(57)【要約】      （修正有）【課題】光ファイバセンサを用いてコンクリート内の劣化の状況を早期かつ正確に検知する方法を提供する。【解決手段】凍害によるコンクリートの劣化を検知する劣化検知方法であって、コンクリート１７に光ファイバセンサ１１を埋設する工程と、光ファイバセンサ内を伝搬する光波の特性変化に基づいて、コンクリートのひずみを測定する工程と、測定したひずみの経時的変化の特性を検出する工程と、を少なくとも含み、検出したひずみの経時的変化の特性に基づいて、凍害によるコンクリートの劣化を検知する。【選択図】図１
2019113516.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凍害によるコンクリートの劣化を検知する劣化検知方法であって、
前記コンクリートに光ファイバセンサを埋設する工程と、
前記光ファイバセンサ内を伝搬する光波の特性変化に基づいて、前記コンクリートのひずみを測定する工程と、
前記測定したひずみの経時的変化の特性を検出する工程と、を少なくとも含み、
前記検出したひずみの経時的変化の特性に基づいて、凍害によるコンクリートの劣化を検知することを特徴とする劣化検知方法。
【請求項２】
前記コンクリートに温度計を埋設する工程と、
前記検出したコンクリートのひずみから温度変化によるひずみを除去する工程と、をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の劣化検知方法。
【請求項３】
コンクリートの凍結融解抵抗性の評価方法であって、
第１のコンクリートに埋設された光ファイバセンサ内を伝搬する光波の特性変化に基づいて、前記第１のコンクリートのひずみを測定する工程と、
環境温度を変化させることによって、前記第１のコンクリートに所定の凍結融解サイクルを与える工程と、
前記測定したひずみの前記凍結融解サイクルによる経時的変化の特性を検出する工程と、
前記検出したひずみの経時的変化の特性から、残存ひずみを算出する工程と、を少なくとも含み、
前記算出した残存ひずみを用いて、コンクリートの凍結融解抵抗性を評価することを特徴とする凍結融解抵抗性の評価方法。
【請求項４】
前記環境温度下において、前記第１のコンクリートよりも空気量が多い第２のコンクリートに埋設された温度計からひずみを測定する工程と、
前記第１のコンクリートで測定したひずみから前記第２のコンクリートで測定したひずみを除去し、前記第１のコンクリートの残存ひずみを算出する工程と、をさらに含むことを特徴とする請求項３記載の凍結融解抵抗性の評価方法。
【請求項５】
コンクリートの凍結融解抵抗性の評価方法であって、
第１のコンクリートに埋設された光ファイバセンサ内を伝搬する光波の特性変化に基づいて、前記第１のコンクリートのひずみを測定する工程と、
環境温度を変化させることによって、前記第１のコンクリートに所定の凍結融解サイクルを与える工程と、
前記測定したひずみの前記凍結融解サイクルのうち、ある任意の凍結融解サイクルにおける、温度とひずみの大きさとで表わされるひずみの履歴特性を検出する工程と、を少なくとも含み、
前記検出したひずみの履歴特性から、コンクリートの凍結融解抵抗性を評価することを特徴とする凍結融解抵抗性の評価方法。
【請求項６】
前記ひずみの履歴特性に表わされる最大ひずみの経時的変化を用いてコンクリートの凍結融解抵抗性を評価することを特徴とする請求項５記載の凍結融解抵抗性の評価方法。
【請求項７】
前記ひずみの履歴特性に表わされる凍結過程の開始時点から終了時点のひずみ変化量の経時的変化を用いてコンクリートの凍結融解抵抗性を評価することを特徴とする請求項５記載の凍結融解抵抗性の評価方法。
【請求項８】
前記ひずみの履歴特性に表わされる凍結過程で生じた膨張ひずみ変化量の経時的変化を用いてコンクリートの凍結融解抵抗性を評価することを特徴とする請求項５記載の凍結融解抵抗性の評価方法。
【請求項９】
請求項３から請求項８のいずれかに記載の凍結融解抵抗性の評価方法に適用されるコンクリート試験体であって、
光ファイバセンサのひずみ検知部が中心に設置された第１のコンクリート試験体と、
