JPH04276546A - Strength testing method for cement structure using ultrasonic wave - Google Patents

Strength testing method for cement structure using ultrasonic wave

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JPH04276546A
JPH04276546A JP3062712A JP6271291A JPH04276546A JP H04276546 A JPH04276546 A JP H04276546A JP 3062712 A JP3062712 A JP 3062712A JP 6271291 A JP6271291 A JP 6271291A JP H04276546 A JPH04276546 A JP H04276546A
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cement
strength
wave
longitudinal
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Takeshi Miyajima
宮島 猛
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To make it possible to evaluate strength close to actual compressive strength by adding the sound speed of a transversal wave, an aggregate ratio, a water-cement ratio, an elapsed period from the construction of a structure and the like with respect to the structure as the factors, and evaluating the compressive strength. CONSTITUTION:A longitudinal-wave generating probe and a transversal-wave generating probe are used, and the sound speed VL and the attenuating factor alphaL of a longitudinal wave and the sound speed VS and the attenuating factor alphaS of a transversal wave are measured by an ultrasonic-wave transmitting method across a test body (cement structure). Furthermore, the components of the concrete material (amount of water (w), amount of cement (c), amount of fine aggregate (s) and total (a) in placing) and the elapsed days A after the construction of the structure are obtained. The evaluation of the compressive strength sigma of the structure is performed by obtaining the strength by the expression sigma=K1.VL+K2.alphaL+K3.VS+K4.alphaS+K5N-A+K6.s/a+K7.w/c+K8. In the expression, K1-K7 are coefficients, and K8 is a correcting term. The values are determined by actually measuring a sample and the like corresponding to the kind of the test body.

