JP2017189940A - セメント系混合材料の製造システムおよびセメント系混合材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】連続的に搬送される地盤材料の粒度分布（重量比）および含水率の変動をリアルタイムで連続的に算出し、その変動量に応じてセメントおよび水の添加量を自動的に調整することの可能な、セメント系混合材料の製造システムおよびセメント系混合材料の製造方法を提供する。【解決手段】セメント系混合材料の製造システムが、地盤材料の三次元表面形状データを取得する粒度監視設備と、地盤材料の含水率を計測する含水率監視設備と、地盤材料の単位時間当たりの搬送重量を測定するとともに、地盤材料にセメント及び水を添加し、セメント系構造材料を製造する混合設備と、三次元表面形状データに基づいて地盤材料の粒度分布（重量比）を算出する粒度分布算出部、粒度分布（重量比）と搬送重量に基づいて調整したセメントの添加量を算出するセメント量調整部、含水率と搬送重量に基づいて調整した水の添加量を算出する加水量調整部、を備える管理制御装置とを有する。【選択図】図２

Description

本発明は、現地発生土や現地採取土等の地盤材料にセメントと水を混合したセメント系混合材料の製造システムおよびセメント系混合材料の製造方法に関する。

現地発生土や現地採取土等の地盤材料に、セメント系の改良材を混合することにより製造されるセメント系混合材料は、コスト縮減と環境保全を可能にする材料として、盛土やダム、堤防、砂防、舗装等の土木構造物に有効活用が図られている。

セメント系混合材料のなかでも安定処理土やＣＳＧ等に採用される地盤材料は、一般に分級や粒度調整、洗浄等が行われないことから、土木構造物を施工する際には、粒度と単位水量の変動を許容しつつ、材料管理や強度管理等の品質管理を実施している。しかし、品質管理のなかでも材料管理を実施するにあたり、地盤材料に対してリアルタイムで全量分析を行うことの可能な技術が確立されていない。このため現状では、一定の期間もしくは一定量毎に地盤材料のサンプルを抜き取り、ふるい分け法等にて粒度分布を算出し、電子レンジ法等にて表面水量を算出する等、従来より実施されている試験法にて管理を行っており、多大な手間と時間をするとともに、急な材質変化に対しては何ら対策を講じることができなかった。

このような中、例えば特許文献１には、地盤材料の表面水量を管理する方法が開示されている。具体的には、工事現場へ継続的に供給される地盤材料の搬送路に、含水率計測装置を設置して地盤材料の全粒径を対象とした含水率を測定し、所定時間ｔごとに地盤材料の粒度検出の必要性を判定する。粒度検出が必要な場合には、サンプルを抜き取って重量を計測するとともに、画像解析により粒度分布を算出して粒径別材料ごとの重量比を算出し、この重量比と先に測定した全粒径を対象とした含水率から粒径別の含水率を算出する。

これら粒径別の含水率に基づいて全粒径の表面水量を算出して正常か否かを判別し、正常でないと判別された場合には、あらかじめ設定されている単位水量を再設定する。その後、搬送路上の地盤材料の重量を測定し、重量と先に算出した表面水量から最適な加水量を算出し、搬送路上の地盤材料に給水を行う。この作業を継続的に工事現場に供給される地盤材料に対して繰り返す。

特開２０１５−１０５８９８号公報

上記の方法は、画像解析により粒度分布を算出することから、ふるい分け法等にて粒度分布を算出する場合と比較して作業性が向上する。しかし、工事現場へ継続的に供給される地盤材料のなかからサンプルを抜き取り、このサンプルに対して画像解析を実施するものであって、供給される地盤材料をリアルタイムで全量分析するものではないため、必ずしも高い精度で粒度分布が算出されるとは言えない。

また、これらサンプルの重量とサンプルから算出した粒度分布を用いて粒径別材料ごとの重量比を算出し、この重量比に基づいて表面水量を算出するため、粒度分布と同様に表面水量の算出値についても信頼性に劣る。

本発明は、かかる課題に鑑みなされたものであって、その主な目的は、連続的に搬送される地盤材料の粒度分布（重量比）および含水率をリアルタイムで連続的に算出し、その変動量に応じてセメント量および加水量を自動的に調整することの可能な、セメント系混合材料の製造システムおよびセメント系混合材料の製造方法を提供することである。

かかる目的を達成するため、本発明のセメント系混合材料の製造システムは、連続的に搬送される地盤材料の三次元表面形状データを取得する粒度監視設備と、該粒度監視設備から連続的に供給される前記地盤材料の含水率を計測する含水率監視設備と、該含水率監視設備から連続的に供給される前記地盤材料の時間当たりの搬送重量を測定するとともに、前記地盤材料にセメント及び水を添加して混練し、セメント系構造材料を製造する混合設備と、前記三次元表面形状データに基づいて前記地盤材料の粒度分布（重量比）を算出する粒度分布算出部、前記粒度分布（重量比）と前記搬送重量に基づいて調整した前記セメントの添加量を算出するセメント量調整部、および前記含水率と前記搬送重量に基づいて調整した前記水の添加量を算出する加水量調整部、を備える管理制御装置と、を有することを特徴とする。

