特開 2024-158475 コンクリート構造物の評価方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024158475

(43)【公開日】2024-11-08

(54)【発明の名称】コンクリート構造物の評価方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 33/38 20060101AFI20241031BHJP

【ＦＩ】

G01N33/38

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023073706

(22)【出願日】2023-04-27

(71)【出願人】

【識別番号】302060926

【氏名又は名称】株式会社フジタ

(71)【出願人】

【識別番号】502245118

【氏名又は名称】学校法人国士舘

(74)【代理人】

【識別番号】110000408

【氏名又は名称】弁理士法人高橋・林アンドパートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼橋 直希

(72)【発明者】

【氏名】井手 一雄

(72)【発明者】

【氏名】平野 勝識

(72)【発明者】

【氏名】津野 和宏

(57)【要約】

【課題】気象条件に影響されず、定量的に評価が可能であり、脱型後に時間を置かず測定を行うことのできるコンクリート構造物の評価方法を提供する。
【解決手段】コンクリート構造物の評価方法は、コンクリート構造物の表層を除去し、表層が除去されたコンクリート構造物の表面を撮影し、撮影された画像の中から複数の気泡を特定し、複数の気泡のそれぞれの直径を測定し、複数の気泡の全数と、直径が０．２５ｍｍ以下の気泡の数とを計数し、複数の気泡の全数に対し、直径が０．２５ｍｍ以下の気泡が占める割合を算出する、ことを含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

コンクリート構造物の表層を除去し、
前記表層が除去されたコンクリート構造物の表面を撮影し、
前記撮影された画像の中から複数の気泡を特定し、
前記複数の気泡のそれぞれの直径を測定し、
前記複数の気泡の全数と、直径が０．２５ｍｍ以下の気泡の数とを計数し、
前記複数の気泡の全数に対し、前記直径が０．２５ｍｍ以下の気泡が占める割合を算出する、
ことを特徴とするコンクリート構造物の評価方法。

【請求項2】

前記複数の気泡の全数に対し、前記直径が０．２５ｍｍ以下の気泡が占める割合が一定の値以上であるとき、前記コンクリート構造物の施工が良好であると判定する、
請求項１に記載のコンクリート構造物の評価方法。

【請求項3】

前記割合が３５％以上であるとき、前記コンクリート構造物の施工が良好であると判定する、
請求項２に記載のコンクリート構造物の評価方法。

【請求項4】

コンクリート構造物の表層を、研磨機で研磨して除去する、
請求項１に記載のコンクリート構造物の評価方法。

【請求項5】

型枠にコンクリートが打設され、内部振動機で締固めされた試験体を作製し、
前記内部振動機に近い第１の位置と前記内部振動機から離れた第２の位置とに対し、それぞれ前記複数の気泡の全数に対する前記直径が０．２５ｍｍ以下の気泡が占める割合を算出し、
前記第１の位置と前記第２の位置における気泡が締める割合を対比して、前記一定の値を決定する、
請求項２に記載のコンクリート構造物の評価方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コンクリート構造物の評価方法に関する。

【背景技術】

【0002】

コンクリート構造物の表層の状態を評価する手法として、表面透気試験や表層吸水試験が知られている。また、コンクリート構造物の施工品質を、表層部における電気抵抗率と表層透過係数との関係から評価する方法が開示されている（特許文献１参照）。さらに、型枠を取り外した後のコンクリート表面の画像情報を用いて、コンクリートの施工品質を、人工知能を用いて評価する評価システムが開示されている（特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１０－１２３１２６号公報

【特許文献2】特開２０１６－１４２６０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

表面透気試験や表層吸水試験を行うには、コンクリートを打設して硬化した後、表面がある程度乾燥するまで数ヶ月待つ必要がある。また、これらの試験は天候に左右されやすく、コンクリートの含水率が試験結果に影響を及ぼすといった課題がある。コンクリート構造物の施工品質を人工知能によって評価する方式は、膨大な学習データが必要であり、特定のコンクリート技術者の暗黙知に基づいた学習データを用いると、必ずしも客観的な評価とはならない点で課題がある。

【0005】

そのため、コンクリートを打設する工事を施工する際に、前の工事の客観的な評価結果を迅速にフィードバックすることができず、施工時のＰＤＣＡ（Plan：計画、Do：実行、Check：測定・評価、Action：対策・改善）サイクルに評価結果を活用することができないという課題がある。

