(57)【要約】【課題】コンクリート内の鉄筋の破断部を短時間で非破壊的にかつ精度良く検知する。【解決手段】鉄筋Ｓが持つ残留磁気による破断部分Ｂの磁束Ｆの漏洩個所を探査するために、鉄筋Ｓに沿って磁気センサ１を内蔵したセンサケース２を車輪３を用いて移動する。磁束Ｆが大きく変化する個所を検出して、鉄筋Ｓの破断部分Ｂを検知する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート構造物内の鉄筋の破断を検知する方法であって、前記鉄筋の破断部において前記鉄筋が有する残留磁気を基に前記破断部から生ずる漏洩磁束を、前記コンクリートの表面に磁気センサを配置して検出することにより前記破断部を検知すること特徴とするコンクリート構造物の鉄筋破断検知方法。
【請求項２】
前記磁気センサはセンサケース内に収納し、前記コンクリートの表面に沿って前記センサケースを移動することにより実施することを特徴とする請求項１に記載のコンクリート構造物の鉄筋破断検知方法。
【請求項３】
２個の前記磁気センサを用いて、これらの差動出力により前記破断部を検知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構造物の鉄筋破断検知方法。
【請求項４】
前記センサケースに車輪を設け、該車輪の回転数を基に前記破断部の位置を検出することを特徴とする請求項２又は３に記載のコンクリート構造物の鉄筋破断検知方法。
【請求項５】
前記鉄筋の長さ方向に複数の前記磁気センサを固定的に配置することを特徴とする請求項１に記載のコンクリート構造物の鉄筋破断検知方法。
【請求項６】
前記破断部の検知に先立ち、前記磁気センサにより前記鉄筋から漏洩する磁束を検知して、前記鉄筋の存在を検出する請求項１に記載のコンクリート構造物の鉄筋破断検知方法。
【請求項７】
前記破断部の検知に先立ち、前記コンクリート表面に配置したコイルに電流を流すことにより前記鉄筋を着磁又は減磁することを特徴とする請求項１に記載のコンクリート構造物の鉄筋破断検知方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンクリート内に配設した鉄筋の破断を検知するためのコンクリート構造物の鉄筋破断検知方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、橋梁などのコンクリート構造物においてはアルカリ骨材反応（ＡＳＲ）が問題となっている。このアルカリ骨材反応とは、コンクリート中のアルカリ金属イオンと骨材中の特定の鉱物とが化学反応を生じ、その反応により生成するアルカリシリカゲルが水分の供給により膨張する現象である。
【０００３】
この反応に起因するコンクリート構造物の損傷は、コンクリートの膨張によるひび割れや、コンクリート内部の鉄筋が引き千切られて破断する現象となって現れる。
【０００４】
この鉄筋の破断はそのまま放置しておくことは極めて危険であり、コンクリートを破壊せずに、非破壊検査によって検知することが強く望まれている。
【０００５】
しかし現在のところ、この鉄筋の破断を非破壊的に有効に検知する装置はなく、次のような方法で破壊検査による調査を行っている。
【０００６】
（１）定期点検によりコンクリートのひび割れを発見する。
【０００７】
（２）白色ゲル状物質の析出などといった特徴からアルカリ骨反応が発生しているかを推定する。
【０００８】
（３）アルカリ骨反応が発生していると判断された部位については、ひび割れ幅を測定するなどの詳細調査を行う。
【０００９】
（４）調査に基づいて、構造上耐久性に影響を及ぼすと判断される部位のひび割れについて、ひび割れ幅が一定値以上の場合は全数、それ以外はサンプリングによりコンクリートをはつり、内部の鉄筋の破断状況を確認する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上述のこれまでの方法は、破壊検査のため時間、コストがかかる、アルカリ骨反応が発生しているか否かの判断、破壊検査をすべきか否かの判断に専門的知識を要する、検査した部分を元に補修し直さなければならない、全数検査が行えない、などの問題点がある。
【００１１】
