(57)【要約】【課題】コンクリート体のひび割れや脆弱化等により損傷を受けたコンクリート体の健全性非破壊で効果的に評価する方法を提供する。【解決手段】上記課題は、鉄筋コンクリート体の健全性を非破壊で評価するにあたり、電磁波レーダーｋにより鉄筋コンクリート体ｇ内の鉄筋ｈの探査を、所定の探査間隔で、コンクリート体ｇの評価対象領域の全体にわたり行うことによって、少なくとも鉄筋ｈの深さ位置を取得し、取得した深さ位置に乱れがある探査箇所範囲をコンクリートの不健全箇所として評価する、ことにより解決される。【選択図】図１１
2010107259.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波反射強度がコンクリートと異なり且つ評価対象領域内においてコンクリート体の深さ方向と交差する方向に沿って延在する既知の電磁波反射面を含むコンクリート体の健全性を非破壊で評価する方法であって、
電磁波レーダーによる前記反射面の探査を、所定の探査間隔で、前記コンクリート体の評価対象領域の全体にわたり行うことによって、少なくとも、前記反射面の深さ位置を取得し、
取得した深さ位置に乱れがある探査箇所範囲を前記コンクリートの不健全箇所として評価する、
ことを特徴とするコンクリート体の健全性の非破壊評価方法。
【請求項２】
前記反射面が深さ方向に重なるように複数平行に設けられているコンクリート体を対象として、前記電磁波レーダーによる探査を行い、全ての反射面の深さ位置を取得し、隣り合う一対の反射面間の離間距離に乱れがある場合、その乱れがある探査箇所範囲内であって且つその一対の反射面間に相当する深さ部位を前記不健全箇所として評価する、請求項１記載のコンクリート体の健全性の非破壊評価方法。
【請求項３】
各反射面について、隣り合う他の反射面に対する離間距離を探査箇所毎に算出し、この反射面間の離間距離の統計的バラツキが所定レベル以上となる場合を、前記乱れがある場合として前記不健全箇所の評価を行う、請求項２記載のコンクリート体の健全性の非破壊評価方法。
【請求項４】
前記電磁波の周波数は０．５〜３ＧＨｚとし、前記探査間隔は２０ｃｍ以下とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のコンクリート体の健全性の非破壊評価方法。
【請求項５】
電磁波反射強度がコンクリートと異なり且つ評価対象領域内においてコンクリート体の深さ方向と交差する方向に沿って延在する既知の電磁波反射面を含むコンクリート体の健全性を非破壊で評価する装置であって、
電磁波レーダーによる前記反射面の探査を、所定の探査間隔で、前記コンクリート体の評価対象領域の全体にわたり行うことによって、少なくとも、前記反射面の深さ位置を取得する手段と、
取得した深さ位置に乱れがある探査箇所範囲を前記コンクリートの不健全箇所として評価する手段と、
を備えたことを特徴とするコンクリート体の健全性の非破壊評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、橋梁の床版、桁、橋脚、橋台、トンネル覆工、擁壁、護岸、建築物等のコンクリート体の健全性の非破壊評価方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄筋コンクリート体の健全性は、鉄筋の錆による損傷（劣化含む。以下に同じ。）、コンクリートのひび割れによる損傷、コンクリートの脆弱化等による損傷の進行とともに低下していく。これらの損傷は、潜伏期（中性化、錆発生）、進展期（鉄筋膨張）、加速期（ひび発生・成長）、劣化期（剥離落下）の順に損傷が進む。より詳細に説明すると、鉄筋コンクリート体は、セメントコンクリートと鉄筋の組み合わせでできている。建設当時はセメントコンクリートのアルカリ性で鉄筋は守られているが、経時とともに、繰り返し荷重や疲労によるひび割れの発生、中性化や塩害、凍害、化学的侵食、アルカリシリカ反応等により健全性が低下していく。
このような鉄筋コンクリート体の損傷に対して、これまでは、目視によるひび割れ調査やハンマーなどによるたたき調査で、健全性を評価してきた。しかし、近接点検によるたたき点検では、鉄筋の錆が進行し膨張によるコンクリートの浮きが発生した後でなければ発見できず、また、目視点検による方法では、完全に表面に露見した損傷しか発見できない。構造物を長期間良好な状態で供用するためには、可能な限り早期の評価を行い、予防的な保全を行うことが重要である。
このような要望に対し、電気化学的手法（自然電位法、分極抵抗法、電気抵抗法）も知られているが、ハツリ等の準備で手間も掛かるため普及していないのが現状である。また、赤外線、地中レーダ法による点検手法では、気象条件等の影響が大きくその結果は信頼できるものではない。さらに、これらの方法はすべて２次元的な方法で、抽出される損傷情報は、１次元的な線情報でしかなく、その広がり範囲を特定することはできない。特に、鋼板接着など床版下面の補強が行われた橋梁では、その後の床版の評価が難しいという問題点もある。
一方、本出願人は、電磁波をコンクリート構造物に向けて照射し、反射波を受信機で受信し、アナログ波形の受信信号を解析することにより、コンクリート構造物内の配筋状況や空洞を二次元的、三次元的に把握する技術を提案している（特許文献１参照）が、この方法はひび割れや脆弱化等により損傷を受けたコンクリート体の健全性を評価するものではない。
【特許文献１】特開平９−８８３５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そこで、本発明の主たる課題は、ひび割れや脆弱化等により損傷を受けたコンクリート体の健全性を非破壊で効果的に評価する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決した本発明は次記のとおりである。
＜請求項１記載の発明＞
電磁波反射強度がコンクリートと異なり且つ評価対象領域内においてコンクリート体の深さ方向と交差する方向に沿って延在する既知の電磁波反射面を含むコンクリート体の健全性を非破壊で評価する方法であって、
電磁波レーダーによる前記反射面の探査を、所定の探査間隔で、前記コンクリート体の評価対象領域の全体にわたり行うことによって、少なくとも、前記反射面の深さ位置を取得し、
取得した深さ位置に乱れがある探査箇所範囲を前記コンクリートの不健全箇所として評価する、
ことを特徴とするコンクリート体の健全性の非破壊評価方法。
【０００５】
（作用効果）
電磁波レーダーによりコンクリート体の内部探査を行った場合、健全なコンクリート体は均質で比誘電率が一様なため、反射面からの反射波は規則正しく返ってくる。これに対して、経時とともに、繰り返し荷重や疲労によるひび割れの発生、中性化や塩害、凍害、化学的侵食、アルカリシリカ反応等の損傷が進み、空気の層や水の浸入などでコンクリートの材質にバラツキが生じると、一様であった比誘電率にもバラツキが生じ、内部に埋設された鉄筋、配管等の埋設物や、コンクリート体の裏面の位置が見かけ上バラツクようになる。本発明はこの知見に基づくものである。すなわち、本発明は上述の現象を利用し、電磁波レーダーを用いた内部探査により既知の電磁波反射面の少なくとも深さ位置を所定間隔で取得し、取得した深さ位置に乱れがある探査箇所範囲をコンクリートの不健全箇所として評価するものである。本発明の評価方法では、電磁波レーダーによる探査を利用するため、高精度・高効率で評価できることはいうまでもない。例えば、橋梁点検等で行われるコンクリート床版の評価を、床版上面から非破壊で行うことも可能となる。
【０００６】
＜請求項２記載の発明＞
前記反射面が深さ方向に重なるように複数平行に設けられているコンクリート体を対象として、前記電磁波レーダーによる探査を行い、全ての反射面の深さ位置を取得し、隣り合う一対の反射面間の離間距離に乱れがある場合、その乱れがある探査箇所範囲内であって且つその一対の反射面間に相当する深さ部位を前記不健全箇所として評価する、請求項１記載のコンクリート体の健全性の非破壊評価方法。
【０００７】
（作用効果）
複数の反射面が深さ方向に平行に重なる場合、例えばコンクリート体の表面と裏面とが平行に重なる場合や、コンクリート体内に鉄筋等の埋設物が深さ方向に間隔を空けて平行に埋設されている場合等においては、ある反射面間のある部位にひびわれ等の不健全箇所があると、電磁波レーダーに基づいて得られる反射面間の離間距離が当該不健全箇所においてのみ乱れるようになる。よって、この反射面間の離間距離の乱れにより、不健全箇所の深さ部位までも評価することができるようになる。
【０００８】
＜請求項３記載の発明＞
各反射面について、隣り合う他の反射面に対する離間距離を探査箇所毎に算出し、この反射面間の離間距離の統計的バラツキが所定レベル以上となる場合を、前記乱れがある場合として前記不健全箇所の評価を行う、請求項２記載のコンクリート体の健全性の非破壊評価方法。
【０００９】
（作用効果）
このような手法で評価を行うことにより、作業員が客観的、機械的に評価を行ったり、或いはコンピューター等の情報処理装置により自動的に評価したりできるようになる。上述した反射面間の離間距離の乱れは、取得データを二次元的又は三次元的に可視化する、つまり表示装置や印刷装置に出力することにより、作業員が容易に目視判断できるものであるが、評価の客観化や自動化が望ましいことはいうまでもない。
【００１０】
＜請求項４記載の発明＞
前記コンクリート体は、前記反射面を有する鉄筋が埋設された鉄筋コンクリート体であり、
前記電磁波の周波数は０．５〜３ＧＨｚとし、前記探査間隔は２０ｃｍ以下とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のコンクリート体の健全性の非破壊評価方法。
【００１１】
（作用効果）
このような鉄筋コンクリート体を対象とする場合、このような周波数及び探査間隔を採用するのが望ましい。周波数が低過ぎる又は高過ぎたり、探査間隔が広過ぎたりするとコンクリート体内の状況検知率が低下するため好ましくない。
【００１２】
＜請求項５記載の発明＞
電磁波反射強度がコンクリートと異なり且つ評価対象領域内においてコンクリート体の深さ方向と交差する方向に沿って延在する既知の電磁波反射面を含むコンクリート体の健全性を非破壊で評価する装置であって、
電磁波レーダーによる前記反射面の探査を、所定の探査間隔で、前記コンクリート体の評価対象領域の全体にわたり行うことによって、少なくとも、前記反射面の深さ位置を取得する手段と、
取得した深さ位置に乱れがある探査箇所範囲を前記コンクリートの不健全箇所として評価する手段と、
を備えたことを特徴とするコンクリート体の健全性の非破壊評価装置。
【００１３】
（作用効果）
請求項１記載の発明と同様の作用効果が奏せられる。
【発明の効果】
【００１４】
以上の通り本発明によれば、コンクリート体のひび割れや脆弱化による損傷を非破壊で効果的に検出できるようになる、等の利点がもたらされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態について添付図面を参照しながら詳説する。なお、本発明においてコンクリート体の「表面」とは電磁波の入射面を意味し、「裏面」とはその反対側の面を意味し、「深さ位置」とは、表面から裏面へ向う方向（深さ方向）における位置を意味する。
