JP7097015B2 - コンクリートの締固め度判定方法 - Google Patents

Description

本発明は、コンクリートの締固め度判定方法、及び、コンクリートの締固め度判定装置に関する。

コンクリートを打設する際、型枠内に充填されたコンクリートが確実に充填されているかどうか、及び、確実に締め固められているかどうかについて、従来様々な方法で確認している。確実に充填されているかどうかについては、例えば、型枠として透明なアクリル製のものを使用したり、埋設型の充填検知センサーを用いたりしている。また、確実に締め固められているかどうかについては、例えば、バイブレータによる振動で締め固めたり、締固めの作業が不要な高流動コンクリートを用いたりしている。

他方、地盤表面を締め固める要請がある分野においては、ガンマ線や中性子線を地盤の表層に照射し、地盤を透過した放射線を計測して地盤の状態を知る技術が用いられている（例えば特許文献１参照）。

特開平８－７４２３８号公報

上記従来の方法では、充填性の判断において、透明な型枠では視認できる深さに限度があるし、充填検知センサーをコンクリート躯体に埋め込むことになるのは構造物としての品質を損なう虞がある。また、締固めの善し悪しは作業者の技能に依るところが大きく、判断も定性的であり品質にばらつきが生じる傾向がある。高流動コンクリートは高価であるし、施工対象によっては必ずしも適性でない場合もある。

そこで本発明は、通常の流動性を有するコンクリートであっても所望の締固め度合いが達成されたことを確認することができる、コンクリートの締固め度判定方法を提供することを目的とする。また、その判定方法に用いることができるコンクリートの締固め度判定装置を提供することを目的とする。

本発明は、型枠の中に充填されたコンクリートに放射線を照射し、コンクリートを通過した放射線を型枠の外に設置したＲＩ計測器により計測する計測工程を有し、計測工程では、コンクリートを締め固めながら又は締め固めた後に、放射線の計測を連続的又は離散的に行い、ＲＩ計測器が示す計測値が所定の値領域に収束した時点、又は、ＲＩ計測器が示す計測値が所定の値領域内に達した時点を締固め完了と判断する、コンクリートの締固め度判定方法を提供する。

この判定方法では、コンクリートを通過する放射線をＲＩ計測器によって計測することでコンクリートの密度を算出することができ、その値からコンクリートの締固め度合いを知ることができる。従って、通常の流動性を有するコンクリートであっても所望の締固め度合いが達成されたことを確認することができる。

なお、本発明における「締固め」は、コンクリートを型枠内に行き渡らせる「充填」の意味と、行き渡ったコンクリートの密度を高める狭義の「締固め」の意味を含むものとする。

上記所定の値領域は、コンクリートの配合から推定される締固め後の密度に基づく理論値領域であってもよい。この場合、ＲＩ機器による計測を離散的として計測回数が少ない場合であっても、計測結果がその理論値領域内に収まっていれば、コンクリートが所望の締固め度合いに達したと認めることができる。

本発明では、ＲＩ計測器による計測を型枠の外における複数の箇所で行ってもよい。この場合、主にコンクリートの充填性を確認することができる。すなわち、一箇所でのみ計測した場合は、計測値が所定の値領域に収束する等して締固めが完了したことを確認することができるが、仮に、他の箇所で計測した場合に計測値が別の値領域に収束した場合、充填性にばらつきがあることが推定される。

本発明において、ＲＩ計測器は散乱型又は透過型のいずれの計測器であってもよい。コンクリートの施工態様に応じて、両者を使い分けることができる。

本発明は、コンクリートは、鉄筋の周囲に充填されたものであり、計測工程では、コンクリートのうち型枠と鉄筋との間の領域に存在するコンクリートを対象としてもよい。当該領域は、鉄筋コンクリート構造物において「かぶり」と呼ばれる部分である。

また、本発明は、型枠の中に充填されたコンクリートに放射線を照射する線源部と、コンクリートを通過した放射線を型枠の外で計測する受信部と、を備えるコンクリートの締固め度判定装置を提供する。

