JP2014102204A - コンクリート用貫入抵抗試験機 - Google Patents

Abstract

【課題】コンクリートの貫入抵抗を測定することでコンクリートの硬化度を定量的に評価でき、かつ、貫入抵抗の測定を容易に行なう上で有利なコンクリート用貫入抵抗試験機を提供する。
【解決手段】ハンドル１２を把持して打設されたコンクリートの表面に貫入針１６を垂直に当て付け、ハンドル１２を鉛直下方に押し下げて貫入針１６をコンクリート内部に貫入させる。これにより貫入針１６が荷重を受け、その荷重がロードセル２０で検出される。演算手段２２Ａは、ロードセル２０から供給された検出信号から荷重を求めると共に、荷重を貫入針１６の断面積で除した貫入抵抗Ｋ（Ｎ／ｍｍ^２）を算出する。制御部２２は、演算手段２２Ａで算出された貫入抵抗Ｋを表示部２６に表示させる。
【選択図】図１

Description

本発明はコンクリート用貫入抵抗試験機に関する。

コンクリートを重ね打ちする場合、先に打設したコンクリートと後に打設したコンクリートが一体化しないというコールドジョイントを如何にして防止するかが重要である。
そのため、先に打設されたコンクリートの硬化度（凝結度）を測定し、その硬化度がコールドジョイントが発生しない程度であることを確認して次のコンクリートを打設することが必要である。
特に、近年、コンクリートの用途、目的、性能に応じて様々な材料をコンクリートに混和することが行われていることからコンクリートの性状が多様化しており、コンクリートが硬化するまでに要する時間も様々である。そのため、現場においてコンクリートの硬化度を測定することがより重要となってきている。
特許文献１には、鉄製錘体を打設後のコンクリート表面に自由落下させ、鉄製錘体の衝突によって生じた痕跡の寸法に基いてコンクリートの硬化度を検出する技術が開示されている。
また、特許文献２には、コンクリート内に埋め込んだ計測センサーによりコンクリートの電気伝導率を測定し、電気伝導率に基いてコンクリートの硬化度を検出する技術が開示されている。

特開平８−２１７９０号公報 特開２０１１−１１７２３５公報

しかしながら、前者の従来技術では、鉄製錘体の衝突によって生じた痕跡の寸法を測定するものであるため、コンクリートの硬化度を定量的に評価する上で不利がある。
また、後者の従来技術では、予め計測センサーをコンクリートに埋め込む必要があるため、広い面積の打設現場においてきめ細かくコンクリートの硬化度を検出しようとすると、予め多数の計測センサーを設置しなくてはならず、事前の準備に多大な手間を要する不利がある。
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、コンクリートの貫入抵抗を測定することでコンクリートの硬化度を定量的に評価でき、かつ、貫入抵抗の測定を容易に行なう上で有利なコンクリート用貫入抵抗試験機を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明のコンクリート用貫入抵抗試験機は、手で把持されるハンドルと、前記ハンドルから突設された軸部材と、前記軸部材の先端に設けられコンクリートに貫入される貫入針と、前記軸部材に設けられ前記貫入針が受ける荷重を検出するロードセルと、前記ロードセルで検出された荷重を前記貫入針の断面積で除した貫入抵抗を算出する演算手段とを備えることを特徴とする。

ロードセルによって検出された貫入針が受ける荷重を貫入針の断面積で除した貫入抵抗を算出するので、コンクリートの硬化度を定量的に評価する上で有利となる。また、大掛かりな事前の準備を行なうことなく、貫入抵抗の測定を容易に行なう上で有利となる。

第１の実施の形態のコンクリート用貫入抵抗試験機１０Ａの正面図である。 第１の実施の形態のコンクリート用貫入抵抗試験機１０Ａの制御系を示すブロック図である。 コンクリートを打設してからの経過時間Ｔと貫入抵抗Ｋとの関係を示す線図であり、４月の測定結果を示す。 図３のうち始発時間までの部分を拡大して示した線図である。 コンクリートを打設してからの経過時間Ｔと貫入抵抗Ｋとの関係を示す線図であり、始発時間までの部分を拡大して示した図であり、８月の測定結果を示す。 第２の実施の形態のコンクリート用貫入抵抗試験機１０Ｂの正面図である。 第２の実施の形態のコンクリート用貫入抵抗試験機１０Ｂの制御系を示すブロック図である。

