JP2008268051A - 生コンクリート骨材粒度測定方法および生コンクリート骨材粒度測定システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、生コンクリート骨材の粒度を簡単で、かつ、正確、迅速、安価に測定することにより、生コンクリート骨材の品質を確認することができる生コンクリート骨材粒度測定方法および生コンクリート骨材粒度測定システムに関するものである。
【解決手段】本発明は、所定範囲の粒径からなる生コンクリート骨材をデジタルカメラによって撮像したものを、白黒からなる２値化した画像に変換し、前記画像を走査することにより、等価円直径からなる前記生コンクリート骨材の粒度分布を算定して、前記生コンクリート骨材の品質を画像解析するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、各方面で広く使用されているコンクリート構造物の構成材料となる生コンクリート骨材の粒度を簡単で、かつ、正確、迅速、安価に測定することにより、生コンクリート骨材の品質を確認することができる生コンクリート骨材粒度測定方法および生コンクリート骨材粒度測定システムに関するものである。

コンクリート構造物の構成材料となるコンクリート骨材の砂粒は、同じふるい分けされたものであっても、様々な形状のものからなる。前記様々な形状からなるコンクリート骨材は、前記コンクリート構築物のそれぞれの用途、目的、強度によって異なり、強度計算上の重要な基礎資料となっている。前記コンクリート骨材の粒径を測定する方法は、日本工業規格（ＪＩＳ Ａ１１０２）によって、骨材ふるい分け試験方法として定められている。前記ふるい分け試験方法は、サンプリングされたコンクリート骨材を、細骨材と粗骨材とに分けて、それぞれをふるい分けし、粗粒率の算定式に基づいて粒度を算定し、前記コンクリート骨材の良否を判定している。前記日本工業規格（ＪＩＳ Ａ１１０２）による骨材ふるい分け試験方法は、所望の工事に対する適否、あるいは混合骨材の割合の決定に用いられていた。（非特許文献１参照）

前記日本工業規格（ＪＩＳ Ａ１１０２）による骨材ふるい分け試験方法は、コンクリート骨材をふるい分けるための、はかり、ふるい、乾燥機、試料の採取、試料の質量、試験方法等細かに規定されている。たとえば、前記ふるい分け試験方法は、メッシュの異なる複数枚のふるいを用意し、細目ふるいを最下部にして、順次に荒目ふるいを上段に重ねて一群となし、電動ふるい機をセットして振り分け、通過しなかったコンクリート骨材をそれぞれのふるい毎に分量をはかりで計量するという複雑な作業があった。

本工業規格（ＪＩＳ Ａ１１０２）

前記日本工業規格（ＪＩＳ Ａ１１０２）による骨材ふるい分け試験方法は、標準的なものであり、広く一般に使用されており、さらに、優れた方法が無かった。しかし、前記日本工業規格（ＪＩＳ Ａ１１０２）による骨材ふるい分け試験方法は、作業の手順を決められた通りに行う必要があり、面倒なだけでなく、個人差が出易いという問題があった。また、前記骨材ふるい分け試験方法は、決められた手順で行った場合、所要時間が長く、しかも、ふるいの網目に砂粒がかかって目詰まりを起こすという問題があり、スムーズな処理が妨げられ、あるいはデータの保存や処理の経過が残せないという問題があった。

粉体の試験方法は、砂粒の面積を真円に置き換えた「等価円直径」を計るもの、前記砂粒の粒径における一番長い部分を「長径」として計るもの、あるいは前記砂粒の四方を辺で囲み、一番長い辺を「最大径」として計るものがあった。前記各計測方法は、粉体の対象により、任意に選ばれており、一長一短があるため、どれが良いかを決めることができなかった。

