(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
打設したコンクリートを締め固めるバイブレータと、
該バイブレータの振動による音圧の変化を検出する検出手段と、
該検出手段にて検出した音圧が時間の経過と共に上昇してピークを越え、所定の音圧レベルに降下した時点で、前記バイブレータの出力を低下させるタイミングもしくは停止させるタイミングを指示する警報信号を出力する出力手段と、
を備えていることを特徴とするコンクリート締固め装置。
【請求項２】
打設したコンクリートをバイブレータで締め固めるとき、該バイブレータの振動による音圧の変化を検出し、検出された音圧が時間の経過と共に上昇してピークを越え、所定の音圧レベルに降下した時点で、前記バイブレータの出力を低下もしくは停止させることを特徴とするコンクリート締固め方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、打設したコンクリートをバイブレータで締め固めるときに、適切なタイミングでバイブレータを停止させることができる技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、大量のコンクリートを打設する場合には、例えばコンクリートをバケット等の運搬手段で運搬できる量ずつ打設すべき場所まで運搬して、順次打設することが行われている。
このとき、打設直後のコンクリートは、粗骨材と細骨材とが均等に配合されていないので空隙が多く、密実なコンクリートが得られないので、打設したコンクリートにバイブレータを差し込んで振動を与えることが行われている。
コンクリートに振動を与えることによって、粗骨材と粗骨材の間の隙間に細骨材とセメントと水とからなるモルタル分が侵入して均等になり、密実なコンクリートが得られるのである。
【０００３】
しかし、バイブレータをかける時間は長過ぎても不都合が生じる。即ち、バイブレータをかける時間が長すぎると、コンクリートの表面にブリージング水が発生するという問題がある。
このように長時間のバイブレータによって粗骨材が沈降して表面には極微細な砂やセメントを含んだブリージング水が浮かび上がってレイタンスが発生する。
このようにして発生したレイタンスの部分は硬化しても強度が発生しないので、打設して硬化したコンクリートにさらにコンクリートを追加して打設するような場合には、前のコンクリートと後のコンクリートとの打ち継ぎをよくするために、前記レイタンスを予め除去することが行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、バイブレータをかける時間が長過ぎた場合には、レイタンスが発生するので、その除去作業のために多大な労力を要すると共に、除去したコンクリートの量が無駄になり、新たなコンクリートがその分だけ余分に必要となるという問題があった。
一方、バイブレータをかける時間が不足した場合には、十分に密実なコンクリートが得られないので、強度が不足するという問題があった。
このように、コンクリートにバイブレータをかける作業は長時間かけ過ぎないように注意しなければならないが、短過ぎると密実なコンクリートが得られないので、熟練した作業員でも十分な強度を得るために長めにかけているのが現実である。
【０００５】
以上の事情に鑑みて、本発明は、バイブレータを停止するに最適なタイミングを知ることのできる技術を提供するためになされたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１のコンクリート締固め装置においては、
打設したコンクリートを締め固めるバイブレータと、
該バイブレータの振動による音圧の変化を検出する検出手段と、
該検出手段にて検出した音圧が時間の経過と共に上昇してピークを越え、所定の音圧レベルに降下した時点で、前記バイブレータの出力を低下させるタイミングもしくは停止させるタイミングを指示する警報信号を出力する出力手段と、
を備えている。
なお、前記出力手段は、単なる電気的信号を含むとともに、作業者の視聴覚・触覚等の五感に訴える信号も含んでいる。具体的には、警報信号は、ブザー等から発せられる音響信号でもよく、表示灯等の点滅信号でもよい。また、警報信号でバイブレータを自動的に停止もしくは出力低下させてもよい。
【０００７】
請求項２のコンクリート締固め方法においては、
打設したコンクリートをバイブレータで締め固めるとき、該バイブレータの振動による音圧の変化を検出し、検出された音圧が時間の経過と共に上昇してピークを越え、所定の音圧レベルに降下した時点で、前記バイブレータの出力を低下もしくは停止させる。
なお、バイブレータを停止させることは、バイブレータによる締め固めを停止させることであって、バイブレータをコンクリートから引き抜くことも含んでいることは当然である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかるコンクリート締固め装置及び方法を、その実施の形態を示した図面に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
図１において、１０は本発明にかかるコンクリート締固め装置である。そして、１は締め固め作業車であり、ブーム１１の先にはバイブレータ２を備えている。このバイブレータ２は電動式もしくは油圧式のモータを動力源として振動体２１を振動させるものであり、ブーム１１を操作することによって所望の場所に差し込んで振動を与えることができる。
