JP7218204B2 - 固化材含有量の計測装置及び、計測方法 - Google Patents

Description

本開示は、固化材含有量の計測装置、計測方法及び、計測プログラムに関するものである。

従来、地盤改良工事等においては、現場で採取した対象土の固化材含有量（例えば、セメント含有量）を計測する技術が種々提案されている。この種の技術として、例えば特許文献１には、セメントを含む対象土に塩酸を添加し、セメントと塩酸との反応熱による対象土の上昇温度に基づいて、対象土のセメント含有量を測定する塩酸溶解法を用いた技術が開示されている。

特開平０８－０５４３８５号公報

ところで、固化材と塩酸との反応熱は、周辺温度の影響を受け易い。このため、上記塩酸溶解法に基づいた計測を、例えば低温環境下等で行うと、反応温度の上昇が低く抑えられることにより、固化材含有量が実際の含有量よりも少なく計測されるといった課題がある。

本開示の技術は、対象土の固化材含有量を高精度に計測することができる計測装置、計測方法及び、計測プログラムを提供することを目的とする。

本開示の固化材含有量の計測装置は、対象土及び本計測用対象土に添加する塩酸と、該塩酸添加前の前記対象土及び前記本計測用対象土の初期温度とをそれぞれ取得する初期温度取得部と、少なくとも前記塩酸を添加した前記対象土及び前記本計測用対象土をそれぞれ撹拌可能な撹拌機と、前記撹拌機により撹拌される前記対象土及び前記本計測用対象土の反応温度をそれぞれ取得する反応温度取得部と、少なくとも２以上の前記対象土に前記塩酸及び異なる量の固化材をそれぞれ添加して、前記撹拌機により撹拌させた際に前記反応温度取得部により取得される反応温度から最高温度を判定すると共に、該最高温度と前記対象土の初期温度とに基づいて前記対象土の上昇温度を演算し、該上昇温度と前記対象土の固化材含有量とを回帰分析することにより回帰式を作成する回帰分析部と、前記本計測用対象土に前記塩酸を添加して前記撹拌機により撹拌させた際に前記反応温度取得部により取得される反応温度から最高温度を判定すると共に、該最高温度と前記本計測用対象土の初期温度とに基づいて前記本計測用対象土の上昇温度を演算し、該上昇温度と前記回帰式とに基づいて固化材含有量を演算する含有量演算部と、を備えることを特徴とする。

また、前記初期温度取得部は、前記対象土に添加する水の初期温度をさらに取得し、
前記回帰分析部は、前記２以上の対象土の前記上昇温度を、該２以上の対象土の前記最高温度と、前記初期温度取得部により取得した前記塩酸、前記２以上の対象土及び、前記水の各初期温度とに基づいて演算することが好ましい。

また、前記回帰分析部は、前記初期温度取得部により取得した前記２以上の対象土の初期温度と、前記塩酸の比熱と、前記２以上の対象土の比熱と、該２以上の対象土に添加する前記固化材の比熱とに基づいて算出した撹拌前温度を前記２以上の対象土の前記最高温度からそれぞれ差し引くことにより、前記２以上の対象土の前記上昇温度をそれぞれ演算することが好ましい。

また、少なくとも前記撹拌機を含む計測ユニットと、少なくとも前記回帰分析部及び、前記含有量演算部を含む制御ユニットとが別体に構成されていることが好ましい。

本開示の固化材含有量の計測方法は、対象土に添加する塩酸及び、該塩酸添加前の前記対象土の初期温度を取得する第１工程と、該第１工程で初期温度を取得した少なくとも２以上の前記対象土に、前記第１工程で初期温度を取得した前記塩酸及び異なる量の固化材をそれぞれ添加して撹拌すると共に、撹拌される前記２以上の対象土の反応温度をそれぞれ計測し、計測される該反応温度の最高温度を判定する第２工程と、該第２工程で判定した前記最高温度と、前記第１工程で計測した前記初期温度とに基づいて、前記２以上の対象土の上昇温度をそれぞれ演算すると共に、該上昇温度と前記対象土の固化材含有量とを回帰分析することにより回帰式を作成する第３工程と、本計測用対象土に添加する塩酸及び、該塩酸添加前の前記本計測用対象土の初期温度を取得する第４工程と、該第４工程で初期温度を取得した前記本計測用対象土に前記第４工程で初期温度を取得した前記塩酸を添加して撹拌すると共に、撹拌される前記本計測用対象土の反応温度を計測し、計測される該反応温度から最高温度を判定する第５工程と、該第５工程で判定した前記最高温度と、前記第４工程で計測した前記初期温度とに基づいて、前記本計測用対象土の上昇温度を演算すると共に、該上昇温度と前記回帰式とに基づいて固化材含有量を演算する第６工程と、を含むことを特徴とする。

本開示の計測プログラムは、固化材含有量を計測する計測装置のコンピュータを、対象土及び本計測用対象土に添加する塩酸と、該塩酸添加前の前記対象土及び前記本計測用対象土の初期温度とをそれぞれ取得する初期温度取得部、少なくとも前記塩酸を添加した前記対象土及び前記本計測用対象土を撹拌機にそれぞれ撹拌させる共に、撹拌される前記対象土及び前記本計測用対象土の反応温度をそれぞれ取得する反応温度取得部、少なくとも２以上の前記対象土に前記塩酸及び異なる量の固化材をそれぞれ添加して、前記撹拌機により撹拌させた際に前記反応温度取得部により取得される反応温度から最高温度を判定すると共に、該最高温度と前記対象土の初期温度とに基づいて前記対象土の上昇温度を演算し、該上昇温度と前記対象土の固化材含有量とを回帰分析することにより回帰式を作成する回帰分析部、前記本計測用対象土に前記塩酸を添加して前記撹拌機により撹拌させた際に前記反応温度取得部により取得される反応温度から最高温度を判定すると共に、該最高温度と前記本計測用対象土の初期温度とに基づいて前記本計測用対象土の上昇温度を演算し、該上昇温度と前記回帰式とに基づいて固化材含有量を演算する含有量演算部、として機能させることを特徴とする。