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】この発明は、コンクリートやモル
タル等のセメントを用いた構造物(以下セメント構造物
)の強度試験方法に関し、詳しくは、超音波を用いて比
較的精度の高い強度評価ができるような超音波による強
度試験方法に関する。 【0002】 【従来の技術】建築物の保有耐久力の診断のためにコン
クリート構造体がどの程度の強度を有しているか、特に
経年劣化したコンクリート構造物の強度の判定について
非破壊的で簡便な評価の方法の開発についての要望が建
築業界や資材業界をはじめ各種分野等に強くある。現在
、コンクリート強度を判定する場合などに最も直接的な
方法として採用されているのは、コンクリート構造体か
ら直接コアサンプルを採取してこれに対して強度試験を
試みることである。しかし、これは、構造体に部分的に
損傷を加えることになり、手間と費用の点から好ましい
方法ではない。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】このような手段を採ら
ずに簡便かつ非破壊的に行う構造物の現場強度試験方法
として、現在シュミットハンマによる反発硬度測定法や
超音波パルス速度法、そしてこれらの併用法などが用い
られている。この中で超音波パルス速度法は、縦波音速
を用いて行うものであって、比較的簡便な方法として利
用価値が高い。しかし、現在のところ論理的あるいは実
験的な研究の域にあって、実用的なものになってはいな
い。コンクリート等の構造物を透過する超音波の周波数
は、8kHz〜800kHz程度であり、金属材料の場
合と比較して2桁以上も低い。そのため、超音波の指向
性は非常に鈍く、また、パルスを使用しているためにそ
の論理的な解析が難しいというのが実用化をはばんでい
る。そのため超音波を利用するコンクリート構造体の強
度評価は、精度的にみても、また、信頼性から言っても
実用の面からみてほど遠いところにある。 【0004】この発明は、このような従来技術の問題点
を解決するものであって、超音波を利用して簡便で信頼
性の高いセメント構造物の超音波による強度試験方法を
提供することを目的とする。 【0005】 【課題を解決するための手段】この発明のセメント構造
物の超音波による強度試験方法の特徴は、セメント構造
物について縦波の音速(VL )と減衰率(αL )、
横波の音速(VS )と減衰率(αS )とを測定する
とともにこれら測定値と前記セメント構造物についてそ
の骨材率M、水セメント比N、前記セメント構造物を構
築してからの経過期間Aとを要素として次の関係式に従
って前記セメント構築物の圧縮強度σの評価を行うもの
である。 σ=K1 ・VL +K2 ・αL +K3 ・VS 
+K4 ・αS+K5 ・A+K6 ・M+K7 ・N
+K8ただし、K1 〜K7 は係数であり、K8 は
補正項であって、これらは測定対象物の種類に対応した
サンプル等を実測値して決定される数値である。 【0006】 【作用】このように、従来の縦波音速のみによる測定に
加えて、縦波音速とその減衰率および横波音速とその減
衰率、さらにこれらの測定値に対して補正項としてセメ
ント構造物についてその骨材率(s/a)、水セメント
比(w/c)、セメント構造物を構築してからの経過期
間Aとを評価要素に加えて圧縮強度σを算出することで
実際の圧縮強度に近い強度評価が超音波測定により可能
になる。 【0007】 【実施例】図1は、この発明のセメント構造物の超音波
による強度試験方法における圧縮強度の実測値と理論式
との関係の説明図であり、図2は、その論理式を求める
ための試験体測定の説明図である。 【0008】図1に●で示す18個のコンクリートサン
プルについての実測値とこの発明による論理式に基づい
て求められる重回帰式のグラフ(実線)とを示していて
、これを推定式(σreal=σEst )として用い
る。この実線のグラフとして示した圧縮強度評価線は、
実測との差で±10%程度に抑えられる。これは、従来
の縦波音速VL に加えて、横波音速VS 、超音波の
減衰率α(縦波減衰率αL 、横波減衰率αS )、そ
してコンクリート材料の成分(水の量w,セメントの量
c,細骨材の量s,全体a)、時間的な状態補正値(日
数A)等を加えて評価式を求め得たことによる。その圧
縮強度σの評価式を次に示すと、     σ=K1 ・VL +K2 ・αL +K3 
・VS +K4 ・αS        +K5 ・A
+K6 ・S/a+K7 ・w/c+K8     …
……(1)  となる。ここで、最初の行のK1 ・VL +K2 ・
αL +K3 ・VS +K4 ・αS は、コンクリ
ート構造物対して超音波測定により対象を実測すること
によって得られる、そのときの状態評価データである。 従来と異なるのは、ここでは超音波の測定値に縦波減衰
率と横波音速、その減衰率とが加えられていることであ
る。次の行の最初にあるK5 ・Aは、最初の行の測定
データに対して測定対象が構築されてから現在までの時
間経過による時間補正項となっている。これは、セメン
トの成分が日数の経過に従って反応が漸進し変質するこ
と等に関係して導入され、先の(1) 式の第1行目に
示す超音波の測定データのみの値だけではリニアには把
握し切れない測定情報をこれにより補正することで測定
精度を向上させるものである。その次のK6 ・S/a
+K7 ・w/cは、打込み時のコンクリート構造物の
特性に従う特性補正項である。これは、骨材の状態が実
際にコンクリート構造体の剪断強度に関係していると考
えられ、導入されたものである。すなわち、超音波の使
用周波数が低いこともあって、十分に骨材の強度に対す
る作用が先の(1) 式の第1行目の式で表せられる測
定データから得られる値だけでは単純に現れないところ
をこの補正項で補正している。 K8 は、測定対象に応じて決定される式全体の補正項
である。 【0009】この式から理解できるように、この圧縮強
度評価式は、従来の圧縮強度評価である超音波の縦波音
速に加えて、その減衰率、横波の音速及びその減衰率を
実測することでより実用的な圧縮強度の測定を行うとと
もに、これらの測定結果を荷重をかけて加算し、さらに
その結果に対して経過時間補正と測定対象の構築時の状
態特性補正を加えることで、従来実用的な状態に至って
いない超音波によるコンクリート構造物の圧縮強度評価
を実用化の段階まで高めたものである。 【0010】このような評価要素を選択することがコン
クリート構造物の圧縮強度評価に有効であることを発明
者等は、多数の実験と研究を重ねて得たものであり、こ
れを立証するための典型的な例としてここでは、次のよ
うな基礎データを紹介する。その前に、まず、コンクリ
ート構造物の強度について考えてみると、これは、最大
剪断力や剪断歪みエネルギーに支配されていることが経
験的に知られている。そこで、コンクリート構造物の諸
弾性率のうち、破壊と最も密接な関係にあるパラメータ
は、剪断変形を支配するG′であると考えられる。この
G′に着目すると、半無限等方弾性体を平面波がX軸方
向に伝搬する場合の運動方程式から次の関係式が導かれ
る。     VL ={(K′+(4/3)G′)/ρ}1
/2         ………(2)    E′=K
′+(4/3)G′                
        ………(3)     VS =(G
′/ρ)1/2                  
           ………(4)    ここで、E′は、複素縦弾性率、K′は、複素体積
弾性率、G′は、複素ずり弾性率であるが、コンクリー
ト構造物の場合には、粘生に関する項を排除できるので
、実際には、E′,K′,G′は、それぞれ実数部のみ
となり、動的縦弾性率、動的体積弾性率、動的ずり弾性
率となる。 【0011】この式から理解できるように、圧縮強度評
価に関係する動的ずり弾性率G′は、縦波VL と横波
VS 、動的縦弾性率E′、そして動的体積弾性率K′
に関係している。縦波と横波の速度は、超音波測定によ
り得ることができるが、後者の動的縦弾性率E′、そし
て動的体積弾性率K′とは、超音波を利用する測定では
十分な測定をすることはできない。そこで、まず、着目
されたのが、超音波の音速と減衰率との組合せである。 超音波の音速や減衰率は、透過する物体の体積や弾性率
(内部の材質)に関係するからである。 【0012】このような観点から実際にコンクリートの
サンプルを使用して多数の実験を試みたが、超音波の縦
波の音速と減衰率、横波の音速と減衰率の測定値だけで
は、実用化できる程度の圧縮強度評価の関係を把握する
ことは難しかった。そこで、次に考えられたのが、時間
的な意味での補正項とコンクリート構築物の構築時の組
成に関する状態による補正である。このような考え方を
導入し、それを立証するために図3に示す装置により実
験値と理論値の検証を行った。ここで、使用したサンプ
ルは、日本非破壊検査協会コンクリートNDT委員会で
作成された試験体60本であって、表1に示すようなも
のである。 【0013】 【表1】 表1の試験体は、水・セメント比(水kg/m3 ,セ
メントkg/m3 の割合(%)),細骨材率(骨材k
g/m3 ,全重量kg/m3 の割合(%))等の成
分率を変化させたものである。これとは別に時間的な関
係を把握するために別に表2に示すような調合一定のサ
ンプルについて養生方法(水中,空気中)を変化させて
実験を試みた。測定日の材令は、7日から38日である
。試験体の寸法は、直径100mmφ,高さ200mm
の円柱である。これは、JIS−R−5210セメント
の強さ試験方法に準じている。なお、材令1日で脱型し
、表3に示すような方法で養生を行った。 【0014】 【表2】 【0015】 【表3】 【0016】各試験体についての測定は、図2に示す構
成による。すなわち、送信探触子を下側として送信探触
子と受信探触子とを上下に配置して試験体を挟む透過法
によっての測定である。縦波の音速と減衰率、横波の音
速と減衰率を縦波発生探触子と横波発生探触子とを用い
てそれぞれ測定した。なお、使用した超音波の周波数は
、一例として100kHzを用いた。 【0015】図3〜図6は、日本非破壊検査協会コンク
リートNDT委員会で作成された試験体60本について
実際の圧縮強度と各測定値との関係を示したものである
。なお、材令は28日とし、音速は、試験体の厚さを相
対振幅法により測定した伝搬時間で除して求めたもので
あり、減衰定数は、送受信端子を直接対向させて得られ
る受信波パルスの最大振幅値と試験体を測定したときの
受信パルスの最大振幅値との差(dB)を試験体の厚さ
で除したものである。なお、各図中の式は、回帰式であ
り、γは相関係数を示す。図3が縦波音速VL (m/
s)と実際の圧縮強度σc (kg/cm2 )との測
定結果の一例であり、図4が縦波減衰定数(αL [d
B/mm])と実際の圧縮強度との測定結果である。ま
た、図5が横波音速VS (m/s)と圧縮強度σc 
(kg/cm2 )との測定結果であり、図6が縦波減
衰定数(αS [dB/mm])と圧縮強度との関係を
示している。 【0016】ここで、各測定値について、圧縮強度を基
準変数とし、超音波測定値を説明変数として圧縮強度σ
c の重回帰式を求めると、   σc =0.1594 ・VL −2374 ・α
L +0.3934 ・VS +74502・αS +
250.4 …(5) となる。さらに、これに(1)
 式の考え方に従って説明変数にコンクリートの配合条
件(成分情報)を加えて重回帰式を求めると、圧縮強度
σc は、   σc =0.03543・VL −1255 ・α
L +0.1932 ・VS +472.2・αS  
      +0.2182 ・(s/a)−8.97
8・(w/c)+233.1         ………
