JP5947036B2 - Method of measuring materials such as concrete whose elastic modulus is unknown by the UCI method - Google Patents

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Description

本発明は、天然材料(石材、骨材、木材、土など)や材料が不明の合金や、硬化材料(生コンクリート、モルタル、セメントペースト、石膏、漆喰、硬化前の樹脂等)等硬化前の半製品の硬化後の状態のものなど、弾性係数が事前に十分な精度で把握不可能な材料のUCI(Ultrasonic Contact Impedance)法による測定する方法に関するものである。   The present invention is a natural material (stone, aggregate, wood, earth, etc.) or an alloy whose material is unknown, or a cured material (such as ready-mixed concrete, mortar, cement paste, gypsum, plaster, resin before curing), etc. The present invention relates to a method of measuring a material whose elastic modulus cannot be grasped with sufficient accuracy in advance, such as a semi-finished product, by a UCI (Ultrasonic Contact Impedance) method.

材料の力学的性質として重要な物性は、弾性係数と強度である。この2つの物性が分かっていれば、基本的な設計は可能となるため、各種試験により、これらを正確に計測する方法がこれまでに確立されてきている。   Important physical properties as the mechanical properties of the material are elastic modulus and strength. If these two physical properties are known, a basic design is possible, and methods for accurately measuring these have been established by various tests.

弾性係数と強度を計測する試験方法には(1)破壊試験、(2)非破壊試験と大きく分けて2種類ある。このうち、(1)の破壊試験は、材料を破壊するまで行う試験であり、測定精度は一般的に高くなるが試験に用いた材料は再度使用することができないため、実際に使用した材料そのものを試験できない。一方、(2)の非破壊試験は、材料を破壊させずに行う試験であり測定精度は一般的に低くなるが、試験に用いた材料は再度使用できるため、実際に使用した材料そのものを試験することができる。   There are two types of test methods for measuring the elastic modulus and strength, roughly divided into (1) destructive test and (2) non-destructive test. Among these, the destructive test (1) is a test that is performed until the material is destroyed, and the measurement accuracy is generally high, but the material used in the test cannot be used again. Cannot be tested. On the other hand, the nondestructive test (2) is a test performed without destroying the material, and the measurement accuracy is generally low. However, since the material used for the test can be reused, the actual material itself is tested. can do.

工業製品のように、高度に管理された条件で製造された材料であれば、実際に使用した材料と破壊試験する試験片の物性にばらつきが少ないため、破壊試験によって計測することが望ましいと考えられる。   For materials manufactured under highly controlled conditions, such as industrial products, there is little variation in the physical properties of the material actually used and the specimen to be destructively tested. It is done.

一方、天然材料(石材、骨材、木材、土など)や硬化材料(生コンクリート、モルタル、セメントペースト、石膏、漆喰、硬化前の樹脂等)は、材料の採取位置、温度履歴および材齢等により物性が変化する(材料のばらつきが大きい)ため、実際に使用した材料そのものを試験できる非破壊試験が望ましいと考えられる。   On the other hand, natural materials (stone, aggregate, wood, soil, etc.) and hardened materials (fresh concrete, mortar, cement paste, gypsum, plaster, resin before hardening, etc.) are collected, temperature history, age, etc. Therefore, a non-destructive test that can test the actual material itself is desirable.

例えばコンクリートを例に取ると、非破壊・微破壊によるコンクリート強度推定方法に関連する技術非破壊・微破壊によるコンクリート強度推定方法の従来技術としては、反発度法、引っかき傷法、ピン貫入法、針貫入法、超音波法、衝撃弾性波法、共振法など多くの種類がある。   For example, taking concrete as an example, technologies related to concrete strength estimation methods based on nondestructive and microfractures.Conventional technologies for concrete strength estimation methods based on nondestructive and microdestructive methods include the rebound method, scratch method, pin penetration method, There are many types such as needle penetration method, ultrasonic method, shock elastic wave method, resonance method and so on.

反発度法は、リバウンドハンマーでコンクリート表面を打撃し、重錘のはね返り距離からコンクリートの表面硬度を測定し、換算式を用いて強度を推定する非破壊検査法で簡易な手法として多く用いられている。しかしこの方法は、検査員の熟練を必要とするので、その応用例として、1948年スイスのシュミット博士により開発されたシュミットハンマー法があり、内蔵されているハンマーが、バネの力でコンクリート表面を打撃し、その反発度(R値)を強度推定式に代入し、圧縮強度を推定する。   The rebound degree method is a non-destructive inspection method that hits the concrete surface with a rebound hammer, measures the surface hardness of the concrete from the rebound distance of the weight, and estimates the strength using a conversion formula. Yes. However, since this method requires the skill of an inspector, the Schmidt hammer method developed by Dr. Schmidt in Switzerland in 1948 is an example of its application. The built-in hammer uses a spring force to move the concrete surface. Stroke, the degree of repulsion (R value) is substituted into the strength estimation formula, and the compression strength is estimated.

また、衝撃弾性波法は、コンクリート構造物の表面に衝撃を加え、内部欠陥や構造物裏面で反射された応力波を受信センサーで受信し、受信波の強度やフーリエ変換による周波数特性等から内部欠陥等を判定するものである。   The shock elastic wave method applies a shock to the surface of a concrete structure and receives internal defects and stress waves reflected on the back of the structure with a receiving sensor. Defects are determined.

超音波法は、コンクリート構造物の表面に接触させた圧電素子から放射した超音波の構造物からの反射波や透過波を受信して構造物の内部欠陥や厚さを検査する。   In the ultrasonic method, a reflected wave or transmitted wave from an ultrasonic structure radiated from a piezoelectric element brought into contact with the surface of a concrete structure is received, and an internal defect or thickness of the structure is inspected.

下記特許文献は、この超音波法の応用として、レーザー超音波探査法[探査対象にパルスレーザ光を照射して探査対象の表面又は表面近傍に急激な熱膨張を発生させ、熱弾性効果により熱膨張の歪を弾性波(超音波)として探査対象内に伝搬する方法である。弾性波を観察することにより探査対象内の欠陥を検出し、また物性を計測することができる(山中一司「レーザー超音波法の原理と応用」非破壊検査、第49巻5号、p292-299)]を取り入れたものである。
特開2002−296244号公報
The following patent document describes an application of this ultrasonic method as a laser ultrasonic exploration method [applying a pulsed laser beam to the exploration target to cause rapid thermal expansion on or near the surface of the exploration target, This is a method of propagating the expansion strain as an elastic wave (ultrasonic wave) into the object to be searched. By observing elastic waves, it is possible to detect defects in the exploration target and to measure physical properties (Kazuji Yamanaka “Principle and Application of Laser Ultrasound Method” Nondestructive Inspection, Vol. 49, No. 5, p292- 299)].
JP 2002-296244 A

この特許文献1は、コンクリート構造物の被診断部位の表面にパルスレーザ光を照射して熱膨張による弾性波を発生させ、被診断部位の表面を視準するレーザー干渉計により前記照射時の表面波と弾性波とを経時的に検出し、表面波の検出から最終の弾性波の検出までの波形変化から被診断部位におけるコンクリート構造物の内部欠陥又は埋設物の有無を診断してなる。   In this patent document 1, the surface of a concrete structure to be diagnosed is irradiated with a pulsed laser beam to generate an elastic wave due to thermal expansion, and the surface during irradiation is collimated by a laser interferometer that collimates the surface of the part to be diagnosed. Waves and elastic waves are detected over time, and the presence or absence of internal defects or buried objects in the concrete structure at the diagnosis site is diagnosed from the change in waveform from the detection of the surface wave to the detection of the final elastic wave.

