JP6748427B2 - コンクリートの計測方法、コンクリートの計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、コンクリートの塩化物含有量及び中性化の程度を光学的に検出可能なコンクリートの計測方法に関する。

従来から、コンクリートの塩化物含有量及び中性化を光学的に検出可能なコンクリートの計測方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
その特許文献１に開示の技術は、コンクリート建造物から反射された近赤外光の所定波長域における吸収スペクトルに基づき、コンクリートの劣化を検出している。

この特許文献１に開示の技術は、コンクリートの劣化に関係する中性化については吸収スペクトルの９００ｎｍ〜１７００ｎｍの波長域を用いて水酸化カルシウムの濃度を検出し、コンクリートの劣化に関係する塩害については吸収スペクトルの１７００ｎｍ〜２５００ｎｍの波長域を用いて塩化物イオンの濃度を検出している。

この特許文献１に開示の技術によれば、コンクリートの劣化を非破壊的方法により精密に計測可能である。

特許５０３１２８１号

ところで、その特許文献１に開示のものでは、吸収スペクトルの所定範囲の波長域を分光器により分光分析して、水酸化カルシウムの濃度、塩化物のイオン濃度を検出している。
このため、精密に水酸化カルシウムの濃度、塩化物のイオン濃度を検出することは可能であるが、その分、計測装置が複雑化し、計測装置の製造コストが高くなるという不都合がある。

本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、分光器を用いなくともコンクリートの劣化の計測を、その推定精度を維持しつつ簡便に行うことができるコンクリートの計測方法を提供することにある。

本発明のコンクリートの計測方法は、コンクリートの計測に関係する近赤外の波長域を含む照射光をコンクリートに向けて照射し、前記照射光の前記コンクリートからの反射光を受光してコンクリートの計測を行う計測方法において、
中性化に関係する水酸化カルシウムによる中性化の程度、塩害に関係する塩化物イオンの濃度について、吸収スペクトルの波長９００ｎｍないし２５００ｎｍの範囲において、それぞれ互いに異なる少なくとも５波長以上の波長をＰＬＳ回帰分析法により特定し、水酸化カルシウムによる中性化の程度と塩化物イオンの濃度とを推定することを特徴とする。

本発明によれば、分光器を用いなくともコンクリートの劣化の計測を、その推定精度を維持しつつ簡便に行うことができる。

本発明の実施例に係るコンクリートの計測方法に用いる計測装置の概略構成を示すブロック図である。 図１に示すコンクリートの劣化による吸収スペクトルの変化を示す特性曲線図であって、中性化に関係する水酸化カルシウムの濃度が異なる場合の分光分布曲線を示している。 図１に示すコンクリートの劣化による吸収スペクトルの変化を示す特性曲線図であって、塩害に関係する塩化物イオン濃度が異なる場合の分光分布曲線を示している。 ＰＬＳ回帰分析法により特定された波長を示す説明図である。

以下に、本発明に係るコンクリートの計測方法を図面を参照しつつ説明する。
図１ないし図４は、本発明の実施例に係るコンクリートの計測方法の説明図である。

その図１は本発明の実施例に係るコンクリートの計測方法に使用する計測装置の光学ブロック図である。

その図１において、符号１はコンクリートの計測装置、符号２はコンクリートを示す。
その計測装置１は、コンピュータＣＰＵと、光源部３と、受光部４とを少なくとも備えている。

光源部３は、コンクリート２の計測に関係する近赤外の波長域（例えば、７８０ｎｍから２５００ｎｍの波長域）を含む照射光Ｐをコンクリート２に向けて照射する。この光源部３は、例えば、ハロゲンランプ３ａと、反射鏡３ｂと、アパーチャ部材３ｃと、照射光Ｐを集光して平行光束として出射する集光レンズＬとを備えている。

受光部４は、照射光Ｐのコンクリート２からの反射光Ｐ’を受光する。この受光部４は、吸収スペクトルの波長９００ｎｍないし２５００ｎｍの範囲において、それぞれ互いに異なる少なくとも５波長以上の波長の反射光Ｐ’を受光する。

