(57)【要約】      （修正有）【課題】測定時の環境温度が異なった場合に、温度変化による体積変化率及び／又は長さ変化率の影響を取り除き、固体自身の体積変化率及び／又は長さ変化率を得ることができる体積変化率及び／又は長さ変化率を測定する方法を提供する。【解決手段】標準器を用いて、固体の体積変化率及び／又は長さ変化率を測定する方法において、標準器が、線膨張係数が8.8〜12.5×10-6/℃である材料からなることを特徴とする体積変化率及び／又は長さ変化率を測定する方法を構成とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
標準器を用いて、固体の体積変化率及び／又は長さ変化率を測定する方法において、標準器が、線膨張係数が8.6〜12.5×10-6/℃である材料からなることを特徴とする体積変化率及び／又は長さ変化率を測定する方法。
【請求項２】
前記標準器が、線膨張係数が8.6〜11.5×10-6/℃である材料からなることを特徴とする請求項１に記載の体積変化率及び／又は長さ変化率を測定する方法。
【請求項３】
前記固体が、拘束を受ける固体であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の体積変化率及び／又は長さ変化率を測定する方法。
【請求項４】
前記固体が、セメントコンクリート硬化体であることを特徴とする請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項に記載の体積変化率及び／又は長さ変化率を測定する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、標準器を用いて、固体の体積変化率及び／又は長さ変化率を測定する方法に関するもので、主に土木・建築分野において使用されるセメントコンクリート硬化体の長さ変化率の測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自身で体積変化を有する固体の体積変化率あるいは長さ変化率は、基準となる標準器を用いて測定されている。中でもセメントコンクリート硬化体の長さ変化率の測定は、一般に、JIS A 1129やJIS A 6202に示されている方法が広く普及している。
測定原理は、ダイヤルゲージなどを用いて標準器の長さとセメントコンクリート硬化体の供試体の長さの差から、長さ変化率を算定するものである。
【０００３】
一例として、JIS  A  1129の長さ変化率の測定方法を図１に基づき説明する。
まず、標準器と、試料であるセメントコンクリート硬化体の供試体について測長し、基長とする。材齢ｉ日に、標準器と供試体の測長を行い、長さ変化率は式（１）により算出する。
【０００４】
【数１】
2011095115.tif 000003
【０００５】
ここで、εiは材齢ｉ日における長さ変化率(×10-6)、ｘは基準とした時点における標準器の長さ(基長)(mm)、ｙは基準とした時点における供試体の長さ(基長)(mm)、ｘ’は材齢ｉ日における標準器の長さ(mm)、ｙ’は材齢ｉ日における供試体の長さ(mm)、Ｌはあらかじめ設定した標線間の距離で長さ変化率の基準の長さ(mm)である。
【０００６】
式（１）からも明らかなように、長さ変化率は、標準器に対する供試体の長さの差を測定し、ひずみとして算定するものである。
【０００７】
しかしながら、JIS  A  1129では、熱膨張率の小さな標準尺(標準器)を備えていること。また、標準尺は、インバー鋼を用いるのが望ましいと規定されているが、インバー鋼の線膨張係数は1.0×10-6/℃程度であり、鉄とニッケルの合金であるインバー鋼は、線膨張係数(熱膨張率)が、10×10-6/℃程度のコンクリートに比べて小さいため、インバー鋼の標準器を使用すると、基長時と測長時に温度変化が生じた場合、標準器と供試体との温度変化による長さ変化の差が誤差として生じる。
また、標準器として、例えば、線膨張係数が16×10-6/℃程度のＳＵＳ304を用いているなど、標準器と供試体との線膨張係数の差により、基長時と測長時に温度変化が生じた場合、標準器と供試体との温度変化による長さ変化の差が誤差として生じる。
【０００８】