また、下記特許文献2のようなコンクリートの強度推定方法も提案されている。
特許第3672527号公報
Moreover, the concrete strength estimation method like the following patent document 2 is also proposed.
Japanese Patent No. 3672527

この特許文献2は、コンクリートのサンプルを複数採取し、採取した複数のサンプルについて、中性化の影響を受けていない部分のビッカース硬さHVを各々測定すると共に圧縮強度Fcを各々測定し、ビッカース硬さHV及び圧縮強度Fcの測定結果に基づいて、コンクリートのビッカース硬さHVと圧縮強度Fcとの関係を予め求めておき、圧縮強度Fcを推定すべきコンクリートのうち中性化の影響を受けていない部分を対象としてビッカース硬さHVを測定し、前記圧縮強度Fcを推定すべきコンクリートのビッカース硬さHVの測定結果から、前記予め求めた関係を用いて前記圧縮強度Fcを推定すべきコンクリートの圧縮強度Fcを推定する。   This Patent Document 2 collects a plurality of concrete samples, and measures a Vickers hardness HV of a portion not affected by neutralization and measures a compressive strength Fc for each of the collected samples. Based on the measurement results of the hardness HV and the compressive strength Fc, the relationship between the Vickers hardness HV of concrete and the compressive strength Fc is obtained in advance, and the compressive strength Fc is affected by the neutralization of the concrete to be estimated. The concrete in which the compressive strength Fc is estimated using the relationship obtained in advance from the measurement result of the Vickers hardness HV of the concrete in which the Vickers hardness HV is measured for a portion that is not the target and the compressive strength Fc is to be estimated The compressive strength Fc is estimated.

特許文献2は、コンクリートの中性化部分の影響を受けることなく、広い強度範囲に亘り、コンクリートの圧縮強度を高精度に推定できる、という効果を有する。   Patent Document 2 has an effect that the compressive strength of concrete can be estimated with high accuracy over a wide strength range without being affected by the neutralized portion of the concrete.

前記非破壊・微破壊によるコンクリート強度推定方法に関連する従来技術は、主に2つに分けることができ、1つは超音波や衝撃波などの振動を与えて、材料の弾性係数を推測し、弾性係数から強度推定する方法であり、他の1つは釘や針などでコンクリート表面に傷をつけて強度推定する微破壊試験である。   The prior art related to the non-destructive / micro-destructive concrete strength estimation method can be mainly divided into two, one is to give vibrations such as ultrasonic waves and shock waves, to estimate the elastic modulus of the material, This is a method of estimating the strength from the elastic modulus, and the other is a microdestructive test in which the strength is estimated by scratching the concrete surface with a nail or a needle.

一般にコンクリートの弾性係数と強度とは正の相関を持つが、比例するわけではないため、弾性係数から強度推定する場合の精度には限界がある。そのため、精確な強度を推定するためには、破壊試験を行う必要がある。しかし、表面を傷つける方法は低い強度のコンクリートでなければ適用が困難であり、現在一般に使用されているコンクリート強度レベルでは十分な精度が確保できない。また、現場で測定することを念頭に、測定時間の短さや試験機の可搬性も重要である。   In general, the elastic modulus and strength of concrete have a positive correlation, but are not proportional, so there is a limit to the accuracy in estimating strength from the elastic modulus. Therefore, it is necessary to perform a destructive test in order to estimate an accurate strength. However, the method of damaging the surface is difficult to apply unless the concrete has low strength, and sufficient accuracy cannot be ensured at the concrete strength level that is generally used at present. In addition, it is important to have a short measurement time and portability of the testing machine, taking into account the on-site measurement.

前記特許文献2では、コンクリートのサンプルを複数採取し、採取した複数のサンプルについて測定を行うものであり、円柱状の小型のコンクリート・コアを採取し、採取したコアをコンクリート・カッタによって円柱の軸線に平行に切断することで厚み10mmの略平板状の試験片を切り出し、測定面(切断面)を研磨して鏡面仕上げにする。また、コンクリート表面の中性化している部分がビッカース硬さHVの測定に及ぼす影響を排除するために、例えば前述の切断によって試験片から切り離されたコンクリート片にフェノールフタレイン溶液を塗布し、変色が発生した領域を確認する(中性化している部分は変色しない)等により、コンクリート表面から進行する中性化がどの程度進行しているかを表す中性化深さCを測定する。   In Patent Document 2, a plurality of concrete samples are collected and measurements are performed on the collected samples. A small cylindrical concrete core is sampled, and the sampled core is removed by a concrete cutter. A test piece having a thickness of about 10 mm is cut out by cutting the sample parallel to the surface, and the measurement surface (cut surface) is polished to a mirror finish. In addition, in order to eliminate the influence of the neutralized part of the concrete surface on the measurement of the Vickers hardness HV, for example, a phenolphthalein solution is applied to the concrete piece separated from the test piece by the above-mentioned cutting, and the color changes. The neutralization depth C, which indicates how much neutralization is progressing from the concrete surface, is measured by confirming the region in which the neutralization occurs (the neutralized portion is not discolored) or the like.

ところで、測定材料の硬さを測定センサー接触前後の共振周波数の変化から推定する手法として、UCI(Ultrasonic Contact Impedance)法がある。このUCI法によれば、ポータブルな試験機で測定が可能であり、現場での測定が容易で、さらに、1回の測定時間が短くてすむ。   By the way, UCI (Ultrasonic Contact Impedance) method is known as a method for estimating the hardness of a measurement material from a change in resonance frequency before and after contact with a measurement sensor. According to this UCI method, measurement is possible with a portable testing machine, measurement on site is easy, and one measurement time is short.

UCI法とは、一定周波数で振動するロッドを材料に接触させた場合、圧痕面積および弾性係数に応じて周波数が変化することを利用して、周波数の変化から圧痕面積を逆算し、硬度(=荷重/圧痕面積)を推定する手法である。実際の測定は、ビッカースダイアモンドのついたロッド先端を測定材料に押し付けることにより行う。   In the UCI method, when a rod vibrating at a constant frequency is brought into contact with a material, the frequency changes in accordance with the indentation area and the elastic modulus, and the indentation area is back-calculated from the change in frequency, and the hardness (= (Load / indentation area). The actual measurement is performed by pressing the rod tip with Vickers diamond against the measurement material.

しかし、前記UCI法で、周波数の変化から圧痕面積が逆算が可能となるのは、測定材料の弾性係数が既知だからである。すなわち、UCI法により硬度を推定できるのは、弾性係数の値が十分な精度で事前に把握できている必要がある。ただし、このように弾性係数が事前に把握可能な場合とは、前述したように工業製品などの高度に管理されて製造された材料に限られる。   However, in the UCI method, the indentation area can be calculated backward from the change in frequency because the elastic modulus of the measurement material is known. That is, the hardness can be estimated by the UCI method because the value of the elastic modulus needs to be known in advance with sufficient accuracy. However, the case where the elastic modulus can be grasped in advance as described above is limited to a material that is highly controlled and manufactured such as an industrial product as described above.

一方、天然材料や硬化材料は、事前に弾性係数を十分な精度で把握することができない。石材などの天然材料は、少しの採取位置の違いにより弾性係数が大きく変化する可能性があり、コンクリートは養生条件(温度、湿度、脱型時期等)や材齢の違いにより弾性係数は大きく異なる。そのため、精度の良い結果を得るためには、材料そのものの弾性係数を測定する必要があり、事前に弾性係数を定めておくことはできない。   On the other hand, natural materials and hardened materials cannot grasp the elastic modulus with sufficient accuracy in advance. For natural materials such as stone, the elastic modulus may vary greatly depending on slight differences in the sampling position, and for concrete, the elastic modulus varies greatly depending on the curing conditions (temperature, humidity, demolding time, etc.) and age. . Therefore, in order to obtain an accurate result, it is necessary to measure the elastic coefficient of the material itself, and the elastic coefficient cannot be determined in advance.

以上から、UCI法は本来、工業製品を対象とする試験法であり、天然材料や硬化材料に適用するには困難が伴うといえる。そして、これらの困難は弾性係数が条件により不定(材料そのものを測定しない限り、十分な精度で計測できない)であることに起因する。   From the above, it can be said that the UCI method is originally a test method for industrial products, and it is difficult to apply to natural materials and cured materials. These difficulties are caused by the fact that the elastic modulus is indefinite depending on conditions (it cannot be measured with sufficient accuracy unless the material itself is measured).

