JP3770988B2

JP3770988B2 - コンクリート構造物用ひび割れ検知センサー

Info

Publication number: JP3770988B2
Application number: JP04273397A
Authority: JP
Inventors: 謙蔵関島; 照幸中辻; 靖大塚; 英二澤田; 勝之石川
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp; Shimizu Corp
Current assignee: Chichibu Onoda Cement Corp; Shimizu Corp
Priority date: 1997-02-26
Filing date: 1997-02-26
Publication date: 2006-04-26
Anticipated expiration: 2017-02-26
Also published as: JPH10238139A

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に適用されるひび割れ検知センサーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、コンクリートに生じるひび割れを検知したり、ひび割れの程度を検出するべくひび割れ幅を計測するための手法としては、現在までのところ次のようなものが実用化されている。
▲１▼目視によりひび割れの有無を観察し、クラックスケールを用いてひび割れ幅を読み取るもの。
▲２▼接着型抵抗線ひずみゲージ（ワイヤーストレインゲージ）をコンクリート表面に接着するもの。
▲３▼非接触型ひずみ計（カールソン型計器）をコンクリート中に埋設しておくもの。
▲４▼金属板に打込んだ鋼球を標点とする押当て式ひずみ計（コンタクト式ひずみゲージ）をコンクリート表面に接着して用いるもの。
▲５▼電気的変位計（πゲージ）を用いるもの。
▲６▼検知対象のコンクリートに予め導電性を有する炭素繊維の長繊維を埋設しておき、その長繊維の両端間の電気抵抗値を検出してその変化からひび割れの有無と程度を検知するもの。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の手法は、実験室においてコンクリート試験体に対してひび割れ試験を行う場合には適用し得るものの、実際に構築されている屋外の構造物のひび割れを長期にわたってモニタリングする場合にそのまま適用することは以下のような理由によりいずれも無理がある。
▲１▼目視観察によるものは精度の点で難があり、特にコンクリート表面が汚れているような場合は微細なひび割れを検知し難い。
▲２▼接着型抵抗線ひずみゲージは耐久性に難がある。
▲３▼非接触型ひずみ計は高価であるので測定箇所が限定される。
▲４▼押当て式ひずみ計はコンクリート表面に対する接着の手間を要し、また鋼球が錆びる懸念がある。
▲５▼電気的変位計は屋外において使用する場合は耐久性に難があり、実用的でない。
▲６▼炭素繊維の長繊維の電気抵抗値を検出するものは感度の点で難がある。つまり、ひび割れが微細な場合は電気抵抗値が大きく変化しないので、ひび割れ幅が大きくなるまでは検知できない。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑み、実際に施工されたコンクリート構造物に適用可能な有効なひび割れ検知センサーを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、コンクリート構造物に適用されて当該構造物のコンクリートに生じるひび割れを検知するべく検知対象のコンクリート中に埋設されるセンサーであって、前記コンクリートとともにひび割れが生じるように黒鉛粉末と炭素繊維等の導電性繊維の短繊維とを分散混入して硬化させたセメント硬化体を主体とし、該セメント硬化体の少なくとも任意の２点にそれら２点間の電気抵抗値を検出するための端子を設けてなることを特徴とする。前記セメント硬化体の外表面は非平滑面に形成することが好適である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は一実施形態のセンサー１を模式的に示す図であり、本センサー１は矩形断面の棒状（つまり帯板状）の形態をなすセメント硬化体２を主体として、その両端に電気抵抗値計測用の端子３が取り付けられ、かつ各端子３にリード線４が接続された構成のものである。
【０００７】
