表面走査法によるコンクリートの凍害点検・診断マニュアル（案）The Frost Damage Inspection and/or Diagnosis Manual of Concrete with Surface Scanning Method

平成28年10月

国立研究開発法人土木研究所 寒地土木研究所
寒地保全技術研究グループ 耐寒材料チーム

目 次

概要

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

１．装置、器具・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

２．事前準備・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

２．１ 測定位置の明示

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

２.２ 表面水分率の測定

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

３．測定作業・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

３.１ 超音波伝播時間の測定

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

３.２ 超音波伝播時間の補正

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

３.３ 発・受振子間の距離と補正後の超音波伝播時間の関係のグラフの作成
３.４ 相対動弾性係数の真値が存在する領域の推定および判定
３.４.１ ケース１の場合・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

３.４.２ ケース２もしくはケース３の場合
４．報告

・・・

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

1
1
1
1
2
2
2
3
3
3
3
6
7

付録（技術資料） 平成23 年度北海道開発技術研究発表会「コンクリート部材の凍害診断への表面走査法の適用に関する研究」

・・・・・・・・・・・・・・・・

8

表面走査法は、寒地土木研究所が監修する「凍害が疑われる構造物の調査・対策手引書（案）」でも述べられています。耐寒材料チームのホームページでは、マニュアルのほか、計算プログラム（Excel）、解説など、その他の資料も無償でダウンロードすることができます。

表面走査法によるコンクリートの凍害点検・診断マニュアル（案）The Frost Damage Inspection and/or Diagnosis Manual of Concrete with Surface Scanning Method【概要】
寒冷地における代表的な劣化に凍害が挙げられる。凍害の程度は、一般的に構造物からコアを採取し、分析することで評価される。しかし、コアの採取は構造物を損傷させる可能性がある。
また、広範囲にわたって調査を行うには、多大なコスト、時間、労力を要する。表面走査法は、
日常的な管理の範囲で、凍害の程度を簡単かつ迅速に非破壊で把握することをねらいとしている。
なお、この方法は、相対動弾性係数の真値が存在する領域を推定するものであり、真値を特定するものではないことに注意されたい。
１．装置、器具
点検・診断において使用する装置ならびに器具は、以下の通りである。
① チョークとメジャー② コンクリート表面水分計（ケット）③ 超音波測定器（エルソニック）④ データ解析用のパソコン⑤ 現場での超音波測定器およびパソコンの稼働に必要な電源（発電機、車両のソケット）
なお、コンクリートが凍結している場合は、点検・診断ができない（凍害によって発生したひび割れが氷で充填され、損傷なしと誤った点検がなされる可能性があるため）。
２．事前準備２．１

測定位置の明示

チョークとメジャーを使用して、測定面に約 500mm の直線を引き、その直線上に超音波の発・受振子をあてる位置の印をつける。印は直線の端から 0、50、100、150、…、350、400mm の 9 箇所につける。写真－１に一例を示す。

写真－１

測定位置の明示1２．２

表面水分率の測定

表面水分計を使用して、調査対象のコンクリートの表面水分率 W(%)を測定する。表面水分率は0.1%単位まで測定する。写真－２に測定状況の一例を示す。

写真－２

表面水分率の測定

３．測定作業
３．１

超音波伝播時間の測定２．１で引いた直線上において、示した印の上に超音波測定器の発振子と受振子をあてて、超音波伝播時間 Ts(μsec)を測定する。図－１に発・受振子のあて方、写真－３に測定の状況を示す。
直線の端に発振子を配置し、受振子を発振子から段階的に遠ざけていき、発・受振子間距離が 50、100、150、…、350、400mm における Ts をそれぞれ求める。

受振子

発振子

図－１

写真－３

発・受振子のあて方

測定の状況（左手が発振子、右手が受振子）

2

３．２

超音波伝播時間の補正

３．１で調べた超音波伝播時間の補正を行う。補正は次式により行う。

Tr＝Ts   0.09W  1.53
ここに、Tr：補正後の超音波伝播時間(μsec)
Ts：３．１で調べた超音波伝播時間(μsec)
W：２．２で調べたコンクリートの表面水分率(%)
３．３

発・受振子間の距離と補正後の超音波伝播時間の関係のグラフの作成

発・受振子間の距離と補正後の超音波伝播時間との関係のグラフを作成する。グラフの形はコンクリートの状態に依存し、以下の 3 ケースのいずれかとなる。エラーデータや異常が疑われる
データは適宜、削除しながらグラフを作成する。なお、ケース 1 の A、B 層は、必ずしも A 層が凍害を受けており、B 層は凍害を受けていないとは限らない。もちろんそのような場合もあるが、それ以外にも A、B 層とも凍害を受けており、A 層が B 層に比べると損傷の程度が大きい、もしくは A、B 層ともに健全で、A 層より B 層の方が品質は高い場合もあるため、注意されたい。

