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JP7633063B2 - Moisture sensor and moisture amount detection method - Google Patents
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Moisture sensor and moisture amount detection method Download PDF

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Description

本発明は、セメント質硬化体の表面および内部の水分量を検出する水分センサおよび水分量検出方法に関する。 The present invention relates to a moisture sensor and a moisture detection method for detecting the amount of moisture on the surface and inside of a hardened cementitious body.

従来から、コンクリート中の水分は、セメントの水和反応、コンクリートの収縮とクリープの進行などの特性を決定づける重要な役割をもつ。また、外部から侵入する水分は内部鉄筋の腐食因子となることや、塩化物イオンの浸透を促進するため、コンクリート中の水分の分布や状態を把握することはコンクリートの耐久性を決定づける重要な情報である。また、コンクリート構造物の含水状態は、強度発現や乾燥収縮などへ関与し、仕上げ工事や防水工事の作業性およびその品質にも大きく影響を与えている。仕上げ工事では、高い含水状態で仕上げ材を施すと、十分な接着強度が得られず、ふくれ、剥離、ひび割れなどが発生する場合がある。このようなことから、コンクリート中の水分量を把握することは重要である。 Traditionally, moisture in concrete plays an important role in determining properties such as the hydration reaction of cement, and the progress of concrete shrinkage and creep. Furthermore, moisture that penetrates from the outside can cause corrosion of internal rebars and promote the penetration of chloride ions, so understanding the distribution and state of moisture in concrete is important information that determines the durability of concrete. The moisture state of a concrete structure is also involved in strength development and drying shrinkage, and also has a significant impact on the workability and quality of finishing and waterproofing work. In finishing work, if finishing materials are applied when the material has a high moisture content, sufficient adhesive strength cannot be obtained, and swelling, peeling, cracks, etc. may occur. For these reasons, it is important to understand the amount of moisture in concrete.

コンクリート中の含水状態を把握する方法として、例えば、特許文献1では、コンクリートの含水率と電気抵抗値との関係に基づいて電気抵抗の測定値からコンクリートの含水率を予測する方法(電気抵抗式)に関する技術が開示されている。また、特許文献2では、コンクリートの水分量と静電容量との関係に基づいて静電容量の測定値からコンクリートの水分量を予測する方法(静電容量式)に関する技術が開示されている。また、その他のコンクリート中の含水状態を把握する方法として、コンクリートに設けた小孔内部の湿度を測定する方法、コンクリート表面に不透湿シートを貼り付けて湿度を測定する方法、コンクリート表面に変色紙を貼り付けて水分量及び湿度を測定する方法、などが用いられている。そして、コンクリートの水分量の測定において、測定条件にバラツキのある建築物の工事現場等では、時間をかけずに簡便な方法を用いることが望ましい。 As a method for grasping the moisture state in concrete, for example, Patent Document 1 discloses a technique for predicting the moisture content of concrete from the measured value of electrical resistance based on the relationship between the moisture content of concrete and the electrical resistance value (electrical resistance method). Patent Document 2 discloses a technique for predicting the moisture content of concrete from the measured value of electrostatic capacitance based on the relationship between the moisture content of concrete and electrostatic capacitance (electrostatic capacitance method). Other methods for grasping the moisture state in concrete include a method for measuring the humidity inside a small hole provided in the concrete, a method for measuring humidity by attaching an impermeable sheet to the concrete surface, and a method for measuring moisture content and humidity by attaching discoloration paper to the concrete surface. In measuring the moisture content of concrete, it is desirable to use a simple method that does not take much time at building construction sites where the measurement conditions vary.

また、特許文献3では、コンクリート構造物内に設置し、コンクリート構造物の水分量を測定する水分センサに関する技術が開示されており、該水分センサは、モルタル素材を誘電体部とし、これに対向電極を形成した水分センサであって、該水分センサに交流電解を印加した際の誘電体部の電気特性を指標とすることで、コンクリート内部の水分量を測定している。 Patent Document 3 also discloses technology related to a moisture sensor that is installed inside a concrete structure to measure the moisture content of the concrete structure. This moisture sensor uses the mortar material as the dielectric part, on which an opposing electrode is formed, and measures the moisture content inside the concrete by using the electrical characteristics of the dielectric part when an AC field is applied to the moisture sensor as an indicator.

特開昭62-087841号公報Japanese Patent Application Publication No. 62-087841 特開2013-250215号公報JP 2013-250215 A 特開2021-025793号公報JP 2021-025793 A

しかしながら、特許文献1および特許文献2に記載の方法は、簡便な作業で迅速にコンクリートの水分量を測定できるため、床工事等の工事現場で広く用いられているが、コンクリート表面に電極を埋め込む、またはコンクリート表面に電極を押し当てて、コンクリートの水分量を測定するため、コンクリート表面近傍のみのデータとなり、表面から数cm以上深いところの水分量は正確には測定できない(図18(a)(b))。また、特許文献1記載の方法では、電極埋め込み式のため、測定物を傷めるだけでなく、測定後に電極を埋め込んだ穴を補修する必要がある(図18(a))。また、特許文献2記載の方法では、コンクリート表面に電極を押し当てて、水分量を測定するため、大量に測定する際、センサ部に汚れが付着することがあり、信頼性に劣る(図18(b))。また、コンクリートに設けた小孔内部の湿度を測定する方法、コンクリート表面に不透湿シートを貼り付けて湿度を測定する方法、コンクリート表面に変色紙を貼り付けて水分量及び湿度を測定する方法では、測定に時間を要するため、迅速に測定を行うことができない。 However, the methods described in Patent Document 1 and Patent Document 2 are widely used in construction sites such as floor construction because they can measure the moisture content of concrete quickly and easily. However, since the electrodes are embedded in the concrete surface or pressed against the concrete surface to measure the moisture content of concrete, the data is only from the vicinity of the concrete surface, and the moisture content at depths of several centimeters or more from the surface cannot be accurately measured (Fig. 18(a)(b)). In addition, the method described in Patent Document 1 uses embedded electrodes, which not only damages the object to be measured, but also requires repairing the holes in which the electrodes are embedded after measurement (Fig. 18(a)). In addition, the method described in Patent Document 2 measures the moisture content by pressing the electrodes against the concrete surface, so that dirt may adhere to the sensor when measuring a large amount, resulting in poor reliability (Fig. 18(b)). In addition, the method of measuring the humidity inside a small hole provided in concrete, the method of measuring humidity by attaching a moisture-impermeable sheet to the concrete surface, and the method of measuring the moisture content and humidity by attaching discolored paper to the concrete surface take time to measure, so measurements cannot be performed quickly.

