JP4852473B2 - 鉄筋診断装置とそれを用いた鉄筋診断方法 - Google Patents

Description

本発明は、コンクリートポール内部の鉄筋の状態を診断するための鉄筋診断装置とそれを用いた鉄筋診断方法に関する。

従来において、鉄筋コンクリートを用いた構造物においては、コンクリート自体の強度およびコンクリート内部に存在する鉄筋によって、その強度を保っている。そのため、鉄筋コンクリート構造物の維持・管理上、コンクリートと鉄筋自体の状態の把握が必要である。

コンクリートの劣化については、表面で観測可能なひび割れや析出物等の検査のほか、コンクリート自体から試験片を取り出して確認する手法が知られている。また、内部に存在する鉄筋の本数や劣化状況等を診断することは、構造物の安全性を担保する上で必要不可欠であるが、コンクリート内部の鉄筋を直接観測することは不可能であるため、超音波や磁界（磁場）、電磁波、Ｘ線等を利用した様々な非破壊検査装置が開発、製造、販売されている。また、コンクリートを剥離して鉄筋を露出させて直接確認する方法も知られている。

さらに、このような非破壊検査方法の一つとして、鉄筋を加熱することによってその状態を把握する方法が提案されている（非特許文献１〜３を参照）。
http://www.penta-ocean.co.jp/d_news20040116.html http://www.penta-ocean.co.jp/d_news20050926.html 「鉄筋強制加熱による熱画像処理に基づいたコンクリート内部の鉄筋局部腐食における非破壊検査手法に関する研究」堀江宏明、臼木悠祐、大下英吉：第３２回土木学会関東支部技術研究発表会講演概要集、２００５．３．１５−１６

しかしながら、超音波や磁界、電磁波、Ｘ線を利用する従来の非破壊検査装置においては、取り扱いや測定手順が複雑であり、専門的な知識を必要とするものであった。

また、センサや発振器部分が高価であり、そのため装置全体としても高価であった。

また、超音波での測定結果や磁界利用での測定結果は、その判定に経験や知識が必要とされるなどの課題があった。

また、コンクリートを剥離して、直接に鉄筋の状態を確認する方法もあるが、構造物の強度を損なってしまう可能性もあり、現実的な方法とは言えなかった。

また、鉄筋を加熱して行う非破壊検査方法については、壁面などの平面状の構造物に対するものであり、電磁誘導加熱装置はそれに適した平面状の構成となっている。しかしながら、コンクリートポールのような円柱状のコンクリート構造物の内部を加熱する場合に、平面状の誘導コイルで加熱した場合には、被加熱材（鉄筋等）との位置が場所によって不均一になり、結果として加熱ムラが生じ、正確に鉄筋の状態を診断するのは難しいという課題があった。

本発明の目的は、上記に鑑みてなされたものであり、コンクリートポール内の鉄筋を効率よく加熱することができ、正確かつ容易に鉄筋の状態を診断することができる鉄筋診断装置とそれを用いた鉄筋診断方法を提供することにある。

上記課題を解決するために請求項１に記載の本発明は、コンクリートポールの内部に配置された鉄筋を磁界による電磁誘導により発熱させ、その温度変化を観測して該鉄筋の状況を診断するための鉄筋診断装置において、前記コンクリートポールの円周方向の外周に導線を複数周に巻きつけて円環を形成し、該コンクリートポールの長手軸方向に前記電磁誘導に必要な前記磁界を発生させるための誘導コイルを備え、前記誘導コイルは、前記円環の円周上において相互に着脱可能な３個以上の分割コイル要素部から構成され、各分割コイル要素部は、複数の導体の配列からなる前記誘導コイルの一部と、前記複数の導体の各端部に配置された接続コネクタとを備える。

また、請求項２に記載の本発明は、請求項１において、前記誘導コイルは、前記円環の円周方向の外周に磁性体を備える。

また、請求項３に記載の本発明は、請求項２において、前記磁性体は、可撓性を有する帯状部材の表面上に配置されて該帯状部材と共に変形自在である。

また、請求項４に記載の本発明は、請求項１〜３のいずれかにおいて、前記温度変化を観測するための温度検出部を備え、可撓性を有するシート状部材の表面に前記温度検出部を複数で配置して前記コンクリートポールの表面に合わせて変形させて装着可能である。

