JP3722211B2

JP3722211B2 - Diagnostic method and apparatus for concrete structure

Info

Publication number: JP3722211B2
Application number: JP2001102464A
Authority: JP
Inventors: 悟三浦; 健一郎露木
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2005-11-30
Anticipated expiration: 2021-03-30
Also published as: JP2002296244A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンクリート構造物の診断方法及び装置に関し、とくにレーザ超音波技術によりコンクリート構造物の内部欠陥や埋設物の有無、コンクリート厚さ、コンクリート弾性特性等を非接触で検査する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トンネル、高架橋の床版や橋脚、法面、ダム、ビルディング等のコンクリート構造物では、長期的に健全性・信頼性を維持するため、その劣化や損傷程度を精度よく検査することが求められる。このようなコンクリート構造物の代表的な検査方法（以下、診断方法という。）の一例は、コンクリートの厚さや、内部空洞、ひび割れ、豆板等の内部欠損（以下、内部欠陥ということがある。）の診断である。厚さ不足や内部欠陥はコンクリート構造物の強度不足を招き、対策が遅れると補強等の費用が嵩むので、外観に現れない初期段階で検出することが望まれている。
【０００３】
従来、コンクリート構造物の診断方法として、図４に示すように、作業員41がハンマ40等でコンクリート構造物１の表面２を叩いて衝撃を加え、構造物１からの反射音により検査員41が内部欠陥の有無や厚さを判断する打音法が実施されている。しかしこの方法は、検査員41の熟練を必要とし、信頼性・再現性が得にくい問題点がある。この問題点を回避するため、コンクリート構造物１の表面２に衝撃を加え、内部欠陥や構造物裏面３で反射された応力波を受信センサで受信し、受信波の強度やフーリエ変換による周波数特性等から内部欠陥等を判定する弾性波探査法（衝撃弾性波法）も実施されている。
【０００４】
また、コンクリート構造物診断の他の方法として、コンクリート構造物１の表面２に接触させた電極と構造物１内の鉄筋等との間の電圧を計測することにより壁表面と鉄筋等との間の距離や鉄筋の腐食の有無を検査する電磁波探査法、コンクリート構造物１の表面２に接触させた圧電素子から放射した超音波の構造物１からの反射波や透過波を受信して構造物１の内部欠陥や厚さを検査する超音波探査法等の非破壊検査方法等も開発されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし前記弾性波探査法は、コンクリート構造物を直接叩く必要があるので、大型コンクリート構造物の診断に際しては大規模な足場42等を別途用意する必要があり（図４参照）、診断のために多くの機材や人数・工数を必要とする問題点がある。例えば実用中の鉄道・道路トンネル構造物等の診断では、作業が電車や車を通行止めにし易い夜間等の時間帯に行うことが求められるので、長い距離に亘る大きなトンネル構造物の調査作業は非常に長期間が必要となる。
【０００６】
前記電磁波探査法や超音波探査法も、電極や圧電素子をコンクリート構造物に直接接触させる必要があるため、弾性波探査法と同様の問題がある。また超音波診断法は、圧電素子とコンクリート構造物との間に空隙が生じると精度が著しく低下するので、超音波をコンクリート構造物に伝搬させるためにコンクリート構造物の表面に水やゲル等の接触媒体を塗布する必要があり、広面積のコンクリート構造物への適用が難しい問題点もある。
【０００７】
そこで本発明の目的は、足場がなくても大型コンクリート構造物を短時間で診断できる方法及び装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、従来から金属板等の非破壊探査に利用されているレーザ超音波探査法に注目した。レーザ超音波探査法は、探査対象にパルスレーザ光を照射して探査対象の表面又は表面近傍に急激な熱膨張を発生させ、熱弾性効果により熱膨張の歪を弾性波（超音波）として探査対象内に伝搬する方法である。弾性波を観察することにより探査対象内の欠陥を検出し、また物性を計測することができる（山中一司「レーザー超音波法の原理と応用」非破壊検査、第49巻５号、p292-299）。レーザ超音波探査法は、従来の超音波探査法のような接触媒体を必要とせず、離れた位置からのレーザ光照射で探査対象内に弾性波を発生させることができるので、大型コンクリート構造物の非接触診断への適用が期待できる。本発明者は、コンクリート構造物にもレーザ超音波探査法が適用可能であることを見出し、本発明の完成に至ったものである。
【０００９】
図１を参照するに、本発明のコンクリート構造物の診断方法は、コンクリート構造物１の被診断部位４の表面２にパルスレーザ光７を照射して熱膨張による弾性波10を発生させ、被診断部位４の表面２を視準するレーザ干渉計８により被診断部位近傍の所定間隔の複数の測定位置で前記照射時の表面波９と弾性波10とを経時的に検出し、複数の測定位置における表面波９の検出から弾性波10の検出までの波形変化から被診断部位４におけるコンクリート構造物１の内部欠陥５又は埋設物の有無及び深さを求めてなるものである。
【００１０】
好ましくは、被診断部位４のコンクリート弾性特性ｖと前記複数の測定位置における波形変化とから被診断部位４における内部欠陥又は埋設物の深さ diを算出する。
【００１１】
また図１を参照するに、本発明の他のコンクリート構造物の診断方法は、コンクリート厚さｗが既知であるコンクリート構造物１の被診断部位４の表面２にパルスレーザ光７を照射して熱膨張による弾性波10を発生させ、被診断部位４の表面２を視準するレーザ干渉計８により被診断部位近傍の所定間隔の複数の測定位置で前記照射時の表面波９と弾性波10とを経時的に検出し、複数の測定位置における表面波９の検出から弾性波10の検出までの波形変化と前記コンクリート厚さｗとから被診断部位４のコンクリート弾性特性ｖを算出してなるものである。
【００１２】
更に図１を参照するに、本発明のコンクリート構造物の診断装置は、コンクリート構造物１の被診断部位４の表面２にパルスレーザ光７を照射して熱膨張による弾性波10を発生させるレーザ装置６、被診断部位４の表面２を視準し被診断部位近傍の所定間隔の複数の測定位置で前記照射時の表面波９と弾性波10とを経時的に検出するレーザ干渉計８、及び複数の測定位置における表面波９の検出から弾性波10の検出までの波形変化から被診断部位４におけるコンクリート構造物１の内部欠陥５又は埋設物の有無及び深さを求める診断手段19を備えてなるものである。
【００１３】
好ましくは、被診断部位４のコンクリート弾性特性ｖを記憶する記憶装置15を設け、前記複数の測定位置における波形変化と前記弾性特性ｖとから被診断部位４における内部欠陥又は埋設物の深さを算出する深さ算出手段20を設ける。
【００１４】
また図１を参照するに、本発明の他のコンクリート構造物の診断装置は、コンクリート構造物１の被診断部位４の表面２にパルスレーザ光７を照射して熱膨張による弾性波10を発生させるレーザ装置６、被診断部位４の表面２を視準し被診断部位近傍の所定間隔の複数の測定位置で前記照射時の表面波９と弾性波10とを経時的に検出するレーザ干渉計８、被診断部位４のコンクリート厚さｗを記憶する記憶装置15、及び複数の測定位置における表面波９の検出から弾性波10の検出までの波形変化と前記コンクリート厚さｗとから被診断部位４のコンクリート弾性特性ｖを算出する弾性特性算出手段21を備えてなるものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１のブロック図は、本発明によるコンクリート構造物の診断装置の一実施例を示す。診断装置は、パルスレーザ光７を照射するレーザ装置６と、レーザ干渉計８と、アンプ等の必要な接続装置（図示せず）を介してレーザ干渉計８に接続された検出波解析装置14とを有する。パルスレーザ光７は、被診断部位４へ照射したときに熱膨張によって弾性波10を発生させるに足る強度（パワー密度）を有するものである。図中の符号12はパルスレーザ光７による照射域（熱膨張域）を示す。照射域12の幅は、前記パワー密度の範囲内で、コンクリート構造物１の診断に適する大きさとすることができる。
【００１６】
従来のレーザ超音波探査法が対象とした金属板等と異なり、コンクリート構造物１は温度上昇が起こり難いので、レーザ装置６は、例えば炭酸ガス（CO₂）レーザ装置のように出力が大きいものとすることが好ましい。また、レーザ装置６の出力を大きくすることにより、弾性波10に対する外乱の影響を小さくし、S／Nの向上等が期待できる。但し、本発明は炭酸ガスレーザ装置の適用に限定されず、YAG（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザ装置等を使用することも可能である。必要に応じてレーザ装置６に集光レンズを設け、照射域12の面積を絞ることができる。照射域12の面積を絞ることにより、照射域12におけるパルスレーザ光７のパワー密度を高め、前記弾性波10を発生させる強度としてもよい。
【００１７】
好ましくは、レーザ装置６を、パルスレーザ光７の照射エネルギー強度、パルス幅、パルス列の間隔、パルス高さ及び／又はパルス数が調節可能なものとする。診断対象又は診断目的に応じて、レーザ光７の照射エネルギー強度、パルス幅、パルス列の間隔、パルス高さ及び／又はパルス数を調節又は選択することにより、コンクリート構造物１内部に発生する弾性波10の周波数及び指向性を診断対象及び目的に適したものに調整することができる。
【００１８】
レーザ干渉計８は、被診断部位４の表面２の振動（超音波振動）を離れた位置から非接触で高精度に検出するものである。パルスレーザ光７の照射により発生した弾性波10はコンクリート構造物１内を伝搬し、コンクリート内部の弾性波減衰が小さければ、裏面３や内部欠陥５又は埋設物等の物質密度の異なる境界面で反射されて再び表面２へ向かい、表面２を振動させる。この弾性波10による被診断部位４の表面２の振動をレーザ干渉計８により検出する。
【００１９】
レーザ干渉計８の一例はマイケルソン干渉計又はファブリペロー干渉計等のレーザドップラ振動計であるが、コンクリート構造物１の表面２は細かい凹凸があるため、表面振動の検出が凹凸により影響を受ける場合がある。好ましくは、レーザ干渉計８として、表面２の性状の影響を受け難く粗面の振動変位も検出可能なファブリペロー干渉計を用いる。
【００２０】
検出波解析装置14は、レーザ干渉計８の検出波に基づきコンクリート構造物１の内部欠陥５又は埋設物等の有無を診断する内部診断手段19、又はコンクリート厚さｗに基づきコンクリート弾性特性ｖを算出する弾性特性算出手段21を有する。内部診断手段19及び弾性特性算出手段21の両者を解析装置14に包含するようにしてもよい。すなわち、検出波解析装置14を例えばコンピュータとし、内部診断手段19及び弾性特性算出手段21をコンピュータ内蔵のプログラムとすることができる。また、解析装置14は記憶装置15を有し、後述するように、被診断部位４のコンクリート弾性特性ｖやコンクリート厚さｗ、コンクリートの強度と弾性特性ｖとの関係（実験式や相関図等）ｆ等を記憶する。
【００２１】
図１の診断装置を参照して、コンクリート構造物１の内部欠陥５又は埋設物の有無を診断する方法を説明する。レーザ装置６及びレーザ干渉計８をコンクリート構造物１と対向させて配置し、レーザ装置６の照射向きを被診断部位４に位置合わせし、パルスレーザ光７を被診断部位４の表面２に向けて照射する。またレーザ干渉計８を被診断部位４に視準させ、被診断部位４の表面２の振動を経時的に検出する。
【００２２】
例えば出力3.0〜3.8Ｊのレーザ装置６を用い、内部欠陥５がない厚さ20cmのコンクリート板と亀裂等の内部欠陥５がある厚さ20cmのコンクリート板とにそれぞれパルスレーザ光７を照射し、レーザ干渉計８により各コンクリート板の表面２の振動を経時的に検出した場合、コンクリート内部の弾性波減衰が小さければ、図２に図式的に示すような検出波が得られる。レーザ装置６の一例は、TEA-CO₂レーザ（Transversely Excited
Autospheric pressure laser、大気圧横方向放電励起レーザ）装置である。実験結果を図２に図式的に示す。同図（Ａ）はコンクリート板に内部欠陥５がない場合、同図（Ｂ）はコンクリート板に内部欠陥５がある場合の検出波をそれぞれ表わす。図２から分かるように、内部欠陥５がない場合はレーザ光照射（衝撃）時の表面波９とコンクリート構造物裏面３で反射した弾性波（以下、裏面反射波ということがある。）10₃とが検出される。これに対し内部欠陥５がある場合は、表面波９と裏面反射波10₃との間に、内部欠陥５で反射した弾性波10₅（以下、内部欠陥反射波ということがある。）が検出される。一般的に裏面反射波10₃は最終に検出される弾性波10である。コンクリート板の内部に埋設物がある場合も、内部欠陥５がある場合と同様の経時的変化の検出波が得られる。
【００２３】
レーザ干渉計８による検出波を解析装置14の内部診断手段19へ入力する。内部診断手段19は、表面波９の検出から最終の弾性波10の検出までの波形変化から、例えば表面波９を検出した後の弾性波10の検出回数を求めることにより、被診断部位４における内部欠陥５又は埋設物の有無を判断する。例えば、裏面で反射した弾性波10₃のみが検出されたときは内部欠陥５又は埋設物がないと判断し、複数の弾性波10iが検出されたときは内部欠陥５又は埋設物が存在すると判断することができる。
【００２４】
