JP3834749B2 - サーモグラフィを用いた構造物調査・診断装置及びサーモグラフィ装置による鉄筋・鉄骨コンクリート構造物の測定方法並びに構造物調査・診断システム - Google Patents
サーモグラフィを用いた構造物調査・診断装置及びサーモグラフィ装置による鉄筋・鉄骨コンクリート構造物の測定方法並びに構造物調査・診断システム Download PDFInfo
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Description
【０００１】
本発明はサーモグラフィ装置で撮像した熱画像データを介して、コンクリート内の腐食した鉄筋或は鉄骨の有無とその度合及び位置並びにコンクリート内のひび割れを検知する様に成したサーモグラフィを用いた構造物調査・診断装置及びサーモグラフィ装置による鉄筋・鉄骨コンクリート構造物の測定方法並びに構造物調査・診断システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ビルディングやトンネル、切通しの傾斜面等の土木建築物に用いられるコンクリートの劣化時の剥離、亀裂、空洞等の診断には種々の方法が用いられている。
例えば、超音波、放射線、レーダ波、音響信号等をコンクリートの被測定面に照射し、その反射波を電気信号に変換して可視化させる超音波法、放射線透過法、レーダ法、アコーステック・エミッション（ＡＥ）法等が知られている。
又、赤外線を用いて被測定物の表面温度を赤外線放射温度計で測定し、熱画像をＬＣＤ等の表示装置に表示させる様にしたサーモグラフィ装置もよく知られている。
【０００３】
通常サーモグラフィ装置は、放射温度計に走査機能を付加したもので走査方法には機械的走査方法と２次元アレイを用いた電気的走査方法が用いられている。
【０００４】
上記した各種の被測定物の診断方法ではサーモグラフィ装置の小型化が図られ携帯にも便利で土木建築現場で多用され、例えば「昭和６０年第１０号、赤外線技術「赤外計測によるコンクリート剥離の検出」新井他」等にタイルの剥離状態の計測方法等が記載されプラント等の各種設備や構造物の監視診断等に応用研究が進められている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のサーモグラフィ装置による従来のコンクリート構造物の劣化或は耐久性診断では例えば鉄筋コンクリート（Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ：以下ＲＣと記す）造り或は鉄骨鉄筋コンクリート（Ｓｔｅｅｌ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ：以下ＳＲＣと記す）造りの主に壁面、（例えば、磁器タイル）の浮きや空洞の測定のみに留まっていた。即ち、ＲＣ造り、或はＳＲＣ造りの建物躯体内の鉄筋や鉄骨の位置（コンクリートの被り厚さ）や腐食の有無、コンクリートのひび割れ状態を検知する様に成したものは未だ提案されていない。
【０００６】
一方、鉄筋或は鉄骨の腐食位置や部位の測定を非破壊試験方法で行なう従来方法は、主に、腐食位置と非腐食位置との微量な電位差を測定する自然電位法が知られている。
【０００７】
この自然電位法は被りコンクリート厚（鉄筋或は鉄骨位置からコンクリート部表面までの距離）が水で飽和されているという仮定の基に於ける水の通電性を利用し、腐食部位と非腐食部位の微量な電位差を測定するものであり測定精度に大きな問題があった。
【０００８】
また、コンクリート内のひび割れ等の診断は、主に打音や目視によるため、例えば、高層建築物の様に診断者が近づくことが出来ず、打音や目視が出来ない箇所では調査・診断が不可能であった。
【０００９】
更に、鉄筋或は鉄骨の位置を測定する非破壊試験方法としては前記した入射波と反射波の位相差から鉄筋位置等を求めるＡＥ法やレーダ法があるがコンクリート内部にひび割れや大きな空洞があると、これら部位で反射を生じて測定精度を劣化させる課題があった。
【００１０】
本発明は叙上の課題を解消するために成されたもので、発明が解決しようとする課題はサーモグラフィ装置でＲＣ造り或はＳＲＣ造りのコンクリート構造物の劣化度及び耐久性能の調査・診断に於いてコンクリート内部の鉄筋或は鉄骨の腐食の有無及び度合、それらのコンクリート表面からの位置及びコンクリートへのひび割れ度合や位置を測定可能なサーモグラフィを用いた構造物調査・診断装置及びサーモグラフィ装置による鉄筋・鉄骨コンクリート構造物の測定方法並びに構造物調査・診断システムを得ようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係わる本発明は、コンクリート構造物の表面を時々刻々に撮像して熱画像情報並びに熱画像履歴情報を得ることでコンクリート構造物の欠陥を検知するサーモグラフィを用いた構造物調査・診断装置であって、コンクリート構造物内の鉄筋或は鉄骨に熱を加える加熱手段と、加熱手段により加熱された鉄筋或いは鉄骨から熱伝導によって変動するコンクリート表面の熱画像情報並びに熱画像履歴情報に基づいて、鉄筋或いは鉄骨及びコンクリートの熱伝導解析を熱伝導方程式に基づく逆解析を行なうことで該鉄筋或いは鉄骨及び該コンクリートの欠陥を同時に得る熱伝導逆解析手段と、を具備したことを特徴とするサーモグラフィを用いた構造物調査・診断装置としたものである。
【００１２】
請求項２に係わる本発明は、鉄筋或いは鉄骨の欠陥が、鉄筋或いは鉄骨の腐食の有無及び腐食の程度並びにその位置であることを特徴とする請求項１記載のサーモグラフィを用いた構造物調査・診断装置としたものである。
【００１３】
請求項３に係わる本発明は、コンクリート又は鉄筋或いは鉄骨に生じた欠陥が、コンクリート構造物のひび割れ、空洞、剥離並びに鉄筋或は鉄骨との剥離状態であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のサーモグラフィを用いた構造物調査・診断装置としたものである。
【００１４】
請求項４に係わる本発明は、コンクリート構造物の表面を時々刻々に撮像して熱画像情報並びに熱画像履歴情報を得ることで該コンクリート構造物の欠陥を検知するサーモグラフィ装置による鉄筋・鉄骨コンクリート構造物の測定方法であって、コンクリート構造物内の鉄筋或いは鉄骨に熱を加える加熱プロセスと、この加熱プロセスにより加熱された鉄筋或いは鉄骨からの熱伝導によって変動するコンクリート表面の熱画像情報並びに熱画像履歴情報に基づいて、鉄筋或いは鉄骨及びコンクリートの熱伝導解析を熱伝導方程式に基づく逆解析を行なうことで、鉄筋或いは鉄骨及び該コンクリートの欠陥を同時に得る熱伝導逆解析プロセスと、より成ることを特徴とするサーモグラフィ装置による鉄筋・鉄骨コンクリート構造物の測定方法としたものである。
