(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート構造物のはく落予測診断方法であって、
赤外線カメラを用いて前記コンクリート構造物表面の赤外線熱画像を撮影するとともに、撮影時の表面付近の外気温を計測するステップと、
前記赤外線熱画像および前記計測した前記外気温に基づいて、健全部とはく離部との間における温度差としてのはく離部温度差（ΔＴ）と、健全部の表面温度と前記外気温との差としての測定温度環境（Ｔe）を算出するステップと、
前記算出した測定温度環境（Ｔe）に対する前記算出したはく離部温度差（ΔＴ）との比率としての温度環境係数（ｋ）を算出するステップと、
前記算出した温度環境係数（ｋ）に応じて、はく落危険度（Ｄs）を算出するステップとを含むコンクリート構造物のはく落予測診断方法。
【請求項２】
前回算出したはく落危険度（Ｄs1）と、今回算出したはく落危険度（Ｄs2）とを比較して、はく落時期（ｔs）を算出するステップと
を含む請求項１記載のコンクリート構造物のはく落予測診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、橋梁、高架、ビルディングのようなコンクリート構造物の剥落予測診断方法に関し、特に、赤外線カメラで撮影される熱画像を用いて、コンクリート構造物からかぶりコンクリートが剥落する危険度を予測する診断方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
橋梁、高架、ビルディングのようなコンクリート構造物（以下、適宜、単に「構造物」という）中の鉄筋が腐食すると膨張圧が発生し、かぶりコンクリートにひび割れが生じることが知られている。ひび割れは、劣化の加速や美観・景観の点で問題となるだけでなく、かぶりコンクリートのはく落による第三者被害や耐力低下の原因となる。  
【０００３】
近年、多くの構造物が老朽化している中で、効率的な維持管理を実現するための非破壊検査手法が盛んに研究されている。中でも赤外線サーモグラフィは、はく離ひび割れの診断に適した手法であり、非接触で広範囲な点検が可能であることから構造物への適用事例は増加している。
【０００４】
赤外線カメラを用いた赤外線調査では、赤外線カメラを用いて、被写体から放出される赤外線帯域のエネルギーを検出し、検出したエネルギーを温度に変換して温度分布の画像データを生成する。この温度分布の２次元画像を熱画像又はサーモグラフィ画像と称する。赤外線調査の一例は、例えば下記特許文献１、２に開示されている。
【０００５】
構造物は外気や太陽光の影響を受けて構造物外部から内部への吸熱と構造物内部から外部への放熱を繰り返す。吸熱と放熱の際に空洞部を伴う不具合箇所は断熱層として機能するため、不具合箇所で熱移動は遮断される。その結果、不具合が有る部分と不具合が無い部分との間で温度差が生じ、赤外線の放射率に差が生ずる。こうした状態のときに赤外線カメラで構造物の熱画像を撮影すると、不具合が有る部分と不具合が無い部分は相違する色で表示される。このとき不具合が有る部分は不具合が無い部分の中に局所的に表示される。このように周囲と異なる色の部分を異常部と称し、それ以外の部分を健全部と称する。熱画像を観察して異常部が存在するか否かを判定することで、構造物内部の不具合の有無を判定でき、さらには不具合の位置を判別できる。赤外線調査は外観の観察では解らない構造物内部の不具合の有無を判定でき損傷を予防できるという利点を有する。
【０００６】
赤外線サーモグラフィによるはく離検知では、はく離部の空気層がコンクリート内部で発生した熱流を遮断する性質を利用して、表面温度分布からはく離領域を特定する。
【０００７】
赤外線サーモグラフィの測定手法は、日射や気温変化により生じた熱流を利用するパッシブ法と強制加熱あるいは強制冷却により人工的に発生させた熱流を利用するアクティブ法の２種類に大別される。
【０００８】
アクティブ法はパッシブ法に比べ環境要因による制約の少ない手法である。しかし、測定対象箇所を逐一加熱または冷却する必要があり、点検効率ではパッシブ法に劣る。一方、パッシブ法による測定結果は季節や天候、撮影地域の違いによる日射量や気温変化、風速・風向などの影響を受ける。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−１４０６２２号公報
【特許文献２】特開２００６−３２９７６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
コンクリート構造物の維持管理における調査診断では、はく離部を検知するだけでなく、はく落の危険性を評価することが、補修工法の選定などのためには重要である。
しかしながら、赤外線サーモグラフィを用いて、はく落の危険性を定量評価する手法は、未だ存在していない。
【００１１】
そこで、本発明は、特に、点検効率の高いパッシブ法によって、赤外線カメラで構造物を撮影し、撮影された熱画像を用いて、構造物から、かぶりコンクリートが剥落する危険度を定量評価する予測診断を行えるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第１発明は、コンクリート構造物のはく落予測診断方法であって、
