(57)【要約】【課題】本発明は、コンクリートの劣化を早期かつ簡易に検知する方法を提供する。【解決手段】本発明は、下記（Ａ）工程および（Ｂ）工程を経て得た最大主ひずみの分布の像に現れた模様を用いてコンクリートの劣化を検知する、コンクリートの劣化の早期検知方法である。（Ａ）コンクリートの取得対象面のデジタル画像を経時的に取得する、画像取得工程（Ｂ）前記デジタル画像に基づきデジタル画像相関法を用いてひずみを算出し、該ひずみに基づき最大主ひずみの分布を得る、最大主ひずみ分布取得工程【選択図】図７
2019074339.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記（Ａ）工程および（Ｂ）工程を経て得た最大主ひずみの分布の像に現れた模様を用いてコンクリートの劣化を検知する、コンクリートの劣化の早期検知方法。
（Ａ）コンクリートの取得対象面のデジタル画像を経時的に取得する、画像取得工程
（Ｂ）前記デジタル画像に基づきデジタル画像相関法を用いてひずみを算出し、該ひずみに基づき最大主ひずみの分布を得る、最大主ひずみ分布取得工程
【請求項２】
前記模様に加えて、ひずみの正負の分布に基づきコンクリートの劣化を検知する、請求項1に記載のコンクリートの劣化の早期検知方法。
【請求項３】
前記模様を用いて、下記（ａ）〜（ｅ）の基準に基づきコンクリートの劣化を検知する、請求項１に記載のコンクリートの劣化の早期検知方法
（ａ）亀甲状の模様が出現した部分は、アルカリシリカ反応として検知する。
（ｂ）骨材部分を除いて全体的に一様な模様が出現した場合は、エトリンガイトの遅延生成として検知する。
（ｃ）斑点状の模様が出現した場合は、凍結融解として検知する。
（ｄ）鉄筋が存在しない箇所に線状の模様、または、構造物の柱若しくは梁等の部材に対して斜め方向に線状の模様が出現した場合は、乾燥収縮として検知する。
（ｅ）鉄筋の直上に線状の模様が出現した場合は、鉄筋腐食として検知する。
【請求項４】
前記模様とひずみの正負の分布を用いて、下記（ｆ）〜（ｊ）の基準に基づきコンクリートの劣化を検知する、請求項２に記載のコンクリートの劣化の早期検知方法。
（ｆ）亀甲状の模様が出現した場合であって、亀甲状の模様の線部が、より大きいプラス（膨張）のひずみを示し、基質部（模様以外の部分）も全体的にプラス（膨張）のひずみを示す場合は、アルカリシリカ反応として検知する。
（ｇ）骨材部分を除いて全体的に一様な模様が出現した場合であって、骨材の部分はひずみを示さないが、その他のペーストまたはモルタルからなる部分が全体的にプラス（膨張）のひずみを示す場合は、エトリンガイトの遅延生成として検知する。
（ｈ）斑点状の模様が出現した場合であって、斑点の部分が大きいプラス（膨張）のひずみを示す場合は、凍結融解として検知する。
（ｉ）鉄筋が存在しない箇所に線状の模様、または、構造物の柱若しくは梁等の部材に対して斜め方向に線状の模様が出現した場合であって、該模様の線部がプラス（膨張）のひずみを示し、基質部は全体的にマイナス（収縮）のひずみを示す場合は、乾燥収縮として検知する。
（ｊ）鉄筋の直上に線状の模様が出現した場合であって、模様の線部がプラス（膨張）のひずみを示す場合は、鉄筋の腐食として検知する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリートのデジタル画像を解析して、コンクリートの劣化を早期に検知する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリートが劣化する要因として、アルカリシリカ反応、エトリンガイトの遅延生成（ＤＥＦ：Delayed Ettringite Formation）、凍結融解、乾燥収縮、および鉄筋の腐食等が挙げられる。
これらのうち、アルカリシリカ反応は、反応性骨材中のシリカと、コンクリート中のアルカリ金属イオンが、高いｐＨ条件下で反応してアルカリシリカゲルを生成し、このゲルが吸水して膨張し、コンクリートにひび割れが生じる現象である。このアルカリシリカ反応に起因するひび割れは亀甲状を呈するため、他の劣化によるひび割れとは、ひび割れの形状で区別できる。