本発明のセメント系混合材料の製造システムは、前記粒度監視設備が、ベルトコンベヤ装置と、該ベルトコンベヤ装置のコンベヤベルト搬送面に撒き出される前記地盤材料を撮像し三次元表面形状データを取得する３Ｄラインレーザーカメラと、を備えることを特徴とする。

本発明のセメント系混合材料の製造方法は、本発明のセメント系混合材料の製造システムを用いたセメント系混合材料の製造方法であって、連続して搬送される前記地盤材料の前記粒度分布（重量比）、前記含水率および前記搬送重量を所定時間の経過ごとに算出し、前記粒度分布（重量比）に基づいて単位セメント量を調整し、この単位セメント量と前記搬送重量に基づいて調整した前記セメントの添加量を算出するとともに、前記含水率に基づいて単位水量を調整し、この単位水量と前記搬送重量に基づいて調整した前記水の添加量を算出し、前記地盤材料にセメント及び水を添加して混練する際に、前記所定時間の経過ごとに前記セメントおよび水のうち少なくともいずれか一方を、あらかじめ規定した量に代えて調整した添加量にて搬送されてきた前記地盤材料に添加することを特徴とする。

本発明のセメント系混合材料の製造システム及びセメント系混合材料の製造方法によれば、所定時間の経過ごとで粒度分布（重量比）を算出するとともに含水率および時間当たりの搬送重量を算出し、所定時間の経過ごとに地盤材料に見合うよう調整したセメント及び水の添加量を算出するため、これを添加することにより連続して供給される地盤材料に粒度のバラツキや含水率のバラツキがある場合であっても、均一で高品質なセメント系混合材料を製造することが可能となる。

また、所定時間の経過ごとの粒度分布（重量比）が、連続的に搬送される地盤材料の全量をリアルタイムで撮像した三次元表面形状データから算出されるため、サンプルを抜き取って粒度分布（重量比）を算出する場合と比較して、高い信頼性を確保することが可能となる。また、粒度分布（重量比）の算出に多大な時間を要することもない。

本発明のセメント系混合材料の製造方法は、前記含水率が、前記地盤材料の複数地点で計測した含水率を平均して算出された調整含水率であることを特徴とする。

上述する本発明のセメント系混合材料の製造方法によれば、投入された地盤材料の複数地点で計測した含水率の平均値である調整含水率を用いるため、より高い精度をもって加水量の見直し調整を実施することが可能となる。

本発明のセメント系混合材料の製造方法は、所定時間の経過ごとに算出される前記粒度分布（重量比）および前記含水率が、あらかじめ規定した時間間隔内の平均値を前記所定時間の経過ごとに連続して算出する移動平均によるものであることを特徴とする。

上述する本発明のセメント系混合材料の製造方法によれば、所定時間の経過ごとで算出される粒度分布（重量比）および含水率が、移動平均よりなるから、所定時間ごとに算出した粒度分布（重量比）もしくは含水率に不規則な変動があっても均されるため、セメントおよび水の添加量の調整を精度よく実施することが可能となる。

本発明によれば、連続的に搬送される地盤材料の粒度分布（重量比）および含水率をリアルタイムで連続的に算出し、その変動量に応じてセメント量および加水量を調整するため、地盤材料の品質にバラツキがある場合にもに均一な品質を簡略な方法で確保することが可能となる。

本発明のセメント系混合材料の製造システムにおける粒度監視設備の概略を示す図である。 本発明のセメント系混合材料の製造システムにおける含水率監視設備、混合設備および管理制御装置を示す図である。 本発明の三次元画像処理設備に備えた３Ｄラインレーザーカメラおよび撮像されるプロファイルデータＰを示す図である。 本発明の粒度監視設備に備えたベルトコンベヤ装置の、搬送部に設置された振動抑制機構を示す図である。 本発明における地盤材料の粒度分布（重量）を算出する際に用いる最適閾値を示す図である。 本発明の１分ごとの粒度分布（重量比）の５分間移動平均の算出イメージを示す図である。 （ａ）は本発明におけるキャリブレーションにて使用する地盤材料試料群を示す図であり、（ｂ）は本発明におけるキャリブレーションにて使用する地盤材料試料群の断面形状を示す図である。 本発明の含水率監視設備に備えられたホッパおよび密度水分計を示す図である。 本発明のセメント系混合材料の製造方法のフロー図を示す図である。 本発明の１分ごとの粒度分布（重量比）および含水率の５分間移動平均の概念を示す図である。 粒度の違う土砂による含水比及び圧縮強度の関係概念を示す図である。

本発明のセメント系混合材料の製造システムは、安定処理土やＣＳＧ等の土木構造物を築造する際の材料となるセメント系混合材料を製造するための設備であり、セメント系混合材料とは、施工現場近傍で入手可能な現地採取土や現場発生土等の地盤材料にセメント系固化材（以下、セメントと言う）および水を混合したものをいう。以下に、図１〜図９を参照して説明する。

セメント系混合材料の製造システム１は、図１及び図２で示すように、地盤材料１００の三次元表面形状データを取得するための粒度監視設備１０、地盤材料１００の含水率を計測するための含水率監視設備２０、地盤材料１００の時間当たりの搬送重量を測定するとともに、セメントおよび水を添加して地盤材料１００と混練するための混合設備３０、および粒度監視設備１０、含水率監視設備２０、混合設備３０各々と通信接続される管理制御装置４０を備えている。

