JP2005510715A - セメント中の水を測定する方法および装置 - Google Patents

Abstract

材料の含水率を測定するための方法および装置。未硬化セメントの試料に含まれる水を溶剤に抽出する方法および装置が提供される。溶剤の一部は容器中で反応させることができ、セメント組成物に含まれる水の濃度に比例した量で気体などのインジケータを発生させることができる。発生したインジケータの量を測定することによって、元の試料中の水の量を求めることができる。

Description

本発明は、材料の含水率を測定する方法および装置に関し、特に、抽出が困難である固体およびスラリーの含水率の測定に関する。

セメント、コンクリート、および同様の材料から作製される材料の構造健全性は、使用される材料の組成と関係があることが多い。例えば、混合工程でセメント系材料に加えられる水の量は、最終硬化製品の品質に直接影響しうる。例えば、一般的に含水率が８〜１５％の間であるコンクリートなどの未硬化セメントは、多くの用途において適切であると考えられる。しかし、含水率が約１５％を超えるかあるいは約８％未満であると、セメントまたはコンクリートの最終製品の性質が低下し始める場合がある。種々の用途で使用されるコンクリートの製造において使用されるべき水の量の上限および下限を決定するための基準および規制は多数存在する。しかし、これらの範囲が厳守されないことも多く、その場合には弱い構造または危険な構造が形成される。

未硬化セメント試料の含水率を調べるために、いくつかの試験方法が開発されている。これらの試験のうちの１つはスランプ試験（ＡＳＴＭ Ｃ−１４３参照）と呼ばれており、円錐形の未硬化コンクリート試料が崩壊するまでにかかる時間が測定される。この試験は、試験が適切に実施されれば試料の含水率を適切に評価できることが多い。しかし、作業者によって結果にばらつきが生じることがある。また、使用可能な添加剤であって、粘度、注型性などを向上させる目的でセメントおよびコンクリート製品に加えることができる添加剤によって、正しい結果が得られないことがある。したがって、試料が１種類以上の添加剤を含有する場合には、適切に実施されたスランプ試験では試料が許容範囲内であると示すものの、最終製品は規格外となる結果が生じうる。

含水率は多くの種類のマトリックスにおいて重要となりうるので、油、溶剤、および土などの一部の固体マトリックスなどの含水率を測定するために様々な試験方法が開発されている。このような試験としては、例えば、重量分析法、カール・フィッシャー滴定法、伝導性試験法、および中性子放射化分析法が挙げられる。土の含水率の測定に使用可能な試験の１つは、ＨＹＤＲＯＳＣＯＵＴ（登録商標）水分試験システム（コネチカット州ハムデンのデクシル・コーポレーション（Ｄｅｘｓｉｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｈａｍｄｅｎ，ＣＴ）より入手可能）であり、この試験は、ある適合する溶剤を使用して土から水を取り出し、その溶剤を試薬と反応させて気体を発生させ、発生した気体量を定量的に測定することを含む。この試験では、ほとんどの土壌試料で正確で信頼性のある結果が得られ、農業用途および農業計画などで有用となりうる。土壌中の水分は、圧縮試験を実施することで測定することも重要となりうる。粘土などの一部の形態の土壌は抽出が困難であり、そのため他の種類の土壌で得られるような好適な結果が得られない。これらの粘土は、粘土の分子構造から水を抜き取る溶剤の能力を阻害するのに十分な強さで水と結合する分子構造を有すると考えられる。これらの粘土を分析する場合、抽出時間を長くすると良い結果が得られる場合があるが、抽出率は５０％未満であり、ばらつきが大きい。

態様の１つでは、本発明は、塑性状態のセメントの試料を提供するステップと、溶剤を前記試料と混合して抽出物を生成するステップと、試薬を前記抽出物に加えてインジケータを生成するステップとを含むセメントの含水率の測定方法を提供する。

別の態様では、本発明は、塑性状態のコンクリート試料から溶剤に水を抽出するステップと、試薬を前記溶剤に加えるステップと、前記溶剤中の水の量と比例した量で気体を発生させるステップと、発生した気体の量を求めるステップと、前記コンクリート試料品質を評価するステップとを含むコンクリートの品質評価方法を提供する。

別の態様では、本発明は、塑性状態のセメント試料から水を抽出するステップと、前記水を試薬と反応させて気体を発生させるステップと、発生した気体の量を求めるステップとを含む方法を提供する。