本開示の技術によれば、対象土の固化材含有量を高精度に計測することができる。

本実施形態に係る計測装置を示す模式的な全体構成図である。 本実施形態に係る計測ユニットの模式的な分解斜視図である。 本計測試験の前に行う検量線作成試験の手順を説明する模式図である。 本計測試験の手順を説明する模式図である。 本実施形態に係るデータ処理部及び、関連する周辺構成を示す模式的な機能ブロック図である。 （Ａ）は、内割検量線グラフの一例を示す模式図、（Ｂ）は、外割検量線グラフの一例を示す模式図である。 本実施形態に係る固化材含有量の計測方法のフローを説明する図である。

以下、添付図面に基づいて、本実施形態に係る固化材含有量の計測装置、計測方法及び、計測プログラムについて説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

［全体構成］
図１は、本実施形態に係る計測装置１を示す模式的な全体構成図であり、図２は、本実施形態に係る計測ユニット１０の模式的な分解斜視図である。

図１に示すように、計測装置１は、計測ユニット１０と、制御ユニット１００とを備えて構成されている。計測ユニット１０及び、制御ユニット１００は、好ましくは別体に設けられており、ケーブル８０を介して互いに通信可能に接続されている。なお、計測ユニット１０と制御ユニット１００との接続は、有線又は無線の何れであってもよい。

［計測ユニット］
図１及び図２に示すように、計測ユニット１０は、保温容器１１と、保温容器１１を支持する台座部１２と、台座部１２の上面に載置される撹拌機本体部２０と、塩酸容器４０（図１参照）と、４本の温度センサ５１，５２，５３，５４（図１参照）とを備えている。

保温容器１１は、上端が開口する有底筒状の容器であって、計測対象の対象土を収容する。保温容器１１は、好ましく二重筒構造とされており、内部に収容した対象土の保温効果が得られるようになっている。保温容器１１の容量は約３００ｍＬ、高さＨは約１４７ｍｍ、開口径Ｄは約７４ｍｍとされている。

台座部１２は、例えば、耐腐食性の塩化ビニル樹脂等で略矩形板状に形成されており、その略中心部には略円筒状の支持筒部１３（図２に示す）が設けられている。支持筒部１３の内径は、保温容器１１の外径と略同径に形成されており、支持筒部１３内に保温容器１１を嵌め込むことにより、保温容器１１が台座部１２に着座支持されるようになっている。台座部１２の所定部位（図示例では角部付近）には、上方に向かって突出する一対の位置決め突起１４，１５が設けられている。台座部１２の長辺Ｌ１は約２００ｍｍ、短辺Ｌ２は約１７０ｍｍとされている。なお、位置決め突起１４，１５の個数は、図示例の２個に限定されず、３個以上であってもよい。

撹拌機本体部２０は、ベース部２１と、ベース部２１から上方に延びる支柱部２４と、ベース部２１から支柱部２４と略平行に上方に延びる把持部２６と、支柱部２４の上部に設けられた蓋部２８と、撹拌モータ３０と、撹拌フィン３５とを備えて構成されている。

ベース部２１は、例えば耐腐食性の塩化ビニル樹脂等で台座部１２と略同形状の略矩形板状に形成されており、台座部１２の上面に着座する。ベース部２１の略中心部には、保温容器１１よりも大径の貫通穴２１Ａ（図２に示す）が設けられている。また、ベース部２１の位置決め突起１４，１５に対応する部位（図示例では角部付近）には、一対の位置決め穴２２，２３（図２に示す）が貫通形成されている。撹拌機本体部２０を台座部１２に載置する際は、位置決め穴２２，２３内に位置決め突起１４，１５を挿入させることにより、台座部１２に対する撹拌機本体部２０の位置合わせが容易に行えるようになっている。これら位置決め突起１４，１５及び、位置決め穴２２，２３の配置関係は、台座部１２側に位置決め穴を、ベース部２１側に位置決め突起を入れ替えて配置してもよい。

支柱部２４は、例えば耐腐食性の塩化ビニル樹脂等で保温容器１１及び、支持筒部１３（図２に示す）よりも大径の略円筒状に形成されている。また、支柱部２４の高さ（軸方向長さ）は、保温容器１１の高さよりも長く形成されている。支柱部２４の内部には、台座部１２に支持された保温容器１１が収容される。支柱部２４の筒壁部には、内部に収容した保温容器１１及び、撹拌フィン３５を視認可能にする開口窓２５が設けられている。

把持部２６は、例えば耐腐食性の塩化ビニル樹脂等で形成されおり、作業者によって把持し易い略円柱状を呈している。把持部２６の下端側はベース部２１に固定されており、把持部２６の上端側は板材２７を介してベース部２１に連結されている。把持部２６は、支柱部２４に対して所定の間隔を隔てて平行に立設されており、作業者が把持部２６を把持することにより、撹拌機本体部２０を容易にハンドリングできるように構成されている。

蓋部２８は、例えば耐腐食性の塩化ビニル樹脂等で支柱部２４と略同径の円板状に形成されており、支柱部２４の上端開口を閉塞する。蓋部２８の上面の略中心部には、撹拌モータ３０（本開示の撹拌機の一部）が出力軸を支柱部２４内に突出させるように固定されている。撹拌モータ３０は、後述する制御ユニット１００のバッテリ１２０からケーブル８０を介して供給される電力で駆動する。なお、計測ユニット１０と制御ユニット１００とを無線通信で接続する場合には、撹拌機本体部２０に撹拌モータ３０用のバッテリを別体に設ければよい。

撹拌モータ３０の出力軸には、下方に延びる撹拌ロッド３３が一体回転可能に接続されている。また、撹拌ロッド３３の下端には、撹拌フィン３５（本開示の撹拌機の一部）が一体回転可能に固定されている。撹拌フィン３５は、保温容器１１を支持した台座部１２に撹拌機本体部２０を載置すると、保温容器１１内の対象土に挿入される。この状態で撹拌モータ３０を駆動させると、撹拌フィン３５の回転に伴い保温容器１１内の対象土が撹拌されるようになっている。

本実施形態において、台座部１２、撹拌機本体部２０及び、撹拌モータ３０を含めた計測ユニット１０の高さＨは、約２６０ｍｍとされている。また、計測ユニット１０の奥行Ｄきは、台座部１２の長辺に相当する約２００ｍｍとされ、計測ユニット１０の幅Ｗは、台座部１２の短辺に相当する約１７０ｍｍとされている。すなわち、計測ユニット１０全体が作業者により容易に持ち運びができ、且つ、現場にも容易に搬入できるコンパクトなポータブルサイズで構成されている。