また、特許文献3記載の水分センサでは、電極部の材料として、コンクリートやモルタルと熱膨張率が近い材料を用いることが好ましいことから、例えば、金または白金、パラジウム等に代表される貴金属をはじめ、SUS304、SUS316、SUS430等のステンレス鋼材などのバルク状の材料を使用している。また、誘電体部への電極形成方法としては、例えば、リング状の電極の空間へ、硬化前のセメントペースト、モルタル、コンクリートセメントなどを充填し、硬化させることで一体化を図っている。しかしながら、この電極形成方法では、セメント質硬化体は硬化の際に収縮する特性を有しており、電極部と誘電体部との間に微小な空隙が発生するおそれがある。また、実環境の使用においては季節変動により、例えば、氷点下から40℃を超える熱履歴を受ける可能性がある。このような環境下において、電極部の材料に、コンクリートやモルタルと熱膨張率が近い材料を使用していても、繰り返しの温度変動による負荷を考慮すると、電極部と誘電体部の熱膨張率の相違に起因する体積変化が微小であっても、電極部と誘電体部との間に微小な隙間を確実に抑制することは困難である。 In addition, in the moisture sensor described in Patent Document 3, since it is preferable to use a material with a thermal expansion coefficient close to that of concrete or mortar as the material of the electrode part, bulk materials such as precious metals such as gold, platinum, palladium, etc., and stainless steel materials such as SUS304, SUS316, and SUS430 are used. In addition, as a method of forming an electrode in the dielectric part, for example, cement paste, mortar, concrete cement, etc. before hardening are filled into the space of the ring-shaped electrode and hardened to integrate it. However, in this electrode formation method, the cementitious hardened body has the characteristic of shrinking when hardened, and there is a risk of a small gap being generated between the electrode part and the dielectric part. In addition, in actual use in a seasonal environment, there is a possibility that the sensor will be subjected to a thermal history of, for example, from below freezing to over 40°C due to seasonal fluctuations. In such an environment, even if a material with a thermal expansion coefficient close to that of concrete or mortar is used as the material of the electrode part, it is difficult to reliably suppress a small gap between the electrode part and the dielectric part, even if the volume change due to the difference in the thermal expansion coefficient between the electrode part and the dielectric part is small, when considering the load due to repeated temperature fluctuations.

そのため、特許文献3記載の水分センサでは、モルタル素材の硬化収縮や電極とモルタルの材質相違による熱膨張差が起因となり、図17に示すように、電極部と誘電体部との間に微小な隙間が発生する。この隙間に水分が侵入することで、誘電体部の電気特性を正確に測定することが困難となり、その結果、コンクリート内部の正確な水分量を検知することができない場合があった。また、誘電体部がセラミックスで形成されている場合は、電極部との熱膨張差がモルタルよりも大きいため、微小隙間が顕著となる。 Therefore, in the moisture sensor described in Patent Document 3, due to the hardening shrinkage of the mortar material and the difference in thermal expansion due to the difference in material between the electrode and mortar, a tiny gap occurs between the electrode and dielectric part as shown in Figure 17. When moisture penetrates into this gap, it becomes difficult to accurately measure the electrical characteristics of the dielectric part, and as a result, there are cases where the exact amount of moisture inside the concrete cannot be detected. Furthermore, when the dielectric part is made of ceramics, the difference in thermal expansion with the electrode part is larger than that of mortar, so the tiny gap becomes more noticeable.

本願発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、誘電体を形成するセメント質硬化体の硬化収縮や実環境における温度変化による熱履歴を受けても、誘電体と電極との間に微小隙間が発生することを抑制でき、測定対象のセメント質硬化体を破壊することなく、長期間において、誘電体の電気特性を安定的に取得し、簡便かつ高精度で測定対象のセメント質硬化体の表面または内部の水分量をより正確に把握することが可能である水分センサおよび水分量検出方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and aims to provide a moisture sensor and moisture detection method that can suppress the occurrence of minute gaps between the dielectric and the electrodes even when subjected to thermal history due to hardening shrinkage of the cementitious hardened body that forms the dielectric or temperature changes in the real environment, stably acquire the electrical characteristics of the dielectric over a long period of time without destroying the cementitious hardened body to be measured, and can easily and accurately grasp the moisture content on the surface or inside the cementitious hardened body to be measured.

(1)上記目的を達成するために、本発明は、以下のような手段を講じた。すなわち、本発明の水分センサは、セメント質硬化体の水分量を検出する水分センサであって、柱状に形成された誘電体と、前記誘電体の表面または内部に設けられ、相互に対向するように設けられた一対以上の電極と、前記各電極に電気的に接続された通電部と、を備え、前記一対の電極のそれぞれは複数の孔を有し、前記孔を有する前記電極は、前記孔に充填された誘電体材料によって前記誘電体と密着していることを特徴としている。 (1) In order to achieve the above object, the present invention provides the following means: That is, the moisture sensor of the present invention is a moisture sensor for detecting the moisture content of a cementitious hardened body, and is characterized in that it comprises a dielectric body formed in a columnar shape, one or more pairs of electrodes provided on the surface or inside of the dielectric body and facing each other, and a current-carrying portion electrically connected to each of the electrodes, each of the pair of electrodes having a plurality of holes, and the electrodes having the holes are in close contact with the dielectric body by a dielectric material filled in the holes.

これにより、誘電体を形成するセメント質硬化体の硬化収縮や実環境における温度変化による熱履歴を受けても、誘電体と電極との間に微小隙間が発生することを抑制でき、測定対象となるセメント質硬化体を破壊することなく、長期間において、誘電体の電気特性を安定的に取得し、簡便かつ高精度で測定対象のセメント質硬化体の表面または内部の水分量をより正確に把握することが可能となる。また、水分センサを、測定対象のセメント質硬化体の任意の場所に設置することができるため、測定対象のセメント質硬化体の表面だけでなく、深部でも測定が可能となり、測定対象のセメント質硬化体全体の水分量の分布を把握することが可能となる。 This makes it possible to suppress the occurrence of minute gaps between the dielectric and the electrodes even when the dielectric is subjected to hardening shrinkage of the cementitious hardened body that forms the dielectric or to thermal history due to temperature changes in the actual environment, and makes it possible to stably obtain the electrical characteristics of the dielectric over a long period of time without destroying the cementitious hardened body to be measured, and to more accurately grasp the moisture content on the surface or inside the cementitious hardened body to be measured simply and with high precision. In addition, since the moisture sensor can be installed at any location on the cementitious hardened body to be measured, it becomes possible to measure not only the surface of the cementitious hardened body to be measured but also deep inside, making it possible to grasp the distribution of moisture throughout the cementitious hardened body to be measured.

(2)また、本発明の水分センサにおいて、前記複数の孔は、メッシュ形状であることを特徴としている。これにより、電極が誘電体の体積変化に追従し、誘電体と電極との間の微小隙間の発生を抑制することが可能となる。 (2) In addition, in the moisture sensor of the present invention, the holes are characterized by being mesh-shaped. This allows the electrode to follow the volumetric changes of the dielectric, making it possible to suppress the occurrence of minute gaps between the dielectric and the electrode.

(3)また、本発明の水分センサにおいて、前記メッシュ形状を構成するメッシュの目開きは、0.1~0.5mm、空間率は35~50%であることを特徴としている。これにより、電極としての機能を維持しながら、電極が誘電体の体積変化により追従しやすくなり、誘電体と電極との間に微小隙間が発生することを抑制することが可能となる。 (3) In addition, in the moisture sensor of the present invention, the mesh that constitutes the mesh shape has an opening size of 0.1 to 0.5 mm and a void ratio of 35 to 50%. This allows the electrode to more easily follow the volumetric changes of the dielectric while maintaining its function as an electrode, making it possible to prevent minute gaps from occurring between the dielectric and the electrode.

(4)また、本発明の水分センサにおいて、前記誘電体は、セメント質硬化体またはセラミックスであることを特徴としている。これにより、測定対象となるセメント質硬化体と同等の吸水性を有することになり、高精度で水分量を測定することが可能となる。 (4) In addition, in the moisture sensor of the present invention, the dielectric material is a cementitious hardened body or a ceramic. This allows the dielectric material to have the same water absorption as the cementitious hardened body to be measured, making it possible to measure the moisture content with high accuracy.

