(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート表面に伝播される振動に基づき該コンクリートを破壊することなく該コンクリートの圧縮強度を求めることができる非破壊圧縮試験装置において、
該コンクリートを伝播してきた振動を検知する複数の振動検知手段と、
前記コンクリートの表面における互いに離間した位置に前記複数の振動検知手段が接触されるように該複数の振動検知手段を支持すると共に、コンクリートより弾性波速度の低い材料で構成されたフレームと、
前記複数の振動検知手段の検知結果を出力する検知結果出力部と、
一の振動検知手段が振動を検知してから他の振動検知手段が該振動を検知する間の時間差を検出する時間差検出部と、
前記検出した時間差、及び前記一の振動検知手段と前記他の振動検知手段との離間距離に基づいて前記振動の伝播速度を演算する伝播速度演算部と、
前記伝播速度に基づいて前記コンクリートの圧縮強度を演算する圧縮強度演算部と、
を備えたことを特徴とする非破壊圧縮試験装置。
【請求項２】
前記振動検知手段は、弾性波を測定する水平センサ、及び／又はせん断弾性波を測定する垂直センサを有し、
前記圧縮強度演算部は、前記弾性波及び／又は前記せん断弾性波の伝播速度に基づきコンクリートの圧縮強度を演算する、
ことを特徴とする請求項１に記載の非破壊圧縮試験装置。
【請求項３】
前記振動検知手段は、回転自在なセンサを有し、その回転位置に応じて弾性波又はせん断弾性波を測定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の非破壊圧縮試験装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンクリート形成物（例えば、既存コンクリート構造物、杭やヒューム管等のコンクリート製品等）の圧縮強度を試験するのに好適な、コンクリートの非破壊圧縮試験方法及び非破壊圧縮試験装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンクリート構造物の圧縮強度を試験する方法には以下のようなものがある。
▲１▼コンクリート打設時にテストピースを作成し、該テストピースに対して所定の時期に圧縮試験機により圧縮試験を行う。
▲２▼柱、梁、璧など調べたい場所の一部をコアボーリング等によりサンプリングし、該サンプリングしたものを圧縮試験機により試験する。
▲３▼表面硬度法（シュミットハンマー）による非破壊圧縮試験を行う。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上記▲１▼、▲２▼、▲３▼の方法には以下のような不都合が伴っている。
▲１▼の場合：テストピースの作成、養生、保管等の管理上の煩雑さ、テストピースの強度から実際の構造物における強度を間接的に類推すると言う対応性の問題など、不都合がある。
▲２▼の場合：構造躯体の一部を採取するために欠損が生じ、更にこの採取には大掛かりな作業が必要である。
▲３▼の場合：コンクリートを局部的に打撃して試験するので、表面硬度のバラツキの影響を受け易く、試験結果に比較的大きなバラツキが生じ、信頼性に欠ける。
【０００４】
そこで本発明は上記事情に鑑み、管理上の煩雑さ、対応性の問題が無く、部材欠損による構造物への損傷を与えることも無く、信頼性の高い試験結果を得ることのできる、コンクリートの非破壊圧縮試験方法及び非破壊圧縮試験装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明のうち請求項１は、コンクリート表面（２０）に伝播される振動に基づき該コンクリート（４０）を破壊することなく該コンクリート（４０）の圧縮強度（ｆｃ）を求めることができる非破壊圧縮試験装置（１）において、
該コンクリート（４０）を伝播してきた振動を検知する複数の振動検知手段（３）と、
前記コンクリートの表面（２０）における互いに離間した位置（Ｑ１，Ｑ２）に前記複数の振動検知手段（３）が接触されるように該複数の振動検知手段（３）を支持すると共に、コンクリート（４０）より弾性波速度の低い材料で構成されたフレーム（２）と、