管理制御装置４０は、図２で示すように、情報処理装置４１、入力装置４２および出力装置４３を少なくとも備えるいわゆるコンピュータであり、情報処理装置４１は演算処理装置及び記憶装置等のハードウェアと、該ハードウェア上で動作するソフトウェアとで構成されている。なお、記憶装置には、あらかじめ室内配合試験および試験施工した際の、地盤材料１００の粒度分布（重量比）、およびこれら試験にて規定した単位セメント量および単位水量が格納されている。

これらセメント系混合材料の製造システム１を利用したセメント系混合材料の製造方法は、連続して搬送される地盤材料１００に対して所定時間の経過ごとで、粒度分布（重量比）、含水率および時間当たりの搬送重量（ｋｇ/ｍ³）を算出する。そして、この算出結果に基づいて、所定時間の経過ごとに地盤材料１００に見合うよう調整したセメント及び水の添加量を算出し、セメント及び水の少なくとも一方の添加量をあらかじめ規定した添加量に代えて調整した数量にて添加し、連続的にセメント系混合材料１３０を製造する方法である。

本実施の形態では、１分が経過するごとに地盤材料１００に見合うよう調整したセメント及び水の添加量にてセメント系混合材料を製造する場合を事例とし、セメント系混合材料の製造システム１の詳細とセメント系混合材料の製造方法を併せて、図９のフロー図に示した手順（ｓｔｅｐ１〜ｓｔｅｐ９）に沿って、以下に詳述する。

（ｓｔｅｐ１およびｓｔｅｐ２）
地盤材料１００を粒度監視設備１０に連続的に供給し、リアルタイムで連続的に地盤材料１００の三次元画像表面形状データを取得する。本実施の形態では、地盤材料１００に、分級や粒度調整、洗浄等が行われない現地発生土もしくは現地採取土を採用しているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、安定処理土やＣＳＧ等の土木構造物を築造する際に用いられるセメント系混合材料に採用される地盤材料であれば、いずれでもよい。

<粒度監視設備１０>
図１で示すように、粒度監視設備１０は地盤材料１００の三次元画像表面形状データを取得する設備であり、ベルトコンベヤ装置１４、およびコンベヤベルト１３の搬送面に撒き出される地盤材料１００を撮像する３Ｄラインレーザーカメラ１５を備えている。

ベルトコンベヤ装置１４は、バラ荷を搬送する際に一般に使用される装置であり、本実施の形態では、ベルトフィーダ１２のフィーダー速度およびコンベヤベルト１３のベルト速度をそれぞれ調整可能な調整機構を備えている。これにより、フィーダー速度がコンベヤベルト１３のベルト速度より遅くなるよう調整し、ホッパ１１からベルトフィーダ１２を介して撒き出される地盤材料１００を、コンベヤベルト１３の搬送面上で重なり合うことなく平面上に分散させる。

また、３Ｄラインレーザーカメラ１５は、図３で示すように、レーザー線状光Ｌを照射可能なレーザー投光部１５１とカメラレンズ１５２を備えた、光切断法に対応したカメラを採用している。そして、ベルトコンベヤ装置１４の搬送部におけるコンベヤベルト１３の搬送面上に設定された撮像対象領域に、レーザー線状光Ｌをコンベヤベルト１３の移動方向と直交するように照射し、撮像対象領域を移動する地盤材料１００を、この移動に同期してカメラレンズ１５２にて撮像する。

こうして、地盤材料１００をコンベヤベルト１３の幅方向に切断した際の断面形状の外形を示すプロファイルデータＰを多数取得することにより、地盤材料１００の三次元表面形状データを得ることができ、また、プロファイルデータＰを画像処理することにより、地盤材料１００の二次元断面形状を得ることができる。これらプロファイルデータＰ、およびプロファイルデータＰからなる三次元表面形状データは、図２で示す管理制御装置４０に送信され画像処理される。

なお、３Ｄラインレーザーカメラ１５の撮像対象領域は、図４で示すように、ベルトコンベヤ装置１４とは独立して設置した暗室１６の内方に位置しており、３Ｄラインレーザーカメラ１５は、暗室１６に設置されている。そして、暗室１６はベルトコンベヤ装置１４と接触しないよう構築されて、ベルトコンベヤ装置１４の振動が３Ｄラインレーザーカメラ１５に伝達することを防止している。

（ｓｔｅｐ３）
粒度監視設備１０にて取得した地盤材料１００の三次元表面形状データを用いて、管理制御装置４０の粒度分布算出部４４にて、ベルトコンベヤ装置１４により連続的に搬送される地盤材料１００の１分ごとの粒度分布（重量比）を算定する。

<管理制御装置４０の粒度分布算出部４４>
三次元表面形状データは、図２で示すように、管理制御装置４０の入力装置４２を介して記憶装置に格納されるとともに、粒度分布算出部４４にて後述する算定方法により粒度分布（重量比）が算出され、算出された粒度分布（重量比）は、管理制御装置４０の出力装置４３に出力されるとともに、記憶装置に格納される。