(5)また、本発明の水分量検出方法は、セメント質硬化体の表面または内部に設置され、前記セメント質硬化体の水分量を検出する水分量検出方法であって、上記(1)から(4)のいずれかに記載の水分センサを前記セメント質硬化体の表面または内部に設置し、前記水分センサに交流電界を印加し、前記水分センサの電気特性値の変化とセメント質硬化体の水分量との相関性に基づいて、前記セメント質硬化体の水分量を検出する方法であることを特徴としている。 (5) The moisture content detection method of the present invention is a moisture content detection method that is installed on the surface or inside of a cementitious hardened body and detects the moisture content of the cementitious hardened body, characterized in that the moisture sensor described in any one of (1) to (4) above is installed on the surface or inside of the cementitious hardened body, an AC electric field is applied to the moisture sensor, and the moisture content of the cementitious hardened body is detected based on the correlation between the change in the electrical characteristic value of the moisture sensor and the moisture content of the cementitious hardened body.

これにより、誘電体を形成するセメント質硬化体の硬化収縮や実環境における温度変化による熱履歴を受けても、誘電体と電極との間に微小隙間が発生することを抑制でき、測定対象となるセメント質硬化体を破壊することなく、長期間において、誘電体の電気特性を安定的に取得し、簡便かつ高精度で測定対象のセメント質硬化体の表面または内部の水分量をより正確に把握することが可能となる。また、水分センサを、測定対象のセメント質硬化体の任意の場所に設置することができるため、測定対象のセメント質硬化体の表面だけでなく、深部でも測定が可能となり、測定対象のセメント質硬化体全体の水分量の分布を把握することが可能となる。 This makes it possible to suppress the occurrence of minute gaps between the dielectric and the electrodes even when the dielectric is subjected to hardening shrinkage of the cementitious hardened body that forms the dielectric or to thermal history due to temperature changes in the actual environment, and makes it possible to stably obtain the electrical characteristics of the dielectric over a long period of time without destroying the cementitious hardened body to be measured, and to more accurately grasp the moisture content on the surface or inside the cementitious hardened body to be measured simply and with high precision. In addition, since the moisture sensor can be installed at any location on the cementitious hardened body to be measured, it becomes possible to measure not only the surface of the cementitious hardened body to be measured but also deep inside, making it possible to grasp the distribution of moisture throughout the cementitious hardened body to be measured.

本発明によれば、測定対象となるセメント質硬化体を破壊することなく、測定対象のセメント質硬化体全体の水分量の分布を、簡便かつ正確に把握することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to easily and accurately grasp the distribution of moisture throughout the hardened cementitious body to be measured without destroying the hardened cementitious body to be measured.

本実施形態に係る水分センサの概略構成を示す図である。1 is a diagram showing a schematic configuration of a moisture sensor according to an embodiment of the present invention; 本実施形態に係る水分センサの誘電体および電極の正面図および側面図である。2A and 2B are front and side views of a dielectric and electrodes of the moisture sensor according to the embodiment. 誘電体内への水分の浸透の様子を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the permeation of moisture into a dielectric. 水分センサの製造方法の工程を示す図である。1A to 1C are diagrams illustrating steps in a method for manufacturing a moisture sensor. 実施例1~4、比較例1~3で使用する水分センサの概略構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a moisture sensor used in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3. 実施例1で用いた外側電極の写真である。3 is a photograph of the outer electrode used in Example 1. 実施例1~3の電極として用いた金属製(材質SUS304)メッシュの写真である。1 is a photograph of a metal mesh (material: SUS304) used as an electrode in Examples 1 to 3. 従来の水分センサの概略構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional moisture sensor. 実施例1の電極を用いた水分センサの周波数100Hz、1kHz、100kHzにおける含水率と静電容量の関係を示すグラフである。1 is a graph showing the relationship between moisture content and capacitance at frequencies of 100 Hz, 1 kHz, and 100 kHz for a moisture sensor using the electrode of Example 1. 実施例2の電極を用いた水分センサの周波数100Hz、1kHz、100kHzにおける含水率と静電容量の関係を示すグラフである。13 is a graph showing the relationship between the moisture content and the capacitance at frequencies of 100 Hz, 1 kHz, and 100 kHz for a moisture sensor using the electrode of Example 2. 実施例3の電極を用いた水分センサの周波数100Hz、1kHz、100kHzにおける含水率と静電容量の関係を示すグラフである。13 is a graph showing the relationship between moisture content and capacitance at frequencies of 100 Hz, 1 kHz, and 100 kHz for a moisture sensor using the electrode of Example 3. 実施例4の電極を用いた水分センサの周波数100Hz、1kHz、100kHzにおける含水率と静電容量の関係を示すグラフである。13 is a graph showing the relationship between moisture content and capacitance at frequencies of 100 Hz, 1 kHz, and 100 kHz for a moisture sensor using the electrode of Example 4. 比較例2の電極を用いた水分センサの周波数100Hz、1kHz、100kHzにおける含水率と静電容量の関係を示すグラフである。13 is a graph showing the relationship between moisture content and capacitance at frequencies of 100 Hz, 1 kHz, and 100 kHz for a moisture sensor using the electrode of Comparative Example 2. 比較例3の電極を用いた水分センサの周波数100Hz、1kHz、100kHzにおける含水率と静電容量の関係を示すグラフである。13 is a graph showing the relationship between moisture content and capacitance at frequencies of 100 Hz, 1 kHz, and 100 kHz for a moisture sensor using the electrode of Comparative Example 3. 比較例4の従来の電極を用いた水分センサの周波数100Hz、1kHz、100kHzにおける含水率と静電容量の関係を示すグラフである。13 is a graph showing the relationship between moisture content and capacitance at frequencies of 100 Hz, 1 kHz, and 100 kHz for a moisture sensor using a conventional electrode of Comparative Example 4. 実施例3の水分センサの断面(外側電極と誘電体の一部)を示す写真である。13 is a photograph showing a cross section (part of the outer electrode and dielectric) of the moisture sensor of Example 3. 従来の水分センサの誘電体と電極間の状態を示す写真である。1 is a photograph showing the state between a dielectric and an electrode of a conventional moisture sensor. 従来の水分センサによる水分量測定の概要を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an outline of moisture amount measurement using a conventional moisture sensor.

本発明者らは、測定対象のセメント質硬化体の表面または内部に設置した水分センサが、セメント質硬化体の硬化収縮や実環境における温度変化による熱履歴を受けることにより、誘電体と電極との間に微小隙間が発生し、正確な含水量が測定できないことに着目し、電極に孔を設けることで、誘電体と電極との間に微小隙間が発生することを抑制でき、測定対象となるセメント質硬化体を破壊することなく、長期間において、誘電体の電気特性を安定的に取得し、簡便かつ高精度で測定対象のセメント質硬化体の表面または内部の水分量をより正確に把握することができることを見出し、本発明をするに至った。 The inventors have noticed that when a moisture sensor is installed on the surface or inside of a cementitious hardened body to be measured, it is subjected to thermal history due to the hardening shrinkage of the cementitious hardened body or temperature changes in the actual environment, which causes a minute gap to form between the dielectric and the electrode, making it impossible to accurately measure the moisture content. They have discovered that by providing a hole in the electrode, it is possible to prevent the formation of a minute gap between the dielectric and the electrode, and to stably obtain the electrical characteristics of the dielectric over a long period of time without destroying the cementitious hardened body to be measured, thereby making it possible to more accurately grasp the moisture content on the surface or inside of the cementitious hardened body to be measured simply and with high accuracy, and have thus come up with the present invention.

本実施形態について、図面を参照しながら説明する。セメント質硬化体とは、少なくともセメントを含む硬化体であり、セメントペースト、モルタル、およびコンクリートを含む概念である。 This embodiment will be described with reference to the drawings. A cementitious hardened body is a hardened body that contains at least cement, and is a concept that includes cement paste, mortar, and concrete.

