JP4646012B2

JP4646012B2 - コンクリート構造物の非破壊検査装置

Info

Publication number: JP4646012B2
Application number: JP2001218704A
Authority: JP
Inventors: 安弘針山; 隆史島田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-07-18
Filing date: 2001-07-18
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2021-07-18
Also published as: JP2003035703A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、コンクリート構造物の内部欠陥を非破壊検出するコンクリート構造物の非破壊検査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は例えば特開平７−２００９７公報に示された従来の打音検査装置を示す。これは、打音による音圧レベルをマイクロフォンなどの音圧検出装置で検出し、音圧レベルに基づいてコンクリート構造物の内部の欠陥を検出する装置である。図中、符号１は被検査物体であるコンクリート構造物、２はハンマヘッド、３はハンマ装置、４は騒音計、５は高速フーリエ変換器、６は表示装置である。
【０００３】
また、図６は例えば特開平３−１３８５９号公報に示された従来の超音波を用いた非破壊検査装置である。これは、コンクリート構造物の圧縮強度を測定するものである。図中、符号１１は被検査物体であるコンクリート構造物、１２は送信器としての探触子、１３は受信器としての探触子、１４、１５は探触子１２、１３をコンクリート構造物１１の表面に設けられた接触媒質であり、探触子１２、１３をコンクリート構造物１１に接触させるためのものである。１６はオシロスコープ、１７は制御装置、１８は表示器などの出力装置を示す。
【０００４】
コンクリート構造物の内部に、亀裂や、セメントの配合比が正常な部分に比べて小さく機械的な強度が低下したジャンカと呼ばれる欠陥があると、コンクリート構造物を表面からハンマ等で軽打したときに濁音が発生する。この濁音を検出することにより、コンクリート構造物の内部の欠陥を非破壊的に検知できる。
【０００５】
従来の打音による検査では打音により発生した振動が空気に伝達され検査員の耳に打音として到達する。検査員は耳に伝わる振動の周波数の差を音色の差として検知し、内部に存在する欠陥を認知することで検査を行っている。ところがこの検査は、経験や勘等を頼りに判定がなされる官能検査であるため、診断の基準が暖昧で、一定の判定基準を構築したり、定量的なデータを残すことができない。
【０００６】
打音検査を定量化する例として、特開平７−２００９７号公報には、図５に示すように、コンクリート構造物１を、ハンマ装置３のハンマヘツド２により一定の力で軽打し、そのとき発生する音を騒音計４で検出して、その出力を高速フーリエ変換器５で演算、評価し、表示装器６に結果を示すものが開示されている。
【０００７】
一方、超音波などの音響信号を用いた非破壊検査検査も知られており、たとえば、特開平３−１３８５９号公報には、図６に示すように、超音波を用いてコンクリートの圧縮強度を測定する例が開示されている。この例では、送信用の探触子１２と受信用の探触子１３を対向させ、これらを接触媒質１４および１５を介してコンクリート構造物１１の対向表面上に配置する。送信用の探触子１２で発生したパルス状の音響弾性波を受信用の探触子１３で検出し、オシロスコーブ１６で表示する。オペレータはオシロスコープ１６に表示される波形に基づき最適な加振パラメータおよび検出条件を整え、制御装置１７で適切な演算を行い、音響伝搬速度や圧縮強度を求め、表示器などの出力装置１８に出力する。
探触子１２、１３により、コンクリート構造物１１の内部に音響弾性波を出力し、伝播した当該音響弾性を効率良く検出するためには、測定面にグリース等の接触剤を塗布し音響インピーダンスをマッチングさせ、音波を測定対象に伝達させる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の打音検査を定量化する例では、打撃の角度やハンマヘッドの形状により、発生する音色が異なり一定の判定ができなかったり、周辺の騒音や並行して行われる打音の影響を受け正しく判定を行うことが困難であった。これはハンマヘッド自体が持つ共振音や外部からの騒音が、コンクリート構造物の表面で発生した振動による衝撃音に混入して騒音計４に到達するためであり、目的の衝撃音のみを騒音計４で検出することが困難であることに起因する。
