JPH11511247A

JPH11511247A - 材料の硬化度の決定方法

Info

Publication number: JPH11511247A
Application number: JP9502364A
Authority: JP
Inventors: ヒルホルスト、マクシムス・アンドレアス; クローセ、ウィレム・ハーマン・ステンファート
Original assignee: インスティトゥート・フォール・ミリュー−アン・アフリテクニーク
Priority date: 1995-06-08
Filing date: 1996-06-07
Publication date: 1999-09-28
Also published as: WO1996042014A1; CN1191605A; US6023170A; AU5913596A; EP0871880A1

Abstract

(57)【要約】本発明は、硬化可能な材料の硬化度を決定するための方法に関する。この目的のために、複素数電気誘電率が決定される。ε″（ｔ）が複素数電気誘電率ε′（ｔ）−ｊε″（ｔ）の虚数部であるとして、比ε″（ｔ＝０）／ε″（ｔ）が時点ｔにおける材料の強度の尺度として決定される。複素数誘電率の実数部の比ε′max／ε′（ｔ）もまた材料の強度の尺度として決定されることができる。驚くべきことに、これらの比の曲線の形は、時間の経過と共に硬化可能な材料の強度の曲線と類似している。

Description

【発明の詳細な説明】材料の硬化度の決定方法本発明は、硬化可能な材料の硬化度を決定する方法および装置に関し、特にコンクリート、プラスターまたはセメントのような水と結合することによって硬化される材料の硬化度を決定する方法および装置に関する。その方法において前記の材料の電気的誘電率が時間的に種々の時点に決定される。硬化の程度を決定するために種々の方法が提案されている。圧縮強度の発生、経年変化または硬化の水化の程度、材料のセットおよびキュア、特にコンクリート、セメント等の石状の材料の硬化のような水との結合の結果として硬化する材料について研究されている。圧縮強度の発生、経年変化または硬化の水化の程度は硬化の尺度である。最も広く知られている方法は硬化中の熱の発生を監視する方法である。熱の発生は水の結合または水化の程度と関係している。しかしながら、前記の方法は幾つかの欠点を有している。最も重要な欠点は、必要な測定がそのような測定に基づいて実際の構造の硬化度を予測するために１以上のテストサンプルについて行われなければならないために熱の発生が領域の条件にしたがわなければならないことである。しかしながら、実際の構造の温度は研究室の温度とは明らかに相違する。さらに、熱の発生の測定は種々のパラメータに依存しているので不正確でエラーを生じやすい。文献（IEEE PROCEEDINGS-A PHYSICAL SCIENCE，MESUREMENT & INSTRUMENTATIO N，MANAGEMENT GB,246〜254頁，XP000150889,J.G.WILSON 他:“VARIATIONS IN THE ELECTRICAL PROPERTIES OF CONCRETE WITH CHANGE IN FREQUENCY”）には誘電定数（電気誘電率）および導電率が１日以内の期間の硬化中にコンクリートに対してどのように変化するかについて記載されている。前記パラメータの観察された変化からコンクリートの硬化の程度がどのようにして信頼できるように正確に決定されるかについては何等説明はされていない。本発明の目的は、材料の硬化度を決定するためのより正確な方法を提供することである。さらに、本発明の目的は、この形式のさらに信頼できる方法を得ることである。本発明の目的はまた、分離されたテストサンプルを必要とせずに、直接その構造自体について正確で高い信頼性で、また好ましくは特に簡単で、あまり時間を要しないで測定されることのできる材料の硬化度を決定する方法を提供することである。この目的に対して、本発明の方法は、基準時点であるｔ＝０と時点ｔにおける複素数電気誘電率ε′（ｔ）−ｊε″（ｔ）の虚数部の比ε″（ｔ＝０）／ε″ （ｔ）および、または複素数電気誘電率の実数部の時点ｔ＝０から時点ｔまでの最大値ε′maxと時点ｔにおける複素数電気誘電率の実数部との比ε′max／ε′ （ｔ）が時点ｔにおける材料の強度の尺度として決定される。コンクリートのような材料の誘電特性は複素数電気誘電率と呼ばれる複素数誘電定数によって示されることができる。複素数誘電率εは次のように表すことができる。 ε＝ε′−ｊε″ この式で誘電率の実数部ε′は、場合によっては結合体である水を含む種々の構成材料の偏極の尺度である。誘電率の虚数部ε″は吸収エネルギの尺度である。イオン導電率はε″に影響される。