[水分センサの構成]
図1は、本実施形態に係る水分センサ100の概略構成を示す図である。図2(a)、(b)は、本実施形態に係る水分センサ100の誘電体3および電極5(5a、5b)の正面図および側面図である。水分センサ100は、柱状に形成された誘電体3と、誘電体3の表面または内部に設けられ、対向するように設けられた一対以上の電極5(5a、5b)と、各電極5(5a、5b)に接続され通電部を構成するリード線7と、を備え、誘電体の含水率に応じて変化する静電容量、インピーダンス、誘電正接等の電気特性値を検出する。リード線7は、半田で電極5(5a、5b)に接着されている。リード線7を計測器9に接続し、交流電界を印加することにより、誘電体3の電気特性値を検出する。
[Moisture sensor configuration]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a moisture sensor 100 according to this embodiment. FIGS. 2(a) and 2(b) are a front view and a side view of a dielectric 3 and electrodes 5 (5a, 5b) of the moisture sensor 100 according to this embodiment. The moisture sensor 100 includes a dielectric 3 formed in a columnar shape, a pair or more of electrodes 5 (5a, 5b) provided on the surface or inside of the dielectric 3 so as to face each other, and a lead wire 7 connected to each electrode 5 (5a, 5b) constituting a current-carrying part, and detects electrical characteristic values such as capacitance, impedance, and dielectric loss tangent that change according to the moisture content of the dielectric. The lead wire 7 is bonded to the electrodes 5 (5a, 5b) by solder. The lead wire 7 is connected to a measuring instrument 9, and an AC electric field is applied to detect the electrical characteristic values of the dielectric 3.

誘電体3は、円柱体である。本実施形態では、一例として、円柱体の形状を用いて説明するが、これに限定されない。例えば、直方体、多角形を底面とする角柱体であってもよいし、中空を有するリング状の中空円柱(環形円柱)体であってもよい。 The dielectric 3 is a cylinder. In this embodiment, a cylinder shape is used as an example, but is not limited to this. For example, it may be a rectangular prism with a polygonal base, or a ring-shaped hollow cylinder (annular cylinder) with a hollow center.

誘電体3の直径は、電極5を包含できればよく、15mm以上110mm以下が好ましい。また、誘電体3の厚さは、3mm以上50mm以下が好ましい。誘電体3の厚さが、3mmより短いと、強度が弱く破損する可能性があり、50mmより長いと、水の浸透に時間が掛かり、応答性が低下する可能性がある。 The diameter of the dielectric 3 should be sufficient to contain the electrode 5, and is preferably 15 mm or more and 110 mm or less. The thickness of the dielectric 3 is preferably 3 mm or more and 50 mm or less. If the thickness of the dielectric 3 is less than 3 mm, it may be weak and may be damaged, and if it is more than 50 mm, it may take a long time for water to penetrate, which may reduce responsiveness.

電極5は中空円柱である。電極5の直径は、誘電体3の直径よりも小さければよいが、誘電体3の直径よりも10mm以上小さい方が好ましい。電極5の高さは誘電体3の厚さと同じでもよいが、2mm以上小さい方が好ましい。これは、電極5が誘電体から露出することを回避するためである。 The electrode 5 is a hollow cylinder. The diameter of the electrode 5 may be smaller than the diameter of the dielectric 3, but is preferably at least 10 mm smaller than the diameter of the dielectric 3. The height of the electrode 5 may be the same as the thickness of the dielectric 3, but is preferably at least 2 mm smaller. This is to prevent the electrode 5 from being exposed from the dielectric.

誘電体3に用いる材料は、含水するものであればよく、測定対象となるセメント質硬化体と同等の吸水性を有する材料を用いることが好ましい。例えば、測定対象と同様にセメントペースト、モルタル、コンクリート等のセメント質硬化体や、セラミックス等を用いるのが好ましい。また、一部樹脂を含浸したセメント質硬化体を用いても良い。 The material used for the dielectric 3 may be any material that contains water, and it is preferable to use a material that has the same water absorption as the cementitious hardened body to be measured. For example, it is preferable to use a cementitious hardened body such as cement paste, mortar, or concrete, or ceramics, as is the case with the measurement object. It is also possible to use a cementitious hardened body partially impregnated with resin.

また、セメント質硬化体のセメント種は、普通ポルトランドセメント、早強セメントなど、何でも良いが、水和反応の観点から、早強セメントを用いることが好ましい。セメント質硬化体の材齢は、水和反応がほぼ完了する28日以上が好ましい。 The cement type of the cementitious hardened body may be any type, such as ordinary Portland cement or early-strength cement, but from the viewpoint of the hydration reaction, it is preferable to use an early-strength cement. The age of the cementitious hardened body is preferably 28 days or more, at which time the hydration reaction is almost complete.

誘電体3に、モルタルを用いた場合は、測定対象となるセメント質硬化体と同等の吸水性を有する配合が好ましく、具体的には、水/セメント比(W/C)は15~70%、セメントと細骨材の比率は、セメント1に対し、細骨材2~3が好ましい。水/セメント比が15%より小さい場合は、モルタル内の気孔量が小さくなり過ぎること、70%より大きい場合は、吸水量が増大することから、水分量がセメント質硬化体と近似しなくなるため、好ましくない。細骨材の比率が、セメント比2より小さい場合は、モルタル内の気孔量が小さくなり過ぎること、セメント比3より大きい場合は、細骨材の吸水の影響を受けやすくなることから、水分量がセメント質硬化体と近似しなくなるため、好ましくない。また、細骨材は、細骨材の吸水の影響を受けやすくなるため、細骨材の物性が、吸水率3.0%以下、比表面積400cm/g以下が好ましい。細骨材としては、例えば、緻密な人口砂が良い。 When mortar is used for the dielectric 3, it is preferable to use a mixture having the same water absorption as the cementitious hardened body to be measured. Specifically, the water/cement ratio (W/C) is 15-70%, and the ratio of cement to fine aggregate is preferably 1 cement to 2-3 fine aggregate. If the water/cement ratio is less than 15%, the amount of pores in the mortar becomes too small, and if it is more than 70%, the amount of water absorption increases, so the amount of water does not approximate that of the cementitious hardened body, which is not preferable. If the ratio of fine aggregate is less than the cement ratio of 2, the amount of pores in the mortar becomes too small, and if it is more than 3, it is susceptible to the influence of the water absorption of the fine aggregate, so the amount of water does not approximate that of the cementitious hardened body, which is not preferable. In addition, since the fine aggregate is susceptible to the influence of the water absorption of the fine aggregate, the physical properties of the fine aggregate are preferably a water absorption rate of 3.0% or less and a specific surface area of 400 cm 2 /g or less. For example, dense artificial sand is good as the fine aggregate.

誘電体3に、コンクリートを用いた場合は、測定対象となるコンクリート構造物と同等の吸水性を有する配合が好ましい。 When concrete is used as the dielectric 3, it is preferable to use a composition that has the same water absorption as the concrete structure to be measured.

誘電体3にセメント質硬化体やセラミックスを使用することにより、測定対象のセメント質硬化体との密着性を高めることができ、測定対象のセメント質硬化体の強度や耐久性に影響を与えにくい。 By using a cementitious hardened body or ceramics for the dielectric 3, it is possible to increase adhesion to the cementitious hardened body being measured, and it is less likely to affect the strength and durability of the cementitious hardened body being measured.

