JP2011037253A - 複数の動的計測値による生コン管理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】生コンの練り混ぜ管理について、スランプと練り混ぜ時の練り抵抗に一定の相関関係があることを利用して練り抵抗で管理するのが一般的であるが、材料等に変動があった場合はこの相関関係は変化するため、一定の相関を前提に管理した生コンのスランプ値は変化する。この変動を即座に把握するために、複数の動的計測方法を確立する。
【解決手段】ミキサー下のホッパーを計測装置として活用し、練り混ぜた生コンの流下時間と流下抵抗をバッチごとに測定することで、材料等が変動したときに生じる練り抵抗とスランプとの相関関係のずれを直ちに検知するようにした複数の動的計測方法を提供する。異なる特性を持つ計測値の間にずれが生じることから、スランプや単位水量の変化を推定でき、直ちに配合修正の対応がとれるため、常に安定した生コンが製造できる。
【選択図】なし

Description

本発明は材料等の変動をただちに検知できる複数の動的計測値による生コンの練り混ぜ管理方法に関する。

コンクリートはセメント、水、粗骨材、細骨材、混和剤などからなる複合材料である。練り混ぜた直後の生コンと言われる状態と硬化した状態ではまったく性状がことなるが、強度や耐久性など硬化後に求められる性能は生コンの良否で左右される。従来生コンの製造において、最も重要な管理項目は水量の管理であった。

細骨材、粗骨材とも乾燥状態ではスランプロスが生じるため、ある程度の水分を含ませておく必要があるが、含まれる表面水の量を一定に管理するのは困難であるため、含まれる表面水の量を計測して、材料としての水の計量を調整するのが一般的な管理方法である。しかし、静止した状態で貯蔵される骨材中の表面水量は一様でなく、表面水を計測する水分計の精度も満足なものはないのが実態である。（特許文献１参照）

近年高強度コンクリートや高流動コンクリートなどの高性能のコンクリートが製造されることが多くなったが、これらの水セメント比の小さいコンクリートは水量の誤差に対する許容幅が著しく小さく、従来の管理方法では精度が不足するため、練り混ぜ途中で生コンの柔らかさを判断して、二次水を加えてスランプを調整するスランプ管理装置が考案されて使用されている。（特許文献２、非特許文献１参照）

一般的にバッチャープラントのオペレーターは生コンの柔らかさをミキサー駆動モーターの消費電流から換算した練り抵抗の数値を見ながら判断しているが、上記のスランプ管理装置は、コンピューターで過去のデーターと比較判断して、練り上がり時の練り抵抗が一定になるように、練混ぜ途中にコンピューターで計算した二次水量を加水し調整するものである。

特開２００３−１９４８０４ 公報 特開平８−３３２６２４ 公報

コンクリート工学年次論文集１９９９年 「生コンクリート単位水量の微小変動調整へのパソコンコントロールシステムの検討」（ＮＯ２−３６１Ｐ）

このように水量を二次水で補正して練り上がり時の練り抵抗を正確に管理しているにもかかわらず、大幅にスランプが変動し品質規格から外れるケースがでてくる。そのつど原因を追究すると必ず材料等の変動が見つかり、スランプ変動要因となっていることが明らかになった。その変動要因は多岐にわたり、その時々で異なるが、いずれも許容範囲をこえるスランプ（またはスランプフロー）の変化を引き起こし、無視できないことがはっきりした。

明らかになった変動要因として、生コン温度の変化による単位水量の変化、計量器の故障による混和剤量のばらつき、骨材粒度分布の変化、セメント粉末度の変化、砕砂に残留する凝集剤量の変化などが確認された。未確認のその他変動要因もあると推定される。

練り上がり時の練り抵抗を一定に管理しているオペレーターは、これらの変動を知る手段を持っていない。モニター画面の目視ではあまり参考にはならず、試験係のスランプ試験の結果を聞くか、打設現場からのクレームがくるまで異常を知りえない。ましてその原因を知る手段がないのが現状である。変動は突然に起きることが多く修正対応が遅れることになる。