赤外線カメラを用いて前記コンクリート構造物表面の赤外線熱画像を撮影するとともに、撮影時の表面付近の外気温を計測するステップと、
前記赤外線熱画像および前記計測した前記外気温に基づいて、健全部とはく離部との間における温度差としてのはく離部温度差（ΔＴ）と、健全部の表面温度と前記外気温との差としての測定温度環境（Ｔe）を算出するステップと、
前記算出した測定温度環境（Ｔe）に対する前記算出したはく離部温度差（ΔＴ）との比率としての温度環境係数（ｋ）を算出するステップと、
前記算出した温度環境係数（ｋ）に応じて、はく落危険度（Ｄs）を算出するステップと
を含むコンクリート構造物のはく落予測診断方法であることを特徴とする。
【００１３】
第２発明は、第１発明において、
前回算出したはく落危険度（Ｄs1）と、今回算出したはく落危険度（Ｄs2）とを比較して、はく落時期（ｔs）を算出するステップと
を含むコンクリート構造物のはく落予測診断方法であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、特に点検効率の高いパッシブ法によって、赤外線カメラで構造物を撮影し、撮影された熱画像を用いて、構造物から、かぶりコンクリートがはく落する危険度を定量評価する予測診断を行うことができ、かぶりコンクリートのはく落による第三者被害や耐力低下を確実に防止できるとともに、補修工法の選定などを適切に行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、コンクリート構造物のはく落予測診断方法をフローチャートである。
【図２】図２は、赤外線カメラにてコンクリート構造物２の表面の赤外線熱画像を撮影する様子を示す図である。
【図３】図３（ａ）、（ｂ）は、赤外線熱画像を例示する図で、図３（ａ）は、供試体Ｃ２０Ｄ１９−１の熱画像であり、図３（ｂ）は、供試体Ｃ４０Ｄ１９−１の熱画像である。
【図４】図４は、図３に示す赤外線画像の中央ラインＡ〜Ｂにおける温度プロファイルを示す図で、供試体Ｃ２０Ｄ１９−１（劣化レベルSTEP３）の温度プロファイルを示す図である。
【図５】図５は、測定温度環境Ｔeと、はく離部温度差ΔＴと、温度環境係数ｋとの関係を示した図である。
【図６】図６は、算出した温度環境係数ｋと、はく落危険度Ｄsとの関係を示した図である。
【図７】図７は、赤外線カメラの性能を示す図である。
【図８】図８（ａ）は、弾性体挿入本数１本の場合の供試体の概要を示す図で、図８（ｂ）は、弾性体挿入本数２本の場合の供試体の概要を示す図である。
【図９】図９は、載荷装置の概要を示す図である。
【図１０】図１０（ａ）は、はく離ひび割れの概念図で、図１０（ｂ）は、曲げひび割れと水平ひび割れの概念図である。
【図１１】図１１は、供試体のかぶり鉄筋径比Ｃ／Ｄおよび想定される破壊形態を示す表である。
【図１２】図１２は、使用材料の熱特性を示す表である。
【図１３】図１３は、はく離ひび割れ顕在直前の熱画像を示す図である。
【図１４】図１４は、はく離ひび割れ顕在直前の中央ラインプロファイルを示す図である。
【図１５】図１５は、載荷開始直後の中央ラインプロファイルを示す図である。
【図１６】図１６は、はく離ひび割れ顕在直前の差分プロファイルを示す図である。
【図１７】図１７は、はく離部温度差と半径変化量の関係を示す図である。
【図１８】図１８は、はく離ひび割れ顕在時の半径変化量とはく離部温度差の関係を示した表である。
【図１９】図１９（ａ）、（ｂ）は、供試体Ｃ２０Ｄ１３がはく落にいたるまでの変状を示す画像である。
【図２０】図２０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、供試体Ｃ３０Ｄ１３がはく落にいたるまでの変状を示す画像である。
【図２１】図２１は、浮き音確認以降の熱画像の一例を示す図である。
【図２２】図２２は、浮き音確認以降の差分プロファイルの一例を示す図である。
【図２３】図２３は、はく離部温度差とはく落危険度の関係を示す図である。
【図２４】図２４（ａ）、（ｂ）は荷重保持弁のメカニズムを示す図である。
【図２５】図２５は、測定温度環境の概略図である。
【図２６】図２６は、はく離ひび割れ供試体Ｃ２０Ｄ１９−１の各劣化レベルにおける劣化性状を示す表である。
【図２７】図２７は、はく離ひび割れ供試体Ｃ２０Ｄ１９−２の各劣化レベルにおける劣化性状を示す表である。
【図２８】図２８は、水平ひび割れ供試体Ｃ４０Ｄ１９−１の各劣化レベルにおける劣化性状を示す表である。
【図２９】図２９は、水平ひび割れ供試体Ｃ４０Ｄ１９−２の各劣化レベルにおける劣化性状を示す表である。
【図３０】図３０は、水平ひび割れ供試体Ｃ４０Ｄ１９−１（劣化レベルSTEP３）の中央ラインプロファイルを示す図である。
【図３１】図３１は、水平ひび割れ供試体Ｃ４０Ｄ１９−１（劣化レベルSTEP３）の上端ラインプロファイルを示す図である。
【図３２】図３２は、水平ひび割れ供試体Ｃ４０Ｄ１９−１（劣化レベルSTEP３）の差分プロファイルを示す図である。
【図３３】図３３は、はく離ひび割れ供試体Ｃ２０Ｄ１９−１を量子型カメラで撮影したときのはく離部温度差と測定温度環境の関係を示す図である。
【図３４】図３４は、水平ひび割れ供試体Ｃ４０Ｄ１９−１を量子型カメラで撮影したときのはく離部温度差と測定温度環境の関係を示す図である。