このように、誘電体3のセメント質硬化体の配合を制御することで、水分センサ100と測定対象となるセメント質硬化体内部の水分量との整合性を高めることができる。つまり、誘電体3に用いるセメント質硬化体の吸水率を、測定対象となるセメント質硬化体と同等とすることで、測定対象となるセメント質硬化体の水分量を適切に把握できる。 In this way, by controlling the composition of the cementitious hardened body in the dielectric 3, it is possible to improve the consistency between the moisture sensor 100 and the moisture content inside the cementitious hardened body to be measured. In other words, by making the water absorption rate of the cementitious hardened body used in the dielectric 3 equivalent to that of the cementitious hardened body to be measured, it is possible to properly grasp the moisture content of the cementitious hardened body to be measured.

一対の電極5(5a、5b)は、円柱体に形成された誘電体3の内部に、中心軸が同一、かつ対向するように設けられ、同心円筒電極を形成している。ここで、誘電体3の内部の外周側に設けられた電極を外側電極5a、誘電体3の内部の内周側に設けられた電極を内側電極5bと表現する。外側電極5aと内側電極5bの距離、すなわち電極間距離は、3mm以上50mm以下が好ましい。電極間距離が3mmより短いと、短絡する可能性があり、50mmより長いと、含水のむらが測定精度に影響を与える可能性がある。 The pair of electrodes 5 (5a, 5b) are provided inside the dielectric 3 formed into a cylindrical body so that their central axes are the same and face each other, forming concentric cylindrical electrodes. Here, the electrode provided on the outer periphery of the inside of the dielectric 3 is referred to as the outer electrode 5a, and the electrode provided on the inner periphery of the inside of the dielectric 3 is referred to as the inner electrode 5b. The distance between the outer electrode 5a and the inner electrode 5b, i.e., the interelectrode distance, is preferably 3 mm or more and 50 mm or less. If the interelectrode distance is shorter than 3 mm, there is a possibility of a short circuit, and if it is longer than 50 mm, there is a possibility that uneven water content will affect the measurement accuracy.

電極5は、複数の孔を有している。本実施形態では、複数の孔がメッシュ(織網)構造により形成されているが、複数の孔を有していればよく、これに限定されない。例えば、パンチングにより形成された孔であってもよい。また、メッシュ(織網)構造は、平織、綾織、平畳織、文畳織等あるが、いずれの織り方であってもよい。 The electrode 5 has a plurality of holes. In this embodiment, the plurality of holes is formed by a mesh (woven net) structure, but it is not limited to this as long as there are a plurality of holes. For example, the holes may be formed by punching. In addition, the mesh (woven net) structure may be a plain weave, a twill weave, a plain tatami weave, a patterned tatami weave, etc., and any weaving method may be used.

内側電極5bは、緻密な電極として形成され、誘電体3の内部に設けられてもよい。熱膨張差により圧縮応力が負荷されるため、内側電極5bが緻密な電極であっても、誘電体と電極との間の微小隙間は発生する可能性は低い。ここで、緻密とは表面に孔が形成されていない形状をいう。また、誘電体3が中空円柱体の場合は、内側電極5bは、誘電体3の内側面表面に密着するように設けられてもよい。 The inner electrode 5b may be formed as a dense electrode and provided inside the dielectric 3. Since compressive stress is applied due to the difference in thermal expansion, even if the inner electrode 5b is a dense electrode, there is a low possibility of a minute gap occurring between the dielectric and the electrode. Here, dense refers to a shape in which no holes are formed on the surface. In addition, when the dielectric 3 is a hollow cylinder, the inner electrode 5b may be provided so as to be in close contact with the inner surface of the dielectric 3.

メッシュ状に形成された金属は、バルク状に形成された金属よりも剛性が低く、誘電体の硬化収縮による微小な体積変化に追従が可能である。また、メッシュ状の電極を誘電体内部に設けることで、電極の面が誘電体材料に密着するとともに、電極の孔の空隙となる領域を形成する内周面と当該孔に充填された誘電体材料とが密着される。これにより、電極と誘電体とが完全に一体化される。したがって、誘電体と電極との間に微小隙間が発生することを抑制することができる。 Metal formed in a mesh shape has a lower rigidity than metal formed in a bulk shape, and can follow minute volume changes caused by hardening and shrinking of the dielectric. Furthermore, by providing a mesh-shaped electrode inside the dielectric, the surface of the electrode adheres closely to the dielectric material, and the inner surface that forms the area that becomes the void of the electrode hole adheres closely to the dielectric material filled in the hole. This allows the electrode and the dielectric to be completely integrated. Therefore, it is possible to prevent minute gaps from occurring between the dielectric and the electrode.

また、誘電体3の形状が直方体、多角形を底面とする中空を有しない柱体である角柱や円柱の場合、上面、底面に平行平板電極を形成してもよい。平行平板電極の場合、対抗する一対の電極は同一の形状、大きさであることが好ましい。また、測定精度の観点から、電極間の距離は、一定が好ましい。 In addition, when the shape of the dielectric 3 is a rectangular parallelepiped or a cylindrical column with no hollow space and a polygonal base, parallel plate electrodes may be formed on the top and bottom surfaces. In the case of parallel plate electrodes, it is preferable that the pair of opposing electrodes have the same shape and size. Also, from the viewpoint of measurement accuracy, it is preferable that the distance between the electrodes is constant.

図3(a)、(b)は、誘電体内への水分の浸透の様子を示す図である。図3(b)に示すように、平行平板状の電極の場合は、側面が解放されるため、水分の浸透が不均一となる場合がある。一方、図3(a)に示すように、誘電体の形状を中空円柱体とし、曲面に電極を形成した構造では、誘電体側面が閉塞されており、誘電体内へ浸透する水分の均一性が担保されるため、最も好ましい。なお、水分センサの誘電体の露出部の一部の面が樹脂などで被覆されていても良い。 Figures 3(a) and (b) are diagrams showing the permeation of moisture into a dielectric. As shown in Figure 3(b), in the case of parallel plate electrodes, the sides are open, which may result in uneven permeation of moisture. On the other hand, as shown in Figure 3(a), in a structure in which the dielectric is shaped as a hollow cylinder and electrodes are formed on the curved surfaces, the sides of the dielectric are closed, which is the most preferable, as it ensures uniformity of moisture permeating into the dielectric. Note that some surfaces of the exposed part of the dielectric of the moisture sensor may be covered with resin or the like.

当該水分センサは、セメント質硬化体の内部に埋設して使用するため、電極5は、腐食性の材料で形成されていることが好ましい。さらに、誘電体の硬化収縮や実環境における熱履歴による微小な体積変化に対する電極5の追従性をより高めるため、柔軟性を有する材料であって、コンクリートやモルタルと熱膨張率が近い材料で形成されることが好ましい。例えば、金または白金、パラジウム等に代表される貴金属をはじめ、SUS304、SUS316、SUS430等のステンレス鋼材が好ましい。 Since the moisture sensor is used by embedding it inside the cementitious hardened body, the electrode 5 is preferably made of a corrosive material. Furthermore, in order to improve the ability of the electrode 5 to follow minute volume changes caused by the hardening shrinkage of the dielectric and thermal history in the actual environment, it is preferable that the electrode 5 be made of a flexible material with a thermal expansion coefficient close to that of concrete or mortar. For example, precious metals such as gold, platinum, and palladium, as well as stainless steel materials such as SUS304, SUS316, and SUS430 are preferred.

