計測自動制御学会東北支部 第232回研究集会（2006．11，24）
資料番号 232−15

渦電流法によるさび汚れの検出

Rustdirtdetectionusingeddycurrent
O前畑 尚行 横田 理柚

ONaoyukiMaehata＊ OsamuYokota＊
大日本大学大学院，柚日本大学☆GraduateSchool，NihonUniversity，＊＊NihonUniversity
キーワード：さび汚れ（Rustdirt），渦電流法（Eddycurrent），腐食鉄筋（CorrodedRein董brcingBars），リサージュ図形（Lissajous pattern）

連絡先：〒963−8642 郡山市田村町徳定字中河原1
日本大学 工学部 機械工学科 工作研究室，恥1：（024）956・8772，
E・mail：g17313＠cc．ce，nihon−u．aC．jp

1．緒 言
コンクリート構造物は劣化，経年変質するので，2．2実験方法

構造物の耐久性診断が必要となり，そのための手法として非破壊検査が重要視されている．コンク
リート構造物の耐久性診断を行う方法として，従来よりⅩ線透過法，超音波法，AE法，赤外線サーモグラフィー法，渦電流法など数々の試験方法

実験に使用したコイルは，局部的変化の検出に敏感なフェライト磁気コアを含んだ自己誘電型コイルである．このプローブコイルの仕様を使用したプローブ（上置コイル）をFig．2に示す．

﹇∈＼＜︺

が検討され，実施されている．その中でコンクリート中の鉄筋を検出できる試験法の一つに渦電流法がある．この方法は，コンクリート中の鉄筋P苛仁じ葛ubm≡

径やかぶり厚さの測定に適用できるのでこれらに関する研究が数多く報告されている1）〜3）．しかし鉄筋径やかぶり厚さを精度よく推定するためには，コンクリート，腐食鉄筋やさび汚れによる渦流信号の振幅，位相，および形状の変化について知る必要があると思われる．

そこで今回は渦電流法を用いて，腐食鉄筋により発生するさび汚れの検出について実験を行ったので，その報告をする．

50

100

Coveringdepthx［mm］

Fig．1のように，半径aの円形コイルの円周に電流Ⅰが流れるとき，中心軸上の円中心から距離Ⅹにが生じる磁場の強さHは，次式で表される．
（1）F

2．1測定原理

H＝Ia2／2（a2＋Ⅹ2）3／2

0

Fig．1Relationbetweenmagneticfleld
andcoveringdepth

2．実験方法及び実験方法

コイル中心では
H＝Ⅰ／2aTablelに示した．

erritecore（2）となる．ここで，Ⅰ＝1Aとすると，式（1）によって計算したⅩ軸上の磁場の強さHを示した
Fig．1おいて，試験コイルの半径が大きいほど，磁界のⅩ軸方向の減衰が少ないため，かぶり厚さの大きい鉄筋を検出することができることが分かる．一方，試験コイルの半径が小さい場合，かぶり厚さの比較的大きい範囲では減衰は大きくなるが，鉄筋の分解能を高くすることができる．

Fig．2 0utlinedrawingofprobecoils150

ートのマクロ写真である．コンクリート中に埋設された鉄筋がCl￣の存在下でかなり腐食進行した全面腐食の状態になっていて，コンクリート表実験方法（Fig．3）は鉄筋の長芋方向に対し垂直にプローブを移動させ，ブリッジ回路の一辺に組込まれていたコイルは，鉄筋の存在しないときの出力信号のない状態からブリッジの平衡のずれとして出力信号が発生する．コイルに加わる電圧をVosin（Otとすると，ブリッジからの二次電圧はVsin（ot＋β）で表される．∂はコイルに加えた電圧と二次電圧との位相差である．すなわち面にさび汁によるさび汚れが観察されている．

Fig．5のプロフィールA〜Gは，腐食鉄筋の長芋方向に対して直角な方向であり，そのプロフィールに沿って試験コイルを一定速度（10mm／s）で移動させた．測定間隔は5mmである．Fig．6はFig．5の渦電流信号の波形である，信号は腐食鉄筋に強く反応し，その波形から腐食鉄筋が検出でVsin（ut＋∂）＝VsinOcos〔Ot＋VcosOsin（Jtここで，ⅠⅩ，IyをFig．4のように定義する．

きていることがわかる．しかし波形から腐食鉄筋，ⅠⅩ＝Vcos∂さび汚れ，モルタルの信号を明白に区別すること

Iy＝Vsin∂はできなかった．

ⅠⅩ，Iyはcos（DL sinotを独立に位相検波することにより得られる．鉄筋径やかぶり厚さを測定するためにⅠⅩ，Iyの出力信号をⅩYレコーダーの信号の複素電圧平面上の軌跡として記録させContaminatedCorrodedmortar zone reinforcing bar

Mo止ar

たり，あるいは鉄筋の位置を調べるためにY軸にはプローブからの出力，Ⅹ軸にはプローブの位置を記録させた．

なお，試験周波数は128kHzを用いた．

Fig．5 Macrostrutureonconcretesurfacewith
corrodedreinforcingbarandcontaminatedmortarzone

V ．2

Fig．3 Methodofexperimentゝ−Fig．4 Marksforamplitudeandphaseof
I

LissaJOuS Pattern

廿㍍川UringI〉OSiしio！lFig．6 Mesuredtrajectoriesforthecomponent
IylntheLissajous｝patternobtained