さらに、UCI法によりコンクリートの強度推定を行う場合において言及すると、前記のように、UCI法による測定値は、材料の硬さのほか、材料の表面粗さや弾性係数にも依存するため、材料の弾性係数が時々刻々と変化し、木製型枠を転用するために表面粗さが一定ではないコンクリート表面に適用するには困難を伴う。コンクリートは、金属材料などと異なり、強度と弾性係数が経時によって変化する。   Furthermore, when the concrete strength is estimated by the UCI method, as described above, the measured value by the UCI method depends not only on the hardness of the material but also on the surface roughness and elastic modulus of the material. The modulus of elasticity changes from moment to moment and is difficult to apply to concrete surfaces where the surface roughness is not constant due to diversion of the wooden formwork. Unlike metal materials, concrete changes in strength and elastic modulus over time.

また、コンクリートは骨材およびセメントマトリックスの複合材料であるため、UCI法のような局所的な測定では測定点数が少ないと、全体を代表した測定にならない可能性がある。   Moreover, since concrete is a composite material of an aggregate and a cement matrix, if the number of measurement points is small in the local measurement such as the UCI method, the measurement may not be representative of the whole.

本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、事前に弾性係数を十分な精度で把握することができないのでそれまで不可能とされたUCI法を用いての天然材料や硬化材料の硬度または強度の測定を可能とするものであり、それにより十分な測定精度を確保できるとともに、ポータブルな試験機で測定が可能であり、現場での測定が容易で、さらに、1回の測定時間が短くてすむというUCI法の利点を十分活用でき、これを応用することで、コンクリート表面の強度推定もUCI法で可能となり、建設現場での施工管理が格段に飛躍できるコンクリート等弾性係数が不知の材料のUCI法による測定方法を提供することにある。   The object of the present invention is to eliminate the inconvenience of the conventional example, and since the elastic modulus cannot be grasped with sufficient accuracy in advance, the hardness of the natural or hardened material using the UCI method, which has been impossible until now, It is possible to measure the strength, so that sufficient measurement accuracy can be ensured, and it is possible to measure with a portable testing machine, easy on-site measurement, and one measurement time is short. It is possible to fully utilize the advantages of the UCI method of Tesumi, and by applying this, it is possible to estimate the strength of the concrete surface by the UCI method. It is to provide a measurement method by the UCI method.

前記目的を達成するため請求項1記載の本発明は、測定材料の硬さを測定センサー接触前後の共振周波数の変化から推定する手法であるUCI(Ultrasonic Contact Impedance)法を使用するもので、測定材料表面とロッドの間に、圧痕面積が一定となる、また、天然材料(石材、骨材、木材、土など)や材料が不明の合金や、硬化材料(生コンクリート、モルタル、セメントペースト、石膏、漆喰、硬化前の樹脂等)等硬化前の半製品の硬化後の状態のものなど、弾性係数が事前に把握不可能な測定材料に圧痕がつかない程度の厚さを確保できるような厚さである、工業製品の薄い挿入材料を挟み込んで測定し、振動数変化から、事前に用意した振動数と弾性係数の相関を用いて、弾性係数を決定することを要旨とするものである。 The invention of claim 1, wherein for achieving the object, a method of estimating the hardness from the change in the resonant frequency of the measuring sensor contacts the front and rear of UCI (Ultrasonic Contact Impedance) measured material method involves the use of measurement The indentation area is constant between the material surface and the rod, and natural materials (stone, aggregate, wood, earth, etc.) and alloys with unknown materials, hardened materials (green concrete, mortar, cement paste, plaster) Thickness that can secure a thickness that does not cause indentation on measurement materials whose elastic modulus cannot be determined in advance, such as those after curing of semi-finished products before curing, etc. The gist is to determine the elastic coefficient using a correlation between the vibration frequency and the elastic coefficient prepared in advance from the change in the vibration frequency by measuring with a thin insertion material of an industrial product.

前述したようにUCI法とは、一定周波数で振動するロッドを材料に接触させた場合、材料の圧痕面積と弾性係数に応じて周波数が変化することを利用して、周波数の変化から圧痕面積を逆算し、硬度(=荷重/圧痕面積)を推定する手法である。   As described above, the UCI method uses the fact that when a rod that vibrates at a constant frequency is brought into contact with the material, the frequency changes according to the indentation area and the elastic modulus of the material, and the indentation area is determined from the change in frequency. This is a method of calculating the hardness (= load / indentation area) by back calculation.

一般的なUCI試験機は、ビッカースダイアモンドのついたロッド先端は、先端が鋭角であり、測定材料が天然材料や硬化材料では、常に同じ面積で接触するようにすることができない。   In a general UCI testing machine, the tip of a rod with a Vickers diamond has an acute tip, and when the measurement material is a natural material or a cured material, it cannot always be in contact with the same area.

請求項1記載の本発明によれば、ビッカースダイアモンドのついたロッド先端を平らな先端に交換することなく、(一般的なUCI試験機ではロッドの交換が不可能である。)圧痕面積が常に一定になるようにすることができ、挿入材料を介して測定された振動数の変化値は、測定材料の弾性係数に応じて変化するので、挿入材料を介して測定された振動数の変化値と弾性係数の相関(コンクリートの上に挿入材料を載せて得たデータ)を得ておけば、弾性係数を推定することが可能となる。   According to the first aspect of the present invention, without replacing the tip of the rod with the Vickers diamond with a flat tip (the rod cannot be replaced with a general UCI testing machine), the indentation area is always constant. The frequency change value measured through the insert material can be constant and the frequency change value measured through the insert material changes depending on the elastic modulus of the measurement material. And the elastic modulus (data obtained by placing the insertion material on the concrete) are obtained, the elastic modulus can be estimated.

請求項2記載の本発明は、事前にある挿入材料を用いた場合の振動数変化と弾性係数の相関を把握しておき、挿入材料を介して、UCI試験機により測定材料の振動数変化を測定し、振動数変化から、事前に用意した振動数と弾性係数の相関を用いて、弾性係数を決定する請求項1の測定方法を用いて、挿入材料を介さず、直接に測定材料の振動数変化を測定し、振動数変化と弾性係数から圧痕面積を推定し、圧痕面積から、事前に同様の材料により把握しておいた圧痕面積と硬度または強度の相関をもとに、硬度または強度を推定することを要旨とするものである。   The present invention according to claim 2 grasps the correlation between the change in the frequency and the elastic coefficient when an insertion material is used in advance, and the change in the frequency of the measurement material is detected by the UCI tester via the insertion material. The measurement method according to claim 1, wherein the elastic coefficient is determined by measuring and using the correlation between the vibration frequency and the elastic coefficient prepared in advance from the change in the vibration frequency. Measure the number change, estimate the indentation area from the change in frequency and elastic modulus, and based on the correlation between the indentation area and the hardness or strength obtained from the same material in advance, hardness or strength The gist of this is to estimate.

請求項2記載の本発明によれば、前記請求項1の弾性係数を推定することを用いて、UCI法によりの天然材料や硬化材料の硬度または強度の測定を可能とすることができる。   According to the second aspect of the present invention, it is possible to measure the hardness or strength of a natural material or a cured material by the UCI method using the estimation of the elastic modulus of the first aspect.

請求項3記載の本発明は、コンクリート表面の強度推定方法として、測定予定位置のコンクリート型枠表面に工業製品の薄い挿入材料を貼り付け、事前に測定予定のコンクリートと同調合のコンクリートについて、種々の材齢における圧縮強度、弾性係数についてUCI試験機による硬さ計測を行っておき、キャリブレーションカーブを用意し、表面硬さの測定値および弾性係数の推定値から、キャリブレーションカーブを用いてコンクリートの強度推定を行うことを要旨とするものである。   The present invention described in claim 3 is a method for estimating the strength of the concrete surface. A thin insert material of an industrial product is pasted on the surface of the concrete formwork at the planned measurement position, and various kinds of concrete are prepared in advance with the same composition as the concrete to be measured. Compressive strength and elastic modulus at the age of the material are measured with a UCI testing machine, a calibration curve is prepared, and the measured value of the surface hardness and the estimated elastic modulus are used to calculate the concrete using the calibration curve. The gist of this is to estimate the intensity.

