JP4583496B2 - パッシブ赤外線法によるコンクリート表層部の変状部検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、コンクリート表層部（ここで、コンクリート表層部とは、コンクリート構造物の表層部及びコンクリート建物の外壁を意味する）における浮きや剥離等の変状部を、赤外線法を用いて検出する方法に関するものである。

コンクリート構造物や建物は、鉄筋コンクリートにより躯体を構築した後に、躯体の表面にタイルやモルタル等の外壁仕上げ材が施工される。コンクリート表層部は、建設後の経年劣化により躯体内の鉄筋の発錆により表面の浮き、剥離等が発生すること、又は建物外壁仕上げ材が経年劣化により浮き、剥離等が発生することがある。このような変状部が発生すると、変状部は剥落し易い状態となり、この変状部が剥落した場合には人命に関わる重大事故が発生する恐れがある。それ故、コンクリート構造物や建物等を健全な状態で供用することが社会的関心事となっている。

コンクリート表層部の浮き、剥離等を検出する方法として、コンクリート表層部の表面をハンマー等で叩いて発生する音により浮き、剥離等の有無を判別する打音法と、赤外線法とが用いられている。打音法は、変状部が著しく劣化している場合には打音による調査と同時に叩き落とすことが可能であり有効な方法であるが、コンクリート表層部に足場を組み立てて至近距離まで接近して作業する必要があり、長い時間がかかり低コストで簡易に行うことが不可能である。また、通常、足場は狭く、高い所に設けられるので、作業者が足場から落下する等の危険性を考慮しなければならない。

一方、赤外線法は、日照等によりコンクリート表層部が加熱された場合に、コンクリート表層部に浮き、剥離等がある場合に生じるコンクリート表層部の表面温度の差を利用するものである。すなわち、コンクリート表層部に浮き、剥離等があると、コンクリートの表面温度は健全な部分（健全部）と浮き、剥離等がある部分（変状部）とで必ず差が生じる。このような有意差が生じている場合に赤外線サーモグラフィ装置でコンクリート表層部の表面を撮影すると、その熱画像に温度差を示す特異な温度分布が現れることとなり、この特異な温度分布により変状部を特定するものである。

赤外線法は、コンクリート表層部から離れた場所から撮影することができ、また比較的客観性のあるデータが得られるため、この赤外線法を活用する試みが幾つかなされている（特許文献１参照）。

なお、赤外線法には、加熱源として日照を主体とした気象現象を利用する方法（パッシブ法）と、人工的にコンクリート表層部を強制加熱して行う方法（アクティブ法）との２つの方法があるが、アクティブ法は大掛かりな加熱装置を必要とするため一般的にはパッシブ法が利用される。

特開２００６−１８０９９９号公報

パッシブ法よる浮き、剥離等の変状部の検出方法においては、上記のような温度差が生じている必要があり、温度差が生じていない場合には赤外線サーモグラフィ装置で撮影しても変状部を特定することはできない。

これまで温度差が生じているかどうか、言い換えれば赤外線サーモグラフィ装置で撮影可能な時期か否かを判断する方法としては、特許文献１に示されるような試験体を用いていた。すなわち、健全部と剥離等の変状部とを併せ持つ試験体を準備し、試験体を撮影して熱画像に有意差が生じ健全部と変状部とが区別できれば撮影可能な時期と判断していた。

試験体を用いて撮影時期を判断する方法は、調査すべきコンクリート構造物と同じ又は略同じ構造を有し、かつ欠陥部を持つ試験体を準備しなければならないため簡易ではなくコストが高く付くことになる。また、その試験体をコンクリート構造物に近接して設置する必要があるので、試験体を高所に設置しなければならない状況下では安全上の問題も生じる。

本発明は、これらの問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、パッシブ法を用いる場合に、健全部と変状部を併せ持つ試験体を必要とすることなく、その的確な撮影のタイミングを求め、その求められたタイミングでコンクリート表層部の被調査面を撮影して内部の変状部を特定することが可能な赤外線法によるコンクリート表層部の変状部検出方法を提供することにある。