また、請求項５に記載の本発明は、請求項４において、前記温度検出部は互いに等間隔のマトリクス状に配置され、発光手段をマトリクス状に配置された前記温度検出部の位置と一対一対応するように複数配置し、前記一対一対応する前記温度検出部から出力された検出信号を前記発光手段へそれぞれ供給して発光させ、もって視覚的に前記コンクリートポールの表面上の温度分布を把握するための温度分布表示手段を備える。

また、請求項６に記載の本発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の鉄筋診断装置を用いてコンクリートポール内の鉄筋の状況を診断するための鉄筋診断方法であって、温度変化観測手段によって前記コンクリートポールの表面上の温度変化の分布を連続して観測するステップと、観測データ記憶手段によって前記観測により得た温度変化の分布を観測データとして時間情報に関連付けて記憶するステップと、を有する。

また、請求項７に記載の本発明は、請求項６において、冷却手段により電磁誘導による前記鉄筋の発熱に伴い上昇した前記コンクリートポールの表面温度を冷却するステップを有する。

本発明によれば、コンクリートポール内の鉄筋を効率よく加熱することができ、正確かつ容易に鉄筋の状態を診断することができる鉄筋診断装置とそれを用いた鉄筋診断方法を提供できる。

＜第１の実施の形態＞
図１に本発明の第１の実施の形態として、柱状のコンクリートポールに本発明の鉄筋診断装置を適用した場合の説明図を示す。

この図１（ａ）には、診断対象となる鉄筋８を内包するコンクリートポール７と、このコンクリートポール７の外周円周方向に巻き付けて鉄筋８を加熱するための誘導加熱部１と、この誘導加熱部１に接続して高周波電流を供給する際の導体となるケーブル６と、ケーブル６に接続して誘導加熱部１へ高周波電流を発生して供給する高周波信号発生部２と、誘導加熱部１により加熱された鉄筋８の温度変化を観測するための温度検出部５と、温度検出部５に接続されて外部へ観測データを送出するためのケーブル９と、このケーブル９に接続して温度検出部５からの観測データを受信して温度測定するための温度測定部３と、温度測定部３に備わり温度測定結果に基づく鉄筋８の状態の診断結果を視認可能に表示するための温度表示部４と、が示されている。

また、図１（ｂ）には温度表示部４に表示される鉄筋８の診断結果の表示の一例を示している。

この図１（ａ）に示すように、誘導加熱部１はコンクリートポール７の円周方向周囲を取り囲むように巻きつけられている。そして、この誘導加熱部１へ高周波信号発生部２から出力される高周波信号がケーブル６を介して供給される。誘導加熱部１の内部には図示しない誘導コイルが配置されており、この誘導コイルが形成する円環の中にコンクリートポール７が位置する。

高周波信号発生部２により発生した高周波信号を誘導加熱部１に印加することにより、図示しない誘導コイルに高周波電流が流れ、コンクリートポール７の内部に高周波の磁界が形成される。ここで、鉄筋８の透磁率はコンクリートポール７や空気よりも高いため、発生した磁界は鉄筋８の内部に比較的に集中し、それによって鉄筋８の内部において該鉄筋８の円周方向に流れる高周波の渦電流が生じる。この渦電流によって鉄筋８自身が加熱され、かつ磁界の方向と鉄筋８の長手方向中心軸の方向が平行なため、コンクリートポール７の内部の鉄筋８を均一に加熱することができる。

次の図２には、誘導加熱部１の内部に配置された誘導コイルを説明するための説明図を示している。

この図２に示すのは、誘導加熱部１の内部に配置されて高周波電流が印加されることにより磁界を発生する誘導コイル１１と、誘導コイル１１により発生した磁束１２と、誘導コイル１１が形成する円環の内部に位置するコンクリートポール７と、誘導コイル１１の円周方向外周を取り囲む高透磁率磁性体層１０と、が示されている。

誘導コイル１１の内側（誘導コイル１１の形状を成す円環の内部）に生じた磁界は、この図２に示すように誘導コイル１１の端部から磁束１２が外部へ向けて広がるが、外部に高透磁率の磁性体層１０を設けることによって、外部に広がった磁束１２を効率的に誘導コイル１１の近傍に閉じ込めており、外部に対して漏れた磁束１２が及ぼす影響を低減させている。

