JP5569738B2 - 多孔質材料の含液状態評価方法および多孔質材料の含液状態評価システム - Google Patents

Description

本発明は、例えば、コンクリート、又は、モルタル等の多孔質材料の含液状態を評価する多孔質材料の含液状態評価方法および多孔質材料の含液状態評価システムに関する。

コンクリートのような多孔質材料の性質の重要な要素は、空隙量などの材料の緻密さである。よって、材料の緻密さの正確な評価は重要である。また、材料の緻密さとともに、空隙の部分に満たされている水分の量と分布の状態、すなわち、含水状態は、材料の性能を左右する項目の一つであり、正確に評価する必要がある。

コンクリートの緻密さは、従来、コンクリート製造時の配合等の情報から定性的に推測されてきた。しかし、実際に施工された硬化コンクリート構造体は水とセメントの配合に問題を有しないにもかかわらず、施工や養生の不具合によって生じる緻密さの不足により劣化因子（二酸化炭素、塩分等）が予想以上に早く侵入し、早期に劣化を生じて問題となる多くの事例が見られる。そのため、コンクリートの緻密さに関する品質評価が求められている。さらに、コンクリートの緻密さを評価する際には、含水状態が大きく影響するため、事前に含水状態を正確に評価することが求められる。また、コンクリートの含水状態は、各種物性値を評価する際に大きな影響要因となるほか、コンクリートの各種劣化や補修剤の施工条件、タイル等の二次部材の施工条件に大きく影響するため、適切に評価する必要がある。

コンクリートの緻密さを評価する従来技術は、水銀圧入法、透気性試験、透水試験などである。これらの緻密さ評価技術において、コンクリートの含水状態が測定値に多大な影響を及ぼすことが知られており、試験室レベルでの測定ではコンクリートの含水状態の調整が行われる。実構造物の評価等で含水状態の調整が困難な場合には、コンクリートの含水状態の評価が行われる。

コンクリートの含水状態を評価する従来技術は、市販の表面含水率計である。この表面含水率計は、木材の水分量評価から応用した機器であり、材料表面の静電容量や電気抵抗など電気的な特性値を計測し、それを試験体の重量含水率実験結果から換算することで含水率を推定する（特許文献１参照）。

特開平８−０９４５６８号公報

しかし、表面含水率計では、機器の電極部分とコンクリート表面との接触状態が大きく影響し、誤差が非常に大きいことが経験的に知られており、参考値として扱われる程度にとどまっている。また、コンクリートは吸水（吸湿）の過程と放水（放湿）の過程で内部の水分の分布状態が異なるが、上記の装置では単純な重量比率で含水率に換算しているため、複雑な吸放湿等を繰り返す環境にある実構造物のコンクリートを評価するのにはまったく適していない。そのため、上記の装置によらず、実構造物の評価においては単に電気抵抗値のみを参考値として計測する場合も見受けられる。このように、現状では、コンクリートの含水状態を正確に評価する技術は確立されていない。特に、コンクリートの緻密さに関する検討が行われて、緻密さを反映した評価を可能とするような技術は、いまだ存在しない。

そこで、本発明の目的は、現場で多孔質材料の含液状態を精度よく測定する多孔質材料の含液状態評価方法および多孔質材料の含液状態評価システムを提供することにある。

以下、符号を付して本発明の特徴を説明する。なお、符号は参照のためであり、本発明を実施形態に限定するものでない。

本発明の第１の特徴に係わる多孔質材料の含液状態評価方法は、吸液処理前の多孔質材料としてのコンクリート又はモルタルの色特性を測定して基準値を決定し、前記多孔質材料に液体を吸収させる吸液処理を行い、吸液処理後の前記多孔質材料の色特性を測定して吸液処理値を決定し、前記基準値と前記吸液処理値との差としての特性値を決定し、前記特性値に基づいて前記多孔質材料の含液状態を決定する。

以上の第１の特徴であって、前記多孔質材料の色特性は色彩であり、前記基準値は基準色彩値であり、前記吸液処理値は吸液処理色彩値であり、前記特性値は前記基準色彩値と前記吸液処理色彩値との差である。

前記多孔質材料の色特性は光沢度であり、前記基準値は基準光沢度であり、前記吸液処理値は吸液処理光沢度であり、前記特性値は前記基準光沢度と前記吸液処理光沢度との差である。

本発明の第２の特徴に係わる多孔質材料の含液状態評価システム（１０）は、多孔質材料としてのコンクリート又はモルタルに液体を吸収させる吸液処理前の前記多孔質材料の色特性を測定して基準値を決定すると共に吸液処理後の前記多孔質材料の色特性を測定して吸液処理値を決定する測定装置（１１）と、前記基準値と前記吸液処理値との差から特性値を決定すると共に前記特性値に基づいて前記多孔質材料の含液状態を決定する分析装置（１２）とを有する。

