(57)【要約】【課題】  コンクリート構造物における鉄筋の腐食を迅速に検出し、位置特定するための鉄筋腐食検出システムを提供すること。【解決手段】  鉄系材料（２）の埋設された場所に移動可能に設けられる一個の励磁コイル（３）と、この励磁コイルの近傍に置かれる検出コイル（４）と、この励磁コイルに駆動信号を供給する信号発生器（６）と、前記検出コイルの検出信号を入力して、当該検出信号に含まれる前記駆動信号成分と同相の検出信号振幅（ΔＸ）と、当該検出信号に含まれる前記駆動信号成分に対して９０度位相が進んだ検出信号振幅（ΔＹ）の少なくとも一方を抽出する信号成分抽出手段（１１Ａ）と、前記信号成分抽出手段で抽出した検出信号振幅と前記鉄系材料の赤錆発生状態に関する基準値から、前記鉄系材料の赤錆発生状態を判定する腐食状態判定手段（１１Ｂ）と、を備えることを特徴とする鉄筋腐食検出システム。【選択図】図５
2019015655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄系材料の埋設された場所に移動可能に設けられる励磁コイルと、
この励磁コイルの近傍に置かれる検出コイルと、
この励磁コイルに駆動信号を供給する駆動回路と、
前記検出コイルの検出信号を入力して、当該検出信号に含まれる前記駆動信号成分と同相の検出信号振幅（ΔＸ）と、当該検出信号に含まれる前記駆動信号成分に対して９０度位相が進んだ検出信号振幅（ΔＹ）の少なくとも一方を抽出する信号成分抽出手段と、
前記信号成分抽出手段で抽出した検出信号振幅と、前記鉄系材料の赤錆発生状態に関する基準値から、前記鉄系材料の赤錆発生状態を判定する腐食状態判定手段と、
を備えることを特徴とする鉄筋腐食検出システム。
【請求項２】
請求項１に記載の鉄筋腐食検出システムにおいて、
前記信号成分抽出手段は、前記検出コイルの検出信号を入力して、当該検出信号に含まれる前記駆動信号成分と同相の検出信号振幅（ΔＸ）と、当該検出信号に含まれる前記駆動信号成分に対して９０度位相が進んだ検出信号振幅（ΔＹ）とを抽出し、
前記腐食状態判定手段は、前記信号成分抽出手段で抽出した前記同相検出信号振幅と前記９０度位相が進んだ検出信号振幅との比（ΔＸ／ΔＹ）を演算し、この検出信号振幅の比と前記鉄系材料の赤錆発生状態に関する基準値から、前記鉄系材料の赤錆発生状態を判定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の鉄筋腐食検出システム。
【請求項３】
前記検出信号振幅の比（△Ｘ／△Ｙ）と前記鉄系材料の赤錆発生状態に関する基準値は、
（Ａ）−０．３０＜（△Ｘ／△Ｙ）≦０．１０である時、前記鉄系材料を健全段階に区分し、
（Ｂ）−０．６０＜（△Ｘ／△Ｙ）≦−０．３０である時、前記鉄系材料を要経過観察段階に区分し、
（Ｃ）−０．９０＜（△Ｘ／△Ｙ）≦−０．６０である時、前記鉄系材料を要補修準備段階に区分し、
（Ｄ）△Ｘ／△Ｙ≦−０．９０である時、前記鉄系材料を緊急補修段階に区分することを特徴とする請求項２に記載の鉄筋腐食検出システム。
【請求項４】
請求項１に記載の鉄筋腐食検出システムにおいて、
前記信号成分抽出手段は、前記検出コイルの検出信号を入力して、当該検出信号に含まれる前記駆動信号成分に対して９０度位相が進んだ検出信号振幅（ΔＹ）とを抽出し、
前記腐食状態判定手段は、
前記信号成分抽出手段で抽出した検出信号振幅と、前記鉄系材料の新品状態又は健全段階での前記検出コイルの検出信号に含まれる前記駆動信号成分に対して９０度位相が進んだ検出信号振幅の基準値（ΔＹａ）から、第２のパラメータを次式により演算し、
Ｋ２＝｜（△Ｙ−△Ｙａ）／△Ｙａ｜                  (2) 
前記第２のパラメータＫ２から、前記鉄系材料の赤錆発生状態を判定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の鉄筋腐食検出システム。
【請求項５】
前記第２のパラメータＫ２の前記鉄系材料の赤錆発生状態に関する基準値は、
（Ａ）Ｋ２≦５％である時、前記鉄系材料を健全段階に区分し、
（Ｂ）５％＜Ｋ２≦２０％である時、前記鉄系材料を要経過観察段階に区分し、
（Ｃ）２０％＜Ｋ２≦４０％である時、前記鉄系材料を要補修準備段階に区分し、