本発明の目的は、上述の課題を解決し、専門技術者でなくとも、短時間で非破壊的に全数検査を行い得るコンクリート構造物の鉄筋破断検知方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係るコンクリート構造物の鉄筋破断検知方法は、コンクリート構造物内の鉄筋の破断を検知する方法であって、前記鉄筋の破断部において前記鉄筋が有する残留磁気を基に前記破断部から生ずる漏洩磁束を、前記コンクリートの表面に磁気センサを配置して検出することにより前記破断部を検知すること特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
コンクリート構造物に使用されている鉄筋は、通常では製造時或いは施工時の要因による残留磁気より磁化されている。この鉄筋残留磁気による磁束は、殆ど透磁率の大きい鉄筋の中を通るため、コンクリート表面上における鉄筋の残留磁気に起因する磁束の漏洩は少なく、鉄筋長さ方向の位置による磁界の変化も小さい。
【００１４】
しかし、コンクリートＣ内の鉄筋Ｓが破断している破断部分Ｂでは、図１に示すように磁束Ｆが鉄筋Ｓの片側から大きく空間に漏れ出し、他側の鉄筋Ｓに収束するため、コンクリートＣの表面上の磁界は大きくなる。このため、破断部分Ｂの近傍の磁界の変化は非破断部分と比べると極めて大きい。また、破断部分Ｂの鉄筋Ｓの端面の磁界の極性（Ｎ、Ｓ）は互いに逆極性となり、破断の間隔が大きい程、磁束Ｆは大きく外側に漏洩する。
【００１５】
従って、図１に示すようにこの磁束Ｆの漏洩個所に沿って、磁束Ｆを検知する磁気センサ１を内蔵したセンサケース２を車輪３を用いて移動することにより、磁束Ｆが漏洩する個所を検出して、鉄筋Ｓの破断部分Ｂを検知することができる。なお、磁束センサ１はセンサケース２に内蔵することなく、手で持って探査することができることは勿論である。
【００１６】
図２は検出回路のブロック回路構成図を示し、磁気センサ１の出力は増幅器４を介して破断位置判別部５に接続されている。破断位置判別部５では、増幅器４の出力が接続された微分回路６と閾値発生回路７の出力がコンパレータ８に接続され、コンパレータ８の出力は信号処理回路９に接続されている。更に、信号処理回路９の出力は破断位置判別部５の外部にある表示部１０に接続されている。
【００１７】
磁気センサ１の出力は破断部分Ｂにおいて、増幅器４により図３（ａ）に示すような信号が得られ、微分回路６において図３（ｂ）に示すような信号が得られる。更に、コンパレータ８において（ｂ）における閾値発生回路７の閾値Ｌを超えた信号のみを抽出すると、図３（ｃ）に示すような信号が得られるので、信号処理回路９において破断位置を特定できる。
【００１８】
なお、破断位置の判別は上記方法に限る必要はなく、例えばコンパレータ８の代りに、磁気センサ１の出力がその位置移動につれて、図３（ａ）に示すように増加から減少に転ずる点を検出する方法を用いることができる。また、図３（ｂ）に示すような破断部分Ｂの決定を微分波形が極値となる点で検知することでもよい。
【００１９】
このような方法により、磁気センサ１を移動させながら、鉄筋Ｓの残留磁気による磁界の変化の大きさを検出すると共に、磁気センサ１の移動量を同時に検出して、鉄筋Ｓの破断位置を正確に判別することができる。
【００２０】
前述したような磁気センサ１を一定の速度で移動させる方法では、移動速度むらがあると正しい波形が得られず、正確に破断位置を検出できなくなることがある。そこで、正確な移動量を検出するために、図４に示すようにセンサケース２の車輸３の回転軸に回転角を検出するためのロータリエンコーダ１１を取り付け、センサケース２を移動させると車輪３が回転し、その回転数をロータリエンコーダ１１で把えることにより、磁気センサ１の移動量を知ることができる。この方法によれば、センサケース２を途中で停止させても、また逆方向に移動させても、破断位置を判別することができる。
【００２１】
実際に、コンクリートＣの表面の磁界を検出する際に、鉄筋Ｓの残留磁気による磁界だけが検出されるわけでなく、地磁気又は近くを通る送電線等を流れる電流による磁界などの外部磁界の影響を受けることになる。鉄筋Ｓから１００ｍｍ離れた場所における鉄筋Ｓの残留磁気による磁束密度は５００〜５マイクロテスラ程度であるが、例えば地磁気による磁束密度は、日本周辺では５０マイクロテスラ程度あり、無視できない値である。
