JP5748499B2 - コンクリート打設管理方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、コンクリート打設管理方法及び装置に関し、さらに詳しくは、時間依存硬化型液状物質であるコンクリートの型枠などの空所への打設状況を連続的に検知・確認し、かつ打設されるコンクリートの品質管理を可能にしたコンクリート打設管理方法及び装置に関する。

液状充填物の充填状況を検知・確認する事例としては、例えば、燃料や油、水などの一般的な液体を容器やタンクに充填する場合がある。また、時間依存硬化型液状充填物の事例としては、例えば、土木・建築工事における構造物施工時のコンクリート、モルタル、セメントペーストの型枠への打ち込み、あるいは補強工事における既設構造物と補強用鋼板との間への液状エポキシ樹脂のような充填物質などを充填する場合が挙げられる。

従来、例えば、型枠へのコンクリートの充填状況を検知する充填物検知方法として、特許文献１乃至４に示す技術が知られている。
これら特許文献に開示された充填物検知方法には、電圧式のセンサー素子を用いた方式のもの、カメラや目視確認による方式のもの、あるいは実際に容器内の充填状況を定規やスケールで計測する方式のもの、または実際の充填量を把握して容器内の充填割合を求める方式のものなどがある。

特開２００８−８７０７号公報 特開２００４−３０１６１６号公報 特開２００３−２０２３２８号公報 特開２００２−４７８００号公報

しかしながら、特許文献１などに示す検知方法のように容器内に設置したセンサーにより充填状況を検知する方法では、センサーを設置した箇所における点での充填状況しか得られず、充填状況を連続的してリアルタイムに把握することができるわけではない。また、コンクリートやモルタルのように自己平坦性を有せず、かつ粘性を有する時間依存硬化型液状物質の場合では、その充填量を把握できても、時間依存硬化型液状物質がどのような形態で充填されているかを把握することは困難である。しかも、時間依存硬化型液状物質の充填状況や充填形状が液状物質の品質に関わるような場合では、時間依存硬化型液状物質の充填状況を立体的に把握することも必要になる。

本発明は、上記のような点に鑑みなされたもので、時間依存硬化型液状物質であるコンクリートの打設状況を連続的してリアルタイム把握できるとともに、打設されたコンクリートの品質管理を可能にしたコンクリート打設管理方法及び装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために本発明は、上下に延在する空所に打設されるコンクリートの打設管理方法であって、水平方向に一定の間隔をおいて互いに平行して上下方向に延在する一対の電極線を絶縁材で被覆してなるレベルセンサーを前記空所内に設置し、前記空所にコンクリートが打設されるに伴い当該コンクリートの比誘電率に応じて前記一対の電極線間に生じる静電容量の変化に基づいて前記空所に打設されたコンクリートの打ち上がり高さを算出し、前記打ち上がり高さの変化からコンクリートの打設速度を算出し、かつ前記打ち上がり高さから残りの空所へのコンクリートの打設に要する残量を算出し、前記空所へのコンクリートの打設は複数回に分けて行われ、最初に打設される打設コンクリートの打設開始初期からの経過時間を計測し、前記打設コンクリートの打ち上がり高さをモニタ表示するとともに前記経過時間をコンクリートが打設される毎に色分けしてモニタ表示することを特徴とする。

また本発明は、上下に延在する空所に打設されるコンクリートの打設管理装置であって、前記空所内に設置され、水平方向に一定の間隔をおいて互いに平行して上下方向に延在する一対の電極線を絶縁材で被覆してなるレベルセンサーと、前記空所にコンクリートが打設されるに伴い当該コンクリートの比誘電率に応じて前記一対の電極線間に生じる静電容量の変化に基づいて前記空所に打設されたコンクリートの打ち上がり高さを算出する打ち上がり高さを算出手段と、前記打ち上がり高さの変化からコンクリートの打設速度を算出する打設速度算出手段と、前記打ち上がり高さから残りの空所へのコンクリートの打設に要する残量を算出する残量算出手段とを備え、前記空所へのコンクリートの打設は複数回に分けて行われ、最初に打設される打設コンクリートの打設開始初期からの経過時間を計測する経過時間計測手段と、前記打設コンクリートの打ち上がり高さをモニタ表示するとともに前記計測された経過時間を打設コンクリート毎に色分けしてモニタ表示するグラフイック表示制御手段とを更に備えることを特徴とする。

