(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮性材料内の表面から進入の内部深さまでの連続的な圧縮破壊の間に乗物を減速させる前記圧縮性材料内の前記連続的な圧縮破壊の間の圧縮傾斜強度を試験する試験装置であって、
前記圧縮性材料内の前記進入の内部深さよりも大きな長さと、断面寸法と、を有する進入軸と、
前記進入軸に連結され、圧縮性接触表面を有する試験プローブヘッドと、
前記進入軸に含まれる収縮された軸部であって、前記試験プローブヘッドの後方より始まり少なくとも前記長さの一部にわたって連続し、かつ前記試験プローブの前記接触表面の面積より小さい断面積を有する前記収縮された軸部と、
前記進入軸と連結され、そして、前記接触表面を、前記圧縮性材料内の前記進入の内部深さまで駆動することにより前記圧縮性材料の圧縮破壊を起こさせるように構成された駆動機構と、
前記進入軸と連結され、前記圧縮性材料内の前記進入の内部深さまでの、この変位を検知する変位検知装置と、
前記進入軸に連結され、前記試験プローブ接触表面が前記圧縮性材料の圧縮破壊を前記進入の内部深さまで起こさせるときに、この表面に働く力を検知する荷重検知装置と、
前記荷重検知装置によって検知された力および圧縮性材料内の前記試験プローブ接触表面の進入深さに応答して、表面から進入の内部深さまでの前記圧縮性材料の圧縮傾斜強度を示すデータを提供するデータ採取装置と、
を含んでいることを特徴とする試験装置。
【請求項２】
請求項１による試験装置において、前記試験装置が前記試験プローブヘッドを前記圧縮性材料の厚さの少なくとも６０％の進入の内部深さまで駆動するように構成されていることを特徴とする試験装置。
【請求項３】
前記請求項のいずれかによる試験装置において、前記試験プローブヘッドが平坦な接触表面を有し、前記収縮された軸部は前記接触表面の面積よりも少なくとも１０％小さい断面積を有していることを特徴とする試験装置。
【請求項４】
圧縮性材料の表面から進入の内部深さまでの連続的な圧縮破壊の間の圧縮傾斜強度を試験する試験プローブであって、
前記圧縮性材料内の進入の内部深さより小さくない長さと、断面寸法と、を有する進入軸と、
前記進入軸と連結され、圧縮性の接触表面を有する試験プローブヘッドとを有し、
前記進入軸は、前記試験プローブヘッドの後方より始まり少なくとも前記長さの一部にわたって連続している収縮された軸部であって、前記試験プローブの前記接触表面の面積より小さい断面積を有する前記収縮された軸部を含み、
前記収縮された軸部のより小さい断面積は、試験中の圧縮性材料の表面から前記進入の内部深さまでその接触表面が動くときに、その接触表面の後方にある前記圧縮性材料の圧縮破壊により生ずる粒子の圧縮後増成による歪みの影響を減少させるように選択された寸法を有することを特徴とする試験プローブ。
【請求項５】
請求項４による試験プローブにおいて、前記試験プローブヘッドは平坦な円形接触表面を有していることを特徴とする試験プローブ。
【請求項６】
請求項４又は５による試験プローブにおいて、前記試験プローブヘッドは１から４平方インチの範囲の面積の平坦な接触表面を有することを特徴とする試験プローブ。
【請求項７】
目的物の動きを拘束する多孔性コンクリート部材の連続的圧縮試験方法であって、
（ａ）接触表面域を有する圧縮性接触表面を持つ試験プローブヘッドを持つ進入軸を備えるステップと、
（ｂ）厚みを有し前記接触表面域より広い断面積を有する多孔性コンクリートの試験用部材を備えるステップと、
（ｃ）前記試験用部材を長手方向に支持するステップと、
（ｄ）前記多孔性コンクリートの圧縮破壊を起させるように、前記試験用部材の表面から進入の内部深さまで長手方向に試験プローブヘッドの接触表面を駆動させるステップと、
（ｅ）前記試験プローブヘッドの前記進入の内部深さまでの変位をモニターするステップと、
（ｆ）前記試験用部材内の進入の複数の中間内部深さで前記接触表面に働く圧縮力をモニターするステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７による方法において、ステップ（ａ）が前記試験プローブヘッドの後部から始まる収縮された軸部を有する進入軸を備えるステップを含み、その修縮された軸部は前記接触表面の面積より小さい断面積を有し、前記多孔性コンクリート部材への進入時に、その小さい断面積は前記試験プローブヘッドの後方の材料の圧縮後増成による歪の影響の低減に有効であることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項７又は８による方法において、ステップ（ａ）は平坦な円形接触表面を有する前記試験プローブヘッドを備えるステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項７，８又は９による方法において、ステップ（ｄ）は前記接触表面を連続的に前記試験用部材の厚さの少なくとも６０％に等しい進入の内部深さまで駆動するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項７，８，９又は１０による方法において、ステップ（ｆ）は、前記接触表面が前記試験用部材の厚さの少なくとも６０％の進入の内部深さに達するまで、前記試験プローブヘッドの接触表面にかかる圧力を連続的に記録するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
圧縮性材料の試験用部材の表面から進入の深さまでの連続した圧縮破壊の間の圧縮傾斜強度を決定する方法であって、
