JP5570943B2 - Concrete crack sensor - Google Patents
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Description
本発明は、コンクリート構造物に発生したひび割れの成長を監視するために使用するコンクリートひび割れセンサに関する。 The present invention relates to a concrete crack sensor used for monitoring the growth of cracks generated in a concrete structure.
コンクリートにひび割れは付きもので、コンクリート構造物からひび割れを無くすることは難しい。コンクリートのひび割れが直ちに大きな不都合をもたらすものではないが、ひび割れが成長すると、鉄筋の腐食等によるコンクリート構造物の弱体化などに発展して、場合によっては大きな事故が発生する可能性があることが問題である。
このため、コンクリートの剥落を防ぎトンネルや道路橋などのコンクリート構造物を安全に維持するためには、覆工のひび割れを適正に管理する必要がある。コンクリートひび割れの管理は、ひび割れの存在よりひび割れの成長を感知することが重要である。特に、幅1mm程度のひび割れが3〜5mm程度に進展するところを検知できることが好ましい。
Concrete has cracks, and it is difficult to eliminate cracks from concrete structures. Although cracks in concrete do not immediately cause major inconvenience, when cracks grow, they can develop into weakening of concrete structures due to corrosion of reinforcing bars, etc. It is a problem.
For this reason, in order to prevent concrete peeling and to maintain concrete structures such as tunnels and road bridges safely, it is necessary to properly manage cracks in the lining. In managing concrete cracks, it is important to sense the growth of cracks rather than the presence of cracks. In particular, it is preferable that a crack where a width of about 1 mm develops to about 3 to 5 mm can be detected.
従来、たとえば、トンネルのコンクリートひび割れ検査は、作業者がトンネル内を徒歩または高所作業車で移動して目視観察による調査を行う方法を中心に行ってきた。また、発見されたひび割れの成長の有無については、クラックゲージや歪みゲージあるいはπ型変位計等を、ひび割れ部分を挟んで設置して、これらセンサや計器で検出されるひび割れ幅の値を読み取って記録し、ひび割れの変化を算定することにより判定する場合もある。これらの検査作業に使うセンサや計器の設置工事および目視観察は、検査対象部分に接近しやすくする足場を組み上げて行う必要があったり、作業員に熟練を要求する煩雑な作業を要求するものであった。 Conventionally, for example, inspection of concrete cracks in a tunnel has been performed mainly by a method in which an operator walks in a tunnel or moves with an aerial work vehicle and conducts an inspection by visual observation. Also, regarding the presence or absence of crack growth that was discovered, install a crack gauge, strain gauge, or π-type displacement meter across the cracked portion, and read the crack width value detected by these sensors and instruments. It may be judged by recording and calculating changes in cracks. The installation work and visual observation of sensors and instruments used for these inspection work must be performed by assembling a scaffold that makes it easy to approach the part to be inspected, and requires complicated work that requires skilled workers. there were.
なお、最近では、CCDビデオカメラによりコンクリート表面を撮影し画像処理によりひび割れを測定する手法や、コンクリート表面にレーザ光を照射し反射光を検出してひび割れを認識する手法なども開発されているが、これら手法はいずれも、高価な測定機器を使って複雑な処理をするため、現場の作業者が簡単に操作できるものとなっていない。
なお、コンクリートのひび割れ検査は、トンネルばかりでなく、橋梁の床版や橋脚など、各種のコンクリート構造物において、同様に実施されている。
このように、コンクリート構造物を適切に予防保全するために、コンクリートのひび割れを対象とする実施容易なモニタリング技術が求められている。特に、コンクリート構造物に発生したひび割れをモニタリングして、剥落等の重大な事故に発展するか否かを判断できるデータを収集するために使う簡便なセンサが求められている。
Recently, a method has been developed in which a concrete surface is photographed with a CCD video camera and cracks are measured by image processing, and a method in which the concrete surface is irradiated with laser light to detect reflected light and recognize cracks. However, none of these methods can be easily operated by an on-site worker because complicated processing is performed using an expensive measuring instrument.
In addition, concrete crack inspection is performed not only on tunnels but also on various concrete structures such as bridge decks and piers.
Thus, in order to appropriately preventively maintain a concrete structure, an easy-to-implement monitoring technique for concrete cracks is required. In particular, there is a need for a simple sensor that can be used to collect data that can be used to monitor cracks generated in concrete structures and determine whether or not a serious accident such as peeling occurs.
コンクリートのひび割れセンサとして、特許文献1に、トンネル内の壁面に発生した複数のひび割れを順次に跨ぐようにして光ファイバを貼り付け、ひび割れの拡大に伴って発生する光ファイバの歪みに応じて光ファイバの端部に表れる信号を受信し演算処理して、ひび割れの進行状況を感知するようにした遠隔監視システムが開示されている。特許文献1に開示された遠隔監視システムでは、光ファイバの始端部にたとえば光ファイバ損失分布測定器や歪み分布測定器などを接続して、光ファイバ内の任意の位置における歪みを測定し、予め対応づけておいた歪み変化量とひび割れ幅変化量の関係を使って、ひび割れの成長量を推定する。
As a concrete crack sensor, an optical fiber is attached to
特許文献1に開示された遠隔監視システムは、コンクリートのひび割れの成長を監視するために、光ファイバをひび割れ部分に装着する精密な現場工事と施工後の光ファイバの姿勢保持を必要とし、また、高度な計測器を必要とする。また、観察期間中に新しくひび割れが発現した場合などには、新しいひび割れを監視対象に含ませるためのセンサ再施工が容易でない。
The remote monitoring system disclosed in
さらに、特許文献2には、黒鉛粉末と炭素繊維等の短繊維を分散させた棒状のセメント硬化体を検知対象のコンクリートに埋め込んで、セメント硬化体の端部間の抵抗値を測定することにより検知対象のコンクリートのひび割れ状態を推定するセンサが開示されている。特許文献2により開示されたセメント硬化体の両端間抵抗値を計測する方法は、常時あるいは適宜モニタすることができるが、予めセメント硬化体を埋め込んだ部分におけるひび割れ状態しか検知しない。また、ひび割れによりセメント硬化体が切断された後は測定信号が得られないので、ひび割れの成長を検知しようとする場合には適用できない。
Further, in
また、特許文献3には、コンクリート構造物の表面に貼り付けるとコンクリートひび割れの拡大に追従して伸びるゴム板上に複数の金属板を配列したもので、検知したいひび割れの幅に応じて金属板をオーバーラップさせて配置したセンサが開示されている。コンクリートのひび割れが金属板のオーバーラップ幅より大きくなると金属板を通る検出用電気回路が切断されるので、所定幅以上に成長したひび割れを検知することができる。ただし、特許文献3に開示されたセンサは、監視対象のひび割れが所定幅以上に発達したときに報知するが、その幅に達する前には特別な信号を提供しないので、途中の状況を把握することが難しい。
Further, in
コンクリートのひび割れは、従来方法により検出し監視することができる。しかし、作業員による目視観察では、ひび割れを経時的に観察するためたびたび高所作業車などを使ってひび割れ部分に直接アクセスする必要があり、測定のための負担が大きい。また、π型ゲージなどの変位計を設置してひび割れ幅を電気計測する方法では、ひび割れ毎に比較的高価なセンサを設置するため測定費用が膨大なものになる。また、センサを精密に設置する作業もコストが掛かる。さらに、CCDカメラなどで取得した画像を画像処理してひび割れおよびひび割れ幅を算定する方法では、高価な測定機器を使用して専門家により解析する必要があるので、簡単に利用することができない。 Concrete cracks can be detected and monitored by conventional methods. However, in the visual observation by the worker, it is necessary to directly access the cracked part using an aerial work vehicle or the like in order to observe the crack over time, and the burden for measurement is large. Further, in the method of electrically measuring the crack width by installing a displacement meter such as a π-type gauge, a relatively expensive sensor is installed for each crack, so that the measurement cost becomes enormous. In addition, the work of precisely installing the sensor is costly. Furthermore, the method of calculating the crack and crack width by image processing an image acquired with a CCD camera or the like requires analysis by an expert using an expensive measuring instrument, and thus cannot be easily used.