温度計が内部に設置された第２のコンクリート試験体と、から構成されることを特徴とするコンクリート試験体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凍害によるコンクリートの劣化検知方法、凍結融解抵抗性の評価方法およびコンクリート試験体に関する。
【０００２】
寒冷地においてコンクリート構造物が受ける代表的な劣化は、凍害である。凍害とは、コンクリート中の水分が外気温度や日射の影響を受けることで凍結と融解を繰り返す凍結融解作用によって、コンクリート表面からひび割れやスケーリングなどを起こし、コンクリートを劣化させる現象であり、美観性または耐久性に支障をきたすことが多く、構造物の維持管理において重要な問題のひとつとされている。
【０００３】
コンクリートの代表的な劣化である中性化や塩害、アルカリ骨材反応は、劣化によって化学的な変化を伴うため、劣化原因と進行程度を定量的に把握することが可能である。一方で、凍害による劣化は、コンクリート中の水分が凍結する際に体積膨張を起こし、その際に、コンクリートの内部に体積膨張を吸収するだけの隙間がない場合、膨張圧により、コンクリートにひび割れやスケーリングなどを起こす。つまり、凍害による劣化は、コンクリート中の水分の膨張による物理的劣化であるため、表面のひび割れやスケーリングなど状況証拠的に劣化を判断することが多い。
【０００４】
従来から、コンクリートの耐凍害性の評価方法として、室内実験では試験体の一次共鳴振動数の変化から求めた相対動弾性係数を劣化指標として、コンクリートの凍害による劣化の程度を判断している。そして、一般に実構造物に対する評価は、コンクリート構造物はコアを採取し、超音波伝播速度の分布を調べることで凍害劣化深さおよび劣化程度の評価が行なわれる。
【０００５】
特許文献１および特許文献２では、自然環境下で基準地点における暴露試験に基づくコンクリートの凍害劣化曲線を基準に、コンクリート構造データに基づく特性値を反映させた予測地点での凍害劣化曲線を予測する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１５６５４７号公報
【特許文献２】特開２００８−２４９７３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、コンクリートの耐凍害性の評価方法では、実構造物に対する評価を行なう場合、一般にコンクリート構造物は、コアを採取し、超音波伝播速度の分布を調べることで凍害劣化深さおよび劣化程度の評価が行なわれる。このように室内実験と実構造物とで異なる評価方法を用いているため、室内実験と実構造物を対比させて評価することが難しい。また、相対動弾性係数が凍害劣化を示す物理的な意味は明らかではなく、劣化の許容限界のひとつとして共通の認識となっている。そのため、凍害によってコンクリート内部に生じる劣化程度を物理的に評価する方法はない。
【０００８】
また、特許文献１および特許文献２では、暴露試験に基づくコンクリートの凍害劣化曲線を基準に、コンクリート構造データに基づく特性値を反映させた予測地点での凍害劣化曲線を予測する技術であって、実構造物自体の劣化の状況を示しているわけではない。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、光ファイバセンサを用いてコンクリート内の劣化の状況を早期かつ正確に検知する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】
【００１０】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、以下のような手段を講じた。すなわち、本発明の劣化検知方法は、凍害によるコンクリートの劣化を検知する劣化検知方法であって、前記コンクリートに光ファイバセンサを埋設する工程と、前記光ファイバセンサ内を伝搬する光波の特性変化に基づいて、前記コンクリートのひずみを測定する工程と、前記測定したひずみの経時的変化の特性を検出する工程と、を少なくとも含み、前記検出したひずみの経時的変化の特性に基づいて、凍害によるコンクリートの劣化を検知することを特徴とする。
【００１１】
