振動によって液状化する物質の物性測定方法及び装置
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば超硬練りコンクリートのように、振動によって液状化して粘弾性体の性状を呈する物質の物性を測定する方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】通常のコンクリートに比べて単位水量が著しく少ない（水／セメント比が約４０％以下）超硬練りコンクリートの成形には、振動と上載荷重とを同時に加える振動締め固め法が採られている（例えば、特公昭４５−３６３０５号公報、実公昭５７−４２６３５号公報、特開平２−２５３０３号公報参照）。この方法によれば、セメントペーストの量が少なくとも、骨材間隔を小さくして付着強度を増加させることができるので、少ないセメント量で所要の強度が得られしかもコンクリート本来の品質向上も図れる。そしてまた、即時脱型による経済性や、生産の多様化への対応性や、生産の自動化への適応性など、工場生産にとっても非常に有利である。
【０００３】通常のコンクリートについては、その物性（粘性抵抗やワーカビリティー等）を測定する種々の方法が既に提案され、満足できるものは少ないが、それなりの精度は得られている。しかし、通常のコンクリートに対して行っている測定法は、フレシッコンクリート自体が初めから液状に流動するから実現できているものであり、当初は見掛け上、粉粒体と変わらず、振動締め固めをしなければ液状化しない超硬練りコンクリートには適用できない。超硬練りコンクリートは、振動締め固めを行う以前の粉粒状態での物性を捉えてもほとんど意味がなく、振動締め固め過程での物性を動的に捉えて初めてその性質を把握できるものである。
【０００４】超硬練りコンクリートは上記のような利点があるにも拘わらず、従来はその振動締め固め過程での物性を測定する方法がなかったので、振動締め固め条件の設定や配合調整や骨材の選択などは、人の経験と勘に頼らざるを得なかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、超硬練りコンクリートのように、振動によって液状化して粘弾性体の性状を呈する物質の物性を、振動締め固め過程で動的にかつ容易に測定することができる測定方法及び測定装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明による測定方法は、振動によって液状化する物質を容器に入れて、吊り下げた球状体を物質中に埋入させ、この物質に上載荷重及び振動を与えながら球状体の垂直方向の変位と、物質中又は物質を伝播してきた振動を検出する。なお、本発明において「球状体」とは、文字通りの球体に限らず、球の変形体（例えば楕円球）や多面体をも含むものとする。
【０００７】球状体に取り付けたセンサによって物質中の振動を検出するのが良い。球状体の重量を平衡重錘の重量と平衡させて、空気中における球状体の重量を０にしておけば、容器内の物質が液状化したときその浮力によって球状体を浮上させることができる。球状体は一定の引上げ力で物質中を引き上げても良い。
【０００８】容器に対して垂直方向に変位可能な加圧体によって物質に上載荷重を与えることができる。この場合、加圧体の垂直方向の変位を直接又は間接的に検出する。また、この加圧体の振動を検出すれば、物質を伝播してきた振動を間接的に検出できることになる。容器を振動機で振動させて物質に振動を与えることができる。この場合、物質中又は物質を伝播してきた振動との比較を行えるように、振動機の励振振動を検出する。
【０００９】本発明の第１の形態の測定装置は、振動によって液状化する物質を入れる上面開口した容器と、この容器に振動を与える振動機と、容器内の物質に上載荷重を与えるためこの容器に対して垂直方向に変位自在な加圧体と、振動を検出するセンサを内蔵した球状体と、この球状体を容器内の物質中に埋入させた状態で垂直方向に変位可能に吊り下げる吊り下げ機構と、この吊り下げ機構を介して球状体と重量を平衡させる平衡重錘と、この平衡重錘又は吊り下げ機構の垂直方向の変位を検出することにより球状体の垂直方向の変位を容器外で間接的に検出する第１の変位センサと、加圧体の垂直方向の変位を検出する第２の変位センサとからなる。
【００１０】本発明の第２の形態の測定装置は、振動によって液状化する物質を入れる上面開口した容器と、この容器に振動を与える振動機と、容器内の物質に上載荷重を与えるためこの容器に対して垂直方向に変位自在な加圧体と、球状体と、この球状体を容器内の物質中に埋入させた状態で垂直方向に変位可能に吊り下げる吊り下げ機構と、この吊り下げ機構を介して球状体に一定の引上げ力を与える引上げ用重錘と、この引上げ用重錘又は吊り下げ機構の垂直方向の変位を検出することにより球状体の垂直方向の変位を容器外で間接的に検出する第１の変位センサと、加圧体の垂直方向の変位を検出する第２の変位センサと、加圧体の振動を検出するセンサとからなる。
