(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
打設コンクリートの締固め状態を検査する方法であって、締固め作業中における打設コンクリート内部にアンテナを介して放射される電波の給電信号と反射信号とにより共振周波数を求めて前記打設コンクリート内部の誘電率を算出し、予め設定した基準誘電率との比較により前記打設コンクリートの締固め状態を判定検査することを特徴とするコンクリート締固め状態検査方法。
【請求項２】
可変周波数発振装置からなる信号発生源から供給される電力を打設コンクリート内部または表面部に設けたアンテナ給電することによりコンクリート内部に電波を放射し、前記信号発生源からの出力信号とアンテナからの反射信号とからコンクリート内の共振周波数を検出し、この共振周波数からアンテナ回りの誘電率を検出し、当該誘電率を予め設定した基準誘電率と比較することにより打設コンクリートの締固め状態を判定検査することを特徴とするコンクリート締固め状態検査方法。
【請求項３】
可変周波数発振装置と、打設コンクリートの表面または内部に配備され前記可変周波数発振装置から給電されてコンクリート内部に電波を放射するアンテナと、前記可変周波数発振装置からの出力信号と前記アンテナを介して検出される反射信号とを入力して共振周波数を検出する演算部と、算出された共振周波数と予め設定された基準周波数との比較によりコンクリート締固め状態を判定する判定手段とを備えてなることを特徴とするコンクリート締固め状態検査装置。
【請求項４】
打設コンクリートの表面もしくは内部にアンテナを設け、前記アンテナには可変周波数発振装置からの信号線が接続しており接続部には結合器を設け、前記結合器には前記可変周波数発振装置からの出力信号と前記アンテナからの反射信号とを掛け合わせて前記反射信号中の振幅に比例する値を出力するミキサを接続し、前記ミキサには演算装置を接続し、前記ミキサからの出力により前記アンテナが前記コンクリート内部もしくは表面にて発振する周波数の値を求め誘電率の値を算出し表示する手段を有し、前記誘電率と予め設定された基準誘電率との比較によりコンクリートの締固め状態を判定する手段を備えたことを特徴とするコンクリート締固め状態検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はコンクリート内の締固め状況を把握する検査方法に係り、特にコンクリート中の気泡や水分の分布を把握するコンクリート締固め状態検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在工事を施工する際、建築材料や土木材料等でコンクリート材が多く使用されている。このコンクリート材とは、コンクリート原料に水を混ぜ込み攪拌することで生成されており、生成後のコンクリート材は所定の型に流し込まれて、時間経過と共に硬化し所定の形状となる。しかしコンクリート材を攪拌する際やコンクリート材を型に流し込む際には空気がコンクリート材中に浸入してしまい、浸入した空気は、打設コンクリート内部より抜けきらずに気泡となって存在する。この状態から打設コンクリートを硬化させると打設コンクリート内部には空隙が生じて、形成された構造物等の強度が低下するという問題が生じていた。この問題に対処するために、コンクリート材の打設直後には締固めを行い、打設コンクリート内部から気泡を追い出し、空隙を減じさせることで強度上の低下を防いでいる。
【０００３】
なお締固めには、打設コンクリートに振動を伝達させる振動機を用い、また振動機の動力には電気、圧縮空気、小型エンジンなどが一般的に使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしコンクリートの締固めを行うにあたり、締固めが不足するとコンクリート内部には空隙が多く存在し強度が不足する。また締固めが過剰になると、コンクリート材は分離を生ずるので、コンクリートの締固めは適切な時期で終了させることが必要である。従来ではこの締固めを終了させる時期は、作業員がコンクリートの表面状態を観察し経験と勘によって判断していた。しかしこの方法は、コンクリート内部の状態を直に確認するものではなく、誰にでも判断ができるというものではなかった。また経験や勘による判断も、工事における諸条件の違い等により狂いが生じやすいという問題点もあった。
【０００５】