ケース１

ケース２

ケース３
層状ひび割れの
存在の疑い

品質差あり

品質差なし

（表面近傍に劣化層が存在）（全体的に健全or劣化?）

超音波 超音波受振子
発振子

超音波 超音波受振子
発振子

超音波 超音波受振子
発振子

A層
B層

発・受振子間距離
図－２３．４

超音波伝播時間

層状ひび割れの存在の疑い超音波伝播時間

超音波伝播時間

A層より
品質良発・受振子間距離

発・受振子間距離

発・受振子間の距離と補正後の超音波伝播時間との関係のグラフ

相対動弾性係数の真値が存在する領域の推定および判定

３．４．１

ケース１の場合

原点回帰を条件に、2 本の直線による折れ線回帰を行う。次に、A 層の厚さを求める。原点から直線の傾斜が変わる変曲点までの発・受振子間距離を X0、A 層内部の超音波伝播速度を Vd（原3

点から折れ線までの直線の傾きの逆数）、B 層縁端面の超音波伝播速度を Vs（折れ線以降の直線の傾きの逆数）とすると、A 層の厚さ t は次式で表される。

t＝

X0
2

V s  Vd
V s  Vd

続いて、直線の傾きから、コンクリート表面から深さ 10mm（相対動弾性係数の把握が可能な
最も表面に近い位置）および深さ t mm の相対動弾性係数を求める。直線の傾きと相対動弾性係数の関係については、コンクリートの品質に依存するため、あらかじめ実験を行って確認しておくことを基本とするが、データがない場合は、経験的に求められた次の簡便式を用いてもよい。

RE d＝21.7 x 0.81

ここに、REd：相対動弾性係数(%)
x：直線の傾き
図－３に深さ 10mm および深さ t mm の相対動弾性係数の把握のプロセスの一例を示す。なお、t（A 層の厚さ）が 10mm 以上の場合と 10mm 未満の場合において、直線の傾きから求まる相対動

透過法

傾き1：原点から変曲点まで
傾き2：変曲点以降＜関係式＞
REd = 21.7 x -0.81

傾き2

REd：相対動弾性係数(%)
x：傾き

傾き1

内部←表面からの深さ→表面

超音波伝播時間 (μsec)

表面走査法
0
10mm
最も浅い
測定位置

t

REd-10 REd-t

発・受振子間距離 (mm)相対動弾性係数(%)

10mm 以上

t条
件10mm 未満x＝傾き 2 → REd＝深さ 10mm 位置

x＝傾き 1 → REd＝深さ 10mm 位置（傾き 1 は無視し、深さ t 位置の REd

x＝傾き 2 → REd＝深さ t 位置
図－３は算出しない（均質とみなす））

深さ 10mm、深さ tmm の相対動弾性係数の把握（ケース１の場合）

4

弾性係数の位置が異なるので、注意されたい。一般に、凍害の程度は表面が最も大きく（相対動弾性係数は小さい）、内部では深くなるほど小さくなる（相対動弾性係数は大きい）傾向にあるため、実際の相対動弾性係数は図－４に示す塗りつぶした範囲に存在すると判定する。そして、図－４をもとに、今後の対応の検討を行う。検討の例を以下ならびに図－５に示す。
・相対動弾性係数の低下が顕著ではない…経過観察
・相対動弾性係数が顕著に低い（鉄筋位置まで凍害が進行）と疑われる…詳細調査の実施を検討
なお、相対動弾性係数の判定の閾値として、一般に 60%が使われる場合が多いが、閾値については構造物の形や重要度等を勘案しながら、管理者との協議により定めることを基本とする。

深さ10mmと深さtのREdが算出可能

10mm

10mm

表面からの深さ

深さ10mmのみ
REdの算出可能t

REd-10

REd-10 REd-t

相対動弾性係数(%)

相対動弾性係数(%)

透過法から求められる相対動弾性係数は、の範囲にプロットされる可能性が高い

図－４

相対動弾性係数の真値が存在すると推定される領域、太線が推定域の下限（ケース１の場合、左図は t が 10mm 以上、右図は t が 10mm 未満の場合）

表面からの深さ

10mm

10mm

10mm

10mm

10mm

10mm

鉄筋
位置

鉄筋
位置

鉄筋
位置
t
鉄筋
位置

t

t

鉄筋
位置

鉄筋
位置

60%

60%

相対動弾性係数(%)

相対動弾性係数(%)

t

60%

60%

相対動弾性係数(%)

相対動弾性係数(%)

60%

60%
相対動弾性係数(%)

