JP5946638B2 - 非破壊検査方法 - Google Patents

Description

この発明は、例えば橋脚などのコンクリート体内に設けられている鉄筋の破断の有無を検出する非破壊検査方法に関する。

従来から、コンクリート内の鉄筋の欠陥を検出する非破壊検査方法が知られている（特許文献１参照）。

かかる非破壊検査方法は、コンクリートに埋設された鉄筋の長手方向に沿ってコンクリートの表面を永久磁石を移動させることにより、鉄筋を長手方向に沿って磁化させ、コンクリートの表面から漏れる垂直方向の磁束密度成分の分布から鉄筋の破断の有無を判断するものである。

特許第３７３４８２２号

しかしながら、このような非破壊検査方法にあっては、残留磁気の影響を受けないようにするために、飽和磁化に近い大きな磁化を鉄筋に与える必要があり、強力な磁力の永久磁石を用いている。このため、コンクリートの被りが浅い場合、永久磁石が鉄筋に近づき過ぎることになり、このような場合、永久磁石の影響により、所望の長手方向と逆方向の磁束まで大きくなってしまい、この結果、鉄筋内に長手方向に沿って一様な磁束が発生せず、破断の検出が困難になるという問題があった。

この発明の目的は、コンクリートの被りが浅い場合であっても、コンクリート内の鉄筋の破断を確実に検出することのできる非破壊検査方法を提供することにある。

請求項１の発明は、コンクリート体内に設けられた鉄筋を磁石によって磁化し、この後そのコンクリート体の表面上の磁束密度を測定することによって前記鉄筋の直線状部の破断の有無を検出する非破壊検査方法であって、
前記磁石を前記鉄筋の長手方向に沿って前記コンクリート体の表面上を移動させて該鉄筋を長手方向に沿って飽和磁化に近い状態で磁化させ、
この後、前記鉄筋を磁化させた位置から該鉄筋を飽和磁化させない所定距離離れた位置で、前記磁石を磁極の向きを変えずに該鉄筋の長手方向に沿って移動させることにより該鉄筋を再度長手方向に沿って磁化させて、該鉄筋の長手方向にほぼ一様の大きさの磁束を発生させ、
この後、前記コンクリート体の表面の垂直方向の磁束密度を測定することにより前記鉄筋の直線状部の破断の有無を検出することを特徴とする。

この発明によれば、コンクリートの被りが浅くても、コンクリート内の鉄筋の直線状部の破断を確実に検出することができる。

この発明に係る非破壊検査装置の構成を示したブロック図である。 コンクリート体に埋設されている鉄筋と、この鉄筋を真上から磁化させる磁石との位置関係を示した説明図である。 図２の平面図である。 鉄筋を真上から磁化させている途中の磁力線を示した説明図である。 鉄筋を真上から磁化させた後の磁力線を示した説明図である。 鉄筋に破断がある場合のコンクリート体の表面の垂直方向の磁束密度とその位置との関係を示したグラフである。 鉄筋に破断がない場合のコンクリート体の表面の垂直方向の磁束密度とその位置との関係を示したグラフである。 鉄筋を真上から磁化させ後、隣の鉄筋の真上の位置から検査する鉄筋を磁化させる状態を示す説明図である。 図７の平面図である。 鉄筋に破断がある場合の図７に示す磁化の状態における磁力線を示した説明図である。 鉄筋に破断がある場合の整磁を行ったときの磁力線を示した平面図である。 鉄筋に破断がない場合の整磁を行わなかったときの磁力線を示した平面図である。 鉄筋に破断がない場合の整磁を行ったときの磁力線を示した平面図である。 鉄筋の位置が分からない場合の鉄筋の磁化の方法を示した説明図である。 図１３の平面図である。 鉄筋の位置が分からない場合の測定法を示した説明図である。 磁気検知部を鉄筋の長手方向に走査して検査する方法を示した説明図である。 磁気検知部の他の走査方法を示した説明図である。 第２実施例の非破壊検査装置の構成を示したブロック図である。 第３実施例の非破壊検査装置の構成を示したブロック図である。 鉄筋の磁化の他の例の方法を示した説明図である。 図２０の平面図である。