以上の課題を解決するために、本発明は、生コンクリートの骨材の粒径を「等価円長径」で計ることにより、他の計測方法より優れた生コンクリート骨材の粒度を確認できる生コンクリート骨材粒度測定方法および生コンクリート骨材粒度測定システムを提供することを目的とする。本発明は、生コンクリート骨材を計測する際に、測定板上に散布された砂粒の画像入力を基にして生コンクリート骨材の粒径を「等価円直径」で計ることにより、安価、迅速、高精度のデータを容易に得ることができる生コンクリート骨材粒度測定方法および生コンクリート骨材粒度測定システムを提供することを目的とする。

（第１発明）
第１発明の生コンクリート骨材粒度測定方法は、サンプリングされた乾燥後の生コンクリート骨材を前記測定板上に一様に拡散するように散布させ、前記測定板上に散布された前記生コンクリート骨材をデジタルカメラで撮像し、前記撮像された画像データをパーソナルコンピュータに読み込み、予め設定された閾値に基づいて、２値からなる電子映像に変換し、予め読み込まれているスケールに基づいて、前記２値からなる電子映像における前記生コンクリート骨材の砂粒における等価円直径を粒径毎に前記パーソナルコンピュータの走査によりカウントし、前記カウントされた粒径に基づいて前記生コンクリート骨材の粒度分布を算定し、前記生コンクリート骨材の粒度分布に基づいて生コンクリート骨材の品質を画像解析によって解析することを特徴とする。

（第２発明）
第２発明の生コンクリート骨材粒度測定方法は、第１発明における測定板上に載置されたスケール、あるいは、前記測定板の側部に設けられたスケールと前記パーソナルコンピュータに予め読み込まれているスケールとの間でキャリブレーションを行った後に、生コンクリート骨材の粒度分布に基づいて生コンクリート骨材の品質を画像解析によって解析することを特徴とする。

（第３発明）
第３発明の生コンクリート骨材粒度測定システムは、サンプリングされた乾燥後の生コンクリート骨材を一様に拡散するように散布するとともに、スケールを載置する測定板と、前記測定板上の所定高さに設けられ、前記散布された前記生コンクリート骨材および前記測定板上に載置されたスケールを撮像するデジタルカメラと、前記デジタルカメラによって撮像されたスケールと予め読み込まれているスケールとの間でキャリブレーションを行うキャリブレーション手段と、前記デジタルカメラで撮像された画像データを読み込んで、予め設定された閾値に基づいて、２値からなる電子映像に変換する電子映像化手段と、予め読み込まれたスケールに基づいて、前記画像データにおける前記生コンクリート骨材の砂粒の等価円直径を粒径毎に走査によりカウントする粒径カウント手段と、前記粒径カウント手段によってカウントされた粒径に基づいて前記生コンクリート骨材の粒度分布を算定する粒度分布算定手段と、から少なくとも構成され、前記生コンクリート骨材の粒度分布に基づいて生コンクリート骨材の品質を画像解析によって解析することを特徴とする。

本発明によれば、人手間と時間がかかる日本工業規格（ＪＩＳ Ａ１１０２）による骨材ふるい分け試験方法で生コンクリート骨材の粒度を測定する必要がないため、生コンクリート骨材の評価を安価、迅速、かつ、高精度で行うことができる。

本発明によれば、生コンクリート骨材を測定板上に散布し、前記生コンクリート骨材とスケールとを同時に画像として得ることができるため、予め基準となるスケールとのキャリブレーションを一度行うだけで、安価、迅速、かつ、高精度で行うことができる。

本発明によれば、生コンクリート骨材の粒度を測定する際に、「等価円直径」を計ることにより、迅速で高い精度のデータを得ることができるとともに、画像データの処理であるた、記録を容易に残すことができるようになった。

本発明によれば、試験方法の操作が簡単であるため、処理作業が迅速で、高精度であるにもかかわらず、処理作業に当たる個人差がなく、信頼性の高いデータを得ることができるようになった。