【０００９】
一方、前記従来の超音波を用いる例では、超音波探触子を接触させてコンクリート構造物の内部欠陥からの反射波を検出し、その伝播遅延時間に基づき内部欠陥までの距離を検出している。このため周囲の騒音や隣接した検査ポイントからの障害は混入しにくい検査環境にはなるが、超音波探触子が効率良く出力する音波は数十キロヘルツ以上の周波数帯域であり、この周波数帯域はコンクリート構造物からの濁音を発生する部位を特定するには、周波数が高過ぎ、コンクリート構造物からの濁音を検出するには効率の点から実現困難である。
【００１０】
また、従来の超音波探触子に用いられる接触媒質は、超音波を効率良く伝達するために用いられるが、超音波探触子が出力する音波を効率良く伝達するために採用されたものであり、数十キロヘルツ以上の音波まで伝達できる広帯域の伝達特性を持つものである。このため、コンクリート構造物の内部欠陥を識別するためにより低い周波数の振動成分を得るためには、検出装置でフィルタリングの処理を行う必要がある。
【００１１】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、測定面で発生する振動を空気などの媒体を介することなく、電気信号に変換して定量化し、周辺の騒音によらずに、コンクリート構造物の内部欠陥を表す低い周波数の振動成分を検出して、その内部を非破壊的に検査できるコンクリート構造物の非破壊検査装置を提案するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明によるコンクリート構造物の非破壊検査装置は、コンクリート構造物の測定面に配置されたダンパと、このダンパを介して前記測定面の振動を電気信号に変換する振動検出器とを備え、前記ダンパは、ニトリルゴムからなるゴム板であって、前記振動に含まれるほぼ５キロヘルツ以下の周波数の振動成分のみ透過して前記振動検出器に供給するように構成され、前記振動検出器は、前記ダンパを介してほぼ５キロヘルツ以下の振動成分を検出し、その検出出力に基づいてコンクリート構造物の内部を非破壊検査することを特徴とする。
【００１３】
また、この発明によるコンクリート構造物の非破壊検査装置は、前記ダンパがほぼ２キロヘルツ以下の振動成分を選択的に透過させる特性を有し、このほぼ２キロヘルツ以下の振動成分を前記振動検出器で検出することを特徴とする。
【００１５】
また、この発明によるコンクリート創造物の非破壊検査装置は、前記ゴム板がほぼ５ミリメータの厚さを有しているものである。
【００１６】
また、この発明によるコンクリート構造物の非破壊検査装置は、前記振動検出器の検出出力の中の最大レベルを表示する表示装置をさらに備えたものである。
【００１７】
さらに、この発明によるコンクリート構造物の非破壊検査装置は、前記振動検出器の検出出力と所定の閾値を比較する比較手段をさらに備え、この比較手段の出力に基づいてコンクリート構造物の内部の欠陥を検知するものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１はこの発明によるコンクリート構造物の非破壊検査装置の実施の形態１を示す。この実施の形態１は、コンクリート構造物２１の測定面２１ａに接触するダンパ２３と、このダンパ２３を介して測定面２１ａからの振動を電気信号に変換する振動検出器２５と、この振動検出器２５に接続された表示装置２７とを有する。これに加えて、測定面２１ａに振動を加える加振装置３０が用いられる。
【００１９】
図２は実施の形態１におけるコンクリート構造物２１の加振応答特性を示す。図２（ａ）は内部欠陥をもつ部位の加振応答特性、図２（ｂ）は内部欠陥の無い健全な部位の加振応答特性を示す。図２（ａ）（ｂ）とも、縦軸はコンクリート構造物２１の測定面２１ａで得られる振動の電気信号レベルを示し、その単位はボルト（Ｖ）である。横軸は測定面２１ａで得られる振動の周波数を示し、その単位はヘルツ（Ｈｚ）である。なお、図２（ａ）（ｂ）はダンパ２３を介さずに、測定面２１ａに得られる振動を直接電気信号レベルに変換した特性である。
図３はダンパ２３の振動透過特性を示すもので、縦軸は透過される振動レベルを示し、その単位はボルト（Ｖ）である。横軸はダンパ２３に与えられる振動の周波数であり、単位はヘルツ（Ｈｚ）である。なお、図３のピークＰは、１３２２ヘルツにおけるピーク値である。