（ａ）圧縮性接触表面域を備えた試験プローブヘッド及び前記試験プローブヘッドの後方から始まる収縮された軸部であって、圧縮性材料への進入時に、前記試験プローブヘッドの後方の前記圧縮性材料の圧縮破壊からの材料の圧縮後増成による歪みの影響を減少させるように選択されたより小さな断面積を有する前記収縮された軸部を有する進入軸を備えるステップと、
（ｂ）厚さと、前記接触表面域よりも大きい断面積を有する試験用部材を備えるステップと、
（ｃ）前記試験用部材の表面から進入の内部深さまで、前記試験プローブヘッドの前記接触表面を、前記試験用部材内へ駆動するステップと、
（ｄ）前記試験プローブヘッドの前記進入の内部深さまでの変位をモニターするステップと、
（ｅ）前記試験用部材内の進入の複数の中間深さでの前記接触表面への圧縮力をモニターするステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１２による方法において、ステップ（ａ）は接触表面を多孔性コンクリートの試験部材内に駆動するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１２または１３による方法において、ステップ（ａ）は前記試験用部材の断面積の５％をこえない面積を有する接触表面を用いるステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１２、１３又は１４による方法において、ステップ（ｂ）は、前記接触表面が前記試験用部材の厚さの少なくとも６０％の進入の内部深さに達するまで前記試験プローブの接触表面に働く圧縮力を記録するステップ
を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
本発明は乗物（vehicle）の運動を減速させるための方法に関し、さらに詳しくは滑走路の末端から走り出る航空機を安全に減速するための拘束路盤（arresting bed）システムに用いるための多孔性コンクリート（cellular concrete）を試験する装置および性能に関する。
発明の背景
航空機が滑走路末端からオーバーランすることは起こりうることであり、また実際に起こっていて、乗客の怪我や航空機の破壊または著しい損傷をもたらす可能性がある。このようなオーバーランは、離陸中断時または着陸中に８０ノット（毎時１４８．１６ｋｍ）までの速度で走行中の航空機において発生している。オーバーランの危険を最小限にするために、連邦航空局（ＦＡＡ）は、滑走路の末端を越えて長さ１，０００フィート（３０４．８ｍ）の安全地帯が一般的に必要であるとしている。この安全地帯の存在は、現在では連邦航空局の基準となっているが、国中の多くの滑走路はこの基準の採用される前に建設されており、水域や道路や、その他の障害物が隣接して１，０００フィートオーバーラン要件に経済的に無理なく従うことを妨げている。
滑走路を越えた範囲の既存の土壌表面を含むいくつかの物質について、航空機を減速させる能力が評価されてきた。土壌の表面は拘束能力の点で非常に予測し難い。それはその性質が予測し難いものであるからである。例えば、非常に乾燥した土は固くてほとんどはまり込むことは無いが、湿った土では航空機をたちまち泥にめり込ませてしまい、着陸装置を破損し、乗客乗員を負傷させ、航空機に多大な損傷を与える可能性がある。
１９９８年の一報告書には、ＪＦＫ国際航空滑走路用の発泡プラスチック製滑走路拘束装置開発の実現性についてのニューヨークおよびニュージャージー空港当局による調査が取り扱われている。同報告書では、そのような拘束材の設計は実現可能であり、８０ノットまでの出口速度で滑走路をオーバーランする１００，０００ポンド（４５，４００ｋｇ）の航空機、および６０ノット（毎時１１１．１２ｋｍ）までの出口速度で滑走路をオーバーランする８２０，０００ポンド（３７２，２８０ｋｇ）の航空機を安全に止めることができるであろうとの分析結果が述べられている。同報告書では、適切な発泡プラスティックの拘束材料の構造上の性能は、「特にブレーキがきかず、逆推進が利用できない場合は、１，０００フィートの舗装したオーバーラン地帯よりも優れている」可能性を秘めているというように説明されている。よく知られているように、ブレーキの効きは、濡れたり凍結した路面状況のもとでは制限されてしまうおそれがある。（デイトン大学報告書UDR−TR−88−07、1998年1月）
さらに最近では、航空機拘束システムが、ラレットらに付与された米国特許第５，１９３，７６４号に述べられている。同特許の開示内容によると、航空機拘束地帯は、硬質で脆い耐火性フェノール樹脂フォームの薄層を互いに積み重ねて複数接着し、フォームの最下層が支持面に接着された状態で構成されている。積み重なった層は、硬質発泡プラスチックフォームにおける組み合された層の圧縮抵抗が、滑走路から拘束地帯への進入時に拘束されるよう期待されるどんな航空機の着陸装置で加わる力よりも小さくなるようにされていて、当該フォームは航空機に接触すると壊れるようになっている。適切な素材はラテックス接着剤などのような親和性の接着剤とともに用いられるフェノールフォームである。
フェノールフォームを主にした拘束装置の試験は、このような装置が航空機を停止させるよう機能することは可能であるが、フォーム素材の使用には不利益があるということを表している。主な不利益は、フォームは、その特質にもよるが、一般に弾性反発特性を示すということである。したがって、フェノール樹脂フォーム製拘束路盤試験において、フォーム素材自体の弾性反発のために、フォーム素材を通過するときに航空機の車輪に幾分前方の推力が与えられることが認められた。
