(57)【要約】【課題】  日射や気温変化によるパッシブ加熱式が適用できない場所でも適用することができ、また従来のアクティブ加熱式の如く炭酸ガスなどの副産物を発生せず、しかもコンクリートの表面から深い所に存在する欠陥、鉄筋などをも検出することができるコンクリートの非破壊検査方法及び非破壊検査装置を提案すること。【解決手段】  コンクリートにマイクロ波を照射して該コンクリートを昇温させ、その後に該コンクリートの表面温度の分布を測定し、得られた表面温度分布より該コンクリートの内部状況を検出するコンクリートの非破壊検査方法、及びコンクリート１にマイクロ波を照射するマイクロ波発生装置２と、マイクロ波照射により昇温したコンクリートの表面温度の分布を測定する表面温度測定手段４と、上記表面温度測定手段４を用いて測定された表面温度を分析して該コンクリートの内部状況を検出する解析手段６とを備えるコンクリートの非破壊検査装置とした。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査物であるコンクリートにマイクロ波を照射して該コンクリートを昇温させ、その後に該コンクリートの表面温度の分布を測定し、得られた表面温度分布および／またはその時間的変化より該コンクリートの内部状況を検出することを特徴とする、コンクリートの非破壊検査方法。
【請求項２】
上記検出するコンクリートの内部状況が、コンクリート内部の欠陥、コンクリート，タイル或いは貼り石の剥離、鉄筋の位置、鉄筋の破断、鉄筋のクラック、鉄筋の腐蝕の有無の全て、又はその一部であることを特徴とする、請求項１に記載のコンクリートの非破壊検査方法。
【請求項３】
上記得られた昇温後のコンクリートの表面温度分布を予め用意された基準の表面温度分布と比較することにより、上記コンクリートの内部状況を検出することを特徴とする、請求項１又は２に記載のコンクリートの非破壊検査方法。
【請求項４】
上記コンクリートに照射するマイクロ波が、２．４５ＧＨｚの整数分の1 、又は整数倍のマイクロ波であることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載のコンクリートの非破壊検査方法。
【請求項５】
上記コンクリートの表面温度の分布を、赤外線サーモグラフィを用いて測定することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載のコンクリートの非破壊検査方法。
【請求項６】
被検査物であるコンクリートにマイクロ波を照射するマイクロ波発生装置と、マイクロ波照射により昇温したコンクリートの表面温度の分布を測定する表面温度測定手段と、上記表面温度測定手段を用いて測定された表面温度を分析して該コンクリートの内部状況を検出する解析手段とを備えることを特徴とする、コンクリートの非破壊検査装置。
【請求項７】
上記解析手段が検出するコンクリートの内部状況が、コンクリート内部の欠陥、コンクリート，タイル或いは貼り石の剥離、鉄筋の位置、鉄筋の破断、鉄筋のクラック、鉄筋の腐食の有無の全て、又はその一部であることを特徴とする、請求項６に記載のコンクリートの非破壊検査装置。
【請求項８】
予め用意された基準の表面温度分布を格納する記憶手段を更に有し、上記解析手段が、上記表面温度測定手段を用いて測定された表面温度分布と上記記憶手段に格納されている基準の表面温度分布を比較分析して上記コンクリートの内部状況を検出することを特徴とする、請求項６又は７に記載のコンクリートの非破壊検査装置。
【請求項９】
上記マイクロ波発生装置より照射されるマイクロ波が、２．４５ＧＨｚの整数分の１、又は整数倍のマイクロ波であることを特徴とする、請求項６乃至８のいずれかに記載のコンクリートの非破壊検査装置。
【請求項１０】
上記マイクロ波発生装置が、マグネトロンであることを特徴とする、請求項６乃至９のいずれかに記載のコンクリートの非破壊検査装置。
【請求項１１】
上記マイクロ波発生装置を移動させるマイクロ波発生装置移動手段および／またはホーンアンテナを更に備えることを特徴とする、請求項６乃至１０のいずれかに記載のコンクリートの非破壊検査装置。
【請求項１２】
