JP4451732B2 - 生コンクリートの単位水量測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、生コンクリートの単位水量測定装置に関し、さらに詳しくは、精度よく迅速、容易に生コンクリートの単位水量測定を可能とする中性子水分計法による生コンクリートの単位水量測定装置に関するものである。

従来、生コンクリートの品質管理のため、コンクリートの打設現場において、フレッシュコンクリートの空気量の圧力による試験（ＪＩＳ Ａ １１２８―１９９９）に基づいて空気量を測定していた。そして、更なる品質管理の徹底のために、空気量だけでなく生コンクリートの単位水量測定も必要とされてきた。

生コンクリートの単位水量測定としては、測定試料を電子レンジ等で加熱乾燥させて、蒸発した水分量を測定する方法（高周波加熱乾燥法）や物質固有の静電容量が水分量によって変化することを利用して静電容量から単位水量を推定する方法（静電容量法）などが用いられていたが、これらの方法は測定に時間がかかり、測定作業も面倒であった。

そこで、本発明者は迅速に測定ができ、測定作業も容易な生コンクリートの単位水量測定方法と測定装置を提案している（特許文献１参照）。この提案は、生コンクリート中の水分（厳密には水素原子）に運動エネルギーの大きい速中性子を衝突させて、衝突によってエネルギーを失った中性子（熱中性子）の数を検知して単位水量を測定するものである。物質中に水分（水素原子）が多い程、熱中性子の生成量が多くなるという原理に基づく、いわゆる中性子水分計法を利用した測定方法である。

この提案では、空気量測定（ＪＩＳ Ａ １１２８―１９９９）後に、この測定に用いた試料容器をそのまま使用して、試料容器の中心位置に中性子線源を取り付けた棒状の熱中性子検出器を配置して、熱中性子数を検知することによって、事前に把握した熱中性子数と試料容器中の水量との関係から単位水量を迅速に精度よく、容易に算出するようにしている。

本発明者は、中性子水分計法による水量測定の研究を進めた結果、中性子線源から放出された速中性子は試料容器を通過できるため、測定対象の生コンクリートの水分だけでなく、測定場所の地面や床面の水分等の水素原子にも衝突して熱中性子となり、これにより生成した熱中性子の量まで検知するため、正確な水量の測定ができない場合があることを見出した。この知見よって、さらに測定精度の良い測定装置を完成するに至った。
特開２００４−３３０８９８号公報

本発明の目的は、迅速かつ容易に生コンクリートの単位水量の測定ができ、測定精度の向上を可能とする生コンクリートの単位水量測定装置を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明の生コンクリートの単位水量測定装置は、支持体上に配置された天板上に、生コンクリートを収容したＪＩＳ Ａ １１２８で規定された空気量試験に用いられる試料容器を載置して、該試料容器内の生コンクリート中に、速中性子を放出する中性子線源と該速中性子が変化して生成する熱中性子の量を検出する熱中性子検知部とを内設する棒状のセンサーを没入して該試料容器の中心部に設置して、生コンクリートの単位水量を測定する測定装置において、前記支持体の下端から前記天板までの高さを４０ｃｍ以上とし、前記試料容器の上部に装着される円盤状の上蓋を設け、該上蓋は上方にくぼませて形成した予備収容部を有し、かつ中央部に貫通孔と該貫通孔から上方に向かって立設した挿入ガイド筒とを有して、前記センサーを挿通可能としたことを特徴とするものである。

本発明の生コンクリートの単位水量測定装置によれば、ＪＩＳ Ａ １１２８で規定された空気量試験に用いられる生コンクリートを収容する試料容器をそのまま使用するので、測定準備を容易にすることができる。

また、支持体上に天板を配置して、支持体の下端から天板までの高さを４０ｃｍ以上に設定し、この天板上に試料容器を置いてセンサーによって測定するので、測定場所の地面や床面の水分等の水素原子の影響を小さくして精度の良い測定を迅速かつ容易にすることができる。