【００１６】
＜電磁波レーダーシステムについて＞
本発明は電磁波レーダーを用いてコンクリート体の内部探査を行う。電磁波レーダーとしては、GSSI社（米国）製の各種電磁波レーダーシステム（例えばSIR3000等）、日本無線社製RCレーダー（例えばハンディサーチNJJ-95B等）、アイレック技建社製のコンクリート構造物の鉄筋探査装置（例えばライトエスパー）、コマツエンジニアリング社製のレーダ探査機（例えばアイアンシーカ）等、公知のものを特に限定無く用いることができるが、送受信センサを多数並設したレーダーシステムが高効率・高精度であるため好ましい。以下、具体例について説明する。
【００１７】
図１は電磁波レーダーによる評価システム全体の概略図である。符号ａは電磁波の送受信アンテナおよび送受信回路を一体的にケースに組み込んだセンサ、符号ｃはｎ個のセンサａを並列に連結してアレイ状としたアレイアンテナ、符号ｂはアレイアンテナｃを構成する各センサａに対して夫々スイッチングにより機能の切り替えを行い、個々に送受信および信号処理を行うようにするコントロールユニットをそれぞれ示している。なお、アレイアンテナｃとコントロールユニットｂとによりレーダーシステムｋを構成している。
【００１８】
コントロールユニットｂによりコントロールされた各センサａからは、コンクリート体ｇの表面から内部に向けて略垂直に電磁波が発振される。そして、コンクリート体ｇ内からの反射波は各センサａに受信される。各センサａで受信された反射波は、コントロールユニットｂを介して処理装置であるコンピュータｄに内蔵のＡ／Ｄ変換器（不図示）により、アナログ信号からデジタル信号に変換されたデータとしてコンピュータｄに入力される。
【００１９】
ここで、センサａの配列方向を副走査方向とし、副走査方向および電磁波の発信方向に対して直交する方向を主走査方向とすると、レーダーシステムｋは例えば車輪等の移動手段に支持されて主走査方向に対して移動可能となっており、その際移動距離計測用車輪の回転を検出するエンコーダより走行距離の信号が出力され、この信号もコンピュータｄに対して入力されるようになっている。
また、レーダーシステムｋは検査対象の形状により副走査方向の形状を直線あるいは円弧形状等に配列することができる。
【００２０】
図２は図１に示したレーダーシステムｋを主走査方向移動させて得られた情報を処理するプロセスを示す。図２の（ａ）に示すように、移動距離計測用車輪ｐを有するレーダーシステムｋは検査対象であるコンクリート体ｇの上面に載置され、例えば手動により主走査方向に沿って移動する。その際、コントロールユニットｂは、例えばｎ個のセンサａ（１，２，・・・・ｎ）を順に駆動し、図２の（ｂ）に示すようにコンピュータｄに対して副走査方向の各位置における反射波データを主走査方向について時々刻々と出力する。つまり、反射波データ（強度（振幅）及び深度（時間））は、主走査方向に所定の探査間隔で、且つ副走査方向に所定の探査間隔で取得される。
【００２１】
コンピュータｄは、入力データに基づいて、探査結果を可視化処理することができる。すなわち、必要に応じて入力データに対し、特異データの除去（明らかに異なるデータの除去）、バックグラウンド処理（鉄筋等の埋設物や表面、裏面等の反射面を除いた部分における反射波の強度を弱くする）、コンクリート体の表面位置特定処理、ノイズ除去処理（反射波より下位及び上位の周波数帯に存在するノイズを除去する）、ゲイン処理（反射波の波形の強調処理）のうち少なくとも一つを行い、次いで必要に応じて、探査間隔部分の入力データを補間処理し、更に必要に応じて、対象物の強調処理（鉄筋等の埋設物や表面、裏面等の反射面における反射波の強度を強くする）を行った後、図２の（ｃ）や（ｅ）に示すように二次元的又は図２の（ｄ）に示すように三次元的に、各位置の反射波の強度を濃淡（色付けでも良い）で表した画像を合成し、表示装置ｆ２や印刷装置ｆ１に出力することができる。作業員は、この出力を目視確認することにより、探査結果を知ることができる。
【００２２】
これらの画像の表示については、リアルタイムに表示させてもよく、またデータの取得後に表示領域の指定により表示させるようにしてもよい。入力データ及び処理データの少なくとも一方は、データ記憶装置ｅに記憶させることができる。
なお、入力データのうち、位置に関する生データは主走査方向移動距離及び副走査方向のセンサの間隔であるが、必要に応じて二次元平面座標に変換することができ、反射波データは波形データであるが、必要に応じて反射強度及び深度（深さ）に変換することができる。
【００２３】
図３は図１に示すレーダーシステムｋを用いて道路あるいは鉄道用のコンクリート製の橋梁を探査する実施形態を示すもので、図３の（ａ）は、橋梁内に配設されている円筒型枠ｔ１の下に空隙が存在するか否かを診断するために、レーダーシステムｋをコンクリート床版の下面に当てがいながら移動させる。従来のレーダーシステムは前述のように大型の装置であるために、レーダーシステムをコンクリート床版の下面に当てがいながら移動させること、特に手作業で移動させることは非常に困難である。しかし、超小型サイズで超軽量のセンサａを並列にｎ個配列した構成の本実施形態のレーダーシステムｋは、全体的にサイズが小さくて小型軽量であるため、コンクリート床版の下面に当てがいながら容易に移動させることができる。
【００２４】
また、図３の（ｂ）は、橋梁の床版の探査例を示す。橋梁のコンクリート内部には、鉄筋ｈが上下に重なるように複数段（図面では２段）配筋されている。ここで、レーダーシステムｋは、橋梁の上面に載置されて手押し方式により移動される。
【００２５】
ここで、上記レーダーシステムに用いられるセンサａとしては、ステップ波形によるインパルス発信を用いたものであって、周波数が０．５〜３ＧＨｚの中心帯域を持つものが好適であり、特に前述のように鉄筋が上下二段で配筋されている場合には周波数を１ＧＨｚ以上として探査を行うと、波長が短いことから分解能が向上し、例えば図１に示すコンクリート体ｇの上筋ｈ１での電磁波の影響が減少し、上筋以深の調査が可能となり、上筋ｈ１の間を透過した電磁波がさらに下筋ｈ２の周囲およびそれ以深の状況を反射信号として捉えることにより、下筋ｈ２の周囲およびそれ以深の調査も可能となる。一方、電磁波は周波数が高くなるにつれて、物体中での減衰が激しくなるが、２ＧＨｚ以下で探査を行えば、ある程度の深度（４０ｃｍ以上）まで十分な探査を行うことができる。
【００２６】
図４の（ａ）は、レーダーシステムｋが図１に示す単配列状態を示しており、副走査方向におけるセンサａの間隔をｄとすると、この単配列状態の分解能はｄとなる。これに対し、図４の（ｂ）に示すように、ｎ列の単配列のアレイアンテナｃ１を千鳥状にｍ行配列することにより、このアレイアンテナｃ２は、ｍ倍の分解能を得ることができ、これにより水平解像度が決定される。そして、単配列時におけるアレイアンテナｃ１の分解能ｄに対し、ｍ行配列するアレイアンテナｃ２は、ｄ／ｍの分解能となる。
【００２７】
また、図５に示すように、センサａをｍ行×ｎ列に配列したアレイアンテナｃ３としても良い。この構成では、アレイアンテナｃ３を移動させることなく一度にｍ行×ｎ列の範囲で探査を行える。
【００２８】
円柱あるいは円筒形状のコンクリート体、例えばコンクリート支柱ｇ１を評価対象とする場合、図６に示すようなアレイアンテナの構造を採用することができる。このアレイアンテナｃ４は、ｎ個のセンサａを単配列に配列すると共に、評価するコンクリート支柱ｇ１の外形に合わせて湾曲させており、両端に設けた移動体ｗをコンクリート支柱ｇ１の長さ方向に沿って移動させることができるようになっている。そして、アレイアンテナｃ４の一端側から各センサａの信号を計測装置ｖに入力し、配筋状態等を表示できるようにしている。
【００２９】
このように、アレイアンテナｃ４がコンクリート支柱ｇ１の外形に合わせて湾曲配列されていると、ｎ個のセンサａとコンクリート支柱ｇ１の表面との間隔であるエアーギャップを一定にすることができ、正確な計測が可能となる。なお、アレイアンテナｃ４は、単配列以外に図５に示すようにマトリックス、あるいは図４に示すように千鳥状に配列してもよい。
【００３０】
また、レーダーシステムｋは、図７の（ａ）、（ｂ）に示すように探査車ｓの前部に設置し、探査車ｓを路面あるいはコンクリート体ｇ２の上面を走行させながら車内に搭載した計測装置ｖで路面下あるいはコンクリート体内の状況を探査するように構成することもできる。
【００３１】
評価対象のコンクリート体としては、上記した各形態に示したもの以外に、図８の（ａ）に示すように、橋梁の上部構造物であるアスファルト舗装１０が施された鉄筋コンクリート床版１１、図８の（ｂ）に示すように、橋脚、例えばＴ型橋脚の躯体１２，橋座部１３，フーチング１４、図８の（ｃ）に示すように、トンネルの内面を覆うトンネル覆工壁１５等を例示することができる。
【００３２】
レーダーシステムｋは、より具体的には図９に示すように構成することができる。すなわち、図９はレーダーシステムｋの具体的構成を示すブロック図であり、センサａは送信部ＴＸと受信部ＲＸとにより構成され、ｎ個のセンサａへの給電は、例えばコントロールユニットｂに設けられた電源電池３１により供給され、また該電源電池はコントロールユニットｂ内の各回路に給電される。
【００３３】
ｎ個のセンサａの送信部への送信指令は、スイッチ切り替え制御回路３４が第１切り替えスイッチ３４ａを順次切り替えることにより、順次送信を行うようになっており、この切替のタイミングはタイミング源発振回路３２で発生した数ＭＨｚのクロックパルスにより行われ、例えばタイミングクロックパルスの周期毎に順次スイッチングされ、数μｓ後にはアレイアンテナのｎ個のセンサａを一巡する。
【００３４】
各センサａで発信された電磁波は、測定対象物に対して反射と透過を繰り返し、その内部状況を反射信号としてセンサａの受信部ＲＸで受信する。受信された反射信号は、同期信号発生回路３３からの同期信号に従ってサンプリングされ、低周波の受信信号１〜ｎに変換されて各センサから出力される。各センサから出力された受信信号は、スイッチ切り替え回路３４にて、Ａ／Ｄ変換回路３５およびバッファ３６により信号の処理が行われ、第２切り替えスイッチ３４ｂの切り替えにより順次データ処理装置へ出力される。
なお、センサａのサイズとしては、手のひらに載る程度の大きさまたはそれ以下のサイズに形成することができる。
【００３５】
＜健全性の評価について＞
本発明は、上述のような電磁波レーダーによるコンクリート体ｇの探査を利用して、コンクリートの健全性を評価するものである。評価対象となるコンクリート体ｇは、電磁波反射強度がコンクリートと異なり且つ評価対象領域内においてコンクリート体ｇの深さ方向と交差する方向（直交する方向が望ましいが、斜めに交差する方向でも良い）に沿って延在する既知の電磁波反射面を含むものである。反射面は、例えば鉄筋ｈや管、型枠等の埋設物、コンクリート体ｇの表面や裏面等の少なくとも一つとすることができる。
【００３６】
電磁波レーダー探査は、コンクリート体ｇの評価対象領域の全体にわたり、所定の探査間隔で行う。この探査間隔は２０ｃｍ以下であるのが好ましい。具体的に前述のレーダーシステムの場合、主走査方向の探査間隔は１〜７ｃｍ、副走査方向の探査間隔は２０ｃｍ以下、特に１２ｃｍ以下とするのが好ましい。
