JPH02167464A - セメント混合物中のセメント量の測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、セメント混合物中のセメント量を瞬時に、し
かも連続的かつ精度良く検出する方法に関するものであ
る。

「従来の技術」 セメント混合物は、建築、土木等さまざまな分野で使用
されており、強度の確認などのために混合物中のセメン
ト量を測定する必要が生じる。従来、セメント混合物中
のセメント量を測定するには、セメント混合物を絶乾状
態にして水分量を測定した後、粉砕して塩酸で溶解し、
酸化カルシウム、シリカ、ないしは不溶残分を化学分析
により定量し、その値からセメント量を推定するといっ
た方法が取られていた。

「発明が解決しようとする課題」 しかし、この方法では試験に長時間を要する他、化学分
析室に試料を持ち込む必要があり、現場施工時の施工管
理には適していない。また、骨材ないし土中に塩酸で溶
解する成分を含む場合には、精度の面でも問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、前記問題点を解消し
、セメント混合物中のセメント量の測定により施工管理
を容易にするため、短時間で簡便にセメント量を測定で
きるようにし、かつ測定精度を向上することにある。

「課題を解決するための手段」 本発明のセメント混合物中のセメント量の測定方法では
、セメント混合物に使用するセメント中にあらかじめセ
メントに対して一定の割合で強磁性体を混合しておき、
得られたセメント混合物の透磁率を測定し、この透磁率
に基づいてセメント混合物中のセメント量を検出するこ
とを前記課題の解決手段とした。

「作用」 本発明の測定方法は、第４図に示すように、ガラス管１
０１にフォルマル線１０２ａでコイル１０２を巻いたも
のにおいて、コイル１０２のインダクタンスが前記ガラ
ス管１０１内に磁性体を入れたときに変化することを利
用したもので、フェライトを含むセメントをコイル内に
挿入した時の空心時からのインダクタンスの変化量から
フェライト量を算出し、これによりセメント混合物中の
セメント濃度を知る方法である。

本発明の原理を以下にさらに詳しく説明する。

前記第４図の装置において、 Ｓ：コイル２内の断面積 ΔＳＳニガラス管内内試料の断面積 Ｉ　電流 ｎ、コイル２の単位長さ当たりの巻数 Ｑ　コイルの長さ １１・発生ずる交流磁界 Ｚｏ・空心時のインピーダンス Ｌｏ：空心時のインダクタンス μ０　真空の透磁率 Ｚ、：試料をガラス管ｌ内に入れた時のインピーダンス Ｌｌ：試料をガラス管ｌ内に入れた時のインダクタンス μ５　試料の比透磁率 Ｒｏ　コイル２の抵抗 とすると、 空心時のインピーダンスＺ。は、 Ｚｏ＝Ｒｏ＋　ｊωＬｏ−Ｒｏ＋　ｊω（ｎｃＩＩ／Ｉ
　）μ。Ｓとなる。

ただし、ｊ：純虚数 ω　角周波数−２万ｆｃｆ：周波数） Ｌｏ−（ｎｃＨ／Ｉ　）μ。Ｓ また、試料をガラス管１内に入れた時のインピ−ダンス
Ｚ、は、試料を入れると、ΔＳの部分は、透磁率μ。μ
３となり、残りの（Ｓ−ΔＳ）の部分はμ。

