JP7454802B2 - 空隙測定装置及び空隙測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、空隙測定装置及び空隙測定方法に関する。

内部に多数の空隙が形成された構造体である多孔質体は、気体や液体といった流体を透過する性質や、吸音性を示す。そのため多孔質体は、ろ過や洗浄、分離などに用いられたり、吸音材、遮音材として利用されている。

例えば多孔質体のひとつであるポーラスコンクリートは、舗装や水質の浄化などに用いられ、優れた透水性能を利用して洪水の抑制や低減、雨水流出の抑制といった効果が期待できるため、水害の防止にも寄与している。しかし、ポーラスコンクリートは、長期間利用されることにより、砂や石、植生などが空隙に入り込んで空隙を閉塞し目詰まりが生じる。そのため、透水性や吸音性、遮音性などの諸性能が低下したり失せる場合がある。このように、多孔質体は空隙が閉塞された程度によって性能に差異が生じることから多孔質体の性能を知るために多孔質体での空隙が占める度合を測定する手法がこれまで提案されている。また、測定対象物を破壊することなく、非破壊で測定する手法が好ましく、非破壊での測定手法もこれまで提案されている。

例えば、特許文献１及び特許文献２には、ろ過池におけるポーラスコンクリートの空隙率を空気の振動特性に基づいて測定する空隙率測定装置が記載されている。この空隙率測定装置は、第１遮音室及び第２遮音室を備える。第１遮音室及び第２遮音室は、ポーラスコンクリートに臨むように一端側に開口部が形成されていて、隣接配置されている。第１遮音室には空気振動源が設置されるとともに、空気振動源から出力された直接振動の強度を計測する第１振動計測センサが設置されている。第２遮音室に空気振動源から出力されポーラスコンクリートからの反射振動強度を計測する第２振動計測センサが設置されている。第１音響センサ及び第２音響センサは周波数帯域選択部を備え、周波数帯域選択部は、スピーカから出力された所定強度のホワイトノイズのうちポーラスコンクリートにより個別に設定された周波数帯域の音響強度を選択的に計測する。

特開２０１４－１７８２２３号公報 特開２０１４－１７８２２４号公報

しかしながら、特許文献１と特許文献２に記載される装置は、ポーラスコンクリートに応じた適正な周波数帯域を求めるために、音源からのホワイトノイズ音を出力してオクターブ分析を行う分析機器を要するなど装置構成が複雑であり大掛かりである。

そこで、本発明は、多孔質体において空隙が占める度合を簡単な構成で測定することができる空隙測定装置及び空隙測定方法を提供することを目的とする。

本発明の空隙測定装置は、送出機と、筒状とされた筒状部材と、検出部とを備え、多孔質体の空隙が占める度合を測定する。送出機はエアを送出する。筒状部材は一端側の第１開口が多孔質体に密着され、他端側の第２開口が送出機に接続しており、側面に第３開口が形成されている。検出部は第３開口に設けられ、空隙が占める度合に応じた信号として風速または風量を検出する。

上記送出機は、外部からエアを流入するための流入開口と、流入開口に設けられ、流入開口の開度を変化できる開度変化部材とを有することが好ましい。

上記筒状部材は、第１開口の周辺に、多孔質体を押圧する押圧方向と反対方向において弾性変形する弾性部材を有することが好ましい。

また、上記筒状部材は、エアの送り方向における上流側から下流側に向けて送り方向に直交する断面での断面積が漸増することが好ましい。

検出された風速または風量を表示する表示部をさらに備えることが好ましい。

風速と風量とのうち検出部で検出される一方に対して設定された閾値を記憶する記憶部と、上記検出部から取得した上記一方と記憶部から取得した閾値とを比較して、取得した上記一方が閾値以上である場合に、上記一方が閾値以上であることを報知することが好ましい。

本発明の空隙測定方法は、エア送入工程と、検出工程とを有して、多孔質体の空隙が占める度合を測定する。エア送入工程は筒状部材の第２開口から多孔質体へエアを送入する。検出工程は筒状部材側面に形成された開口での風速または風量を空隙が占める度合に応じた信号として検出する。

本発明によれば、多孔質体において空隙が占める度合を、簡単な構成で測定することができる。

空隙測定装置の概略図である。 風速と空隙占有度合との相関関係を示すグラフである。 送出機の概略図である。 筒状部材の概略図であり、（Ａ）は正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）を紙面下側から見た平面図である。 送風の開始からの経過時間と風速との関係を示すグラフである。 設定空隙率と風速の相関関係を示すグラフである。 空隙占有度合と風速の測定結果を示すグラフである。

図１に示す空隙測定装置１１は本発明の実施形態の一例である。空隙測定装置１１は、ポーラスコンクリート１３において空隙が占める度合（以下、空隙占有度合と称する）を測定するためのものである。従来より空隙率の求め方は種々あるが、本例での空隙占有度合は、ポーラスコンクリート１３の全体積をＹとして、Ｙに占める空隙１５の体積をＸ１５としたときにＸ１５／Ｙで求められ、百分率として（Ｘ１５／Ｙ）×１００で求めてもよい。ポーラスコンクリート１３の全体積Ｙは、空隙１５の体積Ｘ１５を含んだ体積であり、すなわち、ポーラスコンクリート１３の表面及び内部の空隙１５の体積Ｘ１５と、空隙１５以外の物質の体積ＸＳとの和である。したがって、ポーラスコンクリート１３に異物１７が含まれていない場合には、空隙１５を画定している構造部１９の体積Ｘ１９が体積ＸＳであり、また、異物１７が含まれている場合には、異物１７の体積Ｘ１７と構造部１９の体積Ｘ１９との和であるＸ１７＋Ｘ１９が体積ＸＳである。なお、空隙占有度合は、上記の概念であるから、後述する設計空隙率と相関性がある。