材料等が変動したときに練り抵抗とスランプの相関関係が変化するにもかかわらず、一定の相関関係があるとの前提で練り混ぜ管理をすることに問題があるのは明らかである。練り混ぜた生コンの物理的性質は骨材のかみ合いによるせん断抵抗と、セメントペーストの粘性による粘性抵抗の異なる二つの特性により決まってくるが、試験方法によりどちらの特性に多く影響されるかが違っている。スランプ試験は静的な試験でありせん断抵抗に多く支配され、練り抵抗は動的な試験であり粘性抵抗に多く支配される。材料等が変化したときにはこのせん断抵抗と粘性抵抗の比率が変化するため、練り抵抗一定管理下でスランプ値は変化することになる。

季節により生コン温度が変化するとき、温度が上昇すれば化学反応であるセメントと水の水和反応は速くなる。これは接水直後にセメント中のＣ３Ａが直ちに水と石膏と反応してエトリンガイトという大量の結合水を持つ針状結晶を生成するためであり、練り混ぜ水の一部が結晶水として固定されるとともに、流動性を阻害する針状結晶が大量に生成するために物理的にも流動性が低下する。さらにこれらの水和物は比表面積が非常に大きいため水和物に吸着固定される混和剤成分が増大し、さらに流動性は低下する傾向を持つ。このため生コン温度が上昇すれば同一スランプにするための単位水量は増大する。結果的に混和剤が不足したと同じ状態になり、粘性は小さくせん断抵抗は増加傾向となる。また生コン温度が低下した場合は逆の現象が生じる。オペレーターが直ちにこの変化を把握するためには、粘性とせん断に対する負荷特性が異なる複数の動的計測値が必要である。

また生コンの製造において、材料の計量精度は基本的な必要条件である。中でも混和剤の計量精度は重要である。計量器としての静荷重試験や動荷重試験など定期的に実施して正常であっても、故障で実際の計量値がばらつく場合がある。また砕砂に凝集剤が残留している場合、凝集剤が分散剤である混和剤を消費するため、結果的に混和剤が減少したと同様な変動が起る場合がある。いずれの場合も同一スランプにするための単位水量が変化するため粘性とせん断の特性は変わってくる。これらの要因により練り抵抗一定管理下で生じるスランプ変動を即座に把握するためにも、上記の特性の異なる複数の動的値が必要である。

また使用する粗骨材や細骨材について、粒径が大きくなれば練り抵抗が大きくなり、小さくなれば練り抵抗が小さくなる物理的特性がある。またセメントなどの微粒子についても同様に粒径による変動が生じる。結果的に同一スランプのときの練り抵抗が変動するため、練り抵抗一定管理下でスランプは変動することになる。粒径の変動を把握するためにも、上記の特性の異なる複数の動的計測値が必要である。

またセメント粉末度の変動は混和剤の働きに関してもスランプ変動の要因となる。混和剤は界面活性剤でありセメント粒子の表面に作用する薬剤であるため、粒子径が粗くなれば単位表面積あたりの混和剤濃度が増すため減水効果が増加しスランプが大きくなる。逆に微粒になればスランプは小さくなる。粒径の変動は、物理的な抵抗の変化と単位面積あたり混和剤濃度の変化が重なるためセメント粉末度変化がスランプ変動に与える影響は大きい。これらの変動を把握するためにも、上記の特性の異なる複数の動的計測値が必要である。

その他の変動要因に対しても、同様に練り抵抗一定管理下で上記の特性の異なる複数の動的計測データーがあれば、オペレーターがこれらの変動を即座に察知でき、それぞれの計測値の変化傾向から変動要因の特定も可能になる。この動的測定値の一つはスランプ値に近い特性をもつことが望ましい。

本発明は、上記課題を達成するためになされたものであり、ミキサーの下に設置されているホッパーを計測装置として活用する方法である。このホッパーの排出ゲートの開度を一定に保ちながら生コンを排出して、その流下時間を計測すると同時に、ホッパー内の中間部分の一定位置に吊り下げた障害物により生コンの流下抵抗を計測することで、材料等の変動による練り抵抗とスランプの相関関係のずれを即座に検知することを目的としている。

