JP5678148B2 - Concrete diagnosis method and database device - Google Patents

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Description

本発明は、コンクリート建造物の健全性を光学的に診断するためのコンクリートの診断方法及びこの診断方法により得られた検出結果を保持するデータベース装置に関するものである。   The present invention relates to a concrete diagnosis method for optically diagnosing the soundness of a concrete building, and a database apparatus that holds detection results obtained by this diagnosis method.

トンネルや橋梁などのコンクリート建造物の劣化の原因は、施工不良の他に、中性化、塩害、アルカリ骨材反応などが挙げられる。
中性化は、コンクリートが大気中の二酸化炭素(炭酸ガス)と化学反応を起こして、炭酸カルシウムに変化することによって起こる。この中性化が鉄筋のある部分まで進むと、鉄筋の表面の保護被膜が失われて鉄筋腐食が生じてしまう。
また塩害による鉄筋の腐食は、海水などによりコンクリートの表面から塩化物が浸透する等、コンクリート内に多量の塩化物を含み、塩化物イオンの作用により鉄筋の保護被膜が破壊され、鉄筋腐食が生じてしまう。
アルカリ骨材反応は、骨材中のある種反応性成分がセメント中に含まれているアルカリ分と反応し、生成物がコンクリート中の水分で吸収膨張することで、コンクリートにひび割れを発生させるものである。
Causes of deterioration of concrete structures such as tunnels and bridges include neutralization, salt damage, and alkali aggregate reaction in addition to poor construction.
Neutralization occurs when concrete reacts with carbon dioxide (carbon dioxide) in the atmosphere and changes to calcium carbonate. When this neutralization proceeds to a part where the reinforcing bar is present, the protective coating on the surface of the reinforcing bar is lost and corrosion of the reinforcing bar occurs.
In addition, corrosion of reinforcing steel bars due to salt damage includes a large amount of chloride in the concrete, such as the penetration of chloride from the surface of the concrete by seawater, etc., and the protective coating of the reinforcing steel bars is destroyed by the action of chloride ions, resulting in reinforcing steel bars corrosion. End up.
Alkali-aggregate reaction is a reaction in which certain reactive components in the aggregate react with alkali contained in the cement and the product absorbs and expands with moisture in the concrete, causing cracks in the concrete. It is.

また、コンクリートは、上記の単独の劣化要因によって、劣化するのみでなく、複数の劣化要因によって、複合劣化がおこり、中性化した先端部分に塩化物イオンが集中して、鉄筋の腐食が早まること等がある。通常、コンクリートの診断は、ひび割れの目視調査を行った後、躯体コンクリートから試験体を切り取り、その試験片の圧縮強度試験を行ったり、コンクリートの表面を打撲、反発度を測定し強度を推定する等の手法が行われている。これら手法は、コンクリートから試験体を切り取ったり、コンクリートに直接ダメージを与えるものであり、構造物に損傷を与える。構造物に損傷を与えること無く、構造物を適切に診断する方法として、繰り返し行える非破壊検査は有効である。   In addition, concrete deteriorates not only due to the above-mentioned single deterioration factor, but also due to multiple deterioration factors, multiple deterioration occurs, and chloride ions concentrate on the neutralized tip portion, which accelerates corrosion of the reinforcing bars. There are things. Usually, concrete diagnosis involves visual inspection of cracks, and then cuts the specimen from the reinforced concrete and tests the specimen for compressive strength, bruises the concrete surface, measures the rebound, and estimates the strength. Etc. are performed. These methods cut the specimen from the concrete or directly damage the concrete and damage the structure. Non-destructive inspection that can be repeated is effective as a method for appropriately diagnosing a structure without damaging the structure.

コンクリート建造物の劣化を光学的に検出するには、特許文献1に見られるように、コンクリート表面に近赤外線を照射し、コンクリート表面から反射した近赤外線を分光分析することにより、コンクリートの劣化の過程で生じる炭酸カルシウムや塩化物の吸収スペクトルを検出することで、劣化度を診断するようにしている。   In order to optically detect the deterioration of a concrete building, as shown in Patent Document 1, the concrete surface is irradiated with near infrared light, and the near infrared light reflected from the concrete surface is spectroscopically analyzed. The degree of deterioration is diagnosed by detecting absorption spectra of calcium carbonate and chloride generated in the process.

すなわち、炭酸カルシウムは1.42μmに、塩化物は2.26μmに吸収ピークがあり、この波長ピークを差スペクトルを用いて解析することで、その吸光度差から劣化度を診断するものである。   That is, calcium carbonate has an absorption peak at 1.42 μm and chloride has an absorption peak at 2.26 μm. By analyzing this wavelength peak using a difference spectrum, the degree of deterioration is diagnosed from the difference in absorbance.

特開2005−291881号公報JP 2005-218881 A 特開2001−188039号公報JP 2001-188039 A

しかしながら、コンクリートの劣化要因として、特に複数の劣化要因によって、コンクリートが複合劣化した場合、単波長のみの分析では、どの影響因子(水分量、凹凸等)により、劣化しているのか検査できない。それは、単波長では、目的とする一つの劣化因子の波長ピークを正確に取ることができず、劣化因子の波長ピークが取れない場合があり、それを、差スペクトルのみで解析すると、取ったデータにより誤った傾向を示し、正確に診断できない。   However, as concrete deterioration factors, particularly when concrete deteriorates in combination due to a plurality of deterioration factors, it is impossible to inspect by which influence factor (water content, unevenness, etc.) the deterioration is caused by analysis of only a single wavelength. In the case of a single wavelength, the wavelength peak of one target degradation factor cannot be accurately obtained, and the wavelength peak of the degradation factor may not be obtained. Shows wrong tendency and cannot be diagnosed accurately.

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決しコンクリート表面を損傷させず、コンクリート面の劣化を光学的に検出する方法のみでコンクリートの劣化診断を行うに際して、必要としている劣化因子に、影響因子の影響を除いて劣化を診断できるコンクリートの診断方法、データベース装置を提供することにある。   Therefore, the object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and not to damage the concrete surface, and to perform a deterioration diagnosis of concrete only by a method of optically detecting the deterioration of the concrete surface. It is an object of the present invention to provide a concrete diagnosis method and a database device capable of diagnosing deterioration without the influence of the above.

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を採用した。
第1の発明は、コンクリート面に近赤外線を照射し、そのコンクリート面から反射される光を所定の波長域で分光分析してコンクリートの劣化を診断する方法において、採取した吸収スペクトルをケモメトリックス手法のPLS回帰分析法で処理して塩害因子又は塩化物イオン濃度を検出する際に、前記所定の波長域として、2.26μm近傍の波長域を用いずに、1.0μm〜2.0μmの波長域を用いることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention employs the following means.
The first invention is a method for diagnosing concrete deterioration by irradiating a concrete surface with near-infrared rays and spectroscopically analyzing light reflected from the concrete surface in a predetermined wavelength range. When the salt damage factor or chloride ion concentration is detected by the PLS regression analysis method of the above, a wavelength of 1.0 μm to 2.0 μm is used as the predetermined wavelength region without using a wavelength region near 2.26 μm. It is characterized by using a region.

第2の発明は、コンクリート面に近赤外線を照射し、そのコンクリート面から反射される光を所定の波長域で分光分析してコンクリートの劣化を診断する方法において、採取した吸収スペクトルをケモメトリックス手法のPLS回帰分析法で処理して中性化因子、炭酸カルシウム濃度又は水酸化カルシウム濃度を検出する際に、前記所定の波長域として、1.42μm近傍の波長域を用いずに、2.0μm〜2.5μmの波長域を用いることを特徴とする。   A second invention is a method for diagnosing deterioration of concrete by irradiating a concrete surface with near infrared rays and spectroscopically analyzing light reflected from the concrete surface in a predetermined wavelength region. When the neutralization factor, calcium carbonate concentration or calcium hydroxide concentration is detected by processing with the PLS regression analysis method, the predetermined wavelength range is 2.0 μm without using a wavelength range near 1.42 μm. A wavelength region of ˜2.5 μm is used.

