(57)【要約】【課題】簡便な手法により鋼繊維コンクリートの鋼繊維の混入率を算出することができる繊維量測定装置、及び繊維量測定方法を提供すること。【解決手段】本発明は、硬化前の鋼繊維コンクリートＳに含まれる鋼繊維の混入率を測定する繊維量測定装置１であって、鋼繊維コンクリートを収容する収容容器２に設けられた一対の電極５と、一対の電極に流れる所定の周波数特性を有する電流の値に基づいて鋼繊維コンクリートのインピーダンスを測定する測定部１２と、測定部により測定されたインピーダンスの値に基づいて、鋼繊維コンクリートに対する鋼繊維の混入率を演算する演算部１３と、を備えることを特徴とする繊維量測定装置である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬化前の鋼繊維コンクリートに含まれる鋼繊維の混入率を測定する繊維量測定装置であって、
一対の電極と、
前記一対の電極に流れる所定の周波数特性を有する電流の値に基づいて前記鋼繊維コンクリートのインピーダンスを測定する測定部と、
前記測定部により測定された前記インピーダンスの値に基づいて、前記鋼繊維コンクリートに対する前記鋼繊維の混入率を演算する演算部と、を備えることを特徴とする、
繊維量測定装置。
【請求項２】
前記一対の電極は、前記鋼繊維コンクリートを収容する収容容器に設けられ、
前記演算部は、測定された前記インピーダンスの値を予め設定された前記鋼繊維の混入率と前記インピーダンスとの関係を示す関係式に適用して前記混入率を算出する、
請求項１に記載の繊維量測定装置。
【請求項３】
硬化前の鋼繊維コンクリートに含まれる鋼繊維の混入率を測定する繊維量測定方法であって、
一対の電極を前記鋼繊維コンクリートに接触させる工程と、
前記一対の電極に流れる所定の周波数特性を有する電流の値に基づいて前記鋼繊維コンクリートのインピーダンスを測定する工程と、
測定された前記インピーダンスの値に基づいて、前記鋼繊維コンクリートに対する前記鋼繊維の混入率を演算する工程と、を備えることを特徴とする、
繊維量測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼繊維補強コンクリートの鋼繊維量を簡便に測定することができる繊維補強コンクリートの繊維量測定装置、及び繊維量測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
構造物の建設に用いられるコンクリートは、圧縮方向の外力に対して強度が強いが、引張方向の外力に対して強度が弱いという特性がある。コンクリートの引張方向の強度を向上させるものとして、硬化前のコンクリートの中に合成繊維や鋼繊維等を一様に分散するように混入して硬化させる繊維補強コンクリートが知られている。繊維補強コンクリートによれば、引張方向の強度を向上させ、ひび割れの発生を抑制することができる。繊維補強コンクリートは、繊維の混入率に応じて強度が変化するため、製造過程において繊維の混入率を正確に把握する必要がある。
【０００３】
建物の施工現場においては、硬化前の鋼繊維コンクリートの鋼繊維の混入率を測定して、混入率を規定値になるように調整することが求められる。鋼繊維コンクリートの鋼繊維の混入率は、配合したコンクリートのサンプルを採取して重量を測定した後、コンクリートを洗い流して鋼繊維を取り出し、鋼繊維の重量の測定結果を用いて算出される。しかし、このような洗い出しの作業を行うことは、試料を洗う労力を要すると共に、コンクリートを洗い流すことにより濁水が排出され、環境を悪化させる虞がある。そして洗い出しの作業の過程で繊維が流出して正確な鋼繊維の混入率が算出できなくなる虞がある。
【０００４】
特許文献１には、鋼製の鋼繊維が混入された鋼繊維コンクリートの鋼繊維の混入率を測定する測定装置が記載されている。この測定装置は、鋼繊維コンクリートに磁界を与え磁束変化を検出する送受信コイルと、検出値に基づいて鋼繊維の混入量を演算する手段とを備えている。この測定装置によれば、検出された磁束の波形に基づいて鋼繊維補強コンクリート構造物の金属繊維混入量を測定できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−０５４８２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載された測定装置は、硬化した鋼繊維補強コンクリート中に含まれる鋼繊維量を測定する手法であり、硬化前のフレッシュ時に測定はできない。
