JP4919396B2 - Nondestructive inspection method for the degree of corrosion of reinforcing bars in concrete structures - Google Patents
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Description
本発明は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に係る。 The present invention relates to a nondestructive inspection method for the degree of corrosion of reinforcing bars in a concrete structure.
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(図15)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。
In recent years, deterioration of concrete structures 1 (FIG. 15) such as tunnels and bridges constructed during a high growth period has become serious, and maintenance of the
図15にその模様を示す。図15(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15(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が腐食した場合、鉄筋の体積が膨張する。このため、鉄筋周辺にクラック7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。剥離箇所は目視もしくはハンマー等の打撃によって、剥落箇所は目視によって確認できるため、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. 15 shows the pattern. FIG. 15A is a schematic diagram of a
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(ASTM C876)に規定されている自然電位法がある。その測定模様を図16に示す。まず人為的にコンクリートを除き鉄筋3の一部を露出させる。その後電極Aを鉄筋3の露出した部分に取り付ける。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9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
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、そのための市販装置も存在する。本発明者は巨視的探知理論および技術を確立し確度の高いコンクリート内部探査用装置を開発した(特許文献1)。
超音波による測定原理を図17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21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20に表示する。
In addition, a technique for measuring and diagnosing a deteriorated portion of a concrete structure using ultrasonic waves has been developed, and a commercially available apparatus for that purpose exists. The present inventor has established a macroscopic detection theory and technique and developed a highly accurate concrete exploration device (Patent Document 1).
The measurement principle using ultrasonic waves is shown in FIG. The transmission probe 12 and the reception probe 13 are installed on the
ところで、鉄筋の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。 By the way, it is necessary to repair the part where concrete peels off due to corrosion of reinforcing bars. As a repair area, it is currently carried out only around the area 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.
鉄筋の腐食を計測する自然電位法(ASTM C876)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。
In the natural potential method (ASTM C876) for measuring corrosion of reinforcing bars,
(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 can be judged only on the presence or absence of corrosion.
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。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。そのため人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。 In order to know the appropriate corrosion range, initial to moderate corrosion inspection is also required. 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 artificially, not a nondestructive 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.
また、超音波法を使用すれば鉄筋深さdoやコンクリート厚さ等の計測は可能であるが鉄筋の腐食の検査はできない、という問題点があった。 Further, 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 corrosion of the reinforcing bar cannot be inspected.
本発明は、非破壊により、コンクリート中の鉄筋の腐食を定量的に検査することが可能な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を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a non-destructive inspection method for the degree of corrosion of reinforcing bars in a concrete structure capable of quantitatively inspecting corrosion of reinforcing bars in concrete by non-destructive.
請求項1に係る発明は、鉄筋コンクリート内の鉄筋の上に、送信探触子と受信探触子とを距離L0離して設置するステップ、
前記送信探触子から超音波を発信し、前記受信探触子において伝播波形fo(t)を受信するステップ、
前記伝播波形fo(t)から時間t=Ts〜Te間の波形fp(t)を抽出するステップ、
前記波形fp(t)から周波数関数のスペクトルS(f)を求めるステップ、
前記スペクトルS(f)のスペクトルピーク周波数Smの規格化されたピーク強度の1/Zとなる点に対応する周波数Suを求めるステップ、
を有することを特徴とす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である。
Ts:前記発信から受信までの時間
Te:定数
Z:1以上の任意の正数
The invention according to
Transmitting ultrasonic waves from the transmission probe and receiving a propagation waveform fo (t) at the reception probe;
Extracting a waveform fp (t) from time t = Ts to Te from the propagation waveform fo (t);
Obtaining a spectrum S (f) of a frequency function from the waveform fp (t);
Obtaining a frequency Su corresponding to a point that is 1 / Z of the normalized peak intensity of the spectrum peak frequency Sm of the spectrum S (f);
This is a nondestructive inspection method for the degree of corrosion of reinforcing bars in concrete structures.