【００１１】
【作用】容器内の物質が、上載荷重及び振動を与えられて液状化すると、吊り下げられている球状体が、一旦下降した後、又は下降することなく物質中を上昇していく。この変位を容器外で検出すると同時に、物質の振動を検出すると、その振幅の変化と球状体の運動の推移の両方から、液状化していく過程を時々刻々に捉えて液状化の発現の時期を推定することができるとともに、締め固めの進行状況や粘性の変化等を動的に捉えることができ、コンクリートの場合には、振動締め固めによる液状化の発現の時期とワーカビリティーとの関係などを知ることができる。また、球状体の変位からその速度が得られるため、締め固め過程での粘性係数等の測定も可能になる。更に、与える振動の振動数やその強度、コンクリートの場合には水／セメント比などの条件を変えることで、それとの関係も知ることができる。
【００１２】また、上載荷重を加える加圧体の変位を検出すれば、加圧体の沈降速度の減衰から締め固めの完了時期を推定することができ、しかも物質の振動の振幅と球状体の変位という２つのファクタに、加圧体の変位（沈降速度）というファクタも加わるため、液状化の発現の時期の推定や締め固めの進行状況の把握やワーカビリティーの判定などがより正確かつ容易になる。
【００１３】球状体の変位及び加圧体の変位の両方とも、容器外で検出できる。また、球状体に取り付けたセンサで振動を検出する場合には、垂直方向に変位可能に吊り下げられた球状体のそのときの位置での物質中の振動を直接検出することになり、加圧体に備えたセンサで振動を検出する場合には、物質中を伝播してきた振動を外部で間接的に検出することになる。すなわち、球状体の変位と加圧体の変位と物質の振動のいずれの検出も、超硬練りコンクリートの実際の成形時と同様に、型枠に代わる容器を加圧体で閉じて密閉状態にしたまま行えるので、実際の成形工程に合わせた測定を行うことができる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の実施例とその実験結果を図面を参照して説明する。
【００１５】図１は本発明の第１実施例の測定装置を示す。この測定装置は、一対の振動機１を取り付けた振動テーブル２上に容器３を固定し、また球状体４を、吊り下げ機構５によって図示しないフレームから吊り下げるとともに、加圧体６を、吊り下げ機構７によって同じフレームから吊り下げている。振動テーブル２は、空気圧クッションを利用した複数のダッシュポット（緩衝制動器）８及び複数の支持スプリング９を介してベース１０上に水平に支持されている。この振動テーブル２が振動機１により振動されると、容器３もこれと一体に振動する。容器３は、、本例の場合、コンクリートの成形型を模したもので、上面が開口した有底の縦長円筒状で、かつ硬化後のコンクリートを容易に取り出すことができるように、２つ割り構造になっている。
【００１６】加圧体６は、容器３の内径より僅かに小さい外径の厚い円盤状で、吊り下げ機構７で吊り下げたまま容器３内に自在に挿入させることができる。この加圧体６の中央には、上下に貫通する小さい孔１１が設けられている。
【００１７】吊り下げ機構７は、上記フレームに、第１組の２つの滑車１２・１２を同じ軸線上に軸支するとともに、第２組の２つの滑車１３・１３を同様に同じ軸線上に軸支し、これら２組の滑車にワイヤ１４を２つの部分に分けて掛け、第１組の２つの滑車１２・１２から垂下させたワイヤ１４の２本の垂直部分１４ａ・１４ａの下端を加圧体６の上面に接続して、これら２本の垂直部分１４ａ・１４ａで加圧体６を水平状態に保持できるように吊り下げる一方、第２組の２つの滑車１３・１３から垂下したワイヤ１４の他方の２本の垂直部分１４ｂ・１４ｂがＵ字状に連続する部分に吊車１５を掛け吊りしたものである。この吊車１５の軸１６には、上載荷重調整用重錘１７を着脱自在に懸垂できるようになっている。第１組の２つの滑車１２・１２から垂下したワイヤ１４の２本の垂直部分１４ａ・１４ａの中間には、加圧体６から伝達してくる振動を絶縁するためスプリング１８・１８を介在させてある。
【００１８】一方、球状体４の吊り下げ機構５は、上記フレームに軸支された２つの滑車１９・２０に１本のワイヤ２１を掛け、滑車１９から垂下させたワイヤ２１の垂直部分２１ａを加圧体６の孔１１に挿通させてこの垂直部分２１ａの下端に球状体４を接続する一方、この球状体４の空気中における重量を０にするため、滑車２０から垂下させたワイヤ２１の垂直部分２１ｂの下端に平衡重錘２２を着脱可能に接続したものである。滑車１９から垂下させたワイヤ２１の垂直部分２１ａの中間には、球状体４から伝達してくる振動を絶縁するためスプリング２３を介在させてある。