第3の発明は、コンクリート面に近赤外線を照射し、そのコンクリート面から反射される光を所定の波長域で分光分析してコンクリートの劣化を診断する方法において、採取した吸収スペクトルをケモメトリックス手法のPLS回帰分析法で処理して硫酸塩腐食因子又はその濃度を検出する際に、前記所定の波長域として、1.75μm近傍の波長域を用いずに、2.0μm〜2.5μmの波長域を用いることを特徴とする。   A third invention is a method for diagnosing concrete deterioration by irradiating a concrete surface with near-infrared rays and spectrally analyzing light reflected from the concrete surface in a predetermined wavelength range. When the sulfate corrosion factor or its concentration is detected by processing with the PLS regression analysis method, a wavelength of 2.0 μm to 2.5 μm is used as the predetermined wavelength region without using a wavelength region near 1.75 μm. It is characterized by using a region.

第4の発明は、コンクリート面に近赤外線を照射し、そのコンクリート面から反射される光を所定の波長域で分光分析してコンクリートの劣化を診断する際に用いられるデータベース装置であって、上記コンクリートの診断方法により得られた検出データを保持することを特徴とする。   A fourth invention is a database device used for diagnosing deterioration of concrete by irradiating a near infrared ray on a concrete surface and spectrally analyzing light reflected from the concrete surface in a predetermined wavelength range, It is characterized by holding detection data obtained by a concrete diagnosis method.

第1〜3の発明によれば、吸収スペクトルをケモメトリックス手法のPLS回帰分析法を用いて解析することで、影響因子の影響を除いて、コンクリートの劣化を正確に診断できるという優れた効果を発揮する。
第4の発明によれば、コンクリートの劣化を正確かつ効率的に診断できるという優れた効果を発揮する。
According to the first to third aspects of the invention, by analyzing the absorption spectrum using the PLS regression analysis method of the chemometrics method, an excellent effect that the deterioration of concrete can be accurately diagnosed except for the influence of influencing factors. Demonstrate.
According to the 4th invention, the outstanding effect that deterioration of concrete can be diagnosed correctly and efficiently is exhibited.

本発明のコンクリート診断方法に使用する光学系の一実施の形態を示す図である。It is a figure which shows one Embodiment of the optical system used for the concrete diagnostic method of this invention. 本発明において、PLSの原理を示す図である。In this invention, it is a figure which shows the principle of PLS. 本発明において、PLS回帰分析の構造図を示す図である。In this invention, it is a figure which shows the structure figure of PLS regression analysis. 本発明において、PLS回帰分析での予測誤差と成分数の関係のプロットを示す図である。In this invention, it is a figure which shows the plot of the relationship between the prediction error in PLS regression analysis, and the number of components. 本発明において、PLS回帰分析における外部バリデーションの説明図である。In this invention, it is explanatory drawing of the external validation in PLS regression analysis. 本発明において、PLS回帰分析における内部バリデーションの説明図である。In this invention, it is explanatory drawing of the internal validation in PLS regression analysis. 本発明において、PLS1法のアルゴリズムのフローチャートを示す図である。In this invention, it is a figure which shows the flowchart of the algorithm of PLS1 method. 本発明において、PLS1法のアルゴリズムの開始時の設定フローチャートを示す図である。In this invention, it is a figure which shows the setting flowchart at the time of the start of the algorithm of PLS1 method. 本発明において、PLS1法のアルゴリズムのスペクトルデータを計算用配列に移すフローチャートとPSL重み関数w(a,d)の算出フローチャートを示す図である。In this invention, it is a figure which shows the flowchart which transfers the spectrum data of the algorithm of PLS1 method to the arrangement | sequence for calculation, and the calculation flowchart of PSL weighting function w (a, d). 本発明において、PLS1法のアルゴリズムの潜在変数tの算出フローチャートと係数qの算出フローチャートを示す図である。In the present invention, it is a figure which shows the calculation flowchart of the latent variable t of the algorithm of the PLS1 method, and the calculation flowchart of the coefficient q. 本発明において、PLS1法のアルゴリズムの回帰ベクトルの算出フローチャートを示す図である。In this invention, it is a figure which shows the calculation flowchart of the regression vector of the algorithm of PLS1 method. 本発明において、塩化物イオン濃度を0〜20kg/mと変えたセメントペーストのはつり面の吸収スペクトルを示す図である。In this invention, it is a figure which shows the absorption spectrum of the hanging surface of the cement paste which changed the chloride ion density | concentration with 0-20 kg / m < 3 >. 本発明において、塩化物イオン濃度を0〜20kg/mと変えたセメントペースト粉の吸収スペクトルを示す図である。In this invention, it is a figure which shows the absorption spectrum of the cement paste powder which changed the chloride ion density | concentration with 0-20 kg / m < 3 >. 本発明において、差スペクトル法による1.42μmの炭酸カルシウム濃度と吸光度の関係を示す図である。In this invention, it is a figure which shows the relationship between the calcium carbonate density | concentration of 1.42 micrometer by a difference spectrum method, and a light absorbency. 本発明において、塩化物イオン濃度を0〜20kg/mと変えたセメントパースト粉の吸収スペクトルをケモメトリックス手法で解析した塩化物イオン濃度の解析結果を示す図である。In this invention, it is a figure which shows the analysis result of the chloride ion density | concentration which analyzed the absorption spectrum of the cement-paste powder which changed the chloride ion density | concentration with 0-20 kg / m < 3 > with the chemometrics method. 本発明において、塩化物イオン濃度を0〜20kg/mと変えたセメントパーストはつり面の吸収スペクトルをケモメトリックス手法で解析した塩化物イオン濃度の解析結果を示す図である。In the present invention, the cement paste with the chloride ion concentration changed from 0 to 20 kg / m 3 is a diagram showing the analysis result of the chloride ion concentration obtained by analyzing the absorption spectrum of the suspended surface by the chemometrics method. 従来において、塩化物イオン濃度を0〜20kg/mと変えたセメントパースト粉の吸収スペクトルを差スペクトル手法で解析した塩化物イオン濃度の解析結果を示す図である。It is a figure which shows the analysis result of the chloride ion density | concentration which analyzed the absorption spectrum of the cement-paste powder which changed the chloride ion density | concentration with 0-20 kg / m < 3 > conventionally by the difference spectrum technique. 従来において、塩化物濃度を0〜20kg/mと変えたセメントパーストはつり面の吸収スペクトルを差スペクトル手法で解析した塩化物イオン濃度の解析結果を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an analysis result of chloride ion concentration obtained by analyzing the absorption spectrum of a suspended surface with a difference spectrum method in a conventional cement paste having a chloride concentration changed from 0 to 20 kg / m 3 .

以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。   A preferred embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明のコンクリートの診断方法に用いる光学系を示したもので、ハロゲンランプなど波長域0.9〜2.5μmの近赤外線光源10をコンクリート面11に照射し、その反射光を集光レンズ12を介して光ファイバ13に入射し、その光ファイバ13から反射光を固定グレーティング14に出射して分光し、これをミラー15で反射させてMEMS(Micro−Electoro Mechanical SYTEM)16により分光してスキャンし、これを特定波長毎に光検出器17により検出して吸収スペクトルを得るようになし、その吸収スペクトルから炭酸カルシウムや塩化物イオンの濃度を検出してコンクリート面11の劣化を診断するものである。   FIG. 1 shows an optical system used in the concrete diagnosis method of the present invention. A near-infrared light source 10 having a wavelength range of 0.9 to 2.5 μm, such as a halogen lamp, is applied to a concrete surface 11 and the reflected light is irradiated. The light enters the optical fiber 13 through the condensing lens 12, the reflected light is emitted from the optical fiber 13 to the fixed grating 14, and is reflected by a mirror 15, and is reflected by a MEMS (Micro-Electro Mechanical Mechanical) (MEMS) 16. Spectral scanning is performed to detect an absorption spectrum for each specific wavelength by the photodetector 17, and the concentration of calcium carbonate and chloride ions is detected from the absorption spectrum to deteriorate the concrete surface 11. Diagnose.

