(57)【要約】【課題】  試料中の骨材量を容易に推定でき、時間やコストをかけずに塩化物イオン濃度の補正を行うことができるシステムや方法を提供する。【解決手段】  このシステムは、コンクリートを削孔することにより発生した削孔物からなる試料を分析して得られた塩化物イオン濃度を補正するためのシステムであり、削孔された孔内に挿入し、孔内の内壁面を読み取る読取部２０と、読取部２０により読み取った内壁面の画像から骨材の画像を抽出し、内壁面の画像と抽出した骨材の画像とを用いて内壁面の面積に対する骨材の面積の割合である骨材の面積率を算出し、算出した面積率から試料中の骨材の体積率を推定する画像解析部２１と、画像解析部２１により推定された骨材の体積率を用いて塩化物イオン濃度を補正する補正部２２とを含む。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリートを削孔することにより発生した削孔物からなる試料を分析して得られた塩化物イオン濃度を補正するためのシステムであって、
削孔された孔内に挿入し、前記孔内の内壁面を読み取る読取手段と、
前記読取手段により読み取った前記内壁面の画像から骨材の画像を抽出し、前記内壁面の画像と抽出した前記骨材の画像とを用いて該内壁面の面積に対する該骨材の面積の割合である該骨材の面積率を算出し、算出した該面積率から試料中の該骨材の体積率を推定する画像解析手段と、
前記画像解析手段により推定された前記骨材の体積率を用いて前記塩化物イオン濃度を補正する補正手段とを含む、濃度補正システム。
【請求項２】
前記画像解析手段は、算出した前記面積率の値と前記骨材の体積率の値が等しいものとして、該骨材の体積率を推定する、請求項１に記載の濃度補正システム。
【請求項３】
前記コンクリートの配合設計から得られる骨材の体積率の入力を受け付ける入力部をさらに含み、
前記補正手段は、前記入力部により入力された前記骨材の体積率と、推定された前記骨材の体積率とを補正式に適用して前記塩化物イオン濃度を補正した値を算出する、請求項１または２に記載の濃度補正システム。
【請求項４】
前記画像解析手段は、前記内壁面の画像から粒径が５ｍｍ以上の骨材の画像を抽出する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の濃度補正システム。
【請求項５】
コンクリートを削孔することにより発生した削孔物からなる試料を分析して得られた塩化物イオン濃度を補正する方法であって、
削孔された孔内に読取手段を挿入し、孔内の内壁面を読み取るステップと、
前記読取手段により読み取った内壁面の画像から骨材の画像を抽出するステップと、
前記内壁面の画像と抽出された前記骨材の画像とを用いて該内壁面の面積に対する該骨材の面積の割合である該骨材の面積率を算出し、算出した該面積率から試料中の該骨材の体積率を推定するステップと、
推定された前記骨材の体積率を用いて前記塩化物イオン濃度を補正するステップとを含む、濃度補正方法。
【請求項６】
前記推定するステップでは、算出した前記面積率の値と前記骨材の体積率の値が等しいものとして、該骨材の体積率を推定する、請求項５に記載の濃度補正方法。
【請求項７】
前記コンクリートの配合設計から得られる骨材の体積率の入力を受け付けるステップをさらに含み、
前記補正するステップでは、入力された前記骨材の体積率と、推定された前記骨材の体積率とを補正式に適用して前記塩化物イオン濃度を補正した値を算出する、請求項５または６に記載の濃度補正方法。
【請求項８】
前記抽出するステップでは、前記内壁面の画像から粒径が５ｍｍ以上の骨材の画像を抽出する、請求項５〜７のいずれか１項に記載の濃度補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分析して得られたコンクリート中の塩化物イオン濃度を補正するためのシステムおよびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
塩化物イオンは、コンクリート中の鉄筋を腐食、膨張させ、それに伴い、コンクリートにひび割れを発生させ、コンクリートを剥落させることから、コンクリート中の塩化物イオン濃度は、内部の鉄筋の状態を把握するための重要な指標となっている。
【０００３】
この塩化物イオン濃度を測定する方法として、測定対象のコンクリートに径が２０ｍｍ以上のドリルを使用して小孔を形成し、そのときに発生した削孔物であるドリル粉末を採取し、それを分析する方法が知られている（例えば、非特許文献１〜３参照）。ドリル粉末を試料とする方法は、コンクリートコアを試料とする方法よりも構造物に与える損傷が軽微であり、試料の調製が容易であることから、近年、塩化物イオン濃度の測定用の試料として用いられている。
