2018 Fiscal Year Annual Research Report
実フィールドでの構造物劣化診断に向けたバイブロレーダ鉄筋腐食評価システムの創出
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17H02047
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| Research Institution | Gunma University |
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Principal Investigator |
三輪 空司 群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (30313414)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小澤 満津雄 群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (80313906)
迫井 裕樹 八戸工業大学, 大学院工学研究科, 准教授 (30453294)
栗田 伸幸 群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (60435493)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 計測工学 / 可視化 / 非破壊検査 / 鉄筋腐食 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
RC 構造物の維持管理ではコンクリートのひび割れ、剥離の主要因となる鉄筋腐食の評価、進行予測が重要となる。しかし、現状では鉄筋の腐食を簡易かつ迅速に非破壊判別可能な検査法は提案されていない。そこで、鉄筋探査法として有力な電磁波レーダ法に着目し、UWB レーダイメージングによる鉄筋腐食評価法（研究A）、及び励磁コイル加振を援用したドップラレーダ法を用いた鉄筋微小振動変位計測による鉄筋腐食評価法（研究B）という新規な二つの研究を融合した『加振レーダイメージング技術』を創出する。本研究により、鉄筋腐食進展期から劣化期までの腐食ステージを判別可能な評価システムを構築し、実フィールドでの実証実験を通じて本手法の有効性を明らかにすることが目的である。これまで、実フィールド計測に向けた4 cm 程度までの鉄筋かぶりでの加振レーダ計測が可能なシステムを構築し、RC供試体レベルでそれぞれの要素技術の課題を解決するための基礎実験の検討を行った。
研究Aでは腐食により鉄筋反射波の振幅が低下する傾向も見られたが，コンクリートの水分分布による減衰との区別は困難であり，レーダ測定のみの単純な手法では腐食の定量評価は困難であることがわかった．
一方，研究Bでは通常のレーダ画像に加え振動物体のみのレーダ画像を選択的に得ることができ，それらの反射波振幅の比によりイメージングベースでの振動変位測定が可能なことがわかった．
さらに，本システムを用いRC供試体において強制的に鉄筋を腐食させる電食試験中の加振鉄筋の振動変位モニタリングにより，腐食初期には腐食による膨張圧の影響により鉄筋周囲が硬くなり振動変位が漸減し，その後，内部ひび割れの進展とともに膨張圧が開放されるにつれ，鉄筋が動き易くなり振動変位が健全時の数倍まで単調増加していくことがわかった。これより，鉄筋腐食量と振動変位の関係が評価できることも示唆した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
2018，2019年度までの研究により,研究Bを主体とした加振レーダ法を提案し，励磁コイルと一体化したアンテナをスキャンすることにより，イメージング画像ベースでの深さ4cm程度までの鉄筋の振動変位の計測システムを開発した。本手法では,コンクリートレーダによる通常の２次元断面像に加え，励磁コイル加振により振動する鉄筋のみを選択的に映像化でき，これらの独立な画像から，特定の場所にある鉄筋振動変位を評価可能である点に独創性がある。
本システムを用い，RC供試体において，電食中の加振された鉄筋の振動変位モニタリングを実施した結果，電食初期には腐食による膨張圧の影響により鉄筋周囲が硬くなり，振動変位が漸減し，その後，内部ひび割れの進展とともに膨張圧が開放されるにつれ，振動変位が健全時の数倍まで単調増加していくことがわかった。また，電食時に鉄筋を取り出し，鉄筋腐食量を計測し，積算電流－鉄筋腐食量の関係を得ることで，鉄筋腐食量と振動変位の関係を10%程度の誤差で評価できることも示唆した。
また，メッシュ状に鉄筋が配筋された供試体を用い，加振レーダイメージング法のスキャン方法の最適化を行った結果，鉄筋の交差点ではなく鉄筋メッシュの中央部分において，鉄筋に平行ではなく，直交するようにスキャンを行いイメージングベースでの振動変位を評価する方が振動変位のばらつきの少ない高精度な振動変位推定が可能であることも示し，当初予定どおりの有効性の確認ができた。
さらに，加振による鉄筋の振動変位を電磁界解析と弾性解析を連成させることにより数値的に評価する検討では，実験に比べ振動変位が1/100程度小さくなるものの，コンクリートの弾性係数に反比例する振動変位が得られることがわかり，モルタル供試体での実験結果と対応する結果も得られるなど当初計画以上の進展が見られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は，主に提案する加振レーダ法の実フィールドでの適用性について検討するため，現状のシステムから約２倍の探査深度となる8cm程度までの鉄筋振動変位の測定可能なシステムを開発する。このためには，有限要素法を用いたFEMシミュレーションによりコイル形状，アモルファスやファインメット等の高透磁率のコア素材の最適化を行う必要がある。さらに，加振力を増強するための交流電源の開発も行う。また，加振周波数はこれまで50Hz程度であったが，さらに高周波化することにより対象の機械的な共振現象を利用した振動変位の増加や，振動メカニズムの検討を行い，腐食評価に向けた加振周波数の最適化を行う予定である。
さらに，八戸工大が構内に所有する撤去橋梁を用いたフィールド実験により，鉄筋振動変位と腐食状況の関連性について評価を行い，腐食量と振動変位の関係について基礎的な検討を行う。
また，はつりの可能な実フィールドを選定し，加振レーダ法を実フィールドに適用し，計測法の問題点等を洗い出す。さらに問題点を改善し，計測システムへのフィードバックを行い，各腐食ステージでの鉄筋の振動変位の妥当性を検証し，実フィールドでの定量的な鉄筋腐食評価の適用性について検討を行う。
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