JP2020033746A

JP2020033746A - 修復装置

Info

Publication number: JP2020033746A
Application number: JP2018160451A
Authority: JP
Inventors: 陽祐竹内; Yosuke Takeuchi; 正浩外間; Masahiro Sotoma; 拓哉上庄; Takuya Kamisho; 昌幸津田; Masayuki Tsuda
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2018-08-29
Filing date: 2018-08-29
Publication date: 2020-03-05
Anticipated expiration: 2038-08-29
Also published as: US12041707B2; WO2020045301A1; US20210315066A1; JP7057505B2

Abstract

【課題】構造物中の鉄筋の損傷を修復する修復装置を提供する。【解決手段】複数の導線１１を高さ方向に平行に並べた帯状の導電体１０と、導電体１０の一方の端辺１０ａの導線１１と、導電体１０の他方の端辺１０ｂの導線１１との間に高周波電流を供給する高周波電流生成部２０と、複数の導線１１をそれぞれ連結し、該導線１１がコイルを構成するように導電体１０の一方の端辺１０ａと他方の端辺１０ｂの間を接続する接続体６０を備え、高周波電流生成部２０は、導電体１０の一方の端辺１０ａの上端又は下端の導線１１と、導電体１０の他方の端辺１０ｂの下端又は上端の導線１１との間に高周波電流を供給する。【選択図】図８

Description

本発明は、構造物に埋設された鉄筋を修復する修復装置に関する。

高度経済成長期に建設された大量の鉄筋コンクリート構造物の経年劣化が懸念されている。構造物中の鉄筋の腐食については、犠牲陽極法などの対策が講じられている。しかし、鉄筋に応力が負荷されることによる遅れ破壊については、コンクリートのひび割れを発見しだい、修復、更改するなどの対策が一般的で、鉄筋の損傷を修復するような対策は存在しない。

遅れ破壊をもたらす鉄筋の劣化は、応力が負荷された際の転位の増殖や空孔生成に起因する。鉄筋に応力が負荷されることで形成される格子欠陥が鉄筋の劣化の原因であることが、例えば非特許文献１で報告されている、また、その格子欠陥の成長による損傷は、200℃のアニール処理で消滅することが、例えば非特許文献２で報告されている。

南雲道彦、「まてりあ」、第50巻第5号、2011 土信田智樹、外4名、「鉄と鋼」、Vol.98(2012) No.5

しかしながら、今までに、例えば鉄筋コンクリート構造物の構造物中の鉄筋の損傷を修復する装置は存在しないという課題がある。

本発明は、この課題に鑑みてなされたものであり、構造物中の鉄筋の損傷を修復する修復装置を提供することを目的とする。

本発明に係る修復装置は、複数の導線を高さ方向に平行に並べた帯状の導電体と、前記導電体の一方の端辺の前記導線と、前記導電体の他方の端辺の前記導線との間に高周波電流を供給する高周波電流生成部とを備えることを要旨とする。

本発明に係る修復装置によれば、構造物中の鉄筋の損傷を修復することができる。

本発明の第１実施形態に係る修復装置の構成例を示す模式図である。図１に示す修復装置の導電体を構造物に設置した状態を模式的に示す図であり、（ａ）は外観図、（ｂ）はＡ−Ａ断面を示す断面図である。図１に示す修復装置の導電体を電柱に設置した状態を模式的に示す図であり、（ａ）は外観図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面を示す断面図である。本発明の第１実施形態に係る修復装置を構成する固定具の例を模式的に示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図である。本発明の第１実施形態に係る修復装置を構成する固定具の他の例を模式的に示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図である。図４に示す固定具の内面に導電体を収容する溝を形成した例を模式的に示す図である。図４に示す固定具を、電柱の高さ方向に対応させて複数作製した場合の例を模式的に示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）はＣ−Ｃ断面を示す断面図である。本発明の第２実施形態に係る修復装置の構成例を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。複数の図面中同一のものに
は同じ参照符号を付し、説明は繰り返さない。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る修復装置の構成例を模式的に示す図である。図１に示す修復装置１は、構造物中の鉄筋の損傷を修復するものである。修復する対象は、コンクリート又はレジン（熱硬化型樹脂）の構造物に埋設された鉄筋である。

背景技術で述べたように、鉄筋の劣化の原因となる格子欠陥は、200℃のアニール処理で消滅することが報告されている。したがって、構造物中の鉄筋の温度を200℃に加熱することで、劣化の原因となる格子欠陥を消滅させることができる。