本発明は、上述の点に着目してなされたもので、客観的に締固め中のコンクリートの内部状態を把握する手段を備えたコンクリート締固め状態検査方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るコンクリート締固め状態検査方法は、締固め作業中における打設コンクリート内部の誘電率を計測し、予め設定した基準誘電率との比較により前記打設コンクリートの締固め状態を判定検査し、また前記誘電率は打設コンクリートの内部にアンテナを介して放射される電波の給電信号と反射信号とにより共振周波数を求めて算出するようにした。
【０００７】
具体的手段としては、可変周波数発振装置からなる信号発生源から供給される電力を打設コンクリート内部または表面部に設けたアンテナ給電することによりコンクリート内部に電波を放射し、前記信号発生源からの出力信号をアンテナからの反射信号とからコンクリート内の共振周波数を検出し、この共振周波数からアンテナ回りの誘電率を検出し、当該誘電率を予め設定した基準誘電率と比較することにより打設コンクリートの締固め状態を判定検査するようにした。
【０００８】
本発明に係るコンクリート締固め検査装置は、可変周波数発振装置と、打設コンクリートの表面または内部に配備され前記可変周波数発振装置から給電されてコンクリート内部に電波を放射するアンテナと、前記可変周波数発振装置からの出力信号と前記アンテナを介して検出される反射信号とを入力して共振周波数を検出する演算部と、算出された共振周波数と予め設定された基準周波数との比較によりコンクリート締固め状態を判定する判定手段とを備えた構成にしてある。
【０００９】
また打設コンクリートの表面もしくは内部にアンテナを設け、前記アンテナには可変周波数発振装置からの信号線が接続しており接続部には結合器を設け、前記結合器には前記可変周波数発振装置からの出力信号と前記アンテナからの反射信号とを掛け合わせて前記反射信号中の振幅に比例する値を出力するミキサを接続し、前記ミキサには演算装置を接続し、前記ミキサからの出力により前記アンテナが前記コンクリート内部もしくは表面にて発振する周波数の値を求め誘電率の値を算出し表示する手段を有し、前記誘電率と予め設定された基準誘電率との比較によりコンクリートの締固め状態を判定する手段を備えた構成にしてある。
【００１０】
【作用】
上記構成によれば、締固め作業によって打設コンクリート内部の気泡等を打設コンクリート外部へと追い出させることから、打設コンクリート内部における物質の分布状況が変化する。このことから打設コンクリート内部の誘電率も変化するので、締固めが完了となる際の打設コンクリートの誘電率を予め設定しておき、締固め作業時に対象となる打設コンクリートの誘電率を計測する。そして前述の予め設定した誘電率との比較を行うことにより、締固め作業の完了時を判定することが可能になるので、作業者の経験や勘に頼ることなく、最適な締固め作業を行うことが出来る。
【００１１】
また打設コンクリート内部の誘電率を求める手段としては、打設コンクリート内部においてアンテナを深さ方向に複数配備し、給電信号を加えてアンテナが共振する際の電波の周波数を求める。そして求めた共振周波数の値から誘電率を算出することにより締固め中の打設コンクリートの誘電率を求めることが可能になる。
【００１２】
また簡易的に打設コンクリートの誘電率を求める方法としては、打設コンクリート表面にアンテナを配備し、打設コンクリート表面の誘電率を求めることによっても締固めの完了時を判定することが可能である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係るコンクリート締固め検査方法の具体的実施例を図面を参照して詳細に説明する。
図１は実施例に係る締固め検査装置の構造説明図である。この図に示すように、実施例の締固め検査装置は、外部電圧の変動によって発振周波数を変化させることが可能な電圧制御発振回路（以下ＶＣＯと称す。）１から伝送線２が引き出されている。そしてこの伝送線２の先には、スイッチ３を経由して複数のダイポールアンテナ４が接続されている。そしてスイッチ３を随時切り替えることによって、ＶＣＯ１から個々のダイポールアンテナ４へ給電信号が送られるようになっている。また、ＶＣＯ１とスイッチ３を結ぶ伝送線２の間には、方向性結合器５、６が設けられており、これらの方向性結合器５、６は、一方向に伝達する信号を取り出すことが可能になっている。このことから方向性結合器５ではＶＣＯ１からの信号を取り出し可能となっており、方向性結合器６はダイポールアンテナ４内で反射したＶＣＯ１の信号を取り出せるようになっている。