(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地山に構築するコンクリートの打設状態を測定するコンクリート状態測定システムにおいて、
抵抗を有する一対の測定線、又は抵抗を有する測定線と導電性を有する測定線の一対の測定線を備え、
一対の測定線の周囲は、絶縁性で防水性の被覆材で覆っており、
被覆材には開口部を形成し、
この開口部は、一対の測定線が流動性コンクリートで短絡される短絡部を形成し、
一対の測定線の間の抵抗を測定する抵抗測定装置を備え、
前記一対の測定線は、地山側に沿って配置し、
打設コンクリート面が上昇する未固結状態において、
一対の測定線の間の抵抗値を測定し、
未充填個所を測定したときにコンクリートの再充填を行う、
コンクリート状態測定システム。
【請求項２】
請求項１に記載のコンクリート状態測定システムにおいて、
前記一対の測定線は、抵抗を有する測定線を被覆材で覆って２本平行に配置し、
前記被覆材の複数位置に開口部を設けることを特徴とする、
コンクリート状態測定システム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のコンクリート状態測定システムにおいて、
データベース管理装置を備え、
測定したデータをデータベース管理装置に記憶することを特徴とする、
コンクリート状態測定システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、コンクリート状態の測定に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、コンクリート構造物の構築においてコンクリート打設中、又は打設後１時間程度未満で十分流動性のある未固結コンクリートの状態を調査していなかった。また、コンクリート構造物の構築後、長期にわたりコンクリートの内部状態を測定して経年変化を調査する管理が行われていなかった。
【０００３】
【本発明の目的】
＜イ＞本発明は、打設中や打設後の流動性のある未固結コンクリートの状態を簡単に調査できるようにすることにある。
＜ロ＞また、本発明は、コンクリートの状態をデータベース化して、長期に亘る構造物の維持管理を行えるようにすることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、地山に構築するコンクリートの打設状態を測定するコンクリート状態測定システムにおいて、抵抗を有する一対の測定線、又は抵抗を有する測定線と導電性を有する測定線の一対の測定線を備え、一対の測定線の周囲は、絶縁性で防水性の被覆材で覆っており、被覆材には開口部を形成し、この開口部は、一対の測定線が流動性コンクリートで短絡される短絡部を形成し、一対の測定線の間の抵抗を測定する抵抗測定装置を備え、前記一対の測定線は、地山側に沿って配置し、打設コンクリート面が上昇する未固結状態において、一対の測定線の間の抵抗値を測定し、未充填個所を測定したときにコンクリートの再充填を行う、コンクリート状態測定システム、または前記一対の測定線は、抵抗を有する測定線を被覆材で覆って２本平行に配置し、前記被覆材の複数位置に開口部を設けることを特徴とする、コンクリート状態測定システム、または前記のコンクリート状態測定システムにおいて、データベース管理装置を備え、測定したデータをデータベース管理装置に記憶することを特徴とするコンクリート状態測定システムである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【０００６】
＜イ＞コンクリート状態測定システム
コンクリート状態測定システム１は、コンクリート打設中、また、打設後の流動性のあるコンクリートの状態と、必要に応じて、その後のコンクリートの経年変化の状態をコンクリート状態測定センサで求めるものである。
【０００７】
