JP6751957B1 - 鉄筋腐食度評価装置、鉄筋腐食度評価方法、及びコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】鉄筋コンクリート（ＲＣ）床版橋における鉄筋の腐食度合いを効率的に、且つ定量的に評価できる鉄筋腐食度評価装置を提供する。【解決手段】鉄筋腐食度評価装置１０は、床版の表面から床版の深さ方向へ照射した電磁波の反射応答に関する反射応答データを取得する取得部と、取得部により取得された反射応答データが表す反射応答の周波数分布から、床版のアスファルトコンクリート層で電磁波が反射して得られた表面周波数成分を除去する除去部と、除去部により表面周波数成分が除去された反射応答の周波数分布における、第１周波数帯の周波数成分のレベルのピーク値である第１測定ピーク値、及び、第１周波数帯より高い周波数帯である第２周波数帯の周波数成分のレベルのピーク値である第２測定ピーク値を用いて、床版における鉄筋の腐食度合いを評価する評価部と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、鉄筋腐食度評価装置、鉄筋腐食度評価方法、及びコンピュータプログラムに関する。

ＲＣ（Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ）構造物は、主にコンクリートと鉄筋とで構成される。コンクリートは、引張力に対して脆弱であるため、この引張力は鉄筋が負担し、コンクリートは圧縮力を負担する。したがって、経時変化に伴ってコンクリートが圧縮力を負担できなくなるか、又は、鉄筋が引張力を負担できなくなると、そのＲＣ構造物は耐荷性能及び耐久性能を失うこととなる。必要とされる耐荷性能及び耐久性能を失うと、構造物としての目的を果たさないため、通常は、耐荷性能及び耐久性能が失われる前に補修又は補強といった対策工事が施される。

例えば、鉄筋コンクリート床版（ＲＣ床版）を用いたＲＣ床版橋は、経時変化等により、ＲＣ床版の内部の鉄筋に腐食が生じる。鉄筋に腐食が生じると、床版の耐荷性能及び耐久性能を損なわせるため、鉄筋の腐食の状態を正確に評価することが求められる。しかし、ＲＣ床版橋の耐荷性能及び耐久性能を正しく評価することは容易ではなく、供用中のＲＣ床版橋の評価は非破壊を条件とされることが多いことも、評価をより困難なものとしている。そこで、種々の情報から、ＲＣ床版橋の鉄筋の腐食の状態を推定する技術が提案されている。

例えば特許文献１には、鉄筋コンクリートの表面に舗装されたアスファルト混合物の表面が、予め定められた所定時間、電磁誘導加熱によって加熱される加熱ステップと、アスファルト混合物の表面の温度が計測され、時間と共に変化する前記アスファルトの表面の温度情報が取得される温度計測ステップと、鉄筋が腐食していない状態におけるアスファルト混合物の表面温度と、鉄筋の腐食性状を評価すべきアスファルト混合物の表面温度の違いから、コンクリート内の鉄筋の腐食率を算定する腐食率算定ステップと、からなる鉄筋コンクリート床版の鉄筋の腐食性状評価方法が記載されている。

特開２０１６−１９１６９７号公報

しかしながら、特許文献１で開示された発明においては、アスファルト混合物の表面を所定時間加熱する必要があり、内部の鉄筋の腐食度合いを効率的に、且つ定量的に評価することができない。ＲＣ床版の内部の鉄筋の腐食度合いを非破壊で、効率的に、且つ定量的に評価できることが望ましい。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、鉄筋コンクリート床版橋における鉄筋の腐食度合いを非破壊で、効率的に、且つ定量的に評価できる鉄筋腐食度評価装置、鉄筋腐食度評価方法、及びコンピュータプログラムを提供することを目的とする。

第１態様に係る鉄筋腐食度評価装置は、鉄筋コンクリート床版橋における鉄筋の腐食度合いを評価する鉄筋腐食度評価装置であって、前記鉄筋コンクリート床版橋の表面から前記鉄筋コンクリート床版橋の深さ方向へ照射した電磁波の反射応答に関する反射応答データを取得する取得部と、前記取得部により取得された前記反射応答データが表す反射応答の周波数分布から、前記鉄筋コンクリート床版橋の表面で前記電磁波が反射して得られた表面周波数成分を除去する除去部と、前記除去部により前記表面周波数成分が除去された反射応答の周波数分布における、第１周波数帯の周波数成分のレベルのピーク値である第１測定ピーク値、及び、前記第１周波数帯より高い周波数帯である第２周波数帯の周波数成分のレベルのピーク値である第２測定ピーク値を用いて、前記鉄筋コンクリート床版橋における鉄筋の腐食度合いを評価する評価部と、を備える。

第２態様に係る鉄筋腐食度評価装置において、前記除去部は、前記表面周波数成分を除去した反射応答の周波数分布から、さらに前記鉄筋コンクリート床版橋の表面で前記電磁波が反射して得られた周波数成分を除去する。

第３態様に係る鉄筋腐食度評価装置において、前記評価部は、前記第１測定ピーク値及び前記第２測定ピーク値を比較し、前記第１測定ピーク値と前記第２測定ピーク値との大小関係に基づいて前記鉄筋コンクリート床版橋における鉄筋の腐食度合いを評価する。

第４態様に係る鉄筋腐食度評価装置において、前記評価部は、前記第１測定ピーク値より前記第２測定ピーク値の方が大きい場合に、前記鉄筋コンクリート床版橋における鉄筋の腐食が進行していると腐食度合いを評価する。