（Ｄ）４０％＜Ｋ２である時、前記鉄系材料を緊急補修段階に区分することを特徴とする請求項４に記載の鉄筋腐食検出システム。
【請求項６】
請求項１に記載の鉄筋腐食検出システムにおいて、
前記信号成分抽出手段は、前記検出コイルの検出信号を入力して、当該検出信号に含まれる前記駆動信号成分と同相の検出信号振幅（ΔＸ）と、当該検出信号に含まれる前記駆動信号成分に対して９０度位相が進んだ検出信号振幅（ΔＹ）とを抽出し、
前記腐食状態判定手段は、前記信号成分抽出手段で抽出した検出信号振幅と、前記鉄系材料の新品状態又は健全段階での前記検出コイルの検出信号に含まれる前記駆動信号成分と前記駆動信号成分と同相の検出信号振幅（ΔＸａ）と、当該検出信号に含まれる９０度位相が進んだ検出信号振幅の基準値（ΔＹａ）から、第１のパラメータＫ１を次式により演算し、
Ｋ１＝｜ΔＸ／ΔＹ−ΔＸａ／ΔＹａ｜              (1)
前記第１のパラメータＫ１から、前記鉄系材料の赤錆発生状態を判定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の鉄筋腐食検出システム。
【請求項７】
前記第１のパラメータＫ１の前記鉄系材料の赤錆発生状態に関する基準値は、
（Ａ）Ｋ１≦０．１０である時、前記鉄系材料を健全段階に区分し、
（Ｂ）０．１０＜Ｋ１≦０．３０である時、前記鉄系材料を要経過観察段階に区分し、
（Ｃ）０．３０＜Ｋ１≦０．９０である時、前記鉄系材料を要補修準備段階に区分し、
（Ｄ）０．９０＜Ｋ１である時、前記鉄系材料を緊急補修段階に区分することを特徴とする請求項６に記載の鉄筋腐食検出システム。
【請求項８】
前記励磁コイルと前記検出コイルの近傍に置かれる補償コイルであって、前記補償コイルは前記駆動回路の駆動信号が入力されると共に、
前記補償コイルに流れる駆動信号電流によって、前記検出コイルに生じる前記励磁コイルによる駆動信号の干渉を補償することを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載の鉄筋腐食検出システム。
【請求項９】
前記励磁コイルと前記検出コイルとを磁気的に結合するコアを有することを特徴とする請求項８に記載の鉄筋腐食検出システム。
【請求項１０】
鉄系材料の埋設された場所に移動可能に設けられる励磁コイルに対して、駆動信号を供給する工程と、
この励磁コイルの近傍に置かれる検出コイルの検出信号を入力して、当該検出信号に含まれる前記駆動信号成分と同相の検出信号振幅（ΔＸ）と、当該検出信号に含まれる前記駆動信号成分に対して９０度位相が進んだ検出信号振幅（ΔＹ）の少なくとも一方を抽出する工程と、
前記信号成分抽出手段で抽出した検出信号振幅と、前記鉄系材料の赤錆発生状態に関する基準値から、前記鉄系材料の赤錆発生状態を判定する工程と、
を備えることを特徴とする鉄筋腐食検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄筋コンクリート構造物の非破壊検査装置等に用いて好適な鉄筋腐食検出システムおよび鉄筋腐食検出方法に関し、特にコンクリート構造物における鉄筋の腐食を迅速に検出し、位置特定できる鉄筋腐食検出システムおよび鉄筋腐食検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄筋は、コンクリートの引張強度に対する脆弱性を補うためにコンクリート構造物でしばしば使用される。しかし、コンクリート中の鉄筋の腐食によって、鉄筋コンクリート構造物の構造強度が低下し、またコンクリートの亀裂を引き起こす。一般にコンクリートはアルカリ性であるため、鉄筋の腐食は生じにくい環境であるが、コンクリートの中性化や塩害によって鉄筋の腐食が予想外に早く進行する場合がある。そこで、鉄筋の腐食の早期発見は、建設から５０年以上経過した鉄筋コンクリート構造物の安全性評価や修繕に重要な事項である。
【０００３】
