2020 Fiscal Year Research-status Report
生コン配合比検査およびコンクリートの比誘電率測定と高精度鉄筋探査に関する研究
| Project/Area Number |
17K06535
|
|---|
| Research Institution | Nagasaki University |
|---|
Principal Investigator |
田中 俊幸 長崎大学, 工学研究科, 教授 (50202172)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
森山 敏文 長崎大学, 工学研究科, 准教授 (20452873)
藤本 孝文 長崎大学, 工学研究科, 准教授 (40264204)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | コンクリート診断 / 鉄筋探査 / 比誘電率分布測定 / 生コンの成分推定 / 電磁波レーダ |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
1.生コンの成分推定：2018年度において，4組のマイクロストリップアンテナで水分の浸透の様子を測定することに成功した．2019年度は前年の課題であった生コン挿入部分の拡張を図るために，診断システム全体の構成を一新した．デモを行い，新診断システムは正しく動作することを確認した．さらに，これまではVNAの伝搬係数であるS21だけを測定して評価を行っていたが，反射係数であるS11を測定し，水分量評価の精度を上げることに取り組んだ．2020年度はコロナの影響で長時間の研究が認められず，生コンの診断に関しては十分な成果を得ることができなかった．
2.比誘電率分布の測定：今年度はこれまでの実験結果を参考にし，コンクリート試験体を作成した．上中下に配置したアンテナによる電気定数の変化の測定は，中央のアンテナを送信アンテナとし，上と下のアンテナを受信アンテナとして利用し，それらの結果の平均をとることにより，非常に安定した測定結果を得ることができることを明らかにした．しかし，試験体に埋め込んだプローブやアンテナが型枠を外すときに曲がってしまい，測定精度が悪くなったアンテナが存在した．また，コロナのために長期間において定期的な電気定数の変化を推定できなかったのが残念である．
3.高精度鉄筋探査：使用しているコンクリートレーダーのコンクリート中のパルスの広がりと，空気中のパルスの広がり方の違いを観測し，パルス広がりの補正式を導出した．観測データにパルス広がりの補正式を適用して鉄筋径推定を行った．しかし，十分な推定結果は得られなかった．この原因はパルス伝搬の初期設定において，パルスの広がりを考慮していなかったためだと思われる．したがって，今年度は，初期設定の改善によって，鉄筋探査精度の更新を目指す．また，コンクリートレーダーでも打設後の比誘電率の頃日変化を観測することができることを明らかにした．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
1.コロナにより，長期間学生が大学に来ることができなかったため，研究が全体的に進まなかったことが最も大きな理由である．したがって1年継続し当初に予定まで研究を継続することにした．
2.生コンの成分推定：生コンの実験に関しては，複数の学生が密な状態で長時間実験をする必要があるため，十分に実験することができなかった．したがって，遅れていると判断した．
3.比誘電率分布の測定：同軸プローブやダイポールアンテナの挿入本数を少なくすることで，コンクリートの比誘電率分布の測定精度を向上させることに成功した．さらに，3本のアンテナで１か所の電気定数の推定を行うことにより，これまでで最も安定した電気定数分布を得ることができた．しかし，挿入本数が少ないために深さ方向の測定箇所が少なくなった．また，完成したコンクリート試験体に対してコロナの影響で定期的な実験を実施することができず，十分な経日変化を得ることができなかった．したがって，やや遅れていると判断した．
4.高精度鉄筋探査：鉄筋による反射パルスの伝搬距離とパルス幅の拡張の関係および空気中にある鉄筋からの反射波のパルス幅の変化を明らかにした．さらにパルス幅補正を鉄筋探査アルゴリズムに組み込み，探査を行った．さらに，現在の方法の誤差の原因を突き止めた．このことは高精度鉄筋探査に対して非常に大きな一歩である．今後の改善点を明らかにしたので，順調に進んでいると判断する．
|
| Strategy for Future Research Activity |
1.生コンの成分推定：作成した新たな診断システムを用いて生コンの成分比推定を行う．ベクトルネットワークアナライザのS21とS11を測定し，成分比推定の精度向上を目指す．時間波形に逆フーリエ変換し，時間遅れから比誘電率を推定し，比誘電率と成分比の関係を導出する．
2.比誘電率分布の測定：ダイポールアンテナの斜め伝搬を利用した試験体を設計し，作成する．なお，深さが異なるダイポール間の伝搬経路は，表面からの深さが一定ではないことに注意する．すなわち斜め伝搬では伝搬経路内状のコンクリートの平均の比誘電率が得られることになる．深さ方向による比誘電率の変化は直線的(深さを変数とした1次関数)ではないため，厳密には送信アンテナの深さと受信アンテナの深さの平均値ではない．しかし，第1近似として深さが異なるアンテナ間の伝搬により得られる比誘電率の値は，平均の深さの値とみなす．斜め伝搬の利用によりこれまでは4本一組のアンテナで1つの深さの比誘電率を測定していたが，異なる深さに4本のアンテナを埋め込むことにより，6つの伝搬経路で比誘電率を推定できるようになるため，大幅に探査精度が改善できる可能性を持つ．
3.高精度鉄筋探査：コンクリートレーダのパルス放射原点を再設定する方法を考案する．その設定の下にパルス幅の補正を考慮した鉄筋探査アルゴリズムを作成する．このアルゴリズムによってさまざまなコンクリート試験体の鉄筋探査を行い，高精度の鉄筋探査を実現する．
4.ハイブリッド試験体による測定結果の保証：鉄筋と比誘電率測定プローブやアンテナを1つの試験体に配置し，同じ試験体の比誘電率を異なる手法で測定して，比較検討する．これにより非破壊で調べることのできない各手法による比誘電率の測定結果の保証となる．なお，高精度鉄筋探査アルゴリズムは鉄筋径，鉄筋の位置とコンクリートの比誘電率を同時に推定する手法である．
|
| Causes of Carryover |
コロナ禍の影響により，予定していた実験ができなかったため，残金が生じた．また，参加した学会がオンライン開催であったため，出張旅費が不要になったことが，残金が生じた大きな理由である．残金は，実験材料，学会発表，試験体作成に使用予定である．
|
Research Products
(3 results)
