JP5403976B2 - コンクリート構造物品質検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、センサ素子の既設のコンクリート構造物への取り付け方法およびコンクリート構造物の品質（版厚、内部の剥離及び亀裂等）を非破壊で検査するコンクリート構造物品質検査方法に関する。

従来、既設のコンクリート構造物等の品質を非破壊で検査する技術が広く知られている。
例えば、特許文献１においては、物品上に対向配置した一方の超音波プローブより放出した超音波列を他方の超音波プローブで受信し、プローブ間の離間寸法から伝播時間を測定することにより、寸法−伝播時間測定値毎に算出される超音波列の伝播速度から物品の内部欠点の有無等を検査する、いわゆる対面法と呼ばれる方法が提案されている。
また、特許文献２においては、既設コンクリート構造物の表面に配置した発信探触子及び受信探触子のいずれか一方又は双方を構造物表面に沿って移動させながらエコーの受信を行うことにより、コンクリート内の障害物の有無に関係なく版厚や内部欠陥等を正確に測定できる、いわゆる表面法と呼ばれる方法が提案されている。

特開平５−１０７２３３号公報 特開２００４−１８４２７６号公報

しかしながら、上記公報で提案された検査方法は、たとえ伝播能力に優れた対面法であっても、検査対象となるコンクリート構造物が分厚い場合に、一方の超音波プローブより送信される弾性波エネルギが減衰して他方の超音波プローブで受信することができず、測定を行えないことがある。測定可能にするため、送信パワーを上げることも考えられるが、それでも限界があり、しかも、大電力化すると装置本体の大型化や製造コストの上昇、検査コストの高騰等を招く。
また、２つの超音波プローブを、測定箇所を挟んで対向配置させる対面法は、例えば測定箇所に隣接して外壁や上層階の床などが存在すると、一方の超音波プローブを当てることができず、そのため測定できないことがある。

本発明は係る事情に鑑みてなされたものであり、センサ素子の既設のコンクリート構造物への取り付け方法を提供すること、並びに、コンクリート構造物が分厚い場合であっても、コンクリート構造物の品質検査を行うことができ、しかも測定箇所の状況に左右されず検査を行うことができるコンクリート構造物品質検査方法を提供することを目的とする。

本発明に係る上記目的は、下記構成により達成される。
（１）品質検査を行う対象のコンクリート構造物の測定箇所に小径孔を１個形成する小径孔形成工程と、
棒状体にそれぞれ所定の間隔離して、電気エネルギを機械エネルギに変換可能な第１センサ素子と、機械エネルギを電気エネルギに変換可能な第２センサ素子と、機械エネルギを電気エネルギに変換可能な第３センサ素子と、を固定する固定工程と、
前記第１センサ素子と前記第２センサ素子と前記第３センサ素子とが固定された前記棒状体を前記小径孔に挿入する挿入工程と、
強度の発現が確認されると前記コンクリート構造物と一体化したと見なされる高強度の充填材を前記小径孔に充填して前記第１〜第３センサ素子を埋設する埋設工程と、
電気エネルギを機械エネルギに変換可能な発振素子を前記コンクリート構造物の表面に設置する設置工程と、
前記第１センサ素子に加振用信号を印加して、前記第１センサ素子の加振により発生して前記充填材内を伝播する弾性波を前記第２センサ素子で受振して受振信号を得、前記加振用信号および前記受振信号との位相差と前記第１センサ素子および前記第２センサ素子との離間距離とから前記充填材内を伝播する弾性波の音速を算出し、前記充填材の強度の発現を検査する強度発現検査工程と、
前記発振素子に加振用信号を印加して、前記第３センサ素子で受振信号を得、前記加振用信号および前記受振信号との位相差と前記発振素子および前記第３センサ素子との離間距離とから前記コンクリート構造物内を伝播する弾性波の音速を算出し、前記コンクリート構造物におけるひび割れや欠陥の有無を検査する品質検査工程と、を含むことを特徴とするコンクリート構造物品質検査方法。

