JP3738303B2 - Ｐｃ鋼材のグラウト充填時における気泡検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、橋梁等に用いるＰＣ鋼材のシース内にグラウトを充填する際に生じる気泡を検出する技術に関する。
【０００２】
【技術的背景】
中、大規模プレストレスト橋梁に用いるＰＣ鋼材は、ＰＣ鋼材を環境から保護するためＰＣ鋼材に、鞘管（シース）を設けグラウトとよばれるモルタルを充填しているものがある。グラウト充填に関し、かなりの頻度で充填不良の可能性があることが最近指摘されている。しかし、検査手段が確立していないため放置されているのが現状である。
グラウト充填時に気泡が混入すると、長年の経過によりクラックが入り、ＰＣ鋼材の腐食劣化を引き起こし、最悪の場合橋梁の落下をまねくこともある。事実、英国では施工後３０年で橋梁の落下につながる事故が発生している。
日本道路公団では来年度の発注からＰＣ鋼材を使用するに際しては、施工を何らかの形で改善することを施工業者に求めている。
以上のような状況にあって、グラウト充填時に気泡混入を検出する装置があれば、充填時の気泡確認の際に適切な対策をとることができるようになり、安全確保上きわめて重要である。
【０００３】
以下の２つの技術が、現在、企画検討されている。
１）光ファイバーによるシース内温度差測定法
シース内に配置した光ファイバーによりグラウト充填前後の各点の温度を測定して温度差から気泡を確認する方法である。
２）弾性波法
グラウト内のＰＣ鋼材に弾性波を入力し、ＰＣ鋼材とグラウトとの界面における反射波の到達時間の差異により空孔の有無を判定する方法である。
しかしながら、いずれの方法も実際の構造物で所定の成果はでていないのが現状である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ＰＣ鋼材のグラウト充填時の気泡検出装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、ＰＣ鋼材のグラウト充填時における気泡検出装置であって、グラウト注入用ホースに接続する検出用継ぎ手と、グラウトに高周波を印加するためのオシレータと、前記オシレータからの高周波を受信するためにグラウトに近接して設けられた検出用電極と、前記検出用電極で受信された高周波の強度変化を検出する検出部とを備え、前記検出用継ぎ手内に、前記オシレータからの高周波をグラウトに印加するための前記励振用電極と、前記検出用電極とをグラウトを挟んで対面する構成で設けたことを特徴とする。
この構成により、充填するグラウト内に気泡が含まれていることを検出することができる。
【０００６】
前記検出用継ぎ手内に設けられた前記検出用電極は、少なくとも２つ設けることもでき、これにより、グラウト中の気泡の移動速度を測ることができ、気泡の位置の推測を行うことが可能となる。
前記検出用継ぎ手内に、グラウトを薄く広げる島部を設け、気泡検出精度を高めることにより、大口径のホースを用いてグラウトを充填する場合でも、確実に気泡を検出することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
本発明の実施形態の１つは、ＰＣ鋼材のシース内にグラウトを充填するホース継ぎ手部に特殊な配置の電極を設け、気泡が通過する際のアドミタンス変化から気泡を検出するものである。グラウトは大部分が水との混合物のモルタルであり、その中に少量の気泡があるので、このような気泡でも検出するように、高感度とするための特殊な電極配置をしている。グラウトに高周波電界を印加し、この高周波電界の変化を電極で検出することにより、気泡によるアドミタンス変化を検出している。
【０００９】
図１は、本発明のシステム構成を示す図である。図１において、ＰＣ鋼材３００に対して、シース２００にグラウト３１０をホース２１０から充填している。このグラウト３１０を送出しているホース２１０に、気泡検出用の継ぎ手１１０をつなぎ、そこに、気泡検出装置１００を接続している。気泡検出装置１００は、高周波を発生するオシレータ１０４、信号検出部１０６、表示・制御部１０８で構成されている。
図２に気泡検出用継ぎ手１１０の構成例を示す。ホース内のグラウトを取り囲む様に設けた励振用電極１１４に、オシレータ１０４からの高周波を印加して、その高周波を同じくホース内のグラウトを取り囲む様に設けた検出用電極１１６で検出することで、グラウトに気泡が混入した場合の高周波に対するアドミタンス変化を検出して、表示・制御部１０８で、検出した変化を表示している。空気の比誘電率は１，水の比誘電率は８１であるので、水との混合物であるモルタルの比誘電率は、約４０程度となり、このような誘電率の差が高周波に対するアドミタンスの変化として検出される。従って、このアドミタンス変化を検出することで、モルタルの混合がうまくいかず、水のみである部分も検出することも可能である。
