JP6746870B2 - Crack detection method - Google Patents
Crack detection method Download PDFInfo
- Publication number
- JP6746870B2 JP6746870B2 JP2017051525A JP2017051525A JP6746870B2 JP 6746870 B2 JP6746870 B2 JP 6746870B2 JP 2017051525 A JP2017051525 A JP 2017051525A JP 2017051525 A JP2017051525 A JP 2017051525A JP 6746870 B2 JP6746870 B2 JP 6746870B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electromagnetic wave
- difference
- crack
- detection method
- waveform data
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Description
本発明は、電磁波レーダを用いて鉄筋コンクリート構造物の内部に発生するひび割れを検出するひび割れ検出方法に関するものである。 The present invention relates to a crack detecting method for detecting a crack generated inside a reinforced concrete structure using an electromagnetic wave radar.
特許文献1及び非特許文献1,2に開示されているように、電磁波を用いたコンクリート構造物の検査方法は、種々提案されている。非特許文献1,2には、鉄筋コンクリート構造物に対して適用される非破壊試験の概要が記載されている。 As disclosed in Patent Document 1 and Non-Patent Documents 1 and 2, various methods for inspecting concrete structures using electromagnetic waves have been proposed. Non-Patent Documents 1 and 2 outline the nondestructive tests applied to reinforced concrete structures.
また、特許文献1には、コンクリート構造物の内部に発生する空洞やジャンカなどの欠陥部の種別を、電磁波レーダの反射波の測定結果から判別する方法が記載されている。 Further, Patent Document 1 describes a method of discriminating the type of a defective portion such as a cavity or a junker generated inside a concrete structure from the measurement result of a reflected wave of an electromagnetic wave radar.
しかしながら空洞やジャンカなどの比較的に広い範囲(厚さ10cm-20cm程度)に広がる内部の欠陥部を、電磁波レーダ法によって検出する技術は確立されて各方面で適用されているが、この方法ではコンクリートの内部に発生するヘアークラック(幅0.3mm以下)などの幅が小さなひび割れを検出することはできない。 However, the technology to detect internal defects that spread over a relatively wide range (thickness of 10 cm to 20 cm) such as cavities and junkers by the electromagnetic wave radar method has been established and applied in various fields. It is not possible to detect small cracks such as hair cracks (width 0.3 mm or less) that occur inside concrete.
すなわち、検出したい対象物が大きいか又はコンクリートの比誘電率との差が大きい物であれば、比誘電率が異なる物質の境界において電磁波波形の最大振幅が増減するため検出しやすくなるが、コンクリート内部に発生する水平ひび割れのような幅が微小な物は、電磁波レーダ法では検出が難しい。一方、内部に発生して表面に露出しない水平ひび割れをそのまま放置しておくと、コンクリート片の剥離や落下などへの対応が遅れるおそれがある。 That is, if the target object to be detected is large or has a large difference from the relative permittivity of concrete, the maximum amplitude of the electromagnetic wave waveform increases or decreases at the boundary of substances having different relative permittivities, but it is easy to detect concrete. It is difficult to detect an object with a small width such as a horizontal crack generated inside by the electromagnetic wave radar method. On the other hand, if the horizontal cracks that are generated inside and are not exposed on the surface are left as they are, the response to peeling or dropping of concrete pieces may be delayed.
そこで、本発明は、鉄筋コンクリート構造物の内部に発生するひび割れが微小であっても検出することが可能なひび割れ検出方法を提供することを目的としている。 Therefore, an object of the present invention is to provide a crack detection method capable of detecting even a small crack generated inside a reinforced concrete structure.
前記目的を達成するために、本発明のひび割れ検出方法は、電磁波レーダを用いて鉄筋コンクリート構造物の内部に発生するひび割れを検出するひび割れ検出方法であって、検査対象となる鉄筋コンクリート構造物の表面に対して、異なる時刻に電磁波レーダによる電磁波伝搬特性の測定を行う測定ステップと、異なる時刻の電磁波波形データを比較して差分を抽出する差分抽出ステップと、抽出された差分からひび割れの状態を推定する判定ステップとを備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above-mentioned object, the crack detection method of the present invention is a crack detection method for detecting a crack generated inside a reinforced concrete structure using an electromagnetic wave radar, and a crack is detected on the surface of the reinforced concrete structure to be inspected. On the other hand, the measurement step of measuring the electromagnetic wave propagation characteristics by the electromagnetic wave radar at different times, the difference extraction step of comparing the electromagnetic wave waveform data at different times and extracting the difference, and estimating the crack state from the extracted difference And a determination step.
ここで、前記測定ステップは、前記鉄筋コンクリート構造物の状態が変化する前後に行われることが好ましい。例えば、錆に起因して状態が変化する前後(錆が発生する前の腐食前と錆が発生した後の腐食後など)に測定を行う。 Here, it is preferable that the measuring step is performed before and after the state of the reinforced concrete structure is changed. For example, the measurement is performed before and after the state changes due to rust (such as before corrosion before rust occurs and after corrosion after rust occurs).
また、前記差分抽出ステップでは、異なる時刻の同一測定点の電磁波波形データを比較する際に、前記電磁波レーダの走査面位置を一致させるとともに、電磁波波形データの振幅が0となる位置が一致するように電磁波波形データの縮尺を調整する処理を行うことができる。 Further, in the difference extracting step, when comparing the electromagnetic wave waveform data of the same measurement point at different times, the scanning plane positions of the electromagnetic wave radar are made to coincide, and the positions where the amplitude of the electromagnetic wave waveform data becomes 0 coincide. In addition, it is possible to perform processing for adjusting the scale of the electromagnetic wave waveform data.
さらに、前記差分抽出ステップでは、異なる時刻の同一測定点の電磁波波形データの差分によって抽出された波形に対して、閾値を超えた箇所を抽出して状態変化箇所とする処理を行うことができる。
そして、前記判定ステップでは、抽出された差分から状態変化箇所を推定し、状態変化箇所の分布からひび割れの状態を推定することができる。
Further, in the difference extraction step, it is possible to perform a process of extracting a portion exceeding a threshold value as a state change portion with respect to the waveform extracted by the difference between the electromagnetic wave waveform data of the same measurement point at different times.