第５態様に係る鉄筋腐食度評価装置において、前記評価部は、劣化していない鉄筋コンクリート床版橋に電磁波を照射して得た反射応答から、前記周波数成分を除去して得た反射応答の周波数分布である基準周波数分布における、前記第１周波数帯のレベルのピーク値を基準値として、当該基準値と前記第１測定ピーク値とを比較することにより前記鉄筋コンクリート床版橋における鉄筋の腐食度合いを評価する。

第６態様に係る鉄筋腐食度評価装置において、前記評価部は、前記基準値に対する所定の割合を閾値とし、前記第１測定ピーク値が前記閾値よりも小さい場合に、前記鉄筋コンクリート床版橋における鉄筋の腐食が進行していると腐食度合いを評価する。

第７態様に係る鉄筋腐食度評価装置において、前記評価部は、鉄筋コンクリート床版橋の表面の複数の位置について、前記鉄筋コンクリート床版橋における鉄筋の腐食度合いを評価する。

第８態様に係る鉄筋腐食度評価方法は、鉄筋コンクリート床版橋における鉄筋の腐食度合いを評価する鉄筋腐食度評価方法であって、前記鉄筋コンクリート床版橋の表面から前記鉄筋コンクリート床版橋の深さ方向へ照射した電磁波の反射応答に関する反射応答データを取得する取得ステップと、前記取得ステップにより取得された前記反射応答データが表す反射応答の周波数分布から、前記鉄筋コンクリート床版橋の表面で前記電磁波が反射して得られた表面周波数成分を除去する除去ステップと、前記除去ステップにより前記表面周波数成分が除去された反射応答の周波数分布における、第１周波数帯の周波数成分のレベルのピーク値である第１測定ピーク値、及び、前記第１周波数帯より高い周波数帯である第２周波数帯の周波数成分のレベルのピーク値である第２測定ピーク値を用いて、前記鉄筋コンクリート床版橋における鉄筋の腐食度合いを評価する評価ステップと、を含む。

第９態様に係る鉄筋腐食度評価方法は、鉄筋コンクリート床版橋における鉄筋の腐食度合いを評価するコンピュータプログラムであって、前記鉄筋コンクリート床版橋の表面から前記鉄筋コンクリート床版橋の深さ方向へ照射した電磁波の反射応答に関する反射応答データを取得する取得ステップと、前記取得ステップにより取得された前記反射応答データが表す反射応答の周波数分布から、前記鉄筋コンクリート床版橋の表面で前記電磁波が反射して得られた表面周波数成分を除去する除去ステップと、前記除去ステップにより前記表面周波数成分が除去された反射応答の周波数分布における、第１周波数帯の周波数成分のレベルのピーク値である第１測定ピーク値、及び、前記第１周波数帯より高い周波数帯である第２周波数帯の周波数成分のレベルのピーク値である第２測定ピーク値を用いて、前記鉄筋コンクリート床版橋における鉄筋の腐食度合いを評価する評価ステップと、をコンピュータに実行させる。

本発明によれば、鉄筋コンクリート床版橋における鉄筋の腐食度合いを非破壊で、効率的に、且つ定量的に評価できる鉄筋腐食度評価装置、鉄筋腐食度評価方法、及びコンピュータプログラムを提供することができる。

鉄筋腐食度評価システムの概略構成図である。 反射応答波形の検出を説明するための図である。 １グリッドにつき検出される反射応答波形の一例を示す図である。 ＲＣ床版橋の概略断面を示す断面図である。 評価装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 評価装置の機能構成の例を示すブロック図である。 腐食グレードと鉄筋の状況との関係を示す図である。 時間−周波数の関係を示す図である。 反射応答データの表面付近の周波数成分を抽出した図である。 周波数成分を逆ＦＦＴによりタイムドメインの波形に変換した図である。 図８に示す反射応答から図１０に示した波形を減算した図である。 図１１に示す波形をＳトランスフォームによって表した時間−周波数の関係を示す時間−周波数分布図である。 図１２の時間−周波数分布を周波数分布に変換した周波数分布図である。 評価装置による鉄筋腐食度評価処理の流れを示すフローチャートである。 ＲＣ床版の内部周波数成分の時間−周波数分布図の例である。 図１５の時間−周波数分布を周波数分布に変換した周波数分布図である。 ＲＣ床版の内部周波数成分の時間−周波数分布図の例である。 図１７の時間−周波数分布を周波数分布に変換した周波数分布図である。 ＲＣ床版の内部周波数成分の時間−周波数分布図の例である。 図１９の時間−周波数分布を周波数分布に変換した周波数分布図である。 ＲＣ床版の内部周波数成分の時間−周波数分布図の例である。 図２１の時間−周波数分布を周波数分布に変換した周波数分布図である。 ＲＣ床版の内部周波数成分の時間−周波数分布図の例である。 図２３の時間−周波数分布を周波数分布に変換した周波数分布図である。 ＲＣ床版の内部周波数成分の時間−周波数分布図の例である。 図２５の時間−周波数分布を周波数分布に変換した周波数分布図である。 ＲＣ床版の内部周波数成分の時間−周波数分布図の例である。 図２７の時間−周波数分布を周波数分布に変換した周波数分布図である。

以下、本発明の実施形態の一例を、図面を参照しつつ説明する。なお、各図面において同一又は等価な構成要素および部分には同一の参照符号を付与している。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

本発明の実施形態では、道路橋等の路面構造体であるＲＣ床版橋の鉄筋の腐食度合いを評価する。

図１は、鉄筋腐食度評価システムの概略構成図である。図２は、反射応答波形の検出を説明するための図である。図３は、１グリッドにつき検出される反射応答波形の一例を示す図である。図４は、ＲＣ床版橋の概略断面を示す断面図である。

図１に示すように、本実施形態に係る鉄筋腐食度評価システム１は、車両９０に搭載されている。

鉄筋腐食度評価システム１は、鉄筋腐食度評価装置１０と、電磁波装置２０とを含んで構成される。鉄筋腐食度評価装置１０は、アスファルトの下にＲＣ床版が埋設されたＲＣ床版橋の鉄筋、特に上部鉄筋の腐食度合いを評価するための装置である。鉄筋腐食度評価装置１０について、詳細は後述する。以下では、鉄筋腐食度評価システム１を、単に、評価システム１と呼び、鉄筋腐食度評価装置１０を、単に、評価装置１０と呼ぶ。図面についても同様である。

電磁波装置２０は、ライン上に複数設けられた電磁波照射部及び受信部を備える。電磁波装置２０は、車両９０の進行方向が橋軸方向、電磁波装置２０のライン方向が橋軸直角方向となるように、例えば車両９０の後方下部等に設けられる。電磁波照射部は、マイクロ波等の電磁波をＲＣ床版橋に向かって照射する。受信部は、ＲＣ床版橋の各部において反射された反射波を受信する。

電磁波照射部としては、公知の電磁波レーダーシステムを特に限定無く用いることができるが、送受信センサを多数並設したレーダーシステムを用いることが、作業効率と精度の点で好ましい。また送受信センサは、アレイ状のアンテナであるアレイアンテナを用いることが、作業効率の点で好ましい。

レーダーシステムで用いられるセンサとしては、インパルス発信を用いたものであって、ＲＣ床版橋の鉄筋の腐食度合いを評価する場合においては、周波数が０．５〜３ＧＨｚの中心帯域を持つものが好適である。特に中心周波数を１ＧＨｚ以上として、探査を行うと波長が短くなることから、分解能は向上する。

図２に示すように、電磁波装置２０は、ＲＣ床版橋表面の評価対象範囲９５を車両進行方向に走査しながら、表面からＲＣ床版橋の内部（深さ）方向へ電磁波を照射し、その反射波を受信する。これにより、評価対象範囲９５の各グリッドについて、深度に応じた反射波強度を検出する。深度に応じた反射波強度は、１グリッドにつき、図３に示すような反射応答波形の形で検出される。１グリッドは、例えば、１ｃｍ×１ｃｍであり、１ライン幅は２．０ｍとすることができる。この場合、１ラインにつき２００グリッド分の反射応答波形が検出される。

深度は、電磁波装置２０からの電磁波の照射から、電磁波装置２０での反射波の受信までの時間に対応する。図３に示すような反射応答波形から、所望の各深度に対応した反射波強度を抽出することにより、ＲＣ床版橋の深さ毎の反射波強度が得られる。

電磁波装置２０は、取得した各グリッドについての反射応答波形（深度に応じた反射波強度）の情報を、評価装置１０へ出力する。なお、電磁波装置２０は、車両９０に取り付けられている形態に限定されず、作業員に保持される形態、手押し車の形態など、他の形態でもよい。

図４に示すように、ＲＣ床版橋は、アスファルトコンクリート層９６と、ＲＣ床版９８とが、積層されて形成されている。ＲＣ床版９８は、コンクリート内に複数の鉄筋９９が埋設されて構成された床版である。電磁波装置２０から照射される電磁波は、アスファルトコンクリート層９６及びＲＣ床版９８において、それぞれ時間差を持って反射する。このように、ＲＣ床版橋からの反射応答は、アスファルトコンクリート層９６で反射された表面反射応答、及びＲＣ床版９８の内部の鉄筋９９で反射されたＲＣ床版反射応答を含む。これらの反射応答が、図３に示す反射応答波形に表れる。なお、ＲＣ床版橋は、必ずしも橋である必要はなく、上記のような構造を有する路面構造体であれば、いかなる構造体であっても良い。

図５は、評価装置のハードウェア構成を示すブロック図である。

図５に示すように、評価装置１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１３、ストレージ１４、入力部１５、表示部１６、光ディスク駆動部１７、通信インタフェース（通信Ｉ／Ｆ）１８の各構成を有する。各構成は、バス１９を介して相互に通信可能に接続されている。

ＣＰＵ１１は、中央演算処理ユニットであり、各種プログラムを実行したり、各部を制御したりする。すなわち、ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２又はストレージ１４からプログラムを読み出し、ＲＡＭ１３を作業領域としてプログラムを実行する。ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２又はストレージ１４に記録されているプログラムにしたがって、上記各構成の制御及び各種の演算処理を行う。本実施形態では、ＲＯＭ１２又はストレージ１４には、ＲＣ床版橋の鉄筋の腐食度合いを評価するための評価プログラム（鉄筋腐食度評価プログラム）が格納されている。

ＲＯＭ１２は、各種プログラム及び各種データを格納する。ＲＡＭ１３は、作業領域として一時的にプログラム又はデータを記憶する。ストレージ１４は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）又はＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）により構成され、オペレーティングシステムを含む各種プログラム、及び各種データを格納する。

入力部１５は、マウス等のポインティングデバイス、及びキーボードを含み、各種の入力を行うために使用される。表示部１６は、たとえば、液晶ディスプレイであり、各種の情報を表示する。表示部１６は、タッチパネル方式を採用して、入力部１５として機能しても良い。

光ディスク駆動部１７は、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）又はブルーレイディスクなどの各種の記録媒体に記憶されたデータの読み込み、及び記録媒体に対するデータの書き込み等を行う。

通信インタフェース１８は、他の機器と通信するためのインタフェースであり、たとえば、イーサネット（登録商標）、ＦＤＤＩ、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）等の規格が用いられる。

次に、評価装置１０の機能構成について説明する。

図６は、評価装置の機能構成の例を示すブロック図である。

図６に示すように、評価装置１０は、機能構成として、取得部１００、除去部１０１及び評価部１０２を有する。各機能構成は、ＣＰＵ１１がＲＯＭ１２又はストレージ１４に記憶された鉄筋腐食度評価プログラムを読み出して、ＲＡＭ１３に展開して実行することにより実現される。

取得部１００は、ＲＣ床版橋の表面からＲＣ床版橋の深さ方向へ照射された電磁波の反射応答に関する反射応答データを取得する。取得部１００は、電磁波装置２０から、反射応答データを取得する。

除去部１０１は、取得部１００により取得された反射応答データが表す反射応答の周波数分布から、ＲＣ床版橋の表面で電磁波が反射して得られた表面周波数成分を除去する。表面周波数成分は、図４に示す表面反射応答を表し、ＲＣ床版舗装の表面付近（アスファルトコンクリート層９６、及び、アスファルトコンクリート層９６とＲＣ床版９８との境界を含む範囲）で得られる反射の周波数成分である。

評価部１０２は、第１測定ピーク値及び第２測定ピーク値を用いて、ＲＣ床版橋における鉄筋の腐食度合いを評価する。第１測定ピーク値は、除去部１０１により表面周波数成分が除去された反射応答の周波数分布における、第１周波数帯の周波数成分のレベルのピーク値である。第２ピーク値は、除去部１０１により表面周波数成分が除去された反射応答の周波数分布における、第１周波数帯より高い周波数帯である第２周波数帯の周波数成分のレベルのピーク値である。評価部１０２の評価結果は、例えば、表示部１６に表示される。

ここで、第１周波数帯は、例えば６００〜８００ＭＨｚの帯域であり、第２周波数帯は、例えば１２００〜１６００ＭＨｚ前後の帯域でありうる。

鉄筋の腐食度合いは、腐食グレードという基準により評価される。図７は、腐食グレードと鉄筋の状況との関係を示す図である。評価装置１０は、評価対象のＲＣ床版橋の鉄筋が、図７に示した腐食グレードの中のどの腐食グレードに該当するかを評価する。従って、評価部１０２の評価結果には、ＲＣ床版橋のどの場所がどの腐食グレードであるかの情報が含まれる。なお、図７では腐食グレードをローマ数字で表しているが、以下の説明では腐食グレードをアラビア数字で表す。

次に、除去部１０１による表面周波数成分の除去について説明する。本実施形態に係る評価装置１０は、時間−周波数分析によって特定深さの分析を行うことで、鉄筋の腐食度合いを評価する。

時間−周波数分析で特定深さの分析を行うには、その時間位置の周波数成分を分かりやすく提示することが求められる。例えば、表面付近の反射波は信号強度が大きいために周波数成分のレベルが大きく、ＲＣ床版９８の内部からの反射波の小さな周波数の変化が分かりにくい。本実施形態に係る評価装置１０は、除去部１０１によって、レベルが大きく、分析には不要な表面付近の周波数成分を除去する。本実施形態に係る評価装置１０は、除去部１０１が表面付近の周波数成分を除去することで、ＲＣ床版９８の内部からの反射波を用いた時間−周波数分析が可能となる。

本実施形態に係る評価装置１０は、除去部１０１によって、反射応答データの表面付近の周波数成分の減算を２回繰り返す。本実施形態に係る評価装置１０は、表面付近の周波数成分の減算を２回繰り返すことで、ＲＣ床版反射応答を表す内部周波数成分を用いた評価の信頼性を向上させることができる。表面付近の周波数成分の減算が１回だけの場合と、２回の場合との比較例については後述する。

本実施形態に係る評価装置１０は、内部周波数成分の時間−周波数分布を、さらに周波数分布に変換する。時間−周波数分布から周波数分布への変換は、例えば評価部１０２が実行してもよい。評価装置１０は、内部周波数成分の周波数分布から、上述の第１測定ピーク値及び第２測定ピーク値を求める。そして、評価装置１０は、第１測定ピーク値及び第２測定ピーク値を用いて、ＲＣ床版橋における鉄筋の腐食度合いを評価する。

本実施形態に係る評価装置１０は、予め、鉄筋の腐食のない健全なＲＣ床版橋に対して電磁波を照射して、ＲＣ床版橋からの反射波に対して、表面付近の周波数成分の減算を行って、周波数分布を求めておく。この健全なＲＣ床版橋の周波数分布のデータは、例えばストレージ１４に保存される。評価部１０２は、ＲＣ床版橋に対して電磁波を照射して得られる周波数分布のデータと、健全なＲＣ床版橋の周波数分布のデータとの比較により、まずＲＣ床版橋の鉄筋の腐食の有無について判断する。そして、評価部１０２は、ＲＣ床版の内部の鉄筋が腐食していると判断すると、評価対象の周波数分布のデータに基づいて、鉄筋の腐食グレードを判断する。

図８は、図３に示す反射応答をＳトランスフォーム（Ｓ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ、Ｒ．Ｇ．Ｓｔｏｃｋｗｅｌｌ氏により提案されている時間−周波数分析法）によって表した、時間−周波数の関係をコンター図で示す時間−周波数分布図である。図９は、反射応答データの表面付近の周波数成分を抽出した図である。図１０は、図９に示した周波数成分を逆ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ；高速フーリエ変換）によりタイムドメインの波形に変換した図である。図１１は、図３に示す反射応答から図１０に示した波形を減算した図である。図１２は、図１１に示す波形をＳトランスフォームによって表した、時間−周波数の関係をコンター図で示す時間−周波数分布図である。図１３は、図１２に示した時間−周波数分布を周波数分布に変換した周波数分布図である。周波数分布は、時間領域を全て合わせることで得られる。図８〜図１３に示した図は、鉄筋の腐食のない健全なＲＣ床版橋に対して電磁波を照射して得られる特性であるとする。

図３、図１０及び図１１では、横軸に時間を表し、縦軸に受信した電磁波の信号の強度を表す。図８及び図１２では、横軸に時間を表し、縦軸に周波数を表す。図１３では、横軸に周波数を表し、縦軸に信号の強度を示す。図８及び図１２では、信号の強度を濃淡で表す。図８及び図１２では、濃くなるほど信号の強度が強いことが表されている。図３、及び図８〜図１２において、横軸に時間を表しているが、横軸の時間は、ＲＣ床版橋が反射した電磁波を受信した時間である。電磁波は、ＲＣ床版橋の深い箇所で反射する程、遅く電磁波装置２０に受信されるので、図３、及び図８〜図１２の横軸は、ＲＣ床版橋の鉛直方向の深さの位置を表しているとも言える。

取得部１００が電磁波装置２０から取得する反射応答データにより、図３に示すような反射応答の波形が得られる。図３に示す反射応答の波形をＳトランスフォームによって表すと、図８に示すような時間−周波数分布図が得られる。

図８に示す時間−周波数分布図は、図４に示す表面反射応答を表す表面周波数成分と、図４に示すＲＣ床版反射応答を表す内部周波数成分と、を含む。上述の除去部１０１により、図３の波形から表面周波数成分が除去されると、図１１に示すような波形となる。さらに、図１１に示す波形をＳトランスフォームによって表すと、図１２に示す時間−周波数分布図が得られる。図１２に示す時間−周波数分布図では、図４に示す表面反射応答を表す表面周波数成分を含まず、図４に示すＲＣ床版反射応答を表す内部周波数成分を含む。このため、図１２に示す時間−周波数分布図では、表面付近の反射波の周波数成分に埋もれていた分布が現れる。

表面周波数成分は、電磁波の反射強度が高く、時間−周波数分布図の周波数分布の表示に大きな影響を与える。従って、表面周波数成分を除去することにより、ＲＣ床版反射応答を表す内部周波数成分を浮かび上がらせることが可能となった。

そして、図１３に示す周波数分布図では、各周波数の信号の強度が示されている。評価部１０２は、周波数分布図における第１周波数帯の第１測定ピーク値ｐ１、及び、第２周波数帯の第２測定ピーク値ｐ２を用いて、ＲＣ床版橋における鉄筋の腐食度合いを評価する。

本実施形態では、評価部１０２は、以下の評価基準によって鉄筋の腐食グレードを判定することで、鉄筋の腐食度合いを評価する。

まず、評価部１０２は、第１測定ピーク値が、健全なＲＣ床版橋の周波数分布のデータにおける第１測定ピーク値に対して所定の閾値以上、例えば５０％以上減少しているかどうかを判定する。ＲＣ床版の内部の鉄筋の腐食が進むと、電磁波装置２０から照射された電磁波に対する鉄筋からの反射波の強度が落ちると考えられる。従って、評価部１０２は、健全なＲＣ床版橋の周波数分布のデータにおける第１測定ピーク値に対する低下量を、鉄筋の腐食の進行の有無の判定基準に用いる。

第１測定ピーク値が、健全なＲＣ床版橋の周波数分布のデータにおける第１測定ピーク値に対して所定の閾値以上減少していなければ、評価部１０２は、評価対象の鉄筋は腐食グレード１であると判定する。一方、第１測定ピーク値が、健全なＲＣ床版橋の周波数分布のデータにおける第１測定ピーク値に対して所定の閾値以上減少していれば、評価部１０２は、評価対象の鉄筋は腐食グレード２〜４のいずれかであると判定する。

続いて、評価部１０２は、第１測定ピーク値と第２測定ピーク値との大小関係を比較する。第１測定ピーク値の方が第２測定ピーク値より大きければ、評価部１０２は、評価対象の鉄筋は腐食グレード２、３のいずれかであると判定する。一方、第２測定ピーク値の方が第１測定ピーク値より大きければ、評価部１０２は、評価対象の鉄筋は腐食グレード４であると判定する。

言い換えれば、腐食グレード１、２、又は３の場合は、ＲＣ床版反射応答に第２周波数帯の成分は第１周波数帯の成分と比べて多く含まれず、腐食グレード４の場合は、ＲＣ床版反射応答に第２周波数帯の成分が第１周波数帯の成分と比べて多く含まれている。この事象は、鉄筋の腐食が進むことに起因すると考えられる。従って、評価部１０２は、第１測定ピーク値と第２測定ピーク値との大小関係を比較することで、鉄筋の腐食の進行度合いを評価することができる。そして、評価部１０２は、第１測定ピーク値より第２測定ピーク値の方が大きい場合に、鉄筋の腐食が進行していると腐食の進行度合いを評価することができる。

評価部１０２は、内部周波数成分の周波数分布における第１周波数帯の第１測定ピーク値、及び、第２周波数帯の第２測定ピーク値を用いて、ＲＣ床版橋における鉄筋の腐食度合いを定量的に評価することができる。

なお、本実施形態では、時間領域を全て合わせることで周波数分布を得ていたが、本発明は係る例に限定されない。鉄筋付近より深い位置の不要な成分を除去して、より明確な特徴を得るため、例えば、地表面から鉄筋付近までの時間位置の周波数成分を抽出して、地表面から鉄筋付近までに限定した時間領域の周波数分布を求めてもよい。

次に、評価装置１０の作用について説明する。

図１４は、評価装置１０による鉄筋腐食度評価処理の流れを示すフローチャートである。ＣＰＵ１１がＲＯＭ１２又はストレージ１４から鉄筋腐食度評価プログラムを読み出して、ＲＡＭ１３に展開して実行することにより、鉄筋腐食度評価処理が行なわれる。

ＣＰＵ１１は、取得部１００として、電磁波装置２０からの電磁波の、ＲＣ床版橋からの反射応答に関する反射応答データを取得する（ステップＳ１０１）。

ステップＳ１０１に続いて、ＣＰＵ１１は、反射応答データから地表面付近の表面周波数成分を抽出する（ステップＳ１０２）。具体的には、ＣＰＵ１１は、取得した反射応答データをＳトランスフォームによって、時間−周波数特性に変換する。ＣＰＵ１１は、反射応答データの時間−周波数特性から、地表面付近の時間位置の表面周波数成分を抽出する。地表面付近の時間位置は、電磁波装置２０の特性、例えば、センサに接続されているケーブルの遅延量、もしくはアンテナからの電磁波の発信と反射波の受信とのタイミング、又は、電磁波装置２０のアンテナと、ＲＣ床版橋の表面との距離等に依存するが、例えば時間−周波数特性における５ナノ秒付近に相当する位置でありうる。

ステップＳ１０２に続いて、ＣＰＵ１１は、ステップＳ１０２で抽出した地表面付近の表面周波数成分を反射応答データから除去する（ステップＳ１０３）。具体的には、ＣＰＵ１１は、ステップＳ１０２で抽出した地表面付近の表面周波数成分を逆ＦＦＴによってタイムドメインの波形に変換し、変換後の波形を反射応答データから減算する。

ステップＳ１０３に続いて、ＣＰＵ１１は、表面周波数成分の除去を２回実行したかどうか判断する（ステップＳ１０４）。表面周波数成分の除去を２回実行していないと判断した場合は（ステップＳ１０４；Ｎｏ）、ＣＰＵ１１は、ステップＳ１０２、及びＳ１０３の処理をもう一度実行する。表面周波数成分の除去を２回実行していると判断した場合は（ステップＳ１０４；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ１１は、表面周波数成分を除去した後の内部周波数成分を周波数分布に変換する（ステップＳ１０５）。具体的には、ＣＰＵ１１は、表面周波数成分を除去した後の内部周波数成分を時間−周波数分布に変換し、さらに周波数分布に変換する。

ステップＳ１０５に続いて、ＣＰＵ１１は、内部周波数成分の周波数分布に基づいて、鉄筋の腐食度合いを評価する（ステップＳ１０６）。具体的には、ＣＰＵ１１は、内部周波数成分の周波数分布に対し、上述した評価基準を適用して、ＲＣ床版の内部の鉄筋の腐食グレードを判定することで、ＲＣ床版の内部の鉄筋の腐食度合いを評価する。

ＣＰＵ１１が、図１４に示した一連の処理を実行することで、本実施形態に係る評価装置１０は、ＲＣ床版の鉄筋の腐食度合いを非破壊で、効率的に、且つ定量的に評価することができる。

なお、図１４に示した一連の処理では、地表面付近の表面周波数成分を逆ＦＦＴによってタイムドメインの波形に変換し、変換後の波形を反射応答データから減算する処理を２度繰り返しているが、本発明は係る例に限定されない。ＣＰＵ１１は、地表面付近の表面周波数成分の抽出及び除去を周波数ドメインで行ってもよい。そして、ＣＰＵ１１は、地表面付近の表面周波数成分の抽出及び除去を周波数ドメインで２度繰り返した後に、逆ＦＦＴによってタイムドメインの波形に変換してもよい。

ＣＰＵ１１は、図１４に示した一連の処理をリアルタイムで実行してもよく、電磁波装置２０がＲＣ床版橋から受信した反射波のデータをストレージ１４に保存しておき、任意のタイミングでストレージ１４からデータを取り出して実行してもよい。

続いて、評価装置１０による鉄筋腐食度の評価例を示す。

図１５、図１７、図１９は、それぞれＲＣ床版の内部周波数成分をコンター図で示す時間−周波数分布図の例である。図１６は、図１５に示した時間−周波数分布を周波数分布に変換した周波数分布図である。図１８は、図１７に示した時間−周波数分布を周波数分布に変換した周波数分布図である。図２０は、図１９に示した時間−周波数分布を周波数分布に変換した周波数分布図である。

図１５、図１７に示した時間−周波数分布では、第１周波数帯の強度が強く、第２周波数帯の強度が弱い。一方、図１９に示した時間−周波数分布では、図１５、図１７に示した時間−周波数分布と比べると、第１周波数帯の強度が弱くなり、第２周波数帯の強度が強くなっている。

図１５に示した時間−周波数分布を見ると、鉄筋深度付近の８００ＭＨｚ付近に強度のピークがある。また、健全なＲＣ床版の場合と比べて、分布の形状に崩れが見られる。鉄筋深度から浅い位置で、１２００ＭＨｚ〜２０００ＭＨｚ付近における分布が、健全なＲＣ床版の場合と比べて浮き出るようになった。これは、鉄筋での反射が弱まり、周辺のコンクリートの影響から、周波数の分布形状の崩れ、及び鉄筋より浅い箇所での分布が増加したと考えられる。

図１６に示した周波数分布における第１測定ピーク値ｐ１は、図１３に示した周波数分布における第１測定ピーク値ｐ１の半分以下となっている。そして、図１６に示した周波数分布における第２測定ピーク値ｐ２は、第１測定ピーク値ｐ１よりも小さい。従って、ＣＰＵ１１は、図１６に示した周波数分布から、評価対象の鉄筋の腐食グレードはグレード２、またはグレード３であると判定する。

図１７に示した時間−周波数分布を見ると、図１５と同様に、鉄筋深度付近の８００ＭＨｚ付近に強度のピークがある。また、健全なＲＣ床版の場合と比べて、分布の形状に崩れが見られる。鉄筋深度から浅い位置で、１２００ＭＨｚ〜２０００ＭＨｚ付近における分布が、健全なＲＣ床版の場合と比べて浮き出るようになり、且つ、図１５の場合よりはっきりと浮き出るようになった。鉄筋の腐食が進んだことで鉄筋での反射が弱まり、周辺のコンクリートの影響から、周波数の分布形状の崩れ、及び鉄筋より浅い箇所での分布がさらに増加したものと考えられる。

図１８に示した周波数分布における第１測定ピーク値ｐ１は、図１３に示した周波数分布における第１測定ピーク値ｐ１の半分以下となっている。そして、図１８に示した周波数分布における第２測定ピーク値ｐ２は、第１測定ピーク値ｐ１よりも小さい。従って、ＣＰＵ１１は、図１８に示した周波数分布から、評価対象の鉄筋の腐食グレードはグレード２、またはグレード３であると判定する。

図１９に示した時間−周波数分布を見ると、鉄筋深度付近の８００ＭＨｚ付近における分布のピークが無くなり、健全時とは逆に、鉄筋深度より浅い位置で、１２００ＭＨｚ〜２０００ＭＨｚ付近における分布に大きなピークが見られる。鉄筋の腐食が大きく進んだことで鉄筋の反射が弱まり、鉄筋深度より浅い位置でのコンクリートのひび割れや損傷の反射を捉えているものと考えられる。

図２０に示した周波数分布における第１測定ピーク値ｐ１は、図１３に示した周波数分布における第１測定ピーク値ｐ１の半分以下となっている。そして、図２０に示した周波数分布における第２測定ピーク値ｐ２は、第１測定ピーク値ｐ１よりも大きい。従って、ＣＰＵ１１は、図２０に示した周波数分布から、評価対象の鉄筋の腐食グレードはグレード４であると判定する。

実際には、図１５及び図１６は、鉄筋の腐食グレードがグレード２のＲＣ床版橋に対して電磁波を照射した場合の分布図であり、図１７及び図１８は、鉄筋の腐食グレードがグレード３のＲＣ床版橋に対して電磁波を照射した場合の分布図である。そして、図１９及び図２０は、鉄筋の腐食グレードがグレード４のＲＣ床版橋に対して電磁波を照射した場合の分布図である。従って、本実施形態に係る評価装置１０は、ＲＣ床版橋に対して電磁波を照射して得られる周波数分布から、鉄筋の腐食度合いを評価することができる。

続いて、表面周波数成分の除去を１回しか行わなかった場合と、２回行った場合との比較例を示す。

図２１、図２３、図２５、図２７は、それぞれ、ＲＣ床版橋の表面周波数成分の除去を１回しか行わなかった場合における、ＲＣ床版の内部周波数成分をコンター図で示す時間−周波数分布図の例である。図２２は、図２１に示した時間−周波数分布を周波数分布に変換した周波数分布図である。図２４は、図２３に示した時間−周波数分布を周波数分布に変換した周波数分布図である。図２６は、図２５に示した時間−周波数分布を周波数分布に変換した周波数分布図である。図２８は、図２７に示した時間−周波数分布を周波数分布に変換した周波数分布図である。

図２１及び図２２は、図１２及び図１３の分布図と同じ、健全なＲＣ床版からの反射応答データから得られる分布図である。図２３及び図２４は、図１５及び図１６の分布図と同じ、腐食グレードがグレード２のＲＣ床版からの反射応答データから得られる分布図である。図２５及び図２６は、図１７及び図１８の分布図と同じ、腐食グレードがグレード３のＲＣ床版からの反射応答データから得られる分布図である。図２７及び図２８は、図１９及び図２０の分布図と同じ、腐食グレードがグレード４のＲＣ床版からの反射応答データから得られる分布図である。

図２２に示した周波数分布図を見ると、第１周波数帯では明確なピーク値を観測することができるが、第２周波数帯では明確なピーク値を観測することが出来ない。同様に、図２４及び図２６に示した周波数分布図を見ると、第１周波数帯では明確なピーク値を観測することができるが、第２周波数帯では明確なピーク値を観測することが出来ない。そして、図２８に示した周波数分布図を見ると、第１周波数帯及び第２周波数帯の両方で明確なピーク値を観測することはできるが、第１周波数帯における第１測定ピーク値と第２周波数帯における第２測定ピーク値とで、大小関係の逆転は見られない。

これらの事象は、いずれも、表面周波数成分が１回の除去処理だけでは完全に取り除けていないことに起因するものである。従って、本実施形態に係る評価装置１０は、表面周波数成分の除去を２回行うことで、内部周波数成分の周波数分布に基づいた鉄筋の腐食度合いの評価を、高精度で実施できる。

なお、上記各実施形態でＣＰＵがソフトウェア（プログラム）を読み込んで実行した鉄筋腐食度評価処理を、ＣＰＵ以外の各種のプロセッサが実行してもよい。この場合のプロセッサとしては、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等の製造後に回路構成を変更可能なＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）、及びＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路等が例示される。また、鉄筋腐食度評価処理を、これらの各種のプロセッサのうちの１つで実行してもよいし、同種又は異種の２つ以上のプロセッサの組み合わせ（例えば、複数のＦＰＧＡ、及びＣＰＵとＦＰＧＡとの組み合わせ等）で実行してもよい。また、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造は、より具体的には、半導体素子等の回路素子を組み合わせた電気回路である。

また、上記各実施形態では、鉄筋腐食度評価処理を実行する鉄筋腐食度評価プログラムがＲＯＭまたはストレージに予め記憶（インストール）されている態様を説明したが、これに限定されない。プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｋ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＶＤ−ＲＯＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、及びＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）メモリ等の記録媒体に記録された形態で提供されてもよい。また、プログラムは、ネットワークを介して外部装置からダウンロードされる形態としてもよい。

１ 鉄筋腐食度評価システム
１０ 鉄筋腐食度評価装置
１１ ＣＰＵ
１２ ＲＯＭ
１３ ＲＡＭ
１４ ストレージ
１５ 入力部
１６ 表示部
１７ 光ディスク駆動部
１８ 通信インタフェース
１９ バス
２０ 電磁波装置
９０ 車両
９５ 評価対象範囲
９６ アスファルトコンクリート層
９８ ＲＣ床版
１００ 取得部
１０１ 除去部
１０２ 評価部

Claims (9)

1. 鉄筋コンクリート床版橋における鉄筋の腐食度合いを評価する鉄筋腐食度評価装置であって、
   前記鉄筋コンクリート床版橋の表面から前記鉄筋コンクリート床版橋の深さ方向へ照射した電磁波の反射応答に関する反射応答データを取得する取得部と、
   前記取得部により取得された前記反射応答データが表す反射応答の周波数分布から、前記鉄筋コンクリート床版橋の表面で前記電磁波が反射して得られた表面周波数成分を除去する除去部と、
   前記除去部により前記表面周波数成分が除去された反射応答の周波数分布における、第１周波数帯の周波数成分のレベルのピーク値である第１測定ピーク値、及び、前記第１周波数帯より高い周波数帯である第２周波数帯の周波数成分のレベルのピーク値である第２測定ピーク値を用いて、前記鉄筋コンクリート床版橋における鉄筋の腐食度合いを評価する評価部と、
   を備える、鉄筋腐食度評価装置。
2. 前記除去部は、前記表面周波数成分を除去した反射応答の周波数分布から、さらに前記鉄筋コンクリート床版橋の表面で前記電磁波が反射して得られた周波数成分を除去する、請求項１に記載の鉄筋腐食度評価装置。
3. 前記評価部は、前記第１測定ピーク値及び前記第２測定ピーク値を比較し、前記第１測定ピーク値と前記第２測定ピーク値との大小関係に基づいて前記鉄筋コンクリート床版橋における鉄筋の腐食度合いを評価する、請求項１又は２に記載の鉄筋腐食度評価装置。
4. 前記評価部は、前記第１測定ピーク値より前記第２測定ピーク値の方が大きい場合に、前記鉄筋コンクリート床版橋における鉄筋の腐食が進行していると腐食度合いを評価する、請求項３に記載の鉄筋腐食度評価装置。
5. 前記評価部は、劣化していない鉄筋コンクリート床版橋に電磁波を照射して得た反射応答から、前記周波数成分を除去して得た反射応答の周波数分布である基準周波数分布における、前記第１周波数帯のレベルのピーク値を基準値として、当該基準値と前記第１測定ピーク値とを比較することにより前記鉄筋コンクリート床版橋における鉄筋の腐食度合いを評価する、請求項１又は２に記載の鉄筋腐食度評価装置。
6. 前記評価部は、前記基準値に対する所定の割合を閾値とし、前記第１測定ピーク値が前記閾値よりも小さい場合に、前記鉄筋コンクリート床版橋における鉄筋の腐食が進行していると腐食度合いを評価する、請求項５記載の鉄筋腐食度評価装置。
7. 前記評価部は、鉄筋コンクリート床版橋の表面の複数の位置について、前記鉄筋コンクリート床版橋における鉄筋の腐食度合いを評価する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の鉄筋腐食度評価装置。
8. 鉄筋コンクリート床版橋における鉄筋の腐食度合いを評価する鉄筋腐食度評価方法であって、
   前記鉄筋コンクリート床版橋の表面から前記鉄筋コンクリート床版橋の深さ方向へ照射した電磁波の反射応答に関する反射応答データを取得する取得ステップと、
   前記取得ステップにより取得された前記反射応答データが表す反射応答の周波数分布から、前記鉄筋コンクリート床版橋の表面で前記電磁波が反射して得られた表面周波数成分を除去する除去ステップと、
   前記除去ステップにより前記表面周波数成分が除去された反射応答の周波数分布における、第１周波数帯の周波数成分のレベルのピーク値である第１測定ピーク値、及び、前記第１周波数帯より高い周波数帯である第２周波数帯の周波数成分のレベルのピーク値である第２測定ピーク値を用いて、前記鉄筋コンクリート床版橋における鉄筋の腐食度合いを評価する評価ステップと、
   を含む、鉄筋腐食度評価方法。
9. 鉄筋コンクリート床版橋における鉄筋の腐食度合いを評価するコンピュータプログラムであって、
   前記鉄筋コンクリート床版橋の表面から前記鉄筋コンクリート床版橋の深さ方向へ照射した電磁波の反射応答に関する反射応答データを取得する取得ステップと、
   前記取得ステップにより取得された前記反射応答データが表す反射応答の周波数分布から、前記鉄筋コンクリート床版橋の表面で前記電磁波が反射して得られた表面周波数成分を除去する除去ステップと、
   前記除去ステップにより前記表面周波数成分が除去された反射応答の周波数分布における、第１周波数帯の周波数成分のレベルのピーク値である第１測定ピーク値、及び、前記第１周波数帯より高い周波数帯である第２周波数帯の周波数成分のレベルのピーク値である第２測定ピーク値を用いて、前記鉄筋コンクリート床版橋における鉄筋の腐食度合いを評価する評価ステップと、
   をコンピュータに実行させるコンピュータプログラム。