JP5788157B2 - ミキサー車におけるフレッシュコンクリートの単位水量測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、ミキサー車（トラックアジテータとも言う）におけるフレッシュコンクリートの単位水量測定方法に関するものである。特に、コンクリート構造物を構築する施工現場においてフレッシュコンクリートの水分量を簡易に且つ迅速に測定する方法に関するものである。

コンクリート構造物の品質に関して、ジャンカの発生やコンクリートの剥落などの障害を防止するために、施工時のコンクリート中の単位水量の測定が義務付けられ、現在では、単位水量の測定精度を向上させ、その頻度も増加させることが望まれている。

このように、フレッシュコンクリート中の単位水量の変動は、硬化コンクリートの収縮特性やコンクリート組織の密実性、コンクリート強度にも直接影響を及ぼし、コンクリートの耐久性を左右する。よって、フレッシュコンクリートの単位水量を管理することはコンクリートの品質を管理する上で重要な工程である。また、フレッシュコンクリートの単位水量の検査は、コンクリート標準示方書では、受け入れ側と製造側との両者がその検査方法および判定について予め協議した上で実施することが標準とされる。更に、配合検査における単位水量の検査は、水の計量印字記録と骨材の表面水の補正量から計算によって求める方法を標準とする。

そこで、従来、フレッシュコンクリート中の単位水量の測定は、一般にJIS A 1128に用いるエアメータを活用して、コンクリートの単位容積質量および空気量の試験結果からフレッシュコンクリートの単位水量を推定するエアメータ法（全国生コンクリート工業組合連合会規格：ZKT−２１１）、モルタルを高周波加熱装置によって加熱乾燥し、乾燥前後の質量差からフレッシュコンクリートの単位水量を推定する高周波加熱法（全国生コンクリート工業組合連合会規格：ZKT−２１０）、減圧法、静電容量法等があるが、例えば、特許文献１に記載されているように、フレッシュコンクリートの全量検査をすべく、ミキサー車からポンプ車のホッパー内に受け入れた時の含水率などを測定している。また、特許文献２に記載されているように、生コン運搬車の混練用ドラムに収容されているフレッシュコンクリートの中に、水分計のホルダを浸漬して、前記混練用ドラムを回転させながら赤外線を照射によって水分量を経時的に測定する方法が知られている。

特開２００１−２２８１４３号公報 特開平１１−００６７９６号公報

しかし、従来の抜き取りによるフレッシュコンクリート中の単位水量計測方法，エアメータ法，高周波加熱法等では、試料の代表性に疑問がある。また、受け入れフレッシュコンクリートの全量に対する試験とは言いがたい。更に、ポンプ車によるコンクリート圧送中の検査では、仮に不合格となった場合、既に打ち込まれたフレッシュコンクリートを取り除くことが困難である。

また、従来のミキサー車での測定では、混練用ドラムを回転させながら測定するが、水分計を混練用ドラムに挿入したときに、当該混練用ドラムの中心軸に沿った方向で挿入していたので、測定用のパイプがフレッシュコンクリートの圧力で撓んでしまい測定器がぶれてしまうということが課題である。本発明に係るミキサー車におけるフレッシュコンクリートの単位水量測定方法は、このような課題を解決するために提案されたものである。

本発明に係るミキサー車におけるフレッシュコンクリートの単位水量測定方法の上記課題を解決して目的を達成するための要旨は、ミキサー車に積まれたフレッシュコンクリートの水分量の測定方法において、前記ミキサー車の混練用ドラムの回転方向に沿ってドラム投入口から有底筒体の測定用パイプを当該混練用ドラムを回転させながらその中に挿入し、前記測定用パイプに水分計を挿入してフレッシュコンクリートの単位水量を測定する際に、ドラム投入口を形成する円弧部における右側中央位置から右側下位置までの範囲において前記測定用パイプとの当接点を基準点とするドラム投入口端部を基準にして、前記測定用パイプをドラム回転方向に沿って、ドラム軸に対して左方向または右方向に傾斜させて計測し、上下方向では側面から見てドラム軸に対して下に向けて傾斜させて計測することである。

また、作業架台を構築し、その作業架台上からＲＩ水分計またはＲＩ密度計を挿入した測定用パイプを混練用ドラムのドラム投入口からその周囲の端部に触れること無く挿入して、フレッシュコンクリートの全量について水分量を測定することを含むものである。