Then, in the determination step, the state change point can be estimated from the extracted difference, and the crack state can be estimated from the distribution of the state change points.
このように構成された本発明のひび割れ検出方法は、鉄筋コンクリート構造物の表面から測定された異なる時刻の電磁波波形データを比較して、差分を抽出することでひび割れの状態を推定する。 The crack detection method of the present invention thus configured estimates the crack state by comparing the electromagnetic wave waveform data at different times measured from the surface of the reinforced concrete structure and extracting the difference.
この異なる時刻がひび割れの発生前後の状態を示しているとすれば、抽出された差分はひび割れ又はそれに関係する因子に特定されるため、鉄筋コンクリート構造物の内部に発生するひび割れが微小であっても検出することができるようになる。 If these different times indicate the state before and after the occurrence of cracks, the extracted difference is specified by the cracks or factors related thereto, so even if the cracks generated inside the reinforced concrete structure are minute. You will be able to detect.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は、本実施の形態のひび割れ検出方法を説明するフローチャートである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a flow chart for explaining the crack detection method of this embodiment.
本実施の形態のひび割れ検出方法によれば、鉄筋コンクリート構造物の内部に発生する微小なひび割れであっても検出することができる。例えば、鉄筋コンクリート構造物の内部から発生して表面にひび割れが到達していないような状態の水平ひび割れなどの内部ひび割れを検出することができる。 According to the crack detection method of the present embodiment, even minute cracks that occur inside a reinforced concrete structure can be detected. For example, it is possible to detect internal cracks, such as horizontal cracks, which are generated from inside the reinforced concrete structure and have no cracks reaching the surface.
このような内部ひび割れには、鉄筋腐食によって発生して進展するものがある。そのメカニズムは、まず鉄筋腐食により錆が生成して、その膨張圧によって鉄筋周辺からひび割れが生じる。さらに、錆が生成するとひび割れ中に錆が滲出し、錆の移動がひび割れの進展に影響を及ぼす。すなわち、多くの場合、内部ひび割れ中には錆が存在していると考えられる。 Some of these internal cracks are generated and progress due to the corrosion of the reinforcing bars. The mechanism is that rust is first generated by corrosion of the reinforcing bar, and the expansion pressure causes cracks to occur around the reinforcing bar. Furthermore, when rust is generated, the rust exudes during the crack, and the movement of the rust affects the progress of the crack. That is, in many cases, it is considered that rust is present in the internal cracks.
そこで、本実施の形態のひび割れ検出方法では、錆又はそれに起因する状態変化を検出することによって鉄筋コンクリート構造物の内部に発生するひび割れを検出させる。このため、電磁波レーダによって錆が検出できることを、まず説明する。 Therefore, in the crack detection method of the present embodiment, cracks occurring inside the reinforced concrete structure are detected by detecting rust or a change in state caused by it. Therefore, the fact that rust can be detected by the electromagnetic wave radar will be described first.
図2は、電磁波レーダによって検出可能な物を確認するために行われた実験に使用した供試体Kを示している。この供試体Kは、コンクリート製の直方体であって、表面から50mmの深さの位置に検出させたい埋設物Mを埋め込み、供試体Kの表面の走査箇所Sに沿って電磁波レーダ機を走査させることによって、電磁波伝搬特性の測定を行う。 FIG. 2 shows a test piece K used in an experiment conducted for confirming an object detectable by an electromagnetic wave radar. The specimen K is a rectangular parallelepiped made of concrete, and an embedded object M to be detected is embedded at a depth of 50 mm from the surface, and an electromagnetic wave radar machine is made to scan along a scanning point S on the surface of the specimen K. Thus, the electromagnetic wave propagation characteristic is measured.
電磁波レーダ機は、電磁波レーダを使って供試体Kの内部の埋設物Mの位置や大きさを検出することが可能な装置である。電磁波レーダ機は、電磁波を出射して、埋設物Mや空洞などの物性が変化する境界面などで反射された電磁波を受信することで、埋設物M等の位置や大きさを検出することができる。例えば電磁波レーダ機は、車両状の外観をしており、複数の車輪によって検査させたい箇所を自由に走行させることができる。 The electromagnetic wave radar machine is a device capable of detecting the position and size of the embedded object M inside the sample K using the electromagnetic wave radar. The electromagnetic wave radar device can detect the position and size of the buried object M or the like by emitting the electromagnetic wave and receiving the electromagnetic wave reflected by the boundary surface or the like where the physical properties of the buried object M or the cavity change. it can. For example, the electromagnetic wave radar has a vehicle-like appearance, and can freely travel at a desired inspection point by a plurality of wheels.
本実験で使用した電磁波レーダ機は、測定深度が2mm-300mm、アンテナ中心の周波数が2.6GHz、並行方向輻射間隔が1.25mm-2.5mmの性能を有している。また、供試体Kは、長さ600mm×幅600mm×高さ200mmとした。 The electromagnetic wave radar used in this experiment has a measurement depth of 2mm-300mm, a frequency of 2.6GHz at the center of the antenna, and a parallel radiation interval of 1.25mm-2.5mm. Further, the test piece K had a length of 600 mm, a width of 600 mm, and a height of 200 mm.
図3,4に、電磁波レーダ機により測定したコンクリート中の電磁波波形の変化を示した。ここで、図3は埋設物Mが無いケースであり、図4の埋設物Mは錆である。 3 and 4 show changes in the electromagnetic wave waveform in concrete measured by an electromagnetic wave radar. Here, FIG. 3 shows a case where there is no buried object M, and the buried object M of FIG. 4 is rust.
