JP6093951B2

JP6093951B2 - コンクリート構造部材の深さ方向性状測定方法及び装置

Info

Publication number: JP6093951B2
Application number: JP2013080225A
Authority: JP
Inventors: 忠阿部; 真希子高野
Original assignee: Nihon University
Current assignee: Nihon University
Priority date: 2013-04-08
Filing date: 2013-04-08
Publication date: 2017-03-15
Anticipated expiration: 2033-04-08
Also published as: JP2014202657A

Description

本発明は、コンクリート構造物等を構成する部材について、コンクリートの性状、例えば、コンクリート強度、中性化、塩化物イオン量、水平ひび割れを深さ方向に測定する装置及び診断する装置及び方法に関するものである。

道路橋などのコンクリート構造物は数十年経過すると表面の微細なひび割れから雨水や二酸化炭素が浸入して徐々に劣化が進行し、車両の通行により劣化が促進されている。このような劣化現象は複数の要因によるものである。劣化したコンクリート構造物を既定の供用年数を維持管理するためには、劣化により性能が低下したコンクリートを適切に診断し、脆弱したコンクリートを適切に処理し、それを補強する対策が重要となっている。そこで、劣化したコンクリートの表面および内部処理を適切に施すためには、コンクリート構造物を構成するコンクリート部材の性状を深さ方向にできるだけ正確に診断する必要がある。また、コンクリート構造物全体の強度、余寿命の推定など、その他の様々な用途においても、コンクリート部材の深さ方向の性状をできるだけ詳細に診断する必要がある。

従来、コンクリート部材の性状は、構造物から採取した直径１００ｍｍ、高さ２００ｍｍの柱状サンプルを用いた試験により診断していた。ところが、この方法では、性状を診断するために、対象となるコンクリート構造物が建造された場所（以下、建造場所という）から試験施設まで柱状サンプルを運搬し、その後、施設内で試験を行う必要があった。そのため、測定結果を得るまでに時間がかかるという問題があった。そこで、性状診断の対象となるコンクリート部材で構成されたコンクリート構造物の建造場所において、コンクリート部材の性状を計測し、短時間で計測結果を得るための様々な手法が提案されている。

例えば、特開２００８−１２８８３１号公報には、既存のコンクリート構造物を砥石ビットにより一定の推進力で切削しながら砥石ビットの切削速度を計測し、この計測値に基づいてコンクリート強度を推定する方法が提案されている。

また、特開２００３−１４９１０６号公報には、コンクリート構造物をコア貫入する際の貫入反力、貫入深さ、採取したコア（柱状サンプル）表面の骨材分布を用いて、コンクリート構造物の貫入深さ方向のコンクリート・モルタル強度分布を求める方法が提案されている。

特開２００８−１２８８３１号公報特開２００３−１４９１０６号公報

建造場所でコンクリート部材の性状を計測するための従来の手法において得ることのできるデータの多くは、上記方法も含めてコンクリート部材の平均化された強度に関するものであった。しかしながら、建設後数十年経過したコンクリート構造物は、コンクリート表面から劣化の進行や、施工不良によるコンクリート内部の性状バラツキ、さらには荷重負荷による水平ひび割れなど多くの劣化要因が複合されている。このようなコンクリート構造および部材はコンクリートの性状を深さ方向にできるだけ正確に測定する必要がある。従って、柱状サンプルを採取しながら表面から深さ方向の強度を計測し、それを深さ方向に示す必要がある。また、柱状サンプル採取時に発生するコンクリート粉体からも性状診断も同時に診断できる方法が望ましいといえる。

そして、コンクリート構造物の強度を計測するための柱状サンプルとしては、一般的に、直径１００ｍｍ、高さ２００ｍｍのものが採取され、強度試験が行われている。ところが、この手法では、鉄筋などが配置されているコンクリート橋梁などにおいて鉄筋が切断されたり、構造物の強度を低下させたりするなどの悪影響を与えることから、構造物の管理者が採取を懸念する場合が多い。また、採取後の処理方法は、その構造物の耐荷力にも大きく影響するものである。その一方、径の小さい柱状サンプル（小径コア）を採取することは難しく、例えば、上記特許文献２に開示されている方法においても、柱状サンプルの寸法や、小径の柱状サンプルを採取するための具体的な手法は開示されていない。採取する柱状サンプルの径を小さく抑えるために有効な具体的手法は提案されていないのが実情である。