このように、セメントコンクリート硬化体の長さ変化率や体積変化率を評価する場合。上記のように、標準器の材質によって、基長時と測長時の温度差による影響が誤差として加算され、正確な長さ変化率を評価できない課題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明者は、基長時と測長時の標準器、供試体の温度を測定し、温度差による体積変化の変形の適合条件から、温度変化による固体の体積変化率及び／又は長さ変化率の誤差を打ち消すための標準器の線膨張係数を見出し、この標準器を用いることで、温度変化を考慮することなく、前記課題が種々解決できることを知見し、本発明を完成させるに至った。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題に対して、特定の線膨張係数を持つ標準器を用いることで、温度による体積変化を考慮することなく、固体の体積変化率及び／又は長さ変化率を測定でき、例えば、固体が拘束を受ける場合であっても、温度誤差を打ち消すことができる体積変化率及び／又は長さ変化率を測定する方法を見出した。
すなわち、本発明は、（１）標準器を用いて、固体の体積変化率及び／又は長さ変化率を測定する方法において、標準器が、線膨張係数が8.8〜12.5×10-6/℃である材料からなることを特徴とする体積変化率及び／又は長さ変化率を測定する方法であり、（２）前記標準器が、線膨張係数が8.8〜11.5×10-6/℃である材料からなることを特徴とする（１）に記載の体積変化率及び／又は長さ変化率を測定する方法であり、（３）前記固体が、拘束を受ける固体であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の体積変化率及び／又は長さ変化率を測定する方法であり、（４）前記固体が、セメントコンクリート硬化体であることを特徴とする（１）〜（３）のうちのいずれか１に記載の体積変化率及び／又は長さ変化率を測定する方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の標準器を用いることによって、測定時の環境温度が異なった場合に、温度変化による体積変化率及び／又は長さ変化率の影響を取り除き、固体自身の体積変化率及び／又は長さ変化率を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は長さ変化率の測長の概念図である。
【図２】図２はJIS A1129の測長の概念図である。
【図３】図３はJIS A6202の測長の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１４】
本発明を説明するに際して、まず、JIS A 1129を説明する。ただし、ことわりがない限り、本発明では、膨張側を正、収縮側を負とする。
JIS A 1129は、モルタル又はコンクリートの供試体の長さ変化を試験する方法を規定するもので、コンパレータを用いる場合は、「モルタル及びコンクリートの長さ変化試験方法−第１部：コンパレータ方法」のJIS A 1129-1、コンタクトゲージを用いる場合は、「モルタル及びコンクリートの長さ変化試験方法−第２部：コンタクトゲージ方法」のJIS A 1129-2、及びダイヤルゲージを用いる場合は、「モルタル及びコンクリートの長さ変化試験方法−第３部：ダイヤルゲージ方法」のJIS A 1129-3の３つの規定がある。
JIS A 1129-1、JIS A 1129-2、及びJIS A 1129-3は、測定治具が異なるだけで、それ以外は同じであり、標準器に関しては、熱膨張率の小さい標準尺を備えていること、標準尺は、インバー鋼を用いるのが望ましいと規定されている。
しかしながら、インバー鋼の線膨張係数は、1.0×10-6/℃程度であり、コンクリート硬化体の線膨張係数10.0×10-6/℃程度とは大きく異なり、それによる誤差も大きくなる。
さらに、図２に基づいて説明する。
まず、標準器（標準尺）とモルタル又はコンクリートの供試体を測定して、基長として、ｘとｙとし、材齢ｉ日の標準器と供試体の長さを測定してｘ’とｙ’とし、次の式３に基づいて、材齢ｉ日における長さ変化率εiを求めるものである。
【００１５】
【数２】
2011095115.tif 000004
【００１６】
ここで、εiは材齢ｉ日における長さ変化率(×10-6)、ｘは基準とした時点における標準器の長さ(基長)(mm)、ｙは基準とした時点における供試体の長さ(基長)(mm)、ｘ’は材齢ｉ日における標準器の長さ(mm)、ｙ’は材齢ｉ日における供試体の長さ(mm)、及びＬはあらかじめ設定した標線間の距離で長さ変化率の基準の長さ(mm)である。
【００１７】
標準器において測長時に基長時からΔＴ1(℃)の温度変化があった場合、標準器の適合条件から、式（２）が得られる。
【００１８】