（第１の実施の形態）
次に本発明の実施の形態のコンクリート用貫入抵抗試験機１０Ａについて図１、図２を参照して説明する。
図１、図２に示すように、コンクリート用貫入抵抗試験機１０Ａは、ハンドル１２と、軸部材１４と、貫入針１６と、筺体１８と、ロードセル２０と、制御部２２と、入力部２４と、表示部２６と、通信部２８などを含んで構成されている。
ハンドル１２は、手で把持される部分であり、本実施の形態では、左右の手で把持するに足る太さと長さとを有する棒状の部材で構成されている。
軸部材１４は、ハンドル１２の中央から突設され、軸部材１４は、中実状であってもよく、中空状であってもよい。

貫入針１６は、軸部材１４の先端に設けられコンクリートに貫入される部分である。
貫入針１６は、予め定められた断面積を有する均一な円形断面を呈し、先端が平坦面となっている。
本実施の形態では、貫入針１６は、断面積が異なるものが複数設けられ、軸部材１４の先端は、複数の貫入針１６に着脱可能である。
軸部材１４の先端と貫入針１６とを着脱可能にする構造は、例えば、軸部材１４の先端に雄ねじを設け、貫入針１６に前記雄ねじに螺合する雌ねじを設けるなど、従来公知の様々な構造が採用可能である。

筺体１８は、軸部材１４のハンドル１２寄りの箇所に介設されている。したがって、軸部材１４は、ハンドル１２側の部分１４０２と、貫入針１６側の部分１４０４とが分断されると共に、それらの部分１４０２、１４０４は筺体１８により同軸上に結合されている。
筺体１８は、ロードセル２０、制御部２２、入力部２４、表示部２６、通信部２８を収容している。また、筺体１８には、コンクリート用貫入抵抗試験機１０Ａの電源をオン、オフする電源スイッチ３０（図２）が設けられている。

ロードセル２０は、貫入針１６が受ける荷重を軸部材１４の部分１４０４を介して検出するものである。
ロードセル２０として、磁歪式、静電容量型、ひずみゲージ式など従来公知の様々なものが使用可能である。

制御部２２は、ＣＰＵ、制御プログラム等を格納・記憶するＲＯＭ、制御プログラムの作動領域としてのＲＡＭ、各種データを書き換え可能に保持するＥＥＰＲＯＭ、周辺回路等とのインターフェースをとるインターフェース部などを含んで構成される。
制御部２２は、前記の制御プログラムを実行することにより、演算手段２２Ａとして機能する。
演算手段２２Ａは、ロードセル２０で検出された荷重を貫入針１６の断面積で除した貫入抵抗Ｋ（Ｎ／ｍｍ^２）を算出するものである。

入力部２４は、測定の開始を制御部２２に指示する測定開始キー２４０２、貫入針１６の断面積を入力して制御部２２に設定するための置数キー２４０４、置数キー２４０４によって入力された数値を決定するための決定キー２４０６などを含んで構成されている。
なお、制御部２２は、置数キー２４０４の操作により入力された数値を表示部２６に表示するように構成されており、置数キー２４０４は、１つのキーを押圧する毎に入力される数値がインクリメントされるような形態のものであっても、あるいは、０〜９の数値を直接入力するテンキーで構成されるものであってもよい。

表示部２６は、表示手段を構成するものであり、演算手段２２Ａで算出された貫入抵抗を表示するものである。表示部２６としては、数字や文字、記号などを表示できるものであればよく、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイなど従来公知の様々な表示器が使用可能である。

通信部２８は、通信手段を構成するものであり、演算手段２２Ａで算出された貫入抵抗を外部装置に通信回線を介して送信するものである。
通信回線としては、無線ＬＡＮ、赤外線、Bluetooth（登録商標）などの従来公知の様々な無線回線、あるいは、有線ＬＡＮ、ＵＳＢなどの従来公知の様々な有線回線が使用可能である。
このような通信部２８を設けることにより、通信回線を介してパーソナルコンピュータや携帯端末などの様々な外部装置に貫入抵抗Ｋのデータを送信することができ、外部装置において貫入抵抗Ｋを用いた様々な処理を行なう上で有利となる。
なお、外部装置との通信が不要であれば、通信部２８を省略してもよい。

