置方法]
次に、設置方法について説明する。まず、光ファイバセンサ(第1の光ファイバセンサ、第2の光ファイバセンサ)を設置する位置まで、コンクリートを打設する。その後、光ファイバセンサを設置し、さらにコンクリートを打設する。光ファイバセンサは、コンクリートを打設する前にコンクリート構造物内部に設置しても良いし、コンクリートを打設する最中にコンクリート構造物内部に設置しても良い。
[Installation method]
Next, an installation method will be described. First, concrete is laid up to a position where an optical fiber sensor (first optical fiber sensor, second optical fiber sensor) is installed. After that, an optical fiber sensor is installed, and concrete is placed. The optical fiber sensor may be installed inside the concrete structure before placing concrete, or may be installed inside the concrete structure during placing concrete.

第1の光ファイバセンサ101は、1つ以上のFBG部105を備えており、コンクリート構造物内のひずみを測定する光ファイバセンサである。第1の光ファイバセンサ101を埋設する際には、コンクリート107が第1の光ファイバセンサ101のFBG部105に付着するように埋設する。また、コンクリート構造物内の測定ポイントにFBG部105が位置するように設置する。さらに、光ファイバセンサ101埋設後に、コンクリート107と光ファイバセンサ101のFBG部105が一体となって収縮または膨張するよう必要があるため、光ファイバセンサ101とコンクリート107の付着を十分に確保するため、FBG部105は左右50mm以上の間隔をあけて配置することが好ましい。また、FBG部105を埋設する深さは、コンクリート107に使用する骨材の最大径である20mm以上の深さに配置することが施工する上で好ましい。   The first optical fiber sensor 101 includes one or more FBG units 105 and is an optical fiber sensor that measures strain in a concrete structure. When embedding the first optical fiber sensor 101, the concrete 107 is embedded so as to adhere to the FBG portion 105 of the first optical fiber sensor 101. Moreover, it installs so that the FBG part 105 may be located in the measurement point in a concrete structure. Furthermore, since it is necessary for the concrete 107 and the FBG portion 105 of the optical fiber sensor 101 to integrally shrink or expand after the optical fiber sensor 101 is buried, in order to sufficiently secure the adhesion between the optical fiber sensor 101 and the concrete 107. The FBG portion 105 is preferably arranged with an interval of 50 mm or more left and right. In addition, it is preferable that the FBG portion 105 is buried at a depth of 20 mm or more, which is the maximum diameter of the aggregate used for the concrete 107.

第2の光ファイバセンサ102は、コンクリート構造物内の温度変化によるひずみを測定する光ファイバセンサであり、1つのFBG部105を備える。第2の光ファイバセンサ102は、コンクリート構造物内の温度変化によるひずみを測定する光ファイバセンサであるため、保護チューブ109等でコンクリート107と切り離し、拘束のない状態で埋設される。また、第2の光ファイバセンサ102を埋設する深さは、第1の光ファイバセンサ101の近傍であり、同じ深さとする。第2の光ファイバセンサは、温度変化により生じるひずみを測定するためのものであり、コンクリート構造物内の温度の測定およびその測定した温度から温度変化により生じるひずみを測定できれば良い。そのため、温度計は、熱電対を用いても良く、光ファイバセンサに限らない。熱伝対を用いた場合は、温度に対する光ファイバセンサのひずみを把握しておく。温度変化による影響(ひずみ)を除いた光ファイバセンサのひずみから、コンクリートが融解作用を受けた時のひずみの値を測定する。特定の温度においてひずみを測定する場合は、その温度において光ファイバセンサが受けるひずみは一定であるため、温度変化によるひずみを補正する必要はない。   The second optical fiber sensor 102 is an optical fiber sensor that measures strain due to a temperature change in a concrete structure, and includes one FBG unit 105. Since the second optical fiber sensor 102 is an optical fiber sensor that measures strain due to temperature changes in the concrete structure, the second optical fiber sensor 102 is separated from the concrete 107 by a protective tube 109 or the like, and is embedded without any restraint. Moreover, the depth which embeds the 2nd optical fiber sensor 102 is the vicinity of the 1st optical fiber sensor 101, and is made into the same depth. The second optical fiber sensor is for measuring the strain caused by the temperature change, as long as it can measure the temperature in the concrete structure and the strain caused by the temperature change from the measured temperature. Therefore, the thermometer may use a thermocouple, and is not limited to an optical fiber sensor. When a thermocouple is used, the strain of the optical fiber sensor with respect to temperature is grasped. From the strain of the optical fiber sensor excluding the influence (strain) due to temperature change, measure the strain value when the concrete is melted. When measuring strain at a specific temperature, the strain experienced by the optical fiber sensor at that temperature is constant, so there is no need to correct the strain due to temperature changes.