従来公知の鉄筋腐食検出法として、目視検査、電位測定法、電気プローブ法、サーモグラフィー法等が知られている。目視検査は最も一般的な方法であるが、オペレータの専門知識に大きく依存しており、コンクリートの隠れた腐食を検出することはできないという課題がある。電位測定法は、コンクリート中の鉄筋の腐食状態を監視するために広く使用されている。この方法は、腐食活性の存在を検出するが、腐食損傷の程度および位置は検出していないという課題がある。電気プローブ法は、腐食の位置を特定するためにコンクリート構造内に予め埋め込むことができるが、これは建設費を増加させるという課題がある（特許文献１）。
【０００４】
サーモグラフィー法は鉄筋の腐食を評価する非破壊的な方法である（特許文献２）。コンクリートの熱伝導率が悪いため、この方法を使用すると検出深度が制限され、画像を比較するための標準サンプルが必要である。実際のコンクリート構造では、設置現場の環境条件が実に様々であり、例えば海岸に近い場所や、日照を受ける場所と日陰の場所の相違、砂防ダムのような治水施設では、これに適合する標準サンプルを見つけることは困難であるという課題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１８７５５９号公報
【特許文献２】特開２０１４−１３００６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、目視検査、電位測定法、電気プローブ法、サーモグラフィー法等の従来公知の鉄筋腐食検出法における課題を解決したもので、鉄筋コンクリート構造物における鉄筋の腐食を迅速に検出し、位置特定するための鉄筋腐食検出システムおよび鉄筋腐食検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
［１］  本発明の鉄筋腐食検出システムは、例えば図１、図６に示すように、鉄系材料（２）の埋設された場所に移動可能に設けられる励磁コイル（３）と、この励磁コイルの近傍に置かれる検出コイル（４）と、この励磁コイルに駆動信号を供給する信号発生器（６）と、前記検出コイルの検出信号を入力して、当該検出信号に含まれる前記駆動信号成分と同相の検出信号振幅（ΔＸ）と、当該検出信号に含まれる前記駆動信号成分に対して９０度位相が進んだ検出信号振幅（ΔＹ）の少なくとも一方を抽出する信号成分抽出手段（１１Ａ）と、前記信号成分抽出手段で抽出した検出信号振幅と前記鉄系材料の赤錆発生状態に関する基準値から、前記鉄系材料の赤錆発生状態を判定する腐食状態判定手段（１１Ｂ）とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明の鉄筋腐食検出システムにおいて、励磁コイル（３）は、鉄系材料（２）の埋設された場所に移動可能に設けられると共に、励磁コイル内に交流電流が流れたときに、磁場を生成する。信号発生器（６）は励磁コイル内に交流電流を供給する。検出コイル（４）、信号成分抽出手段（１１Ａ）によって、当該検出信号に含まれる前記駆動信号成分と同相の検出信号振幅（ΔＸ）と、当該検出信号に含まれる前記駆動信号成分に対して９０度位相が進んだ検出信号振幅（ΔＹ）の少なくとも一方を抽出する。腐食状態判定手段（１１Ｂ）によって、信号成分抽出手段で抽出した検出信号振幅と鉄系材料の赤錆発生状態に関する基準値から、鉄系材料の赤錆発生状態を判定する。
【０００９】
［２］  本発明の鉄筋腐食検出システム［１］において、好ましくは、前記信号成分抽出手段は、前記検出コイルの検出信号を入力して、当該検出信号に含まれる前記駆動信号成分と同相の検出信号振幅（ΔＸ）と、当該検出信号に含まれる前記駆動信号成分に対して９０度位相が進んだ検出信号振幅（ΔＹ）とを抽出し、
前記腐食状態判定手段は、前記信号成分抽出手段で抽出した前記同相検出信号振幅と前記９０度位相が進んだ検出信号振幅との比（ΔＸ／ΔＹ）を演算し、この検出信号振幅の比と前記鉄系材料の赤錆発生状態に関する基準値から、前記鉄系材料の赤錆発生状態を判定することを特徴とする。
【００１０】
［３］  本発明の鉄筋腐食検出システム［２］において、好ましくは、前記検出信号振幅の比（△Ｘ／△Ｙ）と前記鉄系材料の赤錆発生状態に関する基準値は、
（Ａ）−０．３０＜（△Ｘ／△Ｙ）≦０．１０である時、前記鉄系材料を健全段階に区分し、
（Ｂ）−０．６０＜（△Ｘ／△Ｙ）≦−０．３０である時、前記鉄系材料を要経過観察段階に区分し、
（Ｃ）−０．９０＜（△Ｘ／△Ｙ）≦−０．６０である時、前記鉄系材料を要補修準備段階に区分し、