このコンクリートの吸収スペクトルからの劣化度の検出は、ケモメトリックス手法を用いて行う。   The deterioration degree is detected from the absorption spectrum of the concrete by using a chemometrics method.

先ず、MEMS16としては、PCX(Polychromix)社製分光器を用い、コンクリート面11として、粉砕および未粉砕のセメントペースト,モルタル,コンクリートの中性化および塩害を模擬した試験体の劣化度を計測した。   First, as a MEMS 16, a PCX (Polychrom) spectroscope was used, and as a concrete surface 11, the degree of deterioration of a specimen simulating neutralization and salt damage of ground and unground cement paste, mortar, concrete was measured. .

すなわち、コンクリート表面にハロゲンランプを当て,その反射光をMEMS16により分光してスキャンした。   That is, a halogen lamp was applied to the concrete surface, and the reflected light was scanned with the MEMS 16 and scanned.

この場合、主に中性化のピーク(1.42μm)を検出するため波長域:0.9〜1.7μmの分光分析と、主に塩化物イオンのピーク(2.26μm)を検出するため、波長域:1.7〜2.5μmに分けて測定を行った。   In this case, in order to detect the neutralization peak (1.42 μm) mainly, the spectral range of 0.9 to 1.7 μm and to detect the chloride ion peak (2.26 μm) mainly. The wavelength region was measured separately for 1.7 to 2.5 μm.

試験体概要:
a)中性化および塩害測定用試験体
試験体種類:セメントペースト,モルタル,コンクリート
水セメント比:48.5%
形状:4×4×16cm(セメントペースト,モルタル),10×10×40cm(コンクリート)それぞれ粉砕および未粉砕で使用
塩化物イオン濃度:0,1,3,5,10,20kg/m
中性化促進期間:0,1,3ヶ月(二酸化炭素濃度:7%,温度40℃,湿度50%)
b) 実構造物模擬試験体
配合強度:30N/mm
スランプ:10cm
空気量:3.9%
形状:0.5×0.5×0.1m 4体,1×1×0.1m 1体
塩化物イオン濃度:0,1,5,10kg/m
(形状:0.5×0.5×0.1mに混入)
試験項目:
a)中性化計測
セメントペースト,モルタル,コンクリートの中性化度を測定した。さらに中性化度は、フェノールフタレンを用いて中性化深さ,水酸化カルシウムの量をTG/DTAにて定量化して評価も行った。中性化に関しては、主に試験体を未粉砕で行った。
Outline of specimen:
a) Specimens for neutralization and salt damage measurement Specimen type: Cement paste, mortar, concrete Water-cement ratio: 48.5%
Shape: 4 × 4 × 16 cm (cement paste, mortar), 10 × 10 × 40 cm (concrete), used in pulverized and unground respectively Chloride ion concentration: 0, 1, 3 , 5, 10, 20 kg / m 3
Neutralization promotion period: 0, 1, 3 months (carbon dioxide concentration: 7%, temperature 40 ° C, humidity 50%)
b) Real structure mock-up specimen Compound strength: 30 N / mm 2
Slump: 10cm
Air volume: 3.9%
Shape: 0.5 × 0.5 × 0.1m 4 bodies, 1 × 1 × 0.1m 1 body Chloride ion concentration: 0, 1, 5, 10 kg / m 3
(Shape: mixed in 0.5 × 0.5 × 0.1m)
Test items:
a) Neutralization measurement The degree of neutralization of cement paste, mortar, and concrete was measured. Furthermore, the degree of neutralization was also evaluated by quantifying the neutralization depth and the amount of calcium hydroxide with TG / DTA using phenolphthalene. For neutralization, the specimen was mainly unground.

b) 塩害計測
セメントペースト,モルタル,コンクリートにある塩化物イオン濃度の計測を実施した。
b) Measurement of salt damage Chloride ion concentration in cement paste, mortar and concrete was measured.

実構造物模擬試験体に関しては,コンクリート中に含まれる全塩分量を電位差滴定法(JCI−SC4)にて測定を行い,吸光度との関係を調べた。   For the actual structure simulation test specimen, the total salinity contained in the concrete was measured by potentiometric titration (JCI-SC4), and the relationship with absorbance was examined.

図12は、塩化物イオン濃度を0(cp0)、5(cp5)、10(cp10)、20(cp20)kg/mと変えたセメントペーストのはつり面の吸収スペクトルを示し、図13は、同じくセメントペースト粉の吸収スペクトルを示したものである。 FIG. 12 shows the absorption spectrum of the hanging surface of the cement paste with the chloride ion concentration changed to 0 (cp0), 5 (cp5), 10 (cp10), 20 (cp20) kg / m 3, and FIG. Similarly, the absorption spectrum of cement paste powder is shown.

解析方法:
解析方法は、従来の差スペクトルと本発明のケモメトリックス手法を用いた解析の双方で行い、その測定結果から評価を行った。
analysis method:
The analysis method was carried out by both the conventional difference spectrum and the analysis using the chemometrics method of the present invention, and evaluation was performed from the measurement results.

a) 差スペクトル解析
中性化および塩化物イオンの吸光ピークは既知の値であるので、吸収帯のあるピークの裾を通る直線をベースラインとして、図12の塩化物イオン濃度のピークを求めるのであれば,吸収ピークの吸光度が0となるようにスペクトルを書き直し、その裾の部分を通るベースラインと吸収ピークの差分から2265nmの吸光度を求めた。
a) Difference spectrum analysis Since the neutralization and chloride ion absorption peaks are known values, the peak of the chloride ion concentration in Fig. 12 is obtained using the straight line passing through the bottom of the peak with the absorption band as the baseline. If there is, the spectrum was rewritten so that the absorbance of the absorption peak was 0, and the absorbance at 2265 nm was determined from the difference between the baseline passing through the tail and the absorption peak.

b) ケモメトリックス解析
本発明の手法であり、スペクトルを統計的に解析する技法(ツール)で,吸収スペクトルの解析を実施した。
b) Chemometric analysis The absorption spectrum was analyzed by a technique (tool) for statistically analyzing the spectrum, which is a method of the present invention.

試験結果
中性化測定結果
コンクリートが中性化すると,以下の反応が起こることが知られている。
Test results Neutralization measurement results The following reactions are known to occur when concrete is neutralized.

Ca(OH) + CO → CaCO + HCa (OH) 2 + CO 2 → CaCO 3 + H 2 O

中性化が進むと,水酸化カルシウムは減少し炭酸カルシウムは増加する。FTIR(Fourier Transform Infrared Spectrometer)にて測定した結果、中性化が進むに従い,水酸化カルシウムの特性を示す1.42μmの吸光度は減少して炭酸カルシウムの特性を示す3.98μmが増大することが確認できた。   As neutralization progresses, calcium hydroxide decreases and calcium carbonate increases. As a result of measurement by FTIR (Fourier Transform Infrared Spectrometer), as neutralization progresses, the absorbance of 1.42 μm indicating the characteristics of calcium hydroxide decreases and 3.98 μm indicating the characteristics of calcium carbonate increases. It could be confirmed.

図14に測定結果を示す。   FIG. 14 shows the measurement results.

水酸化カルシウムが多い,つまりコンクリートの中性化が進んでいなければ1.42μmの吸光度が大きいことが分かる。これらの結果から,中性化に関してはコンクリートを破壊することなくPCX分光器により測定可能であることが確認された。   If calcium hydroxide is high, that is, if the neutralization of concrete has not progressed, it can be seen that the absorbance at 1.42 μm is large. From these results, it was confirmed that neutralization can be measured with a PCX spectrometer without destroying the concrete.

