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非 接 触 型 検 出 器 を 使 用 し た 衝 撃 弾 性 波 法 に よ る
鉄 筋 コ ン ク リ ー ト の 鉄 筋 付 着 不 良 部 探 査
衝 撃 弾 性 波 法
加速 度 計
イ ン パ ル ス ハ ン マ
非 接 触 型 検 出 器
電 磁 パ ル ス
鉄 筋 付 着
1
は じ め に
コ ン ク リ ー ト 表 面 を ハ ン マ ー な ど で 打 撃 す る こ と に
よ っ て 発 生 さ せ た 衝 撃 波 を 利 用 す る 衝 撃 弾 性 波 法 は 、
入 力 弾 性 波 の 伝 播 距 離 が 電 気 的 な 入 力 方 法 を 用 い る 超
音 波 と 比 べ て 格 段 に 長 く な り 、 超 音 波 で は 測 定 が 困 難
な 厚 い コ ン ク リ ー ト の 内 部 探 査 に も 適 用 可 能 で あ る と
い う 利 点 を 有 し て い る。 筆 者 ら も 、 従 来 か ら 衝 撃 弾性
波 法 に よ る コ ン ク リ ー ト の 内 部 探 査 方 法 を 確 立 す る た
め の 基 礎 的 研 究1)を 行 っ て き た が 、 本 研 究 で は 、 電 磁
パルスと 非 接 触 型 検 出 器 を 併 用 し た 衝 撃 弾 性 波 法 に よ
る 内 部 探 査 の 適 用 性 に つ い て 実 験 的 に 検 討 を 行 っ た 。
2
.
実 験 方 法
2
.
1試 験 体
本 実 験 で は、表一 1お よ び図 -1に 示 す よ う に 、 ゆ 22x
400mmの 丸 鋼 が 断 面 中 央 に 配 筋 し て あ る 寸 法 が100x
100x376mmの 鉄 筋 コンク リ ー ト 中 の 丸 鋼 の 付 着 不 良 部
長 さ を 0、 100、 200お よ び 300mmの4種 類 に 変 化 さ せ た
表一
1
実験の概要
測定方法 試験体 鉄筋 付着
寸法 径x長さ 不良長さ
入力方法 検出方法
(mm) (mm) (mm)
ハンマー 加速度計 100x100 φ22 0
，
100
，
電磁パルス 非接触振動計 x376 x400 200
，
300
12
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日本建築学会大会学術講演使概集
(中国) 2017年 8 月
正 会 員 同 金 森 戴 司*2
岡 山 田 和夫*4.
俊 力*1
0
関
瀬 古 繁喜*3
同
試 験 体 を 用 い て 、 衝 撃 弾 性 波 法 に よ る 鉄 筋 付 着 不 良 部
探 査 実 験 を 行 っ た 。 な お 、 衝 撃 弾 性 波 の 発 生 源 と し て
は 、 イ ン パ ル ス ハ ン マ と 電 磁 パ ル ス の2種 類 、 伝 搬 衝
撃 弾 性 波 の 検出器 と し て は 、 超 小 型 圧 電 式 加 速 度 ピ ッ
ク ア ッ プ と 非 接 触 型 検 出 器 ( レ ー ザ ド ッ プ ラ 振 動 計 )
の2種 類 を 使 用 し 、 衝 撃 弾 性 被 法 に よ る 鉄 筋 不 良 部 探
査の適用性と適用限界について相互に比較・検討した。
2
.
2
測 定 方 法
本実験では、衝撃弾性波を図-
2
に 示 す 鉄 筋 両 端 部 ( 入
力 1: 付 着 健 全 部 側 鉄 筋 端 部 、 入 力 2:付 着 不 良 部 側 鉄
筋 端 部 ) の2箇 所 か ら 入 力 し 、 所 定 の 位 置 に 設 置 し た
超 小 型 圧 電 式 加 速 度 ピ ック ア ッ プ ( コ ン ク リ ー ト 表面
: CHl ~CH3、鉄筋表面: CH4の4箇 所 ) と 超 高 感 度 非
接 触 型 検 出 器 ( 鉄 筋 表 面 :CH5) を 用 い て 検 出 し た。
3. 実 験 結 果 と そ の 考 察
3
.