本発明の特徴によれば、現場で実施可能であり、非破壊で多孔質材料の実構造物に対して含液状態を検査することができる。

実施形態に係る多孔質材料の含液状態評価システムの構成要素を示すブロック図である。 多孔質材料の含液状態評価方法の処理手順を示すフローチャートである。 実験例の試験結果を示し、各測定色指標の色差の経時変化を示すグラフである。 （Ａ）は、実験例に係わるΔＬ^*（明度）の経時変化を示すグラフであり、（Ｂ）実験例に係わるΔａ^*（緑〜赤）の経時変化を示すグラフである。 （Ａ）は、実験例に係わるｂ^*（青〜黄）の経時変化を示すグラフであり、（Ｂ）は実験例に係わるΔＧ（光沢度）の経時変化を示すグラフである。

以下、図面を参照して実施の形態を詳細に説明する。

図１に示すように、多孔質材料の含液状態評価システム１０は、多孔質材料を測定する測定装置１１と、多孔質材料の測定結果を分析する分析装置１２と、測定結果および分析結果さを格納する記憶装置１３と、分析結果を出力する出力装置１４を有する。多孔質材料は、例えば、コンクリート、モルタル、セラミックの無機材料、有機材料、金属材料を含む。

測定装置１１は、吸液処理前の多孔質材料の色特性を測定して基準値を決定し、また、吸液処理後の多孔質材料の色特性を測定して吸液処理値を決定する。ここで、吸液処理とは、多孔質材料の表面に液体（水、着色水、成分含有水、有機溶剤）を塗布し、吸収させることである。色特性とは、色彩（明度、緑〜赤、青〜黄）、光沢度である。測定装置１１は、例えば、測色計、色差計、光沢度計である。測色計、色差計は、多孔質材料の反射光を分光し、例えば、Ｌ^*ａ^*ｂ^*表色系（Ｌ^*：明度、ａ^*：緑〜赤、ｂ^*：青〜黄）の各色彩値を決定する。測色計等は多孔質材料の吸液処理前の基準色彩値および吸液処理後の吸液処理色彩値を測定する。光沢度計は、所定の入射角で試料に光束を入射させ、鏡面反射方向に反射する規定の開き角の光束を受光器で測定する。光沢度計は、多孔質材料の吸液処理前の基準光沢度および吸液処理後の吸液処理光沢度を測定する。

分析装置１２は、処理プログラムに従ってデータを処理するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、処理プログラムを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＣＰＵの処理に必要なデータを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）を有する。分析装置１２は、多孔質材料の吸液処理前の基準値と吸液処理後の吸液処理値と差から特性値を決定する。また、分析装置１２は特性値に基づいて多孔質材料の含液状態を決定する。ここで、特性値と多孔質材料の含液状態との関係を予め決定しておく。すなわち、多孔質材料の含液状態と関連する特性値の閾値を求めておく。含液状態とは、例えば、含液率（％）＝（含液した多孔質材料の重さ−乾燥した多孔質材料の重さ）／（乾燥した多孔質材料の重さ）で表わされる。また、含液状態は、乾燥状態から湿潤状態まで、例えば、１０段階で示してもよい。

色彩の場合、分析装置１２は、基準色彩値と識別処理色彩値との差としての色差（特性値）を決定し、色差に基づいて多孔質材料の含液状態を決定する。光沢度の場合、分析装置１２は、吸液処理前の基準光沢度と吸液処理後の吸液処理光沢度との差として色差（特性値）を決定し、色差に基づいて多孔質材料の含液状態を決定する。

記憶装置１３は、例えば、ハードディスク、ＣＤ、ＤＶＤ、ＵＳＢメモリを用いる。記憶装置１３は、測定装置１１の基準色彩値、吸液処理色彩値、基準光沢度、吸液処理光沢度、特性値、多孔質材料の含液状態を格納する。

出力装置１４は、例えば、液晶表示装置、有機ＥＬ（Electro-Luminescence）表示装置のような画像表示装置、及び、インクジェットプリンタ方式又はレーザプリンタ方式の印刷装置を有する。出力装置１４は、分析結果としての特性値、多孔質材料の含液状態を出力、表示する。

次に、多孔質材料の含液状態評価方法を説明する。

図２に示すように、多孔質材料を表面処理する（ステップＳ１１）。すなわち、多孔質材料の表面の汚れ等を取り除き、必要に応じて平滑となるように研磨する。

測定装置１１を用いて吸液処理前の多孔質材料の特性を測定して基準値を決定し、基準値を記憶装置１３に格納する（ステップＳ１２）。色彩の場合、測色装置は吸液処理前の多孔質材料の表面を測色して基準色彩値を決定する。光沢度の場合、光沢度計は吸液処理前の多孔質材料の光沢度を測定して基準光沢度を決定する。