電極5に設ける孔のサイズは、孔が大きすぎると、電極面積が十分でないため、電気的特定が正確に測定できず、好ましくない。また、孔が小さすぎると、孔に誘電体を形成する材料が侵入できず、一体化や密着力が低下するため、好ましくない。そのため、電極5に設ける孔のサイズは、電極として機能させる観点からメッシュ40(#40)以上が好ましい。また、誘電体との一体化の観点からメッシュ100(#100)以下が好ましい。ここで、メッシュとは、25.5mm(1inch)間にある線または網目の数であり、目開きとは、線径とメッシュとの組み合わせを示す指標である。ステンレス製のメッシュであれば、線径0.1~0.25mm、目開き0.1~0.5mmを満たすサイズが好ましい。 If the holes in the electrode 5 are too large, the electrode area is insufficient, and the electrical characteristics cannot be measured accurately, which is not preferable. If the holes are too small, the material forming the dielectric cannot enter the holes, and integration and adhesion are reduced, which is not preferable. Therefore, the size of the holes in the electrode 5 is preferably mesh 40 (#40) or more from the viewpoint of functioning as an electrode. Also, mesh 100 (#100) or less is preferable from the viewpoint of integration with the dielectric. Here, mesh refers to the number of lines or meshes per 25.5 mm (1 inch), and mesh size is an index that indicates the combination of line diameter and mesh. For stainless steel mesh, a size that satisfies a line diameter of 0.1 to 0.25 mm and a mesh size of 0.1 to 0.5 mm is preferable.

[水分センサの製造方法]
図4は、水分センサの製造方法の工程を示す図である。まず、メッシュ形状の金属で外側電極と内側電極となる円筒リングを作製する(S1)。内側電極は、緻密形状としてもよい。また、同心円筒電極ではなく、平行平板電極の場合は、いずれの電極もメッシュ形状の金属で作製することが好ましい。
[Manufacturing method of moisture sensor]
4 is a diagram showing steps in a method for manufacturing a moisture sensor. First, cylindrical rings that will become the outer and inner electrodes are made of mesh-shaped metal (S1). The inner electrode may be dense. In addition, in the case of parallel plate electrodes rather than concentric cylindrical electrodes, it is preferable to make both electrodes from mesh-shaped metal.

次に、2つの電極(外側電極および内側電極)にリード線を半田で接着(S2)する。次に、誘電体を作製する(S3)。誘電体の型枠に、(S2)で作製したリード線が接着された2つの電極(外側電極および内側電極)を、同心円上に配置する。その後、型枠にセメントペースト、モルタル、コンクリートなどの誘電体を形成する材料を流し込み、硬化させる。例えば、誘電体の材料として、モルタルを用いる場合、型枠に流し込むモルタルは、セメント:細骨材=1:3とし、セメントは普通ポルトランドセメント、細骨材は比表面積300cm/gの人工砂を用いた。W/Cは、55%とし、材齢期間は、28日間が好ましい。誘電体に用いる材料は、前述したとおり、モルタルに限定されない。モルタル以外のセメント質硬化体(セメントペースト、コンクリート)や、セラミックス等を用いてもよい。型枠から、硬化した誘電体を脱型し、水分センサを作製する。 Next, lead wires are attached to the two electrodes (outer electrode and inner electrode) by soldering (S2). Next, a dielectric is fabricated (S3). The two electrodes (outer electrode and inner electrode) to which the lead wires fabricated in (S2) are attached are arranged concentrically on a formwork for the dielectric. Then, a material for forming the dielectric, such as cement paste, mortar, or concrete, is poured into the formwork and hardened. For example, when mortar is used as the material for the dielectric, the mortar poured into the formwork has a cement:fine aggregate ratio of 1:3, and the cement is ordinary Portland cement, and the fine aggregate is artificial sand with a specific surface area of 300 cm 2 /g. The W/C is 55%, and the material age is preferably 28 days. As described above, the material used for the dielectric is not limited to mortar. Cementitious hardened bodies other than mortar (cement paste, concrete), ceramics, etc. may also be used. The hardened dielectric is removed from the formwork, and a moisture sensor is fabricated.

[水分センサの設置方法]
水分センサを測定対象となるセメント質硬化体の表面または内部に設置する。設置する際に、電極に接続されたリード線は、測定対象となるセメント質硬化体の側面から外部へ出しておく。リード線をLCRメーター等の測定器に接続する。また、水分センサは、測定対象となるセメント質硬化体の表面にボルトで固定するなどして、設置しても良い。
[How to install the moisture sensor]
The moisture sensor is installed on the surface or inside of the cementitious hardened body to be measured. When installing, the lead wire connected to the electrode is extended to the outside from the side of the cementitious hardened body to be measured. The lead wire is connected to a measuring device such as an LCR meter. The moisture sensor may also be installed by fixing it with a bolt to the surface of the cementitious hardened body to be measured.

[水分量の算出]
本実施形態に係る水分センサは、交流電圧下、周波数一定下において、誘電体の静電容量(C)と水分量との相関性から、測定対象となるセメント質硬化体の水分量を検出する。なお、比誘電率(ε)、インピーダンス(Z)、誘電正接(tanδ)と水分量との相関性から、測定対象となるセメント質硬化体の水分量を検出することも可能である。
[Calculation of moisture content]
The moisture sensor according to this embodiment detects the moisture content of the cementitious hardened body to be measured from the correlation between the capacitance (C) of the dielectric and the moisture content under an AC voltage and a constant frequency. It is also possible to detect the moisture content of the cementitious hardened body to be measured from the correlation between the relative dielectric constant ( εr ), impedance (Z), dielectric tangent (tanδ), and the moisture content.

また、10Hz~100MHzの周波数領域において、誘電体の静電容量(C)を測定し、周波数(対数)に対する各測定値(対数)の傾きとの相関から、測定対象となるセメント質硬化体の水分量を検出する。同様に、比誘電率(ε)についても、周波数(対数)に対する各測定値(対数)の傾きとの相関から、測定対象となるセメント質硬化体の水分量を検出することもできる。 In addition, the capacitance (C) of the dielectric is measured in the frequency range of 10 Hz to 100 MHz, and the moisture content of the cementitious hardened body to be measured is detected from the correlation between the slope of each measured value (logarithm) versus frequency ( logarithm ). Similarly, the moisture content of the cementitious hardened body to be measured can also be detected from the correlation between the slope of each measured value (logarithm) versus frequency (logarithm) for the relative dielectric constant (εr).

後者の検出方法については、広範な周波数に対する測定データから傾きを導くため、周波数一定下で測定するよりも、測定精度が高まる。 The latter detection method derives the slope from measurement data over a wide range of frequencies, which provides greater measurement accuracy than measurements at a constant frequency.

[実施例]
[1]水分センサの作製
実際に、水分センサを作製し、コンクリート試験体内部の水分量の測定を行った。図5は、実施例1~4、比較例1~3で使用する水分センサの概略構成を示す図である。
[Example]
[1] Preparation of Moisture Sensor A moisture sensor was actually prepared and the moisture content inside a concrete test piece was measured. Fig. 5 is a diagram showing the schematic configuration of the moisture sensor used in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3.

(1)電極の準備
実施例1~4、比較例1~3において、外側電極は直径28mm、厚さ10mm、内側電極は直径10mm、厚さ10mm、の電極を準備した。図6は、実施例1で用いた外側電極の写真である。図7(a)~(c)は、実施例1~3の電極として用いた金属製(材質SUS304)メッシュの写真である。各実施例、比較例で準備した電極は、外側電極および内側電極は、いずれも図6に示すように、材質SUS304で作製されたメッシュ形状の円筒リングの電極(以下、メッシュ電極という)を用いた。
(1) Preparation of electrodes In Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3, an outer electrode having a diameter of 28 mm and a thickness of 10 mm was prepared, and an inner electrode having a diameter of 10 mm and a thickness of 10 mm was prepared. Fig. 6 is a photograph of the outer electrode used in Example 1. Figs. 7(a) to 7(c) are photographs of metal (SUS304 material) meshes used as electrodes in Examples 1 to 3. As shown in Fig. 6, the outer and inner electrodes prepared in each Example and Comparative Example were cylindrical ring-shaped electrodes (hereinafter referred to as mesh electrodes) made of SUS304 material.

