TW202132759A - 鋼筋腐蝕速率評估裝置、鋼筋腐蝕速率評估方法、及電腦程式 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種能夠有效率且定量地評估鋼筋混凝土（RC）無梁板橋中之鋼筋之腐蝕程度之鋼筋腐蝕速率評估裝置。鋼筋腐蝕速率評估裝置具有獲取部，其獲取與從無梁板之表面向無梁板之深度方向照射之電磁波之反射響應相關之反射響應資料；去除部，其從由獲取部獲取之反射響應資料所表示之反射響應之頻率分佈中，將無梁板之瀝青混凝土層中電磁波反射所得之表面頻率分量去除；及評估部，其使用由去除部去除表面頻率分量所得之反射響應之頻率分佈中的第一頻帶之頻率分量之位準之峰值即第一測定峰值、及頻帶高於第一頻帶的第二頻帶之頻率分量之位準之峰值即第二測定峰值，評估無梁板中之鋼筋之腐蝕程度。
Description
本發明係關於一種鋼筋腐蝕速率評估裝置、鋼筋腐蝕速率評估方法、及電腦程式。
RC（Reinforced Concrete，鋼筋混凝土）構造物主要包含混凝土與鋼筋。因混凝土對於拉伸力較弱，故鋼筋承擔該拉伸力，混凝土承擔壓縮力。因而，若伴隨經時變化，混凝土不再能夠承擔壓縮力，或者鋼筋不再能夠承擔拉伸力，則該RC構造物喪失承載能力及耐久性能。若喪失必需之承載能力及耐久性能，則無法實現作為構造物之目的，因此，通常於喪失承載能力及耐久性能之前，實施維護或者增強之類的對策施工。
例如，使用鋼筋混凝土無梁板（RC無梁板）之RC無梁板橋因經時變化等，而於RC無梁板內部之鋼筋產生腐蝕。若鋼筋中產生腐蝕，則損及無梁板之承載能力及耐久性能，因此，要求準確地評估鋼筋之腐蝕狀態。然而，準確地評估RC無梁板橋之承載能力及耐久性能並非易事，供使用中之RC無梁板橋之評估大多以非破壞為條件，亦使評估變得更為困難。因此，提議有根據各種資訊來推定RC無梁板橋之鋼筋之腐蝕狀態之技術。
例如日本專利特開2016-191697號公報中，記載了如下鋼筋混凝土無梁板之鋼筋之腐蝕性狀評估方法，該鋼筋混凝土無梁板之鋼筋之腐蝕性狀評估方法包括：加熱步驟，其係藉由電磁感應加熱將鋼筋混凝土之表面上鋪設之瀝青混合物之表面加熱預定之特定時間；溫度計測步驟，其係計測瀝青混合物表面之溫度，獲取隨時間變化之上述瀝青表面之溫度資訊；及腐蝕率計算步驟，其係根據鋼筋未腐蝕之狀態下之瀝青混合物之表面溫度與應評估鋼筋之腐蝕性狀之瀝青混合物之表面溫度的差異，計算混凝土內之鋼筋之腐蝕率。
[發明所欲解決之課題]
然而，於日本專利特開2016-191697所揭示之發明中，必須將瀝青混合物之表面加熱特定時間，從而無法有效率且定量地評估內部之鋼筋之腐蝕程度。亟待能夠非破壞、有效率且定量地評估RC無梁板內部之鋼筋之腐蝕程度。
本發明係鑒於上述方面而完成，目的在於提供一種能夠非破壞、有效率且定量地評估鋼筋混凝土無梁板橋中之鋼筋之腐蝕程度的鋼筋腐蝕速率評估裝置、鋼筋腐蝕速率評估方法、及電腦程式。
[解決問題之技術手段]
第一態樣之鋼筋腐蝕速率評估裝置係評估鋼筋混凝土無梁板橋中之鋼筋之腐蝕程度者，且具備獲取部，其獲取與從鋼筋混凝土無梁板橋之表面向鋼筋混凝土無梁板橋之深度方向照射之電磁波之反射響應相關之反射響應資料；去除部，其從由獲取部獲取之反射響應資料所表示之反射響應之頻率分佈中，將鋼筋混凝土無梁板橋之表面中電磁波反射所得之表面頻率分量去除；及評估部，其使用由去除部去除表面頻率分量所得之反射響應之頻率分佈中的第一頻帶之頻率分量之位準之峰值即第一測定峰值、及頻帶高於第一頻帶的第二頻帶之頻率分量之位準之峰值即第二測定峰值，評估鋼筋混凝土無梁板橋中之鋼筋之腐蝕程度。
於第二態樣之鋼筋腐蝕速率評估裝置中，去除部從已將表面頻率分量去除之反射響應之頻率分佈中，進而將鋼筋混凝土無梁板橋之表面中電磁波反射所得之頻率分量去除。
於第三態樣之鋼筋腐蝕速率評估裝置中，評估部將第一測定峰值及第二測定峰值進行比較，且基於第一測定峰值與第二測定峰值之大小關係，評估鋼筋混凝土無梁板橋中之鋼筋之腐蝕程度。
於第四態樣之鋼筋腐蝕速率評估裝置中，評估部於第二測定峰值大於第一測定峰值之情形時，若鋼筋混凝土無梁板橋中之鋼筋之腐蝕不斷發展，則評估腐蝕程度。
於第五態樣之鋼筋腐蝕速率評估裝置中，評估部根據對未劣化之鋼筋混凝土無梁板橋照射電磁波所得之反射響應，將去除頻率分量所得之反射響應之頻率分佈即基準頻率分佈中的第一頻帶之位準之峰值設為基準值，將該基準值與第一測定峰值進行比較，藉此，評估鋼筋混凝土無梁板橋中之鋼筋之腐蝕程度。
