JP5484099B2 - Method for estimating compressive strength of hardened concrete - Google Patents
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Description
本発明は、コンクリート硬化体の圧縮強度を推定する方法に関するものである。 The present invention relates to a method for estimating the compressive strength of a hardened concrete.
コンクリート硬化体の圧縮強度試験は、ＪＩＳ−Ａ１１０８（非特許文献１）に準拠して実施されており、かかる試験に用いる供試体としては、ＪＩＳ−Ａ１１３２（非特許文献２）に準拠して型枠中にフレッシュコンクリートを充填して作製したものや、ＪＩＳ−Ａ１１０７（非特許文献３）に準拠してコンクリート硬化体から切り出したコア供試体が用いられている。 The compressive strength test of the hardened concrete body is performed in accordance with JIS-A1108 (Non-patent Document 1), and the specimen used in such a test is a mold in accordance with JIS-A1132 (Non-patent Document 2). A core prepared by filling fresh concrete into a frame or a core specimen cut out from a hardened concrete according to JIS-A1107 (Non-patent Document 3) is used.
このような供試体としては、円柱形状であって、当該円柱形状の高さｈが底面の直径ｄの２倍（ｈ／ｄ＝２）のものが用いられるが、コンクリート硬化体から切り出したコア供試体を用いる場合には、常に高さｈと底面の直径ｄとの比が２のものを用いることができるわけではない。 As such a specimen, a cylinder having a columnar height h that is twice the diameter d of the bottom surface (h / d = 2) is used. When using a specimen, it is not always possible to use a specimen having a ratio of height h to bottom diameter d of 2.
このような場合においては、切り出したコア供試体の圧縮強度を測定し、測定された圧縮強度を、ｈ／ｄの数値に応じた補正係数を用いて、高さｈが直径ｄの２倍の供試体の圧縮強度に換算する方法が採用されている（非特許文献３）。 In such a case, the compressive strength of the cut core specimen is measured, and the measured compressive strength is calculated using a correction coefficient according to the numerical value of h / d, and the height h is twice the diameter d. A method of converting to the compressive strength of the specimen is employed (Non-Patent Document 3).
しかしながら、非特許文献３に示されている補正係数は、ｈ／ｄの値が１．０〜２．０の範囲のものにのみ適用されるものであって、ｈ／ｄが１．０未満である場合の補正係数は示されていない。これは、ｈ／ｄが１．０未満の供試体は、ｈ／ｄが２．０の供試体との間で圧縮強度に関する相関関係が認められていないため、適当な補正係数を定めることが困難であることに基づくものである。 However, the correction coefficient shown in Non-Patent Document 3 is applied only to the value of h / d in the range of 1.0 to 2.0, and h / d is less than 1.0. The correction factor in the case of is not shown. This is because a specimen having an h / d of less than 1.0 has no correlation with the specimen having an h / d of 2.0, so that an appropriate correction factor can be determined. It is based on the difficulty.
したがって、ｈ／ｄが１．０以上のコア供試体を切り出すことができない事情がある場合には、当該コンクリート硬化体の圧縮強度を測定することができないという問題がある。 Therefore, when there is a situation in which a core specimen having an h / d of 1.0 or more cannot be cut out, there is a problem that the compressive strength of the hardened concrete cannot be measured.
上記課題に鑑みて、本発明は、供試体の大きさに依存することなくコンクリート硬化体の圧縮強度を高い精度で推定することができる方法を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a method capable of estimating the compressive strength of a hardened concrete body with high accuracy without depending on the size of a specimen.
上記課題を解決するために、本発明は、コンクリート硬化体の圧縮強度を推定する方法であって、前記コンクリート硬化体の多値画像を２値化処理して得られた２値化処理画像より算出された骨材面積率、エントラップトエア部分の面積率及び空隙面積率から、下記式（１）に基づいて前記コンクリート硬化体の空隙率を算出し、前記コンクリート硬化体の空隙率を指標として、前記コンクリート硬化体の圧縮強度を推定することを特徴とする圧縮強度推定方法を提供する（請求項１）。 In order to solve the above-mentioned problem, the present invention is a method for estimating the compressive strength of a hardened concrete body, which is based on a binarized image obtained by binarizing a multi-valued image of the hardened concrete body. From the calculated aggregate area ratio, the area ratio of the entrapment air portion and the void area ratio, the void ratio of the hardened concrete body is calculated based on the following formula (1), and the void ratio of the hardened concrete body is used as an index. A compressive strength estimation method is provided, wherein the compressive strength of the hardened concrete body is estimated (claim 1).
式（１）中、Ｖａｉｒは「エントラップトエア部分の面積率（％）」を表し、ＶＣＰは「空隙面積率（％）」を表し、Ｖａｇｇは「骨材面積率（％）」を表す。 In the formula (1), V air represents “the area ratio (%) of the entrapped air portion”, V CP represents “the void area ratio (%)”, and V agg represents “the aggregate area ratio (%)”. Represents.
上記発明（請求項１）によれば、コンクリート硬化体の一表面を撮像した多値画像を２値化処理して得られた２値化処理画像からエントラップトエア部分の面積率、空隙面積率及び骨材面積率を算出し、それらの値からコンクリート硬化体の空隙率を高い精度で算出することができる。そして、コンクリート硬化体の空隙率と圧縮強度とは所定の相関関係があるため、当該空隙率に基づいてコンクリート硬化体の圧縮強度を高精度で推定することができる。また、上記発明（請求項１）によれば、供試体の大きさに依存することなく簡単にコンクリート硬化体の圧縮強度を推定することができる。 According to the above invention (invention 1), from the binarized image obtained by binarizing a multi-valued image obtained by imaging one surface of a hardened concrete body, the area ratio of the entrapment air portion and the void area ratio And the aggregate area ratio can be calculated, and the porosity of the hardened concrete body can be calculated with high accuracy from these values. And since the porosity and compressive strength of hardened concrete have a predetermined correlation, the compressive strength of hardened concrete can be estimated with high accuracy based on the porosity. Moreover, according to the said invention (invention 1), the compressive strength of a hardened concrete body can be estimated easily, without depending on the magnitude | size of a test body.
上記発明（請求項１）においては、前記骨材面積率は、第１の閾値を用いて前記コンクリート硬化体の多値画像を２値化処理して得られた第１の２値化処理画像から算出された骨材面積率であるのが好ましい（請求項２）。 In the above invention (invention 1), the aggregate area ratio is a first binarized image obtained by binarizing the multi-valued image of the hardened concrete body using a first threshold. It is preferable that the aggregate area ratio is calculated from the above (claim 2).
上記発明（請求項２）によれば、骨材面積率を高い精度で算出することができるため、コンクリート硬化体の圧縮強度をより高い精度で推定することができる。 According to the above invention (invention 2), since the aggregate area ratio can be calculated with high accuracy, the compressive strength of the hardened concrete body can be estimated with higher accuracy.
上記発明（請求項１，２）においては、前記エントラップトエア部分の面積率は、第２の閾値を用いて前記コンクリート硬化体の多値画像を２値化処理して得られた第２の２値化処理画像からエントラップトエア部分判定用パラメータに基づいて抽出されたエントラップトエア部分の面積率であるのが好ましい（請求項３）。 In the above inventions (Inventions 1 and 2), the area ratio of the entrapment air portion is obtained by binarizing the multi-valued image of the hardened concrete body using the second threshold value. It is preferable that the area ratio of the entrapped air portion extracted from the binarized processed image based on the entrapped air portion determination parameter.
上記発明（請求項３）によれば、エントラップトエア部分の面積率を高い精度で算出することができるため、コンクリート硬化体の圧縮強度をより高い精度で推定することができる。 According to the said invention (invention 3), since the area ratio of an entrapment air part can be calculated with high precision, the compressive strength of a hardened concrete body can be estimated with higher precision.
上記発明（請求項３）においては、前記多値画像における未水和セメント部分、セメント水和物部分及び骨材部分よりも低輝度側に表示される略円形部分を前記エントラップトエア部分の画像として抽出することができる。 In the above invention (invention 3), the non-hydrated cement part, the cement hydrate part, and the substantially circular part displayed on the lower luminance side than the aggregate part in the multi-valued image are images of the entrapment air part. Can be extracted as
コンクリート硬化体中のエントラップトエア部分は、画像上における未水和セメント部分、セメント水和物部分及び骨材部分よりも低輝度側に略円形部分として表示される。そのため、上記のようにエントラップトエア部分の画像を抽出することで、エントラップトエア部分の面積率をより高い精度で算出することができるため、コンクリート硬化体の圧縮強度をさらに高い精度で推定することができる。 The entrapment air portion in the hardened concrete body is displayed as a substantially circular portion on the lower luminance side than the unhydrated cement portion, the cement hydrate portion, and the aggregate portion on the image. Therefore, since the area ratio of the entrapped air portion can be calculated with higher accuracy by extracting the image of the entrapped air portion as described above, the compressive strength of the hardened concrete body is estimated with higher accuracy. be able to.