これらの結果は、電磁波レーダ機のコンクリートの比誘電率の設定値を6とした場合の出力である。図3(a)及び図4(a)の可視画像は、縦軸を深度、横軸を走査距離として、白黒の濃淡によって電磁波波形の振幅値が可視化されている。 These results are output when the set value of the relative permittivity of concrete of the electromagnetic wave radar is set to 6. In the visible images of FIGS. 3A and 4A, the amplitude value of the electromagnetic wave waveform is visualized by the grayscale of black and white with the vertical axis as the depth and the horizontal axis as the scanning distance.
また図3(b)及び図4(b)の電磁波波形は、縦軸を振幅値、横軸を深度として、電磁波波形の極大値又は極小値(図4の矢印位置参照)は、コンクリートと埋設物Mとの境界を表している。この図3(b),図4(b)には、埋設物Mの設置位置の中心である走査距離150mm地点と、その中心から前後25mmの計3点について示している。 In the electromagnetic wave waveforms of FIGS. 3(b) and 4(b), the vertical axis represents the amplitude value and the horizontal axis represents the depth, and the maximum or minimum value of the electromagnetic wave waveform (see the arrow position in FIG. 4) is embedded in concrete. It represents the boundary with the object M. 3(b) and 4(b) show a scanning distance of 150 mm, which is the center of the installation position of the buried object M, and a total of 3 points 25 mm before and after the center.
まず、埋設物なしの可視画像(図3(a))と電磁波波形(図3(b))を見ると、電磁波のコンクリート表面からの反射の影響を受けて表層から深度25mm付近まで振幅値が大きく増減する。可視画像においても白黒の層が同じ範囲で確認することができる。それ以外の範囲には、このような特異な変化は確認されない。 First, looking at the visible image (Fig. 3(a)) and the electromagnetic wave waveform (Fig. 3(b)) without the buried object, the amplitude value from the surface layer to a depth of about 25 mm is affected by the reflection of electromagnetic waves from the concrete surface. Increase or decrease greatly. Even in the visible image, the black and white layers can be confirmed in the same range. In the other range, such a peculiar change is not confirmed.
この埋設物なしの結果を基に、比誘電率の異なる物質による電磁波伝搬特性の変化に着目する。錆の可視画像(図4(a))では、走査距離160mm-220mm、深度50mm付近に白色の反応として変化が現れており、当初の埋設位置(中央)から移動してはいるが、突出した白色の反応を確認することができる。電磁波波形(図4(b))では、走査距離175mm(一点鎖線)地点で深度55mmに明確な正の最大振幅値を示しており、この地点に埋設されていることがわかる。 Based on the results without this buried object, we focus on the changes in electromagnetic wave propagation characteristics due to substances with different relative dielectric constants. In the visible image of rust (Fig. 4(a)), a change appeared as a white reaction near the scanning distance of 160 mm-220 mm and the depth of 50 mm, and although it moved from the original burial position (center), it protruded. A white reaction can be seen. In the electromagnetic wave waveform (FIG. 4(b)), a clear positive maximum amplitude value is shown at a depth of 55 mm at a scanning distance of 175 mm (dashed line), and it can be seen that it is buried at this point.
また,可視画像と電磁波波形の結果により、この錆の比誘電率がコンクリートの比誘電率より大きいことが推測できる。ここで、埋設物Mを鉄筋として同様の実験を行った結果、鉄筋の最大振幅値は錆の2〜3倍程度の正の値となり、両者の判別は容易に行うことができる。 Also, from the results of the visible image and the electromagnetic wave waveform, it can be inferred that the relative permittivity of this rust is larger than that of concrete. Here, as a result of performing a similar experiment using the buried object M as a reinforcing bar, the maximum amplitude value of the reinforcing bar is a positive value which is about 2 to 3 times that of rust, and the two can be easily discriminated.
さらに、コンクリートの含水量が電磁波伝搬特性に影響を与えることが判明した。例えば鉄筋は、コンクリート打設後からの自然乾燥期間が1日異なるだけで、電磁波伝搬速度が大きく変化することがわかった。具体的には、自然乾燥期間が増加すると、乾燥前と比較して、電磁波波形全体の深度が浅い方向にシフトすることが確認できた。要するに、コンクリートの含水状態の差異は、電磁波波形全体の振幅値(反応値)と深度に影響を与える。 Furthermore, it was found that the water content of concrete affects the electromagnetic wave propagation characteristics. For example, it has been found that the electromagnetic wave propagation speed of a reinforcing bar changes greatly only when the natural drying period after placing concrete differs by one day. Specifically, it was confirmed that when the natural drying period increases, the depth of the entire electromagnetic wave waveform shifts to a shallower direction as compared with that before the drying. In short, the difference in water content of concrete affects the amplitude value (reaction value) and depth of the entire electromagnetic wave waveform.
以上の実験の結果、コンクリートとは異なる比誘電率を有する埋設物M、特に錆に関して、その存在が検出可能であることが確認できた。さらに、詳述は省略したが、鉄筋の外周を発泡スチロールで巻いた鉄筋周辺の比誘電率をコンクリートより小さくした埋設物Mを用いた実験では、その鉄筋周辺の物質(発泡スチロール)の特性(負の最小振幅値)を検出できることが実験的に確認できた。すなわち、鉄筋コンクリート構造物の内部に状態変化が起きれば、検出することができる。 As a result of the above experiment, it was confirmed that the presence of the buried object M having a relative dielectric constant different from that of concrete, particularly rust, can be detected. Further, although detailed description is omitted, in an experiment using the embedded material M in which the relative permittivity around the reinforcing bar in which the outer periphery of the reinforcing bar is wound with styrofoam is smaller than that of concrete, the characteristics of the substance around the reinforcing bar (styrofoam) (negative It was confirmed experimentally that the minimum amplitude value) can be detected. That is, if a state change occurs inside the reinforced concrete structure, it can be detected.
