セメント・コンクリート

No.810,Aug.2014 掲載

1．はじめに
近年、我が国においては高度経済成長期に建設された土木・建築構造物等の社会インフラの老朽できることから、コンクリート内部の状態を可視化してわかり易く推定することができるのが大きな特徴である。

化対策が急務となっており、時代のニーズに対応

コンクリートの調査・点検のための非破壊試験

した維持管理・更新に係る効率的・効果的な技術法の比較を表 1 に示す。使用する波動の種類によが求められている。維持管理・更新は、一般的にって弾性波と電磁波による方法に大別される。使は①調査・点検、②診断・評価、③劣化予測、④用周波数帯域によって、超音波、衝撃弾性波、打補修・補強、⑤更新の流れで行なわれる。コンク

音、電磁波レーダ、電磁誘導に分類され、この試リート構造物の調査・点検では目視点検が基本と験装置は、超音波に分類される。それぞれの試験なっているが、予防保全の観点から変状が発生す

法は、検査・点検項目に対する目的や適用性に違る前に兆候を明らかにするために、また調査結果いがある。

を可視化、定量化することで劣化の進展が比較しやすい等の理由から非破壊試験の必要性はますます高まってきている。一方、コンクリートの非破例えば、配筋状態とかぶり厚さに関して、従来壊試験には様々な方法があり、得られる測定結果の衝撃弾性波、打音による方法は適用できない。の精度や評価、適用性に関する技術的な課題も多また、電磁波による方法は、鉄筋の上筋の配筋状くあり、新たな非破壊試験方法も開発されている。

態やかぶり（厚さ）（200 ㎜程度まで）の適用は可

本稿では、この一例として「超音波トモグラフ

能であるが、下筋等がある多段配筋では上筋によィ・非破壊試験装置」（以下、試験装置と略）を用って電磁波が遮られる場合は適用できない。これ

いて行った「RC 床版供試体の鉄筋、埋設管（波付らの課題に対して、超音波トモグラフィは、48 個硬質ポリエチレン電線管、厚鋼電線管）、厚さ探査」、 のアレイセンサを用いた測定・解析技術によって、および「トンネル覆工コンクリートの鉄筋、厚さ電磁波では適用が難しかったかぶり（厚さ）が探査」の調査事例から、この試験装置の適用性と200mm を超える下筋のある多段配筋においても、今後の課題を紹介する。

適用が可能であり、適用可能深さは、配筋状態にも影響を受けるが電磁波に比べると 2.0m と非常

2. 技術概要に大きい。

2-1. 技術の特徴
この試験装置は、
超音波トモグラフィ A1040MIRAと呼ばれる機種である。主にコンクリート内部の配筋や部材厚さ、配管や空洞欠陥等を検知することができる。装置には超音波の横波を発受振できるアレイセンサを 48 個備えており、これをコンクリート表面に押し当て、測定ボタンを押すと自動計測が行われ、数秒で測定・解析を行い、現場で即時に解析結果を試験装置に 2 次元トモグラフィ画像とし表示することができる。また、複数の 2次元トモグラフィデータから専用の解析ソフトを用いて 3 次元トモグラフィ画像を生成することが1

表1

コンクリート非破壊試験法の比較
非破壊試験
弾性波

検査・点検項目

超音波

衝撃弾性波

使用周波数帯域

横波25kHz -85kHz

2MHz、5MHz

80Hz - 20Hz - 1600MHz35kHz 20kHz 2600MHz

適用可能深さ

2.0m

1m

2.5m

0.3m

0.2m

〇

〇

〇

〇

〇

施工不良（ジャンカ、コールド概観
ジョイント、内部空洞、配管）

打音

電磁誘導

20kHz40kHz
0.1m

配筋状態

〇
多段配筋可〇〇

かぶり厚さ〇
多段配筋可〇
上筋可〇
上筋可検査
コンクリート品質※

電磁波
レーダ

超音波
トモグラフィ

分類

点検

電磁波

超音波

強度〇
※

〇

〇
〇

〇

〇

部材厚さ・内部欠陥

〇

〇

〇

〇

ひび割れ・はくり〇

〇

〇

〇

緻密性

〇

超音波速度（横波）の速度による表層の緻密性評価が可能。

出典 大成出版社「非破壊・微破壊試験によるコンクリート構造物の検査・点検マニュアル」により作成

発受振レイアウト・自動切り替えで行う

写真 1 48 個のアレイ型センサー
図 1 48 個のアレイセンサによる探査原理
2-2 探査原理
本システムは、超音波横波を用いた反射法によ1056 経路の超音波の発受振を瞬時に行い、検知る探査原理である。システム本体の下面を写真 1した反射波の時間と設定された横波伝搬速度からに示す。下面には、48 個（4 行×12 列）のアレイ試験装置の解析ソフトによって、2 次元トモグラセンサが配置されており、探査方法は、試験装置フィ画像として、試験装置の画面に表示される。

