(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント基材が最終凝結から加水・成型後一日間内において、露点温度メータによってセメント基材の内部の露点温度を計測し、公式（3）にてセメント基材の内部の相対湿度を算出し、
【数１】
0005856304.tif 000006
なお：RHがセメント基材の内部の相対湿度で、RH=99.98%-99.5%で、
tdが限界空隙半径を穴径とする空隙内の露点温度で、
tが環境温度で、
前記露点温度メータが熱電対プローブと露点マイクロボルトメーターを接続して形成するもので、前記熱電対プローブが外には多孔質セラミックスのカバー又はステンレス・スクリーン・シュラウドを備えて、熱電対がコンスタンタンとエリンバーニッケルクロムを電気連結することで形成するもので、多孔質セラミックスのカバー又はステンレス・スクリーン・シュラウドの穴径が2-5μmであることを特徴とするセメント基材の自己乾燥効果の計測方法。
【請求項２】
露点温度メータの測定範囲が0〜40℃で、精度が±0.005℃以上で、感度が0.001℃以上であることを特徴とする請求項１に記載のセメント基材の自己乾燥効果の計測方法。
【請求項３】
露点温度メータによってセメント基材の内部の露点温度を計測する際に、前記熱電対プローブの埋め込み深さが1cm以上であることを特徴とする請求項１又は２の何れかに記載のセメント基材の自己乾燥効果の計測方法。
【請求項４】
セメント基材の加水・成型から最終凝結までの時間に、テンショメータ原理の毛管負圧測定装置にて毛管負圧を計測し、また公式（1）と（2）にてセメント基材の内部の相対湿度を算出し、
【数２】
0005856304.tif 000007
なお、式（1）と（2）において、γが気液界面張力で、θが接触角で、rが限界空隙半径で、ΔPが毛管負圧で、RHがセメント基材の内部の相対湿度で、pgが空隙内部の曲面水の飽和蒸気圧で、psatが平面水の飽和蒸気圧で、Mlが液相のモル質量で、Rが理想気体定数で、Tが絶対温度で、ρlが液相の密度であることを特徴とする請求項１又は２の何れかに記載のセメント基材の自己乾燥効果の計測方法。
【請求項５】
セメント基材が加水・成型されて一日間以降にハイグロメーターにてセメント基材を硬化する相対湿度を計測することを特徴とする請求項１又は２の何れかに記載のセメント基材の自己乾燥効果の計測方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔技術分野〕
本発明はセメント基材の自己乾燥効果の測定方法に関する。
【０００２】
〔背景技術〕
セメント基材の自己乾燥はセメント基材が凝結・形成した後、外界との物質交換を隔絶した条件で、内部の水和作用に伴う化学収縮によって空隙を形成し、さらに水和によって相対湿度が低下する過程である。密封条件において、水和作用によって、セメント基材の内部の相対湿度が飽和（100%）から不飽和（<100%）へと変わり、だんだん減少するので、自己乾燥と称する。自己乾燥効果がセメント基材の自己収縮の駆動力で、自己乾燥程度の高さがセメント基材の自己収縮の計算の根拠である。自己収縮はセメント基材の若材齢亀裂の要因である。
【０００３】
自己乾燥効果の伝統的計測方法は主に、密封条件におけるセメント基材内部の相対湿度を計測し、ハイグロメーターによって測定する。近代の計測技術の発展につれて、ハイグロメーターの精度と信頼性も絶えずに向上している。しかし、計測原理に制限され、ハイグロメーターの許容測定範囲が９９％以下で、そして平衡期間も相当に長く、若材齢コンクリートの相対湿度が殆ど９９％以上で、このような高湿環境における湿度測定は湿度測定分野で公認される国際難問である。伝統的ハイグロメーターにて計測されたコンクリートの    初期凝結からの典型的な湿度曲線に基づき、初期凝結後かなり長い間に、ハイグロメーターが平衡期間にあり、真実の湿度値を計測できない。そのため、ハイグロメーターによる測定はセメント基材が硬化した後で行われ、普通一日間以降で測定できる。しかしセメント基材が加水・成型から一日間までの時間に、ハイグロメーターの方法で測定できない。
