JP2019174131A - コンクリート浮き検知装置及び検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高所の検査対象箇所でも、足場や高所作業車等を用いなくても、検査を行うことができ、検査結果のばらつきも少ないコンクリート浮き検知装置を得る。【解決手段】 コンクリートの検査対象箇所の表面を打撃して打音を発生させる打音発生手段と、発生した打音の採取をする打音採取手段と、採取した打音に基づいて前記コンクリートの検査対象箇所の内部の空隙の評価をする内部評価手段とを備えたコンクリート浮き検知装置において、打音発生手段が、離れた位置から前記コンクリートの検査対象箇所の表面へ衝撃エネルギーを与えるものであるもの。【選択図】 図１

Description

本発明は例えばトンネル等のコンクリート構造物の改修工事に先立ってコンクリート構造物の浮きを検知するコンクリート浮き検知装置及びコンクリート浮き検知方法に関するものである。

トンネル等のコンクリート構造物の改修工事に先立ち、コンクリート構造物を検査して、その内部に亀裂や空洞等の浮きが発生していることを発見する方法としての「打音法」がある。この打音法は、具体的には、コンクリート構造物にハンマ等で打撃を加え、その際に発生する音や打撃の感覚の変化によって構造物内部に空隙が発生するコンクリートの浮き等の欠陥の有無を検査する方法である（例えば、特許文献１参照）。

特許第３０２３５０８号公報

しかしながら、この打音法は、検査の実行者が検査する検査箇所に近づく必要があるため、高所箇所等では足場や高所作業車等の措置が必要となっており、このため、検査自体が大掛かりで多大な費用を要するものであった。また、音や打撃の感覚の変化で判断するため、検査の実行者の熟練度等による検査結果のばらつきもあった。

本発明は、高所の検査対象箇所でも、足場や高所作業車等を用いなくても、検査を行うことができ、検査結果のばらつきも少ないコンクリート浮き検知装置及びコンクリート浮き検知方法を得ることを目的とする。

請求項１に記載された発明に係るコンクリート浮き検知装置は、コンクリートの検査対象箇所の表面を打撃して打音を発生させる打音発生手段と、発生した打音の採取をする打音採取手段と、採取した打音に基づいて前記コンクリートの検査対象箇所の内部の空隙の評価をする内部評価手段とを備えたコンクリート浮き検知装置において、
前記打音発生手段が、離れた位置から前記コンクリートの検査対象箇所の表面へ衝撃エネルギーを与えるものであることを特徴とするものである。

請求項２に記載された発明に係るコンクリート浮き検知装置は、請求項１に記載の打音発生手段が、前記コンクリートの検査対象箇所の表面に衝突させる飛翔物と、前記飛翔物を発射する発射手段とを含むものであることを特徴とするものである。

請求項３に記載された発明に係るコンクリート浮き検知装置は、請求項２に記載の飛翔物が、衝突時に粉砕される石膏製であることを特徴とするものである。

請求項４に記載された発明に係るコンクリート浮き検知方法は、コンクリートの検査対象箇所の表面を打撃して打音を発生させる打音発生工程と、発生した打音の採取をする打音採取工程と、採取した打音に基づいて前記コンクリートの検査対象箇所の内部の空隙の評価をする内部評価工程とを備えたコンクリート浮き検知方法において、
前記打音発生工程が、離れた位置から前記コンクリートの検査対象箇所の表面へ衝撃エネルギーを与えるものによって成されることを特徴とするものである。

請求項５に記載された発明に係るコンクリート浮き検知方法は、請求項４に記載の打音発生工程が、前記コンクリートの検査対象箇所の表面に向けて飛翔物を発射させる工程を含むものであることを特徴とするものである。

請求項６に記載された発明に係るコンクリート浮き検知方法は、請求項５に記載の飛翔物が、衝突時に粉砕される石膏製のものを用いることを特徴とするものである。

本発明は、高所の検査対象箇所でも、足場や高所作業車等を用いなくても、検査を行うことができ、検査結果のばらつきも少ないコンクリート浮き検知装置及びコンクリート浮き検知方法を得ることができるという効果がある。

本発明に係るコンクリート浮き検知方法に用いられる検知装置の一実施例の構成を説明する説明図である。 図１の検知装置を用いたトンネル内壁のコンクリート浮き検知の作業例を示す説明図である。 コンクリート浮き検知方法の手順を示すフローチャートである。 図３の打音採取工程で採取された採取波形であり、ａ図は正常なコンクリートでの採取波形を示し、ｂ図は浮きのあるコンクリートでの採取波形を示す。