ところで、本発明に係る発明者らは、従前からコンクリート構造物の補強工法を開発してきたが、その開発過程において、ある種の繊維含有プラスチックが過剰な引張り力により延伸するときに、延伸部分が白化することを見出した。この繊維含有プラスチックの板をコンクリート表面に貼付したときに、コンクリート補強機能は弱いけれど、コンクリートひび割れが成長して繊維含有プラスチックに引張り応力が働くと繊維含有プラスチックが白化して、コンクリートのひび割れ状態を表示するようになる。このときの繊維含有プラスチックの白化部分は、コンクリートひび割れ幅の増加量より大きくなる。 By the way, the inventors of the present invention have developed a concrete structure reinforcement method for some time, but in the development process, when a certain kind of fiber-containing plastic is stretched by an excessive tensile force, the stretched portion is Found that it whitens. When this fiber-containing plastic plate is affixed to the concrete surface, the concrete reinforcement function is weak. It will be displayed. The whitened portion of the fiber-containing plastic at this time becomes larger than the increase amount of the concrete crack width.
そこで、本発明が解決しようとする課題は、このような繊維含有プラスチックの白化現象を利用することにより、ひび割れの部分に簡単に取り付けられて、また、センサ周りに足場などを組むこと無く、巡回点検のおりに、アクセス容易なら目視でまた離れたところからなら双眼鏡などを用いて、誰でも簡単に白化状態を観測してひび割れの状態を推定することができるような、取り扱いが簡単で安価なコンクリートひび割れセンサを提供することである。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is that it is easily attached to the cracked part by utilizing the whitening phenomenon of the fiber-containing plastic, and it is possible to circulate without forming a scaffold around the sensor. Easy and inexpensive to handle so that anyone can easily observe the whitening state and estimate the cracking state by visually checking if it is easy to access and using binoculars etc. It is to provide a concrete crack sensor.
上記課題を解決するため、本発明のコンクリートひび割れセンサは、マトリックス樹脂にシート状繊維を浸潤させて形成した繊維含有プラスチックプレートと接着材で構成され、接着材で繊維含有プラスチックプレートをコンクリートのひび割れを跨ぐように貼付して、その後のひび割れの成長を検出するもので、コンクリートのひび割れ幅の拡大に対応して生じる繊維含有プラスチックプレートの白化部分に基づいてコンクリートひび割れの拡大状態を推定することができるようになっている。 In order to solve the above-mentioned problems, the concrete crack sensor of the present invention is composed of a fiber-containing plastic plate formed by infiltrating a sheet-like fiber into a matrix resin and an adhesive, and the fiber-containing plastic plate is bonded to the concrete with an adhesive. Attached so as to straddle and detect the growth of subsequent cracks, and it is possible to estimate the expansion state of concrete cracks based on the whitened portion of the fiber-containing plastic plate generated corresponding to the expansion of the crack width of the concrete It is like that.
本発明のコンクリートひび割れセンサは、繊維含有プラスチックプレートをコンクリート構造物の表面に発生したひび割れを跨ぐように貼付しておくと、その後、ひび割れ幅が拡大したときに拡大量に応じてセンサの白化部分の面積が増大するので、白化部分の大きさを観察して、記録しておいた前の観測値と比較することにより、コンクリートひび割れの成長を検知することができる。
なお、ここで、繊維含有プラスチックプレートをコンクリート構造物の表面に発生したひび割れを跨ぐように貼付するとは、すなわち、ひび割れを挟むコンクリート構造物表面同士を繋ぐように繊維含有プラスチックプレートを貼付することである。本発明のコンクリートひび割れセンサは、対象とするひび割れ部分に貼付するときに、ひび割れ部分に接着材が付着したりひび割れ内部に接着材がはみ出ていたりしても、機能上に差し障りがない。
In the concrete crack sensor of the present invention, when the fiber-containing plastic plate is pasted so as to straddle the crack generated on the surface of the concrete structure, the whitening portion of the sensor according to the amount of expansion when the crack width is expanded thereafter. Therefore, the growth of concrete cracks can be detected by observing the size of the whitened portion and comparing it with the previous observed value recorded.
Note that here, the fiber-containing plastic plate is pasted so as to straddle the cracks generated on the surface of the concrete structure, that is, the fiber-containing plastic plate is pasted so as to connect the concrete structure surfaces sandwiching the cracks. is there. When the concrete crack sensor of the present invention is applied to a target cracked part, even if the adhesive adheres to the cracked part or the adhesive protrudes inside the cracked part, there is no problem in function.
本発明のコンクリートひび割れセンサにおける繊維含有プラスチックプレートの白化部分は顕著であるから、離れたところからでも双眼鏡などを使って観察することができる。したがって、ひび割れ位置に直接アクセスしてセンサを貼付した後は、離れたところから白化部分の面積を観察し、過去の記録と比較することで、ひび割れの成長の如何を知ることができる。このように、コンクリートひび割れ成長の監視作業は、ひび割れが手の届かないところにある場合でも足場などを使わずに地上から、特殊な技能持たない作業員が簡単に行うことができる。 Since the whitened portion of the fiber-containing plastic plate in the concrete crack sensor of the present invention is prominent, it can be observed from a distance using binoculars or the like. Therefore, after attaching the sensor by directly accessing the crack position, the area of the whitened portion is observed from a distance and compared with the past records, so that it is possible to know whether the crack has grown. In this way, monitoring of concrete crack growth can be easily performed by workers who do not have special skills from the ground without using a scaffold or the like, even when the cracks are out of reach.
白化現象には、センサとなる繊維含有プラスチックプレート自体が白化する基材内白化現象と、コンクリート表面と接着材の接着面が剥離して白化する接着面白化現象の2つの現象が観察される。
基材内白化現象では、白化部分は含有されるシート状繊維を伝わって拡大し、白化部分の面積はひび割れ幅の拡大量と対応して増大する。センサの白化は、センサに閾値を超えた引張り応力が作用するとシート状繊維とマトリックス樹脂の伸びに差が出ることにより部分的に剥離し、シート状繊維とマトリックス樹脂の境界部分にできる剥離面、細かい傷、破砕面などで光が乱反射して白色を呈するようになることが原因と考えられる。
また、接着面白化現象は、コンクリート表面に繊維含有プラスチックプレートを接着材で貼付したときに、コンクリートに生じたひび割れが拡大すると、接着材とコンクリートの接着面が剥離することにより白色を呈する現象である。接着面白化現象でも、接着面が剥離した白化部分の面積がひび割れの拡大につれて増大する。なお、本明細書において、白化とはプレート色が白く変化することであるが、白濁する場合も含むものとする。
In the whitening phenomenon, two phenomena are observed: a whitening phenomenon in the base material in which the fiber-containing plastic plate itself serving as a sensor is whitened, and an adhesive whitening phenomenon in which the concrete surface and the adhesive surface of the adhesive are separated and whitened.
In the in-substrate whitening phenomenon, the whitened portion expands along the contained sheet-like fibers, and the area of the whitened portion increases corresponding to the amount of expansion of the crack width. Whitening of the sensor is partly peeled due to the difference in elongation between the sheet-like fiber and the matrix resin when a tensile stress exceeding the threshold is applied to the sensor, and a peeling surface formed at the boundary part between the sheet-like fiber and the matrix resin, It is thought that the cause is that light is irregularly reflected by a fine scratch, a crushed surface, etc., and becomes white.
In addition, the whitening phenomenon of the adhesive surface is a phenomenon in which when the fiber-containing plastic plate is affixed to the concrete surface with an adhesive, the cracks generated in the concrete expand and the adhesive surface of the adhesive and the concrete exfoliates and becomes white. is there. Even in the adhesive whitening phenomenon, the area of the whitened portion where the adhesive surface peeled increases as the cracks expand. In this specification, whitening means that the plate color changes to white, but it also includes the case where it becomes cloudy.