【００１５】
請求項５に係わる本発明は、鉄筋或いは鉄骨の欠陥は、鉄筋或は鉄骨の腐食の有無又は腐食の程度並びにその位置を検知することを特徴とする請求項４記載のサーモグラフィ装置による鉄筋・鉄骨コンクリート構造物の測定方法
としたものである。
【００１６】
請求項６に係わる発明は、コンクリート構造物の表面を時々刻々に撮像して熱画像情報並びに熱画像履歴情報を得ることでコンクリート構造物の欠陥を調査、或は診断する構造物調査・診断システムであって、コンクリート構造物中の鉄筋或は鉄骨を加熱する加熱システムと、加熱システムにより加熱した鉄筋或いは鉄骨から熱伝導によって変動するコンクリート表面の熱画像情報並びに熱画像履歴情報に基づいて、鉄筋或いは鉄骨及びコンクリートの熱伝導解析を熱伝導方程式に基づく逆解析を行なうことで、鉄筋或いは鉄骨及びコンクリートの欠陥部位を同時に得る熱伝導逆解析システムと、を有することを特徴とする構造物調査・診断システムとしたものである。
【００１７】
斯かる、請求項１乃至請求項６に係わるサーモグラフィを用いた構造物調査・診断装置及びサーモグラフィ装置による鉄筋・鉄骨コンクリート構造物の測定方法並びに構造物調査・診断システムによればコンクリート構造物中の金属物体、例えば鉄筋や鉄骨の腐食状態は腐食領域で熱伝導率が大幅に低下することで非腐食部分より低温となる部分を検出することで腐食或は非腐食度合及びその有無を高精度に検出可能となる。
【００１８】
又、コンクリート表面から鉄筋までのコンクリートの被り厚さ（鉄筋位置）も熱画像の逆時間履歴に基づく熱伝導率の解析から高精度に検出することが出来る。
【００１９】
更に、コンクリートのひび割れ箇所に於いては、ひび割れ箇所や鉄筋とコンクリート間の隙間には空気や水が存在することで熱伝導率や熱容量はひび割れのないコンクリートに比べ小さいためひび割れ箇所は高温部となるのでこの高温部を検出することでひび割れや空隙部分を検出することが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の 1 形態例によってコンクリート構造物等の被測定物をサーモグラフィ装置で取得した熱画像情報に基づいてコンクリート構造物中の鉄筋或は鉄骨等の金属物体の腐食状態（腐食度合及び腐食の有無）：腐食位置（コンクリート被り厚さ）並びにコンクリート内のひび割れ位置及び性状を検知するサーモグラフィを用いた構造物調査・診断装置及びサーモグラフィ装置による鉄筋・鉄骨コンクリート構造物の測定方法並びに構造物調査・診断システム
を図面によって詳記する。
【００２１】
図１は本発明のサーモグラフィを用いた構造物調査・診断装置及びサーモグラフィ装置による鉄筋・鉄骨コンクリート構造物の測定方法並びに構造物調査・診断システムの原理構成を示す模式図を示すものである。
【００２２】
図１に於いて、被測定物１としてはコンクリート構造物の如き建物躯体を考える。この建物躯体内のコンクリートにはＲＣ造り、或はＳＲＣ造りの金属物体２である鉄筋或は鉄骨等が例えば、配筋図にしたがって配筋されている。
【００２３】
上述のコンクリート構造物１中に配筋された鉄筋２が図１に示す様に非腐食部２ａと腐食部２ｂと、鉄筋の存在しない領域２ｃ部分より成り、コンクリート構造物１にひび割れ部分８を有しているものとする。
【００２４】
本例では加熱手段６で加熱した鉄筋２をサーモグラフィ装置５により、コンクリート構造物１の表面の所定領域をＸ及びＹ軸方向に所定の時間間隔毎に走査撮像した熱画像データＤH をコンピュータ（ＣＰＵ）７ａを介し記憶手段としての例えばフレームメモリ７ｄに格納し、これら格納データを基に加熱した鉄筋を熱源としてコンクリート中に伝達される熱伝導解析を行なうことでコンクリートの被り厚（鉄筋２からコンクリート構造物１の表面までの位置）Ｔを同定すると共に、鉄筋２の腐食の有無或はその度合並びにひび割れの発生度合その位置を測定可能と成したものである。
【００２５】
以下、本発明の１形態例を図２乃至図４を用いて説明する。
【００２６】
図２に於いて、サーモグラフィ装置５はＸ−Ｙ走査部３と放射温度計４で構成される。Ｘ−Ｙ走査部３内には例えば被測定物であるコンクリート構造物１の表面の所定領域をＸ軸及びＹ軸方向に走査する垂直走査鏡３ａと水平走査鏡３ｂを有し、これら垂直及び水平走査鏡３ａ及び３ｂはガルバノアクチェータ等で機械的にＹ−Ｙ軸及びＸ−Ｘ軸方向に走査される。垂直走査鏡３ａ及び水平走査鏡３ｂを介して得られた赤外光はレンズ等の光学系３ｃを経て赤外検出器３ｄに入射する。これらＸ−Ｙ走査部３の赤外検出器３ｄは単素子からなる１次元アレイでなく、電気的にＸ及びＹ軸方向に走査可能な２次元アレイであってもよい。この場合は機械的走査でなく電気的にＸ軸及びＹ軸方向の走査が成される。
【００２７】
赤外検出器３ｄに入射した赤外光は電気信号に変換され、増幅器４ａを介して増幅された後に信号処理部４ｂで各種の信号処理を施した後にＬＣＤ等の表示部４ｃに赤外線画像を温度に対応した色で表示する熱画像を出力する。
尚、信号処理部４ｂからの出力は熱伝導解析手段７を構成するＣＰＵ７ａのインタフェース７ｂにも供給されている。
【００２８】
熱伝導解析手段７内にはＣＰＵ７ａを有し、このＣＰＵ７ａは通常のＲＯＭ及びＲＡＭ７ｃ等の記憶手段の他に記憶容量の大きいビデオメモリ、或はフィールドメモリ７ｄ等の記憶手段を有し、バス７ｇにはＣＲＴ等の表示装置７ｅやキーボード７ｆ等の操作部が接続されている。
【００２９】
以下、図２に示したサーモグラフィ装置５によって、コンクリート構造物内の鉄筋や鉄骨の腐食の有無及び腐食の度合及びコンクリート内のひび割れ部やひび割れ位置を検知する場合の動作を図３の熱画像データを基に説明する。
【００３０】
図３（ａ）〜（ｃ）は簡単な試験体に対する本発明の適用例を示す熱画像を示すもので、試験体としては図３（ｄ）に示す如き略長方形状のコンクリートブロック内に非腐食部２ａより成る鉄筋２と腐食した鉄筋２ｂを２本並設し、手前側の腐食した鉄筋２（２ｂ）の左半分は研摩して非腐食部２ａとなし右半分はそのままにした腐食部２ｂとしたブロックに成型し、平面部に鉄筋２に到る０．３ｍｍφの透孔を模擬的ひび割れ８として形成した。尚コンクリートの被り厚Ｔ＝５０ｍｍとした。