【００１０】
この気泡検出用継ぎ手１１０には、使用する電極の構成等を含め色々な構成がある。これらの色々な気泡検出用継ぎ手の構成を図３〜図５に示す。
図３に他の気泡検出用継ぎ手１１０の構成を示す。図３（ｂ）は横断面、図３（ａ）は、図３（ｂ）のＡ−Ａにおける断面図である。図３（ａ）（ｂ）に示されているように、気泡検出用継ぎ手１１０は、励振用電極１１４と検出用電極１１６とが向かい合わせの構成となっている。励振用電極１１４はオシレータ１０４と接続され、検出用電極１１６は信号検出部１０６と接続されている。各電極１１４，１１６は絶縁物１１２で覆った構成となっている。
【００１１】
図４は、向かい合わせに設けた電極を２つ設けた場合を示す断面図である。この様な構成とすることで、２つの電極の間を気泡が通る時間を計ることにより、気泡の速度を計測することができ、シース２００での気泡の位置を推測することが容易となる。計測した気泡の速度は、表示・制御部１０８で表示することができる。
【００１２】
図５の断面図は、大口径のＰＣ鋼材を作成する場合、多くのグラウトを供給するときに、気泡の検出精度が悪くなるのを防ぐための継ぎ手の構成を示す。グラウト３１０は、この継ぎ手内に注入されると、中に設けられた島部１１８により、島部の周囲に薄く広げられる。この部分に励振用電極１１４および検出用電極１１６を設けることにより、気泡の検出精度を高めることができる。図５では、島部１１８の周囲に励振用電極１１４を設け、外ケースの内側に検出用電極１１６を設ける例を示しているが、この構成に限るものではなく、例えば、励振用と検出用の電極配置を逆にしてもよい。
【００１３】
次に、他の実施形態として、図１のシース２００中にも気泡検出のために電極を設けた例を、図６〜図８に示す。
図６に示すように、導電体のシース２００内に検出用電極２２７を多数設け、その検出用電極２２７をマルチプレクサ１０９で選択することにより、シース２００内のグラウト中の気泡の位置を検出することができる。
図７（ａ）は、高周波を印加するための電極２２０と検出用電極２２７を用いて、シース２００内の気泡位置を検出するための具体的構成例を示す図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡＡ’における断面図を示し、電極構成を示す図である。多数の検出用電極２２７はマルチプレクサ１０９に接続され、多数の中から１つが選択される。図７（ａ）に示すように、マルチプレクサ１０９は表示・制御部１０８により制御されて、１つの電極を選択するようにしている。選択された電極は検出部１０７を介して、表示・制御部１０８と接続されている。シース２００内の電極２２０および検出用電極２２７は、図７（ｂ）に示すように、絶縁層２２４上の導電層に印刷手法により形成されている。検出電極２２７は、電極２２０とは、分離した状態で、シース内にほぼ等間隔に形成されている。シースの作成については、後で図８を用いて詳しく説明する。導電体で形成されている電極２２０には、オシレータから高周波が印加されており、その電極２２０からの高周波をマルチプレクサ１０９で選択されている電極２２７で受け、表示・制御部１０８において、受信高周波の強度を測定することで、気泡を検出することができる。気泡の位置としては、マルチプレクサで選択された検出用電極２２７の位置を用いることができる。グラウト注入中は、マルチプレクサで検出用電極２２７を選択することで、気泡の位置をリアルタイムで走査することができる。
図７に示すように、グラウトを供給しているホースに取り付けた気泡検出用継ぎ手１１０と共に用いることにより、気泡を含んだグラウトを供給したことを検出してから、その気泡がシースのどの部分に行ったかをシース内の電極２２７を用いることで位置を確定することもできる。
【００１４】
この電極を有するシースの作成について、図８を用いて説明する。図８（ａ）は、シースの構造を示している。シースは鉄のリボン状のものを螺旋状に巻き上げ、相互にかしめることで作成している。このリボン状の鉄板に印刷手法で、図８（ｂ）の部分図に示すように、電極２２０および電極２２７を作成している。この電極２２０および電極２２７は、導電層をシースとの絶縁を行う絶縁層２２４上に印刷手法で形成している。検出用電極２２７と高周波を印加するための励振用電極２２０とは、絶縁層２２４上で間を離すことにより電気的に分離されている。検出用電極２２７は、シースを構成するためのリボン状鉄板に、図８（ｃ）で示すように、螺旋状に巻き上げたときのシース２００内に略等間隔に並ぶように設けている。