ポーラスコンクリート１３は空隙１５を有していることで、前述の通り優れた透水性を示す。そのため、例えば、雨水を貯留する枡をポーラスコンクリート１３で形成し、この枡を地面に埋設した場合、大雨などで枡に溜まった雨水は、枡の下へと徐々に浸透していく。これにより、枡の雨水が地上に逆流したり、枡の容量を超えた雨水が地上に溢れたりする水害を防止することができる。しかし、透水性はポーラスコンクリート１３の空隙１５に異物１７が含まれることにより低下する。そこで、空隙測定装置１１は、異物１７が存在する程度を把握したり、また、ポーラスコンクリート１３を洗浄する場合には洗浄するタイミングを決めたり、洗浄後の洗浄効果を把握する等のために、用いることができる。

ポーラスコンクリート１３は多孔質体の一例であり、空隙測定装置１１が空隙占有度合を測定する測定対象物としての多孔質体はポーラスコンクリート１３に限られない。測定対象物としての多孔質体は、活性炭や溶岩、軽石、シリカなどの天然鉱物であってもよいし、人工的に形成された人工形成物であってもよい。人工形成物としては、例えば、本例でのポーラスコンクリート１３やポーラスアスファルト、合成ゴムあるいはプラスチックなどで形成された発泡体などがあり、また人工的につくられたシリカなどでもよい。

本例のポーラスコンクリート１３は道路の舗装として施工された状態であり、使用を経たものである。空隙１５に異物１７が存在している。異物１７としては、砂、石、植生、埃などがある。また、使用している間などにポーラスコンクリート１３の一部が破砕した破砕片も、異物１７としてみなしてよい。なお、説明の便宜上、図１ではポーラスコンクリート１３については断面を模式的に描くとともに、空隙１５と、空隙１５を画定する構造部１９と、異物１７とをそれぞれ大きく誇張して描いてある。また、空隙占有度合の測定に供するポーラスコンクリートは例えば空隙に異物が存在しない新しいもの（未使用品）でもよい。

空隙測定装置１１は、エアを送出する送出機２１と、送出機２１のエアを送出する送出ノズル２３に接続している筒状に形成された筒状部材２５と、風速検出部２７とを備える。筒状部材２５は管２９を介して送出ノズル２３に接続しており、管２９の一端は送出ノズル２３に、他端は筒状部材２５につながれている。ただし、管２９は設けずに、筒状部材２５を送出ノズル２３に直接接続してもよい。

送出機２１は、回転軸（図示無し）に複数の回転翼（図示無し）が設けられた回転ユニット（図示無し）を内部に収容する筐体（ハウジング）３１を有し、送出ノズル２３は筐体３１から一方向に伸びて形成されている。本例の回転翼は、図１における時計回りまたは反時計回りの回転するように収容されている。筐体３１は、回転する回転翼に当たらないように、図１に示す手前の面である側面が円形状に形成されているが、回転翼に当たらなければ側面の形状は特に限定されず、矩形などでもよい。

送出機２１の側面には、外部からエアが流入する流入開口３３が形成されている。送出機２１は、流入開口３３の少なくとも一部を開放した状態で回転翼を回転させることにより、管２９を介してエアを筒状部材２５へ向けて送出する。なお、送出機２１から送り出したエアの送り方向を、以下の説明においては単に「送り方向」と称する。

送出機２１は、送出機２１を支持する支持ユニット３５を備えており、支持ユニット３５は、筐体３１が固定される固定板３５ａと、固定板３５ａに設けられた足部３５ｂとを備える。足部３５ｂの底面３５ｓは、例えば地面などに接する接地面とされ、固定板３５ａを支持する。足部３５ｂは、固定板３５ａに形成された例えばねじ孔（図示無し）に螺合するねじ（図示無し）を有し、ねじ孔に対するねじの入れ込み度合を調整することにより、固定板３５ａの例えば地面からの高さが調整される。なお、送出機２１には、作業者により把持される把手（図示無し）が設けられていてもよい。また、筒状部材２５も送出機２１と同様に把手３９を設けることが好ましい。

管２９は、断面円形の円筒であり、蛇腹状とすることで、伸縮自在、かつ、種々の方向に曲げられるようにしてある。管２９の長さは、本例では１ｍとしてあるが、管２９の長さはこれに限られず適宜選択してよい。

筒状部材２５は、第１開口４１（図４参照）が形成されている一端側がポーラスコンクリート１３の露呈した表面に密着され、他端側の第２開口４２（図４参照）が送出機２１に接続している。筒状部材２５の側面には第３開口４３（図４参照）が形成されており、風速検出部２７は第３開口４３に設けられている。これにより、送出機２１から送られてきたエアはポーラスコンクリート１３に案内され、ポーラスコンクリート１３の空隙１５を進行できなかった流量分が、筒状部材２５の内部空間から第３開口４３を通じて外部へ流出し、第３開口４３から流出するエアの風速が風速検出部２７により検出される。なお、以下の説明において、単に「風速」と記載する場合は、風速検出部２７により検出される風速を意味するものとする。本例では、検出部として風速検出部２７を用いているが、風量を求める場合は、風速検出部２７に代わって風量を検出する風量検出部（図示無し）を用いてもよい。風量検出部を設けることにより、第３開口４３から流出するエアの風量が検出される。

