(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート硬化体の圧縮強度を推定する方法であって、
前記コンクリート硬化体の多値画像を２値化処理して得られた２値化処理画像より算出された骨材面積率、エントラップトエア部分の面積率及び空隙面積率から、下記式（１）に基づいて前記コンクリート硬化体の空隙率を算出し、
前記コンクリート硬化体の空隙率を指標として、前記コンクリート硬化体の圧縮強度を推定することを特徴とする圧縮強度推定方法。
【数１】
0005484099.tif 000014
式（１）中、Ｖａｉｒは「エントラップトエア部分の面積率（％）」を表し、ＶＣＰは「空隙面積率（％）」を表し、Ｖａｇｇは「骨材面積率（％）」を表す。
【請求項２】
前記骨材面積率は、第１の閾値を用いて前記コンクリート硬化体の多値画像を２値化処理して得られた第１の２値化処理画像から算出された骨材面積率であることを特徴とする請求項１に記載の圧縮強度推定方法。
【請求項３】
前記エントラップトエア部分の面積率は、第２の閾値を用いて前記コンクリート硬化体の多値画像を２値化処理して得られた第２の２値化処理画像からエントラップトエア部分判定用パラメータに基づいて抽出されたエントラップトエア部分の面積率であることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧縮強度推定方法。
【請求項４】
前記空隙面積率は、第３の閾値を用いて前記コンクリート硬化体の多値画像を２値化処理して得られた第３の２値化処理画像から算出された空隙面積率であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の圧縮強度推定方法。
【請求項５】
前記多値画像が、前記コンクリート硬化体を所定の大きさに切断して得られる試験片の一の面を撮像した多値画像であって、
前記試験片の大きさが、前記試験片と高さ及び体積が同一の円柱形状の底面の直径ｄと高さｈとの関係が下記式（２）を満たすような大きさであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の圧縮強度推定方法。
【数２】
0005484099.tif 000015
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート硬化体の圧縮強度を推定する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート硬化体の圧縮強度試験は、ＪＩＳ−Ａ１１０８（非特許文献１）に準拠して実施されており、かかる試験に用いる供試体としては、ＪＩＳ−Ａ１１３２（非特許文献２）に準拠して型枠中にフレッシュコンクリートを充填して作製したものや、ＪＩＳ−Ａ１１０７（非特許文献３）に準拠してコンクリート硬化体から切り出したコア供試体が用いられている。
【０００３】
このような供試体としては、円柱形状であって、当該円柱形状の高さｈが底面の直径ｄの２倍（ｈ／ｄ＝２）のものが用いられるが、コンクリート硬化体から切り出したコア供試体を用いる場合には、常に高さｈと底面の直径ｄとの比が２のものを用いることができるわけではない。
【０００４】
このような場合においては、切り出したコア供試体の圧縮強度を測定し、測定された圧縮強度を、ｈ／ｄの数値に応じた補正係数を用いて、高さｈが直径ｄの２倍の供試体の圧縮強度に換算する方法が採用されている（非特許文献３）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】ＪＩＳ−Ａ１１０８「コンクリートの圧縮強度試験方法」
【非特許文献２】ＪＩＳ−Ａ１１３２「コンクリートの強度試験用供試体の作り方」
【非特許文献３】ＪＩＳ−Ａ１１０７「コンクリートからのコア及びはりの切り取り方法及び強度試験方法」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、非特許文献３に示されている補正係数は、ｈ／ｄの値が１．０〜２．０の範囲のものにのみ適用されるものであって、ｈ／ｄが１．０未満である場合の補正係数は示されていない。これは、ｈ／ｄが１．０未満の供試体は、ｈ／ｄが２．０の供試体との間で圧縮強度に関する相関関係が認められていないため、適当な補正係数を定めることが困難であることに基づくものである。
【０００７】
したがって、ｈ／ｄが１．０以上のコア供試体を切り出すことができない事情がある場合には、当該コンクリート硬化体の圧縮強度を測定することができないという問題がある。
【０００８】
上記課題に鑑みて、本発明は、供試体の大きさに依存することなくコンクリート硬化体の圧縮強度を高い精度で推定することができる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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、コンクリート硬化体の圧縮強度を推定する方法であって、前記コンクリート硬化体の多値画像を２値化処理して得られた２値化処理画像より算出された骨材面積率、エントラップトエア部分の面積率及び空隙面積率から、下記式（１）に基づいて前記コンクリート硬化体の空隙率を算出し、前記コンクリート硬化体の空隙率を指標として、前記コンクリート硬化体の圧縮強度を推定することを特徴とする圧縮強度推定方法を提供する（請求項１）。