以下、本発明の生コンクリートの単位水量測定装置を図１の実施形態に基づいて説明する。生コンクリートの空気量試験（ＪＩＳ Ａ １１２８―１９９９）に使用される生コンクリートＰを収容する試料容器１の上部を、中央部に貫通孔５を有する円盤状の上蓋２が覆っている。貫通孔５には、棒状のセンサー８が挿通して試料容器１の中心部に配置されている。この試料容器１は、箱状の支持体１３の上面に設置された天板１２上に置かれている。天板１２の脚部は、ねじ式の伸縮調整可能な構造となっていて、天板１２上面を水平に設定することができる。

この支持体脚部１７から天板１２までの高さＨは４０ｃｍ以上に設定されている。即ち、測定装置を直接、地面に置いた場合は、地面１９から天板１２の上面までの高さは４０ｃｍ以上となる。この実施形態では、支持体１３の上面に独立した天板１２を配置する構造となっているが、支持体１３と天板１２を一体化してもよい。

支持体１３正面には、測定情報処理装置を構成する操作・表示パネル１４が配置され、測定情報処理装置の他の構成要素である演算装置および記憶装置（ともに図示せず）は支持体１３に内設されている。測定結果を出力するプリンタ１５および上蓋２を収納する上蓋収納部１６も支持体１３正面に配置されている。電源装置となる充電池（図示せず）が支持体１３に内設されているが、例えば外部から直流電源の供給を受ける直流電源装置を設けるようにしてもよい。測定をしない時に、センサー８を保持できるセンサーホルダ１８を支持体１３側面に設けている。なお、測定情報処理装置等と支持体１３とは別個に設けるようにしてもよい。

図２に示すように、有底円筒状の試料容器１上部を覆う上蓋２は、外ツバ部４を有する円盤状で、上方に円柱状にくぼませて形成した予備収容部６が設けられている。平面方向中央部には貫通孔５を有し、貫通孔５から上方に向かって、円筒状の挿入ガイド筒３が立設されている。貫通孔５の直径および挿入ガイド筒３の内径は、センサー８の外径よりも若干大きくなっており、センサー８を垂直に挿通可能としている。また、上蓋２の外ツバ部４下面には、下方に突出して、試料容器１の内周面に沿って当接するセンタ位置合わせ突起７が３ヶ所設けられている。

図３に示すように、センサー８は先端部を円錐形状とした筒状体となっていて、中性子線源１０と熱中性子検知部９とが密閉状態で中心位置に内設される。センサー８の先端角度Ｔは垂線をはさんで両側にそれぞれ３０〜６０度即ち、先端角度Ｔが６０〜１２０度に設定されている。

中性子線源１０としては、放射線量３．７ＭＢｑ以下の放射性同位元素カルフォルニウム(Ｃｆ−２５２)が使用され、熱中性子検知部９には、ヘリウム３（Ｈｅ−３）比例計数管が用いられている。

センサー８の後端からは、中性子線源１０および熱中性子検知部９と支持体１３に設けられた各装置とを接続し、ヘリウム３（Ｈｅ−３）比例計数管に必要な電圧を印加するセンサー接続ケーブル１１が延出している。

生コンクリートＰの単位水量測定の手順を図１〜３に基づいて以下、説明する。尚、中性子水分計法による水量測定精度を向上させるには、中性子線源１０を試料容器１の平面方向および垂直方向において中央に位置させ、熱中性子検知部９を試料容器１の平面方向中央で垂直方向に延設させることが必要である。

空気量の圧力による試験（ＪＩＳ Ａ １１１８−１９９９）が済んだ後、生コンクリートＰが収容された試料容器１の上蓋部（図示せず）を取り外し、本発明に係る上蓋２を装着する。この上蓋２は、例えばステンレス鋼製で重量は２〜３ｋｇ程度であり、自重で試料容器１に固定される。装着時に上蓋２のセンタ位置合わせ突起７が試料容器１の内周面に沿うように当接するので、上蓋２の中央部に設けた貫通孔５を試料容器１の水平方向中心部に位置させることができる。