（Ｄ）△Ｘ／△Ｙ≦−０．９０である時、前記鉄系材料を緊急補修段階に区分するとよい。
【００１１】
［４］  本発明の鉄筋腐食検出システム［１］において、好ましくは、前記信号成分抽出手段は、前記検出コイルの検出信号を入力して、当該検出信号に含まれる前記駆動信号成分に対して９０度位相が進んだ検出信号振幅（ΔＹ）とを抽出し、
前記腐食状態判定手段は、前記信号成分抽出手段で抽出した検出信号振幅と、前記鉄系材料の新品状態又は健全段階での前記検出コイルの検出信号に含まれる前記駆動信号成分に対して９０度位相が進んだ検出信号振幅の基準値（ΔＹａ）から、第２のパラメータを次式により演算し、
Ｋ２＝｜（△Ｙ−△Ｙａ）／△Ｙａ｜                  (2) 
前記第２のパラメータＫ２から、前記鉄系材料の赤錆発生状態を判定するとよい。
【００１２】
［５］  本発明の鉄筋腐食検出システム［４］において、好ましくは、前記第２のパラメータＫ２の前記鉄系材料の赤錆発生状態に関する基準値は、
（Ａ）Ｋ２≦５％である時、前記鉄系材料を健全段階に区分し、
（Ｂ）５％＜Ｋ２≦２０％である時、前記鉄系材料を要経過観察段階に区分し、
（Ｃ）２０％＜Ｋ２≦４０％である時、前記鉄系材料を要補修準備段階に区分し、
（Ｄ）４０％＜Ｋ２である時、前記鉄系材料を緊急補修段階に区分するとよい。
【００１３】
［６］  本発明の鉄筋腐食検出システム［１］において、好ましくは、前記信号成分抽出手段は、前記検出コイルの検出信号を入力して、当該検出信号に含まれる前記駆動信号成分と同相の検出信号振幅（ΔＸ）と、当該検出信号に含まれる前記駆動信号成分に対して９０度位相が進んだ検出信号振幅（ΔＹ）とを抽出し、
前記腐食状態判定手段は、前記信号成分抽出手段で抽出した検出信号振幅と、前記鉄系材料の新品状態又は健全段階での前記検出コイルの検出信号に含まれる前記駆動信号成分と前記駆動信号成分と同相の検出信号振幅（ΔＸａ）と、当該検出信号に含まれる９０度位相が進んだ検出信号振幅の基準値（ΔＹａ）から、第１のパラメータＫ１を次式により演算し、
Ｋ１＝｜ΔＸ／ΔＹ−ΔＸａ／ΔＹａ｜              (1)
前記第１のパラメータＫ１から、前記鉄系材料の赤錆発生状態を判定するとよい。
【００１４】
［７］  本発明の鉄筋腐食検出システム［６］において、好ましくは、第１のパラメータＫ１の前記鉄系材料の赤錆発生状態に関する基準値は、
（Ａ）Ｋ１≦０．１０である時、前記鉄系材料を健全段階に区分し、
（Ｂ）０．１０＜Ｋ１≦０．３０である時、前記鉄系材料を要経過観察段階に区分し、
（Ｃ）０．３０＜Ｋ１≦０．９０である時、前記鉄系材料を要補修準備段階に区分し、
（Ｄ）０．９０＜Ｋ１である時、前記鉄系材料を緊急補修段階に区分するとよい。
【００１５】
［８］  本発明の鉄筋腐食検出システム［１］−［７］において、好ましくは、励磁コイル（３）と検出コイル（４）の近傍に置かれる補償コイル（５）であって、前記補償コイルは信号発生器（６）の駆動信号が入力されると共に、前記補償コイルに流れる駆動信号電流によって、前記検出コイルに生じる前記励磁コイルによる駆動信号の干渉を補償して、前記信号成分抽出手段で抽出した検出信号振幅の比における鉄筋腐食検出を上昇させるとよい。
［９］  本発明の鉄筋腐食検出システム［８］において、好ましくは、前記励磁コイルと前記検出コイルとを磁気的に結合するコア（４ａ）を有するとよい。
［１０］  本発明の鉄筋腐食検出方法は、鉄系材料の埋設された場所に移動可能に設けられる励磁コイルに対して、駆動信号を供給する工程と、この励磁コイルの近傍に置かれる検出コイルの検出信号を入力して、当該検出信号に含まれる前記駆動信号成分と同相の検出信号振幅（ΔＸ）と、当該検出信号に含まれる前記駆動信号成分に対して９０度位相が進んだ検出信号振幅（ΔＹ）の少なくとも一方を抽出する工程と、前記信号成分抽出手段で抽出した検出信号振幅と、前記鉄系材料の赤錆発生状態に関する基準値から、前記鉄系材料の赤錆発生状態を判定する工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の鉄筋腐食検出システムおよび鉄筋腐食検出方法によれば、コンクリート構造物における鉄筋の腐食場所および腐食度は、鉄筋の電磁応答信号をコンクリートで解析することによって検出することができる。