Ts: time from transmission to reception Te: constant Z: any positive number greater than or equal to 1
請求項1に係る発明は、SuaとSubと大小を比較することにより鉄筋の腐食程度を検査することを特徴とす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である。
Sua:健全な鉄筋の場合のSu
Sub:検査対象におけるSu
Sua: Su for healthy rebar
Sub: Su in inspection object
請求項2に係る発明は、L0/d0≧10と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内の鉄筋腐食程度の非破壊検査方法である。
d0:鉄筋深さ、L 0 :探触子間距離
The invention according to
d 0 : Reinforcing bar depth , L 0 : Distance between probes
請求項1に係る発明は、Tsを次式により求めることを特徴とす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である。
Ts=2×(d0/cosθ)×(1/Vc)+(L0−2d0・tanθ)×(1/
VR)
θ:発信角度
Vc:コンクリート中での音速
VR:鉄筋中での音速
Billing invention according to
Ts = 2 × (d 0 / cos θ) × (1 / Vc) + (L 0 −2d 0 · tan θ) × (1 /
V R )
θ: Transmission angle Vc: Sound velocity in concrete V R : Sound velocity in rebar
請求項3に係る発明は、複数の測定位置mにおいてスペクトル周波数Suを求めることを特徴とする請求項1又は2に記載の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である。
請求項4に係る発明は、前記スペクトル周波数Suを、横軸が前記測定位置m、縦軸が規格化されたスペクトル周波数Suo(Sub/Sua)としてグラフ化して、前記縦軸の上限をSua/Sua=1とし、前記の周波数Suoの数値により前記鉄筋の腐食状態を段階に分けて判別することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の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である。
The invention according to
According to a fourth aspect of the present invention, the spectral frequency Su is graphed as the measured frequency m on the horizontal axis and the normalized spectral frequency Suo (Sub / Sua) on the vertical axis, and the upper limit of the vertical axis is set to Sua / It is set to Sua = 1, and the corrosion state of the reinforcing bar is determined in stages according to the numerical value of the frequency Suo, and the degree of corrosion of the reinforcing bar in the concrete structure according to any one of
本発明によれば、非破壊により、コンクリート中の鉄筋の腐食を定量的に検査することが可能な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が可能となる。
<作用>
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the nondestructive inspection method of the reinforcement corrosion degree in the concrete structure which can test | inspect quantitatively the corrosion of the reinforcement in concrete by nondestructive is attained.
<Action>
超音波法によるコンクリート構造物中の鉄筋腐食程度の非破壊検査を実施するために、送信探触子および受信探触子を距離Lo離して鉄筋上に設置し、送信探触子から超音波を発信し受信探蝕子にて伝播してきた波形fo(t)を受信し、時間t=Ts〜Te間の波形fp(t)を抽出し、fp(t)のスペクトルS(f)を算出し、スペクトルS(f)のスペクトルピーク周波数Smを算出し、スペクトルピーク周波数Smの規格化された強度を算出し、規格化された強度のZ分の1の値を算出し、算出されたZ分の1の強度に対するスペクトル周波数Suを計算し、それぞれの測定位置mにおいてスペクトル周波数Suを評価する、ことによりコンクリート構造物中の鉄筋腐食程度の非破壊検査を行うことができる。 In order to carry out nondestructive inspection of the degree of corrosion of reinforcing bars in concrete structures by the ultrasonic method, the transmitting probe and the receiving probe are placed on the reinforcing bar at a distance Lo, and ultrasonic waves are transmitted from the transmitting probe. The waveform fo (t) transmitted and propagated by the receiving probe is received, the waveform fp (t) between time t = Ts and Te is extracted, and the spectrum S (f) of fp (t) is calculated. The spectrum peak frequency Sm of the spectrum S (f) is calculated, the normalized intensity of the spectrum peak frequency Sm is calculated, the value of 1 / Z of the normalized intensity is calculated, and the calculated Z minute By calculating the spectral frequency Su for the intensity of 1 and evaluating the spectral frequency Su at each measurement position m, a non-destructive inspection of the degree of corrosion of reinforcing bars in the concrete structure can be performed.