センサの白化は、繊維含有プラスチックプレートの構成や接着材の組成により、いずれかの現象がより強く発現することがある。また、上記2つの現象が同時に発生することにより白化が生じることもある。いずれを原因とする白化現象も、ひび割れ幅の増大に伴って白化面積が増大するので、センサを貼付した後のコンクリートひび割れの成長を検出するために利用することができる。また、ひび割れを跨ぐ所定の部分は接着材により接着させず、繊維強化プラスチックプレート両端部を接着固定させる場合は、FRPプレート自体が白化することによりひび割れを検出する。 The phenomenon of sensor whitening may be more strongly manifested depending on the configuration of the fiber-containing plastic plate and the composition of the adhesive. In addition, whitening may occur due to the simultaneous occurrence of the above two phenomena. The whitening phenomenon caused by any of them can be used to detect the growth of concrete cracks after the sensor is attached because the whitening area increases as the crack width increases. In addition, when a predetermined portion straddling the crack is not bonded by an adhesive and both ends of the fiber reinforced plastic plate are bonded and fixed, the crack is detected by whitening of the FRP plate itself.
本発明のコンクリートひび割れセンサでは、マトリックス樹脂が不飽和ポリエステル(UP)で、シート状繊維がガラス繊維であると、コンクリートひび割れの拡大を安定的に検知することができる。なお、マトリックス樹脂としては、UP樹脂の他にメタクリル酸メチル(MMA)樹脂、エポキシ(EP)樹脂、ビニルエステル(VE)樹脂などが例示される。
また、接着材は破断伸びが大きいMMA樹脂であることが好ましい。コンクリートひび割れの幅が拡大したときに、ひび割れを跨いで貼付された繊維含有プラスチックプレートのマトリックス樹脂と繊維に応力を良く伝えて、白化部分面積を増大させる。接着材は、ひび割れ幅が拡大したときに繊維含有プラスチックプレートが局所的な伸びで破断しないように、ひび割れ幅変化による変位を緩和して繊維含有プラスチックプレートに伝達する。コンクリートひび割れ幅はひび割れ部分に貼付した繊維含有プラスチックプレートにおける局所的な変形率を大きくするので、接着材の破断伸びは60%など繊維含有プラスチックプレート基板の破断伸びより大きな値にすることが好ましい。
In the concrete crack sensor of the present invention, when the matrix resin is unsaturated polyester (UP) and the sheet-like fiber is glass fiber, the expansion of the concrete crack can be detected stably. Examples of the matrix resin include methyl methacrylate (MMA) resin, epoxy (EP) resin, vinyl ester (VE) resin and the like in addition to the UP resin.
Further, the adhesive is preferably MMA resin having a large elongation at break. When the width of the concrete crack is expanded, the stress is well transmitted to the matrix resin and the fibers of the fiber-containing plastic plate pasted over the crack to increase the whitened portion area. The adhesive relaxes the displacement due to the crack width change and transmits it to the fiber-containing plastic plate so that the fiber-containing plastic plate does not break due to local elongation when the crack width increases. Since the concrete crack width increases the local deformation rate in the fiber-containing plastic plate attached to the cracked portion, the breaking elongation of the adhesive is preferably set to a value larger than the breaking elongation of the fiber-containing plastic plate substrate, such as 60%.
このように、ガラス繊維含有不飽和ポリエステル樹脂製のプラスチックプレートをメタクリル酸メチル樹脂でコンクリートひび割れ部に貼付して利用する、コンクリートひび割れセンサは、センサ自体が白化する基材内白化現象に基づいたコンクリートひび割れ拡大の検出について、感度が高い。
なお、繊維含有プラスチックプレートの基材は、引張り弾性率が2〜6GPaの範囲にあり、引張り強度が28〜68MPaの範囲にあり、破断伸びが9〜11%の範囲にあることが好ましく、前述のUP樹脂、MMA樹脂、EP樹脂、VE樹脂の種類を選択することで、上記範囲の基材とすることが好ましい。
As described above, a concrete crack sensor using a plastic plate made of unsaturated polyester resin containing glass fiber and stuck to a concrete crack portion with methyl methacrylate resin is a concrete based on the whitening phenomenon in the base material that the sensor itself whitens. High sensitivity for detection of crack expansion.
The base material of the fiber-containing plastic plate preferably has a tensile modulus in the range of 2 to 6 GPa, a tensile strength in the range of 28 to 68 MPa, and a breaking elongation in the range of 9 to 11%. By selecting the type of UP resin, MMA resin, EP resin, and VE resin, it is preferable to make the substrate in the above range.
シート状繊維は、例えば連続繊維からなる複数本のガラス繊維の繊維方向をセンサ軸に対して所定の角度傾けて引き揃えてシート状に保形し、連続繊維含有プラスチックプレートがひび割れの上に貼付されたときに、連続繊維の繊維方向(引き揃え方向)がひび割れと交差するようにすることが好ましい。基材内白化現象は白化部分が連続繊維に沿って拡大するので、連続繊維の繊維方向がひび割れを横切るようになっていると、ひび割れ幅が拡大したときに白化部分が連続繊維を伝わって連続繊維含有プラスチックプレートの端部に向かって広がり、ひび割れ幅の増加を強調して表示することができる。 Sheet-like fibers are, for example, a plurality of glass fibers made of continuous fibers that are aligned at a predetermined angle with respect to the sensor axis and held in a sheet shape, and a continuous fiber-containing plastic plate is stuck on the crack. When it is done, it is preferable that the fiber direction (alignment direction) of the continuous fiber intersects with the crack. The whitening phenomenon in the base material expands along the continuous fibers, so if the fiber direction of the continuous fibers crosses the cracks, the whitened parts continue to travel along the continuous fibers when the crack width increases. It spreads toward the end of the fiber-containing plastic plate and can be displayed with emphasis on an increase in crack width.
繊維含有プラスチックプレートの厚みは、0.3〜1.5mm程度であることが好ましい。繊維含有プラスチックプレートに含まれるマトリックス樹脂が過大であっても材料が無駄であるばかりでなく、検出感度が低下する可能性があり、また、可撓性が無くなるため取扱い性が低下する。また、マトリックス樹脂が少なすぎるときには樹脂と繊維の歪み差が小さくなって樹脂と繊維の間が剥離しにくかったり剥離する前に破断したりして、白化現象が生じにくくなるおそれがある。 The thickness of the fiber-containing plastic plate is preferably about 0.3 to 1.5 mm. Even if the matrix resin contained in the fiber-containing plastic plate is excessive, not only the material is wasted, but also the detection sensitivity may be lowered, and the handleability is lowered because flexibility is lost. Further, when the amount of the matrix resin is too small, the difference in strain between the resin and the fiber becomes small, and the resin and the fiber are difficult to peel off or break before being peeled off, which may make it difficult for the whitening phenomenon to occur.
また、コンクリート表面の色と繊維含有プラスチックプレートの色が近似していると、測定者がセンサを見逃したり、変色部分の面積を正確に測定しにくかったりするので、マトリックス樹脂に着色材を混合して適宜の色彩を付与して、簡単に見逃さずに観察できるようにすることができる。なお、マトリックス樹脂に埋もれた繊維の周りに生じる白化現象を観察できるように、マトリックス樹脂は透明もしくは半透明の状態を保持したまま着色することが求められる。 In addition, if the color of the concrete surface is close to the color of the fiber-containing plastic plate, it is difficult for the measurer to miss the sensor or to accurately measure the area of the discolored part. Thus, an appropriate color can be given so that observation can be easily performed without missing. The matrix resin is required to be colored while maintaining a transparent or translucent state so that the whitening phenomenon occurring around the fibers buried in the matrix resin can be observed.
さらに、センサ表面に目盛りを印刷あるいは貼付しておくことができる。コンクリートひび割れの幅が拡大したときにもセンサ自体の変形は小さくひび割れ幅拡大後の目盛りの誤差は小さいので、目盛りを使って白化部分を測定することにより拡大したひび割れ幅を推定することができる。なお、ひび割れ部分の目盛りが変形しても、センサのうちで変形しない部分に設けられた目盛りを使って白化部分を測定できるので、ひび割れ幅を正確に推定することができる。 Furthermore, a scale can be printed or pasted on the sensor surface. Even when the width of the concrete crack is enlarged, the deformation of the sensor itself is small and the error of the scale after the crack width is widened is small. Therefore, the expanded crack width can be estimated by measuring the whitened portion using the scale. Even if the scale of the cracked portion is deformed, the whitened portion can be measured using the scale provided on the portion of the sensor that is not deformed, so that the crack width can be accurately estimated.
