JP2009184273A - コンクリート材料の配合制御方法及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】現場において良好な納入品質を確実に確保することができるコンクリート材料の配合制御方法及びシステムを提供する。
【解決手段】コンクリートを製造する際の配合計算から推定した第１の推定スランプ値とコンクリートを納入した際に実際に求めた納入時スランプ値との差を表すスランプロスを求め、求めたスランプロスをコンクリート製造時の配合計算にフィードバックすることによってスランプロスが減少するように制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンクリートの製造におけるセメント、水、骨材等の配合を制御して指定された性能特性を持つコンクリートを納入可能とする、コンクリート材料の配合制御方法及びシステムに関する。

コンクリートの性能特性は、セメントの種類、使用骨材の最大寸法、コンクリートの流動性をあらわすスランプ値、２８日の最終呼び強度によって指定され、このような性能特性を持つようにセメント、砂利や砂等の骨材、水、必要により使用される添加物等の各材料の配合を決定する。

実際には、各コンクリート製造工場においてあらかじめ作成された標準配合基準に基づき、さらに温度補正、細骨材の表面水率補正などの付加的補正を加えて配合計算を行い、その計算結果に応じて配合を制御している。

このようなコンクリートの標準配合基準の作成においては、材料特性の微妙な違いによる設計値の発現の成否を確認するために、配合毎に試し練りを行う必要があり、配合の見直しは多大な労力を必要としている。

試し練りの回数をできるだけ少なくするために、本出願人は、配合設計時にスランプ値を推定し、それによって配合が適正であるか否かを判断する方法を提案している（特許文献１）。

この方法によれば、その配合計算が適正であるか否かの診断を試し練り前に行うことができるので、コンクリートの試し練り回数を少なくすることができる。

特開２００６−０２３１０６号公報

特許文献１に開示されているような配合設計方法によれば、試し練り回数が少なくなるのでコンクリート配合の作成が容易になる。しかしながら、ここで配合計算の目標となって制御されるスランプ値は、製造工場で製造し出荷する際の目標スランプ値であり、コンクリートがアジテータ車によって現場へ運ばれ納入された際の納入スランプ値ではない。即ち、現場で納入された際のスランプ値は、出荷時のスランプ値に対して、運搬時間やコンクリート温度などの運搬条件に応じて変化した値である。

運搬時間やコンクリート温度などを予測して配合計算することは可能であるが、これはあくまで見込みであり、実際にこれら運搬条件が変動した場合は、その変動に追従することは不可能となる。

実際、納入時のスランプ値が要求される納入基準と異なる場合は、所定のコンクリート打設方法に適合しないため、極端な場合には受入拒否されることもあり、万一現場において水分追加が行われた場合は、納入コンクリートの単位水量が過大となって、コンクリートの耐久性不良を引き起こす恐れが多分にあった。

また、配合を確認するための試し練りに使用するテストミキサは一般に実機よりはるかに容量が小さいものであり、両者の容量差や性能差によるスランプ値の食い違いが発生する場合もあった。

従って本発明の目的は、現場において良好な納入品質を確実に確保することができるコンクリート材料の配合制御方法及びシステムを提供することにある。

本発明によれば、指定されたスランプ値のコンクリートを納入するために、あらかじめ登録されたコンクリート配合計算モデルを使用して第１の推定スランプ値を求め、求めた第１の推定スランプ値を用いて、温度及び運搬時間を含む運搬条件によって想定される運搬中のスランプロスを見込んだ目標スランプ値を実現するコンクリート材料の配合計算を動的に行うコンクリート材料の配合制御方法が提供される。これによって、適正な配合のコンクリート製造が可能となる。

コンクリート配合計算モデルが、事前の配合作成の過程で、セメント種類、骨材の最大寸法及び呼び強度毎に同定されておりあらかじめ登録されている、水モルタル比とスランプ値との関係を表す第１の直線回帰式、スランプ値と単位水量との関係を表す第３の直線回帰式、及びスランプ値と粗骨材かさ容積との関係を表す第４の直線回帰式で構成されていることが好ましい。

コンクリート配合計算モデルの第１の直線回帰式を、あらかじめ登録されているミキサ負荷電力とスランプ値との関係を表す第２の直線回帰式を使用して得られる第２の推定スランプ値である練り上がりスランプ推定値を用いて補正することも好ましい。これにより、第１の直線回帰式は、逐次改善されて精度が向上する。

指定されたスランプ値のコンクリートを納入するために製造されるコンクリートの目標スランプ値が、指定されたスランプ値に運搬中のスランプロスを加えて算出され、スランプロスの設定値が実際の運搬において発生するスランプロスの実測値を用いて補正されることが好ましい。これにより、スランプロスの設定値は逐次適正化され、これが目標スランプ値算定過程にフィードバックされることによって指定されたスランプ値のコンクリート納入が動的に保証される。

目標スランプ値を得るためのコンクリート配合における各材料の計量値計算が、コンクリート配合計算モデルの第３の直線回帰式及び第４の直線回帰式を使用して算出された単位水量及び粗骨材のかさ容積を用いることが好ましい。これにより、納入コンクリートの耐久性に影響を与える単位水量が適正に保たれる。

コンクリート配合における細骨材の表面水率を測定し、測定した表面水率から細骨材の持ち込み水量を算定し、算定した持ち込み水量によってコンクリート配合の単位水量を保証するために水計量値を修正することが好ましい。

運搬中の外気温度及び運搬時間を測定し、測定した外気温度及び運搬時間とスランプロス実測値との関係に基づいてスランプロスを予測することも好ましい。

本発明によれば、さらに、指定されたスランプ値のコンクリートを納入するために、あらかじめ登録されたコンクリート配合計算モデルを使用して第１の推定スランプ値を求める手段と、求めた第１の推定スランプ値を用いて、温度及び運搬時間を含む運搬条件によって想定される運搬中のスランプロスを見込んだ目標スランプ値を実現するコンクリート材料の配合計算を動的に行う手段とを備えたコンクリート材料の配合制御システムが提供される。これによって、適正な配合のコンクリート製造が可能となる。

