(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメントペースト、モルタル及びコンクリートからそれぞれ形成された複数の供試体を用いて骨材の影響を除去した修正超音波伝播速度を求めると共に、当該複数の供試体における骨材以外の成分中の細孔量を有効細孔量として求めることにより、前記修正超音波伝播速度と前記有効細孔量の関係式を予め求め、
測定対象である既存構造物のコンクリートにおける超音波伝播速度を計測すると共に、該コンクリート中の骨材量と該骨材の超音波伝播速度を求め、
前記既存構造物のコンクリートの超音波伝播速度と、該骨材量と、該骨材の超音波伝播速度とを用いて、該コンクリートにおける骨材の影響を取り除いた修正超音波伝播速度の算出値を演算により求め、
該修正超音波伝播速度の算出値から、前記関係式を用いて前記既存構造物のコンクリートにおける有効細孔量を求めることを特徴とするコンクリートの品質評価方法。
【請求項２】
セメントペースト、モルタル及びコンクリートからそれぞれ形成された複数の供試体を用いて骨材の影響を除去した修正超音波伝播速度を求めると共に、当該複数の供試体における水セメント比を求めることにより、前記修正超音波伝播速度と前記水セメント比の関係式を予め求め、
測定対象である既存構造物のコンクリートにおける超音波伝播速度を計測すると共に、該コンクリート中の骨材量と該骨材の超音波伝播速度を求め、
前記既存構造物のコンクリートの超音波伝播速度と、該骨材量と、該骨材の超音波伝播速度とを用いて、該コンクリートにおける骨材の影響を取り除いた修正超音波伝播速度の算出値を演算により求め、
該修正超音波伝播速度の算出値から、前記関係式を用いて前記既存構造物のコンクリートにおける水セメント比を求めることを特徴とするコンクリートの品質評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンクリートの品質評価方法に関し、さらに詳細には、超音波を用いて既存硬化コンクリートの品質を評価する指標として、水セメント比と細孔量とを求める方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンクリート構造物の性能設計に関心が向けられ、コンクリートの劣化予測を精度良く行うことが課題になってきた。そして、コンクリートの品質を評価する方法として、従来、コンクリート打設前のスランプや空気量の測定、およびコンクリート供試体の圧縮強度試験等が用いられているが、これらはフレッシュコンクリートを対象にした評価方法であって、既存構造物のコンクリートには適用することができない。  また硬化後のコンクリートの品質評価方法として、多くの非破壊試験と共に超音波を用いた方法も提案されているものの、超音波を用いた従来方法では、骨材の影響により測定値のばらつきが大きくなり、定性的な評価に留まり、定量的な評価として利用することはできなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の問題点に着目し、これを解決せんとしたものであり、その課題は、既存構造物のコンクリートの品質を、簡単に、しかもコンクリート中の骨材の影響を受けることなく評価する方法を提供することにある。
【０００４】
また別の課題は、既存構造物のコンクリートの超音波伝播速度を計測することにより、コンクリートの品質を示す指標としての有効細孔量、すなわち、骨材以外のコンクリート成分中の細孔量を簡易に求める方法を提供することにある。
【０００５】
さらに別の課題は、既存構造物のコンクリートの超音波伝播速度を計測することにより、コンクリートの品質を示す指標としての水セメント比を求める方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、セメントペースト、モルタル及びコンクリートからそれぞれ形成された複数の供試体を用いて骨材の影響を除去した修正超音波伝播速度を求めると共に、当該複数の供試体における骨材以外の成分中の細孔量を有効細孔量として求めることにより、前記修正超音波伝播速度と前記有効細孔量の関係式を予め求め、測定対象である既存構造物のコンクリートにおける超音波伝播速度を計測すると共に、該コンクリート中の骨材量と該骨材の超音波伝播速度を求め、前記既存構造物のコンクリートの超音波伝播速度と、該骨材量と、該骨材の超音波伝播速度とを用いて、該コンクリートにおける骨材の影響を取り除いた修正超音波伝播速度の算出値を演算により求め、該修正超音波伝播速度の算出値から、前記関係式を用いて前記既存構造物のコンクリートにおける有効細孔量を求めることを特徴とするコンクリートの品質評価方法を提供する。
