JP4726247B2 - 亀裂監視材及び亀裂監視システム - Google Patents
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Description
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項1の発明は、監視対象物(1;15)に発生した亀裂(C1)の位置を検出する亀裂検出部(4;17)を、この亀裂の発生が予測される監視対象物の表面に形成し、この監視対象物に発生する亀裂を監視する亀裂監視材であって、前記亀裂検出部は、前記亀裂の進展に応じて電気抵抗が変化する導電層(4a;17a)と、前記導電層に電流を流す電極層(4c;17b)とを備え、前記導電層は、導電性塗料を面状に塗布して形成されており、前記電極層は、導電性塗料を点状に塗布して形成されており、前記電極層は、前記導電層の表面に複数行及び複数列形成されており、かつ、各行及び/又は各列に複数個形成されていることを特徴とする亀裂監視材(3;16)である。
以下、図面を参照して、この発明の第1実施形態について詳しく説明する。
図1は、この発明の第1実施形態に係る亀裂監視システムの構成図である。
鋼構造物1は、鋼材によって構成された固定構造物である。鋼構造物1は、例えば、鉄道車両が走行する線路の下部に空間を確保し列車の荷重を支持する橋梁である。亀裂監視システム2は、鋼構造物1に発生する亀裂C1を監視するシステムである。亀裂監視システム2は、図1に示すように、亀裂監視材3と、リード線5と、電源部6と、通電状態測定部7と、制御部8と、評価部9と、補正部10と、通信部11と、収容部12とを備えている。亀裂監視システム2は、亀裂Cの発生が予測される鋼構造物1の部位に設置されている。
亀裂監視材3は、亀裂C1の発生が予測される鋼構造物1の表面に形成され、この鋼構造物1に発生する亀裂C1を監視する部材である。亀裂監視材3は、図2〜図4に示すように、亀裂検出部4を備えている。亀裂監視材3は、図1に示すように、亀裂C1の発生が予測される鋼構造物1の表面に刷毛、ローラ又はスプレーなどによって塗布され形成されている。
通電状態測定部7は、導電層4aの通電状態を測定する抵抗測定器などである。通電状態測定部7は、制御部8からの指令に基づいて、監視領域A1〜A49毎に通電状態を測定する。通電状態測定部7は、電源部6に接続されており、電源部6からの電力を各電極位置P11,…,P81に配置された電極層4cに供給する。通電状態測定部7は、例えば、図5に示すように、監視領域A1に亀裂C1が発生したときには、亀裂C1の発生した監視領域A1の導電層4aの電気抵抗を測定するとともに、亀裂C1の発生していない監視領域A2,…,A49のうち少なくとも一つの電気抵抗を測定する。
鋼構造物1では限定された範囲内で亀裂C1の発生が予測されるがこの亀裂C1の起点を特定できない場合がある。例えば、図1〜図5に示すように、鋼構造物1の限定された範囲内で亀裂C1の発生が予測される場合には、鋼構造物1の塗替え塗装時にこの範囲を含む鋼構造物1の表面に防錆絶縁塗料を塗布し、防錆絶縁層4bを形成する。次に、防錆絶縁層4bの表面に導電性塗料を面状に塗布して導電層4aを形成する。その後に、例えば、電極位置P11〜P88に対応する部分に貫通孔が形成されたフィルムを導電層4aの表面に貼り付けて、このフィルムの表面から導電性塗料を塗布する。そして、このフィルムを導電層4aから剥離して、電極位置P11〜P49に電極層4cを多数点状に形成する。次に、各電極位置P11〜P49に配置された電極層4cにそれぞれリード線5を接続して、導電層4a及び電極層4cの表面に環境遮断性を有する塗料を帯状に塗布し環境遮断層4dを形成する。その後に、環境遮断層4dの表面に耐候性塗料を面状に塗布して耐候層4eを形成し、鋼構造物1の表面に亀裂監視材3を形成する。最後に、鋼構造物1の表面に収容部12を固定して、リード線5が収容部12の接続端子に接続される。
図6は、この発明の第1実施形態に係る亀裂監視システムの動作を説明するためのフローチャートである。
ステップ(以下Sという)100において、電源がONする。図1に示す制御部8が電源部6に電力の供給を指令すると、図3に示す各電極位置P11〜P88に配置された電極層4cに電源部6が電力を供給し、導電層4aに電流が流れる。
(1) この第1実施形態では、鋼構造物1に発生する亀裂C1の位置を亀裂検出部4が検出する。その結果、鋼構造物1の疲労亀裂のような鋼構造物1の健全性に影響する重大な変状が発生したときに、この変状の発生領域を検出することができるため、目視検査による不確実性を解消することができる。
図7は、この発明の第2実施形態に係る亀裂監視システムの構成図である。図8は、この発明の第2実施形態に係る亀裂監視システムの亀裂監視材の縦断面図である。以下では、図1に示す部分と同一の部分については同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