コンクリート配合計算モデルが、事前の配合作成の過程で、セメント種類、骨材の最大寸法及び呼び強度毎に同定された、水モルタル比とスランプ値との関係を表す第１の直線回帰式、スランプ値と単位水量との関係を表す第３の直線回帰式、及びスランプ値と粗骨材かさ容積との関係を表す第４の直線回帰式から構成されており、コンクリート配合計算モデルをあらかじめ登録しておく手段をさらに備えたことが好ましい。

コンクリート配合計算モデルの第１の直線回帰式を、あらかじめ登録されているミキサ負荷電力とスランプ値との関係を表す第２の直線回帰式を使用して得られる第２の推定スランプ値を用いて補正する手段をさらに備えたことも好ましい。これにより、第１の直線回帰式は、逐次改善されて精度が向上する。

スランプロスの設定値が実際の運搬において発生するスランプロスの実測値を用いて補正する手段と、指定されたスランプ値のコンクリートを納入するために製造されるコンクリートの目標スランプ値を、指定されたスランプ値に補正されたスランプロスの設定値を加えて算出する手段をさらに備えたことも好ましい。これにより、スランプロスの設定値は逐次適正化され、これが目標スランプ値算定過程にフィードバックされることによって指定されたスランプ値のコンクリート納入が動的に保証される。

目標スランプ値を得るためのコンクリート配合における各材料の計量値計算手段をさらに備えており、計量値計算手段がコンクリート配合計算モデルの第３の直線回帰式及び第４の直線回帰式を使用して算出された単位水量及び粗骨材のかさ容積を用いるように構成されていることも好ましい。これにより、納入コンクリートの耐久性に影響を与える単位水量が適正に保たれる。

コンクリート配合における細骨材の表面水率を測定する手段と、測定した表面水率から細骨材の持ち込み水量を算定する手段と、算定した持ち込み水量によってコンクリート配合の単位水量を保証するために水計量値を修正する手段とをさらに備えたことも好ましい。

運搬中の外気温度及び運搬時間を測定する手段と、測定した外気温度及び運搬時間とスランプロス実測値との関係に基づいてスランプロスを予測する手段とをさらに備えたことも好ましい。

具体的には、本発明では、コンクリートの配合計算モデルから推定した第１の推定スランプ値とコンクリートを納入する際に要求される納入時スランプ値との差を表すスランプロス見込み値と、第１の推定スランプ値とコンクリートを納入した際に実際に求めた納入時スランプ値との差を表すスランプロス実測値を求め、求めたスランプロス実測値をコンクリート製造時の配合計算に想定したスランプロス見込み値にフィードバックすることによってスランプロス見込み値とスランプロス実測値の差が減少するように制御する。

スランプロス実測値を配合計算にフィードバックすることによってスランプロス見込み値とスランプロス実測値の差が減少するように制御しているため、コンクリート納入品質のうちの、使用材料特性や運搬条件の変動によって影響を受ける納入時スランプ値を保証し、かつコンクリートの耐久性に大きな影響を及ぼす単位水量を一定範囲に保つことができる。このように、適正な配合のコンクリートを出荷できるように配合計算がなされるので、客先の納入品質に関する要望を確実に満たすことができ、しかもオペレータの負担も少ない。また、配合の適正化によって納入品質に対して使用材料の適正化が図られるので、品質マージンを確保するために高価な材料（例えばセメント、混和剤等）を余分に使用する必要がなくなる。さらに、動的に設定される配合設計条件とコンクリート配合計算の使用により、明示された納入時スランプ値、単位水量及び強度の実現値を納入時に顧客に提示できるので、コンクリートの品質保証が可能となる。

セメントの種類、使用骨材の最大寸法及び呼び強度を同じくするコンクリート配合の目標スランプ値毎の使用材料割合及び使用材料特性値から目標スランプ値毎の水モルタル比をそれぞれ算出すると共に算出した水モルタル比と目標スランプ値との第１の直線回帰式をあらかじめ求めておき、その求めて登録されている第１の直線回帰式に基づいてそのときの水モルタル比から第１の推定スランプ値を求めることが好ましい。

この場合、目標スランプ値と納入スランプ値との差で算出されるスランプロス値の正確な把握によって目標スランプ値を補正し、補正した目標スランプ値を用いて前述の配合計算を行い、納入コンクリートのスランプ値を保証するコンクリート製造を実施することがより好ましい。

コンクリート配合の使用材料割合のうちの単位水量及び粗骨材かさ容積に関して目標スランプ値に対する第３及び第４の直線回帰式をそれぞれあらかじめ求めておき、これら第３及び第４の直線回帰式に基づいて各目標スランプ値における単位水量及び粗骨材かさ容積を求めてコンクリート配合を修正することも好ましい。

ミキサの負荷電力とこのミキサによって混練りされたコンクリートについて実際に求めたスランプ値との第２の直線回帰式をあらかじめ求めておき、この第２の直線回帰式に基づいてコンクリート製造時のミキサの負荷電力から第２の推定スランプ値を求め、求めた第２の推定スランプ値によって第１の直線回帰式を修正することも好ましい。

コンクリート配合に使用する細骨材の表面水率を測定し、測定した表面水率から細骨材の持ち込み水量を算定し、算定した持ち込み水量によってコンクリート配合の使用材料割合のうちの単位水量を保証するために水計量値を修正することも好ましい。