【００１５】
図９は、気泡が検出電極１１６の近傍を通過したときの検出結果を示している。図９（ａ）に示すように、高周波（例えば４４５ｋＨｚ）を印加して、気泡１および気泡２が検出電極１１６の近傍を通過すると、図９（ｂ）に示すように、気泡１および気泡２の大きさに従ったアドミタンス変化（高周波検出強度の変化）が検出される。
【００１６】
【発明の効果】
上述した本発明の構成を用いることにより、ＰＣ鋼材に充填されるグラウト中の気泡を確実に捉えることができる。これにより、グラウトの再充填等の手当を行うことができ、ＰＣ鋼材の劣化を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置構成を示す図である。
【図２】本発明で用いる気泡検出用継ぎ手内の構成を示す図である。
【図３】気泡検出用継ぎ手内の他の電極構成を示す図である。
【図４】電極を２対設けた例を示す図である。
【図５】大口径のホースを用いる場合の気泡検出用継ぎ手の構成を示す図である。
【図６】シースに気泡検出用の電極を設けた例を示す図である。
【図７】シースに気泡検出用の電極を設けた場合の装置構成を示す図である。
【図８】電極を設けたシースの作成を説明する図である。
【図９】本発明を用いて、気泡を検出した例を示す図である。
【符号の説明】
１００ 気泡検出装置
１０４ オシレータ
１０６ 信号検出部
１０８ 表示・制御部
１０９ マルチプレクサ
１１０ 気泡検出用の継ぎ手
１１２ 絶縁体
１１４ 励振用電極
１１６ 検出用電極
１１８ 島部
２００ シース
２１０ ホース
２２０ 励振用電極
２２４ 絶縁層
２２７ 検出用電極
３００ 鋼材
３１０ グラウト
【発明の属する技術分野】
本発明は、橋梁等に用いるＰＣ鋼材のシース内にグラウトを充填する際に生じる気泡を検出する技術に関する。
【０００２】
【技術的背景】
中、大規模プレストレスト橋梁に用いるＰＣ鋼材は、ＰＣ鋼材を環境から保護するためＰＣ鋼材に、鞘管（シース）を設けグラウトとよばれるモルタルを充填しているものがある。グラウト充填に関し、かなりの頻度で充填不良の可能性があることが最近指摘されている。しかし、検査手段が確立していないため放置されているのが現状である。
グラウト充填時に気泡が混入すると、長年の経過によりクラックが入り、ＰＣ鋼材の腐食劣化を引き起こし、最悪の場合橋梁の落下をまねくこともある。事実、英国では施工後３０年で橋梁の落下につながる事故が発生している。
日本道路公団では来年度の発注からＰＣ鋼材を使用するに際しては、施工を何らかの形で改善することを施工業者に求めている。
以上のような状況にあって、グラウト充填時に気泡混入を検出する装置があれば、充填時の気泡確認の際に適切な対策をとることができるようになり、安全確保上きわめて重要である。
【０００３】
以下の２つの技術が、現在、企画検討されている。
１）光ファイバーによるシース内温度差測定法
シース内に配置した光ファイバーによりグラウト充填前後の各点の温度を測定して温度差から気泡を確認する方法である。
２）弾性波法
グラウト内のＰＣ鋼材に弾性波を入力し、ＰＣ鋼材とグラウトとの界面における反射波の到達時間の差異により空孔の有無を判定する方法である。
しかしながら、いずれの方法も実際の構造物で所定の成果はでていないのが現状である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ＰＣ鋼材のグラウト充填時の気泡検出装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、ＰＣ鋼材のグラウト充填時における気泡検出装置であって、グラウト注入用ホースに接続する検出用継ぎ手と、グラウトに高周波を印加するためのオシレータと、前記オシレータからの高周波を受信するためにグラウトに近接して設けられた検出用電極と、前記検出用電極で受信された高周波の強度変化を検出する検出部とを備え、前記検出用継ぎ手内に、前記オシレータからの高周波をグラウトに印加するための前記励振用電極と、前記検出用電極とをグラウトを挟んで対面する構成で設けたことを特徴とする。
この構成により、充填するグラウト内に気泡が含まれていることを検出することができる。
【０００６】
前記検出用継ぎ手内に設けられた前記検出用電極は、少なくとも２つ設けることもでき、これにより、グラウト中の気泡の移動速度を測ることができ、気泡の位置の推測を行うことが可能となる。