このように、コンクリートに光ファイバセンサを埋設し、光ファイバセンサ内を伝搬する光波の特性変化に基づいて、コンクリートのひずみを測定し、測定したひずみの経時的変化の特性を検出し、検出したひずみの経時的変化の特性に基づいて、凍害によるコンクリートの劣化を検知するので、実構造物に対しても光ファイバセンサを埋設し、ひずみを測定することを可能となる。その結果、今まで行なわれていたような、超音波伝播速度の分布を調べるために、コンクリート構造物のコアを採取する必要がなくなる。また、相対動弾性係数の測定は、実構造物に対して適用できないが、本発明に係る劣化検知方法においては、光ファイバセンサをコンクリートに埋設することにより、簡易に、かつ常時測定することができ、コンクリート内の劣化の状況を早期かつ正確に検知することが可能となる。
【００１２】
（２）また、本発明の劣化検知方法において、前記コンクリートに温度計を埋設する工程と、前記検出したコンクリートのひずみから温度変化によるひずみを除去する工程と、をさらに含むことを特徴とする。
【００１３】
このように、コンクリートに温度計を埋設し、検出したコンクリートのひずみから温度変化によるひずみを除去するので、特定の温度におけるひずみを予め測定しておく必要がなくなり、汎用性が高くなる。また、コンクリートの温度履歴が明らかになるので、詳細な分析を行なわずに容易に凍害による劣化が生じたものと判断ができる。
【００１４】
（３）また、本発明の評価方法は、コンクリートの凍結融解抵抗性の評価方法であって、第１のコンクリートに埋設された光ファイバセンサ内を伝搬する光波の特性変化に基づいて、前記第１のコンクリートのひずみを測定する工程と、環境温度を変化させることによって、前記第１のコンクリートに所定の凍結融解サイクルを与える工程と、前記測定したひずみの前記凍結融解サイクルによる経時的変化の特性を検出する工程と、前記検出したひずみの経時的変化の特性から、残存ひずみを算出する工程と、前記算出した残存ひずみを用いて、コンクリートの凍結融解抵抗性を評価することを特徴とする。
【００１５】
このように、コンクリート中に埋設された光ファイバセンサからひずみ情報を取得し、取得したひずみ情報から別途取得した特定環境温度下におけるひずみを除去し、経時的変化の特性を検出し、検出した経時的変化の特性から残存ひずみを算出し、算出した残存ひずみに基づいて、凍害によるコンクリートの劣化を評価するので、コンクリート内の劣化を早期かつ正確に把握することが可能となる。また、相対動弾性係数の測定では、試験室においても試験体の取り出し、測定などに多大な労力と時間を必要とするのに対して、光ファイバセンサによる残存ひずみの測定は、試験体を試験機に入れたまま、簡易に、また常時測定することができる。
【００１６】
（４）また、本発明の評価方法は、前記環境温度下において、前記第１のコンクリートよりも空気量が多い第２のコンクリートに埋設された温度計からひずみを測定し、前記第１のコンクリートで測定したひずみから前記第２のコンクリートで測定したひずみを除去し、前記第１のコンクリートの残存ひずみを算出する工程と、をさらに含むことを特徴とする。
【００１７】
このように、測定対象のコンクリートの他に空気量を増加させるなどの方法で同じ配合で耐凍害性に優れたコンクリートのひずみの測定も同様に行ない、湿潤膨張によるひずみを測定するので、湿潤膨張によるひずみを除去したより正確な凍害による残存ひずみを算出することができる。
【００１８】
（５）また、本発明の評価方法は、コンクリートの凍結融解抵抗性の評価方法であって、第１のコンクリートに埋設された光ファイバセンサ内を伝搬する光波の特性変化に基づいて、前記第１のコンクリートのひずみを測定する工程と、環境温度を変化させることによって、前記第１のコンクリートに所定の凍結融解サイクルを与える工程と、前記測定したひずみの前記凍結融解サイクルのうち、ある任意の凍結融解サイクルにおける、温度とひずみの大きさとで表わされるひずみの履歴特性を検出する工程と、前記検出したひずみの履歴特性から、コンクリートの凍結融解抵抗性を評価することを特徴とする。
【００１９】