【００３７】
そして、この探査によって、少なくとも、反射面の深さ位置を取得し、この取得した深さ位置に乱れがある探査箇所範囲をコンクリートの不健全箇所として評価する。よって、反射面の深さ位置が反射面の延在方向全体にわたり取得できさえすれば他の位置のデータは必要ないが、通常の場合、反射面の位置が外部から正確に特定できないため、反射面の深さ位置を反射面の延在方向全体にわたり取得するためには、反射面以外の部位を含めた所定領域全体のデータを三次元で取得するのが望ましい。
【００３８】
例えばいま、図１及び図２に示される前述の電磁波レーダーを利用し、主走査方向を鉄筋ｈの延在方向とし（もちろん、副走査方向を鉄筋ｈの延在方向とすることも可能である）、反射面を鉄筋ｈ及びコンクリート体ｇの表裏面とする場合を考えると、コンピュータｄにおいて、電磁波レーダーｋからの反射波強度等の入力データに基づき、主走査方向を横軸（Ｘ軸）とし深さ方向を縦軸（Ｚ軸）とする平面のうち、各鉄筋ｈ全体を含む平面における反射面のＸＺ平面可視化画像を合成し、表示装置ｆ２や印刷装置ｆ１に出力し、この出力画像に現れた反射面の深さ位置の乱れを作業員が目視確認し、乱れがある探査箇所範囲をコンクリートの不健全箇所として評価することができる。
【００３９】
図１０はＸＹ，ＸＺ，ＹＺ各平面の可視化画像例を一括表示した状態を示しており、図１１はＸＺ平面の可視化画像例を示しており、鉄筋ｈ１，ｈ２及びコンクリート体ｇの裏面ｇ２は電磁波の反射強度が高いため、条状に濃く表示されている。図１１の（ａ）〜（ｃ）は探査箇所が異なり、（ａ）の探査箇所では鉄筋ｈ１，ｈ２及びコンクリート体ｇの裏面ｇ２の全てにおいて深さ位置の乱れがない。よって、この探査箇所は深さ方向全体にわたり健全であると評価できる。これに対して、（ｂ）の探査箇所では一部の反射面（つまり下鉄筋ｈ２及び裏面ｇ２）の深さ位置に乱れがあるが、他の反射面である上鉄筋ｈ１の深さ位置に乱れが無い。この場合、平面的には当該探査箇所に不健全箇所が存在するが、不健全箇所が深さ方向の一部にしか及んでいないことになる。より詳細には、上鉄筋ｈ１より上側の部分は乱れが無いため不健全箇所は無く、また下鉄筋ｈ２と裏面ｇ２との離間距離にも乱れが無いため、下鉄筋ｈ２と裏面ｇ２との間の部分にも不健全箇所はないものと評価できる。しかし、上鉄筋ｈ１と下鉄筋ｈ２との離間距離には乱れがあるため、上鉄筋ｈ１と下鉄筋ｈ２との間には不健全箇所が存在すると評価できる。一方、図１１（ｃ）の場合、全ての反射面ｈ１，ｈ２，ｇ２の深さ位置が乱れており、このような探査箇所は深さ方向全体に及ぶ不健全箇所（ひび割れ等）である可能性が非常に高い。事実、図１１（ｃ）の探査箇所は図１２に示すような不健全箇所であった。このように、平行な複数の反射面を探査できる場合は、隣り合う反射面の離間距離の乱れを見ることにより、不健全箇所の深さ範囲までも評価することができる。
【００４０】
他方、上述のように、本発明における乱れは、取得データを二次元的又は三次元的に可視化する、つまり表示装置や印刷装置に出力することにより、作業員が容易に目視判断できるものであるが、評価の客観化や自動化が望ましいことはいうまでもない。よって、評価の客観化や自動化を図るための手法も提案する。すなわち、上述の鉄筋ｈやコンクリート体ｇの表裏面のように、反射面が深さ方向に重なるように複数平行に設けられている場合において、隣り合う反射面間の離間距離の乱れに基づいて不健全箇所の評価を行う場合、各反射面について、隣り合う他の反射面に対する離間距離を探査箇所毎に算出し、この反射面間の離間距離の統計的バラツキが所定レベル以上となる場合を、乱れがある場合として不健全箇所の評価を行うことができる。この評価における一部又は全ての処理は人的に行っても良く、その場合であっても評価の客観性が向上するメリットはあるが、コンピュータｄにより自動的に行い、評価結果を可視化画像上に合わせて又は可視化画像とは別の画像や、数値データとして、表示装置ｆ２や印刷装置ｆ１に出力することができる。
【実施例】
【００４１】
本発明の評価方法は反射面が正確に検知されていることが前提となるため、アンテナ周波数と反射面検知率との関係を調べる実験、及び探査間隔と反射面検知率との関係を調べる実験を行った。試験対象は、図３（ｂ）に示すのと同様のアスファルト舗装が施された鉄筋コンクリート床版とした。コンクリート床版の厚さは２５ｃｍ、アスファルト舗装の厚さは８ｃｍであり、上鉄筋位置はアスファルト舗装の表面から１１ｃｍ程度、下鉄筋の位置はアスファルト舗装の表面から２８ｃｍ程度、裏面（版下面位置）はアスファルト舗装の表面から３３ｃｍ程度であった。
【００４２】
前述した図１に示される構造と同様の電磁波レーダーシステムを用い、床版の表面側から探査を行い、データを取得した。アンテナ周波数及び探査間隔（副走査方向）を変えて、それぞれデータを取得した。各データ取得位置において、上鉄筋、下鉄筋、及び版下面の反射強度が十分に高く、周囲と区別して検知できるか否かを試験者が判断し、総データ数に占める検知可能データ数の割合を算出した。他の試験条件は全て共通とした。
【００４３】
図１３及び図１４に実験結果を示した。この結果から、アンテナ周波数としては１〜２ＧＨｚ、特に１．２〜１．５ＧＨｚが好ましく、探査間隔としては２０ｃｍ以下、特に１２ｃｍ以下が好ましいことが判明した。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、橋梁の床版、桁、橋脚、桁、トンネル覆工、擁壁、護岸、建築物等のコンクリート体の非破壊評価に利用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】システム全体の概略構成を示す図である。
【図２】システムの情報処理の順序を示す図である。
【図３】レーダーシステムの操作方法を示す図である。
【図４】アレイアンテナの配列状態を示す図である。
【図５】アレイアンテナの配列状態を示す図である。
【図６】他のアンテナ構造例の、（ａ）は横断面図、（ｂ）は側面図である。
【図７】車両搭載形態の概略図である。
【図８】他の対象物の例示す概略図である。
【図９】コントロールユニットのブロック図である。
【図１０】ＸＹ，ＸＺ，ＹＺ各平面の可視化画像例を示す図である。
【図１１】（ａ）健全部、（ｂ）不健全部、（ｃ）不健全部の可視化画像例を示す図である。
【図１２】不健全部の写真である。
【図１３】アンテナ周波数と反射面検知率との関係を示すグラフである。
【図１４】探査間隔と反射面検知率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４６】
ａ…センサ、ｂ…コントロールユニット、ｃ…アレイアンテナ、ｄ…コンピュータ、ｅ…データ記憶装置、ｆ１…プリンタ、ｆ２…ディスプレイ表示装置、ｇ…コンクリート構造物、ｈ…鉄筋、ｋ…レーダーシステム、ｐ…車輪、ｑ…誘電体レンズ、ｓ…探査車、ｖ…計測装置。
【図１】
2010107259.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年1月27日(2009.1.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波反射強度がコンクリートと異なり且つ評価対象領域内においてコンクリート体の深さ方向と交差する方向に沿って延在する複数の電磁波反射面が、深さ方向に間隔を空けて平行に配されたコンクリート体の健全性を非破壊で評価する方法であって、
前記反射面は、前記コンクリート体の表面及びコンクリート体内に埋設された埋設物の反射面のうちから複数選択されるものであり、
前記コンクリート体の評価対象領域の全体にわたり所定の反射波データ取得間隔で、電磁波レーダーによる探査を行い、各位置における前記電磁波の反射波データを取得し、
この取得した反射波データにおける反射波強度に基づき、少なくとも、各前記反射面の深さ位置をその延在方向に沿って取得し、
この取得した深さ位置に基づき、一対の反射面間の深さ方向離間距離に乱れがある反射データ取得箇所であって且つその一対の反射面間に相当する深さ部位を前記コンクリート体の不健全箇所として評価する、
ことを特徴とするコンクリート体の健全性の非破壊評価方法。
【請求項２】
各反射面について、他の反射面に対する離間距離を反射波データ取得箇所毎に算出し、この反射面間の離間距離の統計的バラツキが所定レベル以上となる場合を、前記乱れがある場合として前記不健全箇所の評価を行う、請求項１記載のコンクリート体の健全性の非破壊評価方法。
【請求項３】
前記コンクリート体は、前記埋設物として鉄筋が埋設された鉄筋コンクリート体であり、
前記電磁波の周波数は０．５〜３ＧＨｚとし、前記反射波データ取得間隔は２０ｃｍ以下とする、請求項１又は２記載のコンクリート体の健全性の非破壊評価方法。
【請求項４】
電磁波反射強度がコンクリートと異なり且つ評価対象領域内においてコンクリート体の深さ方向と交差する方向に沿って延在する複数の電磁波反射面が、深さ方向に間隔を空けて平行に配されたコンクリート体の健全性を非破壊で評価する装置であって、
前記反射面は、前記コンクリート体の表面及びコンクリート体内に埋設された埋設物の反射面のうちから複数選択されるものであり、
前記コンクリート体の評価対象領域の全体にわたり所定の反射波データ取得間隔で、電磁波レーダーによる探査を行い、各位置における前記電磁波の反射波データを取得する手段と、
この取得した反射波データにおける反射波強度に基づき、少なくとも、各前記反射面の深さ位置をその延在方向に沿って取得する手段と、
この取得した深さ位置に基づき、一対の反射面間の深さ方向離間距離に乱れがある反射データ取得箇所であって且つその一対の反射面間に相当する深さ部位を前記コンクリート体の不健全箇所として評価する手段と、
を備えたことを特徴とするコンクリート体の健全性の非破壊評価装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、橋梁の床版、桁、橋脚、橋台、トンネル覆工、擁壁、護岸、建築物等のコンクリート体の健全性の非破壊評価方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄筋コンクリート体の健全性は、鉄筋の錆による損傷（劣化含む。以下に同じ。）、コンクリートのひび割れによる損傷、コンクリートの脆弱化等による損傷の進行とともに低下していく。これらの損傷は、潜伏期（中性化、錆発生）、進展期（鉄筋膨張）、加速期（ひび発生・成長）、劣化期（剥離落下）の順に損傷が進む。より詳細に説明すると、鉄筋コンクリート体は、セメントコンクリートと鉄筋の組み合わせでできている。建設当時はセメントコンクリートのアルカリ性で鉄筋は守られているが、経時とともに、繰り返し荷重や疲労によるひび割れの発生、中性化や塩害、凍害、化学的侵食、アルカリシリカ反応等により健全性が低下していく。
このような鉄筋コンクリート体の損傷に対して、これまでは、目視によるひび割れ調査やハンマーなどによるたたき調査で、健全性を評価してきた。しかし、近接点検によるたたき点検では、鉄筋の錆が進行し膨張によるコンクリートの浮きが発生した後でなければ発見できず、また、目視点検による方法では、完全に表面に露見した損傷しか発見できない。構造物を長期間良好な状態で供用するためには、可能な限り早期の評価を行い、予防的な保全を行うことが重要である。