拘束路盤システムに使用する素材として、起泡または多孔性コンクリートが先行技術において提案され、限定的な現場試験が行われている。そのような試験は、多孔性コンクリートがフェノールフォームと同じ利点を多く提供する一方で、フェノールフォームの不利益のいくつかを解消しているととの観点から、多孔性コンクリートは拘束路盤システムに使用できる可能性が高いことがわかってきた。しかし、拘束路盤全体にわたる破砕強さ（crushing strength）の正確な管理および素材の均一性についての要求が厳しいので、今まで知られている限りでは、適切な特質と均一性を備えた多孔性コンクリートの製造は達成されていないし、文書に記載されてもこなかった。建設用の構造用コンクリートの製造は、比較的簡単な行程段階を含んだ古い技術である。多孔性コンクリートの製造は、一般に単純な成分を含んでいるのだが、空気混和、混練、および水和といった面での性質と効果により、複雑なものになっており、弱すぎず強すぎずといった均質な完成品を本目的のために得ようとするならば、綿密な条件指定と正確な管理を行なわなくてはならない。強弱のある多孔性コンクリート地帯を含む不連続部分は、例えば、減速力が車輪支持構造の強度を超えると、減速中の機体に実際に損傷を与えかねない。そのような不均一性は、減速性能と全停止距離を正確に予測することができないという結果ともなる。市販の多孔性コンクリートを用いた最近のある使用可能性試験では、試験データを記録するよう装備された航空機が、路盤部分を通してタキシグし、負荷データの取得を行っている。製造の均一性を提供する手段は講じられていても、拘束路盤から採取したサンプルおよび拘束路盤の航空機負荷データは、破砕強さが過度に高い領域とそれが過度に低い領域との間の著しい変化を示した。航空機が、主要着陸装置を損傷または破壊するような力に曝されるのであれば、拘束装置の潜在的な利点についての信頼が損なわれるのは明らかである。
このように拘束路盤システムが考究され、種々の物質についてのいくつかの実試験による調査が行われたが、規定内で既知のサイズと重量で、決められた速度で滑走路を越えて走る航空機を安全に停止する拘束路盤システム、あるいはそれに用いるのに適した材料について、実生産、および実施はまだ行われるには至っていない。材料の量や、決められた寸法、重量、速度の乗物用の効果的な拘束路盤を提供するように形成された材料のジェオメトリーは、材料の物理的性質に直接依存し、特に路盤を通過して材料を圧潰するかまたは変形しながら運行する乗物に働くドラッグの大きさに依存している。コンピュータプログラミングによるモデルや他の技術が、特定の寸法重量の航空機のために計算された力やエネルギー吸収に基づいて、そのような航空機の相応する着陸ギヤ力の規格を考慮して、拘束路盤用のドラッグ材または減速材の開発に用いることができる。しかしそのモデルは、その拘束路盤が、乗り物の荷重を担った航空機（または他の乗り物）部分（例えば、航空機が滑走路をオーバランしたときその路盤を通過する航空機の車輪）に接触されるとき、予測しうるエネルギー吸収量（抵抗）を有する均一な結果をもたらす、強度、耐久性などの特性について部材間、区切りから区切りにわたっての均一性を有する物質からつくられているものと仮定せねばならない。
拘束路盤システムに用いられる気泡または多孔性コンクリートを使用することの潜在的な利点のひとつは多数の異なった出発材料を用いて種々の異なった方法でその物質自体をつくることが出来るということである、乗り物減速に関わらない過去の応用法のために、コンクリートは多孔性コンクリート用の水、気泡材、空気を混合した特別のタイプのセメント（普通ポートランドセメント）を用いてつくられた。しかし多孔性コンクリートのそのような従来の応用と拘束路盤材用に適した製品の製造とは著しく異なった要請によって区別される。従来の方法において目的とするところは、強度が強ければ強いほど良いという中での、最低の決められた強度を賦与しながらも、一般に重量かコストまたはその両方を下げることである。従来の方法は最高強度と最低強度の両方の厳しい基準で造られる多孔性コンクリートは一般に要求されていない。
また従来の方法は基本的な強度目的に合致していれば材質の高度の均一性を要求していない。多孔性コンクリートの従来の応用に対してさえもセメントの量とタイプ、水とセメントの割合、気泡材の量とタイプ、材料混合方法、工程条件、硬化条件のすべてが多孔性コンクリートの結果としての性能に決定的な影響を与えることが知られている。乗物拘束路盤に適した多孔性コンクリートを造るのに要求されている水準にまで製品を高める必要は従来の応用によっては提供されていない。
このように航空機または他の乗り物が拘束路盤に入ってきた時に望ましい減速を得るのに適した物質の機械的性質について、その目的とする仕様を示すのはなすべきことの一つである。しかしながら、実際に決められた強度や均一性について要請されている性能を有する多孔性コンクリートを首尾一貫して製造する能力が達成されたという話はまだ知られていない。
この方法での実質的な問題の一つはその大きさ全体にわたって望ましい機械的性質を均一に持っている完全な拘束用路盤を造ることの出来る低い強度範囲で非常に狭い許容範囲の均一な多孔性コンクリートを造る確立した技術がないことである。適所に注入された多孔性コンクリートが提案されているが多孔性コンクリート拘束路盤材としてうまく機能している実際的なものは提供されていない。