【図３５】図３５は、測定温度環境３．０℃におけるはく離部温度差データの分布を示した表である。
【図３６】図３６は、供試体Ｃ２０Ｄ１９−１（劣化レベルSTEP３）のはく離部温度差の分布を示す図である。
【図３７】図３７は、供試体Ｃ４０Ｄ１９−１（劣化レベルSTEP３）のはく離部温度差の分布を示す図である。
【図３８】図３８は、はく落危険度と測定温度環境の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明に係るコンクリート構造物のはく落予測診断方法の実施の形態について説明する。
【００１７】
図１は、コンクリート構造物のはく落予測診断方法をフローチャートで示している。
【００１８】
図２は、赤外線カメラ１にてコンクリート構造物２の表面の赤外線熱画像を撮影する様子を示す。
【００１９】
まず、赤外線カメラ１を用いてコンクリート構造物（たとえば高架）２の表面２ａの赤外線熱画像を撮影するとともに、撮影時の表面２ａ付近の外気温Ｔexを計測する。
【００２０】
図３（ａ）は、赤外線熱画像３を例示する（ステップ１０１）。
【００２１】
つぎに、赤外線熱画像３および計測した外気温Ｔexに基づいて、健全部とはく離部との間における温度差としてのはく離部温度差ΔＴと、健全部の表面温度Ｔcと外気温Ｔexとの差Ｔc−Ｔexとしての測定温度環境Ｔe（＝Ｔc−Ｔex）を算出する。
【００２２】
図４は、図３（ａ）に示す赤外線画像３の中央ラインＡ〜Ｂにおける温度プロファイルを示す。
【００２３】
図４において、はく離部温度差ΔＴ（℃）は、たとえば、健全部の温度Ｇとはく離部の温度Ｆとの差として、次式、
ΔＴ＝Ｇ（健全部の温度）−Ｆ（はく離部の温度）  （１）
で表される。また、測定温度環境Ｔe（℃）は、健全部の表面温度Ｔcと外気温Ｔexとの差として、次式、
Ｔe＝Ｔc−Ｔex  （２）
で表される（ステップ１０２）。
【００２４】
つぎに、算出した測定温度環境Ｔeに対する算出したはく離部温度差ΔＴとの比率としての温度環境係数ｋを算出する。図５は、測定温度環境Ｔeと、はく離部温度差ΔＴと、温度環境係数ｋとの関係を示し、温度環境係数ｋは、次式、
ｋ＝ΔＴ／Ｔe  （３）
で表される（ステップ１０３）。
【００２５】
つぎに、算出した温度環境係数ｋに応じて、はく落危険度Ｄsを算出する。
【００２６】
図６は、算出した温度環境係数ｋと、はく落危険度Ｄsとの関係を示し、はく落危険度Ｄsは、次式、
Ｄs＝１．２３×ｋ  （４）
で表される。はく落危険度Ｄsが大きい値を示すほど、構造物のはく離による劣化が進行していることを示し、かぶりコンクリートがはく落する危険度が高くなる（ステップ１０４）。
【００２７】
さらに、図６において、前回算出したはく落危険度Ｄs1と、今回算出したはく落危険度Ｄs2とを比較して、はく落時期ｔsを算出する。
【００２８】
たとえば、ｔ前の点検結果によるはく落危険度がＤs1で、本年度の点検結果によるはく落危険度がＤs2であったとすると、次式によりはく落時期はｔs年後であることが求まる。
ｔs＝｛（１−Ｄs2）／（Ｄs2−Ｄs1）｝×ｔ  （５）
（ステップ１０５）。
【００２９】
以上のように、構造物２から、かぶりコンクリートがはく落する危険度を定量評価する予測診断を行うことができ、かぶりコンクリートのはく落による第三者被害や耐力低下を確実に防止できるとともに、補修工法の選定などを適切に行うことができるようになる。
【００３０】
以下、本発明のために行った実験結果を説明し、本発明を詳細に説明する。
【００３１】
赤外線カメラ１は、検出素子の動作原理の違いにより量子型カメラと熱型カメラの２種類に大別される。一般に、量子型カメラの測定波長は短波長帯で、熱型カメラの測定波長は長波長帯である。赤外線サーモグラフィは、測定波長帯によってノイズの影響が異なり、短波長帯では太陽反射や日なたと日陰の混在によるノイズの影響を受けやすく、長波長帯では天空や対面建造物等の低温から常温の物体の反射の影響を受けやすいことが報告されている。そのため通常、量子型カメラは夜間撮影で、熱型カメラは昼間撮影で用いられる傾向にある。しかし、図７のように量子型カメラと熱型カメラでは感度や応答速度など他の性能にも違いがあり、両者の測定結果を同等に扱うのは適切でない。
【００３２】
コンクリート構造物の維持管理における調査診断でははく離部を検知するだけでなく、はく落の危険性を評価することが、補修工法の選定などのためには重要である。
【００３３】
本発明は、特に、点検効率の高いパッシブ法によってはく落の危険性を定量評価することを目標とし、鉄筋腐食膨張圧模擬実験による各損傷段階の供試体に対して赤外線サーモグラフィ測定を行った。 また、量子型カメラと熱型カメラの両方の測定結果を比較検討することで、汎用性の高い評価手法の提案を試みた。
【００３４】
図８（ａ）、（ｂ）のように、寸法４００×４００×１５０ｍｍの角型供試体２００に鉄筋２０１を直交配筋し、供試体２００の中央には鉛直方向の鉄筋２０１と概ね同径の円柱空洞２０３を設ける。円柱空洞２０３に設置する弾性体２０４は、弾性係数１．３９Ｎ/ｍｍ2、ポアソン比０．４９のシリコンゴムを成形して作製し、コンクリートの打込み後に位置決め治具を用いて円柱空洞２０３の中央区間に設置した。弾性体２０４には、十分な潤滑油を塗布して挿入しており、弾性体２０４とコンクリートあるいは鉄筋２０１の摩擦は小さいと考えられる。弾性体２０４の両端には円柱空洞２０３と同径の鋼棒２０５（図９）を挿入した。