誘電率の２つの成分ε′とε″は、それぞれ電極間の誘電体として硬化可能な材料を有するキャパシタのキャパシタンスＣ（ファラッド）および導電率Ｇ（Ｓｍ^-1）として測定可能である。交流電界中における水のような偏極可能な粒子の再方位付けには若干の時間が必要である。周波数の増加に対して粒子または分子は急速な交流電界の変化に追従するには遅すぎる。この遅いことは、特に粒子または分子がその環境に拘束されている程度によって影響を受ける。高い周波数ではε′はしたがって減少する。高い周波数に対して、供給されたエネルギは吸収され、その結果としてε″が尺度である誘電損失が増加する。最も重要な吸収が生じるよりも低い周波数に対しては、ε″はイオン導電率により支配される。水の分子を硬化可能な材料中の環境に拘束する力はそのエージング中に増加するので、ニュートン／ｍ²の強度は複素数誘電率の実数部ε′または虚数部ε″ から決定することができる。驚くべきことは、スケール係数は別として、時間に対する曲線ε″（ｔ＝０）／ε″（ｔ）は、硬化可能な材料のニュートン／ｍ²の圧縮強度の曲線に高度に類似していることが認められた。硬化可能な材料の硬化処理は、例えば数日または数週間の期間にわたって規則的な時間間隔でε″（ｔ＝０）／ε″（ｔ）を決定することによって信頼できる追跡を行うことができる。この比は測定中の電極や誘電体の形状には影響されない。また、驚くべきことに、ε′max／ε′（ｔ）はほぼ１日の硬化期間後の硬化可能な材料の強度と非常に良く相関している。複素数誘電率の虚数部ε″（ｔ）は硬化可能な材料中または付近に２以上の電極を配置して電極間に交流電流を供給することによって決定することが有効であり、複素数インピーダンスＺ^*は、Ｚ^*＝１／（Ｇ＋ｊωＣ）で決定される。ここで、ＧはＳ／ｍで表した硬化可能な材料の導電率であり、ＣはファラッドＦで表したキャパシタンスであり、Ｇ（ｔ）＝ｋε″（ｔ）ε₀・ωにより、或いは、Ｃ（ｔ）＝ｋε′（ｔ）ε₀によりε″（ｔ）は決定され、ここで、ｋは定数である。２個の電極を硬化可能な材料中に配置することによって（電極は例えば長さ３ｃｍ、直径１ｃｍの円筒形であり、相互間隔２ｃｍである）、電極板とその間の誘電体としての硬化可能な材料によりキャパシタが形成される。複素数インピーダンスは交流電圧を測定することによって決定される。この複素数インピーダンスは導電率Ｇ（Ｓ＝Ｑ^-1としてＳｍ^-1）とキャパシタンスＣにより与えられ、その導電率Ｇから複素数誘電率の虚数部ε″（ｔ）が決定され、そのキャパシタンスＣから複素数誘電率の実数部ε′（ｔ）が決定される。これに関連して、定数ｋは電極の形状および相互位置に依存した幾何学的係数である。電極の設定およびそれによる複素数インピーダンスの測定の結果として、硬化可能な材料の強度は、複雑な装置を必要とすることなく、その位置で非常に簡単に、かつ、迅速に決定されることができる。材料の強度は１日から１００日の範囲の期間にわたって決定されることが好ましく、１日から３０日の範囲の期間にわたって決定されることがさらに好ましい。使用周波数は０乃至１７ＧＨｚの範囲であり、好ましくは１５乃至５０ＭＨｚである。２０ＭＨｚより低い周波数では例えば電極偏極の結果として干渉効果が生じる。複素数誘電率と圧縮強度との関係は例えば１００ＭＨｚの高い周波数においても認められるが、感度が低く、測定の容易さも劣っている。硬化可能な材料の強度の尺度としてｒε″（ｔ＝０）／ε″（ｔ）が決定されることが好ましい。ここでｒは硬化可能な材料の組成に依存したスケール係数である。ｒを決定するために測定に先立って較正測定が行われる。また、複素数電気誘電率の実数部の最大値ε′maxを決定することによってｒを決定することができる。このε′maxは硬化可能な材料の硬化の開始後ほぼ１日以内に生じる。それから強度はε′maxとε′（ｔ）の比から計算することができる。スケール係数ｒはこの計算された強度により計算されることができる。強度曲線はさらに式ｒε″（ｔ＝０）／ε″（ｔ）を使用して決定されることができる。スケール係数ｒはさらに、ε′maxとε′（ｔ）に対して圧縮強度は１０．５Ｎ／ｍｍ²で表される事実により決定されることができる。本発明による方法を実行するための装置は、供給リード線を介して電極の給電端子に交流電流を供給するための交流電流源を具備している。分岐リード線を介して、電源の交流電流もまたスイッチを介して例えばキャパシタ等の位相回転素子あるいは抵抗器等の非位相回転素子に供給される。誘電体として間に硬化可能な材料を有する測定装置の電極を横切って発生された電圧と分岐リード線上の位相回転素子あるいは非位相回転素子を横切って発生された電圧は、乗算器によって互いに乗算される。乗算器の出力電圧は、交流電圧素子および直流電圧素子を具備している。交流電圧はローパスフィルタによって取除かれる。