上記表面温度測定手段が、赤外線サーモグラフィであることを特徴とする、請求項６乃至１１のいずれかに記載のコンクリートの非破壊検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリートの非破壊検査方法及び非破壊検査装置に関するもので、特に、コンクリートを外部から加熱して昇温させるアクティブ加熱式のコンクリートの非破壊検査方法及び非破壊検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コンクリートの非破壊検査には、パッシブ加熱式とアクティブ加熱式がある。
パッシブ加熱式は、コンクリートの表面温度の日変化を測定するもので、検査に長時間を要し、また気候条件により測定精度及び適用限界が大きく影響される。また、コンクリート表面から深さ１〜２ｃｍ程度に存在する内部欠陥或いは剥離しか検出できないという問題もある。
また、従来のアクティブ加熱式は、赤外線ストーブ、灯油焚きヒータ、ガス式ヒータなどで、長時間にわたってコンクリートを加熱するものである。こららの加熱手段のうち、燃焼に伴う炭酸ガスなどの副産物が発生するものでは、地下室や屋内などの閉鎖空間で適用する際には、換気が不可欠となる。また高所における検査では、大掛かりな足場を組む必要がある。また、この方式の場合にも、コンクリートの内部欠陥或いは剥離しか検出できないという問題がある。
【０００３】
一方、少し分野は異なるが、アクティブ加熱式の他の例として、波長が１０〜５０ｋＨｚ程度の電磁波を用いてコンクリート中の鉄筋等の鋼材を電磁誘導加熱し、内部の鉄筋から放射されるマイクロ波を測定し、鉄筋が発錆しているか否かを検査する「コンクリート中の鉄筋の発錆進行状況判定方法」が、特許文献１に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１５１７１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述した背景技術を考慮し、日射や気温変化によるパッシブ加熱式が適用できない場所でも適用することができ、また従来のアクティブ加熱式の如く炭酸ガスなどの副産物を発生せず、しかも、コンクリートの表面から深い所に存在する欠陥、鉄筋などをも検出することができる、コンクリートの非破壊検査方法及び非破壊検査装置を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した課題は、請求項１及び６に記載したマイクロ波加熱を利用したコンクリートの非破壊検査方法及び非破壊検査装置により解決された。
【０００７】
即ち、被検査物であるコンクリートにマイクロ波を照射して該コンクリートを昇温させ、その後に該コンクリートの表面温度の分布を測定し、得られた表面温度分布および／またはその時間変化より該コンクリートの内部状況を検出するコンクリートの非破壊検査方法により解決された。
【０００８】
また、被検査物であるコンクリートにマイクロ波を照射するマイクロ波発生装置と、マイクロ波照射により昇温したコンクリートの表面温度の分布を測定する表面温度測定手段と、上記表面温度測定手段を用いて測定された表面温度を分析して該コンクリートの内部状況を検出する解析手段とを備えるコンクリートの非破壊検査装置により解決された。
【０００９】
ここで、上記本発明の係るコンクリートの非破壊検査方法では、上記検出するコンクリートの内部状況が、コンクリート内部の欠陥、コンクリート，タイル或いは貼り石の剥離、鉄筋の位置、鉄筋の破断、鉄筋のクラック、鉄筋の腐食の有無の全て、又はその一部である検査方法とすることができる。また、上記得られた昇温後のコンクリートの表面温度分布を予め用意された基準の表面温度分布と比較することにより、上記コンクリートの内部状況を検出する検査方法とすることができる。また、上記コンクリートに照射するマイクロ波として、２．４５ＧＨｚの整数分の1 、又は整数倍のマイクロ波を用いる検査方法とすることができる。更に、上記コンクリートの表面温度の分布を、赤外線サーモグラフィを用いて測定する検査方法とすることができる。
【００１０】