【００１９】球状体４は、表面が滑らかなプラスチック球体又は金属球体の内部に、コンクリート中の振動を検出する第１の振動センサ２４を内蔵したものである。また、加圧体６の上面には、コンクリートを伝播してきた振動を検出する第２の振動センサ２５が取り付けられ、更に振動機１の励振振動を検出するため、振動テーブル２上に第３の振動センサ２６が取り付けられている。これら振動センサ２４・２５・２６として本例では加速度センサを使用している。
【００２０】また、上記フレームには、平衡重錘２２の垂直方向の変位量を検出する第１のレーザ変位計２７と、上載荷重調整用重錘１７の垂直方向の変位量を検出する第２のレーザ変位計２８とがそれぞれ所定の高さ位置に固定されている。平衡重錘２２は、球状体４が下降するとその変位量だけ上昇し、球状体４が上昇するとその変位量だけ下降するので、第１のレーザ変位計２７は、球状体４の垂直方向の変位量を容器３の外部で間接的に検出することになる。また、上載荷重調整用重錘１７は、加圧体６が下降するとその変位量だけ上昇し、加圧体６が上昇するとその変位量だけ下降するので、第２のレーザ変位計２８は、加圧体６の垂直方向の変位量を間接的に検出することになる。
【００２１】図１に示した測定装置によって超硬練りコンクリートの物性を測定するには、次のようにする。球状体４が、空の容器３内の所定の高さ位置で宙吊り状態を維持するように、容器３外でワイヤ２１を一時的に固定しておく。この状態で容器３内に粉粒状のフレッシュコンクリート２９を投入し、球状体４がフレッシュコンクリート２９中に完全に埋入されたらワイヤ２１の固定を解除して球状体４をフレッシュコンクリート２９中に解放し、更にフレッシュコンクリート２９を容器３内に所定の高さまで投入する。そして、振動機１を起動してから加圧体６をフレッシュコンクリート２９上に載置し、容器３内のコンクリート２９を振動締め固めながら、コンクリート２９中の振動を振動センサ（加速度センサ）２４で、加圧体６の振動を振動センサ（加速度センサ）２５で、振動テーブル２の振動を振動センサ（加速度センサ）２６でそれぞれ検出するとともに、平衡重錘２２の垂直方向の変位をレーザ変位計２７で、上載荷重調整用重錘１７の垂直方向の変位をレーザ変位計２８でそれぞれ検出する。
【００２２】次に、図２に示した本発明の第２実施例の測定装置について説明する。この測定装置は、図１に示した第１実施例の測定装置と次の点が相違する。すなわち、図１の例では振動センサ２４を内蔵した球状体４を使用し、これを平衡重錘２２と平衡させたが、図２の例では、振動センサを備えない単なる球体（例えば鋼球）である球状体３０を使用する。また、この球状体３０を所定の引上げ力で強制的に引き上げことができるようにするため、平衡重錘２２に加えて引上げ用重錘３１を使用する。これら重錘２２・３１と球状体３０とを連結するワイヤ２１の垂直部分２１ａの中間に、引上げ用重錘３１の荷重を電気的に検出するロードセル３２と、その検出された荷重を表示する荷重計３３とを介在させる。この荷重計３３はスプリングを備えているので、球状体３０から伝達してくる振動をこのスプリングにより絶縁できる。加圧体６の振動及び振動テーブル２の振動は図１R>１の例と同様に振動センサ２５・２６によりそれぞれ検出する。
【００２３】図２に示した測定装置によって超硬練りコンクリートの物性を測定するには、次のようにする。球状体３０が、空の容器３内の所定の高さ位置で宙吊り状態を維持するように、容器３外でワイヤ２１を一時的に固定しておく。この状態で容器３内に粉粒状のフレッシュコンクリート２９を所定高さまで投入して球状体３０をフレッシュコンクリート２９中に完全に埋入させる。そして、振動機１を起動してから加圧体６をフレッシュコンクリート２９上に載置し、容器３内のコンクリート２９を振動締め固めながら、加圧体６の振動を振動センサ（加速度センサ）２５で、振動機１の励振振動を振動センサ２６でそれぞれ検出する。コンクリート２９の締め固めがある程度進行して加圧体６の沈降が終息したと推定される時点に、ワイヤ２１の固定を解除して球状体３０をコンクリート２９中に解放し、この球状体３０を、引上げ用重錘３１による荷重と球状体３０に働く浮力とでコンクリート２９中を強制的に引上げながら、引上げ用重錘３１の垂直方向の変位をレーザ変位計２７で検出するとともに、振動センサ２５・２６によって引き続き振動を検出する。
