JP6498055B2 - フレッシュコンクリートの圧送性能評価システム - Google Patents

Description

本発明は、フレッシュコンクリートの圧送性能評価システムに関するものであり、詳しくは、コンクリート輸送管を用いて圧送するフレッシュコンクリートの圧送性能を評価することにより、当該コンクリート輸送管の閉塞等を防止するためのシステムに関するものである。

橋梁上部工のように、コンクリートポンプ車から離れた場所でコンクリートを打設しなければならない工事では、コンクリートの打設位置までコンクリート輸送管を配設して、フレッシュコンクリートを圧送する必要がある。ここで、コンクリート輸送管（配管）の延長距離が長い場合や、圧送するフレッシュコンクリートの品質によってはコンクリート輸送管が閉塞するおそれがある。以下、コンクリートを打設するために配設したコンクリート輸送管を配管と称して説明を行う。

コンクリート構造物の構築において、コンクリートの打設中に生じる配管の閉塞は、構造物に不具合（未充填やコールドジョイント）を生じさせる危険性を高めるため、品質低下を招く大きな要因となる。また、急激な配管閉塞に伴う事故が発生（配管破裂）するおそれがある。また、閉塞した配管の復旧及び撤去には多大な労力と費用を要する。

このような不都合に対応するため、配管を２系統配設することにより、いずれか一方の配管が閉塞した場合には、他方の配管に切り替えてフレッシュコンクリートを圧送しているのが現状である。

また、フレッシュコンクリートを圧送する配管の閉塞を監視するための装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載された技術は、配管の外壁側にアコースティックエミッションセンサを取り付け、圧送中のフレッシュコンクリートと配管の内壁との摩擦音を検出することにより、フレッシュコンクリートの材料が分離しているか否かを判断する装置である。

具体的には、コンクリート材料分離判断手段により、アコースティックエミッションセンサが検出した摩擦音に基づいて、フレッシュコンクリートの材料が分離しているか否かを判断し、判断結果を監視結果出力手段に出力するようになっている。

フレッシュコンクリートが良好な状態で、骨材がモルタルに覆われている場合には、配管内をフレッシュコンクリートが円滑に圧送され、フレッシュコンクリートと配管との摩擦音は小さい。一方、骨材とモルタルが分離すると、骨材が配管の内壁に衝突して摩擦力が高まり、配管の閉塞を招くおそれがあると判断することができるとしている。

特開平９−２１８１８３号公報

上述した特許文献１に記載された技術は、コンクリートの材料分離（骨材とモルタルの分離）を判断する際に、閉塞が生じ易い箇所（例えば、ベント管と直管の接続部やフレキシブルホースと直管の接続部）に設けたセンサにより摩擦音を収集し、音量が大きな順でソートする。そして、管理者が、逐次閉塞トラブルが生じているか否かを調査し、閉塞トラブルが実際に発生していた場合には、フレッシュコンクリートの配合割合や使用材料を変更することにより、配管の経路をより適切なものとするなどの措置を取るとしている。

しかし、このような配管の閉塞管理方法は現実的ではない。すなわち、特許文献１に記載された技術を用いたとしても、コンクリートの配合や圧送速度、圧送経路などのように、配管との間に生ずる摩擦音に強く影響すると思われる要因への対処について工学的な判断を行うには不十分である。

仮に、ベント管と直管の接続部やフレキシブルホースと直管の接続部など、ポンプ車から離れた位置における閉塞を検知できたとしても、既に圧送に不向きなコンクリート（閉塞を引き起こす可能性の極めて高いコンクリート）が配管に充填されており、検知後に圧送を再開することが極めて困難な状態となることが容易に推察される。

本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、配管を用いて圧送するフレッシュコンクリートの圧送性能を正確かつ適切に評価することにより、配管の閉塞を未然に防止することが可能なフレッシュコンクリートの圧送性能評価システムを提供することを目的とする。

本発明のフレッシュコンクリートの圧送性能評価システムは、上述した目的を達成するため、以下の特徴点を有している。すなわち、本発明のフレッシュコンクリートの圧送性能評価システムは、コンクリートポンプ車から配管を介して送出するフレッシュコンクリートの圧送性能を評価するためのシステムであって、計測手段と、評価手段を備えたことを特徴とするものである。

計測手段は、フレッシュコンクリート中に含まれる細骨材や粗骨材が、配管又はコンクリートポンプ車のシリンダに接触する際に生じる力を、振動計、加速度計、電気を発生するセンサ（例えば、発電素子や圧電素子）、変位計、ひずみ計、圧力計、流量計、速度計のうちの２種類以上のセンサを用いて計測するための手段である。