【０００４】
本発明の研究者はテンショメータの原理を採用してみて、加水・成型から空隙負圧が80kPaくらいになるまでの自己乾燥過程（対応的な相対湿度範囲が100%-99.98%）を計測したが、研究結果として、80kPaがセメント基材の最終凝結だけで計測され、最終凝結以降から加水後一日間内の水分消耗と自己乾燥過程（空隙負圧が80kPa-2000kPaで、対応的な相対湿度範囲が99.98%-99.5%）で、テンショメータの原理を使っても、計測できない。
【０００５】
〔発明の開示〕
本発明はセメント基材が最終凝結から加水後一日間内の湿度変化を測定でき、その内部の水分消耗と自己乾燥過程を反映するセメント基材の自己乾燥効果の計測方法を提供する。
【０００６】
本発明は下記の原理に基づく。
【０００７】
セメント基材は水和作用と化学収縮による自己乾燥は本質には多孔質材料の内部の空隙負圧が絶えずに増加し、相対湿度が絶えずにダウンする熱力学過程で、熱力学上の二つのクラシックな方程式で下記どおり示す。
【０００８】
【数１】
0005856304.tif 000002
【０００９】
なお、式（1）と（2）において、γが気液界面張力で、θが接触角で、rが限界空隙半径で、ΔPが毛管負圧で、RHがセメント基材の内部の相対湿度で、pgが空隙内部の曲面水の飽和蒸気圧で、psatが平面水の飽和蒸気圧で、Mlが液相のモル質量で、Rが理想気体定数で、 Tが絶対温度で、ρlが液相の密度である。
【００１０】
式（1）と式（2）から、その他のパラメータが一定である場合、セメント基材の内部の水分の熱力学状態を決める変数が限界空隙半径rである。熱力学のエネルギー最低原理に基づき、水分の蒸発と消耗は大穴から小穴へ次第に行われる。所定の熱力学状態において、半径r以下の穴が水に満たされ、半径r以上の穴がそれ以上水を充填されない空隙になる。一定の限界空隙半径はそのときの空隙負圧と相対湿度を決めて、換言すれば、セメント基材の空隙負圧又は相対湿度を定量的に計測する限り、加水・成型から、密封の条件の下で、水和反応と化学収縮によってセメント基材の内部の熱力学状態が変化する自己乾燥効果を全過程で計測することができる。同時に、内部空隙負圧が絶えず増加し、相対湿度が絶えずダウンするにつれて、限界空隙半径が次第に減少し、相応な限界空隙の飽和蒸気圧が絶えずにダウンし、相応な露点温度も絶えずにダウンする。
【００１１】
相対湿度と露点温度の関係について、式（3）で示すことができる。
【００１２】
【数２】
0005856304.tif 000003
【００１３】
なお、RHがセメント基材の内部の相対湿度で、
tdが限界空隙半径を穴径とする空隙内の露点温度で、
tが環境温度である。
【００１４】
そのため、露点温度を測定することで、内部の相対湿度の変化を算出することができる。本発明の研究者は試験によって、このような方法でセメント基材が最終凝結後から加水・成型後一日間内における内部の相対湿度の変化を算出でき、即ち、相対湿度が99.98%-99.5%という相対湿度範囲に変化する状況を算出することができる。露点温度の計測に用いられるプローブは多孔質セラミックスのカバー又はステンレス・スクリーン・シュラウドを外に備える熱電対プローブで、熱電対はコンスタンタンとエリンバーニッケルクロムを電気連結することで形成するもので、多孔質セラミックスのカバー又はステンレス・スクリーン・シュラウドの穴径が2-5μmである。電子システムを内蔵し熱電対プローブによってもっぱらに露点温度を測定する露点マイクロボルトメーターと熱電対プローブが接続し、露点温度メータを形成する。露点温度メータは露点温度に、自動的に熱電対の結点温度を維持する持続的誘導・制御回路を含み、露点方式で動作をする。
【００１５】
前記セメント基材の自己乾燥効果の計測方法において、セメント基材が最終凝結から、加水・成型後一日間内に、露点温度メータにてセメント基材の内部の露点温度を計測し、また公式（3）にて、セメント基材の内部の相対湿度を算出する。
【００１６】
【数３】
0005856304.tif 000004
【００１７】
なお、RHがセメント基材の内部の相対湿度で、RH=99.98%-99.5%で、