塩害測定結果;
塩害測定用試験体
a)差スペクトルで求めたセメントペースとモルタルの測定結果を図17,図18に示した。
Salt damage measurement results;
Specimens for salt damage measurement a) Measurement results of cement pace and mortar obtained by difference spectrum are shown in FIGS.

図17,図18に示すように差スペクトルでは、影響因子により、塩化物イオン濃度と吸光度が比例関係にならず、特に塩化物イオン濃度が高くなると吸光度が低くなり測定不能であることが分かる。   As shown in FIGS. 17 and 18, in the difference spectrum, it can be understood that the chloride ion concentration and the absorbance do not have a proportional relationship due to the influencing factors, and particularly when the chloride ion concentration is high, the absorbance is low and measurement is impossible.

b)ケモメトリックスによる解析
図15,図16に,セメントペースト粉,セメントペーストはつり面におけるケモメトリックスによる出力結果を示す。
b) Analysis by chemometrics FIGS. 15 and 16 show the output results of chemometrics on the suspended surface of cement paste powder and cement paste.

セメントペースト粉、セメントペーストはつり面とも波長2.27μmで相関スペクトルが高くなる結果を示した。   The cement paste powder and the cement paste both showed a result that the correlation spectrum was high at a wavelength of 2.27 μm on both surfaces.

以上の結果より、従来の差スペクトルでは、炭酸カルシウムや塩化物イオンの劣化度測定は困難であるが、本発明のケモメトリックス手法を用いることで、精度よく劣化度が測定できる。   From the above results, it is difficult to measure the degree of deterioration of calcium carbonate and chloride ions in the conventional difference spectrum, but the degree of deterioration can be accurately measured by using the chemometrics method of the present invention.

このコンクリートの中性化と塩害と劣化の関係を説明する。   The relationship between neutralization, salt damage and deterioration of this concrete will be explained.

中性化に関して;
中性化は、水酸化カルシウム中の水酸化イオン(OH−)が失われる反応である。コンクリートのpHが下がると言うことは,鉄筋の表面に保護被膜が形成されにくくなるために鉄筋腐食が起こりやすくなる。1.42μmの吸光ピークは、−OH基の伸縮振動の第1倍音に帰属し,中性化する事によりこの波長域の吸光ピークが低下することが分かっている。言い換えれば,中性化の測定をすることは水酸化カルシウムの量を分光器により直接測ることが可能であると言える。
Regarding neutralization;
Neutralization is a reaction in which hydroxide ions (OH-) in calcium hydroxide are lost. The fact that the pH of the concrete is lowered means that a protective coating is not easily formed on the surface of the reinforcing bar, so that corrosion of the reinforcing bar is likely to occur. The absorption peak at 1.42 μm belongs to the first overtone of the stretching vibration of the —OH group, and it is known that the absorption peak in this wavelength region is lowered by neutralization. In other words, it can be said that measurement of neutralization can directly measure the amount of calcium hydroxide with a spectroscope.

塩害に関して;
塩化物イオンに起因する吸収のピークは,中性化の場合とは異なりセメント中のC3A(アルミン酸三カルシウム)に依存していると考えられる。このために,C3A水和物が塩化物イオンを固定化し2.26μmにピークが現れると考えられる。また,コンクリート中に塩化物イオンがあると固定化されフリーデル氏塩(3CaO・Al・CaCl・10HO)として存在する。しかし,二酸化炭素と介在することにより,以下のような化学反応が起こる。
Regarding salt damage;
Unlike the case of neutralization, the absorption peak attributed to chloride ions is thought to depend on C3A (tricalcium aluminate) in the cement. For this reason, it is considered that C3A hydrate fixes chloride ions and a peak appears at 2.26 μm. In addition, when there is chloride ion in the concrete, it is fixed and exists as Friedel's salt (3CaO.Al 2 O 3 .CaCl 2 .10H 2 O). However, the following chemical reaction occurs by intervening with carbon dioxide.

3CaO・Al・CaCl・10HO + 3CO
3CaCO + 2Al(OH) + CaCl + 7H
3CaO · Al 2 O 3 · CaCl 2 · 10H 2 O + 3CO 2
3CaCO 3 + 2Al (OH) 3 + CaCl 2 + 7H 2 O

この反応は,中性化する事によりコンクリート表面付近にあったフリーデル氏塩が二酸化炭素と反応して溶解するメカニズムである。   This reaction is a mechanism by which Friedel's salt near the concrete surface reacts with carbon dioxide and dissolves by neutralization.

次に、本発明のPLS回帰分析法を用いたケモメトリックス手法を説明する。   Next, a chemometric method using the PLS regression analysis method of the present invention will be described.

PLS回帰分析法の概略;
PLS回帰分析法は、partial least squaresの略語で 日本語では、「部分最小二乗法」と約されている。
Outline of PLS regression analysis method;
The PLS regression analysis method is an abbreviation for partial least squares, and is shortened to “partial least square method” in Japanese.

PLS回帰分析法は、モデル作成(検量線作成、キャリブレーション、トレーニングともいう)が重要であり、目的物質とノイズとなる成分の濃度で組み合わせをかえた多数の標準スペクトルデータが必要となる。   In the PLS regression analysis method, model creation (also referred to as calibration curve creation, calibration, and training) is important, and a large number of standard spectrum data in which the combination is changed depending on the concentration of the target substance and the component that becomes noise is required.

これら大量のスペクトルデータを使って最適なモデルを作成するために、かなりの計算量が必要になるが、近年のコンピュータの進歩により小型のコンピュータでも短時間で計算が出来るようになった。現在は多くの解析に使用されている。   In order to create an optimal model using such a large amount of spectrum data, a considerable amount of calculation is required. However, recent advances in computers have made it possible to perform calculations even in a small computer in a short time. Currently used for many analyses.

PLS法は、目的変数が一つの場合だけでなく複数のものを同時に求める方法(PLS2法)、二次元に拡張したもの、非線型PLS法など、いろいろと改良型が発表されている。吸光度スペクトルだけでなく、経済学、生物学などのいろいろな分野の回帰分析に応用が可能である。   PLS methods have been announced in various ways, not only when there is only one objective variable, but also a method for obtaining a plurality of objects simultaneously (PLS2 method), a two-dimensional extension method, and a nonlinear PLS method. In addition to absorbance spectra, it can be applied to regression analysis in various fields such as economics and biology.

PLS回帰分析の基本原理;
PLS回帰分析法は、採取した吸収スペクトルをベクトル表示に変換したほうがわかりやすい。ベクトル表示とは、採取した波長(200nm、201nm・・・等)をそれぞれ軸にとった点で示すことである。つまり、波長分解能が100個のデータなら100次元の空間に1ポイント出来る。しかし、4次元以上の空間はとても理解しがたいので3つの波長データで3次元で表したのが、図2である。
Basic principle of PLS regression analysis;
In the PLS regression analysis method, it is easier to understand if the collected absorption spectrum is converted into a vector display. The vector display is to indicate the collected wavelengths (200 nm, 201 nm..., Etc.) with the respective axes. In other words, if the wavelength resolution is 100 data, one point can be obtained in a 100-dimensional space. However, since the space of 4 dimensions or more is very difficult to understand, FIG. 2 shows the 3 wavelength data in 3 dimensions.

図2−アには、濃度が異なる4点のデータをプロットしてある。   In FIG. 2A, data of four points having different concentrations are plotted.

アは、横軸波長、縦軸吸光度の通常のスペクトルの表示法であるが、これはイのようにベクトル表示にすることができる。イはわかりやすくするために3次元の表示であるが、波長をたくさんとれば、波長の数だけ次元が増える。   A is a normal spectrum display method of the horizontal axis wavelength and the vertical axis absorbance, but this can be a vector display as shown in a. (A) is a three-dimensional display for the sake of clarity, but if the number of wavelengths is increased, the number of dimensions increases by the number of wavelengths.

