JP2016188850A - コンクリートのひび割れ検出方法およびひび割れセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバセンサを用いてコンクリートのひび割れを早期かつ正確に検出する。【解決手段】コンクリートのひび割れを検出するひび割れ検出方法であって、前記コンクリート中の鋼材の表面に光ファイバセンサを固定させる工程と、前記光ファイバセンサ中を伝搬する光波の特性変化に基づいて、前記鋼材のひずみを測定する工程と、前記測定したひずみの経時的変化の特性に基づいて、コンクリートのひび割れを検出することを特徴とする。【選択図】図１１Ｂ

Description

本発明は、コンクリートのひび割れ検出方法およびひび割れセンサに関する。

ＲＣ（Reinforced-Concrete）造やＳＲＣ（Steel Reinforced Concrete）造などの構造物においてひび割れが発生した場合、構造物の構造性能を大きく低下させると共に、かぶりコンクリートの剥落につながり、第三者被害を発生させることになる。従って、ひび割れ発生を検知することは、構造物の維持管理に極めて有用である。コンクリートのひび割れは、鉄筋腐食、乾燥収縮、温度応力や外力によるものが存在する。とくに鉄筋の腐食に伴い発生する腐食生成物は、鉄と比べて体積が増加するため、腐食部付近は体積膨張し、それがコンクリートに腐食ひび割れを発生させ、コンクリートの落下に繋がることが多い。

従来から、ひび割れを検知する方法としては、コンクリート構造物中の鉄筋や表面にひずみゲージを貼り付け、ひずみを検知している（特許文献１）。一方、従来から、構造物に生ずるひずみを検出する光ファイバセンサが提案されている。例えば、特許文献２では、計測対象となる構造物に、螺旋状に整形した光ファイバセンサを取り付け、この光ファイバセンサの光伝搬特性の変化を電気光学的測定装置により測定する。これにより、構造物に変位が生じた場合、構造物を破壊せずに変位を計測することを可能としている。

また、特許文献３では、コンクリート構造物の内部において、スペーサ部材に掛け渡されて螺旋状に巻回されるテープ部材と、このテープ部材に沿って巻回される光ファイバとを用いる。これにより、コンクリート部材のせん断ひび割れを検出することを可能としている。

特許第４９７５４２０号明細書 特開２０００−０９７６４７号公報 特許第４００８６２３号公報

コンクリートのひずみを計測するために、直接鋼材にひずみゲージを貼付したり、ひずみゲージを鋼材の近傍に設置したりする場合、その計測器や接着剤などが鋼材を覆ってしまうため、鉄筋腐食の発生に影響を及ぼし、正確な腐食によるひずみを検出ができない恐れがある。さらに、ひずみゲージをコンクリート表面に設置した場合には、風雨で剥がれたり壊れたりして、計測ができなくなったり、あるいは計測はできても正しい結果が得られなくなったりする場合もある。

一方、直接、構造物内の鉄筋に光ファイバを巻きつける手法は、構造物全体に光ファイバを配置し、構造物の損傷や変形を検知するものであり、ひび割れを検知するものでない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、光ファイバセンサを用いてコンクリートのひび割れを早期かつ正確に検出するひび割れ検出方法およびひび割れセンサを提供することを目的とする。

（１）上記の目的を達成するため、本発明は、以下の手段を講じた。すなわち、本発明のひび割れ検出方法は、コンクリートのひび割れを検出するひび割れ検出方法であって、前記コンクリート中の鋼材の表面に光ファイバセンサを固定させる工程と、前記光ファイバセンサ中を伝搬する光波の特性変化に基づいて、前記鋼材のひずみを測定する工程と、前記測定したひずみの経時的変化の特性に基づいて、コンクリートのひび割れを検出することを特徴とする。