次に、コンクリート構造物への光ファイバセンサの設置例について説明する。
[実施例1]
図6A〜図6Cは、実施例1における光ファイバセンサの設置例の概略を示す図である。図6Aに示す光ファイバセンサ(第1の光ファイバセンサ)101は、コンクリート構造物の凍結面に対して平行に埋設される。図6Bに示す光ファイバセンサ(第2の光ファイバセンサ)102は、コンクリート構造物内の温度変化によるひずみを測定する光ファイバセンサであり、であり、コンクリート構造物の凍結面に対して平行に埋設する。また、図6Aの各測定ポイントによって、コンクリート内部の温度が大きく異なる場合は、図6Cに示すように、第1の光ファイバセンサの各FBG部の近傍に、第2の光ファイバセンサ102を埋設し、各測定ポイントの温度変化によるひずみを測定することが好ましい。
Next, an installation example of the optical fiber sensor on the concrete structure will be described.
[Example 1]
6A to 6C are diagrams illustrating an outline of an installation example of the optical fiber sensor according to the first embodiment. An optical fiber sensor (first optical fiber sensor) 101 shown in FIG. 6A is embedded in parallel to a frozen surface of a concrete structure. An optical fiber sensor (second optical fiber sensor) 102 shown in FIG. 6B is an optical fiber sensor that measures strain due to a temperature change in a concrete structure, and is parallel to the frozen surface of the concrete structure. Buried. 6A, when the temperature inside the concrete differs greatly, as shown in FIG. 6C, the second optical fiber sensor 102 is embedded in the vicinity of each FBG portion of the first optical fiber sensor. It is preferable to measure the strain due to temperature change at each measurement point.

このように、コンクリート構造物に光ファイバセンサを埋設することにより、1本の細いケーブルで広範囲のモニタリングを同時に行なうことができる。例えば、床版などで凍結防止剤を散布した場所と凍結防止剤を散布していない場所に、光ファイバセンサを埋設することによって、凍結防止剤の効果の有無などの効果を判断することができる。また、同一のコンクリート構造物上で、外気温度や日射の影響で劣化状況が異なる場合であっても、同一のコンクリート構造物に複数箇所でひずみを測定することによって、劣化箇所を特定し、補修が必要である範囲を正確に把握することができる。   Thus, by burying an optical fiber sensor in a concrete structure, a wide range of monitoring can be performed simultaneously with a single thin cable. For example, by embedding an optical fiber sensor in a place where a cryoprotectant is sprayed on a floor slab and a place where the cryoprotectant is not sprayed, it is possible to determine effects such as the effectiveness of the cryoprotectant. . In addition, even if the deterioration situation differs due to the influence of outside air temperature and solar radiation on the same concrete structure, the deterioration location is identified and repaired by measuring strain at multiple locations on the same concrete structure. It is possible to accurately grasp the range that is necessary.

