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建設の施工企画

CMI 報告’11. 5は，水中非破壊試験機の概要とその試験機を用いて海中に約 100 年間曝されたコンクリート構造物の調査を行った結果についてまとめたものである。

水中コンクリート構造物の非破壊検査手法に関する研究

2．水中非破壊試験の概要（1）試験機の概要①水中反発度法
水中リバウンドハンマー試験機を写真─ 1 に示す。
水中リバウンドハンマーは記録式の NR 型リバウン

渡邉晋也

ドハンマー試験機を用いた。本研究では，市販の NR型リバウンドハンマーに防水性・耐圧性を付属させる為に，専用のハウジングケースを製作した。ハウジングケースの材質は耐食アルミニウムで耐圧水深は 60 m である。ハウジングケースの寸法は縦 27 cm，横 25 cm，奥行き 13 cm である。陸上での重量は 4.1 kg，1．はじめに水中での重量は 1.1 kg となっている。したがって，潜水士一人でも簡易に取り扱え，水中での反力を必要

水中コンクリート構造物の調査手法の確立を目指し，施工技術総合研究所では，東海大学海洋学部の迫としないのが特徴である。また，市販の NR 型リバウ
ンドハンマーには特に改良を加えていない。

田教授と共同で調査手法および調査に用いる試験機の開発を行っている。その中で得られた知見の一部について報告する。
水中に設置された我が国のコンクリート構造物の歴史は約 115 年前に遡る。港湾構造物では 1892 年横浜
港防波堤工事（横浜市），ダムでは，1900 年に竣工した布引五本松ダム（神戸市）などがある。明治時代以降，多くのコンクリートが水中へと設置されてきた。
これらのコンクリートは，水中で劣化したものもあれば，布引五本松ダムや小樽港北防波堤のように，供用開始約 110 年を経ても現役で役目を果たしている構造物もある。
既設構造物のアセットマネジメントを行う場合，適写真─ 1

水中リバウンドハンマー試験機②水中超音波法

切な点検・調査を行い，既設構造物の現状を把握しな水中超音波試験機を写真─ 2 に示す。この試験機は，ければならない。現在，我が国には港湾構造物だけで市販の超音波試験機を用いているが，発振子および受も，防波堤総延長 558.5 km，岸壁総延長 886.5 km を振子とケーブルの接続場所に樹脂を用いて防水加工を有している。しかしながら，水中におけるコンクリー施している。本研究で使用した発振子はジルコン酸チト構造物の点検・調査は大半の構造物において行われタン酸鉛セラミックで 54 kHz の超音波を発生させるていない。また，実施されている場合でも，潜水士にことが可能である。水中超音波試験機の計測方法は，よる目視観察が中心で客観的な評価が成されていない発振子および受振子のみを水中に入れる方法を採用しものと考えられる。一方で，コンクリートコアを採取た。したがって，計測する際，コンクリートに発振子し，調査を行う方法も考えられるが，労力・コストとおよび受振子を当てる潜水士と超波伝播時間を陸上おもに負担が大きく，広範囲に調査ができないことも考よび船上で記録する記録係の 2 人 1 組で行う。超音波えられる。

試験機は，電気信号の減衰などを考慮して，ケーブルそこで，筆者らは水中で簡易にコンクリートの品質調査を行う為の水中非破壊試験機を作製した。本報告の長さを 10 m としている。

建設の施工企画 ’11. 567（3）試験機の予備試験①水中反発度法
4 種類の強度が異なるコンクリートを作製し，室内にて水中反発度とコンクリートの圧縮強度の関係について検討した結果を図─ 1 に示す。その結果，陸上のリバウンドハンマー試験同様に，反発度とコンクリートの圧縮強度には相関性が見られた。このことから，水中にお写真─ 2

水中超音波試験機いても，リバウンドハンマーを用いることでコンクリートの圧縮強度を推定することは可能である。

（2）測定方法①水中反発度法
水中反発度の測定方法は，陸上の反発度法で規定されている JIS A 1155「コンクリートの反発度の測定法」に準拠している。本研究では，打撃方向をコンクリート測定面に対して垂直にして行った。したがって打撃方向による反発度の補正は行っていない。
②水中超音波法
陸上の超音波試験には，受振子と振動子が共用された振動子を用いる一探触子法と受振子と振動子を 2 個

