JPH1164293A - コンクリートのクラックの磁気的非破壊検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、コンクリート構造物のクラックの深
さ、方向をコンクリート表面から磁気的に非破壊検査す
る方法を得ることを目的とする。 【解決手段】本非破壊検査方法では、コンクリートのク
ラックに注入する磁性体粉、励磁コイル、検出コイル、
発振器、およびロックインアンプを使用する。コンクリ
ートのクラックに注入した磁性体粉をコンクリート表面
から磁化し、それによる誘導磁界の大きさ、位相さらに
磁界分布を測定することにより、コンクリートのクラッ
クの方向、深さを判定する。 【効果】本発明の方法によれば、コンクリートのクラッ
クの方向、深さを高精度で判定でき、さらにその測定装
置は簡単に構成でき、小形で可搬性がある。また、磁性
体粉としてアモルファスの超微粒子粉を使用し、エポキ
シ系樹脂などを混合し磁性流体としてクラックに注入す
れば、クラックの補修の作用も有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンクリート構造
物に生じているクラックの深さ、方向等の形状をコンク
リート表面から磁気的な方法によって非破壊検査する方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】超音波法は、超音波を入力し受振子まで
の到達時間からクラックの深さを判定する方法である
が、鉄筋コンクリートのように複合体の場合には、弾性
波の伝搬速度が大きく異なり誤差を生ずる欠点がある。
そのため、精度が著しく悪く実用に供されない場合もあ
る。

【０００３】ＡＥ法は、原理的には受振子側のみの計測
機器を用いた超音波法の手法であるが、原理的には新た
なクラックの発生が進行中でなければ何も検出されず、
既存の内部クラックについては検出できない欠点があ
る。

【０００４】レーダー法は、マイクロ波をアンテナを用
いて入射および受信する方法で、地中レーダーとして埋
設物探査などに用いられているが、コンクリート中の内
部クラックの検出にも適用可能と考えられているが、開
発途上である。

【０００５】また、Ｘ線造影撮影法においては、かなり
の精度で微細なクラックを非破壊で時系列上で連続的に
計測可能であるが、現在のＸ線発生装置の出力エネルギ
ーの関係からせいぜい０．３ｍ程度の厚みのコンクリー
ト構造物のクラックの計測に適用可能であるが、１〜２
ｍにおよぶ厚いコンクリートの構造物のクラックの計測
は不可能である。またダムなどのコンクリート擁壁のよ
うな構造物の場合には、Ｘ線フィルムを設置できないの
でこの方法は使えない。さらに、道路橋の桁の床板の裏
面のクラックを検査する様な場合には、道路面にＸ線フ
ィルムを設置する必要があることから、交通規制を敷く
必要があり交通渋滞など社会的、経済的影響が大きいな
どの問題がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の超音波法、ＡＥ
法、レーダー法、Ｘ線造影撮影法によるコンクリートの
クラック非破壊検査装置は、上記のようにその各々の原
理により一長一短があり、コンクリート構造物のある現
場でクラックの形状を判定するのは非常に困難であると
いう問題があった。本発明は、コンクリート表面から非
破壊でクラックの検査深度が深く、高精度で、作業性に
富んだ検査法により、クラックの深さや方向を判定する
方法を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、コンクリートのクラックの非破壊検査を
磁気的に行う方法に係わるもので、コンクリート表面よ
りクラックに磁性体粉を注入し、さらにコンクリート表
面から励磁コイルにより磁化し、コンクリート表面に生
ずる磁界の大きさ、位相および磁界分布を測定すること
により非破壊でクラックの大きさ、方向等の形状を判定
する事が可能な方法である。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明のコンクリートのク
ラックの磁気的非破壊検査方法の実施例について図面を
参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例に
よるコンクリートのクラック非破壊検査方法の要部の斜
視図である。同図において１はコンクリート構造物、２
はコンクリートのクラック、３はコンクリートのクラッ
クに注入した磁性体粉、４はＥ形コアで脚４ａ、４ｂ、
４ｃを有し、たとえば、フェライト磁性体により作られ
ている。５ａ、５ｂはＥ形コアに巻かれた励磁コイル、
６は検出コイルである。検出コイルに誘導される磁性体
の磁化による電圧は、ロックインアンプにより励磁磁界
の周波数成分のみを検出し、ＳＮ比を高め精度良い計測
を可能にしているとともに位相も検出できるようにして
いる。コンクリート表面に立てた法線の方向をＺ軸と
し、これに直交し、かつ互いに直交する方向をＸ方向お
よびＹ方向と定める。検査すべきクラックにコンクリー
ト表面から磁性体粉を注入する。コンクリート表面に現
れているクラックのほぼ中心とＥ形コアの中央脚部４ｃ
の中心を一致させ、Ｚ軸を中心にＥ形コアを回転し励磁
磁界の方向を変化する事によりクラックの方向および大
きさを検出できる。