このような要望に対し、電気化学的手法（自然電位法、分極抵抗法、電気抵抗法）も知られているが、ハツリ等の準備で手間も掛かるため普及していないのが現状である。また、赤外線、地中レーダ法による点検手法では、気象条件等の影響が大きくその結果は信頼できるものではない。さらに、これらの方法はすべて２次元的な方法で、抽出される損傷情報は、１次元的な線情報でしかなく、その広がり範囲を特定することはできない。特に、鋼板接着など床版下面の補強が行われた橋梁では、その後の床版の評価が難しいという問題点もある。
一方、本出願人は、電磁波をコンクリート構造物に向けて照射し、反射波を受信機で受信し、アナログ波形の受信信号を解析することにより、コンクリート構造物内の配筋状況や空洞を二次元的、三次元的に把握する技術を提案している（特許文献１参照）が、この方法はひび割れや脆弱化等により損傷を受けたコンクリート体の健全性を評価するものではない。
【特許文献１】特開平９−８８３５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そこで、本発明の主たる課題は、ひび割れや脆弱化等により損傷を受けたコンクリート体の健全性を非破壊で効果的に評価する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決した本発明は次記のとおりである。
＜請求項１記載の発明＞
電磁波反射強度がコンクリートと異なり且つ評価対象領域内においてコンクリート体の深さ方向と交差する方向に沿って延在する複数の電磁波反射面が、深さ方向に間隔を空けて平行に配されたコンクリート体の健全性を非破壊で評価する方法であって、
前記反射面は、前記コンクリート体の表面及びコンクリート体内に埋設された埋設物の反射面のうちから複数選択されるものであり、
前記コンクリート体の評価対象領域の全体にわたり所定の反射波データ取得間隔で、電磁波レーダーによる探査を行い、各位置における前記電磁波の反射波データを取得し、
この取得した反射波データにおける反射波強度に基づき、少なくとも、各前記反射面の深さ位置をその延在方向に沿って取得し、
この取得した深さ位置に基づき、一対の反射面間の深さ方向離間距離に乱れがある反射データ取得箇所であって且つその一対の反射面間に相当する深さ部位を前記コンクリート体の不健全箇所として評価する、
ことを特徴とするコンクリート体の健全性の非破壊評価方法。
【０００５】
（作用効果）
電磁波レーダーによりコンクリート体の内部探査を行った場合、健全なコンクリート体は均質で比誘電率が一様なため、反射面からの反射波は規則正しく返ってくる。これに対して、経時とともに、繰り返し荷重や疲労によるひび割れの発生、中性化や塩害、凍害、化学的侵食、アルカリシリカ反応等の損傷が進み、空気の層や水の浸入などでコンクリートの材質にバラツキが生じると、一様であった比誘電率にもバラツキが生じ、内部に埋設された鉄筋、配管等の埋設物や、コンクリート体の裏面の位置が見かけ上バラツクようになる。本発明はこの知見に基づくものである。すなわち、本発明は上述の現象を利用し、電磁波レーダーを用いた内部探査により既知の電磁波反射面の少なくとも深さ位置を所定間隔で取得し、取得した深さ位置に乱れがある探査箇所範囲をコンクリートの不健全箇所として評価するものである。本発明の評価方法では、電磁波レーダーによる探査を利用するため、高精度・高効率で評価できることはいうまでもない。例えば、橋梁点検等で行われるコンクリート床版の評価を、床版上面から非破壊で行うことも可能となる。
【０００６】
【０００７】
（作用効果）
複数の反射面が深さ方向に平行に重なる場合、例えばコンクリート体の表面と裏面とが平行に重なる場合や、コンクリート体内に鉄筋等の埋設物が深さ方向に間隔を空けて平行に埋設されている場合等においては、ある反射面間のある部位にひびわれ等の不健全箇所があると、電磁波レーダーに基づいて得られる反射面間の離間距離が当該不健全箇所においてのみ乱れるようになる。よって、この反射面間の離間距離の乱れにより、不健全箇所の深さ部位までも評価することができるようになる。
【０００８】
＜請求項２記載の発明＞
各反射面について、他の反射面に対する離間距離を反射波データ取得箇所毎に算出し、この反射面間の離間距離の統計的バラツキが所定レベル以上となる場合を、前記乱れがある場合として前記不健全箇所の評価を行う、請求項１記載のコンクリート体の健全性の非破壊評価方法。
【０００９】
（作用効果）
このような手法で評価を行うことにより、作業員が客観的、機械的に評価を行ったり、或いはコンピューター等の情報処理装置により自動的に評価したりできるようになる。上述した反射面間の離間距離の乱れは、取得データを二次元的又は三次元的に可視化する、つまり表示装置や印刷装置に出力することにより、作業員が容易に目視判断できるものであるが、評価の客観化や自動化が望ましいことはいうまでもない。
【００１０】
＜請求項３記載の発明＞
前記コンクリート体は、前記埋設物として鉄筋が埋設された鉄筋コンクリート体であり、
前記電磁波の周波数は０．５〜３ＧＨｚとし、前記反射波データ取得間隔は２０ｃｍ以下とする、請求項１又は２記載のコンクリート体の健全性の非破壊評価方法。
【００１１】
（作用効果）
このような鉄筋コンクリート体を対象とする場合、このような周波数及び反射波データ取得間隔を採用するのが望ましい。周波数が低過ぎる又は高過ぎたり、反射波データ取得間隔が広過ぎたりするとコンクリート体内の状況検知率が低下するため好ましくない。
【００１２】
＜請求項４記載の発明＞
電磁波反射強度がコンクリートと異なり且つ評価対象領域内においてコンクリート体の深さ方向と交差する方向に沿って延在する複数の電磁波反射面が、深さ方向に間隔を空けて平行に配されたコンクリート体の健全性を非破壊で評価する装置であって、
前記反射面は、前記コンクリート体の表面及びコンクリート体内に埋設された埋設物の反射面のうちから複数選択されるものであり、
前記コンクリート体の評価対象領域の全体にわたり所定の反射波データ取得間隔で、電磁波レーダーによる探査を行い、各位置における前記電磁波の反射波データを取得する手段と、
この取得した反射波データにおける反射波強度に基づき、少なくとも、各前記反射面の深さ位置をその延在方向に沿って取得する手段と、
この取得した深さ位置に基づき、一対の反射面間の深さ方向離間距離に乱れがある反射データ取得箇所であって且つその一対の反射面間に相当する深さ部位を前記コンクリート体の不健全箇所として評価する手段と、
を備えたことを特徴とするコンクリート体の健全性の非破壊評価装置。
【００１３】
（作用効果）
請求項１記載の発明と同様の作用効果が奏せられる。
【発明の効果】
【００１４】
以上の通り本発明によれば、コンクリート体のひび割れや脆弱化による損傷を非破壊で効果的に検出できるようになる、等の利点がもたらされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態について添付図面を参照しながら詳説する。なお、本発明においてコンクリート体の「表面」とは電磁波の入射面を意味し、「裏面」とはその反対側の面を意味し、「深さ位置」とは、表面から裏面へ向う方向（深さ方向）における位置を意味する。
【００１６】
＜電磁波レーダーシステムについて＞
本発明は電磁波レーダーを用いてコンクリート体の内部探査を行う。電磁波レーダーとしては、GSSI社（米国）製の各種電磁波レーダーシステム（例えばSIR3000等）、日本無線社製RCレーダー（例えばハンディサーチNJJ-95B等）、アイレック技建社製のコンクリート構造物の鉄筋探査装置（例えばライトエスパー）、コマツエンジニアリング社製のレーダ探査機（例えばアイアンシーカ）等、公知のものを特に限定無く用いることができるが、送受信センサを多数並設したレーダーシステムが高効率・高精度であるため好ましい。以下、具体例について説明する。
【００１７】
図１は電磁波レーダーによる評価システム全体の概略図である。符号ａは電磁波の送受信アンテナおよび送受信回路を一体的にケースに組み込んだセンサ、符号ｃはｎ個のセンサａを並列に連結してアレイ状としたアレイアンテナ、符号ｂはアレイアンテナｃを構成する各センサａに対して夫々スイッチングにより機能の切り替えを行い、個々に送受信および信号処理を行うようにするコントロールユニットをそれぞれ示している。なお、アレイアンテナｃとコントロールユニットｂとによりレーダーシステムｋを構成している。
【００１８】
コントロールユニットｂによりコントロールされた各センサａからは、コンクリート体ｇの表面から内部に向けて略垂直に電磁波が発振される。そして、コンクリート体ｇ内からの反射波は各センサａに受信される。各センサａで受信された反射波は、コントロールユニットｂを介して処理装置であるコンピュータｄに内蔵のＡ／Ｄ変換器（不図示）により、アナログ信号からデジタル信号に変換されたデータとしてコンピュータｄに入力される。
【００１９】
ここで、センサａの配列方向を副走査方向とし、副走査方向および電磁波の発信方向に対して直交する方向を主走査方向とすると、レーダーシステムｋは例えば車輪等の移動手段に支持されて主走査方向に対して移動可能となっており、その際移動距離計測用車輪の回転を検出するエンコーダより走行距離の信号が出力され、この信号もコンピュータｄに対して入力されるようになっている。
また、レーダーシステムｋは検査対象の形状により副走査方向の形状を直線あるいは円弧形状等に配列することができる。
【００２０】
図２は図１に示したレーダーシステムｋを主走査方向移動させて得られた情報を処理するプロセスを示す。図２の（ａ）に示すように、移動距離計測用車輪ｐを有するレーダーシステムｋは検査対象であるコンクリート体ｇの上面に載置され、例えば手動により主走査方向に沿って移動する。その際、コントロールユニットｂは、例えばｎ個のセンサａ（１，２，・・・・ｎ）を順に駆動し、図２の（ｂ）に示すようにコンピュータｄに対して副走査方向の各位置における反射波データを主走査方向について時々刻々と出力する。つまり、反射波データ（強度（振幅）及び深度（時間））は、主走査方向に所定の反射波データ取得間隔で、且つ副走査方向に所定の反射波データ取得間隔で取得される。
【００２１】
コンピュータｄは、入力データに基づいて、探査結果を可視化処理することができる。すなわち、必要に応じて入力データに対し、特異データの除去（明らかに異なるデータの除去）、バックグラウンド処理（鉄筋等の埋設物や表面、裏面等の反射面を除いた部分における反射波の強度を弱くする）、コンクリート体の表面位置特定処理、ノイズ除去処理（反射波より下位及び上位の周波数帯に存在するノイズを除去する）、ゲイン処理（反射波の波形の強調処理）のうち少なくとも一つを行い、次いで必要に応じて、反射波データ取得間隔部分の入力データを補間処理し、更に必要に応じて、対象物の強調処理（鉄筋等の埋設物や表面、裏面等の反射面における反射波の強度を強くする）を行った後、図２の（ｃ）や（ｅ）に示すように二次元的又は図２の（ｄ）に示すように三次元的に、各位置の反射波の強度を濃淡（色付けでも良い）で表した画像を合成し、表示装置ｆ２や印刷装置ｆ１に出力することができる。作業員は、この出力を目視確認することにより、探査結果を知ることができる。