本発明の鉄筋腐食検出システムおよび鉄筋腐食検出方法では、励磁信号としてＡＣ励磁磁場を生成するために使用され、検出コイルが鉄筋の電磁応答を測定するために使用される。鉄筋の場合、腐食が起こると、赤錆を生成する為、表面電磁気特性（導電率および透磁率）が変化する。そこで、腐食検出に適切な動作周波数を選択し、鉄筋の電磁応答信号を分析することにより、鉄筋の腐食の段階を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施の形態を示す、電磁方式の鉄筋腐食検出システムの構成ブロック図である。
【図２】本発明の鉄筋腐食検出システムで用いられる渦電流探傷法の原理図である。
【図３】本発明の鉄筋腐食検出システムで検出対象となる鉄筋サンプルの写真図で、鉄筋サンプルは黒錆に覆われたサンプルａから赤錆に覆われたサンプルｃ、ｄまで複数の事例を示している。
【図４】本発明の鉄筋腐食検出システムで用いられる検出信号の説明図で、図４（ａ）は１走査のＸ信号、図４（ｂ）は１走査のＹ信号、図４（ｃ）はＸ信号をＸ軸、Ｙ信号をＹ軸とした場合のＸ−Ｙグラフを示す。
【図５】異なる腐食度および異なる深さを有する鉄筋に対する検出信号の説明図で、検出信号に含まれる駆動信号成分と同相の検出信号振幅（ΔＸ）とこれと９０度位相の違う検出信号振幅（ΔＹ）を示している。
【図６】本発明の第２の実施の形態を示す、検出コイルと並列にコンデンサを使用する場合の鉄筋腐食検出システムの構成ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本発明の一実施の形態を示す、電磁方式の鉄筋腐食検出システムの構成ブロック図である。図において、鉄筋２はコンクリート１躯体内に所定の被りで埋設されている。所定の被りは、例えば土木学会のコンクリート標準示方書に定めた基準に従う。
励磁コイル３は、交流励磁磁界を発生させる巻線で、信号発生器６と接続されている。励磁コイル３は、測定対象となる鉄筋２が埋設されたコンクリート１の表面に置かれる。励磁コイル３の直径は、例えば１ｃｍから３０ｃｍまでの範囲とするとよい。励磁コイル３の巻線数は、例えば１から５００までの範囲とするとよい。
【００１９】
検出コイル４は、励磁コイル３の内周面側に置かれるもので、測定対象となる鉄筋２が埋設されたコンクリート１の表面に置かれる。検出コイル４の直径は、例えば２ｍｍ〜５０ｍｍとするとよい。検出コイル４の巻線数は、例えば１から２０００までの範囲とするとよい。検出コイル４には、磁心としてフェライトコア４ａを用いてもよく、フェライトコア４ａを用いなくてもよい。なお、検出コイル４には、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）センサ、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサ、または他の磁気センサで置き換えることができる。
【００２０】
補償コイル５は、励磁コイル３によって生成される大きな背景磁界を補償するために使用される。補償コイル５の直径は、例えば２ｍｍから５０ｍｍまでの範囲とするとよい。補償コイル５のターン数は、例えば１から２０００までの範囲とするとよい。
信号発生器６は、励磁コイル３にＡＣ磁場を発生させるものである。信号発生器６の励磁周波数は、例えば１０ｋＨｚから１Ｍｚまでの範囲とするとよい。
【００２１】
移相器７は、信号発生器６の励磁信号を入力して、補償コイル５に出力する。増幅器８は、検出コイル４の検出信号を入力して、ロックインアンプ９ａ、９ｂに出力する。
ロックインアンプ９ａは、増幅器８の増幅した検出信号を入力し、信号発生器６の励磁信号を参照して、検出信号から励磁磁界との同相信号であるＸ信号を生成し、計算機ユニット１１に出力する。ロックインアンプ９ｂは、増幅器８の増幅した検出信号を入力し、信号発生器６の励磁信号を９０°の位相シフタ１０を介して参照して、検出信号から励磁磁界との９０度の位相差信号であるＹ信号を生成し、計算機ユニット１１に出力する。
９０°の位相シフタ１０は、信号発生器６の励磁信号を入力し、９０度の位相シフトをして、ロックインアンプ９ｂに供給する。