本発明では、さらに、コンクリートを製造する際の配合計算モデルから推定した第１の推定スランプ値を算出する配合計算手段と、配合計算手段が算出した第１の推定スランプ値とコンクリートを納入する際に要求される納入時スランプ値の差を表すスランプロス見込み値に対して、第１の推定スランプ値とコンクリートを納入した際に実際に求めた納入時スランプ値との差を表すスランプロス実測値を求めるスランプロス算出手段とを備えており、求めたスランプロス実測値をコンクリート製造時の配合計算に想定したスランプロス見込み値にフィードバックすることによってスランプロス見込み値とスランプロス実測値の差が減少するように制御する。

スランプロス実測値を配合計算にフィードバックしスランプロス見込み値との差を減少するように制御しているため、コンクリート納入品質のうちの、使用材料特性や運搬条件の変動によって影響を受ける納入時スランプ値を保証し、かつコンクリートの耐久性に大きな影響を及ぼす単位水量を一定範囲に保つことができる。このように、適正な配合のコンクリートを出荷できるように配合計算がなされるので、客先の納入品質に関する要望を確実に満たすことができ、しかもオペレータの負担も少ない。また、配合の適正化によって納入品質に対して使用材料の適正化が図られるので、品質マージンを確保するために高価な材料（例えばセメント、混和剤等）を余分に使用する必要がなくなる。さらに、動的に設定される配合設計条件とコンクリート配合計算の使用により、明示された納入時スランプ値、単位水量及び強度の実現値を納入時に顧客に提示できるので、コンクリートの品質保証が可能となる。

配合計算手段が、セメントの種類、使用骨材の最大寸法及び呼び強度を同じくするコンクリート配合の目標スランプ値毎の使用材料割合及び使用材料特性値から目標スランプ値毎の水モルタル比をそれぞれ算出する水モルタル比算出手段と、第１の直線回帰式に基づいてそのときの水モルタル比から第１の推定スランプ値を求める手段とを備えたことが好ましい。

この場合、配合計算手段が目標スランプ値をスランプロス実測値によって補正する手段をさらに備えており、補正した目標スランプ値を用いて配合計算を行い、コンクリート製造を実施するように構成されていることがより好ましい。

配合計算手段が、コンクリート配合の使用材料割合のうちの単位水量及び粗骨材かさ容積に関して出荷時目標スランプ値に対する第３及び第４の直線回帰式を用いてそれぞれを求める手段をさらに備えており、求めた単位水量及び粗骨材かさ容積に基づいてコンクリート配合を修正するように構成されていることも好ましい。

ミキサの負荷電力とこのミキサによって混練りされたコンクリートについて実際に求めたスランプ値との第２の直線回帰式をあらかじめ求めておき、第２の直線回帰式に基づいてコンクリート製造時のミキサの負荷電力から第２の推定スランプ値を求める手段と、求めた第２の推定スランプ値によって第１の直線回帰式を修正する手段とをさらに備えたことも好ましい。

コンクリート配合に使用する細骨材の表面水率を測定する表面水率測定手段と、表面水率測定手段が測定した表面水率から細骨材の持ち込み水量を算定する持ち込み水量算定手段と、持ち込み水量算定手段が算定した持ち込み水量によって前述のコンクリート配合の使用材料割合のうちの単位水量を保証するために水計量値を修正する修正手段とをさらに備えたことも好ましい。

本発明によれば、コンクリート納入品質のうちの、使用材料特性や運搬条件の変動によって影響を受ける納入時スランプ値を保証し、かつコンクリートの耐久性に大きな影響を及ぼす単位水量を一定範囲に保つことができる。このように、適正な配合のコンクリートを出荷できるように配合計算がなされるので、客先の納入品質に関する要望を確実に満たすことができ、しかもオペレータの負担も少ない。また、配合の適正化によって納入品質に対して使用材料の適正化が図られるので、品質マージンを確保するために高価な材料（例えばセメント、混和剤等）を余分に使用する必要がなくなる。さらに、動的に設定される配合設計条件とコンクリート配合計算の使用により、明示された納入時スランプ値、単位水量及び強度の実現値を納入時に顧客に提示できるので、コンクリートの品質保証が可能となる。

図１は本発明の一実施形態におけるコンクリート材料の配合制御システムの全体構成を概略的に示すブロック図である。

同図において、１０は生コンクリート（以下生コンと称する）の配合を制御する配合制御装置、１１は配合制御装置１０の指示に従って水の計量を制御したり、細骨材や他の混練材料の計量を制御する自動計量装置、１２_１〜１２_ｎ（ｎは自然数）は細骨材や粗骨材を分けて貯蔵する複数の貯蔵ビン、１３_１〜１３_ｎは貯蔵ビン１２_１〜１２_ｎ内で細骨材の水分含有量を計測する複数の水分計センサ、１４_１〜１４_ｎは自動計量装置１１の指示に従って細骨材や粗骨材他の混練材料を計量する計量ビン、１５は混練りを行うミキサ、１６はコンクリートホッパ、１７は出荷される生コンを積載するアジテータ車をそれぞれ示している。これら、配合制御装置１０、自動計量装置１１、貯蔵ビン１２_１〜１２_ｎ、水分計センサ１３_１〜１３_ｎ、計量ビン１４_１〜１４_ｎ、ミキサ１５、及びコンクリートホッパ１６は、コンクリート製造工場（生コンプラント）１８に設置されている。なお、水分計センサは１つだけ設けられていても良い。

生コンを積載したアジテータ車１７は、現場１９に到着して生コンを納入し、その際にスランプ値が実測又は目視により計測されてその納入時スランプ値ＳＬが生コンプラント１８内の配合制御装置１０に送られる。

