JP5283555B2 - コンクリートの性状の推定方法 - Google Patents

Description

本発明は、普通コンクリートの性状を推定するコンクリートの性状の推定方法に関するものである。

コンクリート構造物の品質管理においては、コンクリート打設の際にコンクリートのフレッシュ性状を管理することが必要である。一般に、コンクリートのフレッシュ性状は、骨材の表面水率の変動や使用材料の品質の変動、環境条件などに応じてばらつくことが知られている。特に、骨材の表面水率の影響が大きく、コンクリート製造時における表面水率の設定が実際と異なると所定の配合よりも単位水量が多くなる場合があり、この場合はコンクリートの耐久性が低下する。

このことから、コンクリート構造物の施工時において一定の品質のコンクリートを打込むため、打込み前の段階におけるフレッシュコンクリートのスランプ試験(JIS A 1101)や空気量試験(JIS A 1128)によって受入れ検査・管理が行われている。しかしながら、これらの試験は抜取り検査が基本となることから、検査が行われないロットのコンクリートについてはフレッシュ性状の確認ができない。このため、許容範囲から外れたコンクリートを打込んだ場合、耐久性の低下や、ひいてはポンプ閉塞やジャンカなどのトラブルの要因となる可能性がある。また、許容範囲内にあったとしても、その中でばらつきが大きければ打込みに対して影響を及ぼす場合もある。例えば、JISではスランプ8cmのコンクリートは、上述したようなフレッシュ性状の変動を考慮して8±2.5cmのスランプの許容範囲が設けられており、スランプ5.5〜10.5cmのコンクリートが認められる。しかしながら、スランプ10.5cmのコンクリートではポンプ圧送や締固めが比較的良好に可能であるが、スランプ5.5cmのコンクリートでは圧送不良や締固め不良に起因した初期欠陥などが生じる可能性がある。以上のことから、コンクリート構造物の品質を確保するためには、フレッシュコンクリートの品質を、現場において簡易に全量監視し、ばらつきが認められる場合には是正措置をとるといった管理が望まれる。

そこで、抜き取り検査に加えて、ある程度連続的にコンクリートの性状を推定するための技術として、下記特許文献１，２に記載の推定方法が知られている。特許文献１の推定方法は、トラックアジテータにフレッシュコンクリートを積載したときに、トラックアジテータの回転数及び駆動圧力を検出し、この回転数と駆動圧力とに基づいてフレッシュコンクリートの水セメント比を推定するものである。また、特許文献２の推定方法は、高流動コンクリートの流路に当該高流動コンクリートの流下方向に沿って回転可能な障害枠を設け、高流動コンクリートが流下する際に障害枠が受ける抵抗力を計測することにより、高流動コンクリートの品質の良否を定量的に判定するものである。

特開２００１−１７４３８９号公報 特開平１０−１７６９８２号公報

しかしながら、特許文献１の推定方法におけるトラックアジテータのドラム内は、全容積分がフレッシュコンクリートで充填されているのではなく、通常、ドラム内にはフレッシュコンクリートと空気とが混合されて存在する。従って、フレッシュ性状とトラックアジテータの回転数及び駆動圧力との間には、十分に明確な相関関係が成り立たず、特許文献１の推定方法では十分な精度でフレッシュ性状を推定することはできなかった。また、特許文献２の推定方法は、フレッシュコンクリートを流下させながら障害枠の抵抗力を計測するものである。従って、流動性が高い高流動コンクリートには適用可能であるが、普通コンクリートに適用した場合には、流路においてフレッシュコンクリートが十分に流下しないので、フレッシュ性状と障害枠の抵抗力との間には明確な相関関係が成り立たず、特許文献２の方法は、普通コンクリートには適用することができない。

