JP5689035B2 - かぶりコンクリートの剥落形状計測装置、及び、かぶりコンクリートの剥落形状計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、かぶりコンクリートの剥落形状を計測する装置等に関する。

鉄筋コンクリート構造物は、老朽化するとかぶりコンクリートの剥落を起こすことがある。「かぶりコンクリートの剥落」とは、コンクリート内部の鉄筋が腐食し、その腐食生成物の膨張圧により、引っ張りに弱いコンクリートの非線形特性に基づいて鉄筋から表面部分までの最短距離部分、所謂「かぶり」部分を中心とした周辺部がひび割れ、はがれ落ちる現象である。

かぶりコンクリートの剥落は、落下して第三者に被害を及ぼす可能性があるので、構造物の維持管理者はその防止に努めることが望まれる。例えば、定期的な検査を励行することも有効とされ、ひび割れの進展の有無を高精度で検査する手法が考案されている（例えば、特許文献１参照）。また、積極的に剥落を抑制する工法を採用することも有効とされ、接着用ポリマーセメントモルタル及びメッシュ状シートでコンクリート構造物表面を被覆し、その上から水系塗料で被覆する工法などが考案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００９−１３３０８５号公報 特開２０１１−９９２０９号公報

かぶりコンクリートへの的確な対処のための一つのアプローチとして、非線形ＦＥＭ解析等により剥落のメカニズムを解明することが考えられている。但し、ＦＥＭ解析の結果を有効に活用するためには実証が必要となる。かぶりコンクリートの剥落に関して言えば、ＦＥＭ解析の結果と、実際のかぶりコンクリートの剥離状況との比較をより多くのケースで行うのが望まし。つまりは、どのような大きさや形状でかぶりコンクリートが剥落したかをより多く計測する必要がある。しかし、かぶりコンクリートの剥落が起きる現場は、高架橋の下面であったりトンネルの天井など容易には接近し難く、既存の計測装置では設置が難しかった。そのため、現場のかぶりコンクリートの剥落部の形状を計測することは行われていないのが現実であった。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされた、作業性に優れたかぶりコンクリート剥落形状計測装置を実現し、実際のかぶりコンクリートの剥落部を現場で計測可能とすることを目的とする。

以上の課題を解決するための第１の形態は、２次元の形状計測が可能な非接触式のセンサ（例えば、図１のレーザ変位センサ５）と、
鉄筋コンクリート構造におけるかぶりコンクリートの剥落部に所定距離離して対向させ、且つ、前記センサの２次元の計測方向に直交する方向に位置変化可能に前記センサを支持する可搬型のフレーム部（例えば、図１のフレーム部４）と、
を備え、前記センサの２次元の計測方向が、前記剥落部の鉄筋方向に直交するように配置されて使用される、かぶりコンクリートの剥落形状計測装置である。

第１の形態によれば、可搬型のフレーム部を用いることで、計測装置を容易に持ち込むことができる。また、鉄筋腐食に起因する剥落の解析にあたっては、鉄筋と直角方向の断面に対する力学的な破壊性状が重要となる。よって２次元の計測方向が鉄筋方向に直交するように計測できるので、ＦＥＭ解析の実証用データに適切な計測データを簡単に得ることができる。

第２の形態は、計測の間、ユーザの手で前記フレーム部を前記鉄筋コンクリート構造に押しつけて固定させるための把持部（例えば、図１の把持部８）、を更に備えた第１の形態のかぶりコンクリートの剥落形状計測装置である。

第２の形態によれば、第１の形態と同様の効果が得られるとともに、人力で計測装置を固定することができる。また、計測時の装置姿勢の維持が容易になる。

第３の形態は、前記フレーム部は、前記センサを、前記センサの２次元の計測方向に直交する方向にスライド自在に支持するリニアガイド（例えば、図１のリニアガイド１２）を有する、第１又は第２の形態のかぶりコンクリートの剥落形状計測装置である。

第３の形態によれば、第１又は第２の形態と同様の効果が得られるとともに、センサの移動をより正確に且つスムーズに実現できるので、測定精度を向上させることができる。また、センサの移動が容易に行えるので作業性が向上する。

第４の形態は、前記フレーム部が、前記剥落部の鉄筋方向に直交する方向に前記剥落部を跨ぐように２００ｍｍ以上５００ｍｍ以下の所定間隔をあけて設けられた脚部を有する、第１〜第３の何れかの形態のかぶりコンクリートの剥落形状計測装置である。