次の図３は、図１（ａ）に示した誘導加熱部１を２分割可能にした場合の構成を説明するための説明図である。２分割可能とすることにより、コンクリートポール７に誘導加熱部１を装着する作業を容易にすることができる。

この図３には、円環の直径方向に２分割にされた誘導コイル１１と、この誘導コイル１１を機械的に安定して保持するためのコイル導体固定材１３と、誘導コイル１１からの漏れ磁束を遮蔽するための高透磁率磁性体層１０と、２分割された誘導コイル１１を電気的に接続するための電気接点となる接続コネクタ（オス）１４および接続コネクタ（メス）１５と、２分割された誘導加熱部１を互いに締結するための固定用把持具１６と、が示されている。

この図３に示すように、誘導加熱部１を２分割にして、２つの半円形状の２分割コイルとしている。そして誘導コイル１１の巻線を構成する導体の端部にコネクタ端子（たとえば、バナナプラグとそれを受け止める構造）を備えている。このコネクタ端子は接続コネクタ（オス）１４および接続コネクタ（メス）１５の組み合わせにより実現している。

この接続コネクタ（オス）１４および接続コネクタ（メス）１５の組み合わせにより、誘導コイル１１を構成する導体同士の接続部分が取り外し容易でかつ電磁気的、機械的な結合をすることが可能になる。

また、誘導加熱部１が２分割になることで、コンクリートポール７に容易に巻き付けることを可能にでき、また、その巻き付けを補強するために、誘導加熱部１の外周上の接合部に２つの半円構造を固定するための固定用把持具１６を備えることが好ましい。固定用把持具１６は相互に機械的な締結を実現するための構造を有し、既存のバックル構造やクランピング構造などを用いても良い。

次の図４は、誘導加熱部１を３分割以上の分割数とする場合の構成を説明するための説明図を示している。この図４（ａ）は、分割した誘導加熱部１の分割部分のうち外部への導線引き出しが無い構成の分割コイル要素部２０を示し、図４（ｂ）は外部への導線引き出しがある構成の分割コイル接続部２１を示している。また、図４（ｃ）は分割コイル要素部２０と分割コイル接続部２１を組み合わせて接続した一例を示しており、図４（ｄ）は分割コイル要素部２０と分割コイル接続部２１を組み合わせて円環状の誘導加熱部１を構成した場合の俯瞰図を示している。

この図４（ａ）に示すように、複数の短い導体の配列からなる誘導コイル１１の一部と、その端部のそれぞれに配置された接続コネクタ（オス）１４および接続コネクタ（メス）１５を備えた、複数個の分割コイル要素部２０が構成されている。

また、図４（ｂ）に示すように、導体の両端部に高周波信号を印加するための高周波信号印印加用導体１７が接続されて外部へ引き出されている。また、接続コネクタ（オス）１４および接続コネクタ（メス）１５も備わり、これらの接続コネクタ（オス）１４と接続コネクタ（メス）１５の間を導体で一段ずれた形で接続して分割コイル接続部２１を構成している。

そして、図４（ｃ）に示すように、一つの分割コイル接続部２１と複数個の分割コイル要素部２０を互いに接続コネクタ（オス）１４と接続コネクタ（メス）１５によって接続する。この接続により図４（ｄ）のような略円形状にすることで、任意半径のコンクリートポール７に効率的に巻きつけることが可能になる。

なお、この分割コイル要素部２０や分割コイル接続部２１のそれぞれが有する高透磁率磁性体層１０やコイル導体固定材１３は、柔軟に変形可能な素材かつ導体間の絶縁を保てる部材（たとえばゴム系の材料もしくは軟質のプラスチック素材）で構成することによって、分割された誘導加熱部１の組み立てと巻きつけを効率的に円形状にすることができる。

また、図１（ａ）の構成により加熱された鉄筋８の状況は、温度検出部５で検出し、温度測定部３でその温度上昇を測定し、温度表示部４でその温度分布を表示する。温度測定部３や温度検出部５による温度検出や測定および表示のための構成として、たとえば既存のサーモグラフィ測定装置を用いることができる。