コンクリート状態測定システム１は、例えば図１に示すように、コンクリート２２の状態を測定するコンクリート状態測定センサ１１と、コンクリート状態測定センサ１１の抵抗値を測定する抵抗測定装置１２と、必要に応じて、測定データ又は状態データを登録するデータベース１４を有するデータベース管理装置１３とを備えている。このようなコンクリート状態測定システム１により、コンクリート２２の状態を測定してコンクリート構造物２を維持管理することができる。なお、抵抗測定装置１２は、データ収集装置（図示していない）に接続し、測定データを収集することにより、データベース管理装置１３とを分離しても良い。その場合、測定データは、データ収集装置からデータベース管理装置１３に入力され処理される。また、抵抗測定装置１２は、データベース管理装置１３に内蔵された構造を有し、測定データが自動的に処理されるようにしても良い。
【０００８】
＜ロ＞コンクリート構造物
コンクリート構造物２は、コンクリート２２を用いた構造物ならどのようなものでもよく、ここではトンネルを例に取り、特に、トンネルの覆工コンクリートの構築において、図１のようなセントル方式で施工する例を説明する。セントル方式は、掘削したトンネルの周囲地山に対向して型枠２１を配置し、周囲地山２３と型枠２１の間にコンクリート２２を打設して、覆工コンクリートを構築するものである。コンクリート状態測定センサ１１は、コンクリート２２を打設する位置、例えば地山２３と型枠２１間の空間に配置され、コンクリート打設後に発生した空洞２４などのコンクリート２２の状態を測定する。コンクリート状態測定センサ１１の引き出し線１１４は、コンクリート打設領域において保護管２４で覆い、コンクリートから保護し、絶縁する。なお、コンクリートの逆打時でも、上部にコンクリート状態測定センサを配置して、空洞などのコンクリートの状態をリアルタイムで測定することができる。
【０００９】
＜ハ＞コンクリート状態測定センサ
コンクリート状態測定センサ１１は、一対の測定線１１１を並べて配置し、測定線間の抵抗値を測定して、コンクリート２２の状態を測定するものである。例えば、コンクリートの打設位置にコンクリート状態測定センサ１１を配置し、コンクリートを打設しコンクリート上面が上昇して一対の測定線１１１、１１１の途中を短絡すると、測定線間の抵抗が減少することで、コンクリート上面の位置を求めることができる。一対の測定線の一端は、短絡しても、開放してもよく。短絡の場合、直接接続しても又は抵抗を介して短絡してもよい。
【００１０】
一対の測定線１１１、１１１は、互いに接触しないように配置され、例えば等間隔に配置される。一対の測定線の一方は、少なくとも抵抗を有する測定線であり、他方は、抵抗を有する測定線でも又は抵抗を殆ど有さない導電性の測定線でもよい。ここで抵抗を有する測定線の抵抗値は、短絡部が増加すると測定された抵抗値が変化する程度の大きさが必要である。また、ここでいう導電性とは、抵抗線より抵抗率が小さく導電率の高いものである。
【００１１】
コンクリート状態測定センサ１１は、例えば図２に示す。図２（Ａ）のコンクリート状態測定センサ１１は、一対の測定線が共に抵抗を有している抵抗線を使用する。一対の測定線は、その周囲を絶縁性で防水性の被覆材１１２で覆っている。防水性により水が被覆材１１２の内部に浸入するのを防止できる。被覆材１１２の複数箇所に流動性のコンクリートが浸入する開口部１１３を形成する。開口部１１３は、一対の測定線１１１、１１１が流動性のコンクリートで短絡される短絡部１１７になる。開口部１１３は、被覆材１１２に孔が開いた状態でも、また、被覆材が分離して間隙ができた状態でもよく、一対の測定線がコンクリートの浸入で短絡できるものならば良い。開口部１１３は等間隔で配置すると、データ処理が簡単になる場合がある。なお、測定線の抵抗は、測定線全体に均一の抵抗率であっても、又は、被覆材１１２で被覆された箇所にのみ抵抗値を有し、開口部１１３の個所は導電率が高くてもよい。また、被覆材１１２で被覆しなくてもコンクリート状態測定センサとして使用することはできる。また、抵抗を有する一方の測定線１１１にのみ被覆材１１２で被覆してもよい。なお、図２のコンクリート状態測定センサ１１は、一対の測定線１１１、１１１の一端が開放してある場合を示している。