【００２４】図１の構造の測定装置により上述のような方法で実験を行った。この場合、球状体４の直径３８．０ｍｍ、体積２８．７３ｃｃ、重量４５ｇ、密度１．５７ｇ／ｃｍ3 とした。この球状体４のコンクリート中での浮力は７０ｇｆである。また、容器３の内径（直径）１５０ｍｍ、加圧体６の重量１３．５Ｋｇとし、その加圧力を上載荷重調整用重錘１７により０．０３８Ｋｇ／ｃｍ2 に調整した。そして、フレッシュコンクリート２９の水／セメント比を変え、そのそれぞれの場合ついて振動センサ２４・２５・２６により加速度を、レーザ変位計２７により球状体４の垂直方向の変位を、レーザ変位計２８により加圧体６の垂直方向の変位を同時に計測した。但し、フレシュコンクリート２９の量は、いずれの水／セメント比についても容器３内での高さが約３００ｍｍ程度になるようにした。
【００２５】図３から図７に検出波形を示し、図３はフレッシュコンクリート２９の水／セメント比が３５％の場合、図４は３６％の場合、図５は３８％の場合、図６は４０％の場合、図７は４２％の場合で、いずれの場合も、振動機１の励振振動数は８５Ｈｚ、その励振加速度は１２Ｇの条件下で、フレッシュコンクリート２９の投入開始から３５０秒間計測したものである。これらの図は、横軸に、フレッシュコンクリート２９の投入開始からの振動締め固め時間を、縦軸に検出波形の高さをとってあり、（１）は球状体４の変位を検出するレーザ変位計２７の出力波形、（２）は加圧体６の変位を検出するレーザ変位計２８の出力波形、（３）はコンクリート２９内の振動を検出する振動センサ２４の出力波形（加速度振幅波形）、（４）は加圧体６の振動を検出する振動センサ２５の出力波形（加速度振幅波形）を表している。以下、（１）を球状体変位波形、（２）を加圧体変位波形、（３）をコンクリート加速度振幅波形、（４）を加圧体加速度振幅波形と言う。
【００２６】代表として水／セメント比が３８％の場合につき図８に別記して検出波形の解説をする。なお、単位の異なる４つの波形を同一の時間軸（横軸）上に示すため、縦軸には目盛りを付さず、縦軸の左側に凡例として各波形の大きさの標準を付記してある。
【００２７】（１）の球状体変位波形から分かるように、球状体４は、フレッシュコンクリート ２９中に解放されると一旦は下降し、ｃ時点から上昇に転じている。一方、加圧体６は、（２）の加圧体変位波形から分かるように、フレッシュコンクリート２９上に載置したｂ時点からほぼｃ時点までの間は急速に下降するが、その後は緩やかに下降している。また、（３）のコンクリート加速度振幅波形から分かるように、コンクリート２９中の加速度振幅は、加圧体６をコンクリート２９上に載置したｂ時点から急峻に大きくなり、ｃ時点付近で減衰して以後は同じような大きさが継続している。一方、加圧体６の加速度振幅は、（４）の加圧体加速度振幅波形から分かるように、加圧体６をコンクリート２９上に載置したｂ時点からランダムな変化を示しているが、ｃ時点まではいかない段階で終息し、以後は大きく変化することなく次第に大きくなっている。
【００２８】このようなことから、コンクリート２９の振動締め固め中における物性を次のように初期と中期と終期の３つの段階に分けることができる。
初期段階（図８の横軸上に示した０からｃの期間）
コンクリート中の空気の放出が行われ、加圧体６（コンクリート上面）が急速に沈下し、機械的な加圧締め固めが行われる過程である。
中期段階（ｃからｄの期間）
コンクリートの粘性と弾性の同時作用により、締め固めが促進される過程で、粒子間の間隔が最小に近づく。球状体４の沈降が一旦止まって、上昇運動（浮上）に移り、加速度振幅波形（３）及び（４）も小さくなる。加圧体６の沈降は急速ではないが継続する。
終期段階（ｄからｅの期間）
コンクリート２９の粘性が卓越し、その液状化（粘弾性体の性状）が進行する液状化・付加加圧過程である。球状体４は浮上していくが、加圧体６の沈降速度は最小になる。
【００２９】このような３段階の区分けは、図８（図５R>５）の場合（水／セメント比３８％）よりも、水／セメント比が小さい図３の場合（水／セメント比３５％）及び図４の場合（水／セメント比３６％）の方がより明瞭であり、水／セメント比が大きい図６の場合（水／セメント比４０％）及び図７の場合（水／セメント比４２％）には明瞭さが低いことが分かる。また、これらの図を比較することにより、水／セメント比と物性の変化の関係も判定できる。なお、図６と図７とを比較すると、図７の方が図６よりも区分けが明瞭であるが、これは測定ムラによる。一般に超硬練りコンクリートとは、水／セメント比が４０％以下のものを言うが、図７は、４０％を越えても３段階の区分けが可能であることを示している。