本発明においては、コンクリートの検査対象箇所の表面を打撃して打音を発生させる打音発生手段と、発生した打音の採取をする打音採取手段と、採取した打音に基づいてコンクリートの検査対象箇所の内部の空隙の評価をする内部評価手段とを備えたコンクリート浮き検知装置である。このコンクリート浮き検知装置において、打音発生手段が離れた位置からコンクリートの検査対象箇所の表面へ衝撃エネルギーを与えるものである。

また、方法に係る本発明では、コンクリートの検査対象箇所の表面を打撃して打音を発生させる打音発生工程と、発生した打音の採取をする打音採取工程と、採取した打音に基づいて前記コンクリートの検査対象箇所の内部の空隙の評価をする内部評価工程とを備える。このコンクリート浮き検知方法において、好ましくは、打音発生工程が離れた位置からコンクリートの検査対象箇所の表面へ衝撃エネルギーを与えるものによって成される。

例えば、平面状もしくは曲率の緩やかな曲面状の固体の表面に沿って伝搬する弾性波によって生じる固体表面の振動が励振源になって空中に放射される概平面波状の音波を、空中音波用マイクロフォンで収音することによって、固体の表面に沿って伝搬する該弾性波を検出する。これにより、高所の検査対象箇所でも、足場や高所作業車等を用いなくても、検査を行うことができ、検査結果のばらつきも少ない。

本発明の打音発生手段としては、離れた位置からコンクリートの検査対象箇所の表面へ衝撃エネルギーを与えるものであればよい。好ましい打音発生手段としては、非破壊で打撃と同様のエネルギーを与えるものであればよく、音波による衝撃エネルギー、電磁波による衝撃エネルギー、レーザーによる衝撃エネルギー、機械的な衝撃エネルギー等が想定できる。最も簡易なものとしては、機械的な衝撃エネルギーであり、より具体的には、コンクリートの検査対象箇所の表面に衝突させる飛翔物と、この飛翔物を発射する発射手段とを含み、離れた位置から飛翔物をコンクリートの検査対象箇所の表面へ発射するものが挙げられる。

また、本発明の打音発生工程としては、前述の打音発生手段によって行われればよい。即ち、音波による衝撃エネルギー、電磁波による衝撃エネルギー、レーザーによる衝撃エネルギー、機械的な衝撃エネルギー等で行われればよい。最も簡易なものとしては、前述の通り、機械的な衝撃エネルギーであり、より具体的には、離れた位置から飛翔物をコンクリートの検査対象箇所の表面に向けて発射させる工程を含むものであればよい。

本発明の飛翔物としては、予め定められた所定の発射速度で発射された後に、コンクリートの検査対象箇所の表面を大幅に破壊しないものが選択される。例えば、６ｍｍ〜１１ｍｍ径のプラスチック製、硬質ゴム製、金属製、セラミック製、石膏製等の飛翔物が選択される。

また、形状についても、球状、円筒形状、先端を尖らせた筒状等のものが使用される。特に、６ｍｍ〜７ｍｍのプラスチック製飛翔物としては、市販のＢＢ弾を用いることができる。また１１ｍｍの金属製飛翔物としては、パチンコ玉様のものを用いることができる。また、石膏製の球体としては、コンクリートの検査対象箇所の表面で衝突時に粉砕されるものとすることもできる。

本発明の飛翔体の発射は、種々のもので発射することができる。例えば、空気やガスの圧力を利用して発射したり、バネやゴム等の弾性体の反発力又は復原力を利用して発射したりすることができる。

本発明の打音採取手段としては、打音発生手段で発生した打音の採取をするものであればよく、市販されているマイクロフォン等によって打音を採取すればよい。特に、指向性のあるマイクロフォンを用いる方が雑音を不用意に取り込まずに好ましく、ガンマイクのような超指向性のマイクロフォン等でコンクリートの検査対象箇所の表面のみの打音を採取したり、メガホン型の集音カバー等でコンクリートの検査対象箇所の表面のみの打音を採取すればよい。

また、本発明の打音採取工程としては、前述の通り、打音発生手段で発生した打音の採取をすればよく、前述の通り、市販されているマイクロフォン等によって打音を採取すればよい。特に、指向性のあるマイクロフォン、例えば、ガンマイクのような超指向性のマイクロフォン、メガホン型の集音カバー等でコンクリートの検査対象箇所の表面のみの打音を採取すればよく、また、周囲の雑音を相殺して打音のみを選択するようにしてもよい。

具体的な打音採取工程としては、検査対象となるコンクリートに予め等間隔で目印を配置させておき、個々の目印に対して、打音採取手段であるマイクロフォンを対向させて配置させた上で、目印に対して打音発生手段で衝撃エネルギーを与える。より具体的には、飛翔物を目印に発射して衝突により発生した打音を採取すればよい。これを目印毎に１〜３回ほど繰り返し、各目印毎の内部評価を行えばよい。