上記方法によれば、既設のコンクリート構造物であっても、センサ素子が取り付けられて既設のコンクリート構造物の品質検査を行うことができる。
また、小径孔に充填される充填材の強度の発現が、コンクリート内を伝播する弾性波の伝播速度を算出することで検査できる。強度の発現が確認されて、充填材が既設のコンクリート構造物と同等の強度が得られれば、センサ素子をコンクリート打設前の構造物に配置して打設後にコンクリート内に埋設した状態にして品質検査を行う場合と同等の品質検査を行うことができる。
また、発振素子に印加した発振信号とこの発振信号を第３センサ素子で受振して得られた受振信号との位相差と、発振素子と第３センサ素子との離間距離とに基いてコンクリート中を伝播する弾性波の速度を求め、この弾性波の速度が、健全なコンクリートでの速度に比べて著しく遅い場合、ひび割れを含む欠陥があると判定できる。すなわち、健全な既設のコンクリート構造物における伝播速度は、一般に、４０００ｍ／ｓ前後であるが、ひび割れや欠陥等により空気層を含むと、伝播速度が半分程度に遅くなる傾向があるため、伝播速度を検出することで欠陥等の有無を検査することができる。また、欠陥等を補修した後の伝播速度を検出することで、補修の効果を確認することができる。

（２） 電気信号の機械信号への変換及びその逆の作用が可能な圧電セラミックスを前記第１センサ素子〜前記３センサ素子として用いることにより、前記加振用信号を発振する発振素子だけでなく前記受振信号を受振する受振素子としても使用することを特徴とする（１）のコンクリート構造物品質検査方法。

上記方法によれば、電気信号の機械信号への変換及びその逆の作用が可能な圧電セラミックスを用いることで、１個のセンサ素子が発振素子と受振素子の２役をすることができる。

（３）品質検査を行う対象のコンクリート構造物上に、所定間隔に離間して前記小径孔を２個、第１小径孔と第２小径孔として形成する工程と、
前記第１小径孔と第２小径孔のそれぞれに行われる前記固定工程と、前記挿入工程と、前記埋設工程と、前記強度発現検査工程と、
前記第１小径孔側と前記第２小径孔側との間で前記加振用信号と前記受振信号の送受信により行なわれる前記品質検査工程と、を含むことを特徴とする（２）のコンクリート構造物品質検査方法。

上記方法によれば、第１の小径孔に埋設したセンサ素子に印加した発振信号と該発振信号を第２の小径孔に埋設したセンサ素子で受振して得られた受振信号との位相差と、第１、第２の小径孔間の離間距離とに基づいてコンクリート中を伝播する弾性波の伝播速度を求めるので、既設のコンクリート構造物の部材厚が大き過ぎて、コンクリート内を伝播する弾性波エネルギを例えばコンクリート上に対向配置したセンサ素子で受振できない場合でも、弾性波エネルギの受振範囲内にセンサ素子を埋設することで、弾性波の伝播速度を求めて品質検査を行うことができる。

（４）前記棒状体の少なくとも一部を前記小径孔の内壁に当接させて該棒状体を位置規制する工程を含み、前記第１センサ素子を前記小径孔の内壁から離間して配置することを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載のコンクリート構造物品質検査方法。

上記方法によれば、センサ素子が小径孔の内壁から離間した孔中央部に配置されることにより、既設のコンクリート構造物との接触による影響を回避して、充填される充填材の強度の発現を高精度に検査することができる。

本発明によれば、既設のコンクリート構造物であっても、また、コンクリート構造物が分厚い場合であっても、コンクリート構造物品質検査を行うことができる。また、測定箇所の状況に左右されず検査を行うことができる。さらに、コンクリート構造物が分厚すぎる場合であっても、弾性波エネルギの受振範囲内に形成した第１、第２の小径孔内にセンサ素子をそれぞれ配置することによって検査を行うことができる。

以下、本発明を実施するための好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るコンクリート構造物品質検査方法に適用される品質検査装置の概略構成を示すブロック図である。なお、本実施の形態では、既設のコンクリート構造物における「ひび割れ」検査について述べる。
図１において、コンクリート構造物３の品質検査装置１は、「ひび割れ」を計測する欠陥検知機能を有し、この機能を実現するため、既設のコンクリート構造物３に削孔された小径孔５に挿入する３つのセンサ素子１０Ａ〜１０Ｃと、コンクリート構造物３の表面に当てられる１つの発振素子１１と、発振回路１３と、受振回路１４と、演算回路１６と、欠陥検知情報表示回路１７とを備えている。小径孔５は、測定箇所に対応してコンクリート表面に形成される。

