JP4753241B2 - Nondestructive inspection method and inspection apparatus for the degree of corrosion of reinforcing bars in concrete structures by ultrasonic method - Google Patents

Nondestructive inspection method and inspection apparatus for the degree of corrosion of reinforcing bars in concrete structures by ultrasonic method Download PDF

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本発明は原理的には超音波を用いており、コンクリート構造物内の鉄筋真上に設置された送受信探触子を移動させながら反射波をN回受信し、N回受信した波形の平均化を行い、平均化された波形から鉄筋からの反射波を含む時間間隔の波形のみを抽出することにより波形を成型し、成型された波形の周波数スペクトルを算出し、周波数スペクトル上でのスペクトルピーク周波数、スペクトルの積分値等を算出し、鉄筋腐食に関係する特微量を算出し、特微量を評価することにより鉄筋の腐食程度を非破壊で計測する方法である。   In principle, the present invention uses ultrasonic waves, receives a reflected wave N times while moving a transmitting / receiving probe installed just above a reinforcing bar in a concrete structure, and averages the waveforms received N times. The waveform is shaped by extracting only the waveform of the time interval including the reflected wave from the reinforcing bar from the averaged waveform, the frequency spectrum of the shaped waveform is calculated, and the spectrum peak frequency on the frequency spectrum In this method, the integral value of the spectrum is calculated, the amount of corrosion related to reinforcing bar corrosion is calculated, and the amount of corrosion of the reinforcing bar is measured nondestructively by evaluating the amount of corrosion.
近年、高度成長期に建設されたトンネルや橋などのコンクリート構造物1の劣化が深刻となっており、コンクリート構造物1の維持管理が社会的に重要な課題となってきている。 構造部の劣化現象の中でも特にコンクリート構造物1内の鉄筋3の腐食が深刻である。図16にその模様を示す。   In recent years, deterioration of concrete structures 1 such as tunnels and bridges constructed in a high growth period has become serious, and maintenance of the concrete structures 1 has become an important social issue. Among the deterioration phenomenon of the structure portion, the corrosion of the reinforcing bars 3 in the concrete structure 1 is particularly serious. FIG. 16 shows the pattern.
図16(a)は鉄筋3が腐食していない健全なコンクリート構造物1の模式図である。図16(b)は鉄筋3が腐食した場合のコンクリート構造物1の模式図である。鉄筋3が腐食した撮合、鉄筋の体積が膨張する。このため、鉄筋周辺にクラック5が発生する。鉄筋3の腐食が進行すると、コンクリートが剥離し最終的には同図に示されているようにコンクリートが剥落する。この状態ではコンクリート構図物1としての強度を保てなくなり、早急な補修が必要となる。剥落箇所は目視で確認できるため、補修は剥離・剥落箇所周辺のみに実施されている場合が多い。   FIG. 16A is a schematic diagram of a sound concrete structure 1 in which the reinforcing bars 3 are not corroded. FIG. 16B is a schematic diagram of the concrete structure 1 when the reinforcing bar 3 is corroded. When the rebar 3 is corroded, the volume of the rebar expands. For this reason, a crack 5 is generated around the reinforcing bar. When the corrosion of the reinforcing bars 3 progresses, the concrete peels and finally the concrete peels as shown in FIG. In this state, the strength of the concrete composition 1 cannot be maintained, and immediate repair is required. Since the peeled portion can be visually confirmed, the repair is often performed only around the peeled and peeled portion.
鉄筋3の腐食探知に使用されている代表的な手法として自然電位法がある(非特許文献1 p188〜p202)。
その測定模様を図17に示す。まず人為的にコンクリートを除き鉄筋を露出させる。その後電極Aを露出した鉄筋に取り付ける。電極Bはコンクリート構造物表面2に設置される。自然電位計測器は電極Aと電極B間の電位を計測する。その測定値によって鉄筋3の腐食を検査する。
As a typical method used for corrosion detection of the reinforcing bar 3, there is a natural potential method (Non-patent Document 1, p188 to p202).
The measurement pattern is shown in FIG. First, artificially remove the concrete and expose the rebar. Thereafter, the electrode A is attached to the exposed rebar. The electrode B is installed on the surface 2 of the concrete structure. The natural potential measuring device measures the potential between the electrode A and the electrode B. The corrosion of the reinforcing bar 3 is inspected by the measured value.
また、超音波を利用して、コンクリート構造物の劣化部を測定診断する技術が開発され、市販装置も存在する(非特許文献1 p107〜p136)。
超音波による測定原理を図18に示す。送信探触子12および受信探触子13をコンクリート構造物表面2に設置し、超音波11を発生させる。受信された波形を演算部18にて処理し、その結果を表示部19に表示する。
『コンクリート構造物の検査・診断―非破壊検査ガイドブック―、理工図書株式会社、発行日:2003年8月11日、監修 魚本健人、編著 加藤佳孝 非破壊検査研究会』
In addition, a technique for measuring and diagnosing a deteriorated portion of a concrete structure using ultrasonic waves has been developed, and there are commercially available devices (Non-patent Document 1, p107 to p136).
The measurement principle using ultrasonic waves is shown in FIG. The transmission probe 12 and the reception probe 13 are installed on the concrete structure surface 2 to generate the ultrasonic waves 11. The received waveform is processed by the calculation unit 18 and the result is displayed on the display unit 19.
"Inspection and Diagnosis of Concrete Structures—Non-destructive Inspection Guidebook", Riko Books Co., Ltd., published on August 11, 2003, supervised by Kento Uomoto, edited by Yoshitaka Kato Non-Destructive Inspection Study Group
鉄筋腐食によりコンクリートが 剥離・剥落した箇所は補修する必要がある。補修範囲としては剥離、剥落箇所周辺のみに実施されているのが現状である。しかし、コンクリートが剥離・剥落していなくとも鉄筋が腐食している場合は大変多く観測されている。そのため補修してから1〜3年後に再びコンクリートが剥離、剥落する事例が多い。このため補修に要するコストは膨大なものとなっている。   It is necessary to repair the part where the concrete is peeled off or peeled off due to reinforcement corrosion. As a repair range, it is currently carried out only around the areas where peeling or peeling occurs. However, even if the concrete is not peeled off or peeled off, very many cases are observed when the reinforcing bars are corroded. Therefore, there are many cases where concrete peels and peels again after 1 to 3 years after repair. For this reason, the cost required for repair is enormous.
鉄筋腐食を計測する自然電位法 (ASTM C 876)においては、
(1)90%以上の確率で腐食なし
(2)不確定
(3)90%以上の確率で腐食あり
という判断であり、非常に曖昧で、定性的かつ腐食の有無の判断しかできない。適切な腐食範囲を知るためには初期〜中程度の腐食の検査も必要である。
In the self-potential method (ASTM C 876) measuring rebar corrosion,
(1) No corrosion with a probability of 90% or more
(2) Uncertain
(3) It is judged that there is corrosion with a probability of 90% or more, and it is very vague, qualitative, and it can only be judged whether or not there is corrosion. In order to know the appropriate corrosion range, initial to moderate corrosion inspection is also required.
また、自然電位法での測定のためには電極を直接鉄筋に取り付けることが必要である。そのため入為的に鉄筋を露出させる必要があり、非破壊検査ではない。
人為的にコンクリートに穴をあけるため、その位置から水が浸入し鉄筋腐食が発生するという懸念もある。
また、超音波法を使用すれば鉄筋深さDo、コンクリート厚さ等の計測は可能であるが鉄筋腐食の検査はできない、という問題点があった。
Moreover, it is necessary to attach an electrode directly to a reinforcing bar for the measurement by the natural potential method. Therefore, it is necessary to expose the reinforcing bars intentionally, not a non-destructive inspection.
Since holes are made in concrete artificially, there is also a concern that water will infiltrate from that position and rebar corrosion will occur.
In addition, if the ultrasonic method is used, it is possible to measure the reinforcing bar depth Do, the concrete thickness, etc., but there is a problem that the reinforcing bar corrosion cannot be inspected.
本発明は、腐食の程度を定量的に非破壊で行うことが可能な超音波法によるコンクリート構造物内の鉄筋腐食程度の非破壊検査方法及び検査装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a nondestructive inspection method and an inspection apparatus for the degree of corrosion of reinforcing bars in a concrete structure by an ultrasonic method capable of quantitatively performing the degree of corrosion nondestructively.