【0006】

本発明はこのような問題に鑑みなされたものであり、気象条件に影響されず、定量的に評価が可能であり、脱型後に時間を置かず測定を行うことのできるコンクリート構造物の評価方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一実施形態に係るコンクリート構造物の評価方法は、コンクリート構造物の表層を除去し、表層が除去されたコンクリート構造物の表面を撮影し、撮影された画像の中から複数の気泡を特定し、複数の気泡のそれぞれの直径を測定し、複数の気泡の全数と、直径が０．２５ｍｍ以下の気泡の数とを計数し、複数の気泡の全数に対し、直径が０．２５ｍｍ以下の気泡が占める割合を算出する、ことを含む。

【0008】

本発明の一実施形態において、複数の気泡の全数に対し、直径が０．２５ｍｍ以下の気泡が占める割合が一定の値以上であるとき、コンクリート構造物の施工が良好であると判定することができる。この場合において、割合が３５％以上であるとき、コンクリート構造物の施工が良好であると判定することができる。

【0009】

本発明の一実施形態において、コンクリート構造物の表層の除去が、研磨機で研磨することにより行われてもよい。

【0010】

本発明の一実施形態において、型枠にコンクリートが打設され、内部振動機で締固めされた試験体を作製し、内部振動機に近い第１の位置と内部振動機から離れた第２の位置とに対し、それぞれ複数の気泡の全数に対する直径が０．２５ｍｍ以下の気泡が占める割合を算出し、第１の位置と第２の位置における気泡が占める割合を対比して、直径が０．２５ｍｍ以下の気泡が占める割合の判定基準とする一定の値を決定してもよい。

【発明の効果】

【0011】

本発明の一実施形態に係るコンクリート構造物の評価方法によれば、コンクリート構造物の表層部の画像に基づいて評価を行うことができるので、コンクリートを打設し、型枠を取り外した後であれば天候に左右されず迅速に、非破壊でコンクリート構造物の品質評価を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態に係るコンクリート構造物の評価方法の手順を説明するフローチャートを示す。

【図2】本発明の一実施形態に係るコンクリート構造物の評価方法の中で処理されるコンクリート表面の状態を示す写真であり、（Ａ）は研磨後のコンクリート表面の状態の画像を示し、（Ｂ）は研磨された領域の拡大画像を示す。

【図3】実施例で作製された試験体の形状及び測定位置を示し、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は平面図である。

【図4】実施例で作製された試験体の各測定点（内部振動機からの距離）における０．２５ｍｍ以下の気泡の割合を示すグラフである。

【図5】実施例で測定されたフーチングの各測定点（内部振動機からの距離）における０．２５ｍｍ以下の気泡の割合を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施の形態を、図面などを参照しながら説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に例示する実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状などについて模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。さらに各要素に対する「第１」、「第２」と付記された文字は、各要素を区別するために用いられる便宜的な標識であり、特段の説明がない限りそれ以上の意味を有しない。

【0014】

本発明の一実施形態に係るコンクリート構造物の評価方法は、コンクリート構造物の表面の画像を取得し、画像解析で得られる気泡の数及び大きさに基づいて行われる。硬化後のコンクリートに気泡が多く残留すると、コンクリート構造物の耐久性の低下を引き起こすので、所定の大きさの気泡に基づいて気泡の数を管理することで、コンクリート構造物の施工品質の管理をすることは有益であると考えられる。

【0015】

通常、コンクリート構造物の工事を施工する際には、型枠を建て込み、その中に鉄筋を張り巡らせてフレッシュコンクリートを流し込み、振動機（バイブレータ）による締固めが行われる。フレッシュコンクリートは、セメント、水、骨材を混ぜて製造され、また粘性を有するため、コンクリートの製造時及び打設する際に必然的に空気が混入する。コンクリートの内部に混入された空気は十分に脱気することが好ましいが、十分に脱気できていないと気泡として内部に残留してしまう。一般に、打設されるコンクリートのスランプが大きいほど気泡が発生しやすい傾向にあり、また、コンクリートの温度が高い場合には凝結が早くなるので、気泡が脱気できないまま硬化してしまい残留しやすくなる傾向がある。

【0016】

具体的に、コンクリート中には、ＡＥ剤やＡＥ減水剤などの表面活性作用によってコンクリート中に生成される、微細で独立し、均一に分散したエントレインドエア（entrained air）と呼ばれる気泡と、コンクリートの練混中に自然に取り込まれる気泡で、気泡径が大きく不定形であるエントラップトエア（entrapped air）と呼ばれる気泡が存在することが知られている。ここで、エントラップトエアと呼ばれる気泡はコンクリート構造物の品質を低下させるため好ましくないとされている。そこで、本実施形態に係るコンクリート構造物の評価方法は、気泡の大きさに着目し、新たな品質管理基準を設定することにより、簡便な方法で品質を評価することを可能としている。以下にその詳細を示す。