また、第５の形態は、前記フレーム部が、前記剥落部の鉄筋方向に直交する方向に前記剥落部を跨ぐように２００ｍｍ以上５００ｍｍ以下の所定間隔をあけて設けられた脚部と、前記脚部の底面と反対側の脚線方向上に設けられた、計測の間、ユーザの手で前記脚部を前記鉄筋コンクリート構造に押しつけて固定させるための把持部と、を有する、第１の形態のかぶりコンクリートの剥落形状計測装置である。

第４の形態によれば、第１〜第３の形態の何れかと同様の効果が得られるとともに、装置としての可搬性を確保しつつ、今までの剥落形状の測定結果の統計に基づき、十分な数の剥落部を測定可能となる。第５の形態についても同様である。

第６の形態は、幾何的な外形特徴を有し、前記剥落部の鉄筋方向に沿って前記剥落部上を架け渡すように仮止めされて前記剥落部とともに形状計測される基準ガイド（例えば、図４の基準ガイド２２）、を更に備えた第１〜第５の何れかの形態のかぶりコンクリートの剥落形状計測装置である。

第６の形態によれば、第１〜第５の形態の何れかと同様の効果が得られるとともに、基準ガイドを剥落部とともに形状計測させることで、計測ズレなどの補正が容易になる。

第７の形態は、第１〜第６の何れかの形態のかぶりコンクリートの剥落形状計測装置を、前記センサの２次元の計測方向が、前記剥落部の鉄筋方向に直交するように配置する配置ステップ（例えば、図８のステップＳ１０、Ｓ１６、Ｓ２０）と、
前記配置された状態で、前記センサによる２次元の形状計測と、当該２次元の計測方向に直交する方向に前記センサの位置を変更する位置変更とを繰り返す計測ステップ（例えば、図８のステップＳ１２）と、を含むかぶりコンクリートの剥落形状計測方法である。

第７の形態によれば、第１〜第６の形態の何れかの剥落形状計測装置を用いて、簡単に剥落形状を計測できる。

第８の形態は、第１〜第５の何れかの形態のかぶりコンクリートの剥落形状計測装置を用いたかぶりコンクリートの剥落形状計測方法であって、
幾何的な外形特徴を有する基準ガイドを、前記剥落部の鉄筋方向に沿って前記剥落部上を架け渡すように設置する基準ガイド設置ステップ（例えば、図８のステップＳ８、Ｓ１４）と、
前記剥落形状計測装置を、前記センサの２次元の計測方向が、前記剥落部の鉄筋方向に直交するように配置する配置ステップ（例えば、図８のステップＳ１０、Ｓ１６、Ｓ２０）と、
前記配置された状態で、前記センサによる２次元の形状計測と、当該２次元の計測方向に直交する方向に前記センサの位置を変更する位置変更とを繰り返す計測ステップ（例えば、図８のステップＳ１２）と、を含むかぶりコンクリートの剥落形状計測方法である。

第８の形態によれば、第１〜第５の形態の何れかの剥落形状計測装置を用いて、簡単にそして正確に剥落形状を計測できる。

剥落形状計測装置の構成例を示す側面図。 図１のＡ−Ａ断面図。 剥落形状計測装置の構成例を示す上面図。 計測時に使用される基準ガイドの例を示す（１）端面図、（２）長手方向側面図。 レーザ変位センサの計測可能範囲に対して剥離幅が狭い剥落部を計測する方法を説明するための図。 レーザ変位センサの計測可能範囲に対して剥離幅が広い剥落部を計測する方法を説明するための図。 レーザ変位センサの計測可能範囲に対して剥離幅が広い剥落部を計測する方法を説明するための図。 図計測手順の流れを説明するためのフローチャート。 最終的な計測データの形態例を示す図。 遮光フードを更に備えた剥落形状計測装置の変形例を示す側面図。 図１０のＢ−Ｂ断面図。

図１は、本発明を適用した剥落形状計測装置の構成例を示す側面図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図、図３は同上面図である。

剥落形状計測装置２は、側面視コの字型の可搬型のフレーム部４と、当該フレーム部によりスライド自在に支持されたレーザ変位センサ５とを備える。

フレーム部４は、下端が外向きＬ字に屈曲して接地部を形成する一対の脚部６と、設置部とは反対側の上端側に設けられた把持部８と、脚部６の上端部にボルト固定される天板部１０と、同フレーム部の上部に取り付けられたリニアガイド１２と、を備える。フレーム部４は、適宜各パーツに分解して計測現場まで運び込み、現場で組み立て使用することができる。

