JP2000329673A - コンクリートの空洞検出方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単に検査場所を変えて生コンクリート内に
発生する空洞を検出する方法と装置を提供する。 【解決手段】 回転軸に連結されたロッド２の先端部に
設けたローター３と、このローターを回転軸を中心とし
て回転させる回転駆動手段と、回転トルク値を計測する
手段と、この回転トルク値の大きさから空洞と判定する
演算手段とを備えたコンクリートの空洞検出装置であっ
て、演算手段の前に回転トルク値のピークホールド処理
手段を備え、さらに生コンクリート表面に配設する電極
７と、この電極７とローター３の間に電圧源８と電流計
９を接続した電気回路を備えたコンクリートの空洞検出
装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、生コンクリート充
填不良に起因する空洞を検出する技術分野に属するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】コンクリート構造物において、コンクリ
ートの充填不良に起因する空洞が内部に存在するとコン
クリートの強度および耐食性を低下させ、構造物の耐久
性および安全性の面で問題となる。仮に、コンクリート
が硬化したのちに空洞が検出されたとしても、補修には
コンクリートを壊し空洞を露出させた後、生コンクリー
トを充填することになり、その手間は大変である。ま
た、補修部分は健全部に比較して強度が弱いという問題
がある。

【０００３】このため、従来、生コンクリートの充填状
態を検査する方法が多く提案されている。例えば、特開
平8-199988号公報に開示してあるような、生コンクリー
トを充填する鋼板などの型枠の外側から音波や電磁波を
入射して、型枠とコンクリートとの境界面での反射強度
が、型枠とコンクリートの場合と型枠と空洞の場合では
異なることを利用した方法や、特開平6-50917 号公報に
開示してあるような、pHによって極性が逆転する電極を
用い、生コンクリートが充填されたかどうかを生コンク
リートのpHによって検出する方法や、特開平7-238548号
公報に開示してあるような、ヒーターと温度計を保護管
内にセットしたセンサーを用い、生コンクリートがセン
サーまで充填されるとセンサーの温度が低下することに
よりセンサーの位置まで生コンクリートが充填されたこ
とを検出する方法などが提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】特開平8-199988号公報
に開示してある方法は、型枠の外側からしか検出できな
いところに問題点がある。例えば、橋梁床版などに生コ
ンクリートを充填する場合、型枠は地上から離れた場所
にあるため、型枠の下に足場を設置した後に、検出作業
をしなければならない。検出作業のために足場を設置す
ることは非常に手間がかかり効率の悪いことである。ま
た、型枠と生コンクリートとの境界面でしか情報が得ら
れないため、型枠に接していない内部で発生する空洞を
検出することができない、といった問題がある。

【０００５】特開平6-50917 号公報に開示してある方法
は、埋め込み式、すなわち生コンクリートを充填する前
に電極を設置し、生コンクリートが充填された後も取り
出さないことを前提とした使い捨て型であるとともに、
設置した場所一点の情報しか得られないため、多くの情
報を得るためにはより多くの電極が必要となる、といっ
た問題がある。電極を移動させて多くの箇所（広い範
囲）を検査する携帯式に変更して利用するにしても、電
極表面に生コンクリートが付着すると極性が変わるた
め、検査毎に電極表面を清浄にしなければならず作業性
が悪い、といった問題がある。

【０００６】特開平7-238548号公報に開示してある方法
は、ヒーターと温度計が保護管内にセットされているた
め、検出速度は保護管の熱伝導度に影響され、一般的に
応答性が悪く現象を確認するまでに時間がかかる、とい
った問題がある。

【０００７】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたもので、コンクリート充填時に、生コンクリー
ト内に発生する充填不良に起因する空洞をセンサーの回
転トルクの変化として捉えることにより、簡易に検査場
所を変えて生コンクリート内に発生する空洞を検出する
方法と装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】その要旨は、型枠に生コ
ンクリートを充填する際に発生する空洞を検出する方法
であって、回転軸に連結されたロッドの先端部に設けた
ローターを、回転軸を中心にして回転させながら生コン
クリート内に挿入し、ローターが受ける回転トルク値の
変化から生コンクリート内に発生する空洞を検出するコ
ンクリートの空洞検出方法である。

