JP6234742B2 - プレストレスコンクリート構造物のグラウトの充填状態を評価する方法 - Google Patents

Description

本発明は、内部に金属製のシース管が配されたコンクリートであって、シース管の内部に、プレストレス鋼材が配され、シース管とプレストレスコンクリート鋼材の間隙にグラウトが充填されたプレストレスコンクリート構造物の、グラウトの充填状態を評価する方法に関するものである。

プレストレスコンクリート（以下、単にＰＣという）構造物とは、コンクリートの内部に、金属製のシース管が貫通した状態で配置され、そのシース管の内部に、金属製のＰＣ鋼材が通され、シース管内部に、ＰＣ鋼材を通した状態でグラウトが充填された構造物のことである。
ＰＣ鋼材は、予め引張力を作用させることで、圧縮力には強く、引張力には弱いコンクリートの弱点を克服する役割を果たしている。

グラウトは、金属製のシース管内を完全に充填し、PC鋼材防錆保護し、構造部材コンクリートとＰＣ鋼材を付着により一体とするセメントペースト（非磁性体）である。
このＰＣ構造物は、コンクリートの内部に設けられるシース管内に、ＰＣ鋼材を通し、ＰＣ鋼材に対し、引張力を作用させた状態とし、この状態で、シース管の内部にグラウトを充填することによって、構築される。

この構築のための施工が正常な場合、グラウトは、シース管内に未充填領域を残すことなく、密に充填される。
しかしながら、施工不良が発生した場合、シース管内に、グラウトの未充填領域、即ち、空隙が発生し、PC鋼材が、空隙内に露出することがある。
このような施工不良が発生すると、空隙に露出したＰＣ鋼材が腐食を開始し、これによって、ＰＣ鋼材の破断が発生する。

ＰＣ鋼材には、予め引張力が作用しているので、この破断により、コンクリート部材や構造物の性能低下、橋梁等の構造物の破壊、落橋等につながる場合がある。また、ＰＣ鋼材は、鋼より線や鋼棒が使われているが、鋼橋では、鋼材の破断による鋼棒の飛び出しで、第三者被害を招く問題も発生している。
このため、ＰＣ構造物におけるグラウトの充填の施工不良箇所を早期に調査し、未然に事故防止する必要があり、グラウトの充填状況を評価し、グラウトの未充填領域を効率よく検出する技術が求められている。

このようなグラウトの未充填領域を検出する従来技術として、特開２００６−９０７９９（特許文献１）がある。
この従来技術は、シース管の外壁に１対の電極を配し、これら１対の電極が、シース管およびグラウトを介してキャパシタを構成するようにし、一方の電極に高周波を印加して、他方の電極で受信した高周波を解析することにより、グラウトの未充填領域を検出しようとするものである。
しかしながら、この従来技術では、シース管の外面に、予め電極を配置しておく必要があって、作業の煩雑性が高く、また、シース管全体としての未充填領域の有無を確認することはできても、未充填領域の位置を正確に特定することは困難であり、また、受信する高周波も、電極とＰＣ鋼材の相対位置によって変化することもあり、受信結果の解析も容易ではない、という問題があった。

特開２００６−９０７９９号公報

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであって、グラウトの充填状態の評価をＰＣ構造物を破壊することも、ＰＣ構造物の作成時に特殊な評価機材を埋設することもなく、簡単かつ確実にできるようにし、グラウトの未充填領域の位置、さらには、グラウトの充填状況、具体的には、グラウトの充填率を特定し、グラウトの充填状態を評価できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１発明に係るプレストレスコンリート構造物のグラウトの充填状態を評価する方法は、
コンクリートの内部に金属製のシース管を有し、シース管の内部に予め引張力を作用させたプレストレスコンクリート鋼材が配置され、プレストレスコンクリート鋼材が配置されたシース管の内部にグラウトを充填して製造されるプレストレスコンリート構造物のグラウトの充填状態を評価する方法であって、
電磁誘導加熱により、シース管を加熱する加熱ステップと、
シース管の加熱によってコンクリートに拡散する熱量を、シース管の周囲のコンクリート表面の温度を計測することによって取得する計測ステップと、
コンクリート表面の計測温度が、グラウトが「健全」に充填されている状態のコンクリート表面の計測温度である基準温度より高い場合、その領域にはグラウトの未充填領域が存在することを判定する判定ステップと、
基準温度に対する、コンクリート表面の計測温度の差異からグラウトの充填率を特定する充填率特定ステップと、
未充填領域の有無、及び、グラウトの充填率の予測値の少なくとも一方を表示し、グラウトの充填状態を評価に供する評価ステップと
からなることを特徴とする。

また、第２発明に係るプレストレスコンリート構造物のグラウトの充填状態を評価する方法は、第１発明において、
計測ステップが、
コンクリート表面の温度を、赤外線サーモグラフィを介して計測する
ことを特徴とする。