本発明は、普通コンクリートにおいて、十分な精度で連続的にフレッシュ性状を推定することができる推定方法を提供することを目的とする。

本発明のコンクリートの性状の推定方法は、普通コンクリートの性状を推定するコンクリートの性状の推定方法であって、普通コンクリートのフレッシュコンクリートをコンクリートポンプのホッパに投入し、ホッパ内のフレッシュコンクリートを攪拌する攪拌用の羽根の回転に関する負荷値及び羽根の回転数の関数として表される攪拌負荷に基づいて、普通コンクリートのフレッシュ性状を推定する性状推定ステップを備え、性状推定ステップでは、ホッパ内のフレッシュコンクリートのレベルを検知し、検出したレベルに対応する攪拌負荷の適正範囲を設定すると共に、実際の攪拌負荷の値を取得し、実際の攪拌負荷と適正範囲との比較を行ってフレッシュ性状を推定することを特徴とする。

この推定方法では、コンクリートポンプのホッパにフレッシュコンクリートを連続的に投入し攪拌しながら上記負荷値及び回転数を連続的に取得することができるので、フレッシュ性状の推定を連続的に行うことができる。また、フレッシュコンクリートをホッパ内で攪拌するので、羽根の負荷値及び回転数とフレッシュ性状との間の相関関係が明確になると考えられる。従って、この推定方法によれば、羽根の負荷値及び回転数と普通コンクリートのフレッシュ性状との間に明確な相関関係が現れる条件下で、負荷値及び回転数を取得することができ、その負荷値及び回転数に基づいて、十分な精度で普通コンクリートのフレッシュ性状を推定することができる。

また、性状推定ステップは、ホッパ内に溜まったフレッシュコンクリートの体積に更に基づいて行われることとしてもよい。例えば、攪拌用の羽根がフレッシュコンクリートに完全に埋没していない場合などは、羽根の埋没の程度が、羽根の回転状態とフレッシュ性状との相関関係に影響すると考えられる。この推定方法では、ホッパにフレッシュコンクリートを溜める方式を用いているので、羽根の埋没の程度は、ホッパ内に溜まったフレッシュコンクリートの体積から、ほぼ一意に決定される。従って、この推定方法によれば、攪拌用の羽根の埋没の程度も更に考慮してフレッシュ性状を推定することができる。

本発明のコンクリートの性状の推定方法によれば、普通コンクリートにおいて、十分な精度で連続的にフレッシュ性状を推定することができる。

本発明の第１実施形態に係るコンクリート性状の推定方法に用いられるコンクリートポンプを示す断面図である。 図１のコンクリートポンプの負荷値等の情報を取得する情報取得部を示すブロック図である。 フレッシュコンクリートの圧送中における攪拌負荷の推移の一例を示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係るコンクリート性状の推定方法に用いられるコンクリートポンプを示す断面図である。 本発明に係るコンクリート性状の推定方法に用いられる他のタイプのコンクリートポンプを示す断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係るコンクリートの性状の推定方法の好適な実施形態について詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１及び図２に示すコンクリートポンプ１は、本発明に係るコンクリート性状の推定方法に用いられるものである。コンクリートポンプ１は、コンクリートポンプ車に搭載され、トラックアジテータから供給される普通コンクリートのフレッシュコンクリートＣを連続的に圧送するピストン式のコンクリートポンプである。ここで、「普通コンクリート」とは、スランプ値が５〜２１ｃｍのものであり、バイブレータによる締固めを必要とするものを言う。特に、一般的によく用いられる普通コンクリートは、スランプ値が８〜１５ｃｍのものである。なお、これに対して、スランプ値が２３ｃｍ以上でバイブレータによる締固めを必要としないものを、「高流動コンクリート」と言う。

コンクリートポンプ１は、普通コンクリートのフレッシュコンクリートＣが投入され一時的に貯留されるホッパ１３と、ホッパ１３内に設けられた攪拌羽根１５とを備えている。攪拌羽根１５は、水平軸回りに回転することで、ホッパ１３内に貯留されたフレッシュコンクリートＣを攪拌する。更にコンクリートポンプ１は、ホッパ１３の下方で水平方向に延びフレッシュコンクリートＣを搬送する搬送パイプ１７と、当該搬送パイプ１７とホッパ１３とを連結する連結部１９とを備えている。