このような本発明のコンクリートの打設管理方法及び装置によれば、レベルセンサーの測定値に基づいて、コンクリートの打設速度、空所の容積に対するコンクリートの打設に要する残量を連続してリアルタイムに把握し確認することができる。これにより、空所内へのコンクリートの打設不良を防ぐことができる。

本発明にかかるコンクリート打設管理方法及び装置を既設コンクリート橋脚の外巻コンクリートの打設に適用した場合の装置全体の説明用配置図である。 本発明のコンクリート打設管理方法及び装置に使用されるレベルセンサー及び測定回路の構成図である。 本発明のコンクリート打設管理方法及び装置に使用されるパソコンの機能ブロック図である。 本発明のレベルセンサーを用いたコンクリートの打ち上げ高さと静電容量との関係を示すグラフである。 本発明のレベルセンサーを用いたコンクリートの打ち上げ高さと計測時刻との関係を示すグラフである。 本発明のコンクリート打設管理方法における打設コンクリートの打ち上がり高さ及び打設コンクリートの経過時間を色分けしてモニタ表示した場合の説明図である。

（第１の実施の形態）
以下、本発明にかかるコンクリート打設管理方法及び装置を既設コンクリート橋脚の外巻コンクリートの打設に適用した場合の実施の形態について図１乃至図６を参照して説明する。
直径が４ｍの既設コンクリート橋脚１２の外周に打設される外巻コンクリート１４は、図１に示すように、高さが３．６ｍ、厚さが２００ｍｍの円筒形であり、１回の打設コンクリートの打ち込み高さは５０ｍｍ程度である。また、この外巻コンクリート１４を打設するための型枠１０が既設コンクリート橋脚１２の外周囲に２００ｍｍの間隔を離して設置されている。

本実施の形態に示すコンクリート打設管理方法及び装置では、コンクリートが打設される型枠１０の内側に、既設コンクリート橋脚１２の外周に沿い、少なくとも４本のレベルセンサー１６が一定の間隔をおいて鉛直に配設されている。このレベルセンサー１６の設置に際しては、既設コンクリート橋脚１２の外周と型枠１０との間に鉛直に配列された図示省略の上下方向に延在する主筋に沿って配置される。また、各レベルセンサー１６の上端には、打設されるコンクリートの比誘電率に応じて発生する静電容量の変化を測定する測定回路１８が接続されている。

レベルセンサー１６は、図２に示すように、既設コンクリート橋脚１２の外周と型枠１０との間に形成される、上下方向に延在する空所３２に設置され、水平方向に一定の間隔をおいて互いに平行して上下方向に延在する一対の電極線１６０２と、この一対の電極線１６０２を被覆する絶縁材１６０４とから構成されている。
測定回路１８は、図２に示すように、一対の電極線１６０２の上端に接続された入力端子１８０２に接続され、両電極線１６０２間に一定の直流電圧Ｖｉｎを印加する直流電源１８０４と、一対の電極線１６０２の上端に並列に接続され、打設されるコンクリートの比誘電率と打設コンクリートの打ち上がり高さに比例して一対の電極線１６０２間に生じる静電容量の変化に応じた充電電圧Ｅｔを取り出す固定抵抗１８０６と、この固定抵抗１８０６の両端に接続して設けられた出力端子１８０８とから構成されている。

各レベルセンサー１６に対応する各測定回路１８の出力端子１８０８は、図１に示すように、ケーブル２０を介して切換回路２２に接続されている。さらに、切換回路２２はパソコン２４に接続されている。切換回路２２は、各測定回路１８の出力端子１８０８に出力される、充電電圧Ｅｔに比例した出力電圧Ｖｏｕｔを取り出してパソコン２４に供給する。