この互いに異なる５波長以上の波長は、それぞれ中性化に関係する水酸化カルシウムによる中性化の程度の推定と、塩害に関係する塩化物イオンの濃度の推定とに用いられる。なお、中性化の程度については、水酸化カルシウムの濃度を推定することにより判断しても良いし、ＰＨ（ペーハー）を推定することにより判断しても良い。

その互いに異なる少なくとも５波長は、ＰＬＳ回帰分析法により特定する。
図２は正常なコンクリート２により得られる分光分布曲線と中性化したコンクリート２により得られる分光分布曲線とを示す説明図である。

図２において、破線は正常なコンクリート２により得られる分光分布曲線を示している。一点鎖線は中性化したコンクリート２により得られる分光分布曲線を示している。

中性化したコンクリート２により得られる分光分布曲線Ｑ１は、中性化の程度（例えば、水酸化カルシウムの濃度又はＰＨ）により変化する。波長λ１ないし波長λ５は、その分光分布曲線Ｑ１のデータを多数取得し、このデータにＰＬＳ回帰分析の手法を適用して決定する。

同様に、図３に示すように、塩分を含んだコンクリート２により得られる分光分布曲線Ｑ２は、塩分の濃度により変化する。波長λ６ないし波長λ１０は、その分光分布曲線Ｑ２のデータを多数取得し、このデータにＰＬＳ回帰分析の手法を適用して決定する。

ここでは、図４に示すように、水酸化カルシウムによる中性化の程度については、吸収スペクトルの波長９００ｎｍないし１７００ｎｍの範囲内の２波長λ１、λ２と１７００ｎｍないし２５００ｎｍの範囲内の３波長λ３〜λ５とを用いて推定され、塩化物イオンの濃度については、吸収スペクトルの波長９００ｎｍないし１７００ｎｍの範囲内の１波長λ６と１７００ｎｍないし２５００ｎｍの範囲内の４波長λ７〜λ１０とを用いて推定される。

ついで、コンクリート２の中性化の程度の真値、塩化物イオンの濃度の真値（公知の定量分析に用いる分析手法により得た水酸化カルシウムのイオンの濃度の値又はＰＨ値、塩化物イオンの濃度の値）と、決定された波長λ１〜波長λ５、波長λ６〜波長λ１０を用いて重回帰分析から中性化の程度に関係する検量線、塩化物イオンの濃度に関係する検量線を作成し、それぞれ中性化の程度に関する推定係数、塩化物イオン濃度に関する推定係数を決定する。なお、その図２ないし図４において、横軸はWavelength（波長）であり、縦軸はReflectance又はTransmittance（反射率又は透過率）である。

受光部４は、例えば、中性化に関係する水酸化カルシウムによる中性化の程度を推定するために用いる受光部４ａと、塩害に関係する塩化物イオンの濃度を推定するために用いる受光部４ｂとから構成されている。

その受光部４ａは、波長λ１＝９２０ｎｍ、λ２＝１４１０ｎｍ、λ３＝１９７０ｎｍ、λ４＝２０１０ｎｍ、λ５＝２２２５ｎｍを中心としてその近傍の波長の反射光Ｐ’をそれぞれ透過する特性を有するフィルタＦｉ１ないしＦｉ５を備えている。

その各フィルタＦｉ１ないしＦｉ５を透過した反射光Ｐ’は、それぞれ集光レンズＬ１ないしＬ５により集光されて、ピンホトダイオードＰｉｎ１ないしＰｉｎ５により光電変換され、増幅器ＡＭＰ１ないしＡＭＰ５により増幅され、アナログデジタル変換器Ａ/Ｄ１ないしＡ/Ｄ５によりデジタル変換されて、中性化の程度を検出する信号ＮＫとしてそれぞれＣＰＵに入力される。

その受光部４ｂは、波長λ６＝１４３０ｎｍ、λ７＝１７２３ｎｍ、λ８＝１９６０ｎｍ、λ９＝１９６７ｎｍ、λ１０＝２２４５ｎｍを中心としてその近傍の波長の反射光Ｐ’をそれぞれ透過する特性を有するフィルタＦｉ６ないしＦｉ１０を備えている。

