JPH0313859A - 超音波を用いたコンクリート圧縮強度の測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、超音波を用いてコンクリートの圧縮強度を測
定する方法に関するものである。

［従来の技術］ 建築、土木の分野において、通常のコンクリートおよび
高強度コンクリート（以下、これらを総称してコンクリ
ートと称す）の施工品質管理のために、あるいは既存コ
ンクリート構造物の健全度、即ち劣化状態を診断するた
めに、超音波を用いて非破壊的にコンクリートの圧縮強
度を測定することが行われており、その測定方法として
は、通常音速法と称されている超音波伝播速度法、ある
いは、音速法とシ：Ｌミツトハンマー法とを併用した併
用法等が知られている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来のコンクリート圧縮測定方法あるい
は探触子には次のような問題がある。

■従来の超音波探傷装置では単パルス励振方式が採用さ
れることが多いが、単パルス励振方式ではコンクリート
中を効率よく伝播する超音波を発生させることが困難で
あり、従って、受信して得られた超音波データが不確実
なものであることが多かった。

■探触子を自由振動型とした場合には、得られる受信波
からは音速のみが測定可能であり、受信周波数や透過パ
ルス振幅等の有益な超音波データは測定が困難であった
。

■従来、コンクリートの圧縮強度は、縦波の伝播速度を
測定し、当該測定値から推定しているが、推定精度は±
１００ｋｇ／ｃｍ２程度であり、到底満足できるもので
はなかった。

■併用法は、その手法が複雑であると共に、コンクリー
ト圧縮強度を推定する方程式も確立されたものとは言え
ない状態である。

本発明は、上記の課題を解決するものであって、超音波
のコンクリート中の伝播特性を向上させると共に圧縮強
度の推定精度を向上させることができる超音波を用いた
コンクリート圧縮強度の測定方法を提供することを目的
とするものである。

〔課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために、本発明の超音波を用いた
コンクリート圧縮強度の測定方法は、受信した超音波パ
ルスの縦波振幅、縦波音速、縦波受信周波数、横波振幅
、横波音速、横波受信周波数を求め、これら６種類の超
音波情報に基づいて圧縮強度を推定することを特徴とす
る。

［作用および発明の効果］ 本発明においては、超音波探傷装置を、従来の単パルス
励振方式に代えて、送信周波数を可変できるようにした
ので、コンクリートの材質に適合した超音波の送受信が
可能となり、これによりコンクリート中の伝播特性を向
上できる。

また、探触子として従来の自由振動型探触子に代えて高
ダンピング低周波探触子、即ち、ダンパーが装着された
低周波探触子を使用するので、所要の欠陥信号等を容易
に識別することができるばかりでなく、被検体中の伝播
速度、受信周波数および透過パルス振幅等の、従来では
容易に得ることができなかった超音波情報を容易に採取
することができる。

また、圧縮強度を推定するに付いて、従来は縦波の伝播
速度のみを用いていたが、本発明では、縦波および横波
のそれぞれについて、伝播速度、受信周波数および透過
パルス振幅を得、これら６種類の超音波情報を用いて圧
縮強度を推定するので、推定精度を従来の±１００ｋｇ
／ｃ■２程度から±２５　ｋｇ／　ｃｍ　２以内と格段
に向上させることができる。

［実施例コ 以下、図面を参照しつつ実施例を説明する。

第１図は本発明に係る超音波を用いたコンクリート圧縮
強度の測定方法を説明する図であり、図中、１は測定の
対象となっているコンクリート、２は送信器としての探
触子、３は受信機としての探触子、４．５は接触媒質、
６はオシロスコープ、７は制御装置、８は出力装置を示
す。