一対の脚部６の間隔は、下限２００ｍｍ、上限５００ｍｍとし、望ましくは２５０ｍｍ〜３００ｍｍとする。この間隔は、これまでの測定事例から定規等により測定した結果の統計結果から、計測装置の可搬性と測定可能な剥落部の頻度とから最適と推測される値である。

脚部６の高さは、レーザ変位センサ５のレーザ照射角θや焦点距離等の諸元により求められる計測可能幅Ｌが、計測面で２５０ｍｍ程度となるように適宜定められる。

天板部１０には、脚部間方向に沿って平行する２本の固定溝１１が設けられており、リニアガイド１２を脚部間方向の任意の位置で固定可能に構成されている。
つまり、リニアガイド１２は、フレーム部４に対して着脱自在に構成されており、分解して計測現場まで持ち込み、現場で適宜組み立てて使用することができる。

リニアガイド１２は、長さ２５０ｍｍ以上のレール１４と、当該レールに沿ってスライド自在に案内されるブロック１６と、レール内に設けられたボールネジ部１８と、当該ボールネジ部のシャフトを回動するモータ２０とを備える。

レール１４の長さは、これまでの測定事例から定規等により測定した結果の統計結果から、計測装置の可搬性と測定可能な剥落部の頻度とから好適と判断される長さに定められる。

モータ２０は、図示されない計測データ収集用のパソコン等により回転制御される。
ボールネジ部１８は、ブロック１６を稼動部とする。つまり、モータ２０の回転を適切に制御することで、ブロック１６を所定単位距離で段階的に移動させることができる。

ブロック１６には、レーザ変位センサ５が、レーザ照射方向を下方に向け、且つ２次元走査方向がリニアガイド１２のレール１４の案内方向と直交する姿勢で、着脱自在に固定されている。

レーザ変位センサ５は、計測対象に対して直線沿いにレーザ光を揺動照射して、或いはライン状の幅広レーザ光を照射して、その反射光を２次元ＣＣＤセンサやラインＣＣＤによって受光し、三角測量の原理を応用してレーザ光を照射した部分の測定対象までの距離を計測することのできる公知のセンサである。いわゆる２次元スキャン型のレーザ変位センサであり、２次元形状計測センサなどとも呼ばれる。
尚、ブロック１６とレーザ変位センサ５の連結には、適宜、連結ステー９を用いることができる。

図４は、計測時に使用される基準ガイド２２の例を示す（１）端面図、（２）長手方向側面図である。
基準ガイド２２は、測定範囲に含まれるようにして計測時に計測対象の近傍に設置される基準部材である。本実施形態では、正方形断面を有する直棒であり、長手方向側面には等間隔にメモリ２３が設けられている。計測範囲に基準ガイド２２を入れて計測することにより、基準ガイド２２が計測されたであろう部分を計測ズレ等の補正処理の基準として利用することができる。

図５は、レーザ変位センサ５の計測可能範囲Ｌに対して剥離幅が狭い剥落部を計測する方法を説明するための図である。
図５（１）に示すように、鉄筋３０が露出した剥落部３２の剥落幅Ｗ（鉄筋３０の長手方向と直交する方向の幅）が、レーザ変位センサ５の計測可能幅Ｌより小さい場合には、基準ガイド２２を鉄筋３０の露出長手方向３４とできるだけ平行にして剥落部３２の近傍に仮止めする。そして、剥落形状計測装置２の把持部８を持って、図５（２）に示すように剥落部３２に被せるようにして、脚部６の下端をコンクリート面に押し当てて固定する。この時、リニアガイド１２の案内方向が、鉄筋３０の露出長手方向３４とできるだけ平行になるようにして、そして剥落部３２がレーザ変位センサ５の計測可能幅Ｌ内に収まるようにする。

計測は、鉄筋３０の露出長手方向３４方向の一端側から他端側へ向けて、所定間隔（例えば、１０ｍｍ間隔）で実施される。図５（１）の上下方向の破線１本が１回の走査ラインを例示している。図に向かって左側、剥落部３２のやや外側を測定開始位置とし、段階的に相対位置を図に向かって、基準距離（例えば１０ｍｍ）移動させては計測し、また移動させては計測するを繰り返し、剥落部３２のやや右側に至るまで移動と計測とを繰り返して１回分の計測とする。尚、計測位置の移動は、モータ２０を所定回転角度回転させることで実現するが、モータ２０やボールネジ部１８を備えない構成の場合には、基準ガイド２２のメモリを頼りに、ブロック１６ごとレーザ変位センサ５を手動で移動させるものとする。