なお、法面等のコンクリート構造物１では、裏面反射波10₃が検出された後に、更に遅れてコンクリート裏面の奥の岩盤内で反射した弾性波10が表面に到来することも原理的には考えられる。但し、このような岩盤内からの反射波は振幅が非常に小さくなるので、裏面３での反射波10₃や内部欠陥５又は埋設物での反射波10₅とは容易に区別できる。よって、法面等のコンクリート構造物１においても、ある程度の振幅を有する最終の弾性波10を裏面３からの反射波10₃とみなすことができる。
【００２５】
また図１に示すように、解析装置14に深さ算出手段20を設け、被診断部位４の表面２から弾性波10の反射部位までの深さdiを求めることができる。この場合は、被診断部位４のコンクリート弾性特性ｖ（例えば弾性係数、弾性波10の伝搬速度等）を予め求めて記憶装置15に記憶する。弾性特性ｖは、コンクリート構造物１の設計値に基づいて求めるか又はコンクリート構造物１に対する実験により求めることができる。なお、弾性波10の伝播速度はレーザ光照射時の上昇温度の関数であるが、パルスレーザ光７のパワー密度が定まれば照射時の上昇温度が求まるので、その上昇温度に基づき弾性波10の伝播速度を定めることができる。
【００２６】
深さ算出手段20は、例えば表面波９の検出から最終の弾性波10すなわち裏面反射波10₃の検出までの時間tmaxを求め、その時間tmaxと被診断部位４のコンクリート弾性特性ｖとからコンクリート厚さｗを算出する。時間tmaxは、被診断部位４の表面２で発生した弾性波10が表面２と裏面３との間を往復した時間に相当するからである。また、図２（Ｂ）のように複数の弾性波10iが検出されたときは、表面波９の検出から裏面反射波10₃以外の各弾性波10iの検出までの時間tiを求め、その時間tiとコンクリート弾性特性ｖとから表面２から内部欠陥５又は埋設物までの深さdiを算出する。時間tiは表面２と内部欠陥５又は埋設物との間の弾性波10の往復時間に相当するからである。
【００２７】
更に、パルスレーザ光７の照射位置を固定したまま、その照射位置近傍の所定間隔の複数位置でレーザ干渉計８により表面波９と弾性波10とを測定し、複数の測定位置における表面波９の検出から弾性波10の検出までの波形変化に基づいてコンクリート構造物１のコンクリート厚さｗ又は表面２から内部欠陥５又は埋設物までの深さdiを算出することにより、不均質材料であるコンクリート構造物１の診断を精度よく行うことが期待できる。
【００２８】
他方、図１の診断装置により、厚さｗが既知の被診断部位４のコンクリート弾性特性ｖを診断することも可能である。この場合は、解析装置14に弾性特性算出手段21を設け、被診断部位４のコンクリート厚さｗを記憶装置15に記憶し、レーザ干渉計８の検出波を弾性特性算出手段21に入力する。コンクリート厚さｗも、コンクリート構造物１の設計値又は実験により求めることができる。弾性特性算出手段21は、レーザ干渉計８の検出波に基づき、表面波９の検出から最終の弾性波10すなわち裏面反射波10₃の検出までの時間tmaxを求め、その時間tmaxと被診断部位４のコンクリート厚さｗとから被診断部位４のコンクリート弾性特性ｖ（例えば弾性波10の伝搬速度）を算出する。例えば複数の被診断部位４のコンクリート弾性特性ｖの相互比較、一定期間毎に算出したコンクリート弾性特性ｖの相互比較（長期モニタリング）、地震等のイベントの前後におけるコンクリート弾性特性ｖの相互比較等によって、コンクリート構造物１の相対的な健全性診断を行うことが期待できる。
【００２９】
この場合も、パルスレーザ光７の照射位置を固定したまま、その照射位置近傍の所定間隔の複数位置でレーザ干渉計８により表面波９と弾性波10とを測定し、複数の測定位置における表面波９の検出から弾性波10の検出までの波形変化に基づいてコンクリート弾性特性ｖ、例えば弾性波10の伝播速度を算出することにより、不均質材料であるコンクリート構造物１の高精度診断が期待できる。
【００３０】
更に、解析装置14に強度診断装置22を設け、コンクリートの強度と弾性特性ｖとの関係ｆを予め実験的に求めて記憶装置15に記憶しておけば、被診断部位４のコンクリート強度を求めることが可能である。この場合は、弾性特性算出手段21で算出したコンクリート弾性特性ｖを強度診断装置22に入力し、そのコンクリート弾性特性ｖと前記関係ｆとから被診断部位４におけるコンクリート強度を求める。なお、従来から圧電素子を用いた超音波探査法において超音波伝搬速度とコンクリート強度との相関関係の研究が行われ、反発硬度と超音波速度とを組合わせた強度推定式等も提案されている。このような従来の超音波探査法に基づくコンクリート強度と弾性特性ｖとの関係ｆを利用して、コンクリート構造物１のコンクリート強度を求めることも期待できる。
【００３１】
本発明は、パルスレーザ光７の照射によりコンクリート構造物１の表面２に弾性波10を発生させ、その弾性波10の伝搬をレーザ干渉計８により非接触で検出するので、離れた位置からコンクリート構造物１の内部欠陥５の有無や厚さｗを診断できる。非接触診断であるため足場等を組む必要がなく、従来の接触式の診断方法に比し大型コンクリート構造物に対する診断作業の容易化、迅速化が図れる。また、出力が大きいレーザ装置６とコンクリート構造物表面の性状の影響を受け難いレーザ干渉計８とを用いることにより、コンクリート構造物の診断に十分な精度を確保できる。
【００３２】
こうして本発明の目的である「足場がなくても大型コンクリート構造物を短時間で診断できる方法及び装置」の提供が達成される。
【００３３】
図１に示すように、上述した診断結果はディスプレイ23やプリンタ24に出力してリアルタイムで参照することができる。また、診断結果をデータ管理手段34に入力して記録・保存することにより、コンクリート構造物１の経時的な診断履歴等を作成してコンクリート構造物１の維持・管理に利用できる。なお、現場では表面波９及び弾性波10の検出のみを行い、内部欠陥５や埋設物の有無の診断や深さｄの算出等は別の場所で行うこともでき、現場作業の一層の簡易化、短時間化を図ることも可能である。更に、本発明の診断装置は移動させながらコンクリート構造物１上の複数部位を診断することができ、被診断部位４の位置測量システム等と組合わせることにより、コンクリート構造物１の診断の自動化への寄与も期待できる。
【００３４】
なお、レーザ干渉計８による検出波を直接用いるのではなく、検出波のスペクトル解析を行い、例えば卓越周波数成分のスペクトルから内部欠陥又は埋設物の有無や深さdi、コンクリート構造物１のコンクリート厚さｗやコンクリート弾性特性ｖ、コンクリート強度等を診断することも期待できる。
【００３５】
【実施例】
図１の実施例では、パルスレーザ光７の照射向きを制御する照射向き制御装置26、及びレーザ光７の照射向きに追従してレーザ干渉計８の視準向きを制御する視準向き制御装置28を設けている。パルスレーザ光７の照射向きとレーザ干渉計８の視準向きとを常に同じ被診断部位４へ向けながら変化させることにより、コンクリート構造物１上の複数の被診断部位４の効率的な診断を可能としている。本発明は、パルスレーザ光７の照射により弾性波10を発生させるので、照射域の熱膨張が得られれば、コンクリート構造物表面２に対するレーザ光７の入射角が変化しても問題はない。照射向き制御装置26及び視準向き制御装置28の一例は、振動鏡（ガルバノミラー）による光の偏向を利用するものである。
【００３６】
また図３は、図１に示す診断装置を台車等の移動体30に搭載し、移動体30が、通路37に沿って延びるコンクリート構造物１を移動しながら診断する実施例を示す。同図は、トンネルコンクリート構造物を診断する場合を示す。この場合、照射向き制御装置26及び視準向き制御装置28により、移動体30の進行方向と交差する平面31上でレーザ光７の照射向きを変化させると共に、照射向きに追従してレーザ干渉計８の視準向きを変化させる。この制御により、平面31とコンクリート構造物１の表面２との交線32上の複数の被診断部位4iを検査・診断することができる。
【００３７】
移動体30の進行に応じて、上述したレーザ光７の照射向き制御とレーザ干渉計８の視準向き制御とを繰り返し、進行方向に隔てた複数の交線32上で診断を繰り返すことにより、通路37に沿って延びるコンクリート構造物１の全域を効率よく診断することができる。図３の実施例によれば、夜間等の限られた時間内にトンネルコンクリート構造物の維持管理に必要な検査作業を行うことも可能であり、従来方法に比し検査・診断作業の大幅な簡易化、省力化、迅速化が図れる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のコンクリート構造物の診断方法及び装置は、レーザ装置からパルスレーザ光を照射してコンクリート構造物の被診断部位に弾性波を発生させ、被診断部位を視準するレーザ干渉計により被診断部位近傍の所定間隔の複数の測定位置で前記照射時の表面波と前記弾性波とを経時的に検出し、複数の測定位置における波形変化によりコンクリート構造物の内部欠陥又は埋設物の有無、コンクリート厚さ、コンクリート弾性特性、コンクリート強度等を診断するので、次の顕著な効果を奏する。
【００３９】
（イ）コンクリート構造物を非接触で診断できるので、足場等を設置する必要がなく、従来方法に比し診断作業の大幅な省力化、効率化が図れる。
（ロ）出力が大きいレーザ装置と表面性状の影響を受け難いレーザ干渉計とを用いることにより、コンクリート構造物の診断に十分な精度を確保できる。
（ハ）レーザ装置の照射向きとレーザ干渉計の視準向きとを変えながらコンクリート構造物の複数部位を診断できるので、大規模コンクリート構造物も簡単に短時間で診断することができる。
（ニ）移動しながら診断することができるので、運用中のトンネル等のコンクリート構造物も短時間で診断することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】は、本発明装置の一実施例のブロック図である。
【図２】は、レーザ干渉計による検出波形の一例の説明図である。
【図３】は、本発明の他の実施例の説明図である。
【図４】は、従来のコンクリート構造物の診断方法の一例の説明図である。
【符号の説明】
１…コンクリート構造物２…表面
３…裏面４、4i…被診断部位
５…内部欠陥６…レーザ装置
７…パルスレーザ光８…レーザ干渉計
９…表面波 10…弾性波
10₃…弾性波（裏面反射波）
10₅…弾性波（内部欠陥反射波）
12…照射域（熱膨張域） 14…検出波解析装置
15…記憶装置 16…弾性特性
19…内部診断手段 20…深さ算出手段
21…弾性特性算出手段 22…強度診断手段
23…ディスプレイ 24…プリンタ
26…照射向き制御装置 28…視準向き制御装置
29…姿勢制御手段 30…移動体
31…平面 32…交線
34…データ管理手段 36…トンネル
37…通路 40…ハンマ
41…作業員 42…足場
ｄ…深さ
ｆ…コンクリート強度・弾性特性の関係
ｔ…時間
ｖ…コンクリート弾性特性
ｗ…コンクリート厚さ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and apparatus for diagnosing a concrete structure, and more particularly, to a method and apparatus for inspecting an internal defect of a concrete structure, the presence or absence of an embedded object, concrete thickness, concrete elastic properties, etc. by laser ultrasonic technology. .
[0002]
[Prior art]
In concrete structures such as tunnels, viaduct slabs, piers, slopes, dams, buildings, etc., it is required to accurately inspect the degree of deterioration and damage in order to maintain soundness and reliability over the long term. Examples of a typical inspection method for such a concrete structure (hereinafter referred to as a diagnostic method) include the thickness of the concrete and internal defects such as internal cavities, cracks, and beans (hereinafter also referred to as internal defects). This is a diagnosis. Insufficient thickness and internal defects lead to insufficient strength of the concrete structure, and if countermeasures are delayed, the cost of reinforcement or the like increases, so it is desired to detect it at an initial stage that does not appear on the appearance.
[0003]