【００３０】上記の実験結果から、コンクリート中の加速度振幅及び加圧体４の加速度振幅が急速に鎮静化し、一旦下降した球状体４が浮上に移行するときをもって液状化の発現の時期と推定することができる。また、加圧体６の沈降速度の減衰から締め固めの完了時期を推定することができる。そして、このことからコンクリートの液状化とワーカビリティーの関係、及び締め固め完了とワーカビリティーの関係を判定することができる。
【００３１】液状化の発現時期の推定は、上記のように球状体４の挙動のみからでも可能であるが、更にコンクリート中の加速度振幅波形の鎮静化までの時間も加味すれば、より確実になる。図９に、振動センサ２４が捉える加速度振幅波形（３）の鎮静化の時期と、球状体変位波形（１）の浮上曲線が僅かに屈折する時期（この時期を液状化の終了時期と推定）との関係を示す。この場合、振動機１の励振振動数は８５Ｈｚ、励振加速度は１２Ｇとし、コンクリートの練置き時間を２分にしたときの測定値と１７分にしたときの測定値の平均を求め、横軸に水／セメント比（％）、縦軸に時間（秒）をとっている。また、図１０に、水／セメント比と、コンクリート中の加速度振幅が減衰するまでの時間との関係を示す。この図は、横軸に水／セメント比（％）、縦軸に時間（秒）をとり、振動機１の励振振動数は８５Ｈｚに固定して、その励振加速度が１０Ｇの場合を（Ａ）、１２Ｇの場合を（Ｂ）、１３Ｇの場合を（Ｃ）、１４Ｇの場合を（Ｄ）に示す。また、コンクリートの練置き時間を２分にしたときの測定値を破線で結び、１７分にしたときの測定値を実線で結んで表している。
【００３２】図９から、またこの図と図１０との比較から、球状体変位波形（１）の浮上曲線が僅かに屈折するまでの時間と、コンクリート中の加速度振幅が減衰するまでの時間とは近似関係にあることが分かる。また、励振加速度が１３Ｇないし１４Ｇでは、コンクリートが液状化するまでの時間が短いので、実際の成形条件としては良いが、ワーカビリティーの判定には、励振加速度が１０Ｇないし１２Ｇの範囲が、水／セメント比と所要時間との関係が明瞭であるため好都合である。更に、練置き時間が測定値に関係していることから、練置き時間をワーカビリティーの判定の条件にすることが必要である。なお、より正確な判定を期すためには、測定時の気温、湿度などのコンクリートの性状に影響を及ぼす要素について補正をすることが必要である。
【００３３】加圧体６の沈降の変化は、上記のようにコンクリートの締め固めの進行と関係している。そこで、加圧体６の沈降速度を、レーザ変位計２８で測定した変位量を時間微分することにより得て、その値がある時間内（例えば７秒）に一定以下（例えば０．１ｍｍ以下）になる時点をもって締め固めの完了と推定することができる。また、コンクリート中の加速度振幅の変化もコンクリートの締め固めの進行と関係しているので、この加速度振幅が鎮静化するまでの時間からも締め固めの完了を推定することが可能である。
【００３４】また、球状体４の浮上速度から次のようにコンクリート２９の粘性係数を求めることができる。すなわち、球状体４の平均浮上速度は、図８において、例えばｃ時点からｅ時点までの時間ｔと、その時間ｔでの変位量ｈからｈ／ｔで与えられ、これは球状体４とコンクリート２９との相対速度と見做すことができる。ｃ時点からｅ時点まで期間は、上記のようにコンクリート２９が粘弾性体の性状を呈し、この中を球状体４が垂直に上昇するので、極めて小さいレイノルズ数の流れの中を球体が直線運動するときに成立する次の式を適用できる。この式は、図２の例のように球状体３０を強制的に引き上げる場合にも同様に適用できる。但し、この場合は、球状体３０の引き上げ速度をコンクリート２９との相対速度と見做すことができる。
【００３５】Ｆ＝３πμＵＤここに、Ｆは球体の引上げ力（Ｎ）、μは粘性係数（ＫＮ・ｓ・ｍ-2）、Ｕは球体とコンクリートとの相対速度（ｍ・ｓ-1）、Ｄは球体の直径（ｍ）、πは円周率である。Ｆは、図１の例のように球状体４が浮力のみで上昇する場合には、コンクリート中で働く浮力に置き換えることができ、図２の例の場合は引上げ用重錘３１による荷重である。
【００３６】図１１に、図１の測定装置による球状体４の浮上速度と、図２の測定装置による球状体３０の引き上げ速度とを比較して示す。また、図１２に、球状体４を浮上させた場合の粘性係数と、球状体３０を引き上げた場合の粘性係数とを比較して示す。但し、球状体４の大きさ及びコンクリート中での浮力は上記のとおりである。また、球状体３０の直径は２８．５ｍｍで、引上げ用重錘３１の重量は１Ｋｇｆである。これらの図において、破線は球状体４の浮上させた場合、実線は球状体３０の引き上げた場合である。また、振動機１の励振振動数は８５Ｈｚに固定して、その励振加速度が１０Ｇの場合を（Ａ）、１２Ｇの場合を（Ｂ）、１３Ｇの場合を（Ｃ）、１４Ｇの場合を（Ｄ）に示す。図１１は横軸に水／セメント比（％）、縦軸に速度（ｍｍ／ｓ）をとっている。図１２は横軸に水／セメント比（％）、縦軸に粘性係数μ（ＫＮ・ｓ・ｍ-2）をとっている。
