(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタル式の圧力センサーが取り付けられた試料容器にフレッシュコンクリートを充填した後、該試料容器を密閉する工程と、前記試料容器の上部に設けられた空気室の空気圧を所定の値に上昇させる工程と、前記空気室と試料容器内との間に設けられた作動弁を連通させて前記空気室と前記試料容器内との平衡圧力を前記デジタル式の圧力センサーを用いて測定する工程とを含むフレッシュコンクリートの空気量測定方法において、
平衡圧力の逆数を横軸に空気量を縦軸にして得られる試料容器固有の直線関係を、前記試料容器についてデジタル式の圧力センサーを用いて予めキャリブレーション直線として求め、
前記空気圧および前記平衡圧力をデジタル式の圧力センサーにより直接測定し、平衡圧力の逆数と空気量との前記キャリブレーション直線を用いてフレッシュコンクリートに含有する空気量を算出することを特徴とする空気量測定方法。
【請求項２】
試料容器にフレッシュコンクリートを充填した後、該試料容器を密閉する工程と、前記試料容器の上部に設けられた空気室の空気圧を所定の値に上昇させる工程と、前記空気室と試料容器内との間に設けられた作動弁を連通させて前記空気室と前記試料容器内との平衡圧力を測定する工程とを含むフレッシュコンクリートの空気量測定方法において、
平衡圧力の逆数と空気量との間で得られる試料容器固有の一次回帰式を、前記試料容器についてデジタル式の圧力センサーを用いて予め求めてメモリー領域に保存し、
前記空気圧および前記平衡圧力をデジタル式の圧力センサーにより直接測定した値を用いて予め保存させておいた前記一次回帰式を用いて計算し、その計算結果を表示装置に表示させるコンピュータにより直接フレッシュコンクリートに含有する空気量を算出することを特徴とする空気量測定方法。
【請求項３】
前記試料容器の上部に設けられた空気室の空気圧を所定の値に上昇させる工程において、前記所定の空気圧が 0〜0.3 MPa であることを特徴とする請求項１および請求項２記載の空気量測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はフレッシュコンクリートの空気量を測定するためのフレッシュコンクリートエアメータおよび空気量測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フレッシュコンクリートに含まれる微小気泡は凍結融解に対する抵抗性などを向上させるため、空気量は重要な値であり、「フレッシュコンクリートの空気量の圧力による試験方法−空気室圧力方法」としてＪＩＳ  Ａ  １１２８に規定されている。
ＪＩＳに準拠する従来の空気量測定方法を図６および図７により説明する。図６（ａ）は空気室の圧力を所定の圧力に高めた場合を、図６（ｂ）は作動弁を開いた状態をそれぞれ示す図であり、図７は圧力計の目盛り板の一例を示す図であり、いずれもＪＩＳ  Ａ  １１２８に記載されている。
１）フランジ付きの円筒状容器１に試料９を容器から少しあふれる程度に入れ、余分の試料を定規でかきとって平坦にならし、ふた２を容器に取り付け空気が漏れないように密閉して、空気室４内の気圧を初圧力値の線まで上げる（図６（ａ））。
２）作動弁３を十分に開き、圧力計１０の空気量を小数点以下１けたで読む（図６（ｂ））。
なお、空気量が直読できるように目盛りしてある圧力計１０は、容量約 1kgf/cm2｛100kPa｝で 0.01kgf/cm2｛1.00kPa｝程度の感度が求められている。また、空気量の目盛りは容器に水を満たした後、上述の方法で空気室内の気圧を初圧力値の線まで上げ、その後一定量の水を抜き出して、空気量として目盛り板に目盛る。この目盛りは時々キャリブレーションを行ない較正する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の方法は、発泡モルタル等の高空気量のフレッシュコンクリートの測定には、精度が低下し、また使用できないという問題があった。例えば、図７に示す圧力計１０の場合、空気量が 0〜 8％までは 0.1％目盛りであるが、 8〜10％までは 0.2％目盛りであり、さらに 10％を越えた場合は、空気量の測定ができない。
【０００４】
また、空気室内の気圧を初圧力値の線まで上げる操作において、初圧力値の線にメータの針を一致させることが困難である。実際には空気室に圧力調整弁などを設けて初圧力値の線以上に圧力を上げた後、放圧することにより調整しているが熟練を要するという問題がある。