tdが限界空隙半径を穴径とする空隙内の露点温度で、
tが環境温度である。
【００１８】
前記露点温度メータは熱電対プローブと露点マイクロボルトメーターを接続することで形成するもので、前記熱電対プローブは外に多孔質セラミックスのカバー又はステンレス・スクリーン・シュラウドを備え、熱電対はコンスタンタンとエリンバーニッケルクロムを電気連結することで形成するもので、多孔質セラミックスのカバー又はステンレス・スクリーン・シュラウドの穴径が2-5μmである。
【００１９】
本発明の改善方案として、セメント基材が加水・成型から最終凝結までの時間において、テンショメータ原理の毛管負圧測定装置にて毛管負圧を計測して、また公式（1）と（2）にてセメント基材の内部の相対湿度を算出する
【００２０】
【数４】
0005856304.tif 000005
【００２１】
なお、式（1）と（2）において、γが気液界面張力で、θが接触角で、rが限界空隙半径で、ΔPが毛管負圧で、RHがセメント基材の内部の相対湿度で、pgが空隙内部の曲面水の飽和蒸気圧で、psatが平面水の飽和蒸気圧で、Mlが液相のモル質量で、Rが理想気体定数で、Tが絶対温度で、ρlが液相の密度である。
【００２２】
セメント基材が加水・成型されて一日間以降に、ハイグロメーターにてセメント基材を硬化する初期の相対湿度を計測することができる。
【００２３】
本発明の計測方法において、露点温度の計測或いは毛管負圧の計測によってセメント基材の内部の相対湿度を得る場合は、下記の前提に基づく。一定の環境温度を保持する状態で、計測を行い、そしてセメント基材の内部の温度等が環境温度と同じであることを仮定する。この前提では、上記公式（1）~（3）において、T=273+t、またMlを0.018kg/molとして、ρlを1.0×103kg/m3とし、平面水の飽和蒸気圧psatが環境温度における飽和蒸気圧（20℃に17.54ミリエッチジーで）で、pgが限界空隙半径rを有する穴内の飽和蒸気圧である。
【００２４】
具体的な操作は下記どおりである。（全過程でセメント基材の成型から一日間以降までの時間における相対湿度をモニタリングすることを例として紹介する）
加水してかき混ぜられたセメント基材を三つに分けて、それぞれ四周と底が密封された三つの容器に入れて、三つの容器に毛管負圧測定プローブ、露点温度メータプローブとハイグロメータープローブの埋込配管をそれぞれ予め埋めこんでおく。毛管負圧の測定プローブの埋め込みはＣＮ２００９１０３０１７３４．２を参照。露点温度メータ・プローブ・シュラウドがステンレス又はセラミック素材で、プローブの埋め込み深さが１ｃｍ以上で、プローブが直接にセメント基材と接触する。読み取りの正確性を確保するために、プローブが使い捨てである。ハイグロメーターのプローブはチューブを予め埋める方式でセメント基材の損傷を防ぎ、プローブの重複使用を実現することができる。ハイグロメーターの埋め込みチューブを採用する場合、チューブは外管が中空で、内管が中実で、外管・内管ともステンレス制である。チューブが内管と外管の間に螺旋接続される。チューブの内径がハイグロメータープローブの外径より少し大きく、長さもハイグロメータープローブの長さより少し大きく、サイズの差が５％以下で、チューブの内管のサイズとプローブのサイズと一致し、チューブの外管の肉厚が２ｍｍ以下である。セメント基材をぎっしり詰めて成型させる過程において、チューブの内管を外管に入れて、一緒にセメント基材に予め埋め込み、ぎっしりなるまで振動し、埋め込み深さをチューブの長さと等しくし、セメント基材が最終凝結してから２ｈ以内に、チューブの内管をバック・アウトし、同じサイズのハイグロメータープローブを外管に入れて、外に露出したトレイラをコットンで密封することができる。
【００２５】
水分の蒸発を防止するために、計測プローブが取り付けられたセメント基材の容器の上面も密封する必要があり、また恒温放置する必要があり、温度が20℃で、変動範囲が±2℃以下である。
【００２６】
加水・成型から最終凝結前まで、毛管負圧の計測データで、公式(1)と公式(2)にて、相対湿度を計算する。
【００２７】
最終凝結から一日間のエイジまで、露点温度メータの計測データで、公式(3)にて、相対湿度を計算する。