上記課題を解決する請求項１に記載の発明のパッシブ赤外線法によるコンクリート表層部の変状部検出方法は、
赤外線サーモグラフィ装置によってコンクリート表層部の被調査面を撮影し、該撮影した被調査面の熱画像に基づいて前記コンクリート表層部の変状部を特定するパッシブ赤外線法によるコンクリート表層部の変状部の検出方法において、
前記コンクリート表層部の被調査面の温度を計測する温度計測工程と、該温度計測工程により得られた測定値を用いて単位時間当たりの温度変化率を計算する温度変化率計算工程と、を有し、前記温度変化率計算工程により計算された前記温度変化率が所定の値以上でかつ該所定の値以上の温度変化率が所定の時間だけ継続した時に熱画像撮影のタイミングと判定し、前記赤外線サーモグラフィ装置により前記コンクリート表層部の被調査面を撮影し、該撮影した熱画像により前記コンクリート構造物の内部の変状部を特定し、前記所定の継続時間の時間長さは、検出すべき変状部の前記コンクリート構造物の表面からの深さを想定し、該想定深さに比例させて設定したことを特徴とする。

請求項１に記載のパッシブ赤外線法によるコンクリート表層部の変状部検出方法によれば、赤外線サーモグラフィ装置によりコンクリート表層部を撮影するのに適したタイミングが、試験体等を用いることなく、コンクリート表層部の表面温度の時間的な変化、すなわち温度変化率とその継続時間により求められる。すなわち、温度変化率が所定の値以上でかつその温度変化率が所定の時間だけ継続した時に撮影のタイミングとしている。そして、撮影に適したタイミングに撮影した熱画像であればただの１枚であっても、確実に変状部が現れる。したがって、コンクリート表層部の変状部を確実に検出することが可能であり、赤外線サーモグラフィ装置による無駄な撮影を皆無とすることが可能である。また、試験体等の付属品を準備する必要がないので簡単かつ低コストでコンクリート表層部の変状部を検出することが可能となる。
また、所定の継続時間の時間長さと、変状部のコンクリート表層部の表面からの想定深さに比例させて設定したことにより、熱画像におけるノイズと変状部との区別が明確となる。すなわち、１時間当たりの温度変化が所定の値以上である場合、その持続時間が長い程、深部にある変状部が検出され得るのでノイズと区別できることとなる。したがって、コンクリート表層部の変状部を確実に特定することが可能となる。
例えば、上記の時間長さは、想定深さがコンクリート表層部の表面近傍である場合には３０分とし、想定深さが１×Ｎ（Ｎ＝１、２、３・・・）ｃｍである場合はさらに３０×Ｎ分を加えた時間とすることができる。これにより、コンクリート表層部の表面から深層にある変状部を特定するための条件が明確に示されたので、熱画像においてノイズと変状部との区別を正確に行うことが可能である。したがって、深層にある変状部もノイズと間違うことなく確実に特定することが可能である。

請求項２に記載の発明のパッシブ赤外線法によるコンクリート表層部の変状部検出方法は、請求項１に記載のパッシブ赤外線法によるコンクリート表層部の変状部検出方法において、
前記温度計測工程は、前記コンクリート表層部の被調査面に温度計を貼り付け、該温度計を用いて前記温度計測を行うことを特徴とする。

請求項２に記載のパッシブ赤外線法によるコンクリート表層部の変状部検出方法によれば、温度計測は、コンクリート表層部の被調査面に温度計を貼り付け、この貼り付けられた温度計により、コンクリート表層部の温度測定が行われることとなる。したがって、コンクリート表層部に温度計を貼り付けるため、コンクリート表層部の温度を正確に計ることが可能となり、次工程の温度変化率計算工程で得られる温度変化率を有意なものとするができる。

請求項３に記載の発明のパッシブ赤外線法によるコンクリート表層部の変状部検出方法は、請求項１又は２に記載のパッシブ赤外線法によるコンクリート表層部の変状部検出方法において、
前記変化率の所定の値は、日照時であり前記被調査面に直接日光が照射している場合には１時間当たり２．０℃であり、非日照時は１時間当たり１．０℃であることを特徴とする。

請求項３に記載のパッシブ赤外線法によるコンクリート表層部の変状部検出方法によれば、日照時に直接日光が被調査面に照射する場合と非日照時において適する撮影のタイミングを求める条件を分けることにより、ノイズの影響を少なくして熱画像を得ることが可能であり、その熱画像には確実に変状部が現れている。したがって、コンクリート表層部の変状部を日照時、非日照時に拘わらず確実に特定することが可能である。

本発明の赤外線法によるコンクリート表層部の変状部検出方法によれば、赤外線サーモグラフィ装置によりコンクリート表層部を撮影するのに適したタイミングが求められるので、赤外線サーモグラフィ装置による無駄な撮影をなくすることが可能であり、また試験体等の付属品を準備する必要がないので簡単かつ低コストでコンクリート表層部の変状部を検出することが可能となる。したがって、赤外線法による検出方法の確度、信頼性が向上されることとなる。