1
検 出 衝 撃 弾 性 波 の 最 大 加 速 度
図
-
3
は 、 衝 撃 弾 性 波 入 力 源 と し て イ ン パ ル ス ハ ン マ
を 用 い て 鉄 筋 端 部 か ら 衝 撃 弾 性 波 を 入 力 し た 場 合 の 検
出 弾 性波 の 最 大 加 速 度 と ピ ッ ク ア ッ プ 位 置 と の 関 係 を
示 し た 例 で あ る。 な お 、 図 に は5回の 計 測 結 果 の 平 均
値 と 最 大 値 お よ び 最 小 値 が 示 し で あ る。図によれば、
衝 撃 弾 性 波 の 入 力 方 法 に 関 わらず鉄筋の付 着 不 良 部 表
面に 設 置 し た ピ ッ ク ア ッ プ で 検 出 し た 衝 撃 弾 性 波 の 最
大加 速 度 は、 付 着 健 全 部 表 面 に 設 置 し た ピ ッ ク ア ッ プ
と 比 較 し て 最 大 加 速 度 が 小 さ く な っ て お り 、 鉄 筋付 着
不 良 部 で 鉄 筋 か ら コ ン ク リ ー ト へ の 衝 撃 弾 性 波 の 伝 搬
が 不十分 と な っ て 検 出 衝 撃 弾 性 波 の 最 大 加 速 度 が 低 下
し て い る の が わ か る。 な お 、 紙 数 の関 係 で 図 に は 示 し
て い な い が 、 衝 撃 弾 性 波 入 力 源 と し て 電 磁 パ ル ス を 用
い た 場 合 も 同 様 の 傾 向 が 認 め ら れ、 検出弾 性 波 の 最 大
2 [単位:mm]
カ2
醇
2 [単位:mm]
図
-
2
測定位置および変換子の設置位置
図-
1
試験体の形状・寸法
lntemal Evaluation of Steel Bar AdherenceDefectsofReinforced Concrete
by Impact Echo Method uingNon-Contact Type Detector SE
Kl
Toshikatsu
，
KANAMO
Rl
Soji
，
SEKO Shigeki， YAA仏DAJGαzuo
1200
1000
円
( ど2
-
5
800
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∞
異 400
4く
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高 200
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。
1200
1200
1
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異 400
実 400
+
く
+
く
司匝 200
困
層 200
。
。
100 200 300 400 0 100 200 300 400 0 100 200 300 400
ピックアップ位置{原点左端) ピックアップ位置(原点左端) ピックアップ位置{原点.左端}
(a)付着不良部無し (b)付着不良長さ:100mm (c)付着不良部長さ :300mm
図
-
3
検出衝撃弾性波の最大加速度の例(衝撃弾性波入力源:インパルスハンマー)
1.0
トー 斗ハンマー:左端入力
付着不良部無し
目回
T
I
-1 )1
，A、l IV"V
0.8
濯n，
埋V.V
単
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夜0.4
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0.2
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。
ハンマ :左端入力
付着不良部無し
弓
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1.0
0.8
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0.6
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語
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1.0
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倒
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嬰
岨
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嬰
0.2
。
。
o 5 W ~ W ~ ~ 0 5 W ~ W ~ ~ 0 5 W ~ W ~ ~
周波数(kHz) 周波数(kHz) 周波数(kHz)
(a)ハンマー+加速度ピックアップ (b)ハンマー+非接触振動計 (c)電磁パルス+加速度ピックアップ
図
-
4
付着不良部無しの試験体で検出された衝撃弾性波の周波数特性の例
1.0
付着不良部長さ:300mm
H
ハンマ :左端入力
KQ@
A
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トペ1
、
、
ν
へ 〆ヤJ ，I¥
0.8
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思
0.2
0.0
付着不良部長さ:300mm
f
ハンマ :左端入力
古田
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-
+
-
トー…ト一一
1.0
0.8
量
0.6
単語
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。
1.0
0.8
量
0.6
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友0.4
'll!