分岐リード線における電流が非位相回転素子を介して乗算器に供給された場合、直流はキャパシタンスＣの尺度であり、位相回転が生じた場合、直流は導電率Ｇの尺度である。これらの値はアナログ／デジタル変換器を介してコンピュータに供給され、そこにおいて、複素数電気誘電率の実数部および／または複素数部が導電率およびキャパシタンスから決定され、強度が計算される。時間制御装置の助けを借りて、例えば７日間の間１時間毎に測定が数回行われる。本発明による硬化可能な材料の強度の決定方法は、例えばコンクリート等の硬化可能な材料から建造物を作る際に有効に使用されることができる。この場合、材料は柔らかい状態で例えば型枠等のケース中に配置される。予め定められた強度に到達してケースが取除かれる時点は、本発明による方法に従って材料をキュアし、強度を決定する際に電極を設置することによって決定されることができる。誘電特性の測定に関するより詳細な情報は、J.B.Hasted氏による参照文献“Aq ueous dielectrics”(Chapman and Hall，London，1973)に記載されている。プラスター、セメントあるいはコンクリート等の、水と結合として硬化する材料の場合、硬化の進行あるいは水化プロセスは、上述の誘電特性が時間の関数として変化する際に満足できるように再生されることができる。時間の関数としての誘電特性の変化は、電界の種々の周波数における硬化度の尺度として測定されることができる。実験において、例えば１０乃至５０ＭＨｚの間の周波数で優良な結果が得られた。最も信頼できるのは初期の状態との相対的な変化であり、すなわち、ある期間中のそれぞれの順次の測定がそれぞれ例えば初期の状況の間に行われた測定と比較される。ある期間中の種々の時点の硬化材料の誘電特性を測定し、これらの測定結果を互いに比較した結果、本発明による方法は硬化可能な材料の組成の変化に本質的に感応しない。誘電特性の測定が行われるプローブの位置が異なる時点における測定に対して本質的に変化しないままである場合、測定はさらに材料の組成中の局所的な違いに本質的に感応しない（例えば、完全に均質に混合されていないコンクリート中の砂利を考えてみるとよい）。さらに、様々な時点における硬化材料の誘電特性を測定し、測定結果を互いに比較することによって、測定のための感度および較正エラーは本質的に存在しないことがわかった。硬化可能な材料が用意された時点の誘電体の損失と期間中の後の時点の誘電体損失との比率は、前記材料の硬化度と良好に相関する。前記材料が例えばコンクリートである場合、前記比は前記コンクリートで到達された圧縮強度を直接示すものである。硬化度を相対的に示すことの決定に加えて、本発明による方法は、硬化度を絶対的に示すために使用されることもできる。この目的のために、測定された誘電特性は、同じあるいは類似した組成を有するテストサンプルについて決定された誘電特性と比較されることができ、または、例えば実験によって定められた公式あるいは変換表のベースの変換によって比較されることができる。本発明による方法および装置の実施形態は、添付図面に関して以下に詳細に説明される。図１は、１６０時間にわたるポートランドＡコンクリートのＮ／ｍｍ²で表した強度と、比ε′（ｔ＝０）／ε″（ｔ）の曲線を示している。図２は、計算された圧縮強度Ｓ１＝５３（ε′max／ε′（ｔ）−０．７８）およびＳ２＝ｒε″（ｔ＝０）／ε″（ｔ）の曲線と硬化しているコンクリートの測定された強度を示している。図３は、本発明による誘電測定を行うための回路の概略図である。図４は、硬化可能な材料中の電極の配置を示している。図５は、４個の電極が硬化可能な材料から距離を隔てて位置されている配置を示している。図１にグラフで示されたコンクリートの強度を測定するために、水とセメントの比が０．５３のポートランドＡセメントの硬化の複素数電気誘電率を決定するために試験が行われた。セメントは１５．５ｃｍ×１５．５ｃｍ×１５．５ｃｍの大きさの発泡ポリスチレンから作られた立方体中に注がれた。それから立方体はプラスチックシートで覆われ、発泡ポリスチレンの蓋で密閉された。立方体のＮ／ｍｍ²の圧縮強度は時間の関数として変化した。この過程において、立方体はそれが破壊される臨界圧力に到達するまで圧力負荷された。さらにこの形式の強度測定の詳細は文献（J.B.Hasted氏による“Aqueous Dielectrics”）に記載されている。長さ３ｃｍ、直径１ｃｍの２個の円筒状電極が硬化しているコンクリート中に２ｃｍの相互間隔で配置された。複素数電気誘電率は２８日にわたって１０ＭＨｚ、２０ＭＨｚ、３０ＭＨｚの周波数で測定された。ｒをコンクリートの組成に依存するスケール係数として、ｒε″（ｔ＝０）／ε″（ｔ）は、図１に示されるように時間の経過にしたがった圧力試験によるコンクリート立方体の測定を行うときに強度曲線に非常に良く近接していることが発見された。