更にコンクリートポンプ１は、連結部１９を開閉する滑り弁２１と、搬送パイプ１７内のフレッシュコンクリートＣを水平方向に押し出すピストン２３と、を備えている。滑り弁２１とピストン２３とが協働して動作することにより、ホッパ１３内のフレッシュコンクリートＣが搬送パイプ１７に送り出される。すなわち、フレッシュコンクリートＣは、ホッパ１３に投入されて攪拌羽根１５で攪拌され、滑り弁２１で開閉される連結部１９を通過した後、ピストン２３によって搬送パイプ１７内を押し流されていく。また、コンクリートポンプ１は、滑り弁２１を往復動させる滑り弁油圧シリンダ３１と、ピストン２３を往復動させる主油圧シリンダ３３と、攪拌羽根１５を回転させる攪拌油圧モータ３５とを備えている。油圧シリンダ３１，３３は主油圧ポンプ４１からの油圧供給を受け、攪拌油圧モータ３５は攪拌用油圧ポンプ４５からの油圧供給を受ける。これらの主油圧ポンプ４１及び攪拌用油圧ポンプ４５は、ＰＴＯ５３を介して接続されたコンクリートポンプ車のエンジン５１を駆動源としている。

また、このコンクリートポンプ１の負荷値を測定する手段として、滑り弁油圧シリンダ３１の油圧を測定する圧力計Ｐ１と、主油圧シリンダ３３の油圧を測定する圧力計Ｐ２と、攪拌用油圧ポンプ３５の油圧を測定する圧力計Ｐ３とが取り付けられる。また、コンクリートポンプ１の攪拌羽根１５の軸には、攪拌羽根１５の回転数を測定する回転計Ｒ３が取り付けられる。圧力計Ｐ１〜Ｐ３で得られる計測値は、それぞれ、圧力変換器、動ひずみアンプ、及びＡＤ変換器を介して、それぞれ油圧ｐ１，ｐ２，ｐ３としてコンピュータ６１に入力される。また、回転計Ｒ３で得られる計測値は、ＦＶ変換器及びＡＤ変換器を介して、回転数ｒ３としてコンピュータ６１に入力される。このような圧力計Ｐ１〜Ｐ３及び回転計Ｒ３としては、公知の構成のものを用いればよい。

更に、ホッパ１３の内部には、ホッパ１３内に溜まったフレッシュコンクリートＣのレベルを検知するレベルセンサ６３が設けられる。レベルセンサ６３は、ホッパ１３の内壁面の所定の高さの位置に取り付けられ、フレッシュコンクリートＣを検出するセンサである。レベルセンサ６３としては、例えば、電極式センサ、超音波式センサ、光学式センサ等が用いられる。レベルセンサ６３によって、フレッシュコンクリートＣがホッパ１３内の上記所定の高さの位置まで満たされているか否かを検知することができる。レベルセンサ６３からの情報はＡＤ変換器を介してコンピュータ６１に入力される。上記のホッパ１３の内壁面の所定の高さとは、攪拌羽根１５の上端よりも高い位置であり、コンピュータ６１は、攪拌羽根１５がフレッシュコンクリートＣの液面下に完全に埋没しているか否かを検知することができる。

続いて、上述のコンクリートポンプ１を用いたフレッシュコンクリートＣの圧送中において、当該フレッシュコンクリートＣのフレッシュ性状を推定する推定方法について説明する。

フレッシュコンクリートＣの圧送中においては、滑り弁２１、ピストン２３、及び攪拌羽根１５が、駆動しており、コンピュータ６１には、油圧ｐ１〜ｐ３及び回転数ｒ３の情報が常時入力される。

コンクリートポンプ１に生じる負荷は、フレッシュコンクリートＣの流動性や粘性と関係があることからフレッシュ性状の全量監視として、コンクリートポンプ１の負荷値と攪拌羽根１５の回転数ｒ３の監視を行う。ここで用いられる負荷値は、前述の通り油圧ｐ１〜ｐ３である。油圧ｐ１〜ｐ３及び回転数ｒ３の各計測データを単体、あるいは組み合せて、事前にフレッシュ性状との関連性を把握しておき、計測データが変動した場合にはフレッシュ性状がばらついていると判定することができる。なお、上記計測データとスランプ値との相関関係は、ポンプ車の種類や個々のばらつき、コンクリートの配合や使用材料などの違いにより一義的に決まるものではないため、現場ごとに相関関係を把握しておくことが必要である。