いまひとつの問題は特定の製造等級の起泡コンクリートを乗物が通過したときどのような機械的な力を実際に受けるかを前もって決める事である。問題の機械的性質は、物質の強度それ自体ではなく、むしろその物質が変形するにつれて物質を通過する物体によって体験する減速力である。コンクリート試料の最も従来からの試験方法は少なくともある特定の荷重は支えられるということを確立するためにその物質の破壊強度（fracture strength）を測定することである。これとは対照的に拘束路盤技術においては重要な特性（即ち連続する圧縮破壊の間の実際の強度）はある物質の圧縮破損の間、連続ベースで吸収されたエネルギーである。特定の処方、製造技術、養生、設計による起泡コンクリートにより供給される圧縮強度を連続ベースで決定するのに用いられる適切な検査方法の体系（test methodology）がなければ、この技術は実際の拘束路盤に用いられた時に、い多孔性コンクリートのうち、どれが予測通りに動作するかを決めるために、いろいろと異なった多孔性コンクリートサンプルを使って大変に費用のかかる拘束路盤構造の建設をする必要性を残したままとなるであろう。さらに具体的には過去には構造用多孔性コンクリートへの適用は最低強度を試験することで支えられてきたので、多孔性コンクリート部材について表面から進入する深さにわたって、部材厚さの８０％までの内部進入深さまで連続して圧縮強度を信頼を持って試験することを可能にする適当な試験方法も装置も用意されることはなかった。
本発明の目的は多孔性コンクリート拘束材を試験する新しく且つ改良された試験装置と方法を提供することであり、次の利点と性能の一つ以上を提供する試験装置と方法を提供することである。
・動いている物体を減速するときに経験される圧縮傾斜強度（compressive gradient strength）を信頼性をもって決定すること、
・試験試料の構造破壊なしの圧縮強度試験、
・試料の表面からサンプル厚さの７０％台の進入の内部深さまで連続的な圧縮傾斜強度の決定、
・連続ベースでの圧縮破損試験圧力と進入深さの記録、
・進入軸によって連続的に駆動される改良された試験プローブヘッドの使用、および
・得られたデーターの精度を乱す可能性のある、圧縮後の材料のビルドアプ効果を減少させるために制限された断面の軸部をもつ進入軸（penetra-tion shaft）の使用。
発明の概要
本発明によれば、圧縮可能な拘束材の表面から進入内部深さまで連続的に圧縮傾斜強度を試験するための拘束材料試験装置は、進入の内部深さより小さくない長さおよび断面寸法を有する進入軸を含んで構成されている。試験プローブヘッドは進入軸と連結されており、圧縮接触する表面を有している。進入軸は試験プローブヘッドから始まって少なくとも進入軸の一部の長さまで続いている収縮された（constricted）軸部を有する。この収縮された軸部は、試験プローブヘッドの後部での圧縮後材質のビルトアップとそのようなビルドアップの結果であるデーターの歪みを減らすために、典型的には試験プローブヘッドの接触表面積より少なくとも１０％小さい断面積を有している。
駆動機構は進入軸に繋げられ、拘束材のなかへ進入する内部深さまで試験用プローブヘッドを駆動するようにその軸を変位させる。進入軸に連結された変位検知装置はその変位を検知するために備えられている。進入軸に連結された荷重検知装置は試験プローブ接触表面に対してそれが進入内部深さまで拘束材を圧縮するにつれて働く圧力を検知する。その装置は試験される圧縮可能な拘束材の圧縮傾斜強度の連続測定を示すデーターを与えるため荷重検知装置によって検知された圧力に応答し試験プローブ接触表面が進入する深さに応答するデーター採取装置を含んで構成されている。
また本発明によれば、圧縮可能な拘束材内の表面から進入内部深さまで圧縮傾斜強度を連続的に試験するのに適した拘束材試験プローブは上記のように進入軸、試験プローブヘッド、収縮された軸部を含んで構成されている。断面積や収縮された軸部長さは、試験する拘束材の表面から進入の内部深さまで軸が動いていくときに接触表面の後側の圧縮後の材質のビルトアップ効果を減らすのに適するように選ばれる。そのような進入の深さは典型的には試験される拘束材の断面厚さの少なくとも６０％あればよい。
さらに本発明によれば乗物の拘束に用いるのに適した多孔性コンクリート部材の連続的圧縮破損試験の方法は次の工程を含む。
(a) ある接触表面積を有する接触表面と試験プローブヘッドを付けている進入軸を備え、
(b) ある厚さとその接触面積より少なくとも２０倍大きい断面積を有する多孔性コンクリートの試験部材を用意し、
(c) その試験部材を長手方向に支え、
(d) その試験部材内で表面から進入の内部深さまで試験プローブヘッドの接触表面を長手方向に試験部材内へと駆動し、
(e) 試験プローブヘッドの変位を連続的に監視し、そして
(f) 試験部材内で複数の進入中間深さでその接触表面上の圧縮強度をモニターする。
他のまた更なる目的とともに本発明を良く理解するために、添付された図面を参照することができ、また本発明の範囲は添付の請求項に示されている。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明による拘束材試験装置の一実施例を示す。
図２と図４はそれぞれ本発明を用いた試験プローブヘッドと関連する進入軸の部分の側面と底面図である。
図３は本発明による別の構造の進入軸に掲載された試験プローブヘッドを示す側面図である。
図５は本発明による試験法を記載するのに有用なフローチャートである。
図６と図７は図１の装置と図５の方法を用いて得られたデーターを二つの異なった強度を持つ多孔性コンクリートのサンプルについて縦軸に圧縮力、横軸に進入百分率で示している。
発明の詳細な説明
拘束路盤用途に多孔性コンクリートを使用するには、材料は変形に対する抵抗力が一般に均一であることが必要であって、その理由は路盤を満足できる性能を確保するように路盤を設計し、寸法取りし、構築することを可能にするのは、減速させられる乗物の接触部材表面に作用する力を予測することができることであるからである。そのような均一性を得るためには、多孔性コンクリートの調合に使用する原料、およびその実施条件、ならびに養生方法の注意深い選択と管理を行わなければならない。