【００２２】
これらの画像の表示については、リアルタイムに表示させてもよく、またデータの取得後に表示領域の指定により表示させるようにしてもよい。入力データ及び処理データの少なくとも一方は、データ記憶装置ｅに記憶させることができる。
なお、入力データのうち、位置に関する生データは主走査方向移動距離及び副走査方向のセンサの間隔であるが、必要に応じて二次元平面座標に変換することができ、反射波データは波形データであるが、必要に応じて反射強度及び深度（深さ）に変換することができる。
【００２３】
図３は図１に示すレーダーシステムｋを用いて道路あるいは鉄道用のコンクリート製の橋梁を探査する実施形態を示すもので、図３の（ａ）は、橋梁内に配設されている円筒型枠ｔ１の下に空隙が存在するか否かを診断するために、レーダーシステムｋをコンクリート床版の下面に当てがいながら移動させる。従来のレーダーシステムは前述のように大型の装置であるために、レーダーシステムをコンクリート床版の下面に当てがいながら移動させること、特に手作業で移動させることは非常に困難である。しかし、超小型サイズで超軽量のセンサａを並列にｎ個配列した構成の本実施形態のレーダーシステムｋは、全体的にサイズが小さくて小型軽量であるため、コンクリート床版の下面に当てがいながら容易に移動させることができる。
【００２４】
また、図３の（ｂ）は、橋梁の床版の探査例を示す。橋梁のコンクリート内部には、鉄筋ｈが上下に重なるように複数段（図面では２段）配筋されている。ここで、レーダーシステムｋは、橋梁の上面に載置されて手押し方式により移動される。
【００２５】
ここで、上記レーダーシステムに用いられるセンサａとしては、ステップ波形によるインパルス発信を用いたものであって、周波数が０．５〜３ＧＨｚの中心帯域を持つものが好適であり、特に前述のように鉄筋が上下二段で配筋されている場合には周波数を１ＧＨｚ以上として探査を行うと、波長が短いことから分解能が向上し、例えば図１に示すコンクリート体ｇの上筋ｈ１での電磁波の影響が減少し、上筋以深の調査が可能となり、上筋ｈ１の間を透過した電磁波がさらに下筋ｈ２の周囲およびそれ以深の状況を反射信号として捉えることにより、下筋ｈ２の周囲およびそれ以深の調査も可能となる。一方、電磁波は周波数が高くなるにつれて、物体中での減衰が激しくなるが、２ＧＨｚ以下で探査を行えば、ある程度の深度（４０ｃｍ以上）まで十分な探査を行うことができる。
【００２６】
図４の（ａ）は、レーダーシステムｋが図１に示す単配列状態を示しており、副走査方向におけるセンサａの間隔をｄとすると、この単配列状態の分解能はｄとなる。これに対し、図４の（ｂ）に示すように、ｎ列の単配列のアレイアンテナｃ１を千鳥状にｍ行配列することにより、このアレイアンテナｃ２は、ｍ倍の分解能を得ることができ、これにより水平解像度が決定される。そして、単配列時におけるアレイアンテナｃ１の分解能ｄに対し、ｍ行配列するアレイアンテナｃ２は、ｄ／ｍの分解能となる。
【００２７】
また、図５に示すように、センサａをｍ行×ｎ列に配列したアレイアンテナｃ３としても良い。この構成では、アレイアンテナｃ３を移動させることなく一度にｍ行×ｎ列の範囲で探査を行える。
【００２８】
円柱あるいは円筒形状のコンクリート体、例えばコンクリート支柱ｇ１を評価対象とする場合、図６に示すようなアレイアンテナの構造を採用することができる。このアレイアンテナｃ４は、ｎ個のセンサａを単配列に配列すると共に、評価するコンクリート支柱ｇ１の外形に合わせて湾曲させており、両端に設けた移動体ｗをコンクリート支柱ｇ１の長さ方向に沿って移動させることができるようになっている。そして、アレイアンテナｃ４の一端側から各センサａの信号を計測装置ｖに入力し、配筋状態等を表示できるようにしている。
【００２９】
このように、アレイアンテナｃ４がコンクリート支柱ｇ１の外形に合わせて湾曲配列されていると、ｎ個のセンサａとコンクリート支柱ｇ１の表面との間隔であるエアーギャップを一定にすることができ、正確な計測が可能となる。なお、アレイアンテナｃ４は、単配列以外に図５に示すようにマトリックス、あるいは図４に示すように千鳥状に配列してもよい。
【００３０】
また、レーダーシステムｋは、図７の（ａ）、（ｂ）に示すように探査車ｓの前部に設置し、探査車ｓを路面あるいはコンクリート体ｇ２の上面を走行させながら車内に搭載した計測装置ｖで路面下あるいはコンクリート体内の状況を探査するように構成することもできる。
【００３１】
評価対象のコンクリート体としては、上記した各形態に示したもの以外に、図８の（ａ）に示すように、橋梁の上部構造物であるアスファルト舗装１０が施された鉄筋コンクリート床版１１、図８の（ｂ）に示すように、橋脚、例えばＴ型橋脚の躯体１２，橋座部１３，フーチング１４、図８の（ｃ）に示すように、トンネルの内面を覆うトンネル覆工壁１５等を例示することができる。
【００３２】
レーダーシステムｋは、より具体的には図９に示すように構成することができる。すなわち、図９はレーダーシステムｋの具体的構成を示すブロック図であり、センサａは送信部ＴＸと受信部ＲＸとにより構成され、ｎ個のセンサａへの給電は、例えばコントロールユニットｂに設けられた電源電池３１により供給され、また該電源電池はコントロールユニットｂ内の各回路に給電される。
【００３３】
ｎ個のセンサａの送信部への送信指令は、スイッチ切り替え制御回路３４が第１切り替えスイッチ３４ａを順次切り替えることにより、順次送信を行うようになっており、この切替のタイミングはタイミング源発振回路３２で発生した数ＭＨｚのクロックパルスにより行われ、例えばタイミングクロックパルスの周期毎に順次スイッチングされ、数μｓ後にはアレイアンテナのｎ個のセンサａを一巡する。
【００３４】
各センサａで発信された電磁波は、測定対象物に対して反射と透過を繰り返し、その内部状況を反射信号としてセンサａの受信部ＲＸで受信する。受信された反射信号は、同期信号発生回路３３からの同期信号に従ってサンプリングされ、低周波の受信信号１〜ｎに変換されて各センサから出力される。各センサから出力された受信信号は、スイッチ切り替え回路３４にて、Ａ／Ｄ変換回路３５およびバッファ３６により信号の処理が行われ、第２切り替えスイッチ３４ｂの切り替えにより順次データ処理装置へ出力される。
なお、センサａのサイズとしては、手のひらに載る程度の大きさまたはそれ以下のサイズに形成することができる。
【００３５】
＜健全性の評価について＞
本発明は、上述のような電磁波レーダーによるコンクリート体ｇの探査を利用して、コンクリートの健全性を評価するものである。評価対象となるコンクリート体ｇは、電磁波反射強度がコンクリートと異なり且つ評価対象領域内においてコンクリート体ｇの深さ方向と交差する方向（直交する方向が望ましいが、斜めに交差する方向でも良い）に沿って延在する既知の電磁波反射面を含むものである。反射面は、例えば鉄筋ｈや管、型枠等の埋設物、コンクリート体ｇの表面や裏面等があるが、本発明では少なくともコンクリート体の表面及びコンクリート体内に埋設された埋設物の反射面のうちから複数選択される。
【００３６】
電磁波レーダー探査は、コンクリート体ｇの評価対象領域の全体にわたり、所定の反射波データ取得間隔で行う。この反射波データ取得間隔は２０ｃｍ以下であるのが好ましい。具体的に前述のレーダーシステムの場合、主走査方向の反射波データ取得間隔は１〜７ｃｍ、副走査方向の反射波データ取得間隔は２０ｃｍ以下、特に１２ｃｍ以下とするのが好ましい。
【００３７】
そして、この探査によって、少なくとも、反射面の深さ位置を取得する。よって、反射面の深さ位置が反射面の延在方向全体にわたり取得できさえすれば他の位置のデータは必要ないが、通常の場合、反射面の位置が外部から正確に特定できないため、反射面の深さ位置を反射面の延在方向全体にわたり取得するためには、反射面以外の部位を含めた所定領域全体のデータを三次元で取得するのが望ましい。
【００３８】
例えばいま、図１及び図２に示される前述の電磁波レーダーを利用し、主走査方向を鉄筋ｈの延在方向とし（もちろん、副走査方向を鉄筋ｈの延在方向とすることも可能である）、反射面を鉄筋ｈ及びコンクリート体ｇの表裏面とする場合を考えると、コンピュータｄにおいて、電磁波レーダーｋからの反射波強度等の入力データに基づき、主走査方向を横軸（Ｘ軸）とし深さ方向を縦軸（Ｚ軸）とする平面のうち、各鉄筋ｈ全体を含む平面における反射面のＸＺ平面可視化画像を合成し、表示装置ｆ２や印刷装置ｆ１に出力し、この出力画像を作業員が目視確認し、コンクリートの不健全箇所を評価することができる。
【００３９】
図１０はＸＹ，ＸＺ，ＹＺ各平面の可視化画像例を一括表示した状態を示しており、図１１はＸＺ平面の可視化画像例を示しており、鉄筋ｈ１，ｈ２及びコンクリート体ｇの裏面ｇ２は電磁波の反射強度が高いため、条状に濃く表示されている。図１１の（ａ）〜（ｃ）は探査箇所が異なり、（ａ）の探査箇所では鉄筋ｈ１，ｈ２及びコンクリート体ｇの裏面ｇ２の全てにおいて深さ位置の乱れがない。よって、この探査箇所は深さ方向全体にわたり健全であると評価できる。これに対して、（ｂ）の探査箇所では一部の反射面（つまり下鉄筋ｈ２及び裏面ｇ２）の深さ位置に乱れがあるが、他の反射面である上鉄筋ｈ１の深さ位置に乱れが無い。この場合、平面的には当該探査箇所に不健全箇所が存在するが、不健全箇所が深さ方向の一部にしか及んでいないことになる。より詳細には、上鉄筋ｈ１より上側の部分は乱れが無いため不健全箇所は無く、また下鉄筋ｈ２と裏面ｇ２との離間距離にも乱れが無いため、下鉄筋ｈ２と裏面ｇ２との間の部分にも不健全箇所はないものと評価できる。しかし、上鉄筋ｈ１と下鉄筋ｈ２との離間距離には乱れがあるため、上鉄筋ｈ１と下鉄筋ｈ２との間には不健全箇所が存在すると評価できる。一方、図１１（ｃ）の場合、全ての反射面ｈ１，ｈ２，ｇ２の深さ位置が乱れており、このような探査箇所は深さ方向全体に及ぶ不健全箇所（ひび割れ等）である可能性が非常に高い。事実、図１１（ｃ）の探査箇所は図１２に示すような不健全箇所であった。このように、平行な複数の反射面を探査するとともに、隣り合う反射面の離間距離の乱れを見ることにより、不健全箇所の深さ範囲までも評価することができる。
【００４０】
他方、上述のように、本発明における乱れは、取得データを二次元的又は三次元的に可視化する、つまり表示装置や印刷装置に出力することにより、作業員が容易に目視判断できるものであるが、評価の客観化や自動化が望ましいことはいうまでもない。よって、評価の客観化や自動化を図るための手法も提案する。すなわち、上述の鉄筋ｈやコンクリート体ｇの表裏面のように、反射面が深さ方向に重なるように複数平行に設けられている場合において、隣り合う反射面間の離間距離の乱れに基づいて不健全箇所の評価を行う場合、各反射面について、隣り合う他の反射面に対する離間距離を探査箇所毎に算出し、この反射面間の離間距離の統計的バラツキが所定レベル以上となる場合を、乱れがある場合として不健全箇所の評価を行うことができる。この評価における一部又は全ての処理は人的に行っても良く、その場合であっても評価の客観性が向上するメリットはあるが、コンピュータｄにより自動的に行い、評価結果を可視化画像上に合わせて又は可視化画像とは別の画像や、数値データとして、表示装置ｆ２や印刷装置ｆ１に出力することができる。