【０００７】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、簡便な手法により鋼繊維コンクリートの鋼繊維の混入率を算出することができる繊維量測定装置、及び繊維量測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達するために、本発明は、硬化前の鋼繊維コンクリートに含まれる鋼繊維の混入率を測定する繊維量測定装置であって、一対の電極と、前記一対の電極に流れる所定の周波数特性を有する電流の値に基づいて前記鋼繊維コンクリートのインピーダンスを測定する測定部と、前記測定部により測定された前記インピーダンスの値に基づいて、前記鋼繊維コンクリートに対する前記鋼繊維の混入率を演算する演算部と、を備えることを特徴とする繊維量測定装置である。
【０００９】
本発明によれば、硬化前の鋼繊維コンクリートが収容された容器に一対の電極から交流電流を流して鋼繊維コンクリートのインピーダンスを測定することで、予め分かっているインピーダンスと鋼繊維コンクリートの鋼繊維の混入率との関係に基づいて混入率を演算することができる。
【００１０】
また、本発明は、前記一対の電極は、前記鋼繊維コンクリートを収容する収容容器に設けられ、前記演算部が測定された前記インピーダンスの値を予め設定された前記鋼繊維の混入率と前記インピーダンスとの関係を示す関係式に適用して前記混入率を算出するように構成されていてもよい。
【００１１】
本発明によれば、インピーダンスと鋼繊維コンクリートの鋼繊維の混入率との関係が所定の関係式で予め求められていることにより、硬化前の鋼繊維コンクリートのインピーダンスを測定するだけで鋼繊維の混入率を算出することができる。
【００１２】
本発明は、硬化前の鋼繊維コンクリートに含まれる鋼繊維の混入率を測定する繊維量測定方法であって、一対の電極を前記鋼繊維コンクリートに接触させる工程と、前記一対の電極に流れる所定の周波数特性を有する電流の値に基づいて前記鋼繊維コンクリートのインピーダンスを測定する測定工程と、測定された前記インピーダンスの値に基づいて、前記鋼繊維コンクリートに対する前記鋼繊維の混入率を演算する演算工程と、を備えることを特徴とする繊維量測定方法である。
【００１３】
本発明によれば、硬化前の鋼繊維コンクリートが収容された容器に一対の電極から交流電流を流して鋼繊維コンクリートのインピーダンスを測定することで、予め分かっているインピーダンスと鋼繊維コンクリートの鋼繊維の混入率との関係に基づいて混入率を演算することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、簡便な手法により鋼繊維コンクリートの鋼繊維の混入率を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る繊維量測定装置の構成を示す図である。
【図２】繊維量測定装置が備えるメータの構成を示す図である。
【図３】鋼繊維の混入率とインピーダンスとの測定値を示す図である。
【図４】鋼繊維の混入率とインピーダンスとの関係を示す図である。
【図５】鋼繊維の混入率を測定するための洗い出し作業の様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る繊維量測定装置１及び繊維量測定方法の実施形態について説明する。繊維量測定装置１は、硬化前の鋼繊維コンクリートＳに含まれる鋼繊維の混入率を測定するものである。鋼繊維は、コンクリートを補強するための金属製の繊維状に形成されたチップである。鋼繊維は、硬化後のコンクリートに絡むように波形に形成されるなどの加工が施されている。
【００１７】
図１に示されるように、繊維量測定装置１は、硬化前の鋼繊維コンクリートＳを収容するための収容容器２と、収容容器２に設けられた一対の電極５と、一対の電極５に電気的に接続されたメータ１０とを備える。
【００１８】
収容容器２は、例えば、塩化ビニル等の非導電性の材質で形成された有底の容器である。収容容器２は、上方が開口して形成されている。収容容器２は、例えば、円形に形成されている。収容容器２は、矩形に形成されていてもよい。円形の収容容器２は、直径がコンクリートに混入する鋼繊維の長さの３倍以上の長さに形成されている。矩形の収容容器２は、一辺の長さがコンクリートに混入する鋼繊維の長さの３倍以上の長さに形成されている。収容容器２において、対向する側壁に一対の電極５が設けられている。
【００１９】