【０００９】上記のコンクリートの空洞検出方法におい
て、ローターが受ける回転トルク値をピークホールド処
理した後、演算処理してローターが受ける回転トルク値
の変化から生コンクリート内に発生する空洞を検出する
コンクリートの空洞検出方法である。

【００１０】さらに、上記のコンクリートの空洞検出方
法において、生コンクリート表面に電極を配設し、この
電極とローター間に電圧を印加し、電極とローター間の
電流の流れからローターが生コンクリートに接触してい
ることを確認して空洞検出を行うコンクリートの空洞検
出方法である。

【００１１】型枠に生コンクリートを充填する際に発生
する空洞を検出する装置であって、回転軸に連結された
ロッドの先端部に設けたローターと、このローターを回
転軸を中心として回転させる回転駆動手段と、回転トル
ク値を計測する手段と、この回転トルク値の大きさから
空洞と判定する演算手段とを備えたコンクリートの空洞
検出装置である。

【００１２】上記のコンクリートの空洞検出装置におい
て、演算手段の前に回転トルク値のピークホールド処理
手段を備えたコンクリートの空洞検出装置である。

【００１３】さらに、上記のコンクリートの空洞検出装
置において、生コンクリート表面に配設する電極と、こ
の電極とローター間に電圧源と電流計を接続した電気回
路を備えてローターが生コンクリートに接触しているこ
とを確認する手段を備えたコンクリートの空洞検出装置
である。

【００１４】

【発明の実施の形態】回転トルクを測定する手段には、
一般に市販されている低粘度の流体を測定対象としたも
のがあり、例えば、特開平5-273107号公報に開示してあ
る回転粘度計等がある。基本構成は、回転駆動部と、測
定対象物を収納する容器と、回転トルク値を検出する計
測手段を備えている。この構成は本発明のコンクリート
の空洞検出装置とほぼ同じであるが、演算手段は全く異
なるものである。すなわち、前記回転粘度計は溶液や油
のような均一な流体の粘度測定を想定しているが、生コ
ンクリートのような混合体では、回転トルク値は場所毎
で大きく異なり、瞬時の回転トルク値だけでは空洞の安
定した検出は困難であり、そのため、演算手段が異な
る。また、特開平5-273107号公報には、回転粘度計を利
用する一例として、コンクリートの混合工程で、その粘
度をその配合が攪拌されてゆく時間経過にしたがって正
確に知り、添加すべき分散剤の量を制御することが記述
されているが、本発明の利用方法とは全く異なるもので
ある。

【００１５】コンクリートは、セメント、粗骨材、細骨
材の混合体であり、場所ごとにそれらのバラツキは大き
い。このため、ローターで受ける回転トルク値は、粗骨
材に接触した場合は大きく、セメントに接触した場合は
小さく、また、空洞部に接触した場合も小さくなる。し
たがって、生コンクリートから受ける回転トルク値は、
粗骨材、細骨材、セメントに接触しているときの値であ
り、空洞部に接触しているときの値よりも大きい。本発
明はこの回転トルク値の大きさの違いを測定することに
より生コンクリート内に発生している空洞を検出するも
のである。

【００１６】本発明は、ロッドの先端部に設けたロータ
ーを回転軸を中心にして回転させながら生コンクリート
内に挿入し、ローターが受ける回転トルク値を計測し、
この回転トルク値と空洞と判定できるしきい値（閾値）
とを演算手段で比較し、回転トルク値がしきい値よりも
小さければ、生コンクリート内に空洞が発生していると
判定する。

【００１７】ローターが受ける回転トルク値のピークホ
ールド処理を行い一定時間回転トルク値を保持すること
によって、粗骨材に接触した場合に生じる大きなトルク
値を保持する。その理由は以下の通りである。コンクリ
ートは、セメント、粗骨材、細骨材の混合体であり、場
所ごとにそれらが存在するバラツキは大きいが、平均的
な見方をすれば、粗骨材の存在頻度はほぼ一定である。
それに対して空洞部があれば、それは、ある程度の体積
を保有して不連続的に存在するものである。このため、
粗骨材の存在頻度に相当する時間以上、ピーク値をホー
ルドすることによって、生コンクリート部で受ける回転
トルク値は安定し、空洞部で受ける回転トルク値と区別
することが容易になる。ピークホールド処理は回転トル
ク信号を一旦、電気回路やADボードなどを通してパソコ
ンに取り込み、ここで行うことができる。