【００１２】
コンクリート状態測定センサ１１は、コンクリート打設位置に取り付けやすいように、必要に応じて、一部に粘着テープやフックなどの固定具などの取り付け容易な取付部材をとりつける。
【００１３】
図２（Ｂ）〜（Ｅ）のコンクリート測定センサは、厚さが薄くテープ状のテープ状基板１１５に一対の測定線１１１、１１１を固定する。測定線１１１は、面状でも又は線状でもよい。また、測定線１１１の配置は、図２（Ｂ）のようにテープ状基板１１５の片面でも、又は、図２（Ｃ）〜（Ｅ）のように両面でもよい。両面の場合、図２（Ｃ）のように１対の測定線が両面に露出していてもよい。また、図２（Ｄ）のように各面に1本の測定線を配置してもよい。また、図２（Ｅ）のようにテープ状物体の側面に一対の測定線を配置してもよい。
【００１４】
＜ニ＞一対の測定線の測定端子から見た抵抗値（全体の抵抗値）の測定
コンクリートを打設する個所にコンクリート状態測定センサ１１を配置し、コンクリートを打設して行く。図３は、コンクリート表面が上昇し、流動性コンクリートが開口部の一対の測定線を短絡した状態での測定端子１１６、１１６から見た抵抗値の測定原理を説明するものである。レベルＳ１、Ｓ２、・・は、順次コンクリート面が上昇した状態を示している。レベルＳ１、Ｓ２、・・の下部には、被覆材１１２の開口部１１３があり、一対の測定線が流動性のコンクリートにより短絡され、短絡部１１７を形成している。開口部以外の測定線は、コンクリートで短絡されないように被覆材１１２で覆われている。
【００１５】
コンクリート打設時の流動性のあるコンクリートの抵抗値は、コンクリートの種類に依存するが、例えば、２〜３ｍｍ程度の間隔で５０ｋΩ以下である。開口部で露出した一対の測定線をコンクリートで短絡した抵抗値（短絡部１１７の抵抗値）は、短絡抵抗ＲＣと呼ぶ。１本の測定線における隣接する開口部間の抵抗値を治具抵抗ＲＬと呼ぶ。図３では、一対の測定線は、２本平行に配置され、開口部が１１箇所あり、レベルＳ１では、端部の開口部がコンクリートに没した状態にあり、レベルＳ２では、２箇所の開口部がコンクリートに没している。このようにして、開口部１１３が次々にコンクリートに没して複数の短絡部１１７が形成される。
【００１６】
レベルＳｉの一対の測定線間の抵抗値Ｒｉ、即ち、レベルＳｉの開口部より少し上に位置する一対の測定線間からみた合成された合成抵抗値Ｒｉ（下方の開口部がすべて短絡しているので、並列に抵抗が接続された状態にある）は、以下の式１になる。ここでＲ１は、レベルＳ１までコンクリート上面が打設された状態の合成抵抗値であり、一対の測定線の一端が開放されている場合、短絡抵抗ＲＣとなる。抵抗値０で短絡されている場合、Ｒ１＝０となる。また、抵抗ＲＣで短絡され、コンクリートが浸入しないように開口部が閉じられている場合、Ｒ１＝ＲＣとなる。このように、一対の測定線の一端の短絡抵抗を種々の値にすることができる。
【００１７】
【式１】
0004666773.tif 000002
【００１８】
この式から分かるように、合成抵抗値Ｒｉは、１つ下の合成抵抗値Ｒｉ−１と２つの治具抵抗ＲＬの直列抵抗と、レベルＳｉにおけるコンクリートの短絡抵抗ＲＣとを並列に接続した合成抵抗となる。図４の表には、コンクリートによる短絡抵抗ＲＣを５０ｋΩとし、治具抵抗ＲＬを５０ｋΩとした場合に測定される合成抵抗の予測値を計算した結果を示す。この他に治具抵抗ＲＬを1ｋΩ、１０ｋΩとした場合も同様に計算して、治具抵抗ＲＬが1ｋΩ、１０ｋΩ、５０ｋΩの３種類の結果をグラフにし、図５に示す。短絡抵抗ＲＣが５０ｋΩで、治具抵抗が１０ｋΩや５０ｋΩ程度では、直線性を有している。これは、合成抵抗Ｒｉを求める式１の特徴である。この式から直線性の程度は測定対象によって決められるが、本例の場合、治具抵抗ＲＬを短絡抵抗ＲＣのほぼ２割以上の値に選択することで、簡易的に直線的な考察が可能であることが分かる。
【００１９】