電極５は、例えば、矩形の板状体に形成されている。電極５は、円形に形成されていてもよい。電極５は、鋼繊維と同じ材質の金属等の導電性素材を用いて形成されていることが望ましいが、導電性の素材であればどのようなものを用いて形成されていてもよい。電極５は、矩形の場合一辺の長さが混入する鋼繊維の長さの３倍以上の長さに形成されている。電極５は、円形の場合直径の長さが混入する鋼繊維の長さの３倍以上の長さに形成されている。一対の電極５には、導線Ｗを介してメータ１０が接続されている。
【００２０】
メータ１０は、収容容器２内の鋼繊維コンクリートＳのインピーダンスの値を算出するための装置である。メータ１０は、例えば、市販のＬＣＲメータが用いられてもよい。ＬＣＲメータとは、一般的には電子回路を構成する部品のインダクタンス、キャパシタンス、レジスタンス、インピーダンスなどのパラメータを交流電流により測定する装置である。
【００２１】
メータ１０は、一対の電極５に電気的に接続されている。メータ１０は、測定対象の供試体（鋼繊維コンクリートＳ）に一対の電極５からなる二端子で接触するように構成されている。メータ１０は、ＬＣＲメータだけでなくパーソナルコンピュータ、タブレット型端末、スマートフォンなどに測定用のインターフェースを接続して実現してもよいし、ＬＣＲメータと上記端末とを組み合わせて実現してもよい。
【００２２】
図２に示されるように、メータ１０は、例えば、供試体に電流を通電するための電源部１１と、供試体に与える電流及び電圧の測定値を取得し、取得された測定値に基づいて供試体のインピーダンスを算出する測定部１２と、算出されたインピーダンスに基づいて供試体の鋼繊維の混入率を演算する演算部１３と、測定値や各種データを記憶する記憶部１４と、演算結果を表示する表示部１５とを備える。
【００２３】
電源部１１は、メータ１０の電源となると共に、導線Ｗを介して一対の電極５に接続され、収容容器２内の鋼繊維コンクリートＳに所定の周波数特性（例えば、１［ｋＨｚ］）を有する電流を通電する。測定部１２は、電源部１１が通電した電流の電流値及び電圧値のデータを取得する。測定部１２は、取得したデータを記憶部１４に記憶する。測定部１２は、データを記憶部１４から読み出し、各データに基づいて鋼繊維コンクリートＳのインピーダンスを算出する。インピーダンスは、例えば、一般的な交流インピーダンス測定の手法を用いて算出される。
【００２４】
演算部１３は、算出されたインピーダンスの値に基づいて、鋼繊維コンクリートＳに対する鋼繊維の混入率を演算する。混入率は、収容容器の容積に対する鋼繊維の体積の割合である。演算部１３の演算手法の詳細な内容については後述する。
【００２５】
演算部１３は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのハードウェアプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することにより実現される。これらの構成要素のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などのハードウェア（回路部；circuitryを含む）によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。
【００２６】
プログラムは、予めＨＤＤ（Hard Disk Drive）やフラッシュメモリなどの記憶装置に格納されていてもよいし、ＤＶＤやＣＤ−ＲＯＭなどの着脱可能な記憶媒体に格納されており、記憶媒体がドライブ装置に装着されることでインストールされてもよい。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
【００２７】
記憶部１４は、測定部１２が取得した各値のデータや、測定部１２がインピーダンスの演算に用いる後述の数式の各パラメータのデータを記憶する。記憶部１４は、例えば、フラッシュメモリやＨＤＤなどの記憶装置によって実現される。表示部１５は、演算部１３の演算結果を表示する。表示部１５は、例えば、液晶ディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等の表示装置が用いられる。
【００２８】
次に、演算部１３の演算方法について説明する。鋼繊維コンクリートＳの鋼繊維の混入率とインピーダンスとの関係は、式（１）により示される。式（１）の係数（パラメータ）ａ，ｂ，ｃを設定することで、任意に配合された鋼繊維コンクリートＳの鋼繊維の混入率を演算することができる。
【数１】