以下の本発明の詳細な説明と添付の図面（概略図であり、縮尺通りに描くことを意図したものではない）と併せて考察すれば、本発明のその他の利点、新しい特徴、および目的は明らかとなるであろう。これらの図面において、種々の図面に示されるそれぞれの同一またはほぼ同一の構成は同じ符号で表している。明確にするため、当業者が本発明を理解するための説明が不用である場合には、一部の図面で、すべての構成に符号を付けているわけではないし、本発明の各実施形態のすべての構成を示していない場合がある。

本発明は、固体マトリックスの含水率を測定するための方法および装置に関する。本発明の方法は、セメントやコンクリートなどの抽出が困難な固体およびスラリーの含水率を％またはｐｐｍの範囲で正確に求めることができる。

本明細書で使用される場合、用語「セメント」は、当業者に理解されているように、モルタルやコンクリートなどの材料の製造に使用される化合物の粉末状混合物を意味するものとして使用される。水と混合して静置すると、硬化して構造材料になる。通常、セメントは、アルミナ、シリカ、石灰、酸化鉄、および酸化マグネシウムを種々の比率で混合して、これらを互いに焼成することによって製造することができる。本明細書では「コンクリート」は、セメントと骨材（砂や砂利など）の混合物として定義され、道路、橋、建造物などの建設で一般的に使用される。本明細書で使用される場合、水と混合した後、固化して硬化材料になる前には、セメントまたはコンクリートは「塑性状態（plastic）」である。本明細書で使用される場合、「抽出物」は、試料に含まれる水の少なくとも一部を取り出すために試料と混合した後の溶剤または溶剤混合物を意味する。本明細書で使用される場合、「インジケータ」は、化学的、物理的または電気的な変化を伴って生じるような状態、形態、温度、または外観の変化を意味し、作業者はこれによって試験される試料中に存在する水、特に具体的な水の量が分かる。インジケータの例の一部は、温度変化、色の変化、圧力の変化、または伝導性の変化である。

実施形態の１つでは、塑性状態のセメントを含有する試料は、セメント試料から水の一部または全部を取り出すために溶剤で抽出される。抽出物を試薬と反応させると、抽出物に含まれる水は試薬と反応して気体を発生する。発生した気体の量は抽出物中の水の量と比例し、そのため抽出物に含まれる水の量を求めることができる。抽出物の含水率が分かると、水の抽出および反応を一定させることができるのであれば、セメント試料の含水率を正確に計算することができる。

本明細書に開示される方法は土壌、食料品、および生体物質などの種々のマトリックスに有用となりうるが、水と反応する化学種を含む固体またはスラリーに使用しても有用となりうる。砂、土壌、および砂利などの一部のマトリックス中の水は多くの種類の極性溶剤で容易に抽出可能であるが、一部の粘土試料などの他のマトリックスは、マトリックス中に水が化学的に閉じ込められるため効率的に抽出することが困難または不可能である。また、水を吸着するだけでなく混合後すぐに水と化学反応を開始するセメントを含む試料も抽出が困難である。したがって、セメントまたはコンクリート試料から抽出可能な水の量は試料が反応した時間の長さに依存し、遊離水または未結合の水のみを実際に試料から分離できると考えられる。しかし、本発明の方法は、試料が塑性状態である任意の時点でセメントまたはコンクリート材料から水を効率的に抽出することができる。

実施形態の１つでは、この試験方法は、試験する材料の代表試料を採取することから開始する。材料は容積または重量で測定することができ、均一なマトリックスを直接採取でき、さらに計算を行わなくても正確な読み取り値が得られる場合がある。異なる大きさの砂利を含むコンクリート試料などの不均一な試料の場合、作業者は、試料全体の含水率の測定を選択することもできるし、あるいは最初に砂利またはその他の不均一な破片を分離して均一またはほぼ均一の試料を得ることもできる。試料から骨材を除去しない場合には、統計的に正確な読み取り値を得るためには、正確な結果を得るために多量の試料が必要となることがあり、これらの多量の試料は分析が特に困難となりうる。ふるい分けなどによってコンクリート試料から砂利を最初に除去すれば、より少量の試料で、コンクリートのスラリー成分に関して有用な値を求めることができる。この方法を使用すれば、作業者はより均一でより典型的な結果を得ることができる。

