コンクリート打設検査方法及びコンクリート打設検査装置
【課題】 コンクリート充填状況を検知すると同時に、コンクリート凝結状況や、凝結終結後の強度やひび割れ等の欠陥を検査できるコンクリート打設検査方法及びコンクリート打設検査装置を得る。
【解決手段】 コンクリートの打設時にはセンサ素子１０Ａに、周波数が所定の範囲で経時的に変化する発振信号を印加し、前記センサ素子１０Ａにコンクリートが接触した際の振動周波数特性変化を検出してコンクリートの充填状況を判定し、打設後はセンサ素子１０Ａに一定周波数の発振信号を印加して機械的振動を発生させ、機械的振動によりコンクリート内を伝搬する弾性波を検出した受振信号をセンサ素子１０Ｂで取り出して、発振信号と受振信号との位相差を求める。この位相差とセンサ素子１０Ａ、１０Ｂ間の距離とに基づいて弾性波速度を求め、求めた弾性波速度からコンクリートの凝結、強度や、位相差からひび割れを含む欠陥を判定する。
【解決手段】 コンクリートの打設時にはセンサ素子１０Ａに、周波数が所定の範囲で経時的に変化する発振信号を印加し、前記センサ素子１０Ａにコンクリートが接触した際の振動周波数特性変化を検出してコンクリートの充填状況を判定し、打設後はセンサ素子１０Ａに一定周波数の発振信号を印加して機械的振動を発生させ、機械的振動によりコンクリート内を伝搬する弾性波を検出した受振信号をセンサ素子１０Ｂで取り出して、発振信号と受振信号との位相差を求める。この位相差とセンサ素子１０Ａ、１０Ｂ間の距離とに基づいて弾性波速度を求め、求めた弾性波速度からコンクリートの凝結、強度や、位相差からひび割れを含む欠陥を判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリートを型枠内へ打設した際のコンクリートの充填状況及び充填後の凝結（始発、終結）並びに終結後の強度や欠陥を検査するコンクリート打設検査方法及びコンクリート打設検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、建築および土木の鉄筋コンクリートの構造体には、型枠の内部に鉄筋を配し、そこへフレッシュコンクリートを充填する方法が採られている。近年、デザインの多様化などから型枠の形状も複雑になっていることもあって、その複雑な形状の末端部までコンクリートが正しく充填されているかどうかを非破壊検査で容易に検出する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、打設後のコンクリートの凝結を計測する方法として、打設する前のコンクリートからサンプルを取り出して、それを油圧降下式ビガー針装置等の検査装置にかけて凝結のプロセスを管理するものがある。
【０００４】
また、打設後のコンクリートの凝結終了後（終結後）の強度を検知する方法として、コンクリートに超音波を送信し、その超音波を送信点から離間した点で受信して、超音波の伝搬時間を計測し、計測した伝搬時間と送受信点夫々の位置とに基づいてコンクリート内の音速分布を求め、求めた音速分布に基づいてコンクリートの強度分布を推定するものがある（音速法。例えば、特許文献２参照）。なお、その他の強度検知方法として以下に示すものがある。
・反発強度法（シュミットハンマ法）
・圧縮強度法（ＪＩＳ Ａ １１０８）
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２０２３２８号公報
【特許文献２】特開２００３−２８８４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のコンクリート打設検査方法にあっては、以下に示す課題がある。
（１）特許文献１で開示された充填検知方法では、コンクリートが充填された情報をリアルタイムに得ることができる利点がある反面、打設後のコンクリートが凝結（始発、終結）する状況や、終結後のコンクリートの強度やひび割れ等の欠陥を検査することができない。
【０００７】
（２）打設したコンクリートの凝結を計測する方法では、打設する前のコンクリートからサンプルを取り出して油圧降下式ビガー針装置等の検査装置でプロセス管理するものであり、実際に打設したコンクリートの凝結を直接計測することはできない。
【０００８】
（３）特許文献２で開示された終結後のコンクリートの強度を検査する方法では、装置が高額になるのに加え、構造物の外側から計測するため、構造物の形状の影響や鉄筋の影響があり、高精度な計測結果が得られない。また反発強度法は、測定部位がコンクリートの表層に限られ、コンクリート内部を検査することができない。さらに、圧縮強度法（ＪＩＳ Ａ １１０８）で終結後のコンクリートの強度を検査する方法では、構造物からサンプルをコア抜きして計測するため、実施に時間がかかり、検査後の補修が必要になる。
【０００９】
本発明は係る事情に鑑みてなされたものであり、コンクリート充填状況をリアルタイムに得ることができると共に、打設後のコンクリートの凝結状況や、終結後の強度やひび割れを含む欠陥を検査することができるコンクリート打設検査方法及びコンクリート打設検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的は下記構成により達成される。
（１） 型枠内への打設後のコンクリートの凝結、強度、ひび割れを含む欠陥を検査するコンクリート打設検査方法であって、電気エネルギと機械エネルギを可逆的に変換可能なセンサ素子を２個１組として少なくとも１組使用して、これらを型枠内に離間配置し、前記型枠内へのコンクリート打設後、前記２つのセンサ素子の一方に一定の周波数の発振信号を印加して機械的振動を発生させ、他方のセンサ素子からは前記一方のセンサ素子の機械的振動により前記コンクリート内を伝搬する弾性波を検出した受振信号を取り出して、前記発振信号と前記受振信号との位相差を求め、求めた位相差と前記２つのセンサ素子間の距離とに基づいて前記弾性波の速度を求め、求めた速度に基づいて前記コンクリートの凝結、強度を判定し、さらに求めた前記位相差から前記コンクリートのひび割れを含む欠陥を判定することを特徴とする。
【００１１】
（２） 打設したコンクリートの型枠内における充填状況と充填後のコンクリートの凝結、強度、ひび割れを含む欠陥を検査するコンクリート打設検査方法であって、電気エネルギと機械エネルギを可逆的に変換可能なセンサ素子を２個１組として少なくとも１組使用して、これらを型枠内に離間配置し、前記型枠内へのコンクリートの打設時には、前記２つのセンサ素子のいずれか一方に所定の範囲で周波数が経時的に変化する発振信号を印加し、該センサ素子が前記コンクリートに接触した際のその振動周波数特性変化を検出して、前記型枠内における前記コンクリートの充填状況を判定し、前記コンクリートの前記型枠内への打設後は、前記２つのセンサ素子の一方に一定の周波数の発振信号を印加して機械的振動を発生させ、他方のセンサ素子からは前記一方のセンサ素子の機械的振動により前記コンクリート内を伝搬する弾性波を検出した受振信号を取り出して、前記発振信号と前記受振信号との位相差を求め、求めた位相差と前記２つのセンサ素子間の距離とに基づいて前記弾性波の速度を求め、求めた速度に基づいて前記コンクリートの凝結、強度を判定し、さらに求めた前記位相差から前記コンクリートのひび割れを含む欠陥を判定することを特徴とする。
【００１２】
（３） 型枠内への打設後のコンクリートの凝結、強度、ひび割れを含む欠陥を検査するコンクリート打設検査装置であって、電気エネルギと機械エネルギを可逆的に変換可能なセンサ素子と、前記センサ素子を２個１組として少なくとも１組の前記各センサ素子を離間配置してコンクリートを打設する型枠内に取り付ける取付け手段と、前記型枠内へのコンクリート打設後、前記２つのセンサ素子の一方に一定の周波数の発振信号を印加する発振手段と、前記一方のセンサ素子に発振信号が印加されることで発生する機械的振動により前記コンクリート内を伝搬する弾性波を前記他方のセンサ素子にて受振する受振手段と、前記発振手段の発振信号と前記受振手段の受振信号との位相差を求め、求めた位相差と前記２つのセンサ素子間の距離とに基づいて前記弾性波の速度を求め、求めた速度に基づいて前記コンクリートの凝結、強度を判定し、さらに求めた前記位相差から前記コンクリートのひび割れを含む欠陥を判定する凝結・強度・欠陥判定手段と、を具備することを特徴とする。
【００１３】
（４） 上記（３）に記載のコンクリート打設検査装置において、前記発振手段は、前記型枠内へのコンクリートの打設時に、前記一方のセンサ素子に所定の範囲で周波数が経時的に変化する発振信号を印加し、前記一方のセンサ素子に前記発振信号が印加されている間に、該センサ素子が前記コンクリートに接触した際のその振動周波数特性変化を検出して、前記型枠内における前記コンクリートの充填状況を判定する充填状況判定手段を具備することを特徴とする。