図7及び図8に示す添接板13は、鋼構造物1を構成する鋼部材同士を突き合わせて接合するときに、この突き合わせ部の側面に接合する継手用の鋼板である。ボルト14は、鋼構造物1に添接板13を固定する固定部材である。ボルト14は、例えば、図7に示すように、等間隔に1列当たり7本で3列(7行3列)にわたり合計21本配置されている。図8に示す周縁部14aは、ボルト14と添接板13とが接合する接合部であり、ボルト14の座面の縁部と添接板13とが接触する部分である。
図9は、この発明の第2実施形態に係る亀裂監視システムの動作を説明するためのフローチャートである。以下では、図6に示す処理と同一の処理を実行するステップについては詳細な説明を省略する。
S200において、電源部6がONする。図7に示すように、行方向(横方向)で互いに対向する電極位置PV11,PV12間及び電極位置PV21,PV22間に配置された電極層4cに電源部6が電力を供給するとともに、列方向(縦方向)で互いに対向する電極位置PH1,PH2に配置された電極層4cに電源部6が電力を供給する。また、斜め方向で互いに対向する電極位置PH1,PV11、電極位置PH1,PV21、電極位置PH1,PV12及び電極位置PH1,PV22などに配置された電極層4cに電源部6が電力を供給する。
(1) この第2実施形態では、添接板13とボルト14とが接合する周縁部14aを導電層4aが被覆し、この導電層4aに亀裂C1が発生したときにこの導電層4aの通電状態の測定結果に基づいて評価部9がボルト14の緩みを検出する。このため、ボルト14の緩みのような鋼構造物1の健全性に影響する重大な変状を検出することができる。
(抵抗測定実験)
図10は、この発明の実施例に係る亀裂検出用塗膜の抵抗測定実験の構成図であり、図10(A)は平面図であり、図10(B)は正面図である。
図10に示す亀裂検出用塗膜18は、亀裂の発生が予測される検出対象物に塗布されこの検出対象物の亀裂を検出する塗膜である。亀裂検出用塗膜18は、厚さ3mmの基板の表面に長さL=1800mm、幅W=900mmにわたり亀裂検出用塗料を面状に厚さt=0.06mmで塗布して形成されており、亀裂の発生に応じて電気抵抗が変化する。亀裂検出用塗膜18は、導電顔料としてカーボンブラックを含み、有機材料として液状エポキシを含む樹脂/顔料割合が500%の亀裂検出用塗料を塗布して形成されている。電極19は、亀裂検出用塗膜18に電流を流す部分であり、亀裂検出用塗膜18の短辺から距離L1=400mm、長辺から距離L2=225mmの位置に、縦方向の間隔D1=225mm及び横方向の間隔D2=500mmで形成されている。図10に示す亀裂検出用塗膜18の中央に亀裂Cを導入して各電極19間の電気抵抗を測定した。
図11に示す横軸は、亀裂検出用塗膜18の短辺の長さ(mm)に対する亀裂長さ(mm)の比であり、縦軸は電極間の抵抗増加量(Ω)である。ここで、図11に示すαは、図10に示す電極位置PI,Pi間及び電極位置PIII,Piii間の抵抗増加量の平均値である。βは、電極位置PII,Pi間、電極位置PII,Piii間、電極位置PI,Pii間及び電極位置PIII,Pii間の抵抗増加量の平均値である。γは、電極位置PI,Piii間及び電極位置PIII,Pi間の抵抗増加量の平均値である。図11に示すように、亀裂Cの進展方向と同一方向で互いに対向する電極位置PA,PB間では亀裂Cの大きさに関わらず抵抗値増加量に変化がない。一方、亀裂Cの進展方向と交差する方向で互いに対向する電極位置PII,Pii間などでは亀裂Cが大きくなるほど抵抗変化量も大きくなる。その結果、亀裂Cの進展方向と交差する方向に配置された電極位置PII,Pii間などの抵抗値の変化を検出することで亀裂Cの発生とこの亀裂Cの長さを検出することができるとともに、亀裂Cの進展方向を検出することができる。
図12は、この発明の実施例1に係る亀裂検出用塗料の樹脂/顔料割合と体積抵抗率との関係を示すグラフである。
図12に示す横軸は、樹脂/顔料割合(wt%)であり、縦軸は体積抵抗率(固有抵抗率)(Ω・cm)である。ここで、樹脂/顔料割合は、顔料の質量に対する樹脂の質量の割合を示し、数値が小さいほど樹脂量の少ない塗膜であることを示す。実施例1は、導電顔料としてカーボンブラック(電気化学工業(株)製、商品名:デンカブラック)を含み、有機材料として液状エポキシ樹脂(大日本インキ化学工業(株)製、商品名:エピクロン)を含む亀裂検出用塗料である。
図13は、この発明の実施例2に係る亀裂検出用塗料の樹脂/顔料割合と体積抵抗率との関係を示すグラフである。
図13に示す横軸は、樹脂/顔料割合(wt%)であり、縦軸は体積抵抗率(mΩ・cm)である。実施例2は、導電顔料としてニッケル粉(関東化学(株)製の試薬)を含み、有機材料として液状エポキシ樹脂(大日本インキ化学工業(株)製、商品名:エピクロン)を含む亀裂検出用塗料である。