この4点に対し、濃度に対して最も大きく変化し(分散が最大になるようにする)、かつ残差が最小になる直線Nをもとめる。これは、図2−イをぐるぐる回して、ちょうど濃度にそってポイントが並んで見える軸をみつけることと同じである。   For these four points, a straight line N that changes the most with respect to the density (maximizes dispersion) and minimizes the residual is obtained. This is the same as turning around Figure 2-i to find the axis where the points appear to be aligned along the density.

このようにすることで、図2−ウのような軸が見つかり、軸Nを基準としてグラフを書き直すと、図2−エのように濃度の軸Nとノイズの軸E(正確にいうと、ここでは二次元の平面)に成分を分離することが出来る。   In this way, when an axis as shown in FIG. 2C is found and the graph is rewritten based on the axis N, the density axis N and the noise axis E (exactly speaking, as shown in FIG. Here, the components can be separated into a two-dimensional plane).

つまり、N軸を先に求めておけば、未知の濃度スペクトルをN軸に換算することによってノイズ成分に影響されずに目的物質の濃度が計算できることになる。   That is, if the N-axis is obtained first, the concentration of the target substance can be calculated without being affected by the noise component by converting the unknown concentration spectrum to the N-axis.

以上がPLS回帰分析法の基本原理である。   The above is the basic principle of the PLS regression analysis method.

ここで、濃度の軸Nについて考える。   Here, the density axis N is considered.

計測したデータXをN軸に変換させるためには、XとN軸の単位ベクトル(本当はベクトルの大きさは0以外なら何でもよいのだが、計算の都合上1にする)を掛け合わせれ(内積をとれ)ばよい。N軸の単位ベクトルをwとして、計測データをN軸に変換する。   In order to convert the measured data X to the N-axis, the X and the N-axis unit vector (actually, the vector may be anything other than 0, but is set to 1 for convenience of calculation) (the inner product is multiplied). Take it) The measurement data is converted to the N axis with the unit vector of the N axis as w.

t = Xw
tは、N軸に変換したあとのxの座標である。このtのことをPLS回帰分析では潜在定数と呼んでいる。tはNに比例するので、
y = tq
qは比例定数、yは目的物質の濃度である。
このことから、PLS回帰分析は、「潜在定数tを介した回帰分析」と呼ばれている。
t = Xw
t is the coordinate of x after conversion to the N axis. This t is called a latent constant in the PLS regression analysis. Since t is proportional to N,
y = tq
q is a proportionality constant, and y is the concentration of the target substance.
For this reason, the PLS regression analysis is called “regression analysis through the latent constant t”.

wは重みベクトルとも呼ばれている。スペクトルXにwを掛け合わせることは、信号処理分野の重みづけと同等のことを行なっている。   w is also called a weight vector. Multiplying the spectrum X by w is equivalent to weighting in the signal processing field.

実際には一回の変換だけでなく、残差成分のなかから、もう一度同じ計算を繰り返して、濃度に比例する成分を抜き取っていく。最初にとったtを第一成分(t1)といい、この時の重みベクトルを(w1)という。次にとったtを第二成分(t2)とよび、この時の重みベクトルを(w2)と呼ぶ。   In practice, the same calculation is repeated once more from the residual components, not just one conversion, and components proportional to the density are extracted. The first t taken is called the first component (t1), and the weight vector at this time is called (w1). The t taken next is called the second component (t2), and the weight vector at this time is called (w2).

図3にPLS回帰分析の構造図を示す。   FIG. 3 shows a structural diagram of the PLS regression analysis.

PLS回帰分析では、目的変数を直接説明変数で回帰分析するのではなく、いったんN
軸に変換(その座標がt1、t2・・・)して、それを元にもう一度回帰分析を行なって
いる構造となっている。
In PLS regression analysis, the objective variable is not directly analyzed with explanatory variables.
It is converted into an axis (coordinates are t1, t2,...), And a regression analysis is performed again based on the axis.

クロスバリデーション:
PLS回帰分析ではt成分の数aをたくさんとればとるほど、回帰直線にのり、予測誤差が小さくなる。しかし、必要量以上成分を多くとって作成した検量線は、再現性が悪くなる。このことをオーバーフィッティングと呼ぶ。オーバーフィッティングは検量線作成時のみに生じた特殊な条件ノイズ成分まで回帰の説明に使われてしまうためである。
Cross validation:
In PLS regression analysis, the larger the number a of t components, the more linear the regression line and the smaller the prediction error. However, a reproducibility is poor for a calibration curve prepared by taking more components than necessary. This is called overfitting. This is because over-fitting is used to explain regression even for special conditional noise components that occur only when creating a calibration curve.

そのため、図4に示すように予測誤差が最小になる最適な成分数を決定する必要がある。   Therefore, it is necessary to determine the optimum number of components that minimizes the prediction error as shown in FIG.

クロスバリデーションの方法は大きく分けて二つある。
(1)外部バリデーション:
サンプル集団を、二つわけ、一方を検量線作成用、もう一方をチェック用とする方法である。
There are two major cross-validation methods.
(1) External validation:
In this method, the sample population is divided into two, one for creating a calibration curve and the other for checking.

検量線の標準誤差はSEC(standard error of calibration)といい、チェック用の標準誤差はSEP(standard error of prediction)と呼ぶ。   The standard error of the calibration curve is called SEC (standard error of calibration), and the standard error for checking is called SEP (standard error of prediction).

図5は外部バリデーションを実施の模式図である。   FIG. 5 is a schematic diagram illustrating the implementation of external validation.

(1)〜(16)のサンプルデータがあった場合、(1)〜(8)のデータを使用して検量線を作成し、この検量線を用いて(9)〜(16)のデータを計算して、予測誤差(計算値と実測値の差)を計算する。   When there is sample data of (1) to (16), a calibration curve is created using the data of (1) to (8), and the data of (9) to (16) is created using this calibration curve. Calculate to calculate the prediction error (difference between the calculated value and the measured value).

(2)内部バリデーション:
サンプルデータを有効に使った方法である。
(2) Internal validation:
This method uses sample data effectively.

この方法で求めた標準誤差はSEV(standard error of validation)と呼ばれる。   The standard error obtained by this method is called SEV (standard error of validation).

内部バリデーションはサンプル数が少なくてもよいので便利である。   Internal validation is convenient because it requires fewer samples.

図6は内部バリデーションの模式図である。   FIG. 6 is a schematic diagram of internal validation.

(1)〜(8)のサンプルデータがあった場合、まず(1)を検量線データから外し(2)〜 (8)で検量線を作成して(1)を計算し、(1)の予測誤差を計算する。次に(2)を外し、同様に予測誤差を計算、これを全てのデータで繰り返す。   If there is sample data of (1) to (8), first remove (1) from the calibration curve data, create a calibration curve by (2) to (8) and calculate (1). Calculate the prediction error. Next, (2) is removed, the prediction error is calculated in the same manner, and this is repeated for all data.

最適な成分数は、二つの方法とも、成分数を1から増やしていき、標準誤差が最小の成
分数とする。
The optimum number of components is increased by increasing the number of components from 1 and the number of components with the smallest standard error in both methods.

NIPALS法;
PLS回帰分析法の計算アルゴリズムは、大きくわけて3つある。NIPALS法、固値法、BIDIAGONALIZATION法である。
NIPALS method;
There are roughly three calculation algorithms for the PLS regression analysis method. These are the NIPALS method, the solid value method, and the BIDIAGONALIZATION method.

一般的な方法はNIPALS法であるが、インフォメトリックス社の汎用ソフトウェアーであるピロエットはBIDIAGONALIZATION法を用いている。   A general method is the NIPALS method, but Pyroet, which is general-purpose software of Infometrics, uses the BIDIAGONALZATION method.

ここでは、最もわかりやすく、一般的なNIPALS法による計算方法を記す。   Here, the calculation method based on the most general NIPALS method will be described.