図２はこの実施形態における配合制御装置１０の構成例を示すブロック図である。

同図において、２０は生コンプラント１８との間でデータの入出力を行う入出力部、２１はプログラムに従って装置全体を制御する中央処理装置（ＣＰＵ）、２２はキーボードやマウス等の入力機器よりなる操作部、２３は測定値やガイダンス値等の情報や操作上のメニュー等を表示する表示部、２４は後述する機能を実現するための各種プログラム等を格納した第１の記憶部、２５は操作実績や測定値等のデータを記録する第２の記憶部、２６はこの配合制御装置１０内のバスラインをそれぞれ示している。

第１の記憶部２４には、配合及び混練全体を制御すると共にスランプロスΔＳＬによる補正処理を行う配合混練制御処理プログラムと、単位水量及び粗骨材かさ容積を修正すると共に第１の推定スランプ値ＳＬ１を算出する配合データ修正及び推定スランプ値算出処理プログラムと、細骨材の表面水率から単位水量を保証するために水計量値を修正する表面水率による修正処理プログラムと、負荷動力値から第２の推定スランプ値ＳＬ２を求め、これにより直線回帰式の修正を行う直線回帰式修正処理プログラムと、生コン運搬中の外気温度と運搬時間とに基づいてスランプロスを修正するスランプロス修正処理プログラムとが少なくとも格納されている。

また、第２の記憶部２５には、その生コンプラントにおけるコンクリートの指定配合値を格納している配合値用データベースと、オペレータの操作実績を履歴として記録する操作記録用データベースと、水分計等の各測定機器からの測定値を履歴として記録する測定記録用データベースとが少なくとも具備されている。

図３は配合混練制御処理プログラムの概略的な構成を説明するフローチャートである。以下同図を用いてこの配合及び混練制御処理動作を説明する。

コンクリートの性能特性は、セメントの種類、粗骨材の最大寸法、呼び強度及び目標スランプ値ＳＬ０等により指定される。このうちセメントの種類及び粗骨材の最大寸法は材料に関する指定値であるので、その指定値に従った仕様の材料を用いるが、呼び強度やスランプ値は、混練された結果物としての特性であるため、この指定値を満たすように、セメント、細骨材（砂）、粗骨材（砂利）、水、及び混和剤のような添加物等の配合を設定する。

配合制御装置１０は、まず、この配合値用データベースに格納されている指定されたコンクリート配合値又はこれを修正した配合値に従って各材料の計量値を設定する。その際、後述するフィードバックによって得られたスランプロスΔＳＬを、納入時に必要とされる納入時スランプ値ＳＬに上乗せして目標スランプ値ＳＬ０を設定するスランプロス補正を行う（ステップＳ１）。

このスランプロスΔＳＬは、後述する配合データ修正及び推定スランプ値算出処理によって求められる第１の推定スランプ値ＳＬ１と、アジテータ車１７が生コンを現場１９へ運んで納入した際に、目視で又は実際に計測され、フィードバックされた納入時スランプ値ＳＬとの差ΔＳＬ＝ＳＬ１−ＳＬで与えられる。スランプロス補正は、目標スランプ値ＳＬ０を（ＳＬ＋ΔＳＬ）に設定することによって行われる。

ただし、初回納入における配合計算時は納入時スランプ値ＳＬが得られないため、スランプロス初期値ΔＳＬ_ＩＮが用いられる。このスランプロス初期値ΔＳＬ_ＩＮは、外気温度や現場への運搬時間から想定した値である。

スランプロス補正は、生コンが納入される毎に納入時スランプ値ＳＬを得て行って（出荷毎のフィードバック）も良いし、何回か納入される毎に行っても良いし、スランプロスΔＳＬが意味のある量、例えば±０．５（ｃｍ）以上変化した際に行っても良い。

次いで、自動計量装置１１にその各種設定値が設定されていることを確認した後、計量開始を指示する（ステップＳ２）。

これにより、各貯蔵ビン１２_１〜１２_ｎから計量ビン１４_１〜１４_ｎに混練材料が落下投入される（ステップＳ３）。その落下の際、混練材料が細骨材の場合には、水分計センサ１３_１〜１３_ｎによって各表面水率が計測され、そのデータが配合制御装置１０に送られる。このデータは、後述する表面水率による修正処理プログラムにおいて使用される。

全使用混練材料の計量工程が完了すると、配合制御装置１０は混練開始を指示する（ステップＳ４）。これにより、計量ビン１４_１〜１４_ｎからミキサ１５に混練材料が放出され、ミキサ１５による混練りが開始される。その際、ミキサ１５の負荷が連続的に計測されそのデータが配合制御装置１０に出力される。このデータは、後述する直線回帰式修正処理プログラムにおいて使用される。

その後、ミキサ１５における混練が完了すると（ステップＳ５）、生コンがコンクリートホッパ１６に排出され、さらにアジテータ車１７に積み込まれて出荷される（ステップＳ６）。

図４は配合データ修正及び推定スランプ値算出処理プログラムの概略的な構成を説明するフローチャートである。以下同図を用いてこの処理動作を説明する。

表１は配合値用データベースに格納されており、この生コンプラントにおけるコンクリートの標準配合値（以下基礎データと称する）の一部を示している。

ただし、表１において、Ｗ／Ｃは水セメント比（％）であり、呼び強度との関係からあらかじめ設定された値である。また、ここでは空気量は４．５（％）に設定されている。なお、表１は、呼び強度が２４（Ｎ／ｍｍ^２）の場合のみを示しているが、その他の呼び強度（水セメント比（Ｗ／Ｃ））における基礎データも、あらかじめ作成され登録されている。

表２は、表１の基礎データについて、単位水量及び粗骨材かさ容積を用いて一連の配合計算を行って得られたコンクリート配合値（以下配合データと称する）の一部を示している。この配合データも配合値用データベースに格納しておくことができる。