（第１発明）
第１発明の生コンクリート骨材粒度測定方法は、所定範囲の粒径からなる生コンクリート骨材をデジタルカメラによって撮像したものを、白黒からなる２値化した画像に変換し、前記画像を走査することにより、前記生コンクリート骨材の粒度分布を算定して、前記生コンクリート骨材の品質を画像解析するものである。

所定の範囲の大きさのものとしてサンプリングされた乾燥後の生コンクリート骨材は、測定板上に一様に拡散するように散布される。前記測定板から所定間隔を置いて上方に設置されているデジタルカメラは、前記測定板上に散布された前記生コンクリート骨材を撮像する。前記撮像された画像データは、前記生コンクリート骨材が全ての階調によりパーソナルコンピュータに読み込み込まれる。前記画像データは、前記階調におけるほぼ中間における所定の閾値を設定して、白または黒のみの２値からなる電子映像に変換する。

前記パーソナルコンピュータは、予め読み込まれているスケールに基づいて、前記２値からなる電子映像における前記生コンクリート骨材の砂粒における等価円直径を粒径毎に走査によりカウントする。前記等価円直径は、前記画像データから得られた砂粒の全面積を真円に置き換えた等価円の直径である。

前記パーソナルコンピュータは、前記カウントされた粒径に基づいて、前記生コンクリート骨材の粒度分布を算定する。前記パーソナルコンピュータの算定結果は、前記生コンクリート骨材の粒度分布として表示手段に表示され、または、印刷手段により出力されて、前記生コンクリート骨材の品質を画像解析することができる。

また、本出願人は、生コンクリート骨材の砂粒における等価円直径を計ることにより、日本工業規格（ＪＩＳ Ａ１１０２）による骨材ふるい分け試験方法と本発明の画像解析方法とによる誤差がほとんどないことを見出した。また、本出願人は、生コンクリート骨材の砂粒における長径または最大径を計った場合、前記日本工業規格（ＪＩＳ Ａ１１０２）による骨材ふるい分け試験方法と本発明の画像解析方法とに差があることが判った。本発明の生コンクリート骨材粒度測定方法は、砂粒の等価円直径を計ることによる画像解析を行うことで、前記日本工業規格（ＪＩＳ Ａ１１０２）による骨材ふるい分け試験を行わずに済むというものである。

本発明は、前記日本工業規格（ＪＩＳ Ａ１１０２）による骨材ふるい分け試験方法で計ることなく、生コンクリート骨材の粒度を等価円直径を画像に基づいて計ることにより、生コンクリート骨材の評価を安価、迅速、高い精度で行うことができる。

（第２発明）
第２発明の生コンクリート骨材粒度測定方法は、測定板上に載置されたスケール、または測定板の側部に設けられたスケールと、パーソナルコンピュータに予め読み込まれている基準となるスケールと、をキャリブレーションすることにより、デジタルカメラ自体等による誤差を無くすことができる。すなわち、前記キャリブレーションは、測定板上に載置されたスケール、または測定板の側部に設けられたスケールと、予めパーソナルコンピュータに記憶されている基準となるスケールが同じになり、パーソナルコンピュータのスケールによる画像解析が可能になる。前記キャリブレーションは、前記デジタルカメラを変更しない限り、一度行えば、次から省略することができる。

（第３発明）
第３発明の生コンクリート骨材粒度測定システムは、生コンクリート骨材を散布するとともにスケールを載置することができる測定板と、前記測定板上の生コンクリート骨材または前記スケールを撮像するデジタルカメラと、前記撮像されたスケールと予め記憶されている基準となるスケールとを較正するキャリブレーション手段と、前記撮像された前記生コンクリート骨材の画像データを予め決められた閾値に基づいて、２値からなる電子映像に変換する電子映像化手段と、前記等価円直径を粒径毎に走査によりカウントする粒径カウント手段と、前記生コンクリート骨材の粒度分布を算定する粒度分布算定手段とから少なくとも構成されている。

