JP6748899B2 - コンクリートの締固め度の判定方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、コンクリートの締固め度の判定方法および装置に関し、特にダムコンクリートの締固め度を判定するのに好適なコンクリートの締固め度の判定方法および装置に関するものである。

従来、コンクリートをバイブレータで締固める場合には、打込み時に連行した気泡をコンクリートから排出して密実にすることが求められる。ダムの建設に用いられるダムコンクリートの場合には、最大粗骨材が１５０ｍｍであり、スランプも小さいことから（例えば、特許文献１を参照）、通常は、バイバック（登録商標）のような大型バイブレーターを搭載した重機を用いて締固め作業を行っている。この場合の締固め完了の判定は、コンクリート表面に対するオペレーターの目視判断によってなされている。しかしながら、判断基準がオペレーターの経験技量などに依存するため、オペレーター間で判定結果に差が生じることがあり、締固め作業時間やコンクリートの仕上がり品質にばらつきが生じるおそれがあった。

このような問題に対処するため、コンクリートなどの締固めの程度や完了等を目視観察以外の方法で判定するようにした技術が提案されている（例えば、特許文献２〜９を参照）。特許文献２〜７は、振動ローラやバイブレーター等の振動加速度の時間変化を用いて、締固め度を判定するものである。特許文献８、９は、バイブレーターの油圧の経時変化により、締固め度を判定するものである。

特開２００６−１６９８９５号公報 特開２００２−３２７４２９号公報 特開２００３−１６６２３２号公報 特開２００４−２５７１７１号公報 特開２０１４−１９８９３３号公報 特開２０１４−２１８８５２号公報 特開２０１５−１４１１８号公報 特開２０１２−８２６６７号公報 特開２０１３−１５９９３９号公報

上記の従来の特許文献１〜９には、目視観察によらないコンクリートの締固め度の判定方法が示されているが、コンクリートの締固め完了を規定する締固め度をより効率的かつ定量的に判定することができる技術が求められていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、コンクリートの締固め度を効率的かつ定量的に判定することができるコンクリートの締固め度の判定方法および装置を提供することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るコンクリートの締固め度の判定方法は、コンクリートの表面の形状データを取得し、取得した形状データに基づいて前記コンクリートの表面の平滑度を検出し、検出した平滑度に基づいて前記コンクリートの締固め度を定量的に判定することを特徴とする。

また、本発明に係る他のコンクリートの締固め度の判定方法は、上述した発明において、検出した平滑度が、前記コンクリートの表面が滑らかになったことを示す所定の平滑度である場合に、締固め完了と判定することを特徴とする。

また、本発明に係るコンクリートの締固め度の判定装置は、コンクリートの表面の形状データを取得する形状データ取得手段と、取得した形状データに基づいて前記コンクリートの表面の平滑度を検出する平滑度検出手段と、検出した平滑度に基づいて前記コンクリートの締固め度を定量的に判定する締固め度判定手段とを備えることを特徴とする。

また、本発明に係る他のコンクリートの締固め度の判定装置は、上述した発明において、検出した平滑度が、前記コンクリートの表面が滑らかになったことを示す所定の平滑度である場合に、締固め完了と判定することを特徴とする。

本発明に係るコンクリートの締固め度の判定方法によれば、コンクリートの表面の形状データを取得し、取得した形状データに基づいて前記コンクリートの表面の平滑度を検出し、検出した平滑度に基づいて前記コンクリートの締固め度を定量的に判定するので、オペレーターの経験技量に依存することなく、コンクリートの締固め度を効率的かつ定量的に判定することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他のコンクリートの締固め度の判定方法によれば、検出した平滑度が、前記コンクリートの表面が滑らかになったことを示す所定の平滑度である場合に、締固め完了と判定するので、オペレーターの経験技量に依存することなく、コンクリートの締固め完了を効率的に判定することができるという効果を奏する。