以下、この発明に係る非破壊検査方法の実施の形態である実施例を図面に基づいて説明する。

［第１実施例］
図１において、１はコンクリート体であり、このコンクリート体１内には主鉄筋（鉄筋）２が複数並設されている。
［非破壊検査方法］
図２及び図３に示すように、検査対象である鉄筋２の真上のコンクリート体１の表面１Ａ上の位置Ｐ１に磁石５を置く。磁石５は、例えばＮｄ系のような希土類金属からなる永久磁石であるが電磁石であってもよい。また、磁石５の一端（図３において左端）がＳ極であり、他端（右端）がＮ極となっている。

この磁石５を例えば図３に示す左側から右方向に鉄筋２に沿って移動させていき、鉄筋２を長手方向に沿って磁化させる。つまり、鉄筋２が破断する位置の前後で鉄筋２を長手方向に沿って磁化させる。この場合の磁極の向きは上記と逆であってもよい。

いま、例えば図４に示すように、鉄筋２の途中に磁石５が位置しているとき、この磁石５と鉄筋２との離間距離が小さい場合、鉄筋２内には磁石５に近い位置（図４において右側）では左方向に向かう磁束Ｅ１が発生するとともに、磁石５から遠くなる位置（図４において左側）では、磁力の強力な磁石５の影響を受けて磁束Ｅ１の向きと反対方向である右方向の磁束Ｅ２（｜Ｅ１｜＞｜Ｅ２｜）が発生する。このため、着磁後（磁石５の撤去後）には、図５に示すように、鉄筋２の右側部分では左向きの磁束Ｅ１′が発生するが左側部分では磁束Ｅ１′より小さい左向きの磁束Ｅ３が発生する。

この状態で、コンクリート体１の表面１Ａの垂直方向の磁束密度を測定すると、図６及び図６Ａに示すグラフＧ１,Ｇ２となる。このグラフＧ１は鉄筋２に破断Ｈがある場合のグラフであり、グラフＧ２は鉄筋２に破断Ｈがない場合のグラフである。なお、グラフＧ１,Ｇ２とも鉄筋２を覆うコンクリート体１の被りの厚さが１００mmの場合を示す。

図６のグラフＧ１から分かるように、破断Ｈを挟む両側にピークＰａ１,Ｐａ２が発生するが、鉄筋２に破断Ｈがない場合でも、図６ＡのグラフＧ２に示すようにピークＰｂ１,Ｐｂ２らしきものが発生する。このため、鉄筋２の破断Ｈの有無を明確に判断できない場合がある。これは、磁石５によって鉄筋２を磁化する際に磁束Ｅ２（図４参照）が発生するためである。

この磁束Ｅ２の発生を解消するために、図７及び図８に示すように、検査対象の鉄筋２の隣りに並設された鉄筋２Ａの真上のコンクリート体１の表面１Ａ上の位置Ｐ２に磁石５を置く。そして、この磁石５を図８に示す左側位置から右方向へ移動させていき、鉄筋２を長手方向に沿って再度磁化（整磁）させる。この場合、磁石５の磁極の向きは図３の場合と同じにする。

鉄筋２Ａの途中に磁石５が位置しているとき、この磁石５と鉄筋２との離間距離が大きいので、図９に示すように、鉄筋２内には同方向の磁束Ｅ４,Ｅ５（Ｅ１＞Ｅ４,Ｅ５）が発生する。すなわち、鉄筋２のコンクリート体１の被りが浅くても鉄筋２の長手方向にほぼ一様な大きさの磁束を発生させることができる。

このため、鉄筋２Ａの着磁後（磁石５を取り除いた後）、鉄筋２には、破断Ｈがない場合、図１２に示すように等間隔の磁界が発生する。なお、整磁を行わなかった場合には、図１１に示すような磁力線が発生する。

鉄筋２に破断Ｈがある場合、図１０に示すように、破断Ｈを囲む磁界の閉曲線Ｊが形成される。この状態で、コンクリート体１の表面１Ａの垂直方向の磁束密度を測定すると、図６に示すグラフＧ３となる。

このグラフＧ３から分かるように、破断Ｈの部分でグラフＧ３の傾きがプラスに大きく傾くことになる。

鉄筋２に破断Ｈがない場合、図２及び図３に示すように鉄筋２を磁化させた後に図７及び図８に示すように鉄筋２を再度磁化させたときの磁束密度のグラフＧ４を図６Ａに示す。

上述のように、図６Ａに示すように鉄筋２に破断Ｈがない場合、グラフＧ４の傾きはほぼ一定となり、明らかに、破断Ｈがある場合の図６のグラフＧ３と異なる。このため、コンクリートの被りが浅くても、コンクリート体１内の鉄筋２の破断Ｈを確実に検出することが可能となる。