本発明によれば、通常の流動性を有するコンクリートであっても所望の締固め度合いが達成されたことを確認することができる、コンクリートの締固め度判定方法を提供することができる。

本実施形態を適用するコンクリート及び型枠を示した平面図である。 放射線のカウント数の経時変化を示したグラフである。 締固め前後のカウント数の変化を示すグラフである。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態のコンクリートの締固め度判定方法は、型枠内に打設したコンクリートを対象としてその密度を測定し、その結果から締固めの程度を判断するものである。

図１は、本実施形態を適用するコンクリート３及び型枠１を示した平面図である。本実施形態の実施に際しては、図１に示されているとおり、上部が開放された直方体の型枠１内にコンクリート３を流し込む。ここで用いるコンクリートは、例えばスランプが８～１２ｃｍ程度の流動性を有するものである。型枠１がアクリル板のように透明な材料からなっていると、型枠１内に極端な未充填部分が生じていないかどうかを目視確認することができるので好ましい。

次に、型枠１の外部から、型枠１に対してＲＩ計測器（コンクリートの締固め度判定装置）５をあてがう。ＲＩ計測器５をあてがう高さ位置としては、床又は地面からの影響を小さくするために、床又は地面から幾分の距離をおくことが好ましい。なお、図１では型枠１に接するようにＲＩ計測器５をあてがっているが、コンクリートの測定深さの調整のために、型枠１とＲＩ計測器５との間に別の板を挟み込む等して互いの距離を調整してもよい。

ＲＩ計測器５は線源部５ａと受信部５ｂとを内蔵している。このＲＩ計測器５は、線源部５ａからコンクリート３に向けて照射した放射線のうち、コンクリート３内を散乱及び通過して戻ってきた放射線を受信部５ｂでカウントする、いわゆる散乱型の計測器である。線源としては、コバルト６０（^６０Ｃｏ）やセシウム１３７（^１３７Ｃｓ）を好適に使用することができる。散乱型のＲＩ計測器５としては、セシウム１３７を使用することが特に好ましい。ＲＩ計測器５としては市販されている装置を用いることができる。

次にコンクリート３を締め固めるため、コンクリート３の任意の箇所に棒状バイブレータ７を突き刺し、振動を与える。振動によってコンクリートを締め固めながら、ＲＩ計測器５を稼働させて放射線のカウントを連続的に続ける（計測工程）。コンクリート３に振動を与えることで、型枠１内で充填度合いが高まっていくとともに、コンクリート３が締め固まってゆく。

図２に、実測値の例として、コンクリート３の締固め前（「Ａ」の時間帯）、締固め中（「Ｂ」の時間帯）、締固め後（「Ｃ」の時間帯）における放射線のカウント数の経時変化を示した。締固め前では、時間ごとのカウント数が概ね７５０～８７０の値領域に収まっている。締固め中は、時間ごとのカウント数が降下している。締固め後では、時間ごとのカウント数が概ね６７０～７８０の値領域に収まっている。

図２から、放射線のカウント数は、コンクリート３の密度が変化しない状態でも一定の値領域内にばらついていることが分かる。また、締固めが進んでいる最中はコンクリート３の密度の高まりに応じてカウント数が小さくなってゆき、次第に、締固め前にカウント数がばらついていた値領域よりも小さい値領域においてカウント数がばらつくようになる。すなわち、カウント数が所定の値領域に収束することを以って、締固めが完了したことを判断することができる。

なお、放射線のカウント数とコンクリートの密度との間には、以下の関係が成立しており、放射線のカウント数から密度を算出することができる。
（Ａ）散乱型のＲＩ計測
線源部と受信部が同位置にあり、線源部から放出された放射線のうち、コンクリートと相互作用して散乱し、受信部に到達した放射線をカウントすることによって、コンクリートの密度を測定することができる。コンクリートの密度が大きいほど、放射線とコンクリートを構成する物質中の軌道電子との相互作用が起こりやすくなり、散乱の繰返しによって放射線のエネルギーが減少するため、放射線のカウント数が少なくなる。
（Ｂ）透過型のＲＩ計測
線源部と受信部との距離が２～１５ｃｍであり、コンクリート中に配置した線源部から放出された放射線のうち、コンクリートを透過して受信部に到達する放射線をカウントすることによって、コンクリートの密度を測定することができる。散乱型と同様に、コンクリートの密度が大きいほど、放射線とコンクリートを構成する物質中の軌道電子との相互作用が起こりやすくなり、受信部に到達する放射線が少なくなる。