その各フィルタＦｉ６ないしＦｉ１０を透過した反射光Ｐ’は、それぞれ集光レンズＬ６ないしＬ１０により集光されて、ピンホトダイオードＰｉｎ６ないしＰｉｎ１０により光電変換され、増幅器ＡＭＰ６ないしＡＭＰ１０により増幅され、アナログデジタル変換器Ａ/Ｄ６ないしＡ/Ｄ１０によりデジタル変換されて、塩化物イオンの濃度を検出する信号ＣＫとしてそれぞれＣＰＵに入力される。

ＣＰＵには、中性化の程度を推定するための推定係数と塩化物イオンの濃度を推定するための推定係数とが保存されている。
ＣＰＵは、その信号ＮＫ、ＣＫと各推定係数とにより中性化の程度、塩化物イオンの濃度を推定する。

この実施例によれば、コンクリートの劣化に関係する中性化の程度、塩化物イオンの濃度について、吸収スペクトルの波長域を区別することなく、コンクリートの劣化の計測に関係する９００ｎｍ〜２５００ｎｍの波長域を用いてそれぞれ水酸化カルシウムによる中性化の程度、塩化物イオンの濃度を推定しているので、吸収スペクトルを分光器により分光しなくとも、精密性を損なうことなくコンクリート２の劣化の計測を行うことができる。

１…計測装置
２…コンクリート
３…光源部
４…受光部
Ｐ…照射光
Ｐ’…反射光

Claims (4)

1. コンクリートの計測に関係する近赤外の波長域を含む照射光をコンクリートに向けて照射し、前記照射光の前記コンクリートからの反射光を受光してコンクリートの計測を行う計測方法において、
   前記反射光のうち、ＰＬＳ回帰分析法により特定した９２０ｎｍ、１４１０ｎｍ、１９７０ｎｍ、２０１０ｎｍ、２２２５ｎｍの吸収スペクトルの波長の近傍を受光して水酸化カルシウムによる中性化の程度を推定し、ＰＬＳ回帰分析法により特定した１４３０ｎｍ、１７２３ｎｍ、１９６０ｎｍ、１９６７ｎｍ、２２４５ｎｍの吸収スペクトルの波長の近傍を受光して塩害に関係する塩化物イオンの濃度を推定することを特徴とするコンクリートの計測方法。
2. 前記水酸化カルシウムによる中性化の程度をＰＨで推定することを特徴とする請求項１に記載のコンクリートの計測方法。
3. コンクリートの計測に関係する近赤外の波長域を含む照射光をコンクリートに向けて照射する光源部と、
   前記照射光の前記コンクリートからの反射光を受光する１０個の受光部と、
   ＣＰＵと、を備え、
   １０個の前記受光部は、水酸化カルシウムによる中性化の程度の推定のためにＰＬＳ回帰分析法により特定した９２０ｎｍ、１４１０ｎｍ、１９７０ｎｍ、２０１０ｎｍ、２２２５ｎｍの吸収スペクトルの波長に個別に対応して設けられるとともに、塩化物イオンの濃度の推定のためにＰＬＳ回帰分析法により特定した１４３０ｎｍ、１７２３ｎｍ、１９６０ｎｍ、１９６７ｎｍ、２２４５ｎｍの吸収スペクトルの波長のそれぞれに個別に対応して設けられ、
   前記ＣＰＵは、９２０ｎｍ、１４１０ｎｍ、１９７０ｎｍ、２０１０ｎｍ、２２２５ｎｍに対応された５つの前記受光部が受光した前記反射光を用いて前記水酸化カルシウムによる中性化の程度を推定するとともに、１４３０ｎｍ、１７２３ｎｍ、１９６０ｎｍ、１９６７ｎｍ、２２４５ｎｍに対応された５つの前記受光部が受光した前記反射光を用いて前記塩化物イオンの濃度を推定することを特徴とするコンクリートの計測装置。
4. 前記ＣＰＵは、前記水酸化カルシウムによる中性化の程度をＰＨで推定することを特徴とする請求項３に記載のコンクリートの計測装置。