JP7079055B2 - Installation method of optical fiber sensor to detect deterioration of concrete due to frost damage and deterioration detection method of concrete structure - Google Patents

Installation method of optical fiber sensor to detect deterioration of concrete due to frost damage and deterioration detection method of concrete structure Download PDF

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Description

本発明は、凍害によるコンクリートの劣化を検知する光ファイバセンサの設置方法およびコンクリート構造物の劣化検知方法に関する。 The present invention relates to an installation method of an optical fiber sensor for detecting deterioration of concrete due to frost damage and a method for detecting deterioration of a concrete structure.

寒冷地においてコンクリート構造物が受ける代表的な劣化は、凍害である。凍害とは、コンクリート中の水分が外気温度や日射の影響を受けることで凍結と融解を繰り返す凍結融解作用によって、コンクリート表面からひび割れやスケーリングなどを起こし、コンクリートを劣化させる現象であり、美観性または耐久性に支障をきたすことが多く、コンクリート構造物の維持管理において、重要な問題のひとつとされている。 A typical deterioration of concrete structures in cold regions is frost damage. Freezing damage is a phenomenon in which the water content in concrete is affected by the outside air temperature and sunlight, causing cracks and scaling from the concrete surface due to the freeze-thaw action that repeats freezing and thawing, resulting in deterioration of the concrete. It often interferes with durability and is regarded as one of the important problems in the maintenance of concrete structures.

コンクリートの代表的な劣化である中性化や塩害、アルカリ骨材反応は、劣化によって化学的な変化を伴うため、劣化原因と進行程度を定量的に把握することが可能である。一方で、凍害による劣化は、コンクリート中の水分が凍結する際に体積膨張を起こし、その際に、コンクリートの内部に体積膨張を吸収するだけの隙間がない場合、膨張圧により、コンクリートにひび割れやスケーリングなどを起こす。つまり、凍害による劣化は、コンクリート中の水分の膨張による物理的劣化であるため、表面のひび割れやスケーリングなどの状況証拠的に劣化を判断することが多い。 Since neutralization, salt damage, and alkali-aggregate reaction, which are typical deterioration of concrete, are accompanied by chemical changes due to deterioration, it is possible to quantitatively grasp the cause and degree of deterioration. On the other hand, deterioration due to frost damage causes volume expansion when the water in the concrete freezes, and at that time, if there is no gap inside the concrete to absorb the volume expansion, the expansion pressure causes cracks in the concrete. Causes scaling etc. That is, since deterioration due to frost damage is physical deterioration due to expansion of water in concrete, deterioration is often judged as circumstantial evidence such as surface cracking and scaling.

従来から、コンクリートの耐凍害性の評価方法として、室内実験では試験体の一次共鳴振動数の変化から求めた相対動弾性係数を劣化指標として、コンクリートの凍害による劣化の程度を診断している。そして、一般にコンクリート構造物に対する評価は、コンクリート構造物のコアを採取し、超音波伝播速度の分布を調べることで凍害劣化深さおよび劣化程度の評価が行なわれている。 Conventionally, as a method for evaluating the frost damage resistance of concrete, in laboratory experiments, the degree of deterioration due to frost damage of concrete is diagnosed using the relative dynamic elastic modulus obtained from the change in the primary resonance frequency of the test piece as a deterioration index. In general, the evaluation of a concrete structure is carried out by collecting the core of the concrete structure and examining the distribution of the ultrasonic propagation velocity to evaluate the frost damage deterioration depth and the degree of deterioration.

一方で、コア抜きは破壊試験であり構造物に損害を与えるため、非破壊試験で凍害劣化を評価する検討が行なわれている。超音波法によって、コンクリート表面から劣化の程度を評価する方法が報告されているが、あくまでコンクリート表面の評価であり実構造物のコンクリート内部の評価を行なう方法は確立されていない。 On the other hand, core removal is a destructive test and damages the structure, so studies are being conducted to evaluate frost damage deterioration in a non-destructive test. A method of evaluating the degree of deterioration from the concrete surface by the ultrasonic method has been reported, but a method of evaluating the concrete surface and the inside of the concrete of the actual structure has not been established.

特許文献1および特許文献2では、自然環境下で基準地点における暴露試験に基づくコンクリートの凍害劣化曲線を基準に、コンクリート構造データに基づく特性値を反映させた予測地点での凍害劣化曲線を予測する技術が開示されている。 In Patent Document 1 and Patent Document 2, the frost damage deterioration curve at the prediction point reflecting the characteristic value based on the concrete structure data is predicted based on the frost damage deterioration curve of concrete based on the exposure test at the reference point in the natural environment. The technology is disclosed.

特開2005-156547号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-156547 特開2008-249733号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-249733

コンクリート構造物において、凍害による劣化は、表面から徐々に進行するものであり、劣化深さを把握することが重要である。しかしながら、コンクリートの耐凍害性の評価方法において、コンクリート構造物に対する評価を行なう場合、一般にコンクリート構造物のコアを採取し、超音波伝播速度の分布を調べることで、凍害劣化深さおよび劣化程度の評価が行なわれる。このように、室内実験と実構造物とで異なる評価方法を用いているため、室内実験と実構造物を対比させて評価することが難しい。また、日陰と日向では、コンクリート構造物内で凍結融解が起こる頻度が異なるため、コンクリートの劣化程度も異なる。このような場合、コンクリート構造物の複数箇所の劣化深さ、劣化程度を把握することが好ましいが、コンクリート構造物の複数箇所でコア抜きを行なうことは困難である。 In concrete structures, deterioration due to frost damage gradually progresses from the surface, and it is important to understand the deterioration depth. However, in the method for evaluating the frost damage resistance of concrete, when evaluating a concrete structure, generally, the core of the concrete structure is sampled and the distribution of the ultrasonic propagation velocity is examined to determine the depth of frost damage deterioration and the degree of deterioration. Evaluation is done. As described above, since different evaluation methods are used between the laboratory experiment and the actual structure, it is difficult to compare the laboratory experiment and the actual structure for evaluation. In addition, since the frequency of freezing and thawing in the concrete structure differs between the shade and the sun, the degree of deterioration of the concrete also differs. In such a case, it is preferable to grasp the deterioration depth and the degree of deterioration of the concrete structure at a plurality of places, but it is difficult to remove the core at the plurality of places of the concrete structure.

また、特許文献1および特許文献2では、暴露試験に基づくコンクリートの凍害劣化曲線を基準に、コンクリート構造データに基づく特性値を反映させた予測地点での凍害劣化曲線を予測する技術であって、コンクリート構造物自体の劣化の状況を示していない。 Further, Patent Document 1 and Patent Document 2 are techniques for predicting a frost damage deterioration curve at a prediction point reflecting a characteristic value based on concrete structure data, based on a frost damage deterioration curve of concrete based on an exposure test. It does not show the deterioration of the concrete structure itself.

また、光ファイバセンサを用いて、ひずみを検知する手法は提案されているが、コンクリート構造物に光ファイバセンサを埋設して、凍害によるコンクリート構造物の劣化状況を精度高く、かつ効率良く検知できるような、光ファイバセンサの設置方法およびコンクリート構造物の劣化検知方法については、確立されていない。 In addition, although a method of detecting strain using an optical fiber sensor has been proposed, it is possible to detect the deterioration status of a concrete structure due to frost damage with high accuracy and efficiency by embedding the optical fiber sensor in a concrete structure. Such a method of installing an optical fiber sensor and a method of detecting deterioration of a concrete structure have not been established.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、コンクリート構造物内の劣化状況を早期かつ正確に検知する光ファイバセンサの設置方法およびコンクリート構造物の劣化検知方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a method for installing an optical fiber sensor and a method for detecting deterioration of a concrete structure in an early and accurate manner. The purpose.