【００３１】
本例では鉄筋２に加熱手段６を介して所定の熱を加える。加熱方法としては適宜方法をとることが出来る。コンクリート構造物等では配筋図を参照してコンクリートの数箇所をはつり取りして鉄筋を剥き出した後に電流を流すこと又はヒータであぶる等で強制加熱することで鉄筋２を熱源として、所定の時間間隔で被測定物としてのコンクリート構造物１のコンクリート表面をサーモグラフィ装置５で走査して熱画像データを取得する。
【００３２】
図３（ａ）は強制加熱を行なう前のコンクリート構造物１の平面側から視たサーモグラフィ装置の撮像による初期熱画像を示している。この初期熱画像では図３（ｄ）に示された鉄筋２を見ることは出来ない。実際の鉄筋位置と鉄筋の非腐食部２ａと腐食部２ｂの部位を楕円状の破線で囲って示している。
【００３３】
図３（ｂ）は鉄筋２に加熱手段６を介して加熱を行ない、この鉄筋２に加えた熱を熱源として、鉄筋２を介してコンクリート構造体１の表面に熱が伝達し、所定時間経過時の図３（ｄ）に示すコンクリート構造物１の平面側からのサーモグラフィ装置５により、図３（ａ）位置と同一領域を撮像した場合の熱画像を示している。
【００３４】
図３（ｂ）の熱画像を見ると、上側の鉄筋２の非腐食部２ａでは赤から黄色（２５．２℃〜２４．３℃）の温度で示され、下側の鉄筋２の研摩した非腐食部２ａで赤色（２５．２℃〜２４．９℃）の温度で示す状態として表され、腐食部２ｂでは緑色から空色（２４．０℃〜２２．８℃）の温度で示されている。
【００３５】
このことは、次の様に考えることが出来る。鉄筋２の腐食部２ｂでは熱伝導が殆ど無く、逆に非腐食部２ａでは腐食部２ｂに比べて遥かに大きい熱伝導率を有しているため、熱源である鉄筋２からコンクリート部に伝達される非腐食部２ａでの熱伝導率は大きく、腐食部２ｂでの熱伝導率は小さい。従って、コンクリート構造物１の表面の温度は或る所定時間経過時の熱画像に於いて、腐食部は低温を示し、非腐食部は高温を示すので鉄筋中の温度及び温度の高低勾配から腐食部２ｂと非腐食部２ａの有無を視覚的に容易に見分けることが可能となる。
【００３６】
この場合、互に隣接する腐食部２ｂと非腐食部２ａがあった時に非腐食部２ａの鉄筋からの熱がコンクリートに伝達する際にコンクリート内に３次元的に熱を伝達させ、腐食部２ｂの表面コンクリート温度も変化するが、これらはコンクリートの温度解析によって、これらの影響を除いた熱画像を映出することが可能である。
【００３７】
又、図１及び図２に示した様にコンクリート構造物１の鉄筋２に鉄筋２が存在しない領域２ｃも当然考えられる。
【００３８】
この様な鉄筋が存在しない領域２ｃでは腐食部２ｂと同じ様に温度が上昇せず低温を示すため、鉄筋２の腐食部２ｂであるか、鉄筋２の存在しない領域２ｃであるのかの判別がつかない場合が生ずる可能性がある。
【００３９】
この場合は鉄筋の存在しない領域２ｃには熱源が存在しないことにより近傍のコンクリートからの熱伝導のみの影響を受けるため、その領域におけるコンクリート温度は低い値となる。従って、サーモグラフィ装置５により精度良い温度測定を行なうことによって、後述すると同じ解析手法により統一的に評価可能となる。
【００４０】
更に、鉄筋２の腐食部２ｂは鉄筋２の存在しない領域２ｃのコンクリート部に比べて熱伝導率は大きいこと及び鉄筋２の非腐食部２ａでは熱を与えた後に短時間でコンクリート部へ熱伝導することに対し、腐食部２ｂでは遅れて熱伝導するので、これら時間の履歴を所定時間毎に同一領域の熱画像データを取得して、時間毎の熱画像データを解析すること並びに、加熱後の放置状態では非腐食部２ａは急激に温度低下が生ずるが腐食部２ｂではそれほど低下しない点等の時間の履歴を考慮した熱画像解析によって、非腐食部２ａと腐食部２ｂとコンクリート部の有無状態を統一的に評価することが可能となる。
【００４１】
さらに、実際のコンクリート構造物１においては、基本的にコンクリートを数箇所をはつり取りし、鉄筋２を剥き出しにした後に強制加熱する。鉄筋２は、配筋図に沿って配筋されていると仮定すると、コンクリートの表面温度が上昇しない箇所においては腐食部２ｂとなる可能性がある。しかし、配筋図通りに配筋されていないとすると、鉄筋２の腐食部２ｂか或は鉄筋が存在しない領域２ｃになるもので、その際には、その箇所の鉄筋の有無を非破壊検査にて実施し、鉄筋が存在する場合には鉄筋の腐食、鉄筋が存在しない場合には配筋図通りではないとい様な検査を行なう様にしてもよい。この場合でも信頼性の向上が図れる。
【００４２】
次に、鉄筋２の腐食度合は熱伝導率との間で高い相関関係があるため熱画像履歴とそれに基づく後述する熱伝導解析によって鉄筋２の腐食領域の熱伝導率を求め、それによって鉄筋の腐食度合を測定する様にすればよい。この場合、鉄筋腐食部と腐食度合の相関性を求めるため鉄筋位置、腐食領域、度合等をパラメータとしたデータを用いることになる。
【００４３】
次にコンクリート構造物１中のひび割れ８について、図３（ｃ）の熱画像を基に説明する。
【００４４】
図３（ｃ）の熱画像では図３（ｄ）に示す様に鉄筋２に達する透孔を模擬的ひび割れとしたが、このひび割れ８の箇所では、空気或は水分が存在しており、それらの熱伝導率はコンクリート部（コンクリートの熱伝導率≒０．９ｗ／ｍｋ）に比べて非常に小さい（空気の熱伝導率≒０．０２４１ｗ／ｍｋ、水の熱伝導率≒０．６３ｗ／ｍｋ）が、このひび割れ８部分では加熱した鉄筋２（鉄の熱伝導率≒７５．３６ｗ／ｍｋ）を介してひび割れ８部分の空気或は水への熱伝達の影響を受け易い。
【００４５】
更に、単位体積ボリュームのひび割れ８部分に存在する空気や水の温度を１℃上昇させるために必要な熱量はコンクリートの場合に比べて遥かに小さいため、ひび割れ８部分に水分が存在していたとしてもひび割れ８部分は非常に小さな熱量で温度が短時間に上昇する。
【００４６】
従って、コンクリート内のひび割れ８部分での熱伝導率はコンクリート部（ひび割れていない箇所）１０に比べて非常に大きく、高温（図３（ｃ）ではひび割れ８部分の温度は赤色から黄色（２５．７℃〜２４．８℃）の高温であるのに対し、コンクリート１０部分の温度は低温で空色から藍色（図３（ｃ）ではコンクリート１０部分の２４．２℃〜２３．３℃）となり、この温度差及び温度勾配によってひび割れ８位置をコンクリート構造物１の表面からサーモグラフィ装置を介して可視化することが可能となる。
【００４７】