このように、光ファイバセンサを用いて鋼材のひずみを測定するので、測定したひずみの経時的変化の特性を把握することができ、コンクリートのひび割れを検出することが可能となる。すなわち、コンクリートに拘束されていた鋼材が、ひび割れ発生によって鉄筋腐食や乾燥収縮等による応力が開放されることで、その拘束が弱まるため、ひび割れ発生前と後ではひずみの挙動が変化する。このひずみを光ファイバセンサにより計測することで、鉄筋腐食や乾燥収縮等の鉄筋に到達するようなひび割れ発生を早期に検出することができる。これにより、コンクリートの落下を防止できるとともに、早急に補修を実施することでさらなる構造物の劣化をくい止めることができる。コンクリート構造物の適切な維持管理を行なうことができる。

（２）また、本発明のひび割れ検出方法は、前記測定したひずみの経時的変化に現れた屈曲点を、コンクリートのひび割れが発生したときとすることを特徴とする。

この構成により、コンクリートのひび割れの発生タイミングを把握することが可能となる。すなわち、コンクリート構造物において、ひび割れ発生前と後ではひずみの挙動が急激に変化するので、ここで現れたひずみ曲線の屈曲点をコンクリートのひび割れが発生時と認定できる。また、数値的解析により屈曲点を抽出すれば自動的にひび割れ発生を検出することができる。

（３）また、本発明のひび割れ検出方法は、前記コンクリートのひび割れが、コンクリート中の鋼材の腐食膨張によるものであることを特徴とする。

この構成により、光ファイバセンサがひび割れ発生前の鋼材の腐食膨張によるひずみの増加も検出するので、ひび割れ発生によるひずみ挙動の変動を容易に捉えることができ、正確にひび割れの発生を検出することができる。

（４）また、本発明のひび割れ検出方法は、前記光ファイバセンサを、測定対象のうちの一定の範囲に複数固定することを特徴とする。

この構成により、ひび割れが生じた場合には、ひび割れ周囲の複数の光ファイバのひずみ挙動が変化するので、一部の光ファイバに生じたノイズや故障、微細なひび割れと貫通ひび割れとを判別することが可能となる。

（５）また、本発明のひび割れ検出方法は、前記鋼材が腐食しないように処理した箇所に、光ファイバセンサを固定させたダミーセンサをコンクリート内部に設置し、前記ダミーセンサによって腐食以外の要因で生じたひずみを検出し、前記ダミーセンサで検出したひずみを用いて、前記鋼材のひずみを補正することを特徴とする。

この構成により、ダミーセンサで検出したひずみを用いて、例えば、温度ひずみなどの腐食以外の要因で生じたひずみの影響を除去することが可能となり、より正確にひび割れの発生を検出することができる。

（６）また、本発明のひび割れセンサは、上記（１）から（５）のいずれかに記載のひび割れ検出方法に適用されるひび割れセンサであって、光ファイバセンサと、前記光ファイバセンサを保持する鋼材と、を備え、前記ひび割れの発生により、前記光ファイバセンサ中を伝搬する光波の特性に変化が生じることを特徴とする。

この構成により、光ファイバセンサを用いて鋼材のひずみを測定するので、測定したひずみの経時的変化の特性を把握することができ、コンクリートのひび割れを検出することが可能となる。

本発明によれば、鋼材の腐食を検知することができ、腐食の進展状態を捉えることができ、ひび割れの発生を検出することが可能となるので、コンクリートの維持管理に有用である。

本発明に係る実施形態１を示す図である。 本発明に係る実施形態２を示す図である。 本発明に係る実施形態３を示す図である。 本発明に係る実施形態３を示す図である。 本発明に係る実施形態４を示す図である。 本発明に係る実施形態５を示す図である。 本発明に係る実施形態６を示す図である。 本実施形態に係る腐食検出方法の概念を、金属の腐食により光ファイバセンサがひずみを検知するかを検証するために用いた試験体を示す図である。 １巻とした検証例において、腐食環境下における経過時間とひずみとの関係を示すグラフである。 ３巻きとした検証例において、腐食環境下における経過時間とひずみとの関係を示すグラフである。 電気腐食試験の概要を示す図である。 光ファイバセンサ１６１を巻き付けたみがき棒鋼１６０の概要を示す図である。 電気腐食試験の経過時間と各測定点のひずみを示す図である。 電気腐食試験の経過時間と各測定点のひずみを示す図である。 電気腐食試験の経過時間と各測定点のひずみを示す図である。 電気腐食試験の経過時間と各測定点のひずみを示す図である。 電気腐食試験の経過時間と各測定点のひずみを示す図である。