(1)上記目的を達成するために、本発明は、以下のような手段を講じた。すなわち、本発明の設置方法は、凍害によるコンクリートの劣化を検知する光ファイバセンサの設置方法であって、コンクリートを打設する前またはコンクリートを打設する最中に、伝搬する光波の変化の特性に基づいてひずみを検出する第1の光ファイバセンサをコンクリート構造物の内部に設置する工程と、前記第1の光ファイバセンサのひずみ検知部の近傍に、温度センサを設置する工程と、前記コンクリート構造物内に設置された第1の光ファイバセンサおよび温度センサをコンクリートで埋設する工程と、少なくとも含むことを特徴とする。 (1) In order to achieve the above object, the present invention has taken the following measures. That is, the installation method of the present invention is an installation method of an optical fiber sensor that detects deterioration of concrete due to frost damage, and is a characteristic of changes in light waves propagating before or during concrete placement. A step of installing a first optical fiber sensor that detects strain based on the above, a step of installing a temperature sensor in the vicinity of the strain detection unit of the first optical fiber sensor, and the concrete. It is characterized by including, at least, a step of burying a first optical fiber sensor and a temperature sensor installed in a structure with concrete.

このように、コンクリートを打設する前またはコンクリートを打設する最中に、伝搬する光波の変化の特性に基づいてひずみを検出する第1の光ファイバセンサをコンクリート構造物の内部に設置し、第1の光ファイバセンサのひずみ検知部の近傍に、温度センサを設置し、コンクリート構造物内に設置された第1の光ファイバセンサおよび温度センサをコンクリートで埋設するので、光ファイバセンサによって測定されたひずみから、凍害による構造物内の劣化状況を検知し、補修が必要である範囲を正確に把握することができる。また、ひずみ検知部の近傍に温度センサを設置するため、温度変化によるひずみを考慮したコンクリートのひずみを算出することができる。また、コンクリートの温度履歴が明らかになるので、詳細な分析を行なわずに容易に凍害による劣化が生じたものと判断ができる。 In this way, a first optical fiber sensor that detects strain based on the characteristics of changes in propagating light waves is installed inside the concrete structure before or during concrete placement. A temperature sensor is installed near the strain detection unit of the first optical fiber sensor, and the first optical fiber sensor and the temperature sensor installed in the concrete structure are embedded in concrete, so that the measurement is performed by the optical fiber sensor. From the strain, it is possible to detect the deterioration status inside the structure due to frost damage and accurately grasp the range that needs repair. Further, since the temperature sensor is installed near the strain detection unit, it is possible to calculate the strain of concrete in consideration of the strain due to the temperature change. In addition, since the temperature history of concrete is clarified, it can be easily determined that deterioration due to frost damage has occurred without performing detailed analysis.

(2)また、本発明の設置方法において、前記第1の光ファイバセンサは、前記コンクリート構造物の表面に対し平行に埋設されると共に、前記温度センサは、前記第1の光ファイバセンサのひずみ検知部と実質的に同一の深さに埋設されることを特徴とする。 (2) Further, in the installation method of the present invention, the first optical fiber sensor is embedded in parallel with the surface of the concrete structure, and the temperature sensor is the strain of the first optical fiber sensor. It is characterized in that it is buried at substantially the same depth as the detection unit.

このように、第1の光ファイバセンサは、コンクリート構造物の表面に対し平行に埋設されると共に、温度センサは、第1の光ファイバセンサのひずみ検知部と実質的に同一の深さに埋設されるので、温度変化によるひずみの変化を考慮しながら、構造物を広範囲にわたり、ひずみをモニタリングすることができる。その結果、同一の構造物において劣化状況が異なる場所があっても、劣化箇所と劣化状況を特定し、補修が必要である範囲を正確に把握することができる。 In this way, the first optical fiber sensor is embedded parallel to the surface of the concrete structure, and the temperature sensor is embedded at substantially the same depth as the strain detection unit of the first optical fiber sensor. Therefore, it is possible to monitor the strain over a wide range of the structure while considering the change in strain due to the temperature change. As a result, even if there are places in the same structure where the deterioration status is different, the deteriorated location and the deterioration status can be specified, and the range requiring repair can be accurately grasped.

(3)また、本発明の設置方法において、前記第1の光ファイバセンサは、前記コンクリート構造物の表面に対し垂直に埋設されると共に、前記温度センサは、前記第1の光ファイバセンサのひずみ検知部と実質的に同一の深さに埋設されることを特徴とする。 (3) Further, in the installation method of the present invention, the first optical fiber sensor is embedded perpendicular to the surface of the concrete structure, and the temperature sensor is the strain of the first optical fiber sensor. It is characterized in that it is buried at substantially the same depth as the detection unit.

このように、第1の光ファイバセンサは、コンクリート構造物の表面に対し垂直に埋設されると共に、温度センサは、第1の光ファイバセンサのひずみ検知部と実質的に同一の深さに埋設されるので、温度変化によるひずみの変化を考慮しながら、コンクリート構造物の劣化深さを把握し、補修が必要である範囲を正確に把握することができる。 In this way, the first optical fiber sensor is embedded perpendicular to the surface of the concrete structure, and the temperature sensor is embedded at substantially the same depth as the strain detection portion of the first optical fiber sensor. Therefore, it is possible to grasp the deterioration depth of the concrete structure and accurately grasp the range requiring repair while considering the change in strain due to the temperature change.

(4)また、本発明の設置方法において、前記第1の光ファイバセンサは、前記コンクリート構造物の表面から深さ方向へ傾斜して埋設されると共に、前記温度センサは、前記第1の光ファイバセンサのひずみ検知部と実質的に同一の深さに埋設されることを特徴とする。 (4) Further, in the installation method of the present invention, the first optical fiber sensor is embedded so as to be inclined in the depth direction from the surface of the concrete structure, and the temperature sensor is embedded in the first optical fiber. It is characterized in that it is embedded at substantially the same depth as the strain detection unit of the fiber sensor.

このように、第1の光ファイバセンサは、コンクリート構造物の表面から深さ方向へ傾斜して埋設されると共に、温度センサは、第1の光ファイバセンサのひずみ検知部と実質的に同一の深さに埋設されるので、コンクリートとの付着を確保しつつ、ひずみ検知部の埋設深さの間隔を短くすることができ、より精度高くコンクリート構造物内をモニタリングすることができる。 As described above, the first optical fiber sensor is embedded so as to be inclined in the depth direction from the surface of the concrete structure, and the temperature sensor is substantially the same as the strain detection unit of the first optical fiber sensor. Since it is buried at a depth, it is possible to shorten the interval between the buried depths of the strain detection unit while ensuring adhesion to the concrete, and it is possible to monitor the inside of the concrete structure with higher accuracy.

(5)また、本発明の設置方法において、前記第1の光ファイバセンサは、前記コンクリート構造物の表面から深さ方向へ螺旋状に埋設されると共に、前記温度センサは、前記第1の光ファイバセンサのひずみ検知部と実質的に同一の深さに埋設されることを特徴とする。 (5) Further, in the installation method of the present invention, the first optical fiber sensor is embedded spirally from the surface of the concrete structure in the depth direction, and the temperature sensor is the first light. It is characterized in that it is embedded at substantially the same depth as the strain detection unit of the fiber sensor.

このように、第1の光ファイバセンサは、コンクリート構造物の表面から深さ方向へ螺旋状に埋設されると共に、温度センサは、第1の光ファイバセンサのひずみ検知部と実質的に同一の深さに埋設されるので、コンクリートとの付着を確保しつつ、ひずみ検知部の埋設深さの間隔を短くすることができ、より精度高くコンクリート構造物内をモニタリングすることができる。 In this way, the first optical fiber sensor is embedded spirally from the surface of the concrete structure in the depth direction, and the temperature sensor is substantially the same as the strain detection unit of the first optical fiber sensor. Since it is buried at a depth, it is possible to shorten the interval between the buried depths of the strain detection unit while ensuring adhesion to the concrete, and it is possible to monitor the inside of the concrete structure with higher accuracy.

