JP6704245B2 - コンクリートポンプ圧送性評価方法およびコンクリートポンプ圧送性評価装置 - Google Patents

Description

本発明は、コンクリートポンプ圧送性評価方法およびコンクリートポンプ圧送性評価装置に関する。

従来、コンクリートのポンプ圧送性は、加圧ブリーディング試験や実配管試験によって評価されている。加圧ブリーディング試験は、土木学会のポンプ圧送性施工指針（非特許文献１）に基づいて、コンクリートを加圧してブリーディング量を計測する試験である。実配管試験は、実際に使用するパイプを実施工通りに配管し、その配管内に実配合のコンクリートを圧送して、コンクリートの圧送性を評価する試験である。

その他の評価方法としては、たとえば特許文献１に示す方法があった。かかる評価方法は、加圧ブリーディング試験の結果を利用した方法であって、ポンプ圧送が可能かどうかを判定する方法である。具体的には、コンクリート圧送配管による圧送時の管内圧力損失及び水平換算距離とから求められるコンクリート圧送配管の圧力負荷と、該コンクリート圧送配管の起終点位置における高低差を考慮して求められる圧力負荷との和を、選定したコンクリートポンプの圧送可能負荷と比較し、前記圧力負荷の和が前記圧送可能負荷を上回る場合にポンプ圧送が可能であると判定する方法である。

特開２００２−２１３０７９号公報

コンクリート委員会、「コンクリートのポンプ施工指針」、２０１２年版、土木学会、２０１２年６月、ｐ２０５−２０９

しかしながら、前記した従来の評価方法では、以下のような問題があった。実配管試験では、配管の準備に多くのコストを要するとともに、配管内の試験体が無駄になる問題があった。また、配管が閉塞した場合にはさらに多くのコストを要していた。さらに、圧送性能に関わる条件はスランプ以外にも存在するため、下流側のスランプのみを管理しても、圧送性能を正確に把握することはできない。また、実際の配管距離が長大である場合は、全長を再現することが困難である。

一方、加圧ブリーディング試験および特許文献１の評価方法では、圧送によりコンクリートに付与される圧力は模擬しているが、パイプ内におけるコンクリートの移動は模擬されていない。つまり、配管内を移動するコンクリートの圧送過程中の変化は反映されていないので、品質を確保した状態での圧送可能距離を判定することができない。

このような観点から、本発明は、低コストで実配管距離を模擬しつつ、品質を確保した状態での圧送可能距離を判定することができるコンクリートポンプ圧送性評価方法およびコンクリートポンプ圧送性評価装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための請求項１に係る本発明は、コンクリートのポンプ圧送性を評価するコンクリートポンプ圧送性評価方法であって、パイプ内にコンクリートを流し込む流入工程と、前記パイプの両端にそれぞれ設置された圧送手段を交互に用いて、前記コンクリートを前記パイプ内の第一地点と第二地点との間で往復移動させる圧送工程と、を備え、前記圧送工程では、前記圧送手段による圧送回数を計測しながら、前記パイプ内で前記コンクリートの流動性が一定値以下となる閉塞状態になるまで圧送を続け、閉塞状態になったときに前記圧送回数から圧送可能距離を算出することを特徴とするコンクリートポンプ圧送性評価方法である。

請求項１に係るコンクリートポンプ圧送性評価方法によれば、短い配管で実配管と同等の距離を圧送することができるとともに使用するコンクリート試験体も少量で済むので、低コストでポンプ圧送性の評価を行える。また、実配管と同じ距離を圧送させることができるので、コンクリートの圧送過程中の変化まで把握できる。これによって、品質を確保した状態での圧送可能距離を判定することができる。

また、請求項２に係るコンクリートポンプ圧送性評価方法は、前記圧送工程では、前記パイプ内の圧力を計測しており、前記パイプ内の圧力が所定の圧力を超えたときに前記閉塞状態になったと判定することが好ましい。このような方法によれば、コンクリートが実際に閉塞する前に閉塞状態とできるので、コンクリートの各種試験を行うことができるとともに、パイプ内の洗浄などの試験終了後の後処理を容易に行うことができる。