本発明は上記の目的を達成するために、ホッパーを計測装置として活用し、流下抵抗と流下時間を測定し、生コンの品質変動をただちに検知するようにした複数の動的計測方法を提供することを特徴としている。

また請求項２において、請求項１に記載の動的計測方法は、ホッパー上部空間にたるませて線材が張られ、その線材の中間に自由に移動できる環がはめられており、その環に下端が自由でホッパー下部まで達する長さの線材が取り付けられており、さらにその線材の中間に障害物が取り付けられており、生コン流下時に障害物が引き込まれる流下抵抗を測ることを特徴としている。

また請求項３において、請求項１に記載の動的計測方法は、ホッパー上部空間にたるませて線材が張られ、その線材の中間に自由に移動できる環がはめられており、その環に下端が自由でホッパー下部まで達する長さの線材が取り付けられており、生コンが完全に流下した時間を検知して流下時間を測ることを特徴としている。

請求項４において、請求項１に記載の動的計測方法は、ホッパー上部空間にたるませて張られた線材の片側の端部はロードセルを介して固定され、他端はマイクロスイッチを介して固定され、それぞれ流下抵抗と流下速度を計測できるようにしたことを特徴としている。

請求項５において、請求項１に記載の動的計測方法は、ホッパーの排出ゲートに開度を測る変位計が設置されており、開度を一定に保つことで流下時間及び流下抵抗の測定精度を保つことを特徴としている。

上記構成では、ホッパー上部空間にミキサー主軸を横断する方向にたるませてはられた線材に自由に動く環がはめられており、その環にホッパー下部まで届く下端が自由な線材が取り付けられ、その中間の適当な位置に適当な大きさの障害物が取り付けられた構造なので、練り混ぜが完了しホッパーの生コンが放出され始めた時点で計時装置による計測がスタートし、流下完了時点で復元する作用を上部に張られた線材端部にセットしたマイクロスイッチで検知して計時装置を停止することで流下時間を計測する。

また上記構成において、ホッパー上部空間にたるませてはられた線材の角度を１２０度程度としておけば、力のベクトルで鉛直な線材にかかる張力と上部線材の張力はほぼ等しくなり都合がいい。また環を介して自由に動く鉛直な線材は、ホッパーの中を流れ下る生コンの流速が最も速くなる中央部に引き寄せられ位置が定まるため、障害物は常に同じ位置にあり生コンの流下抵抗を正確に計測できる。

また上記構成において、ホッパーは漏斗状の形状をした容器であるから、流下時間を計測するホッパーゲート部分の断面積と流下抵抗を計測するホッパー中間部分の断面積がおおむね１０倍程度になるように設定することで、流下抵抗を計測する部分の流速は１／１０程度となり、粘性抵抗の影響は小さくてせん断抵抗の影響が大きい流下抵抗が得られる。このため流下抵抗の計測値はよりスランプ値に近い特性を持つことになる。

また上記構成において、使用する線材をステンレスワイヤーロープとすれば生コンの付着や硬化に対してもメンテし易く、清浄に保ちやすい。また障害物の大きさは、通常の生コンでその流下抵抗が目標の値となるような大きさを選定し、鉛直な線材の下端が生コンから離れる前の引っ張り力はマイクロスイッチを確実に作動させる大きさになるように調整しておくと良い。

また上記構成において、流下抵抗と流下時間の計測精度を保つためには、ホッパーを計測器として使用するにあたりゲートの開度を一定にしておく必要があるが、ゲートの開度を常時計測する変位計を設置して管理する。

材料等が変化した場合に、従来の練り抵抗一定でスランプを管理する方法ではスランプ変動が避けられなかったが、練り抵抗値以外にホッパー流下時間と流下抵抗の２種類の動的データーを計測することで、複数の動的データーの相関変化が把握でき、その変化状況より変動原因が推定でき、配合修正が速やかに行えるため常に安定した品質の生コンを供給できるようになる。