センサ素子１０Ａ〜１０Ｃはいずれも同一構成を採り、図２に示すように、棒状体である細径の鉄筋７上に不図示の結束バンドを用いて所定間隔に離して固着係止される。なお、センサ素子１０Ａ〜１０Ｃの構造について詳述はしないが、金属板に固定した圧電セラミックスを主要部とし、この圧電セラミックスをケースに収容して形成されている。
棒状体としては、鉄筋７の外に、各種ワイヤーや鋼材以外の材料を用いることもできる。また、棒状体は、断面を丸形形状に限らず、四角形や三角形とすることもできる。

センサ素子１０Ａとセンサ素子１０Ｂは、小径孔５内に充填される充填材３ａの強度の発現を検知するために用いられる。また、センサ素子１０Ｃと発振素子１１はコンクリート構造物３のひび割れ検出に用いられる。

圧電セラミックスは、電気信号の機械信号への変換及びその逆の作用が可能であり、発振素子だけでなく受振素子としても使用することができる。本実施の形態では、センサ素子１０Ａは発振素子として使用し、センサ素子１０Ｂ，１０Ｃは受振素子として使用する。センサ素子１０Ａ〜１０Ｃに圧電セラミックスを使用することで装置を安価にできるとともに、精度の高い検査が可能となる。

所定間隔に離間して鉄筋７上に配置されたセンサ素子１０Ａ〜１０Ｃは、図３に示すように、既設のコンクリート構造物３の測定箇所に削孔した小径孔５に鉄筋７と一体に挿入される。
センサ素子１０Ａ〜１０Ｃが挿入された小径孔５には、図４に示すように、注入ポンプ９を用いて高強度の充填材３ａが充填される。

充填された充填材３ａは、強度の発現が確認されると、コンクリート構造物３と一体化したと看做される。これにより、既設のコンクリート構造物３の品質検査を行う際に、センサ素子１０Ａ〜１０Ｃは、コンクリート打設前の構造物内に配置され打設後に構造物内に埋設されてコンクリート構造物の非破壊検査を行う場合と略同等に取り扱うことができる。
なお、充填材３ａとしては、密度がコンクリートに近い、セメント系の超速硬型無収縮モルタル（例えば、太平洋マテリアル（株）『プレユーロックススーパー』）を用いることが望ましい。

センサ素子１０Ａおよびセンサ素子１０Ｂは、既述したとおり鉄筋７上に所定距離Ｌに隔てて配置されている。
図１に戻って、センサ素子１０Ａには、発振回路１３から加振用信号Ｓｒが印加される。センサ素子１０Ｂは、センサ素子１０Ａの加振により発生して充填材３ａ内を伝播する弾性波３０の受振検知に用いられる。なお、センサ素子１０Ｂは、センサ素子１０Ａの加振により発生した弾性波３０を受振検知する外に、後述するコンクリート構造物３の「ひび割れ」を検知するために発振素子１１の加振により発生し、コンクリート構造物３内を伝播する弾性波３０の受振検知にも用いる。

発振素子１１は弾性波を発生させるものであり、コンクリート構造物３の「ひび割れ」を計測する際、発振回路１３から加振用信号Ｓｒが印加される。センサ素子１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、発振素子１１の加振により発生し、コンクリート構造物３内を伝播する弾性波３０を受振検知する。

発振回路１３は一定周波数（例えば２０ｋＨｚから６０ｋＨｚ）の正弦波の電気信号を発生して、センサ素子１０Ａ又は発振素子１１を駆動する加振用信号Ｓｒを出力する。

受振回路１４は、センサ素子１０Ａの加振により発生し、充填材３ａ内を伝播する弾性波３０をセンサ素子１０Ｂで受振する。また、受振回路１４は、発振素子１１の加振により発生し、コンクリート構造物３内を伝播する弾性波３０をセンサ素子１０Ｃで受振する。また、センサ素子１０Ａ、１０Ｂは、コンクリート構造物３の表面を移動させた際の発振素子１１の加振によってコンクリート構造物３内を伝播する弾性波３０を受振できる。受振回路１４は、センサ素子１０Ｂ又はセンサ素子１０Ｃ、あるいはセンサ素子１０Ａで得られた受振信号Ｓｕを演算回路１６に入力する。