導電率Ｇ＝ｋε″ε₀ωから、比Ｇ（ｔ＝０）／Ｇ（ｔ）はまた硬化可能な材料の強度の良好な尺度を与える。さらに別の試験において、コンクリートサンプルは、水とセメントの比が０．４５乃至０．５５の、CEM III/B42.5LH HS、CEM I 32.5R、およびCEM I 42.5Rのセメントタイプのコンクリートを製造している商業用コンクリート撹拌工場から得られた。コンクリートは、図１に関連して上述されたものと同じ方法で再び立方体の型枠に注ぎ入れられた。２０ＭＨｚで電気誘電率を測定するために類似した電極対が使用された。テスト用立方体を均一に圧力負荷することによってその強度もまた測定され、立方体が破壊した圧力が強度の値とされた。複素数誘電率の虚数部ε″の測定値は、温度の欠陥（２％／℃）に対して補正された。第１の強度Ｓ１は、実験に基づいた次の公式によって計算された。Ｓ１＝５３（ε′max／ε′（ｔ）−０．７８）第２の強度Ｓ２は、次の公式に従って計算された。Ｓ２＝ｒε″（ｔ＝０）／ε″（ｔ）ここにおいて、ε′maxは、経過した時間ｔの関数として考えられる誘電率の実数部の最大値である。値ｒは、コンクリートの組成に依存するスケール係数である。図２から明らかであるように、単位面積当りの力Ｓ１はε′maxが生じた後の強度をそれだけで良好に反映しており、一方、単位面積当りの力の値Ｓ２は時間ｔ＝０の時点から妥当なものである。図２から明らかであるように、単位面積当りの計算された力Ｓ１およびＳ２と、測定されたコンクリートサンプルの強度とは良好に適合する。計算された力Ｓ１およびＳ２は、温度、組成、および例えば電極の寸法や電極間の石等の要素等に比較的感応しない。計算された値Ｓ１は普遍的に適用可能であるが、測定された力Ｓとより良く適合させるためにＳ２に対してスケール係数ｒが決定されなければならない。測定された力ＳとＳ１との間の最大の差は約６Ｎｍｍ²であり、それは通常の強度決定方法の精度と近似している。スケール係数ｒは、ε′maxにおける力Ｓ１を測定することによって決定されることが有効であり、それは図２において約１０．５ニュートン／ｍｍ²である。１０．５＝ｒε″（ｔ＝０）／ε″（ｔ）であると仮定することによって、係数ｒを決定することができる。図３において、複素数誘電率の実数部ε′（ｔ）と虚数部ε″（ｔ）を決定する測定装置が概略的に示されている。誘電体として間に硬化材料を有している電極構造は、複素数インピーダンスＺ^*として表される。供給線１によって交流電流がスイッチ３を介してインピーダンスＺ^*の給電端子５に供給され、それは誘電体として間に硬化材料を有している２以上の電極によって形成されたものである。交流電流源7 は、１乃至１００ＭＨｚの間の調整可能な発振周波数を有する正弦波電流を発生する水晶発振器によって形成される。発振器7 の出力信号は、分岐線9 を介してスイッチ11に供給される。スイッチ11は、キャパシタ13等の位相回転素子あるいは抵抗器15等の非位相回転素子に選択的に接続されることができる。電極構造の給電端子5 とキャパシタ13あるいは抵抗器15の給電端子は乗算器 17に接続されており、電極構造Ｚ^*、素子13あるいは15、Ｕ_ZおよびＵ_shiftのそれぞれを横切って形成された電圧は互いに乗算される。Ｕ_Z・Ｕ_shiftの積はローパスフィルタ19に供給される。ローパスフィルタ19の出力における信号はアナログ／デジタル変換器21において変換され、そのアナログ／デジタル変換器21の出力は、計算装置23の入力に接続されている。計算装置23において、複素数誘電率の実数部ε′（ｔ）および虚数部ε″（ｔ）が決定される。次に、５３（ε′ma x／ε′（ｔ）−０．７８）および／またはε″（ｔ＝０）／ε″（ｔ）の関係が計算装置23において計算される。時間制御装置25によってスイッチ3,11，アナログ／デジタル変換器21および計算装置23がトリガされ、それによって例えば３０日間にわたって例えば１時間毎等の予め定められた時間間隔で測定が行われる。電極構造のインピーダンスＺ^*の測定は、同期式の検出に基づいている。１乃至１００ＭＨｚの間で選択された周波数ωを有する正弦波電圧が乗算器17に供給される。分岐線9 を介して乗算器17に供給された電流の位相は、スイッチ11を位置付けすることによって位相において０°あるいは９０°回転されることができる。位相回転素子13あるいは非位相回転素子15の給電端子において生成された電圧Ｕ_Zは、乗算器17の別の給電端子に供給される。乗算器の出力電圧Ｕ＝Ｕ_ZＵ_sh _ift は、周波数２ωを有する周波数成分と、直流電圧成分とを有している。ローパスフィルタ19は、周波数２ωを有する交流電圧成分を取除く。