本発明のコンクリ−ト構造物中の鉄筋腐食程度の非破壊検査方法は、超音波法によりコンクリート構造物中の鉄筋の腐食程度を非破壊で検査する方法において、
それぞれ超音波を発生および受信する送信探触子および受信探触子を検査対象のコンクリート構造物の表面に間隔L(n=1,2,3,・・k)を隔てて設置し、
前記間隔L のそれぞれについて、該間隔を一定として、設定された測定位置における探触子移動区間で、前記送信探触子および受信探触子を前記鉄筋に対して平行に設定された探触子移動線に沿って移動させながら、前記送信探触子で発生した超音波が前記鉄筋から反射した反射波を前記受信探触子でN回受信し、
前記間隔L のそれぞれ毎にN回受信した前記反射波の時間tに対する波形について次の処理を行うことにより周波数fに対する加算スペクトルSS(f)を求め、
前記加算スペクトルSS(f)から前記鉄筋の腐食程度を判定することを特徴とする。
(1) 前記間隔L のそれぞれ毎に、受信した前記波形時間軸上で平均化して平均化波形F(t)(n=1,2,3,・・k)を求める処理
(2) 前記平均化波形F(t)のそれぞれ毎に前記鉄筋からの反射波を含む時間間隔の波形のみを抽出して成型波形FF(t)(n=1,2,3,・・k)を求める処理
(3) 前記成型波形FF(t)のそれぞれ毎に、FFTにより周波数領域に変換しパワースペクトルS(f)(n=1,2,3,・・k)を求める処理
(4) 前記パワースペクトルS (f)を
の式により周波数領域にて加算し、前記加算スペクトルSS(f)を求める処理
The non-destructive inspection method for the degree of corrosion of reinforcing bars in the concrete structure of the present invention is a method for non-destructively inspecting the degree of corrosion of reinforcing bars in a concrete structure by an ultrasonic method.
A transmitting probe and a receiving probe for generating and receiving ultrasonic waves are respectively installed on the surface of the concrete structure to be inspected with an interval L n (n = 1, 2, 3,... K) .
For each of the intervals L n, a probe in which the interval is constant and the transmission probe and the reception probe are set parallel to the rebar in the probe movement section at the set measurement position . While moving along the child movement line, the reflected wave reflected from the rebar by the ultrasonic wave generated by the transmission probe is received N times by the reception probe ,
The added spectrum SS (f) for the frequency f is obtained by performing the following processing on the waveform of the reflected wave received N times for each of the intervals L n ,
And judging the degree of corrosion of the reinforcing bar from said adder spectrum SS (f).
(1) for each of the intervals L n, obtains an average of the received N pieces of the waveform on the time axis averaging waveform F n (t) (n = 1,2,3, ·· k) Processing ,
(2) the averaging waveform F n for each (t), extracts only a waveform of a time interval including the reflected wave from the rebar molded waveform FF n (t) (n = 1,2,3, ·· k) process of obtaining,
(3) Processing for obtaining a power spectrum S n (f) (n = 1, 2, 3,... K) by transforming into the frequency domain by FFT for each of the shaped waveforms FF n (t) ,
(4) The power spectrum S n (f)
The process of adding in the frequency domain according to the above formula to obtain the added spectrum SS (f) .
本発明のコンクリ−ト構造物中の鉄筋腐食程度の非破壊検査装置は、超音波法によりコンクリート構造物中の鉄筋の腐食程度を非破壊で検査する装置において、
検査対象のコンクリート構造物の表面に間隔L (n=1,2,3,・・k)を隔てて設置され、それぞれ超音波を発生および受信する送信探触子および受信探触子と、
前記間隔L のそれぞれについて、該隔を一定として、設定された測定位置における探触子移動区間で、前記送信探触子および受信探触子を前記鉄筋に対して平行に設定された探触子移動線に沿って移動させながら、前記送信探触子で発生した超音波が前記鉄筋から反射した反射波を前記受信探触子でN回受信した、前記反射波の時間tに対する波形について次の処理を行うことにより周波数fに対する加算スペクトルSS(f)を求める演算部と、
を有することを特徴とする。
(1) 前記間隔L のそれぞれ毎に、受信した前記波形時間軸上で平均化して平均化波形F(t)(n=1,2,3,・・k)を求める処理
(2) 前記平均化波形F(t)のそれぞれ毎に前記鉄筋からの反射波を含む時間間隔の波形のみを抽出して成型波形FF(t)(n=1,2,3,・・k)を求める処理
(3) 前記成型波形FF(t)のそれぞれ毎に、FFTにより周波数領域に変換しパワースペクトルS(f)(n=1,2,3,・・k)を求める処理
(4) 前記パワースペクトルS (f)を
の式により周波数領域にて加算し、前記加算スペクトルSS(f)を求める処理
なお、演算部における演算結果を表示するための表示部を設けてもよい。
The non-destructive inspection device for the degree of corrosion of reinforcing bars in the concrete structure of the present invention is a device for non-destructively inspecting the degree of corrosion of reinforcing bars in a concrete structure by an ultrasonic method.
A transmission probe and a reception probe installed on the surface of the concrete structure to be inspected at intervals L n (n = 1, 2, 3,... K), and generating and receiving ultrasonic waves, respectively ;
For each of the intervals L n, as a constant the interval, in the probe movement section in the set measurement position, probe was set in parallel to the transmission probe and the reception probe to the reinforcing bar Regarding the waveform of the reflected wave with respect to time t when the reflected wave reflected from the reinforcing bar is received N times by the receiving probe while being moved along the moving line of the probe. A calculation unit that obtains an addition spectrum SS (f) for the frequency f by performing the following processing;
It is characterized by having.
(1) for each of the intervals L n, obtains an average of the received N pieces of the waveform on the time axis averaging waveform F n (t) (n = 1,2,3, ·· k) Processing ,
(2) the averaging waveform F n for each (t), extracts only a waveform of a time interval including the reflected wave from the rebar molded waveform FF n (t) (n = 1,2,3, ·· k) process of obtaining,
(3) Processing for obtaining a power spectrum S n (f) (n = 1, 2, 3,... K) by transforming into the frequency domain by FFT for each of the shaped waveforms FF n (t) ,
(4) The power spectrum S n (f)
The process of adding in the frequency domain according to the above formula to obtain the added spectrum SS (f) .
In addition, you may provide the display part for displaying the calculation result in a calculating part.
本発明により以下の効果が得られる。
(1)コンクリート構造物の鉄筋腐食を非破壊で検査することが可能である。
(2)鉄筋の腐食度合いを、健全、軽微の腐食、中程度の腐食、重度の腐食の4段階に分けての非破壊検査が可能である。
(3)鉄筋から成長するクラックがコンクリート構造物表面まで達していない場合は、目視ではクラックの観察が不可能であるが、本手法を用いれば鉄筋腐食を非破壊で検査することが可能である。
(4)鉄筋から成長するクラックがコンクリート構造物表面まで達していない場合は、目視ではクラックの観察が不可能である。そのため従来では補修工事の対象外であった。そのため補修工事を実施してから1,2年後に再びコンクリートの剥落、クラックの発生が起こり、再度補修工事を行うことを強いられてきた。そのため保守コストが膨大な額となっていた。本発明を用いれば鉄筋から成長するクラックがコンクリート構造物表面まで達していない場合でも鉄筋の腐食程度を非破壊で検査することができ、真に適切な補修範囲を選定し補修工事が実行できる。そのため保守コストを大幅に減少させることが可能である。
(5)従来はコンクリート構造物表面のコンクリートが剥離してから補修するのが常であった。補修範囲は剥離のみか、または剥離部周辺を少々含む程度であった。しかし、コンクリートの剥離が発生しなくとも鉄筋の腐食は進行しており、コンクリート構造物全体としての耐力が減退してゆく。この耐力が大幅に減退した場合には、コンクリート構造物の一部損壊、地中構造物であれば一部損壊により道路陥没、地上建築物の傾斜などなど、さまざまな影響が発生し、社会問題化する可能性がある。本発明を用いれば、コンクリートが剥離していなくても鉄筋の腐食程度を非破壊で検査することが可能である。本手法を用いて定期的にコンクリート構造物の検査・補修を行えば、従来に比較して格段とコンクリート構造物全体の耐力を維持できる。
(6)従来行われている補修方法は、鉄筋深さ以上までコンクリートを掘削し新たに鉄筋を配置するなど大掛かりなものであり、コストも大幅に必要であった。本発明を用いれば鉄筋の腐食程度が非破壊で計測できるため、鉄筋腐食程度に応じた適切な補修工法を選択でき、補修コストの削減が可能となる。
(7)地震、施工不良によりコンクリート構造物に強い応力が加わった場合にもクラックが発生する。この場合、鉄筋からクラックが発生することが多い。鉄筋は健全であるのにコンクリート構造物表面では目視でクラックが観測される。クラックが発生しているため数年、数十年後には鉄筋が腐食する可能性が高いが補修方法としは簡易な方法、たとえばコンクリート表面の止水処理、で十分である。しかし、従来では鉄筋の腐食が検知できなかったため、上記場合でも本格的な補修が施されてきた。本発明を用いれば、クラックが発生していても鉄筋が腐食していないことが非破壊で計測できるため、簡易な補修方法を選択でき、補修・保守コストの大幅な減少となる。
The following effects can be obtained by the present invention.
