弾性波トモグラフィ法によるコンクリート構造物の定量的な健全性評価基準の構築

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国内外において社会インフラの経年劣化、激甚化する自然災害による構造物の損傷等、構造物の機能低下による社会基盤の大幅な低下がリスクとなっている。コンクリート構造物内部のひび割れや施工不良に伴う空洞の劣化位置を計測する調査方法として、弾性波トモグラフィ法がある。しかしながら、劣化位置の特定はできるものの、損傷の寸法や範囲を定量的に評価するまでには至っていない。本研究の目的は、定量的な健全性評価基準を構築することである。今年度は研究計画に準じて、シミュレーションの実施と模擬供試体を作製し検証を行った。シミュレーションでは、2次元の弾性波動方程式について近似値を計算するソフトを使用し、1.5×1.5mのモデルサイズに、①ひび割れが発生したケース、②内部に空洞があるケースの2種類の損傷が発生した場合での伝搬速度の低下やその影響を可視化および数値化した。これらで得られた結果の妥当性を検証するため、同じ大きさの供試体をコンクリートで製作した。ひび割れの損傷は鉄板で模擬し、硬化後に撤去して再現した。空洞は発泡スチロールブロック(0.4×0.4×0.4mmと0.4×0.4×0.4mの大小2つ)で模擬することにした。②の空洞モデルの模擬供試体の測定した結果から、0.4m角の大きな立方体は検出することができたが、小さな空隙(0.4×0.4×0.1m)を検出することはできなかった。またこの空隙を検出する際、空洞の位置に対応する領域の伝搬速度は概ね4000-4500m/sの範囲であり、これは通常健全なコンクリートと評価される伝搬速度の範囲(3500m/s以上)に相当するものであった。つまり、このような欠陥を特定するには、従来の伝搬速度の基準値を適用するだけでなく、対象となる構造物の例えば輪郭部の伝搬速度と比較して、低下した領域を探すことやセンサ配置が重要であることが分かった。