本発明の実施形態に係るコンクリートのひび割れ検出方法は、コンクリート中の鉄筋等の鋼材に光ファイバセンサを貼り付けて、コンクリートの鋼材のひずみを計測し、ひび割れ発生時のひずみの挙動変化を捉えるものである。すなわち、コンクリートに拘束されていた鋼材は、ひび割れ発生によって応力が開放されることでその拘束が弱り、ひび割れ発生前と後でひずみの挙動が変化する。したがって、本発明の実施形態に係るコンクリートのひび割れ検出方法は、鉄筋腐食、乾燥収縮、温度応力や外力等による鉄筋までに到達するようなひび割れ発生を早期に検出することができる。

本発明の実施形態に係るコンクリートのひび割れ検出方法における光ファイバセンサは、鋼材そのもののひずみ環境を検出することも可能である。例えば、鋼材が腐食する場合、腐食生成物の体積膨張によるひずみが生ずる。このひずみを、光ファイバセンサを介して、データロガー等の測定器で検出することによって、コンクリート内部が腐食環境にあるのか否か、腐食因子が侵入してきたのかどうか、鋼材の腐食状況の経過も捉えることができる。その後、鋼材腐食が進行し、ひび割れ発生によるひずみの挙動変化を捉える。

［実施形態１］
図１は、本発明に係る実施形態１を示す図である。実施形態１では、丸鋼６０に光ファイバセンサ６２を直接巻き付ける態様を採る。これにより、鋼材を加工することなく、直接鋼材に光ファイバセンサ６２を設けることが可能となる。その結果、コンクリートのひび割れの早期発見が可能となる。また、鉄筋腐食によるひずみの進展を検出することが可能となる。

光ファイバセンサはＦＢＧセンサ等を用いることができる。丸鋼６０に光ファイバセンサ６２を巻き付ける際には、光ファイバセンサ６２を、直線状に配置したり、波状に曲折して配置したりしても良いが、好ましくは周回するようにらせん状、またはループ状に巻き付ける。腐食によるひずみの進展を捉える場合、周回数は多いほど腐食部分と光ファイバが重なるので早期に検知するが、周回数が多すぎると丸鋼６０への腐食因子の到達を妨げることになる。

光ファイバセンサ６２を丸鋼６０に巻き付ける際には、密着するように、好ましくは引張力が加わるように巻き付け、接着剤で両端を固定する。これにより、膨張側・収縮側両方のひずみが計測できるようになる。ひび割れを精度よく検知するために、両端が固定された光ファイバセンサの検知区間の長さは構造物や鋼材の条件にもよるが５ｍｍ〜５００ｍｍが好ましい。光ファイバセンサの長さが、５００ｍｍ以上では鋼材へ設置の際の取扱いが困難であり、打設時などに損傷する恐れが大きくなる。また、光ファイバセンサの長さが、５ｍｍ以下では測定範囲が狭いので検知精度が劣る。その後、コンクリートを打設し、データロガーでひずみを測定することによってひずみを検知する。なお、ここでは丸鋼６０としたが、異形鉄筋に上記配置を行なうこともできる。

［実施形態２］
図２は、本発明に係る実施形態２を示す図である。実施形態２では、異形鉄筋６５を用いる。異形鉄筋６５は、図２において、紙面に対して上と下の位置にリブ６６が設けられている。また、異形鉄筋６５は、表面から突出し所定の間隔をおいて設けられた複数の節６７が設けられている。実施形態２では、この節６７の頂上部分に光ファイバセンサ６２を固定する。光ファイバセンサ６２を固定する際には、図２に示すように、２箇所の接着点６９で固定するものとする。接着点は、しっかり付着するよう鉄筋の表面を切削・研磨してから設けても良い。また、光ファイバセンサ６２が固定された箇所をコンクリートの表面の方向に向けて設置する。このように、節６７の頂上部分に光ファイバセンサ６２を固定することから、ひび割れが発生するコンクリート表面に近付けることができる。これにより、比較的早い段階でひび割れを検知することが可能となる。