評価手段は、計測手段により計測した情報である、波形、周波数、加速度、振幅、電流、電圧、抵抗、エネルギー、変位、ひずみ、圧力、流量、流速のうち、計測に用いたセンサに対応する情報を用いて、フレッシュコンクリートの圧送性能及び配管における閉塞発生の可能性を評価するための手段である。

また、上述した構成からなるフレッシュコンクリートの圧送性能評価システムにおいて、センサは、任意の離隔を持って多点の計測位置に設置し、評価手段は、多点の計測位置で計測した情報を用いて、配管に発生する閉塞の範囲や位置を特定することが可能である。

また、上述した構成からなるフレッシュコンクリートの圧送性能評価システムにおいて、計測手段は、コンクリートポンプ車の近傍に取り付けることが可能である。

また、上述した構成からなるフレッシュコンクリートの圧送性能評価システムにおいて、磁石式冶具を用いて、センサを計測位置に取り付けることが可能である。

また、上述した構成からなるフレッシュコンクリートの圧送性能評価システムにおいて、配管にセンサを取り付ける際に、配管の水平位置よりも下方にセンサを取り付けることが好ましい。

本発明に係るフレッシュコンクリートの圧送性能評価システムによれば、フレッシュコンクリートの圧送工程において発生する種々のデータの中から当該圧送システムを評価する上で適切な情報を用いて、圧送性能を評価することができるので、正確な評価を行うことができる。また、複数のデータを用いて評価を行うことにより、さらに評価の正確性を高めることができる。

また、コンクリートポンプ車の近傍に計測手段を取り付けることにより、早期にコンクリートポンプ車から圧送されるフレッシュコンクリートの圧送性能を知ることができる。また、磁石式治具を用いてセンサを計測位置に取り付けることにより、センサの着脱を容易に行うことができる。さらに、配管の水平位置よりも下方にセンサを取り付けることにより、フレッシュコンクリートの圧送状態に関する情報を確実に検知することができる。

上述したように、本発明に係るフレッシュコンクリートの圧送性能評価システムを用いることにより、配管の閉塞を未然に防止し、作業効率を高めることができるだけではなく、構造物の品質を高めることができる。また、圧送作業の安全性を高めることができる。

本発明に係るフレッシュコンクリートの圧送性能評価システムを構成する機能手段のブロック図。 センサの配設位置を説明する説明図。 センサの取付治具の模式図。

以下、図面を参照して、本発明に係るフレッシュコンクリートの圧送性能評価システム（以下、圧送性能評価システムと略記する）の実施形態を説明する。図１〜３は本発明の実施形態に係る圧送性能評価システムを説明するもので、図１は圧送性能評価システムのブロック図、図２はセンサの配設位置を説明する説明図、図３はセンサの取付治具の模式図である。

＜圧送性能評価システムの概要＞
本発明の実施形態に係る圧送性能評価システム１０は、図１及び図２に示すように、コンクリートポンプ車１００から配管４０を介して送出するフレッシュコンクリートの圧送性能を評価するためのシステムであって、フレッシュコンクリート中に含まれる細骨材（砂）や粗骨材（砂利）が、配管４０又はコンクリートポンプ車１００のシリンダ１１０に接触する際に生じる力を計測する計測手段２０と、計測手段２０により計測した情報に基づいて、フレッシュコンクリートの圧送性能及び配管４０における閉塞発生の可能性を評価する評価手段３０とを備えている。

例えば、橋梁上部工のように、コンクリートポンプ車１００から離れた場所でコンクリートを打設しなければならない工事では、コンクリートの打設位置まで配管４０を配設して、フレッシュコンクリートを圧送する必要がある。この場合、フレッシュコンクリートの圧送経路には、コンクリートポンプ車１００においてフレッシュコンクリートを送り出すためのシリンダ１１０と、このシリンダ１１０に連通接続された配管４０があり、また配管４０には、直管、ベント管、フレキシブル管等がある。また、フレッシュコンクリートの圧送経路は、図２に示すように、水平、打ち上げ、打ち下げ、屈曲等のように、一定傾斜かつ直線的ではない。さらに、圧送するフレッシュコンクリートは、セメント、水、細骨材、粗骨材、その他の添加材等の配合割合に応じて、圧送経路における摩擦抵抗値等が異なる。

本発明の実施形態に係る圧送性能評価システム１０は、現場毎に多種多様な態様でコンクリートを打設しなければならないという実情に対応することができるシステムであり、コンクリートポンプ車１００から配管４０を介して送出するフレッシュコンクリートの圧送性能を正確かつ適切に評価することにより、配管４０の閉塞を未然に防止することができる。

