(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単位容積中の水容積の比率で示される計測対象材料中の含水率を計測する位置に、一対の電極を配置し、該電極間に電圧をかけて両電極間に所定の電荷を充電した後、該充電した電荷を放電させて、前記電極間の残留電圧の経時的変化を計測し、該計測された残留電圧の経時的変化を、予め求められている、計測対象材料と同質の材料中の各含水率と残留電圧の経時的変化との相関関係にあてはめて、前記計測対象材料中の含水率を計測する含水率の計測方法であって、
前記一対の電極の間に、不導体からなる連続空隙を有し、計測対象材料の最大含水率と同等の空隙率を備えた多孔質材料を介在させた状態で、前記一対の電極を前記計測対象材料中の含水率を計測する位置に配置することを特徴とする含水率の計測方法。
【請求項２】
前記電極間の残留電圧の経時的変化を計測する際に、前記計測対象材料の温度を計測し、前記同質の材料中の各含水率と残留電圧の経時的変化との相関関係にあてはめて計測された前記計測対象材料中の含水率を、予め求められている、前記同質の材料の各温度と残留電圧の経時的変化との相関関係にあてはめて、前記計測対象材料中の含水率を温度補正することを特徴とする請求項１に記載の含水率の計測方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、含水率の計測方法に関し、特に、単位容積中の水容積の比率で示される計測対象材料中の含水率を計測するための含水率の計測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建設工事の施工や品質の管理を行う上で、例えば土中の含水率の変化や、コンクリート中の硬化過程における含水率の変化を測定する必要があるが、試料を採取しないでこれらの材料中の含水率を確認することは困難である。
【０００３】
一方、このような材料中の含水率を試料を採取することなく連続的に計測する手段として、材料中に一対の電極を離して配置し、かかる電極間の抵抗値を介して、材料中の含水率を計測する方法が採用されている。すなわち、この方法は、電極間に存在する材料中の導電物質である水の絶対量の変化により、電極間の電気抵抗が変化する性質を利用し、予め求められている計測対象材料と同質の材料の各含水率と電気抵抗との相関関係に、計測された電極間の抵抗値をあてはめることにより、計測対象材料中の含水率を求めるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記方法によれば、材料中の水の量が減少してくると、電極間の電気抵抗値が著しく増加するため、例えば５％程度以下の含水率の計測を行う場合は、計測誤差が大きくなって正しい含水率を計測することが困難になるという課題があった。
【０００５】
また、計測対象材料の温度が変化すると、異なった電気抵抗値が計測されることになるので、精度良く含水率を求めることができなくなるという課題があった。
【０００６】
さらに、電極間に均質に材料が存在しない場合、例えば材料がコンクリートやモルタルであって電極間に容積の大きい骨材などが存在する場合には、電気抵抗値が増加することになるので、正確な含水率を求めることができなくなるいう課題があった。
【０００７】
そこで、この発明は、以上の問題点に着目してなされたもので、試料を採取することなく、含水率を計測すべき位置において計測対象材料中の含水率を容易に計測することができるとともに、小さい含水率の場合でも正しい値を求めることのできる含水率の計測方法を提供することを目的とするものである。
【０００８】
また、この発明は、計測対象材料の温度変化に追随して精度良く含水率を求めることのできる含水率の計測方法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
さらに、この発明は、電極間を均質に保持して正確な含水率を求めることのできる含水率の計測方法を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記目的を達成するためになされたもので、その要旨は、単位容積中の水容積の比率で示される計測対象材料中の含水率を計測する位置に、一対の電極を配置し、該電極間に電圧をかけて両電極間に所定の電荷を充電した後、該充電した電荷を放電させて、前記電極間の残留電圧の経時的変化を計測し、該計測された残留電圧の経時的変化を、予め求められている、計測対象材料と同質の材料中の各含水率と残留電圧の経時的変化との相関関係にあてはめて、前記計測対象材料中の含水率を計測する含水率の計測方法であって、