3．実験結果および考察
3．1渦電流による信号波形
Fig．5は内部に腐食鉄筋が埋設されたコンクリ

h・Omthescanninglinebetweenpronle（A）to（G）inFig．5
2

MortarContaminatedmortar zone

みられる・Fig．7を確認してみると，グラフと同じ地点にさび汚れと思われる部分がある．このことよりこちらもさび汚れにより起きたものと思われる．

Fig・6，Fig．8の信号波形では腐食鉄筋からの信号波形であるのか，さび汚れからの信号波形であるかを区別することはできなかった．
3■ 2リサージュ図形によるさび汚れ検出

渦電流信号の振幅だけで，コンクリート中の塩化物によるさび汚れを検出することは難しいので，Fig．4に示したようなリサージュ図形に描かせて，信号の振幅および位相の違いを調べた．
Fig，9に供試材の腐食鉄筋のマクロ写真の一例を示す■コンクリート中での塩化物による鉄筋腐食

は全面腐食に加えて，かなり大きな孔食が発生していることが確認できる．

Fig．7 Macrostrutureinconcrete
COntaminatedmortarzone

0つL04・J⁚K6H−■0（a）Mortar，（b）contaminatedmortarz。ne，（c）corrodedreinforcingbar

M

Fig．9 Macrostructureinconcretewith
COrrOdedreinfbrcingbarand

N

COntaminatedmortarzone

M（モ；）Sul、inどPOSition

Fig.8 Mesured trajectories for the component
IyintheLissajouspatternobtained

ルiJl†（c）腑〉【）（、‖

1旬…（二1◆12バを止け＝。†。【つ丘omthescanninglinebetweenpronle

屯（H）to（N）inFig．7

肋−l・e川】、or（二川きミ b3J・

次に，モルタルとさび汚れによって起こる渦電流の変化について実験を行った・Fig・7はFig．5の上部を覆っているさび汚れと腐食鉄筋を削りユ†−0．6取ったものである．

実験は先ほどと同じように，測定間隔を5mm，移動速度10mm／sにし，Fig．7のプロフィールH0．ヰ′j −二〉＝1〔．（l〉）

ヽ〜Nに沿って試験コイルを移動させた．その結果をFig・8に示す．実験の結果，腐食鉄筋の埋設されていた場所で最も大きな反応が現れた．これは，●■■他の場所に比べてさび汚れを削り取る際に残った腐食鉄筋の表面のさびを含んでいるために，渦l

こ ニ！

←，＿」＿＿

00−20・40．6

0．8

1．1 」 r．q l、2 v

Fig・10 ComparisonofLissajouspatterns

電流に対して応答しているのだと考えられる．またJ，Kのライン上の信号波形にわずかな変化が

form corroded reinforcing bar andCOntaminatedmortarzoneinFig．93Fig．10に（a）モルタル，（b）さび汚れ（c）腐食鉄
筋，および腐食なし鉄筋の各点にプローブを置いたときのリサージュ図形の変化を調べた結果をヱトご8「一＝高一ナ ‖1■ ！（jり√）n・rJ与・j2月 k‖1

示す．

Fig．10において，プローブが空気中にありブリッジがバランスを取っているときには，ⅩYレコーダーのペン先は原点に位置している．その後，プローブをモルタル上に置くとブリッジのバランスが崩れ，ブリッジの出力には電圧が発生し，ペン先は原点から僅かに▲印の場所に移動した．
次にさび汚れ上にプローブを置くとリサージュ図形は■印に移動している．これは，モルタル部から得られる渦電流信号よりも，さび汚れ部から得られる渦電流信号の方が，振幅が大きいためで位相も時計方向に僅かに進んでいる．腐食鉄筋からのリサージュ図形は□印で示すが，モルタルやさび汚れから得られる信号よりもかなり大きく，また位相も時計方向に回転しているのがわかる．

冊州｛L．＿
0．2 v；．、こヽ Fig．12 ComparisonofLissajouspatterns
form contaminated mortar zone

腐食のない鉄筋からの図形（△印）の振幅の大きさは腐食鉄筋からの振幅とほぼ同じであるが，位相はかなり異なっている．
Fig．11はさび汚れのマクロ写真である・Fig・11のdはさび汚れのないモルタルであり，e〜hはさび汚れ部分である，特にgおよびh付近は腐食鉄筋が埋設されていた場所である．Fig．12はFig．11のリサージュ図形の結果である・モルタル部から比較的汚れの少ない箇所の図形，Fig．10と同じ場所に現れているが，腐食鉄筋のあった場所に近づくにつれ，図形に示される場所が変わってきている．これは汚れが強くなるにしたがい，モルタルに含まれるさびの量が増えるために，振幅も強くなってきているためと考えられる．また
位相は僅かに時計方向に回転する程度であるた
め鉄筋および腐食鉄筋との違いもはっきりとし以上のことから，洞電流法を使用することにより腐食鉄筋の検出や，さび汚れによるコンクリー
ト構造物の腐食診断に利用することが可能だと考えられる．
4．緒 言
今回の実験より以下のことが分かった一1）渦電流法は，リサージュ図形を使用することで，鉄筋，腐食鉄筋とさび汚れを区別して検出することができる．
2）渦電流法は，さび汚れの起こっている箇所，およびその汚れの酷さをリサージュ図形から知ることができる．ている．

5．参考文献1）横田 理，土肥 博：コンクリート中に埋設された腐食鉄筋の渦流試験，圧力技術 第31巻第4号，1993
2）横田 理，出村克宣：電磁誘導試験による鉄筋コンクリート構造物の鉄筋検出に関する研究，

圧力技術 第38巻第3号，2000
3）伊藤秀之，芹沢正直，広島龍夫，星川 洋，
三好 磁，森 年弧吉川 実：非破壊検査技術シリーズ渦流探傷試験A（電磁誘導試験）1977，社団法人 日本非破壊検査協会，昭和52年2月20日
mortar zone4