空隙占有度合と第３開口４３から流出するエアの流量（風量）とは相関性があり、第３開口４３で検出される風速は第３開口４３から流出するエアの流量を第３開口４３の面積で除算した値である。したがって、送出機２１から送出するエアの流量を一定とするとき、空隙占有度合と風速検出部２７により検出される風速とは相関性がある。具体的には、空隙占有度合が大きいほど風速検出部２７により検出される風速が小さい。

例えば図２に示すように、風速を横軸とし、空隙占有度合を縦軸としたグラフは、風速が大きくなるほど空隙占有度合が小さくなるグラフとなる。したがって、風速と空隙占有度合との関係を予め求めておき、風速Ｖｘが検出された場合には、風速Ｖｘに対応する空隙占有度合Ｒｖが特定される。すなわち、風速Ｖｘは、空隙占有度合に応じた信号として検出している。なお、図２でのグラフは風速と空隙占有度合との関係を示す一例であり、風速と空隙占有度合との関係のグラフは図２に示すように直線である場合もあるし、曲線である場合もある。また、第３開口４３での風速と風量とは相関性があり、風速が増加するに伴い風量も増加する比例関係にある。そのため、図２に示す風速と空隙占有度合との関係と同様の関係が風量と空隙占有度合との関係にもある。

図３に示すように、送出機２１は、コントローラ５１と開度変化部材５３とを有する。コントローラ５１は、前述の回転ユニットの駆動を制御して回転翼の回転速度を調整する。開度変化部材５３は送出機２１からのエアの流量を調整するためのものであり、流入開口３３に設けられている。開度変化部材５３は流入開口３３よりも大きな円形の板とされており、取付部材５５によって筐体３１に取り付けられている。開度変化部材５３は、図３において実線で示すように流入開口３３を閉じる閉じ位置と、流入開口３３の全領域を開けた状態、すなわち全開にする開き位置との間で、取付部材５５を中心に回転自在とされている。また、閉じ位置と開き位置との間の任意の位置に配することができるようになっており、これにより、流入開口３３の開度は自在に設定可能となっている。流入開口３３の開度を開度変化部材５３で変化させることにより、筐体３１の内部へのエアの流量が変わるから、送出ノズル２３から送出されるエアの流量が変化する。

開度変化部材５３は、流入開口３３の開度を変化させるためのものであるから、本例のように筐体３１の側面に沿ってスライド変位するものに限られない。他の例としては、流入開口３３を閉じる閉じ位置と、流入開口３３から図３の紙面手前方向に離れた退避位置との間で変位するものが挙げられる。すなわち、筐体３１の側面及び流入開口３３からの距離が増減するように変位する開度変化部材であっても、流入開口３３の開度を変化させることができるから用いることができる。

流入開口３３と開度変化部材５３とは共に円形状としているが、これらの形状は円形状に限られず、例えば矩形や不定形であっても構わない。また、送出ノズル２３は断面円形の円筒状としているが、送出ノズル２３は円筒状に限られず、例えば正方形や矩形状の角筒であってもよい。

図４（Ａ）に示すように、筒状部材２５は、送出機２１から送られてきたエアをポーラスコンクリート１３に導入するためのものである。筒状部材２５は、互いに連結した４枚の第１板６１で形成されており、一端側に、第２開口４２が形成された四角形状の第２板６２が設けられている。この第２開口４２に管２９が接続している。第１板６１は、第２板６２に連結する一縁がその一縁の対辺としての他縁よりも短い台形状の板である。これにより、筒状部材２５は、内部が空洞、かつ、一面が解放された角錐台形状とされている。このように筒状部材２５は、エアの送り方向における上流側から下流側に向けて、送り方向に直交する断面での断面積が漸増している。

筒状部材２５の他端側には、弾性変形する弾性部材６５が設けられていることが好ましく、本例でもそのようにしてある。弾性部材６５は、ポーラスコンクリート１３との隙間をより小さく抑えるという密着性の向上のためのものであり、第１開口４１の周囲に設けられ、筒状部材２５でポーラスコンクリート１３を押圧した場合に、押圧する押圧方向と反対の方向において弾性変形する。弾性部材６５の素材は、ポーラスコンクリート１３と第１開口４１との密着性と耐久性の観点からシリコーン系材料を採用している。ただし、密着性を向上させる弾性材料であればよく、例えばアクリロニトリル・ブタジエンゴム（ＮＢＲ）でもよい。

第１開口４１と第２板６２との距離Ｌ１は１５０ｍｍ、第２開口４２の対面する一対の一辺の長さＬ２は１８０ｍｍ、第２開口４２の対面する別の一対の一辺の長さＬ３は１８０ｍｍである。ただし、筒状部材２５は、送出機２１から送られてきたエアをポーラスコンクリート１３に導入するためのものであるから、筒状部材２５の大きさ及び形状は本例に限られず、例えば、筒状部材２５よりも大きなまたは小さな角筒状であってもよいし、円筒形状であってもよい。