図─ 1

水中反発度と圧縮強度の関係用いた二探触子法がある。本研究では，二探触子法を用いることにした。二探触子法における振動子および受振子の配置には，コンクリートの相対する面に振動・受②水中超音波法
リバウンドハンマー試験同様に，4 種類の強度が異な振子を対向させて配置する対称法（直接法），振動・受るコンクリートを作製し，室内にて超音波縦波伝播速度振子を斜めに設置する斜角法（半直接法），および振動・とコンクリートの圧縮強度の関係を検討した結果，図─

受振子を同一面上に配置する表面法（間接法）などが2 に示すとおり両者には相関があることが判明した。

ある。橋脚などの小さい部材の場合は対称法で測定ができるが，岸壁，ダム，水路，ケーソンなど対称側に受振子を設置できないコンクリート構造物もある。このことから，本研究では，表面法を用いてコンクリートの品質を調査する方法について検討を行った。この方法は，陸上において主にコンクリートのひび割れ深さを推定する際に用いられることが多い。本研究の対象は，水中にあるコンクリートであることから，ひび割れの測定はできないことが，予備研究で判明している。したがって，水中超音波法は，含水したコンクリート内部を伝播する

図─ 2

水中縦波伝播速度と圧縮強度の関係超音波の速度を評価する試験方法である。
表面法の測定方法は，両端子を同時に離していく

以上の結果，水中反発度法と水中超音波法を用いる方法で測定を行った。測定距離は両端子の中心からことで水中におけるコンクリート構造物の強度推定を50 mm，100 mm と 50 mm 間隔で 1,000 mm までとし可能にすることができた。この試験方法を用いて既設た。また，陸上の超音波測定には測定端子面とコンク構造物の調査を行った。

リート面の間に空隙が生じないように両者を充分に密着させなくてはならない。通常，グリース等を用いる

3．既設構造物の概要

が，水中超音波測定試験の場合，水が両者の間に生じる空隙を埋める役割があることから，特にグリース等（1）構造物の概要の接触媒体を使用しなくてもよいと考えられる。

調査を行った函館港弁天地区防波護岸は，1910 〜1919 年にかけて施工された防波護岸である。函館港は

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建設の施工企画’11. 51890 〜 1892 年にかけて廣井勇博士によって調査，設計は，コンクリートブロックの製作年代を次のように考報告が行われ，その後 1896 〜 1899 年にかけて函館港えた。1：明治 43 年，2，3：大正初期，4，5，6：大改良工事によって近代的な港湾建設がなされた我が国

正後期（大正 7 年ごろ），7：昭和 45 年から 47 年。以の近代港湾の先駆けの港湾構造物である。その後，第 2下，この数字を図の凡例に用いる。

期工事として，本研究で調査した弁天地区防波護岸や西防波堤などが建設されてきた。弁天地区防波護岸の代表

4．調査方法および結果的な構造は，コンクリートブロック積み混成堤である。
（1）調査方法（2）調査場所

現地調査では，はじめに潜水士がコンクリートブ

本研究で調査を行った場所の全体図を写真─ 3 にロック表面の目視観察を行った。その後，エアーサン示す。四角で囲んだ所が，調査対象である弁天地区防ダーを用いて，測定対象のコンクリートブロックの表波護岸である。防波護岸の裏手には㈱函館どつくの乾面を研磨した後，水中超音波試験機を用いて表面法よドックがある。この防波護岸は，明治 43 年（1910 年）

り縦波伝播時間を計測した。計測距離は，50 mm 毎から大正 7 年（1918 年）にかけて製作された。建設1,000 mm まで測定を行った。次に，水中リバウンド当時は，2 つの防波護岸から構成されていた。その後，

ハンマー試験機を用いて水中反発度の計測を行った。

昭和 45 年から 47 年（1970 〜 1972 年）に 2 つの防波

本調査では 2 項目の水中非破壊検査を行っている。

護岸を 1 つにする工事が行われ，現在の状態となった。
本調査では，明治 43 年ごろに製作されたコンクリー（2）調査結果

トブロックと大正 7 年ごろに製作されたコンクリート①目視検査

ブロックおよび昭和 45 年に建造されたコンクリート潜水士による目視検査を行った結果を写真─ 4 に示ケーソンについて調査を行った。調査場所の詳細を図す。明治 43 年，大正初期および昭和 45 年に製作され