また、第３発明に係るプレストレスコンリート構造物のグラウトの充填状態を評価する方法は、第１または第２発明において、
充填率特定ステップにおいて、
グラウトの充填状態が「健全」の基準温度からの上昇率αが、下記式（１）によって得られ、
グラウト充填率βが、下記式（２）によって特定される請求項１または２に記載のプレストレスコンリート構造物のグラウトの充填状態を評価する方法：

なお、前記式（１）において、Ｔ_ｍａｘは、ＰＣ構造物のコンクリート表面の最高温度、Ｔ_ｉｎｉは、ＰＣ構造物のコンクリート表面の初期温度、Ｔ_{ｍａｘ健全}は、「健全」のコンクリート表面の最高温度、Ｔ_{ｉｎｉ健全}は、「健全」の初期温度とする
ことを特徴とする。

また、第４発明に係るプレストレスコンリート構造物のグラウトの充填状態を評価する方法は、第１から第３発明のいずれかにおいて、
加熱ステップにおいて、
電磁誘導の磁界が、シース管に到達し、かつ、シース管で遮断され、プレストレスコンクリート鋼材には到達しない
ことを特徴とする。

また、第５発明に係るプレストレスコンリート構造物のグラウトの充填状態を評価する方法は、第１から第４発明のいずれかにおいて、
判定ステップが、
コンクリート表面の温度変化から、計測領域の温度上昇率を計算し、予め定められた基準上昇率より高い温度上昇率を有する計測領域には、グラウトの未充填領域が存在することを判定する
ことを特徴とする。

また、第６発明に係るプレストレスコンリート構造物のグラウトの充填状態を評価する方法は、第１から第５発明のいずれかにおいて、
判定ステップが、充填率特定ステップを含み、
計算された温度上昇率に応じ、対応する計測領域のグラウト充填率を予測する
ことを特徴とする。

上記の第１発明では、コンクリート表面の温度から、グラウトの未充填領域を特定するので、何らの事前施工や、構造物の破壊をすることなく、簡単、確実、かつ、迅速に低コストでグラウトの未充填領域を特定できる。

上記の第２発明では、第１の作用効果に加え、汎用の赤外線サーモグラフィを利用するので、特殊な専用品を準備する必要がなく、その上、得られた計測結果の解析も、汎用のアプリケーションを使用することができ、低コストで簡単に導入できるようになる。

上記の第３発明では、第１及び第２発明の作用効果に加え、充填状態の評価を確実に実行できるようになる。

上記の第４発明では、第１から第３発明の作用効果に加え、ＰＣ鋼材が電磁誘導によって直接発熱する、または、加熱されることがないので、ＰＣ鋼材の加熱に起因するＰＣ構造物全体の強度の低下を防止することができる。

上記の第５発明では、第１から第４発明の作用効果に加え、グラウトの未充填領域の位置の特定をさらに効率よく実行できる。

上記の第６発明では、第１から第５発明の作用効果に加え、グラウトの充填率を具体的に予測し、グラウトの充填状態を詳細に評価することが可能になるので、グラウトの充填状態に対応した最適な対応をとることができるようになり、製品コストを効果的に抑制することができる。

図１は本発明にかかるＰＣ構造物のグラウトの充填状態を評価する方法の第１実施例の構成を示す概念図である。 図２は図１に示したＰＣ構造体の内部に、グラウトの未充填領域が発生した状態を示す側断面概念図である。 図３は図１の電磁誘導コイルにより発生する交番磁界を示す説明図である。 図４は図１に示したＰＣ構造物のコンクリート表面の温度を計測する状態を示す概念図である。 図５は図４においてグラウトの充填率が５０％である場合の概念図である。 図６は図４においてグラウトの充填率が０％である場合の概念図である。 図７は図４から図６における表面温度の変化の概念の一例を示すグラフである。 図８は図４から図６における表面温度の実測値の一実施例を示すグラフである。 図９は図８の０秒から３０００秒区間を拡大したグラフである。 図１０はグラウトの充填状態が「健全」の場合のシース管及びＰＣ鋼材の温度変化を示すグラフである。 図１１はグラウトの充填状態が「半充填」の場合のシース管及びＰＣ鋼材の温度変化を示すグラフである。 図１２はグラウトの充填状態が「充填なし」の場合のシース管及びＰＣ鋼材の温度変化を示すグラフである。 図１３は基準温度および実測温度の比と、グラウト充填率の関係を示すグラフである。 図１４は本発明にかかるＰＣ構造グラウトの充填状態を評価する方法の第２実施例の評価対象となるＰＣ構造物の上面図である。 図１５は図１４に示したＰＣ構造物の側面図である。 図１６は図１４に示したＰＣ構造物の端面図である。 図１７は図１４に示したＰＣ構造物の未充填領域におけるシース管内部の軸直角断面図である。 図１８は図１４に示したＰＣ構造物の健全領域におけるシース管内部の軸直角断面図である。 図１９は実施例２におけるＰＣ構造体および試験体の実際の温度変化を示すグラフである。 図２０は図１９におけるＰＣ構造体の健全領域と未充填領域の温度履歴の概念を示すグラフである。 図２１は実施例２における加熱領域と見充填領域の関係を示す説明図である。