Conventionally, as a method for diagnosing a concrete structure, as shown in FIG. 4, an operator 41 strikes the surface 2 of the concrete structure 1 with a hammer 40 or the like to apply an impact, and the inspector 41 uses a reflected sound from the structure 1. A sound-striking method for determining the presence or thickness of internal defects has been implemented. However, this method requires the skill of the inspector 41 and has a problem that it is difficult to obtain reliability and reproducibility. In order to avoid this problem, impact is applied to the surface 2 of the concrete structure 1, and internal waves and stress waves reflected on the back surface 3 of the structure are received by the reception sensor, and the received wave intensity and frequency characteristics by Fourier transform An elastic wave exploration method (impact elastic wave method) for determining an internal defect or the like from the above has also been implemented.
[0004]
Further, as another method for diagnosing a concrete structure, by measuring the voltage between the electrode brought into contact with the surface 2 of the concrete structure 1 and the reinforcing bars in the structure 1, the distance between the wall surface and the reinforcing bars is measured. Electromagnetic wave exploration method for inspecting the distance of steel and the presence or absence of corrosion of the reinforcing bar, receiving the reflected wave or transmitted wave from the ultrasonic structure 1 radiated from the piezoelectric element in contact with the surface 2 of the concrete structure 1 Non-destructive inspection methods such as an ultrasonic exploration method for inspecting internal defects and thickness of 1 have also been developed.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the elastic wave exploration method needs to hit a concrete structure directly, it is necessary to prepare a large-scale scaffold 42 etc. for diagnosis of a large concrete structure (see FIG. 4). There is a problem that requires a lot of equipment, number of people and man-hours. For example, in the diagnosis of railway / road tunnel structures, etc. that are in practical use, it is necessary to perform work at nighttime, etc., when it is easy to stop trains and cars, so it is very difficult to investigate large tunnel structures over long distances. A long time is required.
[0006]
The electromagnetic wave exploration method and the ultrasonic exploration method also have the same problems as the elastic wave exploration method because electrodes and piezoelectric elements need to be in direct contact with the concrete structure. In addition, since the accuracy of ultrasonic diagnostic methods is significantly reduced when a gap is generated between the piezoelectric element and the concrete structure, water, gel, etc. are applied to the surface of the concrete structure in order to propagate the ultrasonic waves to the concrete structure. It is necessary to apply a contact medium, and there is a problem that it is difficult to apply to a concrete structure having a large area.
[0007]
Therefore, an object of the present invention is to provide a method and an apparatus capable of diagnosing a large concrete structure in a short time without a scaffold.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The inventor of the present invention paid attention to a laser ultrasonic exploration method that has been conventionally used for nondestructive exploration of metal plates and the like. The laser ultrasonic exploration method irradiates the exploration target with a pulsed laser beam to generate a rapid thermal expansion on or near the surface of the exploration target, and the thermal expansion distortion is detected as an elastic wave (ultrasonic wave) by the thermoelastic effect. It is a method of propagating into the object. By observing elastic waves, it is possible to detect defects in the exploration target and to measure physical properties (Kazuji Yamanaka “Principle and Application of Laser Ultrasound Method” Nondestructive Inspection, Vol. 49, No. 5, p292- 299). Laser ultrasonic exploration does not require a contact medium like conventional ultrasonic exploration, and can generate elastic waves in the exploration target by irradiating laser light from a remote location. Can be expected to be applied to non-contact diagnosis. The present inventor has found that the laser ultrasonic exploration method can be applied to a concrete structure, and has completed the present invention.
[0009]
Referring to FIG. 1, the method for diagnosing a concrete structure according to the present invention irradiates a surface 2 of a site to be diagnosed 4 of a concrete structure 1 with a pulsed laser beam 7 to generate an elastic wave 10 due to thermal expansion. A laser interferometer 8 collimating the surface 2 of the diagnostic region 4 detects the surface wave 9 and the elastic wave 10 at the time of irradiation at a plurality of measurement positions at predetermined intervals in the vicinity of the region to be diagnosed , and performs a plurality of measurements. it is made to seek the presence and depth of internal defects 5 or buried objects of the concrete structure 1 in the diagnostic region 4 from the waveform changes to the detection of the acoustic wave 10 from the detection of surface waves 9 in position.
[0010]
Preferably, the internal defect or the depth di of the embedded object in the diagnosis site 4 is calculated from the concrete elastic characteristic v of the diagnosis site 4 and the waveform changes at the plurality of measurement positions .
[0011]
Referring also to FIG. 1, another method for diagnosing a concrete structure according to the present invention is to irradiate a surface 2 of a site to be diagnosed 4 of a concrete structure 1 having a known concrete thickness w with a pulse laser beam 7. A surface wave 9 and an elastic wave 10 at the time of irradiation are generated at a plurality of measurement positions at predetermined intervals in the vicinity of the diagnostic region by a laser interferometer 8 that generates elastic waves 10 due to thermal expansion and collimates the surface 2 of the diagnostic region 4. Is detected over time, and the concrete elastic characteristic v of the diagnosis target part 4 is calculated from the change in waveform from the detection of the surface wave 9 to the detection of the elastic wave 10 at a plurality of measurement positions and the concrete thickness w. Is.