請求項3記載の本発明によれば、UCI法による測定値は、材料の硬さのほか、材料の表面粗さや弾性係数にも依存するため、材料の弾性係数が時々刻々と変化し、木製型枠を転用するために表面粗さが一定ではないコンクリート表面に適用するには困難を伴う、さらに、コンクリートは骨材およびセメントマトリックスの複合材料であるため、UCI法のような局所的な測定では測定点数が少ないと、全体を代表した測定にならない可能性があるという不都合を解消できる。   According to the third aspect of the present invention, since the measured value by the UCI method depends not only on the hardness of the material but also on the surface roughness and the elastic coefficient of the material, the elastic coefficient of the material changes every moment. Difficult to apply to concrete surfaces where the surface roughness is not constant for diverting the formwork, and since concrete is a composite of aggregate and cement matrix, local measurements like UCI method Then, when the number of measurement points is small, it is possible to eliminate the inconvenience that the measurement may not be representative of the whole.

コンクリートの場合は、コンクリートの表面強度および弾性係数を非破壊・微破壊試験により精度良く推定することが可能となる。そのため、新築建物の強度確認などを行うことができるようになる。局所的な強度が推定できるため、コンクリートの表面と内部の強度などのように数cmの違いによる強度分布を把握することが可能となる。   In the case of concrete, it is possible to accurately estimate the surface strength and elastic modulus of concrete by nondestructive and microdestructive tests. This makes it possible to check the strength of new buildings. Since the local strength can be estimated, it is possible to grasp the strength distribution due to the difference of several centimeters, such as the strength of the concrete surface and the inside.

以上述べたように本発明のコンクリート等弾性係数が不知の材料のUCI法による測定方法は、事前に弾性係数を十分な精度で把握することができないのでそれまで不可能とされたUCI法を用いての天然材料や硬化材料の硬度または強度の測定を可能とするものであり、それにより十分な測定精度を確保できるとともに、ポータブルな試験機で測定が可能であり、現場での測定が容易で、さらに、1回の測定時間が短くてすむというUCI法の利点を十分活用できるものである。   As described above, the measurement method by the UCI method of the material having the unknown elastic modulus of the concrete according to the present invention uses the UCI method which has been impossible until now because the elastic modulus cannot be grasped with sufficient accuracy in advance. This makes it possible to measure the hardness or strength of all natural materials and hardened materials, which ensures sufficient measurement accuracy and can be measured with a portable testing machine, facilitating on-site measurement. Furthermore, the advantage of the UCI method that one measurement time is short can be fully utilized.

これを応用することで、コンクリートの場合は、コンクリートの表面強度および弾性係数を非破壊・微破壊試験により精度良く推定することが可能となる。そのため、新築建物の強度確認などを行うことができるようになる。局所的な強度が推定できるため、コンクリートの表面と内部の強度などのように数cmの違いによる強度分布を把握することが可能となる。本手法により強度推定を行うことで、間接的に耐久性の推定も可能になる。   By applying this, in the case of concrete, it is possible to accurately estimate the surface strength and elastic modulus of the concrete by nondestructive and microdestructive tests. This makes it possible to check the strength of new buildings. Since the local strength can be estimated, it is possible to grasp the strength distribution due to the difference of several centimeters such as the strength of the concrete surface and the inside. By performing strength estimation using this method, it is possible to indirectly estimate durability.

また、弾性係数を局所的に高精度で計測することができるため、圧縮試験片などを整形して圧縮試験を行うことなく、弾性係数の計測が可能となる。骨材やタイルなどの無機材料でそのままでは圧縮試験のできない材料の弾性係数計測に利用することができる。   In addition, since the elastic modulus can be measured locally with high accuracy, the elastic modulus can be measured without performing a compression test by shaping a compression test piece or the like. It can be used for measuring the elastic modulus of inorganic materials such as aggregates and tiles that cannot be compressed as they are.

以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。本発明は測定材料の硬さを測定センサー接触前後の共振周波数の変化から推定する手法であるUCI(Ultrasonic Contact Impedance)法を、天然材料(石材、骨材、木材、土など)や材料が不明の合金や、硬化材料(生コンクリート、モルタル、セメントペースト、石膏、漆喰、硬化前の樹脂等)等硬化前の半製品の硬化後の状態のものなど、弾性係数が事前に十分な精度で把握不可能な測定材料の硬度・強度および弾性係数の計測等に使用するものである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. In the present invention, the UCI (Ultrasonic Contact Impedance) method, which is a method for estimating the hardness of a measurement material from the change in resonance frequency before and after contact with the measurement sensor, is not known for natural materials (stone, aggregate, wood, soil, etc.) and materials. The elastic modulus of the pre-cured semi-finished product such as alloys and hardened materials (such as ready-mixed concrete, mortar, cement paste, plaster, plaster, pre-cured resin, etc.) is grasped with sufficient accuracy in advance. It is used to measure the hardness / strength and elastic modulus of impossible measurement materials.

UCI法は測定材料の硬さを測定センサー接触前後の共振周波数の変化から推定する手法であり、一定周波数で振動するロッドを材料に接触させた場合、材料の圧痕面積と弾性係数に応じて周波数が変化することを利用して、周波数の変化から圧痕面積を逆算し、硬度(=荷重/圧痕面積)を推定する手法である。   The UCI method is a method for estimating the hardness of a measurement material from the change in resonance frequency before and after contact with the measurement sensor. When a rod that vibrates at a constant frequency is brought into contact with the material, the frequency depends on the indentation area and the elastic modulus of the material. This is a method for estimating the hardness (= load / indentation area) by back-calculating the indentation area from the change in frequency using the change in the frequency.

UCI法は、1970年までには確立された技術としてまとまった論文が発表されている。試験機としても、ゼネラル・エレクトリック社やJFEアドバンテック社が販売している。また、試験方法として、ASTMのA1038に規定されている。ただし、これらは材料の硬さを測定する手法であるが、本発明のように強度を測定する手法ではない。   The UCI method has been published as a well-established technology by 1970. Test machines are also sold by General Electric and JFE Advantech. The test method is defined in ASTM A1038. However, these are methods for measuring the hardness of the material, but are not methods for measuring the strength as in the present invention.

UCI法の測定原理は以下となっている。接触センサー(ある周波数で振動している)を測定試料表面に接触させると、接触面積(A)および弾性係数(E)に依存した周波数変化(△f)を生じる。すなわち、f(x)を周波数変化の関数として、△f=f(A、E)が成立する。   The measurement principle of the UCI method is as follows. When a contact sensor (vibrating at a certain frequency) is brought into contact with the surface of the measurement sample, a frequency change (Δf) depending on the contact area (A) and the elastic coefficient (E) is generated. That is, Δf = f (A, E) is established with f (x) as a function of frequency change.

そこで、UCI試験機では周波数変化を測定し、これを次の関係により、硬さに変換している。ビッカース硬さ(HV)は荷重(F)と接触面積(A)の関係から求められ、HV:F/Aである。HVは硬さの指標であるが、F/Aは強度の式と同一であり、強度とも高い相関があると考えられる。よって、硬さの指標を用いることにより、強度推定もできる可能性が高い。   Therefore, the UCI testing machine measures frequency changes and converts them to hardness according to the following relationship. The Vickers hardness (HV) is obtained from the relationship between the load (F) and the contact area (A), and is HV: F / A. HV is an index of hardness, but F / A is the same as the formula of strength, and it is considered that there is a high correlation with strength. Therefore, it is highly possible that the strength can be estimated by using the hardness index.