(1) It is possible to non-destructively inspect corrosion of reinforcing steel in concrete structures.
(2) Non-destructive inspection is possible by dividing the corrosion level of the reinforcing bars into four stages: healthy, minor corrosion, moderate corrosion, and severe corrosion.
(3) If the crack growing from the reinforcing bar does not reach the surface of the concrete structure, it is impossible to visually observe the crack, but it is possible to inspect the reinforcing bar corrosion nondestructively by using this method. .
(4) If the crack growing from the reinforcing bar does not reach the surface of the concrete structure, it is impossible to visually observe the crack. For this reason, it has been excluded from repair work in the past. For this reason, concrete peeling and cracking occurred again one or two years after the repair work was carried out, and it was forced to carry out the repair work again. As a result, the maintenance cost was enormous. If the present invention is used, even if cracks growing from the reinforcing bar do not reach the surface of the concrete structure, the corrosion degree of the reinforcing bar can be inspected nondestructively, and a truly appropriate repair range can be selected and repair work can be executed. Therefore, the maintenance cost can be greatly reduced.
(5) In the past, it was usual to repair after the concrete on the surface of the concrete structure peeled off. The repair range was only peeling or included a little around the peeling part. However, even if the concrete does not peel off, the corrosion of the reinforcing bars is progressing, and the proof stress of the concrete structure as a whole decreases. If this yield strength is significantly reduced, the concrete structure will be partially damaged, and if it is an underground structure, it will cause various impacts such as road collapses and slopes of ground buildings due to partial damage. There is a possibility of becoming. By using the present invention, it is possible to non-destructively inspect the degree of corrosion of reinforcing bars even if the concrete is not peeled off. If the concrete structure is regularly inspected and repaired using this method, the strength of the entire concrete structure can be significantly maintained as compared with the conventional case.
(6) The conventional repair methods are large-scale, such as excavating concrete to a depth greater than the depth of the reinforcing bar and placing a new reinforcing bar, which requires significant costs. If the present invention is used, the degree of corrosion of the reinforcing bars can be measured non-destructively, so that an appropriate repair method according to the degree of corrosion of the reinforcing bars can be selected, and the repair cost can be reduced.
(7) Cracks also occur when a strong stress is applied to a concrete structure due to an earthquake or construction failure. In this case, cracks often occur from the reinforcing bars. Although the reinforcing bars are healthy, cracks are visually observed on the concrete structure surface. Since cracks have occurred, there is a high possibility that the reinforcing bars will corrode after several years or decades, but a simple method such as water stop treatment of the concrete surface is sufficient as a repair method. However, since the corrosion of reinforcing bars could not be detected in the past, full-scale repair has been performed even in the above case. If the present invention is used, it can be measured non-destructively that the reinforcing bars are not corroded even if cracks occur, so that a simple repair method can be selected and the repair / maintenance cost is greatly reduced.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
本発明は超音波法により従来は不可能であった鉄筋3の腐食程度の計測を可能とした手法である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
The present invention is a technique that enables measurement of the degree of corrosion of the reinforcing bar 3, which has been impossible by the ultrasonic method.
[波形収集方法]
図1に波形収集におけるフローチャートを示す。本フローチャートにそって説明を行う。
(STEP1)
変数nを1とする。
(STEP2)
図2および図3において、送信探触子12、受信探触子13、および鉄筋3の相対的位置関係を示す。
図2(a)はコンクリート構造物1を上面から観測した上面図である。中央に鉄筋3が示されている。同図(b)は、図2(a)においてA側面から観測した、図2(a)の側面図である。
図2(a)に示されているように、送信探触子12、受信探触子13は鉄筋真上の位置に設置される。なお送受信探触子の中央位置は後述する探触子移動線と一致するように配置する。ここで送信探触子12と受信探触子13との距離を探触子間隔LA(n=1,2,3)と定義する。本実施例では探触子間隔、LAnは、LA、LA、LAの3種類である。また、図2(b)に示されているように送受信探触子は鉄筋3からの垂線に対し同じ距離(LA/2)となるよう配置される。
上述した探触子配置を『鉄筋沿場合の探触子配置』と定義する。
[Waveform collection method]
FIG. 1 shows a flowchart of waveform collection. A description will be given along this flowchart.
(STEP1)
The variable n is set to 1.
(STEP2)
2 and 3, the relative positional relationship between the transmission probe 12, the reception probe 13, and the reinforcing bar 3 is shown.
Fig.2 (a) is the top view which observed the concrete structure 1 from the upper surface. A reinforcing bar 3 is shown in the center. FIG. 2B is a side view of FIG. 2A observed from the A side in FIG.
As shown in FIG. 2A, the transmission probe 12 and the reception probe 13 are installed at positions just above the reinforcing bars. The center position of the transmission / reception probe is arranged so as to coincide with the probe movement line described later. Here, the distance between the transmission probe 12 and the reception probe 13 is defined as a probe interval LA n (n = 1, 2, 3). In this embodiment, there are three types of probe intervals, LAn, LA 1 , LA 2 , and LA 3 . Further, as shown in FIG. 2 (b), the transmission / reception probe is arranged at the same distance (LA n / 2) with respect to the perpendicular from the reinforcing bar 3.
The probe arrangement described above is defined as “probe arrangement along the reinforcing bars”.
図3(a)はコンクリート構造物1を上面から観測した上面図である。中央に鉄筋3が示されている。同図(b)は、図3(a)においてB側面から観測した、図3(a)の側面図である。
図3(a)に示されているように、送信探触子12、受信探触子13は鉄筋を挟んで左右対称となるように配置する。送信探触子の中央位置は後述する送信用探触子移動線と一致するように配置する。また、受信探触子の中央位置は後述する受信探触子移動線と一致するように配置する。ここで送信探触子12と受信探触子13との距離を探触子間隔LB(n=1,2,3)と定義する。
本例では探触子間隔LBは、LB、LB、LBの3種類である。また、図3(b)に示されているように送受信探触子は鉄筋3からの垂線に対し同じ距離(LB/2)となるよう配置される。上述した探触子配置を『鉄筋挟場合の探触子配置』と定義する。
本発明では、送信探触子と受信探触子との配置関係は、『鉄筋沿場合の探触子配置』と『鉄筋挟場合の探触子配置』との両方の場合を含むものである。
Fig.3 (a) is the top view which observed the concrete structure 1 from the upper surface. A reinforcing bar 3 is shown in the center. FIG. 3B is a side view of FIG. 3A observed from the B side in FIG.
As shown in FIG. 3A, the transmission probe 12 and the reception probe 13 are arranged so as to be symmetrical with respect to the reinforcing bar. The center position of the transmission probe is arranged so as to coincide with the transmission line of the transmission probe described later. Further, the center position of the receiving probe is arranged so as to coincide with a receiving probe moving line described later. Here, the distance between the transmission probe 12 and the reception probe 13 is defined as a probe interval LB n (n = 1, 2, 3).
In this example, there are three types of probe intervals LB n LB 1 , LB 2 , and LB 3 . Further, as shown in FIG. 3B, the transmission / reception probe is arranged so as to have the same distance (LB n / 2) with respect to the perpendicular from the reinforcing bar 3. The above-described probe arrangement is defined as “probe arrangement when reinforcing bars are sandwiched”.
In the present invention, the arrangement relationship between the transmission probe and the reception probe includes both “probe arrangement along the reinforcing bar” and “probe arrangement when holding the reinforcing bar”.
(STEP3)
つぎに、送受信探触子を図2,3に示されている探触子移動線にそって移動させる。このとき送受信間隔LA、LBが一定となるよう保持しながら移動させてゆく。
送受信探触子の間隔を一定とするために治具などを利用すると効果的である。探触子の移動区間をLと定義する。送受信探触子が移動区間Lに到達したら逆方向に探触子を移動させる。図2に示される『鉄筋沿場合の探触子配置』の探触子移動線は鉄筋真上中央に位置する。図3に示される『鉄筋挟場合の探触子配置』の探触子移動線は、送信探触子用と受信探触子用とに分けられる。双方の探触子移動線も鉄筋に対し平行である。
探触子を移動しながら超音波を送受信し反射波をN回受信する。通常ではNは1000回から3000回程度である。次にN個の波形を時間軸上で平均化する。
平均化した波形をF(t)(n=1,2,3,・・k)と定義する。この平均化処理によりコンクリート構造物内に含まれている骨材、気泡からの反射波を除去でき、SNの良好な波形を収集できる。
(STEP4)
STEP2〜STEP3までを、変数nを1,2,3として3回実行する。nは3に限定されるものではないが、3の場合が最も良好な結果が得られる。
(STEP3)
Next, the transmission / reception probe is moved along the probe movement line shown in FIGS. At this time, the transmission / reception intervals LA n and LB n are moved while being held constant.