[0012]
Referring further to FIG. 1, the concrete structure diagnostic apparatus according to the present invention is a laser that irradiates the surface 2 of the site to be diagnosed 4 of the concrete structure 1 with a pulsed laser beam 7 to generate an elastic wave 10 due to thermal expansion. A laser interferometer 8 that collimates the surface 2 of the diagnosis site 4 and detects the surface wave 9 and the elastic wave 10 at the time of irradiation at a plurality of measurement positions at predetermined intervals in the vicinity of the diagnosis site ; and a diagnosis means 19 asking you to presence and depth of internal defects 5 or buried objects of the concrete structure 1 from the waveform changes to the detection of the diagnostic region 4 of the acoustic wave 10 from the detection of surface waves 9 at a plurality of measurement positions It is prepared.
[0013]
Preferably, a storage device 15 for storing the concrete elastic property v of the diagnosis site 4 is provided, and the internal defect or the depth of the embedded object in the diagnosis site 4 is determined from the waveform change at the plurality of measurement positions and the elastic property v. Depth calculating means 20 for calculating is provided.
[0014]
Referring to FIG. 1, another concrete structure diagnostic apparatus of the present invention generates an elastic wave 10 due to thermal expansion by irradiating the surface 2 of the site to be diagnosed 4 of the concrete structure 1 with a pulsed laser beam 7. A laser interferometer for collimating the surface 2 of the diagnosis site 4 and detecting the surface wave 9 and the elastic wave 10 at the time of irradiation at a plurality of measurement positions at predetermined intervals in the vicinity of the diagnosis site 8. A storage device 15 for storing the concrete thickness w of the part to be diagnosed 4 and a change in waveform from the detection of the surface wave 9 to the detection of the elastic wave 10 at a plurality of measurement positions and the concrete thickness w 4 is provided with elastic characteristic calculation means 21 for calculating the concrete elastic characteristic v of 4.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The block diagram of FIG. 1 shows an embodiment of a concrete structure diagnostic apparatus according to the present invention. The diagnostic device includes a laser device 6 that irradiates a pulsed laser beam 7, a laser interferometer 8, and a detection wave analyzer 14 connected to the laser interferometer 8 via a necessary connection device (not shown) such as an amplifier. And have. The pulse laser beam 7 has sufficient intensity (power density) to generate the elastic wave 10 by thermal expansion when irradiated to the diagnosis site 4. Reference numeral 12 in the figure indicates an irradiation region (thermal expansion region) by the pulse laser beam 7. The width of the irradiation region 12 can be set to a size suitable for diagnosis of the concrete structure 1 within the range of the power density.
[0016]
Unlike a metal plate or the like targeted by the conventional laser ultrasonic exploration method, the temperature of the concrete structure 1 is unlikely to occur. Therefore, the laser device 6 has a large output, such as a carbon dioxide (CO ₂ ) laser device. It is preferable that Further, by increasing the output of the laser device 6, it is possible to reduce the influence of disturbance on the elastic wave 10 and to expect an improvement in S / N. However, the present invention is not limited to the application of the carbon dioxide laser device, and a YAG (yttrium, aluminum, garnet) laser device or the like can also be used. If necessary, a condensing lens can be provided in the laser device 6 to reduce the area of the irradiation region 12. By narrowing down the area of the irradiation region 12, the power density of the pulsed laser light 7 in the irradiation region 12 may be increased, and the elastic wave 10 may be generated.
[0017]
Preferably, the laser device 6 can adjust the irradiation energy intensity, pulse width, pulse train interval, pulse height, and / or number of pulses of the pulsed laser light 7. Elastic waves generated inside the concrete structure 1 by adjusting or selecting the irradiation energy intensity, pulse width, pulse train interval, pulse height and / or number of pulses according to the diagnosis object or purpose. Ten frequencies and directivities can be adjusted to suit the diagnostic object and purpose.
[0018]
The laser interferometer 8 detects the vibration (ultrasonic vibration) of the surface 2 of the diagnosis site 4 from a distant position with high accuracy without contact. If the elastic wave 10 generated by the irradiation of the pulsed laser beam 7 propagates through the concrete structure 1 and the elastic wave attenuation inside the concrete is small, the back surface 3, the internal defect 5, or a boundary surface having a different material density, such as an embedded object. It is reflected and goes again to the surface 2 to vibrate the surface 2. The laser interferometer 8 detects the vibration of the surface 2 of the diagnosis site 4 caused by the elastic wave 10.
[0019]
An example of the laser interferometer 8 is a laser Doppler vibrometer such as a Michelson interferometer or a Fabry-Perot interferometer. However, since the surface 2 of the concrete structure 1 has fine unevenness, the detection of surface vibration is affected by the unevenness. There is a case. Preferably, as the laser interferometer 8, a Fabry-Perot interferometer that is hardly affected by the properties of the surface 2 and can detect vibration displacement of a rough surface is used.
[0020]