相対動弾性係数(%)

判定

判定

判定

判定

判定

判定

全体的に60%以上
→経過観察

全体的に
60%以下の疑いあり→詳細調査の実施を検討

表層は60%以下だが鉄筋位置は60%以上→経過観察

鉄筋位置は60%以下の疑いあり→詳細調査の実施を検討

全体的に60%以上→経過観察

全体的に60%以下の疑いあり→詳細調査の実施を検討

図－５ 判定および今後の対応の検討の一例（相対動弾性係数の閾値（下限）を 60%とした場合）

5

３．４．２

ケース２もしくはケース３の場合

ケース 2 の場合、全体的に均質であり、t は存在いないため、図－６に示すように、折れ線回帰は行わず、原点からの直線の傾きから深さ 10mm の相対動弾性係数を計算する。計算の方法については３．４．１に同じである。

透過法

＜関係式＞
REd = 21.7 x -0.81
REd：相対動弾性係数(%)
x：傾き

傾き

内部←表面からの深さ→表面

超音波伝播時間 (μsec)

表面走査法
0
10mm
最も浅い
測定位置

REd-10

発・受振子間距離 (mm)相対動弾性係数(%)

図－６ 深さ 10mm の相対動弾性係数の把握（ケース２の場合）
なお、品質は均一でも、コンクリート表面と平行な層状の亀裂が内部に存在している場合は、
ケース 3 のようにケース 1 とは逆向きの折れ線が出現する。このようなグラフが出現した場合は便宜的に、図－７に示すように折れ線を棄却し、データ全体を直線回帰し、ケース 2 と同様に、原点からの直線の傾きから深さ 10mm の相対動弾性係数を計算する。

透過法

全データが1本の直線で回帰できるとみなす（逆向きの折れ線は棄却）＜関係式＞
REd = 21.7 x -0.81
傾き棄却

REd：相対動弾性係数(%)
x：傾き

内部←表面からの深さ→表面

超音波伝播時間 (μsec)

表面走査法
0
10mm
最も浅い
測定位置

REd-10

発・受振子間距離 (mm)相対動弾性係数(%)

図－７ 深さ 10mm の相対動弾性係数の把握（ケース３の場合）
前項で述べたように、一般に、凍害の程度は表面が最も大きく（相対動弾性係数は小さい）、内部では深くなるほど小さくなる（相対動弾性係数は大きい）傾向にあるため、実際の相対動弾性
係数は図－８に示す塗りつぶした範囲に存在すると判定する。そして、図－８をもとに、今後の6

対応の検討を行う。検討の考え方は前項および図－５に同じである。

10mm

REd-10相対動弾性係数(%)
透過法から求められる相対動弾性係数は、の範囲にプロットされる可能性が高い

図－８

相対動弾性係数の真値が存在すると推定される領域（ケース２、３の場合）

４．報告報告する事項は、以下の通りである。
① 調査箇所のコンクリート表面の写真② 調査年月日、構造物名、調査データを記した点検結果、および、今後の対応についての見解等を記した診断結果（図－９）（なお、本マニュアルの利用目的が点検のみであれば、前者の結果のみでよい）
また、必要に応じて報告する事項は、以下の通りである。
③ 点検時の外観写真④ 測定者名図－９

点検・診断結果の一例（Excel による診断プログラム画面）

7

付録（技術資料）

平成 23 年度北海道開発技術研究発表会

コンクリート部材の凍害診断への表面走査法の適用に関する研究(独)土木研究所寒地土木研究所(独)土木研究所寒地土木研究所(独)土木研究所寒地土木研究所

耐寒材料チーム
耐寒材料チーム
耐寒材料チーム○遠藤 裕丈田口 史雄
林田宏

コンクリート構造物の凍害診断では、凍害が疑われる箇所からコアを採取し、コアの分析を行って劣化の程度を把握、評価するのが一般的である。しかし、コア採取は、部材とりわけ鉄筋の損傷が懸念される。また、調査範囲が広範に及ぶ場合、調査に多大な時間と労力を要する。
そこで、通常の日常管理の範囲で簡便かつ迅速に凍害の程度を評価できる診断技術の確立を目指し、コンクリート表面からの劣化層の厚さを非破壊で推定できる表面走査法の凍害診断への応用について検討を行った。さらに、北海道内の道路橋のコンクリート部材を対象に、表面走査法による凍害診断を試みた。
キーワード：コンクリート、凍害、超音波伝播速度、表面走査法、非破壊調査