本発明は、ＰＣ構造物のシース管を加熱、具体的には、電磁誘導により加熱し、コンクリートの温度を計測し、その温度変化に応じて、シース管の内部に充填されたグラウトの充填状態を評価するものである。
以下、実施例に基づき、本発明を詳細に説明する。

まず、図１から図７に基づき、本発明にかかるＰＣ構造物のグラウトの充填状態を評価する方法の実施例１を説明する。
図１は本発明にかかるＰＣ構造物のグラウトの充填状態を評価する方法の実施例１の構成を示す概念図、図２は図１に示したＰＣ構造体の内部に、グラウトの未充填領域が発生した状態を示す側断面概念図、図３は図１の電磁誘導コイルにより発生する交番磁界を示す説明図、図４は図１に示したＰＣ構造物のコンクリート表面の温度を計測する状態を示す概念図、図５は図４においてグラウトの充填率が５０％である場合の概念図、図４においてグラウトの充填率が０％である場合の概念図、図７は図４から図６における表面温度の変化の概念の一例を示すグラフである。

図中、１は検査装置、１０は検査装置１の加熱装置、１００は加熱装置１０の高周波インバータ、１０１は高周波インバータ１００から電流の供給を受ける電磁誘導用コイルユニット、加熱装置１０の電磁誘導用コイルユニット、１０２は保護ボード、１１は温度計測装置、１１０は温度計測装置１１の制御部、１１１は温度計測装置１１の温度計測部、２はＰＣ構造物、２０はＰＣ構造物２のコンクリート、２１はＰＣ構造物のシース管、２１ａはシース管２１内の未充填領域、２２はＰＣ構造物２のＰＣ鋼材、２３はＰＣ構造物のグラウトである。

検査装置１は、加熱装置１０と、温度計測装置１１を具備する。
加熱装置１０は、高周波インバータ１００と、高周波インバータ１００から電流を供給される電磁誘導用コイルユニット１０１と、電磁誘導用コイルユニット１０１と後述のＰＣ構造物との間に挟まれる保護ボード１０２とを具備する。

高周波インバータ１００は、電磁誘導用コイルユニット１０１が電磁誘導のための交番磁界を発生させるために必要な電流を、電磁誘導用コイルユニット１０１に対して供給する。
電磁誘導用コイルユニット１０１は、移動可能なユニットになっており、内部に、鉛直な中心軸を周回する図示しないコイル部を有し、高周波インバータ１００からの電流の供給を受け、交番磁界を発生する。
この電磁誘導用コイルユニット１０１は、使用時に、後述の保護ボード１０２を挟んで、ＰＣ構造物の上面に載置される。

保護ボード１０２は、例えば、発泡スチレンボードのような断熱性と衝撃吸収性を備えたボードである。
この保護ボード１０２は、電磁誘導用コイルユニット１０１がＰＣ構造物２の上面に載置される際に、電磁誘導コイル部１０１が有する熱がＰＣ構造物２に影響しないようにすると共に、電磁誘導コイル部１０１及びＰＣ構造物の双方の接触による損傷を防止する。

温度計測装置１１は、制御部１１０と、制御部によって動作が制御される温度計測部１１１を具備する。
制御部１１０は、温度計測装置１１の全体の動作を制御するものであって、具体的には、予め定められたプログラムに応じ、温度計測、計算、評価、出力などを実行する。
温度計測部１１１は、赤外線サーモグラフィカメラであり、制御部１１０からの制御信号に応じて動作し、撮影対象、具体的には、ＰＣ構造物２の表面、言い換えれば、コンクリート２０の表面の温度を計測する。

ＰＣ構造物２は、長尺の角柱状であり、主要構造体であるコンクリート２０と、コンクリート２０の内部を貫通するシース管２１と、シース管２１の内部に配置されるＰＣ鋼材と、ＰＣ鋼材２２が配置されたシース管２１の空隙に充填されるグラウト２３とからなる。
コンクリート２０は、例えば、コンクリート構築物に使用されるコンクリートである。

シース管２１は、ＰＣ構造物２の長尺方向に沿って、ＰＣ構造物２の中央に配置されるものであり、従来から汎用のＰＣ構造物と同様に製造される。
このシース管２１は、金属製であり、交番磁界による電磁誘導によって電流が発生する。
ＰＣ鋼材２２は、シース管２１の内部を、シース管の長さ方向に沿って、予め引張力を作用させた状態で配置されるものである。