UCI試験機としては、GE Inspection Technology社製のポータブル硬さ計を使用することができる。測定器の型番はMIC−2101、MIC−2103である。   A portable hardness tester manufactured by GE Inspection Technology can be used as the UCI testing machine. The model numbers of the measuring instruments are MIC-2101 and MIC-2103.

なお、UCI法で硬度(=荷重/圧痕面積)を推定するために、周波数の変化から圧痕面積を逆算できるのは、測定材料の弾性係数が既知だからである。すなわち、UCI法により硬度を推定できるのは、弾性係数の値が十分な精度で事前に把握できている必要がある。しかし、このように弾性係数が事前に把握可能な場合とは、前述したように工業製品などの高度に管理されて製造された材料に限られていた。   In addition, in order to estimate hardness (= load / indentation area) by the UCI method, the indentation area can be calculated backward from the change in frequency because the elastic modulus of the measurement material is known. That is, the hardness can be estimated by the UCI method because the value of the elastic modulus needs to be known in advance with sufficient accuracy. However, the case where the elastic modulus can be grasped in advance as described above is limited to materials that are manufactured under high control such as industrial products as described above.

一方、天然材料や硬化材料は、事前に弾性係数を十分な精度で把握することができない。石材などの天然材料は、少しの採取位置の違いにより弾性係数が大きく変化する可能性があり、コンクリートは養生条件(温度、湿度、脱型時期等)や材齢の違いにより弾性係数は大きく異なる。そのため、精度の良い結果を得るためには、材料そのものの弾性係数を測定する必要があり、事前に弾性係数を定めておくことはできない。   On the other hand, natural materials and hardened materials cannot grasp the elastic modulus with sufficient accuracy in advance. For natural materials such as stone, the elastic modulus may vary greatly depending on slight differences in the sampling position, and for concrete, the elastic modulus varies greatly depending on the curing conditions (temperature, humidity, demolding time, etc.) and age. . Therefore, in order to obtain an accurate result, it is necessary to measure the elastic coefficient of the material itself, and the elastic coefficient cannot be determined in advance.

本発明は、あらかじめ同調合の試験体による強度と弾性係数のデータを得ておき、これに基づいてUCI法の測定値から弾性係数および強度を推定するものである。   In the present invention, data on strength and elastic modulus obtained from a test specimen of the same composition is obtained in advance, and based on this data, the elastic modulus and strength are estimated from the measured values of the UCI method.

先に弾性係数の推定手法について述べる。UCI法が、天然材料や硬化材料を測定するのは困難であることから、これを解決するための手段として、原位置で材料そのものを測定可能な非破壊による弾性係数測定方法が考えられる。この方法としては、超音波法や反発硬度法(シュミットハンマー)などの既存技術があるが、これらはそのための計測機器が必要になること、UCI法の弾性係数との相関を別途検討する必要があるなどの問題点がある。そのため、以下でUCI法の試験機で計測するのに、本発明は測定材料表面に金属板等の挿入材料をあて、その上からロッドを接触させることで、圧痕面積が常に一定になるようにして測定する。   First, the estimation method of the elastic modulus is described. Since it is difficult for the UCI method to measure a natural material or a cured material, a non-destructive elastic modulus measurement method capable of measuring the material itself in-situ can be considered as a means for solving this. As this method, there are existing techniques such as an ultrasonic method and a rebound hardness method (Schmidt hammer). However, these require a measuring instrument, and it is necessary to separately examine the correlation with the elastic modulus of the UCI method. There are some problems. Therefore, in order to measure with a UCI test machine in the following, the present invention applies an insertion material such as a metal plate to the surface of the measurement material, and makes the indentation area constant by bringing the rod into contact therewith. To measure.

ここで挿入材料とは、以下の性質をもつものであり、具体的には金属薄片、薄い樹脂などである。
1.測定材料の弾性係数の違いがロッドの周波数変化に影響を与える程度の薄さを備えていること。また、挿入材料の圧痕が下の測定材料に届かない程度の厚みがあること。
2.圧痕面積が一定となるような工業製品であること。
Here, the insertion material has the following properties, specifically, a metal flake, a thin resin, and the like.
1. It must be thin enough that the difference in elastic modulus of the measurement material affects the frequency change of the rod. In addition, the thickness of the insert material should not reach the measurement material below.
2. Industrial products that have a constant indentation area.

挿入材料の材質や厚みは、測定対象とする材料の弾性係数によって、最適とされるものが異なる。一般的な傾向としては、材質としては圧痕面積が小さい材料(樹脂よりは金属)であり、薄さは下の測定材料に圧痕がつかない程度の厚さを確保できれば、薄いほどよい。このように測定材料によって、挿入材料を変更できる。   The optimum material and thickness of the insertion material differ depending on the elastic coefficient of the material to be measured. As a general tendency, the material is a material with a small indentation area (metal rather than resin), and the thinner the better, as long as the thickness can be secured so that no indentation is formed on the lower measurement material. Thus, the insertion material can be changed depending on the measurement material.

このように、挿入材料を介して測定された振動数の変化値は、測定材料の弾性係数に応じて変化する。事前に、挿入材料を介して測定された振動数の変化値と弾性係数の相関を得ておけば、弾性係数を推定することが可能となる。この場合、例えば、コンクリートの上に挿入材料を載せて得たデータである。   Thus, the change value of the vibration frequency measured through the insertion material changes according to the elastic coefficient of the measurement material. If the correlation between the change value of the frequency measured through the insertion material and the elastic coefficient is obtained in advance, the elastic coefficient can be estimated. In this case, for example, it is data obtained by placing an insertion material on concrete.

次に、硬度および強度の推定手法について説明する。前記天然材料や硬化材料であっても弾性係数が推定できるようになったため、従来のUCI法と組みあわせることにより、硬度および強度を推定することが可能となる。   Next, a method for estimating hardness and strength will be described. Since the elastic modulus can be estimated even with the natural material and the cured material, the hardness and strength can be estimated by combining with the conventional UCI method.

すなわち、以下のステップを経ることで材料の硬度および強度を推定できる。
1.事前にある挿入材料を用いた場合の振動数変化と弾性係数の相関を把握しておく。
2.挿入材料を介して、UCI試験機により測定材料の振動数変化を測定する。
3.振動数変化から、事前に用意した振動数と弾性係数の相関を用いて、弾性係数を決定する。
4.挿入材料を介さず、直接に測定材料の振動数変化を測定する。
5.振動数変化と弾性係数から圧痕面積を推定する。
6.圧痕面積から、硬度または強度を推定する。なお、圧痕面積と硬度または強度の相関は事前に同様の材料により把握しておく。
That is, the hardness and strength of the material can be estimated through the following steps.
1. The correlation between the change in the frequency and the elastic modulus when using an insertion material in advance is grasped.
2. The change in frequency of the measurement material is measured by the UCI tester through the insertion material.
3. From the change in the frequency, the elastic coefficient is determined using the correlation between the prepared frequency and the elastic coefficient.
4). The frequency change of the measurement material is directly measured without using the insertion material.
5. Indentation area is estimated from frequency change and elastic modulus.
6). The hardness or strength is estimated from the indentation area. The correlation between the indentation area and the hardness or strength is grasped in advance using the same material.

前記UCI試験機(MIC20)を用いた具体的計測方法および結果は下記の通りである。
使用する試験機はKrautkramer MIC20という名称で、General Electric社の試験機である。なお、試験機は世界中において数種類あるが、基本的には同じ機器であるため、他の試験機については省く。
機器の一般的な使用方法は以下のようになる。
(1)本体の電源を入れると起動し、測定が可能な状態となる。
(2)測定材料の種類を選択し、弾性係数(E)を決定しておく。
(3)ロッドを測定材料表面に一定荷重(F)で押し付ける。
(4)試験機の内部で、振動数の変化量(Δf)を測定する。
(5)試験機の内部で、A=f(E、Δf) および HV=F/Aの2式の関係から、HVの値を計算し表示する。
Specific measurement methods and results using the UCI testing machine (MIC20) are as follows.
The tester used is named Krautkramer MIC20, a General Electric tester. There are several types of testing machines all over the world, but they are basically the same equipment, so other testing machines are omitted.
The general usage of the equipment is as follows.
(1) When the main body is turned on, it starts and becomes ready for measurement.
(2) Select the type of measurement material and determine the elastic modulus (E).
(3) The rod is pressed against the surface of the measurement material with a constant load (F).
(4) The amount of change in frequency (Δf) is measured inside the testing machine.
(5) Calculate and display the value of HV from the relationship of the two formulas A = f (E, Δf) and HV = F / A inside the testing machine.