パソコン２４は、これに取り込まれた出力電圧Ｖｏｕｔに必要な演算処理を施すことにより、打設コンクリートの打ち上がり高さ、コンクリートの打設速度、型枠１６へのコンクリートの打設に要する残量、コールドジョイントの発生の有無判定、打設コンクリートの打ち上がり高さのモニタ表示や打設コンクリートの経過時間の色分けモニタ表示、打設コンクリートの含水率算出などの処理を実行する。

このためにパソコン２４は、図３に示すように、空所に打設されたコンクリートの打ち上がり高さを算出する打ち上がり高さ算出手段２４０２と、算出された打ち上がり高さの変化からコンクリートの打設速度を算出する打設速度算出手段２４０４と、打ち上がり高さから残りの空所へのコンクリートの打設に要する残量を算出する残量算出手段２４０６と、空所へのコンクリートの打設が複数回に分けて行われ、コンクリートが打設される毎に該コンクリートの打設終了時点から次のコンクリートの打設開始までの時間を計測する時間計測手段２４０８と、この計測された時間からコールドジョイントの発生の有無を判断するコールドジョイント有無判断手段２４１０と、空所へのコンクリートの打設が複数回に分けて行われ、最初に打設される打設コンクリートの打設開始初期からの経過時間を計測する経過時間計測手段２４１２と、打ち上がり高さ算出手段２４０２で算出された打ち上がり高さをモニタ表示するとともに経過時間計測手段２４１２で計測された経過時間をコンクリートが打設される毎に色分けしてモニタ表示するグラフイック表示制御手段２４１４と、型枠１０へのコンクリートの打設の終了後に締め固めが行われ、該締め固め前後の一対の電極線１６０２間に生じる静電容量の変化から打設コンクリートの含水率を求める含水率算出手段２４１６と、これら各手段の結果を表示するモニタ用の表示部２４１８とを備える。

次に、上記のように構成された本実施の形態に示すコンクリート打設管理方法及び装置の動作について説明する。
型枠１０に打設されたコンクリート、すなわちフレッシュコンクリート（モルタル）中には多数のイオンが存在しているため、絶縁被覆された一対の電極線１６０２の間及びその周囲にコンクリートが介在されると、コンクリートを電解質とし、かつその比誘電率に応じたコンデンサＣ１が形成される。このコンデンサＣ１は打設コンクリートの打ち上がり高さｈに沿って並列に接続されたものとなる。そして、コンクリートの打ち上がり高さｈが高くなるにしたがい、並列接続されるコンデンサＣ１の数が増加し、静電容量が大きくなる。ここで、空気中に晒されている電極線１６０２間にも空気の誘電率に応じた静電容量のコンデンサＣ２が並列に形成される。したがって、一対の電極線１６０２の間に生じる静電容量は、並列接続されるコンデンサＣ１と並列接続されるコンデンサＣ２とを加算した値となる。この静電容量は、コンクリートの打つ上がり高さｈが変わるにしたがって変化する。
なお、コンクリートを電解質とする電極線１６０２間の静電容量は、空気の場合の静電容量の約１０倍程度である。

そこで、入力端子１８０２から両電極線１６０２間に一定の直流電圧Ｖｉｎを印加し、両電極線１６０２に電荷を与え、両電極線１６０２間の電圧を測定回路１８で測定する。この場合、測定回路１８では、出力電圧Ｖｏｕｔ＝Ｅｔ／（Ｒ＋２ｒ）の関係が成立することになる。ただし、Ｒは固定抵抗１８０６の抵抗値、ｒは電極線１６０２の固有抵抗である。

測定回路１８による出力電圧Ｖｏｕｔの測定結果を図４に示す。この図４に示した結果から明らかなように、コンクリートの比誘電率に応じて両電極線１６０２間に生じる静電容量に比例した出力電圧Ｖｏｕｔとコンクリートの打つ上がり高さｈとが、ほぼ比例関係近い三次曲線となる。そして、各レベルセンサー１６の測定回路１８で測定された出力電圧Ｖｏｕｔは、切換回路２２を通してパソコン２４に順次取り込まれる。

