JP2010223614A

JP2010223614A - 坏土の固化判定方法

Info

Publication number: JP2010223614A
Application number: JP2009068440A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Takahashi; 伸幸高橋
Original assignee: Krosaki Harima Corp
Current assignee: Krosaki Harima Corp
Priority date: 2009-03-19
Filing date: 2009-03-19
Publication date: 2010-10-07

Abstract

【課題】坏土の弾性率が定常値に収束する前の段階で坏土の固化を判定することができ、かつノイズによる誤判定が起こりにくい固化判定技術を提供する。
【解決手段】本発明の固化判定方法は、（ａ）坏土の成形体を準備する工程と、（ｂ）成形体の固有振動数を時間をおいて複数回測定し、測定間での固有振動数の推移を表す波形の過渡段階における前記固有振動数の推移の連続性を判定する工程とを有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、例えば、キャスタブル耐火物、モルタル、コンクリートその他の坏土の固化判定技術に関する。

以下、制限的意味なく坏土としてキャスタブル耐火物を例に挙げて説明する。

キャスタブル耐火物は、一般に、耐火性粉体と結合剤とを含む配合物に水を加えて混練してなる泥しょうであり、型枠に鋳込まれた後、固化したことを確認してから脱枠され、加熱乾燥を経て使用に供される。

耐火物の使用に至るまでの工期を設計する上で、鋳込みから脱枠までの養生期間をどの程度確保すればよいか事前に把握する必要がある。そこで、養生期間を把握するために、キャスタブル耐火物のサンプルについて固化を判定する技術が開発されている。

特許文献１及び２は、超音波を用いる固化判定技術を開示している。

特許文献１では、キャスタブル耐火物の成形体に超音波を付与し、成形体を透過した超音波の強度（振幅）等を測定し、その測定結果に基づいて固化完了を判定する。

特許文献２では、成形体に超音波を付与し、成形体中の超音波の伝播速度を測定し、超音波の伝播速度から成形体の弾性率を算出する。そして、成形体の弾性率が定常値に安定したとき、又は弾性率が閾値以上となったときを固化完了と判定する。即ち、この技術では、成形体の弾性率に基づいて、成形体の固化を判定している。

ところで、物体の弾性率を測定する方法として、特許文献２の方法のみならず、共振法が知られている。これは、試験片に振動を付与してその固有振動数を測定し、測定した固有振動数から弾性率を算出する手法である（例えば、ＪＩＳ‐Ｒ１６０２及びＪＩＳ‐Ｚ２２８０等参照）。

なお、物体の固有振動数の測定は、例えば以下の要領で行える（特許文献３等参照）。物体に入力振動を付与し、入力振動に対する物体からの応答振動の強度を測定しつつ、入力振動の周波数を変化させることで、入力振動の周波数に対する応答振動の強度の変化を表す共振波形を得る。その共振波形において、応答振動の強度がピーク値をとるときの入力振動の周波数が、物体の固有振動数である。

特開２００２−３４０８６４号公報特開平２−１６９９８７号公報特開２００１−１６５８３４号公報

特許文献１は、固化完了の判定基準を明確に開示していない。特許文献２では、成形体の弾性率が定常値に収束したときを固化と判定するが、弾性率が変化しない定常段階とは成形体の固化がかなり進行した状態を指す。従って、成形体が既に脱枠できる程度に保形性を発現しているにも関らず未固化と判定してしまうこととなり、養生期間を必要以上に長くとってしまいかねない。

特許文献２は、成形体の弾性率が閾値以上になったときを固化完了としてもよい旨説明するが、仮に超音波の伝播速度の測定値にノイズが含まれて、突発的に弾性率の算出結果が閾値以上となった場合、成形体が未だ固化していないにも関らず固化したと判定してしまう誤判定を起こしかねない。

なお、特許文献２の固化判定技術に、上記共振法を適用し、弾性率に依存する物理量として、超音波の伝播速度に代えて、成形体の固有振動数を用いることも考えられるが、単に共振法を適用するだけでは、依然として上記各課題は解決されない。

