JPH0348745A - コンクリート多目的試験装置 - 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」 この発明は、コンクリートの圧縮強度、ヤング係数、引
張強度、クリープ試験、リラクセーンヨン試験、熱膨張
係数などの試験を行う試験装置に係わり、特に、コンク
リート試験体を高温に保って各種の試験を行うことので
きる試験装置に関する。

「従来の技術およびその課題Ｊ 従来、常温〜７００℃（主に２００℃以上）におけるコ
ンクリートの荷重と変位とを直接測定するためのセンサ
は提供されておらず、このため、高温下でのコンクリー
トの圧縮強度、ヤング係数、引張強度、クリープ試験、
リラクゼーンヨン試験および熱膨張係数を測定するには
、ｇ重と変位の測定方法を開発する必要がある。特に、
リラクゼーノヨン試験は、変位一定とした時の荷重の増
減を測定するため、変位を測定する方法および変位を一
定に保つ方法が難しく、フンクリート用のこの種の試験
装置は開発されていない。

このため、コンクリートの熱物性は、所定の温度までコ
ンクリートを加熱し、室温まで冷却してて測定されてい
る。このようにして測定される物性は、圧縮強度、ヤン
グ率および引張強度である。

一方、クリープ試験およびリラクゼーション試験等は、
コンクリート試験体を高温下において測定しなければな
らず、これらの試験データはほとんど無い。

高温下におけるコンクリートの測定装置としては、コン
クリートの圧縮強度、ヤング係数および熱膨張係数の測
定装置が知られている。しかしながら、この測定装置は
、加熱装置の関係からコンクリート試験体の寸法がφ５
Ｘ　１０ｃｍと小さく、コンクリートとして必要な骨材
粒径（最大粒径２０ｏｍ）の３倍以上の寸法を確保する
ことができなかった。

またこの測定装置では、クリープ試験およびリラクゼー
ション試験が実施できないなどの問題があった。

また常温〜１００℃までのりラクゼーション試験および
クリープ試験が実施可能な装置も知られているが、この
装置は２００℃以上の高温下での試験を行うことかでき
なかった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、高温下に
おけるコンクリートの圧縮強度、ヤング係数、引張強度
、クリープ試験、リラクゼーノコン試験および熱膨張係
数の各試験を行うことのできる試験装置の提供を目的と
している。

［課題を解決するための手段」 本発明は、固定枠体の上部に固定されたアクチュエータ
と、薮アクチュエータの載荷軸に取り付けられた載荷量
測定用のロードセルと、コンクリート試験体の上端を該
ロードセルに連結させる上部取付部材と、該コンクリー
ト試験体の下端を固定枠と連結させる下部取付部材と、
該上部取付部材と下部取付部材の間に取り付けられたコ
ンクリート試験体の外方に配設され、該コンクリート試
験体の両端に突出形成された変位測定棒のうちの上端側
の変位測定棒が固定される測定枠と、該測定枠の下部に
取り付けられ、コンクリート試験体の下端側の変位測定
棒に当接する変位測定部を有し、測定枠に対するコンク
リート試験体の変位量を測定する変位計と、該測定枠の
内方に、コンクリート試験体を囲繞するように配設され
た加熱炉とを備えてコンクリート多目的試験装置を構成
し、上記課題を解決するための手段とした。

「作用　」 本発明による試験装置は、荷重を測定するロードセルと
、変位を測定する変位計とをコンクリート試験体から離
間させ、コンクリート試験体を高温条件としても、常温
でコンクリート試験体の荷重と変位量とを測定できるよ
うにしたことにより、上部取付部材と下部取付部材の間
にコンクリート試験体を取り付け、コンクリート試験体
を加熱炉により加熱して所定の１度条件とし、アクチュ
エータを駆動させてコンクリート試験体に任意の圧縮力
または引張力を載荷することができるとともに、各々の
状態で、のコンクリート試験体の測定枠に対する変位量
を測定することができる。