【０００７】
ここで、前記細孔量は、セメントペースト、モルタル及びコンクリートにおける単位質量あたりの細孔容量の比であり、セメントペースト、モルタル及びコンクリートの耐久性に大きな影響を及ぼすものである。そして、骨材以外のコンクリート成分中の細孔量、いわゆる有効細孔量が大きいとコンクリートの耐久性は低く、一方、有効細孔量が小さいとコンクリートの耐久性は高いとされており、有効細孔量は０．２５cc／ｇ程度以下が好ましい。
【０００８】
また前記セメント硬化物とは、セメントペースト、モルタル及びコンクリート等のセメントを含む硬化物であって、前記演算式は、例えば、複数の配合でセメント硬化物の供試体を作成し、それぞれの供試体について前記修正超音波伝播速度と前記細孔量とを求めて、この両データから求めても良い。
【０００９】
本発明では、セメントペースト、モルタル及びコンクリートからそれぞれ形成された複数の供試体を用いて骨材の影響を除去した修正超音波伝播速度を求めると共に、当該複数の供試体における水セメント比を求めることにより、前記修正超音波伝播速度と前記水セメント比の関係式を予め求め、測定対象である既存構造物のコンクリートにおける超音波伝播速度を計測すると共に、該コンクリート中の骨材量と該骨材の超音波伝播速度を求め、前記既存構造物のコンクリートの超音波伝播速度と、該骨材量と、該骨材の超音波伝播速度とを用いて、該コンクリートにおける骨材の影響を取り除いた修正超音波伝播速度の算出値を演算により求め、該修正超音波伝播速度の算出値から、前記関係式を用いて前記既存構造物のコンクリートにおける水セメント比を求めることを特徴とするコンクリートの品質評価方法が提供される。
【００１０】
ここで、水セメント比は、コンクリートに含まれるセメントペースト中のセメントに対する水の重量百分率であって、コンクリート強度との間に一定の関係がある。すなわち、水セメント比が小さいとコンクリート強度は大きくなり、一方、水セメント比が大きいとコンクリート強度は小さくなる。また水セメント比と耐久性とは、一般的に密接な関係が有り、海岸など塩分の影響が大きな所では、水セメント比を４５％以下に規定している場合がある。
【００１１】
また、セメント硬化物の修正超音波伝播速度から水セメント比を求める前記演算式は、例えば、複数の配合でセメント硬化物の供試体を作成し、それぞれの供試体について前記修正超音波伝播速度と前記水セメント比とを求めて、この両データから求めても良い。
【００１２】
本発明において、コンクリート中の骨材量は、例えば、該コンクリートの施工時における配合表がある場合には、該配合表から求めることができる。またコンクリート中の骨材量を求める他の方法としては、例えば、既存コンクリート構造物の複数箇所から試料を削り取り、該試料を希塩酸中に浸漬し、残留した骨材を測定することにより求めることもできる。
【００１３】
また本発明において、コンクリート中の骨材の超音波伝播速度は、例えば、該コンクリートの施工時における配合表から施工時に用いた骨材の種類を調べるか、あるいは、既存コンクリート構造物の複数箇所から削り取った試料により骨材の種類を調べる。そして、既存コンクリート構造物に使用されている骨材と同じ種類の岩石から、例えば、直径５０ｍｍ、高さ１００ｍｍ程度の供試体を抜き取って、該供試体を測定して超音波伝播速度を求め、これを以て骨材の超音波伝播速度とすることができる。
【００１４】
【実施例】
以下、実施例を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
本発明の実施例では、図１に示した手順で既存構造物のコンクリート有効細孔量および水セメント比を求めて、これにより既存構造物のコンクリートの品質を評価する。
〈有効細孔量を算出するための演算式Ａを求める〉