多孔性コンクリートの成分は、一般的にはセメント、好ましくはポートランドセメントと、発泡剤および水である。非常に細かい砂または他材料のある状況内での利用も見られるが、この好ましい実施形態では使用されていない。本件において、「多孔性コンクリート」という用語は、空気などの流体の比較的小さな内部の胞あるいは泡を有するコンクリートを包含する包括的用語として用いられ、それには砂あるいは他の材料を含んでいてもよく、また、そのような砂や他の材料を含まないような処方であってもよい。
多孔性コンクリートを造るための多くの既知の方法がある。一般にその工程は気泡濃縮体（foam cocentrate）を水と混合し空気を巻き込むことによって気泡を発生させ、得られた気泡をセメントのスラリーまたはセメント・骨材（aggregate）懸濁混合物に加え、そして気泡とセメント懸濁液を、他の型のコンクリートに比べその材料の密度を比較的低く維持するかなりの量の空隙または泡体を有する均一混合物が出来るように管理して完全に混合する。多孔性コンクリートを拘束路盤用途に応用することは材料の性質の全般の均一性が要求されるので、一様な気泡、混合の均一性、材料のセッティングが極度に重要である。
拘束路盤システムの構築は、システムのための所望寸法を達成するために、中央の製造設備あるいは路盤現場において多孔性コンクリートを製造し、そのコンクリートを適当な大きさの型枠に流し込むことにより完成する。しかしながら、材料特性の均一性や全体的な品質の管理のためには、適切な大きさの型枠を利用した全体路盤の部分品を成形し、そして同部分品を現場に移送して、路盤の全体形状となるようにそれらを据え付けるようにすることが一般的には好適であることがわかってきた。後者の場合においては、所定の大きさのブロック形状で、同単体あるいは部分品は製造され、また品質管理試験が終了するまで保管される。ブロックはその後現場に設置され、安全地帯自体の構成材料に応じてアスファルト、セメントグラウト、または他の適当な固着用材料を使用して滑走路安全地帯に固着される。
「圧縮傾斜強度」あるいは「ＣＧＳ」の定義
用語「圧縮強度」（ＣＧＳではない）は通常、標準化された試料の表面に垂直に加えられると試料を破壊してしまう力の大きさ（従来、平方インチあたりのポンドで測定される）を意味すると理解されている。最も一般的な試験方法では、実験装置、試料作成手順、試験試料要件（寸法、成形、養生要件を含む）負荷率および記録保持要件を特定している。一例として、ＡＳＴＭＣ４９５−８６「軽量絶縁コンクリートの圧縮強度に対する標準的方法」がある。このような従来の実験方法は、予測される負荷条件下での構造的な完全性の維持（すなわち、少なくとも最低強度を有する）が要求される構造を設計する際には有用であるが、拘束路盤システムの目的は予測可能な特定の方法で破壊することであり、それにより乗物が多孔性コンクリートを変形する際に、管理された予測可能な抵抗力（すなわち、固有の圧縮傾斜強度）を提供することができる。そのため、このような従来の試験は、圧縮破壊中の強度ではなく破壊点に達するまでの強度を測定することに焦点を当てている。簡単に言うと、どの位の力が多孔性コンクリート材料試料を粉砕するかは、乗物が拘束路盤システムを通過することによりどの位の抗力あるいは減速を経験することになるのかという重要な問いには応答していない。従来技術にあるように、「一時」破壊応力に対して、本件においては、試料の一部が元の厚さの約２０パーセントまで継続的に圧縮される際の連続圧縮破壊モードを試験で求めなければならない。本件において適切なこのような連続試験に適した装置及び方法は、以前には通常利用可能でなかった。
多孔性コンクリートの材料や処理には変化幅の幅の広い変数があり、試験用拘束路盤構築の規模及び費用からすれば、抗力量を予測するために正確な実験情報が利用でき、拘束路盤システムにおいて利用される際に、特定の多様性を持つ多孔性コンクリートが所定の方法で処理養生されて供給されることが不可欠である。単純な一度だけの「圧縮強度」に代わって、サンプルの連続圧縮破壊中に生じる抗力測定に関するデータ結果に焦点を当てるような新しい試験方法を開発することにより、適切な多孔性コンクリート素材と処理変化の信頼できる試験および確認を可能にする新しい試験方法および装置が開発された。その結果、多孔性コンクリートを元の厚さの２０パーセントにまで押し潰すために必要な圧縮力は、進入の深さによって変化するということが測定された。この特性を本発明者は「圧縮傾斜強度」あるいは「ＣＧＳ」と呼んでいるが、航空機を安全に減速させるための周知の減速特性を有する多孔性コンクリート乗物拘束路盤を構築するためには、正確に規定されなければならない。
本発明の試験法と装置は多孔性コンクリート又は同様の特性を有する材料の試験サンプルのための荷重と変形のデータを与え同材料から造られる拘束路盤がどの用に機能するかを正確に予測するのに用いる事ができる。したがって、進入型試験方法は、サンプルを破壊するような力を加えることにより測定されるのではなく、むしろ特定の圧縮接面を有する試験プローブヘッドが一塊の多孔性コンクリートを移動することで発生する抗力に関するデータを連続的に提供しており、拘束路盤使用における多孔性コンクリートを配合使用するために必要なデータを得る鍵となる。このような測定され、ＣＧＳは進入深さに伴う範囲を通じて変化し、従来の試験におけるような簡単な単一の破壊値ではなく、むしろ傾斜した値（進入範囲を通じての平均ＣＧＳが７０ｐｓｉの６０/８０ＣＧＳのようなもの）となる。