【０００９】以下、上記の様子を実験結果を交えて少し
詳しく説明する。図２は、図１のＹ−Ｚ面の拡大図であ
る。励磁コイル５ａ、５ｂによる磁界は逆相、すなわち
ある瞬間において４ａの先端はＮ極、４ｂの先端はＳ極
になるように巻線の巻方向および接続がなされている。
この時の励磁磁界の分布はおおむね、図２に示すように
Ｎ極からＳ極に向かう磁界分布を形成する。従って、中
央の脚４ｃに検出コイル６を巻けば、励磁磁界成分は打
ち消され、これによる電圧は生じることなく、クラック
中の磁性体粉の誘導磁界のみによる電圧だけを生ずる。

【００１０】ところで本発明の方法で非破壊検査を行う
対象とするコンクリートのクラックは、厚みが０．２ｍ
ｍ〜１．０ｍｍで、幅が数十ｍｍ以上、深さが３００ｍ
ｍ以上のもので、その形状は極めて細長いものである。
従って、クラックに注入された磁性体粉も細長い形状に
なる。磁性体を外部磁界によって磁化する場合その磁化
状態は磁性体の形状に大きく依存する。たとえば、図３
（ａ）ないし（ｄ）は、長さｌ、厚みｔの磁性体の長手
方向から、θ＝６０°の角度で外部磁界Ｈｅを印加した
場合の磁化Ｍの分布を積分方程式法で解析し、その結果
をベクトルで表したものである。同図（ａ）のように
（ｌ／ｔ）＝１の正方形の場合には、外部磁界と磁化Ｍ
の方向が一致しているが（ｌ／ｔ）の値が同図（ｂ）、
（ｃ）、（ｄ）のように３、５、１０と大きくなるにし
たがって、磁化Ｍの方向は長さ方向に変移していること
が分かる。

【００１１】図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、（ｌ／
ｔ）＝１０の板状磁性体に、その長手方向からθ＝０
゜、３０゜、６０゜の角度で外部磁界を印加した場合の
磁化Ｍの分布を積分方程式法で解析し、その結果をベク
トルで表したものである。同図から分かるように、磁性
体形状が細長い場合には、印加する外部磁界Ｈｅの方向
によらず、磁化Ｍの方向は長手方向に向いている。これ
は磁化における形状効果と呼ばれるものである。これは
細長い板状磁性体の長さ方向に対する反磁界係数Ｎｌと
厚み方向に対する反磁界係数Ｎｔとの間には、Ｎｌ≪Ｎ
ｔの関係があるので、厚み方向には磁化するのが困難
で、長手方向が容易磁化方向となる磁化の異方性が生
じ、磁性体の長さと厚みの比が大きくなるほど形状効果
は強くなる。また、磁化における形状効果は、磁性体材
料の透磁率にも依存し、同一寸法比の形状の板形磁性体
の場合、透磁率が大きいほど形状効果は強くなる。本発
明におけるように磁性体が磁性体粉の場合には、（ｌ／
ｔ）＞５０の関係を満足すれば、外部磁界の印加方向に
かかわらず、平均的な磁化方向は長手方向をとる。クラ
ック中の磁性体粉の厚みに対する長さの比は（ｌ／ｔ）
＝３００〜１５００以上、また、厚みｔに対する幅ｂの
比は（ｂ／ｔ）＝５０〜２５０以上と極めて細長いの
で、厚み方向には磁化せず長手方向あるいは幅方向にの
みに磁化する。