スイッチ11が抵抗器9 に接続されている場合、位相回転は行われず、直流電圧がインピーダンスＺ^*のキャパシタンスの尺度となる。スイッチ11がキャパシタ13に接続されている場合、その出力端子上の電圧は９０°回転される。この電圧はインピーダンスＺ^*の導電率Ｇの尺度である。Ｚ^*＝１／（Ｇ＋ｊωＣ）＝１／ｊω（ε′＋ｊε″）ε₀ｋ）であるので、 ε′およびε″は計算装置23において計算されることができる。測定は、センサを自動的に較正するために基準インピーダンスＺ_refに対して繰り返される。図３の回路がＡＳＩＣの形態の集積回路として実施されることが好ましい。図４において、２個の電極30,31 が硬化可能な材料33の層中に設置されている電極構造が概略的に示されている。電極は、直流電源35に接続されている。電極 30と31の間を通る電流は、図において参照番号37で示されている。電極30と31との間を流れている電流によって発生された電圧は、電圧計39によって前記電極の給電端子を横切って測定される。電圧計39の出力信号は信号処理装置40に供給され、その信号処理装置40は図３に示されているように例えば乗算器17、ローパスフィルタ19、アナログ／デジタル変換器21、計算装置23および時間制御装置25を具備している。図５において、４個の電極41,43,45,47 がベース49上に位置された別の装置が示されている。電流路は参照番号51によって示され、等電位線は参照番号53によって示されている。電流源55によって、電流は電流路51に沿って材料49を通して電極41から電極47に供給される。材料49中に形成された電位は、電極43,45 によって測定される。電圧計59の出力は信号処理装置61に接続され、その信号処理装置61は図４の信号処理装置40と同じ素子を具備している。図５の構成の利点は、材料49中に電極が設置されず、後者の硬化プロセスが材料を損なわずに離れた所から監視できることである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】１９９７年５月１６日【補正内容】明細書材料の硬化度の決定方法本発明は、硬化可能な材料の硬化度を決定する方法および装置に関し、特にコンクリート、プラスターまたはセメントのような水と結合することによって硬化される材料の硬化度を決定する方法および装置に関する。その方法において前記の材料の複素数電気誘電率が時間的に種々の時点に決定される。そのような方法は、参照文献“COMMENT ON'DYNAMIC DIELECTRIC ANALYSIS DUR ING EARLY-STAGE HYDRATION OF ORDINALY PORTLAND CEMENT'”（JORNAL OF PHYS ICS D APPLIED PHYSICS.，vol.23，no.2，14 February 1990，pages 234-236，X P000099844 M,A.BARI）から知られている。この文献において、硬化セメントのサンプルブロックのキャパシタンスの虚数部および実数部の周波数依存は、脱水の２４時間後、１０日後、および５０日後に与えられる。コンクリートの硬化度がこれらのパラメータにおける監視された変化からどのように決定されるかについて示すものがない。硬化の程度を決定するために種々の別の方法が提案されている。圧縮強度の発生、経年変化または硬化の水化の程度、材料のセットおよびキュア、特にコンクリート、セメント等の石状の材料の硬化のような水との結合の結果として硬化する材料について研究されている。圧縮強度の発生、経年変化または硬化の水化の程度は硬化の尺度である。最も広く知られている方法は硬化中の熱の発生を監視する方法である。熱の発生は水の結合または水化の程度と関係している。しかしながら、前記の方法は幾つかの欠点を有している。最も重要な欠点は、必要な測定がそのような測定に基づいて実際の構造の硬化度を予測するために１以上のテストサンプルについて行われなければならないために熱の発生が領域の条件にしたがわなければならないことである。しかしながら、実際の構造の温度は研究室の温度とは明らかに相違する。さらに、熱の発生の測定は種々のパラメータに依存しているので不正確でエラーを生じやすい。文献（IEEE PROCEEDINGS-A PHYSICAL SCIENCE，MESUREMENT & INSTRUMENTATIO N，MANAGEMENT GB,246〜254 頁，XP000150889,J.G.WILSON 他：“VARIATIONS I N THE ELECTRICAL PROPERTIES OF CONCRETE WITH CHANGE IN FREQUENCY”）には誘電定数（電気誘電率）および導電率が１日以内の期間の硬化中にコンクリートに対してどのように変化するかについて記載されている。