以下、本発明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。
The present invention will be described below with reference to the drawings. The present invention is a technique that enables measurement of the degree of corrosion of the reinforcing
<I波形収集およびスペクトル算出までの基本的処理フローチャート>
図1に波形収集およびスペクトル算出までの本発明の基本的処理フローチャートを示す。本フローチャートに沿って説明を行う。
<Basic processing flowchart until I waveform collection and spectrum calculation>
FIG. 1 shows a basic processing flowchart of the present invention up to waveform collection and spectrum calculation. Description will be made along this flowchart.
(STEP1)
送信探触子12および受信探触子13を、距離Lo離して鉄筋3上に設置する。その模様を図2に示す。図2(a)が側面図、図2(b)が上面図である。探触子間距離Loは、鉄筋深さdoに比べ、十分長くとることが好ましい。例えば、L0/d0≧10とすることが好ましい。
(STEP1)
The transmission probe 12 and the reception probe 13 are installed on the reinforcing
(STEP2)
送信探触子12から超音波を発信し、受信探触子13にて、伝播してきた波形fo(t)を受信する。図2(a)において、送信探触子12から受信探触子13までの超音波伝播経路を示している。送信探触子12から発信された超音波はコンクリート中を伝播し鉄筋3に入射する。鉄筋3に入射した超音波は同図に示されているように、鉄筋3を伝播する。伝播してきた超音波は最終的には受信探触子13にて受信される。受信波形の例を図4に示す。図4に示されている横軸の時間Tsは、図2において、送信探触子12から超音波が発信され、受信探触子13で伝播波が受信されるまでの時間である。その詳細を以下に述べる。
(STEP2)
An ultrasonic wave is transmitted from the transmission probe 12, and the propagated waveform fo (t) is received by the reception probe 13. In FIG. 2A, an ultrasonic propagation path from the transmission probe 12 to the reception probe 13 is shown. The ultrasonic wave transmitted from the transmission probe 12 propagates through the concrete and enters the reinforcing
図3は、超音波の伝播経路に関する詳細図面である。図3に示されているように、送信探触子12から発信された超音波はコンクリート内部を伝播する。その中で角度θを伴った超音波が鉄筋3に入射する。このときの伝播波をコンクリート伝播波23と呼称する。送信探触子12から鉄筋3までの伝播距離をL1とし、L1に対応する伝播時間をTcと呼称する。鉄筋に入射した超音波は鉄筋中を伝播する。そして入射時と同様に角度θにて受信探触子13で受信される。受信探触子と鉄筋との距離をL1とし、L1に対応する伝播時間をTcと呼称する。また、鉄筋中を伝播する距離をL2とし、L2に対応する伝播時間をTRとする。
FIG. 3 is a detailed drawing regarding the propagation path of ultrasonic waves. As shown in FIG. 3, the ultrasonic wave transmitted from the transmission probe 12 propagates inside the concrete. Among them, an ultrasonic wave with an angle θ is incident on the reinforcing
送信探触子12から送信された超音波が受信探触子13に受信されるまでの距離Lsは以下の式にて表わすことができる。
Ls=2L1+L2 (1)
L1=d0/cosθ (2)
L2=Lo−2d0・tanθ
(d0:鉄筋深さ、Lo:探触子間距離)
The distance Ls until the ultrasonic wave transmitted from the transmission probe 12 is received by the reception probe 13 can be expressed by the following equation.