パソコン２４の打ち上がり高さ算出手段２４０２では、型枠１０に打設されたコンクリートの打ち上がり高さｈを算出する。その算出結果は、図４に示すように表示部２４１８にグラフイック表示される。
パソコン２４の打設速度算出手段２４０４では、算出された打ち上がり高さの変化からコンクリートの打設速度を算出する。
また、パソコン２４の残量算出手段２４０６では、算出された打ち上がり高さから型枠１０へのコンクリートの打設に要する残量を算出する。

さらに、パソコン２４の時間計測手段２４０８では、型枠１０へのコンクリートの打設が複数回に分けて行われるに際し、コンクリートが打設される毎に、該コンクリートの打設終了時点から次のコンクリートの打設開始までの時間を計測する。この時、時間計測手段２４０８で計測された打設毎の時間とコンクリートの打ち上がり高さｈの結果を図５に示す。この図５に示した結果は、表示部２４１８にグラフイック表示される。
また、パソコン２４のコールドジョイント有無判断手段２４１０では、上記計測された時間からコールドジョイントの発生の有無を判断する。その判定結果は、表示部２４１８に表示される。

パソコン２４の経過時間計測手段２４１２では、型枠１０へのコンクリートの打設は複数回に分けて行われるに際し、最初に打設される打設コンクリートの打設開始初期からの経過時間を計測する。
パソコン２４のグラフイック表示制御手段２４１４では、各レベルセンサー１６の設置箇所に対応させた打設コンクリート３０の打ち上がり高さｈを、図６に示すように横長に展開させた型枠１０及びこれに打設したコンクリートを横長に展開してなる画像に重合させて表示部２４１８にモニタ表示する。
これと同時に、経過時間計測手段２４１２で計測された経過時間、例えば図６に示す２時間経過、１時間経過、３０分経過というように、経過時間の長い打設コンクリートの表示濃度を濃くし、経過時間の短い打設コンクリートに行くに従い表示濃度を順に薄くなる状態に色分けする。そして、この色分け状態のデータを、コンクリートが打設される毎に、型枠１０及び打設コンクリートを横長に展開してなる画像に重ねて表示部２４１８にモニタ表示する。

また、パソコン２４の含水率算出手段２４１６では、打設されたコンクリートの締め固め前後の一対の前記電極線１６０２間に生じる静電容量の変化から打設コンクリートの含水率を算出する。算出された含水率は表示部２４１８に表示される。

このような本実施の形態におけるコンクリート打設管理方法及び装置によれば、一対の電極線１６０２を有するレベルセンサー１６を、円筒状型枠１０内の周方向に間隔をおいて、かつ打設されるコンクリートの打ち上がり高さ方向である上下方向に延在して配設し、このレベルセンサー１６の一対の電極線１６０２間に、コンクリートの比誘電率に応じて発生する静電容量の変化を測定回路１８で測定し、この測定値に基づいて、コンクリートの打設速度、型枠へのコンクリートの打設に要する残量を算出するようにしたので、コンクリートの打設速度や型枠へのコンクリートの打設に要する残量を連続してリアルタイムに把握し確認することができる。これにより、型枠へのコンクリートの打設不良を防ぐことができる。

また、本実施の形態によれば、一対の電極線１６０２間に発生する総静電容量はコンクリートの打設量に比例して増減するため、その静電容量を計測することにより、打設コンクリートの打ち上がり高さを測ることができるから、このようなレベルセンサー１６を型枠１０の形状や把握した状況に合わせて複数設置することにより、その打設状況を把握することができる。さらに、打設コンクリートの打ち上がり高さを、図６に示すように２次元的にあるいは３次元的に図化することにより、打設状況を連続的にリアルタイムで把握することが可能になる。

また、本実施の形態によれば、型枠に複数回に分けてコンクリートが打設される毎に該コンクリートの打設終了時点から次のコンクリートの打設開始までの時間を計測し、この計測された時間からコールドジョイントの発生の有無を判断するように構成したので、コンクリートの打設終了時点から次のコンクリートの打設開始までの間に計測された時間からコールドジョイントの発生の有無を確認することができる。