演算式Ａを求めるために、図２に示したような配合で供試体を作成した。図２において、Ｐはセメントペースト、Ｍはモルタル、Ｃはコンクリートから作成された供試体を示し、ＰＡ、ＭＡ及びＣＡはＡＥ剤が混入されたそれぞれの供試体を示す。またＷ／Ｃは水セメント比、Ｗは水の単位量、Ｃはセメントの単位量、Ｓは細骨材の単位量及び、Ｇは粗骨材の単位量を示し、骨材の影響を明瞭にするためにモルタルとコンクリートの骨材量は一定とした。セメントペースト及びモルタルの供試体は直径５０ｍｍ、高さ１００ｍｍの円柱形状に形成し、またコンクリートの供試体は直径１００ｍｍ、高さ２００ｍｍの円柱形状に形成し、各供試体の材齢２８日における超音波伝播速度と細孔量とを測定した。
【００１５】
ここで、超音波センサーは、周波数７５ＫＨｚ、２００ＫＨｚおよび２０ＭＨｚの３種類のものを使用し、供試体長手方向を測定して超音波伝播速度を求め、さらに、モルタルとコンクリートの供試体に関しては、下記の▲１▼式により修正超音波伝播速度を算出した。この修正超音波伝播速度は、超音波伝播速度の測定値から骨材の伝播速度を差し引いて、セメントペーストのみの超音波伝播速度である修正超音波伝播速度を求めたものである。なお、セメントペースト供試体に関しては、超音波伝播速度すなわち修正超音波伝播速度であるため、▲１▼式による算出は行わない。
【００１６】
Ｓｒ＝｛Ｓ−（Ｖａ×Ｓａ）｝／Ｖｐ・・・・・▲１▼式
Ｓｒ：修正超音波伝播速度
Ｓ  ：超音波伝播速度の測定値
Ｖａ：骨材の体積比
Ｓａ：骨材における超音波伝播速度の測定値
Ｖｐ：セメントペースト体積比
【００１７】
また細孔量は、セメントペースト、モルタル及びコンクリートにおける単位質量あたりの細孔容量の比であり、水銀圧入法によって求めた。そして、モルタルとコンクリートの供試体に関しては、下記の▲２▼式により有効細孔量を算出した。この有効細孔量は、細孔量を測定した供試体から骨材の質量を取り除いて、セメントペーストのみの細孔量に換算したものであるが、ここでは、測定に用いた供試体のセメントペーストを希塩酸で取り除くことにより、骨材の質量を求めて算定したものである。なお、セメントペースト供試体に関しては、細孔量すなわち有効細孔量であるため、▲２▼式による算出は行わない。
【００１８】
Ｖｅ＝Ｖ0／（１−Ｖａ）・・・・・▲２▼式
Ｖｅ：有効細孔量
Ｖ0 ：細孔量の測定値
Ｖａ：骨材の体積占有率
【００１９】
図３は、以上のように求めたセメントペースト、モルタル、コンクリートの全供試体の修正超音波伝播速度と有効細孔量から作成したグラフである。このグラフからは、有効細孔量が増加するにしたがって、修正超音波伝播速度は低下する傾向にあり、修正超音波伝播速度と有効細孔量とは良好な相関関係にあることが判った。そして、修正超音波伝播速度と有効細孔量に関して、セメントペースト、モルタル、コンクリートの全てに共通する下記の回帰式、すなわち、有効細孔量を算出するための演算式Ａを求めた。
【００２０】
ｙ＝−５６０７1.８ｘ＋４５３１.１・・・・・演算式Ａ
ｙ：修正超音波伝播速度（ｍ／秒）
ｘ：有効細孔量（ｃｃ／ｇ）
【００２１】
〈水セメント比を算出するための演算式Ｂを求める〉
図４は、演算式Ａを求める過程で得られた有効細孔量と、各供試体の水セメント比とから作成したグラフである。このグラフからは、水セメント比が増加するにしたがって、全ての供試体で有効細孔量が増加する傾向にあることが判るが、セメントペースト、モルタル、コンクリートのそれぞれの供試体ごとに得られる回帰式も異なることも判る。図４には、ＡＥ剤が混入されたコンクリート供試体における有効細孔量と水セメント比との回帰式、すなわち、ＡＥ剤混入コンクリートにおいて水セメント比を算出するための演算式Ｂを例示した。
【００２２】
ｙ＝−０.０００２ｘ2＋０.０２３２ｘ−０.４５８５・・・・・演算式Ｂ
ｙ：有効細孔量（ｃｃ／ｇ）
ｘ：水セメント比（％）
なお、演算式Ｂは、コンクリート、ＡＥコンクリート等それぞれの種類に応じて適宜求める。
【００２３】
〈硬化コンクリートの超音波伝播速度を測定する〉
測定対象の既存構造物において、硬化コンクリートの超音波伝播速度を複数箇所で測定する。
【００２４】
〈硬化コンクリートの骨材量を求める〉