「実施例」 第１図および第２図は、本発明の一実施例を説明するた
めの図であって、これらの図中符号ｌは試験装置である
。

この試験装置ｌは、固定枠体２の上部に固定された油圧
アクチュエータ３と、この油圧アクチュエータ３の載荷
軸４に取り付けられた載荷量測定用のロードセル５と、
コンクリート試験体６の上端をロードセル５に連結させ
る上部取付部材７と、このコンクリート試験体６の下端
を固定枠体２と連結させる下部取付部材８と、上部取付
部材７と下部取付部材８の間に取り付けられたコンクリ
ート試験体６の外方に配設され、コンクリート試験体６
の上下両端に突出形成された変位測定棒９゜１０のうち
の上端側の変位測定棒９が固定される測定枠！ｌと、こ
の測定枠１１の下部に取り付けられ、コンクリート試験
体６の下端側の変位測定棒１０に当接する変位測定部１
２を有し、測定枠１１に対するコンクリート試験体６の
変位量を測定する変位計１３と、該測定枠１１の内方に
、コンクリート試験体６を囲繞するように配設された電
気炉１４とを備えて構成されている。

に記油圧アクチュエータ３は、この試験装置ｌ外部の油
圧ユニーＪトからの供給油圧を受けて載荷軸４を上下動
させるようになっている。このような油圧ユニットとし
ては、例えばサーボモータと、減速機とつ］−ムジャッ
キと、油圧ブースターと、油槽とを備え、サーボモータ
の横の回転を減速機を通して縦の回転にし、その回転を
利用してウオームジヤツキを一１１下させ１１．二のウ
オームジャツギの１１下動で油圧ブースターの油圧を変
化さＵることによってｉｔｂ圧アクチュエータ３を駆動
させる構成のものなどが好適に使用される。

」二足ロードセル５は、油圧アクチ、１工〜り３の載荷
軸４と１一部数付部材７との間に介在されて１．１１＋
圧アクチ」」−一夕３の駆動によ−）でコンクリ−１試
験体６に付うされる載荷量を測定できるようになってい
る。

ｋｌ記コンク１．Ｉ−ト試験体６は、第３図および第４
図に示すように、上下両端にそれぞれ４本のアンカーボ
ルトＩ５と１本の変位測定棒９，１０が埋設形成されｒ
コ四角柱状になっている。これらのアンカーポルト１５
は、−に部数付部材７および下部取付部材８に取り付け
るためのｔ）のであって、その材質はステンレスｗ４か
好適に使用される。上だ上端側および下端側に設けられ
１こ変位測定棒゛〕１０は中空構造になっており、この
中空内部に熱雷対１６．１７が挿入されるようにな・）
でいる。

コンクリート試験体６を加熱する際、変位測定棒９．１
０等のステンレス鋼材の、温度変化による長さ変化は、
これら熱電対１５．１６により温度を測定し、予め測定
しておいｔこステント・ス鋼材の温度と熱変杉咀との関
係から算定４−る。変位計１３の測定値？こは、このス
テンレス鋼材の長さ変化量が含まれているので、コンク
リートの真の長さ変化は、測定値からステンレス鋼材の
変化へ１を差し引いて求める。

」二紀測定枠１１は、複数のハンガー１８（、−より固
定枠体２に上下動が可能な状態で支持されでいる。この
測定枠は、、　ｉｔ電気炉４によるコンクリート試験体
６の加熱時においてら影響され４ゞに壓、■状態に置か
れるようになっている。またこの測定棒１１はアンバー
鋼で作られており、常温での温度変化による橋長の変化
は無視することができる。

上記変位計１３は、測定枠１１下部に取り付けられ、変
位測定部１２にコンクリート試験体６の下端側の変位測
定棒１０を当接させることによって、橋長一定の測定棒
１１に対するコンクリート試験体６の長さ変化をとらえ
、コンクリ−Ｉ・試験体６の変位を測定４゛るようにな
っている。

第５図（ａ）　、　（ｂ）は、この変位計１３によるコ
ンクリート試験体６の変位量測定原理を説明するための
ものであって、第５図（ａ）に示すように、測定枠１１
の上Ｓ＜にコンクリート試験体６の上端側の変位測定棒
９を固定し、また測定枠＋１下部に取り付けられた変位
計＋３の変位測定部１２に、コンクリ−１・試験体６の
下端側の変位測定棒１０を当接させておき、コンクリー
ト試験体６の長さＱが変化した場合、例えば第５図（ｂ
）に示すように、この長さ　ＱがΔσだけ長くな−）た
場合（−は、この４４分だけ変位測定部１２が下方に押
し込まれ、これを検出することによっ−ζコ〉゛クリー
　ト試験体６の長手方向の変位を検出４−る。