(6) となる。 【0017】図7〜図11は、養生を行った後者の試験
体について実際の圧縮強度と各評価要素を含めた測定値
との関係を示したものである。図7が経過日数A(日数
)と圧縮強度との関係であり、図8が縦波音速VL と
圧縮強度σc との測定結果の一例であり、図9が縦波
減衰定数(αL [dB/mm])と圧縮強度との関係
を示している。図10が横波音速VS(m/s)と圧縮
強度σc (kg/cm2 )との測定結果であり、図
11が縦波減衰定数(αS [dB/mm])と圧縮強
度との関係を示している。これらの測定結果から(1)
 式に従って、コンクリート試験体に対して圧縮強度σ
について評価の重回帰式を求めると、   σc =0.3188 ・VL +5091 ・α
L +0.05518・VS +108.2・αS −
1146  …(7) となり、これに時間経過要素を
加えると、  σc =0.03899・A+0.31
81 ・VL +513.1・αL +0.05407
・VS +108.1・αS        −117
2                        
                  ………………(
8) となる。 【0018】次に、(1) 式の考え方に従って一般式
をコンクリート構造物の一般式を得るために先の2系統
の試験体について条件を変えて測定した結果が図12か
ら図22である。これらの測定結果から圧縮強度を基準
変数とし、縦波音速、その減衰率、横波音速、その減衰
率、経過日数、骨材の状態等を説明変数として情報量基
準(AIC)による変数増減法を用いて重回帰分析を行
うと、コンクリート構築物に対する圧縮強度評価の一般
式は、次のようになる。     σc =0.2204 ・VL +3313 
・αL +0.2117 ・VS +472.4・αS
          −5.389・A+2.796・
(s/a)−9.255・(w/c)−422.9 …
…(9) 【0019】図1は、この重回帰式と実測の
圧縮強度との相関関係を示していて、図示するように、
圧縮強度の実測値は、前記の回帰線を基準としてほぼ±
10%の範囲にある。すなわち、この式による圧縮強度
評価における推定誤差がこの範囲にあると言える。なお
、(9) 式は、コンクリート構築物についての一般的
な圧縮強度評価式となっているが、モルタルやその他の
セメント構築物については、それぞれのサンプルについ
て係数を求めれば、圧縮強度評価の一般的な回帰式を求
めることができる。 【0020】したがって、コンクリート構築物について
は、(9) 式を判定基準として演算式またはテーブル
化したデータを超音波測定装置のメモリ上に記憶してお
き、測定対象となるコンクリート構築物が構築されてか
らの年月、そのときの骨材率(s/a)、水コンクリー
ト比(w/c)等をあらかじめキーボードから入力して
おき、縦波音速VL と横波音速VS 、縦波減衰率(
αL )、そして横波減衰率(αS )を超音波測定に
より実測することでそのコンクリート構造物についての
圧縮強度評価値σを自動的に算出することが可能になる
。 【0021】以上説明してきたが、実施例における係数
値は、実際の試験体測定に合わせたものであって、この
係数値は、デメンジョンの採り方で桁数や大きさは変化
するしたがって、係数値の単位は固定的なものではない
。また、この係数値は、セメントの質によっても多少左
右されると考えられる。例えば、国産のセメントと輸入
セメントとではその強度に差があり、また、高炉灰など
を混合したり、その他の強化材を混入することにおいて
それぞれに多少の補正が必要になる。また、測定周波数
として実施例では100kHzを使用しているが、これ
は、コンクリート等の構築物として超音波が利用できる
範囲である8kHz〜800kHz程度、いわゆる低周
波と言われる範囲を使用することができる。 【0022】 【発明の効果】以上の説明のとおり、この発明にあって
は、従来の縦波音速のみによる測定に加えて、縦波の音
速と減衰率および横波の音速と減衰率、さらにこれらの
測定値に対して補正項としてセメント構造物についてそ
の骨材率(s/a)、水セメント比(w/c)、セメン
ト構造物を構築してからの経過期間Aとを要素として加
えて圧縮強度σを評価することで実際の圧縮強度に近い
強度評価が超音波測定により可能になる。
Detailed Description of the Invention [0001] [Industrial Application Field] This invention relates to a method for testing the strength of structures using cement such as concrete and mortar (hereinafter referred to as cement structures). This invention relates to a strength testing method using ultrasonic waves that can be used to evaluate strength with relatively high accuracy. [Prior Art] A non-destructive and simple method for determining the strength of a concrete structure, especially for determining the strength of a concrete structure that has deteriorated over time, in order to diagnose the durability of a building. There is a strong demand for the development of accurate evaluation methods in various fields, including the construction industry and the materials industry. Currently, the most direct method used to determine concrete strength is to take a core sample directly from a concrete structure and perform a strength test on it. However, this results in partial damage to the structure, and is not a preferable method in terms of labor and cost. [0003]Problems to be Solved by the Invention Currently, methods for on-site strength testing of structures that can be easily and non-destructively carried out without using such means include the repulsion hardness measurement method using a Schmidt hammer and the ultrasonic pulse velocity method. , and combination methods of these are also used. Among these methods, the ultrasonic pulse velocity method uses longitudinal sound velocity and has high utility value as a relatively simple method. However, this is currently in the realm of theoretical or experimental research and has not been put to practical use. The frequency of ultrasonic waves transmitted through structures such as concrete is about 8 kHz to 800 kHz, which is more than two orders of magnitude lower than that of metal materials. For this reason, the directivity of ultrasonic waves is very blunt, and since pulses are used, it is difficult to logically analyze them, which has hindered their practical use. Therefore, strength evaluation of concrete structures using ultrasonic waves is far from practical in terms of accuracy and reliability. [0004] The present invention solves the problems of the prior art, and aims to provide a simple and reliable method for testing the strength of cement structures using ultrasonic waves. purpose. Means for Solving the Problems [0005] The characteristics of the ultrasonic strength testing method for cement structures of the present invention are as follows:
The sound speed (VS ) and attenuation rate (αS ) of the transverse wave are measured, and these measured values and the aggregate ratio M, water-cement ratio N, and elapsed period A since the construction of the cement structure are measured. The compressive strength σ of the cement structure is evaluated according to the following relational expression using σ as an element. σ=K1 ・VL +K2 ・αL +K3 ・VS
+K4 ・αS+K5 ・A+K6 ・M+K7 ・N