演算回路１６は、マイクロコンピュータ等で構成され、センサ素子１０Ａに印加した加振用信号Ｓｒと、受振回路１４がセンサ素子１０Ｂで受振して得た受振信号Ｓｕとの位相差△ｔを求める。そして、求めた位相差△ｔとセンサ素子１０Ａ、センサ素子１０Ｂ間の離間距離Ｌとから充填材３ａ内を伝播する弾性波３０の音速（以下、伝播速度と呼ぶ）Ｖを算出して、充填材３ａの強度の発現を検査する。

また、演算回路１６は、発振素子１１に印加した加振用信号Ｓｒと、受振回路１４がセンサ素子１０Ｃ又はセンサ素子１０Ｂ、あるいはセンサ素子１０Ａで受振して得た受振信号Ｓｕとの位相差△ｔを求め、求めた位相差△ｔと素子１１，１０Ｃ間又は素子１１，１０Ｂ間、あるいは素子１１，１１Ａの離間距離Ｌ１とからコンクリート構造物３内を伝播する弾性波３０の伝播速度Ｖ１を算出し、既設のコンクリート構造物３におけるひび割れの検出や欠陥等の有無を検査する。

情報表示回路１７は、図示せぬ液晶表示パネル等の表示手段を備え、演算回路１６の演算結果から、充填材３ａの凝結、強度の発現と、コンクリート構造物３の欠陥判定結果を可視的に表示する。

演算回路１６は、加振用信号Ｓｒと受振信号Ｓｕの位相差△ｔを求めた後、以下に示す式（１）を用いて充填材３ａあるいはコンクリート構造物３内を伝播する伝播速度Ｖ又はＶ１を算出する。この場合、センサ素子１０Ａとセンサ素子１０Ｂとの間の距離Ｌ、あるいは、発振素子１１とセンサ素子１０Ｃとの間の離間距離Ｌ１は既知の値であるから、容易に伝播速度Ｖ又はＶ１を求めることができる。
Ｖ（又はＶ１）＝Ｌ（又はＬ１）／△ｔ

伝播速度Ｖが規定値に達することで、充填材３ａの強度の発現が確認される。すなわち、伝播速度Ｖは、充填材３ａの硬化前の強度が小さいとき（始発時）に遅く、硬化時の強度が大きいとき（終結時）には速くなるので、速度が遅ければ始発と判定でき、速度が速ければ終結と判定できる。このようにして充填材３ａの凝結を判定することができる。

なお、充填材３ａの強度の発現は、ＪＩＳ Ａ １１０８の圧縮強度試験により検査しても良い。あるいは、図５に示すように、小径孔５の開口位置に配置したシュミットハンマー２０を使用して確認することもできる。

充填材３ａの強度が増進して所定の強度発現が確認された後、発振素子１１をコンクリート構造物３の外表面に当ててコンクリート内部に弾性波３０を印加する。これにより、演算回路１６は、既述したとおり発振素子１１に印加された加振用信号Ｓｒとセンサ素子１０Ｃで受振した受振信号Ｓｕとの位相差△ｔ、及びコンクリート構造物３の表面からセンサ素子１０Ｃまでの距離（深さ）とに基いて弾性波３０の伝播速度Ｖ１を算出し、コンクリート内における「ひび割れ」の有無を検査する。

すなわち、健全なコンクリート構造物３における伝播速度は、一般に、４０００ｍ／ｓ前後であるが、ひび割れや欠陥等により空気層を含むと、伝播速度が半分程度に遅くなる傾向があるため、伝播速度Ｖ１を検出することで欠陥等の有無を検査することができる。
なお、充填材３ａの強度の発現で求められた伝播速度Ｖを、コンクリート構造物３内を伝播する弾性波３０の伝播速度と看做して、欠陥検出に利用することもできる。この場合には、コンクリート構造物３の表面からセンサ素子１０Ｃまでの距離（深さ）は設定する必要がなく、任意の距離にすることができる。

情報表示回路１７は、液晶パネル、複数個のＬＥＤ（発光ダイオード）、ブザー等の表示手段や報知手段を有し、演算回路１６で演算された伝播速度Ｖ又はＶ１や、伝播速度Ｖから推定された充填材３ａの強度検査、伝播速度Ｖ１から推定されたコンクリート内の欠陥等の有無を液晶パネルで数値表示したり、ＬＥＤを使用して段階（レベル）表示したりすると共に、演算回路１６から報知信号が入力されたときにブザーを鳴動させたり、ＬＥＤを点灯させたりする。