また上記電気炉１４は、試験体の長さ方向の温度差を無
くすために、複数のプログラム温度調節器により加熱あ
るいは冷却速度をコントロールし、また所定温度での保
持を行うようになっている。

第６図は、先の試験装置ｌにおいて好適な制σＩＩ機構
を説明するための図である。この制御機構１９は、油圧
アクチュエータ３の駆動を制御４−ろ油圧ユニット２０
と、電気炉１４の温度制御を行うプログラム温度調節器
２１と、コンクリート試験体６の上端と下端に挿入され
た熱電対１６．Ｉ−”および電気炉１４内中央部に配設
された熱電々・１２２の各々の温度を測定する温度測定
器２３と、ロードセル５からの荷重量と変位計１３から
の変１ヶ測定値と温度測定器２３からの温度測定値どが
人、力され、これらの入力データを基にコンタリー１試
験体６の物性を算出するためのブロセッザ２４とを備え
て構成されている。

このような制ｉｔ機１１９では、試験装置１にコンクリ
ート試験体６を取り付け、行うべき試験項目により、プ
ログラム温度調節器２１と油圧ユニット２０の少なくと
も一方を作動させ、ロードセル５からの載荷量測定値と
、変位計１３からの変位測定値と、温度測定器２３から
の温度測定値の各々をプロセッサ２４に入力させること
によって、プロセッサ２４から各試験項目の結果を表示
あるいはグラフ化された結果を得る。また、クリープ試
験、リラクゼーション試験などの載荷荷重量または変位
量を一定とする試験を行う場合には、ロードセル５から
の載荷量測定値、変位計１３からの変位測定値から、載
荷荷重または変位が一定となるように、プロセッサ２４
から油圧ユニット２０に指令が送られ、油圧ユニット２
０のサーボモータの回転が調整されて載荷荷重または変
位を一定とするようになっている。

またプロセッサ２４に、変位測定棒９．１０等の熱膨張
に対する補正値を予め人力しておくことにより、誤差補
正後の結果を得ることができる。

次に、先のように構成された試験装置１を用いて、高温
下あるいは常温下におけるコンクリート試験体６の圧縮
強度、ヤング係数、引張強度、クリープ試験、リラクゼ
ーション試験および熱膨張試験の各試験を行う方法につ
いて説明する。

まず、試験装置ｌの上部取付部材７と下部取付部材８間
にコンクリート試験体６を取り付ける。

この取り付は操作は、電気炉１４を固定枠体２に支持し
ている電気炉用ハンガー２５を解除して電気炉１４を下
げた後、コンクリート試験体６の上端のアンカーボルト
１５を上部取付部材７に固定するとともに、下端側のア
ンカーボルト１５を下部取付部材８に固定する。続いて
、電気炉１４をコンクリート試験体６を囲繞する位置に
上げ、これを電気炉用ハンガー２５で固定する。次に、
測定枠１１を固定していたハンガー１８をロック解除し
、この測定枠１１の上部にコンクリート試験体６の上端
側の変位測定棒９を固定する。このとき、上端側の変位
測定棒９は、下端側の変位測定棒ｌＯが変位計１３の変
位測定部１２に当接するように位置合わせを行った後、
固定する。

このようにコンクリート試験体６を装着した後、このコ
ンクリート試験体６の圧縮強度およびヤング係数を測定
するには、コンクリート試験体６を所定の温度条件とし
て載荷荷重を加える。この試験を常温下で行う場合には
、プログラム温度調節器２１を作動させずに載荷を開始
し、高温下あるいは加熱後の常温下で測定を行う場合に
は、プログラム温度調節器２１によって加熱速度、保持
時間および冷却速度をプログラムしてコンクリート試験
体６を加熱する。これと同時に油圧ユニット２０を作動
させ、油圧アクチュエータ３によってコンクリート試験
体６に所定の荷重速度や変位速度で荷重を載荷する。こ
のときの荷重量は、ロードセル５によって測定され、プ
ロセッサ２４に送られる。そして、コンクリート試験体
６が圧壊した時点で載荷を中止する。

また、このときにコンクリート試験体６の上端側と下端
側に取り付けた変位測定棒９．１０間の長さ方向の変位
を変位計１３によって測定し、測定された変位量とロー
ドセル５によって測定された荷重量とからコンクリート
試験体６のヤング係数を求めることができる。