また、本発明に係るコンクリートの締固め度の判定装置によれば、コンクリートの表面の形状データを取得する形状データ取得手段と、取得した形状データに基づいて前記コンクリートの表面の平滑度を検出する平滑度検出手段と、検出した平滑度に基づいて前記コンクリートの締固め度を定量的に判定する締固め度判定手段とを備えるので、オペレーターの経験技量に依存することなく、コンクリートの締固め度を効率的かつ定量的に判定することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他のコンクリートの締固め度の判定装置によれば、検出した平滑度が、前記コンクリートの表面が滑らかになったことを示す所定の平滑度である場合に、締固め完了と判定するので、オペレーターの経験技量に依存することなく、コンクリートの締固め完了を効率的に判定することができるという効果を奏する。

図１は、本発明に係るコンクリートの締固め度の判定方法および装置の実施の形態１を示す概略フローチャート図である。 図２は、締固め作業時のコンクリート表面を示す概略断面図であり、（１）は表面に凹凸があり、滑らかではない場合、（２）は表面に凹凸がなく、滑らかである場合の図である。 図３は、本発明に係るコンクリートの締固め度の判定装置の実施の形態１を示す概略構成図である。 図４は、本発明に係るコンクリートの締固め度の判定方法および装置の実施の形態２を示す概略フローチャート図である。 図５は、本発明に係るコンクリートの締固め度の判定装置の実施の形態２を示す概略構成図である。

以下に、本発明に係るコンクリートの締固め度の判定方法および装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１について説明する。
本実施の形態１は、３Ｄスキャナーを用いてコンクリートの表面の形状データを取得し、取得した形状データに基づいてコンクリートの表面の平滑度を検出し、検出した平滑度に基づいてコンクリートの締固め度を定量的に判定するものである。

［コンクリートの締固め度の判定方法］
本実施の形態１に係るコンクリートの締固め度の判定方法について説明する。図１に示すように、本実施の形態１に係るコンクリートの締固め度の判定方法は、まず、コンクリート内部に挿入したバイブレーターで振動を加えること等によって、締固め作業を行う（ステップＳ１）。続いて、あらかじめ設定した所定の時間間隔でバイブレーターを一時的に停止し、３Ｄスキャナーを用いてコンクリートの表面の形状データを取得する（ステップＳ２）。次に、取得した形状データを解析し（ステップ３）、コンクリートの表面の平滑度を判定する（ステップＳ４）。判定した平滑度に基づいてコンクリートの締固め度を定量的に判定する（ステップＳ５）。この結果、あらかじめ設定した所定の締固め度に達したら（ステップＳ６でＹｅｓ）、締固め完了と判定する（ステップＳ７）。一方、所定の締固め度に達していない場合には（ステップＳ６でＮｏ）、ステップＳ１に戻って締固め作業を行う。以降、締固め完了と判定されるまでステップＳ１〜Ｓ６を繰り返す。

例えば、ダムコンクリートの場合には、使用される最大粗骨材が１５０ｍｍであり、打込み直後は、図２（１）に示すように、粗骨材Ｇの一部がコンクリート表面Ｓに露出するため、コンクリート表面Ｓは凹凸があり、滑らかではない状態となっている。この状態に対し、ステップＳ１において、コンクリート内部にバイブレーターを挿入し、振動を加えて締固め作業を行うと、コンクリート表面Ｓに飛び出している粗骨材Ｇは、次第にコンクリート内部に沈んでいく。その後、締固め完了時には、図２（２）に示すように、コンクリート表面Ｓは凹凸がない滑らかな状態になる。

ステップＳ２においては、３Ｄスキャナーで判定領域のコンクリートの表面を捉えることにより、その形状データを取得する。ここで、表面の形状データは例えば３次元座標データとして取得され、この３次元座標データに基づいて表面の凹凸形状は数値的に把握されることとなる。この場合、表面の形状データを明瞭に取得できるようにフラッシュ光源等によって所定の角度から光を照射しながら取得することが望ましい。取得した形状データはコンピュータにリアルタイムに転送され、コンピュータに備わるデータベースに格納される。なお、３Ｄスキャナーとしては、最近では安価な製品も市販されており、こうした製品を利用すれば実施に係るコストを安価にすることができる。

ステップＳ３〜Ｓ５においては、コンピュータに備わる形状データ解析手段によってデータベースに格納された形状データを解析し、形状データ中の所定の検査領域において表面の凹凸を取得するとともに、表面の凹凸の程度を数値化し、数値化したものを平滑度として検出する。