The detection wave analyzing device 14 calculates the concrete elastic characteristic v based on the internal diagnostic means 19 for diagnosing the presence or absence of an internal defect 5 or a buried object of the concrete structure 1 based on the detection wave of the laser interferometer 8 or the concrete thickness w. It has elastic characteristic calculating means 21 for calculating. Both the internal diagnosis means 19 and the elastic characteristic calculation means 21 may be included in the analysis device 14. That is, the detection wave analysis device 14 can be a computer, for example, and the internal diagnosis means 19 and the elastic characteristic calculation means 21 can be programs built in the computer. Further, the analysis device 14 has a storage device 15 and, as will be described later, the relationship between the concrete elastic property v and the concrete thickness w of the diagnosis site 4 and the strength and elastic property v of the concrete (such as empirical formulas and correlation diagrams). ) Store f and the like.
[0021]
A method for diagnosing the presence or absence of an internal defect 5 or an embedded object in the concrete structure 1 will be described with reference to the diagnostic apparatus of FIG. The laser device 6 and the laser interferometer 8 are arranged to face the concrete structure 1, the irradiation direction of the laser device 6 is aligned with the diagnosis site 4, and the pulse laser beam 7 is directed to the surface 2 of the diagnosis site 4. Irradiate. Further, the laser interferometer 8 is collimated to the diagnosis site 4 and the vibration of the surface 2 of the diagnosis site 4 is detected over time.
[0022]
For example , using a laser device 6 with an output of 3.0 to 3.8 J, a 20 cm thick concrete plate without internal defects 5 and a 20 cm thick concrete plate with internal defects 5 such as cracks are each irradiated with pulsed laser light 7. When the vibration of the surface 2 of each concrete plate is detected over time by the laser interferometer 8 , if the elastic wave attenuation inside the concrete is small, a detection wave as schematically shown in FIG. 2 is obtained. An example of the laser device 6 is a TEA-CO ₂ laser (Transversely Excited
Autospheric pressure laser, atmospheric pressure transverse discharge excited laser) devices. The experimental results are shown schematically in FIG. FIG. 4A shows the detection wave when the concrete plate has no internal defect 5, and FIG. 4B shows the detection wave when the concrete plate has the internal defect 5. As can be seen from FIG. 2, when there is no internal defect 5, the surface wave 9 at the time of laser light irradiation (impact) and the elastic wave reflected by the concrete structure back surface 3 (hereinafter also referred to as back surface reflected wave) 10 ₃ . Are detected. On the other hand, when there is an internal defect 5, an elastic wave 10 ₅ (hereinafter also referred to as an internal defect reflected wave) reflected by the internal defect 5 is detected between the surface wave 9 and the back surface reflected wave 10 ₃ . Is done. Generally rear reflective wave 10 ₃ is an elastic wave 10 detected in the final. Even when there is an embedded object inside the concrete plate, a detection wave of a change with time similar to the case where the internal defect 5 is present can be obtained.
[0023]
A detection wave from the laser interferometer 8 is input to the internal diagnostic means 19 of the analyzer 14. The internal diagnosis means 19 obtains the number of detections of the elastic wave 10 after detecting the surface wave 9 from the change in waveform from the detection of the surface wave 9 to the detection of the final elastic wave 10, for example, in the diagnosis target region 4. The presence or absence of internal defects 5 or buried objects is determined. For example, when only the elastic wave 10 ₃ reflected on the back surface is detected, it is determined that there is no internal defect 5 or embedded object, and when a plurality of elastic waves 10i are detected, it is determined that the internal defect 5 or embedded object exists. can do.
[0024]
It should be noted that in the concrete structure 1 such as a slope, after the back surface reflected wave 10 ₃ is detected, the elastic wave 10 reflected in the bedrock behind the concrete back surface may arrive at the surface in principle. Conceivable. However, the reflected wave from such a rock since the amplitude is very small, it can be easily distinguished from the reflected wave ₁₀₅ at the reflected wave 10 ₃ and internal defects 5 or buried object in the back 3. Therefore, even in the concrete structure 1 such as a slope, the final elastic wave 10 having a certain amplitude can be regarded as the reflected wave 10 ₃ from the back surface 3.
[0025]
Further, as shown in FIG. 1, the depth calculation means 20 is provided in the analysis device 14, and the depth di from the surface 2 of the diagnosis site 4 to the reflection site of the elastic wave 10 can be obtained. In this case, the concrete elastic characteristic v (for example, the elastic coefficient, the propagation velocity of the elastic wave 10, etc.) of the diagnosis site 4 is obtained in advance and stored in the storage device 15. The elastic characteristic v can be obtained based on the design value of the concrete structure 1 or can be obtained by experiments on the concrete structure 1. The propagation speed of the elastic wave 10 is a function of the rising temperature at the time of laser beam irradiation. However, if the power density of the pulse laser beam 7 is determined, the rising temperature at the time of irradiation can be obtained. Can be determined.
[0026]
Depth calculating means 20, for example, obtains the time tmax from the detection of the surface wave 9 to the detection of the last acoustic wave 10 i.e. rear reflection wave 10 _3, concrete from its time tmax and concrete elastic properties v of the diagnostic region 4 The thickness w is calculated. This is because the time tmax corresponds to the time when the elastic wave 10 generated on the surface 2 of the diagnosis site 4 reciprocates between the surface 2 and the back surface 3. When a plurality of elastic waves 10i are detected as shown in FIG. 2B, the time ti from the detection of the surface wave 9 to the detection of each elastic wave 10i other than the back surface reflected wave 10 ₃ is obtained, and the time The depth di from the surface 2 to the internal defect 5 or the buried object is calculated from ti and the concrete elastic property v. This is because the time ti corresponds to the round-trip time of the elastic wave 10 between the surface 2 and the internal defect 5 or the embedded object.