It is effective to use a jig or the like in order to make the interval between the transmitting and receiving probes constant. The probe movement section of is defined as L o. Reception probe moves the probe in the opposite direction when it reaches the movement section L o. The probe movement line of “Probe placement along rebar” shown in FIG. 2 is located at the center directly above the rebar. The probe movement lines of “Probe arrangement when the reinforcing bars are sandwiched” shown in FIG. 3 are divided into transmission probes and reception probes. Both probe movement lines are also parallel to the rebar.
While moving the probe, it transmits and receives ultrasonic waves and receives reflected waves N times. Usually, N is about 1000 to 3000 times. Next, the N waveforms are averaged on the time axis.
The averaged waveform is defined as F n (t) (n = 1, 2, 3,... K). By this averaging process, reflected waves from aggregates and bubbles contained in the concrete structure can be removed, and waveforms with good SN can be collected.
(STEP4)
STEP 2 to STEP 3 are executed three times with the variable n set to 1, 2, and 3. Although n is not limited to 3, the best result is obtained when it is 3.
(STEP5)
STEP1〜STEP4を実行した結果『鉄筋沿場合の探触子配置』の場合では、探触子間隔LA、すなわちLA、LA、LAのそれぞれに応じて平均化波形F(t)、すなわちF(t)、F(t)、F(t)、が3個得られる。また『鉄筋挟場合の探触子配置』の場合では、探触子間隔LB、すなわちLB、LB、LBのそれぞれに応じて平均化波形F(t)、すなわち、F(t)、F(t)、F(t)、が3個得られる。Fn(t)の例を図5(a)に示す。横軸は伝播時間、縦軸は波形振幅値である。丸で囲った波形が鉄筋反射波である。
以上、波形収集までの方法を述べた。次に波形の信号処理方法を詳細に記述するが、以下の実施例では『鉄筋沿場合の探触子配置』を代表させて説明を行う。図4に信号処理のフローチャートを示す。記述の便宜上、処理開始はSTEP10からとする。
(STEP5)
As a result of executing STEP 1 to STEP 4, in the case of “probe arrangement along the reinforcing bars”, the averaged waveform F n (t) according to each of the probe intervals LA n , that is, LA 1 , LA 2 , LA 3. That is, three F 1 (t), F 2 (t), and F 3 (t) are obtained. Further, in the case of “probe arrangement when the reinforcing bars are sandwiched”, the averaged waveform F n (t), that is, F 1 (in accordance with each of the probe intervals LB n , that is, LB 1 , LB 2 , and LB 3. t), F 2 (t), and 3 F 3 (t) are obtained. An example of Fn (t) is shown in FIG. The horizontal axis is the propagation time, and the vertical axis is the waveform amplitude value. The circled waveform is the rebar reflected wave.
The method up to waveform collection has been described above. Next, the signal processing method of the waveform will be described in detail. In the following embodiment, the explanation will be made with “probe arrangement along the reinforcing bars” as a representative. FIG. 4 shows a flowchart of signal processing. For convenience of description, it is assumed that the processing starts from STEP10.
[波形信号処理方法]
(STEP10)
変数nを1とする。
(STEP11)
図5(a)に示されている平均化波形F(t)において、時間T〜Tの時間隔にある波形を平均化波形から抽出する。図5(b)に示されているように、その他の時間位置での波形振幅値は『0』とする。本処理により成型された波形をFF(t)と呼称する。
[Waveform signal processing method]
(STEP10)
The variable n is set to 1.
(STEP11)
In Figure 5 the averaging waveform F n shown in (a) (t), extracts a waveform in the time interval of the time T s through T e from the averaging waveform. As shown in FIG. 5B, the waveform amplitude value at other time positions is “0”. The waveform formed by this processing is called FF n (t).
時間TおよびTは、図5(a)に示されている波形抽出時間幅に対応し、波形抽出時間幅内に、図6に示されている各種鉄筋反射波が含まれるよう定義される。鉄筋反射波の伝播時間をTとすると、
=(T−M) (1)
=(T+M) (2)
ここで、MおよびMは実験および現場計測により求められた定数である。変数としては,鉄筋深度、鉄筋径、鉄筋種別、コンクリート表面粗さなど、さまざまな側面から検討を行い、得られた知見である。従って、あらかじめ実験などで求めておけばよい。
Time T s and T e corresponds to the waveform extraction time width shown in FIG. 5 (a), the waveform extraction time width, are defined to include the various rebar reflected wave shown in FIG. 6 The If the propagation time of rebar reflected wave and T o,
T s = (T o −M s ) (1)
T e = (T o + M e ) (2)
Here, M s and Me are constants obtained by experiments and field measurements. Variables are the findings obtained through examinations from various aspects such as the depth of reinforcing bars, the diameter of reinforcing bars, the types of reinforcing bars, and the surface roughness of concrete. Therefore, it may be obtained in advance by experiments.
各種鉄筋反射波の模式図を図6に示す。図6(a)は鉄筋上面からの『鉄筋反射波』と鉄筋を貫通し鉄筋背面から反射する『鉄筋貫通反射波』を示している。図6(a)の鉄筋近傍を拡大したのが図6(b)である。鉄筋は丸棒ではなく表面に凹凸が存在する。この凹凸により発生する『鉄筋散乱波形』を図6(b)に示す。また、図6(c)では一旦鉄筋に入射した超音波が鉄筋内部で多重に反射する模様を示している。この波形を『鉄筋多重反射波』と呼称する。これら4種類の反射波は、腐食状態にある鉄筋および鉄筋周辺の性状に大きく影響される。   FIG. 6 shows schematic diagrams of various reinforcing bar reflected waves. FIG. 6A shows a “rebar reflection wave” from the upper surface of the reinforcing bar and a “rebar penetration reflected wave” that penetrates the reinforcing bar and reflects from the back side of the reinforcing bar. FIG. 6B is an enlarged view of the vicinity of the reinforcing bar in FIG. Reinforcing bars are not round bars but have irregularities on the surface. A “rebar scattering waveform” generated by the unevenness is shown in FIG. FIG. 6C shows a pattern in which ultrasonic waves once incident on the reinforcing bar are reflected multiple times inside the reinforcing bar. This waveform is called “rebar multiple reflected wave”. These four kinds of reflected waves are greatly affected by the corrosion state of the reinforcing bars and the properties around the reinforcing bars.
(STEP12)
STEP11により成型された波形FFn(t)をFFTにより周波数領域に変換する。
得られたパワースペクトルをSn(f)と呼称する。図5(c)にその模様を示す。同図の横軸は周波数、縦軸は強度である。本実施例である図5では、変数nを1とした場合の例を示している。
(STEP13)
STEP11〜STEP12までを、変数nを1,2,3として3回実行する。
(STEP12)
The waveform FFn (t) molded in STEP 11 is converted into the frequency domain by FFT.
The obtained power spectrum is called Sn (f). FIG. 5C shows the pattern. In the figure, the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents intensity. FIG. 5 showing the present embodiment shows an example in which the variable n is 1.
(STEP 13)
STEP 11 to STEP 12 are executed three times with the variable n set to 1, 2, and 3.
(STEP14)
STEP10〜STEP13までの処理により、探触子間隔LAn、すなわちLA、LA、LAのそれぞれに応じてパワースペクトルS(f)、すなわち、S(f)、S(f)、S(f)、が3個得られる。これらパワースペクトルS(f)、S(f)、S(f)を周波数領域にて加算を行う。その模様を図7に示す。横軸は周波数、縦軸は強度である。実施例では周波数fがf10の場合の加算例を示している。
スペクトルS(f)の周波数f10の時の強度はS(f10)となる。同様にS(f)ではS(f10)に、S(f)ではS(f10)となる。これらの和を計算する。すなわち、SS(f10)=S(f10)+S(f10)+S(f10)である。ここでSS(f)は加算スペクトルと呼称される。
(STEP14)
By the processing from STEP 10 to STEP 13, the power spectrum S n (f), that is, S 1 (f), S 2 (f), according to each of the probe intervals LAn, that is, LA 1 , LA 2 , LA 3 , Three S 3 (f) are obtained. These power spectra S 1 (f), S 2 (f), and S 3 (f) are added in the frequency domain. The pattern is shown in FIG. The horizontal axis is frequency and the vertical axis is intensity. In an embodiment frequencies f indicates an addition example of a case of f 10.