また、このＰＣ鋼材２２は、ＰＣ構造物２を横置きした状態で、シース管内部に置かれた状態で配置されるので、図１のシース管２１の下方向に位置する。
グラウト２３は、ＰＣ鋼材２２の防錆効果を有する配合がなされたセメントペースト（非磁性体）であり、ＰＣ鋼材２２が配置されたシース管２１の空隙に充填される。
このグラウト２３は、ＰＣ鋼材２２の防錆と共に、ＰＣ鋼材２２とシース管２１とコンクリート２０の一体性を実現し、ＰＣ構造物２の全体としての強度、耐用年数の向上に大きく寄与する。

このグラウト２３は、充填時にはペースト状であるため、施工不良によって、例えば、図２に示したように、未充填領域２１ａが発生することがある。
本発明は、この未充填領域２１ａの存在を判定することにより、ＰＣ構造物のグラウトの充填状態を評価するものである。

次に、上記の実施例１を用い、グラウトの充填状態の評価の方法について説明する。
まず、本発明では、図２に示したように、ＰＣ構造物２を横置きする。
このとき、シース管２１内で、ＰＣ鋼材２１が沈殿した位置になるようにする。
次に、ＰＣ構造物２の上面の温度計測位置または温度計測領域に、保護ボード１０２を挟んで、加熱装置１０の電磁誘導用コイルユニット１０１を載置する。

この載置位置は、シース管２１の直上である。
次に、高周波インバータ１００を作動させ、電磁誘導用コイルユニット１０１の図示しないコイル部で、図３に示したように、交番磁界１０１ａを発生させる。
この交番磁界１０１ａは、シース管２１に作用して電磁誘導を引き起こし、シース管に誘導電流が発生させる。

この電磁誘導によって、シース管２１が加熱される。
一方、発生する交番磁界１０１ａは、電磁誘導用コイルユニット１０１に対し、交番磁界１０１ａが強く作用するシース管２１の上側面より離れている上、シース管２１によって遮断されるため、シース管２１の内部のＰＣ鋼材２２には、作用しない、または、ほとんど作用しない。
このため、ＰＣ鋼材２２には、ＰＣ鋼材２２を加熱、または、加熱するような誘導電流は発生せず、電磁誘導による、品質を損なうような加熱はない。

次に、電磁誘導による加熱を予め定められた出力で、所定時間継続した後、加熱装置１０の作動を停止し、加熱を停止させる。
この継続時間は、シース管２１の加熱によって、シース管２１の温度上昇が停止するかほぼ停止すると共に、周囲のコンクリート２０の上面の表面温度には、変化が認められないか、ほとんど認められない程度の出力と時間とすることが望ましい。

具体的には、ＰＣ構造物２の大きさや構造、シース管２２の材質などに応じて変更できるが、予め、規定された電磁誘導出力と時間の範囲内で実施する。

次に、ＰＣ構造物２の上面から、加熱装置１０の電磁誘導用コイルユニット１０１と保護ボード１０２を除去する。
次に、加熱した領域を上方から温度計測部１１１で撮影し、計測位置、具体的には、シース管２１の直上位置の計測領域の表面温度を、経時時間に対応して計測し、温度変化を記録する。

次に、得られた表面温度の最高温度を特定する。
次に、この最高温度が、予め定められた基準温度より高い場合、その計測領域の直下には、グラウト２３の未充填領域が存在する、と判定する。
この基準温度は、グラウト２３の充填の施工不良がなく、「健全」（充填１００％）である基準領域で得られる最高温度を示す。

この基準温度は、予め試験計測で取得してもよいが、施工不良の頻度がそれほど高くない比較的安定した品質が見込まれるＰＣ構造物２を評価対象とする場合には、同一または同一タイプのＰＣ構造物２から得られた複数の計測家結果の最高温度のうち、低い温度範囲に集中した最高温度を基準とすることが可能である。
また、この基準温度として、熱伝導解析により取得された値としてもよい。
上記実施例は、以上のように、グラウト２３の未充填領域の存在の有無を判定することによって、ＰＣ構造物２のグラウト２３の充填状態を評価する。

ここで、グラウト２３の充填状況がＰＣ構造物の表面温度に与える影響について説明する。
図４に示したように、シース管２１内に未充填領域が生じないようグラウト２３を充填した場合を「健全（充填１００％）」、図５に示したように、シース管２１内に、シース管２１の断面積換算で約５０％の未充填領域が生じた場合を「半充填（充填５０％）」、図６に示したように、シース管２１内に、グラウトを全く充填しない場合を「充填なし（充填０％）」とする。

電磁誘導によって加熱されたシース管２１の熱は、コンクリート２０及びグラウト２３に拡散する。
「健全」の場合、シース管２１の内面全面にグラウト２３が接触しているため、シース管２１の熱は、シース管２１の内面全体からグラウト２３に効率よく拡散し、シース管２１の外面からコンクリート２０に拡散する熱量は、相対的に小さくなる。