【００１０】
【数１】
0005484099.tif 000002
【００１１】
式（１）中、Ｖａｉｒは「エントラップトエア部分の面積率（％）」を表し、ＶＣＰは「空隙面積率（％）」を表し、Ｖａｇｇは「骨材面積率（％）」を表す。
【００１２】
上記発明（請求項１）によれば、コンクリート硬化体の一表面を撮像した多値画像を２値化処理して得られた２値化処理画像からエントラップトエア部分の面積率、空隙面積率及び骨材面積率を算出し、それらの値からコンクリート硬化体の空隙率を高い精度で算出することができる。そして、コンクリート硬化体の空隙率と圧縮強度とは所定の相関関係があるため、当該空隙率に基づいてコンクリート硬化体の圧縮強度を高精度で推定することができる。また、上記発明（請求項１）によれば、供試体の大きさに依存することなく簡単にコンクリート硬化体の圧縮強度を推定することができる。
【００１３】
上記発明（請求項１）においては、前記骨材面積率は、第１の閾値を用いて前記コンクリート硬化体の多値画像を２値化処理して得られた第１の２値化処理画像から算出された骨材面積率であるのが好ましい（請求項２）。
【００１４】
上記発明（請求項２）によれば、骨材面積率を高い精度で算出することができるため、コンクリート硬化体の圧縮強度をより高い精度で推定することができる。
【００１５】
上記発明（請求項１，２）においては、前記エントラップトエア部分の面積率は、第２の閾値を用いて前記コンクリート硬化体の多値画像を２値化処理して得られた第２の２値化処理画像からエントラップトエア部分判定用パラメータに基づいて抽出されたエントラップトエア部分の面積率であるのが好ましい（請求項３）。
【００１６】
上記発明（請求項３）によれば、エントラップトエア部分の面積率を高い精度で算出することができるため、コンクリート硬化体の圧縮強度をより高い精度で推定することができる。
【００１７】
上記発明（請求項３）においては、前記多値画像における未水和セメント部分、セメント水和物部分及び骨材部分よりも低輝度側に表示される略円形部分を前記エントラップトエア部分の画像として抽出することができる。
【００１８】
コンクリート硬化体中のエントラップトエア部分は、画像上における未水和セメント部分、セメント水和物部分及び骨材部分よりも低輝度側に略円形部分として表示される。そのため、上記のようにエントラップトエア部分の画像を抽出することで、エントラップトエア部分の面積率をより高い精度で算出することができるため、コンクリート硬化体の圧縮強度をさらに高い精度で推定することができる。
【００１９】
上記発明（請求項３）においては、前記エントラップトエア部分判定用パラメータが、円形度数又は円相当径であり、前記円形度数又は円相当径に基づいて、前記第２の２値化処理画像から前記エントラップトエア部分の画像を抽出することができる。
【００２０】
２値化処理画像中の略円形粒子のうちの一部は、コンクリート硬化体に生じたひび割れやセメントの水和によって生じる空隙等であって、かかるひび割れや空隙をエントラップトエア部分として抽出してしまうと、コンクリート硬化体の圧縮強度の推定精度が低下するおそれがある。一方で、コンクリート硬化体中に含まれる空気泡（エントラップトエア）は、略真円に近い円形粒子として画像上に表されるため、上記のようにしてエントラップトエア部分の画像を抽出することで、エントラップトエア部分の面積率をより高い精度で算出することができ、結果として、コンクリート硬化体の圧縮強度をさらに高い精度で推定することができる。
【００２１】
上記発明（請求項１〜３）においては、前記空隙面積率は、第３の閾値を用いて前記コンクリート硬化体の多値画像を２値化処理して得られた第３の２値化処理画像から算出された空隙面積率であるのが好ましい（請求項４）。
【００２２】
上記発明（請求項４）によれば、空隙面積率を高い精度で算出することができるため、コンクリート硬化体の圧縮強度をより高い精度で推定することができる。
【００２３】
上記発明（請求項１〜４）においては、前記多値画像が、前記コンクリート硬化体を所定の大きさに切断して得られる試験片の一の面を撮像した多値画像であって、前記試験片の大きさが、前記試験片と高さ及び体積が同一の円柱形状の底面の直径ｄと高さｈとの関係が下記式（２）を満たすような大きさであるのが好ましい（請求項５）。
【００２４】
【数２】
0005484099.tif 000003
【００２５】
上記発明（請求項５）によれば、コンクリート構造物等のコンクリート硬化体の一部を試料片として用いて圧縮強度を推定することができ、従来の圧縮強度測定方法では測定することのできない大きさの試験片であっても、高い精度で圧縮強度を推定することができる。
【００２６】