本発明のコンクリートひび割れセンサでは、センサをコンクリート表面に貼付するための接着材は、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂などのいずれかであることが好ましい。また、接着面の剥離を原因とする接着面白化現象も一緒に利用する場合には、上記いずれかの透明あるいは半透明の接着材を用いて接着した場合に繊維含有プラスチックプレートを透して白化現象を観察できるので、より感度良くコンクリートひび割れ幅の拡大を検出することができる。 In the concrete crack sensor of the present invention, the adhesive for attaching the sensor to the concrete surface is preferably any one of acrylic resin, polyester resin, urethane resin, epoxy resin, vinyl ester resin and the like. In addition, when using the adhesive whitening phenomenon caused by the peeling of the adhesive surface, whitening occurs through the fiber-containing plastic plate when bonded using any of the above transparent or translucent adhesives. Since the phenomenon can be observed, the expansion of the concrete crack width can be detected with higher sensitivity.
本発明のコンクリートひび割れセンサは、ひび割れを跨ぐように配置し適宜な接着材を使って貼付すると、その後は、適宜な時間経過後に白化部分の面積を測定して記録することにより利用することができる。測定の結果、以前の記録と比較して白化部分の面積が所定量より増大した場合は、そのひび割れが成長しているので、ひび割れ部分が剥落あるいは崩落などの危険な状況を発現しうると見なして、適切な予防的管理をすることができる。 The concrete crack sensor of the present invention can be used by measuring and recording the area of the whitened portion after a lapse of an appropriate time after being placed so as to straddle the crack and pasted using an appropriate adhesive. . As a result of the measurement, if the area of the whitened portion is larger than the predetermined amount compared to the previous record, the crack is growing, so it is considered that the cracked portion can express a dangerous situation such as peeling or collapse. Appropriate preventive management.
本発明のコンクリートひび割れセンサの製造コストは比較的小さく、センサの貼付は接着材で簡単にすることができ、また、ひび割れ幅の拡大を反映して変化するセンサの白化部分面積は、足場や高所作業車など特殊な施設を用いることなく、また離れたところからも双眼鏡などを用いて測定することができるため、普通の作業員による定期的な巡回監視などによって計測を行うことができる。 The manufacturing cost of the concrete crack sensor of the present invention is relatively small, and the sticking of the sensor can be simplified with an adhesive, and the area of the whitened portion of the sensor that changes reflecting the expansion of the crack width can be scaffolding or high. Measurements can be performed by using regular binoculars or the like without using a special facility such as a work station, or by a regular patrol monitoring by an ordinary worker.
このように、本発明のコンクリートひび割れセンサを用いることにより、低価格なセンサをひび割れ部分に簡単にセットして、通常の作業員が簡単に観察することによって、的確なひび割れ監視を実施することができる。 In this way, by using the concrete crack sensor of the present invention, it is possible to easily set a low-cost sensor in the cracked part and to perform accurate crack monitoring by easily observing by a normal worker. it can.
以下、実施例を用いて本発明のコンクリートひび割れセンサについて詳細に説明する。
図1から図8は、本発明の第1実施例のコンクリートひび割れセンサに係る図面、図9と図10は、本実施例のコンクリートひび割れセンサの性能について説明する表、図11と図12は、本発明の第2実施例に係るコンクリートひび割れセンサに係る図面である。
Hereinafter, the concrete crack sensor of the present invention will be described in detail using examples.
1 to FIG. 8 are drawings related to the concrete crack sensor of the first embodiment of the present invention, FIG. 9 and FIG. 10 are tables for explaining the performance of the concrete crack sensor of the present embodiment, FIG. 11 and FIG. 6 is a diagram of a concrete crack sensor according to a second embodiment of the present invention.
図1は、本発明に係る第1実施例のコンクリートひび割れセンサの適用状況を説明する側面断面図、図2は、第1実施例のコンクリートひび割れセンサを適用している状態を示す平面図である。
本発明の第1実施例のコンクリートひび割れセンサは、図1および図2に示すように、繊維含有プラスチックプレート1をコンクリート構造物2の監視したいひび割れ3を跨ぐように接着材4で貼付して使用する。第1実施例のセンサは、コンクリート構造物2のひび割れ3の幅が拡大するとコンクリートひび割れセンサを構成する繊維含有プラスチックプレート1の基材中の白化部分が拡大する現象すなわち基材内白化現象を利用する。
FIG. 1 is a side sectional view for explaining an application situation of a concrete crack sensor of a first embodiment according to the present invention, and FIG. 2 is a plan view showing a state in which the concrete crack sensor of the first embodiment is applied. .
The concrete crack sensor of the first embodiment of the present invention is used by sticking the fiber-containing
繊維含有プラスチックプレート1は、ガラス繊維5をマトリックス樹脂6に含浸させて形成したもので、0.5〜1.5mm程度の厚さを有し、長方形のカード状をなしている。なお、形状は長方形に限定されるものではなく、ダンベル形状等の異形状であってもよい。また、カードの大きさは、名刺大、はがき大、切手大など、対象に適した寸法を適宜に選択することができる。
The fiber-containing
複数本の連続繊維からなるガラス繊維5は、繊維含有プラスチックプレート1の軸方向に対して45°傾いて引き揃えられることが好ましい。また、ガラス繊維5の層が複数あって、連続繊維が相互に直交して繊維方向が繊維含有プラスチックプレート1の軸に対して±45°になるように配置され、それぞれの層が、例えばポリエステル糸、ナイロン糸、ガラス糸などのステッチ糸にてシート状に保形されることが好ましい。なお、繊維方向は、繊維含有プラスチックプレート1の軸に対して45°になるように配置された場合に、ひび割れの拡大に対する白化部分面積の増大率が大きいと評価されるが、たとえば30〜60°など、適宜の傾きを有すればセンサとしての機能を果たし得ることは言うまでもない。
The
なお、図示しないが、繊維含有プラスチックプレート1の表面には、センサ軸の方向に距離目盛りを印刷しておいても良い。距離目盛りは、白化現象による白化面積の増大を目視で計測する際に、白化部分の増加量を測る目安に利用することができる。なお、距離目盛りは、繊維含有プラスチックプレート1の表面に印刷されていれば、ひび割れ幅が変化するときに、伸びて不正確になるおそれがあるが、ひび割れ以外のコンクリート面に貼付された変形しない部分を利用することで十分効用がある。
Although not shown, a distance scale may be printed on the surface of the fiber-containing
図3は、コンクリートひび割れセンサの繊維含有プラスチックプレート1を、検知対象とするコンクリートひび割れ3に適用した状態を示す斜視図で、図3(a)は、繊維含有プラスチックプレート1を観察対象とするひび割れ3に貼付した状態を示し、図3(b)は観察対象となるひび割れ3が発達してひび割れ幅が拡大した場合について、繊維含有プラスチックプレート1内部に観察される白化部分の現れ方の例を示す。
FIG. 3 is a perspective view showing a state in which the fiber-containing
コンクリート構造物2のひび割れ3を跨いで貼付された繊維含有プラスチックプレート1は、ひび割れ3の幅が広がり接着材4を介して繊維含有プラスチックプレート1に所定以上の引張り応力が印加されると、ひび割れ3を挟んで白化部分11を出現させる。
ガラス繊維5にマトリックス樹脂6を浸潤させて固化し平板に形成した繊維含有プラスチックプレート1は、そのままでは光線が透過して透明に見える。ところが、繊維含有プラスチックプレート1に所定以上の引張り応力が印加されると、ガラス繊維5とマトリックス樹脂6の弾性率が異なるため歪み量に差が生じて境界面が剥離する。すると、入射する光線が境界部分で乱反射して不透明になり白色を呈するようになって、白化する。白化現象は、所定の値を超えた応力が掛かるとガラス繊維5に沿って進行し、白化した部分は元に戻らない。
When the fiber-containing
The fiber-containing
図4と図5は、第1実施例のコンクリートひび割れセンサの白化現象を説明する図面である。
図4に示す繊維含有プラスチックプレート1は、センサ軸に対して45°傾いた複数本の連続繊維からなるガラス繊維5を互いに直交するように±45°に引き揃えて透明のマトリックス樹脂6を浸潤させて板状に形成したものである。
作業者は、コンクリート構造物の表面に現れたひび割れ3を観察対象として選ぶと、片面に接着樹脂4を塗った繊維含有プラスチックプレート1を、接着樹脂の面がコンクリート表面に向くようにして、選択したコンクリートひび割れ3を跨ぐように貼付する。
4 and 5 are diagrams for explaining the whitening phenomenon of the concrete crack sensor of the first embodiment.