受振子

1. はじめに

発振子

我が国では、これまでに多くのコンクリート構造物が建設されてきた。これらの構造物は、今も住民の安全と生活を支える重要な役割を担っている。一方で老朽化および劣化が進行している構造物も存在している。これか
らは構造物を適切に維持管理し、うまく使いこなすことが強く求められている1)。とりわけ厳しい財政事情の下で合理的に維持管理を行うには、劣化の程度を経済的かつ効率的に診断できる技術の充実が望まれる。
寒冷地のコンクリート構造物が受けやすい代表的な劣化に凍害が挙げられる。一般に凍害の診断では、凍害が疑われる箇所からコアを採取し、コアの側面に超音波の発・受振子をあててコア内部の超音波伝播速度の分布を調査し、その結果をもとに凍害の範囲や程度の把握、評価が行われる。しかし、コア採取はコンクリート部材や鉄筋を損傷させる可能性があることや、部材の広範囲で調査を行うには多大なコストと時間および労力を要する等の課題を有している。
そこで、本研究ではコンクリートの凍害の程度を簡便かつ迅速に把握できる診断技術の確立を目指し、表面からの劣化層の厚さを非破壊で推定できる表面走査法2)の凍害診断への応用について検討を行った。

t

劣化

超音波伝播時間

健全

X0
1
Vs
1
Vd
発・受振子間距離図-1 表面走査法の概念

層の厚さを超音波により非破壊で推定する方法である2)。
超音波は損傷の程度が小さい組織を伝播経路に選びながら最短時間で受振子に到達する性質がある。図-1に示すような劣化層が表面近傍に存在する場合、表面に超音波の発振子と受振子を配置し、受振子を一定の間隔で発振子から遠ざけていくと、発・受振子間距離がある値以上になると超音波の伝播経路は健全層の縁端面に一本化され、発・受振子間距離に対する伝播時間の増加率は小さくなる。このため、発・受振子間距離と超音波伝播時間の関係は図に示すような折れ線グラフとなる。
ここで、原点から変曲点までの距離をX0、劣化層と健全部縁端面における超音波伝播速度をそれぞれVd、Vs（直線の傾きの逆数）とすると、劣化層の厚さtは次式

2. 表面走査法
表面走査法は、コンクリート表面近傍に存在する劣化
Hirotake Endoh, Fumio Taguchi, Hiroshi Hayashida8

表-1 コンクリートの配合
配合
番号
1
2
3
4

W/C
(%)

Gmax
(mm)

使用
セメント

55
55
55
55

－
20
40
20

普通
普通
普通
高炉B

単位量 (kg/m3)
セメント
細骨材
486
1551
280
893
280
893
280
889

水
267
154
154
154

粗骨材
－
1119
1123
1115

【略称】 W/C：水セメント比、Gmax：粗骨材の最大寸法
試験水を張って凍結融解試験

のように表される2)。
X0
2

V s  Vd
Vs  Vd(1)

コンクリート内部における超音波伝播速度の分布の測定
（透過法）

10cm

t

表面走査法
による測定

なお、コンクリートが全体的に健全もしくは劣化している場合は品質が均質なため、発・受振子間距離と超音波伝播時間の関係は折れ線ではなく、直線グラフとなる。その場合のtは0か部材の全厚のいずれかとなる。
本研究は、この理論を凍害診断に応用することを目指したものである。図に示す劣化層を凍害で損傷した
範囲に見立て、凍害の深さおよび程度を表面走査法により非破壊で診断できるかを調べた。はじめに、表面走査法の適用性について基礎的な検討を行うため、室内実験を実施した。次に、この検討結果をふまえて、
北海道内の道路橋のコンクリート部材を対象に実証的な検討を行った。

10cm※奥行きは40cm

図-2 実験の流れ

写真-1 表面走査法による測定の状況

すように、打設面に試験水として淡水を深さ6mm程度張り、-18℃で16時間、23℃で8時間の1日1サイクルの凍結融解作用を120サイクル与え、途中、おおむね30サイク
ルに1回の割合で、周波数28kHzの超音波測定器を用いて表面走査法による測定と、コンクリート内部の超音波伝播速度の分布の測定（以下、透過法と記す）を行った。写真-1に表面走査法による測定の状況を示す。発・受振子の径はともに20mmである。表面走査法における発・受振子間距離は、50、100、150、200、250、300、
350、400mmとした。折れ線回帰は既往のプログラム3)を使用し、原点通過を前提に行った。透過法では、深さ10、20、…、80、90mm位置の動弾性係数を式(2)4)より計算し、式(3)から各位置の相対動弾性係数を求めた。