こうして検出されるコンクリート表面の平滑度は、上記の図２で説明したように、コンクリートの締固め度と相関関係にある。したがって、ステップＳ４、Ｓ５において、検出される表面の平滑度に基づいて、コンクリートの締固め度を判定することができる。ここで、コンクリート表面の平滑度と締固め度との定量的な対応関係をあらかじめ把握しておけば、この対応関係に基づいて、検出した表面の平滑度に対応するコンクリートの締固め度を定量的に求めることができる。これにより、オペレーターの経験技量に依存することなく、コンクリートの締固め度を定量的に判定することができる。

ステップＳ７においては、検出した表面の平滑度が、あらかじめ設定した所定の閾値以内である場合に、表面が平滑であって所定の締固め度に達したと判定し（ステップＳ６でＹｅｓ）、締固め完了となる。これにより、オペレーターの経験技量に依存することなく、コンクリートの締固め完了を効率的に判定することができる。なお、ステップＳ６でＮｏの場合には、締固め完了の状態ではないと判定してステップＳ１の処理に戻り、締固め作業を継続する。

上記の実施の形態１において、求めたコンクリートの締固め度をオペレーター用のディスプレイに適宜表示すれば、オペレーターは締固め作業中にリアルタイムにコンクリートの締固め度を把握可能となる。この結果、例えば締固め度があらかじめ設定した閾値未満の場合には、締固めが不十分と判断できることから、締固め作業を継続し、反対に締固め度が閾値以上の場合には、締固めが十分と判断できるため、締固め作業を終了すればよい。また、締固め度が閾値等に達したときに、ランプやブザー、ディスプレイ等でオペレーターに締固め完了の合図として報知してもよい。

本実施の形態１によれば、オペレーターの経験技量に依存することなく、コンクリートの締固め度を効率的かつ定量的に判定することができる。また、３Ｄスキャナーを活用して簡易に平滑度・締固め度を計測できるため、高価な計測機器は不要であり、低コストにて、コンクリートの仕上がり品質の向上を図ることができる。

［コンクリートの締固め度の判定装置］
次に、本実施の形態１に係るコンクリートの締固め度の判定装置について説明する。図３に示すように、本実施の形態１に係るコンクリートの締固め度の判定装置１０は、コンピュータを用いてコンクリートの締固め度を判定する装置であって、コンクリートの表面Ｓの形状データを取得する形状データ取得手段１２と、取得した形状データに基づいてコンクリートの表面Ｓの平滑度を検出する平滑度検出手段１４と、検出した平滑度に基づいてコンクリートの締固め度を定量的に判定する締固め度判定手段１６と、締固め度や締固め完了を報知する報知手段１８と、データベース２０と、これらの手段を制御する制御手段２２とを備えている。

形状データ取得手段１２は、判定領域のコンクリートの表面Ｓの形状データを取得するものであり、例えば３Ｄスキャナーを用いて構成することができる。ここで、表面の形状データは例えば３次元座標データとして取得され、この３次元座標データに基づいて表面の凹凸形状は数値的に把握されることとなる。なお、表面の凹凸を明瞭に取得できるようにフラッシュ光源等によって所定の角度から光を照射しながら取得することが望ましい。取得した形状データは制御手段２２にリアルタイムに転送され、データベース２０に格納される。

平滑度検出手段１４は、図示しない形状データ解析手段によってデータベース２０に格納された形状データを解析し、形状データ中の所定の検査領域において表面の平滑度を検出するものである。

締固め度判定手段１６は、検出した平滑度に基づいてコンクリートの締固め度を定量的に判定するものである。検出した表面の平滑度が、コンクリート表面Ｓが滑らかになったことを示す所定の平滑度に対応する締固め度に達した場合に、締固め完了と判定することができる。

報知手段１８は、締固め度や締固め完了をオペレーターに報知するためのものであり、例えばランプやブザー、ディスプレイ等で構成することができる。報知手段１８は、判定した締固め度があらあじめ定めた閾値等に達したときに、ランプ点灯、ブザー音、ディスプレイ表示等によって、オペレーターに締固め度や締固め完了を示す合図を報知することができる。