【００１４】
（５） 上記（３）又は（４）に記載のコンクリート打設検査装置において、前記２つのセンサ素子を離間させたうえで対向配置することを特徴とする。
【００１５】
（６） 上記（３）から（５）のいずれかに記載のコンクリート打設検査装置において、前記センサ素子は、圧電セラミックスを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
上記（１）に記載のコンクリート打設検査方法では、型枠内への打設後のコンクリートの凝結状況や、終結後の強度やひび割れを含む欠陥を検査することができる。
【００１７】
上記（２）に記載のコンクリート打設検査方法では、型枠内へのコンクリート打設時に、コンクリートの充填状況に加え、打設後、打設したコンクリートそのものの凝結（始発、終結）の状況、さらに終結後のコンクリートの強度やひび割れを含む欠陥を検査することができる。
【００１８】
上記（３）に記載のコンクリート打設検査装置では、型枠内へのコンクリート打設後、一方のセンサ素子に一定の周波数の発振信号を印加して機械的振動を発生させ、他方のセンサ素子からは一方のセンサ素子の機械的振動によりコンクリート内を伝搬する弾性波を検出した受振信号を取り出して、発振信号と受振信号との位相差を求め、求めた位相差と２つのセンサ素子間の距離とに基づいて前記弾性波の速度を求め、求めた速度に基づいてコンクリートの凝結、強度を判定し、さらに求めた位相差からコンクリートのひび割れを含む欠陥を判定するので、型枠内への打設後のコンクリートの凝結状況や、終結後の強度やひび割れを含む欠陥を検査することができる。
【００１９】
上記（４）に記載のコンクリート打設検査装置では、打設後のコンクリートそのものの凝結（始発、終結）の状況、さらに終結後のコンクリートの強度やひび割れを含む欠陥状況に加え、型枠内へのコンクリート打設時にはコンクリートの充填状況を検査することができる。
【００２０】
上記（５）に記載のコンクリート打設検査装置では、２つのセンサ素子を対向配置させるので、センサ素子間の状況を確実に検査することができる。
【００２１】
上記（６）に記載のコンクリート打設検査装置では、圧電セラミックスを備えるセンサ素子を備えるので、装置を安価にできるとともに、精度の高い検査を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明の一実施の形態に係るコンクリート打設検査装置の概略構成を示すブロック図である。
この図において、本実施の形態のコンクリート打設検査装置は、型枠内に打設したコンクリートの充填状況を検知する充填検知機能と、型枠内への打設後のコンクリートの凝結（始発、終結）状況や、終結後のコンクリートの強度やひび割れ等の欠陥を検知する凝結・強度・欠陥検知機能とを有し、これらの機能を実現するため、離間配置して使用する２つのセンサ素子１０Ａ及び１０Ｂと、充填検知回路１２と、発振回路１３と、切替え回路１４と、受振回路１５と、伝達演算回路１６と、凝結・強度・欠陥検知情報回路１７とを備えている。
【００２４】
２つのセンサ素子１０Ａ及び１０Ｂのうち、センサ素子１０Ａは充填検知に用いられ、センサ素子１０Ｂは凝結、強度及び欠陥検知に用いられる。いずれも同一構成ものであり、図２に示すように、圧電セラミックス１０１と、圧電セラミックス１０１を固定する金属板１０２と、圧電セラミックス１０１を金属板１０２と共に収容するケース１０３と、ケース１０３を固定する台座１０４と、台座１０４とケース１０３に収容された金属板１０２との間に介挿され、ケース１０３へのコンクリートの進入を防止するシール材１０５と、圧電セラミックス１０１及び金属板１０２に配線を行うケーブル１０６とを備えて構成される。特に、ケース１０３は、圧電セラミックス１０１の周囲に空間を保てる大きさに形成されている。
２つのセンサ素子１０Ａ及び１０Ｂは、図３に示すように、センサ素子１０Ａ及び１０Ｂを互いに離間して対向配置させた状態に保持される。
圧電セラミックス１０１は、電気信号の機械信号への変換及びその逆の作用が可能である。センサ素子１０Ａ及び１０Ｂに圧電セラミックスを使用することで、装置を安価に製作できるとともに、検知精度の高い検査が可能となる。
【００２５】
図４は、センサ素子１０Ａ及び１０Ｂを保持する取付けステー４００と、取付けステー４００を用いたセンサ素子１０Ａ及び１０Ｂの取付け例を示す図である。取付けステー４００は、センサ素子１０Ａ及び１０Ｂを鉄筋や型枠に取り付けることができるようにしたものである。図４（ａ）はセンサ素子１０Ａ及び１０Ｂを取り付けた取付けステー４００を示し、図４（ｂ）は取付けステー４００の鉄筋４０１への取付け例を示し、図４（ｃ）は取付けステー４００の型枠４０２への取付け例を示している。
【００２６】
本実施の形態のコンクリート打設検査装置は、図５（ａ）に示すように、センサ素子１０Ａ、１０Ｂを取付けステー４００にて鉄筋間に取り付ける（図４（ｂ）参照）ことで、鉄筋４０１の影響を受けずに鉄筋間にできた欠陥４０３を検査できる。因みに、従来は図５（ｂ）に示すように、センサ素子５００はコンクリート３０構造物の表層に取り付けられているため、鉄筋間にできた欠陥４０３の検出が鉄筋４０１の影響を受けることになり、高精度な検査を行うことができない。
【００２７】
図１に戻り、発振回路１３は、センサ素子１０Ａを加振させるための電気信号を発生するものであり、図６に示すように、同期信号発生器１３１と、可変周波数発振器１３２と、増幅器１３３とを備えて構成されている。
発振回路１３において、同期信号発生器１３１は、可変周波数発振器１３２を繰り返し動作させるための同期信号を発生する。可変周波数発振器１３２は、周波数が所定の周波数範囲（例えば１ｋＨｚから２０ｋＨｚ）で連続的に変化する正弦波の電気信号を発生する。この場合、同期信号発生器１３１から同期信号が出力される毎に初期周波数（例えば１ｋＨｚ）から繰り返し正弦波信号を発生する。可変周波数発振器１３２は、充填検知時には、出力する電気信号の周波数を所定の周波数範囲で連続的に変化させるが、凝結、強度、欠陥検知時には周波数を一定にする。増幅器１３３は、可変周波数発振器１３２からの正弦波信号を、センサ素子１０Ａの圧電セラミックス１０１（図２参照）を駆動できるレベルまで増幅し、加振用信号Ｖｒとして出力する。
【００２８】
切替え回路１４は、センサ素子１０Ａを充填検知回路１２側又は凝結、強度、欠陥検知のための伝達演算回路１６側のいずれか一方に切り替えるものである。本実施の形態では、切替え回路１４はユーザが手動で切り替える手動切替え方式としているが、自動的に切り替えるようにしても構わない。すなわち、充填検知時には充填検知回路１２側に切り替わり、凝結・強度・欠陥検知時には伝達演算回路１６側に切り替わる。
【００２９】
図１に戻り、受振回路１５は、センサ素子１０Ａの加振により発生してコンクリート３０の中を伝わる弾性波３１（図３参照）をセンサ素子１０Ｂで受振する。伝達演算回路１６は、発振回路１３の発振信号と受振回路１５の受信信号の伝達特性（位相差、伝達関数等）を演算し、その演算結果を出力する。凝結・強度・欠陥検知情報回路１７は、図示せぬ液晶表示パネル等の表示器を備え、伝達演算回路１６の演算結果から凝結、強度、欠陥を判定した結果を可視的に表示する。
【００３０】
充填検知回路１２は、打設されたコンクリート３０の充填状況を検知するためのものであり、図６のブロック図に示すように、抵抗１２１と、差動増幅器１２２と、４象限アナログ掛け算器１２３と、ローパスフィルタ１２４とを備えて構成されている。抵抗１２１は、切替え回路１４を介してセンサ素子１０Ａと直列に接続され、その両端にはセンサ素子１０Ａの圧電セラミックス１０１に流れる電流に対応する電圧が発生する。圧電セラミックス１０１に流れる電流は周波数の変化によって変化するので、抵抗１２１の両端に現れる電圧は圧電セラミックス１０１の周波数特性を反映したものになる。差動増幅器１２２は、抵抗１２１の両端の電圧を増幅して電圧Ｖｉを出力する。
【００３１】
４象限アナログ掛け算器１２３は、発振回路１３からの加振用信号Ｖｒと差動増幅器１２２からの電圧Ｖｉを乗算してこれらの電圧に対するノイズの影響を除去する。ローパスフィルタ１２４は４象限アナログ掛け算器１２３の出力信号から以下で説明するｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）分を除去した信号（出力電圧Ｖｏ）を出力する。
【００３２】