ＶＣＯ１から方向性結合器５によって分配されたＶＣＯ１の給電信号は、遅延器７に入力される。この遅延器７は、入力されたＶＣＯ１からの給電信号と、前述した方向性結合器６から取り込まれるダイポールアンテナ４からの反射信号との時間差を補うように、ＶＣＯ１からの給電信号を遅延させている。そして遅延器７から出力された給電信号と、ダイポールアンテナ４からの反射信号は、それぞれミキサ８に入力される。当該ミキサ８は、この２つの信号を掛け合わせて反射信号中の振幅に比例した値を出力することが可能となっている。更にミキサ８の先には演算部９ａと表示部９ｂからなる演算装置９が接続されており、演算部９ａはミキサ８の出力値よりダイポールアンテナから反射された信号の周波数と当該周波数時における振幅を求めることが可能で、変動する周波数に対して最小振幅とそのときの周波数を割り出せるようになっている。更に演算部９ａはこれらの結果から誘電率を算出し、表示部９ｂはこの誘電率の値と目標となる値を比較して表示できるようになっている。
【００１４】
ここでＶＣＯ１にかかる外部電圧を変動させ、ＶＣＯ１の発振周波数を変化させていくと、ＶＣＯ１の周波数変化に応じて、ダイポールアンテナ４からの反射信号の周波数も変化する。そしてＶＣＯ１から出力する発振周波数がある値になったときダイポールアンテナ４は共振し、ＶＣＯ１からの給電信号をダイポールアンテナ４から電波として放射する。そしてＶＣＯ１からの給電信号は電波となって放射されてしまうため、方向性結合器６に入力されるダイポールアンテナ４からの反射信号の振幅は、非共振時に対して小さくなる。すなわち図２に示すように、非共振時ではダイポールアンテナ４からの反射信号の振幅はほぼ一律となっているが、共振時ではＶＣＯ１からの給電信号をダイポールアンテナ４は電波として放射してしまうことから、ダイポールアンテナ４からの反射信号振幅は小さくなる。
【００１５】
ダイポールアンテナ４が共振する条件とは、ダイポールアンテナ４の長さをｌとし、ダイポールアンテナ４周囲の比誘電率およびダイポールアンテナ４周囲を伝達する電磁波の波長をそれぞれεｓ、λとすると、以下の式で表される。
【００１６】
【数１】
λ＝λ０／√（εｓ）      （λ０は真空中の波長）
一方、長さｌからなるダイポールアンテナ４の場合、このアンテナは真空中においては、
【００１７】
【数２】
ｌ＝λ０／２
で表される波長の電波に共振する。従って数１、数２より比誘電率εｓとなる環境におかれたダイポールアンテナ４は、
【００１８】
【数３】
λ＝２ｌ／√（εｓ）
で表される波長λに共振することがわかる。また波長λについては、ダイポールアンテナ４が打設コンクリート内部で共振するときの共振周波数をｆとすると、
【００１９】
【数４】
λ＝ｃ／ｆ      （但しｃは光速）
で表される。ダイポールアンテナ４が電波を放射する際の共振周波数は、前述したミキサ８および演算部９ａの働きから求められることが可能になっている。そして演算部９ａは、前述の共振周波数から数４の関係を用いて打設コンクリート内部における波長λを算出する。更に演算部９ａは、数３を用いてコンクリート内部の非誘電率εｓを求め、これらの値から打設コンクリート内部における誘電率をεとし真空中における誘電率をεｏとすると、
【００２０】
【数５】
ε＝εｓ・εｏ
で表される式により誘電率を求めるようになっている。そして求めた誘電率の値と予め設定した誘電率の値とを表示部９ｂによって表示させることが可能になっている。
【００２１】
ここで上記実施例に係るコンクリート締固め状態検査方法をコンクリートの締固めに用いた適用例を図３に示す。
図中の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、打設コンクリート断面を表しており、それぞれ打設直後、締固め途中、締固め終了時の状態を示している。
この打設コンクリートの地表面１０から底面１１までの深さ方向には、等間隔にダイポールアンテナが埋め込まれ、それぞれのダイポールアンテナからは、スイッチを介してＶＣＯに接続されている。そしてＶＣＯとスイッチの間には、方向性結合器が設けられ、その先にはミキサと演算装置が接続されており、ダイポールアンテナからの反射信号の振幅と周波数を求められるようになっている。
【００２２】