表1は、各実施例、比較例で用いたメッシュ電極のメッシュ、線径、目開き、空間率をまとめた表である。 Table 1 summarizes the mesh, wire diameter, mesh size, and void ratio of the mesh electrodes used in each example and comparative example.

(2)誘電体の準備
(1)で準備した外側電極および内側電極にリード線を半田で接着し、図5に示すように、外径38mm、厚さ10mmの型枠に、2つの電極を同心円上に配置する。その後、型枠にモルタルを流し込み、硬化させた。型枠に流し込んだモルタルは、セメント:細骨材=1:3とし、セメントは普通ポルトランドセメント、細骨材は比表面積300cm/gの人工砂を用いた。W/Cは、55%とし、材齢期間は、28日間とした。
(2) Preparation of dielectric Lead wires were soldered to the outer and inner electrodes prepared in (1), and the two electrodes were arranged concentrically in a formwork with an outer diameter of 38 mm and a thickness of 10 mm, as shown in Fig. 5. Mortar was then poured into the formwork and allowed to harden. The mortar poured into the formwork had a cement:fine aggregate ratio of 1:3, with ordinary Portland cement as the cement and artificial sand with a specific surface area of 300 cm2 /g as the fine aggregate. The W/C ratio was 55%, and the material age was 28 days.

(3)仕上げ
モルタル硬化後、型枠から脱型し、水分センサを作製した。
(3) Finishing After the mortar hardened, it was removed from the formwork and a moisture sensor was prepared.

(4)従来の水分センサの作製
図8は、従来の水分センサの概略構成を示す図である。比較例4として、電極は孔を有さない金属板で形成された従来の水分センサを作製した。比較例4の水分センサは、材質SUS304、厚さ2.0mm、幅10mmの金属板を用いて、外径32mmのリング形状の外側電極15aと、同じ材質(材質SUS304)で、厚さ1.0mm、幅10mmの外径8.2mmのリング形状の内側電極15bを作製し、内側電極15bを外側電極15aの中央に配置した。次に、2つの電極15(15a、15b)間に形成された空間に、モルタルを充填し、誘電体13を形成した。充填したモルタルは、実施例1~4、比較例1~3で用いたモルタルと同様であり、モルタル硬化後、2つの電極に、リード線を半田で接着した。
(4) Fabrication of a conventional moisture sensor FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional moisture sensor. As Comparative Example 4, a conventional moisture sensor was fabricated in which the electrodes were formed of a metal plate without holes. In the moisture sensor of Comparative Example 4, a ring-shaped outer electrode 15a with an outer diameter of 32 mm and an inner electrode 15b with an outer diameter of 8.2 mm, a thickness of 1.0 mm, a width of 10 mm, and an outer diameter of 8.2 mm were fabricated using a metal plate made of SUS304, a material of SUS304, and a thickness of 2.0 mm. The inner electrode 15b was placed at the center of the outer electrode 15a. Next, mortar was filled in the space formed between the two electrodes 15 (15a, 15b) to form a dielectric 13. The filled mortar was the same as the mortar used in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3, and after the mortar hardened, lead wires were attached to the two electrodes by soldering.

[2]水分センサの含水率と電気特性値の相関性
次に、水分センサの含水率と電気特性値の相関性について説明する。以下の条件のもと、水分センサの含水率と電気的特性との相関データを採取した。
[2] Correlation between the moisture content and electrical characteristics of the moisture sensor Next, the correlation between the moisture content and electrical characteristics of the moisture sensor will be described. Correlation data between the moisture content and electrical characteristics of the moisture sensor was collected under the following conditions.

(i)水分センサを絶乾状態とし、絶乾状態となった水分センサの総重量から電極およびリード線の重量を差し引いた重量を初期重量(W0)とした。次に、水分センサを真空環境下で浸水し、誘電体内部を飽和含水状態とした。そして、温度20℃、湿度60%の環境下で24時間放置し、含水量1(W1)を測定した。さらに、同一環境下で12時間放置し、含水量2(W2)を測定し、W1=W2であることを確認し、平衡状態であることを確認した。 (i) The moisture sensor was dried, and the weight obtained by subtracting the weight of the electrodes and lead wires from the total weight of the moisture sensor in the dried state was determined as the initial weight (W0). Next, the moisture sensor was immersed in water in a vacuum environment, and the inside of the dielectric was saturated with water. It was then left for 24 hours in an environment with a temperature of 20°C and a humidity of 60%, and moisture content 1 (W1) was measured. It was then left for 12 hours in the same environment, and moisture content 2 (W2) was measured, and it was confirmed that W1 = W2, confirming that an equilibrium state had been reached.

(ii)次に、含有量2(W2)/初期重量(W0)×100により、誘電体内の含水率(A60)を算出した。この水分センサについて、リード線に接続された計測器(LCRメーター)を用いて、周波数100Hz、1kHz、100kHzにおいて、水分センサの静電容量(C)を測定した。 (ii) Next, the moisture content (A60) in the dielectric was calculated by content 2 (W2) / initial weight (W0) × 100. The capacitance (C) of this moisture sensor was measured at frequencies of 100 Hz, 1 kHz, and 100 kHz using a measuring instrument (LCR meter) connected to the lead wires.

湿度60%と同様に、温度一定(20℃)で湿度20%の環境においても、(i)および(ii)の作業を繰り返し行った。この結果、絶乾状態(A0)、湿度20%環境下(A20)、湿度60%環境下(A60)、および飽和含水状態(A100)における水分センサの含水率は、それぞれ、およそ0%、2.0wt%、4.0wt%、6.0wt%であった。 As in the case of 60% humidity, steps (i) and (ii) were repeated in an environment with a constant temperature (20°C) and humidity of 20%. As a result, the moisture content of the moisture sensor in a bone dry state (A0), a 20% humidity environment (A20), a 60% humidity environment (A60), and a saturated moisture state (A100) were approximately 0%, 2.0 wt%, 4.0 wt%, and 6.0 wt%, respectively.

次に、水分センサのそれぞれの含水率において、周波数100Hz、1kHz、100kHzの静電容量を測定した。図9~図15は、それぞれ実施例1~4、比較例2~4の電極を用いた水分センサの周波数100Hz、1kHz、100kHzにおける含水率と静電容量の関係を示すグラフである。図9~図15に示すように、実施例1~4、比較例2~4では、水分センサの含水率と静電容量は、比例関係を有しており、正確な含水量が測定できていることがわかった。また、比較例1(メッシュ30)は、静電容量を測定できなかった。これは、メッシュ電極の目開きが大きすぎて、電極として機能しなかったためと考えられる。 Next, the capacitance of the moisture sensor was measured at frequencies of 100 Hz, 1 kHz, and 100 kHz for each moisture content. Figures 9 to 15 are graphs showing the relationship between moisture content and capacitance at frequencies of 100 Hz, 1 kHz, and 100 kHz for moisture sensors using electrodes of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 2 to 4, respectively. As shown in Figures 9 to 15, in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 2 to 4, the moisture content and capacitance of the moisture sensor are proportional, indicating that accurate moisture content can be measured. Furthermore, the capacitance could not be measured for Comparative Example 1 (mesh 30). This is thought to be because the mesh openings in the mesh electrode were too large and it did not function as an electrode.