そこで、本発明は、コンクリートの性状を深さ方向に測定するために必要となる試料を採取しながら、建造場所において即座に計測結果を得ることができ、しかも構造物に与える損傷を小さく抑えることができる、コンクリート部材の深さ方向性状測定方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明に係るコンクリート部材の深さ方向性状測定方法では、環状の刃を先端に有する削孔手段の内部に設けられ前記先端で開口する空間に加圧流体を供給しながら、前記削孔手段を回転させるとともに計測対象物に押し当て、前記回転の速度と前記押し当ての力を調整しながら前記計測対象物を一定の速度で掘削する。また、前記加圧流体を前記削孔手段の先端から噴出させ前記削孔手段の側面に沿って周辺の切削粉を同伴させながら削孔の開口を介して前記削孔から流出させ、前記削孔から流出した前記加圧流体に同伴する前記切削粉を前記削孔の外で回収する。更に、前記削孔手段の貫入反力及び前記削孔手段を駆動させるための負荷を前記削孔手段の到達している深さと関係付けながら計測する。そして、前記貫入反力及び前記負荷の計測値に基づき、前記計測対象物の表面からの深さに対応する圧縮強度を算出して表示する。

また、本発明に係るコンクリート部材の深さ方向性状測定装置は、環状の刃を先端に有する削孔手段と、前記削孔手段を回転させるとともに計測対象物に押し当てる駆動手段と、前記削孔手段の内部に設けられ前記先端で開口する空間に加圧流体を供給する流体供給手段と、前記削孔手段の先端から噴出した前記加圧流体に伴って削孔の開口から流出する切削粉を回収する回収手段と、前記削孔手段の貫入反力を前記削孔手段の到達している深さと関係付けながら測定する反力計測手段と、前記駆動手段の負荷を前記削孔手段の到達している深さと関係付けながら測定する負荷計測手段と、前記反力計測手段及び前記負荷計測手段で得られた計測値に基づき、前記計測対象物の表面からの深さに対応する圧縮強度を算出する演算手段と、前記演算手段により算出された結果を表示する表示手段を備える。

なお、前記演算手段は、算出された結果を記憶する記憶部を備えるものであってもよい。また、前記環状の刃の内径は、前記計測対象物に使用されている粗骨材の粒径に基づいて決定されてもよい。

本発明によれば、環状の刃を先端に有する削孔手段の内部に設けられ先端で開口する空間に加圧流体を供給するとともに、その加圧流体を削孔手段の先端から噴出させ、削孔手段の側面に沿って周辺の切削粉を同伴させながら削孔の開口から流出させることで、発生する切削粉による回転能力への影響を低減できる。一方、削孔手段の回転速度と計測対象物への押し当ての力が調整され、計測対象物に対する掘削速度は一定に保たれる。そのため、発生する切削粉の影響を受けることなく、速度一定の掘削を安定して円滑に進められることが可能となり、削孔の径を小さく抑えることができる。しかも、削孔手段の貫入反力及び削孔手段を駆動させるための負荷が計測され、その計測値に基づき、計測対象物の表面からの深さに対応する圧縮強度が算出され表示されるため、建造場所において即座に計測結果を得ることができ、コンクリート部材の深さ方向の性状を即座に測定することもできる。

また、削孔から流出した加圧流体に同伴する切削粉は、削孔の外で回収されるため、この切削粉を粉試料として利用し分析試験を行うことにより、切削粉が回収された深さ方向の性状を把握することができる。なお、穿孔により生じる切削粉は回収されることから、削孔作業が与える環境への負荷を低減できるという利点もある。

加圧流体は気体であっても液体であってもよい。いずれの場合であっても、掘削時の摩擦力は、削孔手段の内部に供給される加圧流体により低減される。ただし、加圧流体として気体を使用した場合、切削粉を粉試料として容易に回収できる利点がある。また、従来の柱状サンプル採取において切削に用いられた手法のように水を使用する必要がないため、施工性がよく、施工の省力化・合理化を図ることができるという利点もある。

本発明に係るコンクリート部材の深さ方向性状測定装置の概略構成図である。削孔手段の環状の刃を拡大して示す斜視図である。本発明に係るコンクリート部材の深さ方向性状状測定方法により得られる測定結果を示し、コンクリート部材の圧縮強度と深さ方向の強度分布を示すグラフである。