なお、上記センサ素子１０Ａ〜１０Ｃは第１のセンサ素子に対応する。また、発振素子１１はセンサ素子１０Ａ，１０Ｂと同一構成を採ることで、電気エネルギと機械エネルギを可逆的に変換可能にして、発振素子だけでなく受振素子としても使用可能なセンサ素子に置き換えることもできる。この場合のセンサ素子は第２のセンサ素子に対応する。

本実施の形態では、センサ素子１０Ａ〜１０Ｃが取り付けられた鉄筋７を単に小径孔５に挿入するとのみ記載したが、好ましくは、センサ素子１０Ａ〜１０Ｃは小径孔５の内壁から離間した孔中央部に配置されるように、鉄筋７である棒状体が孔内で位置規制されていると良い。

図１０，図１１は、棒状体の位置規制について例示したものである。
図１０は、２本の鉄筋７ａ，７ｂが、小径孔５の内径より若干狭い間隔で離間配置され、センサ素子１０Ａ〜１０Ｃが両鉄筋７ａ，７ｂを架け渡すように取り付けられている。
図１１は、１本の鉄筋７ｃが、小径孔５の内径より若干狭い間隔の幅で連続した山型状に折曲され、折曲された各屈曲部を小径孔５の内壁に当接させて小径孔内で位置規制されるようになっている。各センサ素子１０Ａ〜１０Ｃは、折曲された鉄筋７ｃのそれぞれの中央部に取り付けられている。

このように棒状体を小径孔５内に位置規制することにより、センサ素子１０Ａ〜１０Ｃは小径孔５の中央部に配置されて内壁との接触が回避されることになるので、充填材３ａの強度の発現を検知する際の既設のコンクリート構造物との接触による誤検出が防止される。あるいは、コンクリート構造物３の表面から各センサ素子１０Ａ〜１０Ｃまでの距離（深さ）を安定化させて、正確なひび割れ検出を行うことができる。

次に、本実施の形態のコンクリート構造物品質検査方法について図６に基いて説明する。
既設のコンクリート構造物３の品質検査方法を実施するには、まずコンクリート構造物３の測定箇所に小径孔５を削孔し、センサ素子１０Ａ〜１０Ｃが取り付けられた鉄筋７を小径孔５に挿入した後、小径孔５内に充填材３ａを充填する。この際、センサ素子１０Ａとセンサ素子１０Ｂとの間の距離Ｌは予め設定（図２参照）しておく。次いで、センサ素子１０Ａとセンサ素子１０Ｂとの間で発振、受振を行い、発振波形と受振波形の位相差△ｔとセンサ素子１０Ａ，１０Ｂ間の距離Ｌとから伝播速度Ｖを計測する。

計測された伝播速度Ｖに基いて充填材３ａの硬化が確認されたら、続いて、センサ素子１０Ｃに対向させてコンクリート外表面に発振素子１１を接触させ、この発振素子１１と、センサ素子１０Ｃとの間で発振、受振を行い、発振波形と受振波形の位相差△ｔと、発振素子１１及びセンサ素子１０Ｃ間の距離（深さ）Ｌ１とから伝播速度Ｖ１を計測する。計測された伝播速度Ｖ１が、健全なコンクリート構造物における伝播速度に比べて著しく遅い場合には、コンクリート内に「ひび割れ：Ｃ」があると判定する。

なお、ひび割れＣを検出して、このひび割れＣに対し補修工事を実施した場合、補修後に、コンクリート構造物検査方法を再び行い、補修前後における弾性波の伝播速度を比較することにより、補修の効果を確認することができる。

このように、本実施の形態のコンクリート構造物品質検査方法によれば、既設のコンクリート構造物３に対し、後工程で形成した小径孔内にセンサ素子１０Ａ〜１０Ｃを配置してひび割れＣを計測しているので、既設のコンクリート構造物３であっても、コンクリート構造物の品質検査を行うことができる。

また、コンクリート構造物が分厚い場合であっても、弾性波エネルギの受振範囲内にセンサ素子を埋設することで、弾性波の伝播速度が求められて品質検査を行うことができる。
さらに、従来技術においてひび割れ検査を実施する際、測定箇所に隣接して外壁や上層階の床などが存在して、二つの超音波プローブを当てることが困難な場合であっても、一つの発振素子１１をコンクリート構造物３の外表面に当てることができれば、コンクリート構造物の形状の影響等を受けることなく品質検査を行うことができる。