【００３５】
載荷の様子を図９に示す。
【００３６】
載荷はシャフト２０６をモータ２０７で降下させることにより行い、変位計２０８、ロードセル２０２にて鉛直変位、鉛直荷重を測定した。載荷は鉛直変位で制御し、シャフトの２０６の降下速度を０．０１ｍｍ/ｓとした。
【００３７】
得られた鉛直変位(ｄＬ)および鉛直荷重(Ｐ)は、次式（１１）、（１２）により、半径変化量(ｄｒ)および内圧(Ｐi)に変換することができる。
【数１】
0006413058.tif 000002
ここで、ｄＬ：鉛直変位（ｍｍ）、Ｐ：鉛直荷重（Ｎ）、Ｅ：弾性体２０４の弾性係数（Ｎ／ｍｍ2）、ν：弾性体２０４のポアソン比、ｐi：内圧（Ｎ／ｍｍ2），ｄｒ：半径変化量（ｍｍ）、ｒ0：弾性体２０４の元半径（ｍｍ）、Ｌ0：弾性体２０４の元長（ｍｍ）とする。
【００３８】
図１０は、ひび割れの概念を示す。図１０（ａ）は、はく離ひび割れを示し、図１０（ｂ）は、曲げひび割れと水平ひび割れを示す。
【００３９】
かぶりＣ、鉄筋２０１の径Ｄ、鉄筋２０１の間隔、弾性体２０４の長さ、弾性体２０４の挿入本数を実験要因として鉄筋腐食膨張圧模擬実験を行うと、最大内圧付近で供試体２００の表面に軸方向ひび割れが発生する場合が多いことや、かぶり鉄筋径比（Ｃ／Ｄ）の違いにより最大内圧到達後、内圧が下がる領域で破壊形態が異なることなどがわかっている。また、かぶり鉄筋径比Ｃ／Ｄが２．１より小さい場合では、はく離ひび割れが発生し、かぶり鉄筋径比Ｃ／Ｄが２．１より大きい場合では、押し出し破壊による曲げひび割れがかぶり表面に発生し、内部では鉄筋間をつなぐ形で水平ひび割れが発生することもわかっている。
【００４０】
そこで、これらの過去の実験結果をもとに、かぶり、鉄筋２０１の径、鉄筋２０１の間隔、弾性体２０４の長さ、弾性体２０４の挿入本数の選定を行った。
【００４１】
供試体２００の鉄筋間隔Ｌp＝１５０ｍｍ、弾性体２０４の長さ１００ｍｍ、弾性体２０４の挿入本数を１本とした。実験要因は、かぶりＣ（１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍの３種類）、鉄筋２０１の径Ｄ（Ｄ１３、Ｄ１９の２種類）とし、各要因につき１体ずつ作製した。なお、供試体名は、かぶりＣと鉄筋２０１の径Ｄの組み合わせ（たとえばＣ１０Ｄ１９）で表すこととし、各供試体２００のかぶり鉄筋径比Ｃ／Ｄおよび想定される破壊形態を、図１１に示す。なお、たとえば「Ｃ１０Ｄ１９」は、かぶりＣが１０ｍｍで、鉄筋径Ｄが１９ｍｍの供試体２００のことである。
【００４２】
使用したコンクリートの水セメント比は、６２％、材齢４０日での圧縮強度は２８．３Ｎ／ｍｍ2、引張強度は，３．０３Ｎ／ｍｍ2であった。
【００４３】
本実験では，環境要因の影響を受けにくい実験室内で、夜間測定を想定した熱流の再現を試みた。別室（２５℃程度）で養生した供試体２００を２０℃に設定した実験室の載荷装置に設置し、載荷と同時に測定を開始した。測定中は供試体２００の表面温度が実験室温より約３℃程度高くなるように背面から熱源（ホットカーペット）で加熱した。
【００４４】
前述の図７に示す量子型の赤外線カメラ１を用いて、供試体２００から約４ｍ離れた地点から２０秒間隔で測定を行った。熱拡散の影響を考慮するため、はく離の影響が表面に現れるまで、適宜載荷を停止させた。また、打音検査による浮き音の有無も調べた。
【００４５】
使用材料の熱特性を図１２に示す。弾性体２０４や鋼棒２０５の熱特性はコンクリートと異なるが、弾性体２０４や鋼棒２０５が赤外線画像に与える影響はほとんどないことが既に確認されている。
【００４６】
供試体Ｃ１０Ｄ１９のはく離ひび割れがかぶり表面に現れる直前（以下、剥離ひび割れ顕在直前と記す）の熱画像３を図１３に示し、同図１３のＡ−Ｂライン上（供試体２００の中央）の温度プロファイル（以下、中央ラインプロファイルと呼ぶ）を図１４に示す。
【００４７】
図１３、図１４を見ると、はく離の影響により中央部に温度低下が見られる。しかし、側面からの熱の散逸による影響と考えられる供試体２００の表面の温度勾配（以下、温度ムラと記す）が現れており、図１３、図１４では供試体２００の表面中央部では、温度が高く、側面に近づくにつれて温度が低くなっている。そのため、はく離の影響による温度低下を正確に評価できない可能性が考えられる。
【００４８】
そこで載荷開始直後の中央ラインプロファイルを調べると同様に温度ムラが現れていた（図１５）。これは供試体２００の寸法が小さかったためによるものだと考えられ、熱の散逸が起こりうる可能性のある境界部が十分離れる実構造物２では問題にならないと考えられる。そこで評価する熱画像の中央ラインプロファイルから載荷開始直後の中央ラインプロファイルを差分すると（以下、差分プロファイルと呼ぶ）、図１６のように温度ムラの影響を受けずにはく離による温度低下の影響を評価できることがわかった。
【００４９】
差分プロファイルにおいて、
ΔＴ（はく離部温度差）＝Ｇ１（健全部の差分温度）−Ｆ１（はく離部の差分温度）（例えば図１６においてＧ１ −Ｆ１の値）とし、熱画像３の評価に、はく離部温度差ΔＴを用いて検討を行った。