「半充填」の場合、シース管２１の内面の上側半分がグラウト２３とは接触せず、未充填領域、即ち、空気に面する。
空気の熱伝導率は約０．０３Ｗ／ｍ℃、コンクリート（グラウト）の熱伝導率は約２．０Ｗ／ｍ℃であって、空気は断熱性が高い。
このため、シース管２１の熱は、グラウト２３に対し、未充填領域に面した内面からはほぼ拡散せず、シース管２１の内面の半面（図５では下側半分）からしか拡散しない。

この結果、シース管２１の熱のグラウト２３に対する熱拡散の効率は低下し、これによって、シース管２１の外面からコンクリート２０に拡散する熱量は、相対的に大きくなる。
「充填なし」の場合、シース管２１にはグラウトは充填されていないので、グラウトに拡散する熱はない。

このため、「充填なし」では、シース管２１の熱は、シース管２１の外面からコンクリート２０のみに拡散し、これによって、シース管２１の外面からコンクリート２１に拡散する熱量は最大化する。

上記の通り、グラウト２３の充填状態に応じ、コンクリート２０に拡散する熱量が変化するため、ＰＣ構造物２の表面の計測領域または計測位置（図４から図６では便宜上×印で示す。）の表面温度は、例えば、図７に示したグラフのように経時変化する。
このグラフは、温度変化の傾向を示すものであり、表面最高温度が、グラウトの充填状態に応じて変化、具体的には、充填状態が「健全」のときには表面最高温度が低く、充填状態が「半充填」から「充填なし」に変わるに従い、表面最高温度が高くなる。

本実施例では、「健全」の表面最高温度が基準温度となり、表面最高温度が、基準温度の温度レベルより高い計測位置の直下には、シース管２１内に、グラウト２３の未充填領域２１ａが存在すると判定することができる。
このようなＰＣ構造物の表面最高温度と、グラウトの充填状態の相関関係に基づき、本発明では、グラウトの充填状態が評価される。

次に、図８及び図９に基づき、上記実施例１に示した方法で試験計測した表面温度の温度変化について説明する。
図８は図４から図６における表面温度の実測値の一実施例を示すグラフ、図９は図８の０秒から３０００秒区間を拡大したグラフである。
図８及び図９のグラフにおいて、温度上昇量のピークが認められる領域では、「健全」、「底面半充填」及び「充填なし」の値を示すマークの群によって、明らかに３本のラインが形成されている。
これらのラインのうち、一番上の群は、「充填なし」、真ん中のラインは、「底面半充填」、一番下のラインは、「健全」を示すものである。

まず、この試験計測の概要について説明する。
この試験計測では、「健全」、「半充填」及び「充填なし」の３本のＰＣ構造物が使用された。
これらの外寸は、長さ５００ｍｍ、高さ１６５ｍｍ、奥行き１６５ｍｍの長尺の四角柱である。

シース管の外径は、直径４５ｍｍであり、シース管は、ＰＣ構造物の長手方向に沿って、その中央を貫くものである。
従って、このＰＣ構造物におけるシース管からＰＣ構造物の外表面までの最短距離、すなわち「かぶり」は、６０ｍｍとなる。

そして、３本のＰＣ構造物のうち、「健全」のシース管には、グラウトを緊密に充填し、「半充填」のシース管には、シース管内部空間の略上半分が空洞になるようグラウトを充填し、「充填なし」のシース管には、内部にＰＣ鋼材のみを載置する。
この３本のＰＣ構造物の上面中央を、電磁誘導用コイルユニットを介し、出力１．６Ｗで１８０秒間電磁誘導によって加熱する。

この電磁誘導により、シース管が加熱されたところで、電磁誘導用コイルユニットなどをＰＣ構造物の上面から排除し、ＰＣ構造物の上面中央の表面温度を温度計測部で計測した。

計測結果は、図８および図９に示したが、実際の試験においても、表面温度の上昇量は、「健全」＜「半充填」＜「充填なし」となり、最高表面温度は、「健全」が最低で、「充填なし」が最高となった。
この試験結果からも、本実施例では、ＰＣ構造物のグラウトの充填状態を適切に評価できることが確認できた。

次に、図１０から図１２に基づき、上記実施例１に示した方法で電磁誘導による加熱を実施した場合のＰＣ鋼材に対する加熱の影響の試験について説明する。
図１０はグラウトの充填状態が「健全」の場合のシース管及びＰＣ鋼材の温度変化を示すグラフ、図１１はグラウトの充填状態が「半充填」の場合のシース管及びＰＣ鋼材の温度変化を示すグラフ、図１２はグラウトの充填状態が「充填なし」の場合のシース管及びＰＣ鋼材の温度変化を示すグラフである。
なお、図１０から図１２のグラフにおいて、経過時間の開始から５００秒までの間は、明確にシース管とＰＣ鋼材の温度変化に明確な相違が認められる領域では、シース管及びＰＣ鋼材の値を示すマークの群によって、明らかに２本のラインが形成されている。
これらのラインのうち、上側のラインはシース管の温度、下側のラインはＰＣ鋼材の温度変化を示すものである。