また、請求項３に係るコンクリートポンプ圧送性評価方法は、前記圧送手段の圧送抵抗を計測しており、前記圧送抵抗が所定の値を超えたときに前記閉塞状態になったと判定することが好ましい。このような方法によれば、コンクリートが実際に閉塞する前に閉塞状態とできるので、コンクリートの各種試験を行うことができるとともに、パイプ内の洗浄などの試験終了後の後処理を容易に行うことができる。

前記課題を解決するための請求項４に係る本発明は、コンクリートが収容されるパイプと、前記パイプ内のコンクリートを圧送するために前記パイプの両端にそれぞれ設けられた一対の圧送手段とを備え、前記パイプは、湾曲部を備えていることを特徴とするコンクリートポンプ圧送性評価装置である。

請求項４に係るコンクリートポンプ圧送性評価装置によれば、一対の圧送手段を交互に作動させることで、パイプ内の前記コンクリートをパイプ内の第一地点と第二地点との間で往復移動させることができる。そして、コンクリートが前記パイプ内で閉塞状態になるまでの圧送回数を計測することで、閉塞までの圧送距離を算出することができる。これによって、短い配管で実配管と同じ距離を圧送することができるとともに使用するコンクリート試験体も少量で済むので、低コストでポンプ圧送性の評価を行える。また、実配管と同じ距離を圧送させることができるので、圧送後のコンクリートの状態を計測すれば、コンクリートの圧送過程中の変化まで把握できる。これによって、品質を確保した状態での圧送可能距離を判定することができる。さらに、湾曲部を備える実配管により近い試験状態を確保できるので、コンクリートの圧送過程中の変化をより一層正確に再現することができる。

また、請求項５に係るコンクリートポンプ圧送性評価装置は、前記コンクリートの流動性を感知する感知手段をさらに備えたものが好ましい。

また、請求項６に係るコンクリートポンプ圧送性評価装置は、前記感知手段は、前記圧送手段の圧送抵抗を計測する抵抗計測手段または、前記パイプ内の圧力を計測する管内圧力計測手段であるものが好ましい。抵抗計測手段は、圧送手段のポンプ圧を計測する計測手段、ポンプの電気抵抗値を計測する手段、パイプの内部に設置したコンクリートの圧力計や圧送手段に設けられたロードセルなどがある。このような構成によれば、パイプ内の圧力（または圧送手段の圧送抵抗）が所定の圧力を超えたときに閉塞状態になったと判定することによって、コンクリートが実際に閉塞する前に閉塞状態とすることができる。これによって、コンクリートの各種試験を行うことができるとともに、パイプ内の洗浄などの試験終了後の後処理を容易に行うことができる。

本発明によれば、低コストで実配管距離を模擬しつつ、品質を確保した状態での圧送可能距離を判定することができる。

本発明の実施形態に係るコンクリートポンプ圧送性評価装置を示した平面図である。 本発明の実施形態に係るコンクリートポンプ圧送性評価装置を示した側面図である。 パイプのコンクリート流入部を示した図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ線断面図、（ｄ）は（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図である。 （ａ）はパイプの第一地点にコンクリートが位置した状態を示した断面図、（ｂ）はパイプの第二地点にコンクリートが位置した状態を示した断面図である。

以下、本発明の実施形態に係るコンクリートポンプ圧送性評価方法およびコンクリートポンプ圧送性評価装置を、添付した図面を参照しながら説明する。まず、コンクリートポンプ圧送性評価装置の構成を説明する。

図１および図２に示すように、本実施形態に係るコンクリートポンプ圧送性評価装置１は、コンクリートが収容されるパイプ１０と、パイプ１０の両端に設けられた一対の圧送手段２０，２０と、圧送手段２０の圧送回数を計測する圧送回数計測手段（図示せず）と、圧送手段の圧送抵抗を計測する抵抗計測手段と、パイプ１０内の圧力を計測する管内圧力計測手段とを備えている。本実施形態では、管内圧力計測手段が、コンクリートの流動性を感知する感知手段となる。