また、図４（Ｂ）に示すように、４枚の第１板６１のうちの１枚には、貫通した貫通孔があり、この貫通孔は第１板６１の外面に第３開口４３を形成している。風速検出部２７はこの第３開口４３に設けられている。風速検出部２７は回転ユニット６７と検出部本体６９とを備える。回転ユニット６７は、回転軸６７ａに固定された回転翼６７ｂを有し、第３開口４３に重なる位置に配されている。回転ユニット６７は、第３開口４３を通過して外部へ向かうエアの流れによって回転翼６７ｂが回転する。検出部本体６９は、回転翼６７ｂと一体に周方向に回転する回転軸６７ａに接続しており、回転軸６７ａの回転速度を検出し、検出した回転速度に対応するエアの風速を求め、表示部６９ａに表示する。

表示部６９ａは、例えば液晶ディスプレイであり、表示方式は風速を図４（Ａ）に示すようにデジタル表示してもよいし、アナログ表示するものであってもよい。また、風速検出部２７の代わりに風量検出部（図示無し）を設ける場合は、風量を表示する表示部（図示無し）を用いる。この表示部も表示部６９ａと同様にデジタル表示するものでよく、あるいは、アナログ表示するものであってもよい。また、後述の報知部７３を、風速または風量を表示する表示部として用いてもよい。

第３開口４３が形成されている第１板６１の内面には、測定対象物から飛散してくる飛散物が風速検出部２７の回転ユニット６７へ到達することを防止するために、メッシュ（網目）が形成されたメッシュ材７０を設けることが好ましく、本例でもそのようにしてある。メッシュ材７０は、飛散物を遮るものであるから、貫通孔が形成された他のものでもよい。他の例としては、濾布や不織布などがある。また、メッシュ材７０とこれら他の例とを例えば重ねた態様として併用してもよい。ただし、エアの第３開口４３の通過をできるだけ阻害しない程度に、十分な貫通孔が形成されていることが好ましい。

空隙測定装置１１は、さらに記憶部７１と報知部７３とを備えてもよく、本例ではさらに入力部７５を備える。記憶部７１と報知部７３と入力部７５とは、風速検出部２７と通信可能な例えばモバイル端末７７などのコンピュータで構成され、本例ではモバイル端末７７として、スマートフォンを用いている。コンピュータとしては、パーソナルコンピュータなどでもよい。風速検出部２７とモバイル端末７７とは、例えばブルートゥース（登録商標）（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標））や、インターネット等のネットワークで接続可能に構成されていることが好ましく、本例では、風速検出部２７とモバイル端末７７をブルートゥースによるネットワークで接続をしている。

入力部７５は、検出する風速に対して設定した閾値を入力するためのものであり、例えばタッチパネルディスプレイや、キーボードなどが挙げられる。記憶部７１は、入力部７５で入力された閾値を記憶する。ポーラスコンクリート１３は異物１７による閉塞が顕著な場合には洗浄によって異物１７を除去する洗浄処理がなされる。そこで、本例では洗浄処理を行うレベルに閉塞されているか否かを調べるために、洗浄が必要なレベルとして設定された空隙占有度合に対応する風速を、閾値として入力し、記憶している。また、洗浄処理を行った後の洗浄効果を確認するために、洗浄が十分に行われたとした場合もしくは異物による閉塞がされていない新品のポーラスコンクリートの場合の、空隙占有度合に対応する風速を、閾値として入力し、記憶してもよい。報知部７３は、風速検出部２７と記憶部７１とのそれぞれと接続されており、風速検出部２７からは検出された風速を取得し、記憶部７１からは閾値を取得する。報知部７３は、所得した風速と閾値とを比較して、取得した風速が閾値以上である場合に、風速が閾値以上であることを報知する。報知部７３は、例えば液晶ディスプレイに、検出した風速を表示してもよく、本例でもそのようにしてある。また、風量を求める場合は上述した風速を求める場合と同様に、検出する風量に対して設定した閾値を、入力部７５により入力して、記憶部７１に記憶するとよい。報知部７３は風量検出部（図示無し）から検出された風量を取得し、記憶した閾値を記憶部７１から取得する。報知部７３は、取得した風量が閾値以上である場合に、風量が閾値以上であることを報知する。

報知部７３は、液晶ディスプレイの代わりに、また加えて、風速が閾値以上である場合に点灯するランプであってもよい。また、点灯する点灯領域が液晶ディスプレイ内に形成されて、ディスプレイに点灯表示する態様でもよい。また、風速が閾値以上である場合には音として報知する例えばスピーカであってもよい。

次に上記構成の作用を説明する。図１に示すように、空隙測定装置１１はポーラスコンクリート１３に筒状部材２５の第１開口４１が形成されて弾性部材６５が設けられた一端が密着されて測定する。まず、電源（図示無し）からの電力供給下でコントローラ５１の制御により送出機２１が稼働し、エアの送出が開始される。送出機２１の稼働は、流入開口３３を開いた状態にして行い、エアが流入開口３３から筐体３１と送出ノズル２３と管２９とを通過して筒状部材２５へと向かいポーラスコンクリート１３へ送入される（エア送入工程）。図３で示すように、送出機２１から送出されるエアの流量は、コントローラ５１で調整してもよいが、開度変化部材５３で調整することが好ましく、本例では、コントローラ５１での大まかな調整に、開度変化部材５３による精緻な微調整を加えている。例えば、ここでは開度の変化を１／８刻みで変化させてエアの調整を行う。