【００３７】図１１から分かるように、球状体４の浮上速度は、水／セメント比が大きくなってもほとんど変わらないが、球状体３０の引き上げ速度は水／セメント比が大きくなるに従い大きくなっている。また、図１２から分かるように、球状体４を浮上させた場合の粘性係数と球状体３０を引き上げた場合の粘性係数とは、同じ水／セメント比でほぼ同じ値になっているか、若干の違いはあっても大差はなく、しかも水／セメント比の変化により同じような推移で変化している。２つの場合の粘性係数がこのように近似していることから、また水／セメント比の変化による粘性係数の変化が、２つの場合とも明瞭に現れていることから、粘性係数を精度良く測定できることを、相互に照合して証明していると言える。
【００３８】前述のように図１の例では、コンクリート中の振動と加圧体６の振動と振動テーブル２の振動の３つの振動を検出し、また図２の例では、加圧体６の振動と振動テーブル２の振動の２つの振動を検出する。そこで、３つ又は２つの振動の位相差を取り出せば、コンクリートの物性の把握がより詳細になり、更には振幅比と位相差の面からもコンクリートの性状の判定が行える。
【００３９】なお、上記の説明では、振動によって液状化する物質として超硬練りコンクリートを例にしたが、このような物質としては、例えばスラグや地震時に液状化する砂土などがあり、特にこのような砂土に対して本発明を適用すれば、地震時の地盤の液状化現象の把握及びその対策に役立てることができる。
【００４０】
【発明の効果】本発明による効果を以下に列挙する。
■ 超硬練りコンクリート等の振動によって液状化する物質について、その振動締め固め過程での物性を、動的にかつ容易に測定することができる。
■ 液状化していく過程を時々刻々に捉えて液状化の発現の時期を推定することができるとともに、締め固めの進行状況や粘性の変化等を動的に捉えることができ、コンクリートの場合には、振動締め固めによる液状化の発現の時期とワーカビリティーとの関係などを知ることができる。
■ 球状体の変位からその速度が得られるため、締め固め過程での粘性係数等の測定も可能である。
■ 与える振動の振動数やその強度、コンクリートの場合には水／セメント比などの条件を変えることで、それとの関係も知ることができる。
■ 上載荷重を加える加圧体の変位を検出すれば、加圧体の沈降速度の減衰から締め固めの完了時期を推定することができ、しかも物質の振動の振幅と球状体の変位という２つのファクタに、加圧体の変位（沈降速度）というファクタも加わるため、液状化の発現の時期の推定や締め固めの進行状況の把握やワーカビリティーの判定などがより正確かつ容易になる。
■ 球状体に取り付けたセンサで振動を検出する場合には、垂直方向に変位可能に吊り下げられた球状体のそのときの位置での物質中の振動を直接検出できるので、物性の変化を正確に捉えることができる。また、コンクリートのコンシステンシーの研究にも役立つ。
■ 球状体の変位及び加圧体の変位の両方とも、容器外で検出でき、しかも球状体に取り付けたセンサで振動を検出する場合には、上記のように物質中の振動を直接検出でき、また加圧体に備えたセンサで振動を検出する場合には、物質中を伝播してきた振動を外部で間接的に検出することができるので、球状体の変位と加圧体の変位と物質の振動のいずれの検出も、超硬練りコンクリートの実際の成形時と同様に、型枠に代わる容器を加圧体で閉じて密閉状態にしたまま行えるので、実際の成形工程に合わせた測定を行うことができる。
■ 超硬練りコンクリートに限らず、地震時に液状化する砂土などの物性の把握にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の測定装置を示す概要構成図である。
【図２】第２実施例の測定装置を示す概要構成図である。
【図３】図１の測定装置で実験した検出波形を示す図で、コンクリートの水／セメント比を３５％とした場合である。
【図４】コンクリートの水／セメント比を３６％とした場合の同様の図である。
【図５】同じく水／セメント比を３８％とした場合の図である。
【図６】同じく水／セメント比を４０％とした場合の図である。
【図７】同じく水／セメント比を４０％とした場合の図である。
【図８】コンクリートの水／セメント比が３８％の場合を代表として検出波形の解説をするための図である。
【図９】図１の測定装置による実験結果から得られたコンクリート中の振動の加速度振幅波形の鎮静化の時期と、球状体変位波形の浮上曲線が僅かに屈折する時期との関係を示すグラフである。