以上のとおり、本実施形態の判定方法では、コンクリートを通過する放射線をＲＩ計測器によって計測することでコンクリートの密度を算出することができ、その値からコンクリートの締固め度合いを知ることができる。従って、スランプが８～１２ｃｍ程度の通常の流動性を有するコンクリートであっても、所望の締固め度合いが達成されたことを確認することができ、特に、初期欠陥の発生を防止することができる。また、本実施形態の判定方法には、埋設型の充填検知センサーをコンクリート中に埋め込む必要がないという利点もある。

締固めが完了したことを判断する別の方法として、コンクリート３の配合からあらかじめ締固め後の理論密度を推定しておき、放射線のカウント数に基づいて導かれる密度がその理論密度に達したときを締固めの完了時と判断することもできる。この場合、必ずしも図２の「Ｂ」の時間帯に放射線をカウントする必要はなく、カウントする頻度は例えば数秒～十数秒おき、又は２０秒おきのように離散的な計測頻度でよい。また、締固めが完了したと思われる時点で一回のみカウントすることでもよい。理論密度を用いたこの判定方法であると、ＲＩ計測器５による計測回数が少ない場合であっても、計測結果が所定の理論値領域内に収まっていれば、コンクリート３が所望の締固め度合いに達したと認めることができる。

また、本実施形態の判定方法を、型枠１の外における複数の箇所で行うことで、コンクリート３の充填性をより良く確認することができる。すなわち、一箇所でのみ計測した場合は、上記のとおり計測値が所定の値領域に収束する等して締固めが完了したことを確認することができるが、仮に、他の箇所で計測した場合に計測値が別の値領域に収束した場合、型枠１内でのコンクリート３の充填性にばらつきがあることが推定される。従って、複数の計測箇所において同様の計測結果が得られることをもって、コンクリート３が一様に充填されていることを確認することができる。なお、このように複数箇所で計測を行う場合は、豆板等の初期欠陥が予想される部分や、コンクリートの充填が難しいと考えられる高密配筋領域を対象とすることが好ましい。

本実施形態の判定方法は、鉄筋コンクリート構造物における「かぶり」部分に対して適用することができる。ここで「かぶり」部分とは、コンクリートのうち型枠と鉄筋との間の領域をいう。かぶりの厚さは通常３～１０ｃｍ程度であり、コンクリートが充填されにくい傾向がある。従って、本実施形態の判定方法の適用対象として好適である。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。例えば、コンクリートのスランプの程度、型枠の形状、バイブレータの形状等は上記のものに限定されない。コンクリートは高流動コンクリートであってもよい。また、上記実施形態では散乱型のＲＩ計測器を用いる例を示したが、透過型のＲＩ計測器を用いてもよい。この場合、線源部をコンクリートに突き刺し、型枠外に設置した受信部で放射線を計測する。計測後は線源部をコンクリートから抜く。透過型のＲＩ計測器を用いる場合は、線源はコバルト６０であることが好ましい。

以下、実験例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明する。なお、本発明は下記実験例に限定されるものではない。

（使用材料・練混ぜ）
表１に示した材料を用いて、表２に示したスランプ１２ｃｍのモルタル及びコンクリートを調製した。ここで、粗骨材量を０ｋｇ／ｍ^３としたモルタルの配合を基準とし、このモルタルに対して粗骨材を投入し練り混ぜ、単位粗骨材量５０％、１００％、１５０％の配合とした。ここで「％」表示の値は、粗骨材量の相対割合を示している。また、混和剤については、「ＡＤ１」をセメントの重量に対して１．２％の重量で添加し、「ＡＤ２」をセメントの重量に対して０．３％の重量で添加した。