のままであるとすると、 Ｚ＋＝Ｒｏ＋ｊωＬ。

ＬＩ−（ｎ１２Ｈ／Ｉ　）（μｏ（Ｓ−ΔＳ）＋μｏμ
ｍΔＳ）したがって、 Ｚ＋＝Ｒｏ＋ｊω（ｎ１２Ｈ／Ｉ　）（μｏ（Ｓ−ΔＳ
）＋μ。μ３ΔＳ） 一般にμ６は複素数であり、μ８−μ°−ｊμ”で与え
られるから、 Ｚ＋＝Ｒｏ＋　ｊω（ｎｆ２Ｈ／Ｉ）（μｏ（Ｓ−ΔＳ
）＋μ０　（μ゛　　−コ　μ”　）　ΔＳ　）＝Ｒｏ
＋ω（ｎｆ２Ｈ／Ｉ　）μ。μ”ΔＳ→−ｊｉｉ（ｎ（
２Ｈ／Ｉ　）（（Ｓ−ΔＳ　）　Ｊｌｏｌｌ’ΔＳ）こ
こで、Ｔ−、−（ｎ　ｆ２Ｈ／　Ｔ　）　μｏｓしたが
って、 ＺＩ−Ｒｏ＋ｊωｒ、　ｏ　（ΔＳ／Ｓ）μ＋　ｊωＬ
ｏ（＋／Ｓ）（（Ｓ−ΔＳ）＋μ′ΔＳ）よって、 ＲＩ−Ｒｏ＋ωＬＯ（ΔＳ／Ｓ）μ μ　＝（Ｓ／Δｓ）　　（（Ｒ１−ＲＯ）／ωＬＯ）Ｌ
　、　−り。（１／５）（（ｓ−ΔＳ）十μ゛　ΔＳ）
ｕ’　　−（（ＩＬ、／Ｌｏ）Ｓ　　　（Ｓ−Δ５））
（１／ΔＳ）　　−（Ｓ／ΔＳ）　　（（Ｌ、／Ｌｏ）
−１）＋　１また、Ｒ＋−ωＬ　＋ＩＱＩｑ　Ｒｏ−ω
Ｌｏ／Ｑ。

Ｑ　１％　　Ｑ　ｔ　：　Ｑｕａｌｉｔｙ　　ｆａｃｔ
ｏｒ故に、試料の透磁率は、 μ’−（Ｓ／Δｓ）（（Ｌｌ／ＬＯ）−１）　＋１ｔｔ
　　−（Ｓ／Δｓ　）（ｌ／Ｑ　、）（（Ｌ　Ｉ／Ｌ　
［＋）−（Ｑ　Ｉ／Ｑ　Ｏ））で与えられる。

よって、コイルのインダクタンスおよびＱ値の変化を空
心と試料をコイルに入れた場合とで測定することにより
試料の比透磁率を求めることができる。

このとき、強磁性体として高周波まで磁気損失の無いも
のを用いれば、測定周波数では、７１’が０でμ”のみ
となり、コイルのインダクタンス変化のみの測定に上り
透磁率を測定できる。さらに、非磁性体中に強磁性粒子
を分散させた混合物の透磁率は、分散した強磁性体の量
に比例する。そこで、セメントに対してそれと同一挙動
をなす強磁性体を配合し、これら２つの配合比を一定に
しておき、区別したい他の非磁性体との混合状態で混合
物の透磁率をコイルのインダクタンス変化から測定する
ことにより、セメント混合物中のセメント量を測定する
ことができる。それゆえ、あらかじめセメントに対して
一定の割合でフェライト等の強磁性体を混合しておけば
、強磁性体濃度よりセメント量を算出することが可能と
なる。

なお、強磁性体としてフェライトを用いた場合には、セ
メントに対するフェライト濃度を、土中に含まれる天然
の強磁性体の影響をなくすため、１ｗｔ％以上とするの
が望ましい。

「実施例」 以下、本発明を実施例によりさらに詳しく説明する。

（実施例１） フェライトとタフロック３型（住友セメント株式会社製
特殊セメント）を表１に示した比率で混合してセメント
ミルク（濃度Ｗ／Ｃ＝　１００％）を作製し、比透磁率
の実部に比例するインダクタンス変化（（’Ｌ−ＬＯ）
／Ｌｏ；以下これを量磁気変化量と呼ぶ）とフェライト
含有量との関係を測定した。

［表１］ （実施例２） タフロック３型に５重量％のフェライトを混入したもの
からセメントミルク（濃度Ｗ／Ｃ＝１００％）を作製し
、このセメントミルクに試料土を表２に示すように添加
していき、磁気変化量とフェライト含有量との関係を測
定した。なお、試料土としては、シルト質砂（ｗ＝４０
％）に重量比で５０％の水を加えたもの（Ｗ”＝Ｉ］Ｏ
％）を使用した。