The intensity of spectrum S 1 (f) at frequency f 10 is S 1 (f 10 ). Similarly, S 2 (f) in S 2 (f 10), the S 3 (f) in S 3 (f 10). Calculate the sum of these. That is, SS (f 10 ) = S 1 (f 10 ) + S 2 (f 10 ) + S 3 (f 10 ). Here, SS (f) is called an addition spectrum.
一般式とすると、
次に、この加算スペクトルの評価に実際の鉄筋腐食測定とをあわせながら説明を行う。
As a general formula:
Next, an explanation will be given while combining the evaluation of this added spectrum with the actual rebar corrosion measurement.
図8は(a)は実際のコンクリート建造物表面2の模式図である。鉄筋の真上および周辺部にクラック5が観察される部分を領域Dとする。鉄筋真上に1本のみクラック5が観察できる部分を領域C、まったくクラック5が観察できない部分を領域BおよびAとする。また,各領域でのコンクリート構造物の断面図を図8(b)から(e)に示す。図8(b)はA領域での断面図を示している。鉄筋3は腐食していない健全な状態である。図8(c)はB領域での断面図を示している。鉄筋3が軽微な腐食状態にあり、クラック5が鉄筋3から発生しているものの、コンクリート構造物表面2までにはクラックが達していない。   FIG. 8A is a schematic diagram of the actual concrete building surface 2. A region D is a portion where the crack 5 is observed directly above and around the reinforcing bar. A portion where only one crack 5 can be observed just above the reinforcing bar is a region C, and a portion where no crack 5 can be observed is a region B and A. Moreover, sectional views of the concrete structure in each region are shown in FIGS. 8B to 8E. FIG. 8B shows a cross-sectional view in the A region. The rebar 3 is in a healthy state that is not corroded. FIG. 8C shows a cross-sectional view in the B region. Although the rebar 3 is in a slightly corroded state and the crack 5 is generated from the rebar 3, the crack has not reached the surface 2 of the concrete structure.
図8(d)はC領域での断面図を示している。鉄筋3が中程度の腐食状態にあり、クラック5がコンクリート構造物表面2まで達している。また、鉄筋周辺に腐食部が存在する。図8(e)はD領域の断面図を示している。鉄筋3が重度の腐食状態にあり、3本のクラック5がコンクリート構造物表面2まで達している。また、鉄筋周辺に腐食部が顕著に存在する。ここで述べた健全部とは鉄筋が腐食していない状態を示し、軽微な腐食とは、クラック5が鉄筋から発生しているがコンクリート構造物表面2まで達していない状態を示し、中程度の腐食とは、鉄筋3から発生しているクラック5がコンクリート建造物表面2まで達している状態を示し、また、重度の腐食とは多数のクラック5が鉄筋3から発生しており、そのクラック5がコンクリート構造物表面2まで達している状態を示す。   FIG. 8D shows a cross-sectional view in the C region. The rebar 3 is in a moderate corrosion state, and the crack 5 reaches the concrete structure surface 2. In addition, there are corroded parts around the reinforcing bars. FIG. 8E shows a cross-sectional view of the D region. The rebar 3 is in a severely corroded state, and three cracks 5 reach the concrete structure surface 2. Moreover, the corrosion part exists notably around a reinforcing bar. The healthy part described here indicates a state in which the reinforcing bar is not corroded, and the slight corrosion indicates a state in which the crack 5 is generated from the reinforcing bar but does not reach the concrete structure surface 2. Corrosion refers to a state in which the crack 5 generated from the reinforcing bar 3 reaches the concrete building surface 2, and severe corrosion refers to a large number of cracks 5 generated from the reinforcing bar 3. Shows a state where the surface reaches the surface 2 of the concrete structure.
図9は、図8に示されたコンクリート構造物表面2に対し実際に測定を行う方法を示している。表面状態を考慮し本実施例では測定位置mを7個に分けている。D領域では測定位置1、C領域では測定位置2、B領域では測定位置3,4,A領域では測定位置5,6,7である。探触子移動区間Loは、それぞれの測定位置において同じ値とする。また、鉄筋の配置は『鉄筋沿場合の探触子配置』としている。各測定位置において、図1のフローチャートに従って、平均化波形F(t)(n=1,2,3)を得る。
次に、図4のフローチャートに従って、加算スペクトルSS(f)(m=1,2,3,・・7)を算出する。
FIG. 9 shows a method of actually measuring the concrete structure surface 2 shown in FIG. In consideration of the surface state, the measurement position m is divided into seven in this embodiment. Measurement position 1 in the D region, measurement position 2 in the C region, measurement positions 3 and 4 in the B region, and measurement positions 5, 6, and 7 in the A region. The probe movement section Lo is the same value at each measurement position. In addition, the arrangement of the reinforcing bars is “probe arrangement along the reinforcing bars”. At each measurement position, an averaged waveform F n (t) (n = 1, 2, 3) is obtained according to the flowchart of FIG.
Next, according to the flowchart of FIG. 4, the addition spectrum SS m (f) (m = 1, 2, 3,... 7) is calculated.
(鉄筋腐食程度評価方法)
図10には、D領域である測定位置1、C領域である測定位置2、B領域である測定位置4、A領域である測定位置6の4箇所で算出された加算スぺクトルSS(f)、SS(f)、SS(f)、SS(f)、のスぺクトルを示している。加算スぺクトルSS(f)の強度がもっとも大きく、鉄筋腐食が進行するにつれて、加算スペクトルSS(f)の強度が小さくなっていくのが観測できる。
(Rebar corrosion degree evaluation method)
In FIG. 10, the addition spectrum SS 1 (4) calculated at four positions, that is, the measurement position 1 that is the D area, the measurement position 2 that is the C area, the measurement position 4 that is the B area, and the measurement position 6 that is the A area. The spectra of f), SS 2 (f), SS 4 (f), and SS 6 (f) are shown. It can be observed that the intensity of the addition spectrum SS 6 (f) is the highest and the intensity of the addition spectrum SS m (f) decreases as the reinforcement corrosion progresses.
7箇所の測定位置で算出された加算スぺクトルSS(f)のうち、スペクトルピークの強度が最大である周波数fmaxを算出する。本実施例の場合、加算スペクトルピークの強度が最大であった測定箇所は6である。したがって、図10に示されているように、fmax=Pである。つぎに、各測定位置mで得られた加算スペクトルSS(f)において周波数Pでの加算スぺクトル強度を算定する。図10に示されているように、測定位置4における周波数Pでの加算スペクトル強度はSS(P)である。SS(f)において周波数Pでの加算スペクトル強度を算定し、その値を図11にプロットする。図11は横軸が測定位置m、縦軸は規格化されたスペクトル強度を示している。図11縦軸のスペクトル強度は、SS(P)を1として規格化した値をプロットする。図11に示されているように、測定位置が1,2,3と大きくなるにつれて規格化されたスペクトル強度が大きくなってゆくのが観測できる。健全部である測定位置5,6,7では、規格化されたスペクトル強度値がすべて1となり飽和状態となる。この状態を安定状態と呼称する。この安定状態となっている測定位置では鉄筋は健全であると判断できる。 Of the addition spectra SS m (f) calculated at the seven measurement positions, the frequency f max where the intensity of the spectrum peak is maximum is calculated. In the case of the present example, the number of measurement points where the intensity of the added spectrum peak was maximum was 6. Therefore, f max = P 6 as shown in FIG. Next, in the addition spectrum SS m (f) obtained at each measurement position m, the addition spectrum intensity at the frequency P 6 is calculated. As shown in FIG. 10, the added spectrum intensity at the frequency P 6 at the measurement position 4 is SS 4 (P 6 ). In SS m (f), the added spectrum intensity at the frequency P 6 is calculated, and the value is plotted in FIG. In FIG. 11, the horizontal axis indicates the measurement position m, and the vertical axis indicates the normalized spectral intensity. The spectral intensity on the vertical axis in FIG. 11 is plotted as a value normalized with SS 6 (P 6 ) as 1. As shown in FIG. 11, it can be observed that the normalized spectral intensity increases as the measurement position increases to 1, 2, and 3. At the measurement positions 5, 6, and 7, which are sound portions, all normalized spectral intensity values become 1 and become saturated. This state is called a stable state. It can be determined that the reinforcing bar is healthy at the measurement position in the stable state.