ローパスフィルタ１２４を通過した信号は、図示せぬ判定装置に入力されて、打設されたコンクリート３０の充填状況が判定される。すなわち、図示せぬ判定装置は、センサ素子１０Ａの圧電セラミックス１０１にコンクリート３０を接触させないときの固有の振動周波数特性を基準として、ローパスフィルタ１２４から出力される信号から、圧電セラミックス１０１に対する型枠内におけるコンクリート３０の接触・非接触を判定し、その結果（良否）を可視的に表示する。この場合、圧電セラミックス１０１の固有の振動周波数特性を一度設定しておけば以後のメンテナンス時以外、再設定する必要はない。なお、この圧電セラミックス１０１の固有の振動周波数特性は判定装置にて記憶される。
【００３３】
本実施の形態のコンクリート打設検査装置では、図３で示したように、打設されたコンクリート３０の中にセンサ素子１０Ａ及び１０Ｂを離間させて対向配置し、センサ素子１０Ａに発振回路１３より電気信号を印加して圧電セラミックス１０１を加振させる。その加振による振動はコンクリート３０の内部を弾性波３１として伝わり、その弾性波３１をセンサ素子１０Ｂの圧電セラミックス１０１で受振する。
【００３４】
ここで、コンクリート３０の中を伝わる弾性波３１の速度はコンクリート３０の強度と相関がある。すなわち、図７に示すように、コンクリートの初期硬化過程では、コンクリート３０の強度が小さいとき即ち始発時には、コンクリート３０の中を伝わる速度は小さく、コンクリート３０の強度が大きいとき即ち終結時には、コンクリート３０の中を伝わる速度は大きくなる。この速度関数からコンクリート３０の強度を推定して始発か終結かを判定できる。具体的には、図８の波形図に示すように、発振波形と受振波形から位相差△ｔを演算により求め、その求めた値とセンサ素子１０Ａ及び１０Ｂ間の距離とに基づいて速度を算出してコンクリート３０の強度を推定し、始発、終結を判定する。なお、対向配置させたセンサ素子１０Ａ及び１０Ｂ間の距離は既知である。
【００３５】
一方、終結後のコンクリート３０の強度、欠陥を検査する場合は、上記の場合と同様に、充填検知用のセンサ素子１０Ａに発振回路１３より電気信号を印加して圧電セラミックス１０１を加振させる。その加振による振動は、図３に示すように終結後のコンクリート３０の内部を弾性波３１として伝わり、凝結、強度、欠陥検知用のセンサ素子１０Ｂの圧電セラミックス１０１で受振する。
【００３６】
ここで、コンクリート３０の中を伝わる弾性波３１の速度はコンクリート３０の圧縮強度と相関がある。すなわち、図９に示すようにコンクリート３０の圧縮強度が小さいときはコンクリート３０の中を伝わる速度は小さく、コンクリート３０の圧縮強度が大きいときはコンクリート３０の中を伝わる速度は大きくなる。この速度関数からコンクリート３０の圧縮強度を推定できる。具体的には、図１０の波形図に示すように発振波形と受振波形から位相差△ｔ１を演算により求め、その求めた値とセンサ素子１０Ａ、１０Ｂ間の距離とに基づいて速度を算出してコンクリート３０の圧縮強度を推定する。
【００３７】
終結後、図１１に示すようにセンサ素子１０Ａとセンサ素子１０Ｂとの間に経年変化等によるひび割れが生じた場合、ひび割れによる空気層１００があることから、図１２に示すように発振波形と受振波形との位相差△ｔ１が著しく大きくなる。したがって、この場合はひび割れによる欠陥があると推定できる。
【００３８】
なお、上述した充填検知回路１２と図示せぬ判定装置は、充填状況判定手段を構成する。また、伝達演算回路１６と凝結・強度・欠陥検知情報回路１７は、凝結・強度・欠陥判定手段を構成する。
【００３９】
次に、本実施の形態に係るコンクリート打設検査装置の動作を説明する。
ここで、凝結検知処理と圧縮強度推定処理はモード切替えによっていずれか一方を選択するものとする。また、センサ素子１０Ａとセンサ素子１０Ｂは、取付けステー４００により、型枠内に打設されたコンクリート３０内に配置されているものとする。
【００４０】
図１３は、充填検知処理を行った後、凝結検知処理を行うモードを選択した場合の動作を示すフローチャートである。
まず、検査者は、切替え回路１４を操作してセンサ素子１０Ａを充填検知回路１２側に接続する。接続後、検査開始操作を行う。これにより、充填検知処理が開始される（ステップＳ１３０１）。この充填検知処理では、発振回路１３の可変周波数発振器１３２にて発生した正弦波信号が、増幅器１３３にて増幅されて加振用電圧Ｖｒとしてセンサ素子１０Ａの圧電セラミックス１０１に入力され、圧電セラミックス１０１にて機械的振動が発生する。加振用電圧Ｖｒは４象限アナログ掛け算器１２３へも入力される。
【００４１】
センサ素子１０Ａの圧電セラミックス１０１に機械的振動が発生すると、抵抗１２１の両端には圧電セラミックス１０１に流れる電流に対応する電圧が発生する。この電圧が差動増幅器１２２にて増幅されて電圧Ｖｉが出力される。電圧Ｖｉと発振回路１３からの加振用電圧Ｖｒとが４象限アナログ掛け算器１２３にて乗算される。そして、その出力がローパスフィルタ１２４にてｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）成分が除去されて出力電圧Ｖｏが得られる。
【００４２】
この出力信号Ｖｏは、加振用電圧Ｖｒの周波数変化に対する圧電セラミックス１０１の周波数特性（振幅と位相）を反映した信号になる。このとき、圧電セラミックス１０１の表面に充填物（コンクリート）が接触していないと、圧電セラミックス１０１の持つ固有振動数付近の周波数にピークを持った電圧が図１４に示すように現れる。そして、この圧電セラミックス１０１の周りにコンクリートが充填されると、圧電セラミックス１０１の振動特性が変化して、図１５に示すようにピーク電圧の位置と大きさが変化する。このピーク電圧の変化からコンクリート３０の充填状況を判定できる。
【００４３】
上記作動原理を、数式を用いて説明すると、以下のようになる。ここで、
Ｖｒ＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋α）
Ｖｉ＝Ｂｓｉｎ（ωｔ＋β）
とする。但し、Ａ，Ｂは振幅、ωｔは周波数、αとβは位相のずれとする。
【００４４】
Ｖｒ×Ｖｉ＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋α）×Ｂｓｉｎ（ωｔ＋β）
＝ＡＢ［ｃｏｓ（β−α）−ｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）］／２ （１）
【００４５】
式（１）のｃｏｓ（β−α）の部分は、位相差に合わせて変化する直流成分であり、ここに電圧Ｖｉの振幅成分も含まれる。また、ｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）の部分は、元の加振用電圧Ｖｒと電圧Ｖｉの２倍の周波数の信号である。必要とする周波数特性の情報は、電圧Ｖｉの振幅（大きさ）であるので、式（１）のｃｏｓ（β−α）のみで良い。
【００４６】
したがって、ローパスフィルタ１２４を通過させてｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）の成分を除去すればよい。このようにして出力電圧Ｖｏには周波数特性が電圧の形で現れる。型枠内にコンクリート３０が充填されると、ピークの周波数とレベルが変化することで、その状況を検知することができる。
【００４７】
このようにして充填検知が開始された後、充填検知が完了すると（ステップＳ１３０２でＹｅｓの場合）、次に凝結検知処理が開始される（ステップＳ１３０３）。凝結検知処理では、コンクリート３０の中を伝わる弾性波３１の速度から始発速度か否かの判定が行われる（ステップＳ１３０４）。この場合、弾性波３１の速度は、発振回路１３から得られる発振波形と受振回路１５からの受振波形との位相差△ｔ（図８参照）を求めた後、位相差△ｔとセンサ素子１０Ａ、１０Ｂ間の距離とに基づいて算出する。求めた速度が始発速度でなければこの処理が繰り返され、始発速度であれば始発表示が行われる（ステップＳ１３０５）。
【００４８】
コンクリート３０の強度が小さいとき即ち始発時には、コンクリート３０の中を伝わる速度は小さく、コンクリート３０の強度が大きいとき即ち終結時にはコンクリート３０の中を伝わる速度は大きくなるので、速度が小さければ始発と判定する。始発表示が行われた後、終結速度か否かの判定が行われ（ステップＳ１３０６）、終結速度でなければこの処理が繰り返され、終結速度であれば終結表示が行われる（ステップＳ１３０７）。
この凝結検知処理は、コンクリート３０を打設してから凝結するまでに時間がかかるので、定期的に発振回路１３を動作させて受振を繰り返すことになる。終結が判断されて終結表示が行われた後、本処理が完了する。
【００４９】
次に、図１６は、充填検知処理を行った後、圧縮強度推定処理を行うモードを選択した場合の動作を示すフローチャートである。
この処理においても、上述した凝結検知処理を行う場合と同様に、先に充填検知処理が行われる。充填検知処理については上記と同様であるので省略する。すなわち、図１６に示すステップＳ１６０１、Ｓ１６０２は図１３に示すステップＳ１３０１、Ｓ１３０２と同様の処理である。