図１を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
まず、本発明に係るコンクリート部材の深さ方向性状測定装置について説明する。図１に示す、コンクリート部材の深さ方向性状測定装置は、固定台２０、反力柱３０、電動式インバータモータ４０、ビット５０、反力モータ６０、エアー挿入部７０、エアー排出部８０、粉試料格納部９０、計測部１００により構成されている。

固定台２０は、固定ボルトを介して計測対象物１０に固定される。ただし、固定法に制限はなく、他の公知の方法により固定すればよい。反力柱３０は、固定台２０から演出しており、固定台２０から所定長さの位置に反力モータ６０が取り付けられている。

反力モータ６０には、電動式インバータモータ４０が結合され、本発明の駆動手段を構成している。電動式インバータモータ４０の回転軸にはビット５０が固定され、電動式インバータモータ４０によりビット５０を回転させた状態で、反力モータ６０により、電動式インバータモータ４０に負荷（計測対象物１０の表面に対するビット５０を押し付ける力）を与えるものとなっている。

ビット５０は、本発明の削孔手段に相当するもので、図２に示すように、鋼製の中空円筒で形成されている。そして、先端には、周方向に所定間隔を開けて複数の突部５２が設けられ、この突部５２の端面にはダイヤモンド粉粒５３が固着されている。そして、これら突部５２が、本発明の環状の刃を構成している。ただし、ビット５０の材質は、先端の刃が、コンクリート部材の性状測定に必要な切削を行うことのできる硬度を持つものであれば、その材質に制限はなく、その他の材質を適宜選択してもよい。なお、図２において、突部５２は、本発明の理解を容易にするために拡大して示されており、その他の部分との相対関係は正確ではない。

中空部５１の半径Ｒは、計測対象物１０に使用された粗骨材の粒径を考慮した寸法とされ、周壁５４の厚みｔは５ｍｍとされている。なお、この実施例では、半径Ｒが７．５ｍｍ、１５ｍｍ、及び２７．５ｍｍの３種類のビット５０が用意されており、状況に応じて適切なものを選択し、取り付けて使用するものとなっている。例えば、使用されている粗骨材の粒径が２５ｍｍ以下であれば半径Ｒが１２．５ｍｍのビット５０を、粒径が５０ｍｍ以下であれば半径Ｒが２７．５ｍｍのビット５０を用いる。ただし、中空部５１の半径Ｒは、計測対象物１０となるコンクリート部材に与える損傷をできるたけ小さく抑えるため、コンクリート構造物に配合される骨材寸法を考慮すると、３０ｍｍ以下にすることが好ましい。

この実施例のビット５０によれば、中空部５１の半径Ｒを７．５ｍｍとすれば、１回転の切削で３１４ｍｍ^２の範囲の性状から評価されることになる。同様に、半径Ｒを１５ｍｍとすれば、５４９．５ｍｍ^２の範囲の性状から評価され、半径Ｒを２７．５ｍｍとすれば、面積９４２ｍｍ^２の範囲の性状が評価されることになる。

エアー挿入部７０は、本発明の流体供給手段に相当し、圧縮空気が充填されたエアータンクを備え、電動式インバータモータ４０からビット５０を通じてビット５０の先端まで空気を圧入する。

エアー抽出部８０は、削孔１１１の開口を覆う粉試料格納室９０に連通している。粉試料格納室９０は、本発明の回収手段に相当し、内部の空気がエアー抽出部８０により吸引される。穿孔によって生じた切削粉は、ビット５０の先端に圧入された空気に伴って削孔１１１の開口から吸い出され、周囲に飛散することなく粉試料格納室９０の中に回収される。

計測部１００は、本発明の演算手段に相当する演算処理装置と、本発明の表示手段に相当するディスプレイを備えている。そして、電動式インバータモータ４０及び反力モータ６０の電圧値と電流値が入力されている。更に、反力モータ６０に設けられた図示しない反力モーメント測定部からの反力モーメント（本発明の貫入反力に相当）に関するデータが入力されている。なお、計測部１００としては、公知のパーソナルコンピュータを使用することができる。