【図１０】同じく、水／セメント比とコンクリート中の加速度振幅が減衰するまでの時間との関係を示すグラフである。
【図１１】図１の測定装置における球状体の浮上速度と図２の測定装置における球状体の引き上げ速度とを比較したグラフである。
【図１２】図１の測定装置から得られた粘性係数と図２の測定装置から得られた粘性係数とを比較したグラフである。
【符号の説明】
１ 振動機
２ 振動テーブル
３ 容器
４ 球状体
５ 球状体の吊り下げ機構
６ 加圧体
７ 加圧体の吊り下げ機構
１７ 上載荷重調整用重錘
２２ 平衡重錘
２４・２５・２６ 振動センサ（加速度センサ）
２７・２８ レーザ変位計
２９ コンクリート
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば超硬練りコンクリートのように、振動によって液状化して粘弾性体の性状を呈する物質の物性を測定する方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】通常のコンクリートに比べて単位水量が著しく少ない（水／セメント比が約４０％以下）超硬練りコンクリートの成形には、振動と上載荷重とを同時に加える振動締め固め法が採られている（例えば、特公昭４５−３６３０５号公報、実公昭５７−４２６３５号公報、特開平２−２５３０３号公報参照）。この方法によれば、セメントペーストの量が少なくとも、骨材間隔を小さくして付着強度を増加させることができるので、少ないセメント量で所要の強度が得られしかもコンクリート本来の品質向上も図れる。そしてまた、即時脱型による経済性や、生産の多様化への対応性や、生産の自動化への適応性など、工場生産にとっても非常に有利である。
【０００３】通常のコンクリートについては、その物性（粘性抵抗やワーカビリティー等）を測定する種々の方法が既に提案され、満足できるものは少ないが、それなりの精度は得られている。しかし、通常のコンクリートに対して行っている測定法は、フレシッコンクリート自体が初めから液状に流動するから実現できているものであり、当初は見掛け上、粉粒体と変わらず、振動締め固めをしなければ液状化しない超硬練りコンクリートには適用できない。超硬練りコンクリートは、振動締め固めを行う以前の粉粒状態での物性を捉えてもほとんど意味がなく、振動締め固め過程での物性を動的に捉えて初めてその性質を把握できるものである。
【０００４】超硬練りコンクリートは上記のような利点があるにも拘わらず、従来はその振動締め固め過程での物性を測定する方法がなかったので、振動締め固め条件の設定や配合調整や骨材の選択などは、人の経験と勘に頼らざるを得なかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、超硬練りコンクリートのように、振動によって液状化して粘弾性体の性状を呈する物質の物性を、振動締め固め過程で動的にかつ容易に測定することができる測定方法及び測定装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明による測定方法は、振動によって液状化する物質を容器に入れて、吊り下げた球状体を物質中に埋入させ、この物質に上載荷重及び振動を与えながら球状体の垂直方向の変位と、物質中又は物質を伝播してきた振動を検出する。なお、本発明において「球状体」とは、文字通りの球体に限らず、球の変形体（例えば楕円球）や多面体をも含むものとする。
【０００７】球状体に取り付けたセンサによって物質中の振動を検出するのが良い。球状体の重量を平衡重錘の重量と平衡させて、空気中における球状体の重量を０にしておけば、容器内の物質が液状化したときその浮力によって球状体を浮上させることができる。球状体は一定の引上げ力で物質中を引き上げても良い。
【０００８】容器に対して垂直方向に変位可能な加圧体によって物質に上載荷重を与えることができる。この場合、加圧体の垂直方向の変位を直接又は間接的に検出する。また、この加圧体の振動を検出すれば、物質を伝播してきた振動を間接的に検出できることになる。容器を振動機で振動させて物質に振動を与えることができる。この場合、物質中又は物質を伝播してきた振動との比較を行えるように、振動機の励振振動を検出する。
【０００９】本発明の第１の形態の測定装置は、振動によって液状化する物質を入れる上面開口した容器と、この容器に振動を与える振動機と、容器内の物質に上載荷重を与えるためこの容器に対して垂直方向に変位自在な加圧体と、振動を検出するセンサを内蔵した球状体と、この球状体を容器内の物質中に埋入させた状態で垂直方向に変位可能に吊り下げる吊り下げ機構と、この吊り下げ機構を介して球状体と重量を平衡させる平衡重錘と、この平衡重錘又は吊り下げ機構の垂直方向の変位を検出することにより球状体の垂直方向の変位を容器外で間接的に検出する第１の変位センサと、加圧体の垂直方向の変位を検出する第２の変位センサとからなる。