[実施例2]
図7Aおよび図7Bは、実施例2における光ファイバセンサの設置例の概略を示す図である。図7Aに示す光ファイバセンサ(第1の光ファイバセンサ)101は、コンクリート構造物の凍結面に対して垂直に埋設される。図7Bは示す光ファイバセンサ(第2の光ファイバセンサ)102は、コンクリート構造物内の温度変化によるひずみを測定する光ファイバセンサであり、コンクリート構造物の凍結面に対して垂直に埋設される。コンクリート構造物に対し、凍害劣化による補修を行なう場合、劣化深さを把握することは重要である。そのため、コンクリート構造物の凍害による劣化の進行程度を評価する場合、図7Aおよび図7Bに示すように、光ファイバセンサを設置することが好ましい。
[Example 2]
7A and 7B are diagrams illustrating an outline of an installation example of the optical fiber sensor according to the second embodiment. An optical fiber sensor (first optical fiber sensor) 101 shown in FIG. 7A is embedded perpendicularly to a frozen surface of a concrete structure. An optical fiber sensor (second optical fiber sensor) 102 shown in FIG. 7B is an optical fiber sensor that measures strain due to a temperature change in a concrete structure, and is embedded perpendicular to the frozen surface of the concrete structure. . When repairing concrete structures by frost damage deterioration, it is important to know the depth of deterioration. Therefore, when evaluating the progress of deterioration due to frost damage of a concrete structure, it is preferable to install an optical fiber sensor as shown in FIGS. 7A and 7B.

このように、コンクリート構造物の深さ方向に、光ファイバセンサを設置し、ひずみをモニタリングすることで、劣化深さを判定し、補修が必要である範囲を正確に把握することができる。また、深さによってコンクリート内部の温度が大きく変わる場合は、実施例1と同様、第1の光ファイバセンサの各FBG部の近傍に、第2の光ファイバセンサ102を埋設し、各測定ポイントの温度変化によるひずみを測定することが好ましい。   Thus, by installing an optical fiber sensor in the depth direction of the concrete structure and monitoring strain, it is possible to determine the depth of deterioration and accurately grasp the range that requires repair. Further, when the temperature inside the concrete greatly changes depending on the depth, the second optical fiber sensor 102 is embedded in the vicinity of each FBG portion of the first optical fiber sensor, similarly to the first embodiment, and the measurement points are measured. It is preferable to measure strain due to temperature change.

[実施例3]
図8および図9は、実施例3における光ファイバセンサの設置例の概略を示す図である。コンクリート構造物において、凍害劣化は表面から進行するため、細かく劣化深さをモニタリングできることが好ましい。図8に示すように、コンクリート構造物の表面に対し傾斜をつけて光ファイバセンサ101、102を埋設しても良い。また、図9に示すように、コンクリート構造物の深さ方向に対し、らせん状に光ファイバセンサ101、102を埋設しても良い。このように光ファイバセンサを埋設することで、コンクリートとの付着を確保しつつ、FGB部の埋設深さの間隔を短くすることができる。このように、FGB部105の間隔を短くすることで、より詳細にモニタリングすることができる。
[Example 3]
8 and 9 are diagrams schematically illustrating an installation example of the optical fiber sensor according to the third embodiment. In concrete structures, since frost damage deterioration proceeds from the surface, it is preferable that the deterioration depth can be monitored finely. As shown in FIG. 8, the optical fiber sensors 101 and 102 may be embedded with an inclination to the surface of the concrete structure. Moreover, as shown in FIG. 9, you may embed the optical fiber sensors 101 and 102 helically with respect to the depth direction of a concrete structure. By embedding the optical fiber sensor in this way, it is possible to shorten the interval of the embedding depth of the FGB portion while ensuring adhesion with concrete. As described above, it is possible to monitor in more detail by shortening the interval of the FGB unit 105.

[実施例4]
図10は、実施例4における光ファイバセンサの設置例の概略を示す図である。図10に示すように、床版張出部121や、橋台端部123に光ファイバセンサを埋設し、測定が行なえる場所までケーブル111を伸ばすことで、容易にコンクリート構造物の劣化状況を把握することができる。
[Example 4]
FIG. 10 is a diagram illustrating an outline of an installation example of the optical fiber sensor according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 10, an optical fiber sensor is embedded in the floor slab overhanging part 121 and the abutment end part 123, and the cable 111 is extended to a place where measurement can be performed, so that the deterioration state of the concrete structure can be easily grasped. can do.