前記複数の振動検知手段（３）の検知結果を出力する検知結果出力部（７）と、
一の振動検知手段（３）が振動を検知してから他の振動検知手段（３）が該振動を検知する間の時間差（Ｔ）を検出する時間差検出部（１４）と、
前記検出した時間差（Ｔ）、及び前記一の振動検知手段（３）と前記他の振動検知手段（３）との離間距離（Ｌ）に基づいて前記振動の伝播速度（Ｖ）を演算する伝播速度演算部（１２）と、
前記伝播速度（Ｖ）に基づいて前記コンクリートの圧縮強度（ｆｃ）を演算する圧縮強度演算部（１３）と、を備えたことを特徴とする。
【０００６】
また本発明のうち請求項２は、上記非破壊圧縮試験装置において、前記振動検知手段（３）は、弾性波を測定する水平センサ（３ｂ）、及び／又はせん断弾性波を測定する垂直センサ（３ａ）を有し、
前記圧縮強度演算部（１３）は、前記弾性波及び／又は前記せん断弾性波の伝播速度（Ｖｅ，Ｖｓ）に基づきコンクリートの圧縮強度（ｆｃ）を演算することを特徴とする。
【０００７】
また本発明のうち請求項３は、上記非破壊圧縮試験装置（１）において、前記振動検知手段（３）は、回転自在なセンサを有し、その回転位置に応じて弾性波又はせん断弾性波を測定することを特徴とする。
【００１０】
なお、括弧内の番号等は、図面における対応する要素を示す便宜的なものであり、従って、本記述は図面上の記載に限定拘束されるものではない。
【００１１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のうち請求項１及び２によれば、テストピースを使用しないので、管理上の煩雑さや、対応性の問題などが無い。また、試験すべきコンクリート躯体の一部を採取することが無いので、構造躯体に欠損を与えず、しかも大掛かりな作業が不要である。また、２つの検知地点に亘っての振動の伝播速度を求めるので、コンクリートにおける表面硬度のバラツキの影響を受けにくく、試験結果にバラツキが生じず、信頼性が高い。更に、２つの検知地点を結ぶ延長線上近傍の任意の地点で打撃を与えればよいので簡易に試験が行え好都合である。
【００１３】
また本発明のうち請求項３によれば、水平センサと垂直センサを両方設けた場合と同様の効果を得ると共に、センサの兼用により振動検知手段を簡単かつ小型に形成できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は非破壊圧縮試験装置によりコンクリートの非破壊圧縮試験を行っている様子を示す模式図である。非破壊圧縮試験装置１は、図１に示すように、器具４と制御装置１０とを備えている。器具４は棒状のフレーム２を有しており、該フレーム２は試験結果に影響を与えないために、コンクリートより弾性波速度の低い材質でできている。
【００１７】
フレーム２の両端部近傍には振動計３がそれぞれ設けられており、振動計３，３間には隙間が形成され、全体としてコの字型になっている。フレーム２の中央付近は、試験者が手で握り持ち運びできる取っ手部２ａが形成されている。フレーム２には上記振動計３，３と電気的に接続されたコネクタ等のインタフェース部７が設けられており、該インタフェース部７にはケーブル５が着脱自在に接続されている。該ケーブル５のうち器具４とは反対側は前記制御装置１０と接続されている。
【００１８】
図２は非破壊圧縮試験装置の制御構成を示すブロック図である。各振動計３は、図２に示すように水平センサ３ｂを有しており、該水平センサ３ｂには図２には省略されているインタフェース部７を介してケーブル５が接続されている。各振動計３には、図１に示すように水平センサ３ｂが振動を捕らえるための検知部３ｔ（プローブ等）が設けられており、２つの振動計３，３の検知部３ｔ，３ｔ間の間隔は所定の間隔Ｌとなっている。
【００１９】