【0017】

図１は、本発明の一実施形態に係るコンクリート構造物の評価方法の手順を説明するフローチャートを示す。本実施形態に係るコンクリート構造物の評価方法は、コンクリート表面を研磨し（Ｓ２０１）、研磨されたコンクリート表面の画像を取得し（Ｓ２０２）、コンクリート表面の気泡を特定し（Ｓ２０３）、各気泡の直径を測定し（Ｓ２０４）、全気泡数に対する直径が所定の値以下の気泡が占める割合を算出する（Ｓ２０５）、ことを含む。
そして、全気泡数に対する直径が所定の値以下の気泡が占める割合が、予め定められた判定基準を満たすか否かによってコンクリート構造物の品質を評価すること（Ｓ２０６）、を含む。

【0018】

最初にコンクリート表面を研磨する処理が行われる（Ｓ２０１）。硬化したコンクリート表面は、コンクリートペーストの薄皮が形成されており、気泡が薄皮に覆われて露出していない場合がある。しがたって、コンクリート表面の気泡の数及び大きさを正確に評価するために、この薄皮を除去する目的で、コンクリートのごく表層のみを研磨することが好ましい。研磨の方法に限定はなく、例えば、研磨機を用いることができる。また、研磨の範囲にも限定はなく、測定に必要な箇所を選択的に研磨すればよい。

【0019】

次に、研磨されたコンクリート表面の画像を取得する（Ｓ２０２）。画像の取得方法に限定はないが、例えば、デジタルカメラを用いることができる。

【0020】

図２（Ａ）は、コンクリート表面を研磨した後の状態を撮影した画像を示す。図２（Ａ）に示す画像は、研磨された領域と周辺の領域とでコントラストが異なっており、研磨された領域が円形であることを示す。研磨する領域の形状及び範囲に限定はないが、図２（Ａ）では、直径１００ｍｍの研磨領域が示されている。

【0021】

図２（Ｂ）は、図２（Ａ）で示す画像の一部を拡大した画像を示し、四角形の領域の一辺の長さが５ｍｍの領域を拡大して示している。図２（Ｂ）の拡大画像では、コントラストに違いによって、気泡と、骨材が分散していることが確認される。気泡は通常円形であることから、形状により骨材と分離して、気泡を特定することができる（Ｓ２０３）。

【0022】

次に、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示す画像から、気泡の数を数え、それぞれの気泡の直径を測定する（Ｓ２０４）。そして、直径が所定の基準値以下である気泡が占める割合を算出する（Ｓ２０５）。直径の基準値の適宜設定することができる。例えば、エントレインドエアの気泡径が０．０２５ｍｍ～０．２５ｍｍ程度とされていることから、例えば、直径の基準値を０．２５ｍｍ以下と設定することができる。そして、コンクリート表面に観察される全気泡に対し、直径が０．２５ｍｍ以下の気泡の割合を算出し、算出された値と品質管理基準として設定された値とを比較することで、コンクリート構造物の品質評価を行う（Ｓ２０６）。

【0023】

品質管理基準は，実際のコンクリート構造物と同時に作製された試験体の表面気泡量に基づいて決定することができる。例えば、コンクリート構造物の施工と同時に所定の大きさの試験体を作製し、締固めを行った位置から離れるに従って、所定の直径を有する気泡の割合がどのように変化するのかを調べることにより、品質管理基準を定めることができる。振動機を挿入した位置では十分に締固めが行われ、振動機から離れた位置では振動機の作用が低下し締固めの程度が低下することが経験的に知られている。したがって、振動機を挿入した位置周辺のコンクリートの状態を基準として、全気泡に対し、所定の大きさの気泡の割合がどのように変化するかを調べることで、品質管理基準を設定することができる。

【0024】

具体的には、一般的な内部振動機（直径５０mmの場合）による締固めの有効範囲が直径５００ｍｍ程度であることから、適切な締固め時間（一般に５～１５秒程度）かつ内部振動機からの距離が２５０ｍｍ以内であればコンクリートが十分に締め固まっていると判断することができる。また、コンクリートとせき板との接触面にセメントペーストの線が現れること、およびコンクリートの体積が減っていくのが認められず、表面がほぼ水平となり、表面に光沢が現れることからも、コンクリートが十分に締め固まっていると判断することができる。これらの判断基準に基づいて、コンクリートが十分に締め固まっていると判断できる場合に、そのコンクリートの０．２５ｍｍ以下の気泡の割合を算出することで品質管理基準値を決定することができる。そして、気泡の全数に対して、所定の直径以下の気泡の数が、品質管理基準で定めた所定の割合であるか否かを照合することにより、コンクリート構造物の品質を評価することができる。