上記のセンサー１はひび割れを検知すべき対象のコンクリート中に埋設されるものであって、このセンサー１におけるセメント硬化体２は検知対象のコンクリートとほぼ同様の性状のものとされ、かつコンクリートがひび割れを生じた際にはそこに埋設されているこのセメント硬化体２にも同様にひび割れが生じるものとされている。そして、このセメント硬化体２は、セメント粉末に黒鉛粉末２ａおよび炭素繊維の短繊維２ｂを分散混入して硬化せしめて形成されてなるものであり、それら黒鉛粉末２ａおよび炭素繊維の短繊維２ｂがいずれも導電性を有するものでありかつそれらが互いに電気的に自ずと接触するものとなることから、このセメント硬化体２も全体として導電性を有するものとなり、当然に所定の電気抵抗値を有するものとなり、このセメント硬化体２の端子３，３間の電気抵抗値はテスター等の簡易な計測器を用いることで容易にかつ高精度で計測し得るものである。
【０００８】
上記のセンサー１の寸法は適宜で良いが、一例を挙げれば、横断面の長辺を２０ｍｍ程度、短辺を１０ｍｍ程度、全長を４００ｍｍ程度とすることが考えられる。また、横断面形状は上記のような矩形に限らず、円形や正方形、多角形を含む任意の断面形状としても良い。また、電気抵抗値を端子３により直接的に計測できる場合はリード線４は省略して良い。
【０００９】
上記のセンサー１は、セメント粉末に黒鉛粉末２ａおよび炭素繊維の短繊維２ｂを適量配合して水とともに混練し、それを型枠内に打設して棒状に成型硬化せしめた後に脱型し、その両端に端子３を導電性接着剤により接着し、かつそれにリード線４を取り付けることで容易にかつ安価に製作することができる。あるいは、型枠内に予め端子３を取り付けておき、打設の際に同時に端子３をセメント硬化体２に対して一体に打込むこともできる。
【００１０】
上記のセンサー１は、上記のように黒鉛粉末２ａおよび炭素繊維の短繊維２ｂを分散混入されていることから導電性を有し、端子３，３間には所定の電気抵抗値を有するものであるが、これをひび割れの発生を検知すべき対象のコンクリート中に予め埋設しておいてその電気抵抗値を適宜計測することにより、それが埋設されているコンクリートにひび割れが発生したか否かを確実に、しかも簡便な計測器により簡単な操作で安価に検知し得るものである。
【００１１】
すなわち、上記のセンサー１を埋設したコンクリートが地震等の過大荷重を受けて、あるいは過大な温度応力や乾燥収縮等に起因してひび割れが発生すると、セメント硬化体２にも同様のひび割れが生じ、それに伴いセメント硬化体２中の黒鉛粉末２ａの粒子および短繊維２ｂどうしの電気的相互接触が損われる結果、セメント硬化体２の電気抵抗値が正常時よりも増大することになる。したがって端子３，３間の電気抵抗値をテスター等の計測器により計測し、計測値が正常時よりも増大したとすればそのことからセメント硬化体２にひび割れが発生したこと、つまり、それが埋設されているコンクリートにひび割れが発生したことを検知し得ることになる。そして、上記の計測は常時連続的に行うことはなく定期的に行うことで十分であるし、その計測にはテスター等の簡便な計測器が１台あれば良いからコスト的な負担はきわめて少ない。
【００１２】
また、上記のセンサー１は、電気抵抗値の増大からひび割れの発生を定性的に検知し得るのみならず、セメント硬化体２に生じるひび割れ幅とそれによる電気抵抗値の変化との関係を予め実験的に求めておけば、計測された電気抵抗値からコンクリートに生じたひび割れ幅を定量的に把握することもできる。それには、たとえば図２に示すように実際の使用条件とほぼ同様の形態でセンサー１を埋設したコンクリート試験体１０を製作し、その試験体１０に曲げ荷重を与えて強制的にひび割れを発生させる性能試験を行い、それにより発生するひび割れ幅を他のセンサーたとえば電気的変位計（πゲージ）１１や接着型抵抗線ひずみゲージ（ワイヤーストレインゲージ）１２により計測するとともに、その際のセンサー１の電気抵抗値を計測することにより、ひび割れ幅とセンサー１の電気抵抗値の関係を求めておけば良い。なお図２における符号１３は試験体１０に埋設された鉄筋であり、センサー１を実際のコンクリート中に埋設する際には、この試験体１０のようにセンサー１を鉄筋１３の外側の表層部（かぶりの部分）においてひび割れが発生すると予想される方向と直交する方向に延在するように設けることが好適である。
【００１３】
ところで、炭素繊維の短繊維２ｂを省略して黒鉛粉末２ａのみをセメント硬化体２に分散混入した場合にも黒鉛粉末２ａの粒子どうしの接触により導電性を有するものとはなるが、その場合は正常時においてもセメント硬化体２の電気抵抗値が著しく高いものとなり、したがってひび割れの発生による電気抵抗値の増大を計測するうえでは実用的ではない。また、黒鉛粉末２ａを省略して炭素繊維の短繊維２ｂのみを分散混入することでは、短繊維２ｂどうしが直接的にかつ確実に接触して全体として導電性を有するものとはなり難く、それが可能となるためには短繊維２ｂを著しく多量に混入しなければならず、コストを考慮するとやはり実用的ではない。この点で、上記実施形態のように黒鉛粉末２ａと短繊維２ｂの双方を分散混入すると、黒鉛粒子２ａを介在して短繊維２ｂどうしが電気的に接触して全体として自ずと適度の導電性を有するものとなり、かつ、それらの配合量や短繊維２ｂの長さ等を適宜設定することで電気抵抗値を所望値に設定することも可能である。