この試験には、以下の点以外は、上記の表面温度の計測試験と同様の３本のＰＣ構造物を用いた。
すなわち、この試験で用いられるＰＣ構造物のシース管と、ＰＣ鋼材には、それぞれ熱電対を取り付けておき、それぞれの温度を計測できるようにした。

その上で、１８０秒間電磁誘導により加熱し、シース管及びＰＣ鋼材の温度変化を計測した。
この結果、充填状態に応じ、シース管の最高到達温度は、図８及び図９における試験と同様に、グラウトの充填が少ないほど高くなる一方、全ての充填状態において、ＰＣ鋼材の最高到達温度には大きな相違がなく、その温度も、ＰＣ鋼材の品質に影響するほど高くはなく、電磁誘導による加熱は、ＰＣ鋼材には直接影響しないことがわかった。

次に、図１３に基づき、ＰＣ構造物の表面温度に対するグラウトの充填状態の関連性について説明する。
図１３は基準温度および実測温度の比と、グラウト充填率の関係を示すグラフである。

上記図８及び図９における試験結果から、ＰＣ構造物の表面、即ち、コンクリート表面の初期温度から最高温度に至る上昇率を、「健全」の基準温度上昇率で無次元化した割合即ち、基準温度からの上昇率αを横軸とし、グラウトの充填率βを縦軸としてグラフにすると、両者には一定の規則性が認められることが判明した。
この基準温度からの上昇率αは、以下の式により求めた。

上記式（１）中、Ｔ_ｍａｘは、ＰＣ構造物のコンクリート表面の実測の最高温度、Ｔ_ｉｎｉは、ＰＣ構造物のコンクリート表面の実測の初期温度、Ｔ_{ｍａｘ健全}は、「健全」のコンクリート表面の最高温度、Ｔ_{ｉｎｉ健全}は、「健全」の初期温度である。
また、無次元化した割合αは、ここでは、「健全（充填率１００％）」の基準温度からの温度上昇率を示すものである。

ここで、グラウト充填率βは、「健全（充填率１００％）」の基準温度からの温度上昇率αによって特定される。

なお、基準温度Ｔ_{ｍａｘ健全}は、初期温度Ｔ_{ｉｎｉ健全}、外気温Ｔ_ａ、シース管までの距離ｄ、シース管内径φ、シース管の肉厚ｔ、電磁誘導出力ｅ、電磁誘導時間ｔ_ａを変数とした下記式（３）で表される。

上記の関係式を用いれば、ＰＣ構造物の表面温度から、グラウトの充填率を予測することができ、計測対象となったＰＣ構造物のグラウトの充填状態を具体的に評価できるようになって、ＰＣ構造物の充填状態に応じた効果的な対応が可能になる。
さらに、図１３のグラフを利用し、上昇率αの数値から、充填率を予測することも可能である。

次に、図１４から図２１に基づき、本発明にかかるＰＣ構造物のグラウトの充填状態を評価する方法の実施例２について説明する。
なお、実施例２の主要構成は、実施例１と同様であるので、重複する説明は省略し、相違点を中心に説明する。
この実施例２では、グラウトの部分的な充填状態の違いによる、表面温度の変化について検証する。

図１４は本発明にかかるＰＣ構造グラウトの充填状態を評価する方法の第２実施例の評価対象となるＰＣ構造物の上面図、図１５は図１４に示したＰＣ構造物の側面図、図１６は図１４に示したＰＣ構造物の端面図、図１７は図１４に示したＰＣ構造物の未充填領域におけるシース管内部の軸直角断面図、図１８は図１４に示したＰＣ構造物の健全領域におけるシース管内部の軸直角断面図、図１９は実施例２におけるＰＣ構造体および試験体の実際の温度変化を示すグラフ、図２０は図１９におけるＰＣ構造体の健全領域と未充填領域の温度履歴の概念を示すグラフ、図２１は実施例２における加熱領域と見充填領域の関係を示す説明図である。

図中、３はＰＣ構造物、３０はコンクリート、３１はシース管、３１ａは未充填領域、３１ｂは健全領域、３１ｃは健全領域、３２はＰＣ鋼材、３３はグラウト、４は電磁誘導用コイルユニットである。
なお、図１４から図１６において、ＰＣ鋼材３２は省略してある。