次にコンクリート用貫入抵抗試験機１０Ａの使用方法について説明する。
予め、現場で打設されたコンクリートの性状に応じて適切な断面積を有する貫入針１６を軸部材１４の先端に装着する。
そして、装着した貫入針１６の断面積を置数キー２４０４、決定キー２４０６を操作することにより制御部２２に設定しておく。
次に、測定開始キー２４０２を操作したのち、ハンドル１２を把持して打設されたコンクリートの表面に貫入針１６を垂直に当て付け、ハンドル１２を鉛直下方に押し下げて貫入針１６をコンクリート内部に貫入させる。
これにより貫入針１６が荷重を受け、その荷重がロードセル２０で検出される。
演算手段２２Ａは、ロードセル２０から供給された検出信号から荷重を求めると共に、荷重を前記設定された貫入針１６の断面積で除した貫入抵抗Ｋ（Ｎ／ｍｍ^２）を算出する。
ロードセル２０によって検出される荷重は、貫入針１６がコンクリート内で移動している間変動するが、演算手段２２Ａは、例えば、検出された荷重の最大値を用いて貫入抵抗Ｋを算出する。
制御部２２は、演算手段２２Ａで算出された貫入抵抗Ｋを表示部２６に表示させる。
また、通信部２８と通信可能な外部装置がある場合は、制御部２２は通信部２８を介して外部装置に貫入抵抗Ｋのデータを送信する。

本実施の形態のコンクリート用貫入抵抗試験機１０Ａによれば、ロードセル２０によって検出された貫入針１６が受ける荷重を貫入針１６の断面積で除した貫入抵抗Ｋを算出するようにしたので、コンクリートの硬化度を定量的に評価する上で有利となる。
また、大掛かりな事前の準備を行なうことなく、所望の場所のコンクリートの貫入抵抗Ｋを簡単に測定する上で有利となる。特に大規模な埋立地にコンクリートを打設するような場合においては、事前の準備が不要となるため、コンクリートの硬化度の測定の合理化を図る上で極めて有利となる。
したがって、コンクリートを重ね打ちする場合に、先に打設したコンクリートの硬化度がコールドジョイントが発生しない程度であることを確認して次のコンクリートを打設することができ、コールドジョイントの発生を的確に防止する上で有利となる。

ここで、打設されてからの時間経過（注水されてからの時間経過）に伴う貫入抵抗Ｋの変化とコールドジョイントとの関係について説明する。
図３はコンクリートを打設してからの経過時間Ｔと貫入抵抗Ｋとの関係を示す線図であり、性状が異なる２種類のコンクリートＡ、Ｂを比較している。なお、図３は４月に行った測定結果を示す。
ＪＩＳ１１４７（コンクリートの凝結時間試験方法）では、コンクリートの貫入抵抗Ｋが３．５（Ｎ／ｍｍ^２）の時点を始発時間、コンクリートの貫入抵抗Ｋが２８．０（Ｎ／ｍｍ^２）の時点を終結時間と規定している。
図３から明らかなように、性状が異なるコンクリートＡ、Ｂにおいてそれぞれ始発時間、終結時間が異なっている。
図４は、図３のうち始発時間までの部分を拡大して示した線図である。
図５は、経過時間Ｔと貫入抵抗Ｋとの関係を示す線図であり、図３と同様の測定を８月に行ったものであり、図４と同様に始発時間までの部分を拡大して示している。
図４、図５を比較してわかるように、気温が高い図５の方が気温が低い図４に比較してコンクリートＡ、Ｂの双方の始発時間が大きく短縮されている。

ところで、始発時間における貫入抵抗Ｋ＝３．５（Ｎ／ｍｍ^２）の状態のコンクリートは硬化度が高すぎるため、コールドジョイントを防止する上で不利である。
したがって、硬化度がより低い時点で、すなわち、貫入抵抗Ｋが３．５（Ｎ／ｍｍ^２）よりも低い時点でコンクリートを打設しなくてはならない。
ここで、コールドジョイントを防止できる硬化度を表す貫入抵抗Ｋの閾値、すなわちコールドジョイントを予防するための貫入抵抗Ｋの閾値を、図４、図５に示すように、例えば１（Ｎ／ｍｍ^２）と規定する。
この場合、コンクリート用貫入抵抗試験機１０Ａによって測定した貫入抵抗Ｋが上記の閾値を超える前の時点でコンクリートを打設することによってコールドジョイントの発生を予防できる。