Ls = 2L1 + L2 (1)
L1 = d 0 / cos θ (2)
L2 = L o −2d 0 · tan θ
(D 0 : depth of rebar, L o : distance between probes)
また、送信探触子12から送信された超音波が受信探触子13に受信されるまでの時間Tsは、以下の式にて表すことができる。
Ts=2Tc十 TR (4)
Tc=(d0/cosθ)×(1/Vc) (5)
TR=(L0−2d0tanθ)×(1/VR) (6)
Vc: コンクリート中での音速
VR:鉄筋中での音速
The time Ts until the reception probe 13 receives the ultrasonic wave transmitted from the transmission probe 12 can be expressed by the following equation.
Ts = 2Tc + T R (4)
Tc = (d 0 / cos θ) × (1 / Vc) (5)
T R = (L 0 −2d 0 tan θ) × (1 / V R ) (6)
Vc: Speed of sound in concrete
V R : Speed of sound in the reinforcing bar
本発明では式(4)により、送信探触子12から送信された超音波が受信探触子13に受信されるまでの時間Tsを算出することが必要である。式(4)における変数はコンクリート中での音速Vc、鉄筋中での音速VR、そして角度θである。鉄の音速は約5900m/sであることが知られている。しかしコンクリート中に埋設されている鉄筋の音速は上記値より小さくなることがわかっている。本実施例では試験片での計測により求めている。
コンクリート中での音速Vc、鉄筋中での音速VRは実験により求められる。その模様を図5に示す。図5(a)に示されているように送信探触子を12および受信探触子13を鉄筋3の両端に設置する。
In the present invention, it is necessary to calculate the time Ts until the reception probe 13 receives the ultrasonic wave transmitted from the transmission probe 12 according to the equation (4). The variables in equation (4) are the speed of sound Vc in the concrete, the speed of sound V R in the reinforcing bar, and the angle θ. It is known that the sound speed of iron is about 5900 m / s. However, it is known that the sound speed of the reinforcing bars embedded in concrete is smaller than the above value. In this embodiment, it is obtained by measurement with a test piece.
Sound velocity Vc in the concrete, the acoustic velocity V R in a reinforcing bar is determined by experiments. The pattern is shown in FIG. As shown in FIG. 5A, the transmission probe 12 and the reception probe 13 are installed at both ends of the reinforcing
また、コンクリート中での音速Vcを求めるため、同様に、送受信探触子を図5に示されているように設置する。この状態において超音波を送信し、受信された波形を図5(b)、(c)に示す。図5(b)は鉄筋を伝播してきた波形を示し、時間T20が最初に受信された時間に相当する。図5(b)はコンクリートを伝播してきた波形を示し、時間T30が最初に受信された時間に相当する。 Similarly, in order to obtain the sound velocity Vc in the concrete, a transmission / reception probe is installed as shown in FIG. In this state, ultrasonic waves are transmitted, and the received waveforms are shown in FIGS. FIG. 5B shows a waveform propagating through the reinforcing bar, and time T20 corresponds to the time when it was first received. FIG. 5B shows a waveform propagating through the concrete, and time T30 corresponds to the time when it was first received.
鉄筋中での音速VR、コンクリート中での音速Vc、は以下の式で計算される。
VR = L10/T20 (7)
Vc= L10/T30 (8)
The sound velocity V R in the reinforcing bar and the sound velocity Vc in the concrete are calculated by the following equations.
V R = L 10 / T 20 (7)
Vc = L 10 / T 30 (8)
本実施例ではコンクリート中での音速Vcは4300m/s、鉄筋中での音速VRは5400m/sであった。
本実施例では図4に示されている時間Tsの算出が重要となる。式(4)で未知数なのは角度θである。そこで角度θに対する時間Tsの変化を図6に示す。ここでは探触子間距離Loは300mm、鉄筋の深さd0は30mm、コンクリート中での音速Vcは4300m/s、鉄筋中での音速VRは5400m/sとしている。
Sound velocity Vc in the concrete in the present embodiment is 4300 m / s, the speed of sound V R in a rebar was 5400 m / s.