ＰＣ構造物３の外寸は、全長５００ｍｍ、高さ１６５ｍｍ、奥行き１６５ｍｍの長尺四角柱である。
この実施例におけるＰＣ構造物３の表面の計測位置は、一方の端部から２５０ｍｍ、一方の端部から１５０ｍｍの２点であり、図１４および図１５では便宜上×印で示した。

シース管３１の外径は、直径４５ｍｍであり、シース管３１はＰＣ構造物３の長手方向に沿って、その中央を貫くものである。
グラウト３３は、ＰＣ構造物３の両端から、それぞれ、２００ｍｍの領域まで充填されており、シース管３１の中央部分には、未充填領域３１ａが、シース管３１の両端領域には、健全領域３１ｂ、３１ｃが形成される。

従って、シース管３１内のグラウト３３の充填状態は、端部から２５０ｍｍの位置では、図１７に示したように未充填であり、端部から１５０ｍｍの位置では、図１８に示したように、健全である。
なお、実施例２では、表面温度の変化を比較するため、ＰＣ構造物３と同様の寸法で、グラウトを全く充填しない「充填なし」の試験体を作成する。
この充填なしの試験体の表面温度の計測位置は、一方の端部から２５０ｍｍの位置とする。

ＰＣ構造物３および充填なしの試験体を、実施例１と同様に加熱し、両者に設定された計測位置の表面温度の変化を計測した。
この表面温度の変化は、図１９に示した通りである。
なお、図１９のグラフでは、一番下の群がＰＣ構造物３の健全領域、真ん中の群がＰＣ構造物３の未充填領域、一番上の群が充填なしの試験体の計測結果を示す。

図１９のグラフに基づくと、ＰＣ構造体の健全領域と見充填領域の温度履歴の概念は図２０に示した通りである。
図２０のグラフによると、表面温度が最高温度に達する、加熱からｔ_ｍａｘ時間経過時の未充填領域の温度Ｔ_ｍａｘ ^２と、健全領域の温度Ｔ_ｍａｘ ^１は、Ｔ_ｍａｘ ^２＞Ｔ_ｍａｘ ^１となる。
また、ｔ_ｍａｘ時間から長時間ｔ′経過時の未充填領域の温度Ｔ′^２と、健全領域の温度Ｔ′^１は、Ｔ′^２＞Ｔ′^１となる。

上記の結果から、以下の事実が判明する。
１）グラウト自体は、加熱され、温度が上昇すると、直ちに放熱する傾向が強いので、グラウトの健全領域では、グラウトへの蓄熱は少なく、また、ＰＣ構造体の上面からの加熱による熱は、上面側のコンクリートからグラウトに伝わり、その熱は側面および下面側のコンクリートに速やかに伝わり、グラウトから放熱される。このように、グラウトの熱は、ＰＣ構造体のコンクリート全体に分散するので、ＰＣ構造体の上面の温度だけが局所的に大きく上昇しない。

２）グラウトの未充填領域では、ＰＣ構造体の上面からの加熱による熱は、未充填領域の空気によって断熱され、コンクリート全体、特に、下面側には伝わり難く、ＰＣ構造体の上面の温度だけが局所的に大きく上昇する。

３）グラウトの未充填領域の空気は、ＰＣ構造体の上面からの加熱によって、徐々に蓄熱が進み、その空気の蓄熱の影響により、時間の経過に伴う表面温度の減少が緩和される。
４）表面温度の減少割合は、蓄熱した空気からの放熱の影響により、健全状態に比べ、未充填領域の方が小さい。

５）未充填領域の体積が小さいほど、未充填領域に対する蓄熱は集中し、温度が高くなる。
６）シース管内に蓄熱される熱量は、広い実充填領域（充填なし）＞部分的な未充填領域＞健全領域となる。

次に、実施例２において、部分的に未充填領域が存在するＰＣ構造物における温度−グラウト充填率の関係式について説明する。
図２１に示すように、電磁誘導用コイルユニット４によって均一に加熱が実行される領域の長さを示す均一加熱領域長をｌとし、未充填領域長をｌ_ａとすると、空洞領域長係数γは、以下の式によって表される。

そして、部分的に未充填領域が存在する際の温度−グラウト充填率関係式は以下の式によって表される。
なお、β′はグラウト充填率、ｆ（α）は式（２）で表される均一加熱領域長よりも十分に長い未充填領域を有する際のグラウト充填率、αは基準温度からの温度上昇率を示すものとする。

上記の関係式により、表面温度とグラウトの充填率との関連性が明らかになる。
このため、上記の関係式を用いることによって、ＰＣ構造体のコンクリートの表面温度からグラウトの充填率を推測できるようになる。

なお、上記実施例において、ＰＣ構造物の形状や大きさは、上記の実施例に限定されるものではなく、本発明は、様々なタイプのＰＣ構造物のグラウトの充填状態を評価することができる。