【００１４】
ただし、短繊維２ｂの長さを余り短くすると相互接触が生じ難くなることから導電性が確保し難くなり、逆に短繊維２ｂが長過ぎるとひび割れが発生した場合にも短繊維２ｂがひび割れを跨いで導電性を維持してしまうことから電気抵抗値の増大が生じ難くなり、以上のことを考慮すると短繊維の長さは０．５〜５ｍｍ程度の範囲内で設定することが好適である。
【００１５】
なお、セメント硬化体２に分散混入する短繊維２ｂとしては炭素繊維に限らず導電性を有するものであれば鋼繊維その他の繊維も採用可能であるし、異種の繊維を混合して用いることでも良い。
【００１６】
また、上記のセンサー１におけるセメント硬化体２は、それが埋設されるコンクリートと性状ができるだけ均一であることが好ましく、したがって黒鉛粉末２ａおよび短繊維２ｂ以外の配合は検知対象のコンクリートと同等としておくと良い。勿論、必要に応じて適宜の混和材を配合することは任意である。そして、セメント硬化体２の外表面を細かな凹凸を多数形成する等して非平滑面としておけば、コンクリートに対する付着性が確保されてコンクリートとセンサー１との一体化が十分に図られ、コンクリートにひび割れが発生した際にはセメント硬化体２にも確実に同様のひび割れが発生するものとできる。セメント硬化体２の外表面を非平滑面とするには、セメント硬化体２を成型するための型枠の内面に非平滑面としておけば良い。
【００１７】
さらに、上記実施形態ではセメント硬化体２の両端にのみ端子３，３を設けたものとしたが、端子３は両端に設けることに限らず電気抵抗値を測定可能である限りにおいては任意の２点に対して設ければ良く、両端に設けることに代えて、あるいはそれに加えて、セメント硬化体２の中間位置に端子３を設けることも考えられる。図３に示す他の実施形態のセンサー２０は、その全長を十分に長尺のものとしてセメント硬化体２１の両端および中間にそれぞれ端子３を設けた構成のものであり、この場合は隣合う端子３，３間の電気抵抗値を順次測定することでひび割れの発生箇所をも特定することが可能である。勿論、センサーを十分に長尺としてその両端のみで電気抵抗値を計測すれば、センサーの全長に渡る広い範囲において発生したひび割れを一度の計測で検知することができる。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように、本発明のセンサーは、ひび割れ検知対象のコンクリート中に埋設されて使用されるものであり、検知対象のコンクリートとともにひび割れが生じるセメント硬化体に黒鉛粉末と導電性繊維の短繊維を分散混入した構成のものであるので、そのセメント硬化体の電気抵抗値を計測することでその変化の状態からコンクリートのひび割れを精度良くしかも簡便に検知できるものであり、またひび割れ幅を検出することも可能であり、きわめて有効である。特にセメント硬化体の外表面を非平滑面とすればコンクリートとの一体化が十分に図られ、検知対象のコンクリートと同様のひび割れをより確実にセメント硬化体に生ぜしめることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるセンサーを模式的に示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】同センサーの性能試験を行っている状態を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。
【図３】本発明の他の実施形態であるセンサーを模式的に示す図である。
【符号の説明】
１センサー
２セメント硬化体
２ａ黒鉛粉末
２ｂ短繊維
３端子
４リード線
２０センサー
２１セメント硬化体

Claims

コンクリート構造物に適用されて当該構造物のコンクリートに生じるひび割れを検知するべく検知対象のコンクリート中に埋設されるセンサーであって、前記コンクリートとともにひび割れが生じるように黒鉛粉末と炭素繊維等の導電性繊維の短繊維とを分散混入して硬化させたセメント硬化体を主体とし、該セメント硬化体の少なくとも任意の２点にそれら２点間の電気抵抗値を検出するための端子を設けてなることを特徴とするコンクリート構造物用ひび割れ検知センサー。
前記セメント硬化体の外表面を非平滑面に形成してなることを特徴とする請求項１記載のコンクリート構造物用ひび割れ検知センサー。