図9に示されるように測定位置mを決め、測定位置mにおいて順番に測定を行い図11のグラフを作成すれば、鉄筋が健全で領域を非破壊で検査可能である。図11の縦軸に示されている値、α1、α2について説明を行う。図11の縦軸において、縦軸値が1である、もしくは1にほぼ一致する測定位置において鉄筋は健全であると判断できる。1未満〜α1の範囲に対応する測定位置においては、鉄筋は軽微な腐食であると判断できる。また、図11の縦軸において、α1〜α2の範囲に対応する測定位置においては、鉄筋は中程度の腐食であること、さらに、α2〜0では,鉄筋は重度の腐食であることを判定できる。α1、α2は数々の実験および現場計測によって見出した値である。α1は0.5、α2は0.25近辺である。   If the measurement position m is determined as shown in FIG. 9 and measurement is performed in order at the measurement position m to create the graph of FIG. 11, the rebar is healthy and the region can be inspected nondestructively. The values α1 and α2 shown on the vertical axis in FIG. 11 will be described. In the vertical axis of FIG. 11, it can be determined that the reinforcing bar is healthy at the measurement position where the vertical axis value is 1 or substantially coincides with 1. At the measurement position corresponding to the range of less than 1 to α1, it can be determined that the reinforcing bar is slightly corroded. Further, on the vertical axis in FIG. 11, it can be determined that the reinforcing bars are moderately corroded at the measurement positions corresponding to the range of α1 to α2, and that the reinforcing bars are severely corroded at α2 to 0. . α1 and α2 are values found through numerous experiments and field measurements. α1 is 0.5, and α2 is around 0.25.
図12には、D領域である測定位置1、C領域である測定位置2、B領域である測定位置4、A領域である測定位置6の4箇所で算出された加算スペクトルSS(f)、SS(f)、SS(f)、SS(f)、のスペクトルを示している。加算スペクトルSS(f)の強度がもっとも大きく、鉄筋腐食が進行するにつれて、加算スペクトルSS(f)の強度が小さくなっていくのが観測できる。
加算スペクトルSS(f)のスペクトルピーク周波数Pmを算定する。図12に示されているように、SS(f)、SS(f)、SS(f)、SS(f)に対しそれぞれ、P、P、P、Pのスペクトルピーク周波数を算定できる。
In FIG. 12, the addition spectrum SS 1 (f) calculated at four positions, that is, measurement position 1 that is D region, measurement position 2 that is C region, measurement position 4 that is B region, and measurement position 6 that is A region. , SS 2 (f), SS 4 (f), SS 6 (f). It can be observed that the intensity of the addition spectrum SS 6 (f) is the highest and the intensity of the addition spectrum SS m (f) decreases as the reinforcement corrosion progresses.
The spectrum peak frequency Pm of the added spectrum SS m (f) is calculated. As shown in FIG. 12, the spectrum of P 1 , P 2 , P 4 , P 6 for SS 1 (f), SS 2 (f), SS 4 (f), SS 6 (f), respectively. Peak frequency can be calculated.
図13は横軸が測定位置m、縦軸は加算スペクトルSS(f)のスペクトルピーク周波数である。図13に示されているように、測定位置が1,2,3と大きくなるにつれてスペクトルピーク周波数が高くなってゆくのが観測てきる。健全部である測定位置5,6,7では、スペクトルピーク周波数が一定値Pとなり飽和状態となる。この状態を安定状態と呼称する。この安定状態となっている測定位置では鉄筋は健全であると判断できる。
図9に示されるように測定位置を決め、その測定位置において順番に測定を行い図13のグラフを作成すれば、鉄筋が健全である領域を非破壊で検査可能である。
図13の縦軸に示されている値、β1、β2について説明を行う。
In FIG. 13, the horizontal axis represents the measurement position m, and the vertical axis represents the spectrum peak frequency of the added spectrum SS m (f). As shown in FIG. 13, it can be observed that the spectrum peak frequency increases as the measurement position increases to 1, 2, and 3. In a healthy measurement position 5,6,7, spectral peak frequency is a constant value P 6 becomes saturated. This state is called a stable state. It can be determined that the reinforcing bar is healthy at the measurement position in the stable state.
If a measurement position is determined as shown in FIG. 9 and measurement is performed in order at the measurement position and the graph of FIG. 13 is created, a region where the reinforcing bars are healthy can be inspected nondestructively.
The values β1, β2 shown on the vertical axis in FIG. 13 will be described.
図13の縦軸において、縦軸値がP6、もしくはほぼP6と一致する場合では鉄筋は健全であると判断できる。P6未満〜β1範囲に対応する測定位置においては、軽微な腐食であると判断できる。また、図11の縦軸において、β1〜β2の範囲に対応する測定位置においては、鉄筋は中程度の腐食であること、さらに、β2〜0では、鉄筋は重度の腐食であることを判定できる。β1、β2は数々の実験および現場計測によって見出した値である。Pを基準として考えた場合、β1=P×0.8、β2=P×0.5程度である。 In the vertical axis of FIG. 13, when the vertical axis value is P6 or substantially coincides with P6, it can be determined that the reinforcing bar is healthy. It can be determined that there is slight corrosion at the measurement position corresponding to the range of less than P6 to β1. In the vertical axis of FIG. 11, it can be determined that the reinforcing bars are moderately corroded at the measurement positions corresponding to the range of β1 to β2, and that the reinforcing bars are severely corroded at β2 to 0. . β1 and β2 are values found through numerous experiments and field measurements. When considering P 6 as a reference, β1 = P 6 × 0.8 and β2 = P 6 × 0.5.
一方、上記手法はスペクトルピーク周波数による判定のため、たとえば鉄筋探さ、クラックの状態などでばらつきが生じる場合がある。しかしその場合でも、図13に示されるように、各測定位置におけるスペクトルピーク周波数が安定状態となった箇所は健全部であると相対的に判定できることを明らかとした。   On the other hand, since the above method is determined based on the spectrum peak frequency, there may be a case where variation occurs depending on, for example, a reinforcing bar search or a crack state. However, even in that case, as shown in FIG. 13, it has been clarified that the portion where the spectrum peak frequency at each measurement position is in a stable state can be relatively determined as a healthy portion.
図14には、D領域である測定位置1、C領域である測定位置2、B領域である測定位置4、A領域である測定位置6の4箇所で算出された加算スペクトル、SS(f)、SS(f)、SS(f)、SS(f)、のスペクトルを表示している。説明の便宜上、スペクトルを同図のように塗りつぶしている。加算スペクトルSS(f)の強度がもっとも大きく、鉄筋腐食が進行するにつれて、加算スペクトルSS(f)の強度が小さくなっていくのが観測できる。
図15の横軸は測定位置m、縦軸は加算スペクトルSS(f)を積分した値I(m=1,2,3・・,7)である。
すなわち、
ここで、加算スペクトルを積分する領域は周波数0から周波数f である。
FIG. 14 shows an addition spectrum calculated at four locations, that is, a measurement position 1 that is a D region, a measurement position 2 that is a C region, a measurement position 4 that is a B region, and a measurement position 6 that is an A region, SS 1 (f ), SS 2 (f), SS 4 (f), SS 6 (f) spectra are displayed. For convenience of explanation, the spectrum is filled in as shown in the figure. It can be observed that the intensity of the addition spectrum SS 6 (f) is the highest and the intensity of the addition spectrum SS m (f) decreases as the reinforcement corrosion progresses.
The horizontal axis in FIG. 15 is the measurement position m, and the vertical axis is the value I m (m = 1, 2, 3,..., 7) obtained by integrating the addition spectrum SS m (f).
That is,
Here, the region integrating the sum spectrum is the frequency f z from the frequency 0.
図15に示されているように、測定位置が1,2,3と大きくなるにつれて加算スペクトルSS(f)の積分値Iが大きくなってゆくのが観測できる。健全部である測定位置5,6,7では、加算スペクトルSS(f)の積分値Iが一定値Iとなり飽和状態となる。この状態を安定状態と呼称する。この安定状態となっている測定位置では鉄筋は健全てあると判断できる。 As shown in Figure 15, the measurement position can be observed that the integral value I m of the addition spectrum SS m (f) as large a 1, 2, and 3 day become large. At the measurement positions 5, 6, and 7, which are sound portions, the integrated value I m of the added spectrum SS m (f) becomes a constant value I p and becomes saturated. This state is called a stable state. It can be determined that the reinforcing bar is healthy at the measurement position in the stable state.