The fiber-containing
When the operator selects the
コンクリートひび割れ3の上に貼付された繊維含有プラスチックプレート1は、初めは白化部分を有せず透明色あるいは半透明色を呈している。しかし、経時にしたがってひび割れ3が拡大すると、ひび割れ3を挟んでコンクリート表面の変位が生じるので、この変位が接着樹脂4を介して繊維含有プラスチックプレート1に伝搬して、マトリックス樹脂6とガラス繊維5に引張り応力が印加される。引張り応力が印加されると、引張弾性率が異なるガラス繊維5とマトリックス樹脂6の接合面にずれが生じ、接合面で剥がれて断層面や細かい傷を生成するため入射光が乱反射して、いわゆる白化現象が発生する。
The fiber-containing
白化部分11は、繊維含有プラスチックプレート1に埋め込まれたガラス繊維5に沿って筋状に広がる。繊維が±45°に配置されたコンクリートひび割れセンサの繊維含有プラスチックプレート1では、白化部分11は多くがひび割れ3を挟んで対称に広がった蝶形を形成した。さらに、ひび割れ3が参照番号7の点線で示すように拡大するにつれて、白化部分11の面積も参照番号12の点線で示すように拡大する。
したがって、白化部分の面積が以前の値より大きければ、コンクリートひび割れ幅が拡大したと判断できる。
The whitened
Therefore, if the area of the whitened portion is larger than the previous value, it can be determined that the concrete crack width has expanded.
一方、図5に示す繊維含有プラスチックプレート1は、センサ軸に対して45°傾いたガラス繊維5を1方向に配置したものに、マトリックス樹脂6を浸潤させて板状に形成したものである。図4と同じようにコンクリートひび割れ3の上に貼付しておくと、ひび割れ3が発達するにつれて、白化部分11はガラス繊維5に沿って広がり、繊維含有プラスチックプレート1を斜めに横断する帯形を形成した。
さらに、ひび割れ3が参照番号7の点線で示すように拡大するにつれて、白化部分11の面積も参照番号12の点線で示すように拡大するので、図4に示したコンクリートひび割れセンサと同様に、白化部分の面積を比較することにより、コンクリートひび割れ幅の拡大を検知することができる。
On the other hand, the fiber-containing
Further, as the
図6は、ガラス繊維をマトリックス樹脂に浸潤して板状に固めた繊維含有プラスチックプレートについて、引張り試験機にかけて試料を定速で引っ張りながら応力の変化を測定して得た応力歪み線図に、基材内白化現象が生じる位置を表示したグラフである。
図6は、横軸に伸び率をとり縦軸に応力をとった線図で、45°に傾いたガラス繊維を繊維方向が交差するように引き揃え(±45°配置)、MMAをマトリックス樹脂として浸潤させた繊維含有プラスチックプレート(A,B,C)と、ガラス繊維を含まないマトリックス樹脂のみのプラスチックプレート(D)について、基材内白化現象を観測した領域を点線で囲って示してある。
FIG. 6 is a stress strain diagram obtained by measuring a change in stress while pulling a sample at a constant speed with a tensile tester on a fiber-containing plastic plate in which glass fibers are infiltrated into a matrix resin and consolidated into a plate shape. It is the graph which displayed the position where the whitening phenomenon in a base material occurs.
FIG. 6 is a diagram in which the abscissa indicates elongation and the ordinate indicates stress. Glass fibers inclined at 45 ° are aligned so that the fiber directions intersect (± 45 ° arrangement), and MMA is matrix resin. As for the fiber-containing plastic plate (A, B, C) infiltrated as a glass plate and the plastic plate (D) made only of a matrix resin not containing glass fiber, the region in which the whitening phenomenon in the base material is observed is surrounded by a dotted line. .
ガラス繊維を含まないプラスチックプレート(D)では白化現象が発生しなかった。
一方、繊維含有プラスチックプレートは、マトリックス樹脂の量を抑えて0.7mmの厚さにしたもの(A)と、マトリックス樹脂を増やして1.5mmの厚さにしたもの(B)と、ガラス繊維をさらに繊維含有プラスチックプレートの軸方向と直交する方向(ひび割れと平行な方向)に埋め込み、ガラス繊維を3方向に配置してマトリックス樹脂を含浸させて厚さを2.0mmにしたもの(C)について、基材内白化現象を確認している。
この結果、薄いガラス繊維含有プラスチックプレート(A)では弾性限界を超えて伸び率が2〜3%になるあたりで白化すること、厚いガラス繊維含有プラスチックプレート(B,C)では弾性変化中の伸び率が1%程度で白化することが分かった。
The whitening phenomenon did not occur in the plastic plate (D) containing no glass fiber.
On the other hand, the fiber-containing plastic plate has a thickness of 0.7 mm by suppressing the amount of the matrix resin (A), a thickness of 1.5 mm by increasing the matrix resin (B), and glass fiber. Is further embedded in a direction perpendicular to the axial direction of the fiber-containing plastic plate (direction parallel to the cracks), glass fibers are arranged in three directions and impregnated with a matrix resin to a thickness of 2.0 mm (C) The whitening phenomenon in the base material is confirmed.
As a result, the thin glass fiber-containing plastic plate (A) is whitened when the elongation exceeds the elastic limit by 2 to 3%, and the thick glass fiber-containing plastic plate (B, C) is elastically changing It was found that whitening occurred at a rate of about 1%.
したがって、ガラス繊維を含有しないプラスチックプレートでは基材内白化現象を利用したひび割れセンサを構成しない。また、ガラス繊維含有プラスチックプレート(A,B,C)は基材内白化現象を利用したひび割れセンサを構成することができるが、基材内白化現象が弾性限界を超えて安定した領域で生じる薄いガラス繊維含有プラスチックプレート(A)のほうが、厚いガラス繊維含有プラスチックプレート(B,C)より基材内白化現象が安定的に発現すると考えられる。 Therefore, a plastic plate that does not contain glass fiber does not constitute a crack sensor that utilizes the whitening phenomenon in the substrate. Further, the glass fiber-containing plastic plate (A, B, C) can constitute a crack sensor using the whitening phenomenon in the substrate, but the thinning phenomenon in which the whitening phenomenon in the substrate exceeds the elastic limit and is stable. The glass fiber-containing plastic plate (A) is considered to exhibit the whitening phenomenon in the substrate more stably than the thick glass fiber-containing plastic plate (B, C).
図7と図8は、繊維含有プラスチックプレートと接着樹脂を組み合わせたコンクリートひび割れセンサ試料について、実験により得られたひび割れ幅の拡大と白化部分の面積の関係を示すグラフである。図は、横軸にひび割れ幅、縦軸に白化部分面積をとっている。
実験は、2つのコンクリートブロックを突き合わせて、その側面に突き合わせ面を跨いで繊維含有プラスチックプレートを接着樹脂で貼付し、引張試験機にかけてコンクリートブロックを所定間隔ずつ引き離しては繊維含有プラスチックプレートの白化状態や破断、剥離の様子を観察する方法で行った。
FIG. 7 and FIG. 8 are graphs showing the relationship between the expansion of the crack width and the area of the whitened portion obtained by experiments for a concrete crack sensor sample in which a fiber-containing plastic plate and an adhesive resin are combined. In the figure, the horizontal axis represents the crack width and the vertical axis represents the whitened area.
In the experiment, two concrete blocks were butted together, and the fiber-containing plastic plate was attached to the side with the adhesive resin across the butted surface. Or by observing the state of breakage and peeling.