＜計測手段＞
計測手段２０は、振動計、加速度計、電気を発生するセンサ（例えば、発電素子や圧電素子等のように、振動に関わって電気を発生するセンサ）、変位計、ひずみ計、圧力計、流量計、速度計（変形や圧力に関わるセンサ）のうちの１種類、あるいは２種類以上を用いる。各センサは、フレッシュコンクリート中に含まれる細骨材や粗骨材が、配管４０又はコンクリートポンプ車１００のシリンダ１１０に接触する際に生じる力を計測するための装置であり、計測情報を評価手段３０における評価に用いる。

なお、変位計又はひずみ計による計測とは、配管４０の周方向および軸方向における計測のことである。また、計測手段２０により計測する情報は、フレッシュコンクリート中に含まれる細骨材や粗骨材が、配管４０又はコンクリートポンプ車１００のシリンダ１１０に接触する際に生じる力に関するものである。また、計測手段２０により計測した情報の評価に際しては、計測値そのものに加えて、時間的な変化や形状などの情報を用いることもある。

＜評価手段＞
評価手段３０は、計測手段２０により計測した情報を取得して、各情報の種類に応じた評価を行うことにより、フレッシュコンクリートの圧送性能及び配管４０における閉塞発生の可能性を評価する。計測手段２０は、上述した各センサのうちの少なくとも１種類あるいは２種類以上の組み合わせからなり、評価に用いる情報は、これらのセンサにより取得する波形、周波数、加速度、振幅、電流、電圧、抵抗、エネルギー、変位、ひずみ、圧力、流量、流速である。

複数種類のセンサから得られる情報を組合せて計測することにより、計測精度や評価の高精度化を実現することができる。例えば、電圧や加速度に加えて、配管４０の変位を利用することにより、配管４０に対する圧送負荷やフレッシュコンクリートの圧送速度が判別可能となる。

評価手段３０は、パーソナルコンピュータやマイクロコンピュータ及びこれにインストールしたアプリケーションプログラムにより構成することができる。また、パーソナルコンピュータやマイクロコンピュータには、付属機器として、キーボードやマウス等の入力手段５０、ディスプレイ装置、プリンタ、アンプ及びスピーカ等の出力手段６０を接続することができるので、指示信号の入力、評価データの出力を行うことができる。

さらに、センサは使用時間、使用場所等に応じて出力する情報が変化することがある。したがって、評価手段３０を構成するセンサの使用状況に応じて、適宜、キャリブレーションを実施して、情報の補正を行うことが好ましい。

また、計測手段２０を構成する各センサと評価手段３０とは、電気ケーブルを用いて有線接続してもよいし、電波や赤外線及び中継機器を用いて無線接続してもよい。有線接続するか無線接続するかは、センサの取付位置と評価手段３０との接続状態、すなわち、距離、遮蔽物の有無等に応じて適宜選択すればよい。

＜センサの配設位置＞
センサの配設位置は、コンクリートポンプ車１００のシリンダ１１０と、シリンダ１１０に連通接続された配管４０のいずれの位置であってもよいが、コンクリートポンプ車１００の近傍に取り付けることにより、圧送の初期段階でコンクリートポンプ車１００から圧送されるフレッシュコンクリートの圧送性能を知ることができる。

また、図２に示すように、計測手段２０を任意の離隔を持って多点の計測位置に設置することにより、配管４０に閉塞が発生した範囲や位置、あるいは閉塞が発生する可能性が高い範囲や位置を特定することができる。

ここで、各センサを用いて精度の高い波形を得ようとした場合には、振動数（周波数）が低い領域の方がデータ量を少なくすることができ、情報処理としてのハンドリングが良くなる。そして、データ量を少なくすると、無線通信によりデータを遠隔収集することが可能となる。さらに、センサとしても周波数帯の低いものの方が手軽に入手できるという利点もある。

＜センサの取付治具＞
コンクリートポンプ車１００のシリンダ１１０（被覆ケース）や配管４０は、一般的には鉄等の磁性体により製造されている。そこで、図３に示すような磁石式冶具７０を用いることにより、センサを計測位置に取り付けることが可能である。例えば、センサの先端部をマグネット式に加工することにより、コンクリートポンプ車１００のシリンダ１１０（被覆ケース）や配管４０に固定することができる。