前記一対の電極の間に、不導体からなる連続空隙を有し、計測対象材料の最大含水率と同等の空隙率を備えた多孔質材料を介在させた状態で、前記一対の電極を前記計測対象材料中の含水率を計測する位置に配置することを特徴とする含水率の計測方法にある。
【００１１】
また、この発明の計測方法は、前記電極間の残留電圧の経時的変化を計測する際に、前記計測対象材料の温度を計測し、前記同質の材料中の各含水率と残留電圧の経時的変化との相関関係にあてはめて計測された前記計測対象材料中の含水率を、予め求められている、前記同質の材料の各温度と残留電圧の経時的変化との相関関係にあてはめて、前記計測対象材料中の含水率を温度補正するようにすることが好ましい。
【００１３】
そして、この発明の含水率の計測方法によれば、含水率を計測すべき計測対象材料と同質の材料の含水率を種々に変化させて、予め含水率が判明している複数の試料を作成し、各含水率の同質材料中に、一対の電極を配置し、この電極間に電圧をかけて両電極間に所定の電荷を充電した後、この充電した電荷を放電させ、各含水率における電極間の残留電圧の経時的変化を計測して、各含水率と残留電圧の経時的変化との相関関係を、予め例えばキャリブレーションすなわち較正曲線として求めておく。
【００１４】
ここで、電極間に存在する含水状態の材料は、コンデンサにおける１種の誘導体を構成し、その放電特性は、同一の条件下において一定の経時的変化特性を示すため、前記含水率を計測すべき計測対象材料と同一条件下、同様の品質を有する材料を用いて同一の電圧を負荷したサンプルから、各含水率の経時的変化特性を予め計測しておくことができる。
【００１５】
そして、実際に材料中の含水率の計測を行う際には、当該計測対象材料中の含水率を計測する位置に、一対の電極を配置し、この電極間に電圧をかけて両電極間に所定の電荷を充電した後、該充電した電荷を放電させて、前記電極間の残留電圧の経時的変化を計測するとともに、この計測された残留電圧の経時的変化を、上記予め求められている同質材料の各含水率と残留電圧の経時的変化との相関関係にあてはめて、計測対象材料から計測された経時的変化と一致する残留電圧の経時的変化を示す同質材料の含水率から、当該材料中の含水率を求めることになる。さらに、前記一対の電極の間に介在するようにして、不導体からなる連続空隙を有する多孔質材料を設けるようにしたので、この多孔質材料は、計測対象材料中における水分の拡散現象によって計測対象材料と同様の含水率を有することになるとともに、一対の電極の間に固形物質が介在するのを回避して、電極間を均質に保持することになる。
【００１６】
また、この発明の含水率の計測方法は、計測対象材料に配置した電極間の残留電圧の経時的変化を計測する際に、この計測対象材料の温度を計測しておけば、計測された当該温度における含水率を、予め求められている、同質の材料の各温度と残留電圧の経時的変化との相関関係にあてはめることにより、前記計測対象材料中の含水率を容易に温度補正することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。この実施形態にかかる含水率の計測方法は、単位容積中の水容積の比率で示される含水率を計測する計測対象材料として、コンクリート中の含水率を計測するものである。
【００１９】
そして、この実施形態の計測方法に用いる計測装置８は、図１に示すように、硬化前の流動性を有するコンクリート９中に配置された、一対の電極２ａ，２ｂからなるセンサ２と、この一対の電極２ａ，２ｂと被覆導線１を介して接続するデータロガー１１とからなり、このデータロガー１１は、一対の電極２ａ，２ｂの端子部を直流電源部４に接続する第一のリレー３と、残留電圧を測定するための電圧計６に接続する第二のリレー５とを含み、第一のリレー３及び第二のリレー５の接点は、一方が閉じると他方が開いてそれぞれの回路を交互に開閉することができるようになっているとともに、電圧計６と並列して抵抗７が接続され、放電時におけ負荷を与えることにより電圧の減少を抑制して、安定した残留電圧の測定値が得られるようになっている。
【００２０】
また、このデータロガー１１は、計測されたデータを保存する機能を備え、例えば数十ミリＳＥＣ毎に残留電圧を自動的に読み取ってその計測結果を記録することができるようになっている。
【００２１】
一方、センサ２は、図２に示すように、直径６ｍｍ程度、高さ１０ｍｍ程度、厚さ０．５ｍｍ程度の大きさの両端面が開口する筒状の塩化ビニル製のチューブ１２の内周面に沿って、一対の電極２ａ，２ｂを対向配置するとともに、被覆導線１をチューブ１２の外部に延長し、また、チューブ１２の内部に、例えばセラミックやガラスなどの不導体からなる連続空隙を有する多孔質材料１３を充填することによって構成されている。