筒状部材２５は、送出機２１から送出されて管２９を経たエアの流路を外部空間と仕切っているから、流量が調整されたエアは、第１開口４１からポーラスコンクリート１３へと確実に送入される。そのため、ポーラスコンクリート１３の露出した表面に空隙１５がある場合には、ポーラスコンクリート１３の内部へとエアが導入される。ポーラスコンクリート１３の露呈した表面から厚み方向と露出した表面に沿った方向との少なくともいずれか一方へと貫通した空隙１５が形成されている場合にはエアが空隙１５を通過し、閉塞している場合には、ポーラスコンクリート１３の空隙１５を通過しない流量分でエアが第３開口４３を介して筒状部材２５から外部へと流れる。第３開口４３には、風速検出部２７が設けられているから、筒状部材２５から外部へ流れるエアの風速が検出され（風速検出工程）、表示部６９ａ及び報知部７３に表示される。検出される風速は、前述の通り空隙占有度合に対応するから、空隙占有度合に対応する信号とみなすことができる。このように、空隙測定装置１１は送出機２１と筒状部材２５と風速検出部２７という簡単な構成を有し、このような簡単な構成で風速が検出されるから、空隙占有度合が特定される。上述の風速検出工程は、風速または風量を検出する検出工程の一例である。検出工程は、第３開口４３に設けた風量検出部（図示無し）により、第３開口４３でのエアの流量を検出する風量検出工程でもよい。

なお、空隙１５に砂塵、砂、砂利、その他、ポーラスコンクリート１３の劣化によって閉塞が生じている場合には、送り込まれたものの空隙１５を通過できなかったエアが筒状部材２５へと流れ戻っていく場合もある。この場合、戻るエアに、空隙１５の内部にあった異物１７が同伴して筒状部材２５に案内されることがある。しかし、第３開口４３にはメッシュ材７０が設けられているから風速検出部２７への飛散が防止される。

また、上記構成によればポーラスコンクリート１３が非破壊で空隙占有度合を測定される。また、空隙測定装置１１が簡単な構成であるから、空隙測定装置１１の持ち運びが容易であり、その結果、空隙占有度合を測定する場所が屋内、屋外問わず拡大される。

なお、風速と空隙占有度合との関係（図２参照）は、送出機２１から送出するエアの流量を一定としたときに、複数の試験体を用いて求めることができ、本例でもそのようにして求めている。具体的には、以下の方法で求めている。まず、使用を経たポーラスコンクリート１３の未使用状態のものを試験体のひとつとして準備する。また、未使用状態のポーラスコンクリートの試験体と異なる設計空隙率をもつと共に互いに異なる設計空隙率の複数のポーラスコンクリートの試験体を準備する。設計空隙率は、作製する試験体の原料となる骨材やその他原料の粒径や密度、量で調整した試験体全体積に占める空間の体積の割合である。設計空隙率は、ポーラスコンクリートにおいて想定された値として作製条件と対応付けられて周知となっている。なお、風速と空隙占有度合との関係を求める場合においては、互いに異なる骨材で各試験体を作製してもよいが、互いに同じ骨材で各試験体を作製する方が、風速と空隙占有度合との関係がより正確に求められるという観点で好ましい。そして、各試験体について、風速を測定し、それらの測定値と各々の空隙占有度合を対応付けることにより、風速と空隙占有度合との関係が求まる。なお、風速と空隙占有度合との関係は、得られた測定値と各々の空隙占有度合とに基づいて公知の種々の近似手法によって求めてもよく、例えば近似手法によって相関式として求めてもよいし、近似手法によってグラフとして求めてもよい。

第３開口４３の周囲には弾性部材６５が設けられているから、筒状部材２５で、ポーラスコンクリート１３を押圧した状態において、弾性部材６５はポーラスコンクリート１３の露呈した表面の細かな凹凸に沿って弾性変形する。これにより、ポーラスコンクリート１３との隙間がより小さく抑えられる。そのため、送出機２１からのエアは、より確実にポーラスコンクリート１３へと案内されると共に、空隙を通過しなかった流量分のエアがより確実に第３開口４３を介して外部へ案内される。その結果、検出される風速は、空隙占有度合に対応する信号としての確度がより向上する。

開度変化部材５３により流入開口３３の開度を変化させることができるから、ポーラスコンクリート１３へ向かうエアの流量を、より精緻に、かつ容易に、調整することができる。流量をより精緻に調整することができるから、空隙占有度合に応じた信号として風速がより感度よく検出される。また、流量のより精緻な調整を容易に行うことができるから、ポーラスコンクリートの空隙占有度合の違いや骨材の粒径の違いによる測定する面の孔の大きさの違い、他にはポーラスコンクリート以外の多孔質体の場合でも、流量のより精緻な調整で風速が感度よく検出される。送出機２１には把手（図示無し）が設けてあり、筒状部材２５にも同様に把手３９が設けてあるから、測定作業者にとって作業性がよく、例えばポーラスコンクリートの施工現場での測定作業がよりしやすい。

管２９は蛇腹状であるから、送出機２１と筒状部材２５との各位置や各姿勢に自由度があり、このため、空隙測定装置１１を用いて測定する場所の確保がしやすく、測定作業者の作業性もよい。したがって施工現場での測定作業がよりしやすい。