於第六態樣之鋼筋腐蝕速率評估裝置中，評估部於將對於基準值之特定比率設為閾值，且第一測定峰值小於閾值之情形時，若鋼筋混凝土無梁板橋中之鋼筋之腐蝕不斷發展，則評估腐蝕程度。
於第七態樣之鋼筋腐蝕速率評估裝置中，評估部針對鋼筋混凝土無梁板橋之表面之複數個位置，評估鋼筋混凝土無梁板橋中之鋼筋之腐蝕程度。
第八態樣之鋼筋腐蝕速率評估方法係評估鋼筋混凝土無梁板橋中之鋼筋之腐蝕程度者，且包括：獲取步驟，其係獲取與從鋼筋混凝土無梁板橋之表面向鋼筋混凝土無梁板橋之深度方向照射之電磁波之反射響應相關之反射響應資料；去除步驟，其係從藉由獲取步驟獲取之反射響應資料所表示之反射響應之頻率分佈中，將鋼筋混凝土無梁板橋之表面中電磁波反射所得之表面頻率分量去除；及評估步驟，其係使用藉由去除步驟將表面頻率分量去除所得之反射響應之頻率分佈中的第一頻帶之頻率分量之位準之峰值即第一測定峰值、及頻帶高於第一頻帶的第二頻帶之頻率分量之位準之峰值即第二測定峰值，評估鋼筋混凝土無梁板橋中之鋼筋之腐蝕程度。
第九態樣之鋼筋腐蝕速率評估方法係評估鋼筋混凝土無梁板橋中之鋼筋之腐蝕程度的電腦程式，且使電腦執行如下步驟，獲取步驟，其係獲取與從鋼筋混凝土無梁板橋之表面向鋼筋混凝土無梁板橋之深度方向照射之電磁波之反射響應相關之反射響應資料；去除步驟，其係從藉由獲取步驟獲取之反射響應資料所表示之反射響應之頻率分佈中，將鋼筋混凝土無梁板橋之表面中電磁波反射所得之表面頻率分量去除；及評估步驟，其係使用藉由去除步驟將表面頻率分量去除所得之反射響應之頻率分佈中的第一頻帶之頻率分量之位準之峰值即第一測定峰值、及頻帶高於第一頻帶的第二頻帶之頻率分量之位準之峰值即第二測定峰值，評估鋼筋混凝土無梁板橋中之鋼筋之腐蝕程度。
[發明之效果]
根據本發明，能夠提供一種可非破壞、有效率且定量地評估鋼筋混凝土無梁板橋中之鋼筋之腐蝕程度的鋼筋腐蝕速率評估裝置、鋼筋腐蝕速率評估方法、及電腦程式。
以下，一面參照圖式，一面說明本發明之實施形態之一例。再者，於各圖式中對同一或等效之構成要素及部分標註同一參照符號。又，圖式之尺寸比率存在為便於說明而誇大，從而不同於實際之比率之情形。
本發明之實施形態中，評估道路橋等之路面構造體即RC無梁板橋之鋼筋之腐蝕程度。
圖1係鋼筋腐蝕速率評估系統之概略構成圖。圖2係用以說明反射響應波形之檢測之圖。圖3係表示每1網格進行檢測之反射響應波形之一例之圖。圖4係表示RC無梁板橋之概略剖面之剖視圖。
如圖1所示，本實施形態之鋼筋腐蝕速率評估系統1搭載於車輛90。
鋼筋腐蝕速率評估系統1係包含鋼筋腐蝕速率評估裝置10及電磁波裝置20而構成。鋼筋腐蝕速率評估裝置10係用以評估將RC無梁板埋設於瀝青之下之RC無梁板橋之鋼筋、尤其是上部鋼筋之腐蝕程度的裝置。對於鋼筋腐蝕速率評估裝置10，隨後敍述詳情。以下，將鋼筋腐蝕速率評估系統1簡稱為評估系統1，將鋼筋腐蝕速率評估裝置10簡稱為評估裝置10。圖式中亦同樣如此。
電磁波裝置20具備線上設置有複數個之電磁波照射部及接收部。電磁波裝置20以車輛90之行進方向成為橋軸方向、電磁波裝置20之線方向成為橋軸直角方向之方式，設置於例如車輛90之後方下部等。電磁波照射部將微波等電磁波朝向RC無梁板橋照射。接收部接收RC無梁板橋之各部分中反射之反射波。
作為電磁波照射部可無特別限定地使用公知之電磁波雷達系統，但於作業效率及精度方面，較佳為使用並排設置有多個收發感測器之雷達系統。又，於作業效率方面，收發感測器較佳為使用陣列狀之天線即陣列天線。
作為雷達系統中使用之感測器，為使用脈衝發送者，且於評估RC無梁板橋之鋼筋之腐蝕程度之情形時，具備頻率為0.5～3 GHz之中心頻帶者較佳。尤其是將中心頻率設為1 GHz以上進行探測時，因波長變短，故解析度提昇。
如圖2所示，電磁波裝置20一面於車輛行進方向掃描RC無梁板橋表面之評估對象範圍95，一面從表面向RC無梁板橋之內部（深度）方向照射電磁波，並接收其反射波。藉此，針對評估對象範圍95之各網格，檢測與深度對應之反射波強度。與深度對應之反射波強度係針對每1網格，以圖3所示之反射響應波形之形態檢測。1網格為例如1 cm×1 cm，1個線寬可設為2.0 m。於該情形時，對每1條線檢測200網格份之反射響應波形。
深度對應於從自電磁波裝置20照射電磁波起至電磁波裝置20收到反射波為止之時間。藉由從如圖3所示之反射響應波形中提取與所需之各深度對應之反射波強度，獲得RC無梁板橋之每一深度之反射波強度。