３がバイブレータ２の振動による音を検知するマイクロホンであり、オペレータの運転席の前方であってバイブレータ２側に面した場所に設置されている。なお、締め固め作業車１の振動が直接伝わらないように緩衝体を介して取り付けられている。
４は運転席の後部に設置された制御装置であり、図２に示したように、前記マイクロホン３にて検知したバイブレータ２の振動による音圧レベルを出力する騒音計４１と、騒音計４１から出力される音圧レベル信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器４２と、音圧の変化からバイブレータを停止するタイミングを判定する判定用コンピュータ４３と、判定用コンピュータ４３によって判定されたタイミング信号に基づいてブザー駆動用の接点をオンオフ制御するインターフェース回路４４と、ＬＡＮボード等の通信制御回路４５とを備えている。
５は前記制御装置４によって制御される接点を介して制御されるブザーである。
以上の構成において、マイクロホンは検出手段の一部を構成し、制御装置は検出手段の一部と出力手段の一部を構成し、ブザーは出力手段の一部を構成している。
【００１３】
図１において、
Ａは既に打設されて硬化が進んでいるコンクリートであり、Ｂは図示しないバスケット等によって追加して打設された未硬化状態のコンクリートである。Ｃは追加するコンクリートを保持するための仮設枠である。
前記コンクリートＢは例えばスランプが殆ど０のものであり、打設直後は図示したように若干盛り上がっている。
このような状態のコンクリートＢにバイブレータ２を差し込んで振動を発生して締め固め作業を開始する。この時点からマイクロホン３と制御装置４を作動させる。
【００１４】
締め固め作業の開始直後(10秒間程度)におけるマイクロホン３で検出される音圧レベル(絶対値)は、図３の音圧変化曲線Ｓにおける領域Ｓ１のように0.1Pa未満で程度の低レベルである。
その後、締め固め作業が進むにつれて音圧レベルは上昇し、領域Ｓ２の20秒後には0.3Pa程度の高レベルのピークに上昇する。
しかし、さらに締め固め作業が進むと音圧レベルは降下し、領域Ｓ３の30秒後くらいから後は0.2Pa程度の中レベルに収束する。
【００１５】
前記制御装置４の判定用コンピュータ４３においては、判定レベルとして、例えば「ピークを通過して後の0.21Pa」が設定されているので、継続して0.21Paを下回った35秒後の時点ｔ３においてタイミング信号がインターフェース回路４４に出力され、ブザー用の接点がオンされるので、ブザー５が鳴動して警報信号を出力する。
このブザー５の鳴動を聞いた作業者はバイブレータ２を停止させて締め固め作業を停止するのである。
なお、判定用コンピュータ４３には、タイミング信号を出力する判定条件として、例えば「ピークを通過した後の所定音圧レベル」もしくは「30秒経過後の所定の音圧レベル」という条件が設定されており、「所定音圧レベル」としては、前記バイブレータ２を清水中で作動させた場合の前記マイクロホン３で検出した音圧レベル（約0.18Pa）に近い値として例えば0.21Paを用いる。
このようにして、所定の判定条件に対応した変化が観測されたときに、その変に則してブザーを作動させてバイブレータを停止させるのである。
なお、以上のような判定基準に限らず、コンクリートの配合によって種々の判定基準を使用することが好ましい。そのために、音圧レベルの変化パターンが図３の音圧変化曲線のようなパターンであるのか、または、別の変化パターンであるかを判断する必要があるので、そのための、音圧変化曲線の包絡線を作成するためのプログラムモジュールや、ニューラルネットワーク理論による包絡線形状の認識プログラムモジュールを備え、それらの変化パターンと判定基準に基づいてバイブレータを停止させるタイミング信号を出力機能を備えている。
【００１６】
このようにして設定された判定条件に基づいてバイブレータによる締め固め作業を停止させると、多量のブリージング水が発生する前であって、且つ十分密実なコンクリートが得られるので、レイタンスの発生がないとともに十分な強度が得られる。
【００１７】
本発明の効果を確認するために、設計強度を48Ｎ／mm2 として配合したコンクリートを例にとって、バイブレータをかける時間を種々に設定した場合の音圧の変化と、コンクリートの盛り上がり部分の高さの変化を図４に示して説明する。
まず、55秒間バイブレータをかけた場合における音圧レベルの変化を示す音圧変化曲線Ｓ（図３）と、その場合のコンクリートの盛り上がり部分の高さの変化を示す曲線Ｈとの関係を観察すると、音圧レベルは20秒を過ぎた時点でピークを迎え、その後徐々に低下して35秒を過ぎるとほぼ一定のレベルに収束している。そして、コンクリートの高さは音圧レベルがピークを迎えるあたりで急速に低下して沈降が進み、音圧レベルが収束しはじめると、沈降も収まり、コンクリートの高さは最終的な高さに収束している。
【００１８】
また、硬化後のコンクリートの強度を試験した結果（図５）によれば、バイブレータを22秒間かけて音圧レベルがピークを過ぎた直後にバイブレータを止めた場合には、硬化後の圧縮強度は47Ｎ／mm2 であって設計強度が得られず、35秒間かけて音圧レベルが所定のレベル（0.21Pa）に下がってきたときにバイブレータを停止した場合には圧縮強度は50Ｎ／mm2 であって設計強度を満足し、それ以上の長時間バイブレータをかけた場合には圧縮強度は52Ｎ／mm2 であって設計強度を遥かに超えた。また、35秒経過後徐々にブリージング水の発生が観測された。