支持体１３は通常、コンクリート打設現場の地面上に直接、置かれて使用される。測定準備として、生コンクリートＰの材料データ等の入力をしておく。

次に、試料容器１を天板１２の中央部に載せて、センサー８を上蓋２の挿入ガイド筒３から貫通孔５に挿通させ、先端が試料容器１の底面に当接するまで挿入する。センサー８は、挿入ガイド筒３によって垂直にガイドされるので、中性子線源１０および熱中性子検知部９を容易に試料容器１の平面方向中央部に配置することができる。

また、センサー８の先端部が円錐形をしているので、先端と試料容器１の底面との間に生コンクリートＰの粗骨材などが介在することなく、確実に先端を底面に当接させることができる。先端角度Ｔは６０〜１２０度が好ましく、６０度未満であると先端の耐久性が劣り、１２０度を超えると粗骨材を排除性能が低下する。中性子線源１０はセンサー８の先端が試料容器１の底面に当接した時に、試料容器１の垂直方向中心に位置するようにセンサー８に取り付けられているので、この構造によって中性子線源１０を試料容器１の垂直方向中央部に位置させることができ、測定精度を向上させることができる。

センサー８の先端が試料容器１の底面に当接した時に、上蓋２の挿入ガイド筒３の上端に位置するセンサー８の表面に、挿入位置確認印を付しておくと、目視によって先端が試料容器１の底面に当接していることを確認することができる。

試料容器１は生コンクリートＰで満たされているので、センサー８を挿入すると、その挿入体積に相当する生コンクリートＰが上方に移動するが、上蓋２に設けられた予備収容部６は、この体積に相当する収容容量を有しているので、移動した生コンクリートＰは予備収容部６に収容される。したがって、挿入ガイド筒３から生コンクリートＰが漏れ出して、測定する生コンクリートの容積が減じることがなく、また、外部を汚すことがない。

この状態で測定を開始すると、中性子線源１０から放出された運動エネルギーの大きい速中性子は、試料容器１内の生コンクリートＰ中の水素原子に衝突して、エネルギーを失った熱中性子となり、この熱中性子の量を熱中性子検知部９によって検知することで間接的に物質中の水分量が測定可能となる。

中性子水分計法による水量測定の研究によって、後述する実施例に示すように地面１９から試料容器１の下面までの高さが４０ｃｍ以上であれば、地面１９の水分等の水素原子の影響をほとんど受けずに測定できることが判明したので、支持体脚部１７から天板１２までの高さＨを４０ｃｍ以上としている本測定装置では、精度の良い測定をすることができる。

この高さＨは、４０ｃｍ以上あれば測定精度の観点からは十分であるので、この条件下で、試料容器１を天板１２に載せる作業性を考慮して決定する。生コンクリートＰを収容した試料容器１の重量は約２０ｋｇとなるので、なるべく低くするのが好ましく、例えば４０〜１００ｃｍ、更に好ましくは４０〜６０ｃｍ程度とする。

ここで検知される熱中性子の量は、生コンクリートＰと骨材とに含まれる水分の影響を受けたものなので、事前の校正によって入力済みの骨材の含水量を差し引く補正をして、生コンクリートＰの単位水量を求めることができる。例えば、１０秒間の測定を７回繰り返し行ない、最上値および最下値を省いた５回のデータの平均値を生コンクリートＰの単位水量とする。

以上のように本発明の測定装置では、測定開始から約７０秒で測定が完了し、測定結果は操作・表示パネル１４に表示され、プリンタ１５によって出力されるので、迅速で容易に測定することができる。また、測定準備にも面倒な作業が必要とされない。

この測定装置は直接、地面１９に設置されても地面１９から天板１２までの高さが４０ｃｍ以上となるので、地面１９の水分等の水素原子の影響を受けずに精度の良い単位水量測定が可能となる。実施形態では、測定装置を設置する場所を地面１９としているが、屋内等で測定をした場合は、測定場所の床面等の水分（水素原子）の影響を受けずに、精度の良い測定をすることができる。

また、この支持体１３に測定情報処理装置、プリンタ１５、充電池を一体化して組み込むことで、スペースを無駄なく使用してコンパクトな測定装置とすることができる。
中性子線源１０となるカルフォルニウムは半減期が２．６５年であり、経時的に線量が減少するが、カルフォルニウムの使用経過日数が記憶装置に記憶され、経時的線量変化を把握することができるので、校正を行なうことで正確な測定が可能となる。