ただし、表２において、Ｓ／ａは細骨材容積Ｓ_Ｖと骨材全体容積ａ（＝Ｓ_Ｖ＋Ｇ_Ｖ）との比（％）であり、Ｓ／ａ＝Ｓ_Ｖ／（Ｓ_Ｖ＋Ｇ_Ｖ）×１００から求められる。Ｗ_Ｖは単位水量（ｌ／ｍ^３）であり、あらかじめ定められた値又は修正された値である。Ｃ_Ｖはセメント容積（ｌ／ｍ^３）であり、Ｃ_Ｖ＝Ｗ_Ｖ／（Ｗ／Ｃ）／セメント密度ρから求められる。セメント密度ρ（ｋｇ／ｍ^３）は使用するセメントに応じて定められる。Ｓ_Ｖは細骨材容積（ｌ／ｍ^３）であり、Ｓ_Ｖ＝１０００−（Ｗ_Ｖ＋Ｃ_Ｖ＋Ｇ_Ｖ＋空気量容積）から求められる。Ｇ_Ｖは粗骨材容積（ｌ／ｍ^３）であり、あらかじめ定められた値又は修正された値である粗骨材かさ容積とあらかじめ定められた値である実積率ηとから、Ｇ_Ｖ＝粗骨材かさ容積×実積率ηから求められる。

なお、スランプ値とは、コンクリートの流動性（やわらかさ）を表す数値であり、そのスランプ値の計測はＪＩＳ Ａ １１０１のスランプ試験方法により定められている。この方法は、図５（Ａ）に示すように、上端内径１０（ｃｍ）、下端内径２０（ｃｍ）、高さ３０（ｃｍ）の円錐台状のスランプコーン５０に混練したコンクリート５１を充填し、２５回棒で均等に突いた後に、図５（Ｂ）に示すようにスランプコーン５０を引き抜き、そのときの沈み量がスランプ値として定義されるものである。また、単位水量とは、１ｍ^３のコンクリートに使用した水の量を表すものである。さらに、粗骨材かさ容積とは、粗骨材の容積と空気の容積とを含む容積を表している。

ここであらかじめ登録されて推定スランプ値算出処理及び配合データ修正に使用される配合計算モデルの第１、第３、第４の直線回帰式の作成方法は特許文献１に開示されているが、以下に説明を行う。

まず、水モルタル比を説明変数とする第１の直線回帰式は、配合モデルを作成する工場の代表配合に関して得られた表２と同様なデータ表からスランプ毎の水モルタル比を計算して回帰式を求める。その詳細は以下のとおりである。

まず、水モルタル比（Ｗ／Ｍ）を算出する。配合値用データベースに格納されている表２の配合データにおける水セメント比（Ｗ／Ｃ）、単位水量、粗骨材かさ容積の各データを取り込む。次いで、各目標スランプ値ＳＬ０に対する水モルタル比Ｗ／Ｍを次式から算出する。

Ｗ／Ｍ＝Ｗ_Ｖ／（Ｗ_Ｖ＋Ｃ_Ｖ＋Ｓ_Ｖ＋Ｘ_Ｖ）
ここで、前述したように、Ｗ_Ｖは単位水量、Ｃ_Ｖはセメント容積、Ｓ_Ｖは細骨材容積であり、Ｘ_Ｖは添加物容積である。

具体例として、代表配合として呼び強度２４（Ｎ／ｍｍ^２）が指定されており、表２の配合データに基づいて、水モルタル比Ｗ／Ｍを計算する場合を説明する。この場合、呼び強度２４（Ｎ／ｍｍ^２）に対応する水セメント比Ｗ／ＣはＷ／Ｃ＝５５（％）であり、目標スランプ値が８（ｃｍ）のときの単位水量Ｗ_ＶはＷ_Ｖ＝１５８（ｋｇ／ｍ^３）である。また、粗骨材容積Ｇ_Ｖは、その実積率ηをη＝０．５９４とすると、Ｇ_Ｖ＝粗骨材かさ容積×η＝６８０×０．５９４＝４０４（ｌ／ｍ^３）となる。指定されたセメントの密度がρ＝３．１６（ｋｇ／ｍ^３）であったとすると、セメント容積Ｃ_Ｖは、Ｃ_Ｖ＝Ｗ_Ｖ×１００／（Ｗ_Ｖ／Ｃ_Ｖ）／ρ＝１５８×１００／５５／３．１６＝９１（ｌ／ｍ^３）となる。また、細骨材（砂）容積と添加物容積との和Ｓ_Ｖ＋Ｘ_Ｖは、空気量ＡがＡ＝４．５（％）であるので、Ｓ_Ｖ＋Ｘ_Ｖ＝１０００−Ｗ_Ｖ−Ｃ_Ｖ−Ｇ_Ｖ−１０００×Ａ＝３０２（ｌ／ｍ^３）となる。従って、水モルタル比Ｗ／Ｍは、Ｗ／Ｍ＝１５８／（１５８＋９１＋３０２）＝０．２８７となる。

同様に計算して、目標スランプ値ＳＬ０が１０、１２、１５、１８、２１（ｃｍ）の水モルタル比Ｗ／Ｍは、それぞれ、Ｗ／Ｍ＝０．２８９、０．２９６、０．３００、０．３１０、０．３１３となる。

次いで、このようにして求めた水モルタル比Ｗ／ＭをＸ軸に、目標スランプ値ＳＬ０をＹ軸にしてプロットし、図６に示すような回帰直線を求め、その回帰直線の傾きｍ１及び切片ｎ１を求めて以下に示す直線回帰式（本発明の第１の直線回帰式）を得る。