そこで、鉄筋コンクリート構造物を段階的に腐食させて、電磁波レーダによる電磁波伝搬特性の測定を行い、腐食前後の同じ測定箇所のコンクリート断面内における電磁波波形の差分を内部ひび割れ中の錆の分布(状態変化箇所の分布)とみなすことで、ひび割れの検出が可能となることを説明する。 Therefore, the reinforced concrete structure is gradually corroded, and the electromagnetic wave propagation characteristics are measured by the electromagnetic wave radar, and the difference of the electromagnetic wave waveform in the concrete cross section at the same measurement point before and after the corrosion is calculated as the distribution of rust in the internal crack (state change). It will be explained that cracks can be detected by considering the distribution of points).
図5には、実験で用いる鉄筋コンクリート構造物を模した供試体1の概要を示した。この供試体1の寸法は、幅500mm×長さ1000mm×高さ200mmで、幅方向の中心位置に異形鉄筋(D19)である鉄筋2をかぶり厚さ30mmで一本配置した。この鉄筋2は、錆汁が鉄筋を伝って供試体1の外部に流出することを防ぐために、全体をコンクリート中に埋設させた。 FIG. 5 shows an outline of the test piece 1 simulating a reinforced concrete structure used in the experiment. The sample 1 had a width of 500 mm, a length of 1000 mm, and a height of 200 mm, and one deformed bar 2 (D19) having a cover thickness of 30 mm was arranged at the center position in the width direction. This rebar 2 was entirely embedded in concrete in order to prevent rust juice from flowing out of the sample 1 along the rebar.
この鉄筋2は、全長を一様に腐食させるのではなく、部分腐食させるために、鉄筋2の中央部の直上に長さ200mm、幅80mmの水槽3を電食試験のために設置した。電食試験は、水槽3内に3%NaCl水溶液と銅板を入れ、銅板及び鉄筋2が電源装置を介して直列回路となるように接続して行った。そして、想定された鉄筋2の質量減少量の累計が、1,2,4,6,8,10%となるまで段階的に通電を行い、その減少量を想定腐食率とした。 In order to partially corrode the entire length of the reinforcing bar 2 instead of uniformly corroding the reinforcing bar 2, a water tank 3 having a length of 200 mm and a width of 80 mm was installed immediately above the central portion of the reinforcing bar 2 for the electrolytic corrosion test. The electrolytic corrosion test was performed by placing a 3% NaCl aqueous solution and a copper plate in the water tank 3, and connecting the copper plate and the reinforcing bar 2 so as to form a series circuit via a power supply device. Then, energization was performed stepwise until the cumulative total of the assumed mass reduction amounts of the reinforcing bars 2 became 1, 2, 4, 6, 8, 10%, and the reduced amount was defined as the assumed corrosion rate.
一方、電磁波レーダ機による測定は、通電前と、各想定腐食率に対応する通電後とに、図5(b)に示す測定範囲12に対して、鉄筋2の軸方向と軸直交方向にそれぞれ25mmの間隔で走査して行った。いずれの測定においても環境条件を統一させるため、目標腐食率に到達して水槽3を撤去してから24時間経過後に測定した。 On the other hand, the measurement by the electromagnetic wave radar machine is performed before the energization and after the energization corresponding to each assumed corrosion rate, in the axial direction of the reinforcing bar 2 and the axis orthogonal to the measurement range 12 shown in FIG. Scanning was performed at intervals of 25 mm. In order to unify the environmental conditions in any of the measurements, the measurement was made 24 hours after the target corrosion rate was reached and the water tank 3 was removed.
そして確認のために、すべての電食試験及び電磁波レーダ機による測定が終了した後に、図6の50mm間隔の鉄筋軸直交方向の破線位置で供試体1を湿式コンクリートカッターにより切断し、内部のひび割れ性状を確認した。その際、ひび割れ幅をクラックスケールで測定した。 Then, for confirmation, after completion of all electrolytic corrosion tests and measurements by the electromagnetic wave radar machine, the specimen 1 was cut by the wet concrete cutter at the broken line position in the direction perpendicular to the rebar axis at 50 mm intervals in FIG. The property was confirmed. At that time, the crack width was measured on a crack scale.
まず、電食試験後の供試体1の表面11には、目視で観察可能なひび割れは存在しなかった。また、供試体1の内部には、鉛直方向のひび割れは存在しなかった。そして、供試体1の内部で観察された水平ひび割れの幅は、0.05mm(クラックゲージの最小スケール)から最大で0.4mmと、非常に微小な幅のひび割れ(ヘアークラック相当)であった。 First, there were no visually observable cracks on the surface 11 of the sample 1 after the electrolytic corrosion test. No vertical cracks were present inside the sample 1. The width of the horizontal crack observed inside the test piece 1 was 0.05 mm (the minimum scale of the crack gauge) to 0.4 mm at the maximum, which was a crack with a very small width (corresponding to a hair crack).
また,切断された供試体1から鉄筋2をはつり出し、10%クエン酸アンモニウム水溶液に浸漬させて腐食生成物を除去した後、質量の測定を行って質量減少率を算出した。 Further, the reinforcing bars 2 were squeezed out from the cut specimen 1 and immersed in an aqueous 10% ammonium citrate solution to remove corrosion products, and then the mass was measured to calculate the mass reduction rate.
図7は、切断された供試体1からクラックゲージによって実測された水平ひび割れに基づいて作成された実腐食率分布を示している。この実腐食率は、最大で18.5%であり、水槽3の直下で約15%以上の腐食率となった。そして、水槽3から離れるにつれ腐食量は急激に小さくなり、100mm-150mm程度離れればほぼゼロとなった。 FIG. 7 shows the actual corrosion rate distribution created based on the horizontal cracks actually measured by the crack gauge from the cut specimen 1. The actual corrosion rate was 18.5% at maximum, and the corrosion rate was about 15% or more directly under the water tank 3. Then, the amount of corrosion drastically decreased as the distance from the water tank 3 increased, and became almost zero at a distance of about 100 mm-150 mm.