【数３】
2011095115.tif 000005
【００１９】
また、供試体において測長時に基長時からΔＴ2(℃)の温度変化があった場合、変形の適合条件から、式（３）が得られる。
【００２０】
【数４】
2011095115.tif 000006
【００２１】
ここで、ｘは基準とした時点における標準器の長さ(基長)(mm)、ｙは基準とした時点における供試体の長さ(基長)(mm)、ｘ’は材齢ｉ日における標準器の長さ(mm)、ｙ’は材齢ｉ日における供試体の長さ(mm)、α1は標準器の線膨張係数(×10-6/℃)、α2は供試体の線膨張係数(×10-6/℃)、Ｌはあらかじめ設定した標線間の距離で長さ変化率の基準の長さ(mm)、ｓは標準器の長さ(mm)、及びΔＬは温度以外の要因(例えば、膨張や収縮等)による長さ変化量(mm)である。
【００２２】
式（２）と式（３）を、式（１）に代入して整理すると、式（４）が得られる。
【００２３】
【数５】
2011095115.tif 000007
【００２４】
ここで、ε’iは材齢ｉ日における温度変化を考慮した長さ変化率(×10-6)、εiは材齢ｉ日における温度変化の影響を除外した長さ変化率(×10-6)である。
【００２５】
式（４）の第一項目は、温度変化の影響を除外した長さ変化率で、式（１）と同じである。第二項目は、温度変化による長さ変化率であり、この部分が温度変化による誤差である。したがって、式（４）の両辺から温度変化による誤差を差し引くと、式（５）が得られる。
【００２６】
【数６】
2011095115.tif 000008
【００２７】
式（５）の第二項目は、温度変化の補正量となる。さらに、測長時において、標準器と供試体との基長時からの温度変化が同一であった場合、すなわち、ΔＴ1とΔＴ2が同一の場合、式（５）の第二項目を零とおくと、式（６）が得られる。
【００２８】
【数７】
2011095115.tif 000009
【００２９】
すなわち、標準器の線膨張係数は、コンクリートの線膨張係数に、試験条件のＬ/ｓを乗じた値のものを使用することで、測長時と基長時とで温度変化があった場合にも、この影響を除去でき、式（１）をそのまま適用できる。なお、一般にコンクリートの線膨張係数は10×10-6/℃程度であるから、JIS A 1129の試験条件のＬ/ｓを測定するかあるいは定めておけば良い。
【００３０】
また、JIS A 6202は、コンクリート又はモルタルに混和材料として用いるコンクリート用膨張材について規定するもので、「膨張材のモルタルによる膨張性試験方法」として附属書１が、「膨張コンクリートの拘束膨張及び収縮試験方法」として附属書２が、及び「膨張コンクリートの拘束養生による圧縮強度試験方法」として附属書３が添付されている。
モルタルの膨張性試験は附属書１による。コンクリートの一軸拘束状態における膨張性試験は附属書２によるとされており、いずれも、ダイヤルゲージを用いるものであり、測長は、温度20±２℃に保った室内で行うと規定され、測長器、標準器、及び拘束器具は、測長前３時間以上、温度20±２℃の場所に置くと規定されている。
また、標準器は、「材質は鋼製とする」と規定しているだけで、具体的にどのようなものを使用するか規定されていない。
附属書２では、膨張だけを対象とした試験方法としてＡ法、膨張及び収縮を対象とした試験方法としてＢ法の２種類が記載されている。
さらに、図３に基づいて説明する。
まず、標準器、拘束器具の長さを測定し、基長としてｘとｙとし、材齢ｉ日の標準器と、拘束器具を使用したモルタル又はコンクリートの供試体の長さを測定してｘ’とｙ’とし、同様に、材齢ｉ日における長さ変化率εiを求めるものである。
JIS A 6202では、拘束端版やゲージプラグが付随しているため、この部分を考慮する必要がある。
なお、拘束器具を基長とせず、供試体を基長とし、材齢ｉ日の供試体の長さを測定することも可能である。
【００３１】
標準器において測長時に基長時からΔＴ1(℃)の温度変化があった場合、変形の適合条件から、式（７）が得られる。
【００３２】
【数８】
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【００３３】
また、供試体において測長時に基長時からΔＴ2(℃)の温度変化があった場合、変形の適合条件から、式（８）が得られる。
【００３４】
【数９】
2011095115.tif 000011
【００３５】