本件において、用語「圧縮傾斜強度」（あるいは「ＣＧＳ」）は、表面から連続した内部進入深さまでの多孔性コンクリート部材の圧縮強度に関して使用されるが、一般的には同部材の厚さの６６パーセントである。定義通り、ＣＧＳは標準ＡＳＴＭ試験方法により測定された圧縮強度には対応しない。
図１．試験装置
図１を参照すると、図には本発明に関わる拘束路盤材料試験装置の実施例が示されている。さらに記述されるように図１の設備は圧縮製拘束材料の試験部材の表面から進入の内部深さまで連続的に圧縮傾斜強度を試験するようになっている。図示されているように、試験部材の底を指示するのに適し側面枠部材４と組み合わせて試験支持構造を形成するプラットホームベース構造２を含んでいる。
進入軸６の形状のピストンがシリンダー８に摺動自在にとりつけられ、油圧系１０と通じている液体を通して活性化するように配置されている。その構造は、軸６が油圧源１４の始動に反応して多孔性コンクリート又は他の適した材料の試験部材１２に向かって下方に駆動される。試験部材１２は試験中ベース２の上に乗っている下部軸受けブロック１６によって支えられている。進入軸の底部に据えられた試験プローブヘッドは図２から４を参照にして記載される。このように油圧源１４からライン１０によって作動される油圧シリンダー８が進入軸６と連結される駆動機構の１部を構成し拘束材料の試験部材１２内の進入の内部の深さまで試験プローブヘッドを駆動するために連続的に軸６を変位する能力を与えていることが認められる。
図示されているように、試験装置は更にロードセル１８として示されている荷重検知装置を含んで構成されている。既知の方法により、進入軸６と試験プローブの接触表面とに働く力を、それが試験部材の多孔性コンクリート１２の内部への圧縮破壊を起しながらの変位とともに測定するようにロードセル１８は配置されている。別の見方をすると、測定された力は試験部材１２の多孔性コンクリートの圧縮破壊の間、試験プローブヘッドの接触表面に対し多孔性コンクリートによって与えられる抵抗力の目安と見なすことができる。荷重検知装置１８を構成するロードセルによって測定された力は絶えずモニターされ、データ採取装置２２に連結されたデータライン２０を経由した試験の間、力又は圧力の形で記録される。図１に於いて試験装置はリニアポテンシオメータ２４として示される変位検知装置を含んで構成され、そのインピーダンスが進入軸６の位置の変化によって変化するようになっている。変位検知装置２４はデータライン２６を通ってデータ採取装置２２に連結され、軸６の変位を試験中連続的にモニターし記録できるようになっている。図示された試験装置に於いて、圧力検知装置によって検知された油圧もモニターされ、データライン３０を経て記録される。
次に図２から図４を参照すると、図には本発明による、拘束材料内を表面から進入の内部深さまで連続的に圧縮傾斜強度を試験するのに適した拘束材料試験プローブの２つの模範的な構成が詳細に示されている。この試験プローブは進入軸とその下端に据えられた試験プローブヘッドを含んで構成されている。図２には試験中の内部進入深さより短くない全長を有する進入軸６の下部と直径７で示される断面の大きさを示している。進入軸６は一般に鋼材でつくられ円柱形を有している。試験プローブヘッド３４は軸６の低端部に適するように連結され（例えば溶接、端部へのネジ止め等によりそこへ固定され）縦方向の圧力にさらされた時に決められた位置にとどまっているようになっている。試験プローブヘッド３４は圧縮用接触表面３６を有し、これは硬化されてもよく、あるいは表面３６の過剰の変形なしに多孔性コンクリート又は他の材料の圧縮に適するようにしてもよい。接触表面３６の大きさは図４の下の図面で直径３５で示されているが、この大きさは進入軸６の収縮された軸部の断面寸法よりも大きい。図２に於いて接触表面直径３５は軸６の直径７より大きく、この例ではその長さ方向にそって均一な直径である。図３は他の形状を示す。図３に於いて進入軸６は図１の油圧シリンンダ８と釣り合う基本直径７を有している。進入軸６ａはより小さな断面積の収縮された軸部６ｂを含み、この軸部は試験プローブヘッド３４の後側から始まって少なくとも進入軸の長さの一部まで続いている。このように図２を参照して第１の構成に於いては接触表面３６と比較して減少した断面積を有する収縮された軸部は図１にも示されるように進入軸の全長にわたって効果的に延長されている。図３に於いて収縮された軸部は軸６ａの長さの一部のみを示している。発明に従って試験プローブヘッドの後側に伸びている収縮された軸部を備えることは、試験中に拘束材料の中を動いていくにつれて接触表面の後側にある多孔性コンクリートの粒子の圧縮後のビルドアップによる潜在的な誤差発生効果を減少するのに効果的であることがわかった。収縮した軸部は少なくとも所期の進入深さに等しい長さを有することが好ましい。この特徴が拘束材料を使用したときに経験される実験の圧縮傾斜強度を示すものとしての試験結果の正確さと信頼性を高めることが見出された。