0.2
。
。
o 5 W ~ W ~ ~ 0 5 W ~ W ~ ~ 0 5 W ~ W ~ ~
周波数(kHz) 周波数(kHz) 周波数(kHz)
(a)ハンマー+加速度ピックアップ (b)ハンマー+非接触振動計 (c)電磁パルス+加速度ピックアップ
図
-
5
付着不良部長さ300mmの試験体で、検出された衝撃弾性波の周波数特性の例
加速度のバラツキが極めて小さいことがわかった。
3. 2 検 出 衝 撃 弾 性 波 の 周 波 数 特 性
図
-
4
は、鉄 筋 付 着 健 全 試 験 体 で 得 ら れ た 検 出 衝 撃 弾
性 波 の 周 波 数 特 性 を 衝 撃 弾 性 波 の 入 力 源 お よ び 検 出 器
の 種 類 別 に 示 し た 例 で あ る 。 図 に よ れ ば 、 加 速 度 ピ ッ
ク ア ッ プ で 衝 撃 弾 性 波 を 検 出 し た 場 合 は 、 衝 撃 弾 性 波
の 入 力 源 に 関 わ ら ず 約 5kHz間 隔 で 卓 越 す る 周 波 数 成
分 が 観 察 さ れ る が 、 こ の 約 5kHzの 周 波 数 は 、 試 験 体
の 長 さ 、 密 度 お よ び 動 弾 性 係 数 か ら 計 算 し た 試 験 体 全
体 の 縦一 次共 振 周 波 数 と ほ ぼ 一 致 す る こ と が わ か っ
た 。 ま た 、 得 ら れ た 周 波 数 特 性 は 、 衝 撃 弾 性 波 入 力 源
と し て 電 磁 パ ル ス を 用 い た 方 が10kHz以 上 の 高 周 波 数
成 分 が 増 大 す る 傾 向 に あ る こ と が わ か る 。 な お 、 衝 撃
弾 性 波 の 検 出 に 非 接 触 型 振 動 計 を 用 い た 場 合 は 、 約
10kHzま で の 周 波 数 帯 域 で あ れ ば 、 加 速 度 ピ ッ ク ア ッ
プ の 場 合 と ほ ぼ 同 様 の 周 波 数 特 性 が 得 ら れ る こ と が 確
認できる。 一方 、 図
-
5
は 、 鉄 筋 付 着 不 良 部 長 さ300mm
の試験体について示したものであるが、図によれば、
衝 撃 弾 性 波 入 力 源 お よ び 検 出 器 の 種 類 に 関 わ ら ず 前 述
*1 愛 知 工 業 大 学 大 学 院 研究生・修士(工学)
*2 愛 知 工 業 大 学 大 学 院 博 士 前 期 課 程
*3 愛 知 工 業 大 学 工 学 部 教 授 ・博士(工学)
叫 愛 知 工 業 大 学 工 学 部 教 授 ・ 工 博
の 付 着 健 全 試 験 体 で 観 察 さ れ た 約10kHzの 卓 越 周 波 数
成 分 が 喪 失 し 、 代 わ り に 約 9回 zの 周 波 数 成 分 が 卓 越
し て い る の が 確 認 で き る。 こ の 約9kH
z
の 卓 越 周 波 数
は 、 付 着 不 良 部 鉄 筋 の 縦 波 速 度 を5，390m/s(空中にあ
る 鉄 筋 の 縦 波 速 度 の 測 定 結 果 ) と し た 場 合 の 300mm聞
の 多 重 反 射 波 の 周 波 数 と 一 致 し て お り 、 鉄 筋 の 付 着 不
良 部 の 存 在 に よ り 、 付 着 健 全 部 と 不 良 部 と の 界 面 で 衝
撃 弾 性 波 の 多 重 反 射 が 生 じ て い る こ と が 考 え ら れ る。
4
.
むすび
本 研 究 の 結 果 、 試 験 体 内 部 に 鉄 筋 付 着 不 良 部 が 存 在
す る と 、 そ の 箇 所 の 表 面 で 検 出 さ れ た 弾 性 波 の 最 大 加
速 度 が 低 下 す る こ と 、 付 着 健 全 部 と 不 良 部 と の 界 面 で
生 じ る 多 重 反 射 に 起 因 し た 周 波 数 成 分 が 卓 越 す る こ
と、などに着目すれば、コンク リート内部の鉄筋付着
不 良 部 を 推 定 で き る 可 能 性のあることがわかった。
【参考文献】
1 )桃木佳子、山田和夫ほか:衝撃弾性波法を適用した
鉄 筋 の 腐 食 推 定 に 関 す る 実 験 的 研 究 ， コンクリー ト
工学年次論文報告集、 Vo1.l5、NO.1、p'p607・612， 1993
*
1 Research Student
，
Aichi Institute of Technology
，
M.Eng.
*2 Master Course
，
Aichi Institute of Techno1ogy
*3 Prof，.Facu1ty of Eng.， Aichi Institute of Techno1ogy， Dr.Eng.
*4 Prof.， Facu1ty of Eng.， Aichi Institute of Technology， Dr.Eng.
42