前記検出用継ぎ手内に、グラウトを薄く広げる島部を設け、気泡検出精度を高めることにより、大口径のホースを用いてグラウトを充填する場合でも、確実に気泡を検出することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
本発明の実施形態の１つは、ＰＣ鋼材のシース内にグラウトを充填するホース継ぎ手部に特殊な配置の電極を設け、気泡が通過する際のアドミタンス変化から気泡を検出するものである。グラウトは大部分が水との混合物のモルタルであり、その中に少量の気泡があるので、このような気泡でも検出するように、高感度とするための特殊な電極配置をしている。グラウトに高周波電界を印加し、この高周波電界の変化を電極で検出することにより、気泡によるアドミタンス変化を検出している。
【０００９】
図１は、本発明のシステム構成を示す図である。図１において、ＰＣ鋼材３００に対して、シース２００にグラウト３１０をホース２１０から充填している。このグラウト３１０を送出しているホース２１０に、気泡検出用の継ぎ手１１０をつなぎ、そこに、気泡検出装置１００を接続している。気泡検出装置１００は、高周波を発生するオシレータ１０４、信号検出部１０６、表示・制御部１０８で構成されている。
図２に気泡検出用継ぎ手１１０の構成例を示す。ホース内のグラウトを取り囲む様に設けた励振用電極１１４に、オシレータ１０４からの高周波を印加して、その高周波を同じくホース内のグラウトを取り囲む様に設けた検出用電極１１６で検出することで、グラウトに気泡が混入した場合の高周波に対するアドミタンス変化を検出して、表示・制御部１０８で、検出した変化を表示している。空気の比誘電率は１，水の比誘電率は８１であるので、水との混合物であるモルタルの比誘電率は、約４０程度となり、このような誘電率の差が高周波に対するアドミタンスの変化として検出される。従って、このアドミタンス変化を検出することで、モルタルの混合がうまくいかず、水のみである部分も検出することも可能である。
【００１０】
この気泡検出用継ぎ手１１０には、使用する電極の構成等を含め色々な構成がある。これらの色々な気泡検出用継ぎ手の構成を図３〜図５に示す。
図３に他の気泡検出用継ぎ手１１０の構成を示す。図３（ｂ）は横断面、図３（ａ）は、図３（ｂ）のＡ−Ａにおける断面図である。図３（ａ）（ｂ）に示されているように、気泡検出用継ぎ手１１０は、励振用電極１１４と検出用電極１１６とが向かい合わせの構成となっている。励振用電極１１４はオシレータ１０４と接続され、検出用電極１１６は信号検出部１０６と接続されている。各電極１１４，１１６は絶縁物１１２で覆った構成となっている。
【００１１】
図４は、向かい合わせに設けた電極を２つ設けた場合を示す断面図である。この様な構成とすることで、２つの電極の間を気泡が通る時間を計ることにより、気泡の速度を計測することができ、シース２００での気泡の位置を推測することが容易となる。計測した気泡の速度は、表示・制御部１０８で表示することができる。
【００１２】
図５の断面図は、大口径のＰＣ鋼材を作成する場合、多くのグラウトを供給するときに、気泡の検出精度が悪くなるのを防ぐための継ぎ手の構成を示す。グラウト３１０は、この継ぎ手内に注入されると、中に設けられた島部１１８により、島部の周囲に薄く広げられる。この部分に励振用電極１１４および検出用電極１１６を設けることにより、気泡の検出精度を高めることができる。図５では、島部１１８の周囲に励振用電極１１４を設け、外ケースの内側に検出用電極１１６を設ける例を示しているが、この構成に限るものではなく、例えば、励振用と検出用の電極配置を逆にしてもよい。
【００１３】
次に、他の実施形態として、図１のシース２００中にも気泡検出のために電極を設けた例を、図６〜図８に示す。
図６に示すように、導電体のシース２００内に検出用電極２２７を多数設け、その検出用電極２２７をマルチプレクサ１０９で選択することにより、シース２００内のグラウト中の気泡の位置を検出することができる。
図７（ａ）は、高周波を印加するための電極２２０と検出用電極２２７を用いて、シース２００内の気泡位置を検出するための具体的構成例を示す図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡＡ’における断面図を示し、電極構成を示す図である。多数の検出用電極２２７はマルチプレクサ１０９に接続され、多数の中から１つが選択される。図７（ａ）に示すように、マルチプレクサ１０９は表示・制御部１０８により制御されて、１つの電極を選択するようにしている。選択された電極は検出部１０７を介して、表示・制御部１０８と接続されている。シース２００内の電極２２０および検出用電極２２７は、図７（ｂ）に示すように、絶縁層２２４上の導電層に印刷手法により形成されている。