上記発明（請求項３）においては、前記エントラップトエア部分判定用パラメータが、円形度数又は円相当径であり、前記円形度数又は円相当径に基づいて、前記第２の２値化処理画像から前記エントラップトエア部分の画像を抽出することができる。 In the above invention (invention 3), the entrapment air partial determination parameter is a circular power or a circle-equivalent diameter, and based on the circular power or a circle-equivalent diameter, An image of the entrapment air portion can be extracted.
２値化処理画像中の略円形粒子のうちの一部は、コンクリート硬化体に生じたひび割れやセメントの水和によって生じる空隙等であって、かかるひび割れや空隙をエントラップトエア部分として抽出してしまうと、コンクリート硬化体の圧縮強度の推定精度が低下するおそれがある。一方で、コンクリート硬化体中に含まれる空気泡（エントラップトエア）は、略真円に近い円形粒子として画像上に表されるため、上記のようにしてエントラップトエア部分の画像を抽出することで、エントラップトエア部分の面積率をより高い精度で算出することができ、結果として、コンクリート硬化体の圧縮強度をさらに高い精度で推定することができる。 Some of the substantially circular particles in the binarized image are cracks generated in the hardened concrete and voids caused by cement hydration, etc., and these cracks and voids are extracted as entrapped air parts. If it does, there exists a possibility that the estimation precision of the compressive strength of a concrete hardening body may fall. On the other hand, since air bubbles (entrapped air) contained in the hardened concrete body are represented on the image as circular particles that are nearly perfect circles, the image of the entrapped air part is extracted as described above. Thus, the area ratio of the entrapment air portion can be calculated with higher accuracy, and as a result, the compressive strength of the hardened concrete can be estimated with higher accuracy.
上記発明（請求項１〜３）においては、前記空隙面積率は、第３の閾値を用いて前記コンクリート硬化体の多値画像を２値化処理して得られた第３の２値化処理画像から算出された空隙面積率であるのが好ましい（請求項４）。 In the said invention (Invention 1-3), the said void | hole area ratio is the 3rd binarization process obtained by binarizing the multi-value image of the said concrete hardening body using a 3rd threshold value. It is preferable that the void area ratio is calculated from the image.
上記発明（請求項４）によれば、空隙面積率を高い精度で算出することができるため、コンクリート硬化体の圧縮強度をより高い精度で推定することができる。 According to the above invention (invention 4), since the void area ratio can be calculated with high accuracy, the compressive strength of the hardened concrete body can be estimated with higher accuracy.
上記発明（請求項１〜４）においては、前記多値画像が、前記コンクリート硬化体を所定の大きさに切断して得られる試験片の一の面を撮像した多値画像であって、前記試験片の大きさが、前記試験片と高さ及び体積が同一の円柱形状の底面の直径ｄと高さｈとの関係が下記式（２）を満たすような大きさであるのが好ましい（請求項５）。 In the above inventions (inventions 1 to 4), the multi-value image is a multi-value image obtained by imaging one surface of a test piece obtained by cutting the hardened concrete body into a predetermined size, The size of the test piece is preferably such that the relationship between the diameter d and the height h of the cylindrical bottom surface having the same height and volume as the test piece satisfies the following formula (2) ( Claim 5).
上記発明（請求項５）によれば、コンクリート構造物等のコンクリート硬化体の一部を試料片として用いて圧縮強度を推定することができ、従来の圧縮強度測定方法では測定することのできない大きさの試験片であっても、高い精度で圧縮強度を推定することができる。 According to the above invention (invention 5), the compressive strength can be estimated by using a part of a hardened concrete body such as a concrete structure as a sample piece, which cannot be measured by a conventional compressive strength measuring method. Even in the case of the test piece, the compressive strength can be estimated with high accuracy.
上記発明（請求項５）においては、前記多値画像として、研磨された前記試験片の一面を撮像した多値画像を用いることができる。試験片の撮像面を研磨することにより、エントラップトエア部分の面積率、空隙面積率及び骨材面積率をさらに高い精度で算出することができ、ひいてはコンクリート硬化体の空隙率をさらに高い精度で算出することができるため、結果として、コンクリート硬化体の圧縮強度を極めて高い精度で推定することができる。 In the said invention (invention 5), the multi-value image which imaged one surface of the ground said test piece can be used as said multi-value image. By polishing the imaging surface of the test piece, the area ratio, void area ratio and aggregate area ratio of the entrapment air part can be calculated with higher accuracy, and consequently the void ratio of the hardened concrete body can be calculated with higher accuracy. As a result, the compressive strength of the hardened concrete can be estimated with extremely high accuracy.
本発明によれば、供試体の大きさに依存することなくコンクリート硬化体の圧縮強度を高い精度で推定することができる方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a method capable of estimating the compressive strength of a hardened concrete body with high accuracy without depending on the size of the specimen.
以下、本発明の一実施形態に係るコンクリート硬化体の圧縮強度推定方法を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係るコンクリート硬化体の圧縮強度推定方法における試験片の調製工程を示すフローチャートであり、図２は、同実施形態における骨材面積率の算出工程を示すフローチャートであり、図３は、同実施形態におけるエントラップトエア部分の面積率の算出工程を示すフローチャートであり、図４は、同実施形態における空隙面積率の算出工程を示すフローチャートである。
Hereinafter, a method for estimating compressive strength of a hardened concrete according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a flowchart showing a preparation step of a test piece in the method for estimating compressive strength of a cured concrete body according to the present embodiment, and FIG. 2 is a flowchart showing a calculation step of an aggregate area ratio in the embodiment, FIG. 3 is a flowchart showing the calculation process of the area ratio of the entrapment air portion in the embodiment, and FIG. 4 is a flowchart showing the calculation process of the void area ratio in the embodiment.
〔試験片の調製〕
本実施形態に係るコンクリート硬化体の圧縮強度推定方法において用いられる圧縮強度推定用試験片を調製する方法としては、図１に示すように、まず、圧縮強度を推定しようとするコンクリート硬化体の一部を採取する（Ｓ１０１）。
(Preparation of test piece)
As a method for preparing a test piece for compressive strength estimation used in the method for estimating compressive strength of a hardened concrete according to the present embodiment, first, as shown in FIG. Parts are collected (S101).
本実施形態における圧縮強度推定対象となるコンクリート硬化体としては、例えば、鉄筋コンクリート構造物の基礎部、トンネルライニング、橋梁の桁、ダム、鉄道構造物、下水用水路トンネル等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。 Examples of the cured concrete body to be subjected to compressive strength estimation in the present embodiment include a reinforced concrete structure foundation, tunnel lining, bridge girder, dam, railway structure, sewage channel tunnel, and the like. Is not to be done.
上記コンクリート硬化体に含まれるセメントとしては、特に限定されるものではなく、例えば、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント等の各種ポルトランドセメント；高炉セメント、フライアッシュセメント等の混合セメント；都市ゴミ焼却灰及び／又は下水汚泥焼却灰を原料として製造した焼成物の粉砕物と石膏とからなるセメント（エコセメント）等が挙げられる。 The cement contained in the hardened concrete is not particularly limited. For example, various Portland cements such as ordinary Portland cement, early-strength Portland cement, moderately hot Portland cement, low heat Portland cement; blast furnace cement and fly ash cement. Mixed cements such as municipal waste incineration ash and / or sewage sludge incineration ash as a raw material, and cement (eco-cement) composed of a pulverized product of gypsum and gypsum.
また、上記コンクリート硬化体に含まれる骨材の種類も特に限定されるものではなく、天然骨材であってもよいし、人工骨材であってもよく、例えば、砂、砂利、砕砂、砕石、珪砂等を使用することができる。なお、骨材の粒径も特に限定されるものではないが、本実施形態に係る圧縮強度推定方法において用いられる試験片の大きさを考慮すると、骨材の最大寸法が２０ｍｍ程度のものであるのが好ましい。 The type of aggregate contained in the hardened concrete body is not particularly limited, and may be natural aggregate or artificial aggregate. For example, sand, gravel, crushed sand, crushed stone Silica sand etc. can be used. The particle size of the aggregate is not particularly limited, but the maximum dimension of the aggregate is about 20 mm in consideration of the size of the test piece used in the compressive strength estimation method according to the present embodiment. Is preferred.
さらに、上記コンクリート硬化体には、通常のコンクリートを製造する際に用いられる混和剤が含まれていてもよく、例えば、リグニン系、ナフタリンスルホン酸系、メラミン系、ポリカルボン酸系等の減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、ＡＥ剤（空気量調整剤）、消泡剤、凝結調整剤、防錆剤等が含まれていてもよい。 Furthermore, the above-mentioned hardened concrete may contain an admixture used in the production of ordinary concrete. For example, water reducing agents such as lignin, naphthalene sulfonic acid, melamine, and polycarboxylic acid. , An AE water reducing agent, a high performance water reducing agent, a high performance AE water reducing agent, an AE agent (air amount adjusting agent), an antifoaming agent, a setting adjusting agent, a rust preventive agent and the like may be contained.