図１に示す２０は主鉄筋２の破断Ｈを検出する非破壊検査装置である。
［非破壊検査装置］
非破壊検査装置２０は、Ｚ方向（コンクリート体１の表面１Ａと直交する方向）の磁気を検出する磁気センサ１０を有する磁気検知部１１と、磁気センサ１０が検出する検出信号からコンクリート体１の表面１Ａに垂直方向の磁束密度を演算して求めるとともに、この求めた磁束密度のグラフを生成する演算部２１と、この演算部２１が生成した磁束密度のグラフを表示する表示部２２と、磁気検知部１１の移動距離を求める距離センサ３０と、演算部２１が求めた磁束密度と距離センサ３０が求めた距離とを記憶するメモリ２３とを備えている。距離センサ３０は磁気検知部１１に組み込まれている。

磁気センサ１０は、高感度の例えばＭＩセンサまたはフラックスゲート型センサまたはホール素子や超伝導量子干渉素子などである。
［測定方法］
次に、非破壊検査装置２０を用いて鉄筋の破断を検査する検査方法について説明する。

鉄筋２の位置が分かっている場合には、先ず、図２及び図３に示すように、検査を行う鉄筋２の真上のコンクリート体１の上面位置Ｐ１に磁石５を置き、この磁石５を鉄筋２の長手方向に沿って移動させていき、鉄筋２を長手方向に沿って飽和磁化に近い状態で磁化させる。この飽和磁化に近い状態の磁化により、検査前の鉄筋２の残留磁場の影響をなくすものである。

次に、図７及び図８に示すように、検査を行う鉄筋２の隣の鉄筋２Ａの真上のコンクリート体１の上面位置Ｐ２に磁石５を置き、上記と同様にしてこの磁石５を鉄筋２Ａの長手方向に沿って移動させていき、鉄筋２を長手方向に沿って磁化（整磁）させる。

この磁化の後、図１に示すように、非破壊検査装置２０の磁気検知部１１を鉄筋２に沿ってコンクリート体１の表面１Ａ上を移動させていく。

この磁気検知部１１の移動によって、距離センサ３０によりコンクリート体１の表面１ＡのＸ方向の移動位置が求められていく。また、磁気センサ１０が検出する磁気により各位置における磁束密度（表面１Ａと直交する磁束密度：Ｚ方向の磁束密度）が演算部２１によって求められていく。

メモリ２３には、距離センサ３０が求めた移動位置と、この移動位置に対応して演算部２１が求めた磁束密度が記憶されていく。

表示部２２には、メモリ２３に記憶された磁束密度と移動位置とに基づいて図６に示すグラフＧ３または図６Ａに示すグラフＧ４が表示される。

このグラフは、メモリ２３に記憶されたデータに基づいて演算部２１が生成し、表示部２２に表示させるものである。演算部２１は、演算した磁束密度と距離センサ３０が求めた移動位置とからグラフを生成するグラフ生成手段の機能を有する。

表示部２２に図６に示されるグラフＧ３が表示されれば、鉄筋２に破断Ｈが有りと判断することができ、図６ＡのグラフＧ４が表示されれば、鉄筋２に破断Ｈがなしと判断することができる。

上記実施例では、鉄筋２を長手方向に沿って磁化させた後、鉄筋２の隣の鉄筋２Ａの真上のコンクリート体１の上面位置Ｐ２に磁石５を置き、この磁石５を鉄筋２Ａの長手方向に沿って移動させて鉄筋２を長手方向に沿って磁化させるが、例えば、鉄筋２を長手方向に沿って磁化させた後、図２０に示すように、鉄筋２の真上のコンクリート体１の上面位置Ｐ１から上方へ所定距離だけ離れた位置に置き、この位置から図２１に示す鉄筋２の長手方向に沿って移動させて、鉄筋２を再度長手方向に磁化させてもよい。

つまり、鉄筋２の２回目の磁化の際には、鉄筋２から所定距離離間させて鉄筋２を飽和磁化させない位置から長手方向に沿って磁化させることができれば、どのような位置であってもよい。すなわち、上面位置Ｐ１から所定距離離間した位置であればよい。
［鉄筋の位置が分からない場合の測定方法］
次に、鉄筋２の位置が分からない場合の測定方法について説明する。