【０００４】
しかしながら、使用するドリルが小径であるため、骨材以外のセメントペーストの量と骨材量の比が、実際のコンクリート構造物を構成しているコンクリート（実構造物コンクリート）のセメントペーストの量と骨材量の比とは異なり、塩化物イオン濃度の測定値がばらつくという問題があった。そこで、上記非特許文献１では、実構造物コンクリート中の骨材の割合と試料中の骨材の割合とを用い、ドリル粉末から得られた塩化物イオン濃度を、補正式により補正している。
【０００５】
上記の実構造物コンクリート中の骨材の割合は、配合設計関連図書を参考にするか、コンクリートコアを採取し、これを切断、破砕、分級して得た試料を用いて単位容積質量と単位骨材量を求めることにより算出している。ここで、単位容積質量とは、コンクリートの単位容積（１ｍ３）当たりの質量で、単位骨材量とは、コンクリート１ｍ３を作製するために必要な骨材の質量である。
【０００６】
また、試料中の骨材の割合は、試料の質量に対する試料中の骨材の質量（骨材量）の割合であり、試料中の骨材量を求めることにより算出することができる。試料中の骨材量は、上記非特許文献１に記載の方法、すなわち試料を酸溶解することによる不溶残分から求める方法または蛍光Ｘ線分析法により測定した二酸化ケイ素量と酸化カルシウム量から求める方法により求めることができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】“実構造物におけるコンクリート中の全塩化物イオン分布の測定方法（案）”、２０１３年制定  コンクリート標準示方書  規準編  土木学会規準および関連規準、日本規格協会、２０１３年１１月、ｐ．３７７−３８５
【非特許文献２】“硬化コンクリート中に含まれる塩化物イオンの試験方法”、２０１３年制定  コンクリート標準示方書  規準編  ＪＩＳ規格集、日本規格協会、２０１３年１１月、ｐ．６２５−６３９
【非特許文献３】“土木学会規準「実構造物におけるコンクリート中の全塩化物イオン分布の測定方法（案）（JSCE-G573-2003）」の制定”、土木学会論文集Ｖ、社団法人土木学会、２００４年８月、第７６７号、ｐ．１７−２５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記の不溶残分から求める方法は、骨材として天然の砂岩あるいは安山岩を用いた場合に、上記の蛍光Ｘ線分析法により求める方法は、骨材の種類は問わないが、細骨材と粗骨材に同一の骨材を用いた場合に限定される。また、これらの方法を実施する場合、試験室での作業となり、時間やコストがかかる。さらに、試験室で異常なデータが得られた場合、再度試料を採取する等の措置を講じなければならず、再試験を行うのは容易ではない。
【０００９】
このため、試料中の骨材量を容易に推定でき、時間やコストをかけずに塩化物イオン濃度の補正を行うことができる方法やシステムの提供が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑み、コンクリートを削孔することにより発生した削孔物からなる試料を分析して得られた塩化物イオン濃度を補正するためのシステムであって、削孔された孔内に挿入し、孔内の内壁面を読み取る読取手段と、読取手段により読み取った内壁面の画像から骨材の画像を抽出し、内壁面の画像と抽出した骨材の画像とを用いて内壁面の面積に対する骨材の面積の割合である骨材の面積率を算出し、算出した面積率から試料中の骨材の体積率を推定する画像解析手段と、画像解析手段により推定された骨材の体積率を用いて塩化物イオン濃度を補正する補正手段とを含む、濃度補正システムが提供される。
【００１１】
また、コンクリートを削孔することにより発生した削孔物からなる試料を分析して得られた塩化物イオン濃度を補正する方法であって、削孔された孔内に読取手段を挿入し、孔内の内壁面を読み取るステップと、読取手段により読み取った内壁面の画像から骨材の画像を抽出するステップと、内壁面の画像と抽出した骨材の画像とを用いて内壁面の面積に対する骨材の面積の割合である骨材の面積率を算出し、算出した面積率から試料中の骨材の体積率を推定するステップと、推定された骨材の体積率を用いて塩化物イオン濃度を補正するステップとを含む、濃度補正方法も提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のシステムおよび方法を提供することにより、試料中の骨材量を容易に推定でき、時間やコストをかけずに塩化物イオン濃度の補正を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】濃度補正システムの構成例を示した図。
【図２】濃度補正システムの機能ブロック図。