［実施形態３］
図３Ａおよび図３Ｂは、本発明に係る実施形態３を示す図である。図３Ａは、リブ６６が紙面に対して上下に位置する方向から異形鉄筋６５を表わした図であり、図３Ｂは、リブ６６のいずれか一方の方向から異形鉄筋６５を表わした図である。実施形態３では、複数の節６７に対して連続的に光ファイバセンサ６２を配置する。図３Ａに示すように、各節６７では、それぞれ２箇所の接着点６９で光ファイバセンサ６２を接着する。このように、複数の節６７に光ファイバセンサ６２を配置することによって、腐食環境となった初期にはさびが発生する部分と発生しない部分が生じることになる。すると、腐食によるひずみと、そうでないひずみ、すなわち温度や外力によるひずみを識別することが可能となり、これにより、温度や外力によるひずみの影響を取り除くことが可能となる。その結果、高い精度で腐食の開始によるひずみのみを検出することが可能となる。

［実施形態４］
図４は、本発明に係る実施形態４を示す図である。実施形態４では、光ファイバセンサ６２をコンクリートの表面の方向に向いたリブ６６に沿って配置する。これにより、コンクリートのひび割れの早期発見が可能となる。また、コンクリート表面から侵入してきた腐食因子により生じた腐食膨張を早期に検知することが可能となる。なお、接着点６９の黒皮およびさびを落とすことによって接着力を高めるとともに、接着点６９について、防錆処理をすることによって、測定期間をより長期化させることが可能となる。

［実施形態５］
図５は、本発明に係る実施形態５を示す図である。実施形態５では、異形鉄筋６５と光ファイバセンサ６２との間に被覆層７２を設けた。被覆層７２は、モルタル等のセメント硬化体から構成される。モルタルは、コンクリートと同程度の水セメント比の配合で作成しても良いし、より多孔質となる配合で作成しても良い。これは、異形鉄筋６５と光ファイバセンサ６２との間に被覆層７２を設ける場合、セメント硬化体が柔らかいと光ファイバセンサ６２にひび割れ発生や腐食による異形鉄筋６５へのひずみの伝達が遅くなるためである。

また、水セメント比は、なるべく周囲と同じ環境であるように、またコンクリート表面から鉄筋への腐食因子の通過を妨げることがないように鉄筋コンクリート構造物のコンクリートと同等かコンクリートよりも高い水セメント比とすることが好ましい。被覆層７２は、異形鉄筋６５の表面の凹凸がなくなり、破損することがないよう、３〜１５ｍｍの厚さが好ましい。ただし、本発明はこれらに限定されるわけではない。

このように、被覆層７２を有し、異形鉄筋６５の場所を問わず凹凸をなくすことができるため、どのような場所でも光ファイバセンサ６２を配置することができる。また、異形鉄筋６５が腐食することによってモルタルを含めた部位全体が膨張するため、腐食した場所を含めて、腐食開始による変位も検出しやすくなる。

［実施形態６]
図６は、本発明に係る実施形態６を示す図である。図６において、紙面に対して左側は、異形鉄筋６５に被覆部７４を設けた構成を採るが、モルタルが硬化しない状態で光ファイバセンサ６２を巻くことに特徴を有する。この場合、光ファイバセンサ６２がモルタル中にめり込むことになる。これにより、モルタルを接着剤として機能させることも可能であり、接着点６９は設けなかったり、仮止めしたりする程度でも良い。

一方、図６において、紙面に対して右側は、光ファイバセンサ６２が固定された箇所をセメント硬化体で被覆部７４を形成した態様である。光ファイバセンサ６２の固定の仕方については、上記実施形態１から５のどの態様でも構わない。モルタルを接着剤として機能させることも可能であり、接着点６９は設けなかったり、仮止めしたりする程度でも良い。