コンクリート硬化体の一部を採取する際に、当該コンクリート硬化体のいかなる部分から採取してもよいが、好ましくはコンクリート硬化体の健全部から採取するのが好ましい。健全部から採取することで、より高い精度で圧縮強度を推定することができる。 When a part of the hardened concrete body is collected, it may be collected from any part of the hardened concrete body, but it is preferably collected from a healthy part of the hardened concrete body. By collecting from the healthy part, the compression strength can be estimated with higher accuracy.
コンクリート硬化体の一部を採取する場合、その採取量は、極めてわずかであればよく、具体的には、縦２ｃｍ×横３ｃｍ×厚さ１．５ｃｍ〜縦１０ｃｍ×横１０ｃｍ×厚さ１．５ｃｍ程度の大きさであればよい。この程度の大きさのものであれば、十分に高い精度で圧縮強度の推定が可能となる。 When a part of the hardened concrete is collected, the amount to be collected may be very small. Specifically, the length is 2 cm × width 3 cm × thickness 1.5 cm to length 10 cm × width 10 cm × thickness 1. The size may be about 5 cm. With this size, the compression strength can be estimated with sufficiently high accuracy.
このようにして採取したコンクリート硬化体の一部を、所定の形状及び大きさに切断する（Ｓ１０２）。切断後の試験片の形状は、後述する骨材面積率の算出工程（図２）、エントラップトエア部分の算出工程（図３）及び空隙面積率の算出工程（図４）において撮像される試験片の撮像面が略水平となるような形状であれば特に限定されるものではないが、例えば、方体状、円柱状等が挙げられる。 A portion of the hardened concrete body thus collected is cut into a predetermined shape and size (S102). The shape of the test piece after cutting is a test imaged in an aggregate area ratio calculation step (FIG. 2), an entrapment air portion calculation step (FIG. 3), and a void area ratio calculation step (FIG. 4) described later. Although it will not specifically limit if the imaging surface of a piece becomes a substantially horizontal shape, For example, a rectangular shape, a column shape, etc. are mentioned.
また、切断後の試験片の大きさとしては、例えば、試験片の撮像面の大きさが６〜１００ｃｍ２程度であればよく、好ましくは、３６〜１００ｃｍ２程度であればよい。具体的に、試験片の大きさは、当該試験片と同一の高さ及び体積を有する円柱形状の底面の直径（ｄ）と高さ（ｈ）との関係が下記式（２）を満たすような大きさであってもよい。 Moreover, as a magnitude | size of the test piece after a cutting | disconnection, the magnitude | size of the imaging surface of a test piece should just be about 6-100 cm < 2 >, for example, Preferably, it may be about 36-100 cm < 2 >. Specifically, the size of the test piece is such that the relationship between the diameter (d) and the height (h) of the cylindrical bottom surface having the same height and volume as the test piece satisfies the following formula (2). Any size may be used.
このように、従来の方法（ＪＩＳ−Ａ１１０８，ＪＩＳ−Ａ１１０７に規定する方法）では圧縮強度を測定することができない大きさの試験片であったとしても、高い精度で圧縮強度を推定することができる。 Thus, even if the test piece has a size that cannot measure the compressive strength by the conventional method (method defined in JIS-A1108, JIS-A1107), the compressive strength can be estimated with high accuracy. it can.
次に、切断後の試験片を乾燥させる（Ｓ１０３）。コンクリート硬化体から採取された試験片中の空隙等に水分が含まれていると、後述する樹脂含浸（Ｓ１０４）工程において、試験片中の空隙等に十分に樹脂を流入させることができないおそれがあるが、試験片を乾燥させることによって、当該空隙等に含まれる水分を除去することができ、より高い精度で圧縮強度の推定が可能となる。 Next, the cut specimen is dried (S103). If water is contained in the voids or the like in the test piece collected from the hardened concrete body, there is a possibility that the resin cannot sufficiently flow into the voids or the like in the test piece in the resin impregnation (S104) step described later. However, by drying the test piece, moisture contained in the voids can be removed, and the compressive strength can be estimated with higher accuracy.
試験片の乾燥方法は、特に限定されるものではなく、常法により行えばよく、例えば、真空乾燥、加熱乾燥、フリーズドライ等の手法により行えばよい。 The method for drying the test piece is not particularly limited, and may be performed by a conventional method, for example, by a method such as vacuum drying, heat drying, freeze drying, or the like.
続いて、乾燥後の試験片を所定の樹脂に含浸させる（Ｓ１０４）。試験片を樹脂に含浸させることにより、試験片中の空隙部分等に樹脂が入り込み、後述する各算出工程における画像処理（２値化処理）時に、当該空隙部分を的確に抽出することができるようになる。 Subsequently, the dried test piece is impregnated with a predetermined resin (S104). By impregnating the test piece with the resin, the resin enters the void portion or the like in the test piece so that the void portion can be accurately extracted during image processing (binarization processing) in each calculation step described later. become.
試験片を含浸させる樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、メタクリル系樹脂等が挙げられ、当該樹脂が硬化する際の伸縮性が低収縮のものであるのが好ましく、当該樹脂の粘度は、２００ｃＰ以下であるのが好ましい。樹脂の粘度が２００ｃＰを超えると、試験片中の空隙部分等への樹脂の流入が困難となるおそれがある。 Examples of the resin impregnated with the test piece include an epoxy resin, an acrylic resin, a polyester resin, a methacrylic resin, and the like, and the stretchability when the resin is cured is preferably low shrinkage, The viscosity of the resin is preferably 200 cP or less. If the viscosity of the resin exceeds 200 cP, it may be difficult to flow the resin into the voids in the test piece.
なお、試験片を含浸させる上記樹脂は、不透明タイプの樹脂用顔料等が混練されることで着色されたものであるのが好ましい。かかる顔料が混練されていることで、後述する骨材面積率算出工程において、骨材と空隙との判別を的確に行うことができるようになる。 The resin impregnating the test piece is preferably colored by kneading an opaque resin pigment or the like. By kneading such a pigment, it is possible to accurately determine the aggregate and the gap in the aggregate area ratio calculating step described later.
上記所定の樹脂に含浸させた試験片を乾燥させて当該樹脂を硬化させた後、当該試験片の撮像面を研磨する（Ｓ１０５）。試験片を含浸させた樹脂が試験片の撮像面で硬化することで、当該撮像面に凹凸ができてしまい、そのまま撮像面を撮像すると、画像上に凹凸による陰影等が表れてしまい、それによりコンクリート硬化体の骨材面積率、エントラップトエア部分面積率及び空隙面積率の値に誤差が生じるおそれがあり、ひいては圧縮強度の推定精度が低下してしまうおそれがあるが、当該撮像面を研磨することで、高い精度でコンクリート硬化体の圧縮強度を推定することができる。 After drying the test piece impregnated with the predetermined resin to cure the resin, the imaging surface of the test piece is polished (S105). When the resin impregnated with the test piece is cured on the imaging surface of the test piece, the imaging surface becomes uneven, and if the imaging surface is imaged as it is, shadows due to the unevenness appear on the image, thereby An error may occur in the aggregate area ratio, entrapment air partial area ratio, and void area ratio values of the hardened concrete, which may reduce the estimation accuracy of the compressive strength. By doing so, the compressive strength of a hardened concrete body can be estimated with high accuracy.
試験片の撮像面の研磨方法は、特に限定されるものではなく、通常用いられる研磨装置を用いて行えばよい。また、研磨工程において使用し得る研磨材としては、シリコンカーバイト研磨材、ボロンカーバイト研磨材、ダイヤモンドペースト、アルミナ粉末等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、これらの研磨材の平均粒度は、８〜６０μｍ程度であればよい。 The method for polishing the imaging surface of the test piece is not particularly limited, and may be performed using a commonly used polishing apparatus. Examples of the abrasive that can be used in the polishing step include, but are not limited to, silicon carbide abrasive, boron carbide abrasive, diamond paste, and alumina powder. Moreover, the average particle size of these abrasives should just be about 8-60 micrometers.
なお、後述するように、試験片の撮像装置として電子顕微鏡を用いて反射電子像を取得しようとする場合には、上記の研磨材を用いて研磨した試験片の表面に対して、研磨材として粒径０．３〜３μｍのアルミナ粉末等を用いたバフ研磨加工をさらに施すのが好ましい。 As will be described later, when a reflected electron image is to be obtained using an electron microscope as an imaging device for a test piece, the surface of the test piece polished using the above-described abrasive is used as an abrasive. Buffing using an alumina powder having a particle diameter of 0.3 to 3 μm or the like is preferably further performed.
