(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-09-19
(45)【発行日】2023-09-27
(54)【発明の名称】密度測定装置
(51)【国際特許分類】
G01N 9/26 20060101AFI20230920BHJP
E02D 3/00 20060101ALI20230920BHJP
【ＦＩ】
G01N9/26 Z
E02D3/00 101
【請求項の数】
1
(21)【出願番号】P 2019201126
(22)【出願日】2019-11-06
(65)【公開番号】P2021076400
(43)【公開日】2021-05-20
【審査請求日】2022-03-22
(73)【特許権者】
【識別番号】000206211
【氏名又は名称】大成建設株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001807
【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】石井 裕泰
(72)【発明者】
【氏名】松井 秀岳
【審査官】山口 剛
(56)【参考文献】
【文献】特開昭５３－０１９０６０（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１０／０２６２３８７（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２００４－１６３２１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－１８２０９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－０４７４５１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－０７１６７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０７６６４８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｎ ９／００ － ９／３６
Ｅ０２Ｄ ３／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
懸濁流体材料が貯留される貯留槽と、前記懸濁流体材料内において異なる高さ位置に配設される複数の圧力計と、
下端が前記貯留槽の底面に当接した状態で前記貯留槽の側壁に沿って立設された棒状部材と、を備える密度測定装置であって、
前記貯留槽は、前記懸濁流体材料を攪拌するための攪拌手段および材料を投入可能となるように上面が開口しており、
複数の前記圧力計は、上下に間隔をあけて前記棒状部材に配設されていて、前記貯留槽の底面からの高さが既知であり、
前記棒状部材は、上下方向に連続した溝部が形成された本体部と、前記溝部の側面の開口を遮蔽する蓋材と、前記溝部の下端の開口を遮蔽する底部と、を備えており、
前記本体部の上端は開口されていて、
前記蓋材には、上下方向に間隔をあけて複数の貫通孔が形成されていて、
複数の前記圧力計は、圧力感知部が前記貫通孔を介して前記棒状部材の外側に露出するように、前記棒状部材の内部に配設されていることを特徴とする密度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、懸濁流体材料の密度測定装置に関する。
【背景技術】
【0002】
建設分野においては、セメントミルク、グラウト、泥水、流動化処理土等の懸濁流体材料を地盤改良材、埋め戻し材、充填材等として用いる場合がある（例えば、特許文献１参照）。また、トンネル掘削時や縦孔の削孔時において、地山の安定を図ることを目的として、懸濁流体材料を注入する場合がある（例えば、特許文献２参照）。懸濁流体材料は、施工時に必要な流動性や施工後の強度など、目的に応じた性能品質を確保するにあたり、懸濁流体材料の密度が所定の範囲になるように管理する必要がある。そのため、懸濁流体材料は、密度の測定を適宜行う必要がある。