以下では、一例として、攪拌油圧ｐ３と回転数ｒ３とを用いたフレッシュコンクリートＣのスランプ値（フレッシュ性状）の推定について説明する。

ここでは、攪拌油圧ｐ３と回転数ｒ３との関数として表される「攪拌負荷Ｌ」といった指標を考える。そして、ホッパ１３内のレベルセンサ６３の位置までフレッシュコンクリートＣが溜まっている状態を考えると、このような攪拌羽根１５がフレッシュコンクリートＣの液面下に完全に埋没している状態においては、攪拌負荷ＬとフレッシュコンクリートＣのスランプ値との間には、明確な相関関係が成立すると考えることができる。コンピュータ６１は、フレッシュコンクリートＣの圧送中に、攪拌油圧ｐ３と回転数ｒ３とに基づいて攪拌負荷Ｌを常時取得する。この場合、攪拌負荷Ｌは、例えば、数分間分の攪拌油圧ｐ３と回転数ｒ３との計測データに基づいて導出されることとしてもよい。このようにすれば、スランプ値には無関係な要因による攪拌油圧ｐ３及び回転数ｒ３の突発的な変動の影響を、攪拌負荷Ｌから排除することができる。

まず、コンクリート打設作業において、トラックアジテータからのフレッシュコンクリートがホッパ１３に投入され、コンクリートポンプ１によりフレッシュコンクリートが圧送される。このとき、コンピュータ６１は、コンクリートポンプ１の動作中において、圧力計Ｐ３から得られる攪拌油圧ｐ３と回転計Ｒ３から得られる回転数ｒ３とに基づいて、攪拌負荷Ｌを算出する。

そして、コンピュータ６１は、攪拌負荷Ｌの変動が大きい場合には、フレッシュコンクリートＣのスランプ値（フレッシュ性状）が大きく変動したものと見なし、警告を発する処理を行う。具体的には、フレッシュコンクリートＣに許容されるスランプ値の上限値と下限値とを定め、図３に示すように、上限のスランプ値に対応する攪拌負荷Ｌの下限値Ｌ_１と、下限のスランプ値に対応する攪拌負荷Ｌの上限値Ｌ_２とを事前の試験により予め求めておく。そして、図３の４６バッチ目のように攪拌負荷Ｌが下限値Ｌ_１を下回るような変動、又は図３の２３バッチ目のように攪拌負荷Ｌが上限値Ｌ_２を上回るような変動が発生した場合に、コンピュータ６１が警告を発する処理を行う。

また、攪拌負荷Ｌはホッパ１３内のフレッシュコンクリートＣの体積に影響されるため、コンクリートのスランプ値を正確に推定するためには、これらの影響を除外することが必要である。よって、攪拌負荷Ｌについては、ホッパ１３内に溜まったフレッシュコンクリートＣがレベルセンサ６３の位置まで溜まった状態の時の計測データを用いた管理が必要である。このような管理方法としては、例えば、ホッパ１３にフレッシュコンクリートＣを補充投入する際に、レベルセンサ６３のレベルまでフレッシュコンクリートＣが満たされるようにフレッシュコンクリートＣを投入したところで投入を一旦停止し、この状態で攪拌油圧ｐ３と回転数ｒ３とを取得するといった方法が考えられる。

また、他の管理方法としては、例えば、ホッパ１３にフレッシュコンクリートＣを断続的に投入しながら、攪拌負荷Ｌを常時取得しておき、ホッパ１３内に溜まったフレッシュコンクリートＣのレベルがレベルセンサ６３のレベル以上の時に取得された攪拌負荷Ｌのデータのみを採用して、スランプ値の推定処理を行うといった方法が考えられる。施工の効率性を考えた場合、後者の管理方法が望ましい。この場合、コンピュータ６１は、レベルセンサ６３からの信号に基づいて、フレッシュコンクリートＣが当該レベルに達しているか否かを判定することができる。ここでは、ホッパ１３内に溜まったフレッシュコンクリートＣの体積は、ホッパ１３内におけるフレッシュコンクリートＣのレベルから、ほぼ一意に決定される。