修復装置１は、帯状の導電体１０、高周波電流生成部２０、及び電源３０を備える。電源３０は一般的なものであり、高周波電流生成部２０に含めても良い。

帯状の導電体１０は、複数の導線１１を高さ方向に平行に並べたものである。導線１１は、例えばマグネットワイヤー素線を束ねたリッツ線である。リッツ線は、高周波電流を流す場合の表皮効果による実効抵抗の増加を避ける目的で、絶縁した細い銅線を寄り合わせたものである。

図１に示す導電体１０は、９本の導線１１_１〜１１_９を高さ方向に平行に並べたものである。導電体１０の材質は、耐熱性が高く、且つ柔軟な材料を用いる。導電体１０は、例えば、シリカガラス繊維、ガラス繊維、及びファイバー繊維などの耐熱ガラス繊維にリッツ線を組み込んで構成する。

高周波電流生成部２０は、導電体１０の一方の端辺１０ａの導線１１と、導電体１０の他方の端辺１０ｂの導線１１との間に高周波電流を供給する。高周波電流の周波数は、例えば5〜500kHzであり、その電力は1kW〜100kW程度である。

高周波電流生成部２０と導電体１０の接続の仕方は、いろいろな方法が考えられる。例えば、図１に示すように導電体１０の一方の端辺１０ａと他方の端辺１０ｂのそれぞれの導線１１_１〜１１_９同士を接続させ、その間に高周波電流生成部２０を接続させても良い。

また、導線１１ごとに高周波電流を供給しても良い。その場合は、複数の高周波電流生成部２０を用意する。また、端辺１０ａ，１０ｂで導線１１同士を接続させる数を高周波電流生成部２０の数に対応させて変えても良い。

帯状の導電体１０を鉄筋の劣化が懸念される構造物に巻き付けて設置し、導電体１０に高周波電流を流すことで、鉄筋に渦電流発生によるジュール熱を生じさせる。その結果、鉄筋の温度を200℃程度に加熱させる。加熱後、自然に冷却されるアニール処理によって、格子欠陥の成長による空孔等の損傷を消滅させることができる。

このように本実施形態に係る修復装置１は、複数の導線１１を高さ方向に平行に並べた帯状の導電体１０と、導電体１０の一方の端辺１０ａの導線１１と、導電体１０の他方の端辺１０ｂの導線１１との間に高周波電流を供給する高周波電流生成部２０とを備える。これにより、構造物中の鉄筋の損傷を修復することができる。

（導電体の設置）
図２は、円柱形状の構造物に導電体１０を設置した例を模式的に示す図である。図２（ａ）は外観図、図２（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。

図２に示すように構造物１００の表面に導電体１０が設置され、その導電体１０に図示を省略している高周波電流生成部２０から高周波電流を供給することで電磁誘導による磁束が生じる。磁束は、構造物１００に埋設された鉄筋１０１，１０２に渦電流を流しジュール熱を生じさせる。

鉄筋１０１は、構造物１００の延伸方向に直線状に埋設される鉄筋である。鉄筋１０２は、鉄筋１０１の延伸方向と直交する向きで、複数の鉄筋１０１同士を接続するものであり、この例では円環状である。

図３は、高さ方向に配置される構造物の表面に導電体１０を設置した例を模式的に示す図である。図３（ａ）は外観図、図３（ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。図３に示す構造物２００は、例えばコンクリート電柱である。構造物２００は、中心部が空洞で有る点で構造物１００と異なるが、コンクリート構造物で有る点で同じである。よって、図３について詳しい説明は省略する。

図３に示すように、高さ方向に配置される構造物２００の表面に導電体１０を設置する場合は、導電体１０が重力によって落下してしまうため、落下しないように固定する工夫が必要である。

図４は、導電体１０を固定する固定具の一例を模式的に示す図である。図４（ａ）は、上面図、図４（ｂ）は正面図である。

図４は、構造物２００（電柱）に対応させた固定具４０の例を示す図である。構造物２００は、高さ方向の表面にテーパ面を構成するので、テーパ面に対応させて、上端の寸法が下端よりも小さい形状である。なお、構造物２００の表面がテーパ面を構成しない円柱の場合は、固定具４０の上端と下端の寸法は同じ大きさである。

また、図４は、構造物２００の外周方向に、固定具４０を2分割して構成した例を示す。分割数は2以上で有っても構わない。

図４に示す固定具４０は、その直径方向に対向する位置の外周から外側に突出して設けられる固定部４０ａ，４０ｂを備える。2つの固定具４０は、構造物２００を挟んで配置され、固定部４０ａ，４０ｂのそれぞれに、例えばボルト（図示せず）が挿通されナット（図示せず）で固定される。