懸濁流体材料の密度の測定方法として、懸濁流体材料の一部を採取し、これを定量容器に収めて重量を測定した後、この重量を容積で除することにより密度を算出する場合がある。ところが、前記密度の測定方法は、試料を採取してから、密度を算出するまでに手間と時間がかかる。また、深さ方向の密度分布を確認するためには、複数の試料を採取して、試料ごとに密度を算出する必要があるため、さらに手間と時間がかかる。
また、特許文献３には、懸濁流体材料が貯留された貯留槽の底部に圧力計を設置し、懸濁流体材料の深さと圧力計による測定値とを利用して密度を算出する懸濁流体材料の密度の測定方法が開示されている。ところが、この方法は、懸濁流体材料の全体的な平均値を算出することを目的とするものであり、深さ方向の密度分布を確認することを目的とするものではない。また、密度を算出する際には、圧力計から懸濁流体材料の上面（液面）までの高さを測定する必要がある。
懸濁流体材料の密度の測定方法として、懸濁流体材料の一部を採取し、これを定量容器に収めて重量を測定した後、この重量を容積で除することにより密度を算出する場合がある。ところが、前記密度の測定方法は、試料を採取してから、密度を算出するまでに手間と時間がかかる。また、深さ方向の密度分布を確認するためには、複数の試料を採取して、試料ごとに密度を算出する必要があるため、さらに手間と時間がかかる。
また、特許文献３には、懸濁流体材料が貯留された貯留槽の底部に圧力計を設置し、懸濁流体材料の深さと圧力計による測定値とを利用して密度を算出する懸濁流体材料の密度の測定方法が開示されている。ところが、この方法は、懸濁流体材料の全体的な平均値を算出することを目的とするものであり、深さ方向の密度分布を確認することを目的とするものではない。また、密度を算出する際には、圧力計から懸濁流体材料の上面（液面）までの高さを測定する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１９－０２７１３４号公報
【文献】特開２０１５－０８６５３５号公報
【文献】特開２０１０－２１６２０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は、深さ方向の密度分布を簡易に特定することを可能とした密度測定装置を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
前記課題を解決するための本発明の密度測定装置は、懸濁流体材料が貯留される貯留槽と、前記懸濁流体材料内において異なる高さ位置に配設される複数の圧力計と、下端が前記貯留槽の底面に当接した状態で前記貯留槽の側壁に沿って立設された棒状部材とを備えている。前記貯留槽は、前記懸濁流体材料を攪拌するための攪拌手段および材料を投入可能となるように上面が開口している。複数の前記圧力計は、上下に間隔をあけて前記棒状部材に配設されていて、前記貯留槽の底面からの高さが既知である。
かかる密度測定装置によれば、懸濁流体材料内の深さ位置の異なる複数の圧力計の測定結果により懸濁流体材料の密度を算出するため、深さ方向の密度分布を確認することができる。また、密度の確認にあたって懸濁流体材料を採取する必要が無いため、作業性に優れている。また、圧力分布を利用して懸濁流体材料の上面高さを算出することができるため、懸濁流体材料の上面高さを別途測定する手間を省略することができる。
かかる密度測定装置によれば、懸濁流体材料内の深さ位置の異なる複数の圧力計の測定結果により懸濁流体材料の密度を算出するため、深さ方向の密度分布を確認することができる。また、密度の確認にあたって懸濁流体材料を採取する必要が無いため、作業性に優れている。また、圧力分布を利用して懸濁流体材料の上面高さを算出することができるため、懸濁流体材料の上面高さを別途測定する手間を省略することができる。