図7と図8に白化特性を示した繊維含有プラスチックプレートは、それぞれ試験番号8と試験番号7の試料であって、ガラス繊維を±45°に配置してマトリックス樹脂として不飽和ポリエステル(UP)を染み込ませて0.5mm厚、30mm幅、250mm長の板状にしたもので、いずれも実験の結果センサとして利用できる性能を呈したものである。繊維含有プラスチックプレートは、コンクリート表面にメタクリル酸メチル(MMA)樹脂で接着した。図7の試験番号8ではコンクリート表面にプライマを使用していないのに対して、図8の試験番号7ではプライマを使用して接着しているところが異なる。
The fiber-containing plastic plates whose whitening characteristics are shown in FIG. 7 and FIG. 8 are samples of
図7と図8によれば、ひび割れセンサを貼付した状態ではひび割れが僅かに拡大するだけで白化部分面積が大きく増加する初期現象があるが、この初期現象を除くと、ひび割れ幅が拡大するにつれて白化部分面積がほぼ一定の割合で増大していることが分かる。たとえば、図7ではひび割れ幅が拡大する間に白化部分の面積がほぼ330mm2/mmの割合(白化部分拡大面積2000mm2/ひび割れ拡大幅6mm)で増大することが期待される。また、図8においても同様に、ひび割れ幅が拡大する間に白化部分の面積がほぼ330mm2/mmの割合で増大することが期待される。
According to FIG. 7 and FIG. 8, there is an initial phenomenon in which the area of whitening increases greatly when the crack sensor is affixed with only a slight expansion of the crack, but when this initial phenomenon is excluded, the crack width increases. It can be seen that the whitened area increases at a substantially constant rate. For example, in FIG. 7, the area of the whitened portion is expected to increase at a rate of approximately 330 mm 2 / mm (whitened portion expanded
したがって、本実施例の繊維含有プラスチックプレート1を適用することにより、適宜の期間をおいて測定した白化部分の面積増大量から、その期間中のひび割れ拡大量を大まかに評価することができる。少なくとも、ひび割れ幅が大きく拡大した場合は、白化部分面積がそれなりに増大するので、白化面積増加量を評価することによりひび割れの成長を検知することができる。
Therefore, by applying the fiber-containing
白化部分は顕著であって、測定対象のコンクリートひび割れ部分に適用した繊維含有プラスチックプレートに直接アクセスしなくても、離れたところからも双眼鏡などを使って観察して評価することができる。したがって、ひび割れ評価のためにセンサにアクセスするための足場を準備したりする必要が無く、日常的な保守点検作業の一貫として普通の作業者が簡単に測定することができる。また、繊維含有プラスチックプレートは、材料費も安く加工も簡単で、安価に供給を受けることができる。 The whitened portion is prominent and can be evaluated by observing from a distance using binoculars or the like without directly accessing the fiber-containing plastic plate applied to the concrete crack portion to be measured. Therefore, it is not necessary to prepare a scaffold for accessing the sensor for crack evaluation, and an ordinary worker can easily perform measurement as part of daily maintenance and inspection work. In addition, the fiber-containing plastic plate is low in material cost, easy to process, and can be supplied at low cost.
(本実施例のセンサ評価)
図9と図10は、いくつかの材料を組み合わせて構成したいくつかのプラスチックプレートについてセンサ性能を評価した結果を示す表である。センサ性能の評価に基づいて取捨選択し、本発明のコンクリートひび割れセンサを選定することができた。
図9は、実験対象とした試料の特性とセンサとしての評価結果を表す表である。表は、コンクリートひび割れセンサとして使う、繊維含有プラスチックプレートの形態・厚み、また、ガラス繊維の方向とマトリックス樹脂の種類、プライマの有無と接着樹脂の種類との組み合わせを変えることにより、各種試料を生成して、各試料について2つのコンクリートブロックを突き合わせた側面に貼付して、コンクリートブロックの突き合わせ面を引き離していって試料の白化現象を観察してセンサ性能を評価した結果を示している。
図9の表は、基材内白化現象について評価したものである。
(Sensor evaluation of this example)
FIG. 9 and FIG. 10 are tables showing the results of evaluating the sensor performance for several plastic plates configured by combining several materials. Based on the evaluation of sensor performance, the concrete crack sensor of the present invention could be selected.
FIG. 9 is a table showing the characteristics of the sample as an experiment target and the evaluation results as a sensor. The table shows various samples generated by changing the combination of the shape and thickness of the fiber-containing plastic plate used as a concrete crack sensor, the direction of the glass fiber and the type of matrix resin, the presence or absence of a primer, and the type of adhesive resin. Then, the results are shown in which the sensor performance is evaluated by pasting the two concrete blocks on the side where each sample is abutted for each sample, separating the abutting surface of the concrete block, and observing the whitening phenomenon of the sample.
The table in FIG. 9 is an evaluation of the in-base whitening phenomenon.
表には、マトリックス樹脂の力学特性と繊維含有プラスチックプレート基板の力学特性、および接着樹脂の伸び特性も記載されている。
評価結果は、各試料について、基材内白化現象を利用したひび割れセンサとして最適に利用できるものから利用不可能なものまで順に、◎、○、△、×の符号を付けて判別し、コメント欄に実験時の状態を記入してある。
The table also describes the mechanical properties of the matrix resin, the mechanical properties of the fiber-containing plastic plate substrate, and the elongation properties of the adhesive resin.
The evaluation results are determined for each sample in order from those that can be optimally used as crack sensors using the whitening phenomenon in the base material to those that cannot be used, with the symbols ◎, ○, △, ×, in the comment field. The state at the time of experiment is filled in.
センサ形状として、繊維束に樹脂を含浸して固化した繊維含有プラスチック板と、マトリックス樹脂に光硬化型樹脂あるいは熱硬化型樹脂などを用いて現場に適用した後で硬化させるプリプレグ板が選択された。繊維含有プラスチックプレートは全て、幅30mm、長さ250mmの長方形に形成した。繊維含有プラスチックプレートの厚さは、0.5mmと0.6mmのものが選択された。ガラス繊維の繊維方向は、センサ軸に対して±45°のものと、90°のものが準備された。 As the sensor shape, a fiber-containing plastic plate in which a fiber bundle was impregnated with resin and solidified, and a prepreg plate to be cured after application in the field using a photocurable resin or a thermosetting resin as a matrix resin were selected. . All the fiber-containing plastic plates were formed in a rectangular shape having a width of 30 mm and a length of 250 mm. The thickness of the fiber-containing plastic plate was selected to be 0.5 mm and 0.6 mm. Glass fibers having fiber directions of ± 45 ° and 90 ° with respect to the sensor axis were prepared.
繊維含有プラスチックプレートのマトリックス樹脂は、メタクリル樹脂(MMA)、不飽和ポリエステル樹脂(UP)、硬い不飽和ポリエステル樹脂(UP(硬))、さらにプリプレグ板用にビニルエステル樹脂(VE)から選択された。
接着樹脂には、MMAとエポキシ樹脂(EP)、プリプレグ板用にVEが選択できるようにした。
また、コンクリート表面にプライマを使用する場合と使用しない場合が選択された。
The matrix resin of the fiber-containing plastic plate was selected from methacrylic resin (MMA), unsaturated polyester resin (UP), hard unsaturated polyester resin (UP (hard)), and vinyl ester resin (VE) for prepreg board. .
MMA and epoxy resin (EP) can be selected as the adhesive resin, and VE can be selected for the prepreg plate.
In addition, the case of using a primer on the concrete surface and the case of not using it were selected.
これらの要素について組成を適宜選択して構成したいくつかのコンクリートひび割れセンサについてセンサ適性を確認する試験を行った。
試験の結果から、基材内白化現象を利用する場合について、試験番号2,7,8の試料がコンクリートひび割れセンサとして利用可能と判定された。
なお、試験番号1,3は、白化現象が目立ちにくいが、条件によってセンサに利用できる可能性がある。他の試料については、それぞれ、変色があっても変化が小さすぎたり、白化現象が発生しないうちに破断したり、白化せずに剥離したり、ひび割れを挟んだ片側のコンクリート表面で剥がれる片端剥がれが生じたりして、良質なセンサとすることができないと判定された。
Tests were conducted to confirm the suitability of several concrete crack sensors constructed by appropriately selecting the composition of these elements.
From the test results, it was determined that the samples of
In Test Nos. 1 and 3, the whitening phenomenon is not noticeable, but it may be used for the sensor depending on the conditions. For the other samples, even if there is discoloration, the change is too small, it breaks before the whitening phenomenon occurs, it peels off without whitening, or it peels off on one side of the concrete surface with cracks in between It was determined that a good quality sensor could not be obtained.