図４の表（治具抵抗ＲＬが５０ｋΩの場合）では、測定端子間の抵抗値Ｚは、治具抵抗ＲＬをα／２とすると、開口部が短絡される度に、ほぼα（５０ｋΩ×２＝１００ｋΩ）だけ減少している。したがって、ｎ個の開口部が短絡すると、測定端子間の抵抗値Ｚは、ほぼｎα減少することになる。このように、コンクリートの水平面の位置の上昇と、抵抗値とは、ほぼ直線的（リニアー）な関係にある。このように、コンクリート上面の位置と抵抗値Ｚは、ステップ状ではあるが、１対１の関係があり、この関係からコンクリートの追加量の推定も可能になる。また、治具抵抗ＲＬが1ｋΩ、１０ｋΩの場合でも、コンクリート上面の位置と抵抗値Ｚは、ステップ状であり、１対１の関係にある。なお、一対の測定線の一端を抵抗器５０ｋΩで短絡し、コンクリートが浸入しないようにしても、同じ結果が得られる。
【００２０】
＜ホ＞コンクリート打設量の算出
コンクリートの上面の位置より、コンクリートの打設量を求める方法を図６で説明する。コンクリート断面上方をｙ軸とし、また、地山断面の形をｘ＝ｆ（ｙ）（但し、０≦ｙ≦Ｈｆ）、セントルの型枠の形をｘ＝ｇ（ｙ）（但し、０≦ｙ≦Ｈｇ）で表現できるものとする。この時、セントルの奥行きをｗとすると、コンクリート上面の位置がｙである場合、セントルに打設されたコンクリートの全量Ｖ（ｙ）は、式２となる。また、式３として見積もることが出来る。これからセントルに打設されたコンクリートの全量が分かるので、コンクリートの打設残量分の算出が可能である。このように、コンクリート打設時に、コンクリート量の管理が可能である。
【００２１】
【式２】
0004666773.tif 000003
【００２２】
【式３】
0004666773.tif 000004
【００２３】
＜ヘ＞コンクリート固結後の管理
コンクリートが完全に固結すると、コンクリート打設時に順に短絡した個所が絶縁される。したがって、一対の測定線の測定端子の抵抗値Ｚは、コンクリートが完全に固結した時点で、コンクリート打設前の状態に戻り、一対の測定線の一端の短絡状態でその値が決められる。これにより、コンクリートの固結時の判定が可能になる。コンクリートが完全に固結した以降は、コンクリート状態測定センサが地山とコンクリートの間に埋設された場合、覆工コンクリート外側の状態を抵抗値の変化で捉えることができる。もし、覆工コンクリートが地山の水で劣化したとすると、測定線の開口部に水が浸入することになる。もし、ｋ番目の開口部に水が浸入すると、測定線の測定端子の抵抗値Ｚは、水が浸入しない状態での抵抗値Ｚからｋαを差し引いた値となる。このようにして、長期間観測することにより、コンクリートの状態をより正確に把握することが出来る。
【００２４】
＜ト＞コンクリートの状態のデータベース
データベース１４は、測定データ、又は測定データを処理して得られたコンクリートの状態データを登録し管理するものであり、データベース管理装置１３内に配置する。データベース１４には、打設中や打設後の流動性のあるコンクリートを測定して得られた初期状態のデータ、又は、固結後の状態を順次測定して得られた経過状態のデータを登録する。データとしては、例えば、測定の日付、測定場所（例えば、トンネルの場合、ＴＤ、ＳＴＡ）、接続端子間の抵抗Ｚ、コメントなどを登録する。
【００２５】
これらのデータをデータベース管理ソフトにより、比較検討を行い、劣化の経時変化を捉えることで、コンクリート構造物の監視および評価を行うことができる。もし、コンクリート内部に、水が浸入すれば、例えば接続端子間の抵抗Ｚは下がるので、これらの値の変化からコンクリートの経時変化を知ることができる。
【００２６】
以下に、コンクリートの状態の測定方法を説明する。
＜イ＞コンクリート状態測定センサの配置
コンクリート状態測定センサ１１は、図１では、トンネルの左右に上から下に地山側に沿って配置される。コンクリート状態測定センサ１１の測定端子１１６には引出線１１４を接続し、引出線１１４を保護管２４の中を通して型枠２１の外部に取り出し、抵抗測定装置１２でコンクリート状態測定センサ１１の抵抗値を求める。
【００２７】
＜ロ＞コンクリートの打設