上記発明（請求項５）においては、前記多値画像として、研磨された前記試験片の一面を撮像した多値画像を用いることができる。試験片の撮像面を研磨することにより、エントラップトエア部分の面積率、空隙面積率及び骨材面積率をさらに高い精度で算出することができ、ひいてはコンクリート硬化体の空隙率をさらに高い精度で算出することができるため、結果として、コンクリート硬化体の圧縮強度を極めて高い精度で推定することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、供試体の大きさに依存することなくコンクリート硬化体の圧縮強度を高い精度で推定することができる方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態に係るコンクリート硬化体の圧縮強度推定方法における試験片の調製工程を示すフローチャートである。
【図２】同実施形態における骨材面積率の算出工程を示すフローチャートである。
【図３】同実施形態におけるエントラップトエア部分の面積率の算出工程を示すフローチャートである。
【図４】同実施形態における空隙面積率の算出工程を示すフローチャートである。
【図５】コンクリート硬化体を構成する物質の容積の関係を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の一実施形態に係るコンクリート硬化体の圧縮強度推定方法を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係るコンクリート硬化体の圧縮強度推定方法における試験片の調製工程を示すフローチャートであり、図２は、同実施形態における骨材面積率の算出工程を示すフローチャートであり、図３は、同実施形態におけるエントラップトエア部分の面積率の算出工程を示すフローチャートであり、図４は、同実施形態における空隙面積率の算出工程を示すフローチャートである。
【００３０】
〔試験片の調製〕
本実施形態に係るコンクリート硬化体の圧縮強度推定方法において用いられる圧縮強度推定用試験片を調製する方法としては、図１に示すように、まず、圧縮強度を推定しようとするコンクリート硬化体の一部を採取する（Ｓ１０１）。
【００３１】
本実施形態における圧縮強度推定対象となるコンクリート硬化体としては、例えば、鉄筋コンクリート構造物の基礎部、トンネルライニング、橋梁の桁、ダム、鉄道構造物、下水用水路トンネル等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００３２】
上記コンクリート硬化体に含まれるセメントとしては、特に限定されるものではなく、例えば、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント等の各種ポルトランドセメント；高炉セメント、フライアッシュセメント等の混合セメント；都市ゴミ焼却灰及び／又は下水汚泥焼却灰を原料として製造した焼成物の粉砕物と石膏とからなるセメント（エコセメント）等が挙げられる。
【００３３】
また、上記コンクリート硬化体に含まれる骨材の種類も特に限定されるものではなく、天然骨材であってもよいし、人工骨材であってもよく、例えば、砂、砂利、砕砂、砕石、珪砂等を使用することができる。なお、骨材の粒径も特に限定されるものではないが、本実施形態に係る圧縮強度推定方法において用いられる試験片の大きさを考慮すると、骨材の最大寸法が２０ｍｍ程度のものであるのが好ましい。
【００３４】
さらに、上記コンクリート硬化体には、通常のコンクリートを製造する際に用いられる混和剤が含まれていてもよく、例えば、リグニン系、ナフタリンスルホン酸系、メラミン系、ポリカルボン酸系等の減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、ＡＥ剤（空気量調整剤）、消泡剤、凝結調整剤、防錆剤等が含まれていてもよい。
【００３５】
コンクリート硬化体の一部を採取する際に、当該コンクリート硬化体のいかなる部分から採取してもよいが、好ましくはコンクリート硬化体の健全部から採取するのが好ましい。健全部から採取することで、より高い精度で圧縮強度を推定することができる。
【００３６】
コンクリート硬化体の一部を採取する場合、その採取量は、極めてわずかであればよく、具体的には、縦２ｃｍ×横３ｃｍ×厚さ１．５ｃｍ〜縦１０ｃｍ×横１０ｃｍ×厚さ１．５ｃｍ程度の大きさであればよい。この程度の大きさのものであれば、十分に高い精度で圧縮強度の推定が可能となる。
【００３７】
このようにして採取したコンクリート硬化体の一部を、所定の形状及び大きさに切断する（Ｓ１０２）。切断後の試験片の形状は、後述する骨材面積率の算出工程（図２）、エントラップトエア部分の算出工程（図３）及び空隙面積率の算出工程（図４）において撮像される試験片の撮像面が略水平となるような形状であれば特に限定されるものではないが、例えば、方体状、円柱状等が挙げられる。
【００３８】
また、切断後の試験片の大きさとしては、例えば、試験片の撮像面の大きさが６〜１００ｃｍ２程度であればよく、好ましくは、３６〜１００ｃｍ２程度であればよい。具体的に、試験片の大きさは、当該試験片と同一の高さ及び体積を有する円柱形状の底面の直径（ｄ）と高さ（ｈ）との関係が下記式（２）を満たすような大きさであってもよい。
【００３９】
【数３】
0005484099.tif 000004
【００４０】
このように、従来の方法（ＪＩＳ−Ａ１１０８，ＪＩＳ−Ａ１１０７に規定する方法）では圧縮強度を測定することができない大きさの試験片であったとしても、高い精度で圧縮強度を推定することができる。
【００４１】