ここで、ｘは基準とした時点における標準器の長さ(基長)(mm)、ｙは基準とした時点における拘束器具(供試体)の長さ(基長)(mm)、ｘ’は材齢ｉ日における標準器の長さ(mm)、ｙ’は材齢ｉ日における供試体の長さ(mm)、α1は標準器の線膨張係数(×10-6/℃)、α2は供試体(コンクリートと拘束棒との複合部分)の線膨張係数(×10-6/℃)、α3は供試体に付随する端版やゲージプラグなどの付随部分の線膨張係数(×10-6/℃)、Ｌはあらかじめ設定した標線間の距離で長さ変化率の基準の長さ(mm)、Ｌ’は供試体の端版やゲージプラグなどの付随部分の長さ(mm)、ｓは標準器の長さ(mm)、及びΔＬは温度以外の要因(例えば、膨張や収縮等)による長さ変化量(mm)である。
【００３６】
式（７）と式（８）を，式（１）に代入して整理すると、式（９）が得られる。
【００３７】
【数１０】
2011095115.tif 000012
【００３８】
ここで、ε’iは材齢ｉ日における温度変化を考慮した長さ変化率(×10-6)、εiは材齢ｉ日における温度変化の影響を除外した長さ変化率(×10-6)である。
【００３９】
式（９）の第一項目は、温度変化の影響を除外した長さ変化率で、式（１）と同じである。第二項目は、温度変化による長さ変化率であり、この部分が温度変化による誤差である．したがって、式（９）の両辺から温度変化による誤差を差し引くと、式（１０）が得られる。
【００４０】
【数１１】
2011095115.tif 000013
【００４１】
ここで、εiは材齢ｉ日における温度変化の影響を除外した長さ変化率(×10-6)、ε’iは材齢ｉ日における温度変化を考慮した長さ変化率(×10-6)、α1は標準器の線膨張係数(×10-6/℃)、α2は供試体の線膨張係数(×10-6/℃)、α3は供試体に付随する端版やゲージプラグなどの付随部分の線膨張係数(×10-6/℃)、ΔＴ1は測長時における基長時からの標準器の温度変化(℃)、ΔＴ2は測長時における基長時からの供試体の温度変化(℃)、ｓは標準器の長さ(mm)、Ｌはあらかじめ設定した標線間の距離で長さ変化率の基準の長さ(mm)、及びＬ’は供試体の端版やゲージプラグなどの付随部分の長さ(mm)である。
【００４２】
式（１０）の第二項目は、温度変化の補正量となる。さらに、測長時において、標準器と供試体との基長時からの温度変化が同一であった場合、すなわち、ΔＴ1とΔＴ2が同一の場合、式（１１）の第二項目を零とおくと、式（１１）が得られる。
【００４３】
【数１２】
2011095115.tif 000014
【００４４】
すなわち、標準器の線膨張係数は、供試体(コンクリートと拘束棒との複合部分)の線膨張係数、供試体の拘束端版やゲージプラグの付随部分の線膨張係数、試験条件のＬ、Ｌ’、ｓを組み合わせた式（１１）の値のものを使用することで、基長時と測長時とで温度変化があった場合にも、この影響を除去でき、式（１）をそのまま適用することができる。なお、一般に供試体の鉄筋コンクリートの部分の線膨張係数は、鉄筋比が1.0％程度であれば10×10-6/℃程度、供試体の拘束端版やゲージプラグの付随部分の線膨張係数は12×10-6/℃程度であるから、JIS A 6202の試験条件のＬ、Ｌ’、ｓを測定するかあるいは定めておけば良い。
【００４５】
本発明は、特定の線膨張係数を持つ標準器を使用して測定するものである。
本発明で使用する標準器の線膨張係数は、8.8〜12.5×10-6/℃であり、8.8〜11.5×10-6/℃が好ましい。
標準器は、線膨張係数が、8.8〜12.5×10-6/℃であれば、特に限定されるものではなく、炭素鋼、クロム鋼、ニッケルクロム合金、フェライト系ステンレス鋼、及びマルテンサイト系ステンレス鋼等の鋼材、並びに、鋳鉄やチタンなどが挙げられ、鋼材が好ましく、18Cr  フェライト系ステンレス鋼やＳＵＳ410などのマルテンサイト系ステンレス鋼がより好ましい。
【００４６】
JIS A 1129やJIS A 6202について例示したが、本発明の適用範囲は、JIS A 1129やJIS A 6202など、標準器を用いて固体の長さ変化率あるいは体積変化を測定する試験方法全般に適用でき、JIS A 1129やJIS A 6202に限定されるものではない。これ以外においても、温度変化による変形の適合条件を組み立て、これを式（１）に代入し、整理することで、温度変化による固体の体積変化率及び／又は長さ変化率の誤差を打ち消すための標準器の線膨張係数を見出し、線膨張係数が8.8〜12.5×10-6/℃の標準器を用いることで温度変化を考慮することなく、固体自身の体積変化率及び／又は長さ変化率を得ることができる。
【実施例】