【0006】
また、複数の前記圧力計が、前記貯留槽内に立設された棒状部材に、上下に間隔をあけて配設されているため、下端を貯留槽の底面に当接させた状態で棒状部材を貯留槽内に立設することで、各圧力計を所定の位置に簡易に配置することができる。そのため、貯留槽内の懸濁流体材料を攪拌する際に圧力計を撤去する作業や、攪拌後に圧力計を設置する作業が容易である。
なお、前記棒状部材は、上下方向に連続した溝部が形成された本体部と、前記溝部の側面の開口を遮蔽する蓋材と、前記溝部の下端の開口を遮蔽する底部とを備えていて、前記本体部の上端は開口されており、前記蓋材に上下方向に間隔をあけて複数の貫通孔が形成されていて、複数の前記圧力計は、圧力感知部が前記貫通孔を介して前記棒状部材の外側に露出するように、前記棒状部材の内部に配設されている。そのため、圧力計および圧力計などから延びるケーブルを保護した状態で、貯留槽内に圧力計を配設することができる。
なお、前記棒状部材は、上下方向に連続した溝部が形成された本体部と、前記溝部の側面の開口を遮蔽する蓋材と、前記溝部の下端の開口を遮蔽する底部とを備えていて、前記本体部の上端は開口されており、前記蓋材に上下方向に間隔をあけて複数の貫通孔が形成されていて、複数の前記圧力計は、圧力感知部が前記貫通孔を介して前記棒状部材の外側に露出するように、前記棒状部材の内部に配設されている。そのため、圧力計および圧力計などから延びるケーブルを保護した状態で、貯留槽内に圧力計を配設することができる。
【発明の効果】
【0007】
本発明の密度測定装置によれば、深度方向の密度分布および液面高さを簡易に特定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本実施形態に係る密度測定装置の概略図である。
【図2】棒状部材の分解斜視図である。
【図3】実験装置の概要を示す断面図である。
【図4】（ａ）～（ｃ）は、測定実験におけるケース毎の底面からの距離と圧力の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0009】
本実施形態では、懸濁流体材料Ｗに必要な流動性や硬化後の強度等、懸濁流体材料Ｗの使用目的に見合った性能・品質を確保することを目的として、懸濁流体材料Ｗの密度を所定範囲に管理するための密度測定装置１とこれを利用した密度測定方法について説明する。ここで、懸濁流体材料Ｗとは、泥水、グラウト、モルタル、流動化処理土等の地盤改良等に用いる流動性を有した材料をいう。
【0010】
本実施形態の密度測定装置１は、図1に示すように、懸濁流体材料Ｗが貯留される貯留槽２と、懸濁流体材料Ｗ内において異なる高さ位置に配設される複数の圧力計３とを備えている。
貯留槽２は、金属製の容器からなる。貯留槽２の上面は、貯留物（懸濁流体材料Ｗ）を攪拌するための攪拌手段（例えば、バックホウのバケット）や材料等の投入が可能となるように開口している。本実施形態の貯留槽２は、直方体状を呈している。
複数の圧力計３は、貯留槽２内の底面２１に立設された棒状部材４に、上下に所定の間隔をあけて配設されている。圧力計３の数および圧力計３同士の間隔は、懸濁流体材料Ｗ内に２つ以上配置されていれば限定されるものではなく、適宜決定すればよい。棒状部材４は、その下端が貯留槽２の底面２１に当接した状態で貯留槽２の側壁に沿って垂直に立設されている。したがって、各圧力計３は、貯留槽２の底面２１からの高さが既知な状態で鉛直方向に並べられている。
貯留槽２は、金属製の容器からなる。貯留槽２の上面は、貯留物（懸濁流体材料Ｗ）を攪拌するための攪拌手段（例えば、バックホウのバケット）や材料等の投入が可能となるように開口している。本実施形態の貯留槽２は、直方体状を呈している。