試験番号7,8のものは、±45°のガラス繊維とUPのマトリックス樹脂で形成された繊維含有プラスチックプレートを、MMAで接着するようにしたものである。試験番号8,7の構成は、先の図7,図8に表示したひび割れ幅の増加と白化面積の増加の関係に基づいて、ひび割れ拡大を検知するコンクリートひび割れセンサとして十分に利用できることが裏付けられている。
Test Nos. 7 and 8 are made by adhering a fiber-containing plastic plate formed of ± 45 ° glass fiber and UP matrix resin with MMA. Based on the relationship between the increase in crack width and the increase in whitening area shown in FIGS. 7 and 8 above, the configurations of
試験番号2のものは、±45°のガラス繊維とMMAのマトリックス樹脂で形成された繊維含有プラスチックプレートを、プライマを使わずにMMAで接着するようにしたものである。試験番号7,8のものと比較すると、マトリックス樹脂が異なるため、マトリックス樹脂と基材の引張弾性率差が小さく白化しにくく、また、繊維含有プラスチックプレート基材の引張強度が小さく破断しやすいが、プライマを用いていないため、コンクリート表面との接着力が弱くなり、結果として基材及び樹脂の特性とコンクリート表面との接着力のバランスがとれ、センサ性能が発揮されたものと思われる。 Test No. 2 is a fiber-containing plastic plate formed of ± 45 ° glass fiber and MMA matrix resin, and bonded with MMA without using a primer. Compared with those of Test Nos. 7 and 8, since the matrix resin is different, the difference in tensile elastic modulus between the matrix resin and the base material is small and it is difficult to whiten, and the tensile strength of the fiber-containing plastic plate base material is small and easy to break. Since the primer is not used, the adhesive strength with the concrete surface is weakened. As a result, the characteristics of the base material and the resin and the adhesive strength with the concrete surface are balanced, and the sensor performance seems to be exhibited.
図10はコンクリートひび割れセンサとしての適性とセンサを構成する部材の力学特性との関係を表す表である。表には、先の性能試験において基材内白化現象を評価した結果に基づいて、センサとしての適性の高さをランク順に、◎、○、△、×の符号を付けて判定したそれぞれのランクに属する組み合わせについて、繊維含有プラスチックプレート基材と接着樹脂の力学特性を表示してある。 FIG. 10 is a table showing the relationship between suitability as a concrete crack sensor and the mechanical properties of members constituting the sensor. In the table, based on the results of evaluating the whitening phenomenon in the base material in the previous performance test, the ranks of the high suitability as a sensor were determined by adding the symbols ◎, ○, △, × in order of rank. The mechanical properties of the fiber-containing plastic plate base material and the adhesive resin are displayed for the combinations belonging to.
なお、プリプレグ型の繊維含有プラスチックプレートは、ガラス繊維にUV硬化型樹脂や熱硬化型樹脂を含浸させることにより構成され、対象物に貼り付ける場合はプリプレグ板の未硬化樹脂により接着して硬化させるので、施工が容易であることを利点としてセンサの可能性を検討した。試験の結果、基材内白化現象を利用する場合には、プリプレグ型の繊維含有プラスチックプレートはいずれも芳しい評価を受けなかった。しかし、センサ適性のランク別には、試験番号の欄に括弧に囲って示したプリプレグ型試料のデータも含めてある。 The prepreg type fiber-containing plastic plate is formed by impregnating glass fiber with UV curable resin or thermosetting resin, and when pasted on an object, it is bonded and cured with the uncured resin of the prepreg plate. Therefore, we considered the possibility of the sensor as an advantage that construction is easy. As a result of the test, none of the prepreg type fiber-containing plastic plates received a good evaluation when utilizing the whitening phenomenon in the substrate. However, for each sensor suitability rank, data of a prepreg type sample enclosed in parentheses in the test number column is also included.
図10の表から、センサ適性が高い方の2つのランク(◎、○)とセンサ適性がない方の2つのランク(△、×)では、力学特性の傾向が異なることが読み取れる。
すなわち、センサ適性のある方は、繊維含有プラスチックプレート基材の引張弾性率が2〜6GPa、引張強度が28〜68MPa、破断伸びが9〜11%、接着樹脂の引張弾性率が0.1〜0.2GPa、引張強度が10〜13MPa、破断伸びが60%である。
適性のない方の組み合わせと比較すると、繊維含有プラスチックプレート基材と接着樹脂の引張弾性率と引張強度が小さく、破断伸びが大きい傾向がある。
From the table in FIG. 10, it can be seen that the tendency of the mechanical characteristics is different between the two ranks (◎, ○) having higher sensor suitability and the two ranks (Δ, ×) having no sensor suitability.
That is, the one with sensor suitability is that the tensile modulus of the fiber-containing plastic plate substrate is 2 to 6 GPa, the tensile strength is 28 to 68 MPa, the elongation at break is 9 to 11%, and the tensile modulus of the adhesive resin is 0.1 to 0.1. It is 0.2 GPa, the tensile strength is 10 to 13 MPa, and the elongation at break is 60%.
Compared with the combination having no suitability, the tensile modulus and tensile strength of the fiber-containing plastic plate substrate and the adhesive resin tend to be small and the elongation at break tends to be large.
図9と図10を参照することにより、マトリックス樹脂を不飽和ポリエステル(UP)またはメタクリル酸メチル樹脂(MMA)で、シート状繊維をセンサ軸方向に対して±45°で交差する繊維軸を持ったガラス繊維で構成したコンクリートひび割れセンサであれば、コンクリートひび割れの拡大を安定的に検知することができることが分かる。
また、接着材は破断伸びが大きいMMAであることが好ましい。ただし、マトリックス樹脂にMMAを使用したものでは、基材の特性とコンクリート表面との接着性のバランスに応じてプライマの有無を検討する必要があり、例えば、試験番号1と2においては、基材の力学特性に応じ、プライマを用いることなくコンクリート表面との接着性を低く設定したものが好ましくなっている。
9 and 10, the matrix resin is unsaturated polyester (UP) or methyl methacrylate resin (MMA), and the sheet fiber has a fiber axis that intersects the sensor axis direction at ± 45 °. It can be seen that the expansion of concrete cracks can be detected stably with a concrete crack sensor made of glass fiber.
The adhesive is preferably MMA having a large elongation at break. However, in the case where MMA is used as the matrix resin, it is necessary to examine the presence or absence of a primer according to the balance between the properties of the base material and the adhesiveness to the concrete surface. According to the mechanical properties, those having low adhesion to the concrete surface without using a primer are preferred.
本実施例のコンクリートひび割れセンサは、繊維含有プラスチックプレートをコンクリートひび割れを跨ぐように貼付して使用することにより、コンクリートひび割れの幅が拡大したときに、繊維含有プラスチックプレートのマトリックス樹脂と繊維に応力を伝えて、白化部分面積を増大させることを利用してコンクリートひび割れ幅の拡大を検知することができる。
接着材は、ひび割れ幅が拡大したときに局所的伸び率が増大して繊維含有プラスチックプレートが破断しないように、ひび割れ幅変化による変位を緩和して繊維含有プラスチックプレートに伝達する。接着材の破断伸びは60%など繊維含有プラスチックプレート基板の破断伸び(たとえば8〜12%)より大きな値であることが好ましい。
The concrete crack sensor of this example applies stress to the matrix resin and fibers of the fiber-containing plastic plate when the width of the concrete crack is expanded by using the fiber-containing plastic plate so as to straddle the concrete crack. It is possible to detect the expansion of the concrete crack width by increasing the whitened area.
The adhesive material relaxes the displacement due to the change in crack width and transmits it to the fiber-containing plastic plate so that the local elongation increases when the crack width increases and the fiber-containing plastic plate does not break. It is preferable that the elongation at break of the adhesive is 60% or more, which is a value larger than the elongation at break of the fiber-containing plastic plate substrate (eg, 8 to 12%).
本発明の第2実施例のコンクリートひび割れセンサは、接着面白化現象を利用するものである。
コンクリート構造物のひび割れの幅が拡大すると、繊維含有プラスチックプレートをコンクリート面に接着する接着材がコンクリート表面から徐々に剥離することにより、繊維含有プラスチックプレートの表面から観察される白化部分が拡大する。この白化現象は、基材中の白化部分が拡大する基材内白化現象と異なるので、接着面白化現象と呼んで区別している。
The concrete crack sensor according to the second embodiment of the present invention utilizes an adhesive whitening phenomenon.