本発明の実施では、前述の一般的な使用方法における(2)測定材料の種類を選択し、弾性係数(E)を決定しておくことができない状態を前提とする。この場合、(5)においてHVの値を計算できないことになるので、この問題を以下で具体的に解決する。
(1)本体の電源を入れると起動し、測定が可能な状態となる。
(2)測定材料の種類を仮に鋼材(E)などに設定しておき、内部計算で用いる弾性係数を指定しておく。これは、HVを表示させるために必要なだけであり、測定材料の弾性係数とは無関係に指定してよい。
(3)測定材料とロッドの間に挿入材料を介して、挿入材料の上から一定荷重(F)で押し付ける。
(4)試験機の内部で、振動数の変化(Δf)を測定する。
(5)試験機の内部で、A=f(E、Δf) および HV=F/Aの2式の関係から、HVの値を計算し、表示する。ただし、このように挿入材料を介して測定されたHVの値の大小は、前述した一般的な使用法のようにAの値に従属するのではなく、Eの値に従属することに注意が必要である。挿入材料の影響により、Aの値はほぼ一定値となっているからである。
(6)(5)HVの値は、Eの関数(E=G(HV))となっているため、この関数を事前にキャリブレーションにより把握していれば、材料の弾性係数Eが決定できる。
(7)挿入材料を介さずに、挿入材料の上から一定荷重(F)で押し付ける。
(8)試験機の内部で、振動数の変化(Δf)を測定する。
(9)試験機の内部で、A=f(E、Δf) および HV=F/Aの2式の関係から、HVの値を計算し、表示する。ただし、このときの内部計算に使用されている弾性係数Eは(2)で定めた仮の弾性係数であるため、HVの値は正しい値となっていない。(6)で得られた正しい弾性係数を用いて、HVの値を再計算する。以上で、弾性係数が不定の場合の硬度を高い精度で計測できる。
(10)HVと強度Fcは、ある関数(Fc=H(HV))の関係にあるため、この関数を事前にキャリブレーションにより把握していれば、材料の強度Fcが決定できる。
In the implementation of the present invention, it is assumed that (2) the type of measurement material in the above-described general usage method is selected and the elastic modulus (E) cannot be determined. In this case, since the value of HV cannot be calculated in (5), this problem will be specifically solved below.
(1) When the main body is turned on, it starts and becomes ready for measurement.
(2) Temporarily set the type of measurement material to steel (E) or the like, and specify the elastic coefficient used in the internal calculation. This is only necessary to display the HV and may be specified independently of the elastic modulus of the measurement material.
(3) Press the insertion material between the measurement material and the rod from above the insertion material with a constant load (F).
(4) The change in frequency (Δf) is measured inside the testing machine.
(5) Calculate and display the value of HV from the relationship of the two formulas A = f (E, Δf) and HV = F / A inside the testing machine. However, it should be noted that the magnitude of the HV value measured through the insertion material in this way does not depend on the value of A as in the general usage described above, but depends on the value of E. is necessary. This is because the value of A is almost constant due to the influence of the insertion material.
(6) (5) Since the value of HV is a function of E (E = G (HV)), if this function is grasped in advance by calibration, the elastic modulus E of the material can be determined. .
(7) Press with a constant load (F) from above the insertion material without passing through the insertion material.
(8) The change in frequency (Δf) is measured inside the testing machine.
(9) Calculate and display the value of HV from the relationship of the two formulas A = f (E, Δf) and HV = F / A inside the testing machine. However, since the elastic coefficient E used for the internal calculation at this time is the temporary elastic coefficient determined in (2), the value of HV is not a correct value. Recalculate the value of HV using the correct elastic modulus obtained in (6). As described above, the hardness when the elastic modulus is indefinite can be measured with high accuracy.
(10) Since HV and intensity Fc have a relationship of a certain function (Fc = H (HV)), if this function is grasped in advance by calibration, the intensity Fc of the material can be determined.

弾性係数および強度の異なる材料の測定結果の一例を図1、図2に示す。図1は弾性係数と挿入材料を介したHVの相関、図2は強度とHVの相関(凡例の数値は材齢(日)、測定材料はコンクリート)を示す。   An example of measurement results of materials having different elastic coefficients and strengths is shown in FIGS. FIG. 1 shows the correlation between the elastic modulus and the HV via the insertion material, and FIG. 2 shows the correlation between the strength and the HV (the numerical value in the legend is age (day), and the measurement material is concrete).

試験機の表示値であるHVと弾性係数および強度の間には一定の相関が成立し、測定により弾性係数および強度を推定できることが分かる。なお、「強度とHVの相関」におけるHVの値は、測定値そのままでは仮の弾性係数で計算された値であるため、測定により得られた弾性係数の二乗を乗じて修正している。なお、修正の方法(弾性係数の二乗を乗ずるなど)は、試験機によって異なる。   It can be seen that a certain correlation is established between HV, which is the display value of the testing machine, and the elastic modulus and strength, and the elastic modulus and strength can be estimated by measurement. Note that the value of HV in the “correlation between strength and HV” is a value calculated with a temporary elastic coefficient as it is, and is corrected by multiplying the square of the elastic coefficient obtained by the measurement. Note that the correction method (such as multiplication by the square of the elastic modulus) differs depending on the testing machine.

次に、コンクリートの強度推定を行う手法について説明する。UCI法による測定値は、材料の硬さのほか、材料の表面粗さや弾性係数にも依存するため、材料の弾性係数が時々刻々と変化し、木製型枠を転用するために表面粗さが一定ではないコンクリート表面に適用するには困難を伴う。コンクリートは、金属材料などと異なり、強度と弾性係数が経時によって変化する。   Next, a method for estimating the strength of concrete will be described. The measured value by the UCI method depends not only on the hardness of the material but also on the surface roughness and elastic modulus of the material. Therefore, the elastic modulus of the material changes from moment to moment, and the surface roughness is reduced in order to divert the wooden formwork. It is difficult to apply to non-constant concrete surfaces. Unlike metal materials, concrete changes in strength and elastic modulus over time.

さらに、コンクリートは骨材およびセメントマトリックスの複合材料であるため、UCI法のような局所的な測定では測定点数が少ないと、全体を代表した測定にならない可能性がある。   Furthermore, since concrete is a composite material of an aggregate and a cement matrix, if the number of measurement points is small in the local measurement such as the UCI method, the measurement may not be representative of the whole.

本発明は、これを解決するために、あらかじめ同調合の試験体による強度と弾性係数のデータ(同調合のコンクリートの強度と弾性係数のデータ)を得ておき、それらとUCI法による硬さの測定値との対応をつけておき、この対応を用いてUCI法の測定値から弾性係数および強度を推定する。   In order to solve this problem, the present invention obtains in advance data on strength and elastic modulus (data on the strength and elastic modulus of concrete with the same composition) from the specimens of the same composition, and the hardness of the specimen by the UCI method. A correspondence with the measured value is given, and the elastic modulus and strength are estimated from the measured value of the UCI method using this correspondence.

コンクリートの強度は、コンクリートの耐久性とも相関が高いことが一般に認められている。そのため、本発明手法により強度推定を行うことで、間接的に耐久性の推定も可能になる。耐久性の推定を行う際には、あらためて耐久性と強度の相関のキャリブレーションカーブを取得し、これに従って耐久性の推定を行えばよい。   It is generally accepted that the strength of concrete is also highly correlated with the durability of concrete. Therefore, it is possible to estimate durability indirectly by performing strength estimation using the method of the present invention. When the durability is estimated, a calibration curve of the correlation between the durability and the strength is acquired again, and the durability is estimated according to the calibration curve.