[0027]
Furthermore, while the irradiation position of the pulse laser beam 7 is fixed, the surface wave 9 and the elastic wave 10 are measured by the laser interferometer 8 at a plurality of predetermined intervals near the irradiation position, and the surface wave 9 at the plurality of measurement positions is measured. It is a heterogeneous material by calculating the concrete thickness w of the concrete structure 1 or the depth di from the surface 2 to the internal defect 5 or the buried object based on the waveform change from the detection of the elastic wave 10 to the detection of the elastic wave 10. It can be expected that the concrete structure 1 is diagnosed with high accuracy.
[0028]
On the other hand, it is also possible to diagnose the concrete elastic property v of the diagnosis target part 4 whose thickness w is known by the diagnostic apparatus of FIG. In this case, the analysis device 14 is provided with the elastic characteristic calculation means 21, the concrete thickness w of the diagnosis target part 4 is stored in the storage device 15, and the detection wave of the laser interferometer 8 is input to the elastic characteristic calculation means 21. The concrete thickness w can also be obtained by design values or experiments of the concrete structure 1. Elastic characteristics calculator 21 based on the detection wave of the laser interferometer 8, obtains a time tmax from the detection of the surface wave 9 to the detection of the last acoustic wave 10 i.e. rear reflection wave 10 _3, the diagnostic site and its time tmax From the concrete thickness w of 4, the concrete elastic characteristic v (for example, the propagation speed of the elastic wave 10) of the diagnosis site 4 is calculated. For example, by comparing the concrete elastic properties v of a plurality of areas to be diagnosed 4, comparing the concrete elastic properties v calculated at regular intervals (long-term monitoring), and comparing the concrete elastic properties v before and after an event such as an earthquake It can be expected that a relative soundness diagnosis of the concrete structure 1 is performed.
[0029]
Also in this case, the surface wave 9 and the elastic wave 10 are measured by the laser interferometer 8 at a plurality of predetermined intervals near the irradiation position while the irradiation position of the pulse laser beam 7 is fixed, and the surface at the plurality of measurement positions is measured. High-accuracy diagnosis of the concrete structure 1 which is a heterogeneous material is expected by calculating the concrete elastic property v, for example, the propagation velocity of the elastic wave 10, based on the waveform change from the detection of the wave 9 to the detection of the elastic wave 10. it can.
[0030]
Further, the strength diagnostic device 22 is provided in the analysis device 14, and if the relationship f between the strength of the concrete and the elastic property v is experimentally obtained in advance and stored in the storage device 15, the concrete strength of the site to be diagnosed 4 is obtained. It is possible. In this case, the concrete elastic characteristic v calculated by the elastic characteristic calculating means 21 is input to the strength diagnostic device 22 and the concrete strength at the diagnosis site 4 is obtained from the concrete elastic characteristic v and the relation f. Conventionally, in the ultrasonic exploration method using a piezoelectric element, the correlation between the ultrasonic propagation velocity and the concrete strength has been studied, and a strength estimation formula combining the rebound hardness and the ultrasonic velocity has been proposed. Yes. It can also be expected that the concrete strength of the concrete structure 1 is obtained using the relationship f between the concrete strength and the elastic property v based on the conventional ultrasonic exploration method.
[0031]
In the present invention, the elastic wave 10 is generated on the surface 2 of the concrete structure 1 by irradiation with the pulse laser beam 7, and the propagation of the elastic wave 10 is detected by the laser interferometer 8 in a non-contact manner. The presence or absence of the internal defect 5 and the thickness w of the structure 1 can be diagnosed. Since it is a non-contact diagnosis, there is no need to assemble a scaffold or the like, and the diagnosis work for a large concrete structure can be facilitated and speeded up as compared with a conventional contact type diagnosis method. Further, by using the laser device 6 having a large output and the laser interferometer 8 which is not easily affected by the properties of the concrete structure surface, sufficient accuracy can be secured for diagnosis of the concrete structure.
[0032]
Thus, provision of the “method and apparatus capable of diagnosing a large concrete structure in a short time without a scaffold”, which is the object of the present invention, is achieved.
[0033]
As shown in FIG. 1, the above-described diagnosis result can be output to the display 23 or the printer 24 and referred to in real time. Further, by inputting the diagnosis result to the data management means 34 and recording / storing it, a diagnosis history of the concrete structure 1 over time can be created and used for maintenance / management of the concrete structure 1. In addition, only the detection of the surface wave 9 and the elastic wave 10 is performed at the site, and the diagnosis of the presence or absence of the internal defect 5 or the buried object and the calculation of the depth d can be performed at another location, thereby further simplifying the site work. It is also possible to shorten the time. Furthermore, the diagnostic apparatus of the present invention can diagnose a plurality of parts on the concrete structure 1 while moving, and by combining with a position surveying system or the like of the part to be diagnosed 4, the diagnosis of the concrete structure 1 can be automated. Can also be expected.