次に鉄筋位置（コンクリート被り厚さＴ）を同定する方法を図２のブロック図及び図４のフローチャートを用いて説明する。
【００４８】
先ず、図２に示すサーモグラフィ装置５によって、被測定物であるコンクリート構造物１の表面の所定領域をＸ軸及びＹ軸方向に走査して、熱伝導解析手段７のＣＰＵ７ａを介してフレームメモリ７ｄ内に取り込む（第１ステップＳＴ1 ）。
【００４９】
第２ステップＳＴ2 ではコンクリート構造物の配筋図を基に鉄筋の一部をはつり取って露出した鉄筋２部分より加熱手段６を介して強制加熱する。
【００５０】
第３ステップＳＴ3 ではＣＰＵ７ａは所定時間経過したか否かを判断する。
この間、鉄筋に強制加熱を与えることによって、熱伝導率の違いから鉄筋２に熱伝導が発生し、その後コンクリート１０の内部への熱伝導が発生する。時間の経過とともに、この現象は強制加熱を与えた鉄筋２の熱源（経過時間がゼロ時点）が徐々にコンクリート１０の内部に存在する鉄筋網全域に広がるとともに、それに追随してコンクリート１０内部への熱伝導およびコンクリート１０表面への熱伝導に進展することになる。
【００５１】
コンクリート２の表面温度は、強制加熱による鉄筋２の熱伝導（熱源の拡散）と熱源である鉄筋２からコンクリート１０への熱伝導およびコンクリート１０の内部の熱伝導によって決定される。その決定的要因は、コンクリート１０の熱的物性値（熱伝導率、比熱等）が任意位置において同じであるとすれば、時間と鉄筋２への強制加熱量（熱伝導方程式中の発熱量Ｑ：既知量）および鉄筋位置（発熱位置：未知量）である。
【００５２】
従って、第３ステップＳＴ3 後に第４ステップＳＴ4 の如く、サーモグラフィ装置５を介し、コンクリート構造物の表面の初期撮像領域と同一領域を所定時間間隔で撮像した複数の熱画像データを取得し、夫々をフレームメモリ７ｄ内に格納する。
【００５３】
第５ステップＳＴ5 ではＣＰＵ７ａは所定回数の撮像が終了したか否かを判断して、第６ステップＳＴ6 に進められる。
【００５４】
第６ステップＳＴ6 では３次元熱伝導解析手段を介してフレームメモリ７ｄに格納された熱画像データの同時刻における所定領域内のコンクリート構造物１の表面の時刻履歴温度及び操作用のキーボード７ｆを介して入力される。コンクリート及び鉄筋の熱伝導率、コンクリートの熱伝達率、コンクリート及び鉄筋の比熱、外気温度等の熱的物性値を入力データ１１としてＣＰＵ７ａに供給することで時間と空間領域において定義される下式（１）に示す３次元熱伝導方程式によって３次元熱伝導解析（逆解析）が行なわれ、第７ステップＳＴ7 に示す様に鉄筋２の位置（被り厚さＴ）の同定が終了する。
【００５５】
以下に３次元熱伝導に関する偏微分方程式を示す。
上式において
又、上記した、ひび割れ８箇所の表面温度はコンクリート表面温度よりも高く、サーモグラフィ装置５により既知量であるため、３次元熱伝導解析にひび割れ８の存在（空気の存在）を入力することによって統一的に評価可能となる。
【００５６】
【発明の効果】
本発明のサーモグラフィを用いた構造物調査・診断装置及びサーモグラフィ装置による鉄筋・鉄骨コンクリート構造物の測定方法並びに構造物調査・診断システムによればコンクリート構造物中の金属物体、例えば鉄筋や鉄骨の腐食状態は腐食領域で熱伝導率が大幅に低下することで非腐食部分より低温となる部分を検出することで腐食或は非腐食度合及びその有無を高精度に検出可能となる。
【００５７】
又、コンクリート表面から鉄筋までのコンクリートの被り厚さ（鉄筋位置）も熱画像の時間履歴に基づく熱伝導率の解析から高精度に検出することが出来る。
【００５８】
更に、コンクリートのひび割れ箇所に於いては、ひび割れ箇所や鉄筋とコンクリート間の隙間には空気や水が存在することで熱伝導率はひび割れのないコンクリートに比べ小さいがひび割れ箇所は高温部となるのでこの高温部を検出することでひび割れや空隙部分を検出することが可能となる。
【００５９】
本発明によれば従来の鉄筋腐食や鉄筋位置の非破壊測定或は目視等によるひび割れ診断は診断者が診断対称箇所に直接手を触れなければないないため高層階では診断が困難であったが、縦横無尽に配置されている鉄筋の熱伝導性の良さを利用した本手法では、高層階においても容易に診断可能である。
又建物建造時に予め本システムを導入することにより、大規模な劣化診断や耐久性診断を行なう必要が無いため診断等に係る費用の削減が期待される。
更に鉄筋への強制加熱を行なうことにより、壁面の浮き（磁器タイル等）や磁器タイル等の亀裂が現状の手法（単に、自然環境下でのサーモグラフィ装置の撮像）よりも精度良く測定可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理構成を示す模式図である。
【図２】本発明のサーモグラフィ装置及びその測定方法を示すブロック図である。
【図３】本発明のサーモグラフィ装置によって撮像した熱画像を示す図である。
【図４】本発明のサーモグラフィ装置の鉄筋位置同定時のフローチャートである。
【符号の説明】
１‥‥被測定物（コンクリート構造物）、２‥‥金属物体（鉄筋、鉄骨）、２ａ‥‥非腐食部、２ｂ‥‥腐食部、２ｃ‥‥鉄筋の存在しない領域、３‥‥Ｘ−Ｙ走査部、４‥‥放射温度計、７‥‥熱伝導解析手段、７ａ‥‥コンピュータ（ＣＰＵ）、７ｄ‥‥フレームメモリ、８‥‥ひび割れ、１０‥‥コンクリート
本発明はサーモグラフィ装置で撮像した熱画像データを介して、コンクリート内の腐食した鉄筋或は鉄骨の有無とその度合及び位置並びにコンクリート内のひび割れを検知する様に成したサーモグラフィを用いた構造物調査・診断装置及びサーモグラフィ装置による鉄筋・鉄骨コンクリート構造物の測定方法並びに構造物調査・診断システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ビルディングやトンネル、切通しの傾斜面等の土木建築物に用いられるコンクリートの劣化時の剥離、亀裂、空洞等の診断には種々の方法が用いられている。
例えば、超音波、放射線、レーダ波、音響信号等をコンクリートの被測定面に照射し、その反射波を電気信号に変換して可視化させる超音波法、放射線透過法、レーダ法、アコーステック・エミッション（ＡＥ）法等が知られている。
又、赤外線を用いて被測定物の表面温度を赤外線放射温度計で測定し、熱画像をＬＣＤ等の表示装置に表示させる様にしたサーモグラフィ装置もよく知られている。
【０００３】