たとえばなんらかの原因で混和剤量が不足した状態について、練り抵抗一定管理下で生じる変化を説明する。混和剤が不足した状態では単位水量が増加傾向となるためセメントペーストの粘性は低下してくる。練り抵抗はセメントペーストの粘性抵抗と骨材のかみ合いによるせん断抵抗の合わさったものなので粘性抵抗の小さくなった分だけせん断抵抗が大きい状態の生コンが練り上がることになる。スランプ試験は静的な試験であるためこの生コンのスランプ値は当然小さくなる。つまり単位水量は標準状態より増加ぎみでスランプ値は標準状態より小さい生コンが練りあがることになる。

逆になんらかの原因で混和剤添加量が過剰になった状態について、練り抵抗一定管理下で起る変化を説明する。混和剤が過剰にある状態では単位水量が減少傾向となるためセメントペーストの粘性は大きくなる。上記と同じ理由で粘性が大きくなる分せん断抵抗は小さい状態の生コンが練りあがることになる。スランプ試験は静的な試験であるためこのせん断抵抗の小さな生コンのスランプ値は当然大きくなる。つまり単位水量は標準状態より減少気味でスランプ値は標準状態より大きい生コンが練り上がることになる。

このように温度や材料等の条件が変化すれば、練り抵抗一定で管理していても、スランプ値や単位水量は変化することになる。ホッパー中段の流下速度が遅い部分で計測する流下抵抗の計測値はスランプ値に近い変化を示すため、変動をただちに検知することができる。

一方、流下時間はホッパー出口ゲートの絞られた断面を高速で流下する生コンの性質を捕らえるものであり、動的な測定値であり粘性抵抗の影響を強く受けるものである。その点ではミキサーが生コンをかき混ぜる練り抵抗と似たような特性となるため、練り抵抗一定管理下での流下時間の変化は単純ではない。しかし練り抵抗一定管理化でスランプ値が小さくなった場合は流下時間が長くなり、逆にスランプ値は大きくなっても単位水量が減少して粘性が大きな生コンもまた流下時間が長くなるなどの傾向がでてくる。

望ましい練混ぜ管理方法では、単位水量の変動を二次水で調整して練り上がり時の練り抵抗を一定に管理しながら、この流下抵抗と流下時間を全バッチ計測・記録することが基本となる。何らかの異状が生じた場合、両者のデーターの変動から材料等の変化を推定でき、即座に配合修正するなどの対応が取れるため、常に安定した品質の生コンを製造することができるようになる。

ミキサー下のホッパーを計測器として使用して、一つの計測装置で流下時間と流下抵抗という特性の異なる二つの動的計測値を、練り混ぜ全バッチについて得ることにより、材料の品質変動や生コン温度の変動による練り抵抗値とスランプ（又はスランプフロー）との相関関係の変化を即座に察知して、変動要因を推定する。この測定結果によりただちに配合を修正でき、常に安定したスランプ（又はスランプフロー）や単位水量を確保できる生コンの製造システムを実現した。

以下、二次製品工場での一実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。ミキサーは一般的に広く普及している二軸式強制練りミキサーである。生コン製造作業の形態としては、ホッパー下に積み込みを待つ生コン車が待機しており、ホッパーゲートは適度な流量となるように定められた開度にセットされている。練り上がった生コンは自動もしくは手動ボタン操作でミキサゲートが開き、生コンは一気にホッパーへ投入される。いったんホッパーへ溜まった生コンは適当な流量で生コン車へと流下していく。

本発明はこのホッパーを計測器として活用するものである。そのため基本的な条件を整える目的で、ホッパーゲートの開度を管理するためにゲートに変位計を設置して開度を表示して、常に同じ条件となるように調整しておく。

ホッパー上部空間に、ミキサー主軸を横断する方向にたるませてはられたワイヤーロープの片側端部はロードセルを介して固定されており流下抵抗の計測ができ、もう一端はマイクロスイッチを介し固定されており流下時間の計測ができる。このワイヤーのたるみは折れ角が１２０度程度となるように決められており、中間に自由に動く環がはめられており、その環にホッパー下部まで届く長さのワイヤーロープが取り付けられており、その中間の定められた位置に適当な大きさの抵抗体が設置されている。