【００５０】
本実験では、すべての供試体２００において、図１１に示した破壊形態が確認された。
図１７は、はく離部温度差ΔＴを半径変化量ｄｒごとに整理した結果である。供試体Ｃ３０Ｄ１３はシャフト２０６のストロークが足りなかったため、変位が計測できた範囲のみのデータを掲載している。図１７を見ると、半径変化量ｄｒが増加するにつれて、はく離部温度差ΔＴも大きくなっていく様子が見られ、いずれの供試体２００もはく落前にははく離部温度差ΔＴが急激に上昇し、１．０℃以上にまで大きくなっていることがわかる。
【００５１】
図１８は、はく離ひび割れ顕在時の半径変化量ｄｒとはく離部温度差ΔＴの結果を整理したものである。ただし供試体Ｃ３０Ｄ１３については表面にはく離ひび割れが現れなかったため、打音による浮き音確認時点での半径変化量ｄｒとはく離部温度差ΔＴを示している。
【００５２】
図１８を見ると、かぶりとはく離ひび割れ顕在時のはく離部温度差ΔＴに特に相関は見られなかった。この原因として、熱流の移動に時間がかかるため、短時間で行う本実験では実構造物２よりもはく離部温度差ΔＴが小さいことや、供試体２００によって周辺の空気と供試体２００の温度差が違うことなどが考えられる。
【００５３】
本実験では、供試体Ｃ３０Ｄ１３のみ他とは異なり、曲げひび割れと水平ひび割れが生じる破壊形態となった。
【００５４】
図１９、図２０に、はく落に至るまでの供試体Ｃ２０Ｄ１３と供試体Ｃ３０Ｄ１３の変状を示す。
【００５５】
図１９（ａ）、（ｂ）は、供試体Ｃ２０Ｄ１３の変状を示し、図２０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、供試体Ｃ３０Ｄ１３の変状を示す。
【００５６】
供試体Ｃ３０Ｄ１３以外の供試体２００については、はく離ひび割れが発生・進展した後、はく離ひび割れに沿ったはく落に至り、差分プロファイルにもはく離部と健全部に明白な温度差が見られた。一方、供試体Ｃ３０Ｄ１３では、はく離ひび割れは発生せず、複数本の曲げひび割れが発生し、載荷終了時は、図２０（ｂ）のように曲げひび割れと側面に貫通した水平ひび割れに沿って部分的なはく落が発生した。さらにはく落しなかった表面をハンマーで叩くと図２０（ｃ）のような広範囲のはく落が見られ、供試体２００の左下の部分にも水平ひび割れが進展している様子が確認された。
【００５７】
はく離ひび割れや水平ひび割れが熱画像３上で面的に現れるのに対し、曲げひび割れは線的に現れる。図２１は、浮き音確認以降の供試体Ｃ３０Ｄ１３の熱画像３の一例であるが、図２１を見ると、供試体２００の下部に曲げひび割れが線的に現れていることがわかる。しかし、実構造物２で適用する場合には遠方から測定を行うため、曲げひび割れを熱画像３上で検知することは困難であると考えられる。そのため、曲げひび割れと水平ひび割れが発生する場合には水平ひび割れを評価することではく落予測を行う手法が現実的である。
【００５８】
以降、供試体Ｃ３０Ｄ１３のように曲げひび割れと水平ひび割れが発生する場合では、はく離部温度差ΔＴは、水平ひび割れによるはく離部と健全部の温度差で評価する。
【００５９】
図１７には変位計測が行えた劣化段階までしかデータを掲載していないが、供試体Ｃ３０Ｄ１３では、浮き音確認以降も熱画像３や差分プロファイルでは、はく離部と健全部の判別が困難であり（図２１、図２２（浮き音確認以降の差分プロファイル））、はく離部温度差ΔＴの上昇はほとんど見られなかった。浮き音が確認されているにもかかわらず、赤外線サーモグラフィ測定では、内部に発生している水平ひび割れを正確に評価できなかった。はく離ひび割れが発生する場合は、劣化の進行とともにひび割れがかぶり面に近づくのに対し、水平ひび割れが発生する場合では、劣化が進行してもひび割れがかぶり面に近づかない。そのため、はく離ひび割れが発生した他の供試体２００に比べ、供試体Ｃ３０Ｄ１３は、はく離部として表面に温度差が現れるのに必要な時間が長いと考えられる。水平ひび割れの影響が表面に現れるまでの時間に比べ、弾性体実験の載荷速度が速かったため、水平ひび割れを正確に評価できなかったと考えられる。また、本実験では供試体２００の表面温度と実験室温の温度差が約３．０℃となるように設定したが、水平ひび割れを検知するのに必要な供試体２００の内部の熱流量が不十分であった可能性も考えられる。
鉄筋腐食膨張圧模擬実験により得られた半径変化量ｄｒは、次式（１３）、（１４）により腐食量に換算できることが知られている。
【数２】
0006413058.tif 000003
【００６０】
ここで、Ｗloss： 換算腐食減量、 ρ： 鉄の比重(７．８５ｍｇ/ｍｍ3)、Δｒ：腐食による鉄筋断面半径減少量（ｍｍ）、γ：腐食膨張倍率（２．５倍）とする。
【００６１】
しかし、鉄筋腐食膨張圧模擬実験により算出される腐食減量は、電食実験などの実際に鉄筋を腐食させる実験の結果に比べると大きい傾向にある。この原因としては、弾性体２０４の膨張は周方向に均一に膨張すると仮定しているが、実構造物２ではかぶり表面に近い部分の腐食が進行することや、使用した弾性体２０４の弾性係数が錆層に比べて小さかったために必要な膨張量が大きくなったこと、などが考えられる。
【００６２】