多孔質材料に液体を吸液させる（ステップＳ１３）。液体は、例えば、水、着色水、着色粉体、有機溶媒である。

測定装置１１を用いて吸液処理後の多孔質材料の色特性を測定して吸液処理値を決定し、吸液処理値を記憶装置１３に格納する（ステップＳ１４）。色彩の場合、測色計、色差計は吸液処理後の多孔質材料の表面の色彩を測定して吸液処理色彩値を決定する。光沢度の場合、光沢度計は吸液処理後の多孔質材料の表面の光沢度を測定して吸液処理光沢度を決定する。

分析装置１２は、多孔質材料の基準値と吸液処理値とを比較し、基準値と吸液処理値との差から特性値を決定する（ステップＳ１５）。色彩の場合、分析装置１２は基準色彩値と吸液処理色彩値との差から特性値としての色差を決定する。光沢度の場合、分析装置１２は、基準光沢度と吸液処理光沢度との差から特性値としての色差を決定する。

分析装置１２は特性値に基づいて多孔質材料の含液状態を決定する（ステップＳ１６）。色彩の場合、分析装置１２は、予め得た色差（特性値）と含液状態との関係に基づいて多孔質材料の含液状態を決定する。光沢度の場合、分析装置１２は、予め得た色差（特性値）と含液状態との関係に基づいて多孔質材料の含液状態を決定する。このような手順で多孔質材料に損傷を与えることなく、多孔質材料の含液状態を評価する。

以上の実施形態によれば、現場において非破壊で多孔質材料の実構造物に対して含液状態を評価することができる。

また、実構造物の多孔質材料の含水状態を、現場で、損傷を与えず、迅速に、容易に評価することができる。

測色計、色差計、光沢度計は、取り扱いに専門知識の不要な測定機器なので、誰でも、容易に作業実施を可能にする。

測定装置は携帯可能なハンディタイプのものを利用するので、取り扱い労力は少なく、専用装置は必要とされない。

さらに、現場に適用した場合、多孔質材料の表層部の含液状態を評価することができる、また、現場で採取したサンプルに対する室内試験の場合、多孔質材料の内部の含液分布状況を評価することができる。

なお、本発明は本実施形態に限定されず、また、各実施形態は発明の趣旨を変更しない範囲で変更、修正可能である。

◎実験例
多孔質材料としてのコンクリートの含水状態を評価した。

（１）試験体
水／セメント比（以下、Ｗ／Ｃと称する）０．４、０．７の２種類のコンクリートを用いた。各コンクリートは数年経年させた。コンクリートは室内で重量変化がほぼ恒量なるまで乾燥させた。

（２）試験方法
浸透材として純水を用いてコンクリートに吸水処理を実施した。具体的には、コンクリートの打設側面に純水を霧吹きで噴霧した。噴霧回数は１０回とした（１回の噴霧量は約０．８ｇ）。

測定機器は色差計および光沢度計を用いた。測定指標は、Ｌ^*（明度）、ａ^*（緑〜赤）、ｂ^*（青〜黄）、ＹＩ（黄色度）の色彩値、Ｇｌｏｓｓ（光沢度）を用いた。測定部位はコンクリートの打設側面とした。

測定時期は、吸水処理前の初期値と吸水処理後の経時変化とを測定した。測定間隔は、１０秒〜１０分であり、状況に応じて適宜選択した。また、噴霧後の３〜４分時にコンクリート表面の水膜を拭き取って除去した。

吸水処理前の初期値を基準色彩値、基準光沢度とし、吸水処理後の測定値を吸水処理色彩値、吸水処理光沢度とした。基準色彩値と吸水処理色彩値との差、基準光沢度と吸水処理光沢度との差、すなわち、色差を評価した。

（３）試験結果
図３は、Ｗ／Ｃ＝０．７のコンクリートについての各測定値を比較したグラフである。散水から３０秒後において、Ｌ^*（明度）、ＹＩ（黄色度）、Ｇ（光沢度）の色差は大きかった。これに対して、ａ^*、ｂ^*の色差は小さかった。なお、Ｗ／Ｃ＝０．４のコンクリートの色差は、Ｗ／Ｃ＝０．７のコンクリートに対して半減したが、同様の傾向を示した。以上から、Ｌ^*、ＹＩ、Ｇは判定指標として有効であると判断される。