筒状部材２５は、エアの送り方向における上流側から下流側に向けて、送り方向に直交する断面での断面積が漸増している。そのため、ポーラスコンクリート１３の表面もしくは空隙１５の異物１７から戻ってきたエアが、ポーラスコンクリート１３へ案内されるエアと著しい干渉を起こすことなく第３開口４３へ流出される。

検出された風速は表示部６９ａに表示されるから、目視で容易に風速が確認される。そのため、検出結果の確認が簡便である。また、本例では報知部７３が液晶ディスプレイを備えており、その液晶ディスプレイに風速が表示されるから、風速が測定位置から離れた場所であっても確認でき、そのため、利便性に優れる。

報知部７３は、検出した風速が閾値以上である場合に報知するから、ポーラスコンクリート１３の空隙１５の異物１７による空隙占有度合の高低に基づいた優劣の確認が容易である。これにより、閾値以上の場合、ポーラスコンクリート１３を洗浄するものとの判断が容易に行われる。また、閾値未満の場合、洗浄後の洗浄効果が有ると容易に判断される。

なお、以下のようにして空隙測定装置１１の作用を確認することができ、本例でも以下の方法で確認している。ただし、下記の原料は、他の原料に置き換えてもよい。まず多孔質体として、ポーラスコンクリート（以降、試験体と表記する）を作製する。

試験体を作製するに際し、使用する原料は次の通りである。下記の表乾密度とは、表面乾燥飽水状態の骨材の質量を骨材の絶対容積で除算した値である。
粗骨材；５号砕石（大阪府高槻市産、粒径：１３．０～２０．０ｍｍ、表乾密度：２．６９ｇ／ｃｍ^３）または７号砕石（和歌山県橋本市産、粒径：２．５～５．０ｍｍ、表乾密度：２．７３ｇ／ｃｍ^３）
セメント；普通ポルトランドセメント、密度３．１５ｇ／ｃｍ^３
混和剤；高性能ＡＥ減水剤、密度１．０７ｇ／ｃｍ^３

試験体を作製する方法は次の通りである。セメントと水を１００Ｌミキサーに投入して１８０秒間練り混ぜた後、粗骨材を投入してさらに９０秒間練り混ぜた。作製した試験体を型枠から外しやすくするための離型剤を木製の型枠に塗布しておき、練り混ぜた混錬物を木製の型枠に流し込む。流し込む際は、３回に分けて流し込み、１回流し入れるごとに突き棒を用いて突き固めを行い、表面は鏝（こて）で押さえて平らに仕上げた。型枠を取り付けたまま気中養生を行った。

（試験体Ａ）
７号砕石１４９１ｋｇ／ｍ^３、水１１２ｋｇ／ｍ^３、セメント４４８ｋｇ／ｍ^３、混和剤３．５８ｋｇ／ｍ^３を用いて上記方法で、直径６００ｍｍ、高さ１００ｍｍの円盤形状である設計空隙率２０％の試験体Ａを得た。

（試験体Ｂ）
７号砕石１５２８ｋｇ／ｍ^３、水１２８ｋｇ／ｍ^３、セメント５１２ｋｇ／ｍ^３、混和剤４．１０ｋｇ／ｍ^３を用いて上述の方法で、直径６００ｍｍ、高さ１００ｍｍの円盤形状である設計空隙率１５％の試験体Ｂを得た。

（試験体Ｃ）
５号砕石１４３３ｋｇ／ｍ^３、水６４ｋｇ／ｍ^３、セメント２８５ｋｇ／ｍ^３、混和剤０．４２ｋｇ／ｍ^３を用いて上述の方法で、縦１０７０ｍｍ、横５３５ｍｍ、高さ１５０ｍｍの直方体形状である設計空隙率２７％の試験体Ｃを得た。

（試験体Ｄ）
６号砕石１４９１ｋｇ／ｍ^３、水６７ｋｇ／ｍ^３、セメント３０４ｋｇ／ｍ^３、混和剤０．４５ｋｇ／ｍ^３を用いて上述の方法で、縦１０７０ｍｍ、横５３５ｍｍ、高さ１５０ｍｍの直方体形状である設計空隙率２３％の試験体Ｄを得た。

（試験体Ｅ）
７号砕石１５４５ｋｇ／ｍ^３、水８３ｋｇ／ｍ^３、セメント３５６ｋｇ／ｍ^３、混和剤０．７４ｋｇ／ｍ^３を用いて上述の方法で、縦１０７０ｍｍ、横５３５ｍｍ、高さ１５０ｍｍの直方体形状である設計空隙率１７％の試験体Ｅを得た。

（試験体Ｆ）
５号砕石１５５２ｋｇ／ｍ^３、水７６ｋｇ／ｍ^３、セメント３０４ｋｇ／ｍ^３、混和剤２．４３ｋｇ／ｍ^３を用いて上述の方法で、直径６００ｍｍ、高さ１００ｍｍの円盤形状である設計空隙率２５％の試験体Ｆを得た。

（試験体Ｇ）
５号砕石１５３７ｋｇ／ｍ^３、水５７ｋｇ／ｍ^３、セメント２２６ｋｇ／ｍ^３、混和剤１．８１ｋｇ／ｍ^３を用いて上述の方法で、直径６００ｍｍ、高さ１００ｍｍの円盤形状である設計空隙率３０％の試験体Ｇを得た。