あらかじめ単位水量が判明している同一の生コンクリートを、空気量試験（ＪＩＳ Ａ １１２８）に用いられる試料容器に突き固めて重量約１６ｋｇ収容して、中性子線源として放射線量３．４ＭＢｑの放射性同位元素カルフォルニウム(Ｃｆ−２５２)を使用し、熱中性子検知部としてヘリウム３（Ｈｅ−３）比例計数管を使用した棒状のセンサーを、試料容器の生コンクリートに没入して試料容器の中心部に設置することを共通条件として、事前に空気量の測定を行なった後、生コンクリートの単位水量測定を行なった。

表１に示すように、高さを変えた６種類の支持体を用意し、これらの支持体の天板に試料容器を載せた状態での測定（６通りの高さ条件）と、支持体を使用しないで直接、地面に試料を置いた状態での測定のあわせて、７通りの高さ条件で測定をした。支持体はステンレス鋼製の直方体状の枠体で、天板はステンレス鋼製の厚さ０．４ｃｍ程度の平板を用いた。

この各高さ条件において、測定装置を設置する床面を３通り（床面Ａ、床面Ｂ、床面Ｃ）として測定高さによる床面の水分等の水素原子の影響を確認した。各条件で１０秒間の測定を７回繰り返し行ない、最上値および最下値を省いた５回の測定結果の平均値をその条件での測定値とした。測定結果は表１に示すとおりである。

表中の支持体高さｈとは、支持体の下端から天板の上面までの高さである。表１には各支持体高さｈにおける床面の水分等の水素原子の影響を示す指標として測定値のばらつきを表す分散Ｖを示した。

図４に示す分散Ｖから、支持体高さｈが４０ｃｍ以上即ち、地面から試料容器下面までの高さを４０ｃｍ以上にすることによって、床面の水分等の水素原子の影響を少なくして精度良く測定できることが確認できた。

本発明の生コンクリートの単位水量測定装置の一例を示す一部断面正面図である。 本発明に係る上蓋の形状を示す縦断面図である。 本発明において試料容器にセンサーを設置した状態を示す縦断面図である。 高さ条件を変えて測定した単位水量の測定値の分散を示すグラフ図である。

符号の説明

１ （生コンクリートの空気量測定用）試料容器
２ 上蓋
３ 挿入用ガイド
４ 外ツバ部
５ 貫通孔
６ 予備収容部
７ センタ位置合わせ突起
８ センサー
９ 熱中性子量検知部
１０ 中性子線源
１１ センサー接続コード
１２ 天板
１３ 支持体
１４ 操作・表示パネル
１５ プリンタ
１６ 上蓋収納部
１７ 支持体脚部
１８ センサーホルダ
１９ 地面

Claims (3)

1. 支持体上に配置された天板上に、生コンクリートを収容したＪＩＳ Ａ １１２８で規定された空気量試験に用いられる試料容器を載置して、該試料容器内の生コンクリート中に、速中性子を放出する中性子線源と該速中性子が変化して生成する熱中性子の量を検出する熱中性子検知部とを内設する棒状のセンサーを没入して該試料容器の中心部に設置して、生コンクリートの単位水量を測定する測定装置において、前記支持体の下端から前記天板までの高さを４０ｃｍ以上とし、前記試料容器の上部に装着される円盤状の上蓋を設け、該上蓋は上方にくぼませて形成した予備収容部を有し、かつ中央部に貫通孔と該貫通孔から上方に向かって立設した挿入ガイド筒とを有して、前記センサーを挿通可能とした生コンクリートの単位水量測定装置。
2. 前記支持体は箱状であり、該支持体内に測定情報処理装置、出力装置および電源装置を一体化して設けた請求項１に記載の生コンクリートの単位水量測定装置。
3. 前記センサーの先端部を先端角度が６０〜１２０度の円錐形状にした請求項１または２に記載の生コンクリートの単位水量測定装置。

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