検出電極２２７は、電極２２０とは、分離した状態で、シース内にほぼ等間隔に形成されている。シースの作成については、後で図８を用いて詳しく説明する。導電体で形成されている電極２２０には、オシレータから高周波が印加されており、その電極２２０からの高周波をマルチプレクサ１０９で選択されている電極２２７で受け、表示・制御部１０８において、受信高周波の強度を測定することで、気泡を検出することができる。気泡の位置としては、マルチプレクサで選択された検出用電極２２７の位置を用いることができる。グラウト注入中は、マルチプレクサで検出用電極２２７を選択することで、気泡の位置をリアルタイムで走査することができる。
図７に示すように、グラウトを供給しているホースに取り付けた気泡検出用継ぎ手１１０と共に用いることにより、気泡を含んだグラウトを供給したことを検出してから、その気泡がシースのどの部分に行ったかをシース内の電極２２７を用いることで位置を確定することもできる。
【００１４】
この電極を有するシースの作成について、図８を用いて説明する。図８（ａ）は、シースの構造を示している。シースは鉄のリボン状のものを螺旋状に巻き上げ、相互にかしめることで作成している。このリボン状の鉄板に印刷手法で、図８（ｂ）の部分図に示すように、電極２２０および電極２２７を作成している。この電極２２０および電極２２７は、導電層をシースとの絶縁を行う絶縁層２２４上に印刷手法で形成している。検出用電極２２７と高周波を印加するための励振用電極２２０とは、絶縁層２２４上で間を離すことにより電気的に分離されている。検出用電極２２７は、シースを構成するためのリボン状鉄板に、図８（ｃ）で示すように、螺旋状に巻き上げたときのシース２００内に略等間隔に並ぶように設けている。
【００１５】
図９は、気泡が検出電極１１６の近傍を通過したときの検出結果を示している。図９（ａ）に示すように、高周波（例えば４４５ｋＨｚ）を印加して、気泡１および気泡２が検出電極１１６の近傍を通過すると、図９（ｂ）に示すように、気泡１および気泡２の大きさに従ったアドミタンス変化（高周波検出強度の変化）が検出される。
【００１６】
【発明の効果】
上述した本発明の構成を用いることにより、ＰＣ鋼材に充填されるグラウト中の気泡を確実に捉えることができる。これにより、グラウトの再充填等の手当を行うことができ、ＰＣ鋼材の劣化を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置構成を示す図である。
【図２】本発明で用いる気泡検出用継ぎ手内の構成を示す図である。
【図３】気泡検出用継ぎ手内の他の電極構成を示す図である。
【図４】電極を２対設けた例を示す図である。
【図５】大口径のホースを用いる場合の気泡検出用継ぎ手の構成を示す図である。
【図６】シースに気泡検出用の電極を設けた例を示す図である。
【図７】シースに気泡検出用の電極を設けた場合の装置構成を示す図である。
【図８】電極を設けたシースの作成を説明する図である。
【図９】本発明を用いて、気泡を検出した例を示す図である。
【符号の説明】
１００ 気泡検出装置
１０４ オシレータ
１０６ 信号検出部
１０８ 表示・制御部
１０９ マルチプレクサ
１１０ 気泡検出用の継ぎ手
１１２ 絶縁体
１１４ 励振用電極
１１６ 検出用電極
１１８ 島部
２００ シース
２１０ ホース
２２０ 励振用電極
２２４ 絶縁層
２２７ 検出用電極
３００ 鋼材
３１０ グラウト
Claims (3)
- ＰＣ鋼材のグラウト充填時における気泡検出装置であって、
グラウト注入用ホースに接続する検出用継ぎ手と、
グラウトに高周波を印加するためのオシレータと、
前記オシレータからの高周波を受信するためにグラウトに近接して設けられた検出用電極と、
前記検出用電極で受信された高周波の強度変化を検出する検出部と
を備え、
前記検出用継ぎ手内に、前記オシレータからの高周波をグラウトに印加するための前記励振用電極と、前記検出用電極とをグラウトを挟んで対面する構成で設けたことを特徴とする気泡検出装置。 - 請求項１に記載の気泡検出装置において、
前記検出用継ぎ手内に設けられた前記検出用電極は、少なくとも２つ設けられていることを特徴とする気泡検出装置。 - 請求項１又は２に記載の気泡検出装置において、前記検出用継ぎ手内に、グラウトを薄く広げる島部を設け、気泡検出精度を高めたことを特徴とする気泡検出装置。
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2000
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