In this embodiment, calculation of the time Ts shown in FIG. 4 is important. What is unknown in the equation (4) is the angle θ. Therefore, the change in time Ts with respect to the angle θ is shown in FIG. Here probe distance Lo is 300 mm, the depth d 0 of the
図6に示されているように、角度θが大きくなるにつれて送信探触子12から送信された超音波が受信探触子13に受信されるまでの時間Tsは小さくなっている。本実施例では角度θが45度である時の伝播時間を採用して説明を行う。
また、図3に示されているように、コンクリート内および鉄筋内で超音波は伝播する。一方、探触子間距離Loが大きくなるにつれて、コンクリート内での超音波の伝播時間は、鉄筋内部での超音波の伝播時間と比較し、相対的に小さくなる。そこで、説明の便宜上、受信探触子13により受信される伝播波を、以降、実鉄筋伝播波と呼称する。
As shown in FIG. 6, the time Ts until the ultrasonic wave transmitted from the transmission probe 12 is received by the reception probe 13 decreases as the angle θ increases. In the present embodiment, description will be made by adopting the propagation time when the angle θ is 45 degrees.
Further, as shown in FIG. 3, the ultrasonic wave propagates in the concrete and the reinforcing bar. On the other hand, as the inter-probe distance Lo increases, the propagation time of the ultrasonic wave in the concrete becomes relatively smaller than the propagation time of the ultrasonic wave inside the reinforcing bar. Therefore, for convenience of explanation, the propagation wave received by the reception probe 13 is hereinafter referred to as an actual reinforcing bar propagation wave.
(STEP3)
受信波形fo(t)において、時間t=Ts〜Te 間の波形fp(t)を抽出する。抽出した模様を図7に示す。ここで時間Tsは式4にて計算される。Teは実鉄筋伝播波形全体を抽出するために設定される定数値である。その値は鉄筋深度、鉄筋径、鉄筋種別、コンクリート表面粗さなどの条件によって変わる。従ってこれらの条件設定しておいて予め経験的、実験的に求めておくことができる。
(STEP3)
In the received waveform fo (t), a waveform fp (t) between time t = Ts and Te is extracted. The extracted pattern is shown in FIG. Here, the time Ts is calculated by
(STEP4)
FFTをもちいて、抽出された波形fp(t)のスペクトルS(f)を算出する。その模様を図8に示す。
図8はFFTを用いて図7の波形を周波数領域へ変換したスぺクトルSa(f)を表している。
以上までが本発明の基本的処理内容である。変換したスペクトルの評価方法の実施例を後述する。
(STEP4)
The spectrum S (f) of the extracted waveform fp (t) is calculated using FFT. The pattern is shown in FIG.
FIG. 8 shows a spectrum Sa (f) obtained by converting the waveform of FIG. 7 into the frequency domain using FFT.
The above is the basic processing content of the present invention. An example of a method for evaluating the converted spectrum will be described later.
<II波形信号処理方法>
[II−1]腐食した鉄筋での超音波伝播模様と超音波に及ぼす影響
図9は腐食した鉄筋4における超音波伝搬の模様を示す。図9(b)では、腐食した鉄筋4内部にて超音波が散乱する模様を示している。これら散乱現象により入射した超音波の減衰が発生する。とくに高い周波数成分波の減衰が顕著となる。この腐食した鉄筋に対し、図1のフローチャートにしたがって受信波形のスペクトルを得る。その模様を図10に示す。スペクトルSa(f)は、鉄筋腐食のない場合の受信波形に対応する。また、スペクトルSb(f)は鉄筋が腐食している場合の受信波形に対応している。スペクトルSb(f)は高域の周波数において減衰か激しいことがわかる。
<II waveform signal processing method>
[II-1] Ultrasonic wave propagation pattern in corroded rebar and influence on ultrasonic wave FIG. 9 shows an ultrasonic wave propagation pattern in corroded
[II−2]スペクトルの判断方法
上記したスペクトルの特微量を算出し鉄筋の腐食程度を判定する方法について説明を行う。
図10にその模様を示す。まずスペクトルS(f)のスペクトルピーク周波数Smを算出する。スペクトルSa(f)、Sb(f)に対しては、スペクトルピーク周波数Sma、Smbが算出される。そして、各スペクトルピーク周波数Sma、Smbの規格化された強度Poを計算する。
Sa(f)のスペクトルピーク周波数Smaを規格化された強度1とする(1=Sma/Sma)。Sa(f)は鉄筋腐食がない場合に対応しているためである。Sb(f)のスペクトルピーク周波数Smbに対する規格化された強度PoをPsc(=Sma/Smb)とする。
[II-2] Spectrum Determination Method A method for calculating the above-described spectrum feature amount and determining the degree of corrosion of the reinforcing bars will be described.