また、電磁誘導による出力と加熱時間は、シース管を加熱するに足る充分な出力と時間であれば、上記実施例に限定されるものではない。
また、上記の実施例では、ＰＣ構造物の表面温度を赤外線サーモグラフィで計測したが、他の温度計測手段を介して、温度を計測するようにしてもよい。

また、保護ボードは、電磁誘導用コイルユニットに一体化させたものであってもよく、また、作業条件によっては、使用しないことも可能である。
さらに、本発明は、本発明の範囲内で自由に設計変更し得るものであり、上記実施例に限定されるものではない。

本発明では、ＰＣ構造物を破壊することなく、グラウトの充填状況を簡単かつ確実に詳細に確認でき、単に、グラウト充填の施工不良の有無があるか否かだけではなく、必要に応じて、施工不良による未充填領域の範囲の特定、未充填領域の規模を特定することができ、さらには、ＰＣ構造物の表面温度から、未充填領域の割合まで予想することが可能である。

このため、本発明では、ＰＣ構造物の品質を一定以上に限定することが可能であり、施工不良のＰＣ構造物に対しては、除去や強化修理などの適切な対応をとることが可能になり、ＰＣ構造物を用いた建造物の信頼性や耐用年数を向上させることが可能になる点で、産業上の利用可能性が高い。

１ 検査装置
１０ 加熱装置
１００ 高周波インバータ
１０１ 電磁誘導用コイルユニット
１０２ 保護ボード
１１ 温度計測装置
１１０ 制御部
１１１ 温度計測部
２ ＰＣ構造物
２０ コンクリート
２１ シース管
２１ａ 未充填領域
２２ ＰＣ鋼材
２３ グラウト
３ ＰＣ構造物
３０ コンクリート
３１ シース管
３１ａ 未充填領域
３１ｂ 健全領域
３１ｃ 健全領域
３２ ＰＣ鋼材
３３ グラウト
４ 電磁誘導用コイルユニット

Claims (6)

1. コンクリートの内部に金属製のシース管を有し、シース管の内部に予め引張力を作用させたプレストレスコンクリート鋼材が配置され、プレストレスコンクリート鋼材が配置されたシース管の内部にグラウトを充填して製造されるプレストレスコンリート構造物のグラウトの充填状態を評価する方法であって、
   電磁誘導加熱により、シース管を加熱する加熱ステップと、
   シース管の加熱によってコンクリートに拡散する熱量を、シース管の周囲のコンクリート表面の温度を計測することによって取得する計測ステップと、
   コンクリート表面の計測温度が、グラウトが「健全」に充填されている状態のコンクリート表面の計測温度である基準温度より高い場合、その領域にはグラウトの未充填領域が存在することを判定する判定ステップと、
   基準温度に対する、コンクリート表面の計測温度の差異からグラウトの充填率を特定する充填率特定ステップと、
   未充填領域の有無、及び、グラウトの充填率の予測値の少なくとも一方を表示し、グラウトの充填状態を評価に供する評価ステップと
   からなる上記のプレストレスコンリート構造物のグラウトの充填状態を評価する方法。
2. 計測ステップが、
   コンクリート表面の温度を、赤外線サーモグラフィを介して計測する
   請求項１に記載のプレストレスコンリート構造物のグラウトの充填状態を評価する方法。
3. 充填率特定ステップにおいて、
   グラウトの充填状態が「健全」の基準温度からの上昇率αが、下記式（１）によって得られ、
   グラウト充填率βが、下記式（２）によって特定される請求項１または２に記載のプレストレスコンリート構造物のグラウトの充填状態を評価する方法：
   

   

   

   なお、前記式（１）において、Ｔ_ｍａｘは、ＰＣ構造物のコンクリート表面の最高温度、Ｔ_ｉｎｉは、ＰＣ構造物のコンクリート表面の初期温度、Ｔ_{ｍａｘ健全}は、「健全」のコンクリート表面の最高温度、Ｔ_{ｉｎｉ健全}は、「健全」の初期温度とする。
4. 加熱ステップにおいて、
   電磁誘導の磁界が、シース管に到達し、かつ、シース管で遮断され、プレストレスコンクリート鋼材には到達しない
   請求項１から３のいずれかに記載のプレストレスコンリート構造物のグラウトの充填状態を評価する方法。
5. 判定ステップが、
   コンクリート表面の温度変化から、計測領域の温度上昇率を計算し、予め定められた基準上昇率より高い温度上昇率を有する計測領域には、グラウトの未充填領域が存在することを判定する
   請求項１から４のいずれかに記載のプレストレスコンリート構造物のグラウトの充填状態を評価する方法。
6. 判定ステップが、充填率特定ステップを含み、
   計算された温度上昇率に応じ、対応する計測領域のグラウト充填率を予測する
   請求項１から５のいずれかに記載のプレストレスコンリート構造物のグラウトの充填状態を評価する方法。

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