充填検知処理が行われた後、圧縮強度推定処理が開始される（ステップＳ１６０３）。
【００５０】
圧縮強度推定処理では、発振回路１３から得られる発振波形と受振回路１５からの受振波形との位相差△ｔ１（図１０参照）が基準時間より著しく大きいかどうかが判定され（ステップＳ１６０４）、基準時間より著しく大きい場合には（即ち図１２で示すような場合には）、ひび割れによる欠陥があると推定されて、欠陥表示が行われる（ステップＳ１６０５）。これに対して、位相差△ｔ１が基準時間と同程度か、あるいはそれ以下である場合は伝搬速度演算が行われる（ステップＳ１６０６）。伝搬速度演算が行われた後、圧縮強度推定表が作成されて表示される（ステップＳ１６０７）。
【００５１】
このように、本実施の形態のコンクリート打設検査装置によれば、２つのセンサ素子１０Ａ及び１０Ｂを備え、これらを型枠内に離間させて対向配置し、型枠内へのコンクリート３０の打設時には、センサ素子１０Ａに所定の範囲で周波数が経時的に変化する発振信号を印加し、センサ素子１０Ａがコンクリート３０に接触した際の振動周波数特性変化を検出して、型枠内におけるコンクリート３０の充填状況を判定する。
【００５２】
コンクリート３０の型枠内への打設後は、センサ素子１０Ａに一定の周波数の発振信号を印加して機械的振動を発生させ、センサ素子１０Ｂからはセンサ素子１０Ａの機械的振動によりコンクリート３０内を伝搬する弾性波３１を検出した受振信号を取り出して、発振信号と受振信号との位相差を求め、求めた位相差とセンサ素子１０Ａ及び１０Ｂ間の距離とに基づいて弾性波３１の速度を求め、求めた速度に基づいてコンクリート３０の凝結、強度を判定し、さらに求めた位相差からコンクリート３０のひび割れを含む欠陥を判定する。
【００５３】
以上述べたように、コンクリート打設検査装置は、コンクリート打設時の型枠内におけるコンクリート３０の充填状況を検知することができるとともに、打設後のコンクリートの凝結、終結後の強度並びにひび割れを含む欠陥を検知することができる。
【００５４】
なお、センサ素子１０Ａ、１０Ｂは、コンクリート３０の内部に限らず、予め検査したい部分に設けることで、コンクリート３０の表層でも検査できる。すなわち、コンクリート３０の内部に限られず、表層でも自由に検査できる。また、コンクリート３０の中に埋め込むことで、検査後の補修の必要が無い。
【００５５】
なお、上記実施の形態では、２個１組としたセンサ素子１０Ａ及び１０Ｂを用いたが、同時に検査したい箇所が複数箇所あれば、その数に応じた組数のセンサ素子を用いることも可能である。この場合、各組に対して充填状況判定手段や凝結・強度・欠陥判定手段を設ける必要はなく、切替え手段（マルチプレクサ等）を用いて適宜切り替えるようにすれば良い。
【００５６】
また、本発明は、型枠内に打設するコンクリートに限らず、所定の空間内に充填物を充填するすべての場合に適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施の形態に係るコンクリート打設検査装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１のセンサ素子の構成を示す図である。
【図３】図１のセンサ素子のコンクリート内での配置関係を示す図である。
【図４】図１のセンサ素子を取り付けるための取付けステー及び取付けステーの鉄筋及び型枠への取付け例を示す図である。
【図５】図４の取付けステーを用いた場合と従来例による取り付けの場合とを説明するための図である。
【図６】図１の充填検知回路及び発振回路の構成を示すブロック図である。
【図７】コンクリートの強度と弾性波の速度との関係を示す図である。
【図８】コンクリート内でのセンサ素子間の信号波形を示す図である。
【図９】コンクリートの圧縮強度と弾性波の速度との関係を示す図である。
【図１０】コンクリート内でのセンサ素子間の信号波形を示す図である。
【図１１】コンクリート内に空気層がある状態を示す図である。
【図１２】コンクリート内に空気層がある場合のセンサ素子間の信号波形を示す図である。
【図１３】図１のコンクリート打設検査装置の充填検知処理と凝結検知処理を説明するためのフローチャートである。
【図１４】図１のコンクリート打設検査装置の測定結果の一例で、型枠内にコンクリートが無い場合の出力電圧波形図である。
【図１５】図１のコンクリート打設検査装置の測定結果の一例で、型枠内にコンクリートが有る場合の出力電圧波形図である。
【図１６】図１のコンクリート打設検査装置の充填検知処理と圧縮強度推定処理を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００５８】
１０Ａ、１０Ｂ センサ素子
１２ 充填検知回路
１３ 発振回路
１４ 切替え回路
１５ 受振回路
１６ 伝達演算回路
１７ 凝結・強度・欠陥検知情報回路
３０ コンクリート
３１ 弾性波
１００ 空気層
１０１ 圧電セラミックス
１０２ 金属板
１０３ ケース
１０４ 台座
１０５ シール材
１０６ ケーブル
１２１ 抵抗
１２２ 差動増幅器
１２３ ４象限アナログ掛け算器
１２４ ローパスフィルタ
１３１ 同期信号発生器
１３２ 可変周波数発振器
１３３ 増幅器
４００ 取付けステー
４０１ 鉄筋
４０２ 型枠
４０３ 欠陥
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリートを型枠内へ打設した際のコンクリートの充填状況及び充填後の凝結（始発、終結）並びに終結後の強度や欠陥を検査するコンクリート打設検査方法及びコンクリート打設検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、建築および土木の鉄筋コンクリートの構造体には、型枠の内部に鉄筋を配し、そこへフレッシュコンクリートを充填する方法が採られている。近年、デザインの多様化などから型枠の形状も複雑になっていることもあって、その複雑な形状の末端部までコンクリートが正しく充填されているかどうかを非破壊検査で容易に検出する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、打設後のコンクリートの凝結を計測する方法として、打設する前のコンクリートからサンプルを取り出して、それを油圧降下式ビガー針装置等の検査装置にかけて凝結のプロセスを管理するものがある。
【０００４】
また、打設後のコンクリートの凝結終了後（終結後）の強度を検知する方法として、コンクリートに超音波を送信し、その超音波を送信点から離間した点で受信して、超音波の伝搬時間を計測し、計測した伝搬時間と送受信点夫々の位置とに基づいてコンクリート内の音速分布を求め、求めた音速分布に基づいてコンクリートの強度分布を推定するものがある（音速法。例えば、特許文献２参照）。なお、その他の強度検知方法として以下に示すものがある。
・反発強度法（シュミットハンマ法）
・圧縮強度法（ＪＩＳ Ａ １１０８）
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２０２３２８号公報
【特許文献２】特開２００３−２８８４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のコンクリート打設検査方法にあっては、以下に示す課題がある。
（１）特許文献１で開示された充填検知方法では、コンクリートが充填された情報をリアルタイムに得ることができる利点がある反面、打設後のコンクリートが凝結（始発、終結）する状況や、終結後のコンクリートの強度やひび割れ等の欠陥を検査することができない。
【０００７】
（２）打設したコンクリートの凝結を計測する方法では、打設する前のコンクリートからサンプルを取り出して油圧降下式ビガー針装置等の検査装置でプロセス管理するものであり、実際に打設したコンクリートの凝結を直接計測することはできない。
【０００８】
（３）特許文献２で開示された終結後のコンクリートの強度を検査する方法では、装置が高額になるのに加え、構造物の外側から計測するため、構造物の形状の影響や鉄筋の影響があり、高精度な計測結果が得られない。また反発強度法は、測定部位がコンクリートの表層に限られ、コンクリート内部を検査することができない。さらに、圧縮強度法（ＪＩＳ Ａ １１０８）で終結後のコンクリートの強度を検査する方法では、構造物からサンプルをコア抜きして計測するため、実施に時間がかかり、検査後の補修が必要になる。
【０００９】
本発明は係る事情に鑑みてなされたものであり、コンクリート充填状況をリアルタイムに得ることができると共に、打設後のコンクリートの凝結状況や、終結後の強度やひび割れを含む欠陥を検査することができるコンクリート打設検査方法及びコンクリート打設検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的は下記構成により達成される。