別の実施形態では、試料に含まれうる水の少なくとも一部を抽出するために、試料に溶剤を加えることができる。溶剤は、例えば７０％を超える、８０％を超える、または９０％を超える量の水を試料から抽出することができる。好ましくは、溶剤は、水を可溶化することができ、かつ溶剤に含まれる水の量を求めるために使用される試薬に対して非反応性である。より好ましくは、溶剤は、最小限の撹拌でマトリックスから水を迅速かつ効率的に取り出すことができる。さらに、懸濁する固体量を最小限で含有する溶剤を移すようにするために、撹拌後にマトリックスを沈殿させるような溶剤も好ましい。別の実施形態では、マトリックスからの水の抽出を効率的にし同時に必要な溶剤の容積を最小限にする比率で、分析されるマトリックスに溶剤を加える。例えば、溶剤と固体試料の比率は、重量比で１：１、０．５：１、２：１、または３：１であってよい。より好ましくは、溶剤は極性溶剤、あるいは極性の性質を有する。例えば、溶剤は、アルコール、エステル、アルデヒド、またはケトンであってよい。極性溶剤と極性のより低い溶剤との混合物も使用することができる。例えば、１００％のエタノールまたはメタノール、またはメタノール／ＴＨＦが２０／８０体積％の混合物を使用することができる。

溶剤と試料は、撹拌などによって混合することができる。溶剤と試料は、振盪、混合、および超音波処理などの多くの方法で撹拌することができる。抽出を促進するために、混合物を加熱することもできる。好ましくは、試料と溶剤を１または２分未満の時間にわたり振盪して、試料中の水の９０％以上、９５％以上、または９９％以上が抽出される。好ましい実施形態では、マトリックスを破壊して２つの層を確実に混合するための鋼球などの別の撹拌装置を使用する必要はない。溶剤と混合容器を適切に選択することによって、種々のセメントおよびコンクリート試料からの抽出を適切に実施することができる。別の実施形態では、溶剤と試料を撹拌後に分離させ、この分離を観察するため、作業者が沈殿量を確認できるように、撹拌が行われる容器が透明または半透明であるとよい。条件によっては、試料と抽出物の混合物で反応が起こる場合があるが、多くの場合では抽出物が抽出された試料から分離されることが好ましい。抽出物は試料上部からデカンテーションで移すことができるし、例えばピペットやシリンジを使用して取り出すこともできる。抽出物をろ過して、溶剤中に存在することが望ましくない懸濁材料を除去することもできる。

別の実施形態では、試験される試料に本来含まれていた水の少なくとも一部を含む抽出物に試薬を加えて反応させて、水素やアセチレンなどの気体を発生させることができる。発生した気体を閉じ込めるために、閉鎖された区画内で反応を実施することが好ましい。反応中に発生した気体を閉じ込めるさらなる工夫として、区画を開放することなしに試薬を溶剤に加えることが好ましい。これによって、試薬と溶剤に含まれる水との間の初期反応中に発生しうる気体の一部の損失を避けることができる。これを実施するための方法の１つとして、ポリエチレン性のねじ蓋付きの管などの可撓性の区画内で反応を行ってもよい。好ましくは、区画の少なくとも一部が可撓性である。可撓性の区画は、試薬が封入された第２の容器を含んでもよく、試薬はこの第２の容器によって反応容器内部から分離されている。試薬は可撓性の区画が含みうる溶剤からも分離されてもよいが、混合するときに溶剤に加えることができる。実施形態の１つでは、第２の容器はガラス製アンプルなどのより小型の破壊しやすい容器であってよい。例えば、可撓性の区画の側面を押し込むことによって、反応容器内でガラス製アンプルを破壊して、混合する試薬と内部に含まれる溶剤とを接触させることができる。したがって、内部に含まれるアンプルを破壊できるように、区画は内側に向かって可撓性であることが好ましい。反応容器内で気体が発生する場合に加圧による区画の膨張を最小限または解消するために、区画が一定の最大容積を示すことも好ましい。ガラスの破片による貫通を防止するために十分な貫入抵抗性を有するポリマーで区画を作製することができる。厚さ約３０〜４０ミルのＨＤＰＥを使用することができる。

試薬は、水と反応した場合にインジケータが得られる任意の化合物または化学物質であってよい。好ましくは、この化合物は水のみと反応し、アルコール、アルデヒド、およびケトンなどのヒドロキシル基を有する他の化合物とは反応しない。水と反応したときに試薬は気体を発生することが好ましく、試薬はアルカリ金属、アルカリ金属水素化物、およびアルカリ金属炭化物から選択することができる。より好ましくは、試薬はナトリウム、水素化カルシウム、および炭化カルシウムから選択され、最も好ましくは水素化カルシウムである。試薬は担体中に懸濁または溶解させることができ、この担体は試薬に対して不活性であることが好ましい。担体は、抽出物中に試薬をできるだけ速くかつ完全に分散させる能力などの種々の要因に基づいて選択することができる。さらに、担体は、試薬の生成および保存を促進するように選択することができる。例えば、水素化カルシウムが使用される場合、ケロシンやトランス油などの非反応性担体に懸濁させることができる。