このように、コンクリート中に埋設された光ファイバセンサからひずみ情報を取得し、取得したひずみ情報から別途取得した環境温度下におけるひずみを除去し、凍結融解サイクルのうち、ある任意の凍結融解サイクルにおける、温度とひずみの大きさとで表わされるひずみの履歴特性（ヒステリシスループ）を検出し、検出したひずみの履歴特性に基づいて、凍害によるコンクリートの劣化を評価するので、１回の凍結融解サイクルで、コンクリート内の劣化の程度を推定することが可能となる。また、相対動弾性係数の測定では、試験室においても試験体の取り出し、測定などに多大な労力と時間を必要とするのに対して、光ファイバセンサによる残存ひずみの測定は、試験体を試験機に入れたまま、簡易に、また常時測定することができる。
【００２０】
（６）また、本発明の評価方法は、前記ひずみの履歴特性に表わされる最大ひずみの経時的変化を用いてコンクリートの凍結融解抵抗性を評価することを特徴とする。
【００２１】
このように、ひずみの履歴特性に表わされる最大ひずみの経時的変化を用いてコンクリートの凍結融解抵抗性を評価するので、コンクリート内の劣化の程度を正確にかつ容易に推定することが可能となる。
【００２２】
（７）また、本発明の評価方法は、前記ひずみの履歴特性に表わされる凍結過程の開始時点から終了時点のひずみ変化量の経時的変化を用いてコンクリートの凍結融解抵抗性を評価することを特徴とする。
【００２３】
このように、ひずみの履歴特性に表わされる凍結過程の開始時点から終了時点のひずみ変化量の経時的変化を用いてコンクリートの凍結融解抵抗性を評価するので、コンクリート内の劣化の程度を正確にかつ容易に推定することが可能となる。
【００２４】
（８）また、本発明の評価方法は、前記ひずみの履歴特性に表わされる凍結過程で生じた膨張ひずみ変化量の経時的変化を用いてコンクリートの凍結融解抵抗性を評価することを特徴とする。
【００２５】
このように、ひずみの履歴特性に表わされる凍結過程で生じた膨張ひずみ変化量の経時的変化を用いてコンクリートの凍結融解抵抗性を評価するので、コンクリート内の劣化の程度を正確にかつ容易に推定することが可能となる。
【００２６】
（９）また、本発明のコンクリート試験体は、（３）から（８）のいずれかに記載の凍結融解抵抗性の評価方法に適用されるコンクリート試験体であって、光ファイバセンサのひずみ検知部が中心に設置された第１のコンクリート試験体と、温度計が内部に設置された第２のコンクリート試験体と、から構成されることを特徴とする。
【００２７】
このように、光ファイバセンサのひずみ検知部が中心に設置された第１のコンクリート試験体と、温度計が内部に設置された第２のコンクリート試験体と、から構成されるので、コンクリート内の劣化を早期かつ正確に把握することが可能となる。また、相対動弾性係数の測定では、試験室においても試験体の取り出し、測定などに多大な労力と時間を必要とするのに対して、光ファイバセンサによる残存ひずみの測定は試験体を試験機に入れたまま、簡易に、また常時測定することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、実構造物に対しても光ファイバセンサを埋設し、ひずみを測定することで、凍害によるコンクリートの劣化を早期かつ正確に検知することが可能となる。その結果、今まで行なわれていたような、超音波伝播速度の分布を調べるために、コンクリート構造物のコアを採取する必要がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】凍害によるコンクリートの劣化により光ファイバセンサがひずみを検知するかを検証するために用いた試験体を示す図である。
【図２】各サイクルにおける光ファイバセンサのひずみ測定結果、および各サイクルにおける相対動弾性係数の値を示す図である。
【図３】検証例２における光ファイバセンサおよび相対動弾性係数の測定結果を示す図（劣化状態）である。
【図４】検証例２における質量変化率を示す図（劣化状態）である。
【図５】検証例２における光ファイバセンサおよび相対動弾性係数の測定結果を示す図（健全状態）である。
【図６】相対動弾性係数が９０％以上の範囲のヒステリシスループを示す図である。
【図７】相対動弾性係数が８０〜６０％程度の範囲のヒステリシスループを示す図である。