通常サーモグラフィ装置は、放射温度計に走査機能を付加したもので走査方法には機械的走査方法と２次元アレイを用いた電気的走査方法が用いられている。
【０００４】
上記した各種の被測定物の診断方法ではサーモグラフィ装置の小型化が図られ携帯にも便利で土木建築現場で多用され、例えば「昭和６０年第１０号、赤外線技術「赤外計測によるコンクリート剥離の検出」新井他」等にタイルの剥離状態の計測方法等が記載されプラント等の各種設備や構造物の監視診断等に応用研究が進められている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のサーモグラフィ装置による従来のコンクリート構造物の劣化或は耐久性診断では例えば鉄筋コンクリート（Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ：以下ＲＣと記す）造り或は鉄骨鉄筋コンクリート（Ｓｔｅｅｌ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ：以下ＳＲＣと記す）造りの主に壁面、（例えば、磁器タイル）の浮きや空洞の測定のみに留まっていた。即ち、ＲＣ造り、或はＳＲＣ造りの建物躯体内の鉄筋や鉄骨の位置（コンクリートの被り厚さ）や腐食の有無、コンクリートのひび割れ状態を検知する様に成したものは未だ提案されていない。
【０００６】
一方、鉄筋或は鉄骨の腐食位置や部位の測定を非破壊試験方法で行なう従来方法は、主に、腐食位置と非腐食位置との微量な電位差を測定する自然電位法が知られている。
【０００７】
この自然電位法は被りコンクリート厚（鉄筋或は鉄骨位置からコンクリート部表面までの距離）が水で飽和されているという仮定の基に於ける水の通電性を利用し、腐食部位と非腐食部位の微量な電位差を測定するものであり測定精度に大きな問題があった。
【０００８】
また、コンクリート内のひび割れ等の診断は、主に打音や目視によるため、例えば、高層建築物の様に診断者が近づくことが出来ず、打音や目視が出来ない箇所では調査・診断が不可能であった。
【０００９】
更に、鉄筋或は鉄骨の位置を測定する非破壊試験方法としては前記した入射波と反射波の位相差から鉄筋位置等を求めるＡＥ法やレーダ法があるがコンクリート内部にひび割れや大きな空洞があると、これら部位で反射を生じて測定精度を劣化させる課題があった。
【００１０】
本発明は叙上の課題を解消するために成されたもので、発明が解決しようとする課題はサーモグラフィ装置でＲＣ造り或はＳＲＣ造りのコンクリート構造物の劣化度及び耐久性能の調査・診断に於いてコンクリート内部の鉄筋或は鉄骨の腐食の有無及び度合、それらのコンクリート表面からの位置及びコンクリートへのひび割れ度合や位置を測定可能なサーモグラフィを用いた構造物調査・診断装置及びサーモグラフィ装置による鉄筋・鉄骨コンクリート構造物の測定方法並びに構造物調査・診断システムを得ようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係わる本発明は、コンクリート構造物の表面を時々刻々に撮像して熱画像情報並びに熱画像履歴情報を得ることでコンクリート構造物の欠陥を検知するサーモグラフィを用いた構造物調査・診断装置であって、コンクリート構造物内の鉄筋或は鉄骨に熱を加える加熱手段と、加熱手段により加熱された鉄筋或いは鉄骨から熱伝導によって変動するコンクリート表面の熱画像情報並びに熱画像履歴情報に基づいて、鉄筋或いは鉄骨及びコンクリートの熱伝導解析を熱伝導方程式に基づく逆解析を行なうことで該鉄筋或いは鉄骨及び該コンクリートの欠陥を同時に得る熱伝導逆解析手段と、を具備したことを特徴とするサーモグラフィを用いた構造物調査・診断装置としたものである。
【００１２】
請求項２に係わる本発明は、鉄筋或いは鉄骨の欠陥が、鉄筋或いは鉄骨の腐食の有無及び腐食の程度並びにその位置であることを特徴とする請求項１記載のサーモグラフィを用いた構造物調査・診断装置としたものである。
【００１３】
請求項３に係わる本発明は、コンクリート又は鉄筋或いは鉄骨に生じた欠陥が、コンクリート構造物のひび割れ、空洞、剥離並びに鉄筋或は鉄骨との剥離状態であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のサーモグラフィを用いた構造物調査・診断装置としたものである。
【００１４】
請求項４に係わる本発明は、コンクリート構造物の表面を時々刻々に撮像して熱画像情報並びに熱画像履歴情報を得ることで該コンクリート構造物の欠陥を検知するサーモグラフィ装置による鉄筋・鉄骨コンクリート構造物の測定方法であって、コンクリート構造物内の鉄筋或いは鉄骨に熱を加える加熱プロセスと、この加熱プロセスにより加熱された鉄筋或いは鉄骨からの熱伝導によって変動するコンクリート表面の熱画像情報並びに熱画像履歴情報に基づいて、鉄筋或いは鉄骨及びコンクリートの熱伝導解析を熱伝導方程式に基づく逆解析を行なうことで、鉄筋或いは鉄骨及び該コンクリートの欠陥を同時に得る熱伝導逆解析プロセスと、より成ることを特徴とするサーモグラフィ装置による鉄筋・鉄骨コンクリート構造物の測定方法としたものである。
【００１５】
請求項５に係わる本発明は、鉄筋或いは鉄骨の欠陥は、鉄筋或は鉄骨の腐食の有無又は腐食の程度並びにその位置を検知することを特徴とする請求項４記載のサーモグラフィ装置による鉄筋・鉄骨コンクリート構造物の測定方法
としたものである。
【００１６】
請求項６に係わる発明は、コンクリート構造物の表面を時々刻々に撮像して熱画像情報並びに熱画像履歴情報を得ることでコンクリート構造物の欠陥を調査、或は診断する構造物調査・診断システムであって、コンクリート構造物中の鉄筋或は鉄骨を加熱する加熱システムと、加熱システムにより加熱した鉄筋或いは鉄骨から熱伝導によって変動するコンクリート表面の熱画像情報並びに熱画像履歴情報に基づいて、鉄筋或いは鉄骨及びコンクリートの熱伝導解析を熱伝導方程式に基づく逆解析を行なうことで、鉄筋或いは鉄骨及びコンクリートの欠陥部位を同時に得る熱伝導逆解析システムと、を有することを特徴とする構造物調査・診断システムとしたものである。
【００１７】
斯かる、請求項１乃至請求項６に係わるサーモグラフィを用いた構造物調査・診断装置及びサーモグラフィ装置による鉄筋・鉄骨コンクリート構造物の測定方法並びに構造物調査・診断システムによればコンクリート構造物中の金属物体、例えば鉄筋や鉄骨の腐食状態は腐食領域で熱伝導率が大幅に低下することで非腐食部分より低温となる部分を検出することで腐食或は非腐食度合及びその有無を高精度に検出可能となる。