前記各実施例における「磁気変化量とフェライト含有量
との関係の測定」は、次のような測定方法によった。

［測定方法］ 第４図に示すように、長さ約３０ｃｍのガラス管１０１
にフォルマル線１０２ａで６００ターンのコイル１０２
を巻き、このコイル１０２のインダクタンスおよびＱ値
を各周波数でインピーダンスアナライザ１０３を用いて
測定する。

前記実施例１．２の測定結果を第１．２．３図に示した
。

第１図には測定したインダクタンスの変化量（Ｌ　　Ｌ
ｏ）／Ｌｏの周波数依存を示した。この量はμ′に対応
している。タフロック３型と水との混合物だけからなる
（セメント＋水）では、インダクタンスは前記ガラス管
ｉ内に物がない空心状態とほぼ同じで、（ｒ、−ｒ、ｏ
）／ｒ、ｏは低周波では０であり、１ＱｋＨＺ付近から
差が出てくる。ここで、数１．０ｋＨ２以上で値が大き
くなるのはコイル１０２の共振によるもので、この領域
ではインダクタンス変化が透磁率に対応しなくなるため
、透磁率の評価には使用できない。それゆえ、セメント
と水との混合物では、比透磁率μ゛は１と考えてよい。

しかし、土と水との混合物のみの試料では、（ｒ、−ｒ
、ｏ）／ｒ、ｏは測定誤差範囲内で、〜２×１０−３で
あり、土の中に何か強磁性体が含まれている可能性があ
る。

これらに対し、他のフェライトを混入した試料は、濃度
により（Ｌ−ｒ、ｏ）／Ｌｏに差が見られ、２０ｋＨｚ
付近までは周波数に対してフラットな特性が得られてい
る。

第２図は、（セメント＋フェライト＋水）の試料の（Ｌ
−Ｌ［＋）／ＬＯの値を各周波数で、濃度に対してプロ
ットしたものである。濃度に対して（Ｌ−ＬＯ）／ＬＯ
の変化は直線的に変化しており、この値から濃度を推定
することが可能であることが分かる。

第３図は、（セメント＋フェライト＋土＋水）の試料の
濃度が（ｒ、−Ｌｏ）／■、。に依存していることを示
したものである。土のみの試料でも（Ｌ−ＬＯ）／Ｌ、
は有限の値を持つため、この場合はフェライト濃度推定
のために土の値を補正することが必要となる。

（実施例３） 第５図は本発明の測定方法を実施するのに用いられる装
置の一例の概略構成を示す図である。

この装置はコイル１を取り付けたパイプ２とセメント混
合物３を入れた容器４とを具備してなるもので、コイル
１にインピーダンスアナライザ５を電気的に接続し、こ
のインピーダンスアナライザ５に演算部６を、また演算
部６に表示部７をそれぞれ電気的に接続したバッチ処理
による測定装置である。

このような測定装置を用いてセメント混合物３中のセメ
ント量を測定するには、まず容器４にセメント混合物３
を採取し、この容器４をパイプ２内に収納する。次いで
、インピーダンスアナライザ５でコイル１のインダクタ
ンスを測定し、中空のインダクタンスを用いて演算部６
でインダクタンスの変化量を求め、セメント量を計算し
て表示部７で表示する。

第６図は、フェライト濃度を一定にして各種セメントミ
ルクを作製し、第５図？こ示した装置を用いてインダク
タンス変化量の測定を行った結果を示したものである。

これを用いれば、インダクタンス変化量からセメント混
合物のセメント量を測定することができるのが分かる。

第７図はフェライトを配合したセメントと、土砂及び水
を混合したセメント混合物を流動させ、リアルタイムで
混合物中のセメント量を測定する装置の構成図である。

第７図に示した装置を用いてセメント量を測定するには
、タンク８内でセメント混合物３を撹拌しつつ、ポンプ
９と流量凋節弁１ｏとで調節してタンク８内のセメント
混合物３の所定量をセンサ部１１に送給する。ここでセ
ンサ部１１は、パイプ２にコイルｌを取り付けたもので
、コイル１には第５図に示した装置と同様にインピーダ
ンスアナライザ５、演算部６、表示部７が順次接続され
ている。