【図３】濃度補正システムにより実行される処理の流れを示したフローチャート。
【図４】補正前後の削孔深さと全塩化物イオン量との関係を示した図。
【図５】全塩化物イオン量の補正後のばらつきを示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
ビル、マンション、橋脚、ダム、防波堤、トンネル等を構築する場合、コンクリートが使用される。これらは、コンクリート構造物である。コンクリートは、セメント、骨材、水、混和剤を混ぜ合わせることにより作製される。コンクリートは、海水、海風、骨材として用いた海砂、散布された凍結防止剤等により塩分が侵入し、その塩分中の塩化物イオンが内部の鉄筋を腐食させる。また、その腐食により鉄筋が膨張してコンクリートにひび割れを起こす。すると、鉄筋の劣化やコンクリートの剥落等が生じる。
【００１５】
この鉄筋の状態を把握する上で、コンクリート中の塩化物イオン濃度が測定される。コンクリート中の塩化物イオン濃度の測定には、コンクリートを削孔手段であるドリルにより削孔し、その削孔により発生した削孔物であるドリル粉末を使用する。
【００１６】
ドリル粉末は、径が２０ｍｍ以上のコンクリート削孔用ドリルを用い、コンクリート構造物におけるコンクリートの所定位置を削孔することにより採取される。採取されたドリル粉末は、微粉砕してサイズ調製し、分析用の試料とされる。分析では、ＪＩＳ  Ａ  １１５４あるいはＪＳＣＥ  Ｇ  ５７４に規定する試験方法に準拠して全塩化物イオンを定量し、全塩化物イオン濃度に換算される。
【００１７】
ドリル粉末から得られる全塩化物イオン濃度は、上述したように、削孔するドリルが小径で、採取される試料が少量であるため、セメントペーストの量と骨材量の比が実構造物コンクリート中のセメントペーストの量と骨材量の比とは異なり、塩化物イオン濃度の測定値がばらつく。そこで、このばらつきをなくすべく、全塩化物イオン濃度の補正を行う。この濃度の補正を行うためのシステムや方法を、以下に説明する。
【００１８】
図１は、濃度補正システムの構成例を示した図である。この濃度補正システムは、棒形スキャナ１０と、棒形スキャナ１０にケーブル１１により接続されるＰＣ１２とを含んで構成される。ここでは、ケーブル１１により接続される例を示しているが、これに限られるものではなく、ネットワークを介して接続されていてもよい。ネットワークは、有線ネットワーク、無線ネットワークのいずれであってもよい。
【００１９】
棒形スキャナ１０は、センサ部と、回路部とを備え、センサ部が、コンクリート１をドリルにより削孔することにより形成された孔２内に挿入される。センサ部は、ラインセンサとされ、孔２内の内壁面を読み取る。ラインセンサは、光源と、受光レンズ、一列に並び、反射光を読み取るＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサを含んで構成される。なお、読み取りには、ＣＭＯＳイメージセンサに限らず、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)イメージセンサを用いてもよい。ラインセンサは、反射光を電気信号に変換し、回路部へ出力する。
【００２０】
回路部は、ＣＰＵおよびメモリを備え、電気信号をデジタルデータへ変換し、画像処理を行う。画像処理としては、色のばらつきを補正するフィルタ補正や、輝度のムラを補正するシェーディング補正等が挙げられる。また、回路部は、ＰＣ１２と通信を行う通信Ｉ／Ｆを備える。通信Ｉ／Ｆは、画像処理されたデータを、ケーブル１１を介してＰＣ１２へ送信する。
【００２１】
ラインセンサは、一度に、孔２内の深さ方向の内壁面を線状にしか読み取ることができない。そこで、孔２内の内壁面全体を読み取るため、孔２内に挿入されたラインセンサは矢線Ａに示すように３６０°回転される。
【００２２】
ＰＣ１２は、一般的なデスクトップＰＣ、ノートＰＣ、タブレットＰＣ等とされ、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤまたはＳＳＤ(Solid State Drive)、キーボードやマウスといった入力装置、ディスプレイといった表示装置を備える。ＨＤＤまたはＳＳＤには、画像解析手段および補正手段として機能させるためのプログラムが格納される。ＣＰＵは、そのＨＤＤまたはＳＳＤに格納されたプログラムを読み出し、実行することにより、それらの手段として機能する。
【００２３】