【００１８】
又、コンクリート表面から鉄筋までのコンクリートの被り厚さ（鉄筋位置）も熱画像の逆時間履歴に基づく熱伝導率の解析から高精度に検出することが出来る。
【００１９】
更に、コンクリートのひび割れ箇所に於いては、ひび割れ箇所や鉄筋とコンクリート間の隙間には空気や水が存在することで熱伝導率や熱容量はひび割れのないコンクリートに比べ小さいためひび割れ箇所は高温部となるのでこの高温部を検出することでひび割れや空隙部分を検出することが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の 1 形態例によってコンクリート構造物等の被測定物をサーモグラフィ装置で取得した熱画像情報に基づいてコンクリート構造物中の鉄筋或は鉄骨等の金属物体の腐食状態（腐食度合及び腐食の有無）：腐食位置（コンクリート被り厚さ）並びにコンクリート内のひび割れ位置及び性状を検知するサーモグラフィを用いた構造物調査・診断装置及びサーモグラフィ装置による鉄筋・鉄骨コンクリート構造物の測定方法並びに構造物調査・診断システム
を図面によって詳記する。
【００２１】
図１は本発明のサーモグラフィを用いた構造物調査・診断装置及びサーモグラフィ装置による鉄筋・鉄骨コンクリート構造物の測定方法並びに構造物調査・診断システムの原理構成を示す模式図を示すものである。
【００２２】
図１に於いて、被測定物１としてはコンクリート構造物の如き建物躯体を考える。この建物躯体内のコンクリートにはＲＣ造り、或はＳＲＣ造りの金属物体２である鉄筋或は鉄骨等が例えば、配筋図にしたがって配筋されている。
【００２３】
上述のコンクリート構造物１中に配筋された鉄筋２が図１に示す様に非腐食部２ａと腐食部２ｂと、鉄筋の存在しない領域２ｃ部分より成り、コンクリート構造物１にひび割れ部分８を有しているものとする。
【００２４】
本例では加熱手段６で加熱した鉄筋２をサーモグラフィ装置５により、コンクリート構造物１の表面の所定領域をＸ及びＹ軸方向に所定の時間間隔毎に走査撮像した熱画像データＤH をコンピュータ（ＣＰＵ）７ａを介し記憶手段としての例えばフレームメモリ７ｄに格納し、これら格納データを基に加熱した鉄筋を熱源としてコンクリート中に伝達される熱伝導解析を行なうことでコンクリートの被り厚（鉄筋２からコンクリート構造物１の表面までの位置）Ｔを同定すると共に、鉄筋２の腐食の有無或はその度合並びにひび割れの発生度合その位置を測定可能と成したものである。
【００２５】
以下、本発明の１形態例を図２乃至図４を用いて説明する。
【００２６】
図２に於いて、サーモグラフィ装置５はＸ−Ｙ走査部３と放射温度計４で構成される。Ｘ−Ｙ走査部３内には例えば被測定物であるコンクリート構造物１の表面の所定領域をＸ軸及びＹ軸方向に走査する垂直走査鏡３ａと水平走査鏡３ｂを有し、これら垂直及び水平走査鏡３ａ及び３ｂはガルバノアクチェータ等で機械的にＹ−Ｙ軸及びＸ−Ｘ軸方向に走査される。垂直走査鏡３ａ及び水平走査鏡３ｂを介して得られた赤外光はレンズ等の光学系３ｃを経て赤外検出器３ｄに入射する。これらＸ−Ｙ走査部３の赤外検出器３ｄは単素子からなる１次元アレイでなく、電気的にＸ及びＹ軸方向に走査可能な２次元アレイであってもよい。この場合は機械的走査でなく電気的にＸ軸及びＹ軸方向の走査が成される。
【００２７】
赤外検出器３ｄに入射した赤外光は電気信号に変換され、増幅器４ａを介して増幅された後に信号処理部４ｂで各種の信号処理を施した後にＬＣＤ等の表示部４ｃに赤外線画像を温度に対応した色で表示する熱画像を出力する。
尚、信号処理部４ｂからの出力は熱伝導解析手段７を構成するＣＰＵ７ａのインタフェース７ｂにも供給されている。
【００２８】
熱伝導解析手段７内にはＣＰＵ７ａを有し、このＣＰＵ７ａは通常のＲＯＭ及びＲＡＭ７ｃ等の記憶手段の他に記憶容量の大きいビデオメモリ、或はフィールドメモリ７ｄ等の記憶手段を有し、バス７ｇにはＣＲＴ等の表示装置７ｅやキーボード７ｆ等の操作部が接続されている。
【００２９】
以下、図２に示したサーモグラフィ装置５によって、コンクリート構造物内の鉄筋や鉄骨の腐食の有無及び腐食の度合及びコンクリート内のひび割れ部やひび割れ位置を検知する場合の動作を図３の熱画像データを基に説明する。
【００３０】
図３（ａ）〜（ｃ）は簡単な試験体に対する本発明の適用例を示す熱画像を示すもので、試験体としては図３（ｄ）に示す如き略長方形状のコンクリートブロック内に非腐食部２ａより成る鉄筋２と腐食した鉄筋２ｂを２本並設し、手前側の腐食した鉄筋２（２ｂ）の左半分は研摩して非腐食部２ａとなし右半分はそのままにした腐食部２ｂとしたブロックに成型し、平面部に鉄筋２に到る０．３ｍｍφの透孔を模擬的ひび割れ８として形成した。尚コンクリートの被り厚Ｔ＝５０ｍｍとした。
【００３１】
本例では鉄筋２に加熱手段６を介して所定の熱を加える。加熱方法としては適宜方法をとることが出来る。コンクリート構造物等では配筋図を参照してコンクリートの数箇所をはつり取りして鉄筋を剥き出した後に電流を流すこと又はヒータであぶる等で強制加熱することで鉄筋２を熱源として、所定の時間間隔で被測定物としてのコンクリート構造物１のコンクリート表面をサーモグラフィ装置５で走査して熱画像データを取得する。
【００３２】
図３（ａ）は強制加熱を行なう前のコンクリート構造物１の平面側から視たサーモグラフィ装置の撮像による初期熱画像を示している。この初期熱画像では図３（ｄ）に示された鉄筋２を見ることは出来ない。実際の鉄筋位置と鉄筋の非腐食部２ａと腐食部２ｂの部位を楕円状の破線で囲って示している。
【００３３】
図３（ｂ）は鉄筋２に加熱手段６を介して加熱を行ない、この鉄筋２に加えた熱を熱源として、鉄筋２を介してコンクリート構造体１の表面に熱が伝達し、所定時間経過時の図３（ｄ）に示すコンクリート構造物１の平面側からのサーモグラフィ装置５により、図３（ａ）位置と同一領域を撮像した場合の熱画像を示している。
【００３４】
図３（ｂ）の熱画像を見ると、上側の鉄筋２の非腐食部２ａでは赤から黄色（２５．２℃〜２４．３℃）の温度で示され、下側の鉄筋２の研摩した非腐食部２ａで赤色（２５．２℃〜２４．９℃）の温度で示す状態として表され、腐食部２ｂでは緑色から空色（２４．０℃〜２２．８℃）の温度で示されている。
【００３５】