【0025】

本実施形態によれば、研磨したコンクリート表面を観察することにより確認される気泡の数及び直径に基づいて品質管理基準を設定することができるので、試験時期や気象条件に左右されることなくコンクリート構造物の品質評価が可能であり、施工時の品質管理の一環としてＰＤＣＡサイクルへの適用が可能であり、確実な施工や更なる品質向上に寄与することができる。

【実施例0026】

［実施例１］
本実施例は、品質管理基準を設定する一例を示す。品質管理基準を設定するには、試験体を作製する。図３（Ａ）及び（Ｂ）は、試験体の概要を示す。図３において、（Ａ）は試験体の側面図を示し、（Ｂ）は平面図を示す。

【0027】

試験体は、型枠の中にコンクリートを打設することで作製される。試験体の作製に用いたコンクリートの配合を表１に示す。

【表1】

【0028】

表１において、Ｇｍａｘは粗骨材の最大の大きさであり、セメントの種類は普通セメントであり、ｓ／ａは砂と骨材の割合を示す。また、Ｗは水、Ｃはセメント、Ｓは砂、Ｇは砂利のそれぞれの単位量（ｋｇ／ｍ^３）を示す。

【0029】

図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、試験体は、幅（Ｗ）が１５００ｍｍ、高さ（Ｈ）が５００ｍｍ、奥行き（Ｄ）が３２５ｍｍの直方体である。そして、図３（Ａ）に示すように、試験体を断面視したとき、左端からの距離（Ｌ１）が２５０ｍｍ、底面からの距離（Ｌ２）が１５０ｍｍの位置からコンクリートを打設し、内部振動機を挿入して締固めを行った。そして、コンクリートが硬化した後、内部振動機の直上の位置を基準点とし、基準点からの間隔を一定として（Ｐ１＝２００ｍｍ）測定箇所（直径１００ｍｍの範囲）を設定し、各測定位置における気泡の数を評価した。評価の方法は図１のフローチャートに示す手順により行った。

【0030】

本実施例では、試験体の上面を目視で観察すると共に、上記で説明したように、全気泡に対し、直径が０．２５ｍｍ以下の気泡の割合を調べた。ここで、目視による評価はコンクリート表面の状態（なめらかさ）、色調であり、評価者の経験に基づく主観的な判断であるが、少なくとも試験体直上のコンクリートの状態は、内部振動機の位置から２５０ｍｍ以内の場所は十分に締固めがされていると判断できる状態であった。

【0031】

図４は、本実施例で作製された試験体の各測定点（内部振動機からの距離）における０．２５ｍｍ以下の気泡の割合を示す。図４に示すグラフにおいて、横軸は内部振動機からの距離であり、縦軸は直径が０．２５ｍｍ以下の気泡の割合を百分率で示している。図４のグラフから明らかなように、目視観察においても十分に締固めが行われていると判断される、内部振動機から２５０ｍｍ以内の箇所では、直径が０．２５ｍｍ以下の気泡の割合が高く、内部振動機から離れるに従ってその割合が低下していることが判る。

【0032】

図４に示す結果から、内部振動機からの距離が２５０ｍｍ以内の箇所の、直径が０．２５ｍｍ以下の気泡の割合の数値は、十分な締固めができている場合の数値を意味し、品質管理基準値の参考となり、本実施例では「直径０．２５ｍｍ以下の気泡の割合が３５％以上」を締固めが十分にされているか否かの判定基準とすることができる。

【0033】

本実施例によれば、コンクリート構造物の表層品質を評価するときの品質管理基準を、全気泡に対する直径０．２５ｍｍ以下の気泡の割合で設定することができる。なおこの品質管理基準は、コンクリートの配合や施工条件の変更によりその都度決定することができるので、コンクリート構造物の工事を施工するときに、より適切に品質管理基準値を決定できる。

【0034】

［実施例２］
本実施例は、本発明の一実施形態に係るコンクリート構造物の評価方法を橋台のフーチングに適用した結果を示す。フーチングの設計基準強度は２４Ｎ／ｍｍ^２であり、使用したコンクリートの配合は表１に示すものと同様である。本実施例において、品質管理基準は「直径０．２５ｍｍ以下の気泡の割合が３５％以上」と設定した。

【0035】

図５は、本実施例で測定された結果を示すグラフであり、フーチングの測定箇所毎の直径０．２５ｍｍ以下の気泡の割合を示す。測定箇所は全７点であるが、直径０．２５ｍｍ以下の気泡の割合がいずれの測定点においても３５％以上であることから、フーチングの締固めは良好であったと判断することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】