JP2014231691A - コンクリート締固め確認方法および型枠構造 - Google Patents

Abstract

【課題】被りコンクリートの締め固め完了を定量的に確認することが可能なコンクリート締固め確認方法および型枠構造を提供する。
【解決手段】締固め完了エネルギーが既知のコンクリートの締め固め状況を確認するコンクリート締固め確認方法であって、型枠に接する被りコンクリートに付与された振動の加速度を型枠の外面から計測する計測工程Ｓ３と、加速度および加速度の継続時間に基づいて被りコンクリートが受けた累積エネルギーを算出する算出工程Ｓ４と、累積エネルギーと締固め完了エネルギーとを比較する比較工程Ｓ５とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンクリート締固め確認方法および型枠構造に関する。

コンクリート構造物では、硬化後のコンクリートの品質を確保するために、打設コンクリートに内部振動機（バイブレータ等）を挿入して振動を加えることで、打設コンクリートを締め固めるのが一般的である。

打設コンクリートの締め固め不足がコンクリート構造物の不具合の原因となる場合がある。
特に、コンクリートの被り部分では、内部振動機を挿入することができないために被りコンクリートの締め固めが不十分となる場合がある。

一方、打設コンクリートの締め固め状況は、目視により確認できない。
そのため、型枠内の打設コンクリートの締め固め状況を確認する方法が開発されている。

例えば、特許文献１には、型枠の外面に押し当てられた計測器により型枠内側の静電容量の大小を測定し、型枠内のコンクリートの充填状態を検知する方法が開示されている。

また、特許文献２には、型枠内に設置されたセンサー素子により機械振動を電気信号として検出し、この電気信号を予め設定された基準値と比較することでコンクリートの充填状態を確認する方法が開示されている。

特開２００７−１９２５７１号公報 特開２００４−２１８３６９号公報

特許文献１に記載の方法は、高周波静電容量の変化を計測する方式であるため、型枠の内面に接するコンクリート表面のみの評価となる。そのため、型枠の内面に沿ってモルタルによる層が形成されているような場合には、未充填箇所を見落としてしまうおそれがあった。

特許文献２に記載の方法は、センサーがコンクリート内に埋め殺しとなるため、コンクリート内に異物が残存することとなる。また、センサーが使い捨てとなるため、費用が嵩む。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、被りコンクリートの締め固め完了を定量的に確認することが可能なコンクリート締固め確認方法および型枠構造を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明のコンクリート締固め確認方法は、締固め完了エネルギーが既知のコンクリートの締め固め状況を確認するものであって、型枠に接する被りコンクリートに付与された振動の加速度を前記型枠の外面から計測する工程と、前記加速度および前記加速度の継続時間に基づいて前記被りコンクリートが受けた累積エネルギーを算出する工程と、前記累積エネルギーと前記締固め完了エネルギーとを比較する工程とを備えることを特徴としている。

かかるコンクリート締固め確認方法は、被りコンクリートが受けた振動の加速度を計測することで被りコンクリートの締め固め状況を確認するため、被りコンクリートの締め固め状況を定量的に確認することができる。
つまり、被りコンクリートに伝わった振動の加速度により締め固め状況を確認するため、被りコンクリートの締め固め状況を確実に確認することができる。

また、型枠の外部において被りコンクリートの加速度を計測しているため、コンクリート構造物内にセンサー等の異物が残存することがない。
また、型枠の外面において加速度の計測を行うので、加速度計を繰り返し使用することができ、経済的である。

また、本発明の型枠構造は、型枠と、前記型枠に接する被りコンクリートが受けた振動の加速度を計測する加速度計とを備えており、前記加速度計は、前記型枠の外面に設置されていることを特徴としている。

かかる型枠構造によれば、型枠の外面から被りコンクリートが受けた加速度を計測することで、コンクリート内部の締め固め状況を高精度に確認することができる。
また、加速度計は、型枠の外面に設置されているため、再利用することができる。

前記型枠構造において、前記型枠に貫通孔が形成されているとともに、当該型枠の内面には前記貫通孔を遮蔽する板材が設置されていて、前記加速度計が前記板材の外面に設置されていてもよい。
板材として、型枠本体よりも伝達性に優れた材質のものを採用すれば、より高精度に加速度を測定することができる。

本発明のコンクリート締固め確認方法および型枠構造によれば、コンクリート構造物の品質を確保するとともに、高精度かつ安価にコンクリートの締め固め完了を確認することが可能となる。

本発明の実施形態に係るコンクリート締固め確認方法の手順を示すフローチャートである。 振動によるコンクリートの締固めの力学的挙動を示す模式図である。 コンクリートの締め固め状況の一例を示す断面図である。 （ａ）は本実施形態の型枠構造の一例を示す断面図、（ｂ）は同型枠構造の他の例の示す断面図、（ｃ）は同型枠構造のその他の例を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。
本実施形態のコンクリート締固め確認方法は、図１に示すように、エネルギー測定工程Ｓ１と、打設工程Ｓ２と、計測工程Ｓ３と、算出工程Ｓ４と、比較工程Ｓ５とを備えている。