続いて、異なる時刻の同じ測定箇所のコンクリート断面内における電磁波波形の差分を抽出する差分抽出法について説明する。ここで、電磁波レーダ機により測定されたデータは、各測定点で深度ごとに数値化されている。 Next, a difference extraction method for extracting the difference between the electromagnetic wave waveforms in the concrete cross section of the same measurement point at different times will be described. Here, the data measured by the electromagnetic wave radar device is digitized for each depth at each measurement point.
差分抽出法では、物質(供試体1)の同じ測定点において得られた、2つの異なる状態の電磁波波形データを比較し、その差分を取ることにより、その数値差を状態変化として抽出する。すなわち2つの異なる時刻に測定された電磁波波形データが、一方の時刻が供試体1の腐食前で、他方の時刻が供試体1の腐食後であれば、抽出された差分は腐食(状態変化箇所)を現していることになる。 In the difference extraction method, electromagnetic wave waveform data in two different states obtained at the same measurement point of a substance (specimen 1) are compared, and the difference is extracted to extract the numerical difference as a state change. That is, if the electromagnetic wave waveform data measured at two different times is one time before the corrosion of the sample 1 and the other time after the corrosion of the sample 1, the extracted difference is the corrosion (state change point). ).
そこで、図8,9を参照しながら、差分抽出法について詳述する。図8(a)には、ある測定点で腐食前と腐食後に電磁波レーダ機によって測定された電磁波波形データを示している。この電磁波波形データから、供試体1の表面11の電磁波の反射を表すA点の振幅値に着目する。この振幅値の深さは、供試体1の表面11位置(走査面位置)に相当するため、この位置を基準(深度0mm)として調整する(図8(b)参照)。 Therefore, the difference extraction method will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 8A shows electromagnetic wave waveform data measured by an electromagnetic wave radar before and after corrosion at a certain measurement point. From this electromagnetic wave waveform data, attention is paid to the amplitude value at point A that represents the reflection of the electromagnetic wave on the surface 11 of the sample 1. Since the depth of this amplitude value corresponds to the position of the surface 11 (scanning surface position) of the sample 1, this position is adjusted with the reference (depth 0 mm) (see FIG. 8B).
続いて、測定時の温度やコンクリートの乾燥状態(含水状態)といった環境条件の差によって生じる供試体1の微妙な状態の違いによる深度のずれを調整する。基準位置(走査面位置)の直後に現れる振幅値0との交点の位置(図8(a)のB点)に着目して、電磁波波形全体の深度方向の縮尺を調整して、この点を腐食前後で一致させる。 Then, a depth shift due to a subtle difference in the condition of the sample 1 caused by a difference in environmental conditions such as the temperature at the time of measurement and the dry state (water containing state) of the concrete is adjusted. Paying attention to the position (point B in FIG. 8A) of the intersection point with the amplitude value 0 appearing immediately after the reference position (scanning surface position), the scale in the depth direction of the entire electromagnetic wave waveform is adjusted, and this point is adjusted. Match before and after corrosion.
すなわち、図8(b)に示すように、腐食前後でB点を一致させるために深度方向の縮尺の調整が行われる。ここでは、振幅値が0となる深度が10mmとなるように調整する。深度調整が行われたことは、ピークを示しているB1点とB2点との位置関係が、図8(a)の位置関係と異なっている点に着目すると理解し易い。深度情報に関しては、コンクリートの比誘電率によって影響を受けることで若干の誤差が生じる。要するにこの調整は、測定環境の誤差を低減させるための処理である。 That is, as shown in FIG. 8B, the scale reduction in the depth direction is performed in order to match the points B before and after corrosion. Here, the depth at which the amplitude value becomes 0 is adjusted to 10 mm. It is easy to understand that the depth adjustment is performed by focusing on the point that the positional relationship between the B1 point and the B2 point showing the peak is different from the positional relationship in FIG. 8A. The depth information is affected by the relative permittivity of concrete, which causes some errors. In short, this adjustment is a process for reducing the error in the measurement environment.
そして、調整後の腐食前後の電磁波波形データの差分を取ると、図9(a)に示す差分値の波形データが得られる。さらに、この差分値をより明確にするために、図9(b)に示すように測定間の誤差の影響を排除できるような閾値(破線)を設けて、閾値を超えた箇所を状態変化箇所として抽出する。 Then, by taking the difference between the electromagnetic wave waveform data before and after the corrosion after the adjustment, the waveform data having the difference value shown in FIG. 9A is obtained. Further, in order to make this difference value clearer, a threshold value (dashed line) that can eliminate the influence of an error between measurements is provided as shown in FIG. To extract.
算出される差分値は、上述した埋設物Mの実験によって、比誘電率がコンクリートより大きい物質が状態変化後に新たに存在した場合は正の値を示し、比誘電率がコンクリートより小さい物質が存在した場合は負の値を示すことが把握できている。本実験では、ひび割れ内部の錆を検出することを目的としているため、腐食前後の2つの測定データから抽出した差分値は、正の値が抽出対象となる。 The calculated difference value shows a positive value when a substance having a relative permittivity larger than concrete is newly present after the state change by the experiment of the buried object M described above, and a substance having a relative permittivity smaller than concrete exists. It has been understood that a negative value is shown when doing. Since the purpose of this experiment is to detect the rust inside the crack, a positive difference value is extracted as the difference value extracted from the two measurement data before and after the corrosion.
図10は、差分抽出法によって得られた各測定点における電磁波波形の差分値を、ひび割れが発生した鉄筋2の上方の範囲で3次元で可視化した結果の一例を示している。ここで図10は、腐食率0%(腐食前)から想定腐食率10%(腐食後)の差分値を表示している。 FIG. 10 shows an example of a result obtained by three-dimensionally visualizing the difference value of the electromagnetic wave waveform at each measurement point obtained by the difference extraction method in the range above the reinforcing bar 2 where the crack has occurred. Here, FIG. 10 shows the difference value between the corrosion rate of 0% (before corrosion) and the assumed corrosion rate of 10% (after corrosion).