【図８】相対動弾性係数が６０％程度の範囲のヒステリシスループを示す図である。
【図９】相対動弾性係数が６０％以下の範囲のヒステリシスループを示す図である。
【図１０Ａ】図６のヒステリシスループの最大ひずみ（δｍａｘ）を示す図である。
【図１０Ｂ】図７のヒステリシスループの最大ひずみ（δｍａｘ）を示す図である。
【図１０Ｃ】図８のヒステリシスループの最大ひずみ（δｍａｘ）を示す図である。
【図１０Ｄ】図９のヒステリシスループの最大ひずみ（δｍａｘ）を示す図である。
【図１１Ａ】図６のヒステリシスループの凍結過程で生じるひずみ変化量（δ）を示す図である。
【図１１Ｂ】図７のヒステリシスループの凍結過程で生じるひずみ変化量（δ）を示す図である。
【図１１Ｃ】図８のヒステリシスループの凍結過程で生じるひずみ変化量（δ）を示す図である。
【図１１Ｄ】図９のヒステリシスループの凍結過程で生じるひずみ変化量（δ）を示す図である。
【図１２Ａ】図６のヒステリシスループの凍結過程で生じる膨張ひずみ変化量（δ´）を示す図である。
【図１２Ｂ】図７のヒステリシスループの凍結過程で生じる膨張ひずみ変化量（δ´）を示す図である。
【図１２Ｃ】図８のヒステリシスループの凍結過程で生じる膨張ひずみ変化量（δ´）を示す図である。
【図１２Ｄ】図９のヒステリシスループの凍結過程で生じる膨張ひずみ変化量（δ´）を示す図である。
【図１３】最大ひずみ（δｍａｘ）の経時的変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明者らは、寒冷地においてコンクリート構造物が受ける凍害による劣化は、コンクリートの表面のひび割れやスケーリングなど状況証拠的に劣化で判断している状況に着目し、光ファイバセンサをコンクリートに埋設し、ひずみを測定することにより、コンクリート中の劣化状況を検知することを可能とした。以下、本発明の実施形態について説明する。
【００３１】
まず、凍害のメカニズムについて説明する。凍害とは、コンクリート中の水分が凍結するときの膨張によって発生する劣化現象である。水は、凍結するときに９％の体積膨張を生じる。また、コンクリートは、一般的に温度変化に応じて収縮または膨張する。通常の温度範囲であれば、線膨張係数は、１０×１０−６／℃程度である。温度降下が起きると、コンクリート内の水分が凍結し、膨張圧が生じる。コンクリート中の水分が凍結と融解を繰り返し、凍結時に水の膨張圧によって膨張したコンクリートが融解時に収縮せず、残存ひずみとして残る。
【００３２】
本実施形態では、コンクリートに光ファイバセンサを埋設することにより、凍害によって生じる残存ひずみを測定し、凍害による劣化を検知する。残存ひずみは、コンクリート内で融解作用を受けた時に光ファイバセンサのひずみとしてあらわれる。この光ファイバセンサのひずみには、温度影響により生じるひずみも含まれるため、光ファイバセンサのひずみから、温度影響により生じたひずみを除去したひずみが、融解時の残存ひずみとなる。このように、融解期間の光ファイバセンサのひずみを測定することにより、凍害によるコンクリートの劣化の程度を判断することができる。また、光ファイバセンサは、１本の細いケーブルに複数のセンサを設置することができるため、実構造物で使用する場合、１本の光ファイバセンサで複数の部位の測定を行なうことが可能となる。
【００３３】
また、凍害の評価方法として、光ファイバセンサをコンクリートに埋設する場合は、埋設する光ファイバセンサは１本（１つのＦＢＧ部）でも、複数でも良い。このとき光ファイバセンサの埋設箇所は、少なくともコンクリート中心付近に位置するようにすることが好ましい。さらに、コンクリートの端部や表面部から１〜４ｃｍの深さ、またはコンクリートの中間の深さなどにも光ファイバセンサを埋設すると劣化の進行状況をより詳細に把握できる。
【００３４】
［検知方法］