[3]誘電体と外側電極との一体性について
次に、各水分センサを恒湿恒温槽内に静置し、昇降温速度10℃/hrにて、-5~50℃の温度範囲で、昇降温を100回繰り返した。その後、各水分センサの電極界面を光学顕微鏡にて観察した。図16は、実施例3の水分センサの断面(外側電極と誘電体の一部)を示す写真である。図16に示すように、熱履歴を付与した後であっても、誘電体と外側電極との間に微小隙間は生じず、誘電体と外側電極とが密着していることが確認できた。なお、実施例1、2、4、および比較例1についても、実施例3と同様、熱履歴を付与した後であっても、誘電体と外側電極との間に微小隙間は生じず、誘電体と外側極とが密着していることが確認できた。
[3] Integrity of the dielectric and the outer electrode Next, each moisture sensor was placed in a constant temperature and humidity bath, and the temperature was raised and lowered 100 times at a rate of 10°C/hr in the temperature range of -5 to 50°C. The electrode interface of each moisture sensor was then observed with an optical microscope. FIG. 16 is a photograph showing a cross section (part of the outer electrode and the dielectric) of the moisture sensor of Example 3. As shown in FIG. 16, even after the thermal history was applied, no minute gap was generated between the dielectric and the outer electrode, and it was confirmed that the dielectric and the outer electrode were in close contact. In addition, in Examples 1, 2, 4, and Comparative Example 1, as in Example 3, even after the thermal history was applied, no minute gap was generated between the dielectric and the outer electrode, and it was confirmed that the dielectric and the outer electrode were in close contact.

実施例1~4および比較例1の水分センサは、熱履歴を付与しても、誘電体と電極間は完全に一体化しているのに対し、比較例2~4の水分センサは、微小隙間が認められた。つまり、比較例2、3の水分センサのように、外側電極に孔を有していたとしても、目開きが小さすぎると、孔に誘電体を形成する材料が侵入できず、一体化や密着力が低下するため、熱履歴の結果、微小隙間が生じてしまうことがわかった。 In the moisture sensors of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1, even after a thermal history was applied, the dielectric and the electrode were completely integrated, whereas in the moisture sensors of Comparative Examples 2 to 4, minute gaps were observed. In other words, even if the outer electrode has holes, as in the moisture sensors of Comparative Examples 2 and 3, if the openings are too small, the material that forms the dielectric cannot penetrate into the holes, and integration and adhesion are reduced, resulting in minute gaps as a result of the thermal history.

さらに、[2]と同様の方法で、静電容量を測定したところ、実施例1~3の水分センサでは、熱履歴の付与前後で数値に変化は見られなかったのに対し、比較例2~4の水分センサには、相違がみられた。つまり、比較例2~4の水分センサは、誘電体と電極との間に、微小隙間ができたことで、微小隙間に水分が入り込み、正確な静電容量を計測することはできなかった。すなわち、実施例1~4は、メッシュの目開きが0.1~0.5mm、空間率が35~50%となっており、電極に設けられた孔の大きさと存在割合が、誘電体との密着に適していることがわかった。 Furthermore, when the capacitance was measured using the same method as in [2], the moisture sensors of Examples 1 to 3 showed no change in value before and after the application of thermal history, whereas the moisture sensors of Comparative Examples 2 to 4 showed a difference. In other words, the moisture sensors of Comparative Examples 2 to 4 were unable to measure the capacitance accurately because a tiny gap was created between the dielectric and the electrode, allowing moisture to get into the tiny gap. In other words, it was found that Examples 1 to 4 have mesh openings of 0.1 to 0.5 mm and a void ratio of 35 to 50%, and the size and proportion of the holes in the electrode are suitable for close contact with the dielectric.

以上説明したように、本実施形態にかかる水分センサを、測定対象のセメント質硬化体の表面または内部に設置し、電気特性値の変化をモニタリングすることにより、測定対象のセメント質硬化体の表面および内部の水分量を、簡便、かつ高精度で測定することが可能となる。また、水分センサを、測定対象のセメント質硬化体内の任意の場所に設置することができるため、測定対象のセメント質硬化体の表面付近だけでなく、深部でも測定が可能となり、測定対象となるセメント質硬化体全体の水分量の分布を把握することが可能となる。 As described above, by installing the moisture sensor according to this embodiment on the surface or inside of the cementitious hardened body to be measured and monitoring the change in the electrical characteristic value, it becomes possible to measure the moisture content on the surface and inside of the cementitious hardened body to be measured easily and with high accuracy. In addition, since the moisture sensor can be installed at any location inside the cementitious hardened body to be measured, it becomes possible to measure not only near the surface of the cementitious hardened body to be measured but also deep inside, and it becomes possible to grasp the distribution of moisture content throughout the entire cementitious hardened body to be measured.

100 水分センサ
3、13 誘電体
5、15 電極
5a 外側電極
5b 内側電極
7 リード線、通電部
9 計測器、LCRメーター
15a 外側電極
15b 内側電極
100 Moisture sensor 3, 13 Dielectric 5, 15 Electrode 5a Outer electrode 5b Inner electrode 7 Lead wire, current-carrying part 9 Measuring instrument, LCR meter 15a Outer electrode 15b Inner electrode

Claims (5)

セメント質硬化体の水分量を検出する水分センサであって、
柱状に形成された誘電体と、
前記誘電体の表面または内部に設けられ、相互に対向するように設けられた一対以上の電極と、
前記各電極に電気的に接続された通電部と、を備え、
前記一対の電極のそれぞれは複数の孔を有し、
前記孔を有する前記電極は、前記孔に充填された誘電体材料によって前記誘電体と密着していることを特徴とする水分センサ。
A moisture sensor for detecting the moisture content of a cementitious hardened body,
A dielectric material formed in a columnar shape;
A pair or more of electrodes provided on a surface or inside of the dielectric material and facing each other;
a current-carrying portion electrically connected to each of the electrodes,
Each of the pair of electrodes has a plurality of holes;
A moisture sensor, characterized in that the electrode having the hole is in close contact with the dielectric material by means of a dielectric material filled in the hole.
前記複数の孔は、メッシュ形状であることを特徴とする請求項1記載の水分センサ。 The moisture sensor according to claim 1, characterized in that the multiple holes are in a mesh shape. 前記メッシュ形状を構成するメッシュの目開きは、0.1~0.5mm、空間率は35~50%であることを特徴とする請求項2記載の水分センサ。 The moisture sensor according to claim 2, characterized in that the mesh forming the mesh shape has an opening size of 0.1 to 0.5 mm and a void ratio of 35 to 50%. 前記誘電体は、セメント質硬化体またはセラミックスであることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の水分センサ。 The moisture sensor according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the dielectric is a cementitious hardened body or a ceramic. セメント質硬化体の表面または内部に設置され、前記セメント質硬化体の水分量を検出する水分量検出方法であって、
請求項1から請求項4のいずれかに記載の水分センサを前記セメント質硬化体の表面または内部に設置し、
前記水分センサに交流電界を印加し、
前記水分センサの電気特性値の変化とセメント質硬化体の水分量との相関性に基づいて、前記セメント質硬化体の水分量を検出することを特徴とする水分量検出方法。
A moisture detection method for detecting a moisture content of a cementitious hardened body by installing a moisture sensor on a surface or inside the cementitious hardened body, comprising:
A moisture sensor according to any one of claims 1 to 4 is installed on a surface or inside of the cementitious hardened body,
Applying an AC electric field to the moisture sensor;
A moisture detection method comprising the steps of: detecting a moisture content of the cementitious hardened body based on a correlation between a change in an electrical characteristic value of the moisture sensor and the moisture content of the cementitious hardened body.
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