本発明のコンクリート表層部の変状部検出方法のフローである。 コンクリート構造物の被調査面の温度測定結果を示すものであって、時系列で示している。 コンクリート構造物の被調査面の実写真である。 図２内のＡ時刻でのコンクリート表層部の被調査面の熱画像を示す。 図２内のＢ時刻でのコンクリート表層部の被調査面の熱画像を示す。 図２内のＤ時刻でのコンクリート表層部の被調査面の熱画像を示す。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳述する。なお、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。

図１は、コンクリート表層部の変状部の検出方法のフローである。まず、調査すべきコンクリート表層部を決定する（ステップＳ１）。ここで、コンクリート表層部は、コンクリートの躯体にモルタルやタイル等の外壁仕上げ材を施工したものであり、経年劣化によりモルタルやタイル等の浮き、剥離等の変状部、若しくは、コンクリート躯体の内部において、鉄筋の錆び等による浮き、剥離等の変状部が存在しているものである。

調査すべきコンクリート表層部の表面、すなわち被調査面に温度計を貼り付ける（ステップＳ２）。温度計は汎用のものを用いることができる。また、温度計は、調査すべきコンクリート構造物の被調査面に少なくとも１台設置するものとする。これにより、調査すべきコンクリート構造物の被調査面の温度変化が正確に分かれば良い。

次に、一定時間の間隔を置いて、コンクリート表層部の被調査面の温度を計測する（ステップＳ３）。計測した温度の測定値は、ＲＯＭ等の記憶装置に記録される。一定の時間間隔はたとえば１５分とすることができる。１５分間隔で少なくとも２回測定した後に、１時間当たりの温度変化（換算値）を計算する（ステップＳ４）。１時間当たりの温度変化率を計算した後、その温度変化率とその温度変化率の継続時間の両方が所定の値以上かどうかを判定する（ステップＳ５）。

１時間当たりの変化率とその継続時間が所定の値以上となったときに、撮影のタイミングであることの信号を発する（ステップＳ６）。１時間当たりの温度変化率と、その変化率の継続時間が所定の値以上でないとき、再び温度測定のルーチンに戻る。撮影のタイミングであることの信号が発せられたら、赤外線サーモグラフィ装置により調査すべきコンクリート構造物の被調査面を撮影し、熱画像を得て、変状部の特定を行う（ステップＳ７）。

所定の温度変化率は１時間当たり１．０℃（非日照時）、２．０℃（日照時）であり、所定の継続時間は表面にある欠陥は３０分、表面から１ｃｍの深さにあると想定される場合には１時間とする。表面から２ｃｍの深さにあると想定される場合には、１時間３０分とする。これらの数値は、詳細な検討や実験等により最適値として決定したものである。なお、日照時には２．０℃とした理由は、日照による様々なノイズの影響を避けるためであり、ノイズに打ち勝って変状部を確実に特定するために必要な値であり、この数値も詳細な検討や実験等により決定したものである。

本発明の方法によれば、赤外線サーモグラフィ装置により、求められた撮影のタイミングで撮影したただの１枚の熱画像によっても、確実に変状部が現れているため、確実に変状部を特定することが可能である。したがって、撮影のタイミングが不明であることによる無駄な熱画像の枚数を大幅に減らすことが可能である。

図２は、被調査面の測定温度の時間変化の一例を示す。横軸は時間(分)であり、縦軸は温度（℃）である。参考のため外気温の変化も示している。図３は、赤外線サーモグラフィ装置で熱画像を得ようとしているコンクリート構造物の梁の写真である。図４、図５、図６は、図２内のＡ、Ｂ、Ｄで示される時刻に撮影した、図３に対応する部分の熱画像を示す。何れもコンクリート構造物の梁の一部分の熱画像であり、実写真には表面に模様２ａ、２ｂが現れている。なお、被調査面は建物の内部にあり、被調査面に直接に日光が照射することはないが、実験を行った日は晴であった。したがって、変状部が現れるための所定の温度変化率の条件は１時間当たり１．０℃となる。

図４は、図２内Ａで示される時刻に撮影したものである。１７：００時から１時間当たり約０．５℃の温度変化率で２４０分間以上継続しているが、温度変化率が１．０℃以下なのでコンクリート表層部の変状部を明確に判別することが不可能である。図４内に見られる黒い斑点は、図３の実写真の表面の色の違い、すなわち模様２ａ、２ｂに対応している。