【００１８】本発明では回転トルク値がしきい値より小
さい場合は空洞と判定するため、ローターが生コンクリ
ート外にある場合と空洞との識別は困難である。そのた
め、ローターが生コンクリートに接触しているがどうか
を、オペレーターが随時確認する必要がある。この作業
性の悪さを改善するために、生コンクリートは導電体で
あるので、生コンクリートとローター間に電圧を印加
し、生コンクリートとローター間の電流の流れてによっ
て、ローターが生コンクリート内にあることを確認す
る。すなわち、生コンクリート表面に電極を配設し、こ
の電極とローター間に電圧を印加し、電極とローター間
の電流の流れからローターが生コンクリートに接触して
いることを確認して空洞検出を行う。

【００１９】

【実施例】以下に、実施例を挙げて本発明を詳細に説明
する。実施例で使用したコンクリートの配合比は、水：
178kg/m³、セメント：336kg/m³、細骨材：770kg/m³、粗
骨材：962kg/m³であり、粗骨材の最大寸法は20mm、スラ
ンプは12cmである。ここで、密度を水：1.0g/cm³、セメ
ント：2.0g/cm³、細骨材：2.65g/cm³ 、粗骨材：2.65g/
cm³ とすると、配合比を体積換算した割合は、水：17.8
％、セメント：16.8％、細骨材：29.1％、粗骨材：36.3
％となる。

【００２０】次に、実施例で使用した検出装置の構成を
図１に示す。回転駆動手段であるモーター１にはサーボ
モーターを用い、モーターコントローラー10で一定速度
で回転するように制御している。実施例での回転速度は
364rpmである。モーター１にはギア11を介して金属製の
ロッド２が接続され、ロッド２の先端部には金属製のロ
ーター３が設けてある。ローター３の形状は幅15mm、高
さ20mmの平板状で、２枚が直径20mmのロッド２の先端部
に設けてある。ロッド２の上方には回転トルクを検知す
る歪みゲージ４を取付け、歪みゲージ４の出力信号をス
リップリング12を介して歪みゲージの演算回路５に入力
してトルク信号に変換する。トルク信号に変換された信
号をADボード（図示せず）を経由してパソコン６に入力
して、パソコン内でピークホールド処理を行った後、予
め設定して置いたしきい値と比較して空洞の判定を行
う。パソコン６はディスプレー上に図４に示すような回
転トルク値の変化を表示する。オペレータはディスプレ
ー上の回転トルク値の変化としきい値とから空洞の判定
を行う。また、パソコン６から空洞を検出したことを、
光や音でオペレータに知らせることもできる。ピークホ
ールド時間は 100msである。

【００２１】なお、実施例では、歪みゲージを用いて回
転トルクを検知したが、サーボモーターの電流値を測定
してトルク信号に換算することも可能である。また、ピ
ークホールド処理にパソコンを用いたが、電気回路で同
等の処理を行うことも可能である。また、ローターは必
ずしも回転させる必要はなく、図７(b) に示すように、
例えば、右方向に90度回転して、次に左方向に90度回転
する揺動のような動きをさせてもよい。

【００２２】ピークホールドに必要な時間は、ローター
３が粗骨材を押し退けるのに要する時間であるが、コン
クリートは混合体であり粗骨材の存在頻度にバラツキが
あるため、二個分の粗骨材を押し退けるのに必要とする
時間以上を、ピークホールドする必要があるとした。実
施例では、二個分の粗骨材を押し退けるのに要する時間
は80.4msであるため、ピークホールド時間を 100msとし
た。