４本の温度センサ５１，５２，５３，５４は、塩酸用温度センサ５１（初期温度取得部の一例）と、土用温度センサ５２（初期温度取得部の一例）と、水用温度センサ５３（初期温度取得部の一例）と、反応熱用温度センサ５４（反応温度取得部の一例）とにより構成されている。これら各センサ５１～５４は、制御ユニット１００と電気的に接続されており、検出温度が制御ユニット１００にリアルタイムに送信されるようになっている。これらセンサ５１～５４のうち、塩酸用温度センサ５１及び、反応熱用温度センサ５４は、塩酸による腐食を防止するために、少なくともそのセンサ部を樹脂被覆されている。

反応熱用温度センサ５４は、撹拌機本体部２０に対して着脱自在に設けられている。具体的には、撹拌機本体部２０の蓋部２８には、反応熱用温度センサ５４のセンサ部を挿通させるセンサ挿入穴２９（図２に示す）が貫通形成されている。反応熱用温度センサ５４は、センサ部をセンサ挿入穴２９に挿入させると共に、センサ部よりも大径の基端部を蓋部２８のセンサ挿入穴２９周縁に着座させることにより、撹拌機本体部２０に取り付けられる。撹拌機本体部２０に取り付けられた状態で、反応熱用温度センサ５４のセンサ部は、保温容器１１内の対象土に挿入される。

［制御ユニット］
制御ユニット１００は、収容ボックス１０１と、入力表示パネル１１０と、電源としてのバッテリ１２０と、データ処理部１６０と、ＳＤメモリカードやＵＳＢメモリ等の外部記憶装置１７０とを備えている。なお、制御ユニット１００は、外部電源装置（例えば、１００Ｖ）に接続可能な不図示の電源プラグを備えれば、バッテリ１２０を省略してもよい。

収容ボックス１０１は、内部に配されたバッテリ１２０やデータ処理部１６０、外部記憶装置１７０等を保護すべく、６面が閉塞された例えばステンレス製の箱状体であり、その上面には入力表示パネル１１０が取り付けられている。収容ボックス１０１の高さＨは約２００ｍｍ、奥行きＤは約３００ｍｍ、幅Ｗは約４００ｍｍとされており、作業者により容易に持ち運びができるポータブルサイズで形成されている。

入力表示パネル１１０は、データ処理部１６０に接続されたタッチ操作式のディスプレイである。入力表示パネル１１０は、データ処理部１６０に種々の情報や指示等を入力する入力装置として機能しつつ、データ処理部１６０への入力内容やデータ処理部１６０による演算結果等を表示する表示装置としても機能する。なお、入力表示パネル１１０の入力機能を、別体のキーボードやマウス等により構成してもよい。

データ処理部１６０は、例えば、コンピュータ等の演算を行う処理装置であり、互いにバス等で接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入力ポート、出力ポート等を備え、計測プログラムを実行する。データ処理部１６０による各種演算処理の詳細については後述する。

［計測試験手順］
次に、図３及び図４に基づいて、本実施形態に係る計測装置１を用いた検量線作成試験及び、本計測試験の試験手順について説明する。なお、以下では、検量線作成試験に用いる対象土を単に「対象土３００」といい、本計測試験に用いる対象土を「計測用対象土４００」という。

［検量線作成試験］
図３は、本計測試験の前に行う検量線作成試験の手順を説明する模式図である。検量線作成試験は、現場にて採取した対象土３００及び、現場にて実際に使用する固化材３４０（例えば、塩酸と反応するセメント、石灰、水ガラス等）を用い、塩酸添加後の対象土の上昇温度と固化材含有量とを回帰分析することにより、検量線（例えば、一次回帰式）を作成する工程である。検量線の作成は、例えば、以下の表１に示す複数の試験ケース１～５について、各対象土３００に対して塩酸３２０、水３１０、固化材３４０をそれぞれ添加すると共に、これらを添加後に撹拌した際の各対象土３００の反応温度Ｍを計測することにより行われる。本開示において、検量線作成試験には、好ましくは、現場にて固化材３４０を含まない対象土３００を採取して用いるものとするが、当該対象土３００に現場の固化材３４０が含まれていることを排除しない。

図３（Ａ）に示すように、手順１では、現場にて採取した塩酸添加前の対象土３００に対して土用温度センサ５２を、水３１０に対して水用温度センサ５３を、添加前の塩酸（塩酸容器４０内）３２０に対して塩酸用温度センサ５１をそれぞれ挿入し、対象土３００の初期温度Ｊ、水３１０の初期温度Ｉ及び、塩酸３２０の初期温度Ｌをそれぞれ計測する。各初期温度Ｊ，Ｉ，Ｌの計測は、作業者が入力表示パネル１１０の「計測開始ボタン」を押すことにより開始される。各温度センサ５１，５２，５３により計測される初期温度Ｊ，Ｉ，Ｌは、詳細を後述するデータ処理部１６０に送信される。

次いで、図３（Ｂ）に示す手順２では、上記表１の固化材量Ｈ（ｇ）、水量Ｏ（ｇ）、土量Ｎ（ｇ）をそれぞれ採取して保温容器１１内に、好ましくは、対象土３００→固化材３４０→水３１０の順に入れる。例えば、試験ケース５であれば、固化材１０．０ｇ、水９．０ｇ、土８１．０ｇをそれぞれ採取して保温容器１１内に入れる。これら対象土３００、固化材３４０、水３１０を保温容器１１内に入れたならば、好ましくは、ヘラ等で撹拌して土塊を潰すようにする。

次いで、図３（Ｃ）に示す手順３では、塩酸容器４０にパッケージ化された１００ｍＬの塩酸３２０を保温容器１１内に添加し、ヘラ等で軽く混合して土塊があれば潰すようにする。ここで、塩酸３２０は、規定量の１００ｍＬが予め塩酸容器４０にパッケージ化されているため、作業者の計量作業等を省略することが可能となり、作業効率及び安全性の向上が図られるようになる。