（１） 型枠内への打設後のコンクリートの凝結、強度、ひび割れを含む欠陥を検査するコンクリート打設検査方法であって、電気エネルギと機械エネルギを可逆的に変換可能なセンサ素子を２個１組として少なくとも１組使用して、これらを型枠内に離間配置し、前記型枠内へのコンクリート打設後、前記２つのセンサ素子の一方に一定の周波数の発振信号を印加して機械的振動を発生させ、他方のセンサ素子からは前記一方のセンサ素子の機械的振動により前記コンクリート内を伝搬する弾性波を検出した受振信号を取り出して、前記発振信号と前記受振信号との位相差を求め、求めた位相差と前記２つのセンサ素子間の距離とに基づいて前記弾性波の速度を求め、求めた速度に基づいて前記コンクリートの凝結、強度を判定し、さらに求めた前記位相差から前記コンクリートのひび割れを含む欠陥を判定することを特徴とする。
【００１１】
（２） 打設したコンクリートの型枠内における充填状況と充填後のコンクリートの凝結、強度、ひび割れを含む欠陥を検査するコンクリート打設検査方法であって、電気エネルギと機械エネルギを可逆的に変換可能なセンサ素子を２個１組として少なくとも１組使用して、これらを型枠内に離間配置し、前記型枠内へのコンクリートの打設時には、前記２つのセンサ素子のいずれか一方に所定の範囲で周波数が経時的に変化する発振信号を印加し、該センサ素子が前記コンクリートに接触した際のその振動周波数特性変化を検出して、前記型枠内における前記コンクリートの充填状況を判定し、前記コンクリートの前記型枠内への打設後は、前記２つのセンサ素子の一方に一定の周波数の発振信号を印加して機械的振動を発生させ、他方のセンサ素子からは前記一方のセンサ素子の機械的振動により前記コンクリート内を伝搬する弾性波を検出した受振信号を取り出して、前記発振信号と前記受振信号との位相差を求め、求めた位相差と前記２つのセンサ素子間の距離とに基づいて前記弾性波の速度を求め、求めた速度に基づいて前記コンクリートの凝結、強度を判定し、さらに求めた前記位相差から前記コンクリートのひび割れを含む欠陥を判定することを特徴とする。
【００１２】
（３） 型枠内への打設後のコンクリートの凝結、強度、ひび割れを含む欠陥を検査するコンクリート打設検査装置であって、電気エネルギと機械エネルギを可逆的に変換可能なセンサ素子と、前記センサ素子を２個１組として少なくとも１組の前記各センサ素子を離間配置してコンクリートを打設する型枠内に取り付ける取付け手段と、前記型枠内へのコンクリート打設後、前記２つのセンサ素子の一方に一定の周波数の発振信号を印加する発振手段と、前記一方のセンサ素子に発振信号が印加されることで発生する機械的振動により前記コンクリート内を伝搬する弾性波を前記他方のセンサ素子にて受振する受振手段と、前記発振手段の発振信号と前記受振手段の受振信号との位相差を求め、求めた位相差と前記２つのセンサ素子間の距離とに基づいて前記弾性波の速度を求め、求めた速度に基づいて前記コンクリートの凝結、強度を判定し、さらに求めた前記位相差から前記コンクリートのひび割れを含む欠陥を判定する凝結・強度・欠陥判定手段と、を具備することを特徴とする。
【００１３】
（４） 上記（３）に記載のコンクリート打設検査装置において、前記発振手段は、前記型枠内へのコンクリートの打設時に、前記一方のセンサ素子に所定の範囲で周波数が経時的に変化する発振信号を印加し、前記一方のセンサ素子に前記発振信号が印加されている間に、該センサ素子が前記コンクリートに接触した際のその振動周波数特性変化を検出して、前記型枠内における前記コンクリートの充填状況を判定する充填状況判定手段を具備することを特徴とする。
【００１４】
（５） 上記（３）又は（４）に記載のコンクリート打設検査装置において、前記２つのセンサ素子を離間させたうえで対向配置することを特徴とする。
【００１５】
（６） 上記（３）から（５）のいずれかに記載のコンクリート打設検査装置において、前記センサ素子は、圧電セラミックスを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
上記（１）に記載のコンクリート打設検査方法では、型枠内への打設後のコンクリートの凝結状況や、終結後の強度やひび割れを含む欠陥を検査することができる。
【００１７】
上記（２）に記載のコンクリート打設検査方法では、型枠内へのコンクリート打設時に、コンクリートの充填状況に加え、打設後、打設したコンクリートそのものの凝結（始発、終結）の状況、さらに終結後のコンクリートの強度やひび割れを含む欠陥を検査することができる。
【００１８】
上記（３）に記載のコンクリート打設検査装置では、型枠内へのコンクリート打設後、一方のセンサ素子に一定の周波数の発振信号を印加して機械的振動を発生させ、他方のセンサ素子からは一方のセンサ素子の機械的振動によりコンクリート内を伝搬する弾性波を検出した受振信号を取り出して、発振信号と受振信号との位相差を求め、求めた位相差と２つのセンサ素子間の距離とに基づいて前記弾性波の速度を求め、求めた速度に基づいてコンクリートの凝結、強度を判定し、さらに求めた位相差からコンクリートのひび割れを含む欠陥を判定するので、型枠内への打設後のコンクリートの凝結状況や、終結後の強度やひび割れを含む欠陥を検査することができる。
【００１９】
上記（４）に記載のコンクリート打設検査装置では、打設後のコンクリートそのものの凝結（始発、終結）の状況、さらに終結後のコンクリートの強度やひび割れを含む欠陥状況に加え、型枠内へのコンクリート打設時にはコンクリートの充填状況を検査することができる。
【００２０】
上記（５）に記載のコンクリート打設検査装置では、２つのセンサ素子を対向配置させるので、センサ素子間の状況を確実に検査することができる。
【００２１】
上記（６）に記載のコンクリート打設検査装置では、圧電セラミックスを備えるセンサ素子を備えるので、装置を安価にできるとともに、精度の高い検査を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明の一実施の形態に係るコンクリート打設検査装置の概略構成を示すブロック図である。
この図において、本実施の形態のコンクリート打設検査装置は、型枠内に打設したコンクリートの充填状況を検知する充填検知機能と、型枠内への打設後のコンクリートの凝結（始発、終結）状況や、終結後のコンクリートの強度やひび割れ等の欠陥を検知する凝結・強度・欠陥検知機能とを有し、これらの機能を実現するため、離間配置して使用する２つのセンサ素子１０Ａ及び１０Ｂと、充填検知回路１２と、発振回路１３と、切替え回路１４と、受振回路１５と、伝達演算回路１６と、凝結・強度・欠陥検知情報回路１７とを備えている。
【００２４】
２つのセンサ素子１０Ａ及び１０Ｂのうち、センサ素子１０Ａは充填検知に用いられ、センサ素子１０Ｂは凝結、強度及び欠陥検知に用いられる。いずれも同一構成ものであり、図２に示すように、圧電セラミックス１０１と、圧電セラミックス１０１を固定する金属板１０２と、圧電セラミックス１０１を金属板１０２と共に収容するケース１０３と、ケース１０３を固定する台座１０４と、台座１０４とケース１０３に収容された金属板１０２との間に介挿され、ケース１０３へのコンクリートの進入を防止するシール材１０５と、圧電セラミックス１０１及び金属板１０２に配線を行うケーブル１０６とを備えて構成される。特に、ケース１０３は、圧電セラミックス１０１の周囲に空間を保てる大きさに形成されている。
２つのセンサ素子１０Ａ及び１０Ｂは、図３に示すように、センサ素子１０Ａ及び１０Ｂを互いに離間して対向配置させた状態に保持される。
圧電セラミックス１０１は、電気信号の機械信号への変換及びその逆の作用が可能である。センサ素子１０Ａ及び１０Ｂに圧電セラミックスを使用することで、装置を安価に製作できるとともに、検知精度の高い検査が可能となる。
【００２５】
図４は、センサ素子１０Ａ及び１０Ｂを保持する取付けステー４００と、取付けステー４００を用いたセンサ素子１０Ａ及び１０Ｂの取付け例を示す図である。取付けステー４００は、センサ素子１０Ａ及び１０Ｂを鉄筋や型枠に取り付けることができるようにしたものである。図４（ａ）はセンサ素子１０Ａ及び１０Ｂを取り付けた取付けステー４００を示し、図４（ｂ）は取付けステー４００の鉄筋４０１への取付け例を示し、図４（ｃ）は取付けステー４００の型枠４０２への取付け例を示している。
【００２６】
本実施の形態のコンクリート打設検査装置は、図５（ａ）に示すように、センサ素子１０Ａ、１０Ｂを取付けステー４００にて鉄筋間に取り付ける（図４（ｂ）参照）ことで、鉄筋４０１の影響を受けずに鉄筋間にできた欠陥４０３を検査できる。因みに、従来は図５（ｂ）に示すように、センサ素子５００はコンクリート３０構造物の表層に取り付けられているため、鉄筋間にできた欠陥４０３の検出が鉄筋４０１の影響を受けることになり、高精度な検査を行うことができない。