以上説明した設置例を組み合わせて、同一コンクリート構造物内に複数の第1の光ファイバセンサを埋設することもでき、その結果、コンクリート構造物内の劣化状況をより正確に検知することができる。例えば、床版などで凍結防止剤を散布した場所と凍結防止剤を散布していない場所に、光ファイバセンサを埋設することによって、凍結防止剤の効果の有無などの効果を判断することができる。また、同一のコンクリート構造物上で、外気温度や日射の影響で劣化状況が異なる場合であっても、同一のコンクリート構造物に複数箇所でひずみを測定することによって、劣化箇所を特定し、補修が必要である範囲を正確に把握することができる。   By combining the installation examples described above, it is possible to embed a plurality of first optical fiber sensors in the same concrete structure, and as a result, it is possible to detect the deterioration state in the concrete structure more accurately. For example, by embedding an optical fiber sensor in a place where a cryoprotectant is sprayed on a floor slab and a place where the cryoprotectant is not sprayed, it is possible to determine effects such as the effectiveness of the cryoprotectant. . In addition, even if the deterioration situation differs due to the influence of outside air temperature and solar radiation on the same concrete structure, the deterioration location is identified and repaired by measuring strain at multiple locations on the same concrete structure. It is possible to accurately grasp the range that is necessary.

以上説明したように、コンクリート構造物に光ファイバセンサを埋設して、凍害によるコンクリート構造物の劣化状況を精度高く、かつ効率良く検知することを可能とする光ファイバセンサの設置方法を用いることにより、コンクリート構造物の劣化箇所および劣化状況を把握し、補修が必要である範囲を正確に特定することができる。   As described above, by using an optical fiber sensor installation method that embeds an optical fiber sensor in a concrete structure and can detect the deterioration of the concrete structure due to frost damage with high accuracy and efficiency. In addition, it is possible to grasp the deterioration point and deterioration state of the concrete structure, and to accurately identify the range where repair is necessary.

11 光ファイバセンサ
13 FBG部
15 鋼製型枠
17 コンクリート
21 温度計
23 測定部
101 第1の光ファイバセンサ
102 第2の光ファイバセンサ
105 FBG部
107 コンクリート
109 保護チューブ
111 ケーブル
121 床版張出部
123 橋台端部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Optical fiber sensor 13 FBG part 15 Steel mold 17 Concrete 21 Thermometer 23 Measuring part 101 1st optical fiber sensor 102 2nd optical fiber sensor 105 FBG part 107 Concrete 109 Protection tube 111 Cable 121 Floor slab overhanging part 123 Abutment end

Claims (8)