また、エトリンガイトの遅延生成は、コンクリートを蒸気養生すると数年後にエトリンガイトが集中して生じる場合があり、このエトリンガイトがコンクリートを膨張させてコンクリートが崩壊する現象である。
凍結融解は、コンクリート中の水分が、長年にわたり凍結と融解を繰り返し、水分（氷）の体積膨張により、コンクリートにひび割れが生じる現象である。また、乾燥収縮は、コンクリートの乾燥によりコンクリート中の水分が蒸発してコンクリートが収縮しひび割れが生じる現象である。さらに、鉄筋の腐食は、中性化や塩害により鉄筋の不動態被膜が損傷し、鉄筋が発錆して膨張し、コンクリートにひび割れが生じる現象である。
これらのコンクリートの劣化現象では、ひび割れが顕在化してひび割れを発見した時点では劣化が進み過ぎている場合が多い。したがって、コンクリートの劣化を効果的に防ぐには、ひび割れが顕在化する前に劣化の要因を早期に検知して、それぞれの要因に応じて対策をとる必要がある。
【０００３】
ところで、従来、コンンクリートの劣化を検知する方法は、いくつか提案されている。
特許文献１に記載のコンクリート構造物の亀裂検査方法は、コンクリート構造物を構成する基体の上に、下塗層、剥落防止用シート層、および上塗層を順次積層したうえに、さらに上塗層の上に、励起光によって発光する蛍光色素を混入した高弾性塗膜層と、励起光の透過を阻止する遮蔽剤を混入した低弾性塗膜層とを順次積層して、コンクリート構造物の供用を開始した後に、当該構造物に励起光を照射して、経時劣化により基体に発生した亀裂を検出する方法である。
また、特許文献２に記載のコンクリート劣化因子検出方法は、コンクリート面を撮像して可視光画像を取得し、他方、そのコンクリート面に赤外線を照射すると共に、コンクリート面からの反射光をスキャニング装置を介して分光器に入力し、その分光器で特定の劣化因子を検出するための特定の波長の光強度に基づく吸光度を検出すると共に、その吸光度を劣化因子の濃度に換算してその濃度を量子化し、その量子化した値を基に前記測定するコンクリート面に対応させて濃淡あるいは色に表して劣化因子画像を取得し、その劣化因子画像と上記可視光画像とを合成する方法である。
【０００４】
しかし、特許文献１に記載の方法は、亀裂が生じた後に亀裂を検出する方法であり、また、下塗層、剥落防止用シート層、および上塗層を順次積層した上で、さらに高弾性塗膜層と低弾性塗膜層を順次積層しなければならず、作業が煩雑である。また、特許文献２に記載の方法は、コンクリート面の可視光画像を取得することに加え、赤外線を照射してコンクリート面からの反射光を分光器に入力し、劣化因子を検出するための特定の波長の光強度に基づく吸光度を検出等しなければならず、同じく、作業が煩雑である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−８５２００号公報
【特許文献２】特開２００７−８５８５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明は、コンクリートの劣化を早期かつ簡易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】
【０００７】
本発明者は、前記目的にかなう検知方法を検討したところ、デジタル画像相関法を用いて把握したコンクリート表面のひずみの経時変化と分布から劣化の要因を、早期かつ簡易に検知できることを見い出し、本発明を完成させた。すなわち、本発明は下記の構成を有するコンクリートの劣化の早期検知方法である。
【０００８】
［１］下記（Ａ）工程および（Ｂ）工程を経て得た最大主ひずみの分布の像に現れた模様を用いてコンクリートの劣化を検知する、コンクリートの劣化の早期検知方法。
（Ａ）コンクリートの取得対象面のデジタル画像を経時的に取得する、画像取得工程
（Ｂ）前記デジタル画像に基づきデジタル画像相関法を用いてひずみを算出し、該ひずみに基づき最大主ひずみの分布を得る、最大主ひずみ分布取得工程