PLSモデル:
Xを説明変数、yを目的変数とすると、スペクトルは、数1で表される(数1では、マトリックス中にスペクトルもあわせて示してある。)
PLS model:
When X is an explanatory variable and y is an objective variable, the spectrum is expressed by Formula 1 (In Formula 1, the spectrum is also shown in the matrix).

Figure 0005678148
Figure 0005678148

吸光度スペクトル波形解析による濃度推定モデルの場合、x(n,d)は、波長d、計測番号nの時の吸光度である。y(n)は計測番号nの時の濃度である。Nは計測数(サンプル数)、Dは波長の分割数(説明変数の数)である。   In the case of the concentration estimation model based on the absorbance spectrum waveform analysis, x (n, d) is the absorbance at the wavelength d and the measurement number n. y (n) is the concentration at the time of measurement number n. N is the number of measurements (number of samples), and D is the number of wavelength divisions (number of explanatory variables).

PLS法では、以下の数2,3の二つの基本式を考える。   In the PLS method, the following two basic formulas 2 and 3 are considered.

Figure 0005678148
Figure 0005678148

Figure 0005678148
Figure 0005678148

但し、上添え字のTは転置行列の意である。   However, the superscript T means a transposed matrix.

このとき、Tは潜在変数、Pはローディング、qは係数、EはXの残差、fはyの残差、である。また、taはa成分目の潜在変数ベクトル、paはa成分目のローディングベクトルであり、それぞれ数4〜6であらわされる。   At this time, T is a latent variable, P is loading, q is a coefficient, E is a residual of X, and f is a residual of y. Furthermore, ta is a latent variable vector of the a component, and pa is a loading vector of the a component, which are expressed by equations 4 to 6, respectively.

Figure 0005678148
Figure 0005678148

Figure 0005678148
Figure 0005678148

Figure 0005678148
Figure 0005678148

t(n,a)は、a成分目の計測番号nの潜在変数である。Aは成分数で1〜Nの範囲内を選択できる。モデルの特徴を表すのは、上位6番目くらいまでの成分であり、それ以上は予測誤差を低下させる。最適な成分数Aの決定は、クロスバリデーションを行うことで決定する。p(a,d)は、a成分目の波長dのローディングである。また、q(a)はa成分目の係数である。   t (n, a) is a latent variable of measurement number n of the a component. A can be selected from 1 to N in terms of the number of components. The features of the model are the components up to the top six, and more than that reduces the prediction error. The optimum component number A is determined by performing cross validation. p (a, d) is the loading of the wavelength d of the a component. Q (a) is a coefficient of the a component.

PLS法では、Xの情報をyのモデリングに直接用いるのではなく、Xの情報の一部を潜在定数tに変換して、tを用いてyをモデリングする。   In the PLS method, the information of X is not directly used for modeling of y, but a part of the information of X is converted into a latent constant t and y is modeled using t.

潜在定数t:
taはXの線形結合であるとすれば、数7であらわされる。
Latent constant t:
If ta is a linear combination of X, it is expressed by Equation 7.

Figure 0005678148
Figure 0005678148

ここでwaは重みベクトルと呼ばれる。   Here, wa is called a weight vector.

Figure 0005678148
Figure 0005678148

w(d,a)は、a成分目の波長dの重み係数である。   w (d, a) is a weighting coefficient of the wavelength d of the a component.

第一成分の計算:
まず、成分が一つの場合(a=1)を計算する。
Calculation of the first component:
First, the case where there is one component (a = 1) is calculated.

成分aが一つの場合数2、数3は以下の数9、数10になる。   When there is one component a, Equations 2 and 3 become Equations 9 and 10 below.

Figure 0005678148
Figure 0005678148

Figure 0005678148
Figure 0005678148

数7より数11となる。   From Equation 7, Equation 11 is obtained.

Figure 0005678148
Figure 0005678148

wのノルムは1になるようにすると数12となる。   When the norm of w is set to 1, Equation 12 is obtained.

Figure 0005678148
Figure 0005678148

PLSのモデルは、yとtとの相関を大きくすると同時にtの分散を大きくすることである。これを満たす条件は、数13のyとtの共分散Sが最大になるポイントである。   The PLS model is to increase the correlation between y and t while increasing the variance of t. The condition that satisfies this is the point at which the covariance S of y and t in Equation 13 is maximized.

Figure 0005678148
Figure 0005678148

ここで、wのノルムを1とする制約条件でSが最大になる条件をLagrangeの未定乗数法を用いて求める。   Here, a condition that maximizes S under a constraint condition where the norm of w is 1 is obtained using the Lagrange's undetermined multiplier method.

Figure 0005678148
Figure 0005678148

Figure 0005678148
Figure 0005678148

関数Gは変数wの関数なので、Gをw(d,1)について偏微分して次の関係を得る。   Since the function G is a function of the variable w, G is partially differentiated with respect to w (d, 1) to obtain the following relationship.

Figure 0005678148
Figure 0005678148

Figure 0005678148
Figure 0005678148

数17の両辺にw(d,1)を掛ける。   Multiply both sides of Equation 17 by w (d, 1).

Figure 0005678148
Figure 0005678148

さらにdについての総和をとる。   Furthermore, the sum total about d is taken.

Figure 0005678148
Figure 0005678148

ここで、‖w1‖=0の制約条件より、   Here, from the constraint condition of ‖w1‖ = 0,

Figure 0005678148
Figure 0005678148

数16の左辺は、S=yTtの定義なので、2μはyTtの値となる。したがって、S=yTtが最大になる最大のwの値は数21で与えられる。   Since the left side of Equation 16 is defined as S = yTt, 2μ is a value of yTt. Therefore, the maximum value of w that maximizes S = yTt is given by Equation 21.

Figure 0005678148
Figure 0005678148

w1のノルムは1なのでwは数22となる。   Since the norm of w1 is 1, w is given by Equation 22.

Figure 0005678148
Figure 0005678148

潜在変数tは、数23によって求まる。   The latent variable t is obtained by Equation 23.

Figure 0005678148
Figure 0005678148

数9のローディングベクトルp1は、Xの残差Eの要素の二乗和が最小になるように求める。   The loading vector p1 of Equation 9 is obtained so that the sum of squares of the elements of the residual E of X is minimized.

Figure 0005678148
Figure 0005678148

数10の係数qaは、yの残差ベクトルfの要素の二乗和が最小になるように条件から数25のように求める。   The coefficient qa in Expression 10 is obtained as in Expression 25 so that the sum of squares of elements of the residual vector f of y is minimized.

Figure 0005678148
Figure 0005678148

第二成分以降の計算:
第二成分のモデル式は以下のように書ける。
Calculation after the second component:
The model equation for the second component can be written as

Figure 0005678148
Figure 0005678148

Figure 0005678148
Figure 0005678148

ここで、成分数1のモデリングでXのうちt1p1Tが使われ、yのうちt1q1が説明に使われたので、残っている情報を数28,29とおきかえることができる。   Here, since t1p1T of X is used for modeling of the number of components 1 and t1q1 of y is used for explanation, the remaining information can be replaced with equations 28 and 29.

Figure 0005678148
Figure 0005678148

Figure 0005678148
Figure 0005678148

Xnewとynewを用いると、数26,27は   Using Xnew and ynew, equations 26 and 27 are

Figure 0005678148
Figure 0005678148

Figure 0005678148
Figure 0005678148

となる。
これは、成分番号が一つ増えた以外は数9、数10と同じ式である。
It becomes.
This is the same formula as Equations 9 and 10, except that the component number is increased by one.

したがって、第一成分と同様にt2、p2、q2を求めることができる。このループを繰り返すことで、第三成分以降の算出ができる。   Therefore, t2, p2, and q2 can be obtained similarly to the first component. By repeating this loop, the third and subsequent components can be calculated.

回帰ベクトルbの算出
必要な成分数A回繰り返し計算をしたモデル式は以下のように書ける。
Calculation of regression vector b The number of required components A model equation that is repeatedly calculated A can be written as follows.