また、鉄筋８の加熱は主に誘導加熱部１が取り付けられた位置で行われるため、継続的に加熱することによって、その熱は鉄筋８を伝わって伝搬していく。そのため、鉄筋８に腐食によってさび等が発生している場合や、何らかの理由（たとえば過荷重や水素脆化等）によって鉄筋８が破断している場合には、その部分の熱伝導が正常の状態とは異なる。そこで、時間的に連続して鉄筋８を加熱しながら、その熱の伝搬状況を観測することによって、鉄筋８の腐食や破断の状況を確認することが可能となる。

また、鉄筋８を熱し続けた場合、周囲のコンクリートポール７の温度も合わせて上昇するため、両者の温度差の区別が難しくなる。そのため、誘導加熱によって連続的に加熱している最中に、被測定対象位置との温度差を明確にするため、コンクリートポール７の表面の温度を強制的に低下させる。

この温度低下のための手段としては、たとえばコンクリートポール７の表面に水をかける、あるいは扇風機等によってコンクリートポール７の表面に風を当てる等によって、熱の供給位置である鉄筋８とそれ以外との温度差を明確にすることができる。

たとえば図１（ａ）に示すように、コンクリートポール７内の鉄筋８に不連続な部分（図中コンクリートポール内右側の鉄筋８の破断点）があった場合、こうした鉄筋８の不連続点での温度の伝搬は悪くなる。そのため、温度検出部５及び温度測定部３によって検出された温度分布は、図１（ｂ）の例のように、正常な温度伝搬と比べて明らかな不連続点Ｑが生じることになる。こうした不連続点の検出精度を良好なものにすることができる。

＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態は、第１の実施の形態のようなコンクリートポール７に用いる加熱型鉄筋診断装置の温度検出部５として、図５（ａ）に示すような板状のフレキシブルな基板３０の上に複数の温度センサ３１を配置して温度検出部３５を構成している。温度センサ３１としては、白金測温抵抗体、サーミスタ、熱電対、ＩＣ化トランジスタ、水晶温度計等、を用いてもよく、これらの温度センサ３１を等間隔にマトリクス状に配置して温度検出部３５を構成して用いる。

板状のフレキシブルな基板３５上に温度センサ３１を配置することによって、コンクリートポール７の直径によらず、温度センサ３１を密着させることが可能となる。また、温度検出部３５の周囲に図５（ｂ）に示す断熱枠３２を設けることによって、温度センサ３１が接触する部分以外からの熱伝導による影響を最小にすることができる。

図６に示すように、温度センサ３１をマトリクス状に配置することによって、コンクリートポール７の表面温度分布を検出することだけでなく、鉄筋８の間隔が既知の場合には、その鉄筋８の位置に温度センサ３１を配置でき、効率的に鉄筋８の温度状況を検出することができる。鉄筋８の配置間隔が事前に判明している場合は、基板３５上に配置する温度センサ３１の位置を鉄筋８の配置間隔に合わせて設定する。この場合、温度センサ３１の間隔は等間隔であるほうが汎用性や製造性の観点からは好ましいが、鉄筋８が非等間隔である場合は温度センサ３１の配置を非等間隔にしても良い。

＜第３の実施の形態＞
図７に示すのは、図１に示した温度表示部４の変形例を説明するための説明図である。既に第２の実施の形態で説明したマトリックス配置の温度センサ３１を備える温度検出部３５と同様の温度検出部４０用いて、比較的簡易に実現可能な温度表示部を構成した例である。

この図７には、屈曲自在な基板４０と、この基板４０上に配置された複数の温度センサ３１と、これら複数の温度センサ３１のそれぞれの出力を検出して所定レベルにまで増幅するための複数のセンサ出力検出回路４１と、これら複数のセンサ出力検出回路４１にそれぞれ接続された発光ダイオード（発光手段）４３と、が示されている。

このような図７の構成において、各温度センサ３１からの出力をセンサ出力検出回路４１で検知して所定の信号レベルにまで増幅する。一方、マトリクス状に配置された発光ダイオード４３を備える温度表示部４３に、センサ出力検出回路４１からの出力を接続する。発光ダイオード４３の配置は温度センサ３１の配置に相似して設定されている。また各温度センサ３１からの出力は、その温度センサ３１に対応する位置に配置された発光ダイオード４３の一つへ供給される。これにより、温度表示部４３のそれぞれの発光ダイオード４３について、温度センサ３１からの出力変化に応じて発光の輝度や明度および色調等を変化させることができる。この温度表示部４３を見る図示しない観測者は、温度表示部４３上に配置された発光ダイオード４３の輝度の分布や変化を通じて、たとえばコンクリートポール７の内部の鉄筋７の温度変化や状態を視覚的に知ることができる。なお、発光手段として発光ダイオード４３を用いて説明したが、他にランプや面発光素子等で発光手段を構成してもよい。