【実施例】
【００４１】
本発明の評価方法は反射面が正確に検知されていることが前提となるため、アンテナ周波数と反射面検知率との関係を調べる実験、及び探査間隔（反射波データ取得間隔）と反射面検知率との関係を調べる実験を行った。試験対象は、図３（ｂ）に示すのと同様のアスファルト舗装が施された鉄筋コンクリート床版とした。コンクリート床版の厚さは２５ｃｍ、アスファルト舗装の厚さは８ｃｍであり、上鉄筋位置はアスファルト舗装の表面から１１ｃｍ程度、下鉄筋の位置はアスファルト舗装の表面から２８ｃｍ程度、裏面（版下面位置）はアスファルト舗装の表面から３３ｃｍ程度であった。
【００４２】
前述した図１に示される構造と同様の電磁波レーダーシステムを用い、床版の表面側から探査を行い、データを取得した。アンテナ周波数及び探査間隔（副走査方向）を変えて、それぞれデータを取得した。各データ取得位置において、上鉄筋、下鉄筋、及び版下面の反射強度が十分に高く、周囲と区別して検知できるか否かを試験者が判断し、総データ数に占める検知可能データ数の割合を算出した。他の試験条件は全て共通とした。
【００４３】
図１３及び図１４に実験結果を示した。この結果から、アンテナ周波数としては１〜２ＧＨｚ、特に１．２〜１．５ＧＨｚが好ましく、探査間隔（反射波データ取得間隔）としては２０ｃｍ以下、特に１２ｃｍ以下が好ましいことが判明した。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、橋梁の床版、桁、橋脚、桁、トンネル覆工、擁壁、護岸、建築物等のコンクリート体の非破壊評価に利用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】システム全体の概略構成を示す図である。
【図２】システムの情報処理の順序を示す図である。
【図３】レーダーシステムの操作方法を示す図である。
【図４】アレイアンテナの配列状態を示す図である。
【図５】アレイアンテナの配列状態を示す図である。
【図６】他のアンテナ構造例の、（ａ）は横断面図、（ｂ）は側面図である。
【図７】車両搭載形態の概略図である。
【図８】他の対象物の例示す概略図である。
【図９】コントロールユニットのブロック図である。
【図１０】ＸＹ，ＸＺ，ＹＺ各平面の可視化画像例を示す図である。
【図１１】（ａ）健全部、（ｂ）不健全部、（ｃ）不健全部の可視化画像例を示す図である。
【図１２】不健全部の写真である。
【図１３】アンテナ周波数と反射面検知率との関係を示すグラフである。
【図１４】探査間隔（反射波データ取得間隔）と反射面検知率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４６】
ａ…センサ、ｂ…コントロールユニット、ｃ…アレイアンテナ、ｄ…コンピュータ、ｅ…データ記憶装置、ｆ１…プリンタ、ｆ２…ディスプレイ表示装置、ｇ…コンクリート構造物、ｈ…鉄筋、ｋ…レーダーシステム、ｐ…車輪、ｑ…誘電体レンズ、ｓ…探査車、ｖ…計測装置。
【手続補正書】
【提出日】平成21年4月21日(2009.4.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波反射強度がコンクリートと異なり且つ評価対象領域内において鉄筋コンクリート体の深さ方向と交差する方向に沿って延在する複数の電磁波反射面が、深さ方向に間隔を空けて平行に配された鉄筋コンクリート体の健全性を非破壊で評価する方法であって、
前記反射面は、前記鉄筋コンクリート体の表面及び鉄筋コンクリート体内に埋設された鉄筋の反射面のうちの一対の隣り合う反射面であり、
前記鉄筋コンクリート体の評価対象領域の全体にわたり所定の反射波データ取得間隔で、電磁波レーダーによる探査を行い、各位置における前記電磁波の反射波データを取得し、
この取得した反射波データにおける反射波強度に基づき、少なくとも、前記一対の隣り合う反射面の各深さ位置をその延在方向に沿って取得し、
この取得した深さ位置に基づき、隣り合う一対の反射面間の深さ方向離間距離に乱れがある反射データ取得箇所であって且つその一対の反射面間に相当する深さ部位を前記コンクリートのひび割れ箇所として評価するとともに、隣り合う一対の反射面間の深さ方向離間距離に乱れが無い反射データ取得箇所であって且つその一対の反射面間に相当する深さ部位を前記コンクリートのひび割れの無い健全箇所として評価する、
ことを特徴とする鉄筋コンクリート体の健全性の非破壊評価方法。
【請求項２】
各反射面について、他の反射面に対する離間距離を反射波データ取得箇所毎に算出し、この反射面間の離間距離の統計的バラツキが所定レベル以上となる場合を、前記乱れがある場合として前記ひび割れ箇所の評価を行う、請求項１記載の鉄筋コンクリート体の健全性の非破壊評価方法。
【請求項３】
前記電磁波の周波数は０．５〜３ＧＨｚとし、前記反射波データ取得間隔は２０ｃｍ以下とする、請求項１又は２記載の鉄筋コンクリート体の健全性の非破壊評価方法。
【請求項４】
電磁波反射強度がコンクリートと異なり且つ評価対象領域内において鉄筋コンクリート体の深さ方向と交差する方向に沿って延在する複数の電磁波反射面が、深さ方向に間隔を空けて平行に配された鉄筋コンクリート体の健全性を非破壊で評価する装置であって、
前記反射面は、前記鉄筋コンクリート体の表面及び鉄筋コンクリート体内に埋設された鉄筋の反射面のうちの一対の隣り合う反射面であり、
前記鉄筋コンクリート体の評価対象領域の全体にわたり所定の反射波データ取得間隔で、電磁波レーダーによる探査を行い、各位置における前記電磁波の反射波データを取得する手段と、
この取得した反射波データにおける反射波強度に基づき、少なくとも、前記一対の隣り合う反射面の各深さ位置をその延在方向に沿って取得する手段と、
この取得した深さ位置に基づき、隣り合う一対の反射面間の深さ方向離間距離に乱れがある反射データ取得箇所であって且つその一対の反射面間に相当する深さ部位を前記コンクリートのひび割れ箇所として評価するとともに、隣り合う一対の反射面間の深さ方向離間距離に乱れが無い反射データ取得箇所であって且つその一対の反射面間に相当する深さ部位を前記コンクリートのひび割れの無い健全箇所として評価する手段と、
を備えたことを特徴とする鉄筋コンクリート体の健全性の非破壊評価装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、橋梁の床版、桁、橋脚、橋台、トンネル覆工、擁壁、護岸、建築物等の鉄筋コンクリート体の健全性の非破壊評価方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄筋コンクリート体の健全性は、鉄筋の錆による損傷（劣化含む。以下に同じ。）、コンクリートのひび割れによる損傷、コンクリートの脆弱化等による損傷の進行とともに低下していく。これらの損傷は、潜伏期（中性化、錆発生）、進展期（鉄筋膨張）、加速期（ひび発生・成長）、劣化期（剥離落下）の順に損傷が進む。より詳細に説明すると、鉄筋コンクリート体は、セメントコンクリートと鉄筋の組み合わせでできている。建設当時はセメントコンクリートのアルカリ性で鉄筋は守られているが、経時とともに、繰り返し荷重や疲労によるひび割れの発生、中性化や塩害、凍害、化学的侵食、アルカリシリカ反応等により健全性が低下していく。
このような鉄筋コンクリート体の損傷に対して、これまでは、目視によるひび割れ調査やハンマーなどによるたたき調査で、健全性を評価してきた。しかし、近接点検によるたたき点検では、鉄筋の錆が進行し膨張によるコンクリートの浮きが発生した後でなければ発見できず、また、目視点検による方法では、完全に表面に露見した損傷しか発見できない。構造物を長期間良好な状態で供用するためには、可能な限り早期の評価を行い、予防的な保全を行うことが重要である。
このような要望に対し、電気化学的手法（自然電位法、分極抵抗法、電気抵抗法）も知られているが、ハツリ等の準備で手間も掛かるため普及していないのが現状である。また、赤外線、地中レーダ法による点検手法では、気象条件等の影響が大きくその結果は信頼できるものではない。さらに、これらの方法はすべて２次元的な方法で、抽出される損傷情報は、１次元的な線情報でしかなく、その広がり範囲を特定することはできない。特に、鋼板接着など床版下面の補強が行われた橋梁では、その後の床版の評価が難しいという問題点もある。
一方、本出願人は、電磁波をコンクリート構造物に向けて照射し、反射波を受信機で受信し、アナログ波形の受信信号を解析することにより、コンクリート構造物内の配筋状況や空洞を二次元的、三次元的に把握する技術を提案している（特許文献１参照）が、この方法はひび割れや脆弱化等により損傷を受けたコンクリート体の健全性を評価するものではない。
【特許文献１】特開平９−８８３５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そこで、本発明の主たる課題は、ひび割れにより損傷を受けた鉄筋コンクリート体の健全性を非破壊で効果的に評価する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決した本発明は次記のとおりである。
＜請求項１記載の発明＞
電磁波反射強度がコンクリートと異なり且つ評価対象領域内においてコンクリート体の深さ方向と交差する方向に沿って延在する複数の電磁波反射面が、深さ方向に間隔を空けて平行に配された鉄筋コンクリート体の健全性を非破壊で評価する方法であって、
前記反射面は、前記鉄筋コンクリート体の表面及び鉄筋コンクリート体内に埋設された鉄筋の反射面のうちの一対の隣り合う反射面であり、
前記鉄筋コンクリート体の評価対象領域の全体にわたり所定の反射波データ取得間隔で、電磁波レーダーによる探査を行い、各位置における前記電磁波の反射波データを取得し、
この取得した反射波データにおける反射波強度に基づき、少なくとも、前記一対の隣り合う反射面の各深さ位置をその延在方向に沿って取得し、
この取得した深さ位置に基づき、隣り合う一対の反射面間の深さ方向離間距離に乱れがある反射データ取得箇所であって且つその一対の反射面間に相当する深さ部位を前記コンクリートのひび割れ箇所として評価するとともに、隣り合う一対の反射面間の深さ方向離間距離に乱れが無い反射データ取得箇所であって且つその一対の反射面間に相当する深さ部位を前記コンクリートのひび割れの無い健全箇所として評価する、
ことを特徴とする鉄筋コンクリート体の健全性の非破壊評価方法。
【０００５】
（作用効果）
電磁波レーダーによりコンクリート体の内部探査を行った場合、健全なコンクリート体は均質で比誘電率が一様なため、反射面からの反射波は規則正しく返ってくる。これに対して、経時とともに、繰り返し荷重や疲労によるひび割れの発生、中性化や塩害、凍害、化学的侵食、アルカリシリカ反応等の損傷が進み、空気の層や水の浸入などでコンクリートの材質にバラツキが生じると、一様であった比誘電率にもバラツキが生じ、内部に埋設された鉄筋、配管等の埋設物や、コンクリート体の裏面の位置が見かけ上バラツクようになる。本発明はこの知見に基づくものである。すなわち、本発明は上述の現象を利用し、電磁波レーダーを用いた内部探査により既知の電磁波反射面の少なくとも深さ位置を所定間隔で取得し、取得した深さ位置に乱れがある探査箇所範囲をコンクリートのひび割れ箇所として評価するものである。本発明の評価方法では、電磁波レーダーによる探査を利用するため、高精度・高効率で評価できることはいうまでもない。例えば、橋梁点検等で行われるコンクリート床版の評価を、床版上面から非破壊で行うことも可能となる。