図６に示すように、剥落部３２の剥落幅Ｗがレーザ変位センサ５の計測可能幅Ｌより広い場合には、基準ガイド２２を鉄筋３０の真上を跨ぐように（より具体的には剥落部３２の周りのコンクリートに架け渡すように）仮止めする。尚、ここで言う「真上」とは剥落部３２に向かって手前側という意味である。例えば、天井面で剥落が起こっていれば実際には基準ガイド２２を鉄筋３０の下に仮止めすることになる。

そして、図７（１）に示すように、１回目計測の準備として、剥落形状計測装置２の把持部８を持って、鉄筋３０及び基準ガイド２２を含む剥落部３２の一方側（図７（１）における上側）を覆うようにして、脚部６の下端をコンクリート面に押し当てて固定する。この時、リニアガイド１２のガイド方向が、鉄筋３０の露出長手方向３４とできるだけ平行になるようにして、剥落部３２の鉄筋３０及び基準ガイド２２を含む一方側がレーザ変位センサ５の計測可能幅Ｌ内に収まるようにする。そして、１回目の計測を行う。

次に、２回目計測の準備として、剥落形状計測装置２の把持部８を持って、図７（２）に示すように、鉄筋３０及び基準ガイド２２を含む剥落部３２の他方側（図７（２）における下側）を覆うようにして、脚部６の下端をコンクリート面に押し当てて固定する。この時、リニアガイド１２のガイド方向が、鉄筋３０の露出長手方向３４とできるだけ平行になるようにして、剥落部３２の鉄筋３０及び基準ガイド２２を含む他方側がレーザ変位センサの計測可能幅Ｌ内に収まるようにする。そして、２回目の計測を行う。

２回の計測を行ったならば、１回目の計測結果（図７（３））と２回目の計測結果（図７（４））とを、それぞれに含まれている基準ガイド２２の部分３１を基準にして合成し、剥落部３２全体の形状を求める（図７（５））。

図８は、本実施形態の計測手順の流れを説明するためのフローチャートである。
先ず測定対象となる剥落部３２のコンクリートを洗浄し（ステップＳ２）、目視や定規により剥落部３２の大きさを測定する（ステップＳ４）。

もし、剥落部３２の剥落幅Ｗが計測可能幅Ｌ未満であれば（ステップＳ６のＹＥＳ）、剥落部３２の脇に基準ガイド２２を仮止めする（ステップＳ８；図５（１）参照）。そして、リニアガイド１２の案内方向を鉄筋３０の露出長手方向３４に合わせ、且つレーザ変位センサ５の計測可能範囲Ｌの中心を鉄筋３０の位置に合わせるように、把持部８を持って剥落形状計測装置２をコンクリートに押し当てて固定する（ステップＳ１０）。レーザ変位センサ５の２次元の計測方向と、リニアガイド１２の案内方向との相対関係からすれば、レーザ変位センサ５の計測方向が、剥落部３２の鉄筋方向に直交するように配置されることになる。そして、計測を行う（ステップＳ１２）。

もし、剥落部３２の短辺方向の幅が計測可能幅Ｌより大きいようであれば（ステップＳ６のＮＯ）、基準ガイド２２を鉄筋の真上に仮止めする（ステップＳ１４；図６参照）。

次いで、リニアガイド１２の案内方向を鉄筋３０の露出長手方向３４に合わせ、且つレーザ変位センサ５の計測可能範囲に鉄筋３０と基準ガイドを含むように、計測可能範囲が鉄筋３０を中心にして一方側の剥落部３２を覆うようにして剥落形状計測装置２をコンクリートに押し当てて固定する（ステップＳ１６）。そして、１回目の計測を行う（ステップＳ１８；図７（１）参照）。

続いて、剥落形状計測装置２を鉄筋３０を跨いで反対側を測定するように移動させる。すなわち、リニアガイド１２の案内方向を鉄筋３０の露出長手方向３４に合わせ、且つレーザ変位センサ５の計測可能範囲に鉄筋３０と基準ガイド２２を含むように、計測可能範囲が鉄筋３０を中心にして他方側の剥落部３２を覆うようにして剥落形状計測装置２をコンクリートに押し当てて固定する（ステップＳ２０）。そして、２回目の計測を行う（ステップＳ２２；図７（２）参照）。