+K8 However, K1 to K7 are coefficients, and K8 is a correction term, and these are numerical values determined by actually measuring a sample etc. corresponding to the type of object to be measured. [Operation] In this way, in addition to the conventional measurement using only the longitudinal sound velocity, the longitudinal sound velocity and its attenuation rate, the transverse sound velocity and its attenuation coefficient, and also the cement structure as a correction factor for these measured values. The actual compressive strength σ is calculated by adding the aggregate ratio (s/a), water-cement ratio (w/c), and elapsed period A since the construction of the cement structure to the evaluation factors. Ultrasonic measurement enables strength evaluation close to compressive strength. [Example] FIG. 1 is an explanatory diagram of the relationship between the actually measured value of compressive strength and the theoretical formula in the ultrasonic strength testing method for cement structures of the present invention, and FIG. FIG. FIG. 1 shows the measured values for 18 concrete samples indicated by ● and the graph (solid line) of the multiple regression equation obtained based on the logical equation according to the present invention, which is calculated using the estimation equation (σreal= σEst). The compressive strength evaluation line shown as this solid line graph is
The difference from actual measurements can be kept to about ±10%. In addition to the conventional longitudinal wave sound speed VL, the transverse wave sound speed VS, ultrasonic attenuation rate α (longitudinal wave attenuation rate αL, shear wave attenuation rate αS), and the components of concrete materials (amount of water w, amount of cement This is because an evaluation formula could be obtained by adding c, amount of fine aggregate s, total a), temporal condition correction value (number of days A), etc. The evaluation formula for the compressive strength σ is shown below: σ=K1 ・VL +K2 ・αL +K3
・VS +K4 ・αS +K5 ・A
+K6 ・S/a+K7 ・w/c+K8...
...(1) becomes. Here, K1 ・VL +K2 ・
αL +K3 ・VS +K4 ・αS is condition evaluation data obtained by actually measuring the concrete structure using ultrasonic measurement. What is different from the conventional method is that here, the longitudinal wave attenuation rate, the transverse wave sound velocity, and the attenuation rate are added to the ultrasonic measurement value. K5·A at the beginning of the next line is a time correction term based on the elapsed time from when the measurement target was constructed to the present for the measurement data in the first line. This was introduced in connection with the fact that the components of cement undergo gradual reactions and change in quality as time passes, and the value of the ultrasonic measurement data shown in the first line of equation (1) above is not linear. This improves measurement accuracy by correcting measurement information that cannot be fully grasped. The next K6 ・S/a
+K7 ・w/c is a characteristic correction term according to the characteristics of the concrete structure at the time of pouring. This was introduced because it is thought that the condition of aggregate is actually related to the shear strength of concrete structures. In other words, because the frequency of ultrasonic waves used is low, the effect on the strength of aggregate cannot be easily expressed by the value obtained from the measurement data expressed by the first line of equation (1) above. This correction term corrects the missing parts. K8 is a correction term for the entire equation determined depending on the measurement target. As can be understood from this formula, this compressive strength evaluation formula involves actually measuring the attenuation rate, the sound velocity of the transverse wave, and its attenuation rate, in addition to the longitudinal sound velocity of the ultrasonic wave, which is the conventional compressive strength evaluation. In addition to measuring compressive strength in a more practical manner, the results of these measurements are added by applying a load, and the results are then corrected for elapsed time and state characteristics at the time of construction of the measurement target. This technology has advanced the compressive strength evaluation of concrete structures using ultrasonic waves, which has not yet reached a practical state, to the stage where it can be put to practical use. [0010] The inventors have found through numerous experiments and studies that selecting such evaluation elements is effective in evaluating the compressive strength of concrete structures, and in order to prove this, As a typical example, we will introduce the following basic data. Before that, let's first consider the strength of concrete structures. It is empirically known that this is controlled by the maximum shear force and shear strain energy. Therefore, among the various moduli of elasticity of a concrete structure, the parameter most closely related to failure is considered to be G', which governs shear deformation. Focusing on this G', the following relational expression is derived from the equation of motion when a plane wave propagates in the X-axis direction in a semi-infinite isotropic elastic body. VL = {(K'+(4/3)G')/ρ}1
/2 ......(2) E'=K
'+(4/3)G'
......(3) VS = (G
'/ρ) 1/2
