(57)【要約】【課題】  コンクリート中における欠陥や鉄筋の位置が裏面側に近い場合においても、感度が高く、しかも短時間で検査することができる、コンクリートの非破壊検査方法および非破壊検査装置を提案することを課題とする。【解決手段】  被検査物であるコンクリートの一方の面側から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他方の面側の温度分布を測定し、得られた温度分布および／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、および被検査物であるコンクリート１の一方の面側から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他方の面側の温度分布を測定する温度測定手段４と、上記温度測定手段を用いて測定された温度分布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１
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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の一方の面側から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他方の面側の温度分布を測定し、得られた温度分布および／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，タイルあるいは貼り石の剥離、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温度分布を予め用意された基準の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温度分布を、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の一方の面側から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他方の面側の温度分布を測定する温度測定手段と、上記温度測定手段を用いて測定された温度分布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，タイルあるいは貼り石の剥離、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、上記温度測定手段を用いて測定された温度分布と上記記憶手段に格納されている基準の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およ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および非破壊検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、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マイクロ波照射側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が開示されている。
【０００３】
また、特許文献２には、例えば、アスファルトの熱や、コンクリートの固化の際に放出される熱によりコンクリート製床版部の表面を加熱し、その裏面の温度分布をサーモグラフィで測定して、コンクリート製床版部を検査する方法が開示されている。
【０００４】
更に、非特許文献１には、マイクロ波により、コンクリート内部の欠陥および鉄筋の検出に関する基礎実験が報告されている。また、非特許文献２には、マイクロ波を照射した側の面の温度分布を測定した実験結果が報告されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２４９５３６号公報
【特許文献２】特開２００３−２４７９６４号公報
【非特許文献１】信学技報  TECHNICAL REPORT OF IEICE SPS2004-16(2005-02) 33-38頁、竹野裕正、他「マイクロ波照射によるコンクリート内部の欠陥および鉄筋の検出基礎実験」
【非特許文献２】土木学会第60回年次学術講演会（平成17年９月） 1217-1218頁、米田奈諸、他「マイクロ波強制加熱を用いたサーモグラフィ法によるコンクリート中の内部欠陥検出方法に関する研究」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、先ず、上記した特許文献１、あるいは非特許文献１および２に開示された方法にあっては、コンクリート中における欠陥や鉄筋の位置が表面側（マイクロ波の照射側）に近い場合には、感度よく検出できるが、深い位置にある場合には、感度が小さくなるという問題がある。
【０００７】
また、上記特許文献２に開示された方法は、コンクリート中の欠陥の存在による熱伝導の異常を検出することを測定原理とするものであるため、熱伝導の差を検出できる程に温度差が生じるためには、かなり長い測定時間を要するという問題がある。
【０００８】
本発明は、上述した背景技術に鑑み成されたものであって、コンクリート中における欠陥や鉄筋の位置が裏面側に近い場合においても、感度が高く、しかも短時間で検査することができる、コンクリートの非破壊検査方法およ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】
【０００９】
上記した課題は、請求項１および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および非破壊検査装置により解決された。
【００１０】
即ち、被検査物であるコンクリートの一方の面側から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他方の面側の温度分布を測定し、得られた温度分布および／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。
【００１１】
また、被検査物であるコンクリートの一方の面側から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他方の面側の温度分布を測定する温度測定手段と、上記温度測定手段を用いて測定された温度分布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。
【００１２】