［２］前記模様に加えて、ひずみの正負の分布に基づきコンクリートの劣化を検知する、前記［１］に記載のコンクリートの劣化の早期検知方法。
［３］前記模様を用いて、下記（ａ）〜（ｅ）の基準に基づきコンクリートの劣化を検知する、前記［１］に記載のコンクリートの劣化の早期検知方法。
（ａ）亀甲状の模様が出現した部分は、アルカリシリカ反応として検知する。
（ｂ）骨材部分を除いて全体的に一様な模様が出現した場合は、エトリンガイトの遅延生成として検知する。
（ｃ）斑点状の模様が出現した場合は、凍結融解として検知する。
（ｄ）鉄筋が存在しない箇所に線状の模様、または、構造物の柱若しくは梁等の部材に対して斜め方向に線状の模様が出現した場合は、乾燥収縮として検知する。
（ｅ）鉄筋の直上に線状の模様が出現した場合は、鉄筋の腐食として検知する。
［４］前記模様とひずみの正負の分布を用いて、下記（ｆ）〜（ｊ）の基準に基づきコンクリートの劣化を検知する、前記［２］に記載のコンクリートの劣化の早期検知方法。
（ｆ）亀甲状の模様が出現した場合であって、亀甲状の模様の線部が、より大きいプラス（膨張）のひずみを示し、基質部（模様以外の部分）も全体的にプラス（膨張）のひずみを示す場合は、アルカリシリカ反応として検知する。
（ｇ）骨材部分を除いて全体的に一様な模様が出現した場合であって、骨材の部分はひずみを示さないが、その他のペーストまたはモルタルからなる部分が全体的にプラス（膨張）のひずみを示す場合は、エトリンガイトの遅延生成として検知する。
（ｈ）斑点状の模様が出現した場合であって、斑点の部分が大きいプラス（膨張）のひずみを示す場合は、凍結融解として検知する。
（ｉ）鉄筋が存在しない箇所に線状の模様、または、構造物の柱若しくは梁等の部材に対して斜め方向に線状の模様が出現した場合であって、該模様の線部がプラス（膨張）のひずみを示し、基質部は全体的にマイナス（収縮）のひずみを示す場合は、乾燥収縮として検知する。
（ｊ）鉄筋の直上に線状の模様が出現した場合であって、模様の線部がプラス（膨張）のひずみを示す場合は、鉄筋の腐食として検知する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のコンクリートの劣化の早期検知方法は、コンクリートの劣化の要因を早期かつ簡易に検知できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ブロック状の試験体と、そこから厚さ５０ｍｍに切り出す版体の試験体（灰色部分）を示す図である。ただし、図１中の数値の単位はｍｍである。
【図２】蒸気養生のパターンを示す図である。
【図３】デジタル画像相関法による試験体の計測範囲と、コンタクトゲージ用チップの貼付位置を示す図である。ただし、図３中の数値の単位はｍｍである。
【図４】凍結融解試験に用いた試験体を示す図である。
【図５】乾燥収縮試験に用いた拘束型枠を示す図である。
【図６】実施例で用いたデジタル画像取得用スキャナーを示す写真である。
【図７】促進（養生）期間が１３日、２８日、および５６日における、アルカリシリカ反応により生じた最大主ひずみの分布を示す図である。ただし、図７の左側にある数値は「×１０−６」が略されている。
【図８】水中養生期間が７日、および２８日における、エトリンガイトの遅延生成により生じた最大主ひずみの分布を示す図である。ただし、図８の左側にある数値は「×１０−６」が略されている。
【図９】３０サイクル、３００サイクル、および４８０サイクルにおける、凍結融解により生じた最大主ひずみの分布を示す図である。ただし、図９の左側にある数値は「×１０−６」が略されている。
【図１０】乾燥期間が１日、２日、および７日における、乾燥収縮により生じた最大主ひずみの分布を示す図である。ただし、図１０の左側にある数値は「×１０−６」が略されている。また、白色の矢印はひび割れた箇所を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明のコンクリートの劣化の早期検知方法は、前記のとおり、前記（Ａ）工程および（Ｂ）工程を経て得た最大主ひずみの分布の像に現れた模様を用いてコンクリートの劣化を早期に検知する方法である。以下、本発明のコンクリートの劣化の早期検知方法について詳細に説明する。