図１に示すように、パイプ１０は、コンクリートの圧送配管を想定して形成されており、圧送配管と同等の材質および同等の径の鋼管が用いられている。パイプ１０は、二本の直線部１１，１１と二箇所の湾曲部１２，１２と、湾曲部１２，１２を繋ぐ連結部１３とを備えており、平面視Ｕ字形状を呈している。二本の直線部１１，１１は互いに平行に配置されている。

直線部１１は、二本の直線状の鋼管１４，１４にて構成されている。隣り合う鋼管１４，１４は、フランジ１５，１５を介して接続されている。なお、鋼管１４，１４同士の接続構造は、フランジ１５に限定されるものではない。直線部１１の基端部には、圧力検出器１６が配置されている。圧力検出器１６は、パイプ１０内の圧力を計測する管内圧力計測手段である。パイプ１０の内部の直線部１１の先端部には、コンクリートを流入させるための流入口３０が形成されている。

図３に示すように、流入口３０は、鋼管１４の上半部を切除してなる開口部にて構成されている。この流入口（開口部）３０には、コンクリートを流し込むためのホッパー３１が取り付けられている。ホッパー３１は、開口部から上方に向かって管幅方向外側に広がる傾斜板３２，３２と、傾斜板３２，３２の前後を塞ぐ平板３３，３３とを備えている。傾斜板３２は、鋼管１４の側面部に繋がっており、鋼管１４の最大幅（直径寸法）を利用してコンクリートを流入するように構成されている。平板３３，３３は、傾斜板３２，３２と合わさって、平面視四角形で下方が窄まる筒部を呈している。なお、流入口３０およびホッパー３１の形状は一例であって、前記構成に限定されるものではない。

湾曲部１２，１２と連結部１３とは、一体に形成されており、平面視Ｕ字状の鋼管１７にて構成されている。湾曲部１２は、平面視Ｌ字状を呈しており、９０度湾曲している。湾曲部１２，１２は、直線状の連結部１３の両端に連続している。連結部１３の上面には、開閉可能なジョイント部１８が形成されている。

図１および図２に示すように、圧送手段２０は、アクチュエータ２１とガイド部２２とを備えている。アクチュエータ２１は、たとえば油圧シリンダからなり、シリンダチューブ２３からピストンロッド２４が出没可能に設けられている。なお、アクチュエータ２１の動力は油圧に限定されるものではない。

ピストンロッド２４の先端部（パイプ１０側の端部）には、パイプ１０内のコンクリートを圧送するための圧送ロッド２５ａが接続されている。圧送ロッド２５ａの先端には、パイプ１０の内周面に沿って摺動する圧送板２５ｂが設けられている。圧送ロッド２５ａは、フローティングジョイント２６を介して、ピストンロッド２４に接続されている。フローティングジョイント２６と圧送ロッド２５ａとの間には、ロードセル２７が設けられている。ロードセル２７は、圧送手段２０の圧送抵抗を計測する抵抗計測手段である。なお、図中「２７ａ」は、ロードセル２７と圧送ロッド２５ａとを接続する接続部材である。アクチュエータ２１には、アクチュエータ２１の動作を制御する制御装置（図示せず）が接続されている。制御装置は、圧送回数計測手段を備えている。圧送回数計測手段は、圧送手段２０の圧送回数を計測する手段であって、ピストンロッド２４の伸縮移動回数をカウントする。圧送回数計測手段は、コンクリートがパイプ１０内を一往復すると、圧送回数１回とカウントする。圧送回数は、図示しない表示モニターに表示される。