また、上記本発明の係るコンクリートの非破壊検査装置では、上記解析手段が検出するコンクリートの内部状況が、コンクリート内部の欠陥、コンクリート，タイル或いは貼り石の剥離、鉄筋の位置、鉄筋の破断、鉄筋のクラック、鉄筋の腐食の有無の全て、又はその一部である検査装置とすることができる。また、予め用意された基準の表面温度分布を格納する記憶手段を更に有し、上記解析手段が、上記表面温度測定手段を用いて測定された表面温度分布と上記記憶手段に格納されている基準の表面温度分布を比較分析して上記コンクリートの内部状況を検出する検査装置とすることができる。また、上記マイクロ波発生装置を、２．４５ＧＨｚの整数分の１、又は整数倍のマイクロ波を照射する検査装置とすることができる。また、上記マイクロ波発生装置を、マグネトロンとした装置とすることができ、またマイクロ波発生装置を移動させるマイクロ波発生装置移動手段および／またはホーンアンテナを更に備える検査装置とすることもできる。更に、上記表面温度測定手段として、赤外線サーモグラフィを用いた装置とすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
上記した本発明に係るコンクリートの非破壊検査方法及び非破壊検査装置によれば、いわゆるアクティブ加熱式であるため、日射や気温変化によるパッシブ加熱が適用できない場所でも、コクリート中の欠陥などを発見することができる。
また、アクティブ加熱式でありながら、マイクロ波による誘電加熱を利用した加熱方式であるため、従来の灯油焚きヒータ、ガス式ヒータなどの燃料を燃焼させる加熱方式とは異なり、炭酸ガスなどの副産物を発生させる憂いがなく、トンネルや地下室、屋内などの閉鎖空間での使用に際しても、換気が不要となる。
更に、マイクロ波による誘電加熱は、コンクリートの内部状況、例えば欠陥、剥離、鉄筋の存在、鉄筋の破断、鉄筋のクラック、鉄筋の腐食などにより温度上昇に差異が表れるため、これらの幅広い検出が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、上記した本発明に係るコンクリートの非破壊検査方法及び非破壊検査装置の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
ここで、図１及び図２は、本発明に係るコンクリートの非壊検査方法を実施する本発明に係るコンクリートの非破壊検査装置の一実施の形態を示した概念的平面図である。また図３は、トンネル覆工面へのマイクロ波の照射方法の一例を示した概念的な断面図である。また、図４乃至図６は、各々本発明に係るコンクリートの非破壊検査装置も用いて測定した温度分布を示した図である。
【００１３】
図１及び図２においては、被検査物であるコンクリート１の中に、欠陥１ａ及び鉄筋１ｂを、理解を容易にするためにそれぞれ１つだけ概念的に示している。
このコンクリート１を加熱するために、コンクリートの構成成分が共振するマイクロ波が用いられる。このマイクロ波が水と共振するマイクロ波であるときは、マイクロ波の周波数は、２．４５ＧＨｚの整数分の１、又は整数倍となり、この周波数のマイクロ波を用いるとき、水を確実に含有しているコンクリートを効率的に加熱することができる。
【００１４】
上記のようなマイクロ波は、工業用としての加熱に使用可能な例えばマグネトロンを用いて発生させることができる。マグネトロンは、電子レンジなどで使用されているマイクロ波管である。
【００１５】
コンクリート１を一様に加熱するため、この実施の形態では、マイクロ波発生装置移動手段３を用いている。
このマイクロ波発生装置移動手段３は、例えばレール３ａと、該レール３ａ上を移動する移動台車３ｂで構成することができる。移動台車３ｂの移動方向は、１次元方向、或いは２次元方向とすることができる。
【００１６】
なお、上記レール３ａは不可欠な要件ではない。ロボットのアームのようなもので、マイクロ波発生装置２を移動させることも可能である。
また、マイクロ波発生装置２の出力が十分に大きいときは、マイクロ波発生装置２を移動させずに固定しておき、そこから放射状にマイクロ波をコンクリート１に照射することも可能である。
更には、図３に示したように、トンネル覆工面などに対し、マイクロ波発生装置移動手段３によりマイクロ波発生装置２を移動させると共に、マイクロ波発生装置２にホーンアンテナ２ａを取付け、離れた位置からでもマイクロ波を照射し得るように構成することもできる。
【００１７】
図１に示した実施の形態では、上記移動台車３ｂにマイクロ波発生装置２を固定し、移動台車３ｂをレール３ａに沿って往復移動させることにより、マイクロ波をコンクリート１に照射している。