[0034]
In addition, instead of using the detection wave by the laser interferometer 8 directly, spectrum analysis of the detection wave is performed. For example, from the spectrum of the dominant frequency component, the presence or absence of internal defects or buried objects, the depth di, the concrete thickness of the concrete structure 1 It can also be expected to diagnose the thickness w, concrete elastic property v, concrete strength, and the like.
[0035]
【Example】
In the embodiment of FIG. 1, an irradiation direction control device 26 that controls the irradiation direction of the pulsed laser light 7, and a collimation direction control device that controls the collimation direction of the laser interferometer 8 following the irradiation direction of the laser light 7. 28 is provided. By changing the irradiation direction of the pulse laser beam 7 and the collimation direction of the laser interferometer 8 toward the same diagnosis target part 4 at all times, efficient diagnosis of a plurality of diagnosis target parts 4 on the concrete structure 1 can be performed. It is possible. In the present invention, since the elastic wave 10 is generated by the irradiation of the pulse laser beam 7, there is no problem even if the incident angle of the laser beam 7 with respect to the concrete structure surface 2 changes as long as the thermal expansion of the irradiation region is obtained. An example of the irradiation direction control device 26 and the collimation direction control device 28 uses light deflection by a vibrating mirror (galvano mirror).
[0036]
FIG. 3 shows an embodiment in which the diagnosis apparatus shown in FIG. 1 is mounted on a moving body 30 such as a carriage, and the moving body 30 makes a diagnosis while moving the concrete structure 1 extending along the passage 37. This figure shows a case where a tunnel concrete structure is diagnosed. In this case, the irradiation direction control device 26 and the collimation direction control device 28 change the irradiation direction of the laser light 7 on the plane 31 that intersects the traveling direction of the moving body 30 and follow the irradiation direction to a laser interferometer. The collimation direction of 8 is changed. By this control, it is possible to inspect and diagnose a plurality of diagnosis sites 4i on the intersection line 32 between the plane 31 and the surface 2 of the concrete structure 1.
[0037]
By repeating the irradiation direction control of the laser beam 7 and the collimation direction control of the laser interferometer 8 according to the progress of the moving body 30 and repeating the diagnosis on a plurality of intersecting lines 32 separated in the traveling direction, The entire area of the concrete structure 1 extending along the passage 37 can be diagnosed efficiently. According to the embodiment of FIG. 3, it is possible to perform inspection work necessary for maintenance and management of the tunnel concrete structure within a limited time such as at night. Simplification, labor saving, and speed can be achieved.
[0038]
【The invention's effect】
As described above, the method and apparatus for diagnosing a concrete structure according to the present invention collimates the diagnosis site by irradiating a pulse laser beam from the laser device to generate an elastic wave in the diagnosis site of the concrete structure. over time to detect the surface wave at the time of the irradiation with a plurality of measurement positions of the predetermined distance of the diagnosis region near and said acoustic wave by the laser interferometer, internal defects or of the concrete structure by the waveform changes in the plurality of measurement positions Diagnose the presence / absence of buried objects, concrete thickness, concrete elastic properties, concrete strength, etc., and have the following remarkable effects.
[0039]
(B) Since a concrete structure can be diagnosed in a non-contact manner, there is no need to install a scaffold or the like, and the labor and efficiency of diagnostic work can be greatly reduced compared to conventional methods.
(B) By using a laser device having a large output and a laser interferometer that is not easily affected by surface properties, sufficient accuracy can be secured for diagnosis of a concrete structure.
(C) Since a plurality of parts of the concrete structure can be diagnosed while changing the irradiation direction of the laser device and the collimation direction of the laser interferometer, a large-scale concrete structure can be easily diagnosed in a short time.
(D) Since it can be diagnosed while moving, it can also diagnose concrete structures such as tunnels in operation in a short time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the device of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of an example of a waveform detected by a laser interferometer.
FIG. 3 is an explanatory diagram of another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram of an example of a conventional method for diagnosing a concrete structure.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Concrete structure 2 ... Front surface 3 ... Back surface 4, 4i ... Diagnosis part 5 ... Internal defect 6 ... Laser apparatus 7 ... Pulse laser beam 8 ... Laser interferometer 9 ... Surface wave 10 ... Elastic wave
10 ₃ ... Elastic wave (Back reflected wave)
10 ₅ ... Elastic wave (Internal defect reflected wave)
12 ... Irradiation zone (thermal expansion zone) 14 ... Detection wave analyzer
15… Storage device 16… Elastic properties
19 ... Internal diagnosis means 20 ... Depth calculation means
21 ... Elastic property calculation means 22 ... Strength diagnosis means
23… Display 24… Printer
26 ... Irradiation direction control device 28 ... Collimation direction control device
29 ... Attitude control means 30 ... Moving object
31 ... Plane 32 ... Intersection line
34 ... Data management means 36 ... Tunnel
37 ... Passage 40 ... Hammer
41 ... Worker 42 ... Scaffolding d ... Depth f ... Relationship between concrete strength and elastic properties t ... Time v ... Concrete elastic properties w ... Concrete thickness