使用される試薬の量は、抽出溶剤中に存在しうるすべてまたは実質的にすべての水と反応するのに十分な量であるべきである。水の量が多すぎる場合は、圧力上昇によって区画が破壊されることがないように、試薬の量を制限することもできる。

抽出物に含まれる水を試薬と反応させて気体を発生させた後、体積変化や圧力変化などの多数の方法で、発生した気体の量を測定することができる。区画内の圧力を測定するための方法は多数存在し、例えば、区画内部の圧力の直接測定や、可撓性区画が示しうる剛性または圧縮抵抗性の測定が挙げられる。実施形態の１つでは、区画内部にプローブを導入することによって圧力を測定しながら、測定手順中に発生しうる漏れを最小限にすることができる。中空圧力ピンなどのプローブによる貫通が起こりやすいように区画の一部を設計することができる。区画は一端が開放されていてもよく、ねじ蓋を受け入れるねじ山が付いた領域を有してもよい。区画の開放端にしっかりと固定できるようにするため、ねじ蓋はポリプロピレンなどの剛性材料で作製されてもよい。このふたは、隔壁が取り付けられているオリフィスをさらに有してもよい。例えば、区画の縁と、ふたの環状部分またはその他の表面との間で隔壁が固定されてもよい。この方法では、試薬または圧力の損失を防止できるように区画をしっかりと封止することができ、さらには、圧力ピンまたはその他のプローブによる圧力の検出も容易になりうる。プローブは圧力検出装置と流体で連絡していてよく、それによって圧力ピンの管内にどのような圧力がかかろうと装置は露出状態になる。例えば、圧力変化に応答して電気信号を発生することができる圧力変換器とプローブを流体で連絡させることができる。プローブが圧力容器に入れられた場合に、容器の内圧が圧力変換器に瞬時に直接伝わるように、好ましくは、プローブは圧力変換器にしっかりと固定される。プローブが区画に入ったときに、発生した気体がプローブ内で膨張することによって区画の内圧の低下がわずかとなるように、プローブと圧力変換器のそれぞれの内部体積が最小限になるように構成することができる。圧力容器に入るように設計された外部シースまたはハウジングによってプローブが囲まれてもよく、このシースはプローブを保護し、プローブの隔壁の貫通を誘導する。好ましくは、隔壁、または圧力容器の他の部分は、プローブと耐圧シールを形成することができ、試験に実施される溶剤または反応物質に対して不活性でもある材料で作製される。例えば、シリコーンゴムの隔壁は、適切な結果が得られることが分かった。

区画内部の圧力が圧力検出器に伝達された後で、その圧力を水の量または濃度に変換することによってより有用な情報を得ることができる。一定容積の区画の場合、理想気体の法則を使用して、圧力読み取り値を発生した気体の量に変換することができ、反応の化学量論を使用して、気体の量を水の当量に変換することができる。抽出される試料の大きさと反応させた抽出物の量が既知であれば、元の試料中の水の濃度も計算することができる。本発明の方法の抽出効率が１００％未満である場合は、この低下した抽出効率も考慮して、計算を実施する際に補償することができる。好ましくは、抽出効率は９５％または９９％を超え、その場合には種々の試料について１つのプログラムで実施できる。補正計算は、手動で実施することができるし、あるいは圧力センサーと接続したマイクロプロセッサーで実施することもできる。マイクロプロセッサーはｍｇ、ｐｐｍ、または％の水などの種々の単位で表示するようにプログラムすることができるし、あるいは含水率に基づいて試験されるコンクリート材料の妥当性に基づいて赤色光または緑色光を発光するなど、単純に合格・不合格の結果を示してもよい。当業者であれば、質量／質量基準、質量／体積基準、体積／体積基準によるｐｐｍ、あるいは％値、比率、または分率の読み取り値などの多くの方法で結果を報告することが可能であることを理解できるであろう。

圧力容器および関連の試験機材を安全に廃棄できるようにするため、反応終了後に管内に残留している可能性のある過剰の試薬に少量の水または他の反応性材料を加えることができる。これによって残留する試薬を反応させて、比較的害のない材料にすることができる。このような水または他の反応性材料は、破壊可能なガラス製アンプルなどの別の副次的な容器に入れておくことができる。

以下の実施例に、本発明の種々の実施形態を使用して得たデータを示しており、他の特徴の中で、これらは特に異なる固化段階の種々のセメント製品に対する本発明の方法の精度、正確さ、検出量、再現性、広い適用可能性を示している。さらに、セメントよりも多くの水と結合する材料であるカオリナイトクレーに本発明の方法が適用できないことを示すデータも提示する。