(6)また、本発明の設置方法において、前記温度センサは、伝搬する光波の変化の特性に基づいて、温度を検出する第2の光ファイバセンサと、前記第2の光ファイバセンサの外周を被覆する被覆部と、から構成され、1つ以上の前記温度センサが、前記コンクリート構造物のコンクリート内部で前記第1の光ファイバセンサに沿うように埋設されることを特徴とする。 (6) Further, in the installation method of the present invention, the temperature sensor has a second optical fiber sensor that detects the temperature based on the characteristics of the change of the propagating light wave, and the outer periphery of the second optical fiber sensor. It is composed of a covering portion to be covered, and one or more of the temperature sensors are embedded in the concrete of the concrete structure along the first optical fiber sensor.

このように、温度センサは、伝搬する光波の変化の特性に基づいて、温度を検出する第2の光ファイバセンサと、第2の光ファイバセンサの外周を被覆する被覆部と、から構成され、1つ以上の温度センサが、測定対象の構造物のコンクリート内部で第1の光ファイバセンサに沿うように埋設されるので、測定対象のコンクリート構造物において、測定時の温度に対するひずみを、予め把握する必要がなく、より正確な温度変化によるひずみをリアルタイムで測定することができる。その結果、より正確な残存ひずみを算出することを可能とし、劣化状況を把握することができる。 As described above, the temperature sensor is composed of a second optical fiber sensor that detects the temperature based on the characteristics of the change of the propagating light wave, and a covering portion that covers the outer periphery of the second optical fiber sensor. Since one or more temperature sensors are embedded along the first optical fiber sensor inside the concrete of the structure to be measured, the strain with respect to the temperature at the time of measurement is grasped in advance in the concrete structure to be measured. It is possible to measure the strain due to more accurate temperature change in real time. As a result, it is possible to calculate the residual strain more accurately, and it is possible to grasp the deterioration state.

(7)また、本発明の劣化検知方法は、凍害によるコンクリートの劣化を検知する劣化検知方法であって、コンクリートを打設する前またはコンクリートを打設する最中に、第1の光ファイバセンサをコンクリート構造物に設置する工程と、前記第1の光ファイバセンサのひずみ検知部の近傍に、温度センサを設置する工程と、前記コンクリート構造物内に設置された第1の光ファイバセンサおよび温度センサをコンクリートで埋設する工程と、前記第1の光ファイバセンサ内を伝搬する光波の特性変化に基づいて、前記コンクリートのひずみを測定する工程と、前記測定したひずみの経時的変化の特性を検出する工程と、を少なくとも含み、前記検出したひずみの経時的変化の特性に基づいて、凍害によるコンクリートの劣化を検知することを特徴とする劣化検知方法。 (7) Further, the deterioration detection method of the present invention is a deterioration detection method for detecting deterioration of concrete due to frost damage, and is a first optical fiber sensor before or during concrete placement. A step of installing a temperature sensor in the concrete structure, a step of installing a temperature sensor in the vicinity of the strain detection unit of the first optical fiber sensor, and a first optical fiber sensor and temperature installed in the concrete structure. The step of burying the sensor in concrete, the step of measuring the strain of the concrete based on the characteristic change of the light wave propagating in the first optical fiber sensor, and the characteristic of the time-dependent change of the measured strain are detected. A deterioration detection method comprising at least a step of detecting deterioration of concrete due to frost damage based on the characteristics of the detected change in strain with time.

このように、コンクリートを打設する前またはコンクリートを打設する最中に、伝搬する光波の変化の特性に基づいてひずみを検出する第1の光ファイバセンサをコンクリート構造物の内部に設置し、第1の光ファイバセンサのひずみ検知部の近傍に、温度センサを設置し、コンクリート構造物内に設置された第1の光ファイバセンサおよび温度センサをコンクリートで埋設し、第1の光ファイバセンサ内を伝搬する光波の特性変化に基づいて、コンクリートのひずみを測定し、測定したひずみの経時的変化の特性を検出し、検出したひずみの経時的変化の特性に基づいて、凍害によるコンクリートの劣化を検知するので、実構造物に対しても、光ファイバセンサを埋設し、ひずみを測定することが可能となる。その結果、今まで行なわれていたような、超音波伝播速度の分布を調べるために、コンクリート構造物のコアを採取する必要がなくなる。また、相対動弾性係数の測定は、実構造物に対して適用できないが、本発明に係る劣化検知方法においては、光ファイバセンサをコンクリートに埋設することにより、簡易に、かつ常時測定することができ、コンクリート内の劣化の状況を早期かつ正確に検知することができる。また、コンクリートの温度履歴が明らかになるので、詳細な分析を行なわずに容易に凍害による劣化が生じたものと判断ができる。 In this way, a first optical fiber sensor that detects strain based on the characteristics of changes in propagating light waves is installed inside the concrete structure before or during the placement of concrete. A temperature sensor is installed in the vicinity of the strain detection unit of the first optical fiber sensor, the first optical fiber sensor and the temperature sensor installed in the concrete structure are embedded in concrete, and the inside of the first optical fiber sensor. The strain of concrete is measured based on the characteristic change of the light wave propagating in the Since it is detected, it is possible to embed an optical fiber sensor in an actual structure and measure the strain. As a result, it is no longer necessary to sample the core of the concrete structure in order to investigate the distribution of ultrasonic propagation velocities as has been done so far. Further, the measurement of the relative dynamic elastic modulus cannot be applied to an actual structure, but in the deterioration detection method according to the present invention, the optical fiber sensor can be easily and constantly measured by embedding it in concrete. It is possible to detect the state of deterioration in concrete early and accurately. In addition, since the temperature history of concrete is clarified, it can be easily determined that deterioration due to frost damage has occurred without performing detailed analysis.

(8)また、本発明の劣化検知方法は、前記検出したコンクリートのひずみから、前記温度センサを用いて測定した温度変化によるひずみを除去する工程と、をさらに含むことを特徴とする。 (8) Further, the deterioration detection method of the present invention is further characterized by further including a step of removing the strain due to a temperature change measured by using the temperature sensor from the detected strain of concrete.

このように、検出したコンクリートのひずみから、温度センサを用いて測定した温度変化によるひずみを除去するので、特定の温度におけるひずみを予め測定しておく必要がなくなり、汎用性が高くなる。 In this way, since the strain due to the temperature change measured by using the temperature sensor is removed from the detected strain of the concrete, it is not necessary to measure the strain at a specific temperature in advance, and the versatility is increased.

本発明によれば、凍害によるコンクリート構造物の劣化状況を精度高く、かつ効率良く検知することが可能となる。これにより、コンクリート構造物の劣化箇所および劣化状況を把握し、補修が必要である範囲を正確に特定することができる。 According to the present invention, it is possible to accurately and efficiently detect the deterioration state of a concrete structure due to frost damage. As a result, it is possible to grasp the deteriorated part and the deteriorated state of the concrete structure and accurately identify the range requiring repair.

凍害によるコンクリートの劣化により光ファイバセンサがひずみを検知するかを検証するために用いた試験体を示す図である。It is a figure which shows the test piece used for verifying whether the optical fiber sensor detects strain by deterioration of concrete by frost damage. 各サイクルにおける光ファイバセンサのひずみ測定結果、および各サイクルにおける相対動弾性係数の値を示す図である。It is a figure which shows the strain measurement result of the optical fiber sensor in each cycle, and the value of the relative dynamic elastic modulus in each cycle. 検証例2における光ファイバセンサおよび相対動弾性係数の測定結果を示す図(劣化状態)である。It is a figure (deterioration state) which shows the measurement result of the optical fiber sensor and the relative dynamic elastic modulus in the verification example 2. 検証例2における質量変化率を示す図(劣化状態)である。It is a figure (deterioration state) which shows the mass change rate in the verification example 2. 検証例2における光ファイバセンサおよび相対動弾性係数の測定結果を示す図(健全状態)である。It is a figure (healthy state) which shows the measurement result of the optical fiber sensor and the relative dynamic elastic modulus in the verification example 2. 実施例1における光ファイバセンサの設置例の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the installation example of the optical fiber sensor in Example 1. 実施例1における光ファイバセンサの設置例の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the installation example of the optical fiber sensor in Example 1. 実施例1における光ファイバセンサの設置例の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the installation example of the optical fiber sensor in Example 1. 実施例2における光ファイバセンサの設置例の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the installation example of the optical fiber sensor in Example 2. 実施例2における光ファイバセンサの設置例の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the installation example of the optical fiber sensor in Example 2. 実施例3における光ファイバセンサの設置例の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the installation example of the optical fiber sensor in Example 3. 実施例3における光ファイバセンサの設置例の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the installation example of the optical fiber sensor in Example 3. 実施例4における光ファイバセンサの設置例の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the installation example of the optical fiber sensor in Example 4.