【００２３】ピークホールド時間は以下の手順で求め
た。 生コンクリート内の粗骨材の占める体積 :36.3％ 一個の粗骨材の体積（直径20mm） :4.19×10³mm³ 一個分の粗骨材が存在するのに必要な領域 (／):1.15×10⁴mm³ １秒間にローターが動く範囲 :2.87×10⁵mm³/s １枚のローターが動く範囲：((15+5)²−5²) ×π×20) ＝2.35×10⁴mm³ ２枚のローターが動く範囲：2.35×10⁴ ×2 ＝4.71×10⁴mm³ 回転速度が364rpmであるので１秒間の回転速度は6.1 、したがって、 １秒間にローターが動く範囲：4.71×10⁴mm³×6.1s^-1＝2.87×10⁵mm³/s 一個の粗骨材を押し退けるに要する時間（／） :40.2ms

【００２４】電極７を生コンクリート表面に配設する。
一方、ロッド２とローター３を金属製にして電気的に導
通させてスリップリング12を介して装置外部にケーブル
を取り出し、ケーブルと電極７の間に電圧源８と電流計
９を直列に接続する。電流計９の出力はパソコン６に入
力する。パソコン６はディスプレー上に図６に示すよう
な電流値の変化を表示する。オペレータはディスプレー
上の電流値の変化または電流計９の電流値の変化から、
ローター３が生コンクリート15に接触していることを確
認する。電流計９に電流が流れ、かつ回転トルク値がし
きい値以下の場合を、空洞と判定する。電極の形状は平
板状に限らず、生コンクリートに突き刺す棒状のもので
もよい。また、電圧源に電池を用いることも可能で、電
流計の代わりに抵抗計（テスターなど）を用いることも
可能である。

【００２５】以上述べた検出装置を用いて空洞検出試験
を行った。図２に示すように、底14が開閉可能な容器
（型枠）13の中に前記配合比の生コンクリート15を深さ
300mm装入した。この容器内の生コンクリート15に、上
記装置のローター３を回転させながら 300mm/sのほぼ一
定の速度で挿入した。底14の下部は模擬空洞16である。
回転トルク信号のサンプリング間隔は10msである。測定
結果である生信号を図３に、ピークホールド処理した信
号を図４に示す。なお、容器の底14には少しの力で外れ
るテープを貼って試験を行った。ローター３が通過後は
当然生コンクリート15は漏れるが、生コンクリートに粘
性があるため、試験が行えないほど漏れることはない。

【００２６】図３、４の横軸は測定開始からの時間(ms)
を、縦軸はトルクの大きさの相対値を示す。図中の各領
域は図５に示すようなローター３の存在領域を示し、各
領域における時間は、領域１： 0〜2000ms、領域２：20
00〜3100ms、領域３：3100〜4300ms、領域４：4300〜54
00ms、領域５：5400〜7000msである。なお、領域３は模
擬空洞領域である。

【００２７】図３に示すように、ローター３が生コンク
リート内に存在する領域２、４でトルクが大きくなって
いる。これに対して、ローター３が模擬空洞内に存在す
る領域３ではトルクが小さくなっている。この例では、
しきい値を0.15程度に設定すれば生コンクリート内と空
洞を識別でき、生コンクリート内の空洞を空洞として正
しく判定することができる。また、一度しきい値を設定
すれば、装置が変わらなければ、そのしきい値をそのま
ま利用することができる。

【００２８】図４は、図３に示す生信号を 100msのピー
クホールド処理した結果で、大幅にＳＮ比が向上してい
ることが分かる。特に生信号では5100ms付近に大きな落
ち込みがあり、この部分でのＳＮ比が1.94（トルク信
号:0.097、ノイズ:0.050 (領域３の平均的な値) ）まで
低下している。しかし、ピークホールド処理後では、こ
の部分のＳＮ比は6.32（トルク信号:0.316、ノイズ:0.0
50 (領域３の平均的な値) ）であり、3.26倍に識別精度
が向上している。

【００２９】さらに電極７を容器中の生コンクリート15
の表面に配設しておくと、図６に示すように、領域２、
３、４に相当する所ではロッド２または／およびロータ
ー３が生コンクリート15に接触しているため、領域２、
４では電極７とローター３の間に、領域３では電極７と
ロッド２の間に電流が流れる。領域３は模擬空洞領域で
あるため、ローター３は生コンクリートに接触していな
いが、この領域は、既に検出装置が生コンクリート内に
存在する領域であるためロッド２が生コンクリートに接
触しているので電流が流れる。これに対して、領域１、
５に相当する所ではローター３が生コンクリート15に接
触していないため、電極７とローター３の間には電流は
流れない。このように、電極とローター間に電流が流れ
ることによって、ローターが生コンクリート内に存在し
ていることが確認できる。