最後に、撮像面を研磨した試験片の表面に蒸着膜を形成し、当該試験片に導電性を付与する（Ｓ１０６）。後述するように、少なくともエントラップトエア部分の面積率の算出工程（図３）及び空隙面積率の算出工程（図４）においては、試験片の走査型電子顕微鏡像の反射電子像を取得することになる。しかしながら、コンクリートは導電性を有しないため、試験片に蒸着膜を形成せずに反射電子像を取得しようとすると、電子線を照射し続けることで試験片の表面が帯電し、反射する電子のパターンが乱れてしまい、正確な反射電子像を取得できないこととなってしまう。そこで、試験片の表面に導電性を有する蒸着膜を形成することで、正確な反射電子像を取得することが可能となる。 Finally, a vapor deposition film is formed on the surface of the test piece whose imaging surface is polished, and conductivity is imparted to the test piece (S106). As will be described later, at least in the calculation process of the area ratio of the entrapment air portion (FIG. 3) and the calculation process of the void area ratio (FIG. 4), a reflected electron image of the scanning electron microscope image of the test piece is acquired. become. However, since concrete does not have electrical conductivity, when attempting to acquire a reflected electron image without forming a deposited film on the test piece, the surface of the test piece is charged by continuing to irradiate the electron beam, and the reflected electrons The pattern is disturbed, and an accurate reflected electron image cannot be acquired. Therefore, an accurate reflected electron image can be acquired by forming a vapor deposition film having conductivity on the surface of the test piece.
上記蒸着膜としては、試験片の表面に導電性を付与し得る限り特に限定されるものではないが、例えば、炭素、白金パラジウム、金等が挙げられる。また、蒸着膜を形成する方法としては、特に限定されるものではなく、従来公知の方法により行うことができる。 Although it does not specifically limit as said vapor deposition film as long as electroconductivity can be provided to the surface of a test piece, For example, carbon, platinum palladium, gold | metal | money etc. are mentioned. Moreover, it does not specifically limit as a method of forming a vapor deposition film, It can carry out by a conventionally well-known method.
〔骨材面積率の算出工程〕
上述のようにして調製された試験片を撮像した画像上における骨材部分の面積率を算出する。図２に示すように、上述の試験片調製工程により調製された試験片の撮像面のカラー画像（多値画像）を取得する（Ｓ２０１）。
[Calculation process of aggregate area ratio]
The area ratio of the aggregate part on the image which imaged the test piece prepared as mentioned above is calculated. As shown in FIG. 2, a color image (multi-valued image) of the imaging surface of the test piece prepared by the above-described test piece preparation step is acquired (S201).
当該カラー画像の取得の方法としては、例えば、試験片の撮像面をデジタルカメラ等で撮影する方法、スキャナを用いて試験片の撮像面のカラー画像を取得する方法等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。 Examples of the method of acquiring the color image include a method of photographing the imaging surface of the test piece with a digital camera or the like, a method of acquiring a color image of the imaging surface of the test piece using a scanner, and the like. It is not limited.
取得するカラー画像の解像度は、６００〜２４００ｄｐｉであるのが好ましく、８００〜１２００ｄｐｉであるのがより好ましい。解像度が６００ｄｐｉ未満であると、画像における骨材部分とセメントペースト部分との界面の判別が困難になるおそれがあり、２４００ｄｐｉを超えると、画像処理に長時間を要したり、市販の画像処理ソフトでは対応できなくなったりするおそれがある。 The resolution of the color image to be acquired is preferably 600 to 2400 dpi, and more preferably 800 to 1200 dpi. If the resolution is less than 600 dpi, it may be difficult to determine the interface between the aggregate portion and the cement paste portion in the image. If the resolution exceeds 2400 dpi, it may take a long time for image processing or a commercially available image processing software. There is a risk that it will not be possible.
次に、取得したカラー画像のノイズを除去する処理をする（Ｓ２０２）。かかるノイズを除去する処理としては、例えば、カラー画像に移動平均フィルタやメディアンフィルタ等をかける処理等が挙げられる。 Next, a process of removing noise from the acquired color image is performed (S202). Examples of the process for removing noise include a process for applying a moving average filter, a median filter, and the like to a color image.
上述のようにしてノイズが除去されたカラー画像を２値化処理し、第１の２値化処理画像を取得する（Ｓ２０３）。かかる２値化処理（Ｓ２０３）は、ノイズが除去されたカラー画像中の骨材部分とセメントペースト部分との輝度差や明度差を利用して、骨材部分とセメントペースト部分とを区別し得るような閾値を適宜設定して行うことができる。これにより、第１の２値化処理画像上において骨材部分とセメントペースト部分とを明確に区別することができる。 The color image from which noise has been removed as described above is binarized to obtain a first binarized image (S203). Such binarization processing (S203) can distinguish between the aggregate portion and the cement paste portion by using a luminance difference or brightness difference between the aggregate portion and the cement paste portion in the color image from which noise has been removed. Such a threshold can be set as appropriate. Thereby, the aggregate part and the cement paste part can be clearly distinguished on the first binarized image.
一方で、上記Ｓ２０１にて取得したカラー画像を常法によりモノクロ変換して、モノクロ画像を取得し（Ｓ２０４）、その後、当該モノクロ画像のノイズを除去する（Ｓ２０５）。なお、かかるノイズを除去する処理は、上述のカラー画像のノイズを除去する処理（Ｓ２０２）と同様の処理を行えばよい。 On the other hand, the color image acquired in S201 is subjected to monochrome conversion by a conventional method to acquire a monochrome image (S204), and then the noise of the monochrome image is removed (S205). The process for removing the noise may be the same as the process for removing the noise of the color image (S202).
このようにしてノイズが除去されたモノクロ画像を２値化処理して第２の２値化処理画像を取得する（Ｓ２０６）。かかる２値化処理（Ｓ２０６）は、動的閾値法を用い、上記Ｓ２０１にて取得したカラー画像中の骨材部分と目視で一致するように行うのが望ましいが、第１の２値化処理画像において抽出されなかった骨材部分（セメントペースト部分との輝度差や明度差がほとんどなく、セメントペースト部分と区別されなかった骨材部分）を抽出し得る方法であれば、特に限定されるものではない。 The monochrome image from which noise has been removed in this way is binarized to obtain a second binarized image (S206). The binarization process (S206) is preferably performed using a dynamic threshold method so that the aggregate portion in the color image acquired in S201 is visually matched. The method is particularly limited as long as it is a method that can extract an aggregate part that has not been extracted from the image (an aggregate part that has almost no difference in brightness or brightness from the cement paste part and that is not distinguished from the cement paste part). is not.
さらに、上記Ｓ２０２でノイズが除去されたカラー画像を、空隙部分とそれ以外の部分との色度差を閾値として利用して２値化処理し、上記Ｓ２０１で取得したカラー画像上の空隙部分を抽出した第３の２値化処理画像を取得する（Ｓ２０７）。カラー画像上の空隙部分は、空隙に流入した樹脂に含まれる顔料の色で表示されるため、当該顔料の色に基づく色度差を閾値として適宜設定すればよい。 Further, the color image from which noise has been removed in S202 is binarized using the chromaticity difference between the gap and other parts as a threshold, and the gap on the color image acquired in S201 is determined. The extracted third binarized image is acquired (S207). Since the void portion on the color image is displayed in the color of the pigment contained in the resin flowing into the void, the chromaticity difference based on the color of the pigment may be set as a threshold value as appropriate.
続いて、第１の２値化処理画像から第３の２値化処理画像を減算処理し、さらに第２の２値化処理画像を加算処理して、第４の２値化処理画像を取得する（Ｓ２０８）。上述のようにして得られる第１の２値化処理画像は、骨材部分とセメントペースト部分との色度差及び明度差を利用して２値化処理しているため、骨材部分として抽出される部分に空隙部分も含まれてしまう。また、セメントペースト部分の色度及び明度と区別し得ない色度及び明度を有する一部の骨材部分がセメントペースト部分として抽出されてしまう。そのため、第１の２値化処理画像から第３の２値化処理画像を減算処理し、さらに第２の２値化処理画像を加算処理することで、コンクリート硬化体中の骨材部分をより正確に２値化処理画像として表すことができる。 Subsequently, the third binarized image is subtracted from the first binarized image, and the second binarized image is added to obtain the fourth binarized image. (S208). The first binarized image obtained as described above is binarized using the chromaticity difference and brightness difference between the aggregate portion and the cement paste portion, and is therefore extracted as an aggregate portion. A void portion is included in the portion to be formed. In addition, some aggregate parts having chromaticity and lightness that cannot be distinguished from the chromaticity and lightness of the cement paste part are extracted as cement paste parts. Therefore, by subtracting the third binarized image from the first binarized image and further adding the second binarized image, the aggregate portion in the hardened concrete body can be further reduced. It can be accurately represented as a binarized image.
そして、第４の２値化処理画像上の骨材部分と、上記Ｓ２０１にて取得したカラー画像上の骨材部分とが一致するように、第４の２値化処理画像における各画素の階調数（０又は１）を補正する（Ｓ２０９）。かかる補正により、さらに高い精度で骨材面積率を算出することが可能となる。 Then, the level of each pixel in the fourth binarized image is set so that the aggregate portion on the fourth binarized image matches the aggregate portion on the color image acquired in S201. The characteristic (0 or 1) is corrected (S209). With this correction, the aggregate area ratio can be calculated with higher accuracy.