本発明者らは、寒冷地においてコンクリート構造物が受ける凍害による劣化は、コンクリートの表面のひび割れやスケーリングなど状況証拠的に劣化で判断している状況に着目し、コンクリート構造物に光ファイバセンサを埋設して凍害によるコンクリート構造物の劣化状況を精度高くかつ効率良く検知する光ファイバセンサの設置方法を見出し、本発明をするに至った。以下、本発明の実施形態について説明する。 The present inventors have focused on a situation in which deterioration due to frost damage to a concrete structure in a cold region is judged by deterioration based on situational evidence such as cracking and scaling of the concrete surface, and an optical fiber sensor is applied to the concrete structure. We have found a method for installing an optical fiber sensor that is buried and detects the deterioration status of a concrete structure due to frost damage with high accuracy and efficiency, and have arrived at the present invention. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.

まず、凍害のメカニズムにおいて説明する。凍害とは、コンクリート中の水分が凍結するときの膨張によって発生する劣化現象である。水は、凍結するときに9%の体積膨張を生じる。また、コンクリートは、一般的に温度変化に応じて収縮または膨張する。通常の温度範囲であれば、線膨張係数は、10×10-6/℃程度である。温度降下が起きると、コンクリート内の水分が凍結し、膨張圧が生じる。コンクリート中の水分が凍結と融解を繰り返し、凍結時に水の膨張圧によって膨張したコンクリートが融解時に収縮せず、残存ひずみとして残る。この残存ひずみによって、コンクリート表面からひび割れやスケーリングなどを起こし、コンクリートを劣化させる。 First, the mechanism of frost damage will be described. Freezing damage is a deterioration phenomenon caused by expansion of water in concrete when it freezes. Water causes a volume expansion of 9% when frozen. In addition, concrete generally shrinks or expands in response to changes in temperature. Within the normal temperature range, the coefficient of linear expansion is about 10 × 10 -6 / ° C. When the temperature drops, the water in the concrete freezes and an expansion pressure is generated. Moisture in the concrete repeats freezing and thawing, and the concrete expanded by the expansion pressure of water during freezing does not shrink during thawing and remains as residual strain. This residual strain causes cracks and scaling from the concrete surface, deteriorating the concrete.

本実施形態に係る劣化検知方法は、コンクリート構造物に光ファイバセンサを埋設することにより、凍害によって生じた残存ひずみを算出し、凍害による劣化を検知する。残存ひずみは、コンクリート内で融解作用を受けた時に光ファイバセンサのひずみとしてあらわれる。この光ファイバセンサのひずみには、温度影響により生じるひずみも含まれるため、光ファイバセンサのひずみから、温度影響により生じたひずみを除去したひずみが、融解時の残存ひずみとなる。 The deterioration detection method according to the present embodiment calculates the residual strain caused by frost damage by embedding an optical fiber sensor in a concrete structure, and detects deterioration due to frost damage. The residual strain appears as the strain of the fiber optic sensor when it is melted in the concrete. Since the strain of the optical fiber sensor includes the strain caused by the influence of temperature, the strain obtained by removing the strain caused by the influence of temperature from the strain of the optical fiber sensor becomes the residual strain at the time of melting.

このように、融解期間の光ファイバセンサのひずみを測定することにより、凍害によるコンクリートの劣化の程度を判断することができる。また、光ファイバセンサは、1本の細いケーブルに複数のセンサを設置することができるため、コンクリート構造物で使用する場合、極めて細い1本の光ファイバセンサで、複数の部位の測定を行なうことができる。また、光ファイバセンサを深さ方向に埋設することによって、コンクリート構造物の劣化深さをモニタリングすることができる。光ファイバセンサであれば、コンクリート構造物において、コア抜きや超音波法の作業を行なうことが困難な場所であっても、光ファイバセンサに接続したケーブルを、測定が可能である場所まで伸ばすことで、容易に測定を行なうことができる。 In this way, by measuring the strain of the optical fiber sensor during the melting period, it is possible to determine the degree of deterioration of the concrete due to frost damage. In addition, since an optical fiber sensor can be installed with a plurality of sensors on one thin cable, when used in a concrete structure, it is necessary to measure a plurality of parts with one extremely thin optical fiber sensor. Can be done. Further, by embedding the optical fiber sensor in the depth direction, the deterioration depth of the concrete structure can be monitored. If it is an optical fiber sensor, extend the cable connected to the optical fiber sensor to a place where measurement is possible even in a place where it is difficult to perform core removal or ultrasonic method work in a concrete structure. Therefore, the measurement can be easily performed.

また、凍害の評価方法として、光ファイバセンサをコンクリート構造物に埋設する場合は、埋設する光ファイバセンサは、1本(1つのセンサ部(以下、FGB部またはひずみ検知部ともいう))でも、複数本でも良い。また、FBG部は、1本の光ファイバセンサに1つであっても良いし、複数備えていても良い。表面から劣化が徐々に進行する実構造物においては表層部からなるべく深さ方向に短い間隔で光ファイバセンサを設置することで、劣化状況をより詳細に把握することができる。コンクリートの端部や表面部から1~4cmの深さ、またはコンクリートの中間の深さなどにも光ファイバセンサを埋設すると、コンクリートの劣化状況をより詳細に把握することができる。 Further, as a method for evaluating frost damage, when an optical fiber sensor is embedded in a concrete structure, even one optical fiber sensor (hereinafter, also referred to as an FGB unit or a strain detection unit) may be embedded. Multiple pieces may be used. Further, one FBG unit may be provided for one optical fiber sensor, or a plurality of FBG units may be provided. In an actual structure in which deterioration gradually progresses from the surface, the deterioration status can be grasped in more detail by installing optical fiber sensors at intervals as short as possible in the depth direction from the surface layer portion. By embedding the optical fiber sensor at a depth of 1 to 4 cm from the edge or surface of the concrete, or at a depth in the middle of the concrete, it is possible to grasp the deterioration state of the concrete in more detail.

[検知方法]
コンクリートにFBG部を備える光ファイバセンサを埋設し、光ファイバ計測器と接続する。光ファイバセンサは、温度変化によりひずみを生じる。温度計は、熱電対を用いても良いし、コンクリート内部の温度を測定できれば、熱電対に限らない。温度変化による影響(ひずみ)を除いた光ファイバセンサのひずみにおいて、コンクリートが融解作用を受けた時のひずみの値を測定する。特定の温度において測定されたひずみを用いる場合は、その温度において光ファイバセンサが受けるひずみは一定であるため、温度変化によるひずみを補正する必要はない。
[Detection method]
An optical fiber sensor equipped with an FBG unit is embedded in concrete and connected to an optical fiber measuring instrument. The optical fiber sensor is distorted due to temperature changes. The thermometer may use a thermocouple, and is not limited to the thermocouple as long as it can measure the temperature inside the concrete. In the strain of the optical fiber sensor excluding the influence (strain) due to the temperature change, the value of the strain when the concrete is subjected to the melting action is measured. When the strain measured at a specific temperature is used, it is not necessary to correct the strain due to the temperature change because the strain received by the optical fiber sensor at that temperature is constant.