【００１２】
（Ａ）画像取得工程
該工程は、コンクリート（試験体）の取得対象面のデジタル画像を経時的に取得する工程である。
ここで、前記コンクリートは、特に制限されず、普通コンクリート、水密コンクリート、暑中コンクリート、寒中コンクリート、マスコンクリート、流動化コンクリート、高流動コンクリート、高強度コンクリート、低発熱コンクリート、膨張コンクリート、プレストレストコンクリート、低収縮コンクリート、繊維補強コンクリート、軽量コンクリート、およびポリマーコンクリートが挙げられる。
良好なデジタル画像を取得するために、コンクリートの取得対象面は、研磨することが好ましい。また、取得対象面のデジタル画像はコンクリートが変形する前後において取得する。また、画像を取得する時期は、ひび割れが発生すると蓄積されたひずみが開放されてしまうため、好ましくは、コンクリートが硬化した後から、少なくともひび割れが発生する前までに取得する。ここで、変形前のコンクリートの画像取得時に、画像の取得面に水分が付着していると、色のコントラストが小さくなり、また色むらが生じて、乾燥後に取得した画像との相関性が低下する場合がある。この相関性の低下を避けるため、画像取得前に、乾燥前のコンクリートの撮影面に圧縮空気等を噴射して撮影面の水分を除去するか、または撮影面から水分がなくなるまで静置して風乾するなどの前処理を行う。なお、当該前処理は、画像の取得面に水分が付着している場合に行う任意の処理である。
【００１３】
（Ｂ）最大主ひずみ分布取得工程
該工程は、前記デジタル画像に基づき、デジタル画像相関法を用いてひずみを算出し、該ひずみに基づき最大主ひずみの分布を得る工程である。前記デジタル画像は、コンクリートの変形前後のデジタル画像であり、デジタル画像相関法を用いて変形後の最大主ひずみを算出する。
前記デジタル画像相関法は、ひずみによる変形の前後に取得したデジタル画像の輝度値の分布に基づいて、コンクリート上の移動量を算出し最大主ひずみに変換する方法である。
具体的には、以下の計算過程を経てひずみを算出する。
（i）変形前のデジタル画像において、任意の位置を中心とするサブセット内の輝度値分布を求める。
（ii）変形後のデジタル画像の輝度値分布と最も相関性が高い輝度値分布を有する、変形前のデジタル画像のサブセットを探索し、その中心点を着目点が変位した後の位置として捉えて、着目点から該中心点へ変位した量を算出し、さらに該変位した量を最大主ひずみに変換する。なお、変形前後のサブセットの相関性は、下記（１）式の相関係数Ｒを用いて表す。
2019074339.tif 000003
ただし、実際は、矩形に設定した変形前のサブセットに対し、変形後のデジタル画像そのものが変形しているため、サブセットが矩形にならない場合がある。この場合、これを補正するため、サブセット内部において変位勾配が一定と仮定して、変形前後の座標(x,y)および(x*,y*)には下記（２）式を用いる。
2019074339.tif 000004
以上の計算は、市販の画像解析用ソフトウエア（例えば、digital：Correlated solutions社製）を用いて行なうことができる。
【００１４】
次に、本発明で用いる、コンクリートの劣化の要因を検知するための基準を以下に記す。
（ａ）後掲の図７に示すように、亀甲状の模様が出現した部分は、アルカリシリカ反応（ＡＳＲ）として検知する。また、模様の線部はより大きいプラス（膨張）のひずみを示し、基質部（模様以外の部分）も全体的にプラス（膨張）のひずみを示す。
（ｂ）後掲の図８に示すように、骨材部分を除いて全体的に一様な模様が出現した場合は、エトリンガイトの遅延生成として検知する。また、骨材の部分はひずみを示さないが、その他のペースト部分またはモルタル部分は全体的にプラス（膨張）のひずみを示す。なお、図８では骨材が露出しているため前記判定となるが、骨材が露出していない実構造物ではコンクリート表面のペースト部分またはモルタル部分は、取得した画像全体において全体的なプラス（膨張）のひずみを示す。