最後に、このようにして補正された第４の２値化処理画像における骨材面積率Ｖａｇｇ（％）を算出する（Ｓ２１０）。 Finally, the aggregate area ratio V agg (%) in the fourth binarized image corrected in this way is calculated (S210).
〔エントラップトエア部分の面積率の算出工程〕
上述のようにして調製された試験片を撮像した画像上におけるエントラップトエア部分の面積率を算出する。図３に示すように、上述の試験片調製工程により調製された試験片を、走査型電子顕微鏡を用いて撮像した反射電子像を取得する（Ｓ３０１）。
[Calculation process of the area ratio of the entrapment air part]
The area ratio of the entrapment air portion on the image obtained by imaging the test piece prepared as described above is calculated. As shown in FIG. 3, a reflected electron image obtained by imaging the test piece prepared by the above-described test piece preparation process using a scanning electron microscope is acquired (S301).
走査型電子顕微鏡によって撮像する際には、加速電圧を１０〜１５ｋｅＶ程度に、照射電流を２００〜５００ｐＡ程度に設定するのが好ましい。この範囲であれば、解像度の高い反射電子像を取得することができる。さらに、視野数を１０〜２０程度に設定することで、撮像箇所による気泡の偏在の影響を軽減することが可能となる。 When imaging with a scanning electron microscope, it is preferable to set the acceleration voltage to about 10 to 15 keV and the irradiation current to about 200 to 500 pA. Within this range, a reflected electron image with high resolution can be acquired. Furthermore, by setting the number of fields of view to about 10 to 20, it becomes possible to reduce the influence of the uneven distribution of bubbles due to the imaging location.
走査型電子顕微鏡を用いて反射電子像を取得するにあたり、当該走査型電子顕微鏡での観察倍率は５０〜１００倍であるのが好ましく、特に８０〜１００倍であるのが好ましい。また、反射電子像の解像度は、０．１〜２．０μｍ／ｐｉｘｅｌであるのが好ましく、特に０．５〜１．０μｍ／ｐｉｘｅｌであるのが好ましい。 In obtaining a reflected electron image using a scanning electron microscope, the observation magnification with the scanning electron microscope is preferably 50 to 100 times, and more preferably 80 to 100 times. The resolution of the reflected electron image is preferably 0.1 to 2.0 μm / pixel, and particularly preferably 0.5 to 1.0 μm / pixel.
続いて、得られた反射電子像を平滑化処理することで当該反射電子像のノイズを除去する（Ｓ３０２）。そして、ノイズの除去された反射電子像を２値化処理し、第５の２値化処理画像を取得する（Ｓ３０３）。 Subsequently, the obtained reflected electron image is smoothed to remove noise from the reflected electron image (S302). Then, the reflected electron image from which noise has been removed is binarized to obtain a fifth binarized image (S303).
コンクリート硬化体中に含まれるエントラップトエア（空気泡）部分は、反射電子像上において略円形の粒子状として表されるため、上記２値化処理（Ｓ３０３）にあたり、反射電子像上において未水和セメント部分、セメント水和物部分及び骨材部分よりも低輝度側に認められる略円形粒子を抽出可能な閾値を設定するのが好ましい。 Since the entrapped air (air bubbles) part contained in the hardened concrete body is represented as a substantially circular particle shape on the reflected electron image, in the binarization process (S303), it is not water on the reflected electron image. It is preferable to set a threshold at which substantially circular particles recognized on the lower luminance side than the Japanese cement part, cement hydrate part, and aggregate part can be extracted.
また、反射電子像上の低輝度側に認められる略円形粒子には、コンクリート硬化体に生じたひび割れやセメントの水和によって生じる空隙等も含まれるため、第５の２値化処理画像中に認められる略円形粒子の面積率に基づいて空気量を算出すると、空気量の推定誤差が生じてしまうおそれがある。 In addition, since the substantially circular particles recognized on the low-luminance side on the reflected electron image include cracks generated in the hardened concrete and voids generated by hydration of the cement, the fifth binarized image is included in the fifth binarized image. If the amount of air is calculated based on the recognized area ratio of substantially circular particles, an estimation error of the amount of air may occur.
そこで、本実施形態においては、上述のようにして得られた第５の２値化処理画像上の略円形粒子から、円形度数又は円相当径を指標として、エントラップトエアに該当する部分を抽出した第６の２値化処理画像を取得する（Ｓ３０４）。 Therefore, in the present embodiment, a portion corresponding to the entrapment air is extracted from the substantially circular particles on the fifth binarized image obtained as described above using the circular power or the equivalent circle diameter as an index. The obtained sixth binarized image is acquired (S304).
具体的には、第５の２値化処理画像上の略円形粒子のうち、円形度数が０．９５以上、又は円相当径が１０μｍ以上の略円形粒子をエントラップトエア部分として抽出する。 Specifically, among the substantially circular particles on the fifth binarized image, the substantially circular particles having a circularity of 0.95 or more or a circle equivalent diameter of 10 μm or more are extracted as the entrapment air portion.
その後、第６の２値化処理画像上のエントラップトエア部分が、反射電子像上のエントラップトエア部分と一致するように、第６の２値化処理画像における各画素の階調数（０又は１）を補正し（Ｓ３０５）、エントラップトエア部分の面積率Ｖａｉｒ（％）を算出する（Ｓ３０６）。 Thereafter, the number of gradations (0) of each pixel in the sixth binarized image is set so that the entrapped air portion on the sixth binarized image matches the entrapped air portion on the reflected electron image. Alternatively, 1) is corrected (S305), and the area ratio V air (%) of the entrapped air portion is calculated (S306).
〔空隙面積率の算出工程〕
上述のようにして調製された試験片を撮像した画像上における空隙部分の面積率を算出する。図４に示すように、まず、上述の試験片調製工程により調製された試験片を、走査型電子顕微鏡を用いて撮像した反射電子像を取得する（Ｓ４０１）。
[Calculation process of void area ratio]
The area ratio of the void portion on the image obtained by imaging the test piece prepared as described above is calculated. As shown in FIG. 4, first, a reflected electron image obtained by imaging the test piece prepared by the above-described test piece preparation step using a scanning electron microscope is acquired (S401).
走査型電子顕微鏡によって撮像する際には、加速電圧を１０〜１５ｋｅＶ程度に、照射電流を５００ｐＡ〜２ｎＡ程度に設定するのが好ましい。この範囲であれば、解像度の高い反射電子像を取得することができる。さらに、視野数は、反射電子像上から骨材部分やエントラップトエア部分を可能な限り排除することができるように適宜設定すればよいが、具体的には、２０〜３０程度に設定すればよい。 When imaging with a scanning electron microscope, it is preferable to set the acceleration voltage to about 10 to 15 keV and the irradiation current to about 500 pA to 2 nA. Within this range, a reflected electron image with high resolution can be acquired. Furthermore, the number of fields of view may be set as appropriate so that the aggregate portion and the entrapped air portion can be eliminated as much as possible from the reflected electron image. Specifically, the number of fields of view should be set to about 20 to 30. Good.
走査型電子顕微鏡を用いて反射電子像を取得するにあたり、当該走査型電子顕微鏡での観察倍率は２５０〜１０００倍であるのが好ましく、特に５００倍程度であるのが好ましい。また、反射電子像の解像度は、０．０１〜０．０２μｍ／ｐｉｘｅｌであるのが好ましく、特に０．０１μｍ／ｐｉｘｅｌであるのが好ましい。 In obtaining a reflected electron image using a scanning electron microscope, the observation magnification with the scanning electron microscope is preferably 250 to 1000 times, and more preferably about 500 times. The resolution of the reflected electron image is preferably 0.01 to 0.02 μm / pixel, and particularly preferably 0.01 μm / pixel.
次に、得られた反射電子像のノイズを除去する（Ｓ４０２）。そして、ノイズの除去された反射電子像を、セメントペースト部分と骨材部分及びひび割れ部分との輝度差を閾値として利用して２値化処理し、骨材部分及びひび割れ部分を抽出した第７の２値化処理画像を取得する（Ｓ４０３）。そして、第７の２値化処理画像上の骨材部分及びひび割れ部分が、反射電子像上の骨材部分及びひび割れ部分と一致するように、第７の２値化処理画像における各画素の階調数（０又は１）を補正する。 Next, noise in the obtained reflected electron image is removed (S402). Then, the reflected electron image from which noise has been removed is binarized using the luminance difference between the cement paste portion, the aggregate portion, and the crack portion as a threshold value, and the aggregate portion and the crack portion are extracted. A binarized image is acquired (S403). Then, the level of each pixel in the seventh binarized image is set so that the aggregate portion and crack portion on the seventh binarized image match the aggregate portion and crack portion on the reflected electron image. Correct the logarithm (0 or 1).