【００２２】
計算機ユニット１１は、ロックインアンプ９ａ、９ｂから送られるＸ信号とＹ信号を入力して、腐食推定パラメータ△Ｘ／△Ｙを算出する。計算機ユニット１１は、信号成分抽出手段１１Ａと腐食状態判定手段１１Ｂを有している。
信号成分抽出手段１１Ａは、検出コイル４の検出信号を入力して、当該検出信号に含まれる前記駆動信号成分と同相の検出信号振幅（ΔＸ）と、当該検出信号に含まれる前記駆動信号成分に対して９０度位相が進んだ検出信号振幅（ΔＹ）とを抽出する。腐食状態判定手段１１Ｂは、同相検出信号振幅と９０度位相が進んだ検出信号振幅との比（ΔＸ／ΔＹ）を演算すると共に、この検出信号振幅の比と鉄筋２の赤錆発生状態に関する基準値（例えば、後述の表３参照）から、鉄筋２の赤錆発生状態を判定する。
【００２３】
このように構成された装置の動作を次に説明する。
信号発生器６からの交流電流は、励磁コイル３に送られて、励磁交流磁界を発生する。コンクリート１内の鉄筋２によって誘起された磁界は、検出コイル４によって検出される。補償コイル５は、励磁コイル３によって生成された大きなバックグラウンド信号を補償するために使用される。これを良好に補償するために、移相器７が使用される。検出コイル４の電圧は増幅器８で増幅された後、２つのロックインアンプ９ａ、９ｂに送られる。ロックインアンプ９ａとロックインアンプ９ｂの基準信号は９０°の差がある。
【００２４】
基準信号の９０°の差を生成するために、位相シフタ１０が使用される。ロックインアンプ９ａ、９ｂの出力信号Ｖａ、Ｖｂは、演算部に送られる。
バックグラウンドのＤＣレベルを差し引いた後、Ｘ信号（励磁信号と同じ位相信号）、Ｙ信号（励磁信号と９０度差信号）が得られ、ＸＹグラフがプロットされる（図４（ａ）、図４（ｂ）及び図４（ｃ）参照）。△ＸはＸ信号の信号振幅、△ＹはＹ信号の信号振幅である。△Ｙと△Ｘ／△Ｙの２つの値を用いて鉄筋の腐食度を判断する。
【００２５】
交流磁場が鉄筋２に印加されると、２つの効果が生じる。第１の効果は磁化効果であり、これは材料の透磁率によって決まる。第２の効果は渦電流効果であり、これは材料の導電率によって決定される。低周波領域では磁化効果が大きく、高周波領域では渦電流効果が大きく寄与する。交流磁場の場合、侵入深さはδ=（πｆμσ）−１／２であり、δは侵入深さ、ｆは周波数、μは透磁率、σは導電率である。鉄筋の場合、導電率は約７×１０６Ｓ／ｍ、透磁率は約２００μ０、周波数が８０ｋＨｚの場合、浸透深さは約６０μｍである。これは、励磁周波数が８０ｋＨｚのときに鉄筋の表面特性のみが評価されることを意味する。
【００２６】
図２は、本発明の鉄筋腐食検出システムで用いられる渦電流探傷法の原理図である。
鉄筋のような導体の近傍に、コイルを設置して、コイルに交流電流を流す。すると、コイルの磁心には交流磁束が発生すると共に、導体には渦電流が発生する。この渦電流によって、コイルに発生する交流磁束に相互作用が生ずる。
【００２７】
表１は鉄筋と錆の磁化特性の説明図である。鉄筋の母材は炭素鋼であり、導電率は大きく、透磁率は中程度である。これに対して、鉄筋母材の黒皮は、黒錆（Ｆｅ３Ｏ４）であり、導電率は中程度であるが、透磁率は大きい。腐食生成物には、黒錆と赤錆（Ｆｅ２Ｏ３）があり、磁気特性が大きく異なる。赤錆は、導電率も透磁率も小さい。そこで、渦電流探傷法により、鉄筋の赤錆発生状態を測定できる。
【表１】
2019015655.tif 000003
【００２８】
図３は、異なる腐食深さを有する鉄筋サンプルを示す。サンプルａは新規購入品であり、黒錆で全面が覆われている。黒錆（Ｆｅ３Ｏ４）は、非常に緻密な皮膜となって内部を保護するため、鉄筋の表面に保護層として形成される。黒錆（Ｆｅ３Ｏ４）は赤錆（Ｆｅ２Ｏ３）に比べて、非常に大きい電気伝導性を示す。この理由は、Ｆｅ２＋とＦｅ３＋との間で原子価間電荷移動する為である。
サンプルｂは経年在庫品であり、少し赤錆（Ｆｅ２Ｏ３）が発生しているもので、腐食領域が表面上に少し存在している。腐食生成物の色は赤色である。サンプルｂは腐食の初期段階にあるが、コンクリートとの一体性が良好になるので、少量の錆の存在は鉄筋コンクリート構造物の施工に支障はない。また、コンクリートが中性化する前であれば、コンクリートは弱アルカリ性であるため、鉄筋の赤錆の生成は進行しない。