（ｃ）後掲の図９に示すように、斑点状の模様が出現した場合は、凍結融解として検知する。また、斑点の部分は大きいプラス（膨張）のひずみを示す。斑点以外の部分は、コンクリートの配合条件や設置条件により、ひずみはプラス（膨張）やマイナス（収縮）になるため、劣化の検知には使えない。
（ｄ）後掲の図１０に示すように、鉄筋が存在しない箇所に線状の模様、または、構造物の柱若しくは梁等の部材に対して斜め方向の線状の模様が出現した場合は、乾燥収縮として検知する。なお、構造物において鉄筋の存在しない箇所は、図面や電磁波レーダー等の既存の方法を用いて事前に確認できる。さらに、柱または梁等の部材に対する斜め方向の模様は、各部材に対する角度を限定するものではない。また、模様の線部はプラス（膨張）のひずみを示し、基質部は全体的にマイナス（収縮）のひずみを示す。
（ｅ）鉄筋の直上（鉄筋のかぶりの部分）に線状の模様が出現した場合は、鉄筋の腐食として検知する。なお、鉄筋位置は、構造物の図面や電磁波レーダー等の既存の方法を用いて事前に確認できる。また、模様の線部はプラス（膨張）のひずみを示し、その他の部分は、コンクリートの配合条件や設置条件により、ひずみはプラス（膨張）やマイナス（収縮）になるため、劣化の検知には使えない。
なお、［図面］欄に掲載した白黒の図（写真）では、ひずみのプラス（膨張）とマイナス（収縮）が判別できないため、別途、ひずみのプラスとマイナスが判別できるカラー写真を上申する。
また、各種の劣化の要因を検出するにあたり、コンクリートのデジタル画像を取得する対象として、表１に示す画像取得場所や具体例を選択すれば、劣化現象をより効率よく検知できる。
【００１５】
【表１】
2019074339.tif 000005
【００１６】
以上のように、本発明のコンクリートの劣化の早期検知方法は、コンクリートの各種の劣化の要因を早期に検知できるため、早期に劣化の対策をとることができ、コンクリートの維持管理や延命に寄与することができる。
【実施例】
【００１７】
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
１．使用材料とコンクリート（試験体）の配合
表２に使用材料を示し、表３にコンクリートの配合を示す。
表３中の配合Ｎｏ．１〜４は以下の目的（意図）を有する。
（１）No.1はアルカリシリカ反応用試験体の配合である。アルカリシリカ反応の発生促進のため、セメント由来のアルカリ量を含めて、R2O量が8.6kg/m3となるようNaOHを練混水に溶解して用いた。No.1で用いたセメントは普通ポルトランドセメントで、目標空気量は表３に示す。
（２）No.2はエトリンガイトの遅延生成用試験体の配合である。エトリンガイトの遅延生成の発生促進のため、SO3量が2質量％になるようK2SO4を添加した。No.2で用いたセメントは早強ポルトランドセメントで、目標空気量は表３に示す。
（３）No.3は凍結融解用試験体の配合である。No.3で用いたセメントは普通ポルトランドセメントで、目標空気量は表３に示す。
（４）No.4は乾燥収縮用試験体の配合である。乾燥収縮の進行促進のため、単位水量300kg/m3、W/C60%の貧配合のコンクリートから粗骨材を除いた。また、ブリーディングの抑制のため、細骨材に代えて石灰石微粉末を用いた。No.4で用いたセメントは普通ポルトランドセメントである。なお、石灰石微粉末も表３中でＳと表記した。
【００１８】
【表２】
2019074339.tif 000006
【００１９】
【表３】
2019074339.tif 000007
【００２０】
２．試験体の作製
No.1〜No.3の配合を用いて、図１に示す縦４００ｍｍ、横４００ｍｍ、厚さ３００ｍｍのブロック状のコンクリートを作製した後、表４に示す条件で該コンクリートを養生した。この養生後、該コンクリートから厚さ５０ｍｍの版体を切り出し、測定面を研磨して、それぞれ、アルカリシリカ反応用試験体、エトリンガイトの遅延生成用試験体、および凍結融解用試験体を作製した。なお、No.3の配合を用いた凍結融解用試験体は、前記研磨した後、さらに、図４に示すように測定面を除く５面をアルミテープで被覆して作製した。