ＰＣ１２は、棒形スキャナ１０が読み取った内壁面全体の画像を、画像データとして受け付け、画像解析および補正処理を行う。画像解析では、棒形スキャナ１０により読み取った内壁面全体の画像からその全体の面積を求める。そして、その内壁面全体の画像から骨材の画像を抽出し、その骨材の面積を求める。内壁面全体の面積に対する骨材の面積の割合である骨材の面積率を算出し、算出した面積率から試料中の骨材の体積率を推定する。補正処理では、画像解析で推定された骨材の体積率を用いて塩化物イオン濃度を補正する。これらの詳細については後述する。
【００２４】
このことから、濃度補正システムは、それらを実現するための手段を備え、具体的には図２に示すような機能部を備える。すなわち、濃度補正システムは、上記の棒形スキャナ１０としての読取部２０と、上記のＰＣ１２の機能としての画像解析部２１および補正部２２とを備える。読取部２０は、ドリルにより削孔した孔２内の内壁面全体を読み取り、内壁面全体の画像の画像データとして画像解析部２１へ出力する。
【００２５】
画像解析部２１は、上記の内壁面全体の面積を、例えば、内壁面全体の画像を構成する全画素数を数えることにより算出することができる。１つの画素は、一定の面積をもつため、内壁面全体の面積は、その面積に画素数を乗じることにより算出することができる。なお、内壁面全体の面積は、削孔深さに、孔円周を乗じて算出してもよい。
【００２６】
画像解析部２１は、所定の粒径以上の粒径をもつ骨材を、エッジ検出等の画像解析を行って抽出し、抽出した各骨材の画像につき、該画像を構成する画素数を数えることにより各骨材の面積を算出する。なお、骨材の抽出方法は、これまでに知られたいかなる方法でも採用することができる。各骨材の面積は、この画素数を数える方法に限られるものではなく、他の方法を用いて算出してもよい。そして、それらの面積を合計し、全骨材の面積を求める。
【００２７】
画像解析部２１は、内壁面全体の面積に対する全骨材の面積の割合である骨材の面積率を算出する。面積率は、小数で表した値であってもよいし、百分率で表した値であってもよい。画像解析部２１は、算出した骨材の面積率から、ステレオロジーの理論を適用し、その面積率が骨材の体積率に等しいものとし、骨材の体積率を推定する。この体積率も、小数で表した値であってもよいし、百分率で表した値であってもよい。ステオロジーとは、三次元の物体に関する情報を、その物体をランダムに切って得られる二次元の断面から抽出する方法である。なお、この理論の詳細については、米山義広、外２名：未水和セメント粒子の表面積の評価と水和度との関係, コンクリート工学年次論文集, Vol.28, No.1, 2006を参照されたい。
【００２８】
補正部２２は、推定された骨材の体積率と、分析により得られた全塩化物イオン濃度と、別途計算された実構造物コンクリート中の骨材の体積率とを、与えられた補正式に代入して、当該全塩化物イオン濃度を補正する。実構造物コンクリート中の骨材の体積率の入力を受け付けるために、機能部として入力部２３を備えることができる。補正部２２は、補正した実構造物コンクリート中の全塩化物イオン濃度の値を、補正後の値として表示部２４に表示させる。
【００２９】
濃度補正システムは、計算部を備え、上記の入力部２３にパラメータを与え、そのパラメータを用いて実構造物コンクリート中の骨材の体積率を計算させてもよいし、記憶部を備え、上記の入力部２３を介して事前にその体積率を記憶させておくこともできる。
【００３０】
上記の所定の粒径は、いかなる粒径であってもよいが、例えば、５ｍｍ以上の粒径とすることができる。粒径が５ｍｍ以上の骨材は、抽出が容易で、粒径が５ｍｍ以上の骨材のみを抽出し、求めた全骨材の面積でも、それ未満の粒径のものを含めた全骨材の面積とはそれ程の差はなく、誤差範囲と見なすことができるからである。実構造物コンクリート中の骨材の体積率は、配合設計関連図書を参照にして求めることができる。配合設計関連図書は、コンクリートを作製する際のセメント、骨材、水の配合を定め、それが記載された図書である。この配合設計関連図書が見当たらない場合は、コンクリートコアを採取し、これを切断、破砕、分級して得た試料を用い、単位容積質量および単位骨材量を求めることにより算出することができる。
【００３１】
補正部２２では、補正式に代入して全塩化物イオン濃度を補正するが、その補正式として、下記式１で示される式を採用することができる。式１中、ｘは、分析で得られた全塩化物イオン濃度、ｙは、補正後の実構造物コンクリート中の全塩化物イオン濃度、ａは、画像解析により求めた骨材の体積率、ｂは、実構造物コンクリート中の骨材の体積率である。
【００３２】
【数１】
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【００３３】