図１３及び図１４に示すように、検査範囲の端部となるコンクリート体１の表面１Ａの位置（実線の位置）に磁石５を置き、この磁石５を鉄筋２の長手方向に沿って移動させて鉄筋２を長手方向に沿って磁化させる。次に、実線の位置から所定距離離した位置（二点鎖線位置）に磁石５を置き、同様にして磁石５を鉄筋２の長手方向に沿って移動させて鉄筋２を長手方向に沿って磁化させる。これらの着磁作業を繰り返し行うことにより、磁石５が鉄筋２の真上近傍に位置（一点鎖線位置）した場合、鉄筋２を飽和磁化に近い状態で磁化させることができ、磁石５が破線の位置に位置した場合、鉄筋２を図７に示すように磁化（整磁）させることができることになる。

そして、非破壊検査装置２０の磁気検知部１１を図１５に示すように検査範囲の端部に置き、この磁気検知部１１を鉄筋２の長手方向に沿って移動させて磁束密度を測定していく。この後、磁気検知部１１を図１５の鎖線位置に位置させるとともに鉄筋２の長手方向に沿って移動させて磁束密度を測定していく。

これらの測定を繰り返し行う毎に磁気検知部１１の位置を図１５の右方向にずらしていくことにより、鉄筋２の真上の近傍に磁気検知部１１を位置させることができ、図６及び図６ＡのグラフＧ３,Ｇ４に示すように磁束密度を測定することができる。このため、コンクリート１の被りが浅くても鉄筋２の破断Ｈを確実に検出することができる。

上記実施例は、いずれも磁気検知部１１を鉄筋２の長手方向に移動させて磁束密度を測定しているが、図１６に示すように、鉄筋２と直交する方向に上または下から磁気検知部１１を走査して各位置における磁束密度を測定し、この各位置の測定結果から鉄筋２の長手方向に沿った磁束密度のグラフＧ３,Ｇ４（図６,６Ａ参照）を求めて、鉄筋２の破断Ｈを検出するようにしてもよい。

また、磁気検知部１１の走査は、図１７に示す矢印方向に走査してもよい。
［第２実施例］
図１８は第２実施例の非破壊検査装置２００の構成を示す。この非破壊検査装置２００は、メモリ２３に記憶されたグラフを微分する微分回路２０１と、この微分回路２０１が求めた微分値からグラフの傾きを予め設定した閾値以上であるから否かを判定して鉄筋２の破断Ｈを検出する傾き判定回路２０２と、この傾き判定回路２０２の判定結果とメモリ２３に記憶されたグラフを表示する表示部２０３とを備えている。
［動 作］
次に、非破壊検査装置２００の動作について説明する。

鉄筋２の位置が分かっている場合には、第１実施例と同様にして、図２及び図３に示すように検査を行う鉄筋２の真上の位置Ｐ１に磁石５を置き、この磁石５により鉄筋２を長手方向に沿って磁化させ、この後、図７及び図８に示すように、鉄筋２Ａの真上のコンクリート体１の上面位置Ｐ２に磁石５を置き、鉄筋２を磁化させる。

次に、非破壊検査装置２００の磁気検知部１１を鉄筋２に沿ってコンクリート体１の表面１Ａ上を移動させていく。この移動により、第１実施例と同様にしてメモリ２３には、距離センサ３０が求めた移動位置と、この移動位置に対応して演算部２１が求めた磁束密度が記憶されていく。また、演算部２１は、メモリ２３に記憶されたデータに基づいて図６に示すグラフＧ３または図６Ａに示すグラフＧ４を作成するとともにメモリ２３に記憶させる。

微分回路２０１はメモリ２３に記憶されたグラフを微分し、この微分回路２０１が求めた微分値から各位置におけるグラフの傾きを求めていく。鉄筋２に破断Ｈがない場合、図６ＡのグラフＧ４に示すように傾きはほぼ一定となるが、鉄筋２に破断Ｈがある場合、図６のグラフＧ３に示すように、破断Ｈの付近（０mmの位置）でグラフＧ３の傾きがプラス方向に大きく傾く。