本発明の実施形態の１つを使用してコンクリート試料の含水率を分析し、本発明の方法の適切な最小検出限界（ＭＤＬ）を調べた。１１０℃のオーブンであらかじめ乾燥させたコンクリート試料について、ブランク読み取り値を測定できるようにするため、最初に水を加える前に分析を行った。次に、試料が２％の水を含有するように混合した。ＭＤＬを求めるために、分析物の量は予想されるＭＤＬ（４０ ＣＦＲ Ｐａｒｔ １３６ Ａｐｐｅｎｄｉｘ Ｂ Ｒｅｖ １．１．１）の１０倍以下となることが推奨される。したがって、２％は標準的な塑性状態のコンクリート試料に期待される水の濃度を下回っているが、この量は本発明の方法の可能性に関する重量な情報を得るために使用した。

骨材を除去（２．３６ｍｍのメッシュでふるい分けした）してコンクリートから得たセメントをオーブンで乾燥させた１０ｇの試料を、５０ｍｌのポリプロピレン遠心分離型抽出管に入れて、秤量した。次に、試料に０．２ｇの水を加え、混合して、１５〜３０分間静置した。無水エタノールの入ったガラス製の折り取り先端部付きビンの先端部を折って内容物を、試料の入った抽出管に加えた。抽出溶剤１０ｍｌを抽出管に加えてから、管にねじ蓋をきつく取り付けて、手で約１分間内容物を振盪した。この間に、コンクリート試料が分散して溶剤と混合されるのが確認できた。振盪終了後、試料を約２分間静置し、この間に溶剤は上部に移動し、試料は底部に沈殿した。０．２５ｍｌの一定容積を有するポリプロピレンシリンジを使用して、抽出管から測定する試料を抜き取った。次に、シリンジの全内容物をポリエチレン反応管１１０（図１）に移した。続いて、開口部をしっかり封止するように圧着ストッパー１２０（隔壁）を管の上部に取り付けた。次に、中央に円形オリフィス１３２を有する白色ねじ蓋１３０を管のねじ部分にしっかり取り付けて、ふた１３０、ストッパー１２０、および管の開口部の内面の間にシールを形成した。

８４ｍｇの水素化カルシウムを０．５ｍｌの鉱油に懸濁させて水素化カルシウムの２０％懸濁液を調製した。次にこの懸濁液の流動性を向上させるために、１．０ｍｌの「高引火点」芳香族溶剤（引火点が１５０°Ｆを超える（＞６５．６℃）市販の芳香族溶剤）を加えて希釈した。水素化カルシウムの入った破壊可能なガラス製アンプル１５０と廃棄用アンプル（水）１６０を、圧縮製ポリプロピレンホルダー１７０によって管１１０内に保持した。１．０ｍｌの芳香族溶剤中の４２０ｍｇの水素化カルシウム懸濁液を含む水素化カルシウムアンプル１５０を、ガラスアンプル付近でポリエチレン反応管の両側を押しつぶすことによって破壊した。ガラスアンプルが破壊されることによって、水素化カルシウムが抽出物に供給される。次に、管を約３０秒間激しく振盪して抽出物と水素化カルシウムを混合した。管を約１．５分間静置した後、さらに約３０秒間振盪した。続いて、混合物をさらに３０秒間静置した。圧力計２００（ＨＹＤＲＯＳＣＯＵＴ（登録商標）、コネチカット州ハムデンのデクシル・コーポレーション）を「プログラムＤ」に設定し、測定装置のＬＣＤ表示２１０のディスプレイを「管（ｔｕｂｅ）」に設定した。次に、管のふたの部分を装置２００のスリーブ２２０にしっかりと固定して、ストッパー１２０の一部を通過するガイド１２２の位置で圧力ピン２３０によって隔壁を貫通させる。次に、圧力穴２４０と圧力ピンの内部によって反応管の内部に圧力ピン２３０を連絡させた。圧力ピン２３０は、プリント回路基板２６０に信号を送る圧力変換器２５０とも連絡させた。測定装置２００の「読み取り（ｒｅａｄ）」ボタンを押すと、数秒間「計算（ｃａｌｃ）」が表示されてから、水のｍｇ数が表示された。、単位ｍｇの読み取り値を、土の重量の１０倍（単位ｇ）で割って、コンクリート中の水の重量％値を求めた。最小検出限界（ＭＤＬ）結果を以下の表１に示す。ブランク結果は表２に示され、測定した読み取り値からこれらの平均値を減算して、得られた計算値を表１の最後の列に示した。