【００２９】
サンプルｃは中程度の腐食を有し、腐食層の厚さは数十マイクロメートル程度である。サンプルｄは大きな腐食を有していた。腐食層の厚さは約２ｍｍであり、腐食生成物の色が戻る。赤錆（Ｆｅ２Ｏ３）は、常温常圧で生成した微結晶の集合で、非常にもろい赤褐色の固体であり、鉄筋の体積が赤錆により膨張して、コンクリートにクラックを発生させたり、爆裂を生じさせたりする。サンプルｄでは、５０年程度の鉄筋コンクリート構造物の供用により、コンクリートが剥離して脱落し、鉄筋が露出している。
【００３０】
図４は本発明の鉄筋腐食検出システムで用いられる検出信号の説明図で、図４（ａ）は１走査のＸ信号を示し、図４（ｂ）は１走査のＹ信号を示す。図４（ｃ）は、Ｘ信号をＸ軸、Ｙ信号をＹ軸とした場合のＸ−Ｙグラフを示す。これにより、△Ｘと△Ｙの信号振幅が得られる。
【００３１】
図５は、図１の装置を用いて、図３の鉄筋サンプルを測定した鉄筋の検出信号の説明図で、検出信号に含まれる駆動信号成分と同相の検出信号振幅（ΔＸ）とこれと９０度位相の違う検出信号振幅（ΔＹ）を示している。図５で測定対象となる鉄筋は、異なる腐食度および異なる深さを有する。鉄筋サンプルがない場合、Ｘ信号とＹ信号はゼロに設定される。グラフ図５（ａ）は深さ１ｃｍの鉄筋のＸ−Ｙグラフである。図５（ｂ）は深さ２ｃｍの鉄筋のＸ−Ｙグラフである。図５（ｃ）は深さ３ｃｍの鉄筋のＸ−Ｙグラフである。図５（ｄ）は、深さ４ｃｍの鉄筋のＸ−Ｙグラフである。表２は、深さの異なる鉄筋の△Ｘ／△Ｙ値を示している。
なお、ここでの測定条件は、励磁コイル４は直径７０ｍｍの１００ターンである。検出コイル４の直径は１０ｍｍで、巻き数２００回である。補償コイル５も直径１０ｍｍの１００回転である。励磁電流の振幅は約３０ｍＡである。
【００３２】
【表２】
2019015655.tif 000004
【００３３】
異なる鋼製鉄筋（表面加工されているものもある）では、腐食がなくても△Ｘ／△Ｙ値が異なる可能性があるので、△Ｘ／△Ｙ値の変化がより重要になる。表３は、鋼鉄鉄筋試料の△Ｘ／△Ｙ値の変化を示す。△Ｘ／△Ｙ値の変化を表すパラメータＫ１を定義する。
Ｋ１＝｜ΔＸ／ΔＹ−ΔＸａ／ΔＹａ｜              (1) 
ここで、ΔＸａはサンプルａの駆動信号成分と同相の検出信号振幅であり、ΔＹａはサンプルａの駆動信号成分に対して９０度位相の違う検出信号振幅である。
【表３】
2019015655.tif 000005
【００３４】
表２および表３から、△Ｘ／△Ｙの値は腐食の異なる鉄筋で異なるが、同じ鋼鉄筋については鉄筋の深さが異なる場合には、△Ｘ／△Ｙ値および△Ｘ／△Ｙ値の変化は類似している。別の値△Ｙを使用して鋼鉄鉄筋の腐食を判断することができ、△Ｙ値の変化率を表すパラメータＫ２を定義する。
Ｋ２＝｜（△Ｙ−△Ｙａ）／△Ｙａ｜                  (2) 
【００３５】
【表４】
2019015655.tif 000006
△Ｘ／△Ｙ値の変化を表すパラメータＫ１と△Ｙ値の変化率を表すパラメータＫ２を使用して、鉄筋の腐食度を表すことができる。表５は、パラメータＫ１とＫ２を使用して、Ｋ１とＫ２の数値範囲に応じて、鉄筋の腐食状態を区分する一例を示す表である。
【００３６】
【表５】
2019015655.tif 000007
【００３７】
即ち、表５に示す鉄筋の腐食状態の区分表では、第２のパラメータＫ２の数値範囲に応じて、鉄筋の腐食状態を４区分に区分する。
（Ａ）Ｋ２≦５％である時、前記鉄系材料を健全段階に区分し、
（Ｂ）５％＜Ｋ２≦２０％である時、前記鉄系材料を要経過観察段階に区分し、
（Ｃ）２０％＜Ｋ２≦４０％である時、前記鉄系材料を要補修準備段階に区分し、
（Ｄ）４０％＜Ｋ２である時、前記鉄系材料を緊急補修段階に区分する。
【００３８】
また、表５に示す鉄筋の腐食状態の区分表では、第１のパラメータＫ１の数値範囲に応じて、鉄筋の腐食状態を４区分に区分する。
（Ａ）Ｋ１≦０．１０である時、前記鉄系材料を健全段階に区分し、
（Ｂ）０．１０＜Ｋ１≦０．３０である時、前記鉄系材料を要経過観察段階に区分し、
（Ｃ）０．３０＜Ｋ１≦０．９０である時、前記鉄系材料を要補修準備段階に区分し、