をコンクリート表面に押し当て、測定ボタンを押RC 床版上面から行った事例を写真 2 にして行う。図 1 に試験装置の探査原理を示す。

示す。試験装置の中央の画面に解析結果が 2 次ト

先ず CH1 から超音波横波が発振され、反射波がモグラフィ画像として表示される。

CH2～12 で受振される。次に CH2 から発振し、CH3～12 で受振される。順次、発受振を繰り返し
66 通り（11＋10＋…＋2＋1）、1056 経路（66×4×4）の反射波信号を受振する。
アレイセンサから発振された超音波横波は、音響インピーダンスが異なる面、例えば 鉄筋、配管、空洞、ジャンカ、はく離、ひび割れ、躯体端面で反射する。

写真 2 2 次元トモグラフィ画像例
2

表2本システムの仕様

外形寸法・重量

380×130×140mm

4.2 ㎏

センサー数

48CH:4 行×12 列センサー面寸法330×75mm

センサー間距離

長辺 30mm 短辺 25mm

最小探査深度50mm

最大探査深度

2000mm

電源方式

内部充電電池動作温度環境-10℃～+50℃

写真 3

RC 床版（ポリエチレン電線管φ65 ㎜）供試体

製品名 A1040 MIRA、製造会社 Acoustic Control Systems, Ltd.

表 3 本システムの設定諸元
色感度0～48dB

アナログ感度

0～60dB

発信回数

0.5～5.0

発信間隔0～50ms

使用周波数設定図2

RC 床版・断面図（ポリエチレン電線管φ65 ㎜）

図3

RC 床版・平面図（ポリエチレン電線管φ65 ㎜）

25kHz～85kHz
ステップ 5kHz

自動伝搬速度設定On・Off

遅延時間0～50μS

表示画質

平均・低・高A-スキャン種別選択

Off・塗り潰し有・無RC 床版上面から行った事例を写真 2 に示す。試験装置の中央の画面に解析結果が 2 次トモグラフィ画像として表示される。
2-3.システム機器仕様
本システムの仕様を表 2 に示す。試験装置は、コンパクトかつ軽量であり作業が容易である。最大探査深さは無筋コンクリートの場合を示しており、鉄筋コンクリートの場合は、鉄筋の配筋の状態（かぶりや間隔、段数）に依存して探査深度は横波伝播速度の設定は、コンクリート厚さが既知の場合は、解析結果から逆算して設定する。一方、厚さが未知の場合は、自動伝搬速度設定によって自動的に横波伝搬速度を設定することができる。

2000 ㎜よりも小さくなる。表 3 に本システムの設定諸元を示す。
探査目的に応じて、使用周波数の設定は、25～85kHz の範囲で 5kHz 間隔で任意に設定する。
また、
3鉄筋 D22

鉄筋 D22

ポリエチレン電線管φ65 ㎜
鉄筋 D22

鉄筋 D22底面図4図5RC 床版・断面図（厚鋼電線管φ113.4 ㎜）

図6RC 床版・平面図（厚鋼電線管φ113.4 ㎜）

RC 床版(ポリエチレン電線管φ65 ㎜)・解析画像

写真 4RC 床版・厚鋼電線管φ113.4 ㎜供試体

3. 調査事例
3-1.RC 床版の電線管、鉄筋、厚さ探査(1) 波付硬質ポリエチレン電線管φ65 ㎜供試体
探査位置は、RC 床版のセンターで、電線管に直鉄筋 D22