想定腐食率10%においては、鉄筋2から離れた位置での差分値の分布の広がりが確認できる。また、詳述は省略したが、想定腐食率1,2,4,6,8%の3次元可視化された差分値を見ると、想定腐食率1%,2%と小さい段階から内部損傷が把握できるうえに、想定腐食率が上がる(腐食が進む)に従って、鉄筋2の周辺から徐々に差分値の分布が広がっていくことが確認できた。また、差分値の値も想定腐食率が上がるに従って徐々に高くなり、腐食が進展している状況が確認できる。 At the assumed corrosion rate of 10%, it is possible to confirm the spread of the distribution of the difference value at the position away from the reinforcing bar 2. Also, although detailed explanation is omitted, when looking at the three-dimensionally visualized difference values of the assumed corrosion rates of 1, 2, 4, 6, and 8%, the internal damage is understood from the small stage of the assumed corrosion rates of 1% and 2%. In addition, it was confirmed that the distribution of the difference value gradually spreads from around the reinforcing bar 2 as the assumed corrosion rate increases (corrosion progresses). Moreover, the value of the difference value also gradually increases as the assumed corrosion rate increases, and it can be confirmed that the corrosion is progressing.
図11は、想定腐食率10%の時の差分値が示す錆の平面分布を示している。図11(a)は本実施の形態で説明した差分抽出法による結果を示した分布図、図11(b)は図6に示した各断面で切断された供試体1から実測によって測定された水平ひび割れの分布図である。 FIG. 11 shows the planar distribution of rust indicated by the difference value when the assumed corrosion rate is 10%. FIG. 11A is a distribution chart showing the result of the difference extraction method described in the present embodiment, and FIG. 11B is measured by actual measurement from the sample 1 cut at each cross section shown in FIG. It is a distribution map of a horizontal crack.
差分値が示す錆(状態変化箇所)の分布(図11(a))と水平ひび割れの分布(図11(b))とは、若干差分値が示す錆の範囲の方が大きいものの、概ね一致していることが確認できる。ここで、水平ひび割れの実測されたひび割れ幅は、0.05mm-0.4mmで、差分値の分布は、他の推定手法では検出が難しい微小な幅のひび割れを検出していると言える。 The distribution of rust (state change points) indicated by the difference value (FIG. 11( a )) and the distribution of horizontal cracks (FIG. 11( b )) are roughly the same although the range of rust indicated by the difference value is slightly larger. You can check what you are doing. Here, the actually-measured crack width of the horizontal crack is 0.05 mm to 0.4 mm, and it can be said that the distribution of the difference value detects a crack having a minute width that is difficult to detect by other estimation methods.
図12−図14に、想定腐食率10%の時の供試体1の断面内の差分値が示す錆の分布(上段図)と、実測による水平ひび割れの分布(下段図)を示した。ここで、図12は図6のI断面における比較、図13は図6のIII断面における比較、図14は図6のV断面における比較を示している。 12 to 14 show a distribution of rust (upper diagram) and a distribution of actually measured horizontal cracks (lower diagram) indicated by the difference value in the cross section of the specimen 1 when the assumed corrosion rate is 10%. Here, FIG. 12 shows a comparison in the I section of FIG. 6, FIG. 13 shows a comparison in the III section of FIG. 6, and FIG. 14 shows a comparison in the V section of FIG.
図12を見ると、ひび割れが実測されなかった断面では、差分値の分布も現れないことがわかる。また、図13及び図14を見ると、ひび割れは鉄筋2から表面11に向かって斜め方向に進展しているのに対して、差分値が示す錆の分布は部分的に途切れて重なる箇所もあるが、ほぼ同等の形状を示しており、ひび割れの推定による検出に使用できると言える。 It can be seen from FIG. 12 that the distribution of difference values does not appear in the cross section in which no crack was actually measured. 13 and 14, cracks propagate obliquely from the reinforcing bar 2 toward the surface 11, whereas the rust distribution indicated by the difference value is partially interrupted and overlapped at some points. However, they show almost the same shape, and it can be said that they can be used for detection by estimating cracks.
一方、図15は、腐食前の腐食率0%から腐食後の想定腐食率10%(実腐食率18.5%)の差分値の正の値を、3次元で可視化した結果を示している。図10はひび割れが発生している範囲に限定して出力したが、図15ではひび割れが存在しない鉄筋2の周囲にまで可視化範囲を広げた。この結果を見ると、鉄筋2の位置から鉄筋特有の山なりの形状のような分布が現れていることがわかる。この鉄筋特有の差分値の分布は、鉄筋周辺の含水状態の変化によるものと考えられるが、この鉄筋2の影響を除いた差分値の分布(例えば図10)を検討することで、間接的に内部ひび割れ領域を可視化することができるようになる。 On the other hand, FIG. 15 shows the result of three-dimensional visualization of the positive value of the difference between the corrosion rate before corrosion of 0% and the assumed corrosion rate after corrosion of 10% (actual corrosion rate of 18.5%). In FIG. 10, the output is limited to the range where cracks occur, but in FIG. 15, the visualization range is expanded to the periphery of the reinforcing bar 2 where no crack exists. From this result, it can be seen that a distribution such as a mountain-like shape peculiar to the reinforcing bar appears from the position of the reinforcing bar 2. The distribution of the difference value peculiar to this reinforcing bar is considered to be due to the change in the water content around the reinforcing bar. However, by indirectly examining the distribution of the difference value excluding the influence of this reinforcing bar 2 (for example, FIG. 10), It will be possible to visualize the internal crack area.
次に、本実施の形態のひび割れ検出方法、及びその作用について説明する。図1は、本実施の形態のひび割れ検出方法の各ステップを説明するフローチャートであ Next, the crack detection method of the present embodiment and its operation will be described. FIG. 1 is a flowchart for explaining each step of the crack detection method according to the present embodiment.