以下に、地盤材料１００を５段階（０〜Ａ１ｍｍ、Ａ１ｍｍ〜Ａ２ｍｍ、Ａ２ｍｍ〜Ａ３ｍｍ、Ａ３ｍｍ〜Ａ４ｍｍ、Ａ４ｍｍ〜）に分級する場合を事例とし、地盤材料１００の粒度分布（重量比）の算定方法を詳述する。なお、本実施の形態では、図３で示すように、撮像対象領域を１秒間の間に通過した地盤材料１００を一つの地盤材料群１１０とし、１秒ごとに作成される地盤材料群１１０各々の三次元表面形状データを取得する作業を連続して行なっている。

まず、三次元表面形状データから地盤材料群１１０の全体積を計測する。ここで、地盤材料群１１０の全体積とは、地盤材料群１１０のコンベヤベルトの移動方向の長さ（本実施の形態では、図３で示すように１秒間の間に移動する長さ）範囲における、コンベヤベルト１３の搬送面よりなる下端面と、プロファイルデータＰよりなる上端面とで囲まれた領域の全体積である。

次に、図５の地盤材料群１１０における三次元表面形状データの断面図で示すような、コンベヤベルト１３の搬送面から４つの最適閾値（Ｌ１〜Ｌ４）各々に相当する高さまでの体積を計測し、全体積に対する比をそれぞれ加積通過率（画像体積比）として算出する。ここで、４つの最適閾値（Ｌ１〜Ｌ４）は、後述するキャリブレーションにて、骨材のふるい分け試験に用いる目開きの異なる複数のふるい各々に対応する数値となるよう、あらかじめ設定しておく。

つまり、４つの最適閾値（Ｌ１〜Ｌ４）各々で算出した加積通過率（画像体積比）がそれぞれ、ふるい分け試験にて地盤材料群１１０をふるい分けした際に、Ａ１ｍｍふるい、Ａ２ｍｍふるい、Ａ３ｍｍふるいおよびＡ４ｍｍふるいの加積通過率（重量比）と同一もしくは近似する数値となるよう、４つの最適閾値（Ｌ１〜Ｌ４）を設定する。

これにより、ふるい分け試験を行う場合に採用する上記のふるい各々のふるい目を横軸に対数目盛りで、また、上記のふるいに対応させた４つの最適閾値（Ｌ１〜Ｌ４）各々で得た加積通過率（画像体積比）を各ふるいの加積通過率（重量比）に見立てて縦軸に算術目盛りでとったグラフ上に描かれる粒度分布曲線（画像体積比）を、地盤材料群１１０の粒度分布曲線（重量比）として推定し、これに基づき粒度分布（重量比）を算出する。

上述する三次元表面形状データを取得する作業と粒度分布（重量比）を算出する作業を、１秒間ごとに形成される地盤材料群１１０各々に対して連続して実施することで、ベルトコンベヤ装置１４の搬送部を通過する地盤材料１００の粒度分布（重量比）を、連続的かつリアルタイムで手間を要することなく作成することが可能となる。

本実施の形態では、１秒間ごとに形成される地盤材料群１１０から算出された粒度分布（重量比）を１分間蓄積して、ベルトコンベヤ装置１４にて１分ごとに搬送される地盤材料１００の粒度分布（重量比）を算出する。この作業を連続して行い、５分間経過したところで図６で示すように、５分間分の粒度分布（重量比）から粒度分布（重量比）の１分平均Ｂ１を算出する。

そして、５分が経過した以降は、１分経過するごとに最古の地盤材料群１１０から算出した１分間の粒度分布（重量比）を削除し、最新の地盤材料群１１０から算出した１分間の粒度分布（重量比）を追加して、１分ごとに粒度分布（重量比）の５分間移動平均（Ｂ２、Ｂ３・・）を連続して算出する。これら１分ごとに算出される粒度分布（重量比）の５分間移動平均を、地盤材料１００に添加するセメント量を調整する際に用いる粒度分布（重量比）に設定し、管理制御装置４０の出力装置４３に出力するとともに、記憶装置に格納する。

なお、地盤材料１００の粒度分布（重量比）を算出するにあたっては、前述したように、あらかじめ骨材のふるい分け試験に用いる目開きの異なる複数のふるい各々に対応する最適閾値（Ｌ１〜Ｌ４）を設定するためのキャリブレーションを実施する。以下に、キャリブレーションの手順を説明する。

<キャリブレーション：第１の工程>
まず、粒度監視設備１０のホッパ１１からベルトフィーダ１２を介してコンベヤベルト１３に地盤材料１００を撒き出し、図７（ａ）で示すように、３Ｄラインレーザーカメラ１５の撮像対象領域をＮ分間の間に通過した地盤材料１００を地盤材料試料群１２０とし、この地盤材料試料群１２０の三次元表面形状データを取得する。なお、地盤材料試料群１２０は、土の粒度試験を実施するにあたり、試験１回あたりに必要な試料の目安としてＪＩＳＡ１２０１に規定されている最小分取量を満たしていればよく、通過時間は必ずしも１分間に限定されるものではない。