【００１２】次に、コンクリートのクラックの方向を判
定するため、クラックを単純化し、直径１ｍｍ、長さ５
０ｍｍの大きさのスリットをコンクリート中に作り、ク
ラックを模擬して実験を行った。そのクラックは、コン
クリート中にＺ軸からの偏角が３０゜で延びており、ア
モルファス磁性体粉の超微粒子を注入してある。図５
は、Ｅ形コアをＸ−Ｙ平面上で時計方向に回転した場合
の回転角φと検出コイルに誘導された電圧の関係を示し
たものである。ここに励磁磁界の周波数は２０ｋＨｚ、
検出コイルの巻数は１００回である。図２（ａ）は、φ
＝０゜の状態を示したもので、磁性体粉の入ったクラッ
クの方向と、Ｅ形コアの脚４ａと４ｂを結ぶ方向を一致
させた場合の配置で、このとき、磁性体粉は、上端がＮ
極、下端がＳ極になるように磁化され、それによる誘導
磁界は、検出コイルのＺの正方向の向きに鎖交し正の電
圧が誘導される事になる。Ｅ形コアを回転、すなわち回
転角φを増加するにつれて励磁磁界の方向も回転し、励
磁磁界の磁性体粉の長手方向成分が減少し、図２（ｂ）
のφ＝９０゜では磁性体の長手方向に直交する成分のみ
になるので、磁性体は磁化されない。従って、誘導磁界
も発生せず検出コイルには電圧は誘導されない。さらに
回転を続け、回転角φを増加すると、Ｅ形コアのＮ極と
Ｓ極が入れ替るとともに、磁性体粉に加わる励磁磁界の
長手方向成分も増加する。図２（ｃ）は、φ＝１８０゜
の場合の状態で、磁性体粉に加わる励磁磁界の方向は、
図２（ａ）のφ＝０゜の場合と逆方向となるため、上端
がＳ極、下端がＮ極になるように磁化され、それによる
誘導磁界は検出コイルのＺの負方向に鎖交し、負の電圧
が誘導される事になる。このようにＥ形コアをクラック
がコンクリート表面に現われている点を中心に回転し、
検出コイルに誘導される電圧の大きさと位相を測定する
ことにより、クラックがどちらの方向に延びているかを
判定する事ができる。

【００１３】次に、Ｅ形コアの検出コイルに誘導される
電圧が最大になる角度φｍａｘに固定し（たとえば図２
（ａ）のφｍａｘ＝０゜）、コンクリート表面からクラ
ック中の磁性体粉を励磁し、それによって生ずる磁界分
布のひずみから、クラックの深さが判定できる。すなわ
ち図６は、直径２ｍｍ、深さ１０、１５、２０、３０、
４０、および５０ｍｍの６種類の長さのコンクリートの
クラックを模擬したコンクリート中のスリットにアモル
ファス超微粒子の磁性体粉を注入し、Ｅ形コアで励磁し
た場合のクラックのコンクリート表面Ｘ−Ｙ平面での磁
界分布を示したものである。座標の原点（０、０）は、
脚４ｃに巻かれた検出コイル６の中心であり、磁性体粉
の入ったクラックの一方の先端が位置している。クラッ
クは、この原点（０、０）よりＸ−Ｚ面内でＸ軸の正方
向に、Ｚ軸から偏角６０゜の傾きをもってコンクリート
中に延びている。図６は、磁性体粉の入ったクラックの
方向と、Ｅ形コアの４ａと４ｂを結ぶ方向を一致させ、
Ｘ−Ｙ面上でＥ形コアを移動し、各点の検出コイルの起
電力を測定し、原点（０、０）における起電力で基準化
して示したものである。この図より、Ｙ＝０の軸上を点
Ｐ（Ｘ＝６ｍｍ）から点Ｑ（Ｘ＝−６ｍｍ）方向の磁界
強度の変化は、ある傾きを持って次第に減少して行く。
これは、クラック中の磁性体粉の上端のＮ極から生じる
誘導磁界の検出コイルに鎖交するＺ方向成分は、Ｐ点か
らＱ点へ移動すると、クラックがＸ軸の正方向に延びて
いるため減少する。その磁界強度が減少する傾きは、ク
ラックの長さに依存する。すなわち、図７で×印の曲線
は、Ｐ点とＱ点における磁界の大きさの差をＰ点とＱ点
の長さで割った磁界の傾きを示したもので、クラックの
深さが深くなるほど、傾きが小さくなることが了解され
る。さらに、等磁界線の分布がクラックの深さが深くな
るにつれて、楕円形から円形に近づく。すなわち、図７
で●印の曲線は、図６の磁界分布の測定結果から等磁界
線の楕円の短径と長径の比をクラックの深さに対して示
したもので、クラックの深さが深くなるほど、１に近ず
くことがわかる。このように磁界分布の測定結果から磁
界の傾きと等磁界線の形状変化を求めることにより、ク
ラックの深さが判定できる。