次に、補正された第７の２値化処理画像を反射電子像に加算、又は反射電子像から第７の２値化処理画像を減算することにより、反射電子像にマスク処理を施す（Ｓ４０４）。これにより、反射電子像からセメントペースト部分以外の部分（骨材部分、ひび割れ部分）を排除することができる。 Next, a mask process is performed on the reflected electron image by adding the corrected seventh binarized image to the reflected electron image or subtracting the seventh binarized image from the reflected electron image (S404). ). Thereby, parts (an aggregate part, a crack part) other than the cement paste part can be excluded from the reflected electron image.
続いて、マスク処理された反射電子像を２値化処理し、セメントの水和により生じた空隙部分を抽出し得る第８の２値化処理画像を取得する（Ｓ４０５）。 Subsequently, the reflected electron image subjected to the masking process is binarized to obtain an eighth binarized image that can extract a void portion generated by cement hydration (S405).
第８の２値化処理画像を取得するに際しては、空隙部分を抽出し得る閾値を設定して、マスク処理された反射電子像を２値化処理するのが好ましい。具体的には、空隙部分の抽出にあたり、反射電子像におけるグレイレベルの累積度数分布グラフに基づいて、低輝度側のスロープからセメント水和物のスロープに転じる屈曲点を閾値とするのが好ましい。 When acquiring the eighth binarized image, it is preferable to set a threshold value for extracting the gap and binarize the masked backscattered electron image. Specifically, in extracting the void portion, it is preferable to set a threshold value at the inflection point at which the slope changes from the low luminance side slope to the cement hydrate slope based on the gray level cumulative frequency distribution graph in the reflected electron image.
最後に、第８の２値化処理画像から空隙面積率ＶＣＰ（％）を算出する（Ｓ４０６）。 Finally, the void area ratio V CP (%) is calculated from the eighth binarized image (S406).
〔圧縮強度推定工程〕
コンクリート硬化体の圧縮強度の推定工程を説明するにあたり、まず、図５に示すコンクリート硬化体を構成する物質の容積の関係について説明する。図５に示すように、コンクリート硬化体が骨材部分、セメントペースト部分及び空気部分から構成されており、セメントペーストがセメント未水和物部分、セメント水和物部分及び空隙部分から構成されていると仮定すると、コンクリート硬化体における空隙率及びセメントペースト部分体積率は、下記式（３）及び（４）により表される。
[Compression strength estimation process]
In describing the process of estimating the compressive strength of a hardened concrete, first, the relationship between the volumes of substances constituting the hardened concrete shown in FIG. 5 will be described. As shown in FIG. 5, the hardened concrete body is composed of an aggregate part, a cement paste part, and an air part, and the cement paste is composed of a cement unhydrated part, a cement hydrate part, and a void part. Assuming that, the porosity and cement paste partial volume ratio in the hardened concrete body are expressed by the following formulas (3) and (4).
すなわち、上記式（３）及び（４）から、コンクリート硬化体における空隙率は、下記式（５）により表されることになる。 That is, from the above formulas (3) and (4), the porosity in the hardened concrete body is represented by the following formula (5).
式（３）〜（５）中、空気部分体積率は「コンクリート硬化体の体積に対する空気部分の体積の百分率」を、空隙部分体積率は「セメントペースト部分の体積に対する空隙部分の体積の百分率」を、セメントペースト部分体積率は「コンクリート硬化体の体積に対するセメントペースト部分の体積の百分率」を、骨材部分体積率は「コンクリート硬化体の体積に対する骨材部分の体積の百分率」を表す。 In the formulas (3) to (5), the air portion volume ratio is “percentage of the volume of the air portion relative to the volume of the hardened concrete”, and the void portion volume ratio is “percentage of the volume of the void portion relative to the volume of the cement paste portion”. The volume fraction of the cement paste represents “percentage of the volume of the cement paste portion relative to the volume of the hardened concrete body”, and the aggregate portion volume ratio represents “percentage of the volume of the aggregate portion relative to the volume of the hardened concrete body”.
そして、上述のようにして算出された骨材面積率Ｖａｇｇ、エントラップトエア部分の面積率Ｖａｉｒ及び空隙面積率ＶＣＰは、ステレオロジー理論に基づいて、それぞれ骨材部分体積率、空気部分体積率及び空隙部分体積率とみなすことができる。したがって、算出された骨材面積率Ｖａｇｇ、エントラップトエア部分の面積率Ｖａｉｒ及び空隙面積率ＶＣＰから、下記式（１）に基づいて空隙率を算出することができる。 Then, the aggregate area ratio V agg , the area ratio V air of the entrapped air part and the void area ratio V CP calculated as described above are respectively the aggregate part volume ratio and the air part based on the stereology theory. It can be regarded as a volume ratio and a void part volume ratio. Therefore, the void ratio can be calculated based on the following formula (1) from the calculated aggregate area ratio V agg , the area ratio V air of the entrapped air portion, and the void area ratio V CP .
式（１）中、Ｖａｉｒは「エントラップトエア部分の面積率（％）」を表し、ＶＣＰは「空隙面積率（％）」を表し、Ｖａｇｇは「骨材面積率（％）」を表す。 In the formula (1), V air represents “the area ratio (%) of the entrapped air portion”, V CP represents “the void area ratio (%)”, and V agg represents “the aggregate area ratio (%)”. Represents.
このようにして算出された空隙率（％）と、コンクリート硬化体の圧縮強度（ＭＰａ）とは、後述する実施例において明らかなように、直線回帰の相関関係を有する。そのため、予め複数のコンクリート硬化体の空隙率及び圧縮強度のデータを蓄積しておき、当該データから関係式を算出することで、本実施形態の方法により算出された空隙率（％）を指標として、コンクリート硬化体の圧縮強度を高い精度で推定することができる。 The porosity (%) calculated in this way and the compressive strength (MPa) of the hardened concrete have a linear regression correlation, as will be apparent from the examples described later. Therefore, the porosity and compression strength data of a plurality of hardened concrete bodies are accumulated in advance, and by calculating the relational expression from the data, the porosity (%) calculated by the method of the present embodiment is used as an index. In addition, the compressive strength of the hardened concrete can be estimated with high accuracy.
以上説明したように、本実施形態によれば、コンクリート硬化体の試験片の撮像面の画像を取得し、当該画像を解析するだけで、コンクリート硬化体の空隙率を簡易な操作により精度よく推定することができ、ひいては、コンクリート硬化体の圧縮強度を精度よく推定することができる。しかも、コンクリート硬化体によっては、ＪＩＳ−Ａ１１０７及びＪＩＳ−Ａ１１０８の規定に従って圧縮強度を測定し得ないような大きさの供試体でなければ採取不可能なものもあるが、このような場合であったとしても、本実施形態によれば、高い精度で圧縮強度を推定することが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to accurately estimate the porosity of the hardened concrete body by a simple operation only by acquiring an image of the imaging surface of the test piece of the hardened concrete body and analyzing the image. As a result, the compressive strength of the hardened concrete can be accurately estimated. In addition, some hardened concrete bodies cannot be collected unless the specimen is sized so that the compressive strength cannot be measured in accordance with the provisions of JIS-A1107 and JIS-A1108. Even so, according to the present embodiment, the compression strength can be estimated with high accuracy.
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。 The embodiment described above is described for facilitating understanding of the present invention, and is not described for limiting the present invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiment is intended to include all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.
例えば、上記実施形態の試験片調製工程において、樹脂含浸工程（Ｓ１０４）と撮像面研磨工程（Ｓ１０５）とを１回ずつ行っているが、これに限定されるものではなく、２回以上繰り返して行ってもよい。この場合において、２回目以降の撮像面研磨工程（Ｓ１０５）においては、研磨材としてアルミナ粉末等を用いたバフ研磨機にて撮像面を研磨するのが好ましい。 For example, in the test piece preparation step of the above embodiment, the resin impregnation step (S104) and the imaging surface polishing step (S105) are performed once, but the present invention is not limited to this and is repeated twice or more. You may go. In this case, in the second and subsequent imaging surface polishing steps (S105), it is preferable to polish the imaging surface with a buffing machine using alumina powder or the like as an abrasive.
また、骨材面積率の算出工程、エントラップトエア部分の面積率の算出工程及び空隙面積率の算出工程の各工程において、各工程用に調製された試験片をそれぞれ用いてもよいが、試験片調製工程において撮像面研磨工程（Ｓ１０５）にて撮像面が研磨された試験片を用いて、骨材面積率の算出工程において当該試験片の撮像面のカラー画像を取得し（Ｓ２０１）、その後当該試験片表面に蒸着膜を形成し（Ｓ１０６）、蒸着膜が形成された試験片を用いて、エントラップトエア部分の面積率の参集工程及び空隙面積率の算出工程において、試験片の走査型電子顕微鏡像を撮像し、反射電子像を取得してもよい（Ｓ３０１，Ｓ４０１）。このようにすることで、コンクリート硬化体の圧縮強度を推定するために、１つの試験片を調製すればよく、より簡便にコンクリート硬化体の圧縮強度を推定することができる。 In addition, in each step of the aggregate area ratio calculation step, the entrapment air area ratio calculation step and the void area ratio calculation step, test pieces prepared for each step may be used, respectively, Using the test piece whose imaging surface is polished in the imaging surface polishing step (S105) in the piece preparation step, a color image of the imaging surface of the test piece is acquired in the aggregate area ratio calculation step (S201), and thereafter A vapor deposition film is formed on the surface of the test piece (S106), and using the test piece on which the vapor deposition film is formed, in the process of collecting the area ratio of the entrapped air portion and the process of calculating the void area ratio, An electron microscope image may be taken to obtain a reflected electron image (S301, S401). By doing in this way, in order to estimate the compressive strength of a hardened concrete body, one test piece should just be prepared and the compressive strength of a hardened concrete body can be estimated more simply.