上記の如く構成された実施例において、打設直後（ａ）の状態は、粗骨材１２、モルタル１３、気泡１４、水分１５が均等に混ざっており、しかも気泡１５の含有率が高くなっている。この状態のときＶＣＯより給電信号の周波数を変化させて、打設コンクリート内に埋め込まれたダイポールアンテナが共振する共振周波数を検出し、前述の研鑽方法によって各深度での誘電率を求めると、気泡１４の含有率が高いため、誘電率の値は全体的に低くなっている。更に粗骨材１２、モルタル１３、気泡１４、水分１５が均等に混ざっていることから、地表面１０側から底面１１側の間で誘電率の差は少なくなっている。
【００２３】
また締固め途中（ｂ）は、打設コンクリートに振動を与え、その振動によって気泡１４を打設コンクリート外部に追い出している状態である。この状態のときには、打設コンクリート内部に含まれていた気泡の含有量が少なくなり、その結果、誘電率の値は全体的に高くなる。更に比重の小さい水分１５が地表面１０側に移動してくるため地表面１０付近の誘電率は底面１１側に比べてより高くなっている。
【００２４】
締固め終了（ｃ）は、打設コンクリートに締固めのための振動を与えるのを停止した状態である。この状態のときには、打設コンクリート内部に含まれていた気泡１４の含有量は更に減少し、比重の小さな水分１５がより多く地表面１０側に移動してくる。このため誘電率の値は、締固め途中（ｂ）よりも全体的に高くなり、また地表面１０側の水分１５の増加により地表面１０付近の誘電率は、底面１１側に対していっそう高くなる。
【００２５】
この様に、打設コンクリート内における気泡や水分の分布状態によって誘電率は変化する。このことから誘電率の値を監視し、予め設定した誘電率の値になったところで、締固めを終了すれば、経験や勘も必要とせずに誰にでも最良の締固めを行うことが可能となる。
【００２６】
また適用例には、複数のダイポールアンテナを深さ方向に配備し、地表面１０から底面１１までの誘電率の状態を検査する説明を行ったが、小規模の工事等の場合には、簡略的にダイポールアンテナを打設コンクリート表面に置き、表面の比誘電率の値をもって締固め状況を検知することも可能である。また工事が大規模の場合においては、単一の場所の深さ方向のみダイポールアンテナを配備するのではなく、幾つかの場所において深さ方向に複数のダイポールアンテナを配備する。このことにより打設コンクリート内部の状況が把握できるようになり、締固めが不足している場所等も容易に見つけだすことができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、締固め作業によって打設コンクリート内部の気泡等を打設コンクリート外部へと追い出させることから、打設コンクリート内部における物質の分布状況が変化する。このことから打設コンクリート内部の誘電率も変化するので、締固めが完了となる際の打設コンクリートの誘電率を予め設定しておき、締固め作業時に対象となる打設コンクリートの誘電率を計測する。そして前述の予め設定した誘電率との比較を行うことにより、締固め作業の完了時を判定することが可能になるので、作業者の経験や勘に頼ることなく、最適な締固め作業を行うことが出来る。
【００２８】
また打設コンクリート内部の誘電率を求める手段としては、打設コンクリート内部においてアンテナを深さ方向に複数配備し、給電信号を加えてアンテナが共振する際の電波の周波数を求める。そして求めた共振周波数の値から誘電率を算出することにより締固め中の打設コンクリートの誘電率を求めることが可能になる。
【００２９】
また簡易的に打設コンクリートの誘電率を求める方法としては、打設コンクリート表面にアンテナを配備し、打設コンクリート表面の誘電率を求めることによっても締固めの完了時を判定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例に係るコンクリート締固め状態検査方法の構造説明図である。
【図２】実施例に係る周波数毎のミキサ出力である。
【図３】コンクリート締固め状態検査方法を使用した適用例である。
【符号の説明】
１        ＶＣＯ
２        伝送線
３        スイッチ
４        ダイポールアンテナ
５        方向性結合器
６        方向性結合器
７        遅延器
８        ミキサ
９        演算装置
１０        地表面
１１        底面
１２        粗骨材
１３        モルタル
１４        気泡
１５        水分
【図１】
0003618147.tif 000002
【図２】
0003618147.tif 000003
【図３】
0003618147.tif 000004