次に、切断後の試験片を乾燥させる（Ｓ１０３）。コンクリート硬化体から採取された試験片中の空隙等に水分が含まれていると、後述する樹脂含浸（Ｓ１０４）工程において、試験片中の空隙等に十分に樹脂を流入させることができないおそれがあるが、試験片を乾燥させることによって、当該空隙等に含まれる水分を除去することができ、より高い精度で圧縮強度の推定が可能となる。
【００４２】
試験片の乾燥方法は、特に限定されるものではなく、常法により行えばよく、例えば、真空乾燥、加熱乾燥、フリーズドライ等の手法により行えばよい。
【００４３】
続いて、乾燥後の試験片を所定の樹脂に含浸させる（Ｓ１０４）。試験片を樹脂に含浸させることにより、試験片中の空隙部分等に樹脂が入り込み、後述する各算出工程における画像処理（２値化処理）時に、当該空隙部分を的確に抽出することができるようになる。
【００４４】
試験片を含浸させる樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、メタクリル系樹脂等が挙げられ、当該樹脂が硬化する際の伸縮性が低収縮のものであるのが好ましく、当該樹脂の粘度は、２００ｃＰ以下であるのが好ましい。樹脂の粘度が２００ｃＰを超えると、試験片中の空隙部分等への樹脂の流入が困難となるおそれがある。
【００４５】
なお、試験片を含浸させる上記樹脂は、不透明タイプの樹脂用顔料等が混練されることで着色されたものであるのが好ましい。かかる顔料が混練されていることで、後述する骨材面積率算出工程において、骨材と空隙との判別を的確に行うことができるようになる。
【００４６】
上記所定の樹脂に含浸させた試験片を乾燥させて当該樹脂を硬化させた後、当該試験片の撮像面を研磨する（Ｓ１０５）。試験片を含浸させた樹脂が試験片の撮像面で硬化することで、当該撮像面に凹凸ができてしまい、そのまま撮像面を撮像すると、画像上に凹凸による陰影等が表れてしまい、それによりコンクリート硬化体の骨材面積率、エントラップトエア部分面積率及び空隙面積率の値に誤差が生じるおそれがあり、ひいては圧縮強度の推定精度が低下してしまうおそれがあるが、当該撮像面を研磨することで、高い精度でコンクリート硬化体の圧縮強度を推定することができる。
【００４７】
試験片の撮像面の研磨方法は、特に限定されるものではなく、通常用いられる研磨装置を用いて行えばよい。また、研磨工程において使用し得る研磨材としては、シリコンカーバイト研磨材、ボロンカーバイト研磨材、ダイヤモンドペースト、アルミナ粉末等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、これらの研磨材の平均粒度は、８〜６０μｍ程度であればよい。
【００４８】
なお、後述するように、試験片の撮像装置として電子顕微鏡を用いて反射電子像を取得しようとする場合には、上記の研磨材を用いて研磨した試験片の表面に対して、研磨材として粒径０．３〜３μｍのアルミナ粉末等を用いたバフ研磨加工をさらに施すのが好ましい。
【００４９】
最後に、撮像面を研磨した試験片の表面に蒸着膜を形成し、当該試験片に導電性を付与する（Ｓ１０６）。後述するように、少なくともエントラップトエア部分の面積率の算出工程（図３）及び空隙面積率の算出工程（図４）においては、試験片の走査型電子顕微鏡像の反射電子像を取得することになる。しかしながら、コンクリートは導電性を有しないため、試験片に蒸着膜を形成せずに反射電子像を取得しようとすると、電子線を照射し続けることで試験片の表面が帯電し、反射する電子のパターンが乱れてしまい、正確な反射電子像を取得できないこととなってしまう。そこで、試験片の表面に導電性を有する蒸着膜を形成することで、正確な反射電子像を取得することが可能となる。
【００５０】
上記蒸着膜としては、試験片の表面に導電性を付与し得る限り特に限定されるものではないが、例えば、炭素、白金パラジウム、金等が挙げられる。また、蒸着膜を形成する方法としては、特に限定されるものではなく、従来公知の方法により行うことができる。
【００５１】
〔骨材面積率の算出工程〕
上述のようにして調製された試験片を撮像した画像上における骨材部分の面積率を算出する。図２に示すように、上述の試験片調製工程により調製された試験片の撮像面のカラー画像（多値画像）を取得する（Ｓ２０１）。
【００５２】
当該カラー画像の取得の方法としては、例えば、試験片の撮像面をデジタルカメラ等で撮影する方法、スキャナを用いて試験片の撮像面のカラー画像を取得する方法等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００５３】
取得するカラー画像の解像度は、６００〜２４００ｄｐｉであるのが好ましく、８００〜１２００ｄｐｉであるのがより好ましい。解像度が６００ｄｐｉ未満であると、画像における骨材部分とセメントペースト部分との界面の判別が困難になるおそれがあり、２４００ｄｐｉを超えると、画像処理に長時間を要したり、市販の画像処理ソフトでは対応できなくなったりするおそれがある。
【００５４】
次に、取得したカラー画像のノイズを除去する処理をする（Ｓ２０２）。かかるノイズを除去する処理としては、例えば、カラー画像に移動平均フィルタやメディアンフィルタ等をかける処理等が挙げられる。
【００５５】