まずステップS1では、検査対象となる鉄筋コンクリート構造物の表面に対して、腐食前の電磁波レーダによる測定を行う。腐食前の測定は、鉄筋コンクリート構造物の構築直後が代表的な例となるが、それに限定されるものではなく、健全であると想定できる時点の測定結果であれば腐食前とすることもできる。また、「腐食前」として説明するのは、2つの異なる時刻を「腐食前」と「腐食後」に便宜的にするためであり、腐食が始まっている時点の測定結果であっても、その後の腐食が進展した時点の測定結果と比較することによって、その差分(状態変化)でひび割れの広がりや進展を検出させることができる。 First, in step S1, the surface of the reinforced concrete structure to be inspected is measured by an electromagnetic wave radar before corrosion. A typical example of the measurement before corrosion is immediately after the construction of the reinforced concrete structure, but the measurement is not limited thereto, and the measurement result at the time when it can be assumed to be sound can be measured before the corrosion. Also, the explanation as "before corrosion" is to make two different times convenient for "before corrosion" and "after corrosion", and even if the measurement result at the time when corrosion begins, It is possible to detect the spread and progress of cracks by the difference (change in state) by comparing with the measurement result at the time when the corrosion has progressed.
ステップS2は、ステップS1から腐食が起きる程度の時間が経過した後に実施される。例えば、ステップS1後に、維持管理のために行われる定期的な測定結果を利用することができる。このステップS1,S2が、測定ステップとなる。 Step S2 is carried out after a lapse of time from step S1 to the extent that corrosion occurs. For example, after step S1, it is possible to use the result of regular measurement performed for maintenance. The steps S1 and S2 are measurement steps.
そしてステップS3では、比較したい2つの時刻の電磁波波形データに対して、図8を参照しながら上述したように、走査面位置の移動による調整と、深度方向の縮尺を変えることによる深度調整とを行う。 Then, in step S3, as described above with reference to FIG. 8, the electromagnetic wave waveform data at two times to be compared are adjusted by moving the scanning plane position and depth by changing the scale in the depth direction. To do.
さらに、ステップS3で調整された電磁波波形データの差分処理を行い、図9(a)に示すような差分値の波形を生成させる(ステップS4)。続いて、その差分値の波形から、状態変化として抽出したい物性(錆)に適した閾値を使用した抽出処理を行う(ステップS5、図9(b)参照)。ここまでのステップS3からステップS5までが、差分抽出ステップとなる。 Further, the difference processing of the electromagnetic wave waveform data adjusted in step S3 is performed to generate a waveform having a difference value as shown in FIG. 9A (step S4). Then, an extraction process using a threshold value suitable for the physical property (rust) desired to be extracted as a state change is performed from the waveform of the difference value (step S5, see FIG. 9B). The steps from S3 to S5 thus far are the difference extraction steps.
抽出結果の出力(ステップS6)は、図10に示すように3次元で可視化させることもできるし、図11に示すように平面的に図示することもできる。また、図12−図14の上段図に示すように、断面毎に出力することもできる。そして、判定ステップでは、これらの出力結果を見て、鉄筋コンクリート構造物の内部のひび割れの状態を推定することができる。 The output of the extraction result (step S6) can be visualized three-dimensionally as shown in FIG. 10 or can be shown in plan as shown in FIG. Further, as shown in the upper diagrams of FIGS. 12 to 14, it is also possible to output for each cross section. Then, in the determination step, the state of cracks inside the reinforced concrete structure can be estimated by looking at these output results.
このように構成された本実施の形態のひび割れ検出方法は、鉄筋コンクリート構造物の表面から測定された異なる時刻の電磁波波形データを比較して、差分を抽出することでひび割れの状態を推定する。 The crack detection method of the present embodiment configured as described above estimates the crack state by comparing the electromagnetic wave waveform data at different times measured from the surface of the reinforced concrete structure and extracting the difference.
この異なる時刻がひび割れの発生前後や進展前後の状態を示しているとすれば、抽出された差分はひび割れ又はそれに関係する因子による状態変化と特定されるため、鉄筋コンクリート構造物の内部に発生するひび割れが微小であっても検出することができる。 If these different times indicate the states before and after the occurrence of cracks and before and after the progress of cracks, the extracted difference is identified as the state change due to the cracks or the factors related to the cracks, and therefore the cracks generated inside the reinforced concrete structure. Can be detected even if it is minute.
例えば、従来の弾性波法に基づくコンクリートの内部欠陥の検出では、厚さが5mm以上でないと検出できなかったが、本実施の形態のひび割れ検出方法であれば、0.05mm-0.4mmという非常に幅の狭いひび割れであっても検出することができる。 For example, in the detection of the internal defect of the concrete based on the conventional elastic wave method, it could not be detected unless the thickness is 5 mm or more, but if it is the crack detection method of the present embodiment, it is very 0.05 mm-0.4 mm. Even cracks with a narrow width can be detected.
また、ひび割れ発生後の異なる時刻の測定結果の比較であっても、ひび割れの進展があれば差分(状態変化)が生じることになるので、ひび割れの検出が可能になる。すなわち、健全時の測定データが無くても、経時変化があれば検出することができる。 Further, even when comparing the measurement results at different times after the occurrence of the crack, a difference (state change) will occur if there is progress of the crack, so that the crack can be detected. That is, even if there is no measurement data at the time of soundness, it can be detected if there is a change over time.
以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。 The embodiment of the present invention has been described in detail above with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and a design change that does not depart from the gist of the present invention is Included in the invention.
例えば前記実施の形態では、異なる時刻の同一測定点の電磁波波形データを比較する場合について説明したが、同一測定点とは、完全に同一の箇所に限定されるものではなく、近傍の測定点の測定結果同士であっても比較することができる。 For example, in the above-described embodiment, the case of comparing electromagnetic wave waveform data at the same measurement point at different times has been described, but the same measurement point is not limited to completely the same location, but the measurement points in the vicinity It is possible to compare even the measurement results.