上記の構成の動作および作用について説明する。
コンクリート内部に挿入したバイブレーターで振動を加えること等によって、締固め作業を行う。ここで、あらかじめ設定した所定の時間間隔でバイブレーターを一時的に停止し、形状データ取得手段１２によりコンクリートの表面Ｓの形状データを取得する。平滑度検出手段１４による形状データ解析によって、表面の凹凸形状が把握され、取得した表面の平滑度が検出される。検出した平滑度に基づいて締固め度判定手段１６がコンクリートの締固め度を定量的に判定する。この結果、所定の締固め度に達したら、締固め完了と判定する。締固め完了と判定されない場合には、形状データ取得手段１２、平滑度検出手段１４、締固め度判定手段１６による処理を繰り返す。なお、判定した締固め度、締固め完了の情報は、報知手段１８を介して随時オペレーターに報知される。

このため、本実施の形態１によれば、オペレーターの経験技量に依存することなく、コンクリートの締固め度を効率的かつ定量的に判定することができる。また、３Ｄスキャナーを活用して簡易に平滑度・締固め度を計測できるため、高価な計測機器は不要であり、低コストにて、コンクリートの仕上がり品質の向上を図ることができる。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施の形態２は、コンクリートの表面の形状データとして画像を取得し、取得した画像に基づいてコンクリートの表面の平滑度を検出し、検出した平滑度に基づいてコンクリートの締固め度を定量的に判定するものである。

［コンクリートの締固め度の判定方法］
本実施の形態２に係るコンクリートの締固め度の判定方法について説明する。図４に示すように、まず、コンクリート内部に挿入したバイブレーターで振動を加えること等によって、締固め作業を行う（ステップＳ１１）。続いて、あらかじめ設定した所定の時間間隔でバイブレーターを一時的に停止し、コンクリートの表面を撮影し、画像を取得する（ステップＳ１２）。次に、取得した撮影画像を解析し（ステップＳ１３）、コンクリートの表面の平滑度を判定する（ステップＳ１４）。判定した平滑度に基づいてコンクリートの締固め度を定量的に判定する（ステップＳ１５）。この結果、あらかじめ設定した所定の締固め度に達したら（ステップＳ１６でＹｅｓ）、締固め完了と判定する（ステップＳ１７）。一方、所定の締固め度に達していない場合には（ステップＳ１６でＮｏ）、ステップＳ１１に戻って締固め作業を行う。以降、締固め完了と判定されるまでステップＳ１１〜Ｓ１６を繰り返す。

ステップＳ１２においては、デジタル一眼レフカメラ等の画像取得手段を用いて判定領域のコンクリートの表面の画像（例えば正対画像）を撮影する。この場合、表面の凹凸を明瞭に撮影できるようにフラッシュ光源等によって所定の角度から光を照射しながら撮影することが望ましい。撮影した画像データはコンピュータにリアルタイムに転送され、コンピュータに備わるデータベースに格納される。

ステップＳ１３〜Ｓ１５においては、コンピュータに備わる画像解析手段によってデータベースに格納された画像データを画像解析し、画像中の所定の検査領域において画素強度の平滑度を検出する。この画素強度の平滑度の検出方法としては周知の方法を用いることができる。例えば、画像ピラミッド法を適用して画素を空間周波数ごとのヒストグラムに分解し、当該ヒストグラムにおける度数値の大小を求める方法を用いて画素強度の平滑度を検出してもよい。また、検査領域における画素強度の極大値の大小、および画素強度の分散度に基づいて画素強度の平滑度を検出してもよい。さらに、検査領域に含まれる画素強度の極大値の個数をカウントし、カウントされた極大値の個数の逆数をもって、画素強度の平滑度としてもよい。

こうして検出される画素強度の平滑度は、撮影した判定領域のコンクリート表面の平滑度と相関関係にあると考えられる。また、コンクリート表面の平滑度は、コンクリートの締固め度と相関関係にある。したがって、ステップＳ１４、Ｓ１５において、検出される画素強度の平滑度に基づいて、コンクリート表面の平滑度および締固め度を判定することができる。ここで、画素強度の平滑度とコンクリート表面の平滑度および締固め度との定量的な対応関係をあらかじめ把握しておけば、この対応関係に基づいて、検出した画素強度の平滑度に対応するコンクリート表面の平滑度、締固め度を定量的に求めることができる。これにより、オペレーターの経験技量に依存することなく、コンクリートの締固め度を定量的に判定することができる。