練混ぜは、粗骨材量を０ｋｇ／ｍ^３としたモルタルについて、材料を投入して３０秒間練り混ぜ、次いでかき落とし、更に６０秒間練り混ぜ、次いで排出した。粗骨材量５０％、１００％、１５０％の配合については、それぞれモルタルに対して所定量の粗骨材を投入し、６０秒練り混ぜた。なお、練量は１００Ｌとした。

他方、表３に示した材料を用いて、表４に示したスランプフロー４３ｃｍの高流動コンクリートを調製した。混和剤については、「ＳＰ」をセメントの重量に対して０．８％の重量で添加し、「ＡＤ２」をセメントの重量に対して０．６％の重量で添加した。練混ぜは、材料を投入して３０秒間練り混ぜ、次いでかき落とし、更に９０秒間練り混ぜ、５分間静置し、その後３０秒間練り混ぜ、次いで排出した。なお、練量は８０Ｌとした。

（締固め）
図１として説明した型枠内に上記モルタル又はコンクリートを流し込んだ。モルタルについては、締固めを実施することなく密実に充填した。各コンクリートについては、目視で粗な部分が観察される程度に未充填部分が存在した。

型枠の外側において散乱型のＲＩ計測器をあてがい、コンクリートに棒状バイブレータを刺して振動させた。振動は３０秒間にわたって行い、その間、放射線をカウントした。いずれも振動させている最中にカウント値が図２に示されたような変化を辿りながら、一定の値幅内に入る程度に安定した。

モルタル及び各コンクリートの締固め前後（ただしモルタルは締固めを行っていない）のカウント数を図３のグラフに示した。図３のグラフにおいて、横軸は密度の高低を示しており、左側から右側へ向けて、密度の低いものから高いものを並べている。凡例のうち％表示をしているものは、表２に示したものに対応しており、「（後）」の文字を付したものはそれぞれの締固め後を意味している。ここで、「１００％」及び「１５０％」のものが締固め前のカウント数が高くなっているのは、粗骨材の量が相対的に多く、未充填箇所が多かったことが原因と考えられる。

各コンクリートはいずれも、締固めによってカウント数が低下していることが分かる（グラフ中の下向き矢印）。すなわち、締固めによって密度が高くなっていることがわかる。従って、締固めの程度を放射線のカウント数の変化によって判定することができることが分かる。また、密度の高まりの程度は、粗骨材の配合割合が高いコンクリートほど大きくなっている。

本発明は、コンクリート構造物の施工において利用することができる。

１…型枠、３…コンクリート、５…ＲＩ計測器（コンクリートの締固め度判定装置）、５ａ…線源部、５ｂ…受信部、７…棒状バイブレータ。

Claims (4)

1. 型枠の中に充填されたコンクリートに前記型枠外から放射線を照射し、前記コンクリートを散乱し通過した前記放射線を前記型枠の外に設置した散乱型のＲＩ計測器により計測する計測工程を有し、
   前記計測工程では、前記コンクリートを締め固めながら及び締め固めた後に、前記放射線の計測を連続的又は離散的に行い、
   前記ＲＩ計測器が示す計測値が所定の値領域に収束した時点、又は、前記ＲＩ計測器が示す計測値が所定の値領域内に達した時点を締固め完了と判断する、コンクリートの締固め度判定方法。
2. 前記所定の値領域は、前記コンクリートの配合から推定される締固め後の密度に基づく理論値領域である、請求項１記載のコンクリートの締固め度判定方法。
3. 前記ＲＩ計測器による計測を前記型枠の外における複数の箇所で行う、請求項１又は２記載のコンクリートの締固め度判定方法。
4. 前記コンクリートは、鉄筋の周囲に充填されたものであり、
   前記計測工程では、前記コンクリートのうち前記型枠と前記鉄筋との間の領域に存在するコンクリートを対象とする、請求項１～３のいずれか一項記載のコンクリートの締固め度判定方法。

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