ＳＬ１＝ｍ１×（Ｗ／Ｍ）＋ｎ１

配合データ修正及び推定スランプ値算出処理においては、まず、この直線回帰式に、水モルタル比Ｗ／Ｍを代入することによって得られる目標スランプ値ＳＬ０から第１の推定スランプ値ＳＬ１を求める（ステップＳ１１）。

求めた第１の推定スランプ値（水モルタル比による推定スランプ値）ＳＬ１と、現場で得られた納入時スランプ値ＳＬとを用い、前述したスランプロスΔＳＬがΔＳＬ＝ＳＬ１−ＳＬから求められる。

次に、スランプを説明変数として単位水量を計算する第３の直線回帰式と同じくスランプを説明変数として粗骨材のかさ容積を計算する第４の直線回帰式は次のように作成されているものとする。

まず、表１と同じ形式の代表配合データにおける、スランプ値（目標スランプ値ＳＬ０）８（ｃｍ）及び１８（ｃｍ）における単位水量１５８（ｋｇ／ｍ^３）及び１８２（ｋｇ／ｍ^３）と粗骨材かさ容積６８０（ｌ／ｍ^３）及び６２０（ｌ／ｍ^３）とを基準値として取り込む。

次いで、この基準値を通る２本の直線の傾きｍ３及びｍ４と切片ｎ３及びｎ４とを求める。その結果、単位水量の傾きｍ３は２．４、切片ｎ３は１３８．８であり、粗骨材かさ容積の傾きｍ４は−６、切片ｎ４は７２８となった。

次いで、このように求めた切片及び傾きから、各スランプ値での単位水量及び粗骨材かさ容積を下式に表す直線回帰式（本発明の第３及び第４の直線回帰式）に従って求める（ステップＳ１２）。ただし、ＳＬ０は目標スランプ値である。

単位水量 ＝ＳＬ０×ｍ３＋ｎ３
粗骨材かさ容積＝ＳＬ０×ｍ４＋ｎ４

この直線回帰式を求める際に、ＪＩＳで定義されている最大スランプ値であるスランプ値２１（ｃｍ）の単位水量や粗骨材かさ容積を、図７及び図８に示すように、スランプ値２３（ｃｍ）の単位水量や粗骨材かさ容積としてプロットし、その点とスランプ値８（ｃｍ）の点とを結ぶ直線（一点鎖線）を描くと、この直線の示すスランプ値が混練したコンクリートのスランプ値と定性的に良く一致することを本願発明者等は見いだしており、本実施形態においては、スランプ値２１（ｃｍ）の値をスランプ値２３（ｃｍ）の値とみなしている。即ち、最大スランプ値を経験から得たスランプ値に置き換えるようにする。

上述のように、スランプ値が８（ｃｍ）及び１８（ｃｍ）の場合の単位水量及び粗骨材かさ容積を通る回帰直線に基づいて、他のスランプ値における単位水量及び粗骨材かさ容積を求めているのは、土木工事においてはスランプ値として８（ｃｍ）が要求されることが多く、また建築工事においてはスランプ値として１８（ｃｍ）が要求される場合が多いためである。

上述の直線回帰式から求められた各目標スランプ値ＳＬ０毎の単位水量及び粗骨材かさ容積を用い、前述した一連の配合計算を行って表２の配合データを修正する（ステップＳ１３）。

なお、粗骨材かさ容積に代えて、細骨材量Ｓと全骨材量ａとの比Ｓ／ａを用いても良く、これらは使い勝手に応じて選択可能である。

図９は細骨材の表面水率から単位水量を保証するために水計量値を修正する表面水率による修正処理プログラムの概略的な構成を説明するフローチャートである。以下同図を用いてこの処理動作を説明する。

配合制御装置１０は、各貯蔵ビン１２_１〜１２_ｎから計量ビン１４_１〜１４_ｎに混練材料が落下投入される際に水分計センサ１３_１〜１３_ｎによって計測された各細骨材の表面水率に関する水分計測定値のデータを受け取る（ステップＳ２１）。

次いで、水分計測定値と各測定表面水率との関係を示す各検量線を用いて、この水分計測定値データに対応する各細骨材の測定表面水率を求める（ステップＳ２２）。

このようにして得られた細骨材の測定表面水率は、各細骨材の混合割合に従って平均化される（ステップＳ２３）。ここで、平均化された表面水率から表面水率値ならびにその推移の動態グラフを求めて可視画像として表示部２３に表示するようにしても良い。

次いで、このように平均化された細骨材の測定表面水率からこの細骨材の持ち込み水量を算定し（ステップＳ２４）、算定した持ち込み水量によって、配合データにおける単位水量Ｗ_Ｖ（表２）を保証するために水計量値を修正する（ステップＳ２５）。このような細骨材の表面水率によるフィードバック制御は、例えば、混練材料の計量及び混練毎に行われる。また、このような細骨材の表面水率によるフィードバック制御を行うかどうかをオペレータが選択できるようにしても良い。

図１０は負荷動力値から第２の推定スランプ値を求め、これにより直線回帰式の修正を行う直線回帰式修正処理プログラムの概略的な構成を説明するフローチャートである。以下同図を用いてこの処理動作を説明する。

ミキサ１５による混練りを行っている際に、ミキサ１５の負荷電力が連続的に計測され、その負荷データが配合制御装置１０に入力される（ステップＳ３１）。

生コンを混練りする際のミキシング終了近くの時点におけるミキサの負荷電力と、練り上がり直後のスランプ値との間の関係を求めるために、試験ミキサを用いて試し練りを行い、練り上がり直後のスランプ値を目視又はスランプ試験による実測すると、両者の間には高い相関関係が成り立つことが知られている。