【００１８】
水セメント比５０％の一般的なコンクリートについて、上記マイクロ波発生装置移動手段３を用いて、マイクロ波発生装置２の導波管とコンクリート１との相対速度を１４ｃｍ／ｍｉｎと一定で移動させた場合に、コンクリートの表面温度が４０℃前後になるまでの照射繰り返し回数は、およそ夏で２回、冬で４回であった。
なお、マイクロ波発生装置２より照射したマイクロ波は、周波数２．４５ＧＨｚ、空中での波長１２ｃｍ、強度１．０ｋＷであった。またコンクリート１の表面とマイクロ波発生装置２の導波管との間隔（照射距離）は、１、３、６、９ｃｍの４段階に変化させて行なった。コンクリート供試体は、３００×９００×１００ｍｍ、３００×３００×２００ｍｍ、３００×６００×２００ｍｍの寸法のものを使用した。
【００１９】
上記のように、マイクロ波を照射してコンクリート１を昇温させた後、図２に示すように、上記マイクロ波発生装置２をコンクリート１の表面から取り除き、コンクリート１の表面の温度分布を、表面温度測定手段４を用いて測定する。
コンクリート表面の温度分布は、コンクリート表面からの赤外線放射強度に基づき、該表面上の各点をその点の温度に対応する色で表示する赤外線サーモグラフィで求めることができる。
【００２０】
赤外線サーモグラフィである上記表面温度測定手段４で得られたコンクリート１の表面温度の分布は、この実施の形態においては、記憶手段５に予め用意された基準の表面温度分布と比較分析される。即ち、解析手段６が、上記表面温度測定手段４を用いて測定された表面温度分布と、上記記憶手段５に格納されている基準の表面温度分布とを比較分析し、該コンクリート１の内部欠陥１ａ、鉄筋１ｂの位置などを検出する。そして、その結果を、必要に応じてディスプレイや印刷手段などの出力手段７に出力する。
なお、解析手段６は、表面温度測定手段４で得られたコンクリート１の表面温度分布の時間的変化により、コンクリート１の内部状況を検出し得るものとしてもよい。
【００２１】
上記記憶手段５に予め用意された基準の表面温度分布とは、欠陥などのないコンクリートや、鉄筋のないコンクリートについて、マイクロ波を照射したときのコンクリートの表面温度分布を予め測定したデータ、或いはそのコンクリートについて、過去に同じ条件で測定した表面温度分布についてのデータなどである。
【００２２】
上記のようなデータなどは、公知の技術により、ハードディスクなどの記憶手段５に記録し、また呼び出すことができる。また、上記解析手段６も、通常のマイクロコンピュータなどを用いて、公知の技法を用いて容易に実現することができる。
【００２３】
図４は、欠陥のない無筋コンクリートと、欠陥の深さが４０ｍｍの無筋コンクリートとに、各々上記した本発明に係る装置を用い、コンクリートの表面から６０ｍｍ（即ち、照射距離６０ｍｍ）でマイクロ波を照射した後に、各々のコンクリートの表面温度分布を測定したときの測定結果である。
なお、欠陥は、５０×５０×２０ｍｍの欠陥を、人工的に表面から４０ｍｍの深さ位置に形成した。また、コンクリート供試体は、３００×９００×１００ｍｍのものを使用した。
【００２４】
図４の両コンクリートを比較すると、コンクリート表面の欠陥部の上に対応する部分に、高温部が存在していることが分かる。
なお、いずれの場合にも、コンクリート供試体の両端部で高温部が存在するのは、実験の都合上、照射位置が供試体端部に達する以前から他端部を通り過ぎた後までマイクロ波を発生し続けたことによると考えられる。
また、他の実験によると、欠陥が存在すれば必ずそれに対応する表面部分が高温になるというわけではなく、低温となる場合もある。これは、照射距離やコンクリートの若干の誘電率の変化によってマイクロ波が欠陥部に伝播する以前にほとんど減衰して発熱してしまう場合には高温部に、欠陥部にまで透過してしまうマイクロ波にかなりのエネルギーが残っている場合には低温部に変化すると考えられるが、いずれにしても、欠陥部位があると、周囲表面温度のレベルと温度レベルが変わるため、欠陥が存在することを検出することができる。
【００２５】
図５は、鉄筋が内部に埋設されたコンクリートに、上記した本発明に係る装置を用い、コンクリートの表面から６０ｍｍ（即ち、照射距離６０ｍｍ）でマイクロ波を照射した後に、コンクリートの表面温度分布を測定したときの測定結果である。