ガイド部２２は、アクチュエータ２１とパイプ１０との間に設けられており、ピストンロッド２４と圧送ロッド２５ａの移動をガイドする。ガイド部２２は、支持部２８と連結棒２９とを備えている。支持部２８は、パイプ１０の先端部（圧送手段２０側の端部）に固定されている。支持部２８は、円板状部材の中央部に、圧送ロッド２５ａが挿通する貫通孔を備えて構成されており、圧送ロッド２５ａを摺動可能に支持する。

連結棒２９は、支持部２８とアクチュエータ２１とを連結する部材である。連結棒２９は、アクチュエータ２１からパイプ１０に向かって延在している。連結棒２９は、４本設けられており、支持部２８の上下左右の４箇所に互いに平行で間隔をあけて取り付けられている。４本の連結棒２９，２９・・で囲まれた部分で、アクチュエータ２１、フローティングジョイント２６、ロードセル２７および圧送ロッド２５ａが目視可能の状態で移動する。

パイプ１０と圧送手段２０は、支持脚３５によって所定高さ位置で支持されている。支持脚３５は、複数設けられており、パイプ１０と圧送手段２０の適宜箇所を支持している。支持脚３５は、各鋼管１４，１７およびアクチュエータ２１毎に、二箇所ずつ設けられている。支持脚３５は、一対の脚部３６，３６と、一対の支持プレート３７，３７とを備えてなる。脚部３６，３６は、鋼管１４，１７またはアクチュエータ２１を挟むように、その幅方向両端位置に立設されている。脚部３６の上端部には、ネジ部３６ａが形成されており、支持プレート３７をナットで固定するようになっている。

支持プレート３７は、一対の脚部３６，３６間に架け渡されている。支持プレート３７，３７は、鋼管１４，１７またはアクチュエータ２１を上下から挟持するように、その上端部高さ位置と下端部高さ位置にそれぞれ設けられている。

次に、前記コンクリートポンプ圧送性評価装置１を用いてコンクリートのポンプ圧送性を評価するコンクリートポンプ圧送性評価方法について説明する。コンクリートポンプ圧送性評価方法は、流入工程と圧送工程とコンクリート判定工程とを備えている。

流入工程は、パイプ１０内にコンクリートを流し込む工程である。流入工程では、パイプ１０の両端部の流入口３０およびホッパー３１からコンクリートをパイプ１０内に流して、圧送手段２０でパイプ１０の奥へ押し込む。

コンクリートを流入させるに際しては、まず、圧送手段２０の圧送板２５ｂを、流入口３０よりも直線部１１の先端側に移動させておく。さらに、連結部１３のジョイント部１８を開口させて空気穴を形成しておく。この状態で、コンクリートを流入口３０から流入する。このときホッパー３１によって、短時間でコンクリートをパイプ１０内に流すことができる。その後、パイプ１０内に流したコンクリートを、圧送手段２０で内部の奥（湾曲部側）に押し込む。さらにその後、圧送板２５ｂを流入口３０よりも直線部１１の先端側に戻す。以上のような工程（コンクリートを流入口３０から流入し、圧送手段２０でパイプ１０の内部に押し込み、圧送板２５ｂを先端側に戻す工程）を繰り返し行う。これによって、コンクリートがパイプ１０の湾曲部１２側に徐々に押し込まれ、最終的に、パイプ１０の内部の圧送板２５ｂ，２５ｂ間にコンクリートが充填される。このとき、パイプ１０内の空気は、ジョイント部１８から外部に放出されるので、パイプ１０内に円滑にコンクリートを流入することができる。

その後、圧送工程において、パイプ１０でのコンクリートの圧送試験を行う。圧送工程では、一対の圧送手段２０，２０を交互に用いて、図４に示すように、コンクリートをパイプ１０内の第一地点Ａと第二地点Ｂとの間で往復移動させる。コンクリートを圧送するに際しては、一方の圧送手段２０のアクチュエータ２１を伸長させる。このとき、他方の圧送手段２０のアクチュエータ２１は、一方のアクチュエータ２１と同期して縮退させる。この動作を一方の圧送手段２０と他方の圧送手段２０で交互に行うことによって、コンクリートを往復移動させる。