前記パラメータの観察された変化からコンクリートの硬化の程度がどのようにして信頼できるように正確に決定されるかについては何等説明はされていない。本発明の目的は、材料の硬化度を決定するためのより正確な方法を提供することである。さらに、本発明の目的は、この形式のさらに信頼できる方法を得ることである。本発明の目的はまた、分離されたテストサンプルを必要とせずに、直接その構造自体について正確で高い信頼性で、また好ましくは特に簡単で、あまり時間を要しないで測定されることのできる材料の硬化度を決定する方法を提供することである。この目的に対して、本発明の方法は、基準時点であるｔ＝０と時点ｔにおける複素数電気誘電率ε′（ｔ）−ｊε″（ｔ）の虚数部の比ε″（ｔ＝０）／ε″ （ｔ）および、または複素数電気誘電率の実数部の時点ｔ＝０から時点ｔまでの最大値ε′maxと、このε′maxが生じるよりも後の時点ｔにおける複素数電気誘電率の実数部との比ε′max／ε′（ｔ）が時点ｔにおける材料の強度の尺度として決定される。コンクリートのような材料の誘電特性は複素数電気誘電率と呼ばれる複素数誘電定数によって示されることができる。複素数誘電率εは次のように表すことができる。 ε＝ε′−ｊε″ この式で誘電率の実数部ε′は、場合によっては結合体である水を含む種々の構成材料の偏極の尺度である。誘電率の虚数部ε″は吸収エネルギの尺度である。イオン導電率はε″に影響される。誘電率の２つの成分ε′とε″は、それぞれ電極間の誘電体として硬化可能な材料を有するキャパシタのキャパシタンスＣ（ファラッド）および導電率Ｇ（Ｓｍ^-1）として測定可能である。交流電界中における水のような偏極可能な粒子の再方位付けには若干の時間が必要である。周波数の増加に対して粒子または分子は急速な交流電界の変化に追従するには遅すぎる。この遅いことは、特に粒子または分子がその環境に拘束されている程度によって影響を受ける。高い周波数ではε′はしたがって減少する。高い周波数に対して、供給されたエネルギは吸収され、その結果としてε″が尺度である誘電損失が増加する。最も重要な吸収が生じるよりも低い周波数に対しては、ε″はイオン導電率により支配される。水の分子を硬化可能な材料中の環境に拘束する力はそのエージング中に増加するので、ニュートン／ｍ²の強度は複素数誘電率の実数部ε′または虚数部ε″ から決定することができる。驚くべきことは、スケール係数は別として、時間に対する曲線ε″（ｔ＝０）／ε″（ｔ）は、硬化可能な材料のニュートン／ｍ²の圧縮強度の曲線に高度に類似していることが認められた。硬化可能な材料の硬化処理は、例えば数日また図１は、１６０時間にわたるポートランドＡコンクリートのＮ／ｍｍ²で表した強度と、比ε″（ｔ＝０）／ε″（ｔ）の曲線を示している。図２は、計算された圧縮強度Ｓ１＝５３（ε′max／ε′（ｔ）−０．７８）およびＳ２＝ｒε″（ｔ＝０）／ε″（ｔ）の曲線と硬化しているコンクリートの測定された強度を示している。図３は、本発明による誘電測定を行うための回路の概略図である。図４は、硬化可能な材料中の電極の配置を示している。図５は、４個の電極が硬化可能な材料から距離を隔てて位置されている配置を示している。図１にグラフで示されたコンクリートの強度を測定するために、水とセメントの比が０．５３のポートランドＡセメントの硬化の複素数電気誘電率を決定するために試験が行われた。セメントは１５．５ｃｍ×１５．５ｃｍ×１５．５ｃｍの大きさの発泡ポリスチレンから作られた立方体中に注がれた。それから立方体はプラスチックシートで覆われ、発泡ポリスチレンの蓋で密閉された。立方体のＮ／ｍｍ²の圧縮強度は時間の関数として変化した。この過程において、立方体はそれが破壊される臨界圧力に到達するまで圧力負荷された。さらにこの形式の強度測定の詳細は文献（J.B.Hasted氏による“Aqueous Dielectrics”）に記載されている。長さ３ｃｍ、直径１ｃｍの２個の円筒状電極が硬化しているコンクリート中に２ｃｍの相互間隔で配置された。複素数電気誘電率は２８日にわたって１０ＭＨｚ、２０ＭＨｚ、３０ＭＨｚの周波数で測定された。ｒをコンクリートの組成に依存するスケール係数として、ｒε″（ｔ＝０）／ε″（ｔ）は、図１に示されるように時間の経過にしたがった圧力試験によるコンクリート立方体の測定を行うときに強度曲線に非常に良く近接していることが発見された。導電率Ｇ＝ｋε″ε₀ωから、比Ｇ（ｔ＝０）／Ｇ（ｔ）はまた硬化可能な材料の強度の良好な尺度を与える。さらに別の試験において、コンクリートサンプルは、水とセメントの比が０．４５乃至０．５５の、CEM III/B42.5LH HS、CEM I 32.5R、およびCEM I 42.5Rのセメントタイプのコンクリートを製造している商業用コンクリート撹拌工場か体として間に硬化材料を有している２以上の電極によって形成されたものである。