3. 室内実験による基礎的検討(1) 実験概要a) コンクリートの配合
表-1にコンクリートの配合を示す。水セメント比は、
北海道開発局道路設計要領のRC-4に準じて55%とした。
セメントは、普通ポルトランドセメントと高炉セメン
トB種の2種類とした。細骨材は、除塩処理を施した苫
小牧錦岡産の海砂（密度2.70g/cm3、吸水率0.89%）を使用した。粗骨材は、小樽見晴産の砕石（密度2.68g/cm3、吸水率1.07%）を使用した。粗骨材の最大寸法は、非混入（モルタル）、20mm、40mmの3種類とした。なお、凍害を促進させるねらいでAE剤は使用しなかった。
b) 供試体および養生供試体の寸法は100×100×400mmとした。打設後、材
齢7日まで湿った麻布で覆い、その後は材齢28日まで恒温恒湿室（温度20℃、湿度60%）に静置した。凍結融解
作用面は打設面（100×400mm）とし、打設面には試験水を溜めるための囲いを設置した。
c) 凍結融解試験および測定
凍結融解試験はASTM C 672に準じて行った。図-2に示E dn  4.0387V n 2  14.438V n  20.708
RE 

E dn
 100
Ed 0

(2)
(3)

ここに、Ednはnサイクルの動弾性係数(GPa)、Vnはnサ
イクルの超音波伝播速度(km/s)、REはnサイクルの相対動

Hirotake Endoh, Fumio Taguchi, Hiroshi Hayashida9表面走査法

透過法

150

傾き=0.39

50
0
200
150

傾き=0.55

100
50
0
200

表面からの深さ(mm)

超音波伝播時間(μsec)

100

150
100
50
0
200

傾き=0.69

150
100
50
0

傾き=0.62
0 100 200 300 400
発・受振子間距離(mm)傾き1

表面からの深さ

0サイクル

傾き2

10mm
最も浅い
測定位置

t

RE10

発・受振子間距離REt

相対動弾性係数条件t の算出不可（折れ線なし）t＞10mmの場合
t≦10mmの場合整理する関係傾き1とRE10(品質は全体的に均質)
傾き1とRE10、傾き2とREt
傾き2とRE10

図-4 直線の傾きと相対動弾性係数の関係の整理の考え方
100
透過法から求めた相対動弾性係数(%)

020030サイクル

50

59サイクル

100

0
20
40
60
80
100
0
20
40
60
80
100
0
20
40
60
80
100
0
20
40
60
80
100
0
20
40
60
80
100

91サイクル150

傾き=0.30120サイクル200

超音波伝播時間（破線は式(1)から得たt値）

0 20 40 60 80 100
相対動弾性係数(%)

図-3 試験結果の一例（配合番号3）

深さ10mm位置
80

深さt位置

60
-0.8135

y = 21.691x2
R = 0.6626

40
20
0
0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

図-4に示す傾き1もしくは傾き2弾性係数(%)、Ed0は凍結融解試験前の動弾性係数(GPa)である。

図-5 表面走査法のグラフから求まる直線の傾きと透過法から求めた相対動弾性係数の関係（深さ10mm位置と深さt位置）(2) 実験結果・考察
図-3に試験結果の一例（配合番号3）を示す。透過法のグラフより、表面から内部にかけて凍害が経時的に進展していることがわかる。これに連動する形で、表面走査法のグラフに顕著な折れ線が出現した。表面走査法のグラフにおける原点からの直線の傾きは、サイ
クル数の増加に伴って大きくなっている。この傾きの逆数は劣化層の超音波伝播速度を表しており、劣化層
では凍害が進展していることが表面走査法のグラフか
ら明確に読み取れる。
ここで、式(1)から求めたtを透過法のグラフに破線で書き入れた。一般に相対動弾性係数が60%を下回ると、凍結融解作用を受けた際の長さ変化率は急速に大きくなるとされ5)、土木学会コンクリート標準示方書［設計編］では凍害に関する性能を満足するための相対動弾性係数の最小限界値が60～85%に設定されている6)。しかし、120サイクルの結果をみると、表面走査法では相対動弾性係数が60%よりも小さい40%以上の範囲が健全と診断されている。各サイクルにおける破線の位置に着目すると、破線は相対動弾性係数が増加に転じた位置の近傍（30、120サイクル）、もしくは増加している
途中の位置（59、91サイクル）に描かれていることがわかる。このことから、凍害診断においては、表面近傍に存在する劣化層から、劣化層に比べると劣化の程度