センサ部１１に送給された所定量のセメント混合物３は
、コイルｌのインダクタンスをインピーダンスアナライ
ザ４で測定し、先にバッチ処理で求めた検量線をもとに
演算部６でセメント量を算出し、表示部７にて表示する
。

第８図は、セメント混合物３に、さらにセメントを添加
し、あるいは水で希釈して混合物中のセメント量を変化
させて測定を行った結果の一例を示したものである。第
７図に示した装置により、セメント混合物中セメント量
を誤差１０％以下で測定することができた。

（実施例４） 表３は、セメント混合物中でのフェライトの分散性を評
価するために行った実験に使用したフェライト、および
セメントの比重、磁化、粒径を示したものである。

１表３］ これらのフェライト粒子をセメントに２９重量％で配合
し、得られたセメント材料と水とを重量比で１・Ｉに混
合してセメントミルクを作製した。このセメントミルク
を撹拌し、第９図に示した試験管２０に採取して放置し
、セメントを固化せしめた。この固化体を３分割し、第
９図中Ａ、ＢＣの各領域より一定量をサンプリングして
磁化側＋４− 定を行った。その結果、第１０図に示すように、フェラ
イト１〜３ではＡ、Ｂ、Ｃの各領域で単位質量当たりの
磁化はほぼ等しく、セメントミルク中でフェライト粒子
が均一に分散していることが確かめられた。しかし、フ
ェライト４では、フェライトの比隣により磁化の分布が
見られ、フェライトとセメントとが均一に分散していな
いのことが判明した。これは、表３に示した粒径の値よ
り、使用したフェライトの粒径が大きいためであると考
えられる。

次に、フェライト２を用いて、セメント中に５ｗｔ％フ
ェライトを配合し、水と重量比で１．１の割合で混合し
た後、これを水と土砂の混合物で希釈して単位体積あた
りのセメント量が異なるセメント混合物を作製した。

作製したセメント混合物中のセメント量を第５図に示し
た装置により測定し、その結果を表４に示す。

［表４］ 表４より分かるように、セメント混合物中のセメント量
を誤差１０％以下で測定することが可能であった。

（実施例５） 表５は本発明の適用性を現場レベルで確認するため、深
層混合処理工法による改良コラムから打設直後に採取し
た試料を用いて、本発明により測定したセメント量と従
来方法である化学分析により測定したセメント量を比較
したものである。

両測定方法の測定値がほぼ等しい値であること、及び計
画したセメント量を考えると、現場レベルでも本発明の
測定方法が十分適用可能であることが確認された。なお
、この実施例にお＋′ｌる施工方法ならびに測定方法は
以下に示す通りである。

［施工方法］ 第１１図に示す地盤に対して径６００ｍｍ、長さ３５０
０ｍｍの改良コラム２１を深層混合処理工法により打設
した。

施工手順を次に示す。まず、タフロック３型９５重量％
とフェライト５重量％とを均一に混合したもの（以下、
フェライトセメントと称す。）を用意し、これを用いて
濃度ｗ／ｃ＝１００％のセメントミルクをミキサーにて
作製し、作製したセメントミルクをアジテータに貯える
。次に、グラウトポンプ及び圧送ホースにより改良機本
体にセメントミルクを圧送し、撹拌ロッドのパイプ内を
通して先端より低圧で噴射しながら地盤中に注入撹拌を
行う。所定深度（Ｇ、Ｌ、　−３，５ｍ）に到達した後
、再び注入撹拌しながら引き上げて打設を完了する。