図４（ａ）（ｂ）はコンクリート構造物２１のインパルス応答として、一定の高さから一定の質量の鉄球を落下させたときに、ダンパ２３を介して振動検出器２５で検出された信号波形を示すもので、縦軸はその信号波形の電圧レベルを示し、その単位はボルト（Ｖ）である。図４（ａ）の縦軸は、図４（ｂ）の縦軸に比べて、１０倍の大きさとなっている。図４（ａ）（ｂ）の横軸は時間軸であり、単位は秒である。図４（a）は内部欠陥が存在する部位、図４（ｂ）は健全部位での振動波形を示す。
【００２０】
次に動作について説明する。コンクリート構造物２１の内部にクラックやジャンカなどの機械強度が劣化した欠陥が存在すると、その欠陥表面は外部からの衝撃により振動を発生しやすい状態になっている。測定面２１ａに対し、加振装置３０により外部より衝撃エネルギーを加えると、機械強度の劣化の程度により振幅の異なる振動が発生する。実際に、加振装置３０により一定の加振力を加えたとき測定面２１ａに発生する振動をダンパ２３を介することなく直接計測し、内部にクラックが発生した部位の応答と内部に異常が認められない健全部位の応答を比較した。図２（ａ）は内部に欠陥が存在する部位の加振応答特性、図２（ｂ）は内部に欠陥が存在しない部位の加振応答特性である。図２（ａ）（ｂ）は検知した振動を電気信号に変換して周波数変換を行った後の波形を表示しており、振幅レベルが高いほど振動の振幅も大きいことを表す。
【００２１】
図２（ａ）（ｂ）を比較すると、両者はほぼ５ｋＨｚ以下の低周波の振動に顕著な差がある。内部に欠陥の存在しない健全な部位では、図２（ｂ）のようにほぼ５ｋＨｚ以下の低周波の反射レベルが特に約２．６（ｋＨｚ）から約４．２（ｋＨｚ）の周波数範囲で約０．００１（Ｖ）の近辺にまで少し反射レベルが増大する程度である。これに対して、内部に欠陥の存在する部位では、図２（ａ）に示すように、ほぼ５kHz以下の低周波の周波数範囲で反射レベルが大きく増大している。具体的には、約１．４（ｋＨｚ）の周波数で最大の、約０．００８（Ｖ）の反射レベルが得られ、また約１．９（ｋＨｚ）から３．０（ｋＨｚ）の周波数範囲で０．００３（Ｖ）から０．００５（Ｖ）の反射レベルが３つ得られ、さらに約３．８（ｋＨｚ）の周波数において、約０．００２（Ｖ）に達する反射レベルが得られる。同じ周波数帯域で健全な部位の応答と比較するとその大きさは10倍以上にも達しており、両者で振動のレベルが著しく異なっていることが判る。
【００２２】
例えば図３に示すようにほぼ２キロヘルツ以下の振動を選択的に透過するようにダンパ２３を選定し、一定の高さから一定の質量を持つ鉄球を落下させて一定の衝撃力を測定面２１ａに伝え、この時測定面２１ａに発生した振動を振動検出器２５で検出すると、図４（ａ）に示すように内部に欠陥が存在する部位では、内部に欠陥が存在しない部位の１０倍以上振幅の大きな振動が観測される（図４（ｂ））。
【００２３】
振動検出器２５は検出した振動の大きさに応じて電気信号を出力する機能を有しており、ここで変換された電気信号の振幅が高いほど大きな振動が発生していることを示す。また数十キロヘルツ以上の帯域に感度特性の高い超音波探触子と異なり、ほぼ５キロヘルツ以下の低周波の可聴域の振動に対しても効率良く振動を検出することが可能な特徴を持つ。
【００２４】
ダンパ２３は振動検出器２５と測定対象となるコンクリート構造物２１の測定面２１ａの間に配され、ほぼ５キロヘルツ以下の低周波の振動成分のみ透過させるように材質や厚みが選定されている。たとえば図３のようなほぼ２キロヘルツ以下の周波数を透過させるダンパ２３としては、二トリルゴムからなる厚さ５ミリメートルのゴム板が使用される。
【００２５】
測定対象のコンクリート構造物２１の測定面２１ａに前記ゴム板からなるダンパ２３を挟んで振動検出器２５を押し当て、加振装置３０でコンクリート構造物２１の測定面２１ａに衝撃を加えると、そのとき誘発される振動の高周波成分はダンパ２３で低減され、振動検出器２５は、発生した振動成分の中、ほぼ２キロヘルツ以下の成分を感知し電気信号に変換する。
【００２６】
図２（ａ）（ｂ）に示すように、コンクリート構造物２１の内部欠陥は、ほぼ５キロヘルツ以下の振動成分に顕著な差を与えるので、ダンパ２３はこれに合わせてほぼ５キロヘルツ以下のすべての周波数成分を透過させるように、構成することもできる。
【００２７】
表示装置２７には振動検出器２５で変換された電気信号が入力され、入力した電気信号の最大振幅を検出しその大きさを表示するように構成されている。すなわち、加振装置３０により誘発された振動の最大振幅に応じた値が表示装置２７には表示される。