【００２７】
図１に戻り、発振回路１３は、センサ素子１０Ａを加振させるための電気信号を発生するものであり、図６に示すように、同期信号発生器１３１と、可変周波数発振器１３２と、増幅器１３３とを備えて構成されている。
発振回路１３において、同期信号発生器１３１は、可変周波数発振器１３２を繰り返し動作させるための同期信号を発生する。可変周波数発振器１３２は、周波数が所定の周波数範囲（例えば１ｋＨｚから２０ｋＨｚ）で連続的に変化する正弦波の電気信号を発生する。この場合、同期信号発生器１３１から同期信号が出力される毎に初期周波数（例えば１ｋＨｚ）から繰り返し正弦波信号を発生する。可変周波数発振器１３２は、充填検知時には、出力する電気信号の周波数を所定の周波数範囲で連続的に変化させるが、凝結、強度、欠陥検知時には周波数を一定にする。増幅器１３３は、可変周波数発振器１３２からの正弦波信号を、センサ素子１０Ａの圧電セラミックス１０１（図２参照）を駆動できるレベルまで増幅し、加振用信号Ｖｒとして出力する。
【００２８】
切替え回路１４は、センサ素子１０Ａを充填検知回路１２側又は凝結、強度、欠陥検知のための伝達演算回路１６側のいずれか一方に切り替えるものである。本実施の形態では、切替え回路１４はユーザが手動で切り替える手動切替え方式としているが、自動的に切り替えるようにしても構わない。すなわち、充填検知時には充填検知回路１２側に切り替わり、凝結・強度・欠陥検知時には伝達演算回路１６側に切り替わる。
【００２９】
図１に戻り、受振回路１５は、センサ素子１０Ａの加振により発生してコンクリート３０の中を伝わる弾性波３１（図３参照）をセンサ素子１０Ｂで受振する。伝達演算回路１６は、発振回路１３の発振信号と受振回路１５の受信信号の伝達特性（位相差、伝達関数等）を演算し、その演算結果を出力する。凝結・強度・欠陥検知情報回路１７は、図示せぬ液晶表示パネル等の表示器を備え、伝達演算回路１６の演算結果から凝結、強度、欠陥を判定した結果を可視的に表示する。
【００３０】
充填検知回路１２は、打設されたコンクリート３０の充填状況を検知するためのものであり、図６のブロック図に示すように、抵抗１２１と、差動増幅器１２２と、４象限アナログ掛け算器１２３と、ローパスフィルタ１２４とを備えて構成されている。抵抗１２１は、切替え回路１４を介してセンサ素子１０Ａと直列に接続され、その両端にはセンサ素子１０Ａの圧電セラミックス１０１に流れる電流に対応する電圧が発生する。圧電セラミックス１０１に流れる電流は周波数の変化によって変化するので、抵抗１２１の両端に現れる電圧は圧電セラミックス１０１の周波数特性を反映したものになる。差動増幅器１２２は、抵抗１２１の両端の電圧を増幅して電圧Ｖｉを出力する。
【００３１】
４象限アナログ掛け算器１２３は、発振回路１３からの加振用信号Ｖｒと差動増幅器１２２からの電圧Ｖｉを乗算してこれらの電圧に対するノイズの影響を除去する。ローパスフィルタ１２４は４象限アナログ掛け算器１２３の出力信号から以下で説明するｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）分を除去した信号（出力電圧Ｖｏ）を出力する。
【００３２】
ローパスフィルタ１２４を通過した信号は、図示せぬ判定装置に入力されて、打設されたコンクリート３０の充填状況が判定される。すなわち、図示せぬ判定装置は、センサ素子１０Ａの圧電セラミックス１０１にコンクリート３０を接触させないときの固有の振動周波数特性を基準として、ローパスフィルタ１２４から出力される信号から、圧電セラミックス１０１に対する型枠内におけるコンクリート３０の接触・非接触を判定し、その結果（良否）を可視的に表示する。この場合、圧電セラミックス１０１の固有の振動周波数特性を一度設定しておけば以後のメンテナンス時以外、再設定する必要はない。なお、この圧電セラミックス１０１の固有の振動周波数特性は判定装置にて記憶される。
【００３３】
本実施の形態のコンクリート打設検査装置では、図３で示したように、打設されたコンクリート３０の中にセンサ素子１０Ａ及び１０Ｂを離間させて対向配置し、センサ素子１０Ａに発振回路１３より電気信号を印加して圧電セラミックス１０１を加振させる。その加振による振動はコンクリート３０の内部を弾性波３１として伝わり、その弾性波３１をセンサ素子１０Ｂの圧電セラミックス１０１で受振する。
【００３４】
ここで、コンクリート３０の中を伝わる弾性波３１の速度はコンクリート３０の強度と相関がある。すなわち、図７に示すように、コンクリートの初期硬化過程では、コンクリート３０の強度が小さいとき即ち始発時には、コンクリート３０の中を伝わる速度は小さく、コンクリート３０の強度が大きいとき即ち終結時には、コンクリート３０の中を伝わる速度は大きくなる。この速度関数からコンクリート３０の強度を推定して始発か終結かを判定できる。具体的には、図８の波形図に示すように、発振波形と受振波形から位相差△ｔを演算により求め、その求めた値とセンサ素子１０Ａ及び１０Ｂ間の距離とに基づいて速度を算出してコンクリート３０の強度を推定し、始発、終結を判定する。なお、対向配置させたセンサ素子１０Ａ及び１０Ｂ間の距離は既知である。
【００３５】
一方、終結後のコンクリート３０の強度、欠陥を検査する場合は、上記の場合と同様に、充填検知用のセンサ素子１０Ａに発振回路１３より電気信号を印加して圧電セラミックス１０１を加振させる。その加振による振動は、図３に示すように終結後のコンクリート３０の内部を弾性波３１として伝わり、凝結、強度、欠陥検知用のセンサ素子１０Ｂの圧電セラミックス１０１で受振する。
【００３６】
ここで、コンクリート３０の中を伝わる弾性波３１の速度はコンクリート３０の圧縮強度と相関がある。すなわち、図９に示すようにコンクリート３０の圧縮強度が小さいときはコンクリート３０の中を伝わる速度は小さく、コンクリート３０の圧縮強度が大きいときはコンクリート３０の中を伝わる速度は大きくなる。この速度関数からコンクリート３０の圧縮強度を推定できる。具体的には、図１０の波形図に示すように発振波形と受振波形から位相差△ｔ１を演算により求め、その求めた値とセンサ素子１０Ａ、１０Ｂ間の距離とに基づいて速度を算出してコンクリート３０の圧縮強度を推定する。
【００３７】
終結後、図１１に示すようにセンサ素子１０Ａとセンサ素子１０Ｂとの間に経年変化等によるひび割れが生じた場合、ひび割れによる空気層１００があることから、図１２に示すように発振波形と受振波形との位相差△ｔ１が著しく大きくなる。したがって、この場合はひび割れによる欠陥があると推定できる。
【００３８】
なお、上述した充填検知回路１２と図示せぬ判定装置は、充填状況判定手段を構成する。また、伝達演算回路１６と凝結・強度・欠陥検知情報回路１７は、凝結・強度・欠陥判定手段を構成する。
【００３９】
次に、本実施の形態に係るコンクリート打設検査装置の動作を説明する。
ここで、凝結検知処理と圧縮強度推定処理はモード切替えによっていずれか一方を選択するものとする。また、センサ素子１０Ａとセンサ素子１０Ｂは、取付けステー４００により、型枠内に打設されたコンクリート３０内に配置されているものとする。
【００４０】
図１３は、充填検知処理を行った後、凝結検知処理を行うモードを選択した場合の動作を示すフローチャートである。
まず、検査者は、切替え回路１４を操作してセンサ素子１０Ａを充填検知回路１２側に接続する。接続後、検査開始操作を行う。これにより、充填検知処理が開始される（ステップＳ１３０１）。この充填検知処理では、発振回路１３の可変周波数発振器１３２にて発生した正弦波信号が、増幅器１３３にて増幅されて加振用電圧Ｖｒとしてセンサ素子１０Ａの圧電セラミックス１０１に入力され、圧電セラミックス１０１にて機械的振動が発生する。加振用電圧Ｖｒは４象限アナログ掛け算器１２３へも入力される。
【００４１】
センサ素子１０Ａの圧電セラミックス１０１に機械的振動が発生すると、抵抗１２１の両端には圧電セラミックス１０１に流れる電流に対応する電圧が発生する。この電圧が差動増幅器１２２にて増幅されて電圧Ｖｉが出力される。電圧Ｖｉと発振回路１３からの加振用電圧Ｖｒとが４象限アナログ掛け算器１２３にて乗算される。そして、その出力がローパスフィルタ１２４にてｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）成分が除去されて出力電圧Ｖｏが得られる。
【００４２】