前記生コンクリート骨材の砂粒を計測する前に、たとえば、前記測定板上には、スケールが載置される。前記キャリブレーション手段は、デジタルカメラによって撮像されたスケールと、予め記憶されている基準となるスケールとをキャリブレーションする。次に、サンプリングされた乾燥後の生コンクリート骨材は、前記測定板上に一様に拡散するように散布される。前記デジタルカメラは、前記測定板上の所定高さに設けられており、前記測定板上に散布された前記生コンクリート骨材を撮像する。前記電子映像化手段は、前記デジタルカメラで撮像された画像データを読み込んで、設定された閾値に基づいて、白か黒かの２値データからなる電子映像に変換する。

前記粒径カウント手段は、予め読み込まれているスケールに基づいて、前記電子映像における前記生コンクリート骨材の砂粒の等価円直径を粒径毎に走査して、その数をカウントする。前記粒度分布算定手段は、前記粒径カウント手段によってカウントされた粒径に基づいて前記生コンクリート骨材の粒度分布を算定する。前記生コンクリート骨材の粒度分布は、前記生コンクリート骨材の画像を基にして解析することができる。

図１（イ）および（ロ）は本発明の実施例で、生コンクリート骨材の砂粒をデジタルカメラによって取り込む際に状態を説明するための図である。図１（イ）において、生コンクリート骨材撮像装置１０は、基台１と、前記基台１上に設けられた生コンクリート骨材を散布する測定板３と、高さ調整が可能な支柱１１と、デジタルカメラ２を取り付ける取付部１２とから構成されている。また、生コンクリート骨材粒度測定システムは、生コンクリート骨材撮像装置１０と、デジタルカメラ２と、パーソナルコンピュータ４とから構成されている。

前記測定板３は、たとえば、図１（ロ）に示されているように、サンプルＳが一様に拡散するように撒かれる。また、測定板３は、たとえば、フレームの一部にスケール３１を設けるか、あるいは測定前にスケールを撮像し、後にキャリブレーションを行う。前記デジタルカメラ２は、前記測定板上のサンプルＳを撮像した後、パーソナルコンピュータ４に画像データを送る。

図２は本発明の実施例である生コンクリート骨材の粒度を測定する順序の一例を説明するための図である。図２において、生コンクリート骨材粒度測定は、生コンクリート骨材の粒度を測定するに当たり、前記デジタルカメラ２およびパーソナルコンピュータ４に基づく誤差を防止するために、キャリブレーションが行われる（ステップ２１）。前記キャリブレーションは、前記デジタルカメラ２およびパーソナルコンピュータ４が変わらない以上、一度行えば、次の測定に際し、行う必要がない。また、前記キャリブレーションは、前記測定板３上に載置されたスケールまたは前記測定板３の一辺に設けられたスケールを前記デジタルカメラ２で撮像し、予めパーソナルコンピュータ４に記憶されている基準スケールとを合わせる。

前記生コンクリート骨材は、最初、粗骨材と細骨材とが一緒に混在した状態のサンプルから細骨材を取り出す。前記細骨材は、たとえば、１ｋｇを十分に乾燥させて水分を除去する。前記細骨材は、四分法等により、分けられた後、規定量である３０ｇが前記測定板３上に塊まらないように平均して散布される（ステップ２３）。以下、前記細骨材（生コンクリート骨材）を単にサンプルＳと記載する。

前記測定板３上に散布されたサンプルＳは、前記デジタルカメラ２により撮像されて、画像データとなり、前記パーソナルコンピュータ４の画面に取り込まれ、サンプルＳ′となって表示される（ステップ２４）。

前記画像データは、全ての階調を含むものであるため、２値データに変換する（ステップ２５）。前記２値データは、前記階調の中から所定の値を閾値として予め設定し、前記閾値を境にして「０」または「１」とする。すなわち、前記パーソナルコンピュータ４のサンプルＳ′は、白および黒の画像に変換される。すなわち、前記パーソナルコンピュータ４の画面（画像データ）は、大小様々な粒径から構成された生コンクリート骨材が黒色となって認識される。