次いで、図３（Ｄ）に示す手順４では、保温容器１１を計測ユニット１０にセットし、反応熱用温度センサ５４を保温容器１１内に挿入する。反応熱用温度センサ５４を挿入した後、入力表示パネル１１０の「撹拌開始ボタン」を押すと、撹拌モータ３０が駆動することにより反応温度Ｍの計測が開始される。以降、他の試験ケース１～４についても、手順１～４と同様の作業を繰り返す。各試験ケース１～５の最高温度Ｍ_Ｍａｘの判定、上昇温度Ｑの演算及び、検量線グラフｇ１，ｇ２の生成は、詳細を後述するデータ処理部１６０によって自動的に処理される。

［本計測試験］
図４は、本計測試験の手順を説明する模式図である。本計測試験は、現場にて採取した計測用対象土４００の固化材含有量を、前述の検量線作成試験にて作成した検量線グラフｇ１，ｇ２に基づいて計測する試験である。なお、本計測試験で用いる計測用対象土４００は、固化材含有量の計測結果が０（ゼロ）の場合もあり得るため、固化材が実際に含まれているか否かを問わない。

図４（Ａ）に示すように、手順１では、現場にて採取した計測用対象土４００に対して土用温度センサ５２を、添加前の塩酸（塩酸容器４０内）４２０に対して塩酸用温度センサ５１それぞれ挿入し、計測用対象土４００の初期温度Ｔ及び、塩酸４２０の初期温度Ｕをそれぞれ計測する。各初期温度Ｔ，Ｕの計測は、例えば、作業者が入力表示パネル１１０の「計測開始ボタン」を押すことにより開始される。各温度センサ５１，５２により計測される初期温度Ｔ，Ｕは、詳細を後述するデータ処理部１６０に送信される。

次いで、図４（Ｂ）に示す手順２では、計測用対象土４００を１００ｇ採取して保温容器１１内に入れると共に、塩酸容器４０にパッケージ化された１００ｍＬの塩酸４２０を保温容器１１内に添加し、ヘラ等で軽く混合して土塊があれば潰すようにする。ここで、塩酸４２０は、規定量の１００ｍＬが予め塩酸容器４０にパッケージ化されているため、作業者の計量作業等を省略することが可能となり、作業効率及び安全性の向上が図られるようになる。

次いで、図４（Ｃ）に示す手順３では、保温容器１１を計測ユニット１０にセットし、反応熱用温度センサ５４を保温容器１１内に挿入する。反応熱用温度センサ５４を挿入した後、入力表示パネル１１０の「撹拌開始ボタン」を押すと、撹拌モータ３０が駆動することにより反応温度Ｖの計測が開始される。反応温度Ｖの最高温度Ｖ_Ｍａｘが判定されると、該最高温度Ｖ_Ｍａｘから上昇温度Ｗが算出され、検量線グラフｇ１，ｇ２に基づいて固化材含有量Ｙが演算される。これら最高温度Ｖ_Ｍａｘの判定、上昇温度Ｗの演算及び、固化材含有量Ｙの演算は、詳細を後述するデータ処理部１６０により自動的に処理される。

［データ処理部］
図５は、データ処理部１６０及び、関連する周辺構成を示す模式的な機能ブロック図である。データ処理部１６０は、計測プログラムの実行により、初期温度取得部１６１、記憶部１６２、反応温度取得部１６３、最高温度判定部１６４（本開示の回帰分析部の一部）、内割検量線生成部１６５（本開示の回帰分析部）、外割検量線生成部１６６（本開示の回帰分析部）、固化材含有量演算部１６７（本開示の含有量演算部）を備える装置として機能する。

初期温度取得部１６１は、前述の検量線作成試験の手順１にて、作業者により表示操作パネル１１０の「計測開始ボタン」が押されると、各温度センサ５１，５２，５３から対象土３００の初期温度Ｊ、水３１０の初期温度Ｉ及び、塩酸３２０の初期温度Ｌをそれぞれ取得する。また、初期温度取得部１６１は、前述の本計測試験の手順１にて、作業者により表示操作パネル１１０の「計測開始ボタン」が押されると、各温度センサ５１，５２から計測用対象土４００の初期温度Ｔ及び、塩酸４２０の初期温度Ｕをそれぞれ取得する。初期温度取得部１６１により取得されるこれら各初期温度Ｊ，Ｉ，Ｌ，Ｔ，Ｕは、記憶部１６２に送信される。

記憶部１６２は、初期温度取得部１６１から送信される初期温度Ｊ，Ｉ，Ｌ，Ｔ，Ｕをそれぞれ記憶する。また、記憶部１６２は、前述の検量線作成試験及び、本計測試験にて、最高温度判定部１６４により判定される最高温度Ｍ_Ｍａｘ，Ｖ_Ｍａｘをそれぞれ記憶する。また、記憶部１６２は、前述の検量線作成試験にて、内割検量線生成部１６５により生成される内割検量線グラフｇ１及び、外割検量線生成部１６６により生成される外割検量線グラフｇ２をそれぞれ記憶する。さらに、記憶部１６２は、前述の本計測試験にて、固化材含有量演算部１６７により演算される計測用対象土４００の上昇温度Ｗ及び固化材含有量Ｙをそれぞれ記憶する。記憶部１６２に記憶されるこれらデータ類の全部又は一部は、外部記憶装置１７０にも記憶可能に構成されている。

反応温度取得部１６３は、前述の検量線作成試験又は本計測試験にて、作業者により表示操作パネル１１０の「撹拌開始ボタン」が押されると、撹拌モータ３０を駆動させると共に、各対象土３００，４００の反応温度Ｍ，Ｖを反応熱用温度センサ５４によりリアルタイムに取得する。反応温度取得部１６４により取得される反応温度Ｍ，Ｖは、最高温度判定部１６４にリアルタイムに送信される。反応温度取得部１６３により駆動された撹拌モータ３０は、最高温度判定部１６４が最高温度Ｍ_Ｍａｘ，Ｖ_Ｍａｘを判定すると自動的に停止される。