コンクリートに光ファイバセンサを埋設し、光ファイバ計測器と接続する。光ファイバセンサは、温度変化によりひずみを生じる。そのため、コンクリートに温度計を埋設し、コンクリート内部の温度変化を測定する。本実施形態では、温度計として熱電対を用いるが、コンクリート内部の温度が測定できれば良く、熱電対に限らない。温度変化による影響（ひずみ）を除いた光ファイバセンサのひずみにおいて、コンクリートが融解作用を受けた時のひずみの値を測定する。特定の温度においてひずみを測定する場合は、その温度において光ファイバセンサが受けるひずみは一定であるため、予めその温度でのひずみを計測していれば良く、温度変化によりひずみを補正する必要はない。
【００３５】
［検証例１］
図１は、凍害によるコンクリートの劣化により光ファイバセンサがひずみを検知するかを検証するために用いた試験体を示す図である。検証例１で使用する材料は、表１に示す通りである。配合は、表２に示す通りである。表１に示す材料を、表２に示す配合で練混ぜたコンクリート１７を２つの鋼製型枠１５に流し入れ、一方には光ファイバセンサ１１を、他方には温度計２１を鋼製型枠１５の中心に垂らした状態で埋設する。光ファイバセンサ１１を埋設する際には、コンクリート１７と光ファイバセンサ１１のＦＢＧ部１３が一体となって収縮または膨張するように、コンクリート１７が光ファイバセンサ１１のＦＢＧ部１３に付着するよう埋設する。また、光ファイバセンサ１１は、緊張をかけた状態（張力を発生させた状態）でコンクリート１７に埋設しても良い。検証例１では、光ファイバセンサとして、ＦＢＧセンサを用いるが、これに限らない。
【００３６】
【表１】
2019113516.tif 000003
【００３７】
【表２】
2019113516.tif 000004
【００３８】
図１に示すように、鋼製型枠１５にＦＢＧ部１３が試験体（円柱状）の中心に位置するように予め光ファイバセンサ１１を設置し、コンクリート１７を流し込み成型する。また、熱電対などの温度計２１を埋設した試験体も同様に生成し、コンクリート内の温度を測定する。光ファイバセンサ１１のＦＢＧ部１３および温度計２１の測定部２３は、上下方向のかぶりが１００ｍｍである。
【００３９】
その後、水中養生を２８日行ない、恒温恒湿槽にて凍結融解試験を行なった。凍結融解の条件は、１サイクル（１１時間）として、コンクリートの中心温度（環境温度）を５℃→−２０℃→５℃に変化させた。
【００４０】
図２は、各サイクルにおける光ファイバセンサのひずみ測定結果、および各サイクルにおける相対動弾性係数の値を示す図である。図２に示す光ファイバセンサのひずみは、環境温度の変化によって生じたひずみを差し引いた値であり、環境温度の変化による影響を除去した融解時の最大値を示す。光ファイバセンサのひずみは、サイクルが進むことで増加している。
【００４１】
これは、コンクリートが凍結融解によって劣化した残存ひずみを示している。図２に示す相対動弾性係数の値と比較すると、３８サイクル付近でどちらも大きく値が変化していることからも、光ファイバセンサによってコンクリートの残存ひずみを測定し、凍害による劣化の判断が可能である。また、ＪＩＳ  Ａ  １１４８で耐凍害性が有効であると示される相対動弾性係数が８０％を下回る範囲でもひずみの測定が可能であることも確認できた。
【００４２】
したがって、本試験体を用いれば、コンクリートの凍結融解作用に対する抵抗性を評価することができる。また、構造物にコンクリートを使用する前に、凍結融解抵抗性を評価したり、凍結融解抵抗性の高いコンクリートを開発、または選定することが可能となる。本発明において、凍結融解抵抗性とは、耐凍害性ともいい、セメント組成物の内部に存在する水分が凍結及び融解を繰り返すことにより組成物が劣化し崩壊をも招く現象（凍害）に対する抵抗性、耐性をいう。
【００４３】
［検証例２］
さらに、凍結融解槽を用いて、光ファイバセンサによって測定したコンクリートの残存ひずみによる凍害による劣化の判断の有効性について、検証を行なった。検証例２では、検証例１と同様の使用材料、配合、試験体形状である試験体Ａと、検証例１とは空気量のみ異なる（空気量：４．８％）試験体Ｂを用いた。凍結融解試験は、ＪＩＳ  Ａ  １１４８に準拠し（１サイクル４時間）、凍結融解試験装置を用いて行なった。なお、凍結融解試験装置を用いた場合、温度計２１を設置せずとも温度を知ることができる。
【００４４】