【００２８】
一日間のエイジから、ハイグロメーターで計測された湿度をそのまま測定結果とする。
【００２９】
本発明の前記凝結時間はGB 1346『セメントの標準コンシステンシーの用水量、凝結時間、安定性検証方法』に基づき、計測して得るものである。
【００３０】
本発明はセメント基材の内部の水分消耗と自己乾燥過程を反映するために、最終凝結から加水後一日間内の湿度変化を計測でき、そして加水・成型から、密封の条件で、水和反応と化学収縮によってセメント基材の内部空隙負圧が0kPaから絶えずに増加し、相対湿度が100%から絶えずにダウンする全過程を計測できる全過程に渡る段階的計測方法をさらに提出し、その自己乾燥収縮の定量的計算に理論根拠を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施例1に関わる1セメント基材の加水・成型から最終凝結までの相対湿度の変化曲線である。
【図２】実施例1に関わるセメント基材の最終凝結から一日間のエイジまでの露点温度の変化曲線である。
【図３】実施例1に関わるセメント基材の最終凝結から一日間のエイジまでの相対湿度の変化曲線である。
【図４】実施例1に関わるセメント基材の一日間以降の長いエイジにおける相対湿度の変化曲線である。
【００３２】
〔発明を実施するための形態〕
実施例１
金寧羊52.5級のセメントを採用し、水結合材比が0.32で、カルボキシレートセメント流動化剤の使用量が1.0%である。直径100mm、高さ200mmのプラスチック・ドラムを採用し、恒温水浴温度が20℃±1℃である。
【００３３】
毛管負圧の計測器はCN200910301734.2の計器と方法を採用する。
【００３４】
露点温度メータの測定範囲が0から40 ℃までで、精度が±0.005℃以上で、感度が0.001℃以上である。用いられるプローブは外にステンレス・スクリーン・シュラウドを備える熱電対プローブで、熱電対はコンスタンタンとエリンバーニッケルクロムを電気連結して形成するもので、ステンレス・スクリーン・シュラウドの穴径が2μmである。熱電対プローブと露点マイクロボルトメーターが連結することで、露点温度メータを形成し、露点方式で動作をする。
【００３５】
スイスRotronic社のHygroClip S型の湿度センサーを採用し、その測定範囲が0−100%RHで、全範囲内の精度が±1.5%RHである。
【００３６】
GB 1346『セメントの標準コンシステンシーの用水量、凝結時間、安定性検証方法』に基づき、計測を行い、セメントペーストの初期凝結時間が4.2hで、最終凝結時間が6hで、加水・成型から、その水和硬化過程に基づき、三つの段階に分ける。
【００３７】
第一段階：0h-6hに、毛管負圧計測装置で初期の毛管負圧の変化規律を計測し、公式（1）と公式（2）にて、この段階における相対湿度の下落規律を換算する。
【００３８】
第二段階：6h-24hに、露点温度メータを採用して、この段階の露点温度の変換規律を計測し、公式（3）を利用し、この段階の相対湿度の下落規律を換算する。
【００３９】
第三段階：24h以降、相対湿度メーターを採用して、直接に相対湿度の下落規律を計測する。
【００４０】
計測結果から、露点温度メータによって計測・換算して得た６ｈのセメント基材の内部の相対湿度値と、第一段階で毛管負圧にて換算して得た相対湿度値と殆ど一致し、露点温度メータで測定・換算して得た２４ｈのセメント基材の内部の相対湿度値と、第三段階で相対湿度メーターで得た相対湿度値と殆ど一致し、また三つの段階で纏めて得た相対湿度の変化曲線がセメント基材の内部の相対湿度の変化の規律に合致する。本発明は段階的計測方法を採用し、ハイグロメーターの平衡期間が長くて初期に敏感しないので初期の自己乾燥効果を計測できない問題を解決し、セメント基材の内部における水和による相対湿度の下落、即ち自己乾燥効果の発展規律を全過程で定量的に計測する。
【図１】
0005856304.tif 000008
【図２】
0005856304.tif 000009
【図３】
0005856304.tif 000010
【図４】
0005856304.tif 000011