複数の圧力計３は、貯留槽２内の底面２１に立設された棒状部材４に、上下に所定の間隔をあけて配設されている。圧力計３の数および圧力計３同士の間隔は、懸濁流体材料Ｗ内に２つ以上配置されていれば限定されるものではなく、適宜決定すればよい。棒状部材４は、その下端が貯留槽２の底面２１に当接した状態で貯留槽２の側壁に沿って垂直に立設されている。したがって、各圧力計３は、貯留槽２の底面２１からの高さが既知な状態で鉛直方向に並べられている。
【0011】
棒状部材４は、図２に示すように、上下方向に連続した溝部４２が形成された本体部４１と、溝部４２の開口を遮蔽する蓋材４３とを備えている。棒状部材４の下端は底部４４により遮蔽されている。溝部４２の側面の開口と溝部４２の下端開口とを塞ぐことで、懸濁流体材料Ｗが棒状部材４の内部に浸入することが防止されている。一方、棒状部材４の上端は開口されていて、圧力計３のケーブル３２等の配線が可能に構成されている（図１参照）。本体部４１は、断面コ字状のアルミニウム合金製部材（いわゆるアルミチャンネル材）により構成されている。なお、本体部４１を構成する材料は限定されるものではなく、例えば、ステンレス製や塩化ビニル製であってもよい。また、本体部４１の断面形状は、必ずしもコ字状である必要はなく、例えば、Ｃ字状であってもよい。蓋材４３は、アルミニウム合金製の板材からなる。蓋材４３を構成する材料は、本体部４１と同じ材料とする。蓋材４３は、本体部４１に対して、着脱可能である。また、蓋材４３と本体部４１との当接部（蓋材４３の縁）には、棒状部材４の内部への懸濁流体材料Ｗの流入を防止するためのシール材（図示せず）が介設されている。シール材には、例えばグリス、エポキシ樹脂、シリコンゴム等を使用すればよい。蓋材４３には、圧力計３と同数の貫通孔４５が上下方向に間隔をあけて形成されている。本実施形態では、蓋材４３の下端部に形成された最下段の貫通孔４５を基点として、８個の貫通孔４５が所定の間隔をあけて形成されている。各圧力計３は、圧力感知部３１が貫通孔４５を介して棒状部材４の外側に露出するように、棒状部材４の内部（溝部４２）に配設されている。圧力計３のケーブル３２は、溝部４２を通って、棒状部材４の上端から引き出されている。
【0012】
以下、密度測定装置１を利用した懸濁流体材料Ｗの密度測定方法について説明する。密度測定方法は、圧力測定工程と密度算出工程とを備えている。
圧力測定工程では、貯留槽２の底面２１からの高さが異なる複数の圧力計３により貯留槽２に貯留された懸濁流体材料Ｗの圧力を測定する。
密度算出工程では、複数の圧力計３により測定された懸濁流体材料Ｗの圧力分布により密度を算出する。密度算出工程では、まず、圧力分布を線形近似して圧力がゼロとなる高さ位置を懸濁流体材料Ｗの上面高さとみなして貯留槽２内における懸濁流体材料Ｗの深さを特定する。次に、上下に配設された圧力計３の測定値の圧力差を高低差で除することにより懸濁流体材料Ｗの単位体積重量を算出し、これを重力加速度（９．８１）で除することで密度を算出する。懸濁流体材料Ｗの密度の算出は、各圧力計３同士の間を層と仮定して、各層毎に行う。
圧力測定工程では、貯留槽２の底面２１からの高さが異なる複数の圧力計３により貯留槽２に貯留された懸濁流体材料Ｗの圧力を測定する。
密度算出工程では、複数の圧力計３により測定された懸濁流体材料Ｗの圧力分布により密度を算出する。密度算出工程では、まず、圧力分布を線形近似して圧力がゼロとなる高さ位置を懸濁流体材料Ｗの上面高さとみなして貯留槽２内における懸濁流体材料Ｗの深さを特定する。次に、上下に配設された圧力計３の測定値の圧力差を高低差で除することにより懸濁流体材料Ｗの単位体積重量を算出し、これを重力加速度（９．８１）で除することで密度を算出する。懸濁流体材料Ｗの密度の算出は、各圧力計３同士の間を層と仮定して、各層毎に行う。