結果は、２．０％の水を含有するように作製した試料で１．９８９％の水（ブランクを引いた値）の平均読み取り値が得られたことを示している。ＭＤＬ計算値の水０．３６５％は予期される実際の試験範囲の水１０〜２０％よりも十分小さく、この試験方法が低い値で適用可能であることを示している。

水が強く結合することが知られているマトリックスに対して実施例１に記載の方法が有用であるかどうかを調べるため、実施例１と同じ方法および装置を使用して、カオリナイトクレー中の水に関する試験を行った。オーブン乾燥の後、２８．７重量％の水を含有するようにカオリナイトクレーのバッチを作製した。このクレーを複数の試料に分割し、約５ｇ（実際の秤量値は記録した）の個々の試料について、実施例１に記載の手順を使用して試験を行った。結果は以下の表３に示され、水抽出効率は５０％未満と低く、ばらつきがあることが分かる。これは、カオリナイトクレー試料を試験する場合には本発明の方法では有用なデータが得られないことを示している。

抽出時間を延長すれば結果の向上が見られるかどうかを調べるため、実施例２と同じクレーのバッチから得た試料について、１５秒間ごとに規則的に振盪しながら１５分間の抽出を行って試験した。この抽出手順の後に、１５分間の遠心分離を含む沈殿手順を実施した。以下の表４に示されるように、実施例２で得られた結果よりも結果は向上したことが分かる。しかし、抽出効率はなお低いままで、ばらつきも大きかった。したがって、抽出を延長した手順でも、カオリナイトクレー試料に対して本発明の方法は有用とはならなかった。

実施例３で実施したよりも、より激しい条件でカオリナイトクレーから水を抽出するために、実施例２および３で使用したものと同じバッチによるクレー試料を、１０分間機械的タンブラーで抽出する別の実験を実施した。この後、実施例３と同じ遠心手順を実施した。以下の表５に示されるように、この方法を使用すると計算による水の％値はより一貫性がありばらつきが小さくなったが、抽出効率は低いままであり、この激しい条件の抽出手順でさえも、本発明の方法では有効なデータを得ることはできなかった。

実施例２〜４で使用したクレー試料が適切に作製され、均一化手順が成功していることを確認するために、５０ｇのクレー試料を温度１１０℃のオーブンに入れて４８時間で乾燥させ、重量分析により含水率を測定した。以下の表６に示されるように、結果は一貫性があり、調製目標の含水率２８．７％に非常に近かった。これより、クレーのバッチは適切に作製され、均一した試験試料が得られるように試料が適切に均質化されたことが分かる。

これらの結果は、水と強く結合しうる物質は、実施例２〜４に記載の方法を使用した分析が困難となりうることを示している。したがって、以下に示すようにセメント試料で許容される結果が得られた場合には、セメント試料に含まれる化合物がクレーのように水と結合可能なだけではなく、水と反応して外部の影響から隔離することができるのであれば、これらのデータは特に驚くべきものであった。

以下の一連の実験（以下の実施例６〜９）では、一連の塑性状態のコンクリート試料について、建設業で一般に遭遇する水の濃度で精度があり正確なデータを得るために分析した。試料は、０％、２％、４％、６％、１０％、１２％、１５％、および１６％の水で作製した。各試験で１０ｇのコンクリート試料を使用し、抽出溶剤の試料を３回ずつ分析して、所与の抽出試料における再現性を調べた。サンプリング、抽出、および分析の手順は、前述の実施例１と同様に実施した。各１０ｇの試料が代表試料にするため、２．３６ｍｍメッシュのふるいに試料を通して、結果に統計的な影響を与えうる骨材を除去した。本明細書で使用される場合、「代表試料」は、セメントまたはコンクリート製品のより大きなバッチから採取され、分析した場合に全体のバッチの平均的性質を正確に反映する結果が得られ、試料の試験からバッチに関する有用な情報を得ることができる試料のことである。ブランク試料（水を含有しない乾燥コンクリート）を実施例１と同じ方法で分析し、理論的には０の結果が得られるはずの試料に対して試験方法によって生じうる応答を調べた。得られたブランク値の平均を計算し、後に得られる結果から減算してブランクの影響を補償した。

表７は、ブランクの分析により得られた結果を示している。前述の実施例１と同じ方法を使用して、３つの１０ｇの乾燥コンクリート試料（Ｂ１、Ｂ２、およびＢ３）をふるい分けし、乾燥エタノールで抽出した。沈殿後に３種類の異なる抽出物試料（０．２５ｍｌ）を取り出し、それぞれ試行１、試行２、および試行３として別々に分析を行った。結果を、水の％値で報告する。各試料の平均結果を求め、それぞれの３つの試料の３つの試行のそれぞれの平均（０．３２％）を計算し、後に試験を行う水を加えた試料のブランク値として使用した。