<キャリブレーション：第２の工程>
次に、第１の工程で取得した三次元表面形状データから管理制御装置４０の粒度分布算出部４４にて、地盤材料試料群１２０の全体積を計測するとともに、コンベヤベルト１３の搬送面から規定高さまでの地盤材料試料群１２０の体積を計測する。この時、図７（ｂ）に破線で示すように、規定高さを０．５ｍｍごとに設定し、搬送面から各規定高さまでの体積を計測して、全体積に対する規定高さごとの体積の比を加積通過率（画像体積比）として算出する。

<キャリブレーション：第３の工程>
第１および第２の工程を実施する一方で、地盤材料試料群１２０に対して湿潤法によるふるい分け試験を実施し、粒度分布曲線（重量比）を作成する。

<キャリブレーション：第４の工程>
第３の工程で用いた目開きの異なる複数のふるいごとで、加積通過率（重量比）と、第２の工程で算出した０．５ｍｍごとに高さを変えた規定高さ各々の加積通過率（画像体積比）とを比較する。そして、各ふるいの加積通過率（重量比）と加積通過率（画像体積比）が同一、もしくは近似するときの加積通過率（画像体積比）の規定高さを選定し、選定した規定高さ各々を複数のふるいごとに対応した最適閾値（Ｌ１〜Ｌ４）として設定する。

なお、上述する地盤材料１００から三次元表面形状データを取得し、三次元表面形状データを画像解析することにより粒度分布曲線（重量比）を推定する方法および装置の詳細は、特願２０１６−７８１５号と同様である。

（ｓｔｅｐ４）
次に、１分ごとに算出される粒度分布（重量比）の５分間移動平均が算定された地盤材料１００を、図２で示すように、粒度監視設備１０のベルトコンベヤ装置１４を介して含水率監視設備２０に供給し、連続して搬送される地盤材料１００の１分ごとの含水率を計測する。

<含水率監視設備２０>
図２で示すように、含水率監視設備２０は、ホッパ２１、ホッパ２１に設置された密度水分計２２およびベルトコンベヤ装置２３を備える。ベルトコンベヤ装置２３は、粒度監視装置１０に備えられているベルトコンベヤ装置１４と同様の装置であり、粒度監視設備１０から供給されホッパ２１を介して投下された地盤材料１００を混合設備３０に搬送する。

ホッパ２１に設置された密度水分計２２は、図２及び図８で示すように、ホッパ２１の排出口近傍における対向する外周面各々に１体ずつ、平面視で互いに向かい合うことのないよう位置をずらして配置されている。密度水分計２２は、地盤材料１００の含水率を計測できる機器であればいずれを用いてもよいが、本実施の形態では、ＲＩから放出される放射線の一種である中性子線と測定対象物との相互作用を利用するＲＩ計の中でも、線源棒２２１と検出器２２２が内蔵された散乱型ＲＩ計を採用している。

図８で示すように、線源棒２２１から放射された中性子は、周りの水分子中の水素原子核と衝突して減速、散乱を繰り返すが、この衝突により生じた熱中性子は、土中の水分が多ければ生成率が大きくなり、少ないと小さくなる。一方、線源棒２２１から放射されたγ線は、地盤材料中を透過する間に土粒子と衝突して減速、散乱を繰り返すことから、密度が高いと減衰率が大きくなり、密度が小さいと小さくなる。これにより、衝突により生じた熱中性子を検出器２２２にて計測すると、熱中性子が通過したホッパ２１内の地盤材料１００における含水量（ｋｇ/ｍ³）が求まる。さらに、検出器２２２に戻ってきたγ線の測定値と、あらかじめ設定された校正係数および補正係数に基づいて、乾燥密度（ｋｇ/ｍ³）と含水率（％）を出力する。

（ｓｔｅｐ５）
ホッパ２１の排出口近傍に備えた２体の密度水分計２２各々にて１分ごとの含水率を計測し、管理制御装置４０の含水率監視部４５にて、地盤材料１００の調整含水率を算定する。なお、密度水分計２２にて計測される含水率は、１分間連続して計測した含水率の平均を算定してもよいし、１分おきに計測した含水率を採用してもよい。

<管理制御装置４０の含水率監視部４５>
上述する２体の密度水分計２２各々にて出力された含水率は、管理制御装置４０の入力装置４２を介して記憶装置に格納されるとともに、含水率監視部４５にて両者の平均値として１分ごとの調整含水率が算出される。この作業を連続して行ない、５分間経過したところで、５分間分の調整含水率から１分平均を算出する。

そして、５分が経過した以降は、１分経過するごとに最古の１分の調整含水率を削除するとともに最新の１分の調整含水率を追加して、調整含水率の５分間移動平均を１分ごとに連続して算出する。これら１分ごとに算出されるを調整含水率の５分間移動平均を、地盤材料１００に添加する加水量を調整する際に用いる含水率に設定し、管理制御装置４０の出力装置４３に出力するとともに、記憶装置に格納する。

なお、密度水分計２２の数量は必ずしも２つに限定されるものではなく、排出口近傍の４体の面各々に設置してもよいし、いずれかの面に１体のみ密度水分計２２を設置してもよい。密度水分計２２が１体のみの場合は、複数の密度水分計２２の平均値を算出した調整含水率ではなく、密度水分計２２にて計測された含水率を移動平均に用いればよい。