上述のようにしてノイズが除去されたカラー画像を２値化処理し、第１の２値化処理画像を取得する（Ｓ２０３）。かかる２値化処理（Ｓ２０３）は、ノイズが除去されたカラー画像中の骨材部分とセメントペースト部分との輝度差や明度差を利用して、骨材部分とセメントペースト部分とを区別し得るような閾値を適宜設定して行うことができる。これにより、第１の２値化処理画像上において骨材部分とセメントペースト部分とを明確に区別することができる。
【００５６】
一方で、上記Ｓ２０１にて取得したカラー画像を常法によりモノクロ変換して、モノクロ画像を取得し（Ｓ２０４）、その後、当該モノクロ画像のノイズを除去する（Ｓ２０５）。なお、かかるノイズを除去する処理は、上述のカラー画像のノイズを除去する処理（Ｓ２０２）と同様の処理を行えばよい。
【００５７】
このようにしてノイズが除去されたモノクロ画像を２値化処理して第２の２値化処理画像を取得する（Ｓ２０６）。かかる２値化処理（Ｓ２０６）は、動的閾値法を用い、上記Ｓ２０１にて取得したカラー画像中の骨材部分と目視で一致するように行うのが望ましいが、第１の２値化処理画像において抽出されなかった骨材部分（セメントペースト部分との輝度差や明度差がほとんどなく、セメントペースト部分と区別されなかった骨材部分）を抽出し得る方法であれば、特に限定されるものではない。
【００５８】
さらに、上記Ｓ２０２でノイズが除去されたカラー画像を、空隙部分とそれ以外の部分との色度差を閾値として利用して２値化処理し、上記Ｓ２０１で取得したカラー画像上の空隙部分を抽出した第３の２値化処理画像を取得する（Ｓ２０７）。カラー画像上の空隙部分は、空隙に流入した樹脂に含まれる顔料の色で表示されるため、当該顔料の色に基づく色度差を閾値として適宜設定すればよい。
【００５９】
続いて、第１の２値化処理画像から第３の２値化処理画像を減算処理し、さらに第２の２値化処理画像を加算処理して、第４の２値化処理画像を取得する（Ｓ２０８）。上述のようにして得られる第１の２値化処理画像は、骨材部分とセメントペースト部分との色度差及び明度差を利用して２値化処理しているため、骨材部分として抽出される部分に空隙部分も含まれてしまう。また、セメントペースト部分の色度及び明度と区別し得ない色度及び明度を有する一部の骨材部分がセメントペースト部分として抽出されてしまう。そのため、第１の２値化処理画像から第３の２値化処理画像を減算処理し、さらに第２の２値化処理画像を加算処理することで、コンクリート硬化体中の骨材部分をより正確に２値化処理画像として表すことができる。
【００６０】
そして、第４の２値化処理画像上の骨材部分と、上記Ｓ２０１にて取得したカラー画像上の骨材部分とが一致するように、第４の２値化処理画像における各画素の階調数（０又は１）を補正する（Ｓ２０９）。かかる補正により、さらに高い精度で骨材面積率を算出することが可能となる。
【００６１】
最後に、このようにして補正された第４の２値化処理画像における骨材面積率Ｖａｇｇ（％）を算出する（Ｓ２１０）。
【００６２】
〔エントラップトエア部分の面積率の算出工程〕
上述のようにして調製された試験片を撮像した画像上におけるエントラップトエア部分の面積率を算出する。図３に示すように、上述の試験片調製工程により調製された試験片を、走査型電子顕微鏡を用いて撮像した反射電子像を取得する（Ｓ３０１）。
【００６３】
走査型電子顕微鏡によって撮像する際には、加速電圧を１０〜１５ｋｅＶ程度に、照射電流を２００〜５００ｐＡ程度に設定するのが好ましい。この範囲であれば、解像度の高い反射電子像を取得することができる。さらに、視野数を１０〜２０程度に設定することで、撮像箇所による気泡の偏在の影響を軽減することが可能となる。
【００６４】
走査型電子顕微鏡を用いて反射電子像を取得するにあたり、当該走査型電子顕微鏡での観察倍率は５０〜１００倍であるのが好ましく、特に８０〜１００倍であるのが好ましい。また、反射電子像の解像度は、０．１〜２．０μｍ／ｐｉｘｅｌであるのが好ましく、特に０．５〜１．０μｍ／ｐｉｘｅｌであるのが好ましい。
【００６５】
続いて、得られた反射電子像を平滑化処理することで当該反射電子像のノイズを除去する（Ｓ３０２）。そして、ノイズの除去された反射電子像を２値化処理し、第５の２値化処理画像を取得する（Ｓ３０３）。
【００６６】
コンクリート硬化体中に含まれるエントラップトエア（空気泡）部分は、反射電子像上において略円形の粒子状として表されるため、上記２値化処理（Ｓ３０３）にあたり、反射電子像上において未水和セメント部分、セメント水和物部分及び骨材部分よりも低輝度側に認められる略円形粒子を抽出可能な閾値を設定するのが好ましい。
【００６７】
また、反射電子像上の低輝度側に認められる略円形粒子には、コンクリート硬化体に生じたひび割れやセメントの水和によって生じる空隙等も含まれるため、第５の２値化処理画像中に認められる略円形粒子の面積率に基づいて空気量を算出すると、空気量の推定誤差が生じてしまうおそれがある。
【００６８】
そこで、本実施形態においては、上述のようにして得られた第５の２値化処理画像上の略円形粒子から、円形度数又は円相当径を指標として、エントラップトエアに該当する部分を抽出した第６の２値化処理画像を取得する（Ｓ３０４）。
【００６９】
具体的には、第５の２値化処理画像上の略円形粒子のうち、円形度数が０．９５以上、又は円相当径が１０μｍ以上の略円形粒子をエントラップトエア部分として抽出する。