ステップＳ１７においては、検出した画素強度の平滑度が、コンクリート表面が滑らかになったことを示す所定の平滑度に対応する締固め度に達した場合に（ステップＳ１６でＹｅｓ）、締固め完了と判定する。これにより、オペレーターの経験技量に依存することなく、コンクリートの締固め完了を効率的に判定することができる。なお、上述したようにステップＳ１６でＮｏの場合には、締固め完了の状態ではないと判定してステップＳ１１の処理に戻り、締固め作業を継続する。

上記の実施の形態２において、求めたコンクリートの締固め度をオペレーター用のディスプレイに適宜表示すれば、オペレーターは締固め作業中にリアルタイムにコンクリートの締固め度を把握可能となる。この結果、例えば締固め度があらかじめ設定した閾値未満の場合には、締固めが不十分と判断できることから、締固め作業を継続し、反対に締固め度が閾値以上の場合には、締固めが十分と判断できるため、締固め作業を終了すればよい。また、締固め度が閾値等に達したときに、ランプやブザー、ディスプレイ等でオペレーターに締固め完了の合図として報知してもよい。

本実施の形態２によれば、オペレーターの経験技量に依存することなく、コンクリートの締固め度を効率的かつ定量的に判定することができる。また、デジタル一眼レフカメラ等を活用して簡易に平滑度・締固め度を計測できるため、高価な計測機器は不要であり、低コストにて、コンクリートの仕上がり品質の向上を図ることができる。

［コンクリートの締固め度の判定装置］
次に、本実施の形態２に係るコンクリートの締固め度の判定装置について説明する。図５に示すように、本実施の形態２に係るコンクリートの締固め度の判定装置１００は、上記の実施の形態１の判定装置１０において、形状データ取得手段１２の代わりに画像取得手段２４を用いたものである。すなわち判定装置１００は、コンクリートの表面Ｓの画像を取得する画像取得手段２４と、取得した画像に基づいてコンクリートの表面Ｓの平滑度を検出する平滑度検出手段１４と、検出した平滑度に基づいてコンクリートの締固め度を定量的に判定する締固め度判定手段１６と、締固め度や締固め完了を報知する報知手段１８と、データベース２０と、これらの手段を制御する制御手段２２とを備えている。

画像取得手段２４は、判定領域のコンクリートの表面Ｓの画像（例えば正対画像）を撮影するものであり、例えばデジタル一眼レフカメラ等を用いて構成することができる。この場合、表面の凹凸を明瞭に撮影できるようにフラッシュ光源等によって所定の角度から光を照射しながら撮影することが望ましい。撮影した画像データは制御手段２２にリアルタイムに転送され、データベース２０に格納される。

平滑度検出手段１４は、図示しない画像解析手段によってデータベース２０に格納された画像データを画像解析し、画像中の所定の検査領域において画素強度の平滑度を検出するものである。この画素強度の平滑度の検出方法としては上記の方法を用いることができる。

締固め度判定手段１６は、検出した平滑度に基づいてコンクリートの締固め度を定量的に判定するものである。検出した画素強度の平滑度が、コンクリート表面Ｓが滑らかになったことを示す所定の平滑度に対応する締固め度に達した場合に、締固め完了と判定することができる。

報知手段１８は、締固め度や締固め完了をオペレーターに報知するためのものであり、例えばランプやブザー、ディスプレイ等で構成することができる。報知手段１８は、判定した締固め度があらあじめ定めた閾値等に達したときに、ランプ点灯、ブザー音、ディスプレイ表示等によって、オペレーターに締固め度や締固め完了を示す合図を報知することができる。

上記の構成の動作および作用について説明する。
コンクリート内部に挿入したバイブレーターで振動を加えること等によって、締固め作業を行う。ここで、あらかじめ設定した所定の時間間隔でバイブレーターを一時的に停止し、画像取得手段２４によりコンクリートの表面Ｓの画像を取得する。平滑度検出手段１４による画像解析によって、取得した画像の画素強度の平滑度が検出される。検出した平滑度に基づいて締固め度判定手段１６がコンクリートの締固め度を定量的に判定する。この結果、所定の締固め度に達したら、締固め完了と判定する。締固め完了と判定されない場合には、画像取得手段２４、平滑度検出手段１４、締固め度判定手段１６による処理を繰り返す。なお、判定した締固め度、締固め完了の情報は、報知手段１８を介して随時オペレーターに報知される。