そこで複数のミキシングバッチから採取されたミキサ負荷電力Ｌとスランプ測定値Ｓの組として、（l１，ｓ１）、（l２，ｓ２）、……、（ｌｎ，ｓｎ）で表すことのできるｎ組のデータから最小二乗法によって、ミキサ負荷値Ｌを説明変数としてスランプＳＬ２を計算する式
ＳＬ２＝ ｍ２ × Ｌ ＋ ｎ２
を構成するパラメータｍ２及びｎ２を求めることができる。

次いで、この直線回帰式を用い、混練りが進行して負荷状態が安定した時点でのミキサ１５の負荷電力Ｌから第２の推定スランプ値ＳＬ２を求める（ステップＳ３２）。

その後、求めた第２の推定スランプ値（ミキサ負荷による推定スランプ値）ＳＬ２によって、第１の推定スランプ値（水モルタル比による推定スランプ値）ＳＬ１を求めた際の直線回帰式を修正する（ステップＳ３３）。

前述したように、第１の推定スランプ値ＳＬ１を求めた際の直線回帰式は、
ＳＬ１＝ｍ１×（Ｗ／Ｍ）＋ｎ１
で与えられ、第２の推定スランプ値ＳＬ２を求めた際の直線回帰式は、
ＳＬ２＝ｍ２×Ｌ＋ｎ２
で与えられる。試験ミキサと実機ミキサとの初期的な特性上の差や、混練材料の特性変化の影響等により両者間に相違生じることがあるが、本来、ＳＬ１とＳＬ２とは同一の値となるべきものである。従って、この差がゼロとなるように、直線回帰式ＳＬ２＝ｍ２×Ｌ＋ｎ２を既知の式として用いて、直線回帰式ＳＬ１＝ｍ１×（Ｗ／Ｍ）＋ｎ１における傾きｍ１及び切片ｎ１を修正する。

この修正は、一定期間毎に行っても良いし、ＳＬ１とＳＬ２との差がある程度以上となった際に行うようにしても良い。

図１１は生コン運搬中の外気温度と運搬時間とによるスランプロス修正処理プログラムの概略的な構成を説明するフローチャートである。以下同図を用いてこの処理動作を説明する。

まず、実測した生コン運搬中の外気温度とその運搬時間とが、配合制御装置１０へ入力される（ステップＳ４１）。

配合制御装置１０には、外気温度（ｘ１）及び運搬時間（ｘ２）を変数として、発生するスランプロス（ｙ）を想定する関数モデルｙ＝ｆ（ｘ１，ｘ２）又はテーブルモデルがスランプロス実測値に関連付けられてあらかじめ設定されている。

即ち、関数モデルとしては、ｙ＝ａ１×ｘ１＋ａ２ ×ｘ２＋ｂで表される多重線形回帰式が（単位温度当りのスランプロス、単位時間当たりのスランプロスの概念を使用）がスランプロス実測値に関連してあらかじめ設定されている。ただし、ａ１、ａ２、ｂは定数である。

テーブルモデルとして、表３に示すように、温度及び運搬時間に対するスランプロス実測値の関係ｙ＝ΔＳＬｉｊを設定することもできる。ただし、ｉは外気温度に関する係数、ｊは運搬時間に関する係数である。

関数モデル及びテーブルモデルのいずれかを使用し、入力された外気温度と運搬時間とに応じて実測に基づくスランプロス値を求める（ステップＳ４２）。次いで、この求めた実測に基づくスランプロス値によって、スランプロスΔＳＬを補正する（ステップＳ４３）。これにより、スランプロスの予測精度の大幅な向上が可能となる。

以上説明したように、本実施形態によれば、第１の推定スランプ値ＳＬ１と、納入時スランプ値ＳＬとの差であるスランプロスΔＳＬ＝ＳＬ１−ＳＬを用いて、目標スランプ値ＳＬ０を（ＳＬ＋ΔＳＬ）に設定するフィードバックを行い、目標スランプ値ＳＬ０が適正化するように制御しているため、コンクリート納入品質のうちの、使用材料特性や運搬条件の変動によって影響を受ける納入時スランプ値を保証し、かつコンクリートの耐久性に大きな影響を及ぼす単位水量を一定範囲に保つことができる。このように、適正な配合のコンクリートを出荷できるように配合計算がなされるので、客先の納入品質に関する要望を確実に満たすことができ、しかもオペレータの負担も少ない。また、配合の適正化によって納入品質に対して使用材料の適正化が図られるので、品質マージンを確保するために高価な材料（例えばセメント、混和剤等）を余分に使用する必要がなくなる。さらに、動的に設定される配合設計条件とコンクリート配合計算の使用により、明示された納入時スランプ値、単位水量及び強度の実現値を納入時に顧客に提示できるので、コンクリートの品質保証が可能となる。

以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。

本発明の一実施形態におけるコンクリート材料の配合制御システムの全体構成を概略的に示すブロック図である。 図１の実施形態における配合制御装置の構成例を示すブロック図である。 配合混練制御処理プログラムの概略的な構成を説明するフローチャートである。 配合データ修正及び推定スランプ値算出処理プログラムの概略的な構成を説明するフローチャートである。 スランプ試験方法を説明する図である。 第１の推定スランプ値を得るために用いる水モルタル比と第１の推定スランプ値との回帰直線を示す図である。 目標スランプ値と単位水量との関係を示す図である。 目標スランプ値と粗骨材かさ容積との関係を示す図である。 細骨材の表面水率から単位水量を保証するために水計量値を修正する表面水率による修正処理プログラムの概略的な構成を説明するフローチャートである。 負荷動力値から第２の推定スランプ値を求め、これにより直線回帰式の修正を行う直線回帰式修正処理プログラムの概略的な構成を説明するフローチャートである。 生コン運搬中の外気温度と運搬時間とによるスランプロス修正処理プログラムの概略的な構成を説明するフローチャートである。