抵抗測定装置１２は、コンクリートが型枠内に流し込まれてコンクリート面が上昇するに従って、抵抗値の減少を測定できるので、コンクリートの充填状態をリアルタイムで確認できる。コンクリートを十分に打設し、固化した後、型枠を脱型し、移動することで、トンネル覆工を施工する。
【００２８】
天端部分の充填の際、十分なコンクリートが無い場合は、天端上部に空洞２４ができ、打設後、時間経過とともにコンクリートに劣化が生じたり、崩落原因などとなる。したがって、型枠内にコンクリートを打設している際中、あるいは、十分流動性のある未固結のコンクリートの状態にある打設１時間程度以内に、コンクリートの未充填個所を測定すれば、打ち足すコンクリート残量分を定量的に把握してコンクリートの再充填を行うことができ、打継部にコールドジョイントが発生するのを防止することができる。
【００２９】
＜ハ＞コンクリート打設時の測定
コンクリート状態測定システム１は、コンクリート打設時のコンクリート状態測定センサ１１の抵抗値を絶えず測定し、これらのデータを初期データとしてデータベースに登録する。測定の結果、未充填であることが判明したら、コンクリートの再充填を実施し、充填終了後に、再度計測を行って初期充填状況を把握する。
【００３０】
＜ニ＞コンクリート固結後の測定
覆工コンクリートでは、コンクリート打設時（または、再充填後）のみならず、また、打設時に未充填部が無くても、時間の経過によりコンクリートが劣化し、水の浸入が考えられる。そこで、所定の期間後、又は継続して、コンクリート状態測定センサによって計測し、測定して得られたデータをデータベースに登録し、データベース管理ソフトにより、初期データや経過データと比較検討を行い、コンクリート構造物の劣化の経時変化を捉えることができる。
【００３１】
なお、上記実施例は、セントルを用いた覆工コンクリート打設に関するものであるが、本実施例に留まらず、例えば、ボックスカルバート施工、連続地中壁施工などのコンクリート構造物にも適用可能である。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は、以下のような効果を有する。
＜イ＞本発明は、コンクリート打設状況を、打設時に、リアルタイムで把握することができる。
＜ロ＞また、本発明は、コンクリートの打設予定残量を把握することができる。
＜ハ＞また、本発明は、コンクリートが十分打設できたかを判断することができる。
＜ニ＞また、本発明は、コンクリート構造物が、浸水によって劣化が起きていないかを長期間にわたり、連続的に、また、断続的に調査することができる。
＜ホ＞また、本発明は、測定したコンクリートの初期状態や経過状態を示すデータをデータベースに登録し分析することにより、コンクリート構造物の維持管理を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】コンクリート覆工のコンクリート状態測定の説明図
【図２】コンクリート状態測定センサの構成図
【図３】コンクリート状態測定センサの測定原理図
【図４】抵抗測定のシミュレーションの結果を示す表の図
【図５】抵抗測定のシミュレーションの結果をグラフ表示した図
【図６】コンクリートの充填量を算出するための図
【符号の説明】
１・・・コンクリート状態測定システム
１１・・コンクリート状態測定センサ
１１１・測定線
１１２・被覆材
１１３・開口部
１１４・引出線
１１５・テープ状基板
１１６・測定端子
１１７・短絡部
１２・・抵抗測定装置
１３・・データベース管理装置
１４・・データベース
２・・・コンクリート構造物
２１・・型枠
２２・・コンクリート
２３・・地山
２４・・空洞
２５・・保護管
【図１】
0004666773.tif 000005
【図２】
0004666773.tif 000006
【図３】
0004666773.tif 000007
【図４】
0004666773.tif 000008
【図５】
0004666773.tif 000009
【図６】
0004666773.tif 000010