なお、鉄筋は、直径２２ｍｍの丸鋼とした。また、コンクリート供試体は、３００×９００×１００ｍｍのものを用いた。
【００２６】
図５において、コンクリート表面から鉄筋表面に達するまでの深さ（いわゆる「かぶり」）が５ｍｍの鉄筋中心部分は低温部でその周囲は高温部に、かぶりが５０ｍｍの鉄筋部分は高温部として検出された。
これは、かぶりが５ｍｍの鉄筋の場合には、コンクリート中を透過したマイクロ波は鉄筋によってほとんど反射され、かぶりが小さいことから、一部はコンクリート中に吸収されずに表面から大気中に放出されてしまい、鉄筋上は低温部となり、その周囲で高温部になったと考えられる。これに対して、かぶりが５０ｍｍである場合には、入射波と反射波の両方がコンクリートの温度上昇に寄与するため、鉄筋上が相対的に高温部として検出されたと考えられる。いずれにしても、導体である鉄筋には電気力線が集中することから、鉄筋周囲まで含めると、他の部分より高温部になって検出される。
なお、他の実験において、かぶりが１０ｍｍの鉄筋部は、コンクリート表面では低温部として検出され、かぶりが３０ｍｍの場合は、高温部として検出された。
【００２７】
図６は、上記図５に示した実験において、そのマイクロ波加熱終了後、２５分経過した後にコンクリートの表面温度分布を再度測定したときの測定結果である。
この図において、かぶりが５ｍｍの鉄筋の場合には、鉄筋からの熱伝導によって、鉄筋に沿った影が現れている。
なお、他の実験において、かぶりが１０ｍｍ以下である場合には、マイクロ波加熱終了後、かなりの時間が経過しても明瞭な鉄筋の影が検出された。
【００２８】
以上、本発明に係るコンクリートの非破壊検査方法及び非破壊検査装置によって、コンクリート中の欠陥の検出と鉄筋の位置検出について説明したが、コンクリート，タイル或いは貼り石の剥離、コンクリートのひび割れ、鉄筋の破断、鉄筋のクラック、鉄筋の腐食などが存在しても、電気力線の分布が変化したり、誘電率の分布が変化したりするため、マイクロ波の減衰の態様が変化し、その結果、コンクリートの温度上昇に差異が表れるため、本発明に係るマイクロ波加熱を利用したコンクリートの非破壊検査方法及び非破壊検査装置によれば、これらの存在なども検出することができる。
また、マイクロ波は横波であるため、その偏光面を鉄筋の方向と平行にしたり直角にしたりして、マイクロ波を鉄筋に照射すると、鉄筋への電気力線の集中のモードが異なるため、コンクリート中での温度上昇の態様も変化し、より明瞭にこれらを検出することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の係るコンクリートの非破壊検査装置の一実施の形態を示した概念的平面図である。
【図２】本発明の係るコンクリートの非破壊検査装置の一実施の形態を示した概念的平面図である。
【図３】トンネル覆工面へのマイクロ波の照射方法の一例を示した概念的な断面図である。
【図４】欠陥のない無筋コンクリートと、欠陥の深さが４０ｍｍの無筋コンクリートとに、各々照射距離６０ｍｍでマイクロ波を照射した後に、両コンクリートの表面温度の分布を赤外線サーモグラフィで測定した時の測定結果を示した図である。
【図５】鉄筋が内部に埋設されたコンクリートに、照射距離６０ｍｍでマイクロ波を照射した後に、コンクリートの表面温度の分布を赤外線サーモグラフィで測定した時の測定結果を示した図である。
【図６】図５に示した実験において、そのマイクロ波加熱終了後、２５分経過した後にコンクリートの表面温度の分布を再度赤外線サーモグラフィで測定した時の測定結果を示した図である。
【符号の説明】
【００３０】
１    コンクリート
１ａ  コンクリート中の欠陥
１ｂ  コンクリート中の鉄筋
２    マイクロ波発生装置
２ａ  ホーンアンテナ
３    マイクロ波発生装置移動手段
３ａ  レール
３ｂ  移動台車
４    表面温度測定手段
５    記憶手段
６    解析手段
７    出力手段
【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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