半径変化量ｄｒは鉄筋腐食膨張圧模擬実験から得られる値であり、はく落に至るまでの劣化の程度を表すが、はく落時の半径変化量ｄｒはかぶりによって異なるため（図１７）、半径変化量ｄｒの値のみでは現場ではく落の危険性を評価するのは難しい。また最大内圧に到達するまでの半径変化ｄｒ量の値では膨脹圧による腐食ひび割れは発生しないことが知られている。そこで、換算腐食減量の代わりになる指標として、次式（１５）で表されるはく落危険度Ｄsを新たに提案する。
【数３】
0006413058.tif 000004
【００６３】
ここで、 ｄｒs：はく落時の半径変化量(ｍｍ)、ｄｒpi：最大内圧時の半径変化量(ｍｍ)とする。
【００６４】
はく落危険度では、はく落の危険性を０から１の間の値で示す。はく落危険度Ｄsで、はく離部温度差ΔＴを整理すると図２３のようになる。供試体Ｃ３０Ｄ１３は、はく落時の半径変化量ｄｒが不明なため、図には載せていない。図２３を見ると、ほとんどの供試体２００がはく落危険度Ｄsが０から１に達するまで同様の経路を通ることがわかる。実構造物２では図面には載っていない鉄筋がかぶり近傍に入っている場合もあるが、かぶりや鉄筋径が不明であっても、はく落危険度Ｄsでは劣化の程度を評価することができると考えられる。
【００６５】
すなわち、はく離部温度差ΔＴは、はく離部の形状や寸法の影響を受けるにも関わらず、はく離部温度差ΔＴから算出したはく落危険度Ｄsを用いることでこれらの影響を受けることなく、はく離の進行を評価することができる。
【００６６】
例えば、ｔ年前の点検結果によるはく落危険度がＤs1で、本年度の点検結果によるはく落危険度がＤs2であったとすると、前述の（５）式、
ｔs＝｛（１−Ｄs2）／（Ｄs2−Ｄs1）｝×ｔ
によりはく落時期は、ｔs年後であることが求まる。
【００６７】
実際の鉄筋腐食では腐食速度が一定でないため、正確にはく落時期を予測するためには、より多くの点検データを蓄積し、比較検討することが望ましい。また、はく落危険度Ｄsが０．８を超える場合ははく離部温度差ΔＴが急上昇するため、現場で用いる際には、はく落危険度Ｄsが０．８を超える時点で叩き落とし等の対策を講じるのが望ましいと考えられる。
【００６８】
このようにはく落危険度Ｄsは、はく落予測を行う上で非常に有用な指標であるが、水平ひび割れが発生する場合や供試体Ｃ１０Ｄ１３のようにはく落に至るまでの半径変化量ｄｒが小さい場合は経路が他と異なる可能性があるため、さらに検討する必要がある。また式（５）のように蓄積した点検結果を比較する場合には、できる限り同じ測定環境で行った結果と比較する必要がある。特に日射量や気温変化は赤外線画像３に与える影響が大きいと考えられるが、日射量は天候に、気温変化は時刻と日射量により左右されるため、同条件で点検データを蓄積するのは困難である。
【００６９】
そこで、次項では測定温度環境が熱画像３に与える影響について検討を行った。
測定温度環境Ｔe (℃)は、前述の(２)式、
Ｔe＝Ｔc−Ｔex  
で定義される。
【００７０】
ここで、Ｔc ：健全部のコンクリート表面温度(℃)、Ｔex：コンクリート表面付近の外気温(℃)とする。
【００７１】
実験要因を、破壊形態（はく離ひび割れ，水平ひび割れの２種類）とし，それぞれ２体ずつ作製した。なお、はく離ひび割れ供試体２００では，かぶりＣ＝２０ｍｍ、弾性体２０４の挿入本数を１本とし，水平ひび割れ供試体２００では，かぶりＣ＝４０ｍｍ、弾性体２０４の挿入本数を２本とした。鉄筋径Ｄ１９、鉄筋間隔Ｌp＝９０ｍｍ、弾性体２００の長さ１００ｍｍは共通である。使用したコンクリートの水セメント比は６０％、材齢４０日での圧縮強度は、２６．０Ｎ/ｍｍ2，引張強度は、２．８３Ｎ/ｍｍ2であった。
本実験では鉄筋腐食膨張圧再現実験により５段階の劣化レベル（最大内圧〜はく落の間の任意の５点）を模擬した。載荷により目標の劣化レベルが得られた時点で除荷し、載荷装置から取り外す。弾性体２０４の両端には荷重保持弁を設置し，載荷により生じた弾性体２０４の変形が除荷しても維持されるように工夫した。
【００７２】
荷重保持弁の作用メカニズムを図２４（ａ）、（ｂ）に示す。弁は挿入方向に移動させる場合には摩擦抵抗が小さく、挿入方向と反対方向に移動する場合には摩擦抵抗が大きい。そのため挿入方向のみ移動が可能で挿入方向と反対方向の力が作用しても移動することはない。弁の性能に関しては、短期間であれば、荷重が抜けず、ひび割れの進展も見られないことが既に確認されている。
【００７３】
後述する手法で赤外線サーモグラフィ測定を行った後、再び次の劣化レベルまで載荷を行う。以降これを繰り返し、５段階の劣化レベルにおいて赤外線サーモグラフィ測定を行った。また除荷する際にクラックスケールによる最大曲げひび割れ幅（最大軸方向ひび割れ幅）、レーザー変位計による最大浮き幅、および打音検査による浮き音の有無を計測した。 なお、最大浮き幅とはレーザー変位計により二次元的に走査し、測定した水平変位の最大値のことであり、最大はく離ひび割れ幅あるいは最大水平ひび割れ幅と概ね一致しているものとして考察を行った。
【００７４】