（試験体Ｈ）
５号砕石１５５２ｋｇ／ｍ^３、水７６ｋｇ／ｍ^３、セメント３０４ｋｇ／ｍ^３、混和剤２．４３ｋｇ／ｍ^３を用いて上述の方法で、直径３００ｍｍ、高さ１０ｍｍの円盤形状である設計空隙率２５％の試験体Ｈを得た。

（試験体Ｉ）
５号砕石１５４４ｋｇ／ｍ^３、水６９ｋｇ／ｍ^３、セメント２７６ｋｇ／ｍ^３、混和剤２．２０ｋｇ／ｍ^３を用いて上述の方法で、直径３００ｍｍ、高さ１０ｍｍの円盤形状である設計空隙率２７％の試験体Ｉを得た。

（試験体Ｊ）
５号砕石１５３７ｋｇ／ｍ^３、水５７ｋｇ／ｍ^３、セメント２２８ｋｇ／ｍ^３、混和剤１．８２ｋｇ／ｍ^３を用いて上述の方法で、直径３００ｍｍ、高さ１０ｍｍの円盤形状である設計空隙率３０％の試験体Ｊを得た。

（試験体Ｋ）
７号砕石１４９１ｋｇ／ｍ^３、水９０ｋｇ／ｍ^３、セメント３６０ｋｇ／ｍ^３、混和剤２．８８ｋｇ／ｍ^３を用いて上述の方法で、直径３００ｍｍ、高さ１０ｍｍの円盤形状である設計空隙率２５％の試験体Ｋを得た。

１．開度と風速の関係
流入開口３３の開度と風速検出部２７で得られる風速とは相関性がある。試験体Ａの異なる４か所で測定を行い、流入開口３３の開度とその面積、風速検出部２７で検出した風速の平均値を表１に示す。なお、測定の際の送出機２１から送出するエアの流量は、１６ｍ^３／ｍｉｎとしている。流入開口３３の開度は、全開の状態を８／８として、１／８ずつ８段階で調整している。表１からは、流入開口３３の開度が１／８から５／８までの間で風速と相関性があることがわかる。しかし、流入開口３３の開度が６／８以上で風速に変化が見られないことから、試験体Ａの設計空隙率と、流入開口３３の開度が６／８以上の時のエアの流量とが測定条件として不適当であったためと考えられる。そのため、検出する風速の程度に応じて開度を調整することにより、確度がより高い風速が検出される。上記構成によれば、流入開口３３の開に開度変化部材５３が設けてあるから、検出する風速の程度に応じて開度を自在に設定することができ、測定対象の空隙率や空隙占有度合に応じて確度がより高い風速として風速が検出される。

２．測定開始点
空隙占有度合に対応する信号としての風速は、送出機２１の駆動を開始してから一定時間経過してから測定することが好ましい。図５には、送出機２１の稼働を開始（送風を開始）してからの経過時間と、経過時点での風速検出部２７で検出される風速との関係を示す。測定は試験体Ｂの異なる４か所で行い、送出機２１を稼働し始めてからの経過時間とその経過時において風速検出部２７で検出された風速の平均値を、図５では流入開口３３の開度毎に示している。図５に示すように、送出機２１の稼働の開始から７秒経過後で、風速が安定して検出されることがわかる。また、７秒経過時点以降はどの開度でも風速が経時的に安定して検出されることがわかる。したがって、本例の場合では、送出機２１の稼働を開始してから７秒経過時点以降に、空隙占有度合に対応する信号としての風速を測定する開始のタイミングである測定開始点を設定している。ただし、測定開始点は、７秒経過時点以降に設定することに限定されず、送出機２１により送出するエアの流量、筒状部材２５の内側の寸法、第３開口４３の大きさ等によって、適宜設定すればよい。なお、図５のグラフの右横に記載する「１／８」、「２／８」、「３／８」・・・は、流入開口３３の開度である。

３．設定空隙率と風速との関係
試験体Ｃ、Ｄ、Ｅの各々で風速を測定した。風速は、上記測定開始点から１秒ごとに５秒間測定し、得られた１秒ごとの風速の平均値を測定回数１回目の結果とした。これを試験体の異なる３か所で行い、異なる３か所の測定を測定回数と表現して３回の平均値を各試験体Ｃ，Ｄ，Ｅの風速とした。この風速値は、表２の「平均値」欄に示す。また、試験体Ｃ、Ｄ、Ｅの各々の設定空隙率と風速との関係を図６に示す。流入開口３３の開度は１／８で固定して測定している。

表２の各プロットに示されるように、試験体それぞれの風速は誤差が小さい。また、図６に示すように、設定空隙率と風速とには相関性があり、設定空隙率が大きいほど、検出される風速が小さい。すなわち、風速が設定空隙率に応じた信号として検出されていることがわかる。設定空隙率は、ポーラスコンクリートにおいて空隙が占める割合である点で空隙占有度合と同じであるから、空隙測定装置１１によれば簡単な構成であるにも関わらず、空隙占有度合が定量的に風速で測定される。