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は、検査されるコンクリートの内部状況、つまり、コンクリート内部の欠陥、コンクリート，タイルあるいは貼り石の剥離、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、又はその幾つかを検査する検査方法とすることができる。
【００１３】
また、上記得られた昇温後のコンクリートの温度分布を予め用意された基準の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もできる。
【００１４】
また、上記本発明の係るコンクリートの非破壊検査装置において、上記解析手段を、検査されるコンクリートの内部状況、つまり、コンクリート内部の欠陥、コンクリート，タイルあるいは貼り石の剥離、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、又はその一部を検査する検査装置とすることができる。
【００１５】
また、予め用意された基準の温度分布を格納する記憶手段を更に有し、上記解析手段を、上記温度測定手段を用いて測定された温度分布と上記記憶手段に格納されている基準の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もできる。
【発明の効果】
【００１６】
上記した本発明に係るコンクリートの非破壊検査方法および非破壊検査装置によれば、コンクリートの中の欠陥や鉄筋の位置が、マイクロ波照射側に対して裏面になる側に近い場合においても、検出感度が高く、コンクリートの中の欠陥等を精度よく検査することができる。
また、マイクロ波を用いるアクティブ加熱式であるため、短時間で急速に温度を上昇させたり、あるいは加熱速度を調節したりすることができる。従って、検査されるコンクリートの位置や状態などに応じて最適な形態で短時間に検査をすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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およ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。なお、図１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。
【００１８】
図１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および鉄筋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を加熱するための加熱手段として、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。
【００１９】
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。
【００２０】
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、あるいは２次元方向とすることができる。
【００２１】
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、そこからホーンアンテナなどを用いて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。
【００２２】
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。
【００２３】
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、コンクリート１の裏面（マイクロ波の照射と反対側の面）の温度分布を、温度測定手段４を用いて測定する。
【００２４】
このコンクリート裏面の温度分布は、コンクリート裏面からの赤外線放射強度に基づき、該裏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。
【００２５】
赤外線サーモグラフィである上記温度測定手段４で得られたコンクリート１の裏面温度の分布は、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温度分布と比較分析される。即ち、解析手段６が、上記温度測定手段４を用いて測定された温度分布と、上記記憶手段５に格納されている基準の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、温度測定手段４で得られたコンクリート１の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。
【００２６】
上記記憶手段５に予め用意された基準の温度分布とは、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裏面温度分布を予め測定したデータ、ある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裏面温度分布についてのデータなどである。
【００２７】
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。
【００２８】
図２は、コンクリートの中に欠陥が存在する場合、マイクロ波を照射する面に対して反対側の面、すなわち裏面側の温度分布を測定すると、そこに対応する部分が低温となって現れる理由を説明するための、コンクリートの概念的断面図である。
【００２９】
照射されたマイクロ波は、コンクリート中に欠陥等が存在しなければ、コンクリート中を加熱しながらコンクリート中を進行し、徐々にエネルギーを失って行く。しかし、コンクリート中に欠陥等があれば、例えば空隙や異物が存在すると、インピーダンスが不均一になり、マイクロ波の一部または大部分が反射されてしまう。
【００３０】
その理論は次の通りである。
コンクリートのインピーダンスをＺ１、空隙等の欠陥部のインピーダンスをＺ２とするとき、コンクリート側から欠陥側にマイクロ波が進行しているとき、よく知られているように、マイクロ波の電力反射率Ｒは、次の式（１）で表現できる。
Ｒ＝（Ｚ１−Ｚ２）2 ／（Ｚ１＋Ｚ２）2   ・・・  （１）
【００３１】
上記式（１）から分るように、インピーダンスの差が大きいほど、すなわち、インピーダンス不整合が大きいほど、マイクロ波の反射率Ｒが大きくなる。透過波が再びコンクリートに入るときにもインピーダンス不整合が起こるので、反射率はさらに大きくなる。
【００３２】