試験プローブヘッド３４の現在において好ましい構成は直径約２インチの平坦な円形接触表面３６と、ヘッドの後側にあって接触表面より１０から５０％小さい断面積を有し、試験プローブヘッド３４の後方、少なくとも進入深さに等しい距離にわたって連続している収縮された軸部（６又は６ｂ）と有している。この構成は、少なくとも平方インチ当たり１００望ましくは５００ポンドの圧縮圧に対し、破壌や著しい表面歪なしに乗り切るのに適した基本的構造の安全性と接触表面硬度を有しているべきである。他の実施形態では接触表面３６は六角形又は他の適当な形と適当な寸法のものであってもよい。しかしこの点につい試験部分１２の断面寸法と比較した接触表面３６の寸法は約７０％の進入に至る前に通常の構造上の破損、試験部分１２の側面部の脱落のような試験試料の粉砕なしに試験が終了されるようであることが好ましいと現在のところ考えられている。この発明によれば、拘束路盤用途の圧縮傾斜強度を示す正確な結果を得るために、試験部分１２は側面支持したり、バンド掛けしたり、包んだりせずに、底からのみ支えるようにし、試験プローブヘッド３４の道程にそっての内部圧縮破壌を除けば試験中は接触なしに保つことが現在のところ望ましい。７０から８０％進入後の試験試料の通常の構造上の破壌や粉砕は試験結果の確実性にとって一般に関係のあることではない。ピストンが進入し結果としての応力を与えるときに試料が制約されないような試験法を用いることによって拘束用試験路盤の性能に対するより近い近似が達成される。何故なら人為的な強い容器の壁に対しての強制試験下では多孔性コンクリートや他の物質によって起こされる応力の束縛や反射がないであろうからである。
図５、試験法
この試験方法論は試験プローブヘッドが試料を貫いて動く際に荷重を動力学的に測走する能力を含んでいる。望ましい方法に於いては、荷重は比較的早い一定の速度で加えられ力の測定が連続的に行われるか、試験プローブヘッドがサンプルを通って動く際に変位の増加量を小さくして行われる。最近の望まし試験プローブヘッドの変位率は１分当たり約６０インチであって、これは別の試験方式であるＡＳＴＭＣ３９−８６標準試験手順に規定されている１分当り０，０５インチに較べて比較的早い。この方法で変形される多孔性コンクリート試料は本質的にすべての空隙又は泡体が圧潰される変形点に到達し更に変形させるのに必要な圧縮力の量が急激に上昇するか試験試料が通常の構造破壌を経験することになる。この点は一般に試料厚さの８０％台の進入深さで起る。サンプルが最初の点から急激な上昇が起る点までの（例えば試料厚さの少なくとも６０％までの）変形に必要な力が問題となっていて試験方法論や装置が捕えようと探している圧縮力なのである。このように本発明の目的が圧縮性拘束材を通過して動く乗物又は他の物体によって経験される減速を示す試験結果を与えることであることは評価されるべきである。現在の目的に不適である従来知られている試験についての取り組み方と現在の目的は異なっている。
本発明に従い、また図５を参照して乗物の拘束用に適している多孔性コンクリート部材の連続圧縮傾斜試験法は次のような工程で構成される。
(a) 図５の工程４０で接触表面積を有する接触表面と試験プローブヘッドを有する進入軸を備え、
(b) 工程４２で接触面積より少なくとも２０倍大きい断面積とある厚さを有する多孔性コンクリートの試験部材を用意し、
(c) 工程４４でその試験部材を長手方向に支え、
(d) 工程４６でその試験部材内で上部表面から進入の内部深さまで試験プローブヘッドの接触表面を長手方向に試験部材内へと駆動し、
(e) 工程４８で試験プローブヘッドの変位をモニターし、そして
(f) 工程４８で試験部材内で複数の進入中間深さでその接触表面上の圧縮力をモニターする。
この方法は図６および図７を参照して記されているように、さらに複数の中間深さでの圧縮力の値を示す傾斜の提示を可能にする工程を含でいてもよい。その表示方法は図６と７のようにコンピュータの印字出力の形、コンピュータモニター上の比較可能な表示、または他の適当な形を取っても良い。
試験法の適用において工程(c)は出来れば試験部材の側面の横の制約なしに試験部材の底面を支えることで構成されてもよい。同様に工程（ｄ）は出来れば接触表面を連続的に試験部材の厚さの少なくとも６０％（一般には約７０％）に等しい進入の内部深さまで追い込むことが好ましい。そして工程(e)では試験プローブヘッドの接触表面への力は出来れば接触表面がその進入内部深さに達するまで短い間隔（例えば１秒あたり10から30回）で記録されることが好ましい。
装置はサンプルに衝撃を与えず間欠的にではなくむしろ連続的に荷重をかけるようにする。荷重速度は適切なデーター採取ソフトを有する例えば一般用パソコンのデーター採取手段によるソフトを利用することによって調整可能にできれば管理可能であって好ましい。好ましくは、その装置は試験部材の進入期間の全工程にわたって指定された荷重速度を与えることができる。工程の長さは試験部材の厚さによって異なり、より厚い部材に適するものとしてのより深い進入深さに対してはより長い荷重ストローク長とする。荷重情報、距離情報、圧力情報は進入時にデーター採取手段によって得られ、個々の試験に対し１秒間30回の割合でサンプリングされて記録することができる。他の応用例ではサンプリングレートは異なっても良い。誤差の許容範囲は特定の実施形態毎に適切に指定されているべきであるが、試験の規格として許容される誤差は荷重のどの点においても最高１，０００ポンド当たり３、距離は２４インチ当たり０．０６２５、圧力は1,000psig当たり１であってよい。操作精度の検定とデーターの収集は全荷重範囲にわたった試験によるものを含ませるべきである。
データ収集用コンピュータに用いられるデータ収集ソフトは専門業者によって装置の各々の検知装置から受け止めたすべての情報をモニターするのに有効なように配置構成することができる。できればそのソフトは操作する者が試験が行われているとき連続的にデータを表示し観察することが出来るようディスプレを使えるようになっていることが好ましい。記録されるデータは荷重（ポンド）、変位（ポンド）、時間（秒）とできれば油圧（ｐｓｉｇ）の読みを含んでいる。データは一般に短い間隔で（たとえば１秒あたり３０回読み取り）サンプリングされるべきである。このことは試験プローブヘッドがサンプルに進入していくときの全ストロークに対してすべきである。或る構成では油圧はモニターされていなくてもよく、またバックアップとして或いは荷重データの代わりのデータとして用いられてもよい。最高の精度を提供するために試験装置の目盛を０に合わせることや試験装置の調整はデータ採取ソフトによってモニターされ記録されねばならない。直接入ってきた生のデータを記録することや自動的に変換した形で使えるデータとすることも望ましい。このように例えば接触表面力に関する荷重データは一般にポンドで記録され、接触表面積を考慮に入れることでｐｓｉに変換されても良い。同様に変位検知器２４からの抵抗を示す電圧の出力がインチを単位とした変位に変換されてもよい。