FIG. 10 shows the pattern. First, the spectrum peak frequency Sm of the spectrum S (f) is calculated. For the spectra Sa (f) and Sb (f), spectrum peak frequencies Sma and Smb are calculated. Then, the normalized intensity Po of each spectrum peak frequency Sma, Smb is calculated.
The spectrum peak frequency Sma of Sa (f) is set to a normalized intensity 1 (1 = Sma / Sma). This is because Sa (f) corresponds to the case where there is no rebar corrosion. The normalized intensity Po for the spectral peak frequency Smb of Sb (f) is Psc (= Sma / Smb).
次に図10に示されているように上記規格化された強度(1、Psc)に対してZ分の1に相当する強度を計算する。規格化強度1に対してはZ分の1の強度となり規格化強度Pscに対してはPsc/Zとなる。なお、本実施例ではZ=10として説明を行う。
Next, as shown in FIG. 10, the intensity corresponding to 1 / Z is calculated with respect to the normalized intensity (1, Psc). The normalized
上記で算出された10分の1に相当する強度に対するスペクトル周波数Suを計算する。その結果、スペクトルSa(f)におけるスペクトル周波数SuはSua、スペクトルSb(f)では周波数Subが得られる。
上記値が鉄筋腐食程度を示している。周波数Suaより周波数Subは大変小さいためSb(f)のスペクトルに対応している鉄筋は腐食していると判定される。
The spectral frequency Su for the intensity corresponding to 1/10 calculated above is calculated. As a result, the spectrum frequency Su in the spectrum Sa (f) is obtained as Sua, and the spectrum Sub is obtained in the spectrum Sb (f).
The above values indicate the degree of corrosion of reinforcing bars. Since the frequency Sub is much smaller than the frequency Sua, it is determined that the reinforcing bar corresponding to the spectrum of Sb (f) is corroded.
[II−3]具体的測定・判定例
図11(a)は実際のコンクリート構造物表面2の模式図である。鉄筋の真上および周辺部にクラック7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7が観察できる部分を領域C、まったくクラック7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11(b)から(e)に示す。図11(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11(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7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。図11(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7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5が存在する。
[II-3] Specific Measurement / Judgment Example FIG. 11A is a schematic diagram of an actual
図11(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7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5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7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7がコンクリート構造物表面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7が鉄筋3から発生しており、そのクラック7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. 11E shows a cross-sectional view of the D region. The
図12は、図11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。探触子間距離Loは、それぞれの測定位置において同じ値とする。
FIG. 12 shows a method of actually measuring the
各測定位置において上記した[II−2]項にのっとり、スペクトル周波数Suを算出する。算出した値を、横軸が測定位置m、縦軸が規格化されたスペクトル周波数Suoとしてグラフ化する。その結果を図13に示す。本実施例では規格化する際に使用する基準値は、鉄筋腐食のない実波形伝播波Sa(f)に対応する周波数Su、つまり図10に示されている周波数Suaとする。従って、図13の縦軸の1は、周波数SuaをSuaで割り算した値、つまり1となる。 The spectral frequency Su is calculated in accordance with the above-mentioned item [II-2] at each measurement position. The calculated value is graphed as a measurement frequency m on the horizontal axis and a normalized spectral frequency Suo on the vertical axis. The result is shown in FIG. In this embodiment, the reference value used for normalization is the frequency Su corresponding to the actual waveform propagation wave Sa (f) without rebar corrosion, that is, the frequency Sua shown in FIG. Therefore, 1 on the vertical axis in FIG. 13 is a value obtained by dividing the frequency Sua by Sua, that is, 1.