（Ｄ）０．９０＜Ｋ１である時、前記鉄系材料を緊急補修段階に区分する。
【００３９】
【表６】
2019015655.tif 000008
【００４０】
即ち、表６に示す鉄筋の腐食状態の区分表では、△Ｘ／△Ｙの数値範囲に応じて、鉄筋の腐食状態を４区分に区分する。
（Ａ）−０．３０＜（△Ｘ／△Ｙ）≦０．１０である時、前記鉄系材料を健全段階に区分し、
（Ｂ）−０．６０＜（△Ｘ／△Ｙ）≦−０．３０である時、前記鉄系材料を要経過観察段階に区分し、
（Ｃ）−０．９０＜（△Ｘ／△Ｙ）≦−０．６０である時、前記鉄系材料を要補修準備段階に区分し、
（Ｄ）△Ｘ／△Ｙ≦−０．９０である時、前記鉄系材料を緊急補修段階に区分する。
【００４１】
例えば、ある鉄道運行事業者の場合は、鉄筋コンクリート構造物である橋梁について、５年間隔で定期点検を行っている。緊急補修段階では、鉄筋の赤錆発生状況が顕著で、コンクリートが爆裂して、鉄筋コンクリート構造物から落下し、鉄筋が露出している。直ちに補修作業を行う必要がある場合であり、放置すると列車の運行に危険を生ずる可能性が多いため、事案によっては供用停止の措置が必要となる。
要補修準備段階では、例えば半年程度から２年程度の運行は可能と思われるが、次の定期点検周期の５年より前に補修作業を行う必要がある場合が該当する。
要経過観察段階では、次の定期点検周期の５年までは補修作業を行う必要がないが、赤錆が発生している為、赤錆の進行状況をより短い周期で点検する必要がある。
健全段階では、鉄筋は黒錆で覆われているか、あるいは黒錆と少量の赤錆が発生しているだけなので、鉄筋コンクリート構造物は健全状態にある。
【００４２】
図６は、本発明の第２の実施の形態を示す、検出コイルと並列にコンデンサを使用する場合の鉄筋腐食検出システムの構成ブロック図である。なお、図６において、前記図１と同一作用をする構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
コンデンサ１２は、検出コイル４の増幅器８側の端子と接続される。コンデンサ１２は、検出コイル４の感度を改善することができる。コンデンサ１２と検出コイル４の共振周波数は、励振周波数に等しくなるように定める。検出コイル４と並列にコンデンサ１２を用いることで、共振回路を採用して、△Ｘ／△Ｙ値を用いて鉄筋の腐食度を推定する感度を向上させることができる。
【００４３】
以上、本発明の実施の形態及び実施例を説明したが、上記の実施の形態及び実施例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態及び実施例の項で説明した特徴の組み合わせの全てが本発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の鉄筋腐食検出システムおよび鉄筋腐食検出方法によれば、鉄筋コンクリート構造物における鉄筋の腐食段階を非接触で測定することができ、例えば鉄筋コンクリート構造物の補修計画に反映させることができ、安全で信頼性の高い土木構造物の供用に寄与する。また、本発明の鉄筋腐食検出システムおよび鉄筋腐食検出方法によれば、検知センサの直近領域に鉄筋が存在しているため、検知センサの測定場所を把握することで、鉄筋コンクリート構造物における鉄筋の腐食状態分布を迅速に検出でき、位置特定できる。
【符号の説明】
【００４５】
１  コンクリート
２  鉄筋
３  励磁コイル
４  検出コイル
４ａ  コア
５  補償コイル
６  信号発生器（駆動回路）
７  移相器
８  増幅器
９ａ、９ｂ  ロックイン増幅器
１０  位相シフタ
１１  計算機ユニット
１１Ａ  信号成分抽出手段
１１Ｂ  腐食状態判定手段
１２  コンデンサ
Ｖａ、Ｖｂ  ロックイン増幅器の出力信号
ΔＸ  検出信号に含まれる駆動信号成分と同相の検出信号振幅
ΔＹ  検出信号に含まれる駆動信号成分に対して９０度位相が進んだ検出信号振幅
【図１】
2019015655.tif 000009
【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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