２回の計測が終了したならば、それぞれの計測結果で基準ガイド２２を測定した結果と思われる部分（基準ガイド２２が、正方形断面の直棒であることから容易に分る）を位置合わせとして利用し、計測結果を合成して剥落部３２の全体形状の計測結果を生成する（ステップＳ２４；図７（５）参照）。最終的には、例えば図９に示すように、鉄筋３が露出した剥落部３２の３次元形状を得ることができる。

以上、本実施形態の剥落形状計測装置２によれば、装置を適当なサイズに分解して計測現場に持ち込み、現地で組み立てて測定を行うことができる。よって、橋脚やトンネルなど接近するのが比較的難しくても、比較的簡単に計測を行うことができる。
また、剥落形状計測装置２は可搬型であり、把持部８を持って押し当てるようにして固定すれば良いので測定がし易い。

尚、剥落形状計測装置２の構成は、上述の構成に限るものではなく、適宜構成要素の変更・追加・省略などをすることができる。例えば、図１０及び図１１に示すように、レーザ変位センサ５の周りに遮光フード４０を追加し、環境光が計測に与える影響を軽減させる構成としても良い。また、レーザ変位センサ５をモータ２０の駆動により自動で段階的に移動させて計測するとしたが、ボールネジ部１８及びモータ２０を省略し、手動により移動させるとしても良い。その際、レーザの照射位置を仮止めしている基準ガイド２２のメモリ２３を基準にすると計測精度を高めることができる。

また、上記実施形態では、リニアガイド１２を用いてレーザ変位センサ５の測定位置を移動させる構成としたが、リニアガイド１２を省略することができる。その場合、天板部１０に固定溝を設け、連結ステー９を固定する溝を変えることで、レーザ変位センサ５の測定位置の移動を実現する。

２…剥落形状計測装置
４…フレーム部
５…レーザ変位センサ
６…脚部
８…把持部
１０…天板部
１１…固定溝
１２…リニアガイド
１４…レール
１６…ブロック
１８…ボールネジ部
２０…モータ
２２…基準ガイド
２３…メモリ
３０…鉄筋
３２…剥落部
３４…露出長手方向
４０…遮光フード

Claims (4)

1. 鉄筋コンクリート構造におけるかぶりコンクリートの剥落部に２次元の形状計測が可能な非接触式のセンサを対向させ、当該剥落部に露出した鉄筋の直交方向における当該剥落部の断面形状を計測するためのかぶりコンクリートの剥落形状計測装置であって、
   前記センサの２次元の計測方向（以下「計測方向」という）に直交する方向（以下「計測直交方向」という）にスライド自在に前記センサを支持するリニアガイドと、
   前記計測方向に平行する固定溝が設けられ、当該固定溝の範囲で前記リニアガイドを前記計測方向の任意位置に固定する天板部と、
   前記計測方向に前記剥落部を跨ぐために２００ｍｍ以上５００ｍｍ以下の間隔をあけて上端部が前記天板部に固定された脚部と、
   前記脚部の底面と反対側の脚線方向上に設けられ、計測の間、ユーザの手で前記脚部を前記鉄筋コンクリート構造に押しつけるための把持部と、
   を分解および組み立て可能に備えた、かぶりコンクリートの剥落形状計測装置。
2. 幾何的な外形特徴を有し、前記剥落部の鉄筋方向に沿って前記剥落部上を架け渡すように仮止めされて前記剥落部とともに形状計測される基準ガイド、
   を更に備えた請求項１に記載のかぶりコンクリートの剥落形状計測装置。
3. 請求項１又は２に記載のかぶりコンクリートの剥落形状計測装置を、前記計測方向が、前記剥落部の鉄筋方向に直交するように配置する配置ステップと、
   前記配置された状態で、前記センサによる計測と、前記リニアガイドによる前記センサのスライドガイド方向への位置変更とを繰り返す計測ステップと、
   を含むかぶりコンクリートの剥落形状計測方法。
4. 請求項１に記載のかぶりコンクリートの剥落形状計測装置を用いたかぶりコンクリートの剥落形状計測方法であって、
   幾何的な外形特徴を有する基準ガイドを、前記剥落部の鉄筋方向に沿って前記剥落部上を架け渡すように設置する基準ガイド設置ステップと、
   前記剥落形状計測装置を、前記計測方向が、前記剥落部の鉄筋方向に直交するように配置する配置ステップと、
   前記配置された状態で、前記センサによる計測と、前記リニアガイドによる前記センサのスライドガイド方向への位置変更とを繰り返す計測ステップと、
   を含むかぶりコンクリートの剥落形状計測方法。