以下、実施例等を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は下記の実施例等により何ら限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example etc. are shown and this invention is demonstrated further in detail, this invention is not limited at all by the following Example etc.
〔参考例１〕
表２に示す配合に従って、表１に示す材料を混練したフレッシュコンクリートを用いて、ＪＩＳ−Ａ１１３２に準拠して圧縮強度試験用のコンクリート供試体を調製した。なお、表２中の試料１〜３は、セメントとして普通ポルトランドセメントを、試料４及び５は、セメントとして低熱ポルトランドセメントを、試料６〜８は、セメントとして高炉セメントＢ種を、試料９及び１０は、セメントとしてフライアッシュセメントＢ種を、試料１１及び１２は、セメントとしてフライアッシュセメントＣ種を用いたものである。
[Reference Example 1]
A concrete specimen for a compressive strength test was prepared according to JIS-A1132, using fresh concrete kneaded with the materials shown in Table 1 according to the formulation shown in Table 2. Samples 1 to 3 in Table 2 are ordinary Portland cement as cement, samples 4 and 5 are low heat Portland cement as cement, samples 6 to 8 are blast furnace cement type B as cement, samples 9 and 10 Is a type using fly ash cement B as a cement, and Samples 11 and 12 are a type using fly ash cement C as a cement.
上述のようにして得られた各供試体（試料１〜１２）について、ＪＩＳ−Ａ１１０８に準拠して圧縮強度（ＭＰａ）を測定するとともに、ＡＳＴＭ Ｃ６４２に記載の方法に準拠して空隙率（％）を測定した。
結果を表３に示す。
About each specimen (samples 1-12) obtained as mentioned above, while measuring compressive strength (MPa) based on JIS-A1108, porosity (%) based on the method as described in ASTM C642. ) Was measured.
The results are shown in Table 3.
表３に示す結果から、試料１〜１２のコンクリート硬化体における空隙率と圧縮強度との間には、下記式に示すような直線回帰の相関関係が認められた。
Ｙ＝−１０．７８Ｘ＋２０４．０８ （Ｒ２＝０．９４）
上記式中、Ｙは「コンクリート硬化体の圧縮強度（ＭＰａ）」を表し、Ｘは「コンクリート硬化体の空隙率（％）」を表す。
すなわち、水セメント比（質量基準）が３０〜５０％であるコンクリート硬化体であれば、空隙率（％）と圧縮強度（ＭＰａ）との間に、上記式に示す相関関係を有することが確認された。
From the results shown in Table 3, a linear regression correlation as shown in the following equation was recognized between the porosity and the compressive strength in the cured concrete bodies of Samples 1 to 12.
Y = -10.78X + 204.08 (R 2 = 0.94)
In the above formula, Y represents “compressed strength (MPa) of hardened concrete” and X represents “porosity (%) of hardened concrete”.
That is, it is confirmed that there is a correlation represented by the above formula between the porosity (%) and the compressive strength (MPa) in the case of a hardened concrete body having a water-cement ratio (mass basis) of 30 to 50%. It was done.
〔実施例１〕
上記参考例１にて用いたコンクリート供試体（試料１〜１２）から、２ｃｍ×４ｃｍ×２ｃｍの試験片（骨材面積率算出用試験片）及び２ｃｍ角の試験片（エントラップトエア部分面積率及び空隙面積率算出用試験片）を切り出し、１週間真空乾燥した。
[Example 1]
From the concrete specimens (samples 1 to 12) used in Reference Example 1 above, a 2 cm × 4 cm × 2 cm test piece (aggregate area ratio calculation test piece) and a 2 cm square test piece (entrapped air partial area ratio) And the void area ratio calculation test piece) were cut out and vacuum-dried for one week.
乾燥後の骨材面積率算出用試験片に、朱色塗料を混練した低粘性エポキシ樹脂（製品名：スペシフィックス−２０，丸本ストルアス社製，粘度：１８５〜１９０ｃＰ）を減圧下にて含浸させた。含浸させた樹脂が硬化した後、研磨材としてＳｉＣ研磨材（♯２４０，４００，８００）及びＢ４Ｃ研磨材（♯１０００）を用い、研磨機としてマルトー社製のパワーラップ（製品名）を用いて試験片の撮像面を研磨した。 A test piece for calculating the aggregate area ratio after drying is impregnated with a low-viscosity epoxy resin (product name: Specifix-20, manufactured by Marumoto Struers, viscosity: 185 to 190 cP) kneaded with vermilion paint under reduced pressure. It was. After the impregnated resin is cured, SiC abrasives (# 240, 400, 800) and B 4 C abrasives (# 1000) are used as abrasives, and a power wrap (product name) manufactured by Marto is used as a polishing machine. The imaging surface of the test piece was used for polishing.
また、乾燥後のエントラップトエア部分面積率及び空隙面積率算出用試験片を、内径１インチの円筒形モールドに収容し、当該円筒形モールド内に低粘性エポキシ樹脂脂（製品名：スペシフィックス−２０，丸本ストルアス社製，粘度：１８５〜１９０ｃＰ）を流し込み、減圧下にて当該樹脂を含浸させた。含浸させた樹脂が硬化した後、研磨材としてＳｉＣ研磨材（♯２４０，４００，８００）及びＢ４Ｃ研磨材（♯１０００）を用い、研磨機としてマルトー社製のパワーラップ（製品名）を用いて試験片の撮像面を研磨した。その後、再度低粘性エポキシ樹脂を含浸させ、研磨材としてアルミナ粉末（粒径：３，１，０．３μｍ）を用い、バフ研磨機（エンギス社製，製品名：ＫＥＮＴ３）にてバフ研磨加工を施した。研磨後、試験片に導電性を付与するため、カーボン蒸着を行った。 In addition, the test pieces for calculating the entrapment air partial area ratio and the void area ratio after drying are accommodated in a cylindrical mold having an inner diameter of 1 inch, and a low-viscosity epoxy resin fat (product name: Specifix- 20, manufactured by Marumoto Struers, viscosity: 185 to 190 cP), and impregnated with the resin under reduced pressure. After the impregnated resin is cured, SiC abrasives (# 240, 400, 800) and B 4 C abrasives (# 1000) are used as abrasives, and a power wrap (product name) manufactured by Marto is used as a polishing machine. The imaging surface of the test piece was used for polishing. After that, impregnation with low-viscosity epoxy resin again, using alumina powder (particle size: 3, 1, 0.3 μm) as an abrasive, and buffing with a buffing machine (manufactured by Engis, product name: KENT3) gave. After polishing, carbon deposition was performed to impart conductivity to the test piece.
このようにして得られた骨材面積率算出用試験片、並びにエントラップトエア部分面積率及び空隙面積率算出用試験片について、以下のようにして画像処理を行い、骨材面積率Ｖａｇｇ、エントラップトエア部分面積率Ｖａｉｒ及び空隙面積率ＶＣＰを算出した。なお、画像処理は、市販の画像解析ソフト（製品名：ＮａｎｏＨｕｎｔｅｒ ＮＳ２Ｋ−Ｐｒｏ，ナノシステム社製）を用いて行った。 The aggregate area ratio calculation test piece, the entrapment air partial area ratio and the void area ratio calculation test piece thus obtained were subjected to image processing as follows, and the aggregate area ratio V agg , Entrapped air partial area ratio V air and void area ratio V CP were calculated. The image processing was performed using commercially available image analysis software (product name: NanoHunter NS2K-Pro, manufactured by Nanosystem).