図５は、固定具４０の他の例を模式的に示す図である。図５（ａ）は、上面図、図５（ｂ）は正面図である。

図５に示す固定具４０は、2分割した固定具４０を填め合い構造とした例を示す。図５に示す固定具４０は、2分割された分割部分のそれぞれに凸部と凹部の固定部４０ａ，４０ｂを備える。

固定部４０ａの凸部が固定部４０ｂの凹部に嵌ることで、固定具４０を構造物２００の表面に固定させる。この場合の固定具４０は、弾性材料で構成し、弾性応力で構造物２００の表面に固定する。なお、本実施形態においては、耐熱性が求められることから、材料は高耐熱性プラスチック、或いはＦＲＰ等が好適である。

以上述べたように、本実施形態に係る修復装置１は、高さ方向に配置された構造物２００の表面に巻き付けられた導電体１０を固定する固定具を備える。これにより、導電体１０を、構造物２００の表面に安定して設置することができる。

また、導電体１０をより安定して設置する目的で、固定具４０の内側に溝を設けても良い。図６は、固定具４０の内側に導電体１０が入る溝４０ｃを設けた例を模式的に示す図である。図６に示す溝４０ｃの幅は、導電体１０が入る大きさであり、導電体１０を安定させることができる。

なお、構造物２００が高さ方向の表面にテーパ面を構成しない円柱の場合は、任意の長さの一つ（一種類）の固定具４０を用意しておけば良い。つまり、その場合はコンクリートのひび割れ位置など、鉄筋の劣化が懸念される構造物の位置に固定具４０を移動させて、導電体１０を固定すれば良い。

また、構造物２００が高さ方向の表面にテーパ面を構成する例えば電柱の場合は、テーパ面のテーパ比Ａ（式（１））に合わせた形状の固定具４０を複数種類用意する必要がある。

ここで、Ｄは大径、ｄは小径、Ｌは高さ（長さ）である。

図７は、テーパ比Ａの円柱を高さ方向に分割して複数の固定具を作製した場合を模式的に示す図である。図７（ａ）は正面図、図７（ｂ）は作製した固定具を入れ子状態に配置させた上面図、図７（ｃ）はＣ−Ｃ断面図である。

図７において固定部４０ａ，４０ｂの表記は省略している。また、外周方向の分割についての表記も省略している。

つまり、固定具４０は、テーパ面に適合するように高さ方向に分割され、且つ、高さ方向と直交する方向の外周に適合するように該外周に沿って分割される。これにより、導電体１０を、高さ方向にテーパ面を持つ構造物２００の表面に安定して設置することができる。

図７（ａ）は、構造物２００を、高さ方向に高さＬで、固定具４０_１〜固定具４０_５に5分割した例を示す。高さＬは、小さいほど、固定具の設置位置の選択性が高まる。しかし、固定具の数は多くなる。したがって、構造物２００の劣化特性に合わせて特定の部位に適合させた特定の固定具４０を用意すると良い。劣化特性とは、例えばコンクリート電柱の場合であれば地表面から特定の高さの鉄筋の劣化が顕著である、或いはコンクリートにひび割れが存在する、といった特性である。劣化特性に合わせて特定の部位に適合する固定具４０を用意すれば修復作業を効率的に行える。

なお、上記の入れ子状態とは、大きな外周に対応する固定具４０の内側に小さな外形に対応する固定具４０を配置することである。この場合は、固定具４０の厚みｔを次式に表される条件とすることで、複数の固定具４０を入れ子状態で搬送することが可能になる。

図７（ｂ）は、入れ子状態を模式的に示す上面図である。固定具４０_１の内側に固定具４０_５が配置されている。

つまり、テーパ面に適合するように高さ方向に分割された固定具４０の厚みｔは、固定具４０の高さＬにテーパ比Ａを乗じた値の二分の一よりも小さい。式（２）に式（１）を代入するとｔ＜（Ｄ−ｄ）/2である。

つまり、固定具４０の厚みｔは、大径Ｄから小径ｄを減じた値を2で除した厚みよりも小さくすることで、複数の固定具４０を入れ子状態で搬送することが可能になる。つまり、入れ子状態にすることで、小さいスペースで複数の固定具４０を収納及び搬送することが可能である。

図７（ｃ）は、固定具４０の内側に固定具４０_５を配置したＣ−Ｃ断面を示す。固定具４０の厚みｔを式（２）に示す条件とすることで、図７（ｃ）ではその表記を省略しているが、固定具４０_１と４０_５の間に、他の固定具４０_２〜４４_４を配置（収納）することができる。

〔第２実施形態〕
図８は、本発明の第２実施形態に係る修復装置の構成例を模式的に示す図である。図８に示す修復装置２は、修復装置１（図１）に対して接続体６０を備える点で異なる。