従って、欠陥等の背面側にはマイクロ波が進行せず、その結果、マイクロ波による加熱が少なく、反射波は、欠陥等のマイクロ波の波源側を加熱するのみである。よって、コンクリートの裏面側で温度分布を計測すると、欠陥等の後部に低温域が検出されると考えられる。他方、その欠陥の中に水分が多く含まれている場合には、その水分がマイクロ波のエネルギーを吸収して他の部分より多く発熱し、結果としてその部分に対応する裏面の部分の温度が高くなる場合がある。いずれにしても、欠陥等が存在すると、裏面の温度分布が異常になるので、欠陥等の存在を検出することができる。
【００３３】
図３と図４は、試験用のロ字形に形成された欠陥を有するコンクリート供試体に、その一方の面側よりマイクロ波〔周波数：２．４５ＧＨｚ、出力：７２０Ｗ、照射距離：４５ｃｍ、照射時間：６０ｓｅｃ、ホーンアンテナ設置（開口縦：２４．８５ｃｍ，開口横：３１．９７ｃｍ，長さ：２０．０ｃｍ）〕を照射し、その照射直後に表面側（マイクロ波の照射側）を、照射１分後に裏面側（マイクロ波の照射と反対側）を、それぞれ赤外線サーモグラフィで観測した例である。
なお、この供試体は、図５に示したように、高さＨと幅Ｗがそれぞれ３００ｍｍ、厚さＴが１００ｍｍのコンクリート供試体１で、その厚さ方向３５ｍｍの位置ａに、幅ｗが４０ｍｍ、厚さｔが１０ｍｍ、中心長さｌが４００ｍｍのロ字形の欠陥１ａを形成したものである。
【００３４】
図３と図４を比較することにより明らかなように、少なくともこの供試体においては、裏面側（マイクロ波の照射と反対側）よりマイクロ波照射後の温度分布を測定した方が、ロ字形の欠陥部分（図４に点線で示す）が明瞭に観測されている。
【００３５】
図６は、コンクリートの中に鉄筋が存在する場合、マイクロ波を照射する面に対して反対側の面、すなわち裏面側の温度分布を測定すると、そこに対応する部分が低温となって現れる理由を説明するための、コンクリートの概念的断面図である。
【００３６】
この場合には、照射されたマイクロ波は鉄筋に集中し、また鉄筋で反射されたマイクロ波も鉄筋の周囲を加熱するので、マイクロ波の波源側では一度高温になるが、鉄筋の熱伝導率がコンクリートより大きいので、直ぐに温度が下がる。そして、鉄筋の背後にはマイクロ波が到達しないので、マイクロ波によるコンクリートの発熱がない。従って、コンクリートの裏面側で温度分布を計測すると、鉄筋等の金属の後部に低温域が検出されると考えられる。
【００３７】
図７と図８は、試験用に十字形に形成された鉄筋を入れたコンクリート供試体に、マイクロ波（上記欠陥部の場合と同一のマイクロ波）を照射し、その２分後に、それを照射側と裏面側から赤外線サーモグラフィで観測した例である。
なお、この供試体は、図９に示したように、高さＨと幅Ｗがそれぞれ３００ｍｍ、厚さＴが１００ｍｍのコンクリート供試体１で、その厚さ方向３５ｍｍの位置ｂに、直径φが１３ｍｍの鉄筋１ｂを２本十字に重ねて埋め込んだものである。
【００３８】
図７と図８を比較することにより明らかなように、少なくともこの供試体においては、裏面側（マイクロ波の照射と反対側）よりマイクロ波照射後の温度分布を測定した方が、鉄筋の埋設位置（図８に点線で示す）が明瞭に観測されている。なお、水平の鉄筋より、垂直の鉄筋の方が明瞭に観測されているのは、マイクロ波の偏向面が水平であったためと考えられる。
【００３９】
いずれにしても、コンクリート中に欠陥や鉄筋があると、周囲温度のレベルと温度レベルが変わるため、裏面で温度分布を計測すると、これらの欠陥等が存在することを検出することができる。また、熱伝導の効果により、温度分布は時間の経過とともに変化するが、この温度分布の時間変化を計測することにより、これらの欠陥や鉄筋の位置を検出することも可能である。なお、欠陥とは、例えば、コンクリートのクラックや、極端に水分含有量が他の部分と異なる領域等である。
【００４０】
以上、本発明に係るコンクリートの非破壊検査方法および非破壊検査装置による、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，タイルあるいは貼り石の剥離、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、これらの存在なども検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【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】コンクリートの中に欠陥等が存在する場合、マイクロ波を照射する面に対して反対側の面、すなわち裏面側の温度分布を測定すると、そこに対応する部分が低温になることの理由を説明するための、コンクリートの概念的断面図である。
【図３】試験用のロ字形に形成された欠陥を有するコンクリート供試体に、その表面側よりマイクロ波を照射し、それを表面側（マイクロ波の照射側）より赤外線サーモグラフィで観測した例である。
【図４】試験用のロ字形に形成された欠陥を有するコンクリート供試体に、その表面側よりマイクロ波を照射し、それを裏面側（マイクロ波の照射と反対側）より赤外線サーモグラフィで観測した例である。
【図５】試験用のロ字形に形成された欠陥を有するコンクリート供試体を示した概念的斜視図である。
【図６】コンクリートの中に鉄筋等の金属が存在する場合、マイクロ波を照射する面に対して反対側の面、すなわち裏面側の温度分布を測定すると、そこに対応する部分が低温になることの理由を説明するための、コンクリートの概念的断面図である。
【図７】試験用に十字形に形成された鉄筋を入れたコンクリート供試体に、その表面側よりマイクロ波を照射し、それを表面側（マイクロ波の照射側）より赤外線サーモグラフィで観測した例である。
【図８】試験用に十字形に形成された鉄筋を入れたコンクリート供試体に、その表面側よりマイクロ波を照射し、それを裏面側（マイクロ波の照射と反対側）より赤外線サーモグラフィで観測した例である。
【図９】試験用に十字形に形成された鉄筋を入れたコンクリート供試体を示した概念的斜視図である。
【符号の説明】
【００４２】
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
３    マイクロ波発生装置移動手段
３ａ  レール
３ｂ  移動台車
４    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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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