1 供試体(鉄筋コンクリート構造物)
11 表面
2 鉄筋
1 Specimen (reinforced concrete structure)
11 Surface 2 Rebar
Claims (5)
検査対象となる鉄筋コンクリート構造物の表面に対して、異なる時刻に電磁波レーダによる電磁波伝搬特性の測定を行う測定ステップと、
異なる時刻の電磁波波形データを比較して差分を抽出する差分抽出ステップと、
抽出された差分からひび割れの状態を推定する判定ステップとを備え、
前記差分抽出ステップでは、異なる時刻の同一測定点の電磁波波形データを比較する際に、第1のピーク位置を合わせることで前記電磁波レーダの走査面位置を一致させるとともに、一致させた前記走査面位置の直後に現れる電磁波波形データの振幅が0となる位置が一致するように電磁波波形データの縮尺を調整することを特徴とするひび割れ検出方法。 A crack detection method for detecting cracks generated inside a reinforced concrete structure using an electromagnetic wave radar,
For the surface of the reinforced concrete structure to be inspected, a measurement step of measuring the electromagnetic wave propagation characteristics by the electromagnetic wave radar at different times,
A difference extracting step of comparing the electromagnetic wave waveform data at different times to extract a difference,
And a determination step of estimating the state of cracks from the extracted difference ,
In the difference extraction step, when comparing the electromagnetic wave waveform data of the same measurement point at different times, the scanning plane positions of the electromagnetic wave radar are made coincident by aligning the first peak positions, and the coincident scanning plane positions are made. A crack detection method, characterized in that the scale of the electromagnetic wave waveform data is adjusted so that the position where the amplitude of the electromagnetic wave waveform data that appears immediately after is matched .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017051525A JP6746870B2 (en) | 2017-03-16 | 2017-03-16 | Crack detection method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017051525A JP6746870B2 (en) | 2017-03-16 | 2017-03-16 | Crack detection method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018155551A JP2018155551A (en) | 2018-10-04 |
JP6746870B2 true JP6746870B2 (en) | 2020-08-26 |
Family
ID=63716604
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017051525A Active JP6746870B2 (en) | 2017-03-16 | 2017-03-16 | Crack detection method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6746870B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113048956B (en) * | 2021-03-05 | 2022-07-22 | 中国铁建国际集团有限公司 | Monitoring method and system for steel structure construction based on three-dimensional scanning technology |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005331404A (en) * | 2004-05-20 | 2005-12-02 | Shogo Tanaka | Method and apparatus for diagnosing reinforced concrete structure |
DE102005019239A1 (en) * | 2005-04-26 | 2006-11-09 | Hilti Ag | Detector for embedded elongated objects |
JP2009270970A (en) * | 2008-05-08 | 2009-11-19 | Doro Hozen Gijutsu Center | Method for exploring cavity below road surface |
JP4315464B1 (en) * | 2008-10-28 | 2009-08-19 | ジオ・サーチ株式会社 | Nondestructive evaluation method of soundness of reinforced concrete body and apparatus therefor |
JP6123123B2 (en) * | 2012-12-10 | 2017-05-10 | マテラス青梅工業株式会社 | Method for producing cement-based hydrated mixture, cement-based hydrated mixture, and cement-based cured product |
JP6285813B2 (en) * | 2014-07-02 | 2018-02-28 | 株式会社Wadeco | Crack detection method |
JP6511652B2 (en) * | 2015-02-23 | 2019-05-15 | 株式会社ホクコン | Waterproof method of concrete structure |
JP6580856B2 (en) * | 2015-04-07 | 2019-09-25 | 日本電信電話株式会社 | Detection method, detection apparatus, and program |
-
2017
- 2017-03-16 JP JP2017051525A patent/JP6746870B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2018155551A (en) | 2018-10-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6213859B2 (en) | Estimating the average remaining thickness by estimating the average corrosion depth of the ground corrosion damage zone | |
WO2017008621A1 (en) | Micro-magnetic detection method and device | |
US20160245738A1 (en) | Methodology for three-dimensional morphological and quantitative determination of micro and nanocavities produced by chemical and microbiological corrosion in metallic materials | |
CN111033211B (en) | Method for evaluating remaining life and method for maintenance management | |
JP2010243375A (en) | Extended crack detection method, apparatus, and program | |
KR102279142B1 (en) | Method for detecting defects of concrete pipe using ultrasonic testing techiques | |
CN111033212B (en) | Crack evaluation criterion establishing method, crack evaluation method based on internal flaw detection, and maintenance management method | |
JP2013015445A (en) | Nondestructive inspection method | |
JP2009174859A (en) | Remaining lifetime evaluation method of machine part | |
JP6197391B2 (en) | Fatigue life evaluation method for structures | |
JP6717452B2 (en) | Method for detecting internal abnormal condition of reinforced concrete structure | |
JP6746870B2 (en) | Crack detection method | |
JP2017151107A (en) | Crack evaluation method inside welded part using phased array method, and welded part maintenance and management method | |
JP2010043989A (en) | Defect height estimation method by ultrasonic flaw detection | |
Haapalainen et al. | Probability of detection simulations for ultrasonic pulse-echo testing | |
Mosharafi et al. | Size and location detection of transverse cracks using a passive magnetic method | |
JP2007240256A (en) | Method and device for evaluating residual wall thickness by eddy current flaw detection | |
Pearson et al. | A study of MFL signals from a spectrum of defect geometries | |
JP2011158415A (en) | Ultrasonic inspection method | |
JPH0552815A (en) | Method for measuring depth of stress corrosion crack | |
Lim et al. | Mathematical modeling for corrosion environment estimation based on concrete resistivity measurement directly above reinforcement | |
Tada et al. | Detection method of corrosion area of rebar and corrosion induced internal crack by using electromagnetic wave radar | |
Yusa et al. | Probability of detection analyses of eddy current data for the detection of corrosion | |
JP5734789B2 (en) | Damage estimation method for structures made of conductive materials | |
US20160327463A1 (en) | Method and Apparatus for Evaluating Ductile Fracture |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190401 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200107 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20191226 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200227 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20200714 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20200717 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6746870 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |