JP6785515B1 - コンクリート構造全寿命性能スマートセンシング及び劣化早期警報システム並びにその方法 - Google Patents
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Abstract
Description
Claims (6)
- メイン制御モジュール、多機能センサモジュール、盗難防止モジュール及び限界早期警報モジュールを含み、前記多機能センサモジュール、前記盗難防止モジュール及び前記限界早期警報モジュールは、いずれも前記メイン制御モジュールと接続され、前記メイン制御モジュールは、前記多機能センサモジュールが収集したデータに対して解析処理を行い、且つ前記限界早期警報モジュールを介して即時の安全早期警報を実現し、
前記多機能センサモジュールは、予めコンクリート構造内部に埋め込まれ、温湿度センサ、塩化物イオン−pH勾配センサ、ホール電圧式鉄筋腐食センサ、鉄筋応力センサ及びコンクリートひずみセンサを含み、前記温湿度センサ、前記鉄筋応力センサ、前記コンクリートひずみセンサは、コンクリート構造の温度、湿度、鉄筋応力及びひずみパラメータをモニタリングするのに用いられ、前記塩化物イオン−pH勾配センサは、コンクリート構造内の様々な深度部分における塩化物イオン含有量、pH値の検出を行うのに用いられ、前記ホール電圧式鉄筋腐食センサは、鉄筋腐食状況及び腐食量の測定を実現するのに用いられ、
前記盗難防止モジュールは、ネットワークビデオカメラ及び盗難防止警報装置を含み、前記ネットワークビデオカメラは、モニタリングエリアのビデオ監視を実現するのに用いられ、前記盗難防止警報装置は、システム装置付近の人員に対する感知及び音声警告を実現し、装置の盗難及び損壊を防止するのに用いられ、前記限界早期警報モジュールは、コンクリート構造の劣化がハイリスク状態に入ったことの早期警報を実現するのに用いられ、前記ハイリスク状態は前記メイン制御モジュールがモデリング解析により得た結果に基づいており、腐食発生限界塩化物イオン濃度は腐食部分のコンクリート内部の塩化物イオン含有量に従って動的に設定され、
前記メイン制御モジュールは、データ前処理モジュール、動的閾値設定モジュール及び早期警報解析モジュールを含み、前記データ前処理モジュールは、前記多機能センサモジュールが収集したデータに対して前処理を行うのに用いられ、前記動的閾値設定モジュールは、前記データ前処理モジュールが修正した後の塩化物イオン濃度に基づき、使用環境条件下におけるコンクリート構造に対応する腐食発生限界塩化物イオン濃度を動的に修正し、且つ鉄筋応力、コンクリートのひずみ限界値を設定し、前記早期警報解析モジュールは、前処理後のデータと前記動的閾値設定モジュールが設定したデータを比較し、且つ得られた早期警報結果を前記限界早期警報モジュールへ送って警報を行うのに用いられ、
前記データ前処理モジュールは塩化物イオン−pH勾配センサが収集したデータに対するデータ修正モジュールも含むことで温度とpHの両方の影響を考慮しており、前記データ修正モジュールはpH影響ベースの修正モジュール及び温度影響ベースの修正モジュールを含み、
前記温度影響ベースの修正モジュールは、Ir/IrOx-pH電極の測定データに対する温度修正及びAg/AgCl電極の測定データに対する温度修正を実現し、
(1)Ir/IrOx-pH電極の測定データの温度修正では、
[1] Ir/IrOx-pH電極を通じて2つの異なる温度条件下におけるコンクリート内部のIr/IrOx-pH電極の電位値を測定する、
[2] 前記工程[1]のIr/IrOx-pH電極電位と対応する温度実測値との線形フィッティングを行い、フィッティング方程式を得る、
[3] 前記フィッティング方程式に基づき、20℃の条件下におけるIr/IrOx-pH電極の電位を得る、
[4] 20℃の条件下におけるIr/IrOx-pH電極電位とpH値はネルンストの式を満たし、Ir/IrOx-pH電極電位y1とpH値x1は線形相関であり、方程式はy1=−51.84x1+369.52であり、
前記工程[3]で得られた20℃の条件下におけるIr/IrOx-pH電極の電位及び方程式y1=−51.84x1+369.52に基づき、このときのコンクリート内部のIr/IrOx-pH電極位置部分のpH値を取得し、
(2)Ag/AgCl電極の測定データの温度修正では、
[1] Ag/AgCl電極を通じて2つの異なる温度条件下におけるコンクリート内部のAg/AgCl電極の電位値を測定する、
[2] 前記工程[1]のAg/AgCl電極電位と対応する温度実測値との線形フィッティングを行い、フィッティング方程式を得る、
[3] 前記フィッティング方程式に基づき、20℃の条件下におけるAg/AgCl電極の電位を得る、
[4] 20℃の条件下におけるAg/AgCl電極電位と塩化物イオン濃度の対数はネルンストの式を満たし、Ag/AgCl電極電位y2塩化物イオン濃度の対数x2は線形相関で、方程式はy2=−683.14x2−531.29であり、
前記工程[3]で得られた20℃の条件下におけるAg/AgCl電極の電位及び方程式y2=−683.14x2−531.29に基づき、このときのコンクリート内部のAg/AgCl電極位置部分の塩化物イオン濃度含有量を得ることを特徴とする、コンクリート構造全寿命性能スマートセンシング及び劣化早期警報システム。 - 前記塩化物イオン−pH勾配センサは筒状主体を含み、前記筒状主体にはAg/AgCl電極及びIr/IrOx-pH電極、並びにAg/AgCl電極及びIr/IrOx-pH電極と対応する参照電極が設けられており、筒状主体の外表面には周方向に沿って多層環状溝が設けられており、前記環状溝には前記筒状主体の厚さ方向に連通する導線予備孔が予め設けられており、前記筒状主体内部には前記環状溝と対応する導線溝がさらに設けられており、Ag/AgCl電極及びIr/IrOx-pH電極はそれぞれ半円状に作られており、前記環状溝内に固定されることを特徴とする、請求項1に記載のコンクリート構造全寿命性能スマートセンシング及び劣化早期警報システム。