本発明の目的は、坏土の弾性率が定常値に収束する前の段階で坏土の固化を判定することができ、かつノイズによる誤判定が起こりにくい固化判定技術を提供することである。

本発明の一観点によれば、（ａ）坏土の成形体を準備する工程（例：図５のステップＳ１）と、（ｂ）成形体の固有振動数を時間をおいて複数回測定し、測定間での固有振動数の推移を表す波形（例：図４の波形）の過渡段階における前記固有振動数の推移の連続性を判定する工程（例：図５のステップＳ１２）とを有する坏土の固化判定方法が提供される。

坏土が保形性を発現する前は固有振動数が時間的にランダムに変動するが、坏土が保形性を発現した時点から固有振動数の推移に連続性がみられる。このため、固有振動数の推移の連続性を判定することで、坏土の固化を知ることができる。

上記波形の過渡段階における連続性を判定するため、弾性率が定常値に収束していない程度の保形性の発現を判定することができる。なお、具体的にどの程度の保形性の発現を固化とするかは、固有振動数の推移の連続性の条件に、他の条件、例えば固有振動数が閾値以上かといった他の条件をかけ合わせること等により任意に設定できる。

固有振動数の推移に連続性が認められる場合に、坏土が固化した旨の判定を行うため、仮に固有振動数の測定値にノイズが含まれることで、推移の連続性が損なわれても、坏土が未だ固化していないにも関らず固化したと判定してしまう誤判定は生じない。

実施例による固化判定装置の概略図である。共振波形の推移を示したグラフである。共振波形の図３の続きの推移を示したグラフである。成形体の固有振動数の推移を表す波形の過渡段階を示したグラフである。実施例による固化判定方法のフローチャートである。

図１に、実施例による固化判定装置の概略図を示す。

固化判定の対象は、キャスタブル耐火物の成形体１である。成形体１は、キャスタブル耐火物を型枠２に鋳込んでなる。キャスタブル耐火物は、耐火性粉体とアルミナセメントとを含む配合物に水を加えて混練してなる。

固化判定装置は、発振子３、周波数制御器４、振動検出器５、データ取得器６、演算制御器７、及びモニタ８を備える。

発振子３は、型枠２に取り付けられ、型枠２を通じて成形体１に入力振動を付与する。入力振動の周波数は、０〜１万Ｈｚである。周波数制御器４が、発振子３による入力振動の周波数を０〜１万Ｈｚの範囲で変化させる制御を行う。

振動検出器５は、成形体１に載置され、上記入力振動に対する成形体１からの応答振動を受振し、その応答振動の強度を検出する。応答振動の強度は、電圧値として検出される。データ取得器６が、振動検出器５で検出された強度データを取得し記憶する。

演算制御器７は、上記各部の制御を司ることで、成形体１の共振波形（図２及び３参照）を計測する共振波形計測処理を、時間をおいて複数回行う。

共振波形計測処理とは、発振子３から成形体１に入力振動を付与してその入力振動に対する成形体１からの応答振動の強度を振動検出器５で検出し、検出結果をデータ取得器６に蓄積しつつ、周波数制御器４が発振子３による入力振動の周波数を変化させることで、入力振動の周波数に対する応答振動の強度の変化を表す共振波形を得る処理をいう。

また、演算制御部７は、共振波形計測処理で得た共振波形の面積を算出し、その算出結果と所与の閾値との比較により、成形体１を形成するキャスタブル耐火物の可使時間の終了の判定も行う（図５のステップＳ５）。

また、演算制御部７は、共振波形計測処理で得た共振波形別に、応答振動の強度がピーク値をとるときの入力振動の周波数、即ち成形体１の固有振動数を求めることで、固有振動数の時間的推移を観測し、その観測結果に基づき、成形体１についての脱枠可否の判定も行う（図５のステップＳ１２）。

本明細書において、成形体の固有振動数とは、型枠２その他の固有振動数が時間変化しない物体と成形体との複合物全体としての固有振動数を含む概念とする。

また、演算制御部７は、共振波形計測処理で得た共振波形や上記各判定の結果等を、モニタ８に表示出力させる。

図２に、上述した共振波形の具体例を示す。各共振波形で、横軸は入力振動の周波数を示し、縦軸は応答振動の強度を電圧値で示す。この図２及び後述する図３の模様が、図１のモニタ８に表示出力される。