エネルギー測定工程Ｓ１は、打設するコンクリートと同じ配合のコンクリートについて、締固めエネルギー測定装置により締固め完了エネルギーを測定する工程である。
測定された締固め完了エネルギーは、図示しないコンピュータに記憶させる。

なお、締固め完了エネルギーとは、コンクリートを理論密度まで締め固める（コンクリートから空隙を排除する）のに必要なエネルギーである。
締固め完了エネルギーの測定は、容器内に投入されたコンクリート試料が所定の寸法（理論密度）になるまで加振することにより行う。

本実施形態で使用する締固めエネルギー測定装置（図示せず）は、加速度センサーを備えた振動台、制御盤、コンクリート試料容器、コンクリート試料上面の沈下に追随する円盤、円盤の位置を計測する変位計、および、コンピュータにより構成されている。

コンクリート試料容器は、鉛直振動のみが生じる振動台上に固定されている。
制御盤は、振動台に動力を付与するモータの回転開始と同時にコンピュータの計測プログラムをスタートさせるスイッチを備えている。
なお、締固めエネルギー測定装置の構成は限定されない。

締固めエネルギー測定装置により、コンクリートを理論密度まで締め固めて、締固め時間ｔ、振動台の最大加速度α_ｍａｘおよび振動数ｆを読み取る。
そして、締固め時間ｔ、最大加速度α_ｍａｘ、振動数ｆおよび単位容積質量ρを式１に代入して締固め完了エネルギーＥ_ｔを算出する。なお、コンクリート試料の単位容積質量ρは、コンクリート示方配合から計算する。

Ｅ_ｔ＝ρα_ｍａｘ ^２ｔ／４π^２ｆ ・・・ 式１
ここで、 Ｅ_ｔ：ｔ秒間にコンクリートが受けるエネルギー（Ｊ／Ｌ）
ｔ：振動時間（ｓ）
α_ｍａｘ：最大加速度（ｍ／ｓ^２）
ｆ：振動数（ｓ^−１）
ρ：試料の単位容積質量（ｋｇ／Ｌ）

なお、式１は、コンクリートの締固め過程をモデル化することにより締固めエネルギーを算出するものであって、以下に示す考え方に基づいて導出されたものである。

振動機からコンクリートに振動が伝播し、振幅ｙおよび応答加速度αが生じるとき、単位容積質量ρのコンクリートには、慣性力Ｆ（＝ρα）が生成される。この慣性力Ｆによって、コンクリートの組成成分が変位を生じ、空隙が充填されることによって、コンクリートの相対密度が増大すると考えることができる。

振動機の受けるエネルギーは、図２に示すように、運動エネルギーＥ_Ｋと位置エネルギーＥ_Ｐとから成り立っている。運動エネルギーＥ_Ｋと位置エネルギーＥ_Ｐの和は常に一定である。
運動エネルギーＥ_Ｋが０になったときに位置エネルギーＥ_Ｐが最大となり、運動エネルギーＥ_Ｋの減少過程で加速度αが増大して、コンクリートの構成粒子の質量に慣性力Ｆが生じ、コンクリートの相対密度が増大する。

運動エネルギーＥ_Ｋの増大過程では、加速度αが減少過程にあるため、慣性力Ｆは漸減する。締固めは塑性的で不可逆減少であるから、慣性力Ｆの漸減期では、コンクリートの締固めは静止状態にあると考えられる。

振動の１サイクルにおいてコンクリートの充填率が増大する効果が現れるのは、０〜１／４区間と１／２〜３／４区間の２区間である。そして、作用する振動エネルギーの累積が締固めエネルギーとなる。
締固め時間ｔにおいては、ｆｔサイクルの振動を受けるので、ｔ秒間の締固めの全締固めエネルギーを算出する式１は、次のように導出される。

打設工程Ｓ２は、エネルギー測定工程Ｓ１において使用したコンクリートと同じ配合のコンクリートを型枠内に打設する工程である（図３参照）。
本実施形態で使用する型枠構造１は、図３に示すように、型枠２と型枠２の外面に設置された加速度計３とにより構成されている。

なお、加速度計３は、図４の（ａ）に示すように、型枠２の外面に磁石等により着脱可能に固定してもよいし、図４の（ｂ）または（ｃ）に示すように、型枠２に設けた貫通孔２１を遮蔽する板材４の外面に設置してもよい。