電磁波裝置20將獲取之對於各網格之反射響應波形（與深度對應之反射波強度）之資訊向評估裝置10輸出。再者，電磁波裝置20不限於安裝在車輛90之形態，亦可為由作業人員保持之形態、手推車之形態等其他形態。
如圖4所示，RC無梁板橋係將瀝青混凝土層96與RC無梁板98積層而形成。RC無梁板98係於混凝土內埋設複數個鋼筋99而構成之無梁板。從電磁波裝置20照射之電磁波於瀝青混凝土層96及RC無梁板98中，分別以時間差進行反射。如此一來，來自RC無梁板橋之反射響應包括於瀝青混凝土層96中反射之表面反射響應、及於RC無梁板98內部之鋼筋99中反射之RC無梁板反射響應。該等反射響應表現為圖3所示之反射響應波形。再者，RC無梁板橋並非必須為橋，只要為具有如上所述構造之路面構造體，則亦可為任意之構造體。
圖5係表示評估裝置之硬體構成之方塊圖。
如圖5所示，評估裝置10具有CPU（Central Processing Unit，中央處理單元）11、ROM（Read Only Memory，唯讀記憶體）12、RAM（Random Access Memory，隨機存取記憶體）13、儲存體14、輸入部15、顯示部16、光碟驅動部17、及通信介面（通信I/F）18各構成。各構成經由匯流排19可相互通信地連接。
CPU11係中央運算處理單元，執行各種程式或控制各部分。即，CPU11從ROM12或儲存體14讀出程式，將RAM13作為作業區，執行程式。CPU11按照記錄於ROM12或者儲存體14中之程式，進行上述各構成之控制及各種運算處理。本實施形態中，於ROM12或者儲存體14中，儲存有用以評估RC無梁板橋之鋼筋之腐蝕程度的評估程式（鋼筋腐蝕速率評估程式）。
ROM12儲存各種程式及各種資料。RAM13作為作業區暫時記憶程式或者資料。儲存體14包括HDD（Hard Disk Drive，硬碟驅動器）或者SSD（Solid State Drive，固態驅動機），且儲存包含作業系統之各種程式、及各種資料。
輸入部15包括滑鼠等指向裝置、及鍵盤，用於進行各種輸入。顯示部16係例如液晶顯示器，顯示各種資訊。顯示部16亦可採用觸控面板方式，作為輸入部15發揮作用。
光碟驅動部17進行記憶於CD-ROM（Compact Disc Read Only Memory，光碟唯讀記憶體）或藍光光碟等各種記錄媒體中之資料之讀入、及對記錄媒體之資料寫入等。
通信介面18係用以與其他機器進行通信之介面，使用例如以太網路（註冊商標）、FDDI（fiber distributed data interface，光纖分散式資料介面）或Wi-Fi（註冊商標）等規格。
其次，對評估裝置10之功能構成進行說明。
圖6係表示評估裝置之功能構成之例之方塊圖。
如圖6所示，評估裝置10具有獲取部100、去除部101及評估部102作為功能構成。各功能構成藉由CPU11將記憶於ROM12或者儲存體14中之鋼筋腐蝕速率評估程式讀出，且於RAM13中展開執行而實現。
獲取部100獲取與從RC無梁板橋之表面向RC無梁板橋之深度方向照射之電磁波之反射響應相關之反射響應資料。獲取部100係從電磁波裝置20獲取反射響應資料。
去除部101從由獲取部100獲取之反射響應資料所表示之反射響應之頻率分佈中，將RC無梁板橋之表面上電磁波反射所得之表面頻率分量去除。表面頻率分量係表示圖4所示之表面反射響應，且於RC無梁板鋪設之表面附近（包括瀝青混凝土層96、及瀝青混凝土層96與RC無梁板98之交界的範圍）所得之反射之頻率分量。
評估部102使用第一測定峰值及第二測定峰值，評估RC無梁板橋中之鋼筋之腐蝕程度。第一測定峰值係藉由去除部101將表面頻率分量去除所得之反射響應之頻率分佈中的第一頻帶之頻率分量之位準之峰值。第二峰值係藉由去除部101將表面頻率分量去除所得之反射響應之頻率分佈中的頻帶高於第一頻帶之第二頻帶之頻率分量之位準之峰值。評估部102之評估結果顯示於例如顯示部16。
此處，第一頻帶可為例如600～800 MHz之頻帶，第二頻帶可為例如1200～1600 MHz前後之頻帶。
鋼筋之腐蝕程度係利用腐蝕等級之類的基準來進行評估。圖7係表示腐蝕等級與鋼筋之狀況之關係的圖。評估裝置10對評估對象之RC無梁板橋之鋼筋屬於圖7所示之腐蝕等級之中哪一個腐蝕等級進行評估。因而，評估部102之評估結果中，包含RC無梁板橋之哪一處為哪一個腐蝕等級之資訊。再者，圖7中以羅馬數字表現腐蝕等級，但以下之說明中以阿拉伯數字表現腐蝕等級。