【0013】
測定の結果、測定密度（密度算出工程において算出された密度）が目標密度に対して過大な場合は、その乖離を縮小するために加水を行う。このとき、加水量は、液面高さと貯留槽２の内面積とをかけ合わせることで特定された液量（懸濁流体材料Ｗの体積）を利用して算出した目標密度を得るために必要な量とする。なお、貯留槽２への加水は、加水制御装置（図示せず）を利用して、自動的に行ってもよい。すなわち、懸濁流体材料Ｗの液面高さ、懸濁流体材料Ｗの密度分布等に基づいて加水量を算出し、算出した加水量に達するまで加水制御装置により自動的に水を供給することで、加水調整作業の合理化を図ってもよい。
【0014】
以上、本実施形態の密度測定装置１およびこれを利用した懸濁流体材料Ｗの密度測定方法によれば、懸濁流体材料Ｗ内の深さ位置の異なる複数の圧力計３の測定結果を利用して懸濁流体材料Ｗの密度を算出するため、深さ方向の密度分布を確認することができる。すなわち、懸濁流体材料Ｗを複数個所から採取せずとも、深さ方向の密度分布を確認することができるため、懸濁流体材料Ｗの密度管理の合理化・効率化を図ることができる。
【0015】
また、圧力分布を利用して懸濁流体材料Ｗの上面高さを算出することができるため、懸濁流体材料Ｗの上面高さを別途測定する手間を省略することができる。
さらに、圧力計３が、貯留槽２の底面２１に立設された棒状部材４に、上下に間隔をあけて配設されているため、圧力計３を所定の深さ位置に簡易に配置することができる。そのため、貯留槽２内の懸濁流体材料Ｗを攪拌する際に圧力計３を撤去する場合や、攪拌後に圧力計３を再設置する場合に作業が容易である。また、圧力計３は、棒状部材４の内部に配設されているため、圧力計３およびケーブル３２を保護した状態で、貯留槽２内に圧力計３を配設することができる。また、圧力計３は、蓋材４３の貫通孔４５から圧力感知部３１が露出するため、確実に懸濁流体材料Ｗの圧力を感知できる。
さらに、圧力計３が、貯留槽２の底面２１に立設された棒状部材４に、上下に間隔をあけて配設されているため、圧力計３を所定の深さ位置に簡易に配置することができる。そのため、貯留槽２内の懸濁流体材料Ｗを攪拌する際に圧力計３を撤去する場合や、攪拌後に圧力計３を再設置する場合に作業が容易である。また、圧力計３は、棒状部材４の内部に配設されているため、圧力計３およびケーブル３２を保護した状態で、貯留槽２内に圧力計３を配設することができる。また、圧力計３は、蓋材４３の貫通孔４５から圧力感知部３１が露出するため、確実に懸濁流体材料Ｗの圧力を感知できる。
【0016】
次に、室内実験装置を利用して行った、懸濁流体材料Ｗの密度の測定実験結果について説明する。
本実験では、図３に示すように、貯留槽２として、直径３００ｍｍ、高さ１０００ｍｍの円筒容器を利用した。懸濁流体材料Ｗは、粘土粉体を水で溶いた泥水である。この泥水を貯留槽２に投入し、一様に攪拌した上で圧力を測定した。
棒状部材４の下端部から、２５０ｍｍピッチで四つの圧力計３を設けた。圧力計３による測定間隔は、１秒間隔とし、時系列で記録した。棒状部材４には、本体部４１として幅５０ｍｍ、長さ２０００ｍｍのアルミチャンネルを使用し、蓋材４３として幅５０ｍｍ、長さ２０００ｍｍのアルミ板を使用した。
懸濁流体材料Ｗ中に四つ（三つ以上）の圧力計３ａ～３ｄを配置し、圧力計３同士の間の層毎に密度を算出するものとした。
実験（圧力測定）を３回行った（ケース１～３）。なお、ケース２は、ケース１の測定後、一部の泥水（懸濁流体材料Ｗ）を貯留槽２内から排出した上で加水した懸濁流体材料Ｗに対して行い、ケース３は、ケース２の測定後、一部の泥水（懸濁流体材料Ｗ）を貯留槽２内から排出した上で加水した懸濁流体材料Ｗに対して行った。ケース毎の底面２１からの距離と圧力との関係を図４（ａ）～（ｃ）に示す。また、実験結果を表１に示す。