また、コンクリート試験体６の引張強度を測定するには
、先の試験と同様に、試験装置ｌにコンクリート試験体
６を装着した後、目的とする温度条件に合わせてコンク
リート試験体６の加熱を開始するとともに、油圧ユニッ
ト２０を作動させ、コンクリート試験体６に所定の引張
速度で引張力を付与する。このとき付与される引張力は
、コンクリート試験体６の長手方向への純引張となり、
またこの引張量は、ロードセル５によって測定され、プ
ロセッサ２４に送られる。そして、コンクリート試験体
６が破断した時点で引張を中止する。

また、コンクリート試験体６のクリープ試験を行うには
、試験装置１にコンクリート試験体６を装着後、所定の
温度条件（遷移温度状態、定常温度状態あるいはコンバ
インされた状態）で、油圧アクチュエータ３によってコ
ンクリート試験体６に一定の載荷荷重を加え、そのとき
のコンクリート試験体６の変位を変位計１３によって測
定する。

載荷荷重はロードセル５によって測定されてプロセッサ
２４に送られ、この荷重が一定となるように自動的に調
整される。

また、コンクリート試験体６のリラクゼーション試験は
、先のクリープ試験の場合と同様の温度条件で行うこと
ができる。この試験の場合には、コンクリート試験体６
の変位が一定となるように荷重を加えるが、この荷重量
は、変位計１３からプロセッサ２４に変位測定値が送ら
れ、変位一定となるように自動的に調整される。この試
験の過程で、作用荷重が圧縮から引張へと反転しても、
変位は自動的に調整される。この逆の場合も同様に変位
一定に調整される。

また、熱膨張試験は、試験装置ｌにコンクリート試験体
６を装着後、加熱し、コンクリート試験体６の長手方向
の変位を測定することによって求められるが、温度条件
は、先のクリープ試験と同様に種々の温度条件に設定す
ることができ、また載荷条件は、無載荷あるいは載荷状
態とすることができる。

この試験装置ｌは、コンクリート試験体６の荷重を測定
するロードセル５と、コンクリート試験体６の変位量を
測定する変位計１３とをコンクリート試験体６から離間
させ、コンクリート試験体６を電気炉１４で高温に加熱
しても、常温でコンクリート試験体６の荷重と変位量と
を測定できる構成としたことにより、上部取付部材７と
下部取付部材８の間にコンクリート試験体６を取り付け
、コンクリート試験体６を加熱して所定の温度条件とし
、油圧アクチュエータ３を駆動させてコンクリート試験
体６に任意の圧縮力または引張力を載荷し、かつコンク
リート試験体６への載荷量をロードセル５によって測定
することかできるとともに、種々の状態でコンクリート
試験体６の変位量を正確に測定することができるので、
高温下におけるコンクリート試験体の圧縮強度、ヤング
係数、引張強度、クリープ試験、リラクゼーンヨン試験
および熱膨張試験の各試験を高精度で行うことができる
。

（実験例） 第１図に示した試験装置を用い、コンクリート試験体の
熱物性を測定した。

コンクリート試験体は、ＩＯＸ　ＩＯＸ　４０ｃｍの四
角柱状とし、その両端には第４図に示したように、４本
のステンレス鋼製のアンカーボルトおよび変位測定治具
を埋設したものを用いた。

このコンクリート試験体を試験装置に固定し、このコン
クリート試験体の熱間強度試験、クリープ試験およびリ
ラクゼーション試験を行った。

またコンクリート試験体自体の温度測定用として、上記
コンクリート試験体と同じ大きさの試験体内に、そのｔ
部と下部のアンカーボルト周辺および試験体中央に各々
熱電対を挿入して温度測定用の試験体を作製し、これを
コンクリート試験体と同様に載荷装置に固定し７て加熱
し、試験体の各部の温度を測定し５た。

第７図および第８図に、３５０℃における熱間強度試験
の結果を示す。加熱速度は１０°Ｃ／　Ｈｒとし、第８
図に示すように無負荷で加熱した。コンクリート試験体
内の温度は、第７図に示すように各部の温度差が約２５
℃以内であり、試験体が一様に加熱されることが確認さ
れた。