【００２２】
図５はこの外部磁界の影響を排除するために、２個の磁気センサ１ａ、１ｂを使用した第２の実施の形態を示し、センサケース２内にはコンクリートＣ上の磁界を検出する第１の磁気センサ１ａと、コンクリートＣの面に対して垂直な方向に離れた第２の磁気センサ１ｂとを配置し、磁気センサ１ａと磁気センサ１ｂの出力の差を検出するように構成されている。
【００２３】
或る地点における磁気センサ１ａによる鉄筋Ｓの残留磁気による磁界のコンクリートＣの面と垂直な成分をＨａ、磁気センサ１ｂの鉄筋Ｓの残留磁気による磁界のコンクリートＣの面と垂直な成分をＨｂ、外部磁界のコンクリートＣの面と垂直な成分をＨｅ、磁気センサ１ａ、１ｂの感度定数をＭとすると、磁気センサ１ａ、１ｂの出力Ｖａ、Ｖｂはそれぞれ次のようになる。
Ｖａ＝Ｍ・（Ｈａ＋Ｈｅ）
Ｖｂ＝Ｍ・（ＨＲ＋Ｈｅ）
【００２４】
そして、これらの磁気センサ１ａ、１ｂの出力の差は、Ｖ＝Ｖａ−Ｖｂ＝Ｍ・（Ｈａ−Ｈｂ）となる。
【００２５】
磁気センサ１ａの鉄筋までの距離をＤａ、磁気センサ１ｂの鉄筋までの距離をＤｂとすると、Ｈａ／Ｈｂ＝（Ｄｂ／Ｄａ）３の関係があるので、
Ｖ＝Ｍ・｛１−（Ｄａ／Ｄｂ）３｝・Ｈａ
となり、このように差動的に検出することによって外部磁界の成分Ｈｅの影響を相殺して、コンクリートＣの面上で鉄筋Ｓのみの磁界に比例する出力を得ることができる。
【００２６】
この方法によれば、鉄筋Ｓの折曲加工部の破断を検出するため、複数本の鉄筋Ｓの折曲加工部に沿って磁気センサ１ａ、１ｂを移動させても、磁気センサ１ａ、１ｂの磁界検出方向と地磁気ベクトルの成す角度が折曲加工部の前後で大きく変化するため、地磁気のセンサ検出方向成分の値が大きく変化するが、地磁気の影響を受けることなく、鉄筋Ｓの残留磁気による磁界の変化のみを検出することができる。
【００２７】
図６に示す実施の形態では、磁気センサ１ａ、１ｂをセンサケース２の移動方向に対して直交方向に配列されており、図５と同じ原理で測定ができる。
【００２８】
図７は磁気センサ１ａ、１ｂ、ロータリエンコーダ１１を使用した実施の形態のブロック回路構成図を示している。磁気センサ１ａ、１ｂの出力は差動増幅器２１に接続され、差動増幅器２１の出力はＡ／Ｄ変換器２２を介してマイクロコンピュータ２３に接続されている。一方、ロータリエンコーダ１１の出力はカウンタ２４を介して、マイクロコンピュータ２３に接続され、マイクロコンピュータ２３の出力は表示部２５に接続されている。
【００２９】
差動増幅器２１により磁気センサ１ａ、１ｂの出力差を求め、これをＡ／Ｄ変換器２２でＡ／Ｄ変換してマイクロコンピュータ２３に取り込む。同時にエンコーダ１１の出力パルスをカウンタ２４で積算して磁気センサ１ａ、１ｂの移動量を求め、これをマイクロコンピュータ２３に取り込む。マイクロコンピュータ２３に内蔵したソフトウェアにより、破断位置判別部５における処理と同様の処理を行い、結果を表示部２５に表示する。
【００３０】
上述の方法においては、磁気センサ１を移動させて鉄筋Ｓの残留磁気による磁界の変叱を求めてきたが、移動する代りに複数個の磁気センサ１を固定的に配置して、それぞれの出力を求めれば、位置による磁界の変化を知ることができ、同様に破断位置を検知することができる。
【００３１】
即ち、図８に示すようにＬ字型のセンサケース２’内に、各辺ごとに２個ずつの磁気センサ１ｃ、１ｄと１ｅ、１ｆを配置し、このセンサケース２’を鉄筋Ｓの折曲加工部の長さ方向に沿って当接する。
【００３２】
鉄筋Ｓが破断していない場合は、図９に示すように磁気センサ１ｃ〜１ｆの出力は小さく、磁気センサ１ｃ〜１ｆの位置による差も少ないが、鉄筋Ｓが破断している場合には、破断部分Ｂ付近の磁気センサ１の出力は大きく、磁気センサ１の位置による差も大きい。また、破断部分Ｂを境にその出力極性も異なる。
【００３３】
これまでの破壊検査によって、鉄筋Ｓの破断はその折曲加工部で多く発生していることが分かっており、重点的にこの部分の検査を行うことが有効である。この方法によれば、磁気センサ１ｃ〜１ｆを移動する必要がなく、センサケース２’を鉄筋Ｓの折曲加工部の角部に当接するだけで、瞬時にこの部分の鉄筋Ｓが破断しているかどうかを知ることができるので、効率的な検査を行うことができる。