この出力信号Ｖｏは、加振用電圧Ｖｒの周波数変化に対する圧電セラミックス１０１の周波数特性（振幅と位相）を反映した信号になる。このとき、圧電セラミックス１０１の表面に充填物（コンクリート）が接触していないと、圧電セラミックス１０１の持つ固有振動数付近の周波数にピークを持った電圧が図１４に示すように現れる。そして、この圧電セラミックス１０１の周りにコンクリートが充填されると、圧電セラミックス１０１の振動特性が変化して、図１５に示すようにピーク電圧の位置と大きさが変化する。このピーク電圧の変化からコンクリート３０の充填状況を判定できる。
【００４３】
上記作動原理を、数式を用いて説明すると、以下のようになる。ここで、
Ｖｒ＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋α）
Ｖｉ＝Ｂｓｉｎ（ωｔ＋β）
とする。但し、Ａ，Ｂは振幅、ωｔは周波数、αとβは位相のずれとする。
【００４４】
Ｖｒ×Ｖｉ＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋α）×Ｂｓｉｎ（ωｔ＋β）
＝ＡＢ［ｃｏｓ（β−α）−ｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）］／２ （１）
【００４５】
式（１）のｃｏｓ（β−α）の部分は、位相差に合わせて変化する直流成分であり、ここに電圧Ｖｉの振幅成分も含まれる。また、ｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）の部分は、元の加振用電圧Ｖｒと電圧Ｖｉの２倍の周波数の信号である。必要とする周波数特性の情報は、電圧Ｖｉの振幅（大きさ）であるので、式（１）のｃｏｓ（β−α）のみで良い。
【００４６】
したがって、ローパスフィルタ１２４を通過させてｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）の成分を除去すればよい。このようにして出力電圧Ｖｏには周波数特性が電圧の形で現れる。型枠内にコンクリート３０が充填されると、ピークの周波数とレベルが変化することで、その状況を検知することができる。
【００４７】
このようにして充填検知が開始された後、充填検知が完了すると（ステップＳ１３０２でＹｅｓの場合）、次に凝結検知処理が開始される（ステップＳ１３０３）。凝結検知処理では、コンクリート３０の中を伝わる弾性波３１の速度から始発速度か否かの判定が行われる（ステップＳ１３０４）。この場合、弾性波３１の速度は、発振回路１３から得られる発振波形と受振回路１５からの受振波形との位相差△ｔ（図８参照）を求めた後、位相差△ｔとセンサ素子１０Ａ、１０Ｂ間の距離とに基づいて算出する。求めた速度が始発速度でなければこの処理が繰り返され、始発速度であれば始発表示が行われる（ステップＳ１３０５）。
【００４８】
コンクリート３０の強度が小さいとき即ち始発時には、コンクリート３０の中を伝わる速度は小さく、コンクリート３０の強度が大きいとき即ち終結時にはコンクリート３０の中を伝わる速度は大きくなるので、速度が小さければ始発と判定する。始発表示が行われた後、終結速度か否かの判定が行われ（ステップＳ１３０６）、終結速度でなければこの処理が繰り返され、終結速度であれば終結表示が行われる（ステップＳ１３０７）。
この凝結検知処理は、コンクリート３０を打設してから凝結するまでに時間がかかるので、定期的に発振回路１３を動作させて受振を繰り返すことになる。終結が判断されて終結表示が行われた後、本処理が完了する。
【００４９】
次に、図１６は、充填検知処理を行った後、圧縮強度推定処理を行うモードを選択した場合の動作を示すフローチャートである。
この処理においても、上述した凝結検知処理を行う場合と同様に、先に充填検知処理が行われる。充填検知処理については上記と同様であるので省略する。すなわち、図１６に示すステップＳ１６０１、Ｓ１６０２は図１３に示すステップＳ１３０１、Ｓ１３０２と同様の処理である。
充填検知処理が行われた後、圧縮強度推定処理が開始される（ステップＳ１６０３）。
【００５０】
圧縮強度推定処理では、発振回路１３から得られる発振波形と受振回路１５からの受振波形との位相差△ｔ１（図１０参照）が基準時間より著しく大きいかどうかが判定され（ステップＳ１６０４）、基準時間より著しく大きい場合には（即ち図１２で示すような場合には）、ひび割れによる欠陥があると推定されて、欠陥表示が行われる（ステップＳ１６０５）。これに対して、位相差△ｔ１が基準時間と同程度か、あるいはそれ以下である場合は伝搬速度演算が行われる（ステップＳ１６０６）。伝搬速度演算が行われた後、圧縮強度推定表が作成されて表示される（ステップＳ１６０７）。
【００５１】
このように、本実施の形態のコンクリート打設検査装置によれば、２つのセンサ素子１０Ａ及び１０Ｂを備え、これらを型枠内に離間させて対向配置し、型枠内へのコンクリート３０の打設時には、センサ素子１０Ａに所定の範囲で周波数が経時的に変化する発振信号を印加し、センサ素子１０Ａがコンクリート３０に接触した際の振動周波数特性変化を検出して、型枠内におけるコンクリート３０の充填状況を判定する。
【００５２】
コンクリート３０の型枠内への打設後は、センサ素子１０Ａに一定の周波数の発振信号を印加して機械的振動を発生させ、センサ素子１０Ｂからはセンサ素子１０Ａの機械的振動によりコンクリート３０内を伝搬する弾性波３１を検出した受振信号を取り出して、発振信号と受振信号との位相差を求め、求めた位相差とセンサ素子１０Ａ及び１０Ｂ間の距離とに基づいて弾性波３１の速度を求め、求めた速度に基づいてコンクリート３０の凝結、強度を判定し、さらに求めた位相差からコンクリート３０のひび割れを含む欠陥を判定する。
【００５３】
以上述べたように、コンクリート打設検査装置は、コンクリート打設時の型枠内におけるコンクリート３０の充填状況を検知することができるとともに、打設後のコンクリートの凝結、終結後の強度並びにひび割れを含む欠陥を検知することができる。
【００５４】
なお、センサ素子１０Ａ、１０Ｂは、コンクリート３０の内部に限らず、予め検査したい部分に設けることで、コンクリート３０の表層でも検査できる。すなわち、コンクリート３０の内部に限られず、表層でも自由に検査できる。また、コンクリート３０の中に埋め込むことで、検査後の補修の必要が無い。
【００５５】
なお、上記実施の形態では、２個１組としたセンサ素子１０Ａ及び１０Ｂを用いたが、同時に検査したい箇所が複数箇所あれば、その数に応じた組数のセンサ素子を用いることも可能である。この場合、各組に対して充填状況判定手段や凝結・強度・欠陥判定手段を設ける必要はなく、切替え手段（マルチプレクサ等）を用いて適宜切り替えるようにすれば良い。
【００５６】
また、本発明は、型枠内に打設するコンクリートに限らず、所定の空間内に充填物を充填するすべての場合に適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施の形態に係るコンクリート打設検査装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１のセンサ素子の構成を示す図である。
【図３】図１のセンサ素子のコンクリート内での配置関係を示す図である。
【図４】図１のセンサ素子を取り付けるための取付けステー及び取付けステーの鉄筋及び型枠への取付け例を示す図である。
【図５】図４の取付けステーを用いた場合と従来例による取り付けの場合とを説明するための図である。
【図６】図１の充填検知回路及び発振回路の構成を示すブロック図である。
【図７】コンクリートの強度と弾性波の速度との関係を示す図である。
【図８】コンクリート内でのセンサ素子間の信号波形を示す図である。
【図９】コンクリートの圧縮強度と弾性波の速度との関係を示す図である。
【図１０】コンクリート内でのセンサ素子間の信号波形を示す図である。
【図１１】コンクリート内に空気層がある状態を示す図である。
【図１２】コンクリート内に空気層がある場合のセンサ素子間の信号波形を示す図である。
【図１３】図１のコンクリート打設検査装置の充填検知処理と凝結検知処理を説明するためのフローチャートである。
【図１４】図１のコンクリート打設検査装置の測定結果の一例で、型枠内にコンクリートが無い場合の出力電圧波形図である。
【図１５】図１のコンクリート打設検査装置の測定結果の一例で、型枠内にコンクリートが有る場合の出力電圧波形図である。
【図１６】図１のコンクリート打設検査装置の充填検知処理と圧縮強度推定処理を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００５８】
１０Ａ、１０Ｂ センサ素子
１２ 充填検知回路
１３ 発振回路
１４ 切替え回路
１５ 受振回路
１６ 伝達演算回路
１７ 凝結・強度・欠陥検知情報回路
３０ コンクリート
３１ 弾性波
１００ 空気層
１０１ 圧電セラミックス
１０２ 金属板
１０３ ケース