最高温度判定部１６４は、前述の検量線作成試験又は本計測試験にて、反応温度取得部１６３からリアルタイムに送信される各対象土３００，４００の反応温度Ｍ，Ｖに基づいて、これらの最高温度Ｍ_Ｍａｘ，Ｖ_Ｍａｘをそれぞれ判定する。具体的には、塩酸が添加されて撹拌される各対象土３００，４００の反応温度Ｍ，Ｖは、図５中に符号Ｍ（Ｖ）で示すように、時間の経過とともに上昇し、最高温度に達すると、その後は低下する。最高温度判定部１６４は、反応温度Ｍ（Ｖ）が降下し始める点を検出し、反応温度Ｍ（Ｖ）が降下し始めるよりも前の最高温度値を取得することにより、これらの最高温度Ｍ_Ｍａｘ，Ｖ_Ｍａｘをそれぞれ判定する。最高温度判定部１６４により判定された最高温度Ｍ_Ｍａｘ，Ｖ_Ｍａｘは、記憶部１６２に送信される。

内割検量線生成部１６５は、上記表１の試験ケース１～５に対応する各対象土３００の上昇温度Ｑと固化材含有量Ｓとを算出し、これらを回帰分析することにより一次回帰直線式（Ｙ＝ａＸ＋ｂ）を求めて内割検量線グラフｇ１（図６（Ａ）参照）を生成する。ここで、内割とは、固化材混合土：１ｍ３に含まれる固化材量（ｋｇ/ｍ３）であり、主としてプラント練り等で使用する。内割を選択するか否かは、作業者が入力表示パネル１１０の「内割選択ボタン」を押すことにより選択できるように構成されている。以下、内割検量線グラフｇ１の生成手順の詳細を説明する。

まず、内割検量線生成部１６５は、上記表１の試験ケース１～５に対応する各対象土３００の上昇温度Ｑを、最高温度Ｍ_Ｍａｘから撹拌前温度Ｅを差し引く以下の数式（１）に従ってそれぞれ算出する。

Ｑ＝Ｍ_Ｍａｘ－Ｅ＝Ｍ_Ｍａｘ－（（Ｈ×Ｆ×Ｋ）＋（Ｏ×４．２×Ｉ）＋（Ｎ×Ｐ×Ｊ）＋（１００×Ｇ×Ｌ））／（（Ｈ×Ｆ）＋（Ｏ×４．２）＋（Ｎ×Ｐ）＋（１００×Ｇ）） ・・・（１）

数式（１）において、撹拌前温度Ｅの分母は、撹拌前の対象土、塩酸、水、固化材の熱容量（Ｊ/℃）、分子は、撹拌前の対象土、塩酸、水、固化材の熱量（Ｊ）である。Ｉは水の初期温度（℃）、Ｊは土の初期温度（℃）、Ｌは塩酸の初期温度（℃）であり、検量線作成試験にて各温度センサ５１～５３により取得した値である。Ｈは固化材量（ｇ）、Ｏは水量（ｇ）、Ｎは土量（ｇ）であり、上述の表１に示す各試験ケース１～５に応じた値を入力する。Ｆは固化材の比熱（Ｊ/ｇ）であり、例えば、１．２が予めデフォルト値として設定されている。なお、固化材の比熱Ｆは、任意の値に設定可能としてもよい。Ｋは固化材温度（℃）であり、例えば、２０（℃）が予めデフォルト値として設定されている。なお、固化材温度Ｋは、任意の値に設定可能としてもよい。Ｇは塩酸の比熱（Ｊ/ｍＬ）であり、２．９が予めデフォルト値として設定されている。なお、塩酸の比熱Ｇは、任意の値に設定可能としてもよい。Ｐは土の比熱（Ｊ/ｇ）であり、土の含水比Ａ（％）を含む数式（Ｐ＝０．８×１００／（１００＋Ａ）＋４．２×Ａ／（１００＋Ａ））から求められる。含水比Ａ（％）は、例えば、地盤工学会等の既知の値を用いればよい。

次いで、内割検量線生成部１６５は、各対象土３００の固化材含有量Ｓを以下の数式（２）に従ってそれぞれ算出する。

Ｓ＝Ｈ×１０００／（Ｈ／Ｃ＋Ｎ×１００／（１００＋Ａ）／Ｂ＋Ｎ×Ａ／（１００＋Ｏ）） ・・・（２）

数式（２）において、固化材量Ｈ（ｇ）、土量Ｎ（ｇ）、水量Ｏ（ｇ）及び、含水比Ａ（％）は、数式（１）と同じである。Ｂは、土の粒子密度（ｇ/ｃｍ３）であり、例えば、地盤工学会等の既知の値を用いればよい。Ｃは、固化材の粒子密度（ｇ/ｃｍ３）であり、例えば、高炉セメントの場合は３．０５が予め設定されている。なお、特殊セメントを使用することも考えられるため、固化材の粒子密度Ｃは、任意の値に設定可能としてもよい。

内割検量線生成部１６５は、上記数式（１）に従って算出した上昇温度Ｑ１～Ｑ５を横軸（Ｘ軸）、上記数式（２）に従って算出した固化材含有量Ｓ１～Ｓ５を縦軸（Ｙ軸）とし、これらを回帰分析することにより一次回帰直線式（Ｙ＝ａＸ＋ｂ）を求めて、内割検量線グラフｇ１（図６（Ａ）参照）を生成すると共に、当該一時回帰直線式（Ｙ＝ａＸ＋ｂ）の相関係数の二乗（Ｒ^２）を算出する。これら内割検量線グラフｇ１、一次回帰直線式（Ｙ＝ａＸ＋ｂ）及び、相関係数の二乗（Ｒ^２）は、記憶部１６２に格納されると共に、表示操作パネル１１０に表示される。

上昇温度Ｑ１～Ｑ５及び固化材含有量Ｓ１～Ｓ５のうち、内割検量線グラフｇ１の直線上から大きく外れているものがあれば、該当する試験ケース１～５につき、上記図３に示す手順に従って計測をやり直せばよい。また、相関係数の二乗（Ｒ^２）が所望の値から外れている場合には、上記図３に示す手順に従って検量線作成試験をやり直せばよい。

外割検量線生成部１６６は、上記表１の試験ケース１～５に対応する各対象土３００の上昇温度Ｑと固化材含有量Ｓとを算出し、これらを回帰分析することにより一次回帰直線式（Ｙ＝ａ’Ｘ＋ｂ）を求めて外割検量線グラフｇ２（図６（Ｂ）参照）を生成する。ここで、外割とは、原土：１ｍ３に添加する固化材量（ｋｇ/ｍ３）であり、主として原位置撹拌工法で使用する。外割を選択するか否かは、作業者が入力表示パネル１１０の「外割選択ボタン」を押すことにより選択できるように構成されている。以下、外割検量線グラフｇ２の生成手順の詳細を説明する。

