2014 Fiscal Year Research-status Report
電磁波を利用したフレッシュコンクリート一括診断と電磁波レーダ法の改善
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26420461
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| Research Institution | Nagasaki University |
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Principal Investigator |
田中 俊幸 長崎大学, 工学研究科, 准教授 (50202172)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
森山 敏文 長崎大学, 工学研究科, 助教 (20452873)
藤本 孝文 長崎大学, 工学研究科, 准教授 (40264204)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 生コンの成分調査 / 安全基準 / 非破壊検査 / 電磁波レーダー / 鉄筋探査 / 比誘電率分布 / 経年変化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
コンクリート構造物は長い年月に亘って保守管理されなければならない。設計図通りに建設されたコンクリート構造物の耐用年数は一般に予測可能である。しかし、もしコンクリート自体が違法なものであれば、設計図通りに作られた構造物であっても、予定した耐用年数を得ることができない。本研究ではフレッシュコンクリートの成分比が発注したものと同等であるかどうかを電磁波を利用して判断するためのシステムを構築する。また、コンクリート壁内の鉄筋、空洞、ケーブルなどの配置を簡易的に推定する方法について議論する。さらに、コンクリート内の電気定数分布を鉄筋や空洞の探査アルゴリズムに組込み、通常の電磁波レーダ法の探査精度を向上する方法について議論する．
本研究は次の3つの計画がある。１つめはフレッシュコンクリートの水、セメント、細骨材の配合比を推定することである．26年度は粗骨材を含んだときの評価方法を明らかにした．また，可動式アンテナ一体型容器を作成し，特性評価を行った．2つめは送受信器分離型簡易レーダ装置を作成し、コンクリート壁中の異物の簡易推定を行うことである．26年度は，小型化でシールドした誘電体埋込型ビバルディアンテナを製作し，特性評価を行った。また、実データを用いて逆散乱解析法（FBTS法）により、コンクリート壁中の空洞探査を実現できた．３つめはコンクリートの内部の電気定数（比誘電率、導電率）分布を非破壊で計測し、電気定数分布の深さ方向の変化と経日変化の特性を確認した．また，比誘電率の深さ報告の変化を近似する近似式を提案した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
フレッシュコンクリートの配合比を推定に関しては当初の予定通り粗骨材の影響を考慮した配合比推定方法を提案した．フレッシュコンクリートに含まれる粗骨材の種類は多く，比誘電率は同じでないため，フレッシュコンクリートから粗骨材を取り除き，残りのセメント，水，細骨材の配合比を調べることとした．粗骨材を抜くときに水分が蒸発するため，配合比が変化する事を突き止め，湿度と作業時間による補正をすることで，配合比を推定できることを明らかにした．AE剤の混入による推定は取りかかれていないが，27年度に予定していたアンテナと容器一体型のフレッシュコンクリート診断装置を試作し，特性を評価したことにより，当初の予定通り研究は進行していると判断した．
送受信器分離型簡易レーダ装置に関しては小型化でシールドした誘電体埋込型ビバルディアンテナを製作し，特性評価を行った。その結果人が触ったままでも放射特性が殆ど変化しないことを確認し，漏れ電磁界がなく，外部からの影響を受けない送受信機を実現した．しかし，装置を小型化したためにアンテナ内の多重反射の影響により，放射パルスの形状が乱れることとなった．今後はパルスの形状を改善する必要がある．以上によりこのテーマに関しては予定通り進んでいると判断した．
コンクリートの内部の電気定数（比誘電率、導電率）分布を非破壊で計測に関しては新たの3種の試験体を作成し、電気定数分布の深さ方向の変化と経日変化の特性を測定した．また試験体に埋め込まれたダイポールアンテナによる比誘電率測定法を確立し，比誘電率を計測した．また，比誘電率の深さ報告の変化を近似する近似式を提案した．以上よりこのテーマは予定以上の成果を得た．
全てを考慮して，研究は予定通りに進行していると考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
１．フレッシュコンクリートの成分推定に関してはAE剤の含有率を推測できるかどうかを議論すること．細骨材の種類を代えて成分推定を行うこと．可動式アンテナ一体型容器を改良し，可動式による成分推定方法を提案すること．可動式アンテナ一体型容器のアンテナ部分をアレイ化し，より精度の良い成分推定を行う．
２．小型化シールド誘電体埋込型ビバルディアンテナを改良し，放射パルスの形状を調整する．具体的には，誘電体の中に鉄粉や磁性体粉等を混入させ，損失を持たせて多重反射の影響を抑える．逆解析方法を改良し，内部構造の可視化の精度を向上させる．
３．コンクリートの内部の電気定数（比誘電率、導電率）分布の計測に関しては，ダイポールアンテナを利用して比誘電率が測定できることを明らかにしたので，今年度はダイポールアンテナを利用して誘電率分布を測定するための新たな試験体を作成すること．また，細骨材が誘電体プローブによる比誘電率の測定に悪影響を及ぼすことを明らかにしたので，粒が小さい細骨材だけを利用して試験体を作成し，比誘電率分布を測定すること． 比誘電率分布の推定式をレーダ法に適用し，鉄筋探査の精度を向上させる．
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| Causes of Carryover |
フレッシュコンクリート診断装置の開発において，アンテナとフレッシュコンクリート容器を一体化した成分推定システムを目指している．数値シミュレーションとプロトタイプによる測定結果とが一致しないため，その原因追及に多くの時間が必要となり，試作機を作成する数が予定よりも少なくなった．また，アンテナのアレイ化を図っているが，数値シミュレーションにより十分な結果が得られていないため，作製費が大きく余った．また，誘電体プローブによって比誘電率の値が求められることは明らかであるが，測定結果にばらつきが多く十分な測定精度を得られていない．その原因追求と比誘電率を計測する他の方法の模索に時間が必要であり，本来予定していた試験体を作成できていないため，学会発表も少なくなった．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
アンテナとフレッシュコンクリート容器を一体化した成分推定システムを多数作成するために，多くの材料費が必要となる．また，誘電体プローブの代わりにダイポールアンテナを埋め込んだ試験体（新規比誘電率探査法）を多数作成し，コンクリートの比誘電率分布を計測するため，多くの試験体を作成する必要がある．また，小型化した誘電体埋込型アンテナの特性を改良するために，誘電体に損失媒質を混入させる新たな試みをする予定である．この材料費も追加で必要となる．新規手法の提案や新たな試みを実施することにより前年度よりも成果報告する回数が多くなる．
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