このため、本実施の形態２によれば、オペレーターの経験技量に依存することなく、コンクリートの締固め度を効率的かつ定量的に判定することができる。また、デジタル一眼レフカメラ等を活用して簡易に平滑度・締固め度を計測できるため、高価な計測機器は不要であり、低コストにて、コンクリートの仕上がり品質の向上を図ることができる。

以上説明したように、本発明に係るコンクリートの締固め度の判定方法によれば、コンクリートの表面の形状データを取得し、取得した形状データに基づいて前記コンクリートの表面の平滑度を検出し、検出した平滑度に基づいて前記コンクリートの締固め度を定量的に判定するので、オペレーターの経験技量に依存することなく、コンクリートの締固め度を効率的かつ定量的に判定することができる。

また、本発明に係る他のコンクリートの締固め度の判定方法によれば、検出した平滑度が、前記コンクリートの表面が滑らかになったことを示す所定の平滑度である場合に、締固め完了と判定するので、オペレーターの経験技量に依存することなく、コンクリートの締固め完了を効率的に判定することができる。

また、本発明に係るコンクリートの締固め度の判定装置によれば、コンクリートの表面の形状データを取得する形状データ取得手段と、取得した形状データに基づいて前記コンクリートの表面の平滑度を検出する平滑度検出手段と、検出した平滑度に基づいて前記コンクリートの締固め度を定量的に判定する締固め度判定手段とを備えるので、オペレーターの経験技量に依存することなく、コンクリートの締固め度を効率的かつ定量的に判定することができる。

また、本発明に係る他のコンクリートの締固め度の判定装置によれば、検出した平滑度が、前記コンクリートの表面が滑らかになったことを示す所定の平滑度である場合に、締固め完了と判定するので、オペレーターの経験技量に依存することなく、コンクリートの締固め完了を効率的に判定することができる。

以上のように、本発明に係るコンクリートの締固め度の判定方法および装置は、ダムコンクリートなどのコンクリートの締固め作業に有用であり、特に、コンクリートの締固め度を効率的かつ定量的に判定するのに適している。

１０，１００ コンクリートの締固め度の判定装置
１２ 形状データ取得手段
１４ 平滑度検出手段
１６ 締固め度判定手段
１８ 報知手段
２０ データベース
２２ 制御手段
２４ 画像取得手段
Ｓ コンクリートの表面

Claims (4)

1. コンクリートの表面に所定の角度から光を照射しながら３Ｄスキャナーまたは画像取得手段を用いて前記コンクリートの表面の凹凸の形状データを取得し、取得した形状データに基づいて前記コンクリートの表面の平滑度を検出し、コンクリートの表面の平滑度がコンクリートの締固め度と相関関係にあることを利用して、検出した平滑度に対応する前記コンクリートの締固め度を定量的に判定することを特徴とするコンクリートの締固め度の判定方法。
2. 検出した平滑度が、前記コンクリートの表面が滑らかになったことを示す所定の平滑度である場合に、締固め完了と判定することを特徴とする請求項１に記載のコンクリートの締固め度の判定方法。
3. コンクリートの表面に所定の角度から光を照射しながら前記コンクリートの表面の凹凸の形状データを取得する３Ｄスキャナーまたは画像取得手段からなる形状データ取得手段と、取得した形状データに基づいて前記コンクリートの表面の平滑度を検出する平滑度検出手段と、コンクリートの表面の平滑度がコンクリートの締固め度と相関関係にあることを利用して、検出した平滑度に対応する前記コンクリートの締固め度を定量的に判定する締固め度判定手段とを備えることを特徴とするコンクリートの締固め度の判定装置。
4. 検出した平滑度が、前記コンクリートの表面が滑らかになったことを示す所定の平滑度である場合に、締固め完了と判定することを特徴とする請求項３に記載のコンクリートの締固め度の判定装置。