交流電流源7 は、１乃至１００ＭＨｚの間の調整可能な発振周波数を有する正弦波電流を発生する水晶発振器によって形成される。発振器7 の出力信号は、分岐線9 を介してスイッチ11に供給される。スイッチ11は、キャパシタ13等の位相回転素子あるいは抵抗器15等の非位相回転素子に選択的に接続されることができる。電極構造の給電端子5 とキャパシタ13あるいは抵抗器15の給電端子は乗算器 17に接続されており、電極構造Ｚ^*、素子13あるいは15、Ｕ_ZおよびＵ_shiftのそれぞれを横切って形成された電圧は互いに乗算される。Ｕ_Z・Ｕ_shiftの積はローパスフィルタ19に供給される。ローパスフィルタ19の出力における信号はアナログ／デジタル変換器21において変換され、そのアナログ／デジタル変換器21の出力は、計算装置23の入力に接続されている。計算装置23において、複素数誘電率の実数部ε′（ｔ）および虚数部ε″（ｔ）が決定される。次に、５３（ε′ma x／ε′（ｔ）−０．７８）および／またはε″（ｔ＝０）／ε″（ｔ）の関係が計算装置23において計算される。時間制御装置25によってスイッチ3,11，アナログ／デジタル変換器21および計算装置23がトリガされ、それによって例えば３０日間にわたって例えば１時間毎等の予め定められた時間間隔で測定が行われる。電極構造のインピーダンスＺ^*の測定は、同期式の検出に基づいている。１乃至１００ＭＨｚの間で選択された周波数ωを有する正弦波電圧が乗算器17に供給される。分岐線9 を介して乗算器17に供給された電流の位相は、スイッチ11を位置付けすることによって位相において０°あるいは９０°回転されることができる。位相回転素子13あるいは非位相回転素子15の給電端子において生成された電圧Ｕ_Zは、乗算器17の別の給電端子に供給される。乗算器の出力電圧Ｕ＝Ｕ_ZＵ_sh _ift は、周波数２ωを有する周波数成分と、直流電圧成分とを有している。ローパスフィルタ19は、周波数２ωを有する交流電圧成分を取除く。スイッチ11が抵抗器9 に接続されている場合、位相回転は行われず、直流電圧がインピーダンスＺ^*のキャパシタンスの尺度となる。スイッチ11がキャパシタ13に接続されている場合、その出力端子上の電圧は９０°回転される。この電圧はインピーダンスＺ^*の導電率Ｇの尺度である。Ｚ^*＝１／（Ｇ＋ｊωＣ）＝１／（ｊω（ε′＋ｊε″）ε₀ｋ）であるので、請求の範囲１．材料の電気的複素数誘電率が時間的に種々の時点で決定されることによって硬化可能な材料、特にコンクリート、プラスターまたはセメントのような水と結合することによって硬化される材料の硬化度を決定する方法において、複素数誘電率ε′（ｔ）−ｊε″（ｔ）の虚数部ε″（ｔ）の基準時点であるｔ＝０と時点ｔにおける比ε″（ｔ＝０）／ε″（ｔ）と、複素数誘電率の実数部の時点ｔ＝０から時点ｔまでの期間中の最大値ε′maxと時点ｔにおける複素数誘電率の実数部ε′（ｔ）との比ε′max／ε′（ｔ）の少なくとも一方が時点ｔにおける材料の強度の尺度として決定され、時点ｔは最大値ε′maxが発生した時点より後であることを特徴とする硬化可能な材料の硬化度の決定方法。２．電気的誘電率の虚数部ε″（ｔ）は硬化可能な材料中またはその付近に２以上の電極を配置し、電極間に交流電流を供給し、電極間の交流電圧を測定し、複素数インピーダンスＺ＝１／（Ｇ＋ｊωＣ）を決定し、ここで、ＧはＳ／ｍで表された硬化可能な材料の導電率であり、Ｃはファラッドで表されたキャパシタンスであり、虚数部ε″（ｔ）は、Ｇ（ｔ）＝ｋε″（ｔ）ε₀・ωにより決定され、或いは、Ｃ（ｔ）＝ｋε′（ｔ）ε₀により決定され、ｋは定数である請求項１記載の方法。３．硬化度が決定される期間は１日から１００日までの間の期間、好ましくは１日から３０日までの間の期間である請求項１または２記載の方法。４．複素数誘電率ε′（ｔ）−ｊε″（ｔ）の虚数部ε″（ｔ）は０乃至１７ＧＨｚ、好ましくは１５乃至５０ＭＨｚの周波数において決定される請求項１乃至３のいずれか１項記載の方法。５．虚数部ε″（ｔ）の測定に先立って、較正が行われて硬化可能な材料の組成に依存しているスケール係数ｒが決定され、その後、比ｒε″（ｔ＝０）／ε″ （ｔ）が材料の強度の尺度として決定される請求項１乃至４のいずれか１項記載の方法。６．較正として誘電率の実数部の最大値ε′maxにおける強度が決定され、最大値ε′maxが発見された時点に対して比ε″（ｔ＝０）／ε″（ｔ）が決定され、その後スケール係数ｒが決定され、、強度は比ｒε″（ｔ＝０）／ε″（ｔ）によって後の時点に対して決定される請求項５記載の方法。７．