また、密度水分計２２の取り付け位置は、ホッパ２１の外周面のいずれの位置に取り付けてもよいが、図８で示すように平面視で中央付近に設置すると、隅部近傍に設置する場合と比較して熱中性子およびγ線がホッパ２１内の地盤材料１００に対して広い範囲で散乱するため、より精度よく含水量（ｋｇ/ｍ３）、乾燥密度（ｋｇ/ｍ３）および含水率（％）を測定することができる。

（ｓｔｅｐ６）
このように、地盤材料１００に添加する加水量の見直しに用いる１分ごとに算出される調整含水率の５分間移動平均が算出された地盤材料１００を、図２で示すように、含水率監視設備２０のベルトコンベヤ装置２３を介して混合設備３０に供給する。

<混合設備３０>
図２で示すように、混合設備３０は、ベルトコンベア装置３１、ベルトコンベア装置３１に備えた重量計３２、バケットエレベータ３３、セメントサイロ３４、水槽３５、ホッパー３６及びミキサ３７を備える。ベルトコンベヤ装置３１は、粒度監視装置１０に備えられているベルトコンベヤ装置１４と同様の装置であり、含水率監視設備２０から投下された地盤材料１００をホッパー３６を介してミキサ３７に搬送する。また、バケットエレベータ３３は、ベルトコンベヤ装置３１に投下された地盤材料１００に対して、セメントサイロ３４に貯留されているセメントを供給する装置であり、水槽３５に貯留されている水は、ホッパー３６を介して地盤材料１００とともに、ミキサ３７に供給される。

なお、上述する混合設備３０は、ＣＳＧダムの現場や河川の堤防、砂防、舗装等を構築するための現場にて一般に使用されているものと同様の設備を備えている。また、ミキサ３７は地盤材料１００とセメント及び水を混練できる装置であればいずれを用いてもよいが、例えば組み立て解体が容易なＢＨＳミキサ（連続練ミキサー）を採用すると、混合設備３０のコンパクト化を図ることが可能となる。

また、ベルトコンベヤ装置３１には、時間当たりの搬送重量（ｋｇ/ｍｉｎ）を算出するための重量計３２を設置している。重量計３２は、ベルトコンベヤ装置に装着する重量計として一般に知られているコンベヤスケールを採用しており、図示しないロードセルにて荷重要素（ｋｇ/ｍ）を検出する一方で、図示しないパルス発振器にて、ベルト速度（ｍ/ｍｉｎ）を検出することで、単位時間当たりの搬送重量（ｋｇ/ｍｉｎ）を算出する。この搬送重量（ｋｇ/ｍｉｎ）を、地盤材料１００に添加するセメント量および加水量を調整する際に用いるべく、管理制御装置４０の出力装置４３に出力するとともに、記憶装置に格納する。

（ｓｔｅｐ７）
管理制御装置４０のセメント量調整部４６及び加水量調整部４７にて、連続して搬送される地盤材料１００に対して１分ごとに調整するセメントおよび水の添加量を算出する。そして、管理制御装置４０の自動制御部４８にてセメントサイロ３４および水槽３５を管理制御し、調整したセメント量および加水量を地盤材料１００に添加する。

<セメント量調整部４６〉
セメント量調整部４６は、ｓｔｅｐ３にて１分ごとに算出される粒度分布（重量比）の５分間移動平均とｓｔｅｐ６にて算出される１分ごとの搬送重量に基づいて添加すべきセメント量の調整値を算出する。つまり、１分ごとに算出される粒度分布（重量比）の５分間移動平均に基づいて地盤材料１００に添加すべき単位セメント量を調整し、この単位セメント量と１分間の間に搬送される地盤材料１００の搬送重量から１分間のセメント量を算出し、出力装置４３に出力するとともに、記憶装置に格納する。これを１分ごとに連続して行なう。

<加水量調整部４７〉
加水量調整部４７は、ｓｔｅｐ５にて１分ごとに算出される調整含水率の５分間移動平均とｓｔｅｐ６にて算出される１分ごとの搬送重量に基づいて添加すべき加水量の調整値を算出する。つまり、１分ごとに算出される調整含水率の５分間移動平均に基づいて地盤材料１００に添加すべき単位水量を調整し、この単位水量と１分間の間に搬送される地盤材料１００の搬送重量から１分間の加水量を算出し、出力装置４３に出力するとともに、記憶装置に格納する。これを１分ごとに連続して行なう。

なお、上記の方法にて調整した単位セメント量および単位水量が、室内実験および試験施工にてあらかじめ設定した規定の単位セメント量および単位水量と比較して大きく変動している場合には、セメント系混合材料の製造システム１の稼働を停止し、各設備の点検や地盤材料１００の目視確認を行うとよい。

<自動制御部４８〉
自動制御部４８は、セメントサイロ３４およびバケットエレベータ３３と通信接続されてその作動を自動制御可能に構成されており、セメント量調整部４６にて算出される１分ごとのセメント量に基づいて、バケットエレベータ３３を介してセメントサイロ３４から地盤材料１００に供給するセメント量を管理制御する。同様に、水槽３５とも通信接続されてその作動を自動制御可能に構成されており、加水量調整部４７にて算出される１分ごとの加水量に基づいて、ミキサ３７に排出する加水量を管理制御する。