また、No.4の配合を用いた乾燥収縮用試験体は、実構造物においてコンクリートが拘束された状態を模擬するために、図５に示す拘束型枠にモルタルを打設した後、打設したままの状態で、20℃、相対湿度80%で3日間養生し、底面のみ脱型した後、続けて、20℃、相対湿度80%で2日間養生して試験体を作製した。
【００２１】
【表４】
2019074339.tif 000008
【００２２】
【表５】
2019074339.tif 000009
【００２３】
３．試験体のデジタル画像の取得と最大主ひずみの分布
試験体のデジタル画像は、前記の前養生（２回目）の終了直後を基長として、基長時、および図７〜１０に示す各期間において、図６に示すラインセンサタイプのデジタル画像取得用スキャナー（全視野ひずみ計測装置）を用いて、図３および４に示す範囲を走査して取得した。なお、温度によるひずみ変化と、水分の影響による輝度値の変化を避けるため、画像を取得する前に、２０℃、相対湿度６０％の環境下で、２０時間以上、試験体を保管した。
次に、最大主ひずみの分布の算出は、取得したデジタル画像を用いて、デジタル画像相関法により解析し、下記（i）と（ii）の計算過程を経て、試験体の表面における最大主ひずみの分布を算出した。ここで算出した最大主ひずみの分布を
（i）基長時と促進養生した後の試験体のデジタル画像上で、任意の位置を中心としてサブセット内の輝度値分布を求めた。
（ii）促進養生した後の試験体のデジタル画像の輝度値分布と最も相関性が高い輝度値分布を有する、乾燥前の試験体のデジタル画像のサブセットを探索し、その中心点を着目点が移動（変位）した後の位置として捉えて、着目点から該中心点へ移動した距離（変位量）を算出し、さらに該移動した距離を最大主ひずみに変換した。図７〜１０に最大主ひずみの分布を示す。
また、参考例として、前記試験体の全体の長さ変化を把握するため、図３に示すように、打込み面を除く試験体の残り３つの側面にコンタクトゲージ用チップを取り付けて、ＪＩＳ  Ａ  １１２９−２「モルタル及びコンクリートの長さ変化測定方法−第２部：コンタクトゲージ方法」に準拠して、表５に示す各期間において、前記試験体の全体の長さ変化を測定して、その平均値を求めた。その結果を表５に示す。
【００２４】
図７の右端の図に示すように、アルカリシリカ反応では、ひび割れが発生する前でも、最大主ひずみの分布の像において亀甲状の模様が出現した。また、全体的にプラス（膨張）のひずみを示し、さらに模様の線の部分はより大きいプラスのひずみを示した。
また、図８に示すようにエトリンガイトの遅延生成では、骨材部分を除いて全体的に一様な模様が出現した。また、骨材の部分はひずみを示さないが、その他のペースト、あるいはモルタルからなる部分は全体的にプラス（膨張）のひずみを示した。なお、局所的な点状の大きいプラスのひずみはノイズである。
また、図９に示すように凍結融解では、スケーリングやポップアウト等の劣化現象が生じる前に斑点状の高いひずみが出現した。なお、水平状に入る大きいプラスのひずみはノイズである。
さらに、図１０に示すように、乾燥収縮ではひび割れが発生する前に、構造物の柱または梁等のコンクリートを拘束する部材に対していくつかの斜め線状の模様が出現した。また、模様の線部はプラス（膨張）のひずみを示し、他の基質部は全体的にマイナス（収縮）のひずみを示した。
【図１】
2019074339.tif 000010
【図２】
2019074339.tif 000011
【図３】
2019074339.tif 000012
【図４】
2019074339.tif 000013
【図５】
2019074339.tif 000014
【図６】
2019074339.tif 000015
【図７】
2019074339.tif 000016
【図８】
2019074339.tif 000017
【図９】
2019074339.tif 000018
【図１０】
2019074339.tif 000019