【００７０】
その後、第６の２値化処理画像上のエントラップトエア部分が、反射電子像上のエントラップトエア部分と一致するように、第６の２値化処理画像における各画素の階調数（０又は１）を補正し（Ｓ３０５）、エントラップトエア部分の面積率Ｖａｉｒ（％）を算出する（Ｓ３０６）。
【００７１】
〔空隙面積率の算出工程〕
上述のようにして調製された試験片を撮像した画像上における空隙部分の面積率を算出する。図４に示すように、まず、上述の試験片調製工程により調製された試験片を、走査型電子顕微鏡を用いて撮像した反射電子像を取得する（Ｓ４０１）。
【００７２】
走査型電子顕微鏡によって撮像する際には、加速電圧を１０〜１５ｋｅＶ程度に、照射電流を５００ｐＡ〜２ｎＡ程度に設定するのが好ましい。この範囲であれば、解像度の高い反射電子像を取得することができる。さらに、視野数は、反射電子像上から骨材部分やエントラップトエア部分を可能な限り排除することができるように適宜設定すればよいが、具体的には、２０〜３０程度に設定すればよい。
【００７３】
走査型電子顕微鏡を用いて反射電子像を取得するにあたり、当該走査型電子顕微鏡での観察倍率は２５０〜１０００倍であるのが好ましく、特に５００倍程度であるのが好ましい。また、反射電子像の解像度は、０．０１〜０．０２μｍ／ｐｉｘｅｌであるのが好ましく、特に０．０１μｍ／ｐｉｘｅｌであるのが好ましい。
【００７４】
次に、得られた反射電子像のノイズを除去する（Ｓ４０２）。そして、ノイズの除去された反射電子像を、セメントペースト部分と骨材部分及びひび割れ部分との輝度差を閾値として利用して２値化処理し、骨材部分及びひび割れ部分を抽出した第７の２値化処理画像を取得する（Ｓ４０３）。そして、第７の２値化処理画像上の骨材部分及びひび割れ部分が、反射電子像上の骨材部分及びひび割れ部分と一致するように、第７の２値化処理画像における各画素の階調数（０又は１）を補正する。
【００７５】
次に、補正された第７の２値化処理画像を反射電子像に加算、又は反射電子像から第７の２値化処理画像を減算することにより、反射電子像にマスク処理を施す（Ｓ４０４）。これにより、反射電子像からセメントペースト部分以外の部分（骨材部分、ひび割れ部分）を排除することができる。
【００７６】
続いて、マスク処理された反射電子像を２値化処理し、セメントの水和により生じた空隙部分を抽出し得る第８の２値化処理画像を取得する（Ｓ４０５）。
【００７７】
第８の２値化処理画像を取得するに際しては、空隙部分を抽出し得る閾値を設定して、マスク処理された反射電子像を２値化処理するのが好ましい。具体的には、空隙部分の抽出にあたり、反射電子像におけるグレイレベルの累積度数分布グラフに基づいて、低輝度側のスロープからセメント水和物のスロープに転じる屈曲点を閾値とするのが好ましい。
【００７８】
最後に、第８の２値化処理画像から空隙面積率ＶＣＰ（％）を算出する（Ｓ４０６）。
【００７９】
〔圧縮強度推定工程〕
コンクリート硬化体の圧縮強度の推定工程を説明するにあたり、まず、図５に示すコンクリート硬化体を構成する物質の容積の関係について説明する。図５に示すように、コンクリート硬化体が骨材部分、セメントペースト部分及び空気部分から構成されており、セメントペーストがセメント未水和物部分、セメント水和物部分及び空隙部分から構成されていると仮定すると、コンクリート硬化体における空隙率及びセメントペースト部分体積率は、下記式（３）及び（４）により表される。
【００８０】
【数４】
0005484099.tif 000005
【００８１】
【数５】
0005484099.tif 000006
【００８２】
すなわち、上記式（３）及び（４）から、コンクリート硬化体における空隙率は、下記式（５）により表されることになる。
【００８３】
【数６】
0005484099.tif 000007
【００８４】
式（３）〜（５）中、空気部分体積率は「コンクリート硬化体の体積に対する空気部分の体積の百分率」を、空隙部分体積率は「セメントペースト部分の体積に対する空隙部分の体積の百分率」を、セメントペースト部分体積率は「コンクリート硬化体の体積に対するセメントペースト部分の体積の百分率」を、骨材部分体積率は「コンクリート硬化体の体積に対する骨材部分の体積の百分率」を表す。
【００８５】
そして、上述のようにして算出された骨材面積率Ｖａｇｇ、エントラップトエア部分の面積率Ｖａｉｒ及び空隙面積率ＶＣＰは、ステレオロジー理論に基づいて、それぞれ骨材部分体積率、空気部分体積率及び空隙部分体積率とみなすことができる。したがって、算出された骨材面積率Ｖａｇｇ、エントラップトエア部分の面積率Ｖａｉｒ及び空隙面積率ＶＣＰから、下記式（１）に基づいて空隙率を算出することができる。
【００８６】
【数７】
0005484099.tif 000008
【００８７】
式（１）中、Ｖａｉｒは「エントラップトエア部分の面積率（％）」を表し、ＶＣＰは「空隙面積率（％）」を表し、Ｖａｇｇは「骨材面積率（％）」を表す。
【００８８】
このようにして算出された空隙率（％）と、コンクリート硬化体の圧縮強度（ＭＰａ）とは、後述する実施例において明らかなように、直線回帰の相関関係を有する。そのため、予め複数のコンクリート硬化体の空隙率及び圧縮強度のデータを蓄積しておき、当該データから関係式を算出することで、本実施形態の方法により算出された空隙率（％）を指標として、コンクリート硬化体の圧縮強度を高い精度で推定することができる。