[検証例1]
図1は、凍害によるコンクリートの劣化により光ファイバセンサがひずみを検知するかを検証するために用いた試験体を示す図である。検証例1で使用する材料は、表1に示す通りである。また、検証例1で使用する材料の配合は、表2に示す通りである。表1に示す材料を、表2に示す配合で練混ぜたコンクリート17を2つの鋼製型枠15に流し入れ、一方には、光ファイバセンサ11を、他方には温度計21を鋼製型枠15の中心に垂らした状態で埋設する。光ファイバセンサ11埋設後に、コンクリート17と光ファイバセンサ11のFBG部13が一体となって収縮または膨張するようにする必要があるため、光ファイバセンサ11を埋設する際には、コンクリート17が光ファイバセンサ11のFBG部13に付着するように埋設する。また、光ファイバセンサ11は、緊張をかけた状態(張力を発生させた状態)でコンクリート17に埋設しても良い。また、検証例1では、光ファイバセンサとして、FBGセンサを用いるが、これに限らない。
[Verification example 1]
FIG. 1 is a diagram showing a test piece used for verifying whether an optical fiber sensor detects strain due to deterioration of concrete due to frost damage. The materials used in Verification Example 1 are as shown in Table 1. The composition of the materials used in Verification Example 1 is as shown in Table 2. Concrete 17 obtained by kneading the materials shown in Table 1 with the formulations shown in Table 2 is poured into two steel formwork, one of which is an optical fiber sensor 11 and the other of which is a thermometer 21. It is buried in the state of hanging in the center of 15. After the optical fiber sensor 11 is embedded, the concrete 17 and the FBG portion 13 of the optical fiber sensor 11 need to be integrally contracted or expanded. Therefore, when the optical fiber sensor 11 is embedded, the concrete 17 is optical. It is embedded so as to adhere to the FBG portion 13 of the fiber sensor 11. Further, the optical fiber sensor 11 may be embedded in the concrete 17 in a state where tension is applied (a state in which tension is generated). Further, in the verification example 1, the FBG sensor is used as the optical fiber sensor, but the present invention is not limited to this.

Figure 0007079055000001
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図1に示すように、鋼製型枠15にFBG部13が試験体(円柱状)の中心に位置するように予め光ファイバセンサ11を設置し、コンクリートを流し込み成型する。また、熱電対などの温度計21を埋設した試験体も同様に生成し、コンクリート17内の温度を測定する。光ファイバセンサ11のFBG部13および温度計21を測定部23は、上下方向のかぶりが100mmである。 As shown in FIG. 1, the optical fiber sensor 11 is installed in advance on the steel formwork 15 so that the FBG portion 13 is located at the center of the test piece (cylindrical), and concrete is poured and molded. Further, a test body in which a thermometer 21 such as a thermocouple is embedded is also generated in the same manner, and the temperature inside the concrete 17 is measured. The FBG unit 13 and the thermometer 21 of the optical fiber sensor 11 have a cover in the vertical direction of 100 mm in the measuring unit 23.

その後、水中養生を28日行ない、恒温恒湿槽にて凍結融解試験を行なった。凍結融解の条件は、1サイクル(11時間)として、コンクリートの中心温度(環境温度)を5℃→-20℃→5℃に変化させた。 Then, underwater curing was carried out for 28 days, and a freeze-thaw test was carried out in a constant temperature and humidity chamber. The conditions for freezing and thawing were one cycle (11 hours), and the core temperature (environmental temperature) of the concrete was changed from 5 ° C. to −20 ° C. to 5 ° C.

図2は、各サイクルにおける光ファイバセンサのひずみ測定結果、および各サイクルにおける相対動弾性係数の値を示す図である。図2に示す光ファイバセンサのひずみは、環境温度の変化によって生じたひずみを差し引いた値であり、環境温度の変化による影響を除去した融解時の最大値を示す。光ファイバセンサのひずみは、サイクルが進むことで増加している。 FIG. 2 is a diagram showing the strain measurement results of the optical fiber sensor in each cycle and the values of the relative dynamic elastic modulus in each cycle. The strain of the optical fiber sensor shown in FIG. 2 is a value obtained by subtracting the strain generated by the change in the environmental temperature, and shows the maximum value at the time of melting after removing the influence of the change in the environmental temperature. The strain of the fiber optic sensor increases as the cycle progresses.

これは、コンクリートが凍結融解によって劣化した残存ひずみを示している。図2に示す相対動弾性係数の値と比較すると、38サイクル付近でどちらも大きく値が変化していることからも、光ファイバセンサによってコンクリートの残存ひずみを測定し、凍害による劣化の判断が可能である。また、JIS A 1148で耐凍害性が有効であると示される相対動弾性係数の80%を下回る範囲でもひずみの測定が可能であることも確認できた。 This indicates the residual strain in which the concrete deteriorated due to freezing and thawing. Compared with the value of the relative dynamic elastic modulus shown in Fig. 2, both values change significantly around 38 cycles, so it is possible to measure the residual strain of concrete with an optical fiber sensor and judge deterioration due to frost damage. Is. It was also confirmed that the strain can be measured even in the range of less than 80% of the relative elastic modulus, which is shown to be effective in frost damage resistance by JIS A 1148.

したがって、本試験体を用いれば、コンクリートの凍結融解作用に対する抵抗性を評価することができる。また、構造物にコンクリートを使用する前に、凍結融解抵抗性を評価したり、凍結融解抵抗性の高いコンクリートを開発、または選定することが可能となる。本発明において、凍結融解抵抗性とは、耐凍害性ともいい、セメント組成物の内部に存在する水分が凍結及び融解を繰り返すことにより、組成物が劣化し崩壊をも招く現象(凍害)に対する抵抗性、耐性をいう。 Therefore, using this test piece, it is possible to evaluate the resistance of concrete to the freeze-thaw action. In addition, before using concrete for a structure, it is possible to evaluate freeze-thaw resistance and develop or select concrete having high freeze-thaw resistance. In the present invention, freeze-thaw resistance is also referred to as freeze-thaw resistance, and resistance to a phenomenon (freezing damage) in which the water present inside the cement composition repeatedly freezes and thaw, which causes the composition to deteriorate and collapse. Gender and tolerance.

[検証例2]
さらに、凍結融解槽を用いて、光ファイバセンサによって測定したコンクリートの残存ひずみによる凍害による劣化の判断の有効性について、検証を行なった。検証例2では、検証例1と同様の使用材料、配合、試験体形状である試験体Aと、検証例1とは空気量のみ異なる(空気量:4.8%)試験体Bを用いた。凍結融解試験は、JIS A 1148に準拠し(1サイクル4時間)、凍結融解試験装置を用いて行なった。なお、凍結融解試験装置を用いた場合、温度計21を設置せずとも温度を知ることができる。
[Verification example 2]
Furthermore, using a freeze-thaw tank, the effectiveness of determining deterioration due to frost damage due to residual strain of concrete measured by an optical fiber sensor was verified. In Verification Example 2, Test Body A, which has the same materials, formulations, and test body shape as in Verification Example 1, and Test Body B, which differs only in the amount of air from Verification Example 1 (air amount: 4.8%), were used. .. The freeze-thaw test was carried out in accordance with JIS A 1148 (1 cycle, 4 hours) using a freeze-thaw test device. When the freeze-thaw test device is used, the temperature can be known without installing the thermometer 21.

図3は、検証例2において、劣化が生じた試験体Aの光ファイバセンサおよび相対動弾性係数の測定結果を示す図である。図4は、検証例2において、劣化が生じた試験体Aの質量変化率を示す図である。図5は、検証例2において、劣化が生じていない健全な試験体Bの光ファイバセンサおよび相対動弾性係数の測定結果を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing the measurement results of the optical fiber sensor and the relative dynamic elastic modulus of the deteriorated test piece A in the verification example 2. FIG. 4 is a diagram showing the mass change rate of the test body A in which deterioration has occurred in Verification Example 2. FIG. 5 is a diagram showing the measurement results of the optical fiber sensor and the relative dynamic elastic modulus of the sound test piece B in the verification example 2 in which deterioration has not occurred.