鉄筋 D22交する向きとして、伝搬速度の設定は、自動設定で行った。探査面は、機器本体の長手向きの鉛直

厚鋼電線管φ113.4 ㎜
鉄筋 D22断面になる。RC 床版の供試体を写真 3 に、断面を
図 2、平面を図 3 に示す。尚、すべての供試体の鉄筋 D22底面

2

コンクリート呼び強度は 24N/m である。
解析結果を図 4 に示す。使用周波数は 50kHz、伝搬速度は 2830m/sec である。RC 床版の上・下鉄

図7

RC 床版（厚鋼電線管φ113.4 ㎜）
・解析画像

筋、波付硬質ポリエチレン電線管、床版底面の反射が明瞭に検知できた。電線管に平行する上・下く表示された。ポリエチレン電線管φ65 ㎜は、縦の主筋は、かぶり 100 ㎜、鉄筋間隔 300 ㎜、ポリ方向には良く整合したが、横方向には若干大きく

エチレン電線管かぶり 215 ㎜であり、解析画像と楕円形に表示された。波付管であることによる反概ね整合している。直径は、上筋では下筋に比べ射の乱れの影響と推察できる。床版厚さは 500 ㎜て濃い色の示す範囲が実際の鉄筋径より若干大きで良く整合した。
4写真 5

RC 床版・厚鋼電線管φ33.3 ㎜供試体

図9

RC 床版・パターン A の平面図
（厚鋼電線管φ33.3 ㎜）

3 次元解析画像を生成するために、RC 床版上面に縦、横に 5cm×5cm の間隔でマス目を罫書き、各マス目の交点に試験装置の左側上のセンサを基準
図8RC 床版・パターン A 断面図（厚鋼電線管φ33.3 ㎜）として縦方向、横方向に 5 ㎝間隔で順次測定を行った。使用周波数は 50kHz、伝播速度は 2510m/secである。RC 床版写真を写真 5 に、パターン A の断(2)RC 床版・厚鋼電線管φ113.4 ㎜供試体

面図、平面図をそれぞれ図 8、9 に示す。3 次元解

探査位置は、RC 床版のセンターで、電線管に直析画像位置を図 10 に示す。保存したデータをパソ交する向きとし、伝搬速度の設定は自動設定で行コンに読み込み、解析ソフトを用いて、5cm 間隔った。探査面は機器本体の長手向きの鉛直断面にの各 B-scan データから、それぞれ C-scan、D-scanなる。RC 床版写真を写真 4、断面を図 5、平面をの解析画像を作成した。

図 6 に示す。

パターン A における 3 次元解析画像を図 11 に示

解析結果を図 7 に示す。使用周波数は 35kHz、す。この画像から、任意位置の前述した各 scan 解伝搬速度は 2830m/sec である。RC 床版の上・下鉄析画像を作成することができる。図 12 に供試体セ筋、厚鋼電線管、床版底面の反射が明瞭に検知でンターでの各 scan の 2 次元解析画像を示す。図きた。電線管に平行する上・下の主筋は、かぶり13 に各断面番号別に各 scan の解析画像を示す。

100 ㎜、鉄筋間隔 300 ㎜、厚鋼電線管かぶり 237

パターン A では、RC 床版の上・下鉄筋、厚鋼電㎜であり、解析画像と概ね整合している。直径は、線管、床版底面の反射が明瞭に検知できた。電線

上筋では下筋に比べて濃い色の示す範囲が実際の管に平行する上・下の主筋は、かぶり 100 ㎜、鉄筋径より若干大きく表示された。厚鋼電線管φ

鉄筋間隔 300 ㎜、厚鋼電線管かぶり 220 ㎜であり、113.4 ㎜は、正円形ではないが概ね整合した。床解析画像と整合している。鉄筋の径は、上筋では版厚さは 500 ㎜で良く整合した。

下筋に比べて濃い色の示す範囲が実際の鉄筋径よ(3)RC 床版・厚鋼電線管φ33.3 ㎜供試体

り若干大きく表示された。
厚鋼電線管φ33.3 ㎜は、探査位置は、電線管に直交する向きをパターン A、ほぼ正円形となり整合した。床版厚さは 500 ㎜で平行する向きをパターン B として 2 方向で行った。