均一なサンプルを用意することや、それらの特性について注意深く記録することはこの試験方法の重要な部分である。試験方法について或る特定の観察をすることが出来る。多孔性コンクリートの試料採取は例えば、次の様な例外を除いてＡＳＴＭのＣ−１７２法の適切な条項を用いてもよい；ポンプ設備から試料採取をするとき約５ガロン入りのバケツをコンクリートを敷設する場所にコンクリート敷設用コンクリートポンプホースの吐出流の所を通過させて充填するべきである。サンプルを設備の吐出の始めや終わりを避けて注入物の代表であることを保証するように注意深く行われねばならない。ついで試料用標本は下記に記載されるように軽量コンクリートをバケツから注入することで準備される。更にこの試験手順ではサンプルの再混合は許されるべきではない。一般に試験用標本は１２インチ角か他の適切な３次元の形を有するものでよい。標本は連続的な加圧注入方式でコンクリートを配置することで形成される。この型は材料を加えるときには静かに揺さぶられねばならない。コンクリートは突きかためられてはならない。標本は型に充填した後に直ちに表面を平滑にされねばならない。標本は表面をそこなうことなしに蒸発を防ぐように覆われねばならない。標本は試験されることになる迄、型から除いてはならない。標本の養生はその標本が代表している拘束路盤部材に用いられる時とほぼ同じ硬化温度で行うのが好ましい。少なくとも２１日か圧縮強度の試験まで、相当する拘束路盤部材の養生と合致するやり方で標本は蒸発を押さえるため蓋をしておく。
試験の準備において標本は型から取り出され試験用プローブヘッドの下におかれる。上部表面はプローブヘッドの接触表面の面とぴったり合う平滑な表面を有していなければならない。試験機械の下部軸受けブロックに接する標本の表面は安定性があり、試験中のピストンの曲がりを防ぐのに充分な平坦さを持っている。試験前に標本の重量が測られ３つの軸（高さ、長さ、巾）にそって測定される。これらの値は試験時の密度の計算に用いられる。試験の時、試験用プローブヘッドの接触表面と底面の軸受けブロックの表面はきれいにされねばならず、サンプルは試験用プローブヘッドが標本のほぼ中心を通過するよう注意深く並べられねばならない。接触表面が最初に標本に押し付けられた時、標本位置は手で静かに調節されてもよい。ついで連続的な荷重が衝撃なしに一般に１秒当り約１インチの一定の割合でかけられる。データを採取した点ができれば進入の全深さにわたって記録されるとよい。試験終了時のいかなるタイプの破損やコンクリートの外観も出来れば記録し試験データに含ませるとよい。
圧縮傾斜強度データはデータ点での荷重をピストンの表面積で割ることで計算される。最初の変位から試験部材の厚さの約１０％までのデータ点と標本が完全に圧縮された状態に達した後に据えたデータは一般に残りの試験データより信頼性が少ないものとして捨てられる。進入深さはピストン変位の最後のデータ点から最初の接触でのピストン変位を引くことで算出されねばならない。
図６と７を参照に多孔性コンクリートサンプルの試験の間に記録された試験データの例が示されている。この場合試験サンプルは約１２インチ角の寸法と形状である。試験データは平らな円形接触表面を有する試験プローブヘッドと全サンプル厚さの７５％にわたって荷重を測るのに用いられた荷重泡体を用いて得られた。図６は試験で決められた拘束用ブロックを代表する多孔性コンクリートのサンプルのＣＧＳ特性を示す。図６において底辺の目盛はサンプルの厚さ又は高さの１０分の１で表された試験プローブの進入度の百分率を示している。縦の目盛りは平方インチ当りのポンド（ｐｓｉ）で示される試験プローブ圧縮力を表している。問題の試験データは一般にサンプルの厚さの１０％から６０％の進入範囲内にある。この範囲の外側のデータは約７０％進入をこえて起る全圧縮の影響を受けた信頼性のうすいものである。
図６に示されるように、多孔性コンクリートの破損強度は進入の深さにつれて増加する圧縮度に抗して１つの傾きを示す。図６のＡとＢの点を通る線が一般化した６０／８０ＣＧＳを示す。即ち進入度範囲１０％から６６％に互って約６０ｐｓｉから８０ｐｓｉに直線的に圧縮強度を変えることによる特徴的なＣＧＳ値を示す。この範囲での平均値はこの様に中点Ｃで約７０ｐｓｉとなる。Ｄ線とＥ線は品質管理限界を示しＦ線は多孔性コンクリートの特定の試験サンプルとして記録された実際の試験データを示している。この例では１０％から６６％の進入度範囲にわたる試験データが管理限界線ＤとＥの間に留まっている試験サンプルが受入れられる許容範囲内でつくられた拘束用ブロックであることを示している。図７は８０／１００ＣＧＳ拘束用ブロックの試験サンプルのＣＧＳ特性の同様な実例である。
本発明の最近の好ましい実施例を記載してきたが当業者にとっては他のそして更なる変形例も本発明から離れることなしに造られることを認めるであろう。そしてこの発明の範囲と同じものとして全ての修正及び変形したものも請求しようとするものである。
【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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