流下時間はホッパーゲート部の絞られた断面を生コンが高速で流下する動的な特性を捕らえ、ホッパー中段の断面積がゲート部の断面積の１０倍程度となる位置に吊るされた抵抗体は流速が遅いため、より静的に近い特性を把握できる。またこの抵抗体が常にホッパー中央の一定位置にあることが流下抵抗測定値の精度を保つために必要であるが、流下する生コンは中央断面の流速が最も早いため、自由に動く環を介して吊下げられた抵抗体は常に中心に引き寄せられ位置が決まることになる。

この製造方法による生コンは、骨材の表面水の変動を練り混ぜ途中で二次水を加えることで、練りあがり時の練り抵抗値が一定になるように管理されている。材料の品質変動や生コン温度などの条件に変動がなければ、練り抵抗が一定に管理された生コンのスランプや単位水量は一定になり、ホッパーに設置された計測装置による流下抵抗の計測値も流下時間の計測値も一定となり変化しない。しかし、材料等になんらかの変動がおきた場合には、流下抵抗値と流下時間がそれぞれ異なった変化を示すことになる。変動の原因は様々あるが、結果的に混和剤量が不足して単位水量が増加傾向になるときは、スランプ値が小さくなると同時に流下抵抗も大きくなるので、混和剤を増やして対応すればよい。逆に結果的に混和剤が過剰になり単位水量が減少傾向になるときは、スランプ値が大きくなると同時に流下抵抗も小さくなるので、混和剤を減らして対応すればよい。

しかし、変動要因は多岐にわたるため即座に断定できない場合もある。とくにセメントの粉末度の変動や、風化の影響はもっと複雑になるが、過去のデーターを整理して流下抵抗値と流下時間の変動の関係を把握しておけば原因推定は可能である。この意味で、練り混ぜ記録として、計量記録や二次水量の記録、練上がり時の練り抵抗記録だけでなく、本発明によるホッパーを計量器とする練り抵抗値と流下時間を品質記録として残すことが重要である。

また材料に起因する変動は、不連続で急に生じるため、変動のタイミングも重要な情報である。たとえば、一つの物件を練り混ぜている最中にセメントが入荷した場合など、セメントサイロの構造として上部にある新しいセメントが先に送られるため、入荷したセメントの粉末度に変化があれば即座に生コンが変動するケースがある。

粗骨材、細骨材、セメント、その他混和材料、混和剤など、材料入荷時にサンプルを取り一定期間保存しておけば、なんらかの異変があって原因が特定できない場合でも、それらのサンプルをチェックすることで原因を解明できるはずである。このような品質管理システムを確立することで生コンの品質を著しく改善できる。

Claims (5)

1. ホッパーを計測装置として活用し、生コンの流下抵抗と流下時間を測定し、生コンの品質変動を直ちに検知するようにした複数の動的計測方法。
2. 上記動的計測方法において、ホッパー上部空間にたるませて線材が張られ、その線材の中間に自由に移動できる環がはめられており、その環に下端が自由でホッパー下部まで達する長さの線材が取り付けられており、その線材の中間に障害物が取り付けられており、生コン流下時に障害物が引きこまれる流下抵抗を測ることを特徴とする請求項１に記載の動的計測方法。
3. 上記動的計測方法において、ホッパー上部空間にたるませて線材がはられ、その線材の中間に自由に移動できる環がはめられており、その環に下端が自由でホッパー下部まで達する長さの線材が取り付けられており、生コンが完全に流下した時間を検知して流下時間を測ることを特徴とする請求項１ないし請求項２に記載の動的計測方法。
4. 上記動的計測方法において、ホッパー上部空間にたるませて張られた線材の片側の端部はロードセルを介して固定され、他端はマイクロスイッチを介して固定され、それぞれ流下抵抗と流下速度を計測できるようにしたことを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載の動的計測方法。
5. 上記動的計測方法において、ホッパー排出ゲートに開度を測る変位計が設置されており、開度を一定に保つことで流下時間及び流下抵抗の測定精度を保つことを特徴とする請求項１ないし請求項４に記載の動的計測方法。