キャスタブル耐火物を作製して直ちに型枠２へ鋳込み、型枠２への鋳込み直後から、１０分間隔で共振波形計測処理を行った。

鋳込み直後から２０分経過までは、殆ど波形が立たず、３０分経過時点から波形が形成され、以降、時間の経過と共に、共振波形の面積Ｓが増大してゆく。このため、共振波形の面積Ｓは、キャスタブル耐火物の固化の進行具合を評価する指標の１つとなりうる。

別途、同一のキャスタブル耐火物について可使時間の測定を行ったところ、本キャスタブル耐火物については、可使時間が約３０分であることが確かめられた。なお、可使時間の終了は、ばね強さ４ｋｇの円錐形コーンのクラフト硬度計を使用し、コーン圧入深さが２０ｍｍを超えた時点とした。

そこで、図２の３０分経過時点の共振波形の面積Ｓを閾値（例えば、図５のステップＳ５のε_１）として用いることで、共振波形の面積がその閾値以上になったか否かの判定によって、キャスタブル耐火物の可使終了を知ることができる。

本明細書において、坏土の可使時間とは、坏土が施工可能な状態を保つ時間の長さをいい、具体的には、坏土の作製時点から、坏土が施工困難な程度に固化するまでの時間をいう。施工形態は、坏土による。キャスタブル耐火物であれば、その作製時点から、それが鋳込み施工が困難な程度に固化するまでの時間をいう。

図３に、図２の続きの推移を示す。８０分経過時点から、共振波形に明確なピークが立ちはじめ、以降、矢印で示すように、ピークの推移に連続性がみられる。なお、各共振波形で、ピークが立っている位置の周波数は、成形体の固有振動数である。

図４は、図２及び３の共振波形から求めた固有振動数をプロットした波形、即ち、共振波形計測処理間での成形体の固有振動数の推移を表す波形である。縦軸が固有振動数を示し、横軸が時間を示す。但し、可使時間の終了前は、固有振動数を求めていない。

なお、図４には、固有振動数の推移の過度段階のみを示すが、成形体の固有振動数がいずれ定常値に収束すること、即ち波形の傾きがゼロになることは自明である。

鋳込みから８０分経過までは、固有振動数が時間的にランダムに変動しているが、図３でもみられるように、８０分経過以降、固有振動数が連続的に推移している。固有振動数が連続的に推移している部分の、その推移の仕方は、図４では直線的である。

別途、同一のキャスタブル耐火物について脱枠可能時点の判定を行ったところ、本キャスタブル耐火物については、脱枠可能時点が作製から約８０分経過時点であることが確かめられた。なお、脱枠可能時点は、生型硬度計による硬度が８０となった時点とした。

そこで、図４の波形が示す固有振動数の推移の連続性を判定することで、固有振動数が連続的に推移しはじめる時点を求めれば、その時点がキャスタブル耐火物の脱枠可能時点であると知ることができる。

なお、本実験結果によると、固有振動数が連続的に推移する部分の、その推移の仕方は直線的であるため、推移の連続性を、固有振動数の時系列データの１回差分、即ち図４の波形の傾きの安定度によって判定することができる。

図５は、図１の装置を用いた固化判定方法のフローチャートである。

まず、キャスタブル耐火物を型枠に鋳込んだ成形体を準備する（ステップＳ１）。

次に、変数ｊに初期値として１を代入する（ステップＳ２）。以下の説明中、変数ｊは自然数値をとるランニングパラメータとする。

次に、成形体に対して、第ｊ回目の共振波形計測処理を行うことで共振波形を得（ステップＳ３）、かつその共振波形の面積Ｓを算出する（ステップＳ４）。

本明細書において、共振波形の面積とは、共振波形を表す時系列データ中の応答振動の強度を表す数値の総和等、面積Ｓと実質的に等価な物理量を含む概念とする。

次に、可使終了判定として、ステップＳ４で算出した面積Ｓが、所与の閾値ε_１以上であるか否か判定する（ステップＳ５）。図２を参照して説明したように、共振波形の面積Ｓの大きさによって、可使時間の終了を判定することができる。