─ 3 に示す。図中の数字は，建設状況や工事記録をたコンクリートブロックは，骨材の露出等は無く健全なもとに推測した年代の古い順を表している。本研究でコンクリートであることが推測される。しかしながら，大正後期に製作されたコンクリートブロックは，粗骨材が露出して表面が劣化していることが確認された。

写真─ 3

調査を行った場所の全体図
a）明治 43 年頃に製作されたコンクリートブロックb）大正後期頃に製作されたコンクリートブロック
図─ 3

調査を行った場所の詳細図

写真─ 4コンクリートブロックの表面状態

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ウンドハンマー試験の測定結果を用いて複合法にてコ②水中超音波水中超音波試験の結果から各測定場所における見掛け上の縦波伝播速度を算出した結果を図─ 4 に示す。
そ の 結 果， 見 掛 け 上 の 縦 波 伝 播 速 度 は，4.30 〜4.75 km/s という既往の研究と比較して速い伝播速度が得られた。また，全体的に大正時代に製作されたコンクリートの圧縮強度を推定した。推定式は以下の式を用いている。
F ＝− 18.55 ＋ 1.27Va ＋ 1.47R（式 1）

ここで，Ｆ：推定圧縮強度（MPa），Va：見掛け上の縦波伝播速度（km/s），Ｒ：水中反発度

ンクリートブロックの縦波伝播速度は低い結果が得

その結果，算出した推定圧縮強度は，41.2 〜 66.0 MPaられた。その中でも，表面に粗骨材が露出していたという結果が得られた。既往の研究結果によると，同No.5 に関して，他のコンクリートブロックより速度地域の乾ドックから得られた 100 年経過したコンクが遅い結果が得られた。

リートコア供試体の圧縮強度は，凍結融解作用を受けているのにもかかわらず 30 〜 34 MPa の圧縮強度が得られている。その結果から，本調査で推定した 41.2〜 66.0 MPa は環境条件，目視観察および非破壊試験の結果から判断して適当な推定圧縮強度ではないかと推測できる。したがって，約 100 年間海中に曝されたコンクリートではあるが，品質は良くあまり劣化を起こしていないことが推測できる。
以上のことから，筆者が提案した水中非破壊試験機

図─ 4

各測定場所における見掛け上の縦波伝搬速度③水中反発度を用いることで，水中にあるコンクリート構造物の検査を実施することが可能であることが判った。

水中リバウンドハンマー試験により得られた各測定場所の水中反発度を図─ 5 に示す。測定の結果，水5．おわりに中反発度は 37.0 〜 53.4 と長年月海中に曝されたコンクリートにしては既往の研究と比較して大きな値を示

本報告では，水中における土木構造物のアセットマした。
この様な結果が得られた理由として，コンクリー

ネジメントを実施していく上で，最も重要となる「現トに火山灰を混入させていることが考えられる。火山状の把握」について検討した結果についてである。

灰を混入することで，ポゾラン反応により長期間強度戦後から現在にかけて建設された数多くのコンクが発現したものと推測される。また，水中反発度の結リート構造物は，老朽化の一途を辿っている。これら

果では，昭和時代に製作されたコンクリートが調査しの構造物を適切に維持管理し，末永く使用することは，た場所では最も大きな値を示した。水中超音波試験同

今の社会にとって最も適切であると考えられる。

様に，No.5 の大正後期時代の値が他のコンクリートブロックより低い値となった。

施工技術総合研究所では，社会のニーズに沿ったいろいろな土木構造物の調査方法の構築および維持・管理手法の検討などを研究していき，社会に貢献をしていきたいと考えている。
最後に，本報告は日本コンクリート工学協会 主催の 2008 年度コンクリート工学年次論文集に投稿したものを加筆・修正をしたものである。

図─ 5

各測定場所における水中反発度④推定圧縮強度
水中非破壊試験法の水中超音波試験および水中リバ［筆者紹介］
渡邉 晋也（わたなべ㈳日本建設機械化協会
施工技術総合研究所
研究第二部
研究員

しんや）