2016 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, 准教授 (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 – 2018-03-31
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| Keywords | 生コンの配合比調査 / 安全基準 / 非破壊検査 / 電磁波レーダ / 鉄筋探査 / 比誘電率分布 / 経日変化 |
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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、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はできない。本研究では１．フレッシュコンクリート(生コン)の配合比が発注したものと同等であるかを電磁波を利用して判断するシステムを構築する。また、２．コンクリート壁内の電気定数分布を詳細に推定する方法について議論する。さらに、３．電磁波レーダ法の性能を向上させるために、コンクリート構造物の不均質な比誘電率分布を計測する。1つめの生コンの配合比推定では、前年までに生コン中の余分の水分が下方に移動し下部の方が比誘電率が大きくなることを確認したため、生コン診断容器中の不均質な比誘電率分布を推定するために４つのマイクロストリップアレイアンテナを用いた不均質診断容器の理論設計を行った。数値シミュレーションにより、容器中の不均質分布を推定できることを確認した。２つめのコンクリート壁の電気定数分布の推定では片側だけに送信機と受信器を配置して空洞を推定するマルチグリッドの考えを利用したFBTS法を提案した。数値シミュレーションにより提案手法の有効性を明らかにした。３つめの比誘電率分布測定では、ダイポールアンテナを使用した比誘電率の推定方法を提案した。現在、コンクリート試験体の打設後2年間のモニタリングを継続中である。比誘電率の経日変化に関しては打設後から40日まで、40日から360日の間、360日以降とで、比誘電率の経日変化率が異なること、並びに打設後1年程度で、比誘電率分布に大きな変化は見られなくなることを明らかにした。なお、ダイポールアンテナを使用した比誘電率の測定は電子情報通信学会の論文誌に招待論文として採録が決定した。採録日は未定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
フレッシュコンクリートの配合比の推定に関しては、単一周波数の利用からパルスの使用に変えることにより、推定精度の向上を目指した。また、生コン診断容器中の不均質な電気定数分布を測定するために4素子マイクロストリップからなるアレイアンテナを４組使用した、生コン診断容器内不均質分布推定システムの設計を行った。理論解析により、診断容器内の上下に不均質な比誘電率分布の測定が可能であることを示した。当初予定した研究内容を改善した新たな生コン診断容器を設計したため、製作と評価が間に合わなかった。したがって、このテーマに関しては当初の予定から更なる精度向上を目指した新たなシステムを提案したため、研究の進行状況は若干遅れている。
次に、送受信分離型レーダをコンクリート壁の片側にのみ配置し、コンクリート内部診断を行う方法を提案した。従来の手法ではコンクリート壁に近い部分の空洞だけしか再構成することはできなかったが、マルチグリッドの考えを導入することにより、真値に近い空洞を再構成することができた。したがって、このテーマは十分な成果が得られた。
最後にコンクリートの比誘電率分布の直接計測についてだが、ダイポールアンテナを使用することにより、比誘電率の深さ特性や経日変化を推定することができた。試験体製作から600日程度しか経過していないため、目標の丸2年までには更なる計測期間が必要である。しかし、これまでの計測結果により比誘電率の経日変化の大まかな特性を把握することができた。従ってこのテーマについては概ね予定通り成果が得られている。
以上を総合的に評価すると、３のテーマに対して次年度まで観測が必要であるためやや遅れていると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
３つのテーマに関して以下のように研究を進める予定である。
１．フレッシュコンクリートの推定に関しては理論設計した4素子マイクロストリップアレイアンテナを4組もつ生コン診断容器を作成する。均質媒質に対して比誘電率の推定実験を行う。更に、フレッシュコンクリートの比誘電率推定実験を行い、生コンの比誘電率の時間変化特性を観測する。可能であれば比誘電率の時間変化の実験式を求める。
２．電気定数の詳細な推定に対しては、実測システムを作成し簡易推定を試みる。具体的にはアンテナの設計、作成、評価、並びにパルスの伝搬特性の評価を行う。パルス伝搬特性からコンクリートの内部状態を推定する。
３．コンクリートの内部比誘電率の非破壊計測では、現行の試験体に対する比誘電率の計測を継続し、長期的な経日変化の特性を求める。比誘電率の経日変化の実験式を提案する。簡易推定式に比誘電率分布の推定式を導入し、高精度の鉄筋探査を実現する。
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| Causes of Carryover |
アンテナと診断容器が一体化したフッレシュコンクリート診断システムの作成と評価において、VNAの校正キット損傷や基板加工機の故障により実験が遅れたことが延長理由の1つである。また、診断容器内のフレッシュコンクリートの過剰な水分は時間とともに下部に移動することを発見したため、水分移動の様子を観測できる新たな診断システムを開発し、水分推定の精度を向上させることを目指して研究機関の延長を希望する。また、ダイポールを使用したコンクリートの比誘電率分布の測定において、後数ヶ月間の比誘電率の経日変化を測定する必要がある。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
アレイアンテナを作成するためのアンテナ基板の購入、基板加工機のカッターの購入、フレッシュコンクリート診断容器作成に必要な材料や工具を購入する予定である。さらに採録決定された論文の掲載費用を支払う。
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