図４（Ａ）、（Ｂ）はＷ／Ｃ＝０．４、０．７のそれぞれのコンクリートについて、吸水処理後のΔＬ^*（明度の色差）の経時変化を示す。同図（Ａ）、（Ｂ）において、縦軸はΔＬ^*を示し、横軸は時間（秒）を示す。何れのコンクリートも噴霧直後の濡れ段階でＬ^*の変化を示さなかった。同図（Ａ）は噴霧直後から５分間のデータを示す。Ｗ／Ｃ＝０．７のコンクリートの数値変動量は、Ｗ／Ｃ＝０．４のコンクリートのそれに対して約１．５倍を示した。水膜の拭き取り（１８０秒〜２４０秒）後、何れのコンクリートもΔＬ^*の上昇が始まった。Ｗ／Ｃ＝０．４のコンクリートの変化量は、時間経過とともに減少した。Ｗ／Ｃ＝０．７のコンクリートの変化は、段階的な減少挙動を示した。何れのコンクリートのΔＬ^*は、一定時間経過後（約３０００秒後）、０に漸近し、つまり、Ｌ^*は初期値に近づいた。

図４（Ｃ）、（Ｄ）は、Ｗ／Ｃ＝０．４、０．７のコンクリートについて、吸水処理後のΔａ^*（ａ^*の色差）の経時変化を示す。感度が低いため機器誤差の影響は大きかった。Ｗ／Ｃ＝０．７のコンクリートの数値変動量は、Ｗ／Ｃ＝０．４のコンクリートの数値変動慮に対して約２倍を示した。両コンクリートのΔａ^* は、所定の時間経過後、初期値を超過し、緑側へシフトした。

図５（Ａ）、（Ｂ）は、Ｗ／Ｃ＝０．４、０．７のコンクリートについて、吸水処理後のΔｂ^*（Δｂの色差）の経時変化を示す。Ｗ／Ｃ＝０．７のコンクリートでは、濡れ状態（０〜３００秒の間）で反応があった。Ｗ／Ｃ＝０．７のコンクリートの数値変動量は、Ｗ／Ｃ＝０．４のコンクリートのそれに対して約１．５倍を示した。Ｗ／Ｃ＝０．７のコンクリートのΔｂ^*は、約４０００秒後、初期値を超過して、青色側へシフトした。

図５（Ｃ）、（Ｄ）は、Ｗ／Ｃ＝０．４、０．７のコンクリートについて、吸水処理後のΔＧ（ΔＧの色差）の経時変化を示す。両コンクリートのΔＧは噴霧直後の濡れ段階（０〜約３００秒）で大きく変化し、約３００秒後変化はほぼ完了した。両コンクリートの数値変動は、やや異なる挙動を示した。数値の上昇量は、水／セメント比によらず、同等であった。両コンクリートのΔＧは、測定時間中に０にまで低下せず、Ｇは初期値まで戻らなかった。なお、Ｗ／Ｃ＝０．４のコンクリートの残留分の方がＷ／Ｃ＝０．７のコンクリートの残留分よりやや大きかった。

１０ 多孔質材料の含液評価システム
１１ 測定装置
１２ 分析装置
１３ 記憶装置
１４ 出力装置

Claims (4)

1. 吸液処理前の多孔質材料としてのコンクリート又はモルタルの色特性を測定して基準値を決定し、
   前記多孔質材料に液体を吸収させる吸液処理を行い、
   吸液処理後の前記多孔質材料の色特性を測定して吸液処理値を決定し、
   前記基準値と前記吸液処理値との差としての特性値を決定し、
   前記特性値に基づいて前記多孔質材料の含液状態を決定する、
   多孔質材料の含液状態評価方法。
2. 前記多孔質材料の色特性は色彩であり、
   前記基準値は基準色彩値であり、
   前記吸液処理値は吸液処理色彩値であり、
   前記特性値は前記基準色彩値と前記吸液処理色彩値との差である、
   請求項１に記載の多孔質材料の含液状態評価方法。
3. 前記多孔質材料の色特性は光沢度であり、
   前記基準値は基準光沢度であり、
   前記吸液処理値は吸液処理光沢度であり、
   前記特性値は前記基準光沢度と前記吸液処理光沢度との差である、
   請求項１又は２に記載の多孔質材料の含液状態評価方法。
4. 多孔質材料としてのコンクリート又はモルタルに液体を吸収させる吸液処理前の前記多孔質材料の色特性を測定して基準値を決定すると共に吸液処理後の前記多孔質材料の色特性を測定して吸液処理値を決定する測定装置と、
   前記基準値と前記吸液処理値との差から特性値を決定すると共に前記特性値に基づいて前記多孔質材料の含液状態を決定する分析装置とを有する、
   多孔質材料の含液状態評価システム。