本実施形態のセメント硬化体としては、アルカリ性であり固化後に多孔質となるセメントペーストまたはモルタルを使用することができる。セメント硬化体の水セメント比は、なるべく周囲と同じ環境であるように、またコンクリート表面から鉄筋への腐食因子の通過を妨げることがないように鉄筋コンクリート構造物のコンクリートと同等かコンクリートよりも高い水セメント比とすることが好ましい。被覆部７４は、破損することがないよう、３〜１５ｍｍの厚さが好ましい。

これにより、被覆部７４を構成するセメント硬化体は、製造後の光ファイバセンサ６２の位置を固定し、打設時まで鉄筋の腐食を防止し、打設時には光ファイバセンサ６２を保護する機能を果たす。

なお、セメント硬化体の被覆層７２および被覆部７４は、異形鉄筋６５を例にしているが、本発明はこれに限定されず、丸鋼６０と光ファイバセンサ６２との間に被覆層７２または被覆部７４を設けても良い。

また、上記の実施形態全てにおいて、ダミーセンサを用いることもできる。すなわち、上記の実施形態と同様に光ファイバセンサを製造するが、全表面に防錆処理を施したダミーセンサとする。そして、ダミーセンサを用いて腐食以外の要因で生じたひずみを検出し、光ファイバセンサで検出したひずみを補正するようにしても良い。これにより、例えば、温度ひずみなどの影響を除去することが可能となる。ダミーセンサは、光ファイバセンサを配置した鉄筋や被覆部にエポキシ樹脂などで被覆し、中性化や劣化因子の侵入を防いで内部の炭素鋼の腐食を防ぐなど方法がある。また、実施形態３のように複数の検出部を設けた場合は、その一部に防錆処理を施しても良い。

［検出方法］
光ファイバセンサは上記の形態により実構造物や製品中にコンクリート打設前に設置される。あるいは、光ファイバセンサを対象とする実構造物と同じコンクリート組成物、かぶり厚さを有する模擬部材に取り付け、該模擬部材を対象とする実構造物と同じ環境下に設置することで、ひび割れ発生状況や腐食によるひずみの進展状況を参照できるようにしても良い。

光ファイバは構造物の測定したい箇所に任意に設置でき、例えば、腐食発生が予想される箇所、乾燥や温度変化により応力ひび割れが生じやすい箇所に設置する。また、一部の光ファイバに微細ひび割れ等によるノイズや故障や生じたりすることも想定されるので、測定したい箇所には複数の光ファイバを設けることが好ましい。後述するように、ひび割れが生じた場合にはひび割れ周囲の複数の光ファイバのひずみ挙動が変化するので、ノイズ等を判別することが可能となる。測定したい箇所に複数の光ファイバを設ける場合の範囲は、構造物にもよるが好ましくは５０ｃｍ以内である。本形態では、光ファイバを配線しておけば人が入れない場所や目視で観測できない場所にも適用できる。また、遠隔地でデータを監視できるようにしても良い。

計測中にひび割れが発生すると、それまでコンクリートに拘束されていた鋼材やあるいは腐食生成物への応力が開放され、その拘束が弱まるためひび割れ発生前と後ではひずみ曲線の勾配が変わり、屈曲点が生じる。屈曲点は、経過時間に対するひずみ量を図（ひずみ曲線）に表すことで容易に目視にて検出できる。ひずみの計測間隔は、短いほど精度よく検出でき、３０分より短いことが好ましい。

あるいは、数値的に処理を行なって、ひび割れ発生によるひずみ曲線の屈曲点を自動的に検知し、通報されるシステムとすることもできる。ひずみの曲線に対して回帰式を求め、その勾配の急激な変化を検知するようにすれば良い。あるいは、ひずみ曲線を多項式の曲線として回帰して、測定点における接線の傾きを求め、その絶対値が変動したときがひび割れ発生時と認定できる。