【００３０】以上のように、回転するローターを生コン
クリート内に挿入して、ローターが受ける回転トルク値
を測定することで、コンクリート充填時、生コンクリー
ト内に発生する空洞を簡単に検出することができる。ま
た、検出装置をハンドリング可能な大きさにすること
で、簡便な装置となり容易に検査場所を変えて検査する
ことができるので、建設現場で広く使用することができ
る。

【００３１】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
本発明によれば、生コンクリート充填時に、生コンクリ
ート内に発生する充填不良に起因する空洞を簡単に検出
することができる。また、検出装置を簡便なものにする
ことによって、容易に検査場所を変えて随時検査するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例で使用した検出装置の構成を示す図であ
る。

【図２】実施例で使用した容器（型枠）示す図である。

【図３】実施例の測定結果であるトルクの生信号を示す
図である。

【図４】図３の生信号を 100msのピークホールド処理し
た結果を示す図である。

【図５】実施例におけるローターの存在領域を示す図で
ある。

【図６】図３のトルクの生信号を示す拡大図に、ロータ
ーが生コンクリートに接触している時に、電極とロータ
ー間に流れる電流を重ねて図示した図である。

【図７】ローターの動きの例を説明する図で、(a) は回
転の例を、(b) は揺動の例を示す図である。

【符号の説明】

１…モーター、２…ロッド、３…ローター、４…歪みゲ
ージ、５…演算回路、６…パソコン、７…電極、８…電
圧源、９…電流計、10…モーターコントローラー、11…
ギア、12…スリップリング、13…容器、14…底、15…生
コンクリート、16…模擬空洞。

フロントページの続き (72)発明者 仁村 嘉孝 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号 株式会社神戸製鋼所高砂製作所内 (72)発明者 神 康晴 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号 株式会社神戸製鋼所高砂製作所内 (72)発明者 杉井 謙一 兵庫県神戸市中央区脇浜町１丁目３番18号 株式会社神戸製鋼所神戸本社内 Ｆターム(参考） 2E172 DE01 HA03

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 型枠に生コンクリートを充填する際に発
   生する空洞を検出する方法であって、回転軸に連結され
   たロッドの先端部に設けたローターを、回転軸を中心に
   して回転させながら生コンクリート内に挿入し、ロータ
   ーが受ける回転トルク値の変化から生コンクリート内に
   発生する空洞を検出することを特徴とするコンクリート
   の空洞検出方法。
2. 【請求項２】 ローターが受ける回転トルク値をピーク
   ホールド処理した後、演算処理してローターが受ける回
   転トルク値の変化から生コンクリート内に発生する空洞
   を検出する請求項１に記載のコンクリートの空洞検出方
   法。
3. 【請求項３】 生コンクリート表面に電極を配設し、こ
   の電極とローター間に電圧を印加し、電極とローター間
   の電流の流れからローターが生コンクリートに接触して
   いることを確認して空洞検出を行う請求項１または２に
   記載のコンクリートの空洞検出方法。
4. 【請求項４】 型枠に生コンクリートを充填する際に発
   生する空洞を検出する装置であって、回転軸に連結され
   たロッドの先端部に設けたローターと、このローターを
   回転軸を中心として回転させる回転駆動手段と、回転ト
   ルク値を計測する手段と、この回転トルク値の大きさか
   ら空洞と判定する演算手段とを備えたことを特徴とする
   コンクリートの空洞検出装置。
5. 【請求項５】 演算手段の前に回転トルク値のピークホ
   ールド処理手段を備えた請求項４に記載のコンクリート
   の空洞検出装置。
6. 【請求項６】 生コンクリート表面に配設する電極と、
   この電極とローター間に電圧源と電流計を接続した電気
   回路を備えてローターが生コンクリートに接触している
   ことを確認する手段を備えた請求項４または５に記載の
   コンクリートの空洞検出装置。