表８は、それぞれ約１０％の水を含有するように水を加えた５種類の異なるふるい分け済みコンクリート試料について得られた結果を示している。実際の含水率と、実施例１に概略を示す手順で得られた結果も示している。各試料は１００％エタノールで抽出し、各抽出に関して３つの異なる抽出物で２回ずつ分析を行った。各試料の３回の試行を平均し、表７で得られたブランク値をこれらの平均から減算した。結果は記載の通りであり（平均結果−ブランク）、各コンクリート試料の％偏り値を計算した。これらの結果は、約１０％の水を含有する試料に対して正確で高精度の読み取り値が得られたことを示しており、分析に正の偏りがあることを示している。この偏りは、土壌試料を試験した場合に生じる１００％未満の抽出／反応効率を補償するために測定装置にプログラムされた１６％の偏り因子によるものである。

表９は、それぞれ約１５％の水を含有するように水を加えた５種類の異なるふるい分け済みコンクリート試料について得られた結果を示している。実際の含水率と、実施例１に概略を示す手順で得られた結果も示している。各試料は１００％エタノールで抽出し、各抽出に関して３つの異なる抽出物で２回ずつ分析を行った。各試料の３回の試行を平均し、表７で得られたブランク値をこれらの平均から減算した。結果は記載の通りであり（平均結果−ブランク）、各土壌試料の％偏り値を計算した。これらの結果は、約１５％の水を含有する試料に対して正確で高精度の読み取り値が得られたことを示しており、分析に正の偏りがあることを示している。この偏りは、土壌試料を試験した場合に生じる１００％未満の抽出／反応効率を補償するために測定装置にプログラムされた１６％の偏り因子によるものである。

表１０は、２〜１６％の水を含有する一連のコンクリート試料から得られた結果を示している。それぞれの含水率（２％、４％、６％、１２％、および１６％の水）の２つのふるい分けした（２．３６ｍｍメッシュ）コンクリート試料について、抽出と分析を行った。各抽出物について、前述のようにして３回のサンプリング、反応、および分析を実施した。各コンクリートにおける３回の試行のそれぞれの結果を平均し、ブランクを減算し、％偏り値を求めた。結果から、より少量の水を含有する試料の方が正の偏りがより大きいことが分かった。この実験により得た値を実際の値に対してプロットし、回帰分析を行った。図２に示されるように、相関係数は０．９９７４となった。他の種類の試料で得られた抽出／反応効率を反映させるため、１６％の補正係数が測定装置にプログラムされていた。傾きが１よりもわずかに大きいことから、測定装置にプログラムされた応答（１６％の補正係数）よりもわずかに大きな応答がこの試験方法で得られたことが分かった。ソフトウェアまたは手作業などでこの傾きを補正すると、より正確な結果を得ることができ、偏りを補償することができる。これらのデータは、セメント／コンクリート分析では１６％ではなく約１０％の補正係数が適切であることを示している。

図３は、前述の実施例７、８、および９のすべての結果を使用した回帰分析を示している。相関係数は０．９９７１となり、図２の分析と同様に、傾きが１を超えている。

これらのデータは、塑性状態のコンクリート試料の場合には本発明の方法によって正確で高精度で再現性のある結果が得られることを示している。測定装置にプログラムされている過剰の補正係数を調節すれば精度を上げることが可能である。さらに、コンクリート試料から得られる結果は、水を固定化する化学反応が進行しているため低くなると予想されたが、得られた結果は、単純な２分間の抽出手順を使用して試料から完全に水が抽出されたことを示している。さらに、本発明の方法の抽出効率および反応効率の両方は、約９０％以上であると思われる。これらの結果は、カオリナイトクレーに関して得られた結果（同じ抽出および反応条件で得られた結果から存在する水の約４２％未満しか実際は回収されなかったことが分かった）対照的である。

本明細書に記載のすべてのパラメーターおよび構成は例であって、実際のパラメーターおよび構成は本発明の装置および方法が使用される個別の用途に依存することは、当業者であれば容易に理解できるであろう。当業者であれば、日常的な実験のみを使用すれば、本明細書に記載される本発明の個別の実施形態に関する多くの同等物を理解または把握できるであろう。例えば、当業者であれば、本発明による装置およびそれらの成分が、装置のネットワークをさらに含んだり、装置の成分となりうることは理解できるであろう。したがって、以上の実施形態は単なる例を示したものであって、添付の請求項およびそれらの同等物の範囲内で、具体的に説明したもの以外で本発明を実施可能であると理解すべきである。本発明は、本明細書に記載される個々の特徴、装置、または方法に関する。さらに、これらの特徴、装置、または方法が互いに矛盾しないのであれば、２つ以上のこれらの特徴、装置、または方法の任意の組み合わせは、本発明の範囲内に含まれる。