ひび割れの発生を検知した場合は、すぐさまコンクリートの落下防止の措置を実施したり、コンクリートの補修補強を行なうことができる。また、とくに腐食による膨張ひずみは光ファイバセンサがその進展を捉えることができるので、ひび割れの発生を予測することもできる。

［検証例］
図７は、本実施形態に係る腐食検出方法の概念を、金属の腐食により光ファイバセンサがひずみを検知するかを検証するために用いた試験体を示す図である。図７に示すように、試験体４０は、棒鋼５０に光ファイバセンサ５１を巻き付けて、モルタル等のセメント硬化体５２で被覆することにより構成されている。試験体４０に対して、上下方向のかぶりが２０ｍｍであり、左右方向のかぶりが１０ｍｍである。図７では、棒鋼５０に対して光ファイバセンサ５１を１巻とした例を示したが、以下、３巻とする場合も併せて検証する。次に、試験体４０の具体的検証例を示す。

みがき棒鋼は、ＪＩＳ Ｇ ３１０８ ＳＧＤ３Ｍを使用した。みがき棒鋼に対する光ファイバの巻き方は、一定の張力下、例えば、巻き付け時に多少の引張ひずみが出ていることを確認した上で、巻き付け作業を行ない、端部をＣＮ（東京測器製）で固定した。光ファイバセンサ（ＦＢＧセンサ）は、表２に示す仕様のものを用いた。また、ダミーセンサによるひずみ挙動の差異で腐食検知を行なうのが好ましく、被覆モルタルの体積変化や含水率の影響がひずみに表れることが予想されるため、試験体の仕様に応じて、ダミーの試験体を作製した。

次に、被覆モルタルについて説明する。モルタルの使用材料は、次の表に示す通りである。

次に、モルタルの配合は、次の表に示す通りである。

なお、上記の表中、「Ｂ」とは、「Ｃ」と「Ｌ」とを混合したものである。

［モルタルの練混ぜ方法］
試験体に用いるモルタルは、“株式会社丸東製作所社製のモルタルミキサ（2L練）”を用いて練混ぜを行なった。練混ぜ手順は、以下の通りである。なお、モルタルの練混ぜは、２０±２℃、湿度５０％以上の恒温恒湿室にて行なった。

塩ビ製型枠（内径φ40 mm×高さ50mm、または内径φ40 mm×高さ65mm）にモルタルを打込み、その中に光ファイバを巻いた棒鋼を中央部に入れ、その後、同じ恒温恒湿室で３時間養生後、２０℃湿度９５％以上で７日間養生し、脱型した。

試験体４０を腐食環境下（温度４０℃下で、ＮａＣｌ：１０％水溶液に浸漬１日、湿度６０％乾燥３日、再度ＮａＣｌ：１０％水溶液に浸漬１日、以降は湿度６０％乾燥）におき、計測機器（株式会社渡辺製作所製）により波長の変化を計測した。ＮａＣｌ：１０％水溶液の浸漬は、光ファイバ引き出し部からＮａＣｌ水溶液の侵入がないように、試験体の下端から３０ｍｍ（３巻きの場合は、試験体の下端から４５ｍｍ）の部分までを浸漬させた。また、ダミー試験体は、ここでは実験上腐食しない棒鋼を用いずに腐食センサと同じ試験体を用いており、ＮａＣｌ水溶液を用いる代わりに腐食することのない純水に浸漬した。

以下の式により、波長からひずみに変換し、腐食によるひずみの変化を確認した。

ここで、ε：ひずみ（μ）、λ：測定時の波長（ｎｍ）、λ^*：初期波長（ｎｍ）であ
る。

図８Ａは、腐食環境下における経過時間とひずみとの関係を示すグラフである。図８Ａに示す１巻きとした検証例では、１日と４日に塩水や水に浸漬したため、温度変化やモルタルの吸水などで一時的にひずみが変化したが、ダミー試験体も同じ様に変化したため、腐食によるものではない。１６日に試験体とダミー試験体のひずみ量が乖離した。そこで、試験体の被覆モルタルを除去したところ、棒鋼が腐食していることが確認された。