繼而，對去除部101去除表面頻率分量進行說明。本實施形態之評估裝置10藉由利用時間-頻率分析進行特定深度之分析，來評估鋼筋之腐蝕程度。
利用時間-頻率分析進行特定深度之分析時，要求容易理解地提示該時間位置之頻率分量。例如，表面附近之反射波因信號強度較大，故而頻率分量之位準較大，從而難以獲知來自RC無梁板98內部之反射波較小的頻率之變化。本實施形態之評估裝置10係藉由去除部101，將位準較大、對於分析而言多餘之表面附近之頻率分量去除。本實施形態之評估裝置10可藉由去除部101將表面附近之頻率分量去除，而利用來自RC無梁板98內部之反射波進行時間-頻率分析。
本實施形態之評估裝置10係藉由去除部101，重複2次將反射響應資料之表面附近之頻率分量減去。本實施形態之評估裝置10可藉由重複2次將表面附近之頻率分量減去，而使利用表示RC無梁板反射響應之內部頻率分量之評估之可靠性提昇。下文記述表面附近之頻率分量僅進行1次減去之情形與進行2次減去之情形之比較例。
本實施形態之評估裝置10將內部頻率分量之時間-頻率分佈進而轉換為頻率分佈。從時間-頻率分佈向頻率分佈之轉換例如可由評估部102執行。評估裝置10根據內部頻率分量之頻率分佈，求出上述第一測定峰值及第二測定峰值。繼而，評估裝置10使用第一測定峰值及第二測定峰值，評估RC無梁板橋中之鋼筋之腐蝕程度。
本實施形態之評估裝置10係預先對無鋼筋腐蝕之健全之RC無梁板橋照射電磁波，對來自RC無梁板橋之反射波，將表面附近之頻率分量減去，而求出頻率分佈。該健全之RC無梁板橋之頻率分佈資料保存於例如儲存體14中。評估部102藉由對RC無梁板橋照射電磁波所得之頻率分佈資料與健全之RC無梁板橋之頻率分佈資料之比較，首先判斷RC無梁板橋之鋼筋有無腐蝕。繼而，評估部102於判斷RC無梁板內部之鋼筋已腐蝕後，基於評估對象之頻率分佈資料，判斷鋼筋之腐蝕等級。
圖8係藉由S轉換（S Transform，由R. G. Stockwell提出之時間-頻率分析法）表示圖3所示之反射響應之以等高線圖表示時間-頻率之關係的時間-頻率分佈圖。圖9係將反射響應資料之表面附近之頻率分量提取後之圖。圖10係藉由反向FFT（Fast Fourier Transform；快速傅立葉變換）將圖9所示之頻率分量轉換為時域波形之圖。圖11係從圖3所示之反射響應中減去圖10所示之波形所得之圖。圖12係藉由S轉換表示圖11所示之波形之以等高線圖表示時間-頻率之關係的時間-頻率分佈圖。圖13係將圖12所示之時間-頻率分佈轉換為頻率分佈之頻率分佈圖。頻率分佈係藉由將所有時間區域合計而獲得。圖8～圖13所示之圖設為對無鋼筋腐蝕之健全之RC無梁板橋照射電磁波所得之特性。
圖3、圖10及圖11中，於橫軸表示時間，於縱軸表示接收之電磁波之信號強度。圖8及圖12中，於橫軸表示時間，於縱軸表示頻率。圖13中，於橫軸表示頻率，於縱軸表示信號強度。圖8及圖12中，以濃淡表示信號強度。圖8及圖12中，越濃表示信號強度越強。圖3、及圖8～圖12中，於橫軸表示時間，但橫軸之時間係RC無梁板橋接收到反射之電磁波之時間。電磁波於RC無梁板橋之越深處反射則越晚被電磁波裝置20接收，因此，圖3、及圖8～圖12之橫軸亦可謂表示RC無梁板橋之鉛直方向之深度位置。
藉由獲取部100從電磁波裝置20獲取之反射響應資料，而獲得如圖3所示之反射響應之波形。若藉由S轉換表示圖3所示之反射響應之波形，則獲得如圖8所示之時間-頻率分佈圖。
圖8所示之時間-頻率分佈圖包括表示圖4所示之表面反射響應之表面頻率分量、及表示圖4所示之RC無梁板反射響應之內部頻率分量。若藉由上述去除部101從圖3之波形中將表面頻率分量去除，則成為如圖11所示之波形。進而，若藉由S轉換表示圖11所示之波形，則獲得圖12所示之時間-頻率分佈圖。圖12所示之時間-頻率分佈圖中，不含表示圖4所示之表面反射響應之表面頻率分量，而包含表示圖4所示之RC無梁板反射響應之內部頻率分量。因而，圖12所示之時間-頻率分佈圖中，出現隱藏於表面附近之反射波之頻率分量中之分佈。
表面頻率分量係電磁波之反射強度較高，對時間-頻率分佈圖之頻率分佈之顯示造成較大之影響。因而，可藉由將表面頻率分量去除，而使表示RC無梁板反射響應之內部頻率分量浮現。
繼而，圖13所示之頻率分佈圖中，表示各頻率之信號強度。評估部102使用頻率分佈圖中之第一頻帶之第一測定峰值p1、及第二頻帶之第二測定峰值p2，評估RC無梁板橋中之鋼筋之腐蝕程度。