以上説明した実施の形態により、コンクリートポールの内部にある鉄筋を効率的に加熱でき、その状態を非破壊で容易に診断することが可能となる。特に、温度検出、測定、表示の各部はサーモグラフィを使用可能なため、視覚的に捉えることができ、特殊なスキルやノウハウを必要としない非破壊での鉄筋診断方法を提供することが可能になる。さらに、温度検出部に温度センサをマトリックスに配置した構造を用い、かつ表示部にマトリクス構造の発光部を採用することで、構造が簡単でかつ安価な非破壊検査装置を提供することが可能となる。

本発明の第１の実施の形態に係る、柱状のコンクリートポールに本発明を適用した場合の説明図を示す。 誘導コイルの磁界生成を説明するための説明図を示す。 ２分割型の誘導コイルを説明するための説明図を示す。 ３以上に分割された誘導コイルを説明するための説明図を示す。 温度検出用センサの構成例を示す。 温度検出センサによる温度検出を説明するための説明図を示す。 温度表示部の構成の一例を示す。

符号の説明

１…誘導加熱部
２…高周波信号発生部
３…温度測定部
４…温度表示部
５…温度検出部
６、９…ケーブル
７…コンクリートポール
８…鉄筋
１０…高透磁率磁性体層
１１…誘導コイル
１２…磁束
１３…コイル導体固定材
１４…接続コネクタ（オス）
１５…接続コネクタ（メス）
１６…固定用把持具

Claims (7)

1. コンクリートポールの内部に配置された鉄筋を磁界による電磁誘導により発熱させ、その温度変化を観測して該鉄筋の状況を診断するための鉄筋診断装置において、
   前記コンクリートポールの円周方向の外周に導線を複数周に巻きつけて円環を形成し、該コンクリートポールの長手軸方向に前記電磁誘導に必要な前記磁界を発生させるための誘導コイルを備え、
   前記誘導コイルは、前記円環の円周上において相互に着脱可能な３個以上の分割コイル要素部から構成され、各分割コイル要素部は、複数の導体の配列からなる前記誘導コイルの一部と、前記複数の導体の各端部に配置された接続コネクタとを備える
   ことを特徴とする鉄筋診断装置。
2. 前記誘導コイルは、
   前記円環の円周方向の外周に磁性体を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の鉄筋診断装置。
3. 前記磁性体は、
   可撓性を有する帯状部材の表面上に配置されて該帯状部材と共に変形自在である
   ことを特徴とする請求項２に記載の鉄筋診断装置。
4. 前記温度変化を観測するための温度検出部を備え、可撓性を有するシート状部材の表面に前記温度検出部を複数で配置して前記コンクリートポールの表面に合わせて変形させて装着可能である
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の鉄筋診断装置。
5. 前記温度検出部は互いに等間隔のマトリクス状に配置され、発光手段をマトリクス状に配置された前記温度検出部の位置と一対一対応するように複数配置し、前記一対一対応する前記温度検出部から出力された検出信号を前記発光手段へそれぞれ供給して発光させ、もって視覚的に前記コンクリートポールの表面上の温度分布を把握するための温度分布表示手段を備える
   ことを特徴とする請求項４に記載の鉄筋診断装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の鉄筋診断装置を用いてコンクリートポール内の鉄筋の状況を診断するための鉄筋診断方法であって、
   温度変化観測手段によって前記コンクリートポールの表面上の温度変化の分布を連続して観測するステップと、
   観測データ記憶手段によって前記観測により得た温度変化の分布を観測データとして時間情報に関連付けて記憶するステップと、
   を有することを特徴とする鉄筋診断方法。
7. 冷却手段により電磁誘導による前記鉄筋の発熱に伴い上昇した前記コンクリートポールの表面温度を冷却するステップを有する
   ことを特徴とする請求項６に記載の鉄筋診断方法。

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