なお、上記の実施の形態では、鉄筋７に３個のセンサ素子１０Ａ〜１０Ｃを取り付けて小径孔５内に配置しているが、充填材３ａの強度の発現を、例えば図５に示したような他の方法、装置を用いて検出するのであれば、品質検査は、１個のセンサ素子１０Ｃをコンクリート内に配置して行うことができる。

また、上記の実施の形態では、発振素子１１により発振した弾性波をセンサ素子１０Ｃで受振するとしたが、既述したように、コンクリート構造物３の表面を移動させた発振素子１１の加振によって発生する弾性波３０をセンサ素子１０Ａ、１０Ｂで受振して伝播速度を求めることにしても良い。特に、本実施の形態のセンサ素子１０Ａ〜１０Ｃは異方性が無いため、前後左右上下のいずれの方向にでも均等に発振、受振することができる。また、ひび割れの検出に、センサ素子１０Ｃを使用せずセンサ素子１０Ａ、１０Ｂを使用すれば、製品コストを下げることができる。

また、上記実施の形態では、「ひび割れ」を計測するだけであったが、弾性波の伝播速度は、コンクリートの圧縮強度と相関があることから、コンクリート構造物３の劣化診断を行う際の診断基準として、圧縮強度を推定することもできる。すなわち、圧縮強度が小さいときは伝播速度が小さく、圧縮強度が大きいときは伝播速度が大きくなるので、この速度関数から「コンクリートの圧縮強度」を推定して、劣化診断を行うことができる。

また、上記実施の形態では、発振素子１１は、弾性波を発生させるものであったが、センサ素子１０Ａ〜１０Ｃと同様に、電気エネルギと機械エネルギを可逆的に変換可能なセンサ素子であっても良い。

また、上記実施の形態では、発振素子１１で発生した機械的振動によりコンクリート内を伝播する弾性波をセンサ素子１０Ｃで検出するとしたが、発振素子１１に代えて電気エネルギと機械エネルギを可逆的に変換可能なセンサ素子（本明細書で言う「第２のセンサ素子」）を適用して、例えば、センサ素子１０Ａに発振信号を印加して機械的振動を発生させ、この機械的振動によりコンクリート内を伝播する弾性波を、コンクリート外表面に当てた上記の第２のセンサ素子で検出して受振信号を取り出し、この取り出した受振信号とセンサ素子１０Ａに印加した発振信号との位相差を求めることもできる。

なお、上記の実施の形態では、センサ間の位相差と伝播速度とから「ひび割れ」を計測するとしたが、コンクリート内にひび割れによる空気層が発生すると、発振波形と受振波形との位相差が著しく大きくなることから、求められた位相差だけでひび割れを推定することもできる。

次に、本発明の第２の実施の形態に係るコンクリート構造物品質検査方法について、図７を用いて説明する。
図７において、前述した図６と共通する部分には同一の符号を付けてその説明を省略する。
本実施の形態のコンクリート構造物品質検査方法は、既設のコンクリート構造物内に埋設したセンサ素子１０Ａ〜１０Ｃを発振素子（電気エネルギを機械エネルギに変換する素子）として使用するとともに、コンクリート構造物３の外表面に取り付ける複数個のセンサ素子１２Ａ，１２Ｂ，・・・，１２Ｎを受振素子（機械エネルギを電気エネルギに変換する素子）として使用し、各々のセンサ素子間の離間距離を算出して、弾性波３０の伝播速度を求めるようしたものである。そして、伝播速度が著しく遅い箇所ではひび割れやジャンカ（豆板）などの欠陥が生じていると推定する。

即ち、本実施の形態のコンクリート構造物品質検査方法は、発振素子となるセンサ素子１０Ａ〜１０Ｃに発振信号を順次印加して機械的振動を発生させ、この機械的振動を発生させた発振素子と対向位置にあるセンサ素子１２Ａ，１２Ｂ，・・・，１２Ｎにて発振素子（１０Ａ〜１０Ｃ）の機械的振動によりコンクリート内を伝播する弾性波を検出した受振信号を取り出して、例えばセンサ素子１０Ａの発振信号とセンサ素子１２Ａの受振信号との位相差と、センサ素子１０Ａ，１２Ａ間の距離とに基づいて弾性波の伝播速度を求める。