Figure 0005678148
Figure 0005678148

Figure 0005678148
Figure 0005678148

数33の潜在変数tに数7を代入すると推定するモデル式は   The model formula for estimating that substituting equation 7 into the latent variable t of equation 33 is

Figure 0005678148
Figure 0005678148

上式にt1=Xw1を代入してXでまとめると   Substituting t1 = Xw1 into the above formula and summing up with X

Figure 0005678148
Figure 0005678148

ここで、数36のように、ある説明ベクトルxに対して、目的変数yを推定するモデル式に変換する。   Here, as shown in Equation 36, a certain explanatory vector x is converted into a model expression for estimating the objective variable y.

Figure 0005678148
Figure 0005678148

ここで、bは回帰ベクトルと呼ばれるもので、数37であらわされる。   Here, b is referred to as a regression vector, and is expressed by Equation 37.

Figure 0005678148
Figure 0005678148

bは数35から、以下のように求められる。   b is obtained from Equation 35 as follows.

Figure 0005678148
Figure 0005678148

一般的なアルゴリズム:
以上、PLS1法のアルゴリズムは図7のようにまとめられる。
General algorithm:
The PLS1 method algorithm is summarized as shown in FIG.

図7は最適な成分数の決定のためのフローを簡単に記述したものである。
図7において、先ずPLS法による計算開始30から、成分をa=1に設定して第1成分を求め、次に数22で説明した第1成分の重みベクトルwaを演算32した後、そのwaを基に潜在変数tを演算33し、数24のローディングベクトルPaを演算34し、数25から係数qaを演算子、次に、数28,数29で説明した第2成分のモデルを設定36し、成分aをa=a+1とインクリメントし、step1で、次の成分の演算があるかどうかを判断し、あれば(yes)、すなわち第2成分の重みベクトルwaの演算に戻して、上述の演算32〜35を行った後、次の成分の設定36を行うと共に順次インクリメント37し、step1、成分の演算が必要数行った後(no)、数38で説明した回帰ベクトルbを演算して終了39する。
FIG. 7 simply describes the flow for determining the optimum number of components.
In FIG. 7, first, from the calculation start 30 by the PLS method, the component is set to a = 1 to obtain the first component, and then the weight vector wa of the first component described in Equation 22 is calculated 32, and then the wa The latent variable t is calculated 33 based on the above, the loading vector Pa of Expression 24 is calculated 34, the coefficient qa is calculated from Expression 25, and then the second component model described in Expressions 28 and 29 is set 36. Then, the component a is incremented to a = a + 1, and at step 1, it is determined whether there is an operation for the next component. If yes (yes), the operation returns to the operation of the weight vector wa of the second component. After performing the operations 32 to 35, the next component setting 36 is performed and the increment is sequentially performed 37. After step1 and the necessary number of component operations are performed (no), the regression vector b described in the equation 38 is calculated. End 39 That.

図8〜図11は、図7のフローチャートの詳細を示したもので、図8は開始時の設定フローチャート、図9はスペクトルデータを計算用配列に移すフローチャートとPSL重み関数w(a,d)の算出フローチャート、図10は潜在変数tの算出フローチャートと係数qの算出フローチャートとローディングベクトルPの算出フローチャート、図11は、回帰ベクトルの算出フローチャートを示す。   FIGS. 8 to 11 show details of the flowchart of FIG. 7, FIG. 8 is a flowchart for setting at the start, FIG. 9 is a flowchart for moving spectral data to a calculation array, and a PSL weighting function w (a, d) FIG. 10 is a calculation flowchart of the latent variable t, a calculation flowchart of the coefficient q, a calculation flowchart of the loading vector P, and FIG. 11 is a regression vector calculation flowchart.

以上のフローチャートにより求めた回帰ベクトルbより、未知のスペクトルとの積をとることにより塩化物イオン、炭酸カルシウムの濃度を測定することができる。   The concentration of chloride ions and calcium carbonate can be measured by taking a product with an unknown spectrum from the regression vector b obtained by the above flowchart.

上述した実施形態では、塩害因子の一例として、塩化物イオンの場合について説明したが、これに限らない。   In the above-described embodiment, the case of chloride ions has been described as an example of the salt damage factor, but the present invention is not limited to this.

同様に、中性化因子の一例として、炭酸カルシウムの場合について説明したが、これに限らない。例えば、水酸化カルシウムであってもよい。   Similarly, the case of calcium carbonate has been described as an example of the neutralizing factor, but is not limited thereto. For example, calcium hydroxide may be used.

上述した実施形態では、コンクリートの劣化要因として、塩害及び中性化の場合について説明したが、これに限らない。
すなわち、コンクリートは、塩害又は中性化の劣化要因によって劣化するのみでなく、複数の劣化要因によって、複合劣化がおこり、例えば、中性化した先端部分に塩化物イオンが集中して、鉄筋の腐食が早まること等がある。
In the embodiment described above, the case of salt damage and neutralization has been described as the deterioration factor of concrete, but the present invention is not limited to this.
That is, concrete deteriorates not only due to deterioration factors due to salt damage or neutralization, but also due to multiple deterioration factors, for example, complex deterioration occurs, for example, chloride ions concentrate on the neutralized tip part, and Corrosion may be accelerated.

例えば、吸収スペクトルからアルカリ骨材反応因子を検出してもよい。
すなわち、吸収スペクトルから総アルカリの濃度(総アルカリ量)や、反応性成分(いわゆる反応リム)の濃度を検出して、アルカリ骨材反応を診断するようにしてもよい。なお、総アルカリの濃度と反応性成分の濃度の両方を単独・同時に検出してもよい。
For example, the alkali aggregate reaction factor may be detected from the absorption spectrum.
That is, the alkali aggregate reaction may be diagnosed by detecting the total alkali concentration (total alkali amount) and the concentration of the reactive component (so-called reaction rim) from the absorption spectrum. Note that both the total alkali concentration and the reactive component concentration may be detected alone or simultaneously.

例えば、吸収スペクトルから硫酸塩腐食因子を検出してもよい。
すなわち、吸収スペクトルから硫酸の濃度を検出して硫酸化を診断するようにしてもよい。なお、硫酸の波長ピークは、約1.75μm付近である。
For example, a sulfate corrosion factor may be detected from the absorption spectrum.
That is, sulfation may be diagnosed by detecting the concentration of sulfuric acid from the absorption spectrum. The wavelength peak of sulfuric acid is around 1.75 μm.

また、上述した実施形態では、塩害因子や中性化因子を直接検出可能な波長域(塩害因子の場合は2.26μm近傍、中性化因子の場合は1.42μm近傍)を用いて検出しているが、これに限らない。
つまり、ある劣化因子を直接検出することができると知られている波長域とは異なる波長域において、吸収スペクトルの波長ピークの相関をとって、その劣化成分を検出するようにしてもよい。
Further, in the above-described embodiment, detection is performed using the wavelength range in which salt damage factors and neutralization factors can be directly detected (in the vicinity of 2.26 μm in the case of salt damage factors and in the vicinity of 1.42 μm in the case of neutralization factors). However, it is not limited to this.
That is, the degradation component may be detected by correlating the wavelength peak of the absorption spectrum in a wavelength range different from the wavelength range known to be able to directly detect a certain degradation factor.

具体的には、2.26μm近傍の波長域とは異なる波長域(例えば1.0〜2.0μm等)において、吸収スペクトルの波長ピークの相関をとって、塩害因子又は塩化物イオン濃度を検出する。   Specifically, the salt damage factor or chloride ion concentration is detected by correlating the wavelength peak of the absorption spectrum in a wavelength range different from the wavelength range near 2.26 μm (for example, 1.0 to 2.0 μm). To do.

また、1.42μm近傍の波長域とは異なる波長域(例えば2.0〜2.5μm等)において、吸収スペクトルの波長ピークの相関をとって、中性化因子、炭酸カルシウム濃度又は水酸化カルシウム濃度を検出する。   Further, in the wavelength range different from the wavelength range in the vicinity of 1.42 μm (for example, 2.0 to 2.5 μm), the neutralization factor, calcium carbonate concentration or calcium hydroxide is obtained by correlating the wavelength peak of the absorption spectrum Detect concentration.