......(4) Here, E' is the complex modulus of longitudinal elasticity, K' is the complex modulus of bulk elasticity, and G' is the complex shear modulus. Since the term can be eliminated, in reality, E', K', and G' each have only real parts, and become the dynamic longitudinal modulus, dynamic bulk modulus, and dynamic shear modulus. As can be understood from this equation, the dynamic shear modulus G', which is related to compressive strength evaluation, is the longitudinal wave VL, the shear wave VS, the dynamic longitudinal modulus E', and the dynamic bulk modulus K'
is related to. The velocities of longitudinal waves and transverse waves can be obtained by ultrasonic measurements, but the latter, dynamic longitudinal elastic modulus E' and dynamic bulk elastic modulus K', cannot be adequately measured using ultrasonic measurements. I can't. Therefore, first of all, attention was focused on the combination of the sound speed and attenuation rate of ultrasonic waves. This is because the sound speed and attenuation rate of ultrasonic waves are related to the volume and elastic modulus (internal material) of the object through which it passes. [0012] From this point of view, we have attempted many experiments using actual concrete samples, but it is difficult to put them into practical use by measuring the sound velocity and attenuation rate of longitudinal waves of ultrasonic waves, and the sound velocity and attenuation rate of transverse waves. It was difficult to understand the relationship between compressive strength evaluation to the extent possible. Therefore, the next consideration was a correction term in the temporal sense and a correction based on the compositional state of the concrete structure at the time of construction. We introduced this idea, and in order to prove it, experimental values and theoretical values were verified using the apparatus shown in FIG. The samples used here were 60 specimens prepared by the Concrete NDT Committee of the Japan Nondestructive Testing Association, as shown in Table 1. [Table 1] The test specimens in Table 1 have a water/cement ratio (ratio (%) of water kg/m3, cement kg/m3), fine aggregate ratio (aggregate k
g/m3, the ratio (%) of the total weight kg/m3), etc., are changed. Separately, in order to understand the temporal relationship, we conducted an experiment by changing the curing method (in water, in air) for samples with a constant formulation as shown in Table 2. The timber age on the measurement date is from 7th to 38th. The dimensions of the test specimen are 100 mm in diameter and 200 mm in height.
It is a cylinder. This is based on JIS-R-5210 cement strength testing method. The material was demolded after 1 day of age, and cured as shown in Table 3. [0014] [Table 2] [0015] [Table 3] [0016] Measurements for each test specimen were performed using the configuration shown in FIG. That is, the measurement is performed by a transmission method in which a transmitting probe and a receiving probe are placed one above the other with the transmitting probe on the lower side, and the test specimen is sandwiched between them. The sound speed and attenuation rate of longitudinal waves and the sound speed and attenuation rate of transverse waves were measured using a longitudinal wave generation probe and a shear wave generation probe, respectively. Note that the frequency of the ultrasonic waves used was 100 kHz, as an example. FIGS. 3 to 6 show the relationship between the actual compressive strength and each measured value for 60 test specimens prepared by the Concrete NDT Committee of the Japan Nondestructive Testing Association. The age of the material was 28 days, the sound velocity was calculated by dividing the thickness of the test specimen by the propagation time measured by the relative amplitude method, and the attenuation constant was calculated by dividing the thickness of the specimen by the propagation time measured by the relative amplitude method. It is the difference (dB) between the maximum amplitude value of the wave pulse and the maximum amplitude value of the received pulse when measuring the test object, divided by the thickness of the test object. Note that the equations in each figure are regression equations, and γ indicates a correlation coefficient. Figure 3 shows the longitudinal wave sound velocity VL (m/
s) and the actual compressive strength σc (kg/cm2), and Figure 4 shows an example of the measurement results of the longitudinal wave attenuation constant (αL [d
B/mm]) and the actual compressive strength. In addition, Figure 5 shows the transverse wave sound speed VS (m/s) and compressive strength σc
(kg/cm2), and FIG. 6 shows the relationship between longitudinal wave attenuation constant (αS [dB/mm]) and compressive strength. Here, for each measured value, the compressive strength σ is defined as the reference variable and the ultrasonic measurement value as the explanatory variable.
When calculating the multiple regression equation for c, σc =0.1594 ・VL −2374 ・α
L +0.3934 ・VS +74502・αS +
250.4...(5) Furthermore, (1)
When a multiple regression equation is obtained by adding concrete mixing conditions (component information) to the explanatory variables according to the concept of the equation, the compressive strength σc is calculated as follows: σc = 0.03543・VL −1255・α