【０００６】
【０００７】
複数の反射面が深さ方向に平行に重なる場合、例えばコンクリート体の表面と裏面とが平行に重なる場合や、コンクリート体内に鉄筋等の埋設物が深さ方向に間隔を空けて平行に埋設されている場合等においては、ある反射面間のある部位にひび割れ箇所があると、電磁波レーダーに基づいて得られる反射面間の離間距離が当該ひび割れ箇所においてのみ乱れるようになる。よって、この反射面間の離間距離の乱れにより、ひび割れ箇所の深さ部位までも評価することができるようになる。
【０００８】
＜請求項２記載の発明＞
各反射面について、他の反射面に対する離間距離を反射波データ取得箇所毎に算出し、この反射面間の離間距離の統計的バラツキが所定レベル以上となる場合を、前記乱れがある場合として前記ひび割れ箇所の評価を行う、請求項１記載のコンクリート体の健全性の非破壊評価方法。
【０００９】
（作用効果）
このような手法で評価を行うことにより、作業員が客観的、機械的に評価を行ったり、或いはコンピューター等の情報処理装置により自動的に評価したりできるようになる。上述した反射面間の離間距離の乱れは、取得データを二次元的又は三次元的に可視化する、つまり表示装置や印刷装置に出力することにより、作業員が容易に目視判断できるものであるが、評価の客観化や自動化が望ましいことはいうまでもない。
【００１０】
＜請求項３記載の発明＞
前記電磁波の周波数は０．５〜３ＧＨｚとし、前記反射波データ取得間隔は２０ｃｍ以下とする、請求項１又は２記載の鉄筋コンクリート体の健全性の非破壊評価方法。
【００１１】
（作用効果）
鉄筋コンクリート体を対象とする場合、このような周波数及び反射波データ取得間隔を採用するのが望ましい。周波数が低過ぎる又は高過ぎたり、反射波データ取得間隔が広過ぎたりするとコンクリート体内の状況検知率が低下するため好ましくない。
【００１２】
＜請求項４記載の発明＞
電磁波反射強度がコンクリートと異なり且つ評価対象領域内において鉄筋コンクリート体の深さ方向と交差する方向に沿って延在する複数の電磁波反射面が、深さ方向に間隔を空けて平行に配された鉄筋コンクリート体の健全性を非破壊で評価する装置であって、
前記反射面は、前記鉄筋コンクリート体の表面及び鉄筋コンクリート体内に埋設された鉄筋の反射面のうちの一対の隣り合う反射面であり、
前記鉄筋コンクリート体の評価対象領域の全体にわたり所定の反射波データ取得間隔で、電磁波レーダーによる探査を行い、各位置における前記電磁波の反射波データを取得する手段と、
この取得した反射波データにおける反射波強度に基づき、少なくとも、前記一対の隣り合う反射面の各深さ位置をその延在方向に沿って取得する手段と、
この取得した深さ位置に基づき、隣り合う一対の反射面間の深さ方向離間距離に乱れがある反射データ取得箇所であって且つその一対の反射面間に相当する深さ部位を前記コンクリートのひび割れ箇所として評価するとともに、隣り合う一対の反射面間の深さ方向離間距離に乱れが無い反射データ取得箇所であって且つその一対の反射面間に相当する深さ部位を前記コンクリートのひび割れの無い健全箇所として評価する手段と、
を備えたことを特徴とする鉄筋コンクリート体の健全性の非破壊評価装置。
【００１３】
（作用効果）
請求項１記載の発明と同様の作用効果が奏せられる。
【発明の効果】
【００１４】
以上の通り本発明によれば、鉄筋コンクリート体のひび割れによる損傷を非破壊で効果的に検出できるようになる、等の利点がもたらされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態について添付図面を参照しながら詳説する。なお、本発明においてコンクリート体の「表面」とは電磁波の入射面を意味し、「裏面」とはその反対側の面を意味し、「深さ位置」とは、表面から裏面へ向う方向（深さ方向）における位置を意味する。
【００１６】
＜電磁波レーダーシステムについて＞
本発明は電磁波レーダーを用いてコンクリート体の内部探査を行う。電磁波レーダーとしては、GSSI社（米国）製の各種電磁波レーダーシステム（例えばSIR3000等）、日本無線社製RCレーダー（例えばハンディサーチNJJ-95B等）、アイレック技建社製のコンクリート構造物の鉄筋探査装置（例えばライトエスパー）、コマツエンジニアリング社製のレーダ探査機（例えばアイアンシーカ）等、公知のものを特に限定無く用いることができるが、送受信センサを多数並設したレーダーシステムが高効率・高精度であるため好ましい。以下、具体例について説明する。
【００１７】
図１は電磁波レーダーによる評価システム全体の概略図である。符号ａは電磁波の送受信アンテナおよび送受信回路を一体的にケースに組み込んだセンサ、符号ｃはｎ個のセンサａを並列に連結してアレイ状としたアレイアンテナ、符号ｂはアレイアンテナｃを構成する各センサａに対して夫々スイッチングにより機能の切り替えを行い、個々に送受信および信号処理を行うようにするコントロールユニットをそれぞれ示している。なお、アレイアンテナｃとコントロールユニットｂとによりレーダーシステムｋを構成している。
【００１８】
コントロールユニットｂによりコントロールされた各センサａからは、コンクリート体ｇの表面から内部に向けて略垂直に電磁波が発振される。そして、コンクリート体ｇ内からの反射波は各センサａに受信される。各センサａで受信された反射波は、コントロールユニットｂを介して処理装置であるコンピュータｄに内蔵のＡ／Ｄ変換器（不図示）により、アナログ信号からデジタル信号に変換されたデータとしてコンピュータｄに入力される。
【００１９】
ここで、センサａの配列方向を副走査方向とし、副走査方向および電磁波の発信方向に対して直交する方向を主走査方向とすると、レーダーシステムｋは例えば車輪等の移動手段に支持されて主走査方向に対して移動可能となっており、その際移動距離計測用車輪の回転を検出するエンコーダより走行距離の信号が出力され、この信号もコンピュータｄに対して入力されるようになっている。
また、レーダーシステムｋは検査対象の形状により副走査方向の形状を直線あるいは円弧形状等に配列することができる。
【００２０】
図２は図１に示したレーダーシステムｋを主走査方向移動させて得られた情報を処理するプロセスを示す。図２の（ａ）に示すように、移動距離計測用車輪ｐを有するレーダーシステムｋは検査対象であるコンクリート体ｇの上面に載置され、例えば手動により主走査方向に沿って移動する。その際、コントロールユニットｂは、例えばｎ個のセンサａ（１，２，・・・・ｎ）を順に駆動し、図２の（ｂ）に示すようにコンピュータｄに対して副走査方向の各位置における反射波データを主走査方向について時々刻々と出力する。つまり、反射波データ（強度（振幅）及び深度（時間））は、主走査方向に所定の反射波データ取得間隔で、且つ副走査方向に所定の反射波データ取得間隔で取得される。
【００２１】
コンピュータｄは、入力データに基づいて、探査結果を可視化処理することができる。すなわち、必要に応じて入力データに対し、特異データの除去（明らかに異なるデータの除去）、バックグラウンド処理（鉄筋等の埋設物や表面、裏面等の反射面を除いた部分における反射波の強度を弱くする）、コンクリート体の表面位置特定処理、ノイズ除去処理（反射波より下位及び上位の周波数帯に存在するノイズを除去する）、ゲイン処理（反射波の波形の強調処理）のうち少なくとも一つを行い、次いで必要に応じて、反射波データ取得間隔部分の入力データを補間処理し、更に必要に応じて、対象物の強調処理（鉄筋等の埋設物や表面、裏面等の反射面における反射波の強度を強くする）を行った後、図２の（ｃ）や（ｅ）に示すように二次元的又は図２の（ｄ）に示すように三次元的に、各位置の反射波の強度を濃淡（色付けでも良い）で表した画像を合成し、表示装置ｆ２や印刷装置ｆ１に出力することができる。作業員は、この出力を目視確認することにより、探査結果を知ることができる。
【００２２】
これらの画像の表示については、リアルタイムに表示させてもよく、またデータの取得後に表示領域の指定により表示させるようにしてもよい。入力データ及び処理データの少なくとも一方は、データ記憶装置ｅに記憶させることができる。
なお、入力データのうち、位置に関する生データは主走査方向移動距離及び副走査方向のセンサの間隔であるが、必要に応じて二次元平面座標に変換することができ、反射波データは波形データであるが、必要に応じて反射強度及び深度（深さ）に変換することができる。
【００２３】
図３は図１に示すレーダーシステムｋを用いて道路あるいは鉄道用のコンクリート製の橋梁を探査する実施形態を示すもので、図３の（ａ）は、橋梁内に配設されている円筒型枠ｔ１の下に空隙が存在するか否かを診断するために、レーダーシステムｋをコンクリート床版の下面に当てがいながら移動させる。従来のレーダーシステムは前述のように大型の装置であるために、レーダーシステムをコンクリート床版の下面に当てがいながら移動させること、特に手作業で移動させることは非常に困難である。しかし、超小型サイズで超軽量のセンサａを並列にｎ個配列した構成の本実施形態のレーダーシステムｋは、全体的にサイズが小さくて小型軽量であるため、コンクリート床版の下面に当てがいながら容易に移動させることができる。
【００２４】
また、図３の（ｂ）は、橋梁の床版の探査例を示す。橋梁のコンクリート内部には、鉄筋ｈが上下に重なるように複数段（図面では２段）配筋されている。ここで、レーダーシステムｋは、橋梁の上面に載置されて手押し方式により移動される。
【００２５】
ここで、上記レーダーシステムに用いられるセンサａとしては、ステップ波形によるインパルス発信を用いたものであって、周波数が０．５〜３ＧＨｚの中心帯域を持つものが好適であり、特に前述のように鉄筋が上下二段で配筋されている場合には周波数を１ＧＨｚ以上として探査を行うと、波長が短いことから分解能が向上し、例えば図１に示すコンクリート体ｇの上筋ｈ１での電磁波の影響が減少し、上筋以深の調査が可能となり、上筋ｈ１の間を透過した電磁波がさらに下筋ｈ２の周囲およびそれ以深の状況を反射信号として捉えることにより、下筋ｈ２の周囲およびそれ以深の調査も可能となる。一方、電磁波は周波数が高くなるにつれて、物体中での減衰が激しくなるが、２ＧＨｚ以下で探査を行えば、ある程度の深度（４０ｃｍ以上）まで十分な探査を行うことができる。
【００２６】
図４の（ａ）は、レーダーシステムｋが図１に示す単配列状態を示しており、副走査方向におけるセンサａの間隔をｄとすると、この単配列状態の分解能はｄとなる。これに対し、図４の（ｂ）に示すように、ｎ列の単配列のアレイアンテナｃ１を千鳥状にｍ行配列することにより、このアレイアンテナｃ２は、ｍ倍の分解能を得ることができ、これにより水平解像度が決定される。そして、単配列時におけるアレイアンテナｃ１の分解能ｄに対し、ｍ行配列するアレイアンテナｃ２は、ｄ／ｍの分解能となる。
【００２７】