このように図9に示されるように測定位置を決め、その測定位置において順番に測定を行い図15のグラフを作成すれば、鉄筋が健全である領域を非破壊で検査可能である。図15の縦軸に示されている値γ1、γ2について説明を行う。図15の縦軸値がI、もしくはほぼIに一致する場合に対応する測定位置では鉄筋は健全であると判断できる。I(未満)〜γ1の範囲に対応する測定位置においては、鉄筋は軽微な腐食であると判断できる。また、図15の縦軸において、γ1〜γ2の範囲に対応する測定位置においては、鉄筋は中程度の腐食であること、さらに、γ2〜0では、鉄筋は重度の腐食であることを判定できる。γ1、γ2は数々の実験および現場計測によって見出した値である。Iを基準として考えた場合、γ1=I×0.7、γ2=I×0.3程度である。 Thus, if the measurement position is determined as shown in FIG. 9 and the measurement is performed in order at the measurement position and the graph of FIG. 15 is created, it is possible to non-destructively inspect the region where the reinforcing bars are healthy. The values γ1 and γ2 shown on the vertical axis in FIG. 15 will be described. It can be determined that the reinforcing bar is healthy at the measurement position corresponding to the case where the vertical axis value in FIG. 15 coincides with I p or substantially equal to I p . At the measurement position corresponding to the range of I p (less than) to γ1, it can be determined that the reinforcing bar is slightly corroded. Further, on the vertical axis in FIG. 15, at the measurement positions corresponding to the range of γ1 to γ2, it can be determined that the reinforcing bars are moderately corroded, and further, at γ2 to 0, the reinforcing bars are severely corroded. . γ1 and γ2 are values found through numerous experiments and field measurements. When Ip is considered as a reference, γ1 = I p × 0.7 and γ2 = I P × 0.3.
また、加算スペクトルを積分する領域は(4)式に示されているように、周波数0から周波数fである。一方、鉄筋の腐食度合い、コンクリートの状態などに影響を受け、健全部と軽微の腐食部との判断が難しい場合がある。その場合に対応するため、(4)式は(5)式に置き換えられる。
ここでf、fとは、
=f+△f
=f−△f
で規定される。
ここで、△fは数々の実験及び現場計測によって実際の腐食度合との近似性を判定して見出した値である。本実験例では、△f=3/5×fである。
Further, the region integrating the sum spectrum as shown in equation (4), the frequency f z from the frequency 0. On the other hand, depending on the degree of corrosion of the reinforcing bars, the condition of the concrete, etc., it may be difficult to determine whether the sound part is a slight corrosion part. In order to cope with such a case, Expression (4) is replaced with Expression (5).
Here, f e and f s are
f e = f p + Δf
f s = f p −Δf
It is prescribed by.
Here, Δf is a value found by determining the closeness to the actual corrosion degree through numerous experiments and field measurements. In this experimental example, a △ f = 3/5 × f p.
周波数fは加算スペクトルSS(f)のうち、もっともスペクトルピーク強度が大きな周波数である。本実施例の場合ではSS(f)のスペクトルピーク周波数fに相当する。(5)式を使用することにより確度の高い判断が可能となる。 Frequency f p is one of the addition spectrum SS m (f), is the most spectral peak intensity greater frequency. In the case of the present embodiment corresponds to a spectral peak frequency f p of the SS 6 (f). By using the equation (5), it is possible to make a highly accurate judgment.
また、(4)、(5)式で算出されるImはスペクトルの積分であるため近似的に反射波
のエネルギーを意味すると考えられる。すなわち、鉄筋腐食が進行するにしたがって鉄筋および鉄筋周辺からの反射波のエネルギーが小さくなっていくと解釈できる。これは、鉄筋周辺の環境が腐食環境に変化していくにつれて、超音波の吸収、散乱減少が激しくなることを意味すると考える。
上記のように本発明によれば、超音波をもちいてコンクリート構造物1の鉄筋3の腐食状態を、健全、軽微の腐食、中程度の腐食、重度の腐食の4段階に分けての判別が可能である。
In addition, Im calculated by the equations (4) and (5) is an integral of the spectrum, so it is considered to mean approximately the energy of the reflected wave. That is, it can be interpreted that the energy of the reflected waves from the reinforcing bars and the surroundings of the reinforcing bars decreases as the corrosion of the reinforcing bars progresses. This seems to mean that as the environment around the reinforcing bar changes to a corrosive environment, the absorption and scattering of ultrasonic waves become severe.
As described above, according to the present invention, the corrosion state of the reinforcing bar 3 of the concrete structure 1 can be classified into four stages of sound, light corrosion, medium corrosion, and severe corrosion using ultrasonic waves. Is possible.
波形収集におけるフローチャートである。It is a flowchart in waveform collection. 鉄筋沿場合の探触子配置図である。It is a probe layout along the rebar. 鉄筋挟場合の探触子配置図である。It is a probe arrangement diagram in the case of reinforcing bars. 加算スペクトルSS(f)を得るまでの信号処理フローSignal processing flow until addition spectrum SS (f) is obtained 平均化波形Fn(t)の形成処理例(n=1の場合)を示すグラフである。It is a graph which shows the formation processing example (in the case of n = 1) of average waveform Fn (t). 各種鉄筋反射波の模式図である。It is a schematic diagram of various rebar reflection waves. スペクトルSn(f)の加算模式図である。It is an addition schematic diagram of spectrum Sn (f). 測定を行う鉄筋近辺の腐食度合いの模式図である。It is a schematic diagram of the corrosion degree of the vicinity of the reinforcing bar to be measured. 測定位置m(鉄筋沿場合の探触子は位置)を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the measurement position m (The probe in the case of a reinforcing bar is a position). 各測定位置mでの加算スペクトルSS(f)を示すグラフである。It is a graph showing the sum spectrum SS m (f) at each measurement position m. 各測定位置mでの規格化されたスペクトル強度を示すグラフである。It is a graph which shows the normalized spectrum intensity in each measurement position m. 測定位置mでの加算スペクトルSS(f)を示すグラフである。It is a graph showing the sum spectrum SS m (f) at a measurement location m. 各測定位置mでのスペクトルピーク周波数を示すグラフである。It is a graph which shows the spectrum peak frequency in each measurement position m. 各測定位置mでの加算スペクトルSS(f)を示すグラフである。It is a graph showing the sum spectrum SS m (f) at each measurement position m. 各測定位置mでの加算スペクトルSS(f)の積分値を示すグラフである。It is a graph showing the integrated value of the addition spectrum SS m (f) at each measurement position m. 鉄筋腐食によるコンクリート剥離の模様を示す概念斜視図である。It is a conceptual perspective view which shows the pattern of concrete peeling by rebar corrosion. 従来例に係り、自然電位法での計測模様を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the measurement pattern by a natural potential method in connection with a prior art example. 従来例に係り、超音波計測の測定ブロック図である。It is a measurement block diagram of ultrasonic measurement according to a conventional example.
符号の説明Explanation of symbols
1:コンクリート構造物
2:コンクリート構造物表面
3:鉄筋
4:腐食した鉄筋
5:クラック
6:コンクリートの剥離
7:人為的にコンクリートを除去した穴
8:自然電位計測機
9:電極A
10:電極B
11:超音波
12:送信探触子
13:受信探触子
14:電圧発生器
15:受信機
16:圧電素子
17:制御部
18:演算部
19:表示部
20:接触媒質
21:鉄筋リブ
1: Concrete structure 2: Concrete structure surface 3: Reinforcing bar 4: Corroded reinforcing bar 5: Crack 6: Peeling of concrete 7: Hole artificially removed concrete 8: Natural potential measuring instrument 9: Electrode A
10: Electrode B
11: Ultrasound 12: Transmission probe 13: Reception probe 14: Voltage generator 15: Receiver 16: Piezoelectric element 17: Control unit 18: Calculation unit 19: Display unit 20: Contact medium 21: Reinforcing bar rib

Claims (7)

  1. 超音波法によりコンクリート構造物中の鉄筋の腐食程度を非破壊で検査する方法において、
    それぞれ超音波を発生および受信する送信探触子および受信探触子を検査対象のコンクリート構造物の表面に間隔L(n=1,2,3,・・k)を隔てて設置し、
    前記間隔L のそれぞれについて、該間隔を一定として、設定された測定位置における探触子移動区間で、前記送信探触子および受信探触子を前記鉄筋に対して平行に設定された探触子移動線に沿って移動させながら、前記送信探触子で発生した超音波が前記鉄筋から反射した反射波を前記受信探触子でN回受信し、
    前記間隔L のそれぞれ毎にN回受信した前記反射波の時間tに対する波形について次の処理を行うことにより周波数fに対する加算スペクトルSS(f)を求め、
    前記加算スペクトルSS(f)から前記鉄筋の腐食程度を判定することを特徴とするコンクリ−ト構造物中の鉄筋腐食程度の非破壊検査方法。
    (1) 前記間隔L のそれぞれ毎に、受信した前記波形時間軸上で平均化して平均化波形F(t)(n=1,2,3,・・k)を求める処理
    (2) 前記平均化波形F(t)のそれぞれ毎に前記鉄筋からの反射波を含む時間間隔の波形のみを抽出して成型波形FF(t)(n=1,2,3,・・k)を求める処理
    (3) 前記成型波形FF(t)のそれぞれ毎に、FFTにより周波数領域に変換しパワースペクトルS(f)(n=1,2,3,・・k)を求める処理
    (4) 前記パワースペクトルS (f)を
    の式により周波数領域にて加算し、前記加算スペクトルSS(f)を求める処理
    In the method of nondestructively inspecting the degree of corrosion of reinforcing bars in concrete structures by ultrasonic method,
    A transmitting probe and a receiving probe for generating and receiving ultrasonic waves are respectively installed on the surface of the concrete structure to be inspected with an interval L n (n = 1, 2, 3,... K) .