また、1.75μm近傍の波長域とは異なる波長域(例えば2.0〜2.5μm等)において、前記吸収スペクトルの波長ピークの相関とって、硫酸塩腐食因子又はその濃度を検出する。   Further, in a wavelength range different from the wavelength range near 1.75 μm (for example, 2.0 to 2.5 μm, etc.), the sulfate corrosion factor or its concentration is detected as the correlation between the wavelength peaks of the absorption spectrum.

このように、吸収スペクトルの波長ピークの相関をとるのは、吸収スペクトルの吸収ピークの変動を考慮するためである。
すなわち、コンクリート内に含まれる骨材種類(砂、砂利、石の種類・採取地)に起因する吸収スペクトルの吸収ピークの変動を考慮して、上述した劣化成分を検出するようにしてもよい。
また、コンクリート内に含まれる水分量に起因する吸収スペクトルの吸収ピークの変動を考慮して、上述した劣化成分を検出するようにしてもよい。
更に、コンクリート内に含まれるセメント量に起因する吸収スペクトルの吸収ピークの変動を考慮して、上述した劣化成分を検出するようにしてもよい。
これにより、コンクリートの劣化要因(劣化成分)を高精度に検出することが可能とな
る。
Thus, the correlation of the wavelength peak of an absorption spectrum is taken in order to consider the fluctuation | variation of the absorption peak of an absorption spectrum.
That is, the above-described deterioration component may be detected in consideration of the change in the absorption peak of the absorption spectrum caused by the aggregate type (sand, gravel, stone type / collected ground) contained in the concrete.
Moreover, you may make it detect the degradation component mentioned above in consideration of the fluctuation | variation of the absorption peak of the absorption spectrum resulting from the moisture content contained in concrete.
Furthermore, the above-described deterioration component may be detected in consideration of the fluctuation of the absorption peak of the absorption spectrum due to the amount of cement contained in the concrete.
Thereby, it becomes possible to detect the deterioration factor (deterioration component) of concrete with high precision.

したがって、上述した実施形態では、0.9〜2.5μmの波長域の範囲で測定を行っているが、これに限らない。0.9μm以下、2.5μm以上の波長域であってもよい。また、劣化要因に応じて或いは使用機器の能力(仕様)に応じて、波長域の範囲を任意に変更してもよい。また、本実施形態に示すように、複数の波長域の範囲に分けて測定を行ってもよい。   Therefore, in the above-described embodiment, the measurement is performed in the wavelength range of 0.9 to 2.5 μm, but is not limited thereto. The wavelength range may be 0.9 μm or less and 2.5 μm or more. Further, the wavelength range may be arbitrarily changed according to the deterioration factor or according to the capability (specification) of the device used. Further, as shown in the present embodiment, the measurement may be performed by dividing into a plurality of wavelength ranges.

そして、上述したコンクリートの劣化を診断方法により得られたデータを、蓄積し、データベース化することが好ましい。
これにより、コンクリート面に近赤外線を照射し、そのコンクリート面から反射される光を所定の波長域で分光分析してコンクリートの劣化を診断する際に、その検出結果とデータベースに保持されたデータとを対比することで、より正確かつ効率的に、コンクリートの劣化を高精度に判断することが可能となる。また、各劣化要因同士の影響関係、すなわち、複数の劣化要因による相乗作用を判断することも可能となるので、より正確かつ効率的に、コンクリートの劣化を高精度に判断することが可能となる。
And it is preferable to accumulate | store the data obtained by the deterioration diagnosis method of the concrete mentioned above, and to make it a database.
As a result, when the concrete surface is irradiated with near infrared rays and the light reflected from the concrete surface is spectroscopically analyzed in a predetermined wavelength range to diagnose the deterioration of the concrete, the detection result and the data held in the database By contrasting, it becomes possible to judge deterioration of concrete with high accuracy more accurately and efficiently. In addition, since it is possible to determine the influence relationship between each deterioration factor, that is, the synergistic action by a plurality of deterioration factors, it becomes possible to determine the deterioration of concrete more accurately and efficiently with high accuracy. .

10…光源
11…コンクリート面
13…光ファイバ
16…MEMS
17…光検出器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Light source 11 ... Concrete surface 13 ... Optical fiber 16 ... MEMS
17 ... Photodetector

Claims (4)

コンクリート面に近赤外線を照射し、そのコンクリート面から反射される光を所定の波長域で分光分析してコンクリートの劣化を診断する方法において、
採取した吸収スペクトルをケモメトリックス手法のPLS回帰分析法で処理して塩害因子又は塩化物イオン濃度を検出する際に、前記所定の波長域として、2.26μm近傍の波長域を用いずに、1.0μm〜2.0μmの波長域を用いることを特徴とするコンクリートの診断方法。
In the method of diagnosing concrete deterioration by irradiating the concrete surface with near infrared light and spectroscopically analyzing the light reflected from the concrete surface in a predetermined wavelength range,
When the collected absorption spectrum is processed by the PLS regression analysis method of the chemometrics method to detect the salt damage factor or the chloride ion concentration, as the predetermined wavelength range, the wavelength range near 2.26 μm is not used. A method for diagnosing concrete, characterized by using a wavelength range of 0.0 μm to 2.0 μm.
コンクリート面に近赤外線を照射し、そのコンクリート面から反射される光を所定の波長域で分光分析してコンクリートの劣化を診断する方法において、
採取した吸収スペクトルをケモメトリックス手法のPLS回帰分析法で処理して中性化因子、炭酸カルシウム濃度又は水酸化カルシウム濃度を検出する際に、前記所定の波長域として、1.42μm近傍の波長域を用いずに、2.0μm〜2.5μmの波長域を用いることを特徴とするコンクリートの診断方法。
In the method of diagnosing concrete deterioration by irradiating the concrete surface with near infrared light and spectroscopically analyzing the light reflected from the concrete surface in a predetermined wavelength range,
When detecting the neutralization factor, calcium carbonate concentration or calcium hydroxide concentration by processing the collected absorption spectrum with the PLS regression analysis method of chemometrics method, the wavelength range near 1.42 μm as the predetermined wavelength range A method for diagnosing concrete, characterized by using a wavelength region of 2.0 μm to 2.5 μm without using a material.
コンクリート面に近赤外線を照射し、そのコンクリート面から反射される光を所定の波長域で分光分析してコンクリートの劣化を診断する方法において、
採取した吸収スペクトルをケモメトリックス手法のPLS回帰分析法で処理して硫酸塩腐食因子又はその濃度を検出する際に、前記所定の波長域として、1.75μm近傍の波長域を用いずに、2.0μm〜2.5μmの波長域を用いることを特徴とするコンクリートの診断方法。
In the method of diagnosing concrete deterioration by irradiating the concrete surface with near infrared light and spectroscopically analyzing the light reflected from the concrete surface in a predetermined wavelength range,
When the collected absorption spectrum is processed by the PLS regression analysis method of the chemometrics method to detect the sulfate corrosion factor or its concentration, the predetermined wavelength region is not a wavelength region near 1.75 μm, but 2 A method for diagnosing concrete characterized by using a wavelength range of 0.0 μm to 2.5 μm.
コンクリート面に近赤外線を照射し、そのコンクリート面から反射される光を所定の波長域で分光分析してコンクリートの劣化を診断する際に用いられるデータベース装置であって、
請求項1から請求項3のうちいずれか一項に記載のコンクリートの診断方法により得られた検出データを保持することを特徴とするデータベース装置。
A database device used for diagnosing deterioration of concrete by irradiating a concrete surface with near infrared rays and spectroscopically analyzing light reflected from the concrete surface in a predetermined wavelength range,
The database apparatus characterized by hold | maintaining the detection data obtained by the diagnostic method of the concrete as described in any one of Claims 1-3.
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