本實施形態中，評估部102藉由利用以下之評估基準判定鋼筋之腐蝕等級，而評估鋼筋之腐蝕程度。
首先，評估部102判定第一測定峰值是否相對於健全之RC無梁板橋之頻率分佈資料中之第一測定峰值減少了特定之閾值以上、例如50%以上。若RC無梁板內部之鋼筋之腐蝕不斷發展，則可認為相對於從電磁波裝置20照射之電磁波，來自鋼筋之反射波之強度下降。因而，評估部102將相對於健全之RC無梁板橋之頻率分佈資料中之第一測定峰值之下降量用作鋼筋腐蝕是否發展之判定基準。
若第一測定峰值相對於健全之RC無梁板橋之頻率分佈資料中之第一測定峰值未減少特定之閾值以上，則評估部102判定評估對象之鋼筋為腐蝕等級1。另一方面，若第一測定峰值相對於健全之RC無梁板橋之頻率分佈資料中之第一測定峰值減少了特定之閾值以上，則評估部102判定評估對象之鋼筋為腐蝕等級2～4中之任一者。
繼而，評估部102將第一測定峰值與第二測定峰值之大小關係進行比較。若第一測定峰值大於第二測定峰值，則評估部102判定評估對象之鋼筋為腐蝕等級2、3中之任一者。另一方面，若第二測定峰值大於第一測定峰值，則評估部102判定評估對象之鋼筋為腐蝕等級4。
換言之，於腐蝕等級1、2、或3之情形時，RC無梁板反射響應中，未較第一頻帶之成分更多地含有第二頻帶之成分，於腐蝕等級4之情形時，RC無梁板反射響應中，較第一頻帶之成分更多地含有第二頻帶之成分。可認為該情況起因於鋼筋之腐蝕不斷發展。因而，評估部102可藉由將第一測定峰值與第二測定峰值之大小關係進行比較，而評估鋼筋之腐蝕之進展程度。繼而，評估部102於第二測定峰值大於第一測定峰值之情形時，若鋼筋之腐蝕不斷發展，則可評估腐蝕之進展程度。
評估部102可使用內部頻率分量之頻率分佈中之第一頻帶之第一測定峰值、及第二頻帶之第二測定峰值，定量地評估RC無梁板橋中之鋼筋之腐蝕程度。
再者，本實施形態中，藉由將所有時間區域合計而獲得頻率分佈，但本發明不限於上述例。為將較鋼筋附近更深之位置之多餘成分去除，獲得更明確之特徵，例如亦可提取從地表面至鋼筋附近之時間位置之頻率分量，求出限定於從地表面至鋼筋附近之時間區域之頻率分佈。
繼而，對評估裝置10之作用進行說明。
圖14係表示評估裝置10所進行之鋼筋腐蝕速率評估處理之流程之流程圖。CPU11從ROM12或儲存體14中讀出鋼筋腐蝕速率評估程式，並於RAM13中展開執行，藉此，進行鋼筋腐蝕速率評估處理。
CPU11作為獲取部100，獲取來自電磁波裝置20之電磁波之與來自RC無梁板橋之反射響應相關之反射響應資料（步驟S101）。
繼步驟S101之後，CPU11從反射響應資料中提取地表面附近之表面頻率分量（步驟S102）。具體而言，CPU11藉由S轉換而將獲取之反射響應資料轉換為時間-頻率特性。CPU11從反射響應資料之時間-頻率特性中，提取地表面附近之時間位置之表面頻率分量。地表面附近之時間位置依存於電磁波裝置20之特性、例如連接於感測器之纜線之延遲量、或來自天線之電磁波之發送與反射波之接收之時點、或者電磁波裝置20之天線與RC無梁板橋之表面之距離等，但可為例如相當於時間-頻率特性中之5奈秒附近之位置。
繼步驟S102之後，CPU11將步驟S102中提取之地表面附近之表面頻率分量從反射響應資料中去除（步驟S103）。具體而言，CPU11藉由反向FFT而將步驟S102中提取之地表面附近之表面頻率分量轉換為時域波形，將轉換後之波形從反射響應資料中減去。
繼步驟S103之後，CPU11判斷是否已將表面頻率分量之去除執行了2次（步驟S104）。於判斷未將表面頻率分量之去除執行2次之情形時（步驟S104；否），CPU11再一次執行步驟S102及S103之處理。於判斷已將表面頻率分量之去除執行了2次之情形時（步驟S104；是），CPU11將去除表面頻率分量後之內部頻率分量轉換為頻率分佈（步驟S105）。具體而言，CPU11將去除表面頻率分量後之內部頻率分量轉換為時間-頻率分佈，進而轉換為頻率分佈。
繼步驟S105之後，CPU11基於內部頻率分量之頻率分佈，評估鋼筋之腐蝕程度（步驟S106）。具體而言，CPU11對內部頻率分量之頻率分佈，適用上述評估基準，判定RC無梁板內部之鋼筋之腐蝕等級，藉此，評估RC無梁板內部之鋼筋之腐蝕程度。
藉由CPU11執行圖14所示之一系列處理，本實施形態之評估裝置10便可非破壞、有效率且定量地評估RC無梁板之鋼筋之腐蝕程度。