図５は、図２内Ｂで示される時刻に撮影したものである。Ａで示される時刻から更に４時間以上時間が経っているが、温度変化率は１時間当たり０．５℃であるので、継続時間が長くなっても図４と同様にコンクリート表層部の変状部を明確に判別することが不可能である。

図６は、図２内Ｄで示される時刻に撮影したものである。９：００時より１時間当たり約１．０℃の温度変化を示し、１２０分間継続しているので、前述の撮影のタイミングの条件を満たしている。撮影した熱画像にはコンクリート表層部の変状部が明確に現れている。この場合、温度変化率の条件を満たして１２０分継続しているので表面から３ｃｍの想定深さにある変状部も現れている。このことは、図３の実写真に比較して、熱画像において温度の高い領域（温度が高いほど白色）が実写真の色模様より拡がっていることから解る。

なお、図２内Ｃ及びＥで示される時刻にも熱画像を撮影している（それらの熱画像は図示していない）。時刻Ｃでは、９：００時より１時間当たり約１．０℃の温度変化を示し、６０分間継続しているので、前述の撮影のタイミングの条件を満たしており、撮影した熱画像には変状部が現れていた。ただし、この場合、継続時間が６０分であるので、図６に比べて変状部を示す温度の高い領域が少ない。これは、コンクリートの表面及び表面から１ｃｍの想定深さまでにある変状部が現れており、図６に示したように想定深さ３ｃｍまでにある変状部は現れていないためである。これより、温度変化率の条件だけではなく、その継続時間も撮影のタイミングの条件として必要であることが実証された。すなわち、温度変化率が所定の条件を満たしただけで、すぐ熱画像を撮影しても、変状部を表す温度の高い領域が殆ど現れないためである。

時刻Ｅで撮影した熱画像では変状部を特定することができなかった。これは、９：００時から１１：００時まで温度変化率が１時間当たり約１．０℃であって時刻Ｄで撮影により特定できた変状部が、１１：００時から１５：００まで温度変化率が１時間当たり１．０℃以下となり、温度変化率の条件を満たさない時間が継続したために、時刻Ｄで現れた変状部が消失したことによる。

本発明の実施の形態によれば、サーモグラフィ装置による熱画像の撮影可能なタイミングとして、被調査面の１時間当たりの温度変化率が約１．０℃以上、その継続時間は変状部が表面にある場合は３０分とした。実際に、このタイミングで撮影した熱画面には、変状部が現れており、本検出方法により確実に変状部を特定することが可能となった。

本発明の赤外線法によるコンクリート表層部の変状部の検出方法は、建築物の外装タイルの浮き、剥離の特定の他に、高架橋等のコンクリート構造物の浮き、剥離や堤体コンクリートの漏水等の特定に利用することが可能である。

１ コンクリート構造物の梁
２ａ、２ｂ 表面の模様

Claims (3)

1. 赤外線サーモグラフィ装置によってコンクリート表層部の被調査面を撮影し、該撮影した被調査面の熱画像に基づいて前記コンクリート表層部の変状部を特定するパッシブ赤外線法によるコンクリート表層部の変状部の検出方法において、
   前記コンクリート表層部の被調査面の温度を計測する温度計測工程と、
   該温度計測工程により得られた測定値を用いて単位時間当たりの温度変化率を計算する温度変化率計算工程と、を有し、
   前記温度変化率計算工程により計算された前記温度変化率が所定の値以上でかつ該所定の値以上の温度変化率が所定の時間だけ継続した時に熱画像撮影のタイミングと判定し、
   前記赤外線サーモグラフィ装置により前記コンクリート表層部の被調査面を撮影し、
   該撮影した熱画像により前記コンクリート構造物の内部の変状部を特定し、
   前記所定の継続時間の時間長さは、検出すべき変状部の前記コンクリート構造物の表面からの深さを想定し、該想定深さに比例させて設定したことを特徴とするパッシブ赤外線法によるコンクリート表層部の変状部の検出方法。
2. 前記温度計測工程は、
   前記コンクリート表層部の被調査面に温度計を貼り付け、該温度計を用いて前記温度計測を行うことを特徴とする請求項１に記載のパッシブ赤外線法によるコンクリート表層部の変状部の検出方法。
3. 前記変化率の所定の値は、日照時であり前記被調査面に直接日光が照射している場合には１時間当たり２．０℃であり、非日照時には１時間当たり１．０℃であることを特徴とする請求項１又は２に記載のパッシブ赤外線法によるコンクリート表層部の変状部の検出方法。