また、前バッチの攪拌負荷Ｌに対して当該バッチの攪拌負荷Ｌがどの程度変動したかを把握することによってもフレッシュコンクリートＣのスランプ値のばらつきを把握することが可能となる。スランプ値と攪拌負荷Ｌの相関関係については、攪拌負荷Ｌのばらつきからスランプ値を直接的に推定できることが望ましい。また、直接的に推定することができない場合においても、ある一定以上の攪拌負荷Ｌの変動があったときにフレッシュコンクリートＣのスランプ値がばらついていることが判断できる程度の精度があれば良い。

上記警告が発せられた場合、フレッシュコンクリートＣに対しては、スランプ試験、および空気量試験を行って実際のフレッシュ性状を確認し、規格外の場合にはプラントへ連絡して是正することでフレッシュ性状の管理を行う。またこの時、スランプ試験、及び空気量試験により、規格外とされた場合には、ホッパ１３内に溜まっているフレッシュコンクリートＣは、ホッパ１３に設けられた分岐弁（図示せず）を通じて排出され打設作業には使用されない。

このフレッシュ性状の推定方法によれば、コンクリートポンプ１のホッパ１３にフレッシュコンクリートＣを連続的に投入し攪拌しながら油圧ｐ３及び回転数ｒ３を連続的に取得することができるので、フレッシュ性状の推定を連続的に行うことができる。また、コンクリートポンプ１のホッパ１３にフレッシュコンクリートＣが投入され攪拌されるので、ホッパ１３内において攪拌羽根１５をフレッシュコンクリートＣに埋没させた状態で攪拌羽根１５を回転させることができる。このように攪拌羽根１５をフレッシュコンクリートＣに埋没させた状態においては、油圧ｐ３及び回転数ｒ３とフレッシュコンクリートＣのフレッシュ性状との間の相関関係が明確になると考えられる。従って、この推定方法によれば、攪拌負荷Ｌとフレッシュ性状との間に明確な相関関係が現れる条件下で、攪拌負荷Ｌを取得することができ、その攪拌負荷Ｌに基づいて、十分な精度で普通コンクリートのフレッシュ性状を推定することができる。

また、フレッシュコンクリートＣは、コンクリート打設の作業中にも徐々に硬化が進行し、スランプ値が徐々に低下する傾向にある。このフレッシュ性状の推定方法によれば、上記のようなスランプ値の低下傾向を圧送中に連続的に認識することができ、適切な対応を行うことができる。

以上のようなコンクリートの管理によれば、安定した品質のコンクリートを打込むことで、コンクリート構造物の所定の耐久性の確保や初期欠陥の未然防止が可能となり、コンクリート構造物の品質確保を図ることができる。また、コンクリート構造物の品質が確保されていることを証明するためのデータとして活用することも可能となる。

（第２実施形態）
この実施形態では、ホッパ１３内に溜まったフレッシュコンクリートＣの体積に更に基づいてフレッシュ性状の推定を行う。

具体的には、図４に示すように、複数のレベルセンサ６５がホッパ１３内の各レベルの位置に取り付けられる。レベルセンサ６５は、前述のレベルセンサ６３と同様の構成を有している。これらの各レベルセンサ６５からの情報は、コンピュータ６１に入力される。コンピュータ６１は、各レベルセンサ６５からの信号に基づいて、ホッパ１３内のフレッシュコンクリートＣがどのレベルまで溜まっているかを検知することができる。すなわち、複数のレベルセンサ６５は、ホッパ１３内に溜まったフレッシュコンクリートＣのレベル（フレッシュコンクリートＣの体積）を検知するレベル検知手段として機能する。

この実施形態では、フレッシュコンクリートＣに許容されるスランプ値の上限値と下限値とを定め、上限のスランプ値に対応する攪拌負荷Ｌの下限値Ｌ_１と、下限のスランプ値に対応する攪拌負荷Ｌの上限値Ｌ_２とを、事前の試験により、フレッシュコンクリートＣのレベル毎に予め求めておく。そして、コンクリート圧送中においては、コンピュータ６１は、攪拌負荷Ｌと一緒にフレッシュコンクリートＣのレベルを検知し、当該レベルに対応する下限値Ｌ_１及び上限値Ｌ_２を設定し、攪拌負荷Ｌが下限値Ｌ_１を下回るような変動、又は攪拌負荷Ｌが上限値Ｌ_２を上回るような変動が発生した場合に、コンピュータ６１が警告を発する処理を行う。