【００２２】
従って、センサ２を構成する一対の電極２ａ，２ｂの間には、均質な多孔質材料１３が介在することになる。なお、かかる多孔質材料１３は、計測対象材料であるコンクリート９の最大含水率と同等の空隙率を備えていることが好ましく、また、空隙径は、セメント粒子が多孔質材料１３中に入って来ないように、セメント粒子径よりも小さくしておくことが好ましいが、必ずしもこのような空隙率や空隙径とする必要はない。
【００２３】
また、この実施形態の計測方法によれば、上述の計測装置８の他に、コンクリート９の温度を測定する温度計１０が用いられることになる。
【００２４】
そして、この実施形態の計測方法によれば、測定対象となるコンクリート９と同質のコンクリートの含水率を種々に変化させて、予め含水率が判明している複数の試料を作成し、これらのコンクリート試料に対して、上述の計測装置８及び温度計１０を用いて、電極間に電圧をかけて所定の電荷を充電した後、充電した電荷を放電させるとともに、残留電圧の経時的変化を計測し、またこのときのコンクリートの温度を計測して、当該コンクリートの各含水率と残留電圧の経時的変化との相関関係や、各温度と残留電圧の経時的変化との相関関係を、予め例えば図３や図４に示すような較正曲線として求めておく。
【００２５】
すなわち、図３によれば、横軸に時間Ｔを、縦軸に電圧Ｖをとって、各含水率のコンクリート試料について、例えば数秒から数分程度の所定時間Ｔ１で、両電極２ａ，２ｂ間に電圧Ｖ１をかけて充電した後、放電を開始して、残留電圧の時間的変化をプロットしてゆくと、計測結果は、各々放電開始時点から右下がりの曲線を描いてゆくことになるとともに、含水率の大きな試料の曲線の方が、含水率の小さな試料の曲線よりも、交差することなく上方に位置することになる。
【００２６】
一方、図４によれば、横軸に含水率Ｗを、縦軸に電圧Ｖをとって、各含水率、各温度のコンクリート試料について、例えば図３における、放電開始時点から数秒〜数分の時間Ｔ２後の残留電圧をプロットしてゆくと、計測結果は、各々右上がりの曲線を描いてゆくとともに、温度の大きな試料の曲線の方が、温度の小さな試料の曲線よりも、交差することなく上方に位置することになる。
【００２７】
そして、この実施形態の含水率の計測方法によれば、打設されたコンクリート中の含水率を実際に計測するには、まず、当該コンクリート中の含水率を計測する位置に、計測装置８のセンサ２を埋設配置する。
【００２８】
なお、上述のコンクリート試料の場合も同様であるが、かかるセンサ２をコンクリート中に埋設する際に、これを予め水に浸漬して多孔質材料１３の空隙内部を全て水で満たしてから設置することにより、この空隙内部の水は拡散現象により周囲のコンクリート中に拡散して、計測対象であるコンクリートと同様の含水率を有することになるので、この多孔質材料１３の含水率を計測することによって、コンクリート中の含水率が求められることになる。
【００２９】
そして、計測対象たるコンクリート９中にセンサ２を埋設設置したら、データロガー１１の第一のリレー３を接続して、センサ２の一対の電極２ａ，２ｂ間を充電するとともに、上述のコンクリート試料の場合と同様に、充電開始後、時間Ｔ１が経過したら、第一のリレー３の接点を開くとともに第二のリレー５の接点を閉じれば、充電が停止されると同時に、両電極２ａ，２ｂ間に溜められた電荷は抵抗７による負荷の下で逐次放電され、かかる放電に伴う一対の電極２ａ，２ｂ間の残留電圧の経時的変化が、電圧計６によって計測され、この計測結果がデータロガー１１に記録されることになる。
【００３０】
また、かかる計測時におけるコンクリートの温度もまた、温度計１０によって計測されることになる。
【００３１】
そして、この実施形態の含水率の計測方法によれば、このようにして計測された残留電圧の経時的変化を、コンクリート試料を用いて予め求められている、図３に示すコンクリート中の各含水率と残留電圧の経時的変化との相関関係にあてはめて、計測対象である打設されたコンクリート９中の含水率を計測する。
【００３２】
すなわち、データロガー１１に記録されている残留電圧の計測結果をプロットしてゆけば、放電開始時点から右下がりの曲線が得られ、この曲線と一致あるいは近似する図３の曲線を有するコンクリート試料の含水率から、当該計測対象のコンクリート中の含水率が容易に求められることになる。
【００３３】