When the crack width of the concrete structure is increased, the whitening portion observed from the surface of the fiber-containing plastic plate is expanded by gradually peeling the adhesive that adheres the fiber-containing plastic plate to the concrete surface from the concrete surface. Since this whitening phenomenon is different from the in-base whitening phenomenon in which the whitened portion in the base material expands, it is called an adhesive whitening phenomenon.
図9における試験番号5の構成は、基材内白化現象の発現程度で評価するとセンサ適性が十分でないが、接着面白化現象は顕著に発現するので、接着面白化部分を観察するようにしたコンクリートひび割れセンサとして利用可能と判定することができる。
図11は、第2実施例のコンクリートひび割れセンサ21における接着面白化現象の発生状況を説明する平面図である。
The configuration of
FIG. 11 is a plan view for explaining the occurrence of the adhesion whitening phenomenon in the
第2実施例のコンクリートひび割れセンサ21は、基材内白化現象を抑えて接着面白化現象をより純粋に発現させるため、図9においてガラス繊維の傾きを90°と表示している通り、ガラス繊維の繊維方向をひび割れに対して直交方向に、すなわちセンサ軸に対して平行する方向に、配置してある。
また、繊維含有プラスチックプレートはMMA樹脂をガラス繊維で強化することで基材の引張り強度を360MPa程度と比較的大きくすると共に、コンクリート表面と接着する接着樹脂は破断伸びが約60%と大きいMMA樹脂を使って、ひび割れ拡大に対して、プレート端部の剥がれ等が生じないようにしている。
The
In addition, the fiber-containing plastic plate is made by reinforcing the MMA resin with glass fiber to increase the tensile strength of the base material to a relatively high level of about 360 MPa, and the adhesive resin that adheres to the concrete surface has a large elongation at break of about 60%. Is used to prevent peeling of the end of the plate against crack expansion.
第2実施例のコンクリートひび割れセンサも、第1実施例のセンサと同じく、図1および図2に示すように、繊維含有プラスチックプレート21を監視したいコンクリート構造物のひび割れ3を跨ぐように接着材で貼付して使用する。プライマは使用しないで、コンクリートとの接着面で剥離しやすくしている。
センサを貼付した後、適宜の時間が経過してひび割れ3が発達すると、接着材がコンクリート表面から剥がれて、剥離面で入射光が乱反射して白色に見える白化部分22が観察される。白化部分22は、ひび割れ3とほぼ平行に生成する。さらに、ひび割れ3の幅が参照番号7の点線で示すように拡大すると、接着面白化現象によりさらに剥離面が増加して、当初の白化部分22が参照番号23の点線で示すようにひび割れ3とほぼ平行に拡大する。
Similarly to the sensor of the first embodiment, the concrete crack sensor of the second embodiment is also made of an adhesive so as to straddle the
When the
図12は、試験番号5のコンクリートひび割れセンサ21について、第1実施例で利用した試験により得られた、ひび割れ幅の拡大と繊維含有プラスチックプレートにおける接着面白化現象を呈した白化部分の面積との関係の1例を示すグラフである。図12は、横軸にひび割れ幅、縦軸に接着面白化現象による白化部分面積をとって、両者の関係を表示したものである。
FIG. 12 shows the expansion of the crack width and the area of the whitened portion exhibiting the adhesive whitening phenomenon in the fiber-containing plastic plate obtained by the test used in the first example for the
第2実施例に対する上記試験は、2つのコンクリートブロックを突き合わせて、その側面に接合面を跨ぐようにコンクリートひび割れセンサ21の繊維含有プラスチックプレートを接着樹脂を使って貼付し、コンクリートブロックを所定間隔ずつ引き離してはコンクリートひび割れセンサ21の白化状態を繊維含有プラスチックプレートの層を透して観察するもので、接着面白化現象に起因する白化部分を抽出して、ひび割れ幅の拡大と繊維含有プラスチックプレート21の接着面における白化部分の面積との関係を知るために利用することができる。
In the above test for the second embodiment, two concrete blocks are brought into contact with each other, and a fiber-containing plastic plate of the
図12によれば、ひび割れセンサを貼付したときの初期現象を除くと、たとえば、ひび割れ幅が拡大する間に白化部分の面積がほぼ500mm2/mmの割合で増大することが期待される。
したがって、第1実施例と同様、試験番号5の構成など、本実施例のコンクリートひび割れセンサ21を適用することにより、適宜の期間をおいて測定した白化部分の面積増大量から、所定の期間におけるコンクリートひび割れ3の成長の有無を検知することができる。
According to FIG. 12, excluding the initial phenomenon when the crack sensor is attached, for example, it is expected that the area of the whitened portion increases at a rate of approximately 500 mm 2 / mm while the crack width increases.
Therefore, similarly to the first example, by applying the
なお、第1実施例の構成と第2実施例の構成を混合して、基材内白化現象と接着面白化現象を同時に発現させて、白化部分面積の拡大状況を観察してひび割れの発達状態を感知するコンクリートひび割れセンサとすることもできる。図7、図8、図12などに示されるように、基材内白化現象と接着面白化現象はいずれも、ひび割れ幅の拡大に対応して白化部分の面積が増大するものだからである。 In addition, the structure of 1st Example and the structure of 2nd Example are mixed, the whitening phenomenon in a base material and the adhesion surface whitening phenomenon are expressed simultaneously, the expansion state of a whitening partial area is observed, and the development state of a crack It can also be a concrete crack sensor that senses This is because, as shown in FIGS. 7, 8, 12, and the like, both the in-base whitening phenomenon and the adhesive whitening phenomenon increase the area of the whitened portion corresponding to the expansion of the crack width.
基材内白化現象と接着面白化現象を同時に発現させるコンクリートひび割れセンサは、ガラス繊維の方向を繊維含有プラスチックプレートの軸に対して90°の直交の向きとたとえば45°などの傾斜角を有する向きに配置して、マトリックス樹脂を含浸させて作成する。このとき、ガラス繊維の密度とマトリックス樹脂の種類を選択して、基材の引張強度や破断伸びを適度な値に調整して、ひび割れ幅の拡大に伴い、繊維含有プラスチックプレート基材内部でガラス繊維とマトリックス樹脂との剥離が生じると共に、接着樹脂とコンクリート面の剥離が生じるようにすることができる。 The concrete crack sensor that simultaneously develops the whitening phenomenon in the substrate and the whitening phenomenon of the adhesive surface is a direction in which the direction of the glass fiber is 90 ° perpendicular to the axis of the fiber-containing plastic plate and the inclination angle is 45 °, for example. And is made by impregnating with matrix resin. At this time, select the density of the glass fiber and the type of matrix resin, adjust the tensile strength and breaking elongation of the base material to appropriate values, and increase the crack width. While the fiber and the matrix resin are peeled off, the adhesive resin and the concrete surface can be peeled off.
本発明のコンクリートひび割れセンサは、入手の容易な材料で比較的簡単に作成することができ、コンクリート構造物に対する施工も接着樹脂で監視対象になるコンクリートひび割れ部分に簡単に設置することができる上、ひび割れ幅が拡大したときにはセンサの変色を簡単に検知することができるので、特殊な技能を持たない作業者による適宜な巡回点検により簡単にひび割れ状況を把握して、コンクリート構造物の予防保全を的確に実施させることができる。 The concrete crack sensor of the present invention can be made relatively easily with easily available materials, and can be easily installed on a concrete crack portion to be monitored with an adhesive resin for construction on a concrete structure. Since the sensor discoloration can be easily detected when the crack width expands, it is possible to easily grasp the cracking situation by appropriate cyclic inspection by an operator without special skills, and to ensure preventive maintenance of the concrete structure. Can be implemented.
1 繊維含有プラスチックプレート
2 コンクリート構造物
3 コンクリートのひび割れ
4 接着材
5 ガラス繊維
6 マトリックス樹脂
7 拡大したひび割れ
11 白化部分
12 拡大した白化部分
21 コンクリートひび割れセンサ
22 白化部分
23 拡大した白化部分
DESCRIPTION OF
Claims (8)
Said matrix resin is an unsaturated polyester, the sheet-like fibers are glass fibers, concrete cracking sensor according to claim 1, wherein.
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