【０００５】
さらに、圧力計としてブルトン管やベローズ管が用いられているため、機械的原因による精度劣化やキャリブレーションの不安定化等の問題がある。そのため、キャリブレーション毎に試験機メーカに依頼するか、キャリブレーションを頻繁に行なわなければならないという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような問題に対処するためになされたもので、約 5％程度の空気量を含む通常のフレッシュコンクリートから 50％程度の空気量を含む気泡モルタルの空気量を精度よく測定でき、またキャリブレーションも容易にできるフレッシュコンクリートエアメータおよびフレッシュコンクリートの空気量測定方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の空気量測定方法は、デジタル式の圧力センサーが取り付けられた試料容器にフレッシュコンクリートを充填した後、該試料容器を密閉する工程と、前記試料容器の上部に設けられた空気室の空気圧を所定の値に上昇させる工程と、前記空気室と試料容器内との間に設けられた作動弁を連通させて前記空気室と前記試料容器内との平衡圧力を前記デジタル式の圧力センサーを用いて測定する工程とを含むフレッシュコンクリートの空気量測定方法において、
平衡圧力の逆数を横軸に空気量を縦軸にして得られる試料容器固有の直線関係を、前記試料容器についてデジタル式の圧力センサーを用いて予めキャリブレーション直線として求め、
前記空気圧および前記平衡圧力をデジタル式の圧力センサーにより直接測定し、平衡圧力の逆数と空気量との前記キャリブレーション直線を用いてフレッシュコンクリートに含有する空気量を算出することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の空気量測定方法は、平衡圧力の逆数と空気量との間で得られる試料容器固有の一次回帰式を、前記試料容器についてデジタル式の圧力センサーを用いて予め求めてメモリー領域に保存し、
前記空気圧および前記平衡圧力をデジタル式の圧力センサーにより直接測定した値を用いて予め保存させておいた前記一次回帰式を用いて計算し、その計算結果を表示装置に表示させるコンピュータにより直接フレッシュコンクリートに含有する空気量を算出することを特徴とする。
また、前記試料容器の上部に設けられた空気室の空気圧を所定の値に上昇させる工程において、前記所定の空気圧が 0〜0.3 MPa であることを特徴とする。
【０００９】
なお、本発明においてフレッシュコンクリートとは、通常の生コンクリートのみならず空気を多量に含むモルタル等も含み、まだ固まらないコンクリート一般をいう。
【００１０】
本発明は、空気室と試料容器内との平衡圧力をデジタル式の圧力センサーで直接測定できる装置、および平衡圧力の逆数と空気量とのキャリブレーション直線を用いて、あるいは直接測定値を用いて空気量を算出することにより、 50％程度の空気量まで精度よく測定できる。
また、デジタル式の圧力センサーを用いることにより、空気室内の初圧力を上げることができるのでより測定精度を上げることができ、また初圧力設定操作やキャリブレーション操作が容易にできる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
ＪＩＳ  Ａ  １１２８に規定される空気室圧力方法は、「ボイルの法則」を測定原理とするもので、図６に示す装置において、加圧された空気室内と常圧の試料容器とを連通したときの平衡圧力を測定してフレッシュコンクリート（試料）に含有する空気量を容量百分率として測定する方法である。
試料中の空気量をＶSとすると、ボイルの法則によりＶSは次の式で求められる。
ＶS＝Ｖ0（Ｐ0−Ｐe）／Ｐe
ここで、Ｖ0：空気室の体積
Ｐ0：空気室の初圧力
Ｐe：平衡圧力をそれぞれ表す。
なお、上式において試料表面とふた下面の間に介在する空気量を 0としている。また、骨材補正係数を 0としている。
【００１２】
従来、空気室の初圧力Ｐ0は、初圧力値の線まで気圧を上げるという方法を採用し、その値は直接測定されていなかった。また、キャリブレーションで得られた試料中の空気量ＶSを圧力計に表示すると、図７に示すように、空気の含有量が大きくなるに従って目盛り幅が小さくなり、その結果、測定誤差が大きくなり、空気量 10 ％以上では事実上測定が困難となっていた。