以上のようにコンクリートの圧送を行いながら、圧送回数計測手段によって圧送回数を計測する。さらに、抵抗計測手段によって圧送手段２０の圧送抵抗を計測しながら、管内圧力計測手段によってパイプ１０内の圧力を計測する。コンクリートの圧送は、コンクリートがパイプ１０内で閉塞状態になるまで続ける。本発明における閉塞状態とは、パイプ１０内のコンクリートの流動性が一定値以下になる状態であって、コンクリートが実際に閉塞する前の状態をいう。

アクチュエータ２１の油圧制御については、伸縮速度は制御せず、パイプ１０内の圧力の閾値をたとえば３Ｍｐａとして、油圧を制御する。つまり、パイプ１０内圧力が３Ｍｐａを超えた時点で、閉塞状態（パイプ１０内のコンクリートの流動性が一定値以下になる状態）になったと判定する。閉塞状態になったときに圧送手段２０を停止させて圧送を止める。このときの圧送回数から圧送可能距離を算出する。具体的には、油圧シリンダのストローク長に圧送回数を乗じて、圧送距離を算出し、これを圧送可能距離と判定する。

なお、閉塞状態になったと判定する方法（または内部のコンクリートの流動性を感知する方法を含む）は、パイプ１０内の圧力を監視する方法に限定されるものではない。たとえば、パイプ１０内の圧力に代えて、抵抗計測手段で計測した圧送手段２０の圧送抵抗から閉塞状態を判定するようにする（この場合、抵抗計測手段が感知手段となる）。具体的には、圧送抵抗の閾値を決めておき、抵抗計測手段での計測値が閾値を超えた時点で、閉塞状態（パイプ１０内のコンクリートの流動性が一定値以下になる状態）になったと判定する。また、パイプ１０内の圧力と圧送抵抗の両方を監視して、いずれか一方が閾値を超えた時点で、閉塞状態になったと判定する。このようにすれば、より一層、精度の高い判定を行うことができる。圧送抵抗の計測は、ロードセル２７による計測の他に、図示しないポンプの電気抵抗で計測する方法もある。

その後、パイプ１０内からコンクリートを取り出し、スランプ値、空気量、単位容積当たりの質量および温度を測定し、コンクリートの状態を判定する（コンクリート判定工程）。パイプ１０内の圧力の閾値を３Ｍｐａとして、パイプ１０内の圧力がこれを超えたときに、閉塞状態としているので、閉塞状態であってもコンクリートの状態は良好である。また、定量的に閉塞状態を判定できるので、閉塞状態を判定しやすい。

一例として、スランプ値：１５ｃｍ、水セメント比（Ｗ／Ｃ）：６０％、細骨材比（ｓ／ａ）：３９％となる配合のコンクリートで本実施形態の評価試験を行ったところ、圧送回数２０２回で、閉塞状態となった。ここで、圧送可能距離は、ストローク長さ：３５ｃｍ×圧送回数：２０２回×２（往復分）＝１４１．４ｍとなる。そして、パイプ１０内のコンクリートは、スランプ値：１３ｃｍ、空気量：４％、単位容積当たりの質量：２．３３４ｋｇ／Ｌ、温度：２０．０℃であり、良好な状態であることが分かった。

また、他の一例として、スランプ値：１５ｃｍ、水セメント比（Ｗ／Ｃ）：６０％、細骨材比（ｓ／ａ）：４８％となる配合のコンクリートで本実施形態の評価試験を行ったところ、圧送回数３１８回で、閉塞状態となった。ここで、圧送可能距離は、ストローク長さ：３５ｃｍ×圧送回数：３１８回×２（往復分）＝２２２．６ｍとなる。そして、パイプ１０内のコンクリートは、スランプ値：１３ｃｍ、空気量：５％、単位容積当たりの質量：２．２８７ｋｇ／Ｌ、温度：２０．２℃であり、良好な状態であることが分かった。