これにより、コンクリート構造物３の測定箇所を一度に広範囲に検査することができる。
なお、上記の実施の形態のように、複数の測定箇所を同時に検査する場合には、各センサ素子の組に対応して演算回路１６及び情報表示回路１７を夫々に設ける必要はなく、マルチプレクサ等の切替え器を用いて適宜切り替えるようにする。

なお、受振素子となるセンサ素子１２Ａ，１２Ｂ，・・・，１２Ｎをコンクリート内のセンサ素子１０Ａ又はセンサ素子１０Ｂ又はセンサ素子１０Ｃの直上に配置することで、正確な「ひび割れ」を求めることができるが、直上に配置されなくても、ヘロンの公式を用いることで、正確に「ひび割れ」を求めることができる。実際の現場では、コンクリート内のセンサ素子１０Ａ又はセンサ素子１０Ｂ又はセンサ素子１０Ｃの位置を正確に把握することができないことがあり、正確な伝播速度が求まらない。そこで、ヘロンの公式を用いることで、受振素子（１２Ａ，１２Ｂ，・・・，１２Ｎ）がセンサ素子１０Ａ又はセンサ素子１０Ｂ又はセンサ素子１０Ｃの直上に配置されなくとも正確に伝播速度を求めることができる。

例えば、図８に示すように、“Ａ”は受振素子であるセンサ素子１２Ａの位置、“Ｂ”は発振素子であるセンサ素子１０Ａの位置、“Ｃ”は発振素子であるセンサ素子１０Ｂの位置とする。“Ｂ”と“Ｃ”との間の距離ａは、センサ素子１０Ａとセンサ素子１０Ｂの距離であり既知である。“Ａ”と“Ｃ”との間の距離ｂは、弾性波の速度と、発振素子（１０Ｂ）の発振信号と受振素子（１２Ａ）の受振信号の位相差とから求まり、また“Ａ”と“Ｂ”との間の距離ｃは、弾性波の速度と、発振素子（１０Ａ）の発振信号と受振素子（１２Ａ）の受振信号の位相差とから求まる。したがって、３つの距離ａ、ｂ、ｃからＡ、Ｂ、Ｃを各頂点とする三角形の面積Ｓは、ヘロンの公式より求めることができる。

Ｓ＝（ｓ×（ｓ−ａ）×（ｓ−ｂ）×（ｓ−ｃ））^１／２
但し、ｓ＝１／２×（ａ＋ｂ＋ｃ）である。
したがって、センサ素子１０Ａ又はセンサ素子１０Ｂの直上に配置されるべき受振素子（１２Ａ）と、センサ素子１０Ａ又はセンサ素子１０Ｂとの正確な離間距離Ｌは、以下のようになる。
Ｌ＝２Ｓ／ａ
２方向（Ｘ、Ｙ）で両方の“Ｌ”が最小となる位置が、受振素子（１２Ａ）が配置されるべきセンサ素子１０Ａ又はセンサ素子１０Ｂの直上となり、この距離Ｌから正確な伝播速度を求めて、ひび割れを計測できる。

図９は、本発明の第３の実施の形態に係るコンクリート構造物品質検査方法を説明する図である。
図９において、先の図６と共通する部分には同一の符号を付けてその説明を省略する。
この実施の形態に係るコンクリート構造物品質検査方法は、コンクリート構造物の部材厚が大き過ぎて、コンクリート内を伝播する弾性波エネルギを例えばコンクリート構造物の外表面に当てたセンサ素子では受振できない場合に好適となるものである。

すなわち、この品質検査方法は、既設のコンクリート構造物３上で、所定間隔に離間して弾性波エネルギの受振範囲内となる位置に、二つの小径孔５Ａ，５Ｂを削孔し、第１の小径孔５Ａに埋設したセンサ素子１０Ａに発振信号を印加して機械的振動を発生させ、この機械的振動によりコンクリート内を伝播する弾性波を第２の小径孔５Ｂに埋設したセンサ素子１２Ａで検出し、そのときに得られる受振信号と、第１の小径孔５Ａに埋設したセンサ素子１０Ａに印加した発振信号との位相差Δｔを求め、求めた位相差Δｔと小径孔５Ａ，５Ｂ間の離間距離とから、弾性波の伝播速度Ｖを算出して既設コンクリート構造物３の品質検査を行う。