なお、放電開始後に残留電圧を計測すべき時間を例えばＴ２として予め決めておき、Ｔ２後に計測された計測対象のコンクリートの残留電圧を、予め求められているＴ２後に計測された各コンクリート試料の残留電圧の値と比較して、この残留電圧と一致あるいは近似する残留電圧を有するコンクリート試料の含水率から、当該計測対象のコンクリート中の含水率を求めることもできる（例えば図３において、Ｔ２後の残留電圧がＶ２の場合含水率Ｗ１が、Ｔ２後の残留電圧図Ｖ３の場合含水率Ｗ２が各々計測されることになる。）。
【００３４】
また、この実施形態の含水率の計測方法によれば、残留電圧を計測する際のコンクリート９の温度を計測して、計測対象のコンクリート９の含水率の温度補正を、図４に示す較正曲線を用いて容易に行うことができる。
【００３５】
すなわち、放電開始から時間Ｔ２後に計測された残留電圧Ｖ２から、図３の較正曲線に基づいて得られた温度ｔ１の計測対象のコンクリート９の含水率Ｗ１は、図４の較正曲線のうち温度ｔ１に対応する曲線上に乗ることになるが、求めたい含水率が、温度ｔ２における含水率である場合には、残留電圧Ｖ２の値を横軸と平行に延長して温度ｔ２に対応する曲線との交点における含水率Ｗ２を得ることにより、温度ｔ１における含水率Ｗ１を、温度ｔ２における含水率Ｗ２に容易に温度補正することが可能になる。
【００３６】
そして、この実施形態の含水率の計測方法によれば、計測対象のコンクリート９中に一対の電極２ａ，２ｂを配置して、この電極２ａ，２ｂ間の残留電圧の経時的変化を計測することにより、試料を採取することなく、含水率を計測すべき位置において計測対象材料中の含水率を容易に計測することができるとともに、含水率の多少にかかわらず正しい含水率を求めることが可能になる。
【００３７】
なお、この発明は、上記実施形態の実施の態様のものに限定されるものではなく、各請求項に記載された構成の範囲内において、種々に変更して採用することができる。例えば、この発明は、コンクリートに限定されることなく、セメントペーストやセメントモルタルの他、地盤改良材や土壌、工業用スラリー、食品材料等、含水状態にある種々の材料に対して採用することができる。
【００３８】
また、一対の電極２ａ，２ｂ間に容積の大きな固形物質が介在するおそれがない場合には、必ずしもこれらの間に多孔質材料１３を設けてコンクリート中に設置する必要はない。
【００３９】
さらに、残留電圧を計測する手段としては、データロガー１１の他、Ｔ熱電対やＫ熱電対等の熱電対や、ペンレコーダー等を使用することもできる。
【００４０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、この発明の含水率の計測方法は、計測対象材料中の含水率を計測する位置に、一対の電極を配置し、この電極間に電圧をかけて両電極間に所定の電荷を充電した後、充電した電荷を放電させて、電極間の残留電圧の経時的変化を計測し、計測された残留電圧の経時的変化を、予め求められている、計測対象材料と同質の材料中の各含水率と残留電圧の経時的変化との相関関係にあてはめて、計測対象材料中の含水率を計測するので、試料を採取することなく、含水率を計測すべき位置において計測対象材料中の含水率を容易に計測することができるとともに、小さい含水率の場合でも正しい値を容易に求めることができる。また、一対の電極の間に介在するようにして、不導体からなる連続空隙を有する多孔質材料を設けるようにしたので、電極間を均質に保持して正確な含水率を容易に求めることができる。
【００４１】
また、この発明の含水率の計測方法は、計測対象材料に配置した電極間の残留電圧の経時的変化を計測する際に、この計測対象材料の温度を計測しておけば、計測された当該温度における含水率を、予め求められている、同質の材料の各温度と残留電圧の経時的変化との相関関係にあてはめることにより、計測対象材料中の含水率を容易に温度補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る含水率の計測方法に用いる装置の構成を示す説明図である。
【図２】この発明の一実施形態に係る、電極を備えたセンサの構成を示す斜視図である。
【図３】コンクリートの各含水率と残留電圧の経時的変化との相関関係を示すチャートである。
【図４】コンクリートの各温度と残留電圧の経時的変化との相関関係を示すチャートである。
【符号の説明】
１  被覆導線
２  センサ
２ａ，２ｂ  電極
３  第一のリレー
４  直流電源部
５  第二のリレー
６  電圧計
７  抵抗
８  計測装置
９  コンクリート（計測対象材料）
１０  温度計
１１  データロガー
１３  多孔質材料
【図１】
0003784153.tif 000002
【図２】
0003784153.tif 000003
【図３】
0003784153.tif 000004
【図４】
0003784153.tif 000005