図３は、検証例２において、劣化が生じた試験体Ａの光ファイバセンサおよび相対動弾性係数の測定結果を示す図である。図４は、検証例２において、劣化が生じた試験体Ａの質量変化率を示す図である。図５は、検証例２において、劣化が生じていない健全な試験体Ｂの光ファイバセンサおよび相対動弾性係数の測定結果を示す図である。
【００４５】
図３に示す通り、試験体Ａは、光ファイバセンサのひずみの増加に伴い、相対動弾性係数の値が増加していることから、凍結融解による残存ひずみを測定できていると考えられる。また、試験体Ａの光ファイバセンサのひずみは、２０サイクルあたりから増加しているのに対して、相対動弾性係数は低下していない。つまり、光ファイバセンサによって、相対動弾性係数にあらわれない程度の微細な劣化についても、検知することが可能である。
【００４６】
また、図４に示す通り、試験体Ａのコンクリートは質量が増加しており、吸水により湿潤膨張している。つまり、図３に示す残存ひずみには湿潤膨張によるひずみも含まれた値となる。
【００４７】
一方、図５に示す通り、凍結融解による残存ひずみが生じにくい健全な試験体Ｂは、相対動弾性係数が低下していないが、光ファイバによるひずみは若干増加している。図５に示すひずみは、湿潤膨張によるひずみであるので、図３に示す試験体Ａのひずみの値から、図５に示す試験体Ｂのひずみの値を差し引くことで、コンクリートの湿潤膨張によるひずみをキャンセルすることが可能となる。その結果、試験体Ａの正確な残存ひずみを算出できる。
【００４８】
コンクリートの湿潤膨張を測定するための劣化が生じていない健全な試験体Ｂは、試験対象とする試験体Ａよりも空気量を０．５〜４％を増加させることにより作製できる。空気量の増加量が、０．５％未満であると、劣化が生じていない健全な試験体Ｂを、試験対象とする試験体Ａより劣化を遅らせることができなかったり、凍害による凍結融解による残存ひずみを含んでしまう場合がある。また、空気量の増加量が４％を超えると、湿潤膨張の傾向が試験体Ａと乖離してしまう場合がある。その他、測定対象と全く同じ試験体を用意し、水中養生させることで湿潤膨張によるひずみを測定しキャンセルすることでより正確な残存ひずみを算出しても良い。
【００４９】
［検証例３］
検証例１および２では、残存ひずみと凍害劣化の進行状況との関係について検証した。次に、凍結融解サイクル内におけるヒステリシスループ（ひずみの履歴特性）の挙動と凍害劣化の進行状況との関係について検証する。以下に、凍結融解によりコンクリートに生じるひずみのヒステリシスループの変化程度を評価することによって、コンクリートの凍結融解抵抗性の評価を行なう方法について、説明する。
【００５０】
検証例３では、検証例１とは空気量のみ異なる（空気量：３．０％）試験体Ｃを用いた。凍結融解試験は、ＪＩＳ  Ａ  １１４８法に準拠し、凍結融解試験槽を用いて促進試験を行なった。
【００５１】
まず、試験体Ｃを用いて、相対動弾性係数の値と、ひずみの膨張収縮との関係について、検証を行なった。図６〜図９は、各相対動弾性係数の値とひずみの膨張収縮の関係を示す図である。図６は、相対動弾性係数が９０％以上の範囲（５サイクル）のヒステリシスループを示す図である。図６に示す通り、相対動弾性係数が９０％以上の範囲（５サイクル）のヒステリシスループでは、凍結作用中に収縮ひずみが生じ、融解作用中に膨張ひずみが生じている。これは、温度変化によるコンクリートの膨張収縮が支配的であることがわかる。
【００５２】
図７は、相対動弾性係数が８０〜６０％程度の範囲（５２９サイクル）のヒステリシスループを示す図である。図７に示す通り、相対動弾性係数が８０〜６０％程度の範囲（５２９サイクル）のヒステリシスループでは、凍結作用中に膨張ひずみが生じている。これは、劣化の進行に伴い、内部損傷に加えて凍結可能水が増加し、コンクリートの温度変化による収縮を上回る膨張圧が生じていることがわかる。
【００５３】
図８は、相対動弾性係数が６０％程度の範囲（５５０サイクル）のヒステリシスループを示す図である。図８に示す通り、相対動弾性係数が６０％程度の範囲（５５０サイクル）のヒステリシスループでは、膨張圧がさらに増え、凍結作用によるコンクリートの収縮と同程度になる。
【００５４】