符号の説明

１０ 配合制御装置
１１ 自動計量装置
１２_１〜１２_ｎ 貯蔵ビン
１３_１〜１３_ｎ 水分計センサ
１４_１〜１４_ｎ 計量ビン
１５ ミキサ
１６ コンクリートホッパ
１７ アジテータ車
１８ コンクリート製造工場（生コンプラント）
１９ 現場
２０ 入出力部
２１ 中央処理装置（ＣＰＵ）
２２ 操作部
２３ 表示部
２４ 第１の記憶部
２５ 第２の記憶部
２６ バスライン
５０ スランプコーン
５１ コンクリート

Claims (14)

1. 指定されたスランプ値のコンクリートを納入するために、あらかじめ登録されたコンクリート配合計算モデルを使用して第１の推定スランプ値を求め、該求めた第１の推定スランプ値を用いて、温度及び運搬時間を含む運搬条件によって想定される運搬中のスランプロスを見込んだ目標スランプ値を実現するコンクリート材料の配合計算を動的に行うことを特徴とするコンクリート材料の配合制御方法。
2. 前記コンクリート配合計算モデルが、事前の配合作成の過程でセメント種類、骨材の最大寸法及び呼び強度毎に同定されておりあらかじめ登録されている、水モルタル比とスランプ値との関係を表す第１の直線回帰式、スランプ値と単位水量との関係を表す第３の直線回帰式、及びスランプ値と粗骨材かさ容積との関係を表す第４の直線回帰式で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のコンクリート材料の配合制御方法。
3. 前記コンクリート配合計算モデルの前記第１の直線回帰式を、あらかじめ登録されているミキサ負荷電力とスランプ値との関係を表す第２の直線回帰式を使用して得られる第２の推定スランプ値を用いて補正することを特徴とする請求項２に記載のコンクリート材料の配合制御方法。
4. 指定されたスランプ値のコンクリートを納入するために製造されるコンクリートの前記目標スランプ値が、指定されたスランプ値に運搬中のスランプロスを加えて算出され、該スランプロスの設定値が実際の運搬において発生するスランプロスの実測値を用いて補正されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のコンクリート材料の配合制御方法。
5. 前記目標スランプ値を得るためのコンクリート配合における各材料の計量値計算が、前記コンクリート配合計算モデルの前記第３の直線回帰式及び前記第４の直線回帰式を使用して算出された単位水量及び粗骨材のかさ容積を用いることを特徴とする請求項２又は３に記載のコンクリート材料の配合制御方法。
6. コンクリート配合における細骨材の表面水率を測定し、該測定した表面水率から該細骨材の持ち込み水量を算定し、該算定した持ち込み水量によって前記コンクリート配合の単位水量を保証するために水計量値を修正することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のコンクリート材料の配合制御方法。
7. 運搬中の外気温度及び運搬時間を測定し、該測定した外気温度及び運搬時間とスランプロス実測値との関係に基づいてスランプロスを予測することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のコンクリート材料の配合制御方法。
8. 指定されたスランプ値のコンクリートを納入するために、あらかじめ登録されたコンクリート配合計算モデルを使用して第１の推定スランプ値を求める手段と、該求めた第１の推定スランプ値を用いて、温度及び運搬時間を含む運搬条件によって想定される運搬中のスランプロスを見込んだ目標スランプ値を実現するコンクリート材料の配合計算を動的に行う手段とを備えたことを特徴とするコンクリート材料の配合制御システム。
9. 前記コンクリート配合計算モデルが、事前の配合作成の過程で、セメント種類、骨材の最大寸法及び呼び強度毎に同定された、水モルタル比とスランプ値との関係を表す第１の直線回帰式、スランプ値と単位水量との関係を表す第３の直線回帰式、及びスランプ値と粗骨材かさ容積との関係を表す第４の直線回帰式から構成されており、該コンクリート配合計算モデルをあらかじめ登録しておく手段をさらに備えたことを特徴とする請求項８に記載のコンクリート材料の配合制御システム。
10. 前記コンクリート配合計算モデルの前記第１の直線回帰式を、あらかじめ登録されているミキサ負荷電力とスランプ値との関係を表す第２の直線回帰式を使用して得られる第２の推定スランプ値を用いて補正する手段をさらに備えたことを特徴とする請求項９に記載のコンクリート材料の配合制御システム。
11. スランプロスの設定値が実際の運搬において発生するスランプロスの実測値を用いて補正する手段と、指定されたスランプ値のコンクリートを納入するために製造されるコンクリートの前記目標スランプ値を、指定されたスランプ値に前記補正されたスランプロスの設定値を加えて算出する手段をさらに備えたことを特徴とする請求項８から１０のいずれか１項に記載のコンクリート材料の配合制御システム。
12. 前記目標スランプ値を得るためのコンクリート配合における各材料の計量値計算手段をさらに備えており、該計量値計算手段が前記コンクリート配合計算モデルの前記第３の直線回帰式及び前記第４の直線回帰式を使用して算出された単位水量及び粗骨材のかさ容積を用いるように構成されていることを特徴とする請求項９又は１０に記載のコンクリート材料の配合制御システム。
13. コンクリート配合における細骨材の表面水率を測定する手段と、該測定した表面水率から該細骨材の持ち込み水量を算定する手段と、該算定した持ち込み水量によって前記コンクリート配合の単位水量を保証するために水計量値を修正する手段とをさらに備えたことを特徴とする請求項８から１２のいずれか１項に記載のコンクリート材料の配合制御システム。
14. 運搬中の外気温度及び運搬時間を測定する手段と、該測定した外気温度及び運搬時間とスランプロス実測値との関係に基づいてスランプロスを予測する手段とをさらに備えたことを特徴とする請求項８から１３のいずれか１項に記載のコンクリート材料の配合制御システム。