制御装置１０側には、図２に示すように主制御部１１が設けられており、該主制御部１１には、フィルタ・増幅器６及び図示しないＡ／Ｄ変換器等を介して上述したケーブル５が接続されている。上述した水平センサ３ｂで振動を捕らえ、その検知信号Ｓ１又はＳ２がケーブル５を介して伝送され、フィルタ・増幅器６により目標とする周波数帯域の振動が抽出され増幅されるようになっている。また主制御部１１には内部バスを介して、時間差検出部１４、速度演算部１２、圧縮強度演算部１３、表示出力部１５、記録部１６等が設けられている。なお図１では器具４と制御装置１０が別体式になっているが、器具４のフレーム２等に制御装置１０の機能を内蔵して、携帯性、可搬性をもたせることも可能である。
【００２０】
図３は粗密波発生装置の一例を示す模式断面図である。上述した非破壊圧縮試験装置１を用いて後述する非破壊圧縮試験を行う際に使用する粗密波発生装置３０は、例えば図３に示すように、平坦なスラブ等を構成するコンクリート表面２０に設置自在なフレーム３１を有しており、フレーム３１には水平（前記コンクリート表面２０に平行）に配置されたシリンダ３２が固定されている。シリンダ３２内には、該シリンダ３２内を往復移動自在なピストン状の重り３３が設置されており、重り３３の一方にはバネ３５が設けられている。
【００２１】
粗密波発生装置３０を使用するには、まず図３の実線表示で示すように、バネ３５を圧縮することにより重り３３を第１位置ＰＳ１に配置する。この第１位置ＰＳ１においてピン３６を介して重り３３をシリンダ３２に対して固定しておく。そして、コンクリートに粗密波を発生させる際には、上記ピン３６を抜く。これによりバネ３５の圧縮が開放されて重り３３はシリンダ３２内を第２位置ＰＳ２（二点鎖線で表示）まで激しく移動し、該シリンダ３２の壁部３２ａにぶつかる。この壁部３２ａにぶつかる衝撃はフレーム３１を介してコンクリート４０に伝達され、該コンクリート表面２０近傍には粗密波（弾性波）が発生することになる。
【００２２】
非破壊圧縮試験装置１等は以上のように構成されているので、該非破壊圧縮試験装置１を用いてコンクリートの非破壊圧縮試験は以下のように行われる。まず、図１に示すように非破壊圧縮試験装置１の器具４（フレーム２）を試験すべきコンクリート４０（図では水平なコンクリートスラブの例を示す）に設置する。設置に際しては２つの振動計３，３の検知部３ｔ，３ｔがコンクリート表面２０に当接するように配置する。各検知部３ｔがコンクリート表面２０に当接する地点は、それぞれ検知地点Ｑ１，Ｑ２とする。
【００２３】
次いで、２つの検知部３ｔ，３ｔを結ぶ延長線上近傍の地点Ｐ（図１）に上記粗密波発生装置３０を設置する。これにより検知地点Ｑ１，Ｑ２と上記地点Ｐは直列に配置された。設置の後、該粗密波発生装置３０で、既に説明した手順によりコンクリート４０に粗密波（弾性波）を発生させる。なお試験対象となるコンクリートが梁や柱のように側面が露出した部材である場合には、粗密波発生装置３０を使用しなくてもハンマー等で側面を打撃すれば同様の粗密波を発生させることができる。また本実施形態で示した上記粗密波発生装置３０は一例に過ぎず、これ以外の装置或いは方法により粗密波を発生させてもよい。
【００２４】
非破壊圧縮試験装置１の各振動計３は検知部３ｔを介して、間隔Ｌに相当する時間差をもって上記弾性波を検知する。振動計３，３からの検知信号Ｓ１，Ｓ２がインタフェース部７を介し、ケーブル５により制御装置１０側に順次送信される。制御装置１０では図示しないＡ／Ｄ変換器により上記検知信号Ｓ１，Ｓ２がＡ／Ｄ変換され、時間差検出部１４ではこのＡ／Ｄ変換された検知信号Ｓ１，Ｓ２の立ち上がり時間差Ｔを演算して速度演算部１２に伝送する。なお時間差Ｔの検出はこれ以外にも様々な方法が可能である。例えば始めの検知信号を受信した時点でタイマーをスタートし、次の検知信号を受信してタイマーをストップし、該タイマーによる計測時間を時間差として検出してもよい。
【００２５】
速度演算部１２では、伝送されてきた時間差Ｔに基づいて、コンクリートに発生した上記弾性波の速度Ｖを演算する。即ち、時間差Ｔは上記弾性波が検知部３ｔ，３ｔの間隔Ｌを移動する時間に等しいので、間隔Ｌを該時間差Ｔで割って上記弾性波の速度Ｖが求まる。速度演算部１２は演算した速度Ｖを圧縮強度演算部１３に伝送する。
【００２６】