この関係を考察するため、上述の式において、ＶSを縦軸に、Ｐeを横軸にしてその関係を図示すると図２に示す曲線となる。図２に示すように、従来の方法では空気量が大きくなるに従って測定される平衡圧力の幅が小さくなっており、その結果、測定誤差が大きくなることが分かった。
【００１３】
しかしながら、上式を変形すると、
ＶS＝Ｖ0・Ｐ0／Ｐe−Ｖ0となる。
このため、ＶSを縦軸に、１／Ｐeを横軸にしてその関係を図示すると直線関係が得られる。また、Ｐe、Ｐ0の値が精密に直接測定できれば、Ｖ0は既知なのでＶSが求まる。その結果、試料表面とふた下面の間に介在する空気量や、骨材等の補正値をいれることにより、空気量が求まることになる。実際的には、測定容器等の有する固有な誤差などを考慮してキャリブレーションを行なって空気量を算出することが好ましい。
【００１４】
本発明において、キャリブレーションの結果、Ｐ0の値を大きくするにしがって、ＶSと１／Ｐeとの相関係数が限りなく１に近ずくことが認められ、ＶSの精度を高められることが分かった。
本発明はこのような知見に基づきなされたもので、本発明のフレッシュコンクリートエアメータは、空気室に取り付けられる圧力計を従来のアナログ式のブルトン管やベローズ管に代えて、圧力を直接精密に測定できるデジタル式の圧力センサーとするものである。また、本発明の空気量測定方法は、この直接精密に測定された圧力を用いてフレッシュコンクリートに含有する空気量を算出するものである。
【００１５】
本発明のフレッシュコンクリートエアメータを図１に示す。図１は、デジタル式の圧力センサーが取り付けられた空気室および容器の断面図を示す。
フレッシュコンクリートエアメータは、試料容器１とふた２とから構成され、ふた２には、作動弁３を介して試料容器１と連通する空気室４とを備えている。また、空気室４にはデジタル式の圧力センサー５が取り付けられている。なお、６は注水口、７は排気口、８は加圧装置、例えば空気ハンド・ポンプである。また、空気室４には圧力調節弁等を設けることができる。なお、本発明は初圧力値を直読できるので、空気室に設けられている従来の圧力調整弁を省略してもよい。
【００１６】
本発明に係るデジタル式の圧力センサー５は、空気室４および容器１の耐圧性能に応じた圧力範囲を測定できるものであれば用いることができる。例えば、ＪＩＳ  Ａ  １１２８に準拠した場合、0.3MPaを越えると安全係数を考慮した容器の耐圧性能を越えるおそれがあるため、 0〜0.3MPaの圧力範囲が好ましい。なお、耐圧性能を向上させた容器を用いる場合には0.3MPaを越える圧力を測定できる圧力センサーを用いることができる。
圧力センサーの精度は、±0.2％Ｆ．Ｓ．±1digit、好ましくは±0.1％Ｆ．Ｓ．±1digitである。例えば、圧力センサーの精度を±0.1％以下とすると、空気量 10％の試料を測定する場合、±1％以下の精度で空気量を測定できる。これに対して、ＪＩＳ  Ａ  １１２８に準拠した場合、0.1MPa定量の精度は±0.001MPaであるため、空気量 10％の場合（約 0.038MPa）の精度は±2.6％となる。
デジタル式の圧力センサーとしては、半導体歪ゲージを感圧部に用いた圧力センサーなどを用いることができる。例えば、市販品としては、長野計器社製のＧＣ７シリーズのデジタル圧力計がある。
【００１７】
本発明のフレッシュコンクリートエアメータを用いて、空気量ＶSとＰeとのキャリブレーションを行なった。
キャリブレーションは、初圧力を 0.10MPa、 0.15MPa、 0.20MPaの 3水準とり、それぞれについて空気量を 1〜50％までの 13 水準にて行なった。また、各水準とも 3回の繰り返しでキャリブレーションを実施した。
初圧力 3水準の計算で求められた空気量と圧力センサー値との関係を表１〜表３、およびＶSと１／Ｐeとの統計処理、回帰直線を図３〜図５に示す。
【００１８】
【表１】
0003690923.tif 000002
【００１９】
【表２】
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【００２０】
【表３】
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【００２１】