【００３４】
また、鉄筋Ｓが直線状に配置されている個所では、磁気センサ１を鉄筋Ｓに沿って直線的に配置することが好適であり、磁気センサ１の数も４つに限ることはない。
【００３５】
本発明においては、磁気センサ１を鉄筋Ｓの真上でその長さ方向に移動させる必要があり、このため予め鉄筋Ｓの位置を知る必要があるが、実際の検査現場では、コンクリート構造物の外観から鉄筋Ｓの敷設方向は容易に判断できるが、鉄筋Ｓが何処に埋設されているかは分からないことが多い。
【００３６】
この場合に、鉄筋Ｓの残留磁気による磁界を検出する磁気センサ１を、鉄筋Ｓの長さ方向と直角な方向に移動させると、鉄筋Ｓの残留磁気による漏洩磁束が鉄筋Ｓに破断がなくとも僅かにあり、前述したように磁気センサ１と鉄筋Ｓまでの距離の３乗に反比例するので、図１０に示すように磁気センサ１と鉄筋Ｓとの距離が最も近くなる鉄筋Ｓの真上で、磁気センサ１の出力は最も大きくなる。
【００３７】
従って、磁気センサ１を鉄筋Ｓの長さ方向と直角な方向に移動させながら、出力が最大になる位置を求めることにより、鉄筋Ｓの存在位置を知ることができ、その後に破断検知を行えばよい。
【００３８】
この方法はこれまで説明してきた方法とほぼ同じ方法を用いて実現できる。鉄筋破断検知は鉄筋Ｓの長さ方向に磁気センサ１を移動させるのに対し、これは鉄筋Ｓと直角な方向に移動させることと、位置を判断する手法が異なるだけである。
【００３９】
また、鉄筋Ｓの製造時又は施工時の要因によっては、検査すべき鉄筋Ｓの残留磁気が小さく、正確に破断位置を検知することが困難な場合がある。そのような場合は、図１１に示すようにコンクリート１の面に置いたコイル２５に着磁／減磁用電源２６から電流を流すことにより、予め鉄筋Ｓを磁化してから検査を行えば、正確に測定を行うことができる。
【００４０】
或いは、検査すべき鉄筋Ｓの近傍に存在する他の鉄筋Ｓの影響を受け、正確に目的の鉄筋Ｓの破断位置を検知できないことがある。このような場合には、同様にコンクリート１の面上に置いたコイル２５により時間と共に減衰する交流電流を流すことにより、一旦周辺の鉄筋Ｓの脱磁（減磁）を行った後に、検査すべき鉄筋Ｓに対して選択的に着磁を行う。このようにすることにより、周囲の鉄筋Ｓの影響受けることなく、目的の鉄筋Ｓの破断位置を検知することができる。
【００４１】
なお、鉄筋Ｓの残留磁気によるコンクリート１の表面の磁束密度は、前述のように５００〜５マイクロテスラであり極めて微少である。このため、いま普及しているホール素子型の磁気センサでは精度良く検出するには十分ではない。従って、高精度のフラックスゲート型磁気センサや磁気インダクタンス（ＭＩ）型磁気センサを用いることにより、より正確な検知が可能となる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るコンクリート構造物の鉄筋破断検知方法は、コンクリート内の鉄筋の破断部を短時間で非破壊的にかつ精度良く検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】測定原理の説明図である。
【図２】ブロック回路構成図である。
【図３】出力信号の説明図である。
【図４】センサケースにロータリエンコーダを設けた場合の説明図である。
【図５】２個の磁気センサを使用する場合の説明図である。
【図６】２個の磁気センサを使用する場合の説明図である。
【図７】２個の磁気センサとロータリエンコーダを使用した場合のブロック回路構成図である。
【図８】角部の鉄筋折曲加工部の測定説明図である。
【図９】鉄筋折曲加工部のセンサ出力のグラフ図である。
【図１０】鉄筋探査の説明図である。
【図１１】鉄筋に対する着磁、減磁の説明図である。
【符号の説明】
１  磁気センサ
２  センサケース
３  車輪
１１  ロータリエンコーダ
２５  コイル
【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１０】
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【図１１】
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