第１図に示す構成は、コンクリート１の圧縮強度を推定
するために使用する超音波情報をパルス透過法により求
める場合の構成例であるが、圧縮強度を測定しようとす
るコンクリート１の両側には、それぞれ、適当な材質か
らなる接触媒質４．６を介して探触子２．３が対向する
位置に配置されている。なお、探触子２および３は、ダ
ンパー材が装着された低周波探触子、いわゆる高ダンピ
ング低周波探触子である。また、コンクリート１の厚さ
Ｄは予めノギス等により、例えば、０．１■簡単位で測
定されており、その値りは制御装置７に入力されている
。更に、接触媒質４および５の材質は同じものである。

このような状態において、まず、探触子２として、送信
周波数が可変となされた縦波用の高ダンピング低周波探
触子を使用し、縦波の超音波パルスを送信する。送信す
る超音波パルスのパルス幅、変調モードおよび変調乗数
は適宜選択できるが、この実施例においては、パルス幅
は５μｓｅｃ　、　　変調モードおよび変調乗数はｓｉ
ｎ’　とする。

探触子２から送信され、接触媒質４、コンクリート１、
および接触媒質６を透過した超音波パルスは、受信器で
ある探触子３で受信され、当該受信波はオシロスコープ
６に表示される。その例を第２図に示すが、第２図にお
いて、９は送信されたパルスであり、１０は受信された
透過パルスである。この状態において、オペレータは、
オシロスコープ６の透過パルス１０の振幅が最大になる
ように、探触子２および３の位置、および送信周波数等
の調整を行う。これにより当該コンクリートの材質に適
合した超音波を送信できるので、コンクリート中の伝播
特性が最適な状態で測定を行うことができる。

当該調整を行って、透過パルス１０の振幅が最大になっ
た時点で、オペレータは制御装置７に指示を与えて、透
過パルス１０の振幅ＰｈＬ１　縦波のコンクリート１中
の伝播時間ＴＬおよび縦波のコンクリート１中の音速Ｖ
　Ｌ　１　　縦波受信周波数ＲｆＬを求める処理を行わ
せる。

透過パルス１０の振幅ＰｈＬは超音波探傷器の減衰器か
ら読み取ることができるし、縦波の伝播時間ＴＬは、超
音波パルスが送信されてから透過パルス１０が立ち上が
るまでの時間から縦波の零補正値ＴＬＩを減算すること
で求めることができる。

即ち、コンクリート１の圧縮強度を求めるためには、超
音波パルスがコンクリート１中を伝播する時間ＴＬが必
要であるが、第２図の波形から求められる伝播時間は、
コンクリート１中の伝播時間ばかりでなく、接触媒質４
および５を伝播する時間も含まれているので、全体の伝
播時間から接触媒質４および５中の伝播時間を減算する
必要があるのである。従って、第１図に示す測定に先立
って、予め接触媒質を伝播する時間、即ち零補正値を求
めて制御装置７に格納しておく必要があるが、そのため
には第３図に示すような構成で行う。即ち、第３図（ａ
）に示すように、適当な材質からなる対比試験片２０の
一方の面に、実際に測定に使用すると同様の材質からな
る接触媒質２２を介して、実際の測定時の圧力で縦波垂
直探触子２１を配置し、超音波を送信する。その結果図
示しないオシロスコープには、第３図（ｂ）に示すよう
に、送信パルス２３および二つの反射波形Ｂｌ、Ｂｅが
得られる。なお、このとき縦波垂直探触子２１の配置さ
れる位置および超音波探傷器の送信周波数は反射波形の
振幅が最大になるように調整されている。

さて、第３図（ｂ）において、ＢＩは探触子２１から送
信された超音波パルスが対比試験片２０の他方の面で１
回反射して得られた受信波形であり、Ｂ２は対比試験片
２０で２回反射して得られた受信波形である。即ち、第
３図（Ｃ）を参照して説明すると、ＢＩ　は、Ｐ窃から
送信された超音波がＢ２で反射しｓＰａで受信された反
射波であり、Ｂ２は、Ｂ２からの反射波が対比試験片２
０と接触媒質２２の境界であるＢ４で再び反射し、Ｐｓ
　、Ｐ、と伝播してＰ、で受信された反射波である。従
って、超音波パルスが送信されてから波形Ｂ＋が立ち上
がるまでの時間をＴ　ｈ　　波形Ｂ２が立ち上がるまで
の時間をＴ２とすると、当該超音波が接触媒質２２を往
復するのに要する伝播時間ＴＬＯは下記の式で求められ
る。これが縦波垂直探触子の零補正値である。