図５は各振動計において検出された波形データを示す図である。例えば間隔Ｌが３０ｃｍの場合、２つの振動計３，３での波形データはＤＡＴ１のようになる。振動計３，３は図５の波形の立ち上りポイントＡ，Ａ’をそれぞれ検出する。ＤＡＴ２、ＤＡＴ３は、それぞれ間隔Ｌが５０ｃｍ、１００ｃｍの場合の例であり、ＤＡＴ２では振動計３，３は波形の立ち上りポイントＢ，Ｂ’をそれぞれ検出し、ＤＡＴ３では振動計３，３は波形の立ち上りポイントＣ，Ｃ’をそれぞれ検出することになる。
【００２７】
図４は弾性波速度とコンクリートの圧縮強度の関係を示す図である。圧縮強度演算部１３では、伝送されてきた上記弾性波の速度Ｖを、実験より統計的に求めた弾性波速度と圧縮強度の関係式に代入して圧縮強度を演算する。一般的に、コンクリートの種別ごとに、該コンクリートの強度（Ｎ／ｍｍ２）と、該コンクリートを伝播する弾性波速度（ｍ／ｓ）との関係は決まっている。例えば本実施形態で試験するコンクリートについて、図４に示すようにコンクリート強度ｆｃと弾性波速度の実験統計式；ｆｃ＝Φ（Ｖ）が予め実験に基づいて求められており、圧縮強度演算部１３は該実験統計式；ｆｃ＝Φ（Ｖ）を保持している。そこで圧縮強度演算部１３は該実験統計式；ｆｃ＝Φ（Ｖ）に上記速度Ｖを代入することにより、コンクリートの圧縮強度ｆｃを求める。
【００２８】
圧縮強度演算部１３で演算した圧縮強度ｆｃは表示出力部１５に伝送され、該表示出力部１５により図示しないディスプレイを介して圧縮強度ｆｃを表示する。また圧縮強度ｆｃは記録部１６に伝送され、該記録部１６が制御する磁気ディスクやプリンタ等により記録を行う。
【００２９】
以上のように本実施形態では、テストピースを使用しないので、管理上の煩雑さや、対応性の問題などが無い。また、試験すべき構造躯体の一部を採取することが無いので、構造躯体に欠損を与えず、しかも大掛かりな作業が不要である。また、２つの振動計３，３間に亘ってのコンクリート中の弾性波の速度を求めるので、コンクリートにおける表面硬度のバラツキの影響を受けにくく、試験結果にバラツキが生じず、信頼性が高い。
【００３０】
また、２つの振動計３，３を結ぶ延長線上近傍の任意の地点Ｐで打撃を与えればよいので簡易に試験が行え好都合である。
【００３１】
なお上述した実施形態ではコンクリートに発生させる振動を粗密波（弾性波）による振動として試験を行ったが、この振動をせん断弾性波として試験を行うことも可能である。この場合、図２に示すように、振動計３には垂直センサ３ａを設ける。また、圧縮強度演算部１３にはせん断弾性波に関する実験統計式を保持させておく。
【００３２】
即ち、図１に示すように器具４を設置し、２つの検知部３ｔ，３ｔを結ぶ延長線上近傍の地点Ｐをハンマー等により、コンクリート表面２０にほぼ垂直に打撃する。これによりコンクリートにはせん断弾性波による振動が発生する。以降、上述した手順と同様に、振動計３，３からの検知信号Ｓ１，Ｓ２が制御装置１０側に順次送信され、これら検知信号Ｓ１，Ｓ２に基づいて時間差検出部１４で時間差Ｔが検出され、速度演算部１２では時間差Ｔに基づいてせん断弾性波の速度Ｖを演算し、圧縮強度演算部１３では前記せん断弾性波の速度Ｖを、実験より統計的に求めたせん断弾性波速度と圧縮強度の関係式に代入して圧縮強度を演算し、演算した圧縮強度を表示出力部１５を介してディスプレイで表示し、或いは該圧縮強度を記録部１６を介して磁気ディスクやプリンタ等で記録する。
【００３３】
なお弾性係数とせん断弾性係数との関係に、Ｇ＝Ｅ／｛２（１＋ν）｝が成り立つ。一方、弾性波速度及びせん断弾性波速度は、弾性係数と単位体積質量により、弾性波速度Ｖｅ＝（Ｅ／ρ）１／２、せん断弾性波速度Ｖｓ＝（Ｇ／ρ）１／２の関係がある。よって、Ｇ＝（Ｖｓ／Ｖｅ）２・Ｅとなる。これらの式により弾性波速度及びせん断弾性波速度の相互の変換が計算により可能である。従って、圧縮強度演算部１３にコンクリート強度と弾性波速度の実験統計式を保持しておいて、圧縮強度演算部１３が、この実験統計式と、上記変換式と、せん断弾性波速度とにより、コンクリートの圧縮強度を演算するようにしてもよい。また逆に、圧縮強度演算部１３にコンクリート強度とせん断弾性波速度の実験統計式を保持しておいて、圧縮強度演算部１３が、この実験統計式と、上記変換式と、弾性波速度とにより、コンクリートの圧縮強度を演算するようにしてもよい。