この装置を使用し、コンクリート部材の深さ方向性状を測定するためには、電動式インバータモータ４０の回転数に対して一定の力で負荷する反力モータ６０を連動させ、これを制御しなら削孔すればよい。なお、削孔中は、エアー挿入部７０から、電動式インバータモータ４０とビット５０を通じてビット５０の先端まで空気を圧入する。また、紛試料格納室９０内部の空気をエアー抽出部８０により吸引し、穿孔によって生じた切削粉を、ビット５０の先端に圧入された空気とともに削孔１１１の開口から吸い出し、周囲に飛散させることなく紛試料格納室９０の中に回収する。

削孔時に計測部１００では、電動式インバータモータ４０の消費電力、電圧と、反力モータ６０から得られる反力モーメントの関係から得られるデータに補正係数を導入して圧縮強度を得て、コンクリート表面から深さ方向の圧縮強度をディスプレイに表示する。表示される画像の例を図３に示す。そして、この表示により、建造場所において即座に計測結果を得ることができ、コンクリート部材の深さ方向の強度を即座に診断することもできる。

紛試料格納室９０に回収した紛体は、計測対象物１０の物性値（塩化物イオン量など）の診断に用いることができる。この紛体は、ビット５０の到達深度と関係付けながら採取することが好ましく、その場合、深さ方向の物性を得ることができる。

切削深さは、計測対象物１０の状態に応じて適宜決定すればよい。例えば、海岸近くに建造された構造物のコンクリート部材を計測対象物１０とするときは、塩による浸食の激しいことが予測されるため、できるだけ深い部位までの切削を行う。なお、この実施例では、深さ方向に３００ｍｍ程度の切削が可能となっている。

削孔により平面視環状の孔の空いた計測対象物１０は、設計時の強度が確保できる強度を有する材料、例えば、接着剤と合わせた速硬セメントモルタルで修復し現状復帰させる。

修復作業により計測対象物１０の設計時の強度を復帰させることでできる場合には、平面視環状の孔の中央に形成される柱状部分１１０を試料として採取してもよい。このときの柱状試料は、劣化診断用（塩化物イオン量、中性化、圧縮強度、弾性係数等）に使用することができる。

１０計測対象物
２０固定台
３０反力柱
４０電動式インパルスモータ
５０ビット
５１中空部
５２突部
５３ダイヤモンド粉粒
５４周壁
６０反力モータ
７０エアー挿入部
８０エアー排出部
９０紛試料格納室
１００計測部
１１０柱状部分
１１１削孔

Claims

環状の刃を先端に有する削孔手段の内部に設けられ前記先端で開口する空間に加圧流体を供給しながら、前記削孔手段を回転させるとともに計測対象物に押し当て、前記回転の速度と前記押し当ての力を調整しながら前記計測対象物を一定の速度で掘削し、
前記加圧流体を前記削孔手段の先端から噴出させ前記削孔手段の側面に沿って周辺の切削粉を同伴させながら削孔の開口を介して前記削孔から流出させ、前記削孔から流出した前記加圧流体に同伴する前記切削粉を前記削孔の外で回収し、
前記削孔手段の貫入反力及び前記削孔手段を駆動させるための負荷を前記削孔手段の到達している深さと関係付けながら計測し、
前記貫入反力及び前記負荷の計測値に基づき、前記計測対象物の表面からの深さに対応する圧縮強度を算出して表示する
ことを特徴とするコンクリート部材の性状測定方法。
前記環状の刃の内径を、前記計測対象物に使用されている粗骨材の粒径に基づいて決定する請求項１に記載のコンクリート部材の性状測定方法。
環状の刃を先端に有する削孔手段と、前記削孔手段を回転させるとともに計測対象物に押し当てる駆動手段と、前記削孔手段の内部に設けられ前記先端で開口する空間に加圧流体を供給する流体供給手段と、前記削孔手段の先端から噴出した前記加圧流体に伴って削孔の開口から流出する切削粉を回収する回収手段と、前記削孔手段の貫入反力を前記削孔手段の到達している深さと関係付けながら測定する反力計測手段と、前記駆動手段の負荷を前記削孔手段の到達している深さと関係付けながら測定する負荷計測手段と、前記反力計測手段及び前記負荷計測手段で得られた計測値に基づき、前記計測対象物の表面からの深さに対応する圧縮強度を算出する演算手段と、前記演算手段により算出された結果を表示する表示手段を備えることを特徴とするコンクリート部材の性状測定装置。
前記環状の刃の内径が前記計測対象物に使用されている粗骨材の粒径に基づいて決定されている請求項３に記載のコンクリート部材の性状測定装置。