L +0.1932 ・VS +472.2・αS
+0.2182 ・(s/a)-8.97
8・(w/c)+233.1……
(6) becomes. FIGS. 7 to 11 show the relationship between the actual compressive strength and the measured values including each evaluation element for the latter test specimen that was cured. Figure 7 shows the relationship between the number of elapsed days A (days) and compressive strength, Figure 8 shows an example of the measurement results of longitudinal wave sound velocity VL and compressive strength σc, and Figure 9 shows the longitudinal wave attenuation constant (αL [dB/ mm]) and compressive strength. Figure 10 shows the measurement results of shear wave sound velocity VS (m/s) and compressive strength σc (kg/cm2), and Figure 11 shows the relationship between longitudinal wave attenuation constant (αS [dB/mm]) and compressive strength. ing. From these measurement results (1)
The compressive strength σ for the concrete specimen according to the formula
When calculating the multiple regression equation for evaluation, σc = 0.3188 ・VL +5091 ・α
L +0.05518・VS +108.2・αS −
1146...(7) When adding the time elapsed element to this, σc =0.03899・A+0.31
81 ・VL +513.1・αL +0.05407
・VS +108.1・αS -117
2
………………(
8) It becomes. Next, FIGS. 12 to 22 show the results of measuring the above two systems of test specimens under different conditions in order to obtain a general formula for concrete structures according to the concept of formula (1). From these measurement results, we used compressive strength as the reference variable and the variable increase/decrease method using information criterion (AIC) using longitudinal wave sound speed, its attenuation rate, transverse wave sound speed, its attenuation rate, elapsed days, condition of aggregate, etc. as explanatory variables. When performing multiple regression analysis using σc =0.2204 ・VL +3313
・αL +0.2117 ・VS +472.4・αS
-5.389・A+2.796・
(s/a)-9.255・(w/c)-422.9...
(9) FIG. 1 shows the correlation between this multiple regression equation and the actually measured compressive strength, and as shown in the figure,
The measured value of compressive strength is approximately ± based on the regression line mentioned above.
It is in the range of 10%. That is, it can be said that the estimation error in compressive strength evaluation using this formula is within this range. Equation (9) is a general compressive strength evaluation formula for concrete structures, but for mortar and other cement structures, if the coefficients are calculated for each sample, it can be used as a general compressive strength evaluation formula. A regression equation can be found. Therefore, for concrete structures, an arithmetic expression or tabulated data using equation (9) as a criterion is stored in the memory of the ultrasonic measuring device, and after the concrete structure to be measured is constructed. Enter the year and month, aggregate ratio (s/a), water-concrete ratio (w/c), etc. from the keyboard in advance, and calculate the longitudinal wave sound velocity VL, shear wave sound speed VS, and longitudinal wave attenuation rate (
By actually measuring αL ) and shear wave attenuation coefficient (αS ) by ultrasonic measurement, it becomes possible to automatically calculate the compressive strength evaluation value σ for the concrete structure. [0021] As explained above, the coefficient values in the examples are based on actual test specimen measurements, and the number of digits and magnitude of the coefficient values change depending on how the dimension is taken, so the coefficient values are The units of numerical values are not fixed. Moreover, this coefficient value is considered to be influenced to some extent by the quality of cement. For example, there is a difference in strength between domestically produced cement and imported cement, and each requires some correction by mixing blast furnace ash or other reinforcing materials. In addition, although 100 kHz is used in the example as the measurement frequency, it is possible to use a range of about 8 kHz to 800 kHz, which is the range where ultrasonic waves can be used for structures such as concrete, which is a so-called low frequency range. . [0022] As explained above, in the present invention, in addition to the conventional measurement using only the sound velocity of longitudinal waves, the sound velocity and attenuation rate of longitudinal waves, the sound velocity and attenuation rate of transverse waves, and these measurements are also carried out. The aggregate ratio (s/a), water-cement ratio (w/c), and elapsed period A since the cement structure was constructed are added as correction terms to the measured value of the cement structure. By evaluating the compressive strength σ, strength evaluation close to the actual compressive strength becomes possible through ultrasonic measurement.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】  この発明のセメント構造物の超音波による
強度試験方法における圧縮強度の実測値と理論式との関
係の説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram of the relationship between actually measured values of compressive strength and theoretical formulas in the ultrasonic strength testing method for cement structures of the present invention.