請求項１乃至６のいずれか１項記載の方法を行うための装置において、硬化可能な材料に接続することのできる２以上の電極(30,31,41,,43,45,47)と、供給線(1)を介して電極の給電端子(5)に交流電流を供給する交流電流源(7,35, 55)と、分岐線(9)を介して位相回転素子(13)または非位相回転素子(15)の給電端子に交流電流源(7)を選択的に接続するスイッチング装置(11)と、入力が電極の給電端子(5)およびスイッチング装置(11)に接続されている乗算装置(17)と、入力が乗算装置(17)の出力に接続されている低域通過フィルタ(19)と、低域通過フィルタ(19)に接続され、電気的複素数誘電率の虚数部ε″（ｔ）および、または実数部ε′（ｔ）を硬化可能な材料の導電率Ｇ（ｔ）および、またはキャパシタンスＣ（ｔ）から、ｋを定数とし、ｔを時間として式Ｇ（ｔ）＝ｋ ε″（ｔ）ε₀・ωおよびＣ（ｔ）＝ｋε′（ｔ）ε₀により決定し、さらに比ε ″（ｔ＝０）／ε″（ｔ）および、またはε′max／ε′（ｔ）の少なくとも一方を決定するように構成されている計算装置と、時間的に連続した幾つかの時点においてフィルタ(19)の出力において信号を読取る時間制御装置(25)とを具備していることを特徴とする装置。８．ケース中に軟化されている状態で材料を配置し、請求項１乃至６のいずれか１項記載の方法により強度を決定し、予め定められた強度に達したときケースを除去することを特徴とする硬化可能な材料から形成された構造の製造方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者クローセ、ウィレム・ハーマン・ステンファートオランダ国、エヌエル−3021 シーシー・ロッテルダム、フラーフ・フロリスストラート 63ビー

Claims

【特許請求の範囲】１．材料の電気的誘電率が時間的に種々の時点で決定されることによって硬化可能な材料、特にコンクリート、プラスターまたはセメントのような水と結合することによって硬化される材料の硬化度を決定する方法において、複素数誘電率ε′（ｔ）−ｊε″（ｔ）の虚数部ε″（ｔ）の基準時点であるｔ＝０と時点ｔにおける比ε″（ｔ＝０）／ε″（ｔ）と、複素数誘電率の実数部の時点ｔ＝０から時点ｔまでの期間中の最大値ε′maxと時点ｔにおける複素数誘電率の実数部ε′（ｔ）との比ε′max／ε′（ｔ）の少なくとも一方が時点ｔにおける材料の強度の尺度として決定されることを特徴とする硬化可能な材料の硬化度の決定方法。２．電気的誘電率の虚数部ε″（ｔ）は硬化可能な材料中またはその付近に２以上の電極を配置し、電極間に交流電流を供給し、電極間の交流電圧を測定し、複素数インピーダンスＺ^*＝１／（Ｇ＋ｊωＣ）を決定し、ここで、ＧはＳ／ｍで表された硬化可能な材料の導電率であり、Ｃはファラッドで表されたキャパシタンスであり、虚数部ε″（ｔ）は、Ｇ（ｔ）＝ｋε″（ｔ）ε₀・ωにより決定され、或いは、Ｃ（ｔ）＝ｋε′（ｔ）ε₀により決定され、ｋは定数である請求項１記載の方法。３．硬化度が決定される期間は１日から１００日までの間の期間、好ましくは１日から３０日までの間の期間である請求項１または２記載の方法。４．複素数誘電率ε′（ｔ）−ｊε″（ｔ）の虚数部ε″（ｔ）は０乃至１７ＧＨｚ、好ましくは１５乃至５０ＭＨｚの周波数において決定される請求項１乃至３のいずれか１項記載の方法。５．虚数部ε″（ｔ）の測定に先立って、較正が行われて硬化可能な材料の組成に依存しているスケール係数ｒが決定され、その後、比ｒε″（ｔ＝０）／ε″ （ｔ）が材料の強度の尺度として決定される請求項１乃至４のいずれか１項記載の方法。６．較正として誘電率の実数部の最大値ε′maxにおける強度が決定され、最大値ε′maxが発見された時点に対して比ε″（ｔ＝０）／ε″（ｔ）が決定され、その後スケール係数ｒが決定され、、強度は比ｒε″（ｔ＝０）／ε″（ｔ）によって後の時点に対して決定される請求項５記載の方法。７．請求項１乃至６のいずれか１項記載の方法を行うための装置において、硬化可能な材料に接続することのできる２以上の電極と、供給線を介して電極の給電端子に交流電流を供給する交流電流源と、分岐線を介して位相回転素子または非位相回転素子の給電端子に交流電流源を選択的に接続するスイッチング装置と、入力が電極の給電端子およびスイッチング装置に接続されている乗算装置と、入力が乗算装置の出力に接続されているローパスフィルタと、ローパスフィルタに接続され、ε″（ｔ＝０）／ε″（ｔ）および、またはε ′max／ε′（ｔ）を決定するように請求項２に従って導電率および／またはキャパシタンスを決定する計算装置と、連続した複数の時点にフィルタの出力において信号を読取る時間制御装置とを具備していることを特徴とする装置。８．ケース中に軟化されている状態で材料を配置し、請求項１乃至６のいずれか１項記載の方法により強度を決定し、予め定められた強度に達したときケースを除去することを特徴とする硬化可能な材料から形成された構造の製造方法。