共振波形の面積Ｓが閾値ε_１以上でなければ（ステップＳ５；ＮＯ）、未だ可使時間が終了しておらず、変数ｊの値を１増加させ（ステップＳ６）、再びステップＳ３に戻る。

共振波形の面積Ｓが閾値ε_１以上であれば（ステップＳ５；ＹＥＳ）、可使時間が終了した旨の報知を行う（ステップＳ７）。報知は、例えば、図１のモニタ８への表示出力によって行われる。

なお、ステップＳ７では、可使時間の長さも報知することが好ましい。可使時間の長さは、キャスタブル耐火物を作製した時点又は成形体を準備した時点から、第ｊ（但し、ｊはステップＳ５でＹＥＳと判定した時点の値とする。）回目の共振波形計測処理を行った時点までの時間である。

ここで、第ｊ回目の共振波形計測処理を行った時点とは、第ｊ回目の共振波形計測処理を行った期間内の任意の時点とする。

次に、変数ｆ_−１とｆ_０とにそれぞれ所定の初期値を代入し、変数ｉに１を代入し、かつ上記変数ｊの値を１増加させる（ステップＳ８）。以下の説明中、変数ｉは、自然数値をとるランニングパラメータとする。

次に、第ｊ回目の共振波形計測処理を行い（ステップＳ９）、得られた共振波形について応答振動の強度がピーク値をとる固有振動数を求め（ステップＳ１０）、求めた固有振動数を変数ｆ_ｉに代入する（ステップＳ１１）。

次に、脱枠可否判定として、固有振動数の時系列データの１回差分の安定度を表すＹ＝｜（ｆ_ｉ−ｆ_ｉ−１）−（ｆ_ｉ−１−ｆ_ｉ−２）｜が、所与の閾値ε_２以下か否かを判定する（ステップＳ１２）。図４を参照して説明したように、固有振動数の推移の連続性によって、脱枠の可否を判定できる。ステップＳ１２では、固有振動数の推移の連続性を、固有振動数の時系列データの１回差分、即ち図４の波形の傾きの安定度によって判定している。

Ｙが閾値ε_２以下でなければ（ステップＳ１２；ＮＯ）、成形体は未だ脱枠できる程度に固化しておらず、変数ｉ及びｊをそれぞれ１増加させ（ステップＳ１３）、再びステップＳ９に戻る。

Ｙが閾値ε_２以下であれば（ステップＳ１２；ＹＥＳ）、脱枠可能である旨の報知を行い（ステップＳ１４）、本処理を終了する。報知は、例えば図１のモニタ８への表示出力によって行われる。

なお、ステップＳ１２の判定で、脱枠が可能である旨は、固有振動数ｆ_ｉ（但し、ｉ≧３とする。）を得た時点で判明する。しかし、現実の脱枠可能時点は、固有振動数ｆ_ｉ−２を観測した時点である。

図４に戻って説明すると、脱枠可能時点は固有振動数ｆ_５が観測された時点であるが、ステップＳ１２の判定手法によると、脱枠が可能であることは固有振動数ｆ_７を観測した時点で判明する。つまり、固有振動数ｆ_７を観測した時点で、ｆ_５〜ｆ_７に連続性があることが分かる。

図５のステップＳ１４では、以上の事情を考慮し、キャスタブル耐火物の脱枠可能時点が、固有振動数ｆ_ｉ−２を得た共振波形計測処理の時点である旨の報知を行うことが好ましい。ここで固有振動数ｆ_ｉ−２を得た共振波形計測処理の時点とは、第ｊ−２（但し、ｊはステップＳ１２でＹＥＳと判定した時点の値とする。）回目の共振波形計測処理を行った時点のことである。

また、ステップＳ１４では、キャスタブル耐火物の養生時間も報知することが好ましい。養生時間は、キャスタブル耐火物を作製した時点又は成形体を準備した時点から、第ｊ−２（但し、ｊはステップＳ１２でＹＥＳと判定した時点の値とする。）回目の共振波形計測処理を行った時点までの時間である。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はこれに限られない。