本発明のミキサー車におけるフレッシュコンクリートの単位水量測定方法によれば、測定用パイプが混練用ドラムの中に傾斜して挿入され、ドラム回転によるフレッシュコンクリートの流動方向に沿って、逆らうことなく挿入されているので、測定機器のブレがなく、安定して測定することができる。また、その結果、水分量の測定の精度が向上する。
本発明に係る測定方法によれば、フレッシュコンクリートの全量をコンクリートの打設現場で行うことができて、代表性の問題も解消できる。
また、混練用ドラムの攪拌回転中に単位水量を計測できるので、計測の精度が向上する、と言う数々の優れた効果を奏するものである。

本発明に係るミキサー車におけるフレッシュコンクリートの単位水量測定方法の実施態様を示す概略側面図である。 本発明に係るミキサー車におけるフレッシュコンクリートの単位水量測定方法において、測定用パイプ３の支持方法の一例を示す概略平面図（Ａ），側面図（Ｂ），一部拡大側面（Ｃ）である。 同本発明のミキサー車におけるフレッシュコンクリートの単位水量測定方法における、測定用パイプを傾斜させて挿入する様子を示す説明図（Ａ）〜（Ｄ）である。 同本発明に係るフレッシュコンクリートの単位水量測定方法における、水分計と密度計との構成をそれぞれ示す断面図（Ａ），（Ｂ）である。 同本発明に係るフレッシュコンクリートの単位水量測定方法の概略構成を示す説明図である。 水分計と密度計とにおける、特性を説明する説明図（Ａ），（Ｂ）である。 混練用ドラムを回転させながら水分計で測定する場合と、混練用ドラムを停止させて水分計で測定する場合との相関関係を示すデータの一覧図（Ａ）と相関図（Ｂ）とである。 測定用パイプ３の挿入角度の影響を示す測定結果の一覧図（Ａ）と、ドラム投入口２ａの端部における基準点となる当接点の範囲ａを示す概要説明図（Ｂ）とである。 同測定用パイプ３の挿入深度の影響を示す、密度計計数率及び水分計計数率との測定結果の一覧図（Ａ）と、概要図（Ｂ）とである。 フレッシュコンクリート７の配合割合の一覧を示す図である。 ＲＩ水分計４による測定方法における作業内容を示すフロー図である。 単位水量の基準値との差の標準偏差と理論上の壊変揺動誤差を示す一覧図である。 単位水量の測定時間（３分、２分、１分）毎の基準単位水量と、ＲＩ単位水量との相関図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）である。

本発明に係るミキサー車におけるフレッシュコンクリートの単位水量測定方法は、図１乃至図２に示すように、コンクリート圧送用ポンプ車のホッパーにフレッシュコンクリートを荷下ろしする前のコンクリート用のミキサー車１において、該ミキサー車１の混練用ドラム２に、水分計用の測定用パイプ３を斜めに傾斜させて、回転中の前記混練用ドラムにおけるフレッシュコンクリートの流れに沿うようにして、水分量を計測するようにした方法である。

本発明に係るミキサー車に積まれたフレッシュコンクリートの水分量の測定方法においては、前記ミキサー車１の混練用ドラム２の回転方向に沿ってドラム投入口２ａから測定用パイプ３を当該混練用ドラム２の中に挿入し、前記測定用パイプ３に水分計４を挿入してフレッシュコンクリート７の単位水量を測定する際に、前記測定用パイプ３を混練用ドラム２のドラム軸２ｂに対してドラム回転方向に沿うように傾斜させて計測することである。

前記測定用パイプ３は、混練用ドラムのフレッシュコンクリート７の中に差し込む水分測定用の有底筒体であり、例えば、直径が４３ｍｍで長さが５〜６ｍ程度の金属製若しくはプラスチック製のパイプである。そして、この測定用パイプ３の傾斜は、図２（Ａ）〜図２（Ｄ）に示すように、混練用ドラム２のドラム軸２ｂに対して、少なくとも左右方向で傾斜されている。

即ち、測定用パイプ３は、図２（Ｂ）に示すように、混練用ドラム２を平面視して該混練用ドラ２のドラム投入口２ａ端部を基準点として左回りに４゜〜１５゜にて傾けてられている。これは、混練中における混練用ドラム２の回転は、左回転しているからである。以下に、測定用パイプ３の挿入角度についての適用範囲を示す実証データを掲載する。