ＴＬＯ＝　２　Ｔ＋　−Ｔａ　　　−（１）このように
して縦波垂直探触子の零補正値Ｔ、。

が求められたら、次に同様にして横波垂直探触子の零補
正値Ｔｓｍを求め、制御装置７に格納する。

さて、以上のようにして縦波の伝播時間ＴＬが求められ
たら、次に制御装置７は下記の式により縦波の音速ＶＬ
を求める。

ＶＬ　＝Ｄ／ＴＬ　　　　　　・・・（２）また、縦波
受信周波数Ｒｆ　Ｌは、透過パルス１０をシグナルアナ
ライザーに取り込み、その解析結果を読み取ることで求
めることができる。

このようにして求められた、縦波透過パルス振幅ＰｈＬ
（ｄＢ）、　　縦波音速Ｖｔ（ｍ／ｓ）および縦波受信
周波数Ｒｆｔ（ｋＨｚ）は制御装置７に格納される。

以上のようにして縦波に関する超音波情報が得られたら
、次に、探触子２を送信周波数が可変となされた横波用
の高ダンピング低周波探触子に変えて、同様にして横波
に関する超音波情報、即ち横波透過パルス振幅Ｐｈ５（
ｄＢ）、横波音速Ｖ。

（ｍ／ｓ）および横波受信周波数Ｒｆ＊（ｋＨｚ）を求
め、制御装置７に格納する。なお、これらの横波の超音
波情報を得るためには、受信した横波透過パルス波形を
シグナルアナライザーに取り込んだ後、高速フーリエ変
換器等で周波数領域に変換し、縦波に施したと同様な処
理を行う。

以上のようにして縦波および横波の超音波情報が得られ
たら、制御装置７は下記の（３）式により当該コンクリ
ート１の推定圧縮強度σｕ（ｋｇ／ｅ１１’）を求め、
その結果を、ＣＲＴあるいはプリンタ等からなる出力装
置８に出力する。

（Ｉ　ｕ　　：　０．３７ＶＬ＋　０．５３Ｖ自−０，
２８Ｒｆ　Ｌ＋０．０５Ｒｆｓ＋３．２４Ｐ　ｈｔ−０
’、１１Ｐ　ｈａ−２７２３，３・−（３） 上記の（３）式は本発明者が種々の実験の結果から導き
出したものであるが、　（３）式により得られた推定圧
縮強度の推定精度は±２５　ｋ　ｇ　／　ａｍ２以内で
あることが確認されている。

以上説明したように、本発明の超音波を用いたコンクリ
ート圧縮強度の測定方法においては、縦波の超音波情報
だけでなく、横波の超音波情報をも使用するので、圧縮
強度の推定精度を従来に比して向上させることができる
ものである。

以上、本発明の１実施例について説明したが、本発明は
上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形が可
能である。例えば、上記実施例では透過パルス法を採用
したが、本発明は反射パルス法にも適用できるものであ
る。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に係る超音波を用いたコンクリート圧縮
強度の測定方法の１実施例の構成を示す図、第２図は第
１図のオシロスコープに表示される波形を示す図、第３
図は零補正値を得るための構成例を示す図である。 １・・・コンクＩＪ−）、２・・・探触子、３・・・探
触子、４．５・・・接触媒質、θ・・・オシロスコープ
、７・・・制御装置、８・・・出力装置。 出　　願　　人　清水建設株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）受信した超音波パルスの縦波振幅、縦波音速、縦
   波受信周波数、横波振幅、横波音速、横波受信周波数を
   求め、これら６種類の超音波情報に基づいて圧縮強度を
   推定することを特徴とする超音波を用いたコンクリート
   圧縮強度の測定方法。