また、本実施の形態によれば、打設されたコンクリートの締め固め前後の一対の電極線１６０２間に生じる静電容量の変化から打設コンクリートの含水率を求めるようにしたので、打設コンクリートの硬化過程に伴い硬化していく過程において変化する内部含水率を把握することができ、打設コンクリートの硬化強度を推定することができる。これにより、強度管理や品質管理に役立つ。
このような管理により安定した品質の硬化体を形成することが可能となる。また、薄い壁状構造物でコンクリートの打ち込み高さが高く、鉄筋の配置状況も過密な場合やコンクリートを上方に充填するような逆打ちを行う場合など、コンクリートの打設状況の目視確認が困難な場合において、そのだせつ状況を確認することが可能となる。

また、本実施の形態によれば、型枠へのコンクリートの打設は複数回に分けて行われるに際し、最初に打設される打設コンクリートの打設開始初期からの経過時間を計測し、そして、計測された打設コンクリートの打ち上がり高さをモニタ表示するとともに、計測された経過時間をコンクリートが打設される毎に色分けしてモニタ表示するように構成したので、打設コンクリートの打ち上がり状況を視覚的に把握し確認することができる。

なお、打設コンクリートの品質管理において、コンクリートの打ちこみ時には、単にコンクリートが打設されることを確認できれば良いというわけではなく、色々な規定がある。これを遵守しているかどうかについても、本発明のコンクリート打設管理方法及び装置を適用することによって担保できるという意味を含んでいる。
例えば、コンクリートの打ち込み速度（打設速さ）について、４０〜５０ｃｍ／時間という標準的な規定がある。これは、あまり早く打ち上げすぎると、コンクリートの沈下によって、鉄筋下の空間に空隙ができ、後にひび割れが生じることを防ぐためである。
また、コンクリートが打ち込まれた時の時間管理も重要になる。次のコンクリートがある所定時間以上経過した後に打ち込まれると一体化とはならず、いわゆるコールドジョイントといった不具合が発生する。これを防ぐために、次のコンクリートが打ち込まれるまでの間隔を１．５時間ですとか、２時間と規定している。
さらに、コンクリートがどれだけ打ち込まれているか、所定数量についてどれだけ残りがあるか、といいた数量を把握することも大切である。また、打設コンクリートの材料が足りなくても駄目であるし、あまり多く余らせてもコストに影響するので、このあたりを精度よく把握したいというのも現場の課題である。

また、含水率の測定について、まだ軟らかいコンクリートを打設している状況を把握し、そのデータに基づいて図化したり、品質管理に応用することができる。例えば、コンクリートの流動が低下し、硬化の初期（打ち込み後６〜１０時間）には固さの指標である凝結の始発、終結とう用語で表現される物性がある。これは、コンクリートの仕上げやブリーディング（浮いてくる水）水の収束する時間と関係し、重要な要素となる。さらに、固まったあとは圧縮強度という指標があり、型枠の脱型時期や所定の強度が出ているかの目安となります。これらは全てセメントと水の化学反応によって支配されており、水の反応への使われ方、減り方（すなわち、固まりつつあるときは固体中の含水率、飽和度）を計測することでそれらの物性の予測ができる。
このような管理により安定した品質の硬化体を形成することが可能となる。また、薄い壁状構造物でコンクリートの打ち込み高さが高く、鉄筋の配置状況も過密な場合やコンクリートを上方に充填するような逆打ちを行う場合など、充填物の充填状況の目視確認が困難な場合において、その充填状況を確認することが可能となる。

また、本発明の対象としては、土木・建築工事におけるコンクリート工事全般に適用するものとして位置づけられる。コンクリート工事としては、コンクリート部材の打ち込み高さの上下差を比較的有する柱部材や壁部材における充填状況、トンネルの覆工コンクリート天端部の打設状況、あるいはコンクリートを上方に打ち上げるような逆打ち部の打設状況の把握において特に効果が大きい。

１０……型枠、１６……レベルセンサー、１６０２……電極線、１６０４……絶縁材、１８……測定回路、２２……切換回路、２４……パソコン、２４０２……打ち上がり高さ算出手段、２４０４……打設速度算出手段、２４０６……残量算出手段、２４０８……時間計測手段、２４１０……コールドジョイント有無判断手段、２４１２……経過時間計測手段、２４１４……グラフイック表示制御手段、２４１６……含水率算出手段、２４１８……表示部。