また、図７（Ｂ）に示すように、前記ドラム投入口２ａの端部は、ドラム投入口２ａを形成する円弧部における右側中央位置から右側下位置までの範囲ａにおける当接点を基準点とするものである。更に、上下方向では、側面から見てドラム軸２ｂに対して約１２゜程度の差で、下に向けて傾斜している。

前記水分計４は、図３（Ａ）に示すように、ＲＩ（ラジオアイソトープ）水分計である。この大きさは、直径約φ３４ｍｍで長さ約６００ｍｍの筒体に納められている。このＲＩ水分計は、中性子線を利用したものであり、放射線源にはカリホルニウム２５２の速中性子源を用いる。前記放射線源から放出される速中性子は、物質中の原子核との弾性散乱により、次第にそのエネルギーを失い、熱中性子に変わっていく。水素が熱中性子に変える能力（減速能）が桁外れに大きい。その水素は、コンクリート中では大部分Ｈ_２Ｏの水分子として存在するので、速中性子がコンクリート中に飛び込んだとき、水分量が多くなるほど作り出される熱中性子の数は多くなる。

従って、試料中の熱中性子の数を計測することで、間接的にコンクリート中の水分量を測定することができる。係る方法は、間接的な測定方法なので、コンクリート中で散乱して検出器に入射した熱中性子の数と、水分量との関係を予め検定しておく必要がある。なお、このＲＩ水分計について単位水量を測定する方法が、特開平０７−０５２１４３号公報に開示されている。

図３（Ｂ）に示すものは、密度計６である。図示のように、この大きさは、直径約φ３４ｍｍで長さ約６００ｍｍの筒体に納められている。前記ＲＩ水分計は、水分子以外に存在する各種元素の影響があり、密度による影響を考慮するのが一般的である。そこで、ＲＩ密度計も併用する。このＲＩ密度測定法では、γ（ガンマ）線を利用し、放射線源にはセシウム１３７を用いる。前記放射線源から放出されたγ線は、物質中の電子との相互作用によるコンプトン散乱と光電効果によって徐々に減衰するが、その減衰する割合は物質の密度と一意的な関係がある。

従って、試料中で散乱した検出部に入射したγ線の強さ（数）を計測することにより、間接的にコンクリート中の密度を測定することができる。係る方法は、間接的な測定方法なので、コンクリート中で散乱して検出器に入射したγ線の数と、密度との関係を予め検定しておく必要がある。図４に、前記ＲＩ水分計４とＲＩ密度計６を使用して、フレッシュコンクリート７の単位水量を計測する概略全体構成図を示す。また、ＲＩ水分計４と密度計６との基本特性を図５（Ａ），（Ｂ）に示す。なお、ＲＩ水分計４では、水分計の応答が厳密には二次曲線であるが、実用領域においては直線と見なすことができるので、一次式を採用している。

前記ＲＩ水分計４とＲＩ密度計６との計測において、ミキサー車１の混練用ドラム２を回転させながら測定する場合と、回転停止させて測定する場合とを比較した。図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、混練用ドラム２を回転した状態で計測した場合、設定した単位水量との相関関係が０．９９２であり、停止した状態で計測した場合では単位水量との相関関係が０．８１７であって、混練用ドラム２を回転した状態で計測することの有意性があり、よって測定は混練用ドラム２を回転させながら測定する。

前記ＲＩ水分計４を測定用パイプ３で斜めに挿入することについて、測定結果に影響が出るか否かについて検証した。前記混練用ドラム２の低速回転状態で、測定用パイプ３の挿入角度を変えてＲＩ水分計３の計数率を比較する。その結果を、図７（Ａ）に示す。測定結果がほぼ一致しているので、測定用パイプ３の挿入角度による影響、即ち、攪拌翼や場所による測定試料の偏りなどに起因する測定誤差は小さいと判断される（壊変揺動誤差に対して標準偏差が同程度以下であれば影響は小さいとする：壊変揺動誤差とは、壊変する原子核の数の揺らぎに起因する固有の誤差をいう）。図７（Ｂ）は測定概要を示している。