図３に示すフローチャートを参照して、濃度補正システムが行う補正処理についてまとめる。ステップ３００から処理を開始し、ステップ３１０では、補正対象となる全塩化物イオン濃度ｘを、コンクリート構造物を構成するコンクリート１の所定箇所をドリルで削孔し、得られたドリル粉末を分析して求める。ステップ３２０では、その削孔した孔２内に読取部２０としての棒形スキャナ１０を差し込む。ステップ３３０では、棒形スキャナ１０を、孔２内を３６０°回転させて内壁面全体を読み取り、その内壁面全体の画像を取得する。
【００３４】
ステップ３４０では、画像解析部２１が、粒径５ｍｍ以上の骨材を抽出し、抽出した全骨材の面積を求める。ステップ３５０では、内壁面全体の面積に対する５ｍｍ以上の全骨材の面積の割合である骨材の面積率ｓを算出し、ステオロジーの理論により面積率ｓ＝体積率ａとし、骨材の体積率ａを推定する。
【００３５】
ステップ３６０では、配合設計関連図書を参考にし、実構造物コンクリート中の骨材の体積率ｂを求める。ステップ３７０では、上記式１に、ステップ３１０で得られた全塩化物イオン濃度ｘ、ステップ３５０で得られた体積率ａ、ステップ３６０で得られた体積率ｂを代入し、実構造物コンクリート中の全塩化物イオン濃度を求めることにより、全塩化物イオン濃度ｘを補正する。求めた全塩化物イオン濃度ｙは、補正後の濃度として表示部２４に表示され、ステップ３８０でこの処理を終了する。なお、補正後の濃度は、表示部２４への表示に限定されるものではなく、印刷して出力してもよいし、これら両方を実施することも可能である。
【００３６】
図１および図２に示した濃度補正システムおよび図３に示した濃度補正方法による補正の精度を確認するべく、ＮａＣｌを混入したコンクリート試験体を用いて試験を行った。ＮａＣｌ混入量は、全塩化物イオン量が、０．３、１．２、３．０、５．０ｋｇ／ｍ３になるように調製し、調製した４つの試験体を試験に用いた。
【００３７】
試料採取は、試験体の深さ２０ｍｍ毎に行い、１試験体につき８つの試料を採取した。削孔で得られた試料の全塩化物イオン濃度の分析は、ＪＩＳ  Ａ  １１５４に規定する電位差滴定法に準拠して行った。
【００３８】
図４は、各ＮａＣｌ混入量についての補正前後の削孔深さと全塩化物イオン量との関係を示した図である。図４（ａ）が０．３ｋｇ／ｍ３、図４（ｂ）が１．２ｋｇ／ｍ３、図４（ｃ）が３．０ｋｇ／ｍ３、図４（ｄ）が５．０ｋｇ／ｍ３になるように調製した試験体を用いた結果を示した図である。図５は、各ＮａＣｌ混入量についての全塩化物イオン量の補正後のばらつきを示した図である。
【００３９】
図４中、白丸で表された値が、補正前の分析で得られた値であり、黒丸で表された値が、上記補正式で補正された補正後の値である。補正前の値は、いずれの混入量でも、ばらつきが大きく、濃い破線で示される調製した濃度より全体的に高い値となっている。これに対し、補正後の値は、補正前よりばらつきが小さく、ほぼ破線で示される調製した濃度に近い値を示している。なお、その平均誤差は、０．３ｋｇ／ｍ３に調製したものに対しては−３．３％、１．２ｋｇ／ｍ３に調製したものに対しては−５．０％、３．０ｋｇ／ｍ３に調製したものに対しては−６．３％、５．０ｋｇ／ｍ３に調製したものに対しては−２．２％であった。
【００４０】
図５中、全塩化物イオン量は、算術平均した値で、ばらつきを表す指標として標準偏差と変動係数とを示した。なお、変動係数は、標準偏差を算術平均した値で除した値である。標準偏差は、いずれも０に近く、変動係数も２．０％前後であるため、補正後の全塩化物イオン濃度のばらつきは小さく、本発明のシステムおよび方法が有用であることが証明された。
【００４１】
以上のことから、本発明のシステムおよび方法を提供することで、試料中の骨材量を、骨材の体積率として推定し、それを補正式に適用して簡単に補正することができるので、濃度補正処理にかかる時間を短縮し、それにかかるコストも削減することができる。また、良好な補正結果を得ることができる。さらに、多数の箇所でドリル粉末を試料として採取する必要がないため、モルタルで補修する部分が少なくなり、実構造物コンクリートの損傷も少なくて済む。
【００４２】
これまで本発明の濃度補正システムおよび濃度補正方法について図面に示した実施形態を参照しながら詳細に説明してきたが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態や、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４３】
１…コンクリート、２…孔、１０…棒形スキャナ、１１…ケーブル、１２…ＰＣ、２０…読取部、２１…画像解析部、２２…補正部、２３…入力部、２４…表示部
【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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