Claims (8)

1. 上下に延在する空所に打設されるコンクリートの打設管理方法であって、
   水平方向に一定の間隔をおいて互いに平行して上下方向に延在する一対の電極線を絶縁材で被覆してなるレベルセンサーを前記空所内に設置し、
   前記空所にコンクリートが打設されるに伴い当該コンクリートの比誘電率に応じて前記一対の電極線間に生じる静電容量の変化に基づいて前記空所に打設されたコンクリートの打ち上がり高さを算出し、
   前記打ち上がり高さの変化からコンクリートの打設速度を算出し、かつ前記打ち上がり高さから残りの空所へのコンクリートの打設に要する残量を算出し、
   前記空所へのコンクリートの打設は複数回に分けて行われ、
   最初に打設される打設コンクリートの打設開始初期からの経過時間を計測し、
   前記打設コンクリートの打ち上がり高さをモニタ表示するとともに前記経過時間をコンクリートが打設される毎に色分けしてモニタ表示する、
   ことを特徴とするコンクリートの打設管理方法。
2. 前記レベルセンサーは、前記空所内で周方向に間隔をおいて複数個分散して設置され、前記各レベルセンサーの設置箇所毎にコンクリートの打ち上がり高さを算出することを特徴とする請求項１記載のコンクリートの打設管理方法。
3. 前記空所へのコンクリートの打設は複数回に分けて行われ、
   前記コンクリートが打設される毎に該コンクリートの打設終了時点から次のコンクリートの打設開始までの時間を計測し、前記計測した時間からコールドジョイントの発生の有無を判断することを特徴とする請求項１または２記載のコンクリートの打設管理方法。
4. 前記空所へのコンクリートの打設の終了後に締め固めが行われ、
   前記締め固め前後の前記電極線間に生じる静電容量の変化から打設コンクリートの含水率を求めることを特徴とする請求項１乃至３に何れか１項記載のコンクリートの打設管理方法。
5. 上下に延在する空所に打設されるコンクリートの打設管理装置であって、
   前記空所内に設置され、水平方向に一定の間隔をおいて互いに平行して上下方向に延在する一対の電極線を絶縁材で被覆してなるレベルセンサーと、
   前記空所にコンクリートが打設されるに伴い当該コンクリートの比誘電率に応じて前記一対の電極線間に生じる静電容量の変化に基づいて前記空所に打設されたコンクリートの打ち上がり高さを算出する打ち上がり高さ算出手段と、
   前記打ち上がり高さの変化からコンクリートの打設速度を算出する打設速度算出手段と、
   前記打ち上がり高さから残りの空所へのコンクリートの打設に要する残量を算出する残量算出手段とを備え、
   前記空所へのコンクリートの打設は複数回に分けて行われ、
   最初に打設される打設コンクリートの打設開始初期からの経過時間を計測する経過時間計測手段と、
   前記打設コンクリートの打ち上がり高さをモニタ表示するとともに前記計測された経過時間を打設コンクリート毎に色分けしてモニタ表示するグラフイック表示制御手段とを更に備える、
   ことを特徴とするコンクリートの打設管理装置。
6. 前記レベルセンサーは、前記空所内で周方向に間隔をおいて複数個分散して設置され、
   前記打ち上がり高さ算出手段は、各レベルセンサーの設置箇所毎にコンクリートの打ち上がり高さを算出することを特徴とする請求項５記載のコンクリートの打設管理装置。
7. 前記空所へのコンクリートの打設は複数回に分けて行われ、
   前記コンクリートが打設される毎に該コンクリートの打設終了時点から次のコンクリートの打設開始までの時間を計測する時間計測手段と、
   前記計測された時間からコールドジョイントの発生の有無を判断するコールドジョイント有無判断手段と、
   を更に備えることを特徴とする請求項５または６記載のコンクリートの打設管理装置。
8. 前記空所へのコンクリートの打設の終了後に締め固めが行われ、
   前記締め固め前後の前記電極線間に生じる静電容量の変化から打設コンクリートの含水率を求める含水率算出手段、
   を更に備えることを特徴とする請求項５乃至７に何れか１項記載のコンクリートの打設管理装置。

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