図3に示す通り、試験体Aは、光ファイバセンサのひずみの増加に伴い、相対動弾性係数の値が増加していることから、凍結融解による残存ひずみを測定できていると考えられる。また、試験体Aの光ファイバセンサのひずみは、20サイクルあたりから増加しているのに対して、相対動弾性係数は低下していない。つまり、光ファイバセンサによって、相対動弾性係数にあらわれない程度の微細な劣化についても、検知することが可能である。 As shown in FIG. 3, it is considered that the test piece A can measure the residual strain due to freezing and thawing because the value of the relative dynamic elastic modulus increases as the strain of the optical fiber sensor increases. Further, the strain of the optical fiber sensor of the test piece A has increased from around 20 cycles, whereas the relative dynamic elastic modulus has not decreased. That is, it is possible to detect even minute deterioration that does not appear in the relative dynamic elastic modulus by the optical fiber sensor.

また、図4に示す通り、試験体Aのコンクリートは質量が増加しており、吸水により湿潤膨張している。つまり、図3に示す残存ひずみには湿潤膨張によるひずみも含まれた値となる。 Further, as shown in FIG. 4, the concrete of the test piece A has an increased mass and is wet and expanded due to water absorption. That is, the residual strain shown in FIG. 3 includes the strain due to wet expansion.

一方、図5に示す通り、凍結融解による残存ひずみが生じにくい健全な試験体Bは、相対動弾性係数が低下していないが、光ファイバによるひずみは若干増加している。図5に示すひずみは、湿潤膨張によるひずみであるので、図3に示す試験体Aのひずみの値から、図5に示す試験体Bのひずみの値を差し引くことで、コンクリートの湿潤膨張によるひずみをキャンセルすることが可能となる。その結果、試験体Aの正確な残存ひずみを算出できる。 On the other hand, as shown in FIG. 5, in the sound test piece B in which residual strain due to freezing and thawing is unlikely to occur, the relative dynamic elastic modulus is not decreased, but the strain due to the optical fiber is slightly increased. Since the strain shown in FIG. 5 is the strain due to wet expansion, the strain due to wet expansion of concrete is obtained by subtracting the strain value of test piece B shown in FIG. 5 from the strain value of test piece A shown in FIG. Can be canceled. As a result, the accurate residual strain of the test piece A can be calculated.

コンクリートの湿潤膨張を測定するための劣化が生じていない健全な試験体Bは、試験対象とする試験体Aよりも空気量を0.5~4%を増加させることにより作製できる。空気量の増加量が、0.5%未満であると、劣化が生じていない健全な試験体Bを、試験対象とする試験体Aより劣化を遅らせることができなかったり、凍害による凍結融解による残存ひずみを含んでしまう場合がある。また、空気量の増加量が4%を超えると、湿潤膨張の傾向が試験体Aと乖離してしまう場合がある。その他、測定対象と全く同じ試験体を用意し、水中養生させることで湿潤膨張によるひずみを測定しキャンセルすることでより正確な残存ひずみを算出しても良い。 A healthy test piece B without deterioration for measuring the wet expansion of concrete can be produced by increasing the amount of air by 0.5 to 4% as compared with the test piece A to be tested. If the amount of increase in the amount of air is less than 0.5%, the deterioration of the healthy test piece B without deterioration cannot be delayed from that of the test piece A to be tested, or due to freezing and thawing due to frost damage. It may contain residual strain. Further, if the increase in the amount of air exceeds 4%, the tendency of wet expansion may deviate from the test piece A. In addition, a more accurate residual strain may be calculated by preparing a test piece that is exactly the same as the measurement target and curing it in water to measure and cancel the strain due to wet expansion.

[設置方法]
次に、設置方法について説明する。まず、光ファイバセンサ(第1の光ファイバセンサ、第2の光ファイバセンサ)を設置する位置まで、コンクリートを打設する。その後、光ファイバセンサを設置し、さらにコンクリートを打設する。光ファイバセンサは、コンクリートを打設する前にコンクリート構造物内部に設置しても良いし、コンクリートを打設する最中にコンクリート構造物内部に設置しても良い。
[Installation method]
Next, the installation method will be described. First, concrete is poured up to the position where the optical fiber sensor (first optical fiber sensor, second optical fiber sensor) is installed. After that, an optical fiber sensor is installed, and concrete is further placed. The optical fiber sensor may be installed inside the concrete structure before the concrete is placed, or may be installed inside the concrete structure during the concrete placement.

第1の光ファイバセンサ101は、1つ以上のFBG部105を備えており、コンクリート構造物内のひずみを測定する光ファイバセンサである。第1の光ファイバセンサ101を埋設する際には、コンクリート107が第1の光ファイバセンサ101のFBG部105に付着するように埋設する。また、コンクリート構造物内の測定ポイントにFBG部105が位置するように設置する。さらに、光ファイバセンサ101埋設後に、コンクリート107と光ファイバセンサ101のFBG部105が一体となって収縮または膨張するよう必要があるため、光ファイバセンサ101とコンクリート107の付着を十分に確保するため、FBG部105は左右50mm以上の間隔をあけて配置することが好ましい。また、FBG部105を埋設する深さは、コンクリート107に使用する骨材の最大径である20mm以上の深さに配置することが施工する上で好ましい。 The first optical fiber sensor 101 includes one or more FBG units 105, and is an optical fiber sensor that measures strain in a concrete structure. When burying the first optical fiber sensor 101, the concrete 107 is buried so as to adhere to the FBG portion 105 of the first optical fiber sensor 101. Further, the FBG portion 105 is installed so as to be located at the measurement point in the concrete structure. Further, since it is necessary that the FBG portion 105 of the optical fiber sensor 101 and the optical fiber sensor 101 are integrally contracted or expanded after the optical fiber sensor 101 is embedded, in order to sufficiently secure the adhesion between the optical fiber sensor 101 and the concrete 107. , The FBG portion 105 is preferably arranged at a distance of 50 mm or more on the left and right. Further, it is preferable that the depth at which the FBG portion 105 is embedded is arranged at a depth of 20 mm or more, which is the maximum diameter of the aggregate used for the concrete 107.

第2の光ファイバセンサ102は、コンクリート構造物内の温度変化によるひずみを測定する光ファイバセンサであり、1つのFBG部105を備える。第2の光ファイバセンサ102は、コンクリート構造物内の温度変化によるひずみを測定する光ファイバセンサであるため、保護チューブ109等でコンクリート107と切り離し、拘束のない状態で埋設される。また、第2の光ファイバセンサ102を埋設する深さは、第1の光ファイバセンサ101の近傍であり、同じ深さとする。第2の光ファイバセンサは、温度変化により生じるひずみを測定するためのものであり、コンクリート構造物内の温度の測定およびその測定した温度から温度変化により生じるひずみを測定できれば良い。そのため、温度計は、熱電対を用いても良く、光ファイバセンサに限らない。熱伝対を用いた場合は、温度に対する光ファイバセンサのひずみを把握しておく。温度変化による影響(ひずみ)を除いた光ファイバセンサのひずみから、コンクリートが融解作用を受けた時のひずみの値を測定する。特定の温度においてひずみを測定する場合は、その温度において光ファイバセンサが受けるひずみは一定であるため、温度変化によるひずみを補正する必要はない。 The second optical fiber sensor 102 is an optical fiber sensor that measures strain due to a temperature change in a concrete structure, and includes one FBG unit 105. Since the second optical fiber sensor 102 is an optical fiber sensor that measures strain due to a temperature change in the concrete structure, it is separated from the concrete 107 by a protective tube 109 or the like and buried without restraint. Further, the depth at which the second optical fiber sensor 102 is embedded is in the vicinity of the first optical fiber sensor 101, and is the same depth. The second optical fiber sensor is for measuring the strain caused by the temperature change, and it is sufficient if the temperature in the concrete structure can be measured and the strain caused by the temperature change can be measured from the measured temperature. Therefore, the thermometer may use a thermocouple and is not limited to the optical fiber sensor. When using a thermocouple, grasp the strain of the optical fiber sensor with respect to temperature. The value of the strain when the concrete is melted is measured from the strain of the optical fiber sensor excluding the influence (strain) due to the temperature change. When measuring the strain at a specific temperature, it is not necessary to correct the strain due to the temperature change because the strain received by the optical fiber sensor at that temperature is constant.