試験機器および試薬を含む試験区画の断面図である。 本発明の実施形態を実施して得られた結果の回帰分析を示すグラフである。 本発明の実施形態を実施して得られた別の結果の回帰分析を示すグラフである。

Claims (33)

1. 塑性状態のセメントの試料を提供するステップと、
   前記試料に溶剤を混合して抽出物を生成するステップと、
   前記抽出物に試薬を加えてインジケータを生成するステップと、
   を含むセメントの含水率の測定方法。
2. 前記インジケータが気体である請求項１に記載の方法。
3. 前記試薬が炭化カルシウム、水素化カルシウム、およびナトリウムから選択される請求項１に記載の方法。
4. 前記試薬が水素化カルシウムである請求項３に記載の方法。
5. 前記塑性状態のセメント試料中の水の少なくとも８０％を前記溶剤中に抽出することをさらに含む請求項１に記載の方法。
6. 密封された区画内で前記試薬を前記溶剤に加えることをさらに含む請求項１に記載の方法。
7. 前記区画の少なくとも一部が可撓性である請求項６に記載の方法。
8. 前記区画の最大容積が一定である請求項７に記載の方法。
9. 気体が発生し、前記区画内の圧力を測定することによって発生した気体の量を求める請求項２に記載の方法。
10. 前記圧力を前記区画の外部から測定する請求項９に記載の方法。
11. 前記区画の容積が、前記試薬が加えられる抽出物の容積の１００倍未満である請求項９に記載の方法。
12. 前記区画が隔壁を含む請求項６に記載の方法。
13. 前記隔壁にプローブが貫通していることをさらに含む請求項１２に記載の方法。
14. 前記プローブが圧力センサーと流体で連絡している請求項１３に記載の方法。
15. 前記圧力センサーが圧力変換器である請求項１４に記載の方法。
16. 前記圧力変換器がマイクロプロセッサーに信号を送る請求項１５に記載の方法。
17. 前記マイクロプロセッサーが前記信号を水の量に変換する請求項１６に記載の方法。
18. 前記マイクロプロセッサーに試料の大きさを入力するステップをさらに含む請求項１７に記載の方法。
19. 前記セメント試料が代表試料である請求項１に記載の方法。
20. 骨材をコンクリート試料から除去して代表セメント試料を作製することをさらに含む請求項１９に記載の方法。
21. 塑性状態のコンクリート試料から溶剤に水を抽出するステップと、
    前記溶剤に試薬を加えるステップと、
    前記溶剤中の水の量と比例した量で気体を発生させるステップと、
    発生した気体の量を求めるステップと、
    前記コンクリート試料品質を評価するステップと、
    を含むコンクリートの品質評価方法。
22. 前記塑性状態のコンクリート試料が５０ｇ以下である請求項２１に記載の方法。
23. 前記試薬を１ｍｌ以下の溶剤に加える請求項２１に記載の方法。
24. 前記試薬を約０．２５ｍｌ以下の溶剤に加える請求項２３に記載の方法。
25. 密封された区画内で前記気体を発生させ、前記密封された区画の内部の圧力を測定することをさらに含む請求項２１に記載の方法。
26. 前記試薬を前記溶剤に加える前と、前記試薬を前記溶剤に加えた後の圧力差によって、発生した気体の量を求める請求項２５に記載の方法。
27. 前記試薬を前記溶剤に加える前の圧力が大気圧である請求項２６に記載の方法。
28. 測定した圧力差を理想気体の方程式に当てはめることによって、前記溶剤中の水の量を求めることをさらに含む請求項２６に記載の方法。
29. 可撓性容器内で前記試薬を前記溶剤に加える請求項２１に記載の方法。
30. 塑性状態のセメント試料から水を抽出するステップと、
    前記水を試薬と反応させて気体を発生させるステップと、
    発生した気体の量を求めるステップと、
    を含む方法。
31. 前記気体の圧力を測定することによって、発生した気体の量を求める請求項３０に記載の方法。
32. 前記セメント試料が代表試料である請求項３１に記載の方法。
33. 骨材をコンクリート試料から除去して代表セメント試料を作製することをさらに含む請求項３２に記載の方法。
    

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