これにより、測定箇所に対応させて二つの小径孔５Ａ，５Ｂを削孔して発振素子及び受振素子を既設のコンクリート構造物３内に埋設することにより、コンクリート構造物の部材厚が大き過ぎても、弾性波の伝播速度を求めて品質検査を確実に行うことができる。

本発明の第１の実施の形態に適用されるコンクリート構造物品質検査装置の構成を示すブロック図である。 鉄筋に取り付けたセンサ素子の構成を示す図である。 センサ埋設用の小径孔を示す図である。 充填材を充填する様子を示す図である。 充填材の強度検査を説明する図である。 本発明の第１の実施の形態に係るコンクリート構造物品質検査方法を説明する図である。 本発明の第２の実施の形態に係るコンクリート構造物品質検査方法を説明する図である。 ヘロンの公式によりセンサ間の離間距離を求める方法を説明する図である。 本発明の第３の実施の形態に係るコンクリート構造物品質検査方法を説明する図である。 本発明の各実施の形態に適用される棒状体の変更例を説明する図である。 本発明の各実施の形態に適用される棒状体の他の変更例を説明する図である。

符号の説明

１ コンクリート構造物品質検査装置
５ 小径孔
５Ａ 第１の小径孔
５Ｂ 第２の小径孔
７ 鉄筋
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ センサ素子
１１ 発振素子
１２Ａ，１２Ｂ，・・・，１２Ｎ 受振素子
１３ 発振回路
１４ 受振回路
１６ 演算回路
１７ 情報表示回路
３０ 弾性波

Claims (4)

1. 品質検査を行う対象のコンクリート構造物の測定箇所に小径孔を１個形成する小径孔形成工程と、
   棒状体にそれぞれ所定の間隔離して、電気エネルギを機械エネルギに変換可能な第１センサ素子と、機械エネルギを電気エネルギに変換可能な第２センサ素子と、機械エネルギを電気エネルギに変換可能な第３センサ素子と、を固定する固定工程と、
   前記第１センサ素子と前記第２センサ素子と前記第３センサ素子とが固定された前記棒状体を前記小径孔に挿入する挿入工程と、
   強度の発現が確認されると前記コンクリート構造物と一体化したと見なされる高強度の充填材を前記小径孔に充填して前記第１〜第３センサ素子を埋設する埋設工程と、
   電気エネルギを機械エネルギに変換可能な発振素子を前記コンクリート構造物の表面に設置する設置工程と、
   前記第１センサ素子に加振用信号を印加して、前記第１センサ素子の加振により発生して前記充填材内を伝播する弾性波を前記第２センサ素子で受振して受振信号を得、前記加振用信号および前記受振信号との位相差と前記第１センサ素子および前記第２センサ素子との離間距離とから前記充填材内を伝播する弾性波の音速を算出し、前記充填材の強度の発現を検査する強度発現検査工程と、
   前記発振素子に加振用信号を印加して、前記第３センサ素子で受振信号を得、前記加振用信号および前記受振信号との位相差と前記発振素子および前記第３センサ素子との離間距離とから前記コンクリート構造物内を伝播する弾性波の音速を算出し、前記コンクリート構造物におけるひび割れや欠陥の有無を検査する品質検査工程と、
   を含むことを特徴とするコンクリート構造物品質検査方法。
2. 電気信号の機械信号への変換及びその逆の作用が可能な圧電セラミックスを前記第１センサ素子〜前記３センサ素子として用いることにより、前記加振用信号を発振する発振素子だけでなく前記受振信号を受振する受振素子としても使用することを特徴とする請求項１記載のコンクリート構造物品質検査方法。
3. 品質検査を行う対象のコンクリート構造物上に、所定間隔に離間して前記小径孔を２個、第１小径孔と第２小径孔として形成する工程と、
   前記第１小径孔と第２小径孔のそれぞれに行われる前記固定工程と、前記挿入工程と、前記埋設工程と、前記強度発現検査工程と、
   前記第１小径孔側と前記第２小径孔側との間で前記加振用信号と前記受振信号の送受信により行なわれる前記品質検査工程と、を含むことを特徴とする請求項２記載のコンクリート構造物品質検査方法。
4. 前記棒状体の少なくとも一部を前記小径孔の内壁に当接させて該棒状体を位置規制する工程を含み、前記第１センサ素子を前記小径孔の内壁から離間して配置することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のコンクリート構造物品質検査方法。

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