前記パーソナルコンピュータ４は、前記測定板３上の処理領域が設定される。たとえば、前記測定板３の単位は、１ピクセル＝１ｍｍとし前記パーソナルコンピュータ４に記憶される。前記パーソナルコンピュータ４は、前記領域をスキャニングする（ステップ２６）。前記様々な形状からなる生コンクリート骨材は、砂粒の全面積を真円に置き換えた等価円の直径を計る。以下、「等価円直径」と記載する。

前記「等価円直径」で計測されたデータは、前記パーソナルコンピュータ４によって粒径毎に集計される（ステップ２７）。次に、前記パーソナルコンピュータ４は、前記集計結果をグラフにして、ディスプレーに表示またはプリンターで印刷する（ステップ２８）。

図３は本発明の実施例で、パーソナルコンピュータにおける処理を説明するためのブロック構成図である。図３において、生コンクリート骨材粒度測定システムは、たとえば、パーソナルコンピュータ３１と、デジタルカメラ３２と、測定板３３と、出力手段３４とから構成されている。前記パーソナルコンピュータ３１は、電子映像化手段３１１と、全粒径走査手段３１２と、基準スケール３１３と、映像スケール３１４と、キャリブレーション手段３１５と、粒径カウント手段３１６と、から少なくとも構成されている。

前記電子映像化手段３１１は、デジタルカメラ３２からの映像信号を読み込み、図示されていない、記憶手段に記憶される。また、前記電子映像化手段３１１は、予め設定された閾値に基づいて、デジタルカメラ３２で撮像された映像信号を白黒からなる２値データに変換する。前記全粒径走査手段は、前記２値データを「等価円直径」に変換した後、その直径を走査することにより全粒径を測定する。

一方、デジタルカメラ３２は、測定板３３上のスケールまたは、測定板３３の側部に設けられているスケールを撮像し、電子映像化手段３１１で読み込み込む。前記キャリブレーション手段３１５は、前記電子映像化手段３１１で読み込んだ映像スケール３１４と、予め記憶されている基準となる基準スケールとを合わせる。全粒径走査手段は、前記映像化手段３１１における２値データを走査する。前記走査は、前記「等価円直径」に対して行われる。前記粒径カウント手段３１６は、生コンクリート骨材の粒径毎にカウントする。前記データは、出力手段３４によって、折れ線グラフあるいは棒グラフ等によって表示または印刷され、前記生コンクリート骨材の品質を評価することができる。

図４は本発明の実施例によって得られた等価円直径の粒径とその個数（％）からなる折れ線グラフである。図４において、「ｃ」で示す実線は、日本工業規定で決められた規格品である。本発明の生コンクリート骨材粒度測定によって得られたデータは、前記規格品である曲線「ｃ」に沿ったデータ、すなわち、点線「ａ」と「ｂ」の範囲内に入っている。また、前記図４に示す粒度曲線は、粒径毎の個数あるいは、質量の百分率の和を１００で割った値を粗粒率として定義されていることから明らかなように、外径の大きい砂粒が多い程、粗粒率の値が大きくなっいる。

図５（イ）および（ロ）はサンプル量と粗粒率の推定値と、サンプル量と変動係数との関係を表した図である。図５（イ）において、粗粒率は、本発明の画像を使用したものを日本工業規格に基づいた試験用ふるいで割ったデータと、サンプル量（ｇ）との関係を表すものである。前記「等価円直径」で測定したものは、サンプル量を変えても、前記比率が１．０近辺であるのに対して、「長径」または「最大径」に基づいて測定したものは、１．０から離れている。すなわち、本出願人は、生コンクリート骨材をいろいろと試験している間に、前記「等価円直径」で計測したデータに基づくと、前記日本工業規格による手順とほぼ同じ効果を得ることができるだけでなく、前記日本工業規格による試験と比較して、人手間がかからなく、人による誤差がなく、迅速、安価で、高信頼性のあるデータを得ることができた。