Claims

A laser interferometer that irradiates the surface of the site to be diagnosed in a concrete structure with a pulsed laser beam to generate an elastic wave due to thermal expansion and collimates the surface of the site to be diagnosed at multiple intervals around the site to be diagnosed The surface wave at the time of irradiation and the elastic wave are detected over time at a position, and an internal defect or embedding of the concrete structure in the diagnosis site from a waveform change from surface wave detection to elastic wave detection at a plurality of measurement positions A method for diagnosing a concrete structure by determining the presence and depth of an object.

2. The diagnosis method according to claim 1, wherein an internal defect or a depth of an embedded object is calculated from a concrete elastic property of the diagnosis part and waveform changes at the plurality of measurement positions. Method.

Of concrete structures concrete thickness is known is irradiated with the pulsed laser beam on the surface of the diagnosis region to generate acoustic waves due to thermal expansion, the diagnostic site near the laser interferometer for collimating the surface of the diagnostic region The surface wave and the elastic wave at the time of irradiation are detected over time at a plurality of measurement positions with a predetermined interval, and the waveform change from the surface wave detection to the elastic wave detection at the plurality of measurement positions and the concrete thickness A method for diagnosing a concrete structure by calculating the concrete elastic properties of a site to be diagnosed.

4. The method according to claim 3 , wherein the relationship between the strength and elastic properties of the concrete is experimentally determined, and the concrete strength of the site to be diagnosed is determined from the concrete elastic properties and the relationship of the site to be diagnosed. Diagnosis method.

Adjusted in any of the diagnostic method of claims 1 4, the irradiation energy intensity of the pulsed laser light, the pulse width, interval of the pulse train, by adjusting the pulse height and / or number of pulses the frequency and directivity of the acoustic wave A method for diagnosing concrete structures.

In any of the diagnostic method of claims 1 5, the diagnostic method of the carbon dioxide gas pulsed laser beam (CO ₂₎ concrete structure comprising a laser beam.

In any of the diagnostic method of claims 1 6, a plurality of said concrete structure by following the said irradiation direction with changing the irradiation direction of the pulsed laser beam to change the collimating direction of said laser interferometer A method for diagnosing a concrete structure by diagnosing the part to be diagnosed.

8. The diagnostic method according to claim 7 , wherein the laser beam is output from the moving body to the concrete structure extending along the passage, and the laser interferometer is mounted on the moving body, and the traveling direction of the moving body is determined. By changing the irradiation direction of the laser light on an intersecting plane and changing the collimation direction of the laser interferometer following the irradiation direction, a plurality of lines on the intersection line between the plane and the concrete structure surface A method for diagnosing a concrete structure, comprising diagnosing a site to be diagnosed and diagnosing the concrete structure by repeatedly changing the irradiation direction and collimation direction according to the progress of the moving body.

A laser device that irradiates a surface of a diagnosis site of a concrete structure with a pulse laser beam to generate an elastic wave due to thermal expansion, collimating the surface of the diagnosis site, and a plurality of measurement positions at predetermined intervals in the vicinity of the diagnosis site in the laser interferometer over time detect the surface wave and said acoustic wave during irradiation, and the concrete structure of the object to be diagnosed site from the waveform changes to acoustic waves detected from the surface-wave detection in the plurality of measurement positions diagnostic apparatus for a concrete structure comprising comprising a diagnostic means asking you to presence and depth of internal defects or buried object.

The diagnostic apparatus according to claim 9 , further comprising a storage device that stores a concrete elastic characteristic of the diagnosis target part, and an internal defect of the diagnosis target part or a depth of an embedded object from the waveform change and the elastic characteristic at the plurality of measurement positions. An apparatus for diagnosing a concrete structure provided with a depth calculating means for calculating the thickness.

A laser device that irradiates a surface of a diagnosis site of a concrete structure with a pulse laser beam to generate an elastic wave due to thermal expansion, collimating the surface of the diagnosis site, and a plurality of measurement positions at predetermined intervals in the vicinity of the diagnosis site the laser interferometer over time detects the irradiation time of the surface wave and the acoustic wave in said storage device for storing the concrete thickness of the diagnosis region, and elastic wave detection from the surface wave detection in the plurality of measurement positions An apparatus for diagnosing a concrete structure, comprising elastic characteristic calculation means for calculating concrete elastic characteristics of the diagnosis site from the waveform change up to and the thickness.

12. The diagnostic apparatus according to claim 11 , wherein a relationship between the concrete strength and elastic properties experimentally determined in the storage device is stored, and the diagnosis site is determined from the concrete elastic properties calculated by the elastic property calculating means and the relationships. A diagnostic apparatus for a concrete structure provided with a strength diagnostic means for determining the concrete strength of the concrete.

13. The concrete structure according to any one of claims 9 to 12 , wherein the laser device is adjustable in irradiation energy intensity, pulse width, pulse train interval, pulse height and / or number of pulses of the pulse laser beam. Diagnostic device for things.

The diagnostic apparatus according to any one of claims 9 to 13 , wherein the laser apparatus is a carbon dioxide (CO ₂ ) laser apparatus.

15. The diagnostic apparatus according to claim 9 , wherein an irradiation direction control device that controls an irradiation direction of the laser light, and a collimation direction control that controls the collimation direction of the laser interferometer following the irradiation direction. Diagnostic equipment for concrete structures provided with equipment.

16. The diagnostic apparatus for a concrete structure according to claim 9 , further comprising moving means for the laser apparatus and a laser interferometer.