図３〜図５に示すように、ＶSと１／Ｐeとの間には、分散分析結果によっても明らかなように、高度な直線関係が認められ、空気量 50％程度の発泡モルタルにも十分対応できることが認められた。また、初圧力が高くなるにしたがって、相関係数の値が 1に近くなり、初圧力を高くするほど測定精度が向上することが認められた。
空気量は圧力センサー値の逆数を一次回帰式に代入することにより求めることができる。なお、キャリブレーションによって得られる一次回帰式は初圧力に応じて定められる。
また、空気量は、圧力センサー値をデータ出力して、メモリ領域に読み込み、予め保存させておく一次回帰式を用いて計算し、その計算結果を表示装置に表示させるコンピュータにより直接空気量を得ることができる。
【００２２】
本発明のフレッシュコンクリートエアメータを用いて空気量を測定する方法を以下に説明する。
１）試料容器にフレッシュコンクリートを充填した後、該試料容器を密閉する。この手順は、ＪＩＳ  Ａ  １１２８に規定されている方法を採用することができる。
２）空気室の空気圧を所定の値に上昇させ、その値を読み取る。この値は空気室および密閉された試料容器の耐圧性能に依存するが、例えば 0.1MPa以上が好ましく、より好ましくは 0.2MPaである。 0.2MPaとすることにより空気量の測定精度がより向上する。
３）空気室と試料容器内との間に設けられた作動弁を連通させて空気室と試料容器内との平衡圧力をデジタル式の圧力センサーにより直接測定する。
４）測定された圧力の逆数を用いてフレッシュコンクリートに含有する空気量を算出する。この算出は、上述のキャリブレーション直線を用いて、あるいは圧力センサーにマイコンを内蔵させて自動演算させ、直接表示する方法であってもよい。
【００２３】
この方法によると、空気量が約 50 ％程度含むフレッシュコンクリートであっても、その空気量を精度よく測定できる。また、初圧力や 0点の設定がデジタル式のため、明瞭かつ簡易に行なうことができるので、測定作業を容易に行なうことができる。
また、測定された圧力センサー値を用いて、直接ボイルの法則により空気量を算出することができる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の空気量測定方法は、デジタル式の圧力センサーが取り付けられたフレッシュコンクリートエアメータを用いるので、初圧力を直接読み取ることができ、また、初圧力を高くすることができる。その結果、空気量が約 50 ％程度含むフレッシュコンクリートであっても精度よく測定できる。
さらに、従来のＪＩＳ  Ａ  １１２８に規定される装置の簡易な改良で精度よく空気量が測定できる。
【００２５】
本発明の空気量測定方法は、上記フレッシュコンクリートエアメータを用いて、空気圧をデジタル式の圧力センサーにより直接測定し、この測定された圧力を用いてフレッシュコンクリートに含有する空気量を算出するので、熟練を要さずに精度よくフレッシュコンクリート中の空気量が測定できる。
また、空気量と圧力の逆数との直線関係を用いるので、少なくとも 2点あれば直線が引ける。その結果、キャリブレーションの測定点を少なくすることができ、また、多点キャリブレーションを行なうことにより精度がより向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】フレッシュコンクリートエアメータを示す図である。
【図２】空気量と平衡圧力の関係を示す図である。
【図３】初圧 0.10MPaでの統計処理、回帰直線を示す図である。
【図４】初圧 0.15MPaでの統計処理、回帰直線を示す図である。
【図５】初圧 0.20MPaでの統計処理、回帰直線を示す図である。
【図６】従来の空気量測定方法を示す図である。
【図７】圧力計の目盛り板の一例を示す図である。
【符号の説明】
１  試料容器
２  ふた
３  作動弁
４  空気室
５  圧力センサー
６  注水口
７  排気口
８  加圧装置
９  試料
１０  圧力計
【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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【図６】
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【図７】
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