再者，圖14所示之一系列處理中，反覆進行2次藉由反向FFT將地表面附近之表面頻率分量轉換為時域波形，並將轉換後之波形從反射響應資料中減去之處理，但本發明不限於上述例。CPU11亦可於頻域中進行地表面附近之表面頻率分量之提取及去除。繼而，CPU11亦可於頻域中將地表面附近之表面頻率分量之提取及去除反覆進行2次後，藉由反向FFT轉換為時域波形。
CPU11可即時地執行圖14所示之一系列處理，亦可由電磁波裝置20將從RC無梁板橋接收之反射波資料預先保存於儲存體14中，且於任意之時點從儲存體14中將資料取出而執行。
繼而，示出評估裝置10所進行之鋼筋腐蝕速率之評估例。
圖15、圖17、圖19係分別以等高線圖表示RC無梁板之內部頻率分量之時間-頻率分佈圖之例。圖16係將圖15所示之時間-頻率分佈轉換為頻率分佈所得之頻率分佈圖。圖18係將圖17所示之時間-頻率分佈轉換為頻率分佈所得之頻率分佈圖。圖20係將圖19所示之時間-頻率分佈轉換為頻率分佈所得之頻率分佈圖。
圖15、圖17所示之時間-頻率分佈中，第一頻帶之強度較強，第二頻帶之強度較弱。另一方面，圖19所示之時間-頻率分佈與圖15、圖17所示之時間-頻率分佈相比，第一頻帶之強度變弱，第二頻帶之強度變強。
觀察圖15所示之時間-頻率分佈，於鋼筋深度附近之800 MHz附近存在強度之峰值。又，與健全之RC無梁板之情形相比，分佈之形狀中出現變形。於鋼筋深度較淺之位置，與健全之RC無梁板之情形相比，出現1200 MHz～2000 MHz附近之分佈。該情形可認為鋼筋中之反射減弱，且因周邊之混凝土之影響，頻率之分佈形狀之變形、及較鋼筋更淺之部位中之分佈增加。
圖16所示之頻率分佈中之第一測定峰值p1成為圖13所示之頻率分佈中之第一測定峰值p1之一半以下。繼而，圖16所示之頻率分佈中之第二測定峰值p2小於第一測定峰值p1。因而，CPU11根據圖16所示之頻率分佈，判定評估對象之鋼筋之腐蝕等級為等級2或等級3。
觀察圖17所示之時間-頻率分佈，與圖15同樣地，於鋼筋深度附近之800 MHz附近存在強度之峰值。又，與健全之RC無梁板之情形相比，分佈之形狀中呈現變形。於鋼筋深度較淺之位置，與健全之RC無梁板之情形相比，出現1200 MHz～2000 MHz附近之分佈，且較圖15之情形時更清晰地出現1200 MHz～2000 MHz附近之分佈。可認為因鋼筋之腐蝕不斷發展，故鋼筋中之反射減弱，且因周邊之混凝土之影響，頻率之分佈形狀之變形、及較鋼筋更淺部位中之分佈進一步增加。
圖18所示之頻率分佈中之第一測定峰值p1成為圖13所示之頻率分佈中之第一測定峰值p1之一半以下。繼而，圖18所示之頻率分佈中之第二測定峰值p2小於第一測定峰值p1。因而，CPU11根據圖18所示之頻率分佈，判定評估對象之鋼筋之腐蝕等級為等級2、或等級3。
觀察圖19所示之時間-頻率分佈，鋼筋深度附近之800 MHz附近之分佈之峰值消失，與健全時相反，於較鋼筋深度更淺之位置，1200 MHz～2000 MHz附近之分佈中呈現較大之峰值。可認為因鋼筋之腐蝕較大地發展，故鋼筋之反射減弱，捕捉到較鋼筋深度更淺之位置處之混凝土之裂縫或損傷之反射。
圖20所示之頻率分佈中之第一測定峰值p1成為圖13所示之頻率分佈中之第一測定峰值p1之一半以下。繼而，圖20所示之頻率分佈中之第二測定峰值p2大於第一測定峰值p1。因而，CPU11根據圖20所示之頻率分佈，判定評估對象之鋼筋之腐蝕等級為等級4。
實際上，圖15及圖16係對鋼筋之腐蝕等級為等級2之RC無梁板橋照射電磁波之情形時之分佈圖，圖17及圖18係對鋼筋之腐蝕等級為等級3之RC無梁板橋照射電磁波之情形時之分佈圖。繼而，圖19及圖20係對鋼筋之腐蝕等級為等級4之RC無梁板橋照射電磁波之情形時之分佈圖。因而，本實施形態之評估裝置10可根據對RC無梁板橋照射電磁波所得之頻率分佈，評估鋼筋之腐蝕程度。
繼而，示出表面頻率分量之去除僅進行1次之情形與進行2次之情形之比較例。
圖21、圖23、圖25、圖27分別為RC無梁板橋之表面頻率分量之去除僅進行1次之情形時以等高線圖表示RC無梁板之內部頻率分量的時間-頻率分佈圖之例。圖22係將圖21所示之時間-頻率分佈轉換為頻率分佈所得之頻率分佈圖。圖24係將圖23所示之時間-頻率分佈轉換為頻率分佈所得之頻率分佈圖。圖26係將圖25所示之時間-頻率分佈轉換為頻率分佈所得之頻率分佈圖。圖28係將圖27所示之時間-頻率分佈轉換為頻率分佈所得之頻率分佈圖。