図８Ｂに示す３巻きとした検証例では、温度が一定になった後に計測を開始し、腐食後も計測を継続した例である。測定日数４５日に腐食ひび割れが発生し、膨張が停止した。ひび割れ発生によりひずみ曲線の増加が停止し、屈曲点が現れたことがわかる。また、ひび割れが発生するまで、継続的に腐食による膨張を捉えることが可能であることが証明された。

本検証例から、鉄製の部材に巻き付けたひずみを検出する光ファイバセンサは、鉄製の部材が腐食することで生じるひずみ、およびひび割れ発生を検知することが証明された。

［実施例］
図９は、電気腐食試験の概要を示す図である。直径３０ｍｍで長さが３５０ｍｍのみがき棒鋼１６０を用いる。光ファイバセンサ１６１を巻き付け、ケーブル１６２を接続して、コンクリート１６４に埋め込む。その際、水平方向のかぶりを左右均等に１３５ｍｍとし、深さ方向のかぶりを上端から５０ｍｍ、および下端から２２０ｍｍとする。これを供試体１６６とし、この供試体１６６を、内法が３１０ｍｍの容器１６９内で水没させて、水中で供試体から１０ｍｍ離れた位置に、陰極材としての銅板電極１６８を設ける。銅板電極１６８は、幅が１００ｍｍであり、長さが３００ｍｍであり、ケーブル１７０が接続されている。また、供試体１６６上で、銅板電極１６８と対向する位置に防水型ゲージ１７２を設置する。

なお、コンクリートは、早強ポルトランドセメントを用いて水セメント比６０％とした。コンクリートは打設後、湿布で打設面を覆い２０℃で２４時間養生後、脱型を行なった。その後、２２日間湿潤養生を行なった。

図１０は、光ファイバセンサ１６１を巻き付けたみがき棒鋼１６０の概要を示す図である。みがき棒鋼１６０のうち、両端の２０ｍｍの部分はコンクリートの外部にあり、それ以外がコンクリート中にあるものとする。コンクリート中の部分を区間１から区間８に分割し、各区間で光ファイバセンサ１６１によるひずみの測定を各区間１から８に対応する測定点にて行なう。すなわち、みがき棒鋼１６０において、コンクリート中にある部分は、（３５０ｍｍ−４０ｍｍ）より、３１０ｍｍである。

光ファイバセンサ１６１の巻き付け方は、以下の通りである。すなわち、コンクリート中において端部から２０ｍｍの部分から巻き始められ、１周するごとにみがき棒鋼１６０の長手方向に２５ｍｍ進むように巻き付ける。ＦＢＧセンサは各２５ｍｍの中央部に位置するように、測定部の両端は接着剤で固定して巻きつけた。各区間は、１０ｍｍの間隔を有する。その結果、コンクリート中のみがき棒鋼１６０では、両端から２０ｍｍの部分が２つ、光ファイバセンサが１周巻き付けられる２５ｍｍの部分が８つ、各区間の間隔として１０ｍｍの部分が７つで、合計３１０ｍｍとなっている。また，光ファイバが断線したり、計測不能となった場合にすべてのＦＢＧセンサが計測不能とならないように直列配置せず、個別にＦＢＧセンサを計測機と接続した。

図９および図１０に示した状態で、ケーブル１６２と１７０に定電流出力装置を接続し、０．２Ａの電流を通電させる。また、光ファイバセンサ１６１によるひずみの測定を行なう。測定は、鉄筋腐食によりコンクリートの表面にひび割れが生じた材齢２６日まで行なった。

図１１Ａおよび図１１Ｂは、電気腐食試験の経過時間と各測定点のひずみを示す図である。このように、本発明に係る検出方法により、鋼材の腐食進行により体積が膨張する過程を測定することも可能である。さらに、鉄筋腐食によりひび割れが生じた材齢２５．７日には、ひずみ曲線が急激に変動、屈曲点が現れ、ひび割れ発生を捉えることができた。