図９は、相対動弾性係数が６０％以下の範囲（８３９サイクル）のヒステリシスループを示す図である。図９に示す通り、相対動弾性係数が６０％以下の範囲（８３９サイクル）のヒステリシスループでは、凍結作用中に膨張ひずみが生じ、融解作用中に収縮ひずみが生じている。これは、コンクリート中の凍結可能水による膨張収縮が支配的となっているためで、図６に示すような初期のヒステリシスループと逆転していることがわかる。
【００５５】
このように、健全な状態（図６）では、コンクリートの温度変化によるひずみが支配的であることに対し、コンクリートの劣化が進行していくと、コンクリート内の水の温度変化によるひずみが支配的に変化していくことが、測定したひずみから判断できる。つまり、図７に示すように、凍結作用中に膨張ひずみが生じた場合、劣化が始まったと判断できる。
【００５６】
次に、上述した各サイクルのヒステリシスループの値の経時的変化から、劣化の評価を行なう方法について説明する。
【００５７】
（ｉ）最大ひずみ（δｍａｘ）を用いた評価方法
図１０Ａ〜図１０Ｄは、図６〜図９の各凍結融解サイクルにおけるヒステリシスループの最大ひずみ（δｍａｘ）を示す図である。図１０Ａ〜図１０Ｄに示すように、各ヒステリシスループの最大ひずみ（δｍａｘ）の経時的変化から劣化を評価する。
【００５８】
（ｉｉ）ひずみ変化量（δ）を用いた評価方法
図１１Ａ〜図１１Ｄは、図６〜図９の各凍結融解サイクルにおけるヒステリシスループの凍結過程で生じるひずみ変化量（δ）を示す図である。図１１Ａ〜図１１Ｄに示すように、各ヒステリシスループの凍結過程で生じるひずみ変化量（δ）の経時的変化から劣化を評価する。ひずみ変化量（δ）は、式（１）で算出される。
凍結過程のひずみ変化量（δ）
＝（凍結過程の開始時点のひずみ−凍結過程の終了時点のひずみ）・・・（１）
【００５９】
（ｉｉｉ）膨張ひずみ変化量（δ´）を用いた評価方法
図１２Ａ〜図１２Ｄは、図６〜図９の各凍結融解サイクルにおけるヒステリシスループの凍結過程で生じる膨張ひずみ変化量（δ´）を示す図である。図１２Ａ〜図１２Ｄに示すように、各ヒステリシスループの凍結過程で生じる膨張ひずみ変化量（δ´）の経時的変化から劣化を評価する。膨張ひずみ変化量は、式（２）で算出される。
凍結過程で生じる膨張ひずみ変化量（δ）
＝（凍結過程の最大ひずみ−凍結過程の開始時点のひずみ）・・・（２）
【００６０】
図１３は、（ｉ）の最大ひずみ（δｍａｘ）の経時的変化を示す図である。残留ひずみと同様に、相対動弾性係数の低下に伴って、最大ひずみ（δｍａｘ）が増加していることから、凍結融解による劣化を評価できることがわかった。（ｉｉ）ひずみ変化量（δ）および（ｉｉｉ）膨張ひずみ変化量（δ´）についても、同様に評価が可能である。
【００６１】
以上説明したように、本実施形態によれば、実構造物に対しても光ファイバセンサを埋設し、ひずみを測定することが可能となる。その結果、今まで行なわれていたような、超音波伝播速度の分布を調べるために、コンクリート構造物のコアを採取する必要がなくなる。また、光ファイバセンサをコンクリートに埋設することにより、コンクリート内の凍結融解過程におけるひずみが測定でき、残存ひずみと相対動弾性係数との相関関係および凍結融解サイクルにおけるヒステリシスループの形状の変化と相対動弾性係数との相関関係がみられたことから、凍害劣化の評価が可能となり、コンクリート内の劣化の状況を早期かつ正確に検知することが可能となる。さらに、凍結融解サイクルにおけるヒステリシスループの挙動により、劣化の程度を推定することが可能となる。
【符号の説明】
【００６２】
１１  光ファイバセンサ
１３  ＦＢＧ部
１５  鋼製型枠 
１７  コンクリート
２１  温度計
２３  測定部
【図１】
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【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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１３】
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