【００３４】
また各振動計３は、水平センサ３ｂと垂直センサ３ａとのどちらか一方のみ有する構成以外に、これらセンサ３ａ，３ｂの両方を有してもよい。水平センサ３ｂと垂直センサ３ａの両方を有することで、試験の状況に応じて弾性波又はせん断弾性波を選択的に採用できるので便利である。
【００３５】
また各振動計３はセンサを１つだけ有し、該センサの向きを回転自在としてもよい。例えば、弾性波を採用する場合にはセンサを回転させて、上述した水平センサ３ｂと同じ検出方向にセットして使用する。また、せん断弾性波を採用する場合にはセンサを回転させて、上述した垂直センサ３ａと同じ検出方向にセットして使用する。このようにセンサの向きを回転自在とすることで、水平センサ３ｂと垂直センサ３ａを両方設けた場合と同様の効果を得ると共に、センサの兼用により振動計を簡単かつ小型に形成できる。
【００３６】
また上記回転式のセンサを採用する場合、センサの回転を電気的な接点を用いて制御装置１０側に取り込めば、振動方向のチェックや関係式の適用を自動的に行うことも可能となる。
【００３７】
またコンクリートにおいて間隔Ｌを伝播する振動（弾性波又はせん断弾性波）の伝播速度を計測できればよいので、例えば一方の振動計をコンクリート表面２０に直接叩きつけることにより、上述した実施形態と同様の結果を得ることができる。
【００３８】
図６は仕上げ材が設置されたコンクリートに非破壊圧縮試験装置を設置した様子を示す図である。コンクリート表面２０にモルタル等の仕上げ材２５がある場合の試験方法としては、図６に示すように、仕上げ材２５部分を貫通する例えば直径１ｃｍ程度の孔２６を開け、プローブ２７付きのセンサ３ａが該孔２６を通してコンクリート表面２０に接触するようにすれば、仕上げ材２５の損傷を最小限にすることができる。
【００３９】
上記非破壊圧縮試験には振動計が２個設けられているが、振動計の個数は２個以上であれば３個、４個など何個でもよい。３個以上の場合にも、振動計を既知の間隔で直列に配置しておけばよい。
【００４０】
なお上述した非破壊圧縮試験では、上記構成の非破壊圧縮装置１を用いて行ったが、非破壊圧縮装置１を用いず、２個（或いは３個以上）のセンサを所定の間隔で配置して、同様の試験を行うことも可能である。
【００４１】
なお構造物の柱、梁、壁、床等の各部位の建設時又はある時期の圧縮強度を測定して記録しておけば、その後の経年変化、火災や震災または不具合などによる劣化度合を判断することができるので好都合である。
【図面の簡単な説明】
【図１】非破壊圧縮試験装置によりコンクリートの非破壊圧縮試験を行っている様子を示す模式図。
【図２】非破壊圧縮試験装置の制御構成を示すブロック図。
【図３】粗密波発生装置の一例を示す模式断面図。
【図４】弾性波速度とコンクリートの圧縮強度の関係を示す図。
【図５】各振動計において検出された波形データを示す図。
【図６】仕上げ材が設置されたコンクリートに非破壊圧縮試験装置を設置した様子を示す図。
【符号の説明】
１      非破壊圧縮試験装置
２      フレーム
２ａ    取っ手部
３      振動検知手段（振動計）
３ｔ    検知部
７      検知結果出力部（インタフェース部）
１２    伝播速度演算部（速度演算部）
１３    圧縮強度演算出力部（圧縮強度演算部）
１４    時間差検出部
１５    圧縮強度演算出力部（表示出力部）
１６    圧縮強度演算出力部（記録部）
２０    表面（コンクリート表面）
４０    コンクリート
ｆｃ    圧縮強度
Ｌ      間隔、配置間隔（間隔）
Ｐ      地点
Ｑ１，Ｑ２    検知地点
Ｔ      時間差
Ｖ      伝播速度（速度）
【図１】
0003917359.tif 000002
【図２】
0003917359.tif 000003
【図３】
0003917359.tif 000004
【図４】
0003917359.tif 000005
【図５】
0003917359.tif 000006
【図６】
0003917359.tif 000007