［１］骨材面積率の算出
骨材面積率算出用試験片の撮像面のカラー画像を、スキャナ（キャノン社製，製品名：ＣａｎｏＳｃａｎＬｉＤＥ５００Ｆ）を用いて取得し、得られたカラー画像に含まれるノイズを当該カラー画像に移動平均フィルタをかけることにより除去した後、骨材部分とセメントペースト部分との色度差及び明度差を利用して２値化処理を行い、第１の２値化処理画像を取得した。また、カラー画像をモノクロ変換して、当該モノクロ画像に移動平均フィルタをかけてノイズを除去した後、動的閾値法により２値化処理を行い、第２の２値化処理画像を取得した。さらに、カラー画像に含まれるノイズを除去した当該画像について、空隙部分とそれ以外の部分との色度差を利用して２値化処理を行い、第３の２値化処理画像を取得した。
[1] Calculation of Aggregate Area Ratio A color image of an imaging surface of an aggregate area ratio calculation test piece is acquired using a scanner (product name: CanonScan LiDE500F, manufactured by Canon Inc.) and is included in the obtained color image. After removing the noise by applying a moving average filter to the color image, binarization processing is performed using the chromaticity difference and brightness difference between the aggregate portion and the cement paste portion, and the first binarization processing is performed. The image was acquired. In addition, after the color image was converted into monochrome, noise was removed by applying a moving average filter to the monochrome image, and then binarization processing was performed by a dynamic threshold method to obtain a second binarized image. Furthermore, the binarization process was performed on the image from which the noise included in the color image was removed, using the chromaticity difference between the gap portion and the other portion, and a third binarized image was obtained.
取得した第１の２値化処理画像から第３の２値化処理画像を減算し、さらに第２の値化画像を加算し、加算後の画像上の骨材部分と、カラー画像上の骨材部分とが目視で一致するように、加算後の画像の階調を補正した。このようにして得られた２値化処理画像より骨材面積率Ｖａｇｇを算出した。 The third binarized image is subtracted from the acquired first binarized image, the second binarized image is added, and the aggregate portion on the image after the addition and the bone on the color image The gradation of the image after the addition was corrected so that the material portion coincided visually. The aggregate area ratio V agg was calculated from the binarized image obtained in this way.
［２］エントラップトエア部分面積率の算出
走査型電子顕微鏡（ＪＳＭ−７００１Ｆ，日本電子社製）を用い、観察倍率を１００倍としてエントラップトエア部分面積率算出用試験片について取得した反射電子像について、移動平均フィルタをかけてノイズを除去した。ノイズを除去した後の反射電子像上における未水和セメント部分、セメント水和物部分及び骨材部分よりも低輝度側に認められる略円形粒子を抽出し得るように閾値を設定し、２値化処理を行った。得られた２値化処理画像上の略円形粒子のうち、円形度数が０．９５以上のものをエントラップトエアとして抽出するように閾値を設定して、再度２値化処理を行った。
[2] Calculation of Entrapped Air Partial Area Ratio Using a scanning electron microscope (JSM-7001F, manufactured by JEOL Ltd.), a backscattered electron image obtained with respect to a specimen for entrapted air partial area ratio calculation with an observation magnification of 100 times The noise was removed by applying a moving average filter. The threshold is set so that substantially circular particles recognized on the lower luminance side than the unhydrated cement part, cement hydrate part and aggregate part on the backscattered electron image after removing noise can be extracted, and binary The treatment was performed. Of the substantially circular particles on the obtained binarized image, a threshold was set so that particles having a circularity of 0.95 or more were extracted as entrapment air, and the binarization process was performed again.
このようにして得られた２値化処理画像上のエントラップトエアが、ノイズを除去した後の反射電子像上のエントラップトエアと一致するように、２値化処理画像の各画素の階調数を補正した。その後、補正後の画像よりエントラップトエア部分面積率Ｖａｉｒを算出した。 The gradation of each pixel of the binarized image so that the entrapped air on the binarized image obtained in this way matches the entrapped air on the reflected electron image after removing noise. The number was corrected. Thereafter, the entrapment air partial area ratio V air was calculated from the corrected image.
［３］空隙部分面積率の算出
走査型電子顕微鏡（ＪＳＭ−７００１Ｆ，日本電子社製）を用い、観察倍率を５００倍として空隙面積率算出用試験片について取得した反射電子像について、移動平均フィルタをかけてノイズを除去した。反射電子像上の骨材部分及びひび割れ部分を抽出し得る閾値を設定した上で、２値化処理を行い、骨材部分及びひび割れ部分を抽出した２値化処理画像を取得した。
[3] Calculation of void fraction area ratio Using a scanning electron microscope (JSM-7001F, manufactured by JEOL Ltd.), a moving average filter for a reflected electron image obtained for a test piece for void area ratio calculation with an observation magnification of 500 times To remove noise. A threshold value that can extract an aggregate portion and a crack portion on the reflected electron image was set, and binarization processing was performed to obtain a binarized image in which the aggregate portion and the crack portion were extracted.
そして、ノイズを除去した後の反射電子像に骨材部分及びひび割れ部分を抽出した２値化処理画像を加算して、当該反射電子像についてマスク処理をした。マスク処理後の反射電子像上の空隙部分を抽出し得る閾値を設定して２値化処理を行い、空隙部分を抽出した２値化処理画像を取得した。 And the binarization processing image which extracted the aggregate part and the crack part was added to the reflected electron image after removing noise, and the mask process was performed about the said reflected electron image. A binarization process was performed by setting a threshold value for extracting a void portion on the reflected electron image after the mask processing, and a binarized image obtained by extracting the void portion was obtained.
そして、反射電子像上の空隙部分と、空隙部分を抽出した２値化処理画像上の空隙部分とが目視で一致するように、空隙部分を抽出した２値化処理画像の各画素の階調を補正し、補正後の画像から、空隙面積率ＶＣＰを算出した。 Then, the gradation of each pixel of the binarized image from which the void portion is extracted so that the void portion on the reflected electron image and the void portion on the binarized image from which the void portion is extracted are visually matched. The void area ratio V CP was calculated from the corrected image.
［４］空隙率の算出
上述のようにして算出された骨材面積率Ｖａｇｇ、エントラップトエア部分面積率Ｖａｉｒ及び空隙面積率ＶＣＰから、下記式（１）に基づいて、コンクリート硬化体の空隙率（％）を算出した。結果を表４に示す。
[4] Calculation of porosity From the aggregate area ratio V agg , the entrapment air partial area ratio V air and the void area ratio V CP calculated as described above, based on the following formula (1), a hardened concrete body The porosity (%) of was calculated. The results are shown in Table 4.
式（１）中、Ｖａｉｒは「エントラップトエア部分の面積率（％）」を表し、ＶＣＰは「空隙面積率（％）」を表し、Ｖａｇｇは「骨材面積率（％）」を表す。 In the formula (1), V air represents “the area ratio (%) of the entrapped air portion”, V CP represents “the void area ratio (%)”, and V agg represents “the aggregate area ratio (%)”. Represents.
表３及び表４に示すように、実施例１の方法により算出されたコンクリート硬化体の空隙率は、参考例１の方法により測定されたコンクリート硬化体の空隙率とほぼ同等の値を示した。そのため、実施例１の方法によれば、コンクリート硬化体の空隙率を高い精度で推定し得ることが判明した。 As shown in Table 3 and Table 4, the porosity of the hardened concrete calculated by the method of Example 1 showed a value almost equal to the porosity of the hardened concrete measured by the method of Reference Example 1. . Therefore, according to the method of Example 1, it was found that the porosity of the hardened concrete body can be estimated with high accuracy.
そして、このコンクリート硬化体の空隙率と圧縮強度とは、上述するような直線回帰の相関関係を有するため、結果として、実施例１の方法によれば、コンクリート硬化体の圧縮強度を高い精度で推定し得ることが確認された。 And since the porosity and compressive strength of this hardened concrete have the correlation of the linear regression as mentioned above, according to the method of Example 1, as a result, the compressive strength of the hardened concrete is highly accurate. It was confirmed that it could be estimated.
Claims (5)
前記コンクリート硬化体の多値画像を２値化処理して得られた２値化処理画像より算出された骨材面積率、エントラップトエア部分の面積率及び空隙面積率から、下記式（１）に基づいて前記コンクリート硬化体の空隙率を算出し、
前記コンクリート硬化体の空隙率を指標として、前記コンクリート硬化体の圧縮強度を推定することを特徴とする圧縮強度推定方法。
式（１）中、Ｖａｉｒは「エントラップトエア部分の面積率（％）」を表し、ＶＣＰは「空隙面積率（％）」を表し、Ｖａｇｇは「骨材面積率（％）」を表す。 A method for estimating the compressive strength of a hardened concrete,
From the aggregate area ratio calculated from the binarized image obtained by binarizing the multi-valued image of the hardened concrete body, the area ratio of the entrapment air portion, and the void area ratio, the following formula (1) Calculate the porosity of the concrete cured body based on
A compressive strength estimation method, wherein the compressive strength of the hardened concrete body is estimated using the porosity of the hardened concrete body as an index.
In the formula (1), V air represents “the area ratio (%) of the entrapped air portion”, V CP represents “the void area ratio (%)”, and V agg represents “the aggregate area ratio (%)”. Represents.
前記試験片の大きさが、前記試験片と高さ及び体積が同一の円柱形状の底面の直径ｄと高さｈとの関係が下記式（２）を満たすような大きさであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の圧縮強度推定方法。
The size of the test piece is such that the relationship between the diameter d and the height h of a cylindrical bottom surface having the same height and volume as the test piece satisfies the following formula (2). The compressive strength estimation method according to any one of claims 1 to 4.
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