【００２８】
実施の形態２．
実施の形態１では、表示装置２７に最大振幅を表示したが、この実施の形態２では、予め設定された閾値を超えた振動成分が表示される。振動検出器２５で検出した振動の最大振幅を内部に欠陥が存在する部位と健全な部位のそれぞれで測定し、異常と健全を判別する闘値を予め求めておくと、内部の状態が未知な部位で得られた振動と予め求めておいた闘値を比較することにより、内部欠陥の有無またはその程度を判定することが可能となる。なお、実施の形態２のその他の構成は、実施の形態１と同様に構成される。
【００２９】
実施の形態３．
実施の形態１、２の振動検出器２５は、ほぼ５キロヘルツ以下の低周波域において応答特性の高い振動検出器を用いる必要があり、この振動検出器２５としては従来の加速度計や速度計、導電型振動計などいずれのセンサでも使用可能である。またダンパ２３はゴム板からなるダンピング材を用いたものを示したが、粘土やパテなどの粘性の高い材質やばねなどのダンパ２３と等価な特性をもつ部材であれば適用可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上のようにこの発明は、コンクリート構造物の内部にクラックやジャンカなどの機械強度が劣化した欠陥が存在した場合、その測定面に発生する振動成分のうち、ほぼ５キロヘルツ以下の周波数の振動成分を、ダンパを介して振動検出器で測定するものであり、測定面で発生する振動を空気などの媒体を介することなく、電気信号に変換して定量化し、周囲の騒音によらずに、コンクリート構造物の内部欠陥を表す低い周波数の振動成分を検出して、コンクリート構造物を非破壊的に検査することができる。また、従来必要とされていたフィルタリングなどの信号処理も不要にして、簡単な非破壊検査装置とすることができる。
【００３１】
また、ダンパによってほぼ２キロヘルツ以下の振動成分を選択的に透過するものでは、特に内部欠陥を顕著に表すほぼ２キロヘルツ以下の周波数成分を効果的取り出すことができ、またダンパをゴム板、とくに厚さほぼ５ミリメートルのニトリルゴムとするものでは、簡単にほぼ２キロヘルツ以下の周波数の振動成分を得ることができる。
【００３２】
また、振動検出器の検出出力の最大レベルを表示するものでは、その最大レベルから容易にコンクリート構造物の内部欠陥を検出でき、また、振動検出器の検出出力を所定の閾値と比較するものでは、内部欠陥に相当する検出出力のみを出力して、より容易にコンクリート構造物の内部欠陥を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるコンクリート構造物の非破壊検査装置の実施の形態１を示す構成図。
【図２】実施の形態１におけるコンクリート構造物の振動の周波数応答波形図。
【図３】実施の形態１におけるダンパの周波数透過特性図。
【図４】実施の形態１による振動検出波形図。
【図５】従来装置の一例を示す構成図。
【図６】従来装置の他の例を示す構成図。
【符号の説明】
２１コンクリート構造物２１ａ測定面
２３ダンパ２５振動検出器
２７表示装置３０加振装置

Claims

コンクリート構造物の測定面に配置されたダンパと、このダンパを介して前記測定面の振動を電気信号に変換する振動検出器とを備え、前記ダンパは、ニトリルゴムからなるゴム板であって、前記振動に含まれるほぼ５キロヘルツ以下の周波数の振動成分のみ透過して前記振動検出器に供給するように構成され、前記振動検出器は、前記ダンパを介してほぼ５キロヘルツ以下の振動成分を検出し、その検出出力に基づいてコンクリート構造物の内部を非破壊検査することを特徴とするコンクリート構造物の非破壊検査装置。
前記ダンパがほぼ２キロヘルツ以下の振動成分を選択的に透過させる特性を有し、このほぼ２キロヘルツ以下の振動成分を前記振動検出器で検出す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の非破壊検査装置。
前記ゴム板がほぼ５ミリメートルの厚さを有している請求項１記載のコンクリート構造物の非破壊検査装置。
前記振動検出器の検出出力の中の最大レベルを表示する表示装置をさらに備えた請求項１から３の何れか一項に記載のコンクリート構造物の非破壊検査装置。
前記振動検出器の検出出力と所定の閾値を比較する比較手段をさらに備え、この比較手段の出力に基づいてコンクリート構造物の内部の欠陥を検知する請求項１から４の何れか一項に記載のコンクリート構造物の非破壊検査装置。