例えば、攪拌羽根１５がフレッシュコンクリートＣに完全に埋没していない場合などは、攪拌羽根１５の埋没の程度が、攪拌負荷Ｌとフレッシュ性状との相関関係に影響すると考えられる。この推定方法では、ホッパ１３にフレッシュコンクリートＣを溜める方式を用いているので、攪拌羽根１５の埋没の程度は、ホッパ１３内に溜まったフレッシュコンクリートＣのレベルから、ほぼ一意に決定される。従って、この推定方法によれば、攪拌羽根１５の埋没の程度も更に考慮してフレッシュ性状を推定することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、攪拌油圧ｐ３と回転数ｒ３とに基づいてフレッシュ性状を推定しているが、油圧ｐ１，ｐ２を更に組み合わせた情報に基づいてフレッシュ性状を推定してもよい。油圧ｐ１，ｐ２も、油圧ｐ３と同様に、フレッシュ性状との間に相関関係を有し、フレッシュ性状に応じて変動すると考えられる。

また、上記実施形態では、ピストン式のコンクリートポンプを用いているが、本発明の推定方法は、例えば、図５に示すようなスクイーズ式のコンクリートポンプ２０１によるコンクリート圧送時にも使用可能である。コンクリートポンプ２０１は、フレッシュコンクリートＣが投入されるホッパ２１３と、ホッパ２１３内でフレッシュコンクリートＣを攪拌する攪拌羽根２１５を備えている。ホッパ２１３は、ドラム２６１内に設けられたポンピングチューブ２６３を介して搬送パイプ２１７に連結されている。ドラム２６１内には、ポンピングチューブ２６３の内側で回転するロータ２６５と、ロータ２６５に対して回転可能でありポンピングチューブ２６３に押し当てられるローラ２６７とを有している。このコンクリートポンプ２０１では、ロータ２６５が回転し、ローラ２６７がポンピングチューブ２６３に押し当てられながら搬送方向に転がることで、ホッパ２１３内のフレッシュコンクリートＣがポンピングチューブ２６３を通じて搬送パイプ２１７に押し流されていく。

この場合、攪拌羽根２１５を回転させる攪拌用油圧モータの油圧（負荷値）と攪拌羽根２１５の回転数とに基づいてフレッシュ性状を推定する。また、このとき、ロータ２６５を回転させるロータ用油圧モータの油圧を更に組み合わせた情報に基づいてフレッシュ性状を推定してもよい。

１，２０１…コンクリートポンプ、１３，２１３…ホッパ、１５，２１５…攪拌羽根、３１…滑り弁油圧シリンダ、３３…主油圧シリンダ、３５…攪拌油圧モータ、Ｃ…フレッシュコンクリート、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…圧力計、Ｒ３…回転計。

Claims (2)

1. 普通コンクリートの性状を推定するコンクリートの性状の推定方法であって、
   前記普通コンクリートのフレッシュコンクリートをコンクリートポンプのホッパに投入し、前記ホッパ内のフレッシュコンクリートを攪拌する攪拌用の羽根の回転に関する負荷値及び前記羽根の回転数の関数として表される攪拌負荷に基づいて、前記普通コンクリートのフレッシュ性状を推定する性状推定ステップを備え、
   前記性状推定ステップでは、
   前記ホッパ内の前記フレッシュコンクリートのレベルを検知し、検出した前記レベルに対応する前記攪拌負荷の適正範囲を設定すると共に、実際の前記攪拌負荷の値を取得し、前記実際の前記攪拌負荷と前記適正範囲との比較を行って前記フレッシュ性状を推定することを特徴とするコンクリートの性状の推定方法。
2. 前記性状推定ステップは、
   前記ホッパ内に溜まった前記フレッシュコンクリートの体積に更に基づいて行われることを特徴とする請求項１に記載のコンクリートの性状の推定方法。

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