が相対的に小さい品質の層へ転じる位置の近傍がtと診断される傾向にあることが確認された。
次に、Vd、Vsの逆数に相当する表面走査法のグラフから求まる直線の傾きと、透過法から求めた劣化層に相当する表層および深さt位置の相対動弾性係数との関係について考察する。考察は、図-4に示す考え方に基づいて行った。ここでは、透過法における測定が可能な最浅位置が発・受振子の径の1/2に相当する深さ10mmである理由から、10mmの位置の値を表層の値とした。ただし、tが10mm以下になる場合は10mm位置は劣化層に属さないことになるため、折れ線以降の直線の傾きとの関係をとることとした。図-5に整理した結果を示す。表
面走査法におけるグラフの傾きが大きくなると相対動弾性係数が小さくなる形の分布が示された。
図-3の透過法の結果からわかるように、凍害の程度は内部よりも表面側の方が大きい。これは、表面から内部にかけて相対動弾性係数が大きくなることを意味している。すなわち、表面走査法による診断を行うと、
図-6に示すように深さ10mm位置と深さt位置（折れ線が生じる場合のみ）の相対動弾性係数の近似値は相関が最も高い回帰式である式(4)から算出され、それ以外の位置の相対動弾性係数は図-6に示す塗りつぶした範囲にプロットされる旨の推定結果が得られることになる。

Hirotake Endoh, Fumio Taguchi, Hiroshi Hayashida10表面走査法のグラフで折れ線が出現

表面走査法のグラフで折れ線が出現せず（t＞10mmの場合）

美幌
芦別

上部：4箇所
下部：13箇所

表面からの深さ

上部：実施せず
下部：14箇所

10mm

10mm

最も浅い
測定位置

最も浅い
測定位置

中山峠
上部：3箇所
下部：未実施

t

白糠

喜茂別
RE10

RE10

REt

鹿部

相対動弾性係数相対動弾性係数

上部：8箇所
下部：8箇所

上部：11箇所下部：未実施上部：4箇所
下部：7箇所

透過法から求められる相対動弾性係数は、の範囲にプロットされる可能性が高い

図-8 調査対象構造物（道路橋）の位置

図-6 表面走査法から推定される透過法から求められる相対動弾性係数の予測範囲

美幌・下部（橋座面）

白糠・下部（擁壁面）透過法から求めた相対動弾性係数(%)

100

80
60
40

深さ10mmおよびt位置

20

それ以外の
位置

写真-2 構造物での表面走査法による測定の状況

0
0

20

40

60

80

100

表面走査法から推定した相対動弾性係数の予測範囲の下限

図-7 相対動弾性係数の予測範囲の下限（図-6の線上の値）と透過法から求めた相対動弾性係数の関係

RE  21.7 x 0.81(4)

ここに、xは表面走査法によるグラフの傾き1もしくは
傾き2（図-4）である。
図-7はこの妥当性を検証した結果である。図に示すよ
うに、透過法から求めた○印のデータは全体（N=114）の約8.6割が塗りつぶした範囲にプロットされ、図-6で述
べた考え方の妥当性を概ね確認することができた。

写真-3 透過法による測定を行うための試料の採取の状況

250、300、350、400mmとした。透過法による測定は深さ10、20、…、90、100mm位置で行った。透過法で実施する相対動弾性係数の算出は室内実験と同様に式(2)、式(3)により行った。式(3)のEd0は緒方らの研究4)にならい、健全とみなせる箇所の値を使用することとした。ここでは各橋で採取したコアの最深位置にあたる深さ100mm
位置の全ての動弾性係数の値の平均を各橋のEd0とした。
4. 実構造物での実証的検討b) 調査結果の整理の方法
図-4、図-5にもとづき、表面走査法のグラフから傾き
1および折れ線が生じた場合は傾き2を求め、式(4)より深(1) 調査概要
さ10mmおよび深さtの相対動弾性係数を算出した。このa) 調査箇所
結果をもとに図-6と同じ形の図を作成し、この図に透過
次に、3章で述べた室内実験の結果をふまえ、実構造法から求めた相対動弾性係数を重ね合わせることで構物で実証的な検証を行った。図-8に調査対象構造物の位造物での適用性を評価した。
置を示す。対象は道路橋で、ここでは北海道内の6橋でc) 超音波伝播時間の補正調査を行った。調査は、凍害が疑われる上部工30箇所と一般に、超音波伝播速度はコンクリートの水分率に
下部工42箇所の計72箇所で行った。写真-2に表面走査法
大きく依存する7)。表面走査法による診断を行う際の構による測定の状況、写真-3に透過法による測定を行うた
造物の表面は乾燥している場合もあれば濡れている場
めの試料の採取の状況を示す。表面走査法における発・受振子間距離は室内実験同様、50、100、150、200、 合もあって一様ではないことに鑑み、超音波伝播時間
Hirotake Endoh, Fumio Taguchi, Hiroshi Hayashida

11

m-2σ

0
12
9
6

m+2σ
m (=3.4)
m-2σ

3

60

90

120

150
番号1

番号3

91サイクル

59サイクル

30サイクル

91サイクル

59サイクル

30サイクル

91サイクル番号2120サイクル30

乾燥させた供試体の超音波伝播時間(μsec)