本発明の内部評価手段としては、採取した打音に基づいてコンクリートの検査対象箇所の内部の空隙の評価をするものであればよく、既に、提案された評価法によって、評価をしてもよい。例えば、特許文献１に示す通り、打音を波形信号に変換し、この波形信号のうち初期成分の振動特性を分析して応答音圧パルス勾配を得て、この応答音圧パルス勾配を判定指標とすることにより、打音発生手段で衝撃を与えた箇所のコンクリートを評価するものが挙げられる。また、本発明の内部評価工程としては、前述の内部評価手段で行われればよい。

図１は本発明に係るコンクリート浮き検知方法に用いられる検知装置の一実施例の構成を説明する説明図である。図２は図１の検知装置を用いたトンネル内壁のコンクリート浮き検知の作業例を示す説明図である。図３はコンクリート浮き検知方法の手順を示すフローチャートである。図４は図３の打音採取工程で採取された採取波形であり、ａ図は正常なコンクリートでの採取波形を示し、ｂ図は浮きのあるコンクリートでの採取波形を示す。

図１及び図２に示す通り、本実施例のコンクリート浮き検知装置１０としては、コンクリートの検査対象箇所の表面Ｗを打撃して打音を発生させる飛翔物１２を発射する打音発生手段としての空気銃１１と、この飛翔物１２の打撃によって発生した打音を打音採取手段としてのマイクロフォン１３によって採取される。測定された信号は入力アンプ１４によって適切な振幅に増幅される。

次いで増幅された信号は、ＡＤ変換器１５によってディジタル信号に変換された後、内部評価手段としての信号処理装置１６によって、取り込まれたデータの各種解析及び診断が行われ、パソコンＰのハードディスクなどデータ記録装置１７内に記録・保存されるとともに、解析結果の数値や図表がモニタ１８に表示されるようになっている。尚、本実施例の個々のＡＤ変換器１５、信号処理装置１６、データ記録装置１７、モニタ１８は、１つのパーソナルコンピュータＰに備えられた機器及びソフトである。

本実施例の打音発生手段としての空気銃１１は、６ｍｍ〜７ｍｍのプラスチック製球体状の飛翔物１２が発射される。これら飛翔物１２及び空気銃１１としては、市販のＢＢ弾及びこのＢＢ弾を発射する銃を用いた。本実施例の打音採取手段としてのマイクロフォン１３としては、小型指向性マイクロフォンを用い、図２に示す通り、メガホン状の集音カバーを備えている。

更に、本実施例では、マイクロフォン１３とは別体として入力アンプ１４及びノート型コンピュータＰをそれぞれ独立に設けており、これらの間では有線のケーブルで打音データを伝送しているが、無線で打音データを伝送しても勿論差し支えない。ノート型コンピュータＰは、採取した打音に基づいて該コンクリートの健全度の評価をする役割を果たす。

本実施例におけるノート型コンピュータＰは、図示しないが、入力手段と、出力手段と、ＣＰＵと、ＲＡＭと、第一のファイルとを備えるものとして構成されている。このノート型コンピュータＰの信号処理装置１６は、打音の発生から減衰に至る過渡的現象のうち、初期の段階、即ち、コンクリートの健全部と間隙Ｇとの打音の強さが経時的に異なる応答の軌跡を描き、コンクリート内部の間隙Ｇを検知する。即ち、弾性波と表面振動波の合成波が、対象コンクリートの厚さによって変化する現象を利用している。

より具体的には、信号処理装置１６は、マイクロフォン１３で採取した打音について、信号の時系列データを計測する。例えば、飛翔物１２が衝突箇所に衝突した際の打音と、その後の衝突箇所周囲の残差又はこの残差を周波数分析することにより求めた残差スペクトルを計測し、時刻ｉにおける前記残差を横軸とし、時刻ｉ＋１における前記残差を縦軸とした平面座標上に逐次プロットを行った回帰写像に基づいて内部間隙Ｇの有無を判別すればよい。

以上の通り、図２に示すようにメガホン状の集音カバーを備えた指向性マイクロフォンで、トンネル施工コンクリート等のコンクリート内部の間隙を検知することができる。トンネル壁面２０から０．５〜１ｍ程度話したところでマイクロフォン１３を保持し、コンクリートの検査対象箇所の表面Ｗを飛翔物１２で打撃し、コンクリート表面の打音、即ち、反射波の周波数分析から、間隙Ｇをその場で検知する。

より具体的には、図３に示す通り、本実施例のコンクリート浮き検知方法は、検査対象のトンネル壁面２０に対して、略均等間隔で目印をマーキングする。本実施例では、先ず、マーキング工程として、図２に示すトンネルのコンクリート壁面に対して、縦横に５０ｃｍに均等に目印をマーキングし、個々の目印の番号を付し摘録させておく。