【００１４】また、Ｅ形コアの中央の脚４ｃのないＣ形
コアであっても、検出コイルを脚４ａおよび４ｂに同一
回数巻き、それを差動的に接続しクラックの磁性体粉を
励磁し、検出コイル両端の起電力の大きさと位相を測定
することによって、さらに磁界分布のひずみを測定する
ことによりコンクリートのクラックの方向、深さ等の形
状を、Ｅ形コアの場合と同様に判定できることは言うま
でもない。

【００１５】本発明によれば、コンクリートのクラック
の深さや方向等の形状がコンクリート表面の外部に生ず
る磁界の大きさ、位相および磁界分布を測定することに
より無侵襲で判定する事ができる。また、磁性体粉と液
体を混合し磁性流体とすれば、微細なコンクリートのク
ラックにも磁性体粉を注入できる。さらにアモルファス
の超微粒子粉を使用し、液体として、たとえばエポキシ
系樹脂と混合してクラックに注入すれば、エポキシ系樹
脂が固化しクラックが密閉され、さらにアモルファス磁
性体粉も錆びることはないので、クラックの補修の作用
もあり一石二鳥の効果を有する。

【００１６】

【実施例】図８は、本発明の別の実施例によるコンクリ
ート非破壊検査方法の要部の断面図である。クラックが
コンクリート表面からほぼ垂直にコンクリート中に延び
ている場合には、Ｅ形コアによる励磁磁界がクラック中
の磁性体の長手方向に直角に加わるため磁化されにく
く、深いクラックの深さの判別が困難である。これを克
服するため、図８に示すように空心あるいは棒状のフェ
ライトコア７に巻かれたソレノイドコイル５で励磁すれ
ば、クラックが垂直に延びている場合についても、深い
クラックの深さが判定できる。すなわちソレノイドコイ
ルの中心軸上の上端および下端の二か所に同一の直径、
同一巻数の検出コイル６ａおよび６ｂを配置し、これを
差動的に接続し、励磁磁界による誘導電圧を打ち消して
おく。このソレノイド形励磁コイルの中心軸をクラック
のコンクリート表面上の点に合わせ、さらにクラック方
向とソレノイドコイルの中心軸が平行になるように設置
し、励磁磁界を印加するとクラック中の磁性体粉が長手
方向に磁化され誘導磁界を生じ、検出コイル６ａと６ｂ
に鎖交する磁束の差による電圧が誘導される。クラック
の深さに比例して検出コイルに誘導される電圧も増加す
るので、クラックの深さが判定できる。深いクラックの
場合には、クラック先端の磁性体粉まで磁化するのに
は、十分大きな励磁磁界を印加する必要があるが、ソレ
ノイドコイルの磁界分布は主として中心軸に平行な成分
が多く、従って磁性体粉の長手方向に有効に励磁磁界が
印加されることになり、深いクラックの磁性体粉を磁化
するのに適している。さらに検出コイルが差動的に接続
されているので、励磁磁界が強くなっても、励磁磁界に
よる電圧は生じず、磁性体の磁化による電圧のみを誘導
するので、高感度、高精度の計測が可能となる利点があ
る。