接続体６０は、複数の導線１１をそれぞれ連結し、該導線１１がコイルを構成するように導電体１０の一方の端辺１０ａと他方の端辺１０ｂの間を接続する。接続体６０は、他方の端辺１０ｂの導線１１_１（下端）と一方の端辺１０ａの導線１１_２を接続する。

以降同様に他方の端辺１０ｂの導線１１_２，１１_３，１１_４，１１_５，１１_６，１１_７，１１_８は、一方の端辺１０ａの導線１１_３，１１_４，１１_５，１１_６，１１_７，１１_８，１１_９にそれぞれ接続される。そして、一方の端辺１０ａの導線１１_１と他方の端辺１０ｂの導線１１_９の間に、高周波電流生成部２０から高周波電流が供給される。

なお、接続体６０は、他方の端辺１０ｂの導線１１_９（上端）と一方の端辺１０ａの導線１１_８を接続するようにしても良い。その場合、他方の端辺１０ｂの導線１１_８，１１_７，１１_６，１１_５，１１_４，１１_３，１１_２は、一方の端辺１０ａの導線１１_７，１１_６，１１_５，１１_４，１１_３，１１_２，１１_１にそれぞれ接続される。そして、一方の端辺１０ａの導線１１_９と他方の端辺１０ｂの導線１１_１の間に、高周波電流生成部２０から高周波電流が供給される。

本実施形態に係る修復装置２は、複数の導線１１をそれぞれ連結し、該導線１１がコイルを構成するように導電体１０の一方の端辺１０ａと他方の端辺１０ｂの間を接続する接続体６０を備え、高周波電流生成部２０は、導電体１０の一方の端辺１０ａの上端又は下端の導線１１と、導電体１０の他方の端辺１０ｂの下端又は上端の導線１１との間に高周波電流を供給する。これにより、導線１１によるターン数を増やすことができ、電磁誘導加熱に必要な磁束の磁束密度を高めることができる。

なお、接続体６０は、複数の導線１１を組みにして他方の端辺１０ｂと一方の端辺１０ａの間を接続するようにしても良い。そうすることで導線１１（リッツ線）の抵抗を下げることができ、より大きな高周波電流を供給することができる。

以上述べたように本実施形態に係る修復装置１，２によれば、構造物に埋設された鉄筋を電磁誘導加熱によって加熱し、鉄筋の損傷を修復させる新しい装置を提供することができる。また、帯状の導電体１０を用いるので、修復する対象の構造物の種類を選ばない。また、固定具４０を用いることで、構造物の表面に帯状の導電体を安定して設置することができる。

なお、帯状の導電体１０を構成する導線１１の数は9本の例で説明したが、本発明はこの例に限定されない。また、固定具４０を、円柱状の構造物を挟む形状で説明を行ったが、この例に限定されない。固定具４０は、構造物に対応させた形状であればどのような形状であっても構わない。

このように本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で変形が可能である。

１，２：修復装置
１０：導電体（帯状）
１０ａ：一方の端辺
１０ｂ：他方の端辺
１１_１〜１１_９：導線
２０：高周波電流生成部
３０：電源
４０、４０_１〜４０_５：固定具
６０：接続体
１００：構造物
１０１、１０２：鉄筋
２００：構造物（コンクリート電柱）
２０１、２０２：鉄筋

Claims

複数の導線を高さ方向に平行に並べた帯状の導電体と、
前記導電体の一方の端辺の前記導線と、前記導電体の他方の端辺の前記導線との間に高周波電流を供給する高周波電流生成部と
を備えることを特徴とする修復装置。
複数の前記導線をそれぞれ連結し、該導線がコイルを構成するように前記導電体の一方の端辺と他方の端辺の間を接続する接続体を備え、
前記高周波電流生成部は、
前記導電体の一方の端辺の上端又は下端の前記導線と、前記導電体の他方の端辺の下端又は上端の前記導線との間に高周波電流を供給する
ことを特徴とする請求項１に記載の修復装置。
高さ方向に配置された構造物の表面に巻き付けられた前記導電体を固定する固定具を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の修復装置。
前記固定具は、
高さ方向のテーパ面に適合するように該テーパ面に沿って分割され、且つ、高さ方向と直交する方向の外周に適合するように該外周に沿って分割される
ことを特徴とする請求項３に記載の修復装置。
複数に分割された前記固定具の厚みは、
前記固定具の高さに前記テーパ面のテーパ比を乗じた値の二分の一よりも小さい
ことを特徴とする請求項４に記載の修復装置。