次に、設置工程として、個々の目印に対して、マイクロフォン１３を所望の距離を離して対向して配置する。離す距離は個々の目印で同じ距離とし、０．５〜１ｍ程度とする。次に、打撃工程として、目印に向けて同じく一定の距離離れた位置から飛翔物１２を発射する。具体的には、飛翔物１２は６ｍｍ〜７ｍｍのプラスチック弾として市販のＢＢ弾を用い、この飛翔物１２を発射させる打音発生手段としてＢＢ弾を発射する空気銃１１を用いた。

次に、打音採取工程として、飛翔物１２で衝撃を与えて発生した打音をマイクロフォン１３で採取する。採取された打音は入力アンプ１４で増幅され、ＡＤ変換器１５でデジタル信号に変換された後、信号処理装置１６によって、取り込まれたデータの各種解析及び診断が行われ、パソコンＰのハードディスクなどデータ記録装置１７に目印の番号と共に記録・保存されるとともに、解析結果の数値や図表がモニタ１８に表示される。

図４のａ図は正常なコンクリートでの採取波形であり、具体的には、空洞のないコンクリート供試体の採取波形である。ａ図に示している通り、空洞のないコンクリート供試体では周波数全体に分布が見られる。これに対して、ｂ図は内部に空洞がある浮きのあるコンクリートでの採取波形である。ｂ図に示している通り、空洞のある浮きのあるコンクリートでは、特定の周波数にピークがあることが判る。

図４のａ図及びｂ図の採取波形だけでも差異は明確となるが、図４のｂ図の採取波形に対して、内部評価手段を行い、ピーク周波数によって、空洞の深さを推定することも可能となる。即ち、打音を変換した採取波形信号を得た、この波形信号のうち初期成分の振動特性を分析して応答音圧パルス勾配を得て、この応答音圧パルス勾配を判定指標とすることにより、打音発生手段で衝撃を与えた箇所のコンクリートを評価することにより、空洞の大きさや深さ等を推定する。

具体的な内部評価手段として、採取波形の信号を、フーリエ変換や高速フーリエ変換（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：ＦＦＴ）処理することにより、採取波形に対応する周波数成分を算出して、周波数パターンを解析すればよい。例えば、周波数を横軸にとり、縦軸に各周波数における音の強さのレベル値又は振動レベル値をプロットしたグラフ（周波数スペクトル）等に変換（フーリエ変換）したり、周波数スペクトルの時間的な変化をとらえ、離散化されたデジタル波形データを分析する高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いればよい。

１０…コンクリート浮き検知装置、
１１…空気銃（打音発生手段）、
１２…飛翔物、
１３…マイクロフォン（打音採取手段）、
１４…入力アンプ、
１５…ＡＤ変換器、
１６…信号処理装置（内部評価手段）、
１７…データ記録装置、
１８…モニタ、
Ｐ…ノート型コンピュータ、
Ｗ…コンクリートの検査対象箇所の表面、
Ｇ…間隙、
２０…トンネル壁面、

Claims (6)

1. コンクリートの検査対象箇所の表面を打撃して打音を発生させる打音発生手段と、
   発生した打音の採取をする打音採取手段と、
   採取した打音に基づいて前記コンクリートの検査対象箇所の内部の空隙の評価をする内部評価手段とを備えたコンクリート浮き検知装置において、
   前記打音発生手段が、離れた位置から前記コンクリートの検査対象箇所の表面へ衝撃エネルギーを与えるものであることを特徴とするコンクリート浮き検知装置。
2. 前記打音発生手段が、
   前記コンクリートの検査対象箇所の表面に衝突させる飛翔物と、
   前記飛翔物を発射する発射手段とを含むものであることを特徴とする請求項１に記載のコンクリート浮き検知装置。
3. 前記飛翔物が、衝突時に粉砕される石膏製であることを特徴とする請求項２に記載のコンクリート浮き検知装置。
4. コンクリートの検査対象箇所の表面を打撃して打音を発生させる打音発生工程と、
   発生した打音の採取をする打音採取工程と、
   採取した打音に基づいて前記コンクリートの検査対象箇所の内部の空隙の評価をする内部評価工程とを備えたコンクリート浮き検知方法において、
   前記打音発生工程が、離れた位置から前記コンクリートの検査対象箇所の表面へ衝撃エネルギーを与えるものによって成されることを特徴とするコンクリート浮き検知方法。
5. 前記打音発生工程が、前記コンクリートの検査対象箇所の表面に向けて飛翔物を発射させる工程を含むことを特徴とする請求項４に記載のコンクリート浮き検知方法。
6. 前記飛翔物が、衝突時に粉砕される石膏製のものを用いることを特徴とする請求項５に記載のコンクリート浮き検知方法。

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