まず、外割検量線生成部１６６は、上記表１の試験ケース１～５に対応する各対象土３００の上昇温度Ｑを、最高温度Ｍ_Ｍａｘから撹拌前温度Ｅを差し引く上述の数式（１）に従ってそれぞれ算出する。

次いで、外割検量線生成部１６６は、各対象土３００の固化材含有量Ｓを以下の数式（３）に従ってそれぞれ算出する。

Ｓ＝Ｈ×１０００／Ｎ×Ｚ ・・・（３）

数式（３）において、固化材量Ｈ（ｇ）及び、土量Ｎ（ｇ）は、数式（１）又は（２）と同じである。Ｚ（ｇ/ｃｍ３）は、地盤の湿潤密度であり、例えば、地盤工学会等の既知の値を用いればよい。

外割検量線生成部１６６は、上記数式（１）に従って算出した上昇温度Ｑ１～Ｑ５を横軸（Ｘ軸）、上記数式（３）に従って算出した固化材含有量Ｓ１～Ｓ５を縦軸（Ｙ軸）とし、これらを回帰分析することにより一次回帰直線式（Ｙ＝ａ’Ｘ＋ｂ）を求めて、外割検量線グラフｇ２（図６（Ｂ）参照）を生成すると共に、当該一時回帰直線式（Ｙ＝ａ’Ｘ＋ｂ）の相関係数の二乗（Ｒ^２）を算出する。これら外割検量線グラフｇ２、一次回帰直線式（Ｙ＝ａ’Ｘ＋ｂ）及び、相関係数の二乗（Ｒ^２）は、記憶部１６２に格納されると共に、表示操作パネル１１０に表示される。

上昇温度Ｑ１～Ｑ５及び固化材含有量Ｓ１～Ｓ５のうち、外割検量線グラフｇ２の直線上から大きく外れているものがあれば、該当する試験ケース１～５につき、上記図３に示す手順に従って計測をやり直せばよい。また、相関係数の二乗（Ｒ^２）が所望の値から外れている場合には、上記図３に示す手順に従って検量線作成試験をやり直せばよい。

固化材含有量演算部１６７は、上述の本計測試験（図４参照）にて測定される計測用対象土４００の初期温度Ｔ、塩酸４２０の初期温度Ｕに基づいて、撹拌後の計測用対象土４００の最高温度Ｖ_Ｍａｘから撹拌前温度Ｅ’を差し引く以下の数式（４）に従って、計測用対象土４００の上昇温度Ｗを算出する。

Ｗ＝Ｖ_Ｍａｘ－Ｅ’＝Ｖ_Ｍａｘ－（（１００×Ｐ×Ｔ）＋（１００×Ｇ×Ｕ））／（（１００×Ｐ）＋（１００×Ｇ））・・・（４）

数式（４）において、土の比熱Ｐ（Ｊ/ｇ）、塩酸の比熱Ｇ（Ｊ/ｍＬ）は、上記数式（１）と同じであり、説明は省略する。

固化材含有量演算部１６７は、上記数式（４）に従って算出した計測用対象土４００の上昇温度Ｗに基づいて、内割であれば内割検量線グラフｇ１を、外割であれば外割検量線グラフｇ２を参照し、Ｘ軸の上昇温度Ｗに対応するＹ軸の値を読み取ることにより、計測用対象土４００の固化材含有量Ｙを自動計算する。固化材含有量演算部１６７により演算された固化材含有量Ｙは、入力表示パネル１１０に表示されると共に、記憶部１６２に格納される。

次に、図７に基づいて、本実施形態に係る固化材含有量の計測方法のフローを説明する。

ステップＳ１０では、内割又は外割を選択する。内割であればステップＳ２０に進み、外割であればステップＳ４０に進む。

ステップＳ２０に進んだ場合、すなわち内割であれば、表示操作パネル１１０から以下の条件値を入力する。
（１）土の含水比Ａ
（２）土の粒子密度Ｂ
（３）固化材の粒子密度Ｃ
（４）固化材の比熱Ｆ
（５）塩酸の比熱Ｇ
（６）土の比熱Ｐ
（７）固化材量Ｈ
（８）土量Ｎ
（９）水量Ｏ
（１０）固化材量Ｋ

ステップＳ４０に進んだ場合、すなわち外割であれば、表示操作パネル１１０から以下の各条件値を入力する。
（１）土の含水比Ａ
（２）土の粒子密度Ｂ
（３）固化材の粒子密度Ｃ
（４）固化材の比熱Ｆ
（５）塩酸の比熱Ｇ
（６）土の比熱Ｐ
（７）固化材量Ｈ
（８）土量Ｎ
（９）水量Ｏ
（１０）固化材量Ｋ
（１１）地盤の湿潤密度Ｚ

次いで、ステップＳ２１及び、ステップＳ４１（本開示の第１工程）では、対象土３００の初期温度Ｊ、水３１０の初期温度Ｉ、塩酸３２０の初期温度Ｌを計測する。

次いで、ステップＳ２２及び、ステップＳ４２（本開示の第２工程）では、対象土３００に対して、水３１０、固化材３４０及び、塩酸３２０を添加して撹拌モータ３０を駆動すると共に、反応熱用温度センサ５４により反応温度Ｍを計測し、該反応温度Ｍの最高温度Ｍ_Ｍａｘを判定する。

次いで、ステップＳ２３及び、ステップＳ４３（本開示の第３工程）では、対象土３００、水３１０、塩酸３２０の各初期温度Ｊ，Ｉ，Ｌ及び、土３００、塩酸３２０の比熱Ｐ，Ｇに基づいて撹拌前温度Ｅを算出すると共に、最高温度Ｍ_Ｍａｘから撹拌前温度Ｅを差し引くことにより、対象土３００の上昇温度Ｑを演算し、該上昇温度Ｑ及び対象土３００の固化材含有量Ｓを回帰分析することにより検量線グラフｇ１，ｇ２を生成する。