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
(1) この実施形態では、監視対象物として鋼構造物1を例に挙げて説明したが、コンクリート構造物などの他の構造物についてもこの発明を適用することができる。また、この実施形態では、8行8列の電極層4cによって49個の監視領域A1〜A49に導電層4aを区画した場合を例に挙げて説明したがこれに限定するものではなく、任意の数の電極層によって任意の数の監視領域に導電層を区画することもできる。さらに、この実施形態では、固定部材としてボルト14を例に挙げて説明したがこれに限定するものではなく、リベットなどの他の固定部材の破断によって防錆絶縁層15に亀裂C1が発生する場合についてもこの発明を適用することができる。
2 亀裂監視システム
3 亀裂監視材
4 亀裂検出部
4a 導電層
4b 防錆絶縁層
4c 電極層
4d 環境遮断層
4e 耐候層
5 リード線
6 電源部
7 通電状態測定部
8 制御部
9 評価部
10 補正部
11 通信部
12 収容部
13 添接板(被固定部材)
14 ボルト(固定部材)
14a 周縁部(接合部)
15 防錆絶縁層(監視対象物)
16 亀裂監視材
17 亀裂検出部
17a 導電層
17b 電極層
17c 環境遮断層
17d 耐候層
18 亀裂検出塗膜
19 電極
A1〜A49 監視領域
C1 亀裂
P11〜P88 電極位置
PH1,PH2 電極位置
PV11,PV12,PV21,PH22 電極位置
Claims (9)
- 監視対象物に発生した亀裂の位置を検出する亀裂検出部を、この亀裂の発生が予測される監視対象物の表面に形成し、この監視対象物に発生する亀裂を監視する亀裂監視材であって、
前記亀裂検出部は、
前記亀裂の進展に応じて電気抵抗が変化する導電層と、
前記導電層に電流を流す電極層とを備え、
前記導電層は、導電性塗料を面状に塗布して形成されており、
前記電極層は、導電性塗料を点状に塗布して形成されており、
前記電極層は、前記導電層の表面に複数行及び複数列形成されており、かつ、各行及び/又は各列に複数個形成されていること、
を特徴とする亀裂監視材。 - 請求項1に記載の亀裂監視材において、
前記導電層は、前記電極層によって複数の監視領域に区画されており、隣接する前記電極層によって囲まれる領域が一つの監視領域を形成すること、
を特徴とする亀裂監視材。 - 亀裂を監視する亀裂監視システムであって、
請求項1又は請求項2に記載の亀裂監視材と、
前記導電層の通電状態を測定する通電状態測定部と、
前記通電状態測定部の測定結果に基づいて前記監視対象物に発生する亀裂を評価する評価部と、
を備える亀裂監視システム。 - 請求項3に記載の亀裂監視システムにおいて、
前記通電状態測定部は、前記電極層によって前記導電層が複数の監視領域に区画されているときに、前記監視領域毎に通電状態を測定し、
前記評価部は、前記監視領域毎の通電状態の測定結果に基づいて亀裂の発生した監視領域を特定すること、
を特徴とする亀裂監視システム。 - 請求項4に記載の亀裂監視システムにおいて、
前記評価部は、前記亀裂の発生した監視領域内の通電状態の測定結果に基づいてこの亀裂の進展方向を特定すること、
を特徴とする亀裂監視システム。 - 請求項3から請求項5までのいずれか1項に記載の亀裂監視システムにおいて、
前記導電層は、被固定部材とこの被固定部材を固定する固定部材とが接合する接合部を被覆し、
前記評価部は、前記導電層に亀裂が発生したときに、この導電層の通電状態の測定結果に基づいて前記固定部材の緩みを検出すること、
を特徴とする亀裂監視システム。 - 請求項6に記載の亀裂監視システムにおいて、
前記評価部は、複数の前記固定部材によって前記被固定部材が固定されているときに、前記導電層の通電状態の測定結果に基づいてこれらの固定部材の緩んだ数を検出すること、
を特徴とする亀裂監視システム。 - 請求項3から請求項7までのいずれか1項に記載の亀裂監視システムにおいて、
前記通電状態測定部の測定結果を補正する補正部を備え、
前記評価部は、補正後の測定結果に基づいて前記亀裂を評価すること、
を特徴とする亀裂監視システム。 - 請求項8に記載の亀裂監視システムにおいて、
前記通電状態測定部は、前記電極層によって前記導電層が複数の監視領域に区画されているときに、前記監視領域毎に通電状態を測定し、
前記補正部は、前記導電部に亀裂が発生したときに、亀裂の発生していない監視領域の通電状態の測定結果に基づいて、亀裂の発生した監視領域の通電状態の測定結果を補正すること、
を特徴とする亀裂監視システム。
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