    For each of the intervals L n, a probe in which the interval is constant and the transmission probe and the reception probe are set parallel to the rebar in the probe movement section at the set measurement position . While moving along the child movement line, the reflected wave reflected from the rebar by the ultrasonic wave generated by the transmission probe is received N times by the reception probe ,
    The added spectrum SS (f) for the frequency f is obtained by performing the following processing on the waveform of the reflected wave received N times for each of the intervals L n ,
    A nondestructive inspection method for the degree of corrosion of reinforcing bars in a concrete structure, wherein the degree of corrosion of the reinforcing bars is determined from the added spectrum SS (f) .
    (1) for each of the intervals L n, obtains an average of the received N pieces of the waveform on the time axis averaging waveform F n (t) (n = 1,2,3, ·· k) Processing ,
    (2) the averaging waveform F n for each (t), extracts only a waveform of a time interval including the reflected wave from the rebar molded waveform FF n (t) (n = 1,2,3, ·· k) process of obtaining,
    (3) Processing for obtaining a power spectrum S n (f) (n = 1, 2, 3,... K) by transforming into the frequency domain by FFT for each of the shaped waveforms FF n (t) ,
    (4) The power spectrum S n (f)
    The process of adding in the frequency domain according to the above formula to obtain the added spectrum SS (f) .
  2. 前記測定位置を複数m(m=1,2,3,・・)箇所設定することを特徴とする請求項1記載のコンクリ−ト構造物中の鉄筋腐食程度の非破壊検査方法。 It said measuring position location multiple m (m = 1,2,3, ··) concrete of claim 1, wherein the set point - DOO structure nondestructive inspection method about Corrosion in product.
  3. m箇所の前記測定位置で算出された加算スペクトルSS(f)(m=1,2,3,・・)からスペクトルピークの強度が最大である測定位置の加算スペクトルにおけるスペクトルピーク周波数maxを算出し、
    それぞれの測定位置の加算スペクトルにおけるSS(fmaxの値に基づき鉄筋腐食程度を判定することを特徴とする請求項2記載のコンクリ−ト構造物中の鉄筋腐食程度の非破壊検査方法。
    the addition spectrum calculated by measuring the position of the m locations SS m (f) (m = 1,2,3, ··) from the spectrum peak frequency f max in the addition spectral measurement positions intensity spectral peak is maximum To calculate
    The nondestructive inspection method for the degree of corrosion of reinforcing bars in a concrete structure according to claim 2, wherein the degree of corrosion of reinforcing bars is determined based on the value of SS m (f max ) in the sum spectrum at each measurement position .
  4. m箇所の前記測定位置で算出された加算スペクトルSS(f)(m=1,2,3,・・)において、それぞれのスペクトルピーク周波数P(m=1,2,3,・・)を算定し、
    それぞれの測定位置の加算スペクトルにおけるSS(Pの値に基づき鉄筋腐食程度を判定することを特徴とする請求項2記載のコンクリ−ト構造物中の鉄筋腐食程度の非破壊検査方法。
    adding spectra calculated in the measuring position of the m locations SS m (f) (m = 1,2,3, ··) in each spectral peak frequency P m (m = 1,2,3, ·· ) To calculate
    The nondestructive inspection method for the degree of corrosion of reinforcing bars in a concrete structure according to claim 2, wherein the degree of corrosion of reinforcing bars is determined based on the value of SS m (P m ) in the added spectrum at each measurement position .
  5. m箇所の前記測定位置で算出された加算スペクトルSS(f)(m=1,2,3,・・)を周波数fで積分した積分値I(m=1,2,3,・・)を算定し、
    それぞれの測定位置の加算スペクトルに対応する前記積分値に基づき鉄筋腐食程度を判定することを特徴とする請求項2記載のコンクリ−ト構造物中の鉄筋腐食程度の非破壊検査方法。
    the addition spectrum calculated by measuring the position of the m locations SS m (f) (m = 1,2,3, ··) integral value I m (m = 1, 2, 3 obtained by integrating at frequency f, · · )
    The integrated value claim 2 concrete in, wherein the determining the degree of rebar corrosion based on I m corresponding to the addition spectrum of each measurement position - DOO structure nondestructive inspection method about Corrosion in product.
  6. 前記積分の領域次の式で表される周波数から周波数までとすることを特徴とする請求項5記載のコンクリ−ト構造物中の鉄筋腐食程度の非破壊検査方法
    s=f−△f
    e=f+△f
    ただし、 はスペクトルピーク強度が最大である測定位置の加算スペクトルにおけるスペクトルピーク周波数、△fは定数である
    DOO structure nondestructive inspection method about Corrosion in product - concrete according to claim 5, characterized in that the area of the integration from the frequency f s of the following formula up to a frequency f e.
    f s = f p −Δf
    f e = f p + Δf
    However, the f p spectrum peak frequency in the addition spectral measurement position scan Pekutorupiku intensity is maximum, △ f is a constant.
  7. 超音波法によりコンクリート構造物中の鉄筋の腐食程度を非破壊で検査する装置において、
    検査対象のコンクリート構造物の表面に間隔L (n=1,2,3,・・k)を隔てて設置され、それぞれ超音波を発生および受信する送信探触子および受信探触子と、
    前記間隔L のそれぞれについて、該隔を一定として、設定された測定位置における探触子移動区間で、前記送信探触子および受信探触子を前記鉄筋に対して平行に設定された探触子移動線に沿って移動させながら、前記送信探触子で発生した超音波が前記鉄筋から反射した反射波を前記受信探触子でN回受信した、前記反射波の時間tに対する波形について次の処理を行うことにより周波数fに対する加算スペクトルSS(f)を求める演算部と、
    を有することを特徴とするコンクリ−ト構造物中の鉄筋腐食程度の非破壊検査装置。
    (1) 前記間隔L のそれぞれ毎に、受信した前記波形時間軸上で平均化して平均化波形F(t)(n=1,2,3,・・k)を求める処理
    (2) 前記平均化波形F(t)のそれぞれ毎に前記鉄筋からの反射波を含む時間間隔の波形のみを抽出して成型波形FF(t)(n=1,2,3,・・k)を求める処理
    (3) 前記成型波形FF(t)のそれぞれ毎に、FFTにより周波数領域に変換しパワースペクトルS(f)(n=1,2,3,・・k)を求める処理
    (4) 前記パワースペクトルS (f)を
    の式により周波数領域にて加算し、前記加算スペクトルSS(f)を求める処理
    In a non-destructive inspection system for the corrosion degree of reinforcing bars in concrete structures by the ultrasonic method,
    A transmission probe and a reception probe installed on the surface of the concrete structure to be inspected at intervals L n (n = 1, 2, 3,... K), and generating and receiving ultrasonic waves, respectively ;
    For each of the intervals L n, as a constant the interval, in the probe movement section in the set measurement position, probe was set in parallel to the transmission probe and the reception probe to the reinforcing bar Regarding the waveform of the reflected wave with respect to time t when the reflected wave reflected from the reinforcing bar is received N times by the receiving probe while being moved along the moving line of the probe. A calculation unit that obtains an addition spectrum SS (f) for the frequency f by performing the following processing;
    A non-destructive inspection device for the degree of corrosion of reinforcing bars in a concrete structure.
    (1) for each of the intervals L n, obtains an average of the received N pieces of the waveform on the time axis averaging waveform F n (t) (n = 1,2,3, ·· k) Processing ,
    (2) the averaging waveform F n for each (t), extracts only a waveform of a time interval including the reflected wave from the rebar molded waveform FF n (t) (n = 1,2,3, ·· k) process of obtaining,
    (3) Processing for obtaining a power spectrum S n (f) (n = 1, 2, 3,... K) by transforming into the frequency domain by FFT for each of the shaped waveforms FF n (t) ,
    (4) The power spectrum S n (f)
    The process of adding in the frequency domain according to the above formula to obtain the added spectrum SS (f) .
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