次いで、ステップＳ２４及び、ステップＳ４４（本開示の第４工程）では、計測用対象土４００の初期温度Ｔ、塩酸４２０の初期温度Ｕを計測する。

次いで、ステップＳ２５及び、ステップＳ４５（本開示の第５工程）では、計測用対象土４００に対して塩酸４２０を添加して撹拌モータ３０を駆動すると共に、反応熱用温度センサ５４により反応温度Ｖを計測し、該反応温度Ｖの最高温度Ｖ_Ｍａｘを判定する。

最後に、ステップＳ２６及び、ステップＳ４６（本開示の第６工程）では、計測用対象土４００、塩酸４２０の各初期温度Ｔ，Ｕ及び、計測用対象土４００、塩酸４２０の比熱Ｐ，Ｇに基づいて撹拌前温度Ｅ’を算出すると共に、最高温度Ｖ_Ｍａｘから撹拌前温度Ｅ’を差し引くことにより、計測用対象土４００の上昇温度Ｗを演算し、該上昇温度Ｗに応じた値を検量線グラフｇ１，ｇ２から読み取ることにより計測用対象土４００の固化材含有量Ｙを自動計算して計測を終了する。なお、上述のステップＳ２０～Ｓ２３及び、ステップＳ４０～４３による検量線作成試験は、計測を行う環境（例えば、気温）や、現場の土質に大きな変化が生じるまでの間は、原則として１回のみ行えばよく、その間はステップＳ２４～Ｓ２６及び、ステップＳ４４～４６による本計測試験を繰り返し実施することが可能である。

以上詳述した本実施形態によると、検量線作成試験では、予め対象土３００、水３１０及び、塩酸３２０の初期温度Ｊ，Ｉ，Ｌをそれぞれ計測し、これら初期温度Ｊ，Ｉ，Ｌと対象土３００、塩酸３２０及び、固化材３４０の比熱Ｐ，Ｇ，Ｆとに基づいて撹拌前温度Ｅを算出すると共に、対象土３００に固化材３４０及び塩酸３２０を添加して撹拌した際の最高温度Ｍ_Ｍａｘから撹拌前温度Ｅを差し引くことにより、対象土３００の上昇温度Ｑを演算する。また、本計測試験では、予め計測用対象土４００及び、塩酸４２０の初期温度Ｔ，Ｕをそれぞれ計測し、これら初期温度Ｔ，Ｕと計測用対象土４００及び塩酸４２０の比熱Ｐ，Ｇとに基づいて撹拌前温度Ｅ’を算出すると共に、塩酸４２０を添加して撹拌した際の最高温度Ｖ_Ｍａｘから撹拌前温度Ｅ’を差し引くことにより、計測用対象土４００の上昇温度Ｗを演算するように構成されている。これにより、周辺温度の影響を考慮した各対象土３００，４００の上昇温度Ｑ，Ｗを算出することが可能となり、低温環境下或は高温環境下であっても、検量線グラフｇ１，ｇ２の作成精度が向上されるようになり、さらには、固化材含有量Ｙの測定精度も効果的に向上することができる。

また、塩酸を使用する計測ユニット１０と、腐食に弱いデータ処理部１６０等を含む制御ユニット１００とを別体に構成したことより、データ処理部１６０等が塩酸により腐食して故障を引き起こすことを効果的に防止することができる。

また、計測ユニット１０及び、制御ユニット１００を、作業者が容易に持ち運びをできるコンパクトなポータブルサイズとしたことで、現場への搬入や設置スペースの確保、さらには現場からの搬出が容易となり、作業効率を確実に向上することができる。

また、塩酸を用いる計測ユニット１０を、耐腐食性の塩化ビニル樹脂等で形成することにより、メンテナンス等の頻度や維持費を効果的に削減することができる。

また、各対象土３００，４００に添加する塩酸３２０，４２０を、予め塩酸容器４０にパッケージ化したことにより、作業者の計量作業を省略することが可能となり、作業効率や安全性の向上を図ることができる。

なお、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜に変形して実施することが可能である。

例えば、上昇温度Ｑ，Ｗや固化材含有量Ｙの演算式は、上記数式（１）～（４）に限定されず、他の公式やモデル式等を用いてもよい。また、本開示の適用は、セメントや石灰に限定されず、塩酸と反応し得る他の固化材にも広く適用することが可能である。

１ 計測装置
１０ 計測ユニット
１１ 保温容器
１２ 台座部
２０ 撹拌機本体部
２１ ベース部
２４ 支柱部
２６ 把持部
２８ 蓋部
３０ 撹拌モータ
３５ 撹拌フィン
４０ 塩酸容器
５１ 塩酸用温度センサ５１
５２ 土用温度センサ
５３ 水用温度センサ
５４ 反応熱用温度センサ
１００ 制御ユニット
１０１ 収容ボックス
１１０ 入力表示パネル
１２０ バッテリ
１６０ データ処理部
１６１ 初期温度取得部
１６２ 記憶部
１６３ 反応温度取得部
１６４ 最高温度判定部
１６５ 内割検量線生成部
１６６ 外割検量線生成部
１６７ 固化材含有量演算部
１７０ 外部記憶装置

Claims (6)