圖21及圖22係與圖12及圖13之分佈圖相同之根據來自健全之RC無梁板之反射響應資料獲得之分佈圖。圖23及圖24係與圖15及圖16之分佈圖相同之根據來自腐蝕等級為等級2之RC無梁板之反射響應資料獲得之分佈圖。圖25及圖26係與圖17及圖18之分佈圖相同之根據來自腐蝕等級為等級3之RC無梁板之反射響應資料獲得之分佈圖。圖27及圖28係與圖19及圖20之分佈圖相同之根據來自腐蝕等級為等級4之RC無梁板之反射響應資料獲得之分佈圖。
觀察圖22所示之頻率分佈圖，第一頻帶中可觀測到明確之峰值，而第二頻帶中無法觀測到明確之峰值。同樣地，觀察圖24及圖26所示之頻率分佈圖，第一頻帶中可觀測到明確之峰值，而第二頻帶中無法觀測到明確之峰值。繼而，觀察圖28所示之頻率分佈圖，第一頻帶及第二頻帶之兩者中可觀測到明確之峰值，但第一頻帶中之第一測定峰值與第二頻帶中之第二測定峰值未出現大小關係之反轉。
該等狀況均起因於無法僅利用1次去除處理將表面頻率分量完全地去除。因而，本實施形態之評估裝置10可藉由將表面頻率分量之去除進行2次，而高精度地實施基於內部頻率分量之頻率分佈的鋼筋之腐蝕程度之評估。
再者，上述各實施形態中，亦可由CPU以外之各種處理器執行CPU讀入並執行軟體（程式）之鋼筋腐蝕速率評估處理。作為該情形時之處理器，可例示FPGA（Field-Programmable Gate Array，場域可程式閘陣列）等能夠於製造後變更電路構成之PLD（Programmable Logic Device，可程式邏輯器件）、及ASIC（Application Specific Integrated Circuit，特殊應用積體電路）等具有為執行特定處理而專門設計之電路構成之處理器即專用電路等。又，可利用該等各種處理器中之1個執行鋼筋腐蝕速率評估處理，亦可利用相同種類或不同種類之2個以上之處理器之組合（例如，複數個FPGA及CPU與FPGA之組合等）執行。又，更具體而言，該等各種處理器之硬體構造係將半導體元件等電路元件組合而成之電路。
又，上述各實施形態中，說明了執行鋼筋腐蝕速率評估處理之鋼筋腐蝕速率評估程式預先記憶（安裝）於ROM或儲存體之態樣，但不限於此。程式亦能夠以記錄於CD-ROM（Compact Disk Read Only Memory）、DVD-ROM（Digital Versatile Disk Read Only Memory，數位化多功能光碟唯讀記憶體）、及USB（Universal Serial Bus，通用串列匯流排）記憶體等記錄媒體之形態提供。又，程式亦可設為經由網路自外部裝置下載之形態。
1:鋼筋腐蝕速率評估系統
10:鋼筋腐蝕速率評估裝置
11:CPU
12:ROM
13:RAM
14:儲存體
15:輸入部
16:顯示部
17:光碟驅動部
18:通信介面
19:匯流排
20:電磁波裝置
90:車輛
95:評估對象範圍
96:瀝青混凝土層
98:RC無梁板
99:鋼筋
100:獲取部
101:去除部
102:評估部
[圖1]係鋼筋腐蝕速率評估系統之概略構成圖。
[圖2]係用以說明反射響應波形之檢測之圖。
[圖3]係表示每1網格進行檢測之反射響應波形之一例之圖。
[圖4]係表示RC無梁板橋之概略剖面之剖視圖。
[圖5]係表示評估裝置之硬體構成之方塊圖。
[圖6]係表示評估裝置之功能構成之例之方塊圖。
[圖7]係表示腐蝕等級與鋼筋之狀況之關係的圖。
[圖8]係表示時間-頻率之關係之圖。
[圖9]係提取反射響應資料之表面附近之頻率分量後之圖。
[圖10]係藉由反向FFT將頻率分量轉換為時域之波形之圖。
[圖11]係從圖8所示之反射響應中減去圖10所示之波形所得之圖。
[圖12]係表示由S轉換表現圖11所示之波形之時間-頻率之關係之時間-頻率分佈圖。
[圖13]係將圖12之時間-頻率分佈轉換為頻率分佈所得之頻率分佈圖。
[圖14]係表示評估裝置所進行之鋼筋腐蝕速率評估處理之流程之流程圖。
[圖15]係RC無梁板之內部頻率分量之時間-頻率分佈圖之例。
[圖16]係將圖15之時間-頻率分佈轉換為頻率分佈所得之頻率分佈圖。
[圖17]係RC無梁板之內部頻率分量之時間-頻率分佈圖之例。
[圖18]係將圖17之時間-頻率分佈轉換為頻率分佈所得之頻率分佈圖。
[圖19]係RC無梁板之內部頻率分量之時間-頻率分佈圖之例。
[圖20]係將圖19之時間-頻率分佈轉換為頻率分佈所得之頻率分佈圖。