【００４７】
以下、実施例、比較例をあげてさらに詳細に内容を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４８】
実験例１
JIS A 6202  附属書２  Ｂ法に基づいて実験を行った。
水185kg/m3、セメント540kg/m3、砂666kg/m3、砂利976kg/m3、及び混和剤16.2kg/m3の各単位量のコンクリート配合を用いて、コンクリートを調製し、JIS A 6202  附属書２に基づいて供試体を作成した。
表１に示す各種の標準器を使用し、標準器、供試体の測長温度を20℃±２℃内の異なる温度で測定し、式（１０）に基づいて、標準器、供試体の各測長温度での温度誤差を得た。結果を表１に併記する。
【００４９】
【数１３】
2011095115.tif 000015
【００５０】
ここで、εiは材齢ｉ日における温度変化の影響を除外した長さ変化率(×10-6)、ε’iは材齢ｉ日における温度変化を考慮した長さ変化率(×10-6)、α1は標準器の線膨張係数(×10-6/℃)、α2は供試体の線膨張係数で10.2×10-6/℃、α3は供試体に付随する端版やゲージプラグなどの付随部分の線膨張係数で12.0×10-6/℃、ΔＴ1は測長時における基長時からの標準器の温度変化(℃)、ΔＴ2は測長時における基長時からの供試体の温度変化(℃)、ｓは標準器の長さで515mm、Ｌは標線間の距離で長さ変化率の基準の長さで385mm、及びＬ’は供試体の端版やゲージプラグなどの付随部分の長さで130mmである。
【００５１】
＜使用材料＞
セメント  ：普通ポルトランドセメント、市販品
砂        ：姫川水系産川砂
砂利      ：姫川水系産川砂利
混和剤    ：高性能ＡＥ減水剤、市販品
【００５２】
＜標準器＞
標準器Ａ  ：インバー鋼製試作品、線膨張係数1.0(×10-6/℃)
標準器Ｂ  ：ＳＵＳ410製試作品、線膨張係数10.4(×10-6/℃)
標準器Ｃ  ：鉄製試作品、線膨張係数12.0(×10-6/℃)
標準器Ｄ  ：ＳＵＳ304製、市販品、線膨張係数16.0(×10-6/℃)
【００５３】
【表１】
2011095115.tif 000016
【００５４】
表１から明らかなように、標準器に、線膨張係数が10.4(×10-6/℃)のＳＵＳ410を使用すると、温度誤差を限りなく零に近づけることができる。また、この値は、式（１１）において、ｓは標準器の長さで515mm、Ｌは標線間の距離で長さ変化率の基準の長さで385mm、及びＬ’は供試体の端版やケージプラグなどの付随部分の長さで130mmとして算出した標準器の線膨張係数α1の10.65×10-6に近い値である。
【００５５】
【数１４】
2011095115.tif 000017
【００５６】
実験例２
JIS A 6202  附属書２  Ｂ法において、表２に示す標準器を使用したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表２に併記する。
なお、社団法人  土木学会では、収縮補償コンクリートの定義として、JIS A 6202  附属書２に示す方法で、長さ変化率が「150×10-6以上、250×10-6以下」のコンクリートと記載されているため、その中央値である長さ変化率200×10-6に対する温度誤差を百分率で示す。
【００５７】
＜標準器＞
標準器ａ  ：チタン合金製試作品、線膨張係数8.7×10-6/℃
標準器ｂ  ：チタン合金製試作品、線膨張係数8.8×10-6/℃
標準器ｃ  ：鉄製試作品、線膨張係数11.5×10-6/℃
標準器ｄ  ：鉄製試作品、線膨張係数12.5×10-6/℃
標準器ｅ  ：鉄製試作品、線膨張係数12.6×10-6/℃
【００５８】
【表２】
2011095115.tif 000018
【００５９】
表２より、標準器の線膨張係数が8.6〜12.4×10-6/℃では、誤差の範囲が±2.5％以内である。標準器の線膨張係数がこの範囲を超えた場合に、誤差の範囲は±2.5％を超過することがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の標準器を用いることによって、測定時の環境温度が異なった場合にも、その影響を取り除き、適切な環境温度における測定結果を得ることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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