（第２の実施の形態）
次に第２の実施の形態について説明する。
貫入抵抗Ｋを算出する際、貫入針１６をコンクリートに貫入する際の貫入速度Ｖが貫入針１６が受ける荷重に影響を与える。
すなわち、検出される荷重のばらつきを抑制する上で、貫入速度Ｖが予め定められた基準速度Ｖ０に保持されていることが好ましい。
貫入速度Ｖが基準速度Ｖ０よりも速いと荷重が大きめに検出され、反対に貫入速度Ｖが基準速度Ｖ０よりも遅いと荷重が小さめに検出される。
しかしながら、作業員が手作業でコンクリート用貫入抵抗試験機の操作を行なうことから、貫入速度Ｖを基準速度Ｖ０に正確に維持することは難しい。
そこで、第２の実施の形態では、貫入針１６をコンクリートに貫入する際の貫入速度Ｖに基いて貫入抵抗Ｋを補正するようにしたものである。
なお、以下の実施の形態では、第１の実施の形態と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。

図６、図７に示すように、コンクリート用貫入抵抗試験機１０Ｂが第１の実施の形態と異なるのは、距離センサ３２と、ブザー３４と、貫入速度算出手段２２Ｂと、速度判定手段２２Ｃとが設けられている点である。
距離センサ３２は、この距離センサ３２とコンクリートＣの表面との距離を検出して制御部２２に供給するものである。
本実施の形態では、距離センサ３２は、筺体１８に設けられ、レーザ光をコンクリートＣの表面に照射すると共に、コンクリートＣの表面で反射されたレーザ光を受光することにより距離を検出する。なお、距離センサ３２としては、超音波やレーダを用いたものなど従来公知の様々な距離センサ３２が使用可能である。
ブザーは、筺体１８に設けられ、速度判定手段２２Ｃの判定結果に基づいて鳴動されるものである。

貫入速度算出手段２２Ｂは、制御部２２が前記の制御プログラムを実行することにより実現されるものであり、距離センサ３２で検出された距離の単位時間当たりの変化量に基いて貫入針１６のコンクリートＣへの貫入速度Ｖを算出するものである。
本実施の形態では、距離センサ３２と貫入速度算出手段２２Ｂとによって貫入針１６がコンクリートＣに貫入されたときの貫入速度Ｖを検出する貫入速度検出手段が構成されている。

速度判定手段２２Ｃは、制御部２２が前記の制御プログラムを実行することにより実現されるものであり、検出された貫入速度Ｖの単位時間当たりの変化率（加速度）が予め定められた閾値を超過したか否かを判定し、超過したと判定したときにブザー３４を鳴動させるものである。
本実施の形態では、速度判定手段２２Ｃとブザー３４とによって、貫入速度検出手段で検出された貫入速度Ｖの変化率が予め定められた閾値を超過したときに測定異常であると判定し、測定異常を示す警報を発する警報手段が構成されている。
上記閾値は、貫入針１６がコンクリートＣ中の骨材（砂利）などの障害物にぶつかることで急激に貫入速度Ｖが低下したときの貫入速度Ｖの変化率（負の加速度）に基いて設定される。

また、演算手段２２Ａは、演算手段２２Ａが算出した貫入抵抗Ｋを、貫入速度検出手段で検出された貫入速度Ｖに基いて補正する機能を備えている。
演算手段２２Ａによる貫入抵抗Ｋの補正は、例えば以下のようにして行なう。
すなわち、測定対象となるコンクリートにおいて、基準速度Ｖ０で測定した貫入抵抗Ｋを基準貫入抵抗Ｋ０とする。
次に、基準速度Ｖ０よりも大きい貫入速度Ｖで、あるいは、貫入速度Ｖよりも小さい貫入速度Ｖで、貫入抵抗Ｋをそれぞれ測定する。このとき、基準貫入抵抗Ｋ０と、基準速度Ｖ０と異なる貫入速度Ｖで測定された貫入抵抗Ｋとに基いてＫ０＝α・Ｋとなる補正係数αを求める。
貫入速度Ｖを様々に異ならせて補正係数αを実測し、その実測結果に基いて補正係数αを例えば貫入速度Ｖの関数として表した補正式（相関式）を求める。
そして、演算手段２２Ａは、上記補正式に基いて、演算手段２２Ａが算出した貫入抵抗Ｋを貫入速度検出手段で検出された貫入速度Ｖに基いて補正する。