次に、コンクリート構造物への光ファイバセンサの設置例について説明する。
[実施例1]
図6A~図6Cは、実施例1における光ファイバセンサの設置例の概略を示す図である。図6Aに示す光ファイバセンサ(第1の光ファイバセンサ)101は、コンクリート構造物の凍結面に対して平行に埋設される。図6Bに示す光ファイバセンサ(第2の光ファイバセンサ)102は、コンクリート構造物内の温度変化によるひずみを測定する光ファイバセンサであり、であり、コンクリート構造物の凍結面に対して平行に埋設する。また、図6Aの各測定ポイントによって、コンクリート内部の温度が大きく異なる場合は、図6Cに示すように、第1の光ファイバセンサの各FBG部の近傍に、第2の光ファイバセンサ102を埋設し、各測定ポイントの温度変化によるひずみを測定することが好ましい。
Next, an example of installing an optical fiber sensor in a concrete structure will be described.
[Example 1]
6A to 6C are diagrams showing an outline of an installation example of the optical fiber sensor in the first embodiment. The optical fiber sensor (first optical fiber sensor) 101 shown in FIG. 6A is embedded parallel to the frozen surface of the concrete structure. The optical fiber sensor (second optical fiber sensor) 102 shown in FIG. 6B is an optical fiber sensor that measures strain due to a temperature change in the concrete structure, and is parallel to the frozen surface of the concrete structure. Buried. Further, when the temperature inside the concrete differs greatly depending on each measurement point in FIG. 6A, as shown in FIG. 6C, the second optical fiber sensor 102 is embedded in the vicinity of each FBG portion of the first optical fiber sensor. However, it is preferable to measure the strain due to the temperature change at each measurement point.

このように、コンクリート構造物に光ファイバセンサを埋設することにより、1本の細いケーブルで広範囲のモニタリングを同時に行なうことができる。例えば、床版などで凍結防止剤を散布した場所と凍結防止剤を散布していない場所に、光ファイバセンサを埋設することによって、凍結防止剤の効果の有無などの効果を判断することができる。また、同一のコンクリート構造物上で、外気温度や日射の影響で劣化状況が異なる場合であっても、同一のコンクリート構造物に複数箇所でひずみを測定することによって、劣化箇所を特定し、補修が必要である範囲を正確に把握することができる。 By embedding the optical fiber sensor in the concrete structure in this way, it is possible to simultaneously perform a wide range of monitoring with one thin cable. For example, by embedding an optical fiber sensor in a place where the antifreeze agent is sprayed and a place where the antifreeze agent is not sprayed on a deck or the like, it is possible to judge the effect such as the presence or absence of the effect of the antifreeze agent. .. In addition, even if the deterioration status is different due to the influence of outside air temperature and sunlight on the same concrete structure, the deterioration points can be identified and repaired by measuring the strain at multiple points on the same concrete structure. Can accurately grasp the required range.

[実施例2]
図7Aおよび図7Bは、実施例2における光ファイバセンサの設置例の概略を示す図である。図7Aに示す光ファイバセンサ(第1の光ファイバセンサ)101は、コンクリート構造物の凍結面に対して垂直に埋設される。図7Bは示す光ファイバセンサ(第2の光ファイバセンサ)102は、コンクリート構造物内の温度変化によるひずみを測定する光ファイバセンサであり、コンクリート構造物の凍結面に対して垂直に埋設される。コンクリート構造物に対し、凍害劣化による補修を行なう場合、劣化深さを把握することは重要である。そのため、コンクリート構造物の凍害による劣化の進行程度を評価する場合、図7Aおよび図7Bに示すように、光ファイバセンサを設置することが好ましい。
[Example 2]
7A and 7B are diagrams showing an outline of an installation example of an optical fiber sensor in the second embodiment. The optical fiber sensor (first optical fiber sensor) 101 shown in FIG. 7A is embedded perpendicular to the frozen surface of the concrete structure. The optical fiber sensor (second optical fiber sensor) 102 shown in FIG. 7B is an optical fiber sensor that measures strain due to a temperature change in a concrete structure, and is embedded perpendicular to the frozen surface of the concrete structure. .. When repairing concrete structures due to frost damage deterioration, it is important to understand the deterioration depth. Therefore, when evaluating the degree of deterioration of a concrete structure due to frost damage, it is preferable to install an optical fiber sensor as shown in FIGS. 7A and 7B.

このように、コンクリート構造物の深さ方向に、光ファイバセンサを設置し、ひずみをモニタリングすることで、劣化深さを判定し、補修が必要である範囲を正確に把握することができる。また、深さによってコンクリート内部の温度が大きく変わる場合は、実施例1と同様、第1の光ファイバセンサの各FBG部の近傍に、第2の光ファイバセンサ102を埋設し、各測定ポイントの温度変化によるひずみを測定することが好ましい。 In this way, by installing an optical fiber sensor in the depth direction of the concrete structure and monitoring the strain, it is possible to determine the deterioration depth and accurately grasp the range requiring repair. When the temperature inside the concrete changes greatly depending on the depth, the second optical fiber sensor 102 is embedded in the vicinity of each FBG portion of the first optical fiber sensor as in the first embodiment, and the second optical fiber sensor 102 is embedded at each measurement point. It is preferable to measure the strain due to temperature change.

[実施例3]
図8および図9は、実施例3における光ファイバセンサの設置例の概略を示す図である。コンクリート構造物において、凍害劣化は表面から進行するため、細かく劣化深さをモニタリングできることが好ましい。図8に示すように、コンクリート構造物の表面に対し傾斜をつけて光ファイバセンサ101、102を埋設しても良い。また、図9に示すように、コンクリート構造物の深さ方向に対し、らせん状に光ファイバセンサ101、102を埋設しても良い。このように光ファイバセンサを埋設することで、コンクリートとの付着を確保しつつ、FGB部の埋設深さの間隔を短くすることができる。このように、FGB部105の間隔を短くすることで、より詳細にモニタリングすることができる。
[Example 3]
8 and 9 are diagrams showing an outline of an installation example of the optical fiber sensor in the third embodiment. In a concrete structure, deterioration due to frost damage progresses from the surface, so it is preferable to be able to monitor the deterioration depth in detail. As shown in FIG. 8, the optical fiber sensors 101 and 102 may be embedded by inclining the surface of the concrete structure. Further, as shown in FIG. 9, the optical fiber sensors 101 and 102 may be embedded in a spiral shape in the depth direction of the concrete structure. By embedding the optical fiber sensor in this way, it is possible to shorten the interval of the embedding depth of the FGB portion while ensuring the adhesion to the concrete. In this way, by shortening the interval between the FGB units 105, more detailed monitoring can be performed.

[実施例4]
図10は、実施例4における光ファイバセンサの設置例の概略を示す図である。図10に示すように、床版張出部121や、橋台端部123に光ファイバセンサを埋設し、測定が行なえる場所までケーブル111を伸ばすことで、容易にコンクリート構造物の劣化状況を把握することができる。
[Example 4]
FIG. 10 is a diagram showing an outline of an installation example of the optical fiber sensor in the fourth embodiment. As shown in FIG. 10, by embedding an optical fiber sensor in the deck overhanging portion 121 and the abutment end portion 123 and extending the cable 111 to a place where measurement can be performed, the deterioration status of the concrete structure can be easily grasped. can do.