[圖21]係RC無梁板之內部頻率分量之時間-頻率分佈圖之例。
[圖22]係將圖21之時間-頻率分佈轉換為頻率分佈所得之頻率分佈圖。
[圖23]係RC無梁板之內部頻率分量之時間-頻率分佈圖之例。
[圖24]係將圖23之時間-頻率分佈轉換為頻率分佈所得之頻率分佈圖。
[圖25]係RC無梁板之內部頻率分量之時間-頻率分佈圖之例。
[圖26]係將圖25之時間-頻率分佈轉換為頻率分佈所得之頻率分佈圖。
[圖27]係RC無梁板之內部頻率分量之時間-頻率分佈圖之例。
[圖28]係將圖27之時間-頻率分佈轉換為頻率分佈所得之頻率分佈圖。
10:鋼筋腐蝕速率評估裝置
100:獲取部
101:去除部
102:評估部
Claims (9)
- 一種鋼筋腐蝕速率評估裝置，係評估鋼筋混凝土無梁板橋中之鋼筋之腐蝕程度者，且包括： 獲取部，獲取與從所述鋼筋混凝土無梁板橋之表面向所述鋼筋混凝土無梁板橋之深度方向照射之電磁波之反射響應相關之反射響應資料； 去除部，從由所述獲取部獲取之所述反射響應資料所表示之反射響應之頻率分佈中，將所述鋼筋混凝土無梁板橋之表面中所述電磁波反射所得之表面頻率分量去除；及 評估部，使用由所述去除部去除所述表面頻率分量所得之反射響應之頻率分佈中的第一頻帶之頻率分量之位準之峰值即第一測定峰值、及頻帶高於所述第一頻帶的第二頻帶之頻率分量之位準之峰值即第二測定峰值，評估所述鋼筋混凝土無梁板橋中之鋼筋之腐蝕程度。
- 如請求項1所述之鋼筋腐蝕速率評估裝置，其中所述去除部從已將所述表面頻率分量去除之反射響應之頻率分佈中，進而將所述鋼筋混凝土無梁板橋之表面中所述電磁波反射所得之頻率分量去除。
- 如請求項1或2所述之鋼筋腐蝕速率評估裝置，其中所述評估部將所述第一測定峰值及所述第二測定峰值進行比較，且基於所述第一測定峰值與所述第二測定峰值之大小關係，評估所述鋼筋混凝土無梁板橋中之鋼筋之腐蝕程度。
- 如請求項3所述之鋼筋腐蝕速率評估裝置，其中所述評估部於所述第二測定峰值大於所述第一測定峰值之情形時，若所述鋼筋混凝土無梁板橋中之鋼筋之腐蝕不斷發展，則評估腐蝕程度。
- 如請求項1或2所述之鋼筋腐蝕速率評估裝置，其中所述評估部根據對未劣化之鋼筋混凝土無梁板橋照射電磁波所得之反射響應，將去除所述頻率分量所得之反射響應之頻率分佈即基準頻率分佈中的所述第一頻帶之位準之峰值設為基準值，將該基準值與所述第一測定峰值進行比較，藉此，評估所述鋼筋混凝土無梁板橋中之鋼筋之腐蝕程度。
- 如請求項5所述之鋼筋腐蝕速率評估裝置，其中所述評估部於將對於所述基準值之特定比率設為閾值，且所述第一測定峰值小於所述閾值之情形時，若所述鋼筋混凝土無梁板橋中之鋼筋之腐蝕不斷發展，則評估腐蝕程度。
- 如請求項1或2所述之鋼筋腐蝕速率評估裝置，其中所述評估部針對鋼筋混凝土無梁板橋之表面之複數個位置，評估所述鋼筋混凝土無梁板橋中之鋼筋之腐蝕程度。
- 一種鋼筋腐蝕速率評估方法，係評估鋼筋混凝土無梁板橋中之鋼筋之腐蝕程度者，且包括： 獲取步驟，係獲取與從所述鋼筋混凝土無梁板橋之表面向所述鋼筋混凝土無梁板橋之深度方向照射之電磁波之反射響應相關之反射響應資料； 去除步驟，係從藉由所述獲取步驟獲取之所述反射響應資料所表示之反射響應之頻率分佈中，將所述鋼筋混凝土無梁板橋之表面中所述電磁波反射所得之表面頻率分量去除；及 評估步驟，係使用藉由所述去除步驟將所述表面頻率分量去除所得之反射響應之頻率分佈中的第一頻帶之頻率分量之位準之峰值即第一測定峰值、及頻帶高於所述第一頻帶的第二頻帶之頻率分量之位準之峰值即第二測定峰值，評估所述鋼筋混凝土無梁板橋中之鋼筋之腐蝕程度。
- 一種電腦程式，係評估鋼筋混凝土無梁板橋中之鋼筋之腐蝕程度者，且使電腦執行如下步驟： 獲取步驟，係獲取與從所述鋼筋混凝土無梁板橋之表面向所述鋼筋混凝土無梁板橋之深度方向照射之電磁波之反射響應相關之反射響應資料； 去除步驟，係從藉由所述獲取步驟獲取之所述反射響應資料所表示之反射響應之頻率分佈中，將所述鋼筋混凝土無梁板橋之表面中所述電磁波反射所得之表面頻率分量去除；及 評估步驟，係使用藉由所述去除步驟將所述表面頻率分量去除所得之反射響應之頻率分佈中的第一頻帶之頻率分量之位準之峰值即第一測定峰值、及頻帶高於所述第一頻帶的第二頻帶之頻率分量之位準之峰值即第二測定峰值，評估所述鋼筋混凝土無梁板橋中之鋼筋之腐蝕程度。
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