１０４ 台座
１０５ シール材
１０６ ケーブル
１２１ 抵抗
１２２ 差動増幅器
１２３ ４象限アナログ掛け算器
１２４ ローパスフィルタ
１３１ 同期信号発生器
１３２ 可変周波数発振器
１３３ 増幅器
４００ 取付けステー
４０１ 鉄筋
４０２ 型枠
４０３ 欠陥
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気エネルギと機械エネルギを可逆的に変換可能なセンサ素子を２個１組として少なくとも１組使用して、これらを型枠内に離間配置し、
前記型枠内へのコンクリート打設後、前記２つのセンサ素子の一方に一定の周波数の発振信号を印加して機械的振動を発生させ、他方のセンサ素子からは前記一方のセンサ素子の機械的振動により前記コンクリート内を伝搬する弾性波を検出した受振信号を取り出して、前記発振信号と前記受振信号との位相差を求め、求めた位相差と前記２つのセンサ素子間の距離とに基づいて前記弾性波の速度を求め、求めた速度に基づいて前記コンクリートの凝結、強度を判定し、さらに求めた前記位相差から前記コンクリートのひび割れを含む欠陥を判定することを特徴とするコンクリート打設検査方法。
【請求項２】
電気エネルギと機械エネルギを可逆的に変換可能なセンサ素子を２個１組として少なくとも１組使用して、これらを型枠内に離間配置し、
前記型枠内へのコンクリートの打設時には、前記２つのセンサ素子のいずれか一方に所定の範囲で周波数が経時的に変化する発振信号を印加し、該センサ素子が前記コンクリートに接触した際のその振動周波数特性変化を検出して、前記型枠内における前記コンクリートの充填状況を判定し、
前記コンクリートの前記型枠内への打設後は、前記２つのセンサ素子の一方に一定の周波数の発振信号を印加して機械的振動を発生させ、他方のセンサ素子からは前記一方のセンサ素子の機械的振動により前記コンクリート内を伝搬する弾性波を検出した受振信号を取り出して、前記発振信号と前記受振信号との位相差を求め、求めた位相差と前記２つのセンサ素子間の距離とに基づいて前記弾性波の速度を求め、求めた速度に基づいて前記コンクリートの凝結、強度を判定し、さらに求めた前記位相差から前記コンクリートのひび割れを含む欠陥を判定することを特徴とするコンクリート打設検査方法。
【請求項３】
電気エネルギと機械エネルギを可逆的に変換可能なセンサ素子と、
前記センサ素子を２個１組として少なくとも１組の前記各センサ素子を離間配置してコンクリートを打設する型枠内に取り付ける取付け手段と、
前記型枠内へのコンクリート打設後、前記２つのセンサ素子の一方に一定の周波数の発振信号を印加する発振手段と、
前記一方のセンサ素子に発振信号が印加されることで発生する機械的振動により前記コンクリート内を伝搬する弾性波を前記他方のセンサ素子にて受振する受振手段と、
前記発振手段の発振信号と前記受振手段の受振信号との位相差を求め、求めた位相差と前記２つのセンサ素子間の距離とに基づいて前記弾性波の速度を求め、求めた速度に基づいて前記コンクリートの凝結、強度を判定し、さらに求めた前記位相差から前記コンクリートのひび割れを含む欠陥を判定する凝結・強度・欠陥判定手段と、
を具備することを特徴とするコンクリート打設検査装置。
【請求項４】
前記発振手段は、前記型枠内へのコンクリートの打設時に、前記一方のセンサ素子に所定の範囲で周波数が経時的に変化する発振信号を印加し、
前記一方のセンサ素子に前記発振信号が印加されている間に、該センサ素子が前記コンクリートに接触した際のその振動周波数特性変化を検出して、前記型枠内における前記コンクリートの充填状況を判定する充填状況判定手段を具備することを特徴とする請求項３に記載のコンクリート打設検査装置。
【請求項５】
前記２つのセンサ素子を離間させたうえで対向配置することを特徴とする請求項３又は請求項４のいずれかに記載のコンクリート打設検査装置。
【請求項６】
前記センサ素子は、圧電セラミックスを備えることを特徴とする請求項３から請求項５のいずれかに記載のコンクリート打設検査装置。
【請求項１】
電気エネルギと機械エネルギを可逆的に変換可能なセンサ素子を２個１組として少なくとも１組使用して、これらを型枠内に離間配置し、
前記型枠内へのコンクリート打設後、前記２つのセンサ素子の一方に一定の周波数の発振信号を印加して機械的振動を発生させ、他方のセンサ素子からは前記一方のセンサ素子の機械的振動により前記コンクリート内を伝搬する弾性波を検出した受振信号を取り出して、前記発振信号と前記受振信号との位相差を求め、求めた位相差と前記２つのセンサ素子間の距離とに基づいて前記弾性波の速度を求め、求めた速度に基づいて前記コンクリートの凝結、強度を判定し、さらに求めた前記位相差から前記コンクリートのひび割れを含む欠陥を判定することを特徴とするコンクリート打設検査方法。
【請求項２】
電気エネルギと機械エネルギを可逆的に変換可能なセンサ素子を２個１組として少なくとも１組使用して、これらを型枠内に離間配置し、
前記型枠内へのコンクリートの打設時には、前記２つのセンサ素子のいずれか一方に所定の範囲で周波数が経時的に変化する発振信号を印加し、該センサ素子が前記コンクリートに接触した際のその振動周波数特性変化を検出して、前記型枠内における前記コンクリートの充填状況を判定し、
前記コンクリートの前記型枠内への打設後は、前記２つのセンサ素子の一方に一定の周波数の発振信号を印加して機械的振動を発生させ、他方のセンサ素子からは前記一方のセンサ素子の機械的振動により前記コンクリート内を伝搬する弾性波を検出した受振信号を取り出して、前記発振信号と前記受振信号との位相差を求め、求めた位相差と前記２つのセンサ素子間の距離とに基づいて前記弾性波の速度を求め、求めた速度に基づいて前記コンクリートの凝結、強度を判定し、さらに求めた前記位相差から前記コンクリートのひび割れを含む欠陥を判定することを特徴とするコンクリート打設検査方法。
【請求項３】
電気エネルギと機械エネルギを可逆的に変換可能なセンサ素子と、
前記センサ素子を２個１組として少なくとも１組の前記各センサ素子を離間配置してコンクリートを打設する型枠内に取り付ける取付け手段と、
前記型枠内へのコンクリート打設後、前記２つのセンサ素子の一方に一定の周波数の発振信号を印加する発振手段と、
前記一方のセンサ素子に発振信号が印加されることで発生する機械的振動により前記コンクリート内を伝搬する弾性波を前記他方のセンサ素子にて受振する受振手段と、
前記発振手段の発振信号と前記受振手段の受振信号との位相差を求め、求めた位相差と前記２つのセンサ素子間の距離とに基づいて前記弾性波の速度を求め、求めた速度に基づいて前記コンクリートの凝結、強度を判定し、さらに求めた前記位相差から前記コンクリートのひび割れを含む欠陥を判定する凝結・強度・欠陥判定手段と、
を具備することを特徴とするコンクリート打設検査装置。
【請求項４】
前記発振手段は、前記型枠内へのコンクリートの打設時に、前記一方のセンサ素子に所定の範囲で周波数が経時的に変化する発振信号を印加し、
前記一方のセンサ素子に前記発振信号が印加されている間に、該センサ素子が前記コンクリートに接触した際のその振動周波数特性変化を検出して、前記型枠内における前記コンクリートの充填状況を判定する充填状況判定手段を具備することを特徴とする請求項３に記載のコンクリート打設検査装置。
【請求項５】
前記２つのセンサ素子を離間させたうえで対向配置することを特徴とする請求項３又は請求項４のいずれかに記載のコンクリート打設検査装置。
【請求項６】
前記センサ素子は、圧電セラミックスを備えることを特徴とする請求項３から請求項５のいずれかに記載のコンクリート打設検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００７−３４７５（Ｐ２００７−３４７５Ａ）
【公開日】平成１９年１月１１日（２００７．１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１８６９７６（Ｐ２００５−１８６９７６）
【出願日】平成１７年６月２７日（２００５．６．２７）
【出願人】（００００００５１６）曙ブレーキ工業株式会社 (621)
【出願人】（０００２２２６６８）東洋建設株式会社 (131)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１月１１日（２００７．１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月２７日（２００５．６．２７）
【出願人】（００００００５１６）曙ブレーキ工業株式会社 (621)
【出願人】（０００２２２６６８）東洋建設株式会社 (131)
【Ｆターム（参考）】
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