板材４として、型枠２の内面に貼り付けられたゴム板（図４の（ｂ）参照）や、型枠２よりも肉薄の板材４（図４の（ｃ）参照）を使用すれば、型枠２の外面に加速度計３を設置した場合よりも受振感度が向上する。なお、図４の（ｃ）の板材４は、スプリング４１を介して型枠２の貫通孔２１に設置されたいわゆるツタイプラグタイプである。

型枠２の貫通孔２１は、型枠２に新たに形成してもよいし、型枠２の搬送等に使用するために予め型枠２に形成されたものであってもよい。

計測工程Ｓ３は、図３に示すように、内部振動機（バイブレータ）５により型枠２内のコンクリートに振動を加えるとともに、鉄筋６の外側に打設されて型枠２に接する被りコンクリートに付与された振動の加速度を、型枠２の外面から計測する工程である。

加速度の計測は、型枠２の外面に設置された加速度計３により行う。加速度計３は、型枠２の表面に伝わってきた振動の加速度を測定する。本実施形態では、型枠２の表面の加速度を、型枠２に接する被りコンクリートが受けた振動の加速度とみなす。

加速度計３は、図示しないコンピュータに接続されており、加速度計３により計測された加速度の計測データは、コンピュータに送信される。

算出工程Ｓ４は、振動の加速度および振動の継続時間に基づいて被りコンクリートが受けた累積エネルギーを算出する工程である。
累積エネルギーの算出は、コンピュータにより行う。

加速度および振動の継続時間に基づくエネルギーＥ_ｔは、式１により算出する。

Ｅ_ｔ＝ρα_ｍａｘ ^２ｔ／４π^２ｆ ・・・ 式１
ここで、 Ｅ_ｔ：ｔ秒間にコンクリートが受けるエネルギー（Ｊ／Ｌ）
ｔ：振動時間（ｓ）
α_ｍａｘ：最大加速度（ｍ／ｓ^２）
ｆ：振動数（ｓ^−１）
ρ：試料の単位容積質量（ｋｇ／Ｌ）

比較工程Ｓ４は、算出工程Ｓ４において算出された累積エネルギーとコンピュータに記憶された締固め完了エネルギーとを比較する工程である。

累積エネルギーが締固め完了エネルギーを上回った場合には、被りコンクリートの締固めが完了したと認定し、累積エネルギーが締固め完了エネルギーを下回っている場合は、締固めが不十分と認定する。

以上、本実施形態のコンクリート締固め確認方法および型枠構造によれば、コンクリートの内部に挿入されたバイブレータ５により被りコンクリートに伝わった振動の加速度により締め固め状況を確認するため、被りコンクリートの締め固め状況を確実に確認することができる。
したがって、視認することができない型枠２内部のコンクリートの締め固め状況を確認することができ、ひいては、締め固め不足等の不具合の減少を図り、高品質のコンクリート構造物を構築することができる。

また、加速度計３は型枠２の外面に設置するため、コンクリート構造物内にセンサー等の異物が残存することがない。また、加速度計３は繰り返し使用することができるため、経済的である。

加速度計３の設置が容易なため、作業性に優れている。
被りコンクリート全体の締固め状況を評価することができる。
被りコンクリートの締固め状況を即時に評価できるため、締め固め作業を確実に行うことができる。

ここで、バイブレータ５によりコンクリートを締め固める際にコンクリートに加えられたエネルギーＥは、図３に示すように、バイブレータ５から遠くなるに従って減衰する。したがって、型枠２の外面に設置された加速度計３により、締め固め完了エネルギー以上のエネルギーが付与されたことが確認できれば、加速度計３の位置からバイブレータ５の間では、締め固めに必要なエネルギーが付与されたと評価することができる。したがって、型枠２の外面においてコンクリートに付与された加速度を測定すれば、被りコンクリートの締め固め状況を評価することができる。

以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。

１ 型枠構造
２ 型枠
３ 加速度計
Ｓ３ 計測工程
Ｓ４ 算出工程
Ｓ５ 比較工程

Claims (3)

1. 締固め完了エネルギーが既知のコンクリートの締め固め状況を確認するコンクリート締固め確認方法であって、
   型枠に接する被りコンクリートに付与された振動の加速度を前記型枠の外面から計測する工程と、
   前記加速度および前記加速度の継続時間に基づいて前記被りコンクリートが受けた累積エネルギーを算出する工程と、
   前記累積エネルギーと前記締固め完了エネルギーとを比較する工程と、を備えることを特徴とする、コンクリート締固め確認方法。
2. 型枠と、
   前記型枠に接する被りコンクリートが受けた振動の加速度を計測する加速度計と、を備える型枠構造であって、
   前記加速度計は、前記型枠の外面に設置されていることを特徴とする、型枠構造。
3. 前記型枠には、貫通孔が形成されているとともに、当該型枠の内面には前記貫通孔を遮蔽する板材が設置されており、
   前記加速度計は、前記板材の外面に設置されていることを特徴とする、請求項２に記載の型枠構造。

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