UCI法は測定試料の表面粗さに影響を受けるため、測定試料の表面粗さを均一に調整する必要がある。しかし、施工現場では木製型枠が転用されるため、転用が繰り返された型枠は表面が荒れ、表面粗さがそれぞれ異なってくる。   Since the UCI method is affected by the surface roughness of the measurement sample, it is necessary to uniformly adjust the surface roughness of the measurement sample. However, the wooden formwork is diverted at the construction site, so the surface of the formwork that has been repeatedly diverted is rough and the surface roughness is different.

そこで、本発明は、事前に測定箇所の型枠面に挿入材料として、薄い鉄片等の金属板もしくはビニールシート等の平滑体を挿入材料として貼り付けることで、コンクリート表面の表面粗さが均一になるようにした。さらに、測定点数は最低でも10点以上とする。ビニールシートはアルミテープとは異なり、コンクリートと化学反応を起こさないので、木製型枠表面に貼り付ける材料としては好適である。   Therefore, in the present invention, the surface roughness of the concrete surface is made uniform by pasting a smooth plate such as a metal plate such as a thin iron piece or a vinyl sheet as an insertion material on the mold surface of the measurement location in advance. It was made to become. Further, the number of measurement points is at least 10 points. Unlike an aluminum tape, a vinyl sheet does not cause a chemical reaction with concrete, so it is suitable as a material to be attached to the surface of a wooden formwork.

UCI法による硬さの測定値は、硬さと弾性係数を含んだ指標であるが、UCI法試験機の接触センサーと試料の間に金属板等の挿入材料をはさみこんで測定をした場合、その硬さ測定値は弾性係数と相関の高い値となるため、弾性係数の測定も可能となる。   The measured value of hardness by the UCI method is an index including hardness and elastic modulus, but when an insertion material such as a metal plate is sandwiched between the contact sensor of the UCI method tester and the sample, Since the hardness measurement value has a high correlation with the elastic modulus, the elastic modulus can also be measured.

このように、UCI試験機の硬さ測定値は、接触センサーと測定試料の間に金属薄板などの材料をはさみこんだ場合、接触面積が一定値となる。試験機が測定する振動数変化は、前述したように△f=f(E、A)の相関があるため、Aが一定値であれば、測定値はEのみに依存した値となり、弾性係数を推定することが可能である。あらかじめ、弾性係数と振動数の変化量の相関を得ておけば、弾性係数を高い精度で推定することができる。   As described above, the hardness measurement value of the UCI testing machine has a constant contact area when a material such as a metal thin plate is sandwiched between the contact sensor and the measurement sample. Since the frequency change measured by the testing machine has a correlation of Δf = f (E, A) as described above, if A is a constant value, the measured value depends only on E, and the elastic modulus Can be estimated. If the correlation between the elastic coefficient and the amount of change in frequency is obtained in advance, the elastic coefficient can be estimated with high accuracy.

さらに表面粗さの統一について説明すると、キャリブレーションカーブ作成のデータには強度試験の結果を用いるが、強度試験の試験体はサミットモールドなどのように鋼製型枠であることが一般的であるため、表面粗さが異なる。そのため、表面粗さを木製型枠か鋼製型枠に統一する必要がある。測定の見地からは、表面粗さが小さいほうが精度の高いデータが得られるため、鋼製型枠に統一することが望ましい。そこで、前記のように、測定予定位置の木製型枠表面に金属板またはビニールシート等の平滑体を挿入材料として貼り付けることにより、この問題を解決する。   Further explaining the unification of the surface roughness, the result of the strength test is used for the calibration curve creation data, but the test specimen for the strength test is generally a steel formwork such as a summit mold. Therefore, the surface roughness is different. Therefore, it is necessary to unify the surface roughness to a wooden formwork or a steel formwork. From the point of view of measurement, it is desirable to unify the steel formwork because data with higher accuracy is obtained when the surface roughness is smaller. Therefore, as described above, this problem is solved by sticking a smooth body such as a metal plate or a vinyl sheet as an insertion material to the surface of the wooden formwork at the planned measurement position.

測定の流れを以下に示す。
(1)UCI試験機は市販の試験機を用いる。
(2)事前に測定予定のコンクリートと同調合のコンクリートについて、材齢3、7、14、28、56、91日における圧縮強度、弾性係数、UCI試験機による硬さ計測を行っておき、キャリブレーションカーブを用意する。
The flow of measurement is shown below.
(1) A commercially available testing machine is used as the UCI testing machine.
(2) For concrete of the same composition as concrete to be measured in advance, compressive strength at the age of 3, 7, 14, 28, 56, 91 days, elastic modulus, hardness measurement by UCI testing machine, and calibration Prepare an action curve.

キャリブレーションカーブの範囲内に今後測定する硬さ測定値が入るように、圧縮強度と弾性係数の範囲を定める必要がある。そのため、弱材令からのデータ取得を標準とする。このときの圧縮試験に用いる試験体の養生方法は封緘養生または標準水中養生を標準とする。コンクリートは乾燥すると表面から水分が逸散し、表面と内部で異なる強度および弾性係数となる。UCI法により測定できるのは表面だけであり、内部と表面が異なる強度の試験体ではキャリブレーションカーブを正確に得ることができないため、封緘養生または水中養生を標準とする。   It is necessary to determine the range of compressive strength and elastic modulus so that the hardness measurement value to be measured in the future will be within the range of the calibration curve. For this reason, data acquisition from weak materials is the standard. The specimen curing method used in the compression test at this time is standardly sealed sealing or standard water curing. When concrete is dried, moisture is dissipated from the surface, resulting in different strength and elastic modulus between the surface and the interior. Only the surface can be measured by the UCI method, and a calibration curve cannot be obtained accurately with a specimen having a strength different between the inside and the surface.

(3)測定予定位置のコンクリート型枠表面に金属板やビニールシート等の平滑体を貼り付ける。
表面粗さが測定値に影響をあたえるため、表面粗さが均一になるように測定位置の型枠表面に金属板等を挿入材料として貼り付けるものである。
(3) A smooth body such as a metal plate or a vinyl sheet is attached to the surface of the concrete formwork at the measurement planned position.
Since the surface roughness affects the measured value, a metal plate or the like is pasted as an insertion material on the mold surface at the measurement position so that the surface roughness is uniform.

(4)UCI試験機により表面硬さを測定する。1箇所について10点以上の測定を行う。弾性係数を測定する場合は、金属薄板やビニールシート等の平滑体を挟んだ測定を行う。
UCI試験機は、金属表面の測定であれば、測定値のばらつきも少ないため数点の計測で足りる。しかし、コンクリートのように局所的な強度が大きくことなる複合材料の場合は、測定値のばらつきが大きいため、多数の測定が不可欠となる。
(4) The surface hardness is measured with a UCI testing machine. Measure 10 or more points at one location. When measuring the elastic modulus, measurement is performed with a smooth body such as a thin metal plate or a vinyl sheet interposed therebetween.
If the UCI testing machine is a measurement of a metal surface, measurement of several points is sufficient because there is little variation in measured values. However, in the case of a composite material having a large local strength such as concrete, the measurement values vary greatly, so that a large number of measurements are indispensable.

(5)表面硬さの測定値および弾性係数の推定値から、キャリブレーションカーブを用いてコンクリートの強度推定を行う。
表面硬さの測定値から、キャリブレーションカーブを用いてコンクリートの強度推定を行う。
(5) The concrete strength is estimated using the calibration curve from the measured value of the surface hardness and the estimated value of the elastic modulus.
The concrete strength is estimated from the measured surface hardness using a calibration curve.