このことは、次の様に考えることが出来る。鉄筋２の腐食部２ｂでは熱伝導が殆ど無く、逆に非腐食部２ａでは腐食部２ｂに比べて遥かに大きい熱伝導率を有しているため、熱源である鉄筋２からコンクリート部に伝達される非腐食部２ａでの熱伝導率は大きく、腐食部２ｂでの熱伝導率は小さい。従って、コンクリート構造物１の表面の温度は或る所定時間経過時の熱画像に於いて、腐食部は低温を示し、非腐食部は高温を示すので鉄筋中の温度及び温度の高低勾配から腐食部２ｂと非腐食部２ａの有無を視覚的に容易に見分けることが可能となる。
【００３６】
この場合、互に隣接する腐食部２ｂと非腐食部２ａがあった時に非腐食部２ａの鉄筋からの熱がコンクリートに伝達する際にコンクリート内に３次元的に熱を伝達させ、腐食部２ｂの表面コンクリート温度も変化するが、これらはコンクリートの温度解析によって、これらの影響を除いた熱画像を映出することが可能である。
【００３７】
又、図１及び図２に示した様にコンクリート構造物１の鉄筋２に鉄筋２が存在しない領域２ｃも当然考えられる。
【００３８】
この様な鉄筋が存在しない領域２ｃでは腐食部２ｂと同じ様に温度が上昇せず低温を示すため、鉄筋２の腐食部２ｂであるか、鉄筋２の存在しない領域２ｃであるのかの判別がつかない場合が生ずる可能性がある。
【００３９】
この場合は鉄筋の存在しない領域２ｃには熱源が存在しないことにより近傍のコンクリートからの熱伝導のみの影響を受けるため、その領域におけるコンクリート温度は低い値となる。従って、サーモグラフィ装置５により精度良い温度測定を行なうことによって、後述すると同じ解析手法により統一的に評価可能となる。
【００４０】
更に、鉄筋２の腐食部２ｂは鉄筋２の存在しない領域２ｃのコンクリート部に比べて熱伝導率は大きいこと及び鉄筋２の非腐食部２ａでは熱を与えた後に短時間でコンクリート部へ熱伝導することに対し、腐食部２ｂでは遅れて熱伝導するので、これら時間の履歴を所定時間毎に同一領域の熱画像データを取得して、時間毎の熱画像データを解析すること並びに、加熱後の放置状態では非腐食部２ａは急激に温度低下が生ずるが腐食部２ｂではそれほど低下しない点等の時間の履歴を考慮した熱画像解析によって、非腐食部２ａと腐食部２ｂとコンクリート部の有無状態を統一的に評価することが可能となる。
【００４１】
さらに、実際のコンクリート構造物１においては、基本的にコンクリートを数箇所をはつり取りし、鉄筋２を剥き出しにした後に強制加熱する。鉄筋２は、配筋図に沿って配筋されていると仮定すると、コンクリートの表面温度が上昇しない箇所においては腐食部２ｂとなる可能性がある。しかし、配筋図通りに配筋されていないとすると、鉄筋２の腐食部２ｂか或は鉄筋が存在しない領域２ｃになるもので、その際には、その箇所の鉄筋の有無を非破壊検査にて実施し、鉄筋が存在する場合には鉄筋の腐食、鉄筋が存在しない場合には配筋図通りではないとい様な検査を行なう様にしてもよい。この場合でも信頼性の向上が図れる。
【００４２】
次に、鉄筋２の腐食度合は熱伝導率との間で高い相関関係があるため熱画像履歴とそれに基づく後述する熱伝導解析によって鉄筋２の腐食領域の熱伝導率を求め、それによって鉄筋の腐食度合を測定する様にすればよい。この場合、鉄筋腐食部と腐食度合の相関性を求めるため鉄筋位置、腐食領域、度合等をパラメータとしたデータを用いることになる。
【００４３】
次にコンクリート構造物１中のひび割れ８について、図３（ｃ）の熱画像を基に説明する。
【００４４】
図３（ｃ）の熱画像では図３（ｄ）に示す様に鉄筋２に達する透孔を模擬的ひび割れとしたが、このひび割れ８の箇所では、空気或は水分が存在しており、それらの熱伝導率はコンクリート部（コンクリートの熱伝導率≒０．９ｗ／ｍｋ）に比べて非常に小さい（空気の熱伝導率≒０．０２４１ｗ／ｍｋ、水の熱伝導率≒０．６３ｗ／ｍｋ）が、このひび割れ８部分では加熱した鉄筋２（鉄の熱伝導率≒７５．３６ｗ／ｍｋ）を介してひび割れ８部分の空気或は水への熱伝達の影響を受け易い。
【００４５】
更に、単位体積ボリュームのひび割れ８部分に存在する空気や水の温度を１℃上昇させるために必要な熱量はコンクリートの場合に比べて遥かに小さいため、ひび割れ８部分に水分が存在していたとしてもひび割れ８部分は非常に小さな熱量で温度が短時間に上昇する。
【００４６】
従って、コンクリート内のひび割れ８部分での熱伝導率はコンクリート部（ひび割れていない箇所）１０に比べて非常に大きく、高温（図３（ｃ）ではひび割れ８部分の温度は赤色から黄色（２５．７℃〜２４．８℃）の高温であるのに対し、コンクリート１０部分の温度は低温で空色から藍色（図３（ｃ）ではコンクリート１０部分の２４．２℃〜２３．３℃）となり、この温度差及び温度勾配によってひび割れ８位置をコンクリート構造物１の表面からサーモグラフィ装置を介して可視化することが可能となる。
【００４７】
次に鉄筋位置（コンクリート被り厚さＴ）を同定する方法を図２のブロック図及び図４のフローチャートを用いて説明する。
【００４８】
先ず、図２に示すサーモグラフィ装置５によって、被測定物であるコンクリート構造物１の表面の所定領域をＸ軸及びＹ軸方向に走査して、熱伝導解析手段７のＣＰＵ７ａを介してフレームメモリ７ｄ内に取り込む（第１ステップＳＴ1 ）。
【００４９】
第２ステップＳＴ2 ではコンクリート構造物の配筋図を基に鉄筋の一部をはつり取って露出した鉄筋２部分より加熱手段６を介して強制加熱する。
【００５０】
第３ステップＳＴ3 ではＣＰＵ７ａは所定時間経過したか否かを判断する。
この間、鉄筋に強制加熱を与えることによって、熱伝導率の違いから鉄筋２に熱伝導が発生し、その後コンクリート１０の内部への熱伝導が発生する。時間の経過とともに、この現象は強制加熱を与えた鉄筋２の熱源（経過時間がゼロ時点）が徐々にコンクリート１０の内部に存在する鉄筋網全域に広がるとともに、それに追随してコンクリート１０内部への熱伝導およびコンクリート１０表面への熱伝導に進展することになる。
【００５１】
コンクリート２の表面温度は、強制加熱による鉄筋２の熱伝導（熱源の拡散）と熱源である鉄筋２からコンクリート１０への熱伝導およびコンクリート１０の内部の熱伝導によって決定される。その決定的要因は、コンクリート１０の熱的物性値（熱伝導率、比熱等）が任意位置において同じであるとすれば、時間と鉄筋２への強制加熱量（熱伝導方程式中の発熱量Ｑ：既知量）および鉄筋位置（発熱位置：未知量）である。
【００５２】