フェライトセメントの添加量は対象土１ｍ３当たり外割
りで２５０ｋｇとした。

［測定方法］ ここでのセメント量の測定には、第５図に示したバッヂ
処理による測定装置を用いた。

深度］　、２．３ｍの試料を打設直後に採取し、現場内
に持ち込んだ測定装置により地盤中の磁性体濃度を補正
し、その場でセメント量を測定してこの測定値を対象土
１ｍ３当たりの添加量に換算した。

化学分析によるセメント量の測定は、前記測定と同一試
料を試験室に持ち込み、従来方法により化学分析を行い
、前記測定の場合と同様に測定値を対象土１ｍ３当たり
の添加量に換算した。

（実施例６） フェライト混入セメントを使用した場合の強度への影響
を確認するため、ＪＩＳ　Ｒ５２０１−１９８１に準じ
てモルタル試験を行い、その結果を表６に示す。

なお、この試験で用いた試料としては、タフロック３型
中の２．５．７重量％をフェライトで置き換えたものと
した。

以下余白 表６に示すように、フェライトを用いたものと標準砂を
用いたものとはほぼ等しい値となり、フェライトは細骨
材の役割を果たしているだけで強度に悪影響を与えるも
のではないことが確認された。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明のセメント混合物中のセメ
ント量の測定方法は、セメント混合物に使用するセメン
ト中にあらかじめセメントに対して一定の割合で強磁性
体を混合しておき、得られたセメント混合物の透磁率を
測定し、この透磁率に基づいてセメント混合物中のセメ
ント量を検出するものである。すなわち本発明は、例え
ばフェライトなどの強磁性体を非磁性の材料中に混入す
ることにより、強磁性体の濃度によって材料の透磁率が
変化することを利用したものであり、セメント混合物の
透磁率を各濃度で測定することにより逆にこの測定透磁
率の値からセメント濃度を容易に算出し得るものである
。

したがって、本発明によれば、セメント混合物中のセメ
ント量を短時間で簡便かつ高精度に測定することができ
、セメント混合物中のセメント量の測定値を施工管理に
生かすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の一実施例を説明するため
のもので、第１図は測定したインダクタンスの変化量（
ｒ、−＋、ｏ）／Ｌｏの周波数依存関係を示したグラフ
、第２図は（セメント＋フェライト十水）の試料のイン
ダクタンスの変化量（ＬＬｏ）／Ｌｏの値を各周波数で
濃度に対してプロットしたグラフ、第３図は（セメント
＋フェライト＋水）の試料の濃度がインダクタンスの変
化量（ＬＬｏ）／Ｌｏに依存していることを示したグラ
フ、第４図は本発明の測定方法に適用される透磁率の測
定装置の一例を示す構成図、第５図は本発明の測定方法
を実施するのに用いられるセメント量測定装置の一例を
示す構成図、第６図はセメント混合物中のセメント量と
インダクタンス変化量との関係を示すグラフ、第７図は
本発明の測定方法を実施するのに用いられるセメント量
測定装置の他の例を示す構成図、第８図はセメント量の
時間変化を示すグラフ、第９図は実施例４における試料
のサンプリングの説明図、第１０図はセメントミルク中
でのフェライトの分散性を示すグラフ、第１１図は実施
例５において打設した改良コラムをの説明図である。 １・・・・・コイル、２・・・・パイプ、３セメント混
合物、４・・・容器、 ５・・・・インピーダンスアナライザ、６・・・・・・
演算部、７・・・・・表示部、１０１・・・・・・ガラ
ス管、１０２ａ・・・・・フォルマル線、１０２・・・
・・・コイル、 １０３・・・・インピーダンスアナライザ。 出願人　　住友セメント株式会社 日本電気株式会社 昭栄薬品株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. セメント混合物に使用するセメント中にあらかじめセメ
   ントに対して一定の割合で強磁性体を混合しておき、得
   られたセメント混合物の透磁率を測定し、この透磁率に
   基づいてセメント混合物中のセメント量を検出すること
   を特徴とするセメント混合物中のセメント量の測定方法
   。