【図2】  論理式を求めるための試験体測定の説明図
である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of test specimen measurement for determining a logical formula.

【図3】  日本非破壊検査協会コンクリートNDT委
員会で作成された試験体についての縦波音速と圧縮強度
との測定結果を説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of the measurement results of longitudinal sound velocity and compressive strength for test specimens created by the Japan Nondestructive Testing Association Concrete NDT Committee.

【図4】  その縦波減衰定数と圧縮強度との関係を示
す測定結果の説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of measurement results showing the relationship between longitudinal wave attenuation constant and compressive strength.

【図5】  その横波音速と圧縮強度との関係を示す測
定結果の説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram of measurement results showing the relationship between the transverse sound velocity and compressive strength.

【図6】  その横波減衰定数と圧縮強度との関係を示
す測定結果の説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram of measurement results showing the relationship between the transverse wave attenuation constant and compressive strength.

【図7】  養生を加えた試験体についての材令と圧縮
強度との測定結果を説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating the measurement results of the age and compressive strength of a cured specimen.

【図8】  養生を加えた試験体についての縦波音速と
圧縮強度との測定結果を説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram of measurement results of longitudinal sound velocity and compressive strength for a cured test specimen.

【図9】  養生を加えた試験体についての縦波減衰定
数と圧縮強度との関係を示す測定結果の説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram of measurement results showing the relationship between longitudinal wave attenuation constant and compressive strength for a cured test specimen.

【図10】  養生を加えた試験体についての横波音速
と圧縮強度との関係を示す測定結果の説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram of measurement results showing the relationship between transverse wave sound velocity and compressive strength for a cured test specimen.