次に、測定対象の既存構造物におけるコンクリートの骨材量を、コンクリートの施工時の配合表から求める。ただし、配合表が無い場合には、既存コンクリート構造物の複数箇所から試料を削り取り、この試料のセメントペースト部分を希塩酸で溶かして、残留した骨材の体積を測定することにより、コンクリートにおける骨材の体積比を求めると共に、試料から骨材の体積を差し引いてセメントペーストの体積比を求める。
【００２５】
〈硬化コンクリート中の骨材の超音波伝播速度を算出する〉
また測定対象の既存構造物におけるコンクリート中の骨材の超音波伝播速度を求める。すなわち、コンクリートの施工時の配合表から骨材の種類を調べて、この骨材と同じ種類の岩石から直径５０ｍｍ、高さ１００ｍｍ程度の供試体を抜き取り、超音波伝播速度を測定する。
【００２６】
〈硬化コンクリートの修正超音波伝播速度を算出する〉
以上で求めた、既存構造物における硬化コンクリートの超音波伝播速度の測定値と、骨材の体積比と、骨材の超音波伝播速度の測定値と、セメントペーストの体積比とを、▲１▼式、Ｓｒ＝｛Ｓ−（Ｖａ×Ｓａ）｝／Ｖｐに代入して、硬化コンクリートの修正超音波伝播速度を算出する。
【００２７】
〈演算式Ａから有効細孔量を算出する〉
演算式Ａ、すなわちｙ＝−５６０７1.８ｘ＋４５３１.１における変数ｙに、▲１▼式で算出された硬化コンクリートの修正超音波伝播速度Ｓｒを代入すれば、変数ｘすなわち有効細孔量を算出することができる。
【００２８】
〈演算式Ｂから水セメント比を算出する〉
さらに、演算式Ｂ、例えば、ｙ＝−０.０００２ｘ2＋０.０２３２ｘ−０.４５８５における変数ｙに、演算式Ａで算出された有効細孔量を代入すれば、変数ｘすなわち水セメント比を算出することができる。
【００２９】
なお、水セメント比を算出するためには、演算式Ａと演算式Ｂとの共通変数、すなわち有効細孔量を削除するように、両演算式Ａ,Ｂを予め組み合わせて、修正超音波伝播速度と水セメント比とからなる新たな演算式Ｃを求めて、この演算式Ｃから水セメント比を算出しても良い。
【００３０】
〈コンクリートの品質を評価する〉
最後に、以上のように算出した有効細孔量と水セメント比とから、既存構造物のコンクリートの耐久性や強度を評価する。
【００３１】
なお、本実施例において、演算式Ａ，Ｂは、限定された数量の供試体における修正超音波伝播速度、有効細孔量及び水セメント比のデータから求めたものであるため、多少の誤差を含むものであるが、供試体の配合の種類を増やして、上記方法で演算式Ａ，Ｂを求めれば、この演算式Ａ，Ｂのみならず、既存構造物のコンクリートの評価の精度も更に向上させることができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明では、既存構造物における硬化コンクリートの超音波伝播速度を計測し、硬化コンクリート中の骨材量を求めると共に、この骨材の超音波伝播速度を測定するだけで、予め求めた演算式を用いて、硬化コンクリート中の有効細孔量と水セメント比を算出することができる。したがって、この算出された有効細孔量と水セメント比とから既存構造物のコンクリートの耐久性や強度を簡単に評価することができる。
【００３３】
また本発明では、既存構造物における硬化コンクリート中の骨材量と、この骨材の超音波伝播速度とを求め、これらを用いて、硬化コンクリートの超音波伝播速度の実測値から修正超音波伝播速度を算出するので、骨材の影響による超音波伝播速度のばらつきを低減することが可能になり、したがって、この修正超音波伝播速度から算出した有効細孔量と水セメント比の信頼性の向上も図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】既存構造物のコンクリートの有効細孔量および水セメント比を求めるための一実施例のフローチャートである。
【図２】水セメント比と有効細孔量を算出する演算式を求めるために行った実験における供試体の配合表である。
【図３】有効細孔量と修正超音波伝播速度との関係を示すグラフである。
【図４】水セメント比と有効細孔量との関係を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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