【００１９】
また、バイブレータ作動時間と得られたコンクリート圧縮強度の関係によれば、作動時間が30秒未満の場合には圧縮強度が不十分であって、35秒以上の場合には圧縮強度も50Ｎ／mm2を超えていることが分かる。また、コンクリートの密度と圧縮強度の関係も高い相関関係があることが判明した。
【００２０】
以上の試験結果からも、音圧レベルが所定のレベル（0.21Pa）に下がるまえにバイブレータを止めると十分な強度が得られず、前記所定のレベル（0.21Pa）に下がってからもバイブレータをかけ続けると圧縮強度はさらに高まるがブリージング水が発生し始めるという問題があるので、バイブレータを停止させるタイミングは、音圧レベルが、ピークを通過した後に所定音圧レベル（0.21Pa）に降下した時点が最適であるといえる。なお、バイブレータをかけ過ぎると、得られる圧縮強度は確かに高くなるが、このような設計強度以上の強度は必要ではなく、設計強度を確実に満足すれば十分である。バイブレータをかけ過ぎることによる、ブリージング水の発生と、作業時間が延びることは好ましくない。
【００２１】
次に、バイブレータをかけ始めてからの時間経過によって音圧が変化する理由を図７を参照しながら検討する。
図６の（Ａ）に示したような締め固めの初期の第１段階では、打設されたコンクリートは、空隙が多いためにバイブレータの振動領域が狭いので、音圧は空気中での音圧レベル（約0.05Pa）に近い。即ち、音圧レベルは低い。
次に、図６の（Ｂ）に示したような締め固めの第２段階では、締め固めが進むにつれて、骨材の空隙が振動によって小さくなり、振動領域が広がる。それによって、広い領域に振動が伝播して広い領域が振動するので音圧レベルが増加すると思われる。
【００２２】
さらに、図６の（Ｃ）に示したような締め固めの第３段階では、骨材の空隙が小さくなり、その空隙をモルタルが埋めていくようになってコンクリートの流動化が始まり、バイブレータとコンクリートの力学的インピーダンスが小さくなるので、振動の個体伝播音への変化が小さくなり、音圧レベルの減少が始まると思われる。
そして、図６の（Ｄ）に示したような締め固めの第４段階では、モルタルによって骨材の空隙が埋められてコンクリートが全体的にほぼ流動化状態となる。従って、バイブレータとコンクリートの力学的インピーダンスが水の場合に近づき、音圧レベルは、バイブレータを水中で振動させた場合の音圧レベル（0.18Pa）に近づくものと思われる。
【００２３】
また、空気中で振動させたバイブレータによる音圧は最も小さく（約0.05Pa）、コンクリートが十分に締め固められる前の音圧は大きく、清水中で振動させた場合の音圧は両者の間（約0.18Pa）であることが判明している。そして、コンクリートを締め固める場合には締め固めが十分になるにつれて音圧レベルが清水中での音圧レベルに漸近することが判明した。
【００２４】
なお、音圧特性は、図３に示したように変化するものとは限らないが、ピークが出現しない場合には、清水中の音圧レベルに徐々に近づくので、清水中の音圧レベルに近い値（例えば0.21Pa）を、バイブレータを停止させるタイミングを判断する条件に設定するとよい。
そのため、例えば図７に示したフローチャートのように、基本的には音圧レベルがピークを越えた後（ステップ１）に、所定の設定値（例えば0.21Pa）になった時点（ステップ２）をバイブレータの停止タイミングとするが、音圧のピークが出現しない場合には所定時間（30秒）経過した後（ステップ３）に、前記所定の設定値（例えば0.21Pa）になった時点（ステップ２）をバイブレータの停止タイミングとするとよい。
【００２５】
また、マイクロホンは図１の場所に限定されるものではなく、バイブレータの振動が直接伝わらないように設けるならば、さらにバイブレータに近い位置に設けても良い。また、ブザーに代えて警報灯を点灯もしくは点滅させてもよい。また、締め固め作業車１とは分離独立したユニットに、マイクロホンと制御装置とブザーを内蔵してもよい。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、バイブレータを停止させる適切なタイミングを知ることができるので、バイブレータをかける時間が短過ぎて十分な強度が得られなかったり、イブレータをかける時間が長過ぎてブリージング水が発生したりという問題を解決することが可能となったのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるコンクリート締固め装置の実施の形態の構成を示した構成図である。
【図２】要部のブロック図である。
【図３】音圧変化特性を示す図である。
【図４】コンクリートの表面高さの変化を示す図である。
【図５】バイブレータの作動時間とコンクリートの圧縮強度との相関関係を示す図である。
【図６】コンクリートの締め固め作業の状況を説明する模式図である。
【図７】締め固め方法の一つの実施形態のフローチャートである。
【符号の説明】
１０  本発明にかかるコンクリート締固め装置
１  締め固め作業車
２  バイブレータ
３  マイクロホン
４  制御装置
５  ブザー
【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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