【００１７】図９は、本発明のさらに別の実施例による
コンクリート非破壊検査方法の要部の斜視図であり、こ
の実施例において図１の実施例と相違する点は、２組の
Ｅ形コア４と４′を互いに直交させたものである。４と
４′に流す励磁電流の位相は、９０゜異なっているので
Ｘ−Ｙ平面で回転磁界を生ずる。図１の実施例において
Ｅ形コアを機械的に回転するかわりに、回転磁界によっ
て磁性体粉に印加する励磁磁界方向を変化し、検出コイ
ルの電圧の大きさと位相によりクラックの方向を判定す
る事が可能であり、検査時間を大幅に短縮する事ができ
る特徴を持つ。

【００１８】

【発明の効果】本発明は、以上のように構成されている
ので、以下に記載されるような効果を奏する。コンクリ
ートのクラックに注入した磁性体粉をコンクリート表面
から磁化し、それによる誘導磁界を検出コイルによって
電圧として検出し、その大きさと位相さらに磁界分布の
ひずみを測定することによって、コンクリートのクラッ
クの方向、深さ等の形状を精度良く判定できる。

【００１９】さらにこの測定方法による検査装置は、単
純で小形、可搬性がありかつ測定に要する時間が短い等
の特徴があり、その結果あらゆる現場のコンクリート構
造物のクラックの非破壊検査を低コストで提供する事が
できる。また、磁性体粉としてアモルファスの超微粒子
粉を使用し、液体として、たとえばエポキシ系樹脂と混
合して磁性流体としてクラックに注入すれば、エポキシ
系樹脂が固化した後はクラックが密閉され、さらにアモ
ルファス磁性体も錆びることはないので、クラックの補
修の作用もあり一石二鳥の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による一実施例によるコンクリートのク
ラック非破壊検査方法の要部の斜視図である。

【図２】本発明による一実施例によるコンクリートのク
ラック非破壊検査方法のＥ形コアによる磁界分布を示し
た図である。

【図３】本発明の原理を説明するための磁性体の磁化の
形状効果を説明するための図である。

【図４】板状磁性体に、その長手方向から異なる角度で
外部磁界を印加した場合の磁化分布を積分方程式法によ
り解析した結果をベクトルで表した図である。

【図５】本発明によるＥ形コアの回転により検出コイル
に誘導される電圧の測定値を示すグラフで、クラックの
方向が判定できることを示している図である。

【図６】コンクリート表面から励磁し、それによって生
ずる磁界分布のひずみを示している図である。

【図７】図６の磁界分布から算出した、クラックの深さ
に対する磁界の傾きと、等磁界分布の形状変化を示した
もので、クラックの深さが判定できることを示している
図である。

【図８】本発明の他の実施例によるコンクリートのクラ
ック非破壊検査方法の要部の断面図である。

【図９】本発明の別の実施例によるコンクリートのクラ
ック非破壊検査方法の要部の斜視図である。

【符号の説明】

１ コンクリート ２ コンクリートのクラック ３ 磁性体粉 ４、４′ Ｅ形コア ４ａ、４ｂ、４ｃ Ｅ形コアの脚 ５、５ａ、５ｂ 励磁コイル ６、６ａ、６ｂ 検出コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松木 英敏 宮城県仙台市太白区八木山本町２丁目36番 ４号 (72)発明者 芳賀 昭 宮城県仙台市泉区鶴が丘１丁目11番19号

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コンクリートのクラックに磁性体粉を注
   入し、該コンクリート表面から励磁コイルによりクラッ
   ク中の磁性体粉を磁化し、その磁化されたクラック中の
   磁性体粉から生ずる磁界の大きさと位相を検出すること
   により、コンクリートのクラックの方向を判定するよう
   にしたことを特徴とするコンクリートのクラックの磁気
   的非破壊検査方法。
2. 【請求項２】 コンクリートのクラックに磁性体粉を注
   入し、該コンクリート表面から励磁コイルによりクラッ
   ク中の磁性体粉を磁化し、その磁化されたクラック中の
   磁性体粉によって生ずる磁界分布を測定することによ
   り、コンクリートのクラックの深さを判定するようにし
   たことを特徴とするコンクリートのクラックの磁気的非
   破壊検査方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の磁性体粉は、該
   磁性体粉を液体と混合し磁性流体として注入するように
   したことを特徴とする磁気的非破壊検査方法。