従って、第３ステップＳＴ3 後に第４ステップＳＴ4 の如く、サーモグラフィ装置５を介し、コンクリート構造物の表面の初期撮像領域と同一領域を所定時間間隔で撮像した複数の熱画像データを取得し、夫々をフレームメモリ７ｄ内に格納する。
【００５３】
第５ステップＳＴ5 ではＣＰＵ７ａは所定回数の撮像が終了したか否かを判断して、第６ステップＳＴ6 に進められる。
【００５４】
第６ステップＳＴ6 では３次元熱伝導解析手段を介してフレームメモリ７ｄに格納された熱画像データの同時刻における所定領域内のコンクリート構造物１の表面の時刻履歴温度及び操作用のキーボード７ｆを介して入力される。コンクリート及び鉄筋の熱伝導率、コンクリートの熱伝達率、コンクリート及び鉄筋の比熱、外気温度等の熱的物性値を入力データ１１としてＣＰＵ７ａに供給することで時間と空間領域において定義される下式（１）に示す３次元熱伝導方程式によって３次元熱伝導解析（逆解析）が行なわれ、第７ステップＳＴ7 に示す様に鉄筋２の位置（被り厚さＴ）の同定が終了する。
【００５５】
以下に３次元熱伝導に関する偏微分方程式を示す。
【００５６】
【発明の効果】
本発明のサーモグラフィを用いた構造物調査・診断装置及びサーモグラフィ装置による鉄筋・鉄骨コンクリート構造物の測定方法並びに構造物調査・診断システムによればコンクリート構造物中の金属物体、例えば鉄筋や鉄骨の腐食状態は腐食領域で熱伝導率が大幅に低下することで非腐食部分より低温となる部分を検出することで腐食或は非腐食度合及びその有無を高精度に検出可能となる。
【００５７】
又、コンクリート表面から鉄筋までのコンクリートの被り厚さ（鉄筋位置）も熱画像の時間履歴に基づく熱伝導率の解析から高精度に検出することが出来る。
【００５８】
更に、コンクリートのひび割れ箇所に於いては、ひび割れ箇所や鉄筋とコンクリート間の隙間には空気や水が存在することで熱伝導率はひび割れのないコンクリートに比べ小さいがひび割れ箇所は高温部となるのでこの高温部を検出することでひび割れや空隙部分を検出することが可能となる。
【００５９】
本発明によれば従来の鉄筋腐食や鉄筋位置の非破壊測定或は目視等によるひび割れ診断は診断者が診断対称箇所に直接手を触れなければないないため高層階では診断が困難であったが、縦横無尽に配置されている鉄筋の熱伝導性の良さを利用した本手法では、高層階においても容易に診断可能である。
又建物建造時に予め本システムを導入することにより、大規模な劣化診断や耐久性診断を行なう必要が無いため診断等に係る費用の削減が期待される。
更に鉄筋への強制加熱を行なうことにより、壁面の浮き（磁器タイル等）や磁器タイル等の亀裂が現状の手法（単に、自然環境下でのサーモグラフィ装置の撮像）よりも精度良く測定可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理構成を示す模式図である。
【図２】本発明のサーモグラフィ装置及びその測定方法を示すブロック図である。
【図３】本発明のサーモグラフィ装置によって撮像した熱画像を示す図である。
【図４】本発明のサーモグラフィ装置の鉄筋位置同定時のフローチャートである。
【符号の説明】
１‥‥被測定物（コンクリート構造物）、２‥‥金属物体（鉄筋、鉄骨）、２ａ‥‥非腐食部、２ｂ‥‥腐食部、２ｃ‥‥鉄筋の存在しない領域、３‥‥Ｘ−Ｙ走査部、４‥‥放射温度計、７‥‥熱伝導解析手段、７ａ‥‥コンピュータ（ＣＰＵ）、７ｄ‥‥フレームメモリ、８‥‥ひび割れ、１０‥‥コンクリート
Claims (6)
- コンクリート構造物の表面を時々刻々に撮像して熱画像情報並びに熱画像履歴情報を得ることで該コンクリート構造物の欠陥を検知するサーモグラフィを用いた構造物調査・診断装置であって、
上記コンクリート構造物内の鉄筋或は鉄骨に熱を加える加熱手段と、
上記加熱手段により加熱された上記鉄筋或いは鉄骨から熱伝導によって変動するコンクリート表面の上記熱画像情報並びに上記熱画像履歴情報に基づいて、該鉄筋或いは鉄骨及び該コンクリートの熱伝導解析を熱伝導方程式に基づく逆解析を行なうことで該鉄筋或いは鉄骨及び該コンクリートの欠陥を同時に得る熱伝導逆解析手段と、
を具備したことを特徴とするサーモグラフィを用いた構造物調査・診断装置。 - 上記鉄筋或いは鉄骨の欠陥が、該鉄筋或いは鉄骨の腐食の有無及び腐食の程度並びにその位置であることを特徴とする請求項１記載のサーモグラフィを用いた構造物調査・診断装置。
- 上記コンクリート又は上記鉄筋或いは鉄骨に生じた欠陥が、該コンクリート構造物のひび割れ、空洞、剥離並びに該鉄筋或は鉄骨との剥離状態であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のサーモグラフィを用いた構造物調査・診断装置。
- コンクリート構造物の表面を時々刻々に撮像して熱画像情報並びに熱画像履歴情報を得ることで該コンクリート構造物の欠陥を検知するサーモグラフィ装置による鉄筋・鉄骨コンクリート構造物の測定方法であって、
上記コンクリート構造物内の鉄筋或いは鉄骨に熱を加える加熱プロセスと、
上記加熱プロセスにより加熱された上記鉄筋或いは鉄骨からの熱伝導によって変動するコンクリート表面の上記熱画像情報並びに上記熱画像履歴情報に基づいて、該鉄筋或いは鉄骨及び上記コンクリートの熱伝導解析を熱伝導方程式に基づく逆解析を行なうことで、該鉄筋或いは鉄骨及び該コンクリートの欠陥を同時に得る熱伝導逆解析プロセスと、
より成ることを特徴とするサーモグラフィ装置による鉄筋・鉄骨コンクリート構造物の測定方法。 - 上記鉄筋或いは鉄骨の欠陥は、該鉄筋或は鉄骨の腐食の有無又は腐食の程度並びにその位置を検知することを特徴とする請求項４記載のサーモグラフィ装置による鉄筋・鉄骨コンクリート構造物の測定方法。
- コンクリート構造物の表面を時々刻々に撮像して熱画像情報並びに熱画像履歴情報を得ることで該コンクリート構造物の欠陥を調査、或は診断する構造物調査・診断システムであって、
上記コンクリート構造物中の鉄筋或は鉄骨を加熱する加熱システムと、
上記加熱システムにより加熱した上記鉄筋或いは鉄骨から熱伝導によって変動するコンクリート表面の上記熱画像情報並びに上記熱画像履歴情報に基づいて、該鉄筋或いは鉄骨及び該コンクリートの熱伝導解析を熱伝導方程式に基ずく逆解析を行なうことで、該鉄筋或いは鉄骨及び該コンクリートの欠陥部位を同時に得る熱伝導逆解析システムと、
を有することを特徴とする構造物調査・診断システム。
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