第９図に、３５０℃における圧縮強度試験時の応力−ひ
ずみ線図を示す。この図から、熱間時においても、Ｑ・
ずみが測定されていることが分かる。

第１Ｏ図および第１１図に、最高温度３５０℃の三角波
の熱履歴を付与した時のクリープ試験の結果を示す。載
荷荷重は、コンクリート強度の１７６を付与した。この
結果、第１１図に示すように荷重は一定に保持された。

第１２図に、クリープ試験時の変位と温度との関係を示
ケ。

第１３図および第１４図に、リラクゼーション試験の一
例を示す。加熱速度は６０°Ｃ／　Ｈｒで実施した。変
位は±３Ｘ　１０′□″以内で精度良く制御されていた
。

第１５図に、変位を一定にした時の拘束荷重と温度との
測定結果を示す。拘束荷重は、圧縮応力がプラス、引張
応力がマイナスで表示した。コンクリートは、温度的３
１０℃で引張破壊した。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明によるコンクリートの多目
的試験装置は、荷重を測定するロードセルと、変位を測
定する変位計とをコンクリート試験体から離間させ、コ
ンクリート試験体を高温条件としても、常温でコンクリ
ート試験体の荷重と変位量とを測定できるようにしたこ
とにより、上部取付部材と下部取付部材の間にコンクリ
ート試験体を取り付け、コンクリート試験体を加熱炉に
より加熱して所定の温度条件とし、アクチュエータを駆
動させてコンクリート試験体に任意の圧縮力または引張
力を載荷し、かつコンクリート試験体への載荷量をロー
ドセルによって測定することができるとともに、種々の
状態でのコンクリート試験体の変位量を正確に測定する
ことができるので、高温下におけるコンクリ・−ト試験
体の圧縮強度、ヤング係数、引張強度、クリープ試験、
リラクゼーンヨン試験および熱膨張試験の各試験を高精
度で行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明によるコンクリートの多
目的試験装置の一実施例を示す図であって、第１図は試
験装置の正面図、第２図は同側面図、第３図は試験装置
の要部拡大図、第４図（ａ）（ｂ）はコンクリート試験
体を示す図であって、第４図（ａ）はコンクリート試験
体の正面断面図、第４図（ｂ）は同平面図、第５図Ｃａ
）　、　（ｂ）はこの実施例の試験装置による変位測定
原理を説明するための要部概略図、第６図は、この実施
例の試験装置に好適な制御装置の例を示す概略構成図、
第７図ないし第１５図は、本発明に係わる試験装置を用
いてコンクリート試験体の熱物性を測定した例を説明す
るためのグラフであって、第７図および第８図は熱間強
度試験の結果を示すグラフ、第９図は圧縮強度試験時の
応力−ひすみ線図、第１θ図および第１１図はクリープ
試験の条件を示すグラフ、第１２図はクリープ試験時の
変位と温度の関係を示すグラフ、第１３図および第１４
図はりラクゼーシタン試験の条件を示すグラフ、第１５
図はりラクゼーション試験による拘束荷重と温度との関
係を示すグラフである。 １・・・試験装置、２・・・固定枠体、３・・・油圧ア
クチュエータ、４・・・載荷軸、５・・・ロードセル、
６・・・コンクリート試験体、７・・・上部取付部材、
８・・・下部取付部材、９・・・上端側の変位測定棒、
１０・・・上端側の変位測定棒、１１・・・測定枠、１
２・・・変位測定部、１３・・・変位計、１４・・・電
気炉（加熱炉）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 固定枠体の上部に固定されたアクチュエータと、該アク
   チュエータの載荷軸に取り付けられた載荷量測定用のロ
   ードセルと、コンクリート試験体の上端を該ロードセル
   に連結させる上部取付部材と、該コンクリート試験体の
   下端を固定枠と連結させる下部取付部材と、該上部取付
   部材と下部取付部材の間に取り付けられたコンクリート
   試験体の外方に配設され、該コンクリート試験体の両端
   に突出形成された変位測定棒のうちの上端側の変位測定
   棒が固定される測定枠と、該測定枠の下部に取り付けら
   れ、コンクリート試験体の下端側の変位測定棒に当接す
   る変位測定部を有し、測定枠に対するコンクリート試験
   体の変位量を測定する変位計と、該測定枠の内方に、コ
   ンクリート試験体を囲繞するように配設された加熱炉と
   を備えたコンクリート多目的試験装置。