なお、自動制御部４８は、先にも述べたように粒度監視設備１０、含水率監視設備２０、混合設備３０各々と通信接続されているから、これらの稼働および停止等の動作を自動制御可能に構成したものとしてもよい。

（ｓｔｅｐ８及びｓｔｅｐ９）
こうして、地盤材料１００に対して１分ごとに見直しされた添加量のセメントと水とがベルトコンベヤ装置３１を通過した地盤材料１００の搬送重量に応じて添加され、これらがミキサ３７内で効率的に攪拌・混合されることで均質なセメント系混合材料１３０が製造される。これらｓｔｅｐ1からｓｔｅｐ８までの手順を粒度監視設備１０に供給される地盤材料１００がなくなるまで繰り返す。

なお、本実施の形態では、セメント量の見直しを図るために用いられる地盤材料１００の粒度分布（重量比）および調整含水率に、１分ごとに算出される５分間移動平均を採用している。このため、少なくともセメント系混合材料の製造システム１の稼働開始から５分間は、粒度分布（重量比）および調整含水率の移動平均が算定されない。よって、当初の５分間は、管理制御装置４０の記憶装置にあらかじめ格納されている、室内配合試験および試験施工にて規定した単位セメント量および単位水量に基づいて地盤材料１００にセメントおよび水を添加し、ミキサ３７内で効率的に攪拌・混合してセメント系混合材料１３０を製造する。

上述するセメント系混合材料の製造システム１、およびこれを利用したセメント系混合材料１３０の製造方法によれば、１分ごとで粒度分布（重量比）の５分間移動平均および調整含水率の５分間移動平均を算出し、これに基づいて単位セメント量および単位水量を調整する。そして、これらと１分ごとに算出される地盤材料の１００の搬送重量に基づいて、１分ごとに地盤材料１００に見合うセメント及び水の添加量を算出する。これにより、１分ごとに調整したセメント量および加水量を地盤材料１０に添加することで、連続して供給される地盤材料１００に粒度のバラツキおよび含水率のバラツキがある場合であっても、均一で高品質なセメント系混合材料を製造することが可能となる。

また、１分ごとの粒度分布（重量比）の５分間移動平均が、連続的に搬送される地盤材料１００の全量をリアルタイムに撮像した三次元表面形状データから算出されるため、地盤材料の粒度分布（重量比）に高い信頼性を確保することが可能となる。

さらに、図１０の５分間移動平均の概念図で示すように、地盤材料１００の粒度分布（重量比）および調整含水率に移動平均を採用すると、１分ごとに算出した粒度分布（重量比）および調整含水率に不規則な変動があっても均されることとなる。よって、高い精度にて単位セメント量および単位水量を調整できる。

加えて、セメント系混合材料の製造システム１は、端末装置４０の自動制御部４８にて、地盤材料１００を粒度監視設備１０のホッパ１１に供給した後、セメント系混合材料１３０を製造するまでの一連の作業が自動制御可能であるため、システム全体のコンパクト化を図ることができ、法面吹付機械のように設置・撤去が１日で可能となる。これにより、ＣＳＧダムや盛土だけでなく、砂防や舗装工事など、セメント系混合材料を利用するあらゆる工事現場にて転用することが可能となる。

さらに、一般的に図１１の粒度の違う土砂による含水比及び圧縮強度の関係概念図で示すように、地盤材料１００が細粒材料の場合、粗粒材料に比べて同じセメント添加量であればセメント改良材の強度は細粒材料のほうが低いことが知られている。従来、地盤材料１００の粒度によってセメント添加量は変えない一定の添加量によって品質（強度）を確保していた。これは品質上の安全を見込んで細粒材料に合わせてセメント添加量を定めていた。セメント系混合材料の製造システム１を使用することにより粗粒材料の場合には添加するセメント量を少なくすることも可能となり、より省エネルギーで経済的な施工が可能となる。

なお、本発明のセメント系混合材料の製造システム１およびセメント系混合材料１３０の製造方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能であることはいうまでもない。

例えば、本実施形態では、１分ごとで粒度分布（重量比）および調整含水率の５分間移動平均を算出したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、移動平均の時間間隔は、５分より長くてもよいし短くてもよい。また、地盤材料１００に添加するセメント量および加水量を１分ごとに調整算出したが、必ずしも１分に限定されるものではない。

また、地盤材料１００に対してセメントおよび水ともに調整した添加量にてセメント系混合材料１３０の製造をしたが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、水のみに調整した添加量を採用し、セメントは調整した添加量を用いずに管理制御装置４０の記憶装置にあらかじめ格納した規定の単位セメント量を採用する等してもよい。

さらに、重量計３２を混合設備３０に設置したが、混合設備３０のベルトコンベヤ装置３１と含水率監視設備２０のベルトコンベヤ装置２３でベルト速度が同一であれば、含水率監視設備２０のベルトコンベヤ装置２３に重量計２４を設置し、これにより単位時間当たりの搬送重量を測定してもよい。

加えて、本実施の形態では、３Ｄラインレーザーカメラ１５の撮像対象領域を１秒間の間に通過した地盤材料１００を一つの地盤材料群１１０とし、１秒ごとに作成される地盤材料群１１０各々の三次元表面形状データを取得したが、必ずしもこれに限定されるものではない。ベルトコンベヤ装置１４のベルト速度や作業条件等に応じて、地盤材料１００が撮像対象領域を通過する通過時間を適宜規定し、この規定時間の間に通過した地盤材料１００を一つの地盤材料群１１０とすればよい。