４．試験体周囲を塞いだ場合の影響
試験体の周囲を塞いだ場合の測定誤差を以下の方法で確認しており、その結果を表３に示す。

試験体Ａ、Ｂ、Ｆ、Ｇについて、それぞれ試験体の周囲を塞ぐ。塞ぎ方は、試験体に筒状部材２５を設置し、第１開口４１に備える弾性部材６５から３５ｍｍ外側に枠組みするように木製の型枠を取り付ける。試験体ごとに異なる４か所で測定した平均値を風速とする。流入開口３３の開度は１／８で固定する。型枠の有無による風速の変化は、非常に小さく、表３に示すように誤差範囲とみなすことができる。そのため、試験体周囲を塞いだ状態でも測定に影響を及ぼさないことがわかる。このことから、上記構成によれば、例えば施工現場などの屋外においても測定対象の周囲のものに影響されることなく、非破壊で空隙占有度合が測定されることがわかった。

５．空隙占有度合と風速との関係
試験体Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋを用いて、空隙内に目詰まりが生じたときの測定に及ぼす影響を確認した。まずは目詰まりの無い状態として試験体作製直後をケース１とする。目詰まりは人為的に発生させる方法を採用している。具体的には、試験体Ｈ、Ｉ、Ｊには１．２ｍｍふるいを通過した砂１００ｇと、０．６ｍｍふるいを通過した砂１００ｇの計２００ｇを試験体表面に満遍なく投下、試験体Ｋには０．６ｍｍふるいを通過した砂１００ｇのみを試験体表面に満遍なく投下した。その後、水で空隙内部へ流し入れた（ケース２）。そして、上記同様の方法で、試験体Ｈ、Ｉ、Ｊには追加で計２００ｇの砂を流し入れ、試験体Ｋには追加で計１００ｇの砂を流し入れた（ケース３）。

各試験体でケース１、ケース２、ケース３における風速の測定を行い、ケース毎の風速との関係を図７に示す。図７に示すように、目詰まりの生じていないケース１と比較して、ケース２とケース３とは共に風速が大きく、目詰まり度合の増加に伴い、風速が大きな値として検出されることで相関性があると考えることが出来る。つまり、測定対象の空隙に目詰まりが生じる、また、その度合が増すに応じて、風速検出部２７に流れるエアが増大することから風速が大きくなるというデータが得られると考える。

これにより、空隙測定装置１１は多孔質体の空隙占有度合を風速との関係を利用して精度良く求めることが可能である。たとえば測定対象の基準となる空隙占有度合のリファレンスのデータがあれば、目詰まりの有無や程度が把握できる。また、数値化された空隙占有度合と数値化された風速との関係を求めてある場合には、得られた風速から空隙占有度合が数値として求められる。なお、風量の場合も同様に、風量に対応する空隙占有度合のリファレンスデータがあれば、目詰まりの有無や程度が確認できる。また、数値化された空隙占有度合と数値化された風量との関係を求めてある場合には、得られた風量から空隙占有度合が数値として求められる。

空隙測定装置１１は、測定対象の深さ方向における測定範囲は１００ｍｍ以下であることが好ましく、６０ｍｍ以下であることがさらに好ましい。

１１ 空隙測定装置
１３ ポーラスコンクリート
１５ 空隙
１７ 異物
２１ 送出機
２３ 送出ノズル
２５ 筒状部材
２７ 風速検出部
２９ 管
３１ 筐体
３３ 流入開口
５３ 開度変化部材
６５ 弾性部材

Claims (7)

1. 多孔質体の空隙が占める度合を測定する空隙測定装置において、
   エアを送出する送出機と、
   筒状とされており、第１開口が形成されている一端側が前記多孔質体に密着され、他端側の第２開口が前記送出機に接続しており、側面に第３開口が形成されている筒状部材と、
   前記第３開口に設けられ、前記空隙が占める度合に応じた信号として風速または風量を検出する検出部と、
   を備える空隙測定装置。
2. 前記送出機は、
   外部からエアが流入する流入開口と、
   前記流入開口に設けられ、前記流入開口の開度を変化させる開度変化部材と、
   を有する請求項１に記載の空隙測定装置。
3. 前記筒状部材は、前記第１開口の周囲に、前記多孔質体を押圧する押圧方向と反対の方向において弾性変形する弾性部材を有する請求項１または２に記載の空隙測定装置。
4. 前記筒状部材は、前記エアの送り方向における上流側から下流側に向けて、前記送り方向に直交する断面での断面積が漸増する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の空隙測定装置。
5. 検出された前記風速または前記風量を表示する表示部をさらに備える請求項１ないし４のいずれか１項に記載の空隙測定装置。
6. 前記風速と前記風量とのうち前記検出部で検出される一方に対して設定された閾値を記憶する記憶部と、
   前記検出部から取得した前記一方と前記記憶部から取得した前記閾値とを比較して、取得した前記一方が前記閾値以上である場合に、前記一方が前記閾値以上であることを報知する報知部と、
   を備える請求項１ないし５のいずれか１項に記載の空隙測定装置。
7. 多孔質体の空隙が占める度合を測定する空隙測定方法において、
   側面に開口が形成された筒状部材の一端側の第１開口を前記多孔質体に密着させた状態で、前記筒状部材の他端側の第２開口から前記多孔質体へエアを送入するエア送入工程と、
   前記エア送入工程中に、前記筒状部材の側面に形成された前記開口での風速または風量を、前記度合に応じた信号として検出する検出工程と、
   を有する空隙測定方法。

Images