凍害によるコンクリートの劣化を検知する光ファイバセンサの設置方法であって、
コンクリートを打設する前またはコンクリートを打設する最中に、伝搬する光波の変化の特性に基づいてひずみを検出する第1の光ファイバセンサをコンクリート構造物の内部に設置する工程と、
前記第1の光ファイバセンサのひずみ検知部の近傍に、温度センサを設置する工程と、
前記コンクリート構造物内に設置された第1の光ファイバセンサおよび温度センサをコンクリートで埋設する工程と、を少なくとも含むことを特徴とする設置方法。
An optical fiber sensor installation method for detecting deterioration of concrete due to frost damage,
Installing a first optical fiber sensor in the concrete structure that detects strain based on the characteristics of changes in propagating light waves before or during placing the concrete;
Installing a temperature sensor in the vicinity of the strain detector of the first optical fiber sensor;
And a step of embedding the first optical fiber sensor and the temperature sensor installed in the concrete structure with concrete.
前記第1の光ファイバセンサは、前記コンクリート構造物の表面に対し平行に埋設されると共に、前記温度センサは、前記第1の光ファイバセンサのひずみ検知部と実質的に同一の深さに埋設されることを特徴とする請求項1記載の設置方法。   The first optical fiber sensor is embedded in parallel to the surface of the concrete structure, and the temperature sensor is embedded at substantially the same depth as the strain detection portion of the first optical fiber sensor. The installation method according to claim 1, wherein: 前記第1の光ファイバセンサは、前記コンクリート構造物の表面に対し垂直に埋設されると共に、前記温度センサは、前記第1の光ファイバセンサのひずみ検知部と実質的に同一の深さに埋設されることを特徴とする請求項1または請求項2記載の設置方法。   The first optical fiber sensor is embedded perpendicularly to the surface of the concrete structure, and the temperature sensor is embedded at substantially the same depth as the strain detection portion of the first optical fiber sensor. The installation method according to claim 1, wherein the installation method is performed. 前記第1の光ファイバセンサは、前記コンクリート構造物の表面から深さ方向へ傾斜して埋設されると共に、前記温度センサは、前記第1の光ファイバセンサのひずみ検知部と実質的に同一の深さに埋設されることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の設置方法。   The first optical fiber sensor is embedded in a depth direction from the surface of the concrete structure, and the temperature sensor is substantially the same as the strain detection unit of the first optical fiber sensor. The installation method according to claim 1, wherein the installation method is embedded at a depth. 前記第1の光ファイバセンサは、前記コンクリート構造物の表面から深さ方向へ螺旋状に埋設されると共に、前記温度センサは、前記第1の光ファイバセンサのひずみ検知部と実質的に同一の深さに埋設されることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の設置方法。   The first optical fiber sensor is embedded in a spiral shape in the depth direction from the surface of the concrete structure, and the temperature sensor is substantially the same as the strain detection unit of the first optical fiber sensor. The installation method according to any one of claims 1 to 4, wherein the installation method is embedded to a depth. 前記温度センサは、伝搬する光波の変化の特性に基づいて、温度を検出する第2の光ファイバセンサと、
前記第2の光ファイバセンサの外周を被覆する被覆部と、から構成され、
1つ以上の前記温度センサが、前記コンクリート構造物のコンクリート内部で前記第1の光ファイバセンサに沿うように埋設されることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の設置方法。
The temperature sensor includes a second optical fiber sensor that detects a temperature based on a change characteristic of a propagating light wave;
A covering portion covering an outer periphery of the second optical fiber sensor,
The installation according to any one of claims 1 to 5, wherein one or more temperature sensors are embedded along the first optical fiber sensor inside the concrete of the concrete structure. Method.
凍害によるコンクリートの劣化を検知する劣化検知方法であって、
コンクリートを打設する前またはコンクリートを打設する最中に、第1の光ファイバセンサをコンクリート構造物に設置する工程と、
前記第1の光ファイバセンサのひずみ検知部の近傍に、温度センサを設置する工程と、
前記コンクリート構造物内に設置された第1の光ファイバセンサおよび温度センサをコンクリートで埋設する工程と、
前記第1の光ファイバセンサ内を伝搬する光波の特性変化に基づいて、前記コンクリートのひずみを測定する工程と、
前記測定したひずみの経時的変化の特性を検出する工程と、を少なくとも含み、
前記検出したひずみの経時的変化の特性に基づいて、凍害によるコンクリートの劣化を検知することを特徴とする劣化検知方法。
A deterioration detection method for detecting deterioration of concrete due to frost damage,
Installing the first optical fiber sensor on the concrete structure before or during placing the concrete; and
Installing a temperature sensor in the vicinity of the strain detector of the first optical fiber sensor;
Burying the first optical fiber sensor and the temperature sensor installed in the concrete structure with concrete;
Measuring the strain of the concrete based on a characteristic change of a light wave propagating in the first optical fiber sensor;
Detecting a characteristic of the measured strain over time, at least,
A deterioration detection method, wherein deterioration of concrete due to frost damage is detected based on characteristics of the detected strain over time.
前記検出したコンクリートのひずみから、前記温度センサを用いて測定した温度変化によるひずみを除去する工程と、をさらに含むことを特徴とする請求項7記載の劣化検知方法。   The deterioration detecting method according to claim 7, further comprising a step of removing strain due to temperature change measured using the temperature sensor from the detected strain of concrete.
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