例えば、実施例では、図４の波形の一部が直線的に変化する傾向を示したため、その１回差分の安定度によって固有振動数の推移の連続性を判定したが、固有振動数が時間的に非線形に推移することも考えられうる。その場合は、固有振動数の２回又は３回以上の差分の安定度によって推移の連続性、即ち滑らかさを判定することができる。

また、図５のステップＳ１２では、脱枠可否のみならず、坏土一般の保形性の発現を判定することができる。キャスタブル耐火物の場合は、固有振動数が連続的に推移しはじめる時点（例えば、図４の点ｆ_５）が、脱枠可能な程度に保形性を発現している時点と一致するが、固有振動数の推移の連続性の条件に、他の条件をかけ合わせることで、坏土の固化がより進行した状態を判定することもできる。

他の条件としては、例えば、共振波形の面積が閾値Ａ以上かという条件、固有振動数の値が閾値Ｂ以上かという条件、及び／又は共振波形のピークの高さが閾値Ｃ以上かといった条件が挙げられる。これら閾値Ａ〜Ｃの値は、判定したい保形性の発現の程度に応じて選択すればよい。

このようにして、固化の判定レベルを任意に調整することで、キャスタブル耐火物の脱枠可能時点のみならず、例えば、型枠を必要としない吹付け施工体の加熱乾燥の開始可能時点や打設コンクリートの締固め時点等の判定も適切に行うことができる。

また、図５のステップＳ５では、共振波形の面積によって可使終了判定を行ったが、これに限らず、固化の進行に応じて増大する値、例えば、共振波形の或る強度閾値を上回る部分の周波数レンジの広さによっても可使終了を判定することができる。

なお、共振波形の或る強度閾値を上回る部分の周波数レンジの広さは、応答強度のサンプリング周波数が一定であれば、例えば、共振波形を表す時系列データの或る強度閾値を上回るデータ点数によって知ることができる。

また、図１の発振子３が発生する入力振動の周波数の範囲は、特に０〜１万Ｈｚに限られない。下限は０Ｈｚ超であってもよいし、上限は１万Ｈｚ以上、例えば２万Ｈｚ以上の超音波であってもよい。

さらに、固化判定の対象は、キャスタブル耐火物に限られず、湿式吹付け材等のポンプ圧送材、プラスチック耐火物、コーティング材、モルタル、コンクリートその他の坏土のいずれであってもよい。

坏土の混練液は水に限られず、非水系の液体であってもよい。キャスタブル耐火物は、一般に、アルミナセメントその他の結合剤を含む。但し、セメントレスのキャスタブル耐火物であってもよい。坏土は結合剤その他の固化剤を含んでいなくてもよい。

本発明の固化判定技術は、坏土のサンプルに対して行うことができ、これにより、坏土の固化に要する時間を事前に把握することができる。また、本発明の固化判定技術は、大掛かりな装置を要しないので、実際の施工現場で施工された坏土の施工体に対しても容易に適用することができる。

この他、種々の組み合わせ及び改良が可能なことは当業者に自明であろう。

１…成形体、２…型枠、３…発振子、４…周波数制御器、５…振動検出器、６…データ取得器、７…演算制御器、８…モニタ。

Claims

（ａ）坏土の成形体を準備する工程と、
（ｂ）成形体の固有振動数を時間をおいて複数回測定し、測定間での固有振動数の推移を表す波形の過渡段階における前記固有振動数の推移の連続性を判定する工程と
を有する坏土の固化判定方法。
工程（ｂ）では、固有振動数の推移の連続性を、固有振動数の時系列データのｎ（但し、ｎは自然数とする。）回差分の安定度によって判定する請求項１に記載の方法。
工程（ｂ）では、ある測定で得た固有振動数をｆ_ｉ−２、次の測定で得た固有振動数をｆ_ｉ−１、その次の測定で得た固有振動数をｆ_ｉとしたとき、｜（ｆ_ｉ−ｆ_ｉ−１）−（ｆ_ｉ−１−ｆ_ｉ−２）｜が閾値以下か否かを判定し、閾値以下の場合、坏土の固化が固有振動数ｆ_ｉ−２を得た前記測定の際に完了した旨の報知を行う請求項１又は２に記載の方法。