このように本発明によれば、コンクリートをパイプ１０で往復移動させることで、短い配管で実配管と同等の距離を圧送することができるとともに、使用するコンクリート試験体も少量で済むので、低コストで実配管距離を模擬した評価試験を行うことができる。

また、圧送可能距離を実際に圧送されたコンクリートを用いて、スランプ値以外にも、空気量、単位容積当たりの質量および温度を測定することができる。これによって、パイプ１０内におけるコンクリートの移動を模擬したデータが得られる。つまり、配管内を移動するコンクリートの圧送過程中の変化が反映された正確な圧送性能を把握することができるとともに、品質を確保した状態での圧送可能距離を判定することができる

また、本実施形態では、パイプ１０内の圧力を計測しており、パイプ１０内の圧力が所定の圧力（３Ｍｐａ）を超えたときに閉塞状態になったと判定しているので、コンクリートが実際に閉塞する前に閉塞状態と判定することができる。これによって、コンクリートの各種試験を行うことができる。さらに、パイプ１０内の洗浄などの試験終了後の後処理を容易に行うことができる。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は前記実施の形態に限定する趣旨ではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。たとえば、前記実施形態では、パイプ１０内圧力が所定の閾値を超えた時点で、閉塞状態になったと判定しているがこれに限定されるものではない。たとえば、ロードセル２７で計測された圧送手段２０の圧送抵抗が所定の閾値を超えた時点で、閉塞状態になったと判断する。

また、前記実施形態では、パイプ１０が平面視Ｕ字形状を呈しているが、これに限定されるものではない。たとえば、平面視Ｌ字形状やクランク形状であってもよい。さらに、パイプに高低差を持たせてもよい。

また、試験終了時にコンクリートの状態を確認しやすくするために、パイプ１０を半割にできる構造にすることもできる。

１ コンクリートポンプ圧送性評価装置
１０ パイプ
１６ 圧力検出器（管内圧力計測手段）
２０ 圧送手段
２１ アクチュエータ
２２ ガイド部
２７ ロードセル（抵抗計測手段）
Ａ 第一地点
Ｂ 第二地点

Claims (6)

1. コンクリートのポンプ圧送性を評価するコンクリートポンプ圧送性評価方法であって、
   パイプ内にコンクリートを流し込む流入工程と、
   前記パイプの両端にそれぞれ設置された圧送手段を交互に用いて、前記コンクリートを前記パイプ内の第一地点と第二地点との間で往復移動させる圧送工程と、を備え、
   前記圧送工程では、前記圧送手段による圧送回数を計測しながら、前記パイプ内で前記コンクリートの流動性が一定値以下となる閉塞状態になるまで圧送を続け、閉塞状態になったときに前記圧送回数から圧送可能距離を算出する
   ことを特徴とするコンクリートポンプ圧送性評価方法。
2. 前記圧送工程では、前記パイプ内の圧力を計測しており、前記パイプ内の圧力が所定の圧力を超えたときに前記閉塞状態になったと判定する
   ことを特徴とする請求項１に記載のコンクリートポンプ圧送性評価方法。
3. 前記圧送工程では、前記圧送手段の圧送抵抗を計測しており、前記圧送抵抗が所定の値を超えたときに前記閉塞状態になったと判定する
   ことを特徴とする請求項１に記載のコンクリートポンプ圧送性評価方法。
4. コンクリートが収容されるパイプと、前記パイプ内のコンクリートを圧送するために前記パイプの両端にそれぞれ設けられた一対の圧送手段とを備え、
   前記パイプは、湾曲部を備えている
   ことを特徴とするコンクリートポンプ圧送性評価装置。
5. 前記コンクリートの流動性を感知する感知手段をさらに備えた
   ことを特徴とする請求項４に記載のコンクリートポンプ圧送性評価装置。
6. 前記感知手段は、前記圧送手段の圧送抵抗を計測する抵抗計測手段または、前記パイプ内の圧力を計測する管内圧力計測手段である
   ことを特徴とする請求項５に記載のコンクリートポンプ圧送性評価装置。

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