＜配管に対するセンサの取付位置＞
配管４０は、管状であるため、図３に示すように、軸方向を略水平又はこれに近い方向とした場合に、配管４０内がコンクリートで全て充填されていない場合や、圧送するフレッシュコンクリートの配合に依っては、重力によりフレッシュコンクリートは、配管４０の水平位置よりも下方に位置することになる。したがって、配管４０にセンサを取り付ける際は、圧送状態や配合に依らず常にコンクリートが接している配管４０の水平位置よりも下方にセンサを取り付けることが好ましい。

＜圧送性能の評価＞
圧送ポンプ（シリンダ１１０）の稼働状態に応じて、シリンダ１１０や配管４０に脈動が生じて、シリンダ１１０や配管４０に取り付けたセンサの計測情報である波形、周波数、加速度、振幅、電流、電圧、抵抗、エネルギー、変位、ひずみ、圧力、流量、流速が変化する。また、直管、ベント管、フレキシブル管等、種々の形状がある配管４０に対して、複数箇所にセンサ（計測手段２０）を取り付けることにより、現場の状況に応じて、フレッシュコンクリートの圧送性能評価に必要な情報をリアルタイムで取得することができる。

また、上述した複数種類のセンサから取得した情報を組み合わせることにより、リアルタイムで種々の演算を行い、フレッシュコンクリートの圧送性能を正確に評価することができる。

上述したように、評価にはセンサの計測情報である波形、周波数、加速度、振幅、電流、電圧、抵抗、エネルギー、変位、ひずみ、圧力、流量、流速を用いる。例えば、フレッシュコンクリートの圧送速度が速くなると、配管４０内の圧送圧力が高くなるとともに、加速度の値も大きくなる傾向がある。さらに、閉塞が生じやすい配合のフレッシュコンクリートの場合に、加速度の形状は、閉塞が生じにくく順調に圧送されている配合と比較して乱れが多く、不規則な形状を示す傾向がある。

また、フレッシュコンクリートの圧送速度が速くなると加速度や振幅が大きくなる傾向がある。さらに、閉塞が生じやすい配合のフレッシュコンクリートの場合には、加速度や振幅が、閉塞が生じにくく順調に圧送されている配合と比較して高くなる傾向がある。また、スランプが大きくなるに従って加速度や振幅が小さくなる傾向がある。

また、直管部とベント管部で計測されたピーク値の差や比率を利用することにより（圧送負荷の異なる状況で得られたデータを比較することにより）、フレッシュコンクリートの圧送性能を評価することもできる。

このように、波形、周波数、加速度、振幅、電流、電圧、抵抗、エネルギー、変位、ひずみ、圧力、流量、流速と、フレッシュコンクリートの圧送性能とには相関関係があるため、１種類のセンサから取得した情報、あるいは複数種類のセンサから取得した情報を組み合わせることにより、フレッシュコンクリートの圧送性能を正確かつ適切に評価することができる。

１０ 圧送性能評価システム
２０ 計測手段
３０ 評価手段
４０ 配管
５０ 入力手段
６０ 出力手段
７０ 磁石式冶具
１００ コンクリートポンプ車
１１０ シリンダ

Claims (5)

1. コンクリートポンプ車から配管を介して送出するフレッシュコンクリートの圧送性能を評価するためのシステムであって、
   前記フレッシュコンクリート中に含まれる細骨材や粗骨材が、前記配管又は前記コンクリートポンプ車のシリンダに接触する際に生じる力を、振動計、加速度計、電気を発生するセンサ、変位計、ひずみ計、圧力計、流量計、速度計のうちの２種類以上のセンサを用いて計測する計測手段と、
   前記計測手段により計測した情報である、波形、周波数、加速度、振幅、電流、電圧、抵抗、エネルギー、変位、ひずみ、圧力、流量、流速のうち、計測に用いた前記センサに対応する情報を用いて、前記フレッシュコンクリートの圧送性能及び前記配管における閉塞発生の可能性を評価する評価手段と、
   を備えたことを特徴とするフレッシュコンクリートの圧送性能評価システム。
2. 前記センサは、任意の離隔を持って多点の計測位置に設置し、
   前記評価手段は、前記多点の計測位置で計測した情報を用いて、前記配管に発生する閉塞の範囲や位置を特定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のフレッシュコンクリートの圧送性能評価システム。
3. 前記計測手段は、前記コンクリートポンプ車の近傍に取り付けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のフレッシュコンクリートの圧送性能評価システム。
4. 磁石式冶具を用いて、前記センサを計測位置に取り付ける、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のフレッシュコンクリートの圧送性能評価システム。
5. 前記配管に前記センサを取り付ける際に、前記配管の水平位置よりも下方に前記センサを取り付ける、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のフレッシュコンクリートの圧送性能評価システム。

Images