ひび割れは測定点の表面側に最初に発生し、その後ひび割れ長さが伸張した。図１１では、測定点が最もひずみ量が大きく、ひび割れ後の目視観察でも最もひび割れ幅が大きくなっていた。他の測定点もひずみが急激に増加した測定点が多く、逆に減少に転じた測定点もあったが、いずれも屈曲点が確認された。このようにひび割れが生じた周囲３０ｃｍ程度の測定点ではほぼ同時に屈曲点が現れていた。図１２Ａおよび図１２Ｂのように、ひび割れ前後で最もひずみの変動が小さくみえる測定点７及び測定点８においても、ひずみ曲線の勾配はひび割れ前後で１０％以上の差がみられた。また、近傍に複数の光ファイバセンサを設置しておくことで、図１３の材齢２０．５日測定点２、及び材齢２２．８日測定点１のように１点しか屈曲点が現れないなときは貫通ひび割れでないものだと判別できる。

なお、数値的処理を行なってひび割れ発生を検出する場合は、例えば本実施例では、測定点１０点ごとにひずみ曲線の回帰式を作成し、回帰式の勾配が１０%以上変動したときをひび割れ発生と検出できる。このとき、温度、外力によるひずみ変動がない状態、あるいはダミーセンサ等で補正した値を用いるとより正確に検出できる。また、ひずみ量は、測定点の拘束の程度やコンクリートの強度、かぶり厚さ、ひび割れ発生場所からの距離、測定間隔などによって、ひび割れ前後のひずみ勾配の変動度合いが異なるので、状況に応じて数値的処理の条件設定を行なえば良い。

以上説明したように、本実施形態によれば、コンクリートのひび割れの早期検知が可能となる。また、ひび割れに至るまでのひずみも計測することが可能となる。

４０ 試験体
５０ 棒鋼
５１ 光ファイバセンサ
５２ セメント硬化体（モルタル）
６０ 丸鋼
６２ 光ファイバセンサ
６５ 異形鉄筋
６６ リブ
６７ 節
６９ 接着点
７２ 被覆層
７４ 被覆部
１６０ みがき棒鋼
１６１ 光ファイバセンサ
１６２ ケーブル
１６４ コンクリート
１６６ 供試体
１６８ 銅板電極
１６９ 容器
１７０ ケーブル
１７２ 防水型ゲージ

Claims (6)

1. コンクリートのひび割れを検出するひび割れ検出方法であって、
   前記コンクリート中の鋼材の表面に光ファイバセンサを固定させる工程と、
   前記光ファイバセンサ中を伝搬する光波の特性変化に基づいて、前記鋼材のひずみを測定する工程と、
   前記測定したひずみの経時的変化の特性に基づいて、コンクリートのひび割れを検出することを特徴とするひび割れ検出方法。
2. 前記測定したひずみの経時的変化に現れた屈曲点を、コンクリートのひび割れが発生したときとすることを特徴とする請求項１記載のひび割れ検出方法。
3. 前記コンクリートのひび割れが、コンクリート中の鋼材の腐食膨張によるものであることを特徴とする請求項１または請求項２記載のひび割れ検出方法。
4. 前記光ファイバセンサを、測定対象のうちの一定の範囲に複数固定することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のひび割れ検出方法。
5. 前記鋼材が腐食しないように処理した箇所に、前記光ファイバセンサを固定させたダミーセンサをコンクリート内部に設置し、前記ダミーセンサによって、鋼材の腐食以外の要因で生じたひずみを検出し、前記ダミーセンサで検出したひずみを用いて、前記鋼材のひずみを補正することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のひび割れ検出方法。
6. 請求項１から請求項５のいずれか記載のひび割れ検出方法に適用されるひび割れセンサであって、
   光ファイバセンサと、
   前記光ファイバセンサを保持する鋼材と、を備え、
   前記ひび割れの発生により、前記光ファイバセンサ中を伝搬する光波の特性に変化が生じることを特徴とするひび割れセンサ。