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規格化されたスペクトル周波数Suoが高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周波数Suoが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。
As shown in FIG. 13, it can be observed that the normalized spectral frequency Suo increases as the measurement position increases to 1, 2, and 3. At the
図12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、ε1、ε2について説明を行う。図13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〜ε1の範囲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、ε1〜ε2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、ε2〜0では、鉄筋は重度の腐食であることを判定できる。ε1、ε2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。ε1は0.6、ε2は0.3近辺である。
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、例えば、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。
If the measurement position m is determined as shown in FIG. 12 and measurement is performed in order at the measurement position m and the graph of FIG. 13 is created, a region where the reinforcing bars are healthy can be inspected nondestructively. The values ε1 and ε2 shown on the vertical axis in FIG. 13 will be described. In the vertical axis of FIG. 13, 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 ε1, 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 bar is moderately corroded at the measurement position corresponding to the range of ε1 to ε2, and further, at ε2 to 0, the reinforcing bar is severely corroded. . ε1 and ε2 are values found through numerous experiments and field measurements. ε1 is around 0.6 and ε2 is around 0.3.
As described above, according to the present invention, the corrosion state of the reinforcing
[II−4]応用計測例
探触子間距離Loは通常30cmから40cm程度で設定される。一方、図14に示したように、探触子間距離Loを1から2mに設定する方法が考えられる。図14では複数の探触子をメッシュ状に配置しているように見えるが、実際には1本の鉄筋に対して一対の送受信探触子を配置する。そして測定が終了したのち隣の鉄筋に送受信探触子を移動させ測定を実施する。上記測定を図14において上下方向および左右方向にて実施する。その測定波形を本発明による方法によって解析を実施すれば、広範囲な鉄筋の腐食程度を知ることが可能となる。
[II-4] Application measurement example The inter-probe distance Lo is normally set to about 30 cm to 40 cm. On the other hand, as shown in FIG. 14, a method of setting the inter-probe distance Lo from 1 to 2 m is conceivable. In FIG. 14, it seems that a plurality of probes are arranged in a mesh shape, but in reality, a pair of transmission / reception probes is arranged for one reinforcing bar. Then, after the measurement is completed, the transmission / reception probe is moved to the adjacent reinforcing bar to perform the measurement. The above measurement is performed in the vertical direction and the horizontal direction in FIG. If the measurement waveform is analyzed by the method according to the present invention, it is possible to know the degree of corrosion of a wide range of reinforcing bars.
上記実施例によれば以下の数々の効果が得られる。
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、例えば、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。補修範囲は剥離部のみか、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。本手法をもち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ては簡易な方法、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。
According to the above embodiment, the following effects can be obtained.
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 reinforcing bars into four stages, for example, 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 the corrosion of the reinforcing bar can be inspected nondestructively by using this method.
4). When the crack growing from the reinforcing bar does not reach the surface of the concrete structure, it is impossible to observe the crack visually. 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 such that only the peeled portion or a little around the peeled portion was included. 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 strength is significantly reduced, various effects will occur, such as the collapse of roads, the inclination of ground buildings, etc. due to partial damage of concrete structures and partial damage of underground structures. There is a possibility of becoming a social problem. 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, and the cost is also significant. 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 surface of the concrete structure. Since cracks have occurred, there is a high possibility that the reinforcing bars will corrode after several years or decades, but it is a simple repair method. A method, for example a water stop treatment of the concrete surface, is sufficient. However, since 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.