【００８９】
以上説明したように、本実施形態によれば、コンクリート硬化体の試験片の撮像面の画像を取得し、当該画像を解析するだけで、コンクリート硬化体の空隙率を簡易な操作により精度よく推定することができ、ひいては、コンクリート硬化体の圧縮強度を精度よく推定することができる。しかも、コンクリート硬化体によっては、ＪＩＳ−Ａ１１０７及びＪＩＳ−Ａ１１０８の規定に従って圧縮強度を測定し得ないような大きさの供試体でなければ採取不可能なものもあるが、このような場合であったとしても、本実施形態によれば、高い精度で圧縮強度を推定することが可能となる。
【００９０】
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００９１】
例えば、上記実施形態の試験片調製工程において、樹脂含浸工程（Ｓ１０４）と撮像面研磨工程（Ｓ１０５）とを１回ずつ行っているが、これに限定されるものではなく、２回以上繰り返して行ってもよい。この場合において、２回目以降の撮像面研磨工程（Ｓ１０５）においては、研磨材としてアルミナ粉末等を用いたバフ研磨機にて撮像面を研磨するのが好ましい。
【００９２】
また、骨材面積率の算出工程、エントラップトエア部分の面積率の算出工程及び空隙面積率の算出工程の各工程において、各工程用に調製された試験片をそれぞれ用いてもよいが、試験片調製工程において撮像面研磨工程（Ｓ１０５）にて撮像面が研磨された試験片を用いて、骨材面積率の算出工程において当該試験片の撮像面のカラー画像を取得し（Ｓ２０１）、その後当該試験片表面に蒸着膜を形成し（Ｓ１０６）、蒸着膜が形成された試験片を用いて、エントラップトエア部分の面積率の参集工程及び空隙面積率の算出工程において、試験片の走査型電子顕微鏡像を撮像し、反射電子像を取得してもよい（Ｓ３０１，Ｓ４０１）。このようにすることで、コンクリート硬化体の圧縮強度を推定するために、１つの試験片を調製すればよく、より簡便にコンクリート硬化体の圧縮強度を推定することができる。
【実施例】
【００９３】
以下、実施例等を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は下記の実施例等により何ら限定されるものではない。
【００９４】
〔参考例１〕
表２に示す配合に従って、表１に示す材料を混練したフレッシュコンクリートを用いて、ＪＩＳ−Ａ１１３２に準拠して圧縮強度試験用のコンクリート供試体を調製した。なお、表２中の試料１〜３は、セメントとして普通ポルトランドセメントを、試料４及び５は、セメントとして低熱ポルトランドセメントを、試料６〜８は、セメントとして高炉セメントＢ種を、試料９及び１０は、セメントとしてフライアッシュセメントＢ種を、試料１１及び１２は、セメントとしてフライアッシュセメントＣ種を用いたものである。
【００９５】
【表１】
0005484099.tif 000009
【００９６】
【表２】
0005484099.tif 000010
【００９７】
上述のようにして得られた各供試体（試料１〜１２）について、ＪＩＳ−Ａ１１０８に準拠して圧縮強度（ＭＰａ）を測定するとともに、ＡＳＴＭ Ｃ６４２に記載の方法に準拠して空隙率（％）を測定した。
結果を表３に示す。
【００９８】
【表３】
0005484099.tif 000011
【００９９】
表３に示す結果から、試料１〜１２のコンクリート硬化体における空隙率と圧縮強度との間には、下記式に示すような直線回帰の相関関係が認められた。
Ｙ＝−１０．７８Ｘ＋２０４．０８  （Ｒ２＝０．９４）
上記式中、Ｙは「コンクリート硬化体の圧縮強度（ＭＰａ）」を表し、Ｘは「コンクリート硬化体の空隙率（％）」を表す。
すなわち、水セメント比（質量基準）が３０〜５０％であるコンクリート硬化体であれば、空隙率（％）と圧縮強度（ＭＰａ）との間に、上記式に示す相関関係を有することが確認された。
【０１００】
〔実施例１〕
上記参考例１にて用いたコンクリート供試体（試料１〜１２）から、２ｃｍ×４ｃｍ×２ｃｍの試験片（骨材面積率算出用試験片）及び２ｃｍ角の試験片（エントラップトエア部分面積率及び空隙面積率算出用試験片）を切り出し、１週間真空乾燥した。
【０１０１】
乾燥後の骨材面積率算出用試験片に、朱色塗料を混練した低粘性エポキシ樹脂（製品名：スペシフィックス−２０，丸本ストルアス社製，粘度：１８５〜１９０ｃＰ）を減圧下にて含浸させた。含浸させた樹脂が硬化した後、研磨材としてＳｉＣ研磨材（♯２４０，４００，８００）及びＢ４Ｃ研磨材（♯１０００）を用い、研磨機としてマルトー社製のパワーラップ（製品名）を用いて試験片の撮像面を研磨した。
【０１０２】
また、乾燥後のエントラップトエア部分面積率及び空隙面積率算出用試験片を、内径１インチの円筒形モールドに収容し、当該円筒形モールド内に低粘性エポキシ樹脂脂（製品名：スペシフィックス−２０，丸本ストルアス社製，粘度：１８５〜１９０ｃＰ）を流し込み、減圧下にて当該樹脂を含浸させた。含浸させた樹脂が硬化した後、研磨材としてＳｉＣ研磨材（♯２４０，４００，８００）及びＢ４Ｃ研磨材（♯１０００）を用い、研磨機としてマルトー社製のパワーラップ（製品名）を用いて試験片の撮像面を研磨した。その後、再度低粘性エポキシ樹脂を含浸させ、研磨材としてアルミナ粉末（粒径：３，１，０．３μｍ）を用い、バフ研磨機（エンギス社製，製品名：ＫＥＮＴ３）にてバフ研磨加工を施した。研磨後、試験片に導電性を付与するため、カーボン蒸着を行った。