側面および背面を厚さ１２ｍｍの断熱材（発泡スチロール）で覆った供試体２００を別室（２８℃程度）で養生し、２０℃に設定した実験室に移動させてから測定を開始した。供試体２００の表面温度が実験室温とほとんど等しくなった時点で、供試体２００を屋外（２８℃程度）に移動させ、再び測定を行った。供試体２００の表面温度が外気温とほとんど等しくなった時点で測定を終了した。なお屋外測定は直接日射が当たらない地下１階で行い、センサ温度計により外気温を３０秒間隔で計測した。
【００７５】
測定温度環境の概略図を図２５に示す。
【００７６】
本実験では、図７に示す量子型カメラと熱型カメラを用いて測定を行った。測定は供試体２００から約５ｍ離れた地点から３０秒間隔で行った。また、コンクリート表面付近の温度は、断熱材の上方に設置したコンクリートの薄片をそれぞれの赤外線カメラ１で測定した温度を使用した。
【００７７】
各劣化レベルにおけるクラックスケールによる最大曲げひび割れ幅、レーザー変位計による最大浮き幅、および打音検査による浮き音の有無の計測結果を図２６〜図２９に示す。  なお、図２６〜図２９中の浮き音の欄では、浮き音が確認されなかった場合は×を、浮き音の判定が難しかった場合は△を、浮き音が確認された場合は○を記載している。
【００７８】
図２６〜図２９を見ると、はく離ひび割れ供試体（Ｃ２０Ｄ１９−１、Ｃ２０Ｄ１９−２）では、はく離ひび割れ発生までは軸方向ひび割れが進展するものの、はく離ひび割れ発生以降は軸方向ひび割れはほとんど進展せず、浮き幅が増大する傾向が見られた。一方、水平ひび割れ供試体（Ｃ４０Ｄ１９−１、Ｃ４０Ｄ１９−２）では軸方向ひび割れ発生後、供試体左側にはく離ひび割れ発生した。
【００７９】
かぶり鉄筋径比Ｃ/Ｄが２．１よりも大きい供試体２００でこのような結果が得られた理由として、２本の弾性体２０４に均一に荷重をかけられなったことが考えられる。しかし、はく離ひび割れと同時に曲げひび割れが複数本発生し、劣化レベルSTEP３ではひび割れが供試体２００の右側面に現れた。このことから供試体２００の右側では水平ひび割れが発生していると考えられる。さらにはく離ひび割れ発生後、表面に現れたはく離ひび割れはほとんど進展せず、曲げひび割れ幅と浮き幅がともに増大する傾向が見られた。
【００８０】
図３（ａ）、（ｂ）は、本実験で測定された熱画像３の一例（劣化レベルSTEP３、Ｔe＝−３．０℃、量子型カメラ）である。図３（ａ）は、供試体Ｃ２０Ｄ１９−１の熱画像３であり、図３（ｂ）は、供試体Ｃ４０Ｄ１９−１の熱画像３である。供試体Ｃ２０Ｄ１９−１のはく離ひび割れ供試体２００では、図４のように温度ムラによる影響も少なく、中央ラインプロファイルからはく離部温度差ΔＴを評価できた。
【００８１】
はく離ひび割れ供試体２００では、はく離部温度差ΔＴを、前述の（１）式、
ΔＴ＝Ｇ（健全部の温度）−Ｆ（はく離部の温度）  （１）
と定義する。これは、図４における図中のＧ−Ｆの値である。
【００８２】
一方、図３０に示すように、Ｃ４０Ｄ１９−１の水平ひび割れ供試体２００では、温度ムラの影響のため水平ひび割れが発生している領域のはく離部温度差の評価は中央ラインプロファイルのみでは困難であった。
【００８３】
そこで健全な領域であると考えられる供試体２００の上端の温度プロファイルを調べると図３１のような温度ムラが発生していることがわかる。
【００８４】
図３２は中央ラインプロファイルから上端ラインプロファイルを差分した温度プロファイルである。
【００８５】
図３２を見ると水平ひび割れが発生している領域がはっきりとわかるため、水平ひび割れ供試体２００では、はく離部温度差ΔＴを、
ΔＴ（はく離部温度差）＝
Ｇ１（健全部の差分温度）-Ｆ１（水平ひび割れによるはく離部の差分温度）  （１６）
と定義する。これは、図３２における図中Ｇ１−Ｆ１の値である。
【００８６】
図３３、図３４は、それぞれ供試体Ｃ２０Ｄ１９−１、Ｃ４０Ｄ１９−１の量子型カメラ１の測定結果より得られたはく離部温度差ΔＴと測定温度環境Ｔeの関係を示している。
【００８７】
供試体Ｃ４０Ｄ１９−１では、劣化レベルSTEP１においてはく離部温度差ΔＴが０℃であったため、劣化レベルSTEP２からの結果を掲載している。供試体Ｃ２０Ｄ１９−２、Ｃ４０Ｄ１９−２についてもそれぞれ供試体Ｃ２０Ｄ１９−１、Ｃ４０Ｄ１９−１と同様の結果が得られた。
【００８８】
図３３、図３４を見ると、供試体Ｃ２０Ｄ１９−１、Ｃ４０Ｄ１９−１ともに同一劣化レベルSTEP上においてはく離部温度差ΔＴが単調増加している様子がわかる。
【００８９】
測定温度環境Ｔe が０℃であれば、理論上では熱流が発生しないため、はく離部温度差ΔＴは０℃になると考えられる。そこで原点を通る線形近似を行うと、図３３、図３４のように精度よく近似ができた。劣化レベルSTEP１やSTEP２では、はく離部温度差ΔＴが微小なため、劣化レベルSTEP３以降に比べ相関係数が小さくなっている。また、腐食が進むにつれて勾配ｋ（前述のとおり、温度環境係数と呼ぶこととする）が大きくなっているこ
とから、勾配ｋを用いてはく落危険度Ｄsを評価することが可能であると考えられる。
【００９０】