以上説明した設置例を組み合わせて、同一コンクリート構造物内に複数の第1の光ファイバセンサを埋設することもでき、その結果、コンクリート構造物内の劣化状況をより正確に検知することができる。例えば、床版などで凍結防止剤を散布した場所と凍結防止剤を散布していない場所に、光ファイバセンサを埋設することによって、凍結防止剤の効果の有無などの効果を判断することができる。また、同一のコンクリート構造物上で、外気温度や日射の影響で劣化状況が異なる場合であっても、同一のコンクリート構造物に複数箇所でひずみを測定することによって、劣化箇所を特定し、補修が必要である範囲を正確に把握することができる。 By combining the installation examples described above, a plurality of first optical fiber sensors can be embedded in the same concrete structure, and as a result, the deterioration state in the concrete structure can be detected more accurately. For example, by embedding an optical fiber sensor in a place where the antifreeze agent is sprayed and a place where the antifreeze agent is not sprayed on a deck or the like, it is possible to judge the effect such as the presence or absence of the effect of the antifreeze agent. .. In addition, even if the deterioration status is different due to the influence of outside air temperature and sunlight on the same concrete structure, the deterioration points can be identified and repaired by measuring the strain at multiple points on the same concrete structure. Can accurately grasp the required range.

以上説明したように、コンクリート構造物に光ファイバセンサを埋設して、凍害によるコンクリート構造物の劣化状況を精度高く、かつ効率良く検知することを可能とする光ファイバセンサの設置方法を用いることにより、コンクリート構造物の劣化箇所および劣化状況を把握し、補修が必要である範囲を正確に特定することができる。 As described above, by embedding an optical fiber sensor in a concrete structure and using an installation method of the optical fiber sensor that enables accurate and efficient detection of deterioration of the concrete structure due to frost damage. , It is possible to grasp the deteriorated part and deterioration status of the concrete structure and accurately identify the range that needs repair.

11 光ファイバセンサ
13 FBG部
15 鋼製型枠
17 コンクリート
21 温度計
23 測定部
101 第1の光ファイバセンサ
102 第2の光ファイバセンサ
105 FBG部
107 コンクリート
109 保護チューブ
111 ケーブル
121 床版張出部
123 橋台端部
11 Optical fiber sensor 13 FBG part 15 Steel mold 17 Concrete 21 Thermometer 23 Measuring part 101 First optical fiber sensor 102 Second optical fiber sensor 105 FBG part 107 Concrete 109 Protective tube 111 Cable 121 Floor slab overhanging part 123 Hashidai end

Claims (4)

凍害によるコンクリートの劣化を検知する光ファイバセンサの設置方法であって、
コンクリートを打設する前またはコンクリートを打設する最中に、伝搬する光波の変化の特性に基づいてひずみを検出する第1の光ファイバセンサをコンクリート構造物の内部でコンクリート構造物の凍結面に対して平行もしくは垂直に設置し、コンクリート構造物の凍結面から深さ方向へ傾斜して設置し、またはコンクリート構造物の凍結面から深さ方向へ螺旋状に設置する工程と、
前記第1の光ファイバセンサのひずみ検知部と同一の深さに、温度センサを設置する工程と、
前記コンクリート構造物内に設置された第1の光ファイバセンサおよび温度センサをコンクリートで埋設する工程と、を少なくとも含み、
前記コンクリートが前記第1の光ファイバセンサのFBG部に付着するように埋設することによって、前記コンクリートと前記第1の光ファイバセンサのFBG部とが一体となって収縮または膨張し、凍害によるひずみを検出することを特徴とする設置方法。
It is an installation method of an optical fiber sensor that detects deterioration of concrete due to frost damage.
Before or during concrete placement, a first optical fiber sensor that detects strain based on the characteristics of changes in propagating light waves is installed inside the concrete structure on the frozen surface of the concrete structure. The process of installing in parallel or perpendicular to the concrete structure, tilting it in the depth direction from the frozen surface of the concrete structure, or spirally installing it in the depth direction from the frozen surface of the concrete structure .
The process of installing the temperature sensor at the same depth as the strain detection unit of the first optical fiber sensor, and
At least including a step of burying a first optical fiber sensor and a temperature sensor installed in the concrete structure with concrete.
By burying the concrete so as to adhere to the FBG portion of the first optical fiber sensor, the concrete and the FBG portion of the first optical fiber sensor are integrally shrunk or expanded , resulting in strain due to frost damage. An installation method characterized by detecting .
前記温度センサは、伝搬する光波の変化の特性に基づいて、温度を検出する第2の光ファイバセンサと、
前記第2の光ファイバセンサの外周を被覆する被覆部と、から構成され、
1つ以上の前記温度センサが、前記コンクリート構造物のコンクリート内部で前記第1の光ファイバセンサに沿うように埋設されることを特徴とする請求項1記載の設置方法。
The temperature sensor includes a second optical fiber sensor that detects the temperature based on the characteristics of the change of the propagating light wave.
It is composed of a covering portion that covers the outer periphery of the second optical fiber sensor, and is composed of a covering portion.
The installation method according to claim 1, wherein one or more temperature sensors are embedded in the concrete of the concrete structure along the first optical fiber sensor.
凍害によるコンクリートの劣化を検知する劣化検知方法であって、
コンクリートを打設する前またはコンクリートを打設する最中に、伝搬する光波の変化の特性に基づいてひずみを検出する第1の光ファイバセンサをコンクリート構造物の内部でコンクリート構造物の凍結面に対して平行もしくは垂直に設置し、コンクリート構造物の凍結面から深さ方向へ傾斜して設置し、またはコンクリート構造物の凍結面から深さ方向へ螺旋状に設置する工程と、
前記第1の光ファイバセンサのひずみ検知部と同一の深さに、温度センサを設置する工程と、
前記コンクリート構造物内に設置された第1の光ファイバセンサおよび温度センサをコンクリートで埋設する工程と、
前記第1の光ファイバセンサ内を伝搬する光波の特性変化に基づいて、前記コンクリートのひずみを測定する工程と、
前記測定したひずみの経時的変化の特性を検出する工程と、を少なくとも含み、
前記コンクリートが前記第1の光ファイバセンサのFBG部に付着するように埋設することによって、前記コンクリートと前記第1の光ファイバセンサのFBG部とが一体となって収縮または膨張し、
前記検出したひずみの経時的変化の特性に基づいて、凍害によるコンクリートの劣化を検知することを特徴とする劣化検知方法。
It is a deterioration detection method that detects the deterioration of concrete due to frost damage.
Before or during concrete placement, a first optical fiber sensor that detects strain based on the characteristics of changes in propagating light waves is installed inside the concrete structure on the frozen surface of the concrete structure. The process of installing in parallel or perpendicular to the concrete structure, tilting it in the depth direction from the frozen surface of the concrete structure, or spirally installing it in the depth direction from the frozen surface of the concrete structure .
The process of installing the temperature sensor at the same depth as the strain detection unit of the first optical fiber sensor, and
The process of burying the first optical fiber sensor and temperature sensor installed in the concrete structure with concrete, and
A step of measuring the strain of the concrete based on the characteristic change of the light wave propagating in the first optical fiber sensor, and
At least including the step of detecting the characteristics of the measured change of strain with time.
By embedding the concrete so as to adhere to the FBG portion of the first optical fiber sensor, the concrete and the FBG portion of the first optical fiber sensor are integrally shrunk or expanded.
A deterioration detection method characterized by detecting deterioration of concrete due to frost damage based on the characteristics of the detected change over time of strain.
前記検出したコンクリートのひずみから、前記温度センサを用いて測定した温度変化によるひずみを除去する工程と、をさらに含むことを特徴とする請求項記載の劣化検知方法。 The deterioration detection method according to claim 3 , further comprising a step of removing the strain due to a temperature change measured by using the temperature sensor from the detected strain of concrete.
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