120サイクル

0120サイクル

059サイクル

030サイクル30m (=6.2)330サイクル60

691サイクル2

R = 0.9537

m+2σ

9

120サイクル

y = 0.9533x - 18.329

90

m ：平均値、σ：標準偏差

1259サイクル

試験直後の表面水分率(%)

120

乾燥後の表面水分率(%)

凍結融解試験直後の供試体の超音波伝播時間(μsec)

150

番号4

図-10 乾燥させた供試体と凍結融解試験直後の供試体における表面水分率の測定結果（室内実験）

図-9 乾燥させた供試体と凍結融解試験直後の供試体における超音波伝播時間の関係（室内実験）

140
透過法から求めた乾燥させたコンクリートの相対動弾性係数(%)の補正を行うこととした。
図-9は、3章の室内実験の供試体を乾燥させた場合の表面走査法による超音波伝播時間と、凍結融解試験直後の表面走査法による超音波伝播時間を比較したものである。乾燥温度は細孔に大きな変化を与えない温度とされる40℃8)とし、乾燥日数は7日間とした。データを回帰分析したところ、式(5)が得られた。

120
100
80
60
40

室内実験
室構造物

20
0

Tw  0.95Td  18.3

0

(5)

20

40

60

80

100

120

140

透過法から求めた乾燥させていない
コンクリートの相対動弾性係数(%)

図-11 乾燥させていない場合と乾燥させた場合の透過法から求めた相対動弾性係数の関係（室内実験と実構造物、深さ10、20、…、90、100mm位置の値）

ここに、Twは凍結融解試験直後の伝播時間(μsec)、Tdは乾燥させた場合の伝播時間(μsec)である。
図-10は、高周波容量式のコンクリート水分計で調べた供試体の表面水分率を示している。凍結融解試験直後の平均は6.2%、乾燥後の平均は3.4%であった。データ
は、ばらつきが少なく安定とされる概ね±2σ9)の範囲にプロットされた。前掲した図-3は、凍結融解試験直後の測定値を用いて整理したものである。そこで、これにあわせる形で、構造物調査では表面水分率が6.2%の時の超音波伝播時間を解析に用いることとした。図-9、図10より表面水分率の増減に対する超音波伝播時間の変化率を調べ、その結果をもとに式(6)に示す補正式を導出した。

表面走査法から求めた線（図-6）
透過法の測定値がプロットされると予想される範囲（図-6）
透過法による測定値

調査事例1（鹿部）調査事例2（白糠）

調査事例3（芦別）

表面からの深さ(mm)

0
20
40
60
80
100
40

60
80 100 40
60
80 10060
80 100 40
相対動弾性係数(%)
相対動弾性係数(%)
相対動弾性係数(%)

図-12 構造物での調査結果の一例(2) 調査結果・考察
図-12に調査結果の一例を示す。調査事例1と2は表面走査法のグラフで折れ線が生じたケースであり、傾き1
ここに、Trは補正後の伝播時間(μsec)、Tsは構造物でのと傾き2（図-4）を式(4)に代入し、その計算値を用いて実測の伝播時間 (μsec)、Wは表面水分率(%)である。
図-6の左と同じ形に整理した。調査事例3は表面走査法
現場では式(6)を用いて伝播時間の補正を行った。
のグラフで折れ線が生じなかったケースであり、品質
図-11は凍結融解試験直後に調べた透過法による相対は均質と判断して傾き1（図-4）を式(4)に代入し、その動弾性係数と乾燥させた後に調べた相対動弾性係数を
計算値を用いて図-6の右と同じ形に整理した。仮に、鉄比較したものである。多少ばらついているが概ね45度線
筋の埋設位置を50mmとした場合、表面走査法において上にプロットされた。そこで相対動弾性係数に及ぼすは、調査事例1は鉄筋位置の相対動弾性係数が60%5)を下
乾燥の影響は小さいと考え、補正の対象は伝播時間の回っておらず耐凍害性能は保持されていると推定され、みとし、式(4)は補正せずそのまま適用することとした。 調査事例2と3は60%を下回っており、耐凍害性能は低下
Tr  Ts  (0.09W  1.53)(6)

Hirotake Endoh, Fumio Taguchi, Hiroshi Hayashida12透過法から求めた相対動弾性係数(%)

め、上記の結論を得るためには72箇所全てにおいてコア採取を実施する必要がある。一方、表面走査法を適用した場合、調査対象の72箇所の中からコア採取が望ましい箇所を33箇所に絞り込むことができる。これによって、部材の損傷を最小限にとどめることができ、さらにはコア本数の縮小が図れるため調査時間の短縮による省力化および調査費の縮減効果が期待される。
表-2は今回の調査を例に従前の診断による調査費と表面走査法を適用した場合の調査費を比較したものである。従前を1とすると、表面走査法を適用した場合は0.55となり、45%のコスト縮減が図れる結果となった。