また、地盤材料１００を５つに分級したが、分級する粒径および分級の数量等はこれに限定されるものではなく、いずれの粒径に分級するものであってもよい。

さらに、粒度分布（重量比）を算定する際に、ふるい各々に対応する最適閾値（Ｌ１〜Ｌ４）は、ｓｔｅｐ３にて説明した手順にて設定してもよいが、これに限定されるものではない、例えば、より最適閾値の精度を向上させるべく、ｓｔｅｐ３にて詳述したキャリブレーションの第１の工程から第４の工程を実施する作業を複数回繰り返して地盤材料１００からサンプリングする地盤材料試料群１２０の数量を増やし、複数の地盤材料試料群１２０から最適閾値を設定してもよい。

具体的には、上記のキャリブレーションの第１の工程から第４の工程を実施する作業をＭ回繰り返すことで、地盤材料１００から新たな地盤材料試料群１２０をＭ個だけ収集し、地盤材料試料群１２０ごとに算出した最適閾値からヒストグラムを作成する。そして、ふるいごとに作成した最適閾値のヒストグラム各々から、最頻値および中央値の両者を算出したうえで、中央値に近い最頻値を採用し、これを最適閾値（Ｌ１〜Ｌ４）としてもよい。

１ セメント系混合材料の製造システム
１０ 粒度監視設備
１１ ホッパ
１２ ベルトフィーダ
１３ コンベヤベルト
１４ ベルトコンベヤ装置
１５ ３Ｄラインレーザーカメラ
１５１ レーザー投光部
１５２ カメラレンズ
１６ 暗室
２０ 含水率監視設備
２１ ホッパ
２２ 密度水分計
２２１ 線源棒
２２２ 検出器
２３ ベルトコンベヤ装置
２４ 重量計
３０ 混合設備
３１ ベルトコンベヤ装置
３２ 重量計
３３ バケットエレベータ
３４ セメントサイロ
３５ 水槽
３６ ホッパ
３７ ミキサ
４０ 管理制御装置
４１ 情報処理装置
４２ 入力装置
４３ 出力装置
４４ 粒度分布算出部
４５ 含水率監視部
４６ セメント量調整部
４７ 加水量調整部
４８ 自動制御部

１００ 地盤材料
１１０ 地盤材料群
１２０ 地盤材料試料群
１３０ セメント系混合材料

Claims (5)

1. 連続的に搬送される地盤材料の三次元表面形状データを取得する粒度監視設備と、
   該粒度監視設備から連続的に供給される前記地盤材料の含水率を計測する含水率監視設備と、
   該含水率監視設備から連続的に供給される前記地盤材料の単位時間当たりの搬送重量を測定するとともに、前記地盤材料にセメント及び水を添加して混練し、セメント系構造材料を製造する混合設備と、
   前記三次元表面形状データに基づいて前記地盤材料の粒度分布（重量比）を算出する粒度分布算出部、前記粒度分布（重量比）と前記搬送重量に基づいて調整した前記セメントの添加量を算出するセメント量調整部、および前記含水率と前記搬送重量に基づいて調整した前記水の添加量を算出する加水量調整部、を備える管理制御装置と、を有することを特徴とするセメント系混合材料の製造システム。
2. 請求項１に記載のセメント系混合材料の製造システムにおいて、
   前記粒度監視設備が、ベルトコンベヤ装置と、該ベルトコンベヤ装置のコンベヤベルト搬送面に撒き出される前記地盤材料を撮像し三次元表面形状データを取得する３Ｄラインレーザーカメラと、を備えることを特徴とするセメント系混合材料の製造システム。
3. 請求項１または２に記載のセメント系混合材料の製造システムを用いたセメント系混合材料の製造方法であって、
   連続して搬送される前記地盤材料の前記粒度分布（重量比）、前記含水率および前記搬送重量を所定時間の経過ごとに算出し、前記粒度分布（重量比）に基づいて単位セメント量を調整し、この単位セメント量と前記搬送重量に基づいて調整した前記セメントの添加量を算出するとともに、前記含水率に基づいて単位水量を調整し、この単位水量と前記搬送重量に基づいて調整した前記水の添加量を算出し、
   前記地盤材料にセメント及び水を添加して混練する際に、前記所定時間の経過ごとに前記セメントおよび水のうち少なくともいずれか一方を、あらかじめ規定した量に代えて調整した添加量にて搬送されてきた前記地盤材料に添加することを特徴とするセメント系混合材料の製造方法。
4. 請求項３に記載のセメント系混合材料の製造方法において、
   前記含水率が、前記地盤材料の複数地点で計測した含水率を平均して算出された調整含水率であることを特徴とするセメント系混合材料の製造方法。
5. 請求項３または４に記載のセメント系混合材料の製造方法において、
   所定時間の経過ごとに算出される前記粒度分布（重量比）および前記含水率が、あらかじめ規定した時間間隔内の平均値を前記所定時間の経過ごとに連続して算出する移動平均によるものであることを特徴とするセメント系混合材料の製造方法。