【図11】  養生を加えた試験体についての横波減衰
定数と圧縮強度との関係を示す測定結果の説明図である
FIG. 11 is an explanatory diagram of measurement results showing the relationship between transverse wave attenuation constant and compressive strength for a cured test specimen.

【図12】  養生を加えた試験体についての材令と圧
縮強度との関係を示す測定結果の説明図である。
FIG. 12 is an explanatory diagram of measurement results showing the relationship between material age and compressive strength for a cured test specimen.

【図13】  養生を加えた試験体についての縦波音速
と圧縮強度との関係を示す測定結果の説明図である。
FIG. 13 is an explanatory diagram of measurement results showing the relationship between longitudinal sound velocity and compressive strength for a cured test specimen.

【図14】  養生を加えた試験体についての縦波衰定
数と圧縮強度との関係を示す測定結果の説明図である。
FIG. 14 is an explanatory diagram of measurement results showing the relationship between longitudinal wave attenuation constant and compressive strength for a cured test specimen.

【図15】  養生を加えた試験体についての横波音速
と圧縮強度との関係を示す測定結果の説明図である。
FIG. 15 is an explanatory diagram of measurement results showing the relationship between transverse wave sound velocity and compressive strength for a cured test specimen.

【図16】  養生を加えた試験体についての横波衰定
数と圧縮強度との関係を示す測定結果の説明図である。
FIG. 16 is an explanatory diagram of measurement results showing the relationship between shear wave attenuation constant and compressive strength for a cured test specimen.

【図17】  養生を加えた試験体についての細骨材率
と圧縮強度との関係を示す測定結果の説明図である。
FIG. 17 is an explanatory diagram of measurement results showing the relationship between fine aggregate ratio and compressive strength for a cured test specimen.

【図18】  水・セメント比と圧縮強度との関係を示
す測定結果の説明図である。
FIG. 18 is an explanatory diagram of measurement results showing the relationship between water/cement ratio and compressive strength.

【図19】  縦波音速と材令との関係を示す測定結果
の説明図である。
FIG. 19 is an explanatory diagram of measurement results showing the relationship between longitudinal sound velocity and material age.

【図20】  縦波減衰定数と材令との関係を示す測定
結果の説明図である。
FIG. 20 is an explanatory diagram of measurement results showing the relationship between longitudinal wave attenuation constant and material age.

【図21】  横波音速と材令との関係を示す測定結果
の説明図である。
FIG. 21 is an explanatory diagram of measurement results showing the relationship between transverse wave sound velocity and material age.

【図22】  横波減衰定数と材令との関係を示す測定
結果の説明図である。
FIG. 22 is an explanatory diagram of measurement results showing the relationship between transverse wave attenuation constant and material age.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  セメント構造物について縦波の音速(
VL )と減衰率(αL)、横波の音速(VS )と減
衰率(αS )とを測定するとともにこれら測定値と前
記セメント構造物についてその骨材率M、水セメント比
N、前記セメント構造物を構築してからの経過期間Aと
を要素として次の関係式に従って前記セメント構築物の
圧縮強度σの評価を行うことを特徴とするセメント構築
物の超音波による強度試験方法。 σ=K1 ・VL +K2 ・αL +K3 ・VS 
+K4 ・αS+K5 ・A+K6 ・M+K7 ・N
+K8ただし、K1 〜K7 は係数であり、K8 は
補正項であって、これらは測定対象物の種類に対応した
サンプル等を実測値して決定される数値である。
[Claim 1] The sound velocity of longitudinal waves (
VL), attenuation rate (αL), sound velocity of transverse waves (VS), and attenuation rate (αS), and these measured values and the aggregate ratio M, water-cement ratio N, and water-cement ratio N of the cement structure are measured. A method for testing the strength of a cement structure using ultrasonic waves, characterized in that the compressive strength σ of the cement structure is evaluated according to the following relational expression using the elapsed period A since the construction as an element. σ=K1 ・VL +K2 ・αL +K3 ・VS
+K4 ・αS+K5 ・A+K6 ・M+K7 ・N
+K8 However, K1 to K7 are coefficients, and K8 is a correction term, and these are numerical values determined by actually measuring a sample etc. corresponding to the type of object to be measured.
【請求項2】骨材率Mが細骨材率であって、圧縮強度σ
についての関係式が     σc =0.2204 ・VL +3313 
・αL +0.2117 ・VS +472.4・αS
          −5.389・A+2.796・
(s/a)−9.255・(w/c)−422.9  であり、この式において±10%の範囲を圧縮強度評価
値とすることを特徴とする請求項1記載のセメント構築
物の超音波による強度試験方法。
Claim 2: Aggregate ratio M is fine aggregate ratio, and compressive strength σ
The relational expression for σc =0.2204 ・VL +3313
・αL +0.2117 ・VS +472.4・αS
-5.389・A+2.796・
(s/a)-9.255・(w/c)-422.9, and in this formula, a range of ±10% is taken as the compressive strength evaluation value. Strength testing method using ultrasonic waves.
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