1. 対象土及び本計測用対象土に添加する塩酸と、該塩酸添加前の前記対象土及び前記本計測用対象土の初期温度とをそれぞれ取得する初期温度取得部と、
   少なくとも前記塩酸を添加した前記対象土及び前記本計測用対象土をそれぞれ撹拌可能な撹拌機と、
   前記撹拌機により撹拌される前記対象土及び前記本計測用対象土の反応温度をそれぞれ取得する反応温度取得部と、
   少なくとも２以上の前記対象土に前記塩酸及び異なる量の固化材をそれぞれ添加して、前記撹拌機により撹拌させた際に前記反応温度取得部により取得される反応温度から最高温度を判定すると共に、該最高温度と前記対象土の初期温度とに基づいて前記対象土の上昇温度を演算し、該上昇温度と前記対象土の固化材含有量とを回帰分析することにより回帰式を作成する回帰分析部と、
   前記本計測用対象土に前記塩酸を添加して前記撹拌機により撹拌させた際に前記反応温度取得部により取得される反応温度から最高温度を判定すると共に、該最高温度と前記本計測用対象土の初期温度とに基づいて前記本計測用対象土の上昇温度を演算し、該上昇温度と前記回帰式とに基づいて固化材含有量を演算する含有量演算部と、を備え、
   前記初期温度取得部は、前記対象土に添加する水の初期温度をさらに取得し、
   前記回帰分析部は、前記２以上の対象土の前記上昇温度を、該２以上の対象土の前記最高温度と、前記初期温度取得部により取得した前記塩酸、前記２以上の対象土及び、前記水の各初期温度とに基づいて演算する
   ことを特徴とする固化材含有量の計測装置。
2. 対象土及び本計測用対象土に添加する塩酸と、該塩酸添加前の前記対象土及び前記本計測用対象土の初期温度とをそれぞれ取得する初期温度取得部と、
   少なくとも前記塩酸を添加した前記対象土及び前記本計測用対象土をそれぞれ撹拌可能な撹拌機と、
   前記撹拌機により撹拌される前記対象土及び前記本計測用対象土の反応温度をそれぞれ取得する反応温度取得部と、
   少なくとも２以上の前記対象土に前記塩酸及び異なる量の固化材をそれぞれ添加して、前記撹拌機により撹拌させた際に前記反応温度取得部により取得される反応温度から最高温度を判定すると共に、該最高温度と前記対象土の初期温度とに基づいて前記対象土の上昇温度を演算し、該上昇温度と前記対象土の固化材含有量とを回帰分析することにより回帰式を作成する回帰分析部と、
   前記本計測用対象土に前記塩酸を添加して前記撹拌機により撹拌させた際に前記反応温度取得部により取得される反応温度から最高温度を判定すると共に、該最高温度と前記本計測用対象土の初期温度とに基づいて前記本計測用対象土の上昇温度を演算し、該上昇温度と前記回帰式とに基づいて固化材含有量を演算する含有量演算部と、を備え、
   前記回帰分析部は、前記初期温度取得部により取得した前記２以上の対象土の初期温度と、前記塩酸の比熱と、前記２以上の対象土の比熱と、該２以上の対象土に添加する前記固化材の比熱とに基づいて算出した撹拌前温度を前記２以上の対象土の前記最高温度からそれぞれ差し引くことにより、前記２以上の対象土の前記上昇温度をそれぞれ演算する
   ことを特徴とする固化材含有量の計測装置。
3. 少なくとも前記撹拌機を含む計測ユニットと、少なくとも前記回帰分析部及び、前記含有量演算部を含む制御ユニットとが別体に構成されている
   請求項１又は２に記載の固化材含有量の計測装置。
4. 前記対象土及び前記本計測用対象土に添加する前記塩酸は、規定量が予め容器にパッケージ化されている
   請求項１から３の何れか一項に記載の固化材含有量の計測装置。
5. 対象土に添加する塩酸及び、該塩酸添加前の前記対象土の初期温度を取得する第１工程と、
   該第１工程で初期温度を取得した少なくとも２以上の前記対象土に、前記第１工程で初期温度を取得した前記塩酸及び異なる量の固化材をそれぞれ添加して撹拌すると共に、撹拌される前記２以上の対象土の反応温度をそれぞれ計測し、計測される該反応温度の最高温度を判定する第２工程と、
   該第２工程で判定した前記最高温度と、前記第１工程で計測した前記初期温度とに基づいて、前記２以上の対象土の上昇温度をそれぞれ演算すると共に、該上昇温度と前記対象土の固化材含有量とを回帰分析することにより回帰式を作成する第３工程と、
   本計測用対象土に添加する塩酸及び、該塩酸添加前の前記本計測用対象土の初期温度を取得する第４工程と、
   該第４工程で初期温度を取得した前記本計測用対象土に前記第４工程で初期温度を取得した前記塩酸を添加して撹拌すると共に、撹拌される前記本計測用対象土の反応温度を計測し、計測される該反応温度から最高温度を判定する第５工程と、
   該第５工程で判定した前記最高温度と、前記第４工程で計測した前記初期温度とに基づいて、前記本計測用対象土の上昇温度を演算すると共に、該上昇温度と前記回帰式とに基づいて固化材含有量を演算する第６工程と、を含み、
   前記第１工程は、前記対象土に添加する水の初期温度をさらに取得し、
   前記第３工程は、前記２以上の対象土の前記上昇温度を、該２以上の対象土の前記最高温度と、前記初期温度取得部により取得した前記塩酸、前記２以上の対象土及び、前記水の各初期温度とに基づいて演算する
   ことを特徴とする固化材含有量の計測方法。
6. 対象土に添加する塩酸及び、該塩酸添加前の前記対象土の初期温度を取得する第１工程と、
   該第１工程で初期温度を取得した少なくとも２以上の前記対象土に、前記第１工程で初期温度を取得した前記塩酸及び異なる量の固化材をそれぞれ添加して撹拌すると共に、撹拌される前記２以上の対象土の反応温度をそれぞれ計測し、計測される該反応温度の最高温度を判定する第２工程と、
   該第２工程で判定した前記最高温度と、前記第１工程で計測した前記初期温度とに基づいて、前記２以上の対象土の上昇温度をそれぞれ演算すると共に、該上昇温度と前記対象土の固化材含有量とを回帰分析することにより回帰式を作成する第３工程と、
   本計測用対象土に添加する塩酸及び、該塩酸添加前の前記本計測用対象土の初期温度を取得する第４工程と、
   該第４工程で初期温度を取得した前記本計測用対象土に前記第４工程で初期温度を取得した前記塩酸を添加して撹拌すると共に、撹拌される前記本計測用対象土の反応温度を計測し、計測される該反応温度から最高温度を判定する第５工程と、
   該第５工程で判定した前記最高温度と、前記第４工程で計測した前記初期温度とに基づいて、前記本計測用対象土の上昇温度を演算すると共に、該上昇温度と前記回帰式とに基づいて固化材含有量を演算する第６工程と、を含み、
   前記第３工程は、前記初期温度取得部により取得した前記２以上の対象土の初期温度と、前記塩酸の比熱と、前記２以上の対象土の比熱と、該２以上の対象土に添加する前記固化材の比熱とに基づいて算出した撹拌前温度を前記２以上の対象土の前記最高温度からそれぞれ差し引くことにより、前記２以上の対象土の前記上昇温度をそれぞれ演算する
   ことを特徴とする固化材含有量の計測方法。

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