- 前記pH影響ベースの修正モジュールは、Ag/AgCl電極の測定データに対するpH修正を実現し、Ir/IrOx-pH電極に基づき、コンクリート内部のpH値を測定し、pH値が10.5より大きく13より小さい場合、このときの同じ深度部分のAg/AgCl電極電位を修正する必要はなく、pH値が1より大きく10.5より小さい場合には、このときの同じ深度部分のAg/AgCl電極電位y3に対し、公式y3=14.26x3+23.58に従ってpH値x3の修正を行う必要があることを特徴とする、請求項1に記載のコンクリート構造全寿命性能スマートセンシング及び劣化早期警報システム。
- 前記早期警報システムは、クラウドサーバも含み、前記メイン制御モジュールと前記クラウドサーバはデータインタラクションを行い、コンクリート構造に対するシステム管理を実現するとともに、データの修正、記憶及び更新を即時に行うことを特徴とする、請求項1に記載のコンクリート構造全寿命性能スマートセンシング及び劣化早期警報システム。
- 多機能センサモジュールによりコンクリート構造の状態データを収集し、前記状態データは、温度、湿度、塩化物イオン濃度、pH値、鉄筋腐食パラメータ、鉄筋応力及びコンクリートひずみデータを含み、且つ収集したコンクリートの状態データに対して前処理を行う工程1と、
温度に基づき収集したコンクリート構造内部のpH値に対して修正を行い、Ir/IrOx-pH電極の測定データに対する温度修正によって、正確なコンクリート内部pH値のモニタリング結果を取得し、
[1] Ir/IrOx-pH電極を通じて2つの異なる温度条件下におけるコンクリート内部のIr/IrOx-pH電極の電位値を測定する、
[2] 前記工程[1]のIr/IrOx-pH電極電位と対応する温度実測値との線形フィッティングを行い、フィッティング方程式を得る、
[3] 前記フィッティング方程式に基づき、20℃の条件下におけるIr/IrOx-pH電極の電位を換算して得る、
[4] 20℃の条件下におけるIr/IrOx-pH電極電位とpH値はネルンストの式を満たし、Ir/IrOx-pH電極電位y1とpH値x1は線形相関であり、方程式はy1=−51.84x1+369.52であり、
前記工程[3]で得られた20℃の条件下におけるIr/IrOx-pH電極の電位及び方程式はy1=−51.84x1+369.52に基づき、このときのコンクリート内部のIr/IrOx-pH電極位置部分のpH値を得る工程2と、
温度及びpH値に基づき収集したコンクリート内部の塩化物イオン濃度情報に対して修正を行い、正確なコンクリート内部塩化物イオン含有量のモニタリング結果を得る工程3と、
ある深度部分のホール電圧式鉄筋腐食センサが鉄筋に腐食が発生していることを検出した場合、早期警報システムが自動でこのときの深度部分の塩化物イオン−pH勾配センサが測定した塩化物イオン濃度を腐食発生限界塩化物イオン濃度として、限界早期警報モジュールに入力する工程4と、
コンクリート状態のモニタリング結果と前記工程4で設定した腐食発生限界塩化物イオン濃度、並びに測定した鉄筋応力、コンクリートひずみ、コンクリート内部温度及び湿度パラメータにより、寿命予測モデルに基づき構造の故障率を計算し、且つ残存耐用年数を予測して、即時に安全早期警報を発する工程5と、を含むことを特徴とする、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のコンクリート構造全寿命性能スマートセンシング及び劣化早期警報システムに基づく早期警報方法。 - 前記工程3において、温度及びpH値に基づき収集したコンクリート内部の塩化物イオン濃度情報に対して修正を行うとき、Ag/AgCl電極の測定データに対する温度、pH値の修正には、
[1] Ag/AgCl電極を通じて2つの異なる温度条件下におけるコンクリート内部のAg/AgCl電極の電位値を測定する、
[2] 前記工程[1]のAg/AgCl電極電位と対応する温度実測値との線形フィッティングを行い、フィッティング方程式を得る、
[3] 前記フィッティング方程式に基づき、20℃の条件下におけるAg/AgCl電極の電位を換算して得る、
[4] 20℃の条件下におけるAg/AgCl電極電位と塩化物イオン濃度の対数はネルンストの式を満たし、Ag/AgCl電極電位y2塩化物イオン濃度の対数x2は線形相関であり、方程式はy2=−683.14x2−531.29である、
前記工程[3]で得られた20℃の条件下におけるAg/AgCl電極の電位及び方程式y2=−683.14x2−531.29に基づき、このときのコンクリート内部のAg/AgCl電極位置部分の塩化物イオン濃度含有量を得る、
[5] Ir/IrOx-pH電極に基づき、コンクリート内部のpH値を測定する、
pH値が10.5より大きく13より小さい場合、このときの同じ深度部分のAg/AgCl電極電位を修正する必要はなく、pH値が1より大きく10.5より小さい場合には、このときの同じ深度部分のAg/AgCl電極電位y3に対してpH値x3の修正を行う必要があり、修正の公式はy3=14.26x3+23.58である、という方式を主に採用することを特徴とする、請求項5に記載のコンクリート構造全寿命性能スマートセンシング及び劣化早期警報システムの早期警報方法。
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