実際と良く整合した。
5

図 12

RC 床版・パターン A の 2 次元解析画像

図 10 3 次元解析画像位置

図 11

RC 床版・パターン A の 3 次元解析画像

鉄筋 D22（横筋）鉄筋 D22 鉄筋 D22

鉄筋 D22 鉄筋 D22

鉄筋 D22 鉄筋 D22

鉄筋 D22厚鋼電線管φ33.3 ㎜

厚鋼電線管φ33.3 ㎜
鉄筋 D22 鉄筋 D22

鉄筋 D22 鉄筋 D22

鉄筋 D22 鉄筋 D22

鉄筋 D22厚鋼電線管φ33.3 ㎜

C-scan③C-scan④底面

底面
底面

B-scan①

B-scan②

鉄筋 D22

底面

底面
鉄筋 D22

鉄筋 D22厚鋼電線管φ33.3 ㎜
底面

底面

鉄筋 D22 鉄筋 D22

底面

底面

鉄筋 D22

鉄筋 D22底面
底面

鉄筋 D22

C-scan⑤D-scan⑥

図 13 パターン A の各スキャンによる解析画像

底面

D-scan⑦6

パターン B では、パターン A と同様に RC 床版の上・下鉄筋、厚鋼電線管、床版底面の反射が明瞭に検知できたが、3 次元トモグラフィから得られた解析画像では主筋と厚鋼電線管は試験装置が埋設管に直交するパターン A における解析画像の方がより明瞭であった。
図-14

RC 床版・パターン B の断面図
（厚鋼電線管φ33.3 ㎜）

図-16

図-15

RC 床版・パターン B の 3 次元解析画像

RC 床版・パターン B の平面図
Cscan

（厚鋼電線管φ33.3 ㎜）

Dscan

パターン B の断面図、平面図をそれぞれ図 14、15 に示す。3 次元解析画像位置を図 16 に示す。パBscan

ターン A と同様の処理を行い B-scan データから、それぞれ、C-scan、D-scan の解析画像を作成した。

図-17RC 床版・パターン B の 2 次元解析画像

3 次元解析画像から、パターン A と同様の処理を行い各 scan 解析画像を作成した。図 17 に供試体センターでの各 scan の 2 次元解析画像を示す。
図 18 に各断面番号別に各 scan の解析画像を示す。

7

鉄筋 D22 鉄筋 D22

鉄筋 D22 鉄筋 D22

鉄筋 D22 鉄筋 D22 鉄筋 D22 鉄筋 D22

鉄筋 D22

鉄筋 D22厚鋼電線管φ33.3 ㎜

厚鋼電線管φ33.3 ㎜
底面

底面

底面

底面
鉄筋 D22底面

鉄筋 D22底面

鉄筋 D22底面

底面
鉄筋 D22底面

底面

底面

厚鋼管電線管φ33.3 ㎜

鉄筋 D22底面

図-35鉄筋 D22

底面

底面

RC 床版・B 解析画像(D-scan⑦)

1.5m8m40cm

図 19 側壁部・探査位置
写真 6

側壁部・覆工コンクリート探査の探査

3-2.トンネル覆工コンクリートの鉄筋、かぶり（厚解析結果を図 20 に示す。使用周波数は 50kHz、さ）探査伝搬速度は 2510m/sec である。トンネル横断面方(1)側壁部での探査

向に内面より鉄筋 D16、かぶり 150 ㎜、鉄筋間隔

探査位置は、トンネル側壁部の高さ 1.5m の個所、 250 ㎜に配置された鉄筋と覆工コンクリート背面伝搬速度の設定は、自動設定で行った。試験装置

厚さ 400 ㎜からの反射波が明瞭に検知できた。まは、トンネル縦断方向とした。探査面は、試験装た、背面反射の 2 往復反射波が 800 ㎜深度に検知置の長手向きの鉛直面になる。対象トンネル覆工された。背面が気中にある場合、波動のエネルギの様子を写真 6 に、探査位置を図 19 に示す。

ー減衰が少なく、また多重反射の経路上に鉄筋による反射・遮断が少ないことによって多重反射が8

鉄筋 D16

探査位置

鉄筋 D16背面

背面 2 往復反射

図 20 側壁部・解析画像8m40cm

図 21 探査位置図

鉄筋 D16

鉄筋 D16

背面

写真 7

トンネル覆工コンクリート全景生じたと考えることができる。仮に背面が地山と図 22 頂部・解析結果（使用周波数 50kHz）

密接している場合、グラウト注入がある場合は、波動エネルギーが透過することで減衰し多重反射横波伝搬速度は 2420m/sec である。トンネル縦が生じにくいことから、多重反射の有無に着目す