【０１０３】
このようにして得られた骨材面積率算出用試験片、並びにエントラップトエア部分面積率及び空隙面積率算出用試験片について、以下のようにして画像処理を行い、骨材面積率Ｖａｇｇ、エントラップトエア部分面積率Ｖａｉｒ及び空隙面積率ＶＣＰを算出した。なお、画像処理は、市販の画像解析ソフト（製品名：ＮａｎｏＨｕｎｔｅｒ ＮＳ２Ｋ−Ｐｒｏ，ナノシステム社製）を用いて行った。
【０１０４】
［１］骨材面積率の算出
骨材面積率算出用試験片の撮像面のカラー画像を、スキャナ（キャノン社製，製品名：ＣａｎｏＳｃａｎＬｉＤＥ５００Ｆ）を用いて取得し、得られたカラー画像に含まれるノイズを当該カラー画像に移動平均フィルタをかけることにより除去した後、骨材部分とセメントペースト部分との色度差及び明度差を利用して２値化処理を行い、第１の２値化処理画像を取得した。また、カラー画像をモノクロ変換して、当該モノクロ画像に移動平均フィルタをかけてノイズを除去した後、動的閾値法により２値化処理を行い、第２の２値化処理画像を取得した。さらに、カラー画像に含まれるノイズを除去した当該画像について、空隙部分とそれ以外の部分との色度差を利用して２値化処理を行い、第３の２値化処理画像を取得した。
【０１０５】
取得した第１の２値化処理画像から第３の２値化処理画像を減算し、さらに第２の値化画像を加算し、加算後の画像上の骨材部分と、カラー画像上の骨材部分とが目視で一致するように、加算後の画像の階調を補正した。このようにして得られた２値化処理画像より骨材面積率Ｖａｇｇを算出した。
【０１０６】
［２］エントラップトエア部分面積率の算出
走査型電子顕微鏡（ＪＳＭ−７００１Ｆ，日本電子社製）を用い、観察倍率を１００倍としてエントラップトエア部分面積率算出用試験片について取得した反射電子像について、移動平均フィルタをかけてノイズを除去した。ノイズを除去した後の反射電子像上における未水和セメント部分、セメント水和物部分及び骨材部分よりも低輝度側に認められる略円形粒子を抽出し得るように閾値を設定し、２値化処理を行った。得られた２値化処理画像上の略円形粒子のうち、円形度数が０．９５以上のものをエントラップトエアとして抽出するように閾値を設定して、再度２値化処理を行った。
【０１０７】
このようにして得られた２値化処理画像上のエントラップトエアが、ノイズを除去した後の反射電子像上のエントラップトエアと一致するように、２値化処理画像の各画素の階調数を補正した。その後、補正後の画像よりエントラップトエア部分面積率Ｖａｉｒを算出した。
【０１０８】
［３］空隙部分面積率の算出
走査型電子顕微鏡（ＪＳＭ−７００１Ｆ，日本電子社製）を用い、観察倍率を５００倍として空隙面積率算出用試験片について取得した反射電子像について、移動平均フィルタをかけてノイズを除去した。反射電子像上の骨材部分及びひび割れ部分を抽出し得る閾値を設定した上で、２値化処理を行い、骨材部分及びひび割れ部分を抽出した２値化処理画像を取得した。
【０１０９】
そして、ノイズを除去した後の反射電子像に骨材部分及びひび割れ部分を抽出した２値化処理画像を加算して、当該反射電子像についてマスク処理をした。マスク処理後の反射電子像上の空隙部分を抽出し得る閾値を設定して２値化処理を行い、空隙部分を抽出した２値化処理画像を取得した。
【０１１０】
そして、反射電子像上の空隙部分と、空隙部分を抽出した２値化処理画像上の空隙部分とが目視で一致するように、空隙部分を抽出した２値化処理画像の各画素の階調を補正し、補正後の画像から、空隙面積率ＶＣＰを算出した。
【０１１１】
［４］空隙率の算出
上述のようにして算出された骨材面積率Ｖａｇｇ、エントラップトエア部分面積率Ｖａｉｒ及び空隙面積率ＶＣＰから、下記式（１）に基づいて、コンクリート硬化体の空隙率（％）を算出した。結果を表４に示す。
【０１１２】
【数８】
0005484099.tif 000012
【０１１３】
式（１）中、Ｖａｉｒは「エントラップトエア部分の面積率（％）」を表し、ＶＣＰは「空隙面積率（％）」を表し、Ｖａｇｇは「骨材面積率（％）」を表す。
【０１１４】
【表４】
0005484099.tif 000013
【０１１５】
表３及び表４に示すように、実施例１の方法により算出されたコンクリート硬化体の空隙率は、参考例１の方法により測定されたコンクリート硬化体の空隙率とほぼ同等の値を示した。そのため、実施例１の方法によれば、コンクリート硬化体の空隙率を高い精度で推定し得ることが判明した。
【０１１６】
そして、このコンクリート硬化体の空隙率と圧縮強度とは、上述するような直線回帰の相関関係を有するため、結果として、実施例１の方法によれば、コンクリート硬化体の圧縮強度を高い精度で推定し得ることが確認された。
【図１】
0005484099.tif 000016
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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