傾き判定回路２０２は、閾値と比較してこのプラス方向の傾きを検出し、プラス方向の所定以上の傾きを検出した場合、破断Ｈがあると判定して表示部２０３に表示する。

鉄筋２の位置が分かっていない場合には、図１３及び図１４に示すように、鉄筋２を磁化させ、磁気検知部１１を図１５に示すように移動させて磁束密度を測定する。

また、磁気検知部１１を図１６または図１７に示すように走査して各位置の磁束密度を求め、鉄筋２の長手方向に対する磁束密度のグラフＧ３,Ｇ４を求め、このグラフＧ３,Ｇ４から磁束密度の変化の傾きを求めて鉄筋２の破断Ｈの有無を判定してもよい。鉄筋２の位置が分かっている場合も同様にして鉄筋２の破断Ｈの有無を判定してもよい。
［第３実施例］
図１９は第３実施例の非破壊検査装置３００の構成を示す。この非破壊検査装置３００は、互いにΔｘだけ離間した一対の磁気センサ１０Ａ,１０Ｂを有する磁気検知部３１０と、一対の磁気センサ１０Ａ,１０Ｂが検出する磁束密度の差ΔＢｚを求める差分回路３０１と、差分回路３０１が求めた差ΔＢｚが閾値以上であるか否かを判定する傾き判定回路３０２と、求めた差ΔＢｚが閾値以上であるとき鉄筋２に破断Ｈがあることを表示する表示部２２とを備えている。

一対の磁気センサ１０Ａ,１０Ｂは、一定距離であるΔｘだけ離間しているので、磁気センサ１０Ａ,１０Ｂが検出する磁束密度Ｂｚ１,Ｂｚ２の差が鉄筋２の長手方向に対する磁束密度の変化の傾きを示すことになる。

測定方法は、先ず、第１実施例と同様にして鉄筋２を磁化させる。この後、磁気センサ１０Ａ,１０Ｂが鉄筋２の長手方向に沿って並ぶようにして、磁気検知部３１０をコンクリート体１の表面を移動させていく。

磁気検知部３１０の移動により、コンクリート体１の表面の各位置の磁束密度の変化が測定されることになり、その変化が閾値以上となると、鉄筋２に破断Ｈがあることが表示部２２に表示される。

この第３実施例の非破壊検査装置３００によれば、磁気センサ１０Ａ,１０Ｂを鉄筋２の長手方向に沿って並んでいれば、磁気検知部３１０は鉄筋２の長手方向や直交する方向以外に斜め方向や円を描くように移動させてもよいので、破断の検査は大変し易いものとなる。

上記実施例はいずれも直線状に延びた鉄筋２の破断を検出する方法について説明したが、コンクリート体の角部で屈曲する鉄筋の屈曲部の破断を検出する場合にも、上記の整磁方法を適用することができる（屈曲部の破断検出方法は、特願２００８−３３０２８７号に記載されているので、ここでは省略する）。

例えば、コンクリート体の角部の一方の表面と他方の表面から磁石によって鉄筋を磁化させ、この後、各面で上記のようにして整磁を行えばよい。

この発明は、上記実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

１ コンクリート体
１Ａ 表面
２ 鉄筋（診断対象の鉄筋）
２Ａ 鉄筋（診断対象の隣りの鉄筋）
５ 磁石

Claims (2)

1. コンクリート体内に設けられた鉄筋を磁石によって磁化し、この後そのコンクリート体の表面上の磁束密度を測定することによって前記鉄筋の直線状部の破断の有無を検出する非破壊検査方法であって、
   前記磁石を前記鉄筋の長手方向に沿って前記コンクリート体の表面上を移動させて該鉄筋を長手方向に沿って飽和磁化に近い状態で磁化させ、
   この後、前記鉄筋を磁化させた位置から該鉄筋を飽和磁化させない所定距離離れた位置で、前記磁石を磁極の向きを変えずに該鉄筋の長手方向に沿って移動させることにより該鉄筋を再度長手方向に沿って磁化させて、該鉄筋の長手方向にほぼ一様の大きさの磁束を発生させ、
   この後、前記コンクリート体の表面の垂直方向の磁束密度を測定することにより前記鉄筋の直線状部の破断の有無を検出することを特徴とする非破壊検査方法。
2. 最初の前記鉄筋の磁化は、該鉄筋の真上の位置から行い、この後の磁化は、その鉄筋の隣りに並設された鉄筋の真上の位置から行うことを特徴とする請求項１に記載の非破壊検査方法。