断面方向に内面より鉄筋径 D16、かぶり 100 ㎜、ることで背面空洞の状態を把握できる可能性があ

鉄筋間隔径 250 ㎜に配置された鉄筋と覆工コンクることが示唆された。

リート背面・厚さ 380 ㎜からの反射波が検知できた。頂部の鉄筋のかぶりは、側壁部 150 ㎜に比べ(2)頂部での探査て 50 ㎜小さくなった。打設時の鉄筋の沈み込みに探査は、トンネル頂部で、横波伝搬速度の設定よるものと推察される。右側の鉄筋は、スペーサは、自動演算モードで行った。探査機器本体はトーや組み立て鉄筋、横断方向の主鉄筋の影響によンネル横断方向とした。探査面は、機器本体の長る反射と推察される。頂部のコンクリート部材厚手向きの鉛直面になる。対象トンネル覆工コンク

さは、自動設定で得られた伝搬速度が 2420m/sec

リーのようすを写真 7 に、探査位置を図 21 に示す。

であり、側壁部 2510mｍ/sec と比べると約 4％遅解析結果を図 22 に示す。使用周波数は 50kHz、くなっている影響で、厚さが 20 ㎜小さく解析されたと推察される。

9

4. 考察とまとめ

5．おわりに(1) RC 床版供試体の埋設管、鉄筋、かぶり（厚社会インフラの維持管理・更新のための調査・さ）探査

点検技術として、コンクリート構造物を対象とす

RC 床版（1×1×0.5m、ダブル配筋 D22＠300）のる超音波トモグラフィ非破壊試験装置を用いた探内部にある埋設管の材質、直径、かぶりの異なる査事例により、本試験装置の適用性について一定3 種類の供試体で本試験装置を用いて床版上面かの有効性を検証することができたと考える。

ら探査を行った。

今後の課題として、①ひび割れやジャンカ、コ探査の結果、埋設管である波付硬質ポリエチレールドジョントの検知、②鉄筋コンクリートの配ン電線管 65 ㎜、厚鋼電線管 113.4 ㎜及び 33.3 ㎜、筋、かぶり深さや鉄筋コンクリート厚さの測定精

鉄筋 D22・ピッチ 300 ㎜ダブル配筋、かぶり 100度、③自動設定で得られる横波伝搬速度を用いた㎜、床版厚 500mm に対して概ね適切にトモグラフ

コンクリートの強度推定、④トンネルで知見されィ画像として表示できた。使用周波数は、35kHzた多重反射の現象を利用した背面の空洞検知、への方が 50kHz に比べて下筋の検知には有利であっの適用検討が挙げられる。今後はさらに本試験装た。配管直径は、鋼管の方がポリエチレン管に比置を用いて、供試体や実構造物による適用性の検べ良く整合した。ポリエチレン管は波付管である証や実探査を継続し、調査・点検における有効なので反射面が一様でないこと、配管周辺のコンク非破壊試験技術の一つとして広範囲に応用できるリート充填具合が鋼管と比較して一様でないなどよう検討したい。の要因が考えられる。床版底面の位置精度は、超音波横波の発振周波数は 50kHz の方が 35kHz に比べて良い傾向が見られた。
3 次元トモグラフィ解析を行うことで、任意位【参考文献】
1)

置での断面図を作成でき、コンクリート構造物の内部の情報をより多く得ることができ有益であっ管理の新たなる潮流）, 日刊建設通信新聞社（2014 年 7 月）
2)た。

(2) トンネル覆工コンクリートの鉄筋、かぶり（厚さ）探査
実大トンネル覆工コンクリート供試体（直径 8m、

牛島 栄 社会インフラの危機(つくるから守るへ-維持小林一輔, 牛島 栄 コンクリート構造物の維持管理(これからの長寿命化に備えて), 森北出版（2006 年 12 月）

3)非破壊・微破壊試験によるコンクリート構造物の検査・点検マニュアル, 大成出版社

以上

壁厚 40 ㎝）の鉄筋、かぶり（厚さ）の探査を側壁部及び頂部で行った。
探査の結果、側壁部、頂部にで、鉄筋 D16、壁厚 400 ㎜に対してトモグラフィ画像を適切に表示することができた。頂部の鉄筋は、側壁部に比べてやや不明瞭になったが、スペーサーや組み立て鉄筋、横断方向の主鉄筋の影響による反射と推察される。

10