図５（ロ）において、サンプル量と変動係数（画像／日本工業規格の試験用ふるい）との関係は、「等価円直径」、「長径」、「最大径」で測定したが、サンプル量による変動がなかった。

以上、本実施例を詳述したが、本発明は、前記本実施例に限定されるものではない。そして、本発明は、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することがなければ、種々の設計変更を行うことが可能である。たとえば、本発明の測定板、デジタルカメラ、キャリブレーション手段、電子映像化手段、粒径カウント手段、粒度分布算定手段、パーソナルコンピュータ等は、周知または公知のものを使用することができる。

（イ）および（ロ）は本発明の実施例で、生コンクリート骨材の砂粒をデジタルカメラによって取り込む際に状態を説明するための図である。（実施例１） 本発明の実施例である生コンクリート骨材の粒度を測定する順序の一例を説明するための図である。 本発明の実施例で、パーソナルコンピュータにおける処理を説明するためのブロック構成図である。 本発明の実施例によって得られた等価円直径の粒径とその個数（％）からなる折れ線グラフである。 （イ）および（ロ）はサンプル量と粗粒率の推定値と、サンプル量と変動係数との関係を表した図である。

符号の説明

１・・・基台
２・・・デジタルカメラ
３・・・測定板
４・・・パーソナルコンピュータ
１０・・・生コンクリート骨材撮像装置
１１・・・支柱
１２・・・取付部
Ｓ、Ｓ′・・・サンプル

Claims (3)

1. サンプリングされた乾燥後の生コンクリート骨材を前記測定板上に一様に拡散するように散布させ、
   前記測定板上に散布された前記生コンクリート骨材をデジタルカメラで撮像し、
   前記撮像された画像データをパーソナルコンピュータに読み込み、予め設定された閾値に基づいて、２値からなる電子映像に変換し、
   予め読み込まれているスケールに基づいて、前記２値からなる電子映像における前記生コンクリート骨材の砂粒における等価円直径を粒径毎に前記パーソナルコンピュータの走査によりカウントし、
   前記カウントされた粒径に基づいて前記生コンクリート骨材の粒度分布を算定し、
   前記生コンクリート骨材の粒度分布に基づいて生コンクリート骨材の品質を画像解析によって解析する生コンクリート骨材粒度測定方法。
2. 測定板上に載置されたスケール、あるいは、前記測定板の側部に設けられたスケールと前記パーソナルコンピュータに予め読み込まれているスケールとの間でキャリブレーションを行った後に、生コンクリート骨材の粒度分布に基づいて生コンクリート骨材の品質を画像解析によって解析することを特徴とする請求項１に記載された生コンクリート骨材粒度測定方法。
3. サンプリングされた乾燥後の生コンクリート骨材を一様に拡散するように散布するとともに、スケールを載置する測定板と、
   前記測定板上の所定高さに設けられ、前記散布された前記生コンクリート骨材および前記測定板上に載置されたスケールを撮像するデジタルカメラと、
   前記デジタルカメラによって撮像されたスケールと予め読み込まれているスケールとの間でキャリブレーションを行うキャリブレーション手段と、
   前記デジタルカメラで撮像された画像データを読み込んで、予め設定された閾値に基づいて、２値からなる電子映像に変換する電子映像化手段と、
   予め読み込まれたスケールに基づいて、前記画像データにおける前記生コンクリート骨材の砂粒の等価円直径を粒径毎に走査によりカウントする粒径カウント手段と、
   前記粒径カウント手段によってカウントされた粒径に基づいて前記生コンクリート骨材の粒度分布を算定する粒度分布算定手段と、
   から少なくとも構成され、前記生コンクリート骨材の粒度分布に基づいて生コンクリート骨材の品質を画像解析によって解析する生コンクリート骨材粒度測定システム。

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