また、図５に示すように、センサａをｍ行×ｎ列に配列したアレイアンテナｃ３としても良い。この構成では、アレイアンテナｃ３を移動させることなく一度にｍ行×ｎ列の範囲で探査を行える。
【００２８】
円柱あるいは円筒形状のコンクリート体、例えばコンクリート支柱ｇ１を評価対象とする場合、図６に示すようなアレイアンテナの構造を採用することができる。このアレイアンテナｃ４は、ｎ個のセンサａを単配列に配列すると共に、評価するコンクリート支柱ｇ１の外形に合わせて湾曲させており、両端に設けた移動体ｗをコンクリート支柱ｇ１の長さ方向に沿って移動させることができるようになっている。そして、アレイアンテナｃ４の一端側から各センサａの信号を計測装置ｖに入力し、配筋状態等を表示できるようにしている。
【００２９】
このように、アレイアンテナｃ４がコンクリート支柱ｇ１の外形に合わせて湾曲配列されていると、ｎ個のセンサａとコンクリート支柱ｇ１の表面との間隔であるエアーギャップを一定にすることができ、正確な計測が可能となる。なお、アレイアンテナｃ４は、単配列以外に図５に示すようにマトリックス、あるいは図４に示すように千鳥状に配列してもよい。
【００３０】
また、レーダーシステムｋは、図７の（ａ）、（ｂ）に示すように探査車ｓの前部に設置し、探査車ｓを路面あるいはコンクリート体ｇ２の上面を走行させながら車内に搭載した計測装置ｖで路面下あるいはコンクリート体内の状況を探査するように構成することもできる。
【００３１】
評価対象のコンクリート体としては、上記した各形態に示したもの以外に、図８の（ａ）に示すように、橋梁の上部構造物であるアスファルト舗装１０が施された鉄筋コンクリート床版１１、図８の（ｂ）に示すように、橋脚、例えばＴ型橋脚の躯体１２，橋座部１３，フーチング１４、図８の（ｃ）に示すように、トンネルの内面を覆うトンネル覆工壁１５等を例示することができる。
【００３２】
レーダーシステムｋは、より具体的には図９に示すように構成することができる。すなわち、図９はレーダーシステムｋの具体的構成を示すブロック図であり、センサａは送信部ＴＸと受信部ＲＸとにより構成され、ｎ個のセンサａへの給電は、例えばコントロールユニットｂに設けられた電源電池３１により供給され、また該電源電池はコントロールユニットｂ内の各回路に給電される。
【００３３】
ｎ個のセンサａの送信部への送信指令は、スイッチ切り替え制御回路３４が第１切り替えスイッチ３４ａを順次切り替えることにより、順次送信を行うようになっており、この切替のタイミングはタイミング源発振回路３２で発生した数ＭＨｚのクロックパルスにより行われ、例えばタイミングクロックパルスの周期毎に順次スイッチングされ、数μｓ後にはアレイアンテナのｎ個のセンサａを一巡する。
【００３４】
各センサａで発信された電磁波は、測定対象物に対して反射と透過を繰り返し、その内部状況を反射信号としてセンサａの受信部ＲＸで受信する。受信された反射信号は、同期信号発生回路３３からの同期信号に従ってサンプリングされ、低周波の受信信号１〜ｎに変換されて各センサから出力される。各センサから出力された受信信号は、スイッチ切り替え回路３４にて、Ａ／Ｄ変換回路３５およびバッファ３６により信号の処理が行われ、第２切り替えスイッチ３４ｂの切り替えにより順次データ処理装置へ出力される。
なお、センサａのサイズとしては、手のひらに載る程度の大きさまたはそれ以下のサイズに形成することができる。
【００３５】
＜健全性の評価について＞
本発明は、上述のような電磁波レーダーによるコンクリート体ｇの探査を利用して、鉄筋コンクリートの健全性を評価するものである。評価対象となるコンクリート体ｇは、電磁波反射強度がコンクリートと異なり且つ評価対象領域内においてコンクリート体ｇの深さ方向と交差する方向（直交する方向が望ましいが、斜めに交差する方向でも良い）に沿って延在する既知の電磁波反射面を含むものである。反射面は、例えば鉄筋ｈや管、型枠等の埋設物、コンクリート体ｇの表面や裏面等があるが、本発明では少なくとも鉄筋コンクリート体の表面及び鉄筋コンクリート体内に埋設された鉄筋の反射面のうちから複数選択される。
【００３６】
電磁波レーダー探査は、コンクリート体ｇの評価対象領域の全体にわたり、所定の反射波データ取得間隔で行う。この反射波データ取得間隔は２０ｃｍ以下であるのが好ましい。具体的に前述のレーダーシステムの場合、主走査方向の反射波データ取得間隔は１〜７ｃｍ、副走査方向の反射波データ取得間隔は２０ｃｍ以下、特に１２ｃｍ以下とするのが好ましい。
【００３７】
そして、この探査によって、少なくとも、反射面の深さ位置を取得する。よって、反射面の深さ位置が反射面の延在方向全体にわたり取得できさえすれば他の位置のデータは必要ないが、通常の場合、反射面の位置が外部から正確に特定できないため、反射面の深さ位置を反射面の延在方向全体にわたり取得するためには、反射面以外の部位を含めた所定領域全体のデータを三次元で取得するのが望ましい。
【００３８】
例えばいま、図１及び図２に示される前述の電磁波レーダーを利用し、主走査方向を鉄筋ｈの延在方向とし（もちろん、副走査方向を鉄筋ｈの延在方向とすることも可能である）、反射面を鉄筋ｈ及びコンクリート体ｇの表裏面とする場合を考えると、コンピュータｄにおいて、電磁波レーダーｋからの反射波強度等の入力データに基づき、主走査方向を横軸（Ｘ軸）とし深さ方向を縦軸（Ｚ軸）とする平面のうち、各鉄筋ｈ全体を含む平面における反射面のＸＺ平面可視化画像を合成し、表示装置ｆ２や印刷装置ｆ１に出力し、この出力画像を作業員が目視確認し、コンクリートのひび割れ箇所を評価することができる。
【００３９】
図１０はＸＹ，ＸＺ，ＹＺ各平面の可視化画像例を一括表示した状態を示しており、図１１はＸＺ平面の可視化画像例を示しており、鉄筋ｈ１，ｈ２及びコンクリート体ｇの裏面ｇ２は電磁波の反射強度が高いため、条状に濃く表示されている。図１１の（ａ）〜（ｃ）は探査箇所が異なり、（ａ）の探査箇所では鉄筋ｈ１，ｈ２及びコンクリート体ｇの裏面ｇ２の全てにおいて深さ位置の乱れがない。よって、この探査箇所は深さ方向全体にわたり健全であると評価できる。これに対して、（ｂ）の探査箇所では一部の反射面（つまり下鉄筋ｈ２及び裏面ｇ２）の深さ位置に乱れがあるが、他の反射面である上鉄筋ｈ１の深さ位置に乱れが無い。この場合、平面的には当該探査箇所にひび割れ箇所が存在するが、ひび割れ箇所が深さ方向の一部にしか及んでいないことになる。より詳細には、上鉄筋ｈ１より上側の部分は乱れが無いためひび割れ箇所は無く、また下鉄筋ｈ２と裏面ｇ２との離間距離にも乱れが無いため、下鉄筋ｈ２と裏面ｇ２との間の部分にもひび割れ箇所はないものと評価できる。しかし、上鉄筋ｈ１と下鉄筋ｈ２との離間距離には乱れがあるため、上鉄筋ｈ１と下鉄筋ｈ２との間にはひび割れ箇所が存在すると評価できる。一方、図１１（ｃ）の場合、全ての反射面ｈ１，ｈ２，ｇ２の深さ位置が乱れており、このような探査箇所は深さ方向全体に及ぶひび割れ箇所である可能性が非常に高い。事実、図１１（ｃ）の探査箇所は図１２に示すようなひび割れ箇所であった。このように、平行な複数の反射面を探査するとともに、隣り合う反射面の離間距離の乱れを見ることにより、ひび割れ箇所の深さ範囲までも評価することができる。
【００４０】
他方、上述のように、本発明における乱れは、取得データを二次元的又は三次元的に可視化する、つまり表示装置や印刷装置に出力することにより、作業員が容易に目視判断できるものであるが、評価の客観化や自動化が望ましいことはいうまでもない。よって、評価の客観化や自動化を図るための手法も提案する。すなわち、上述の鉄筋ｈやコンクリート体ｇの表裏面のように、反射面が深さ方向に重なるように複数平行に設けられている場合において、隣り合う反射面間の離間距離の乱れに基づいてひび割れ箇所の評価を行う場合、各反射面について、隣り合う他の反射面に対する離間距離を探査箇所毎に算出し、この反射面間の離間距離の統計的バラツキが所定レベル以上となる場合を、乱れがある場合としてひび割れ箇所の評価を行うことができる。この評価における一部又は全ての処理は人的に行っても良く、その場合であっても評価の客観性が向上するメリットはあるが、コンピュータｄにより自動的に行い、評価結果を可視化画像上に合わせて又は可視化画像とは別の画像や、数値データとして、表示装置ｆ２や印刷装置ｆ１に出力することができる。
【実施例】
【００４１】
本発明の評価方法は反射面が正確に検知されていることが前提となるため、アンテナ周波数と反射面検知率との関係を調べる実験、及び探査間隔（反射波データ取得間隔）と反射面検知率との関係を調べる実験を行った。試験対象は、図３（ｂ）に示すのと同様のアスファルト舗装が施された鉄筋コンクリート床版とした。コンクリート床版の厚さは２５ｃｍ、アスファルト舗装の厚さは８ｃｍであり、上鉄筋位置はアスファルト舗装の表面から１１ｃｍ程度、下鉄筋の位置はアスファルト舗装の表面から２８ｃｍ程度、裏面（版下面位置）はアスファルト舗装の表面から３３ｃｍ程度であった。
【００４２】
前述した図１に示される構造と同様の電磁波レーダーシステムを用い、床版の表面側から探査を行い、データを取得した。アンテナ周波数及び探査間隔（副走査方向）を変えて、それぞれデータを取得した。各データ取得位置において、上鉄筋、下鉄筋、及び版下面の反射強度が十分に高く、周囲と区別して検知できるか否かを試験者が判断し、総データ数に占める検知可能データ数の割合を算出した。他の試験条件は全て共通とした。
【００４３】
図１３及び図１４に実験結果を示した。この結果から、アンテナ周波数としては１〜２ＧＨｚ、特に１．２〜１．５ＧＨｚが好ましく、探査間隔（反射波データ取得間隔）としては２０ｃｍ以下、特に１２ｃｍ以下が好ましいことが判明した。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、橋梁の床版、桁、橋脚、桁、トンネル覆工、擁壁、護岸、建築物等のコンクリート体の非破壊評価に利用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】システム全体の概略構成を示す図である。
【図２】システムの情報処理の順序を示す図である。
【図３】レーダーシステムの操作方法を示す図である。
【図４】アレイアンテナの配列状態を示す図である。
【図５】アレイアンテナの配列状態を示す図である。
【図６】他のアンテナ構造例の、（ａ）は横断面図、（ｂ）は側面図である。
【図７】車両搭載形態の概略図である。
【図８】他の対象物の例示す概略図である。
【図９】コントロールユニットのブロック図である。
【図１０】ＸＹ，ＸＺ，ＹＺ各平面の可視化画像例を示す図である。
【図１１】（ａ）健全部、（ｂ）ひび割れ箇所、（ｃ）ひび割れ箇所の可視化画像例を示す図である。
【図１２】ひび割れ箇所の写真である。
【図１３】アンテナ周波数と反射面検知率との関係を示すグラフである。
【図１４】探査間隔（反射波データ取得間隔）と反射面検知率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４６】
ａ…センサ、ｂ…コントロールユニット、ｃ…アレイアンテナ、ｄ…コンピュータ、ｅ…データ記憶装置、ｆ１…プリンタ、ｆ２…ディスプレイ表示装置、ｇ…コンクリート構造物、ｈ…鉄筋、ｋ…レーダーシステム、ｐ…車輪、ｑ…誘電体レンズ、ｓ…探査車、ｖ…計測装置。