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ここで、Ｒは繊維補強コンクリートのインピーダンス、ｒは鋼繊維の混入率である。式（１）はインピーダンスと混入率との関係を示す近似式の一例であり、インピーダンスと混入率との関係を表せるのであればどのような式を用いてもよい。
【００２９】
ある配合Ａのコンクリートに０．０％、０．３％、０．５％、０．７％、０．９％、１．１％、１．５％の８個の水準の繊維混入率となるよう鋼繊維を加え、充分撹拌した後に８個の水準の繊維混入率の供試体を生成し収容容器２内に充填する。そして、収容容器２内で一対の電極５を鋼繊維コンクリートＣＡに接触させ、鋼繊維コンクリートＳの８個の供試体のそれぞれのインピーダンスを測定する。
【００３０】
図３には、予め行われた測定により得られた鋼繊維の混入率とインピーダンスとの関係を示す実測値が示されている。鋼繊維の混入率の確認のための測定は、例えば、後述のように鋼繊維コンクリートの供試体の洗い出し作業により行われる（図５参照）。鋼繊維の混入率が増加するに従って鋼繊維の増加により電流が流れやすくなり、鋼繊維コンクリートＳのインピーダンスが減少する。測定により得られた結果に基づいて、式（１）における係数ａ，ｂ，ｃが決定される。各係数は、例えば、決定された各係数を式（１）に適用すると、配合Ａで生成された鋼繊維コンクリートＳの鋼繊維の混入率ｒＡとインピーダンスＲＡとの関係は式（２）で示される。
【００３１】
【数２】
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【００３２】
他の配合のコンクリートで鋼繊維コンクリートＳを生成する場合も同様に、予め所定の混入率で複数の鋼繊維コンクリートＳの供試体を生成し、それぞれのインピーダンスを測定して、式（１）の各係数を決定することで、鋼繊維コンクリートＳの鋼繊維の混入率とインピーダンスとの関係式（２）が得られる。
【００３３】
図４に示されるように、実測値で示される式（２）は、式（１）で示される鋼繊維の混入率とインピーダンスとの関係に一致する。算出された式（２）に基づいて、配合Ａで生成された鋼繊維コンクリートＳの鋼繊維の混入率が不明な場合でも、鋼繊維の混入率を演算することができる。例えば、鋼繊維の混入率が不明な硬化前の鋼繊維コンクリートＳの供試体を収容容器２内に充填する。次に、収容容器２内の一対の電極５を介して供試体にメータ１０から所定の周波数の電流を流す。
【００３４】
このとき、測定部１２は、電流値及び電圧値を取得する。測定部１２は、取得された電流値及び電圧値に基づいて、供試体のインピーダンスＲＡを演算する。演算部１３は、算出されたインピーダンスの値に基づいて、式（２）を参照し、供試体の鋼繊維の混入率ｒＡを算出する。
【００３５】
図５に示されるように、演算された混入率を検証するため、供試体の洗い出し作業が行われた。先ず、供試体の重量及び容積を測定した後、供試体を篩上に載置する。篩上で水を流して供試体中のコンクリートを洗い流し、供試体に含まれる鋼繊維を取り出す。取り出された鋼繊維を乾燥後、重量及び密度を測定する。測定された鋼繊維の重量および密度と供試体の容積に基づいて、鋼繊維の混入率が算出される。混入率の実測値とインピーダンスに基づく混入率の算出値とは、略一致する（図４参照）。
【００３６】
上述したように繊維量測定装置１によれば、現場において硬化前の供試体のインピーダンスを測定することにより、鋼繊維補強コンクリートの鋼繊維の混入量を簡便な手法により演算することができる。繊維量測定装置１によれば、鋼繊維の種類によらず鋼繊維の混入量を演算することができる。繊維量測定装置１によれば、従来の洗い作業により繊維混入量を実測する手法に比して、現場において試料を洗う労力、濁水の排出、繊維流出の懸念などの問題点が解消され、簡易に、かつ濁水を排出せずに鋼繊維コンクリートＳの鋼繊維の混入率を演算することができる。
【００３７】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１  繊維量測定装置
２  収容容器
５  電極
１０  メータ
１１  電源部
１２  測定部
１３  演算部
１４  記憶部
１５  表示部
Ｓ  鋼繊維コンクリート
Ｗ  導線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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