本実験では、図３に示すように、貯留槽２として、直径３００ｍｍ、高さ１０００ｍｍの円筒容器を利用した。懸濁流体材料Ｗは、粘土粉体を水で溶いた泥水である。この泥水を貯留槽２に投入し、一様に攪拌した上で圧力を測定した。
棒状部材４の下端部から、２５０ｍｍピッチで四つの圧力計３を設けた。圧力計３による測定間隔は、１秒間隔とし、時系列で記録した。棒状部材４には、本体部４１として幅５０ｍｍ、長さ２０００ｍｍのアルミチャンネルを使用し、蓋材４３として幅５０ｍｍ、長さ２０００ｍｍのアルミ板を使用した。
懸濁流体材料Ｗ中に四つ（三つ以上）の圧力計３ａ～３ｄを配置し、圧力計３同士の間の層毎に密度を算出するものとした。
実験（圧力測定）を３回行った（ケース１～３）。なお、ケース２は、ケース１の測定後、一部の泥水（懸濁流体材料Ｗ）を貯留槽２内から排出した上で加水した懸濁流体材料Ｗに対して行い、ケース３は、ケース２の測定後、一部の泥水（懸濁流体材料Ｗ）を貯留槽２内から排出した上で加水した懸濁流体材料Ｗに対して行った。ケース毎の底面２１からの距離と圧力との関係を図４（ａ）～（ｃ）に示す。また、実験結果を表１に示す。
【0017】
【表1】
【0018】
図４（ａ）～（ｃ）に示すように、各圧力計３ａ～３ｄの測定値の近似直線により求まる懸濁流体材料Ｗの液面高さ（深さ）は、ケース１は８７８．９３ｍｍ（直線ｙ＝－５８．６８４ｘ＋８７８．９３）、ケース２は９３１．０１ｍｍ（直線ｙ＝－６６．４７９ｘ＋９３１．０１）、ケース３は９３８．２１ｍｍ（直線ｙ＝－７０．３３８ｘ＋９３８．２１）となった。また、表１に示すように、ケース１の平均の密度は１．７３ｇ／ｃｍ３であったのに対し、ケース２は１．５３ｇ／ｃｍ３、ケース３は１．４５ｇ／ｃｍ３であった。したがって、ケース２，３において加水により懸濁流体材料Ｗの密度が低下することが確認できた。
【0019】
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
前記実施形態では、複数の圧力計３が棒状部材４を介して上下に列状に配設されている場合について説明したが、貯留槽２の底面２１からの高さが既知であれば圧力計３の配置および設置方法は限定されるものではない。
圧力計３の数は複数であれば限定されるものではなく、適宜決定すればよい。例えば、懸濁流体材料Ｗの密度や体積を算出する場合には、２つ以上設置すればよい。また、貯留槽２内において、深さ毎（層毎）の密度を算出する場合には、３つ以上の圧力計３を設置すればよい。
前記実施形態では、棒状部材４を垂直に設けるものとしたが、棒状部材４は傾斜していてもよい。
貯留槽２の形状寸法は限定されるものではなく、適宜決定すればよい。
前記実施形態では、複数の圧力計３が棒状部材４を介して上下に列状に配設されている場合について説明したが、貯留槽２の底面２１からの高さが既知であれば圧力計３の配置および設置方法は限定されるものではない。
圧力計３の数は複数であれば限定されるものではなく、適宜決定すればよい。例えば、懸濁流体材料Ｗの密度や体積を算出する場合には、２つ以上設置すればよい。また、貯留槽２内において、深さ毎（層毎）の密度を算出する場合には、３つ以上の圧力計３を設置すればよい。
前記実施形態では、棒状部材４を垂直に設けるものとしたが、棒状部材４は傾斜していてもよい。
貯留槽２の形状寸法は限定されるものではなく、適宜決定すればよい。
【符号の説明】
【0020】
１ 密度測定装置
２ 貯留槽
２１ 底面
３ 圧力計
３１ 圧力感知部
４ 棒状部材
４１ 本体部
４２ 溝部
４３ 蓋材
４４ 底部
４５ 貫通孔
Ｗ 懸濁流体材料
２ 貯留槽
２１ 底面
３ 圧力計
３１ 圧力感知部
４ 棒状部材
４１ 本体部
４２ 溝部
４３ 蓋材
４４ 底部
４５ 貫通孔
Ｗ 懸濁流体材料
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】