100
美幌

80
白糠

60

喜茂別
鹿部

40

芦別

20

中山峠

0
0

20

40

60

80

100

表面走査法から推定した相対動弾性係数の予測範囲の下限

図-13 相対動弾性係数の予測範囲の下限（図-6の線上の値）と透過法から求めた相対動弾性係数の関係（構造物）

5. まとめ図-14 従前および表面走査法の適用による調査の流れの比較
表-2 調査費の縮減効果の評価
従前の診断
表面走査法適用
72×8＝576点
超音波 (表面走査法)－
数
33孔
コア採取 (補修込み) 72孔
量72×10＝720点
33×10＝330点
超音波 (透過法)
1.00
0.55
調査費 (従前を1とする)

本研究では、通常の日常管理の範囲で簡便かつ迅速に凍害の程度を評価できる診断技術の確立を目指し、
表面走査法の凍害診断への応用を試みた。得られた知見をまとめると、以下の通りである。
(1) 表面走査法は、ある一定の精度で耐凍害性能が低下している範囲を非破壊で推定することができる。
(2) 表面走査法の適用により、凍害診断に要する調査費の縮減効果が期待できる。
参考文献
1)※交通規制に必要な費用や諸経費は含まれていない
2)

していると推定される。
ここで、この図に透過法の結果を重ね合わせてみた。 3)
調査事例1と2における鉄筋位置の相対動弾性係数は81%と61%、調査事例3は57%であった。事例1において、構4)造物でも耐凍害性能が保持されていることを表面走査法により非破壊で推定できる知見を得ることができた。
図-13は構造物調査で取得した全データを図-7と同じ要領で整理した結果である。全体（N=685）の約8.8割が5)
塗りつぶした範囲にプロットされ、図-6で述べた考え方
は構造物でも概ね適用できることが確認できた。
6)(3) 調査費の縮減効果の評価
図-12では代表して3箇所の結果を示したが、今回の調査で行った表面走査法では、全72箇所のうち33箇所で深さ50mm位置の相対動弾性係数が60%を下回っていると推定された。実際に透過法で調べたところ、この33箇所のうち11箇所で60%を下回っていることが確認された。
残りの61箇所は60%以上であった。
従前の凍害診断の流れでは、図-14に示すように、コンクリート内部の状態を把握するにはコアが必要なた

7)

8)

9)

Hirotake Endoh, Fumio Taguchi, Hiroshi Hayashida13

宮川豊章，保田敬一，岩城一郎，横田弘，服部篤史：土木技術者のためのアセットマネジメント－コンクリート
構造物を中心として－，土木学会論文集 F，Vol.64，No.1，
pp.24-43，2088.2
柏忠二，明石外世樹，小阪義夫：コンクリートの非破壊試験法－日欧米の論文・規格・文献－，p.42，1980.
群馬大学ホームページ：二本の直線による折れ線回帰，(http://aoki2.si.gunma-u.ac.jp/lecture/stats-by-excel/vba/html/oresenkaiki.html)
緒方英彦，野中資博，藤原貴央，高田龍一，服部九二雄：超音波法によるコンクリート製水路の凍害診断，コンクリートの凍結融解抵抗性の評価方法に関するシンポジウム論文集，日本コンクリート工学協会，pp.63-70，
2006.12北海道土木技術会コンクリート研究委員会コンクリート
維持管理小委員会：北海道におけるコンクリート構造物
維持管理の手引き(案)，p.4-30，2006.3
土木学会：2007 年度制定コンクリート標準示方書［設計編］，p.123，2008.3
林田宏，田口史雄，遠藤裕丈，草間祥吾：超音波伝播速度測定によるコンクリート構造物の凍害診断，土木学会
第 62 回年次学術講演概要集，pp.1141-1142，2007.9
堀宗朗，多田浩治，斎藤裕，三浦尚：細孔構造の変化に着目したコンクリートの低温劣化の診断法の基礎的研究，
コンクリート工学年次論文集，Vol.13，No.1，pp.723-728
1991.
日本コンクリート工学協会：コンクリート技術の要点’99，
p.124，1999.

表面走査法によるコンクリートの凍害点検・診断マニュアル（案）発行日：平成28年10月 初版
発 行：国立研究開発法人土木研究所 寒地土木研究所
寒地保全技術研究グループ 耐寒材料チーム
札幌市豊平区平岸1条3丁目1番34号
011-841-1719（耐寒材料チーム直通）