また、前記測定用パイプ３を斜めに設置した場合の、深度方向の影響を検証する。測定用パイプ３とミキサー車１の混練用ドラム２内壁面との離間距離をパラメータとして測定し、その結果を図８（Ａ）に示す。同図８（Ｂ）は、測定概要を示している。その結果、水分計４に関しては、離間距離による影響は無視できるほど小さい。

前記作業架台５は、一般のミキサー車１のドラム投入口２ａの高さに合わせて、前記測定用パイプ３を挿入できる高さに構築してある。その作業架台５上からＲＩ水分計４をドラム投入口２ａから挿入して、フレッシュコンクリート７の全量について、水分量を測定するものである。

なお、前記測定用パイプ３の支持方法は、作業架台５と混練用ドラム２のドラム投入口２ａ端部とで支持、作業架台５の２カ所に設けた支持部で支持、作業架台５の１カ所に設けた支持部、のうちのいずれか一つの方法で支持している。この場合、図１−Ｂに示すように、作業架台５の一カ所で自在クランプ５ｂで掴み、枠の一部に当てて支持する支持部５ａによって測定用パイプ３を支持すると、前記ドラム投入口２ａでは周囲の端部に触れることなく、該ドラム投入口２ａの平面で交わるドラム軸２ｂの斜め右下あたりを左側へ斜めに通過して、測定用パイプ３の先端部がフレッシュコンクリートの流れに沿って一致の場所に留まっている。

以上のようにして、本発明に係るミキサー車におけるフレッシュコンクリートの単位水量測定方法で、フレッシュコンクリート７の単位水量を測定する。図９に示すように、フレッシュコンクリート７の配合表である。測定の作業フローを図１０に示す。

ＲＩ水分計４による測定結果において、基準値との差の標準偏差と理論上の壊変揺動誤差を図１１に示す。かかる結果により、低速回転での測定が非常に良い相関が得られている。フレッシュコンクリート７が良く攪拌されて、骨材の粒度やフレッシュコンクリート７内部における空気間隙の影響が平均化された結果である。

なお、密度測定結果は、水分量に関わらずほとんど変化しないので、水分計の単体での測定で十分であることが判る。また、測定時間は、ＲＩ測定法では測定時間を長くとるほど放射線の壊変揺動に起因する測定誤差が小さくなる。図１２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、測定時間は、最低２分以上とすることで、基準値に対する標準偏差が収束し、相関関係は良好となる。

本発明に係る測定方法は、ＲＩ水分計を挿入する以外にも、例えば、温度計や赤外線による単位水量測定装置など、混練用ドラム内のフレッシュコンクリートやモルタル等の計測装置に係るパイプを挿入する際に適用することができる。

１ ミキサー車（トラックアジテータ）、
２ 混練用ドラム、 ２ａ ドラム投入口、
２ｂ ドラム軸、
３ 測定用パイプ、
４ 水分計、 ４ａ ケーブル、
５ 作業架台、 ５ａ 支持部、
５ｂ 自在クランプ、
６ 密度計、 ６ａ ケーブル、
７ フレッシュコンクリート。

Claims (2)

1. ミキサー車に積まれたフレッシュコンクリートの水分量の測定方法において、
   前記ミキサー車の混練用ドラムの回転方向に沿ってドラム投入口から有底筒体の測定用パイプを当該混練用ドラムを回転させながらその中に挿入し、前記測定用パイプに水分計を挿入してフレッシュコンクリートの単位水量を測定する際に、
   ドラム投入口を形成する円弧部における右側中央位置から右側下位置までの範囲におい
   て前記測定用パイプとの当接点を基準点とするドラム投入口端部を基準にして、
   前記測定用パイプをドラム回転方向に沿って、ドラム軸に対して左方向または右方向に傾斜させて計測し、
   上下方向では側面から見てドラム軸に対して下に向けて傾斜させて計測すること、
   を特徴とするミキサー車におけるフレッシュコンクリートの単位水量測定方法。
2. 作業架台を構築し、その作業架台上からＲＩ水分計またはＲＩ密度計を挿入した測定用パイプを混練用ドラムのドラム投入口からその周囲の端部に触れること無く挿入して、フレッシュコンクリートの全量について水分量を測定すること、
   を特徴とする請求項１に記載のミキサー車におけるフレッシュコンクリートの単位水量測定方法。

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