第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果が奏されることは無論のこと、演算手段２２Ａが算出した貫入抵抗Ｋを貫入速度検出手段で検出された貫入速度Ｖに基いて補正するようにしたので、貫入速度Ｖの大きさによらず貫入抵抗Ｋを正確に測定する上で有利となる。
また、警報手段が、貫入速度検出手段で検出された貫入速度Ｖの変化率が予め定められた閾値を超過したときに測定異常であると判定し、測定異常を示す警報を発するようにしたので、貫入針１６が骨材などの障害物にぶつかって正常な貫入抵抗Ｋの測定ができないことを作業者に知らせることができる。したがって、作業者は、測定場所を変更するなどして改めて測定をやり直すことができ、貫入抵抗Ｋを正確に測定する上で有利となる。
なお、本実施の形態では、警報手段がブザー３４を鳴動させる場合について説明したが、表示部２６に「測定異常です。測定場所を変えて測定してください。」といったような警告メッセージを表示するようにしてもよい。あるいは、筺体１８に警告ランプを設けておき、警告ランプを点灯あるいは点滅するようにしてもよい。

また、実施の形態では、ロードセル２０、制御部２２、入力部２４、表示部２６、通信部２８を１つの筐体１８に収容した場合について説明した。
しかしながら、ロードセル２０以外の制御部２２、入力部２４、表示部２６、通信部２８を筺体１８とは別体に設けてもよい。例えば、市販のデータロガーを用いて制御部２２、入力部２４、表示部２６、通信部２８を構成してもよい。

１０Ａ、１０Ｂ……コンクリート用貫入抵抗試験機、１２……ハンドル、１４……軸部材、１６……貫入針、２０……ロードセル、２２……制御部、２２Ａ……演算手段、２２Ｂ……貫入速度算出手段、２２Ｃ……速度判定手段、２４……入力部、２６……表示部、２８……通信部、３２……距離センサ、３４……ブザー。

Claims (7)

1. 手で把持されるハンドルと、
   前記ハンドルから突設された軸部材と、
   前記軸部材の先端に設けられコンクリートに貫入される貫入針と、
   前記軸部材に設けられ前記貫入針が受ける荷重を検出するロードセルと、
   前記ロードセルで検出された荷重を前記貫入針の断面積で除した貫入抵抗を算出する演算手段と、
   を備えることを特徴とするコンクリート用貫入抵抗試験機。
2. 前記貫入針が前記コンクリートに貫入されたときの貫入速度を検出する貫入速度検出手段をさらに備え、
   前記演算手段は、前記演算手段が算出した貫入抵抗を前記貫入速度検出手段で検出された貫入速度に基いて補正する、
   ことを特徴とする請求項１記載のコンクリート用貫入抵抗試験機。
3. 前記貫入針が前記コンクリートに貫入されたときの貫入速度を検出する貫入速度検出手段をさらに備え、
   前記演算手段は、前記演算手段が算出した貫入抵抗を、予め実測されている貫入速度と前記貫入抵抗との相関関係に基いて補正する、
   ことを特徴とする請求項１記載のコンクリート用貫入抵抗試験機。
4. 前記貫入速度検出手段で検出された貫入速度の変化率が予め定められた閾値を超過したときに測定異常であると判定し、測定異常を示す警報を発する警報手段をさらに備える、
   ことを特徴とする請求項２記載のコンクリート用貫入抵抗試験機。
5. 前記演算手段で算出された前記貫入抵抗を表示する表示手段をさらに備える、
   ことを特徴とする請求項１〜３に何れか１項記載のコンクリート用貫入抵抗試験機。
6. 前記演算手段で算出された前記貫入抵抗を外部装置に通信回線を介して送信する通信手段をさらに備える、
   ことを特徴とする請求項１〜４に何れか１項記載のコンクリート用貫入抵抗試験機。
7. 前記貫入針は、断面積が異なるものが複数設けられ、
   前記軸部材の先端は、前記複数の貫入針に着脱可能である、
   ことを特徴とする請求項１〜５に何れか１項記載のコンクリート用貫入抵抗試験機。

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