量子型カメラに比べ熱型カメラは、ノイズが目立ち、欠陥検出精度が落ちることがわかっている。本実験でも量子型カメラより熱型カメラの方がはく離検知が困難な傾向にあった。しかし、はく離部温度差ΔＴと測定温度環境Ｔeの関係については両カメラでほとんど同様の結果が得られた。量子型カメラよりも性能が低い熱型カメラでも量子型カメラと同様の結果が得られたのは、熱画像３のサンプル数が多かったことが考えられる。測定温度環境Ｔeが３．０ ℃ におけるＣ２０Ｄ１９−１(劣化レベルSTEP３) と供試体Ｃ４０Ｄ１９−１(劣化レベルSTEP３)のはく離部温度差ΔＴのデータの分布を図３５に示す。そして、図３５のデータが正規分布に従うと仮定した場合のグラフを図３６、図３７に示す。
【００９１】
図３６は、供試体Ｃ２０Ｄ１９−１(劣化レベルSTEP３)のはくり部温度差ΔＴの分布を示し、図３７は、供試体Ｃ４０Ｄ１９−１(劣化レベルSTEP３)のはく離部温度差ΔＴの分布を示す。
【００９２】
図３６、図３７を見ると、供試体Ｃ２０Ｄ１９−１のはく離ひび割れ供試体２００、供試体Ｃ４０Ｄ１９−１の水平ひび割れ供試体２００ともに量子型カメラよりも熱型カメラの方がばらつきが大きい様子がわかる。この理由としては、短波長帯を検出する量子型カメラよりも長波長帯を検出する熱型カメラの方が対面物体の反射の影響によるノイズが大きいことが考えられる。このことから、実構造物２で熱型カメラを適用する際には数十枚以上の熱画像３を平均化して評価するのが望ましい。
【００９３】
温度環境係数ｋは、測定温度環境Ｔeとはく離部温度差ΔＴの関係から得られるパラメータであり、温度環境係数ｋには熱伝達係数が内包されていると考えられる。したがって、様々な測定温度環境条件下で、はく落予測を簡便に行うためには、はく落危険度Ｄsを温度環境係数ｋから算出できるのが望ましい。
【００９４】
図３８は、これまで述べた実験結果から、はく落危険度Dsと温度環境係数kの関係を示したものである。この図３８は前述の図５に相当する。
図３８を見ると、破壊形態の違いを考慮することなく、はく落危険度Ｄsで評価することができた。本実験より求められたはく落危険度Ｄs と温度環境係数ｋの関係は、前述した（３）式、
ｋ＝ΔＴ／Ｔe  
および、（４）式
Ｄs＝１．２３×ｋ
で表される。
【００９５】
（４）式のＲ2は、０．６３と小さい原因としては腐食膨脹圧模擬実験によるばらつきや、赤外線サーモグラフィ測定の測定精度などが考えられる。また、実構造物２での適用を考える際には、その他の環境要因の影響や対象構造物の構造形式による影響も加わると考えられる。なお、これらの式はあくまで本実験結果に基づく実験式であり、式（３）で表される温度環境係数ｋと熱伝達係数の関係等については解析等により今後明らかにする必要がある。
【００９６】
以上のとおり、本実験結果より、前述の図１に示すフローチャートにて示す手順にて、コンクリート構造物のはく落予測診断を行うことができる。
【００９７】
なお、図１のステップ１０１〜１０５の処理を複数回繰り返し行い、複数回の点検データを蓄積することで、はく落予測の精度を高めることができる。
【符号の説明】
【００９８】
１  赤外線カメラ、２  構造物（コンクリート構造物）、３  赤外線画像
【図１】
0006413058.tif 000005
【図２】
0006413058.tif 000006
【図３】
0006413058.tif 000007
【図４】
0006413058.tif 000008
【図５】
0006413058.tif 000009
【図６】
0006413058.tif 000010
【図７】
0006413058.tif 000011
【図８】
0006413058.tif 000012
【図９】
0006413058.tif 000013
【図１０】
0006413058.tif 000014
【図１１】
0006413058.tif 000015
【図１２】
0006413058.tif 000016
【図１３】
0006413058.tif 000017
【図１４】
0006413058.tif 000018
【図１５】
0006413058.tif 000019
【図１６】
0006413058.tif 000020
【図１７】
0006413058.tif 000021
【図１８】
0006413058.tif 000022
【図１９】
0006413058.tif 000023
【図２０】
0006413058.tif 000024
【図２１】
0006413058.tif 000025
【図２２】
0006413058.tif 000026
【図２３】
0006413058.tif 000027
【図２４】
0006413058.tif 000028
【図２５】
0006413058.tif 000029
【図２６】
0006413058.tif 000030
【図２７】
0006413058.tif 000031
【図２８】
0006413058.tif 000032
【図２９】
0006413058.tif 000033
【図３０】
0006413058.tif 000034
【図３１】
0006413058.tif 000035
【図３２】
0006413058.tif 000036
【図３３】
0006413058.tif 000037
【図３４】
0006413058.tif 000038
【図３５】
0006413058.tif 000039
【図３６】
0006413058.tif 000040
【図３７】
0006413058.tif 000041
【図３８】
0006413058.tif 000042