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:腐食部
6;コンクリートの剥離
7:クラック
8:コンクリート試験片
9:自然電位計測機
10:電極A
11:電極B
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:接触媒体
18:制御部
19:演算部
20:表示部
21:超音波
22:鉄筋伝播波
23:コンクリート伝播波
24:超資波伝播経路
25:垂線
26:角度θ
27:実鉄筋伝播波
1: Concrete structure 2: Concrete structure surface 3: Reinforcing bar 4: Corroded reinforcing bar 5: Corroded part 6: Peeling of concrete 7: Crack 8: Concrete specimen 9: Natural potential measuring instrument 10: Electrode A
11: Electrode B
12: Transmitting probe 13: Reception probe 14: Voltage generator 15: Receiver 16: Piezoelectric element 17: Contact medium 18: Control unit 19: Calculation unit 20: Display unit 21: Ultrasound 22: Rebar propagation wave 23: Concrete propagation wave 24: Super wave propagation path 25: Vertical line 26: Angle θ
27: Real rebar propagation wave
Claims (4)
前記送信探触子から超音波を発信し、前記受信探触子において伝播波形fo(t)を受信するステップ、
前記伝播波形fo(t)から時間t=Ts〜Te間の波形fp(t)を抽出するステップ、
前記波形fp(t)から周波数関数のスペクトルS(f)を求めるステップ、
前記スペクトルS(f)のスペクトルピーク周波数Smの規格化されたピーク強度の1/Zとなる点に対応する周波数Suを求めるステップ、
を有し、Tsは次式
Ts=2×(d 0 /cosθ)×(1/Vc)+(L 0 −2d 0 ・tanθ)×(1/V R )により求められ、
Sub/Suaを求めることにより鉄筋の腐食程度を定量的に表すことを特徴とす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。
Ts:前記発信から受信までの時間
Te:定数
Z:1以上の任意の正数
Sua:健全な鉄筋の場合のSu
Sub:検査対象におけるSu
θ:発信角度
Vc:コンクリート中での音速
V R :鉄筋中での音速
d 0 :鉄筋深さ、L 0 :探触子間距離 A step of placing the transmitting probe and the receiving probe at a distance L 0 on the reinforcing bar in the reinforced concrete;
Transmitting ultrasonic waves from the transmission probe and receiving a propagation waveform fo (t) at the reception probe;
Extracting a waveform fp (t) from time t = Ts to Te from the propagation waveform fo (t);
Obtaining a spectrum S (f) of a frequency function from the waveform fp (t);
Obtaining a frequency Su corresponding to a point that is 1 / Z of the normalized peak intensity of the spectrum peak frequency Sm of the spectrum S (f);
Have a, Ts is expressed by the following equation
Ts = 2 × (d 0 / cos θ) × (1 / Vc) + (L 0 −2d 0 · tan θ) × (1 / V R )
A nondestructive inspection method for the degree of corrosion of reinforcing bars in a concrete structure, characterized in that the degree of corrosion of reinforcing bars is quantitatively expressed by obtaining Sub / Sua .
Ts: time from transmission to reception Te: constant Z: any positive number greater than or equal to 1
Sua: Su for healthy rebar
Sub: Su in inspection object
θ: Transmission angle
Vc: speed of sound in concrete
V R : Speed of sound in the reinforcing bar
d 0 : Reinforcing bar depth, L 0 : Distance between probes
前記縦軸の上限をSua/Sua=1とし、前記の周波数Suoの数値によりThe upper limit of the vertical axis is Sua / Sua = 1, and the numerical value of the frequency Suo
前記鉄筋の腐食状態を段階に分けて判別することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の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。The non-destructive inspection method for the degree of corrosion of reinforcing bars in a concrete structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the corrosion state of the reinforcing bars is determined in stages.
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