図2に、E2・HVと圧縮強度の相関の実験データを示す。Eは測定時における試料の弾性係数であり、HVはUCI試験機によるビッカース硬さの測定値である。試験体にはモルタル試料を用いている。図より、E2・HVと圧縮強度には比例関係があり、UCI試験機によりHVを測定すれば、強度推定が可能となる。Eの値は、事前に把握するか、試料との間に金属薄板などを挟んで計測したビッカース硬さの値から推定する。 FIG. 2 shows experimental data on the correlation between E 2 · HV and compression strength. E is an elastic modulus of the sample at the time of measurement, and HV is a measured value of Vickers hardness by a UCI tester. A mortar sample is used as a test specimen. From the figure, there is a proportional relationship between E 2 · HV and compressive strength, and strength can be estimated by measuring HV with a UCI tester. The value of E is grasped in advance or estimated from the value of Vickers hardness measured with a thin metal plate or the like sandwiched between the sample and the sample.

なお、実験データはW/C=65、55、45%の試料のデータであり、測定材齢も打設後3日、7日、14日と異なっている。それにも関わらず、すべてのデータが概ね一直線上にあることは、調合や材齢の違いは強度推定に大きな影響を与えないことを示す。そのため、測定時の材齢や調合の違いについては、特に気にすることなく測定できる。   In addition, experimental data are data of the sample of W / C = 65, 55, 45%, and the measurement material age is also different from 3 days, 7 days, and 14 days after placement. Nevertheless, the fact that all data are generally in a straight line indicates that differences in blending and age do not significantly affect strength estimation. Therefore, it can measure without worrying about the age at the time of measurement and the difference in preparation.

図1は、弾性係数と金属薄板やビニールシート等の平滑体を挟んだ測定値HV´との相関を示すグラフで、この相関を用いることで、測定材料の弾性係数を推定することができる。   FIG. 1 is a graph showing a correlation between an elastic coefficient and a measured value HV ′ sandwiching a smooth body such as a metal thin plate or a vinyl sheet. By using this correlation, the elastic coefficient of the measurement material can be estimated.

なお、コンクリートの耐久性については、コンクリートの強度は、コンクリートの耐久性とも相関が高いことが一般に認められているので、本手法により強度推定を行うことで、間接的に耐久性の推定も可能になると考えられる。耐久性の推定を行う際には、あらためて耐久性と強度の相関のキャリブレーションカーブを取得し、これに従って耐久性の推定を行えばよい。   Regarding the durability of concrete, it is generally accepted that the strength of concrete has a high correlation with the durability of concrete, so it is possible to estimate the durability indirectly by estimating the strength using this method. It is thought that it becomes. When the durability is estimated, a calibration curve of the correlation between the durability and the strength is acquired again, and the durability is estimated according to the calibration curve.

前記弾性係数を推定する場合は、挿入材料を介して測定するが、一方、強度および硬度を測定する場合には、挿入材料を介さずに測定する。(ただし、強度および硬度を測定する場合には、弾性係数が必要となるので、併せて挿入材料を介した測定も必要となる。 When the elastic modulus is estimated, the measurement is made through the insertion material, while when the strength and hardness are measured, the measurement is made without using the insertion material. (However, when measuring strength and hardness, an elastic modulus is required, and therefore measurement through an insertion material is also required.

測定している物性が異なるので、強度を推定する場合には、挿入材料を介さずに測定する。   Since the physical properties being measured are different, when the strength is estimated, the measurement is performed without using an insertion material.

本発明のコンクリート等弾性係数が不知の材料のUCI法による測定方法で、弾性係数と挿入材料を介したHVの相関図である。It is a correlation diagram of HV through an elastic coefficient and an insertion material by the measuring method by the UCI method of a material with an unknown elastic coefficient of concrete of the present invention. 本発明のコンクリート等弾性係数が不知の材料のUCI法による測定方法で、強度と挿入材料を介さないHVの相関図(凡例の数値は材齢(日)、測定材料はモルタル)である。It is a measurement method by UCI method of the material whose elastic modulus is unknown, such as concrete according to the present invention, and is a correlation diagram of strength and HV not using an insertion material (the numerical value in the legend is age (day), and the measurement material is mortar).

Claims (3)

測定材料の硬さを測定センサー接触前後の共振周波数の変化から推定する手法であるUCI(Ultrasonic Contact Impedance)法を使用するもので、測定材料表面とロッドの間に、圧痕面積が一定となる、また、天然材料(石材、骨材、木材、土など)や材料が不明の合金や、硬化材料(生コンクリート、モルタル、セメントペースト、石膏、漆喰、硬化前の樹脂等)等硬化前の半製品の硬化後の状態のものなど、弾性係数が事前に把握不可能な測定材料に圧痕がつかない程度の厚さを確保できるような厚さである、工業製品の薄い挿入材料を挟み込んで測定し、振動数変化から、事前に用意した振動数と弾性係数の相関を用いて、弾性係数を決定することを特徴としたコンクリート等弾性係数が不知の材料のUCI法による測定方法。 The UCI (Ultrasonic Contact Impedance) method is used to estimate the hardness of the measurement material from the change in resonance frequency before and after contact with the measurement sensor . The indentation area is constant between the measurement material surface and the rod. Semi-finished products such as natural materials (stone, aggregate, wood, soil, etc.) and alloys whose materials are unknown, and hardened materials (such as ready-mixed concrete, mortar, cement paste, plaster, plaster, and resin before curing) Measured with a thin insert material of industrial products sandwiched between the measurement materials whose elastic modulus cannot be grasped in advance, such as those in the state after curing, that can secure a thickness that does not cause indentation. A method of measuring a material having an unknown elastic coefficient, such as concrete, using the UCI method, wherein an elastic coefficient is determined from a change in frequency using a correlation between a previously prepared frequency and an elastic coefficient. 事前にある挿入材料を用いた場合の振動数変化と弾性係数の相関を把握しておき、挿入材料を介して、UCI試験機により測定材料の振動数変化を測定し、振動数変化から、事前に用意した振動数と弾性係数の相関を用いて、弾性係数を決定する請求項1の測定方法を用いて、
挿入材料を介さず、直接に測定材料の振動数変化を測定し、振動数変化と弾性係数から圧痕面積を推定し、
圧痕面積から、事前に同様の材料により把握しておいた圧痕面積と硬度または強度の相関をもとに、硬度または強度を推定することを特徴としたコンクリート等弾性係数が不知の材料のUCI法による測定方法。
Understand the correlation between the change in frequency and the elastic modulus when using an insert material in advance, measure the change in frequency of the measurement material with the UCI tester via the insert material, Using the measurement method according to claim 1, wherein the elastic coefficient is determined using the correlation between the frequency and the elastic coefficient prepared in
Measure the frequency change of the measurement material directly without using the insertion material, estimate the indentation area from the frequency change and elastic modulus,
The UCI method for materials with unknown elastic modulus, such as concrete, characterized by estimating the hardness or strength based on the correlation between the indentation area and the hardness or strength obtained from the same material in advance. Measurement method.
コンクリート表面の強度推定方法として、測定予定位置のコンクリート型枠表面に工業製品の薄い挿入材料を貼り付け、事前に測定予定のコンクリートと同調合のコンクリートについて、種々の材齢における圧縮強度、弾性係数、UCI試験機による硬さ計測を行っておき、キャリブレーションカーブを用意し、表面硬さの測定値および弾性係数の推定値から、キャリブレーションカーブを用いてコンクリートの強度推定を行う請求項1または請求項2記載のコンクリート等弾性係数が不知の材料のUCI法による測定方法。   As a method for estimating the strength of the concrete surface, a thin insert of an industrial product is affixed to the surface of the concrete formwork at the planned measurement position, and the compressive strength and elastic modulus at various ages for concrete of the same composition as the concrete to be measured in advance. The hardness measurement by the UCI test machine is performed, a calibration curve is prepared, and the strength of the concrete is estimated using the calibration curve from the measured value of the surface hardness and the estimated value of the elastic modulus. The measuring method by the UCI method of the material whose elastic modulus is unknown, such as concrete according to claim 2.
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