【００１０】本発明の第２の形態の測定装置は、振動によって液状化する物質を入れる上面開口した容器と、この容器に振動を与える振動機と、容器内の物質に上載荷重を与えるためこの容器に対して垂直方向に変位自在な加圧体と、球状体と、この球状体を容器内の物質中に埋入させた状態で垂直方向に変位可能に吊り下げる吊り下げ機構と、この吊り下げ機構を介して球状体に一定の引上げ力を与える引上げ用重錘と、この引上げ用重錘又は吊り下げ機構の垂直方向の変位を検出することにより球状体の垂直方向の変位を容器外で間接的に検出する第１の変位センサと、加圧体の垂直方向の変位を検出する第２の変位センサと、加圧体の振動を検出するセンサとからなる。
【００１１】
【作用】容器内の物質が、上載荷重及び振動を与えられて液状化すると、吊り下げられている球状体が、一旦下降した後、又は下降することなく物質中を上昇していく。この変位を容器外で検出すると同時に、物質の振動を検出すると、その振幅の変化と球状体の運動の推移の両方から、液状化していく過程を時々刻々に捉えて液状化の発現の時期を推定することができるとともに、締め固めの進行状況や粘性の変化等を動的に捉えることができ、コンクリートの場合には、振動締め固めによる液状化の発現の時期とワーカビリティーとの関係などを知ることができる。また、球状体の変位からその速度が得られるため、締め固め過程での粘性係数等の測定も可能になる。更に、与える振動の振動数やその強度、コンクリートの場合には水／セメント比などの条件を変えることで、それとの関係も知ることができる。
【００１２】また、上載荷重を加える加圧体の変位を検出すれば、加圧体の沈降速度の減衰から締め固めの完了時期を推定することができ、しかも物質の振動の振幅と球状体の変位という２つのファクタに、加圧体の変位（沈降速度）というファクタも加わるため、液状化の発現の時期の推定や締め固めの進行状況の把握やワーカビリティーの判定などがより正確かつ容易になる。
【００１３】球状体の変位及び加圧体の変位の両方とも、容器外で検出できる。また、球状体に取り付けたセンサで振動を検出する場合には、垂直方向に変位可能に吊り下げられた球状体のそのときの位置での物質中の振動を直接検出することになり、加圧体に備えたセンサで振動を検出する場合には、物質中を伝播してきた振動を外部で間接的に検出することになる。すなわち、球状体の変位と加圧体の変位と物質の振動のいずれの検出も、超硬練りコンクリートの実際の成形時と同様に、型枠に代わる容器を加圧体で閉じて密閉状態にしたまま行えるので、実際の成形工程に合わせた測定を行うことができる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の実施例とその実験結果を図面を参照して説明する。
【００１５】図１は本発明の第１実施例の測定装置を示す。この測定装置は、一対の振動機１を取り付けた振動テーブル２上に容器３を固定し、また球状体４を、吊り下げ機構５によって図示しないフレームから吊り下げるとともに、加圧体６を、吊り下げ機構７によって同じフレームから吊り下げている。振動テーブル２は、空気圧クッションを利用した複数のダッシュポット（緩衝制動器）８及び複数の支持スプリング９を介してベース１０上に水平に支持されている。この振動テーブル２が振動機１により振動されると、容器３もこれと一体に振動する。容器３は、、本例の場合、コンクリートの成形型を模したもので、上面が開口した有底の縦長円筒状で、かつ硬化後のコンクリートを容易に取り出すことができるように、２つ割り構造になっている。
【００１６】加圧体６は、容器３の内径より僅かに小さい外径の厚い円盤状で、吊り下げ機構７で吊り下げたまま容器３内に自在に挿入させることができる。この加圧体６の中央には、上下に貫通する小さい孔１１が設けられている。
【００１７】吊り下げ機構７は、上記フレームに、第１組の２つの滑車１２・１２を同じ軸線上に軸支するとともに、第２組の２つの滑車１３・１３を同様に同じ軸線上に軸支し、これら２組の滑車にワイヤ１４を２つの部分に分けて掛け、第１組の２つの滑車１２・１２から垂下させたワイヤ１４の２本の垂直部分１４ａ・１４ａの下端を加圧体６の上面に接続して、これら２本の垂直部分１４ａ・１４ａで加圧体６を水平状態に保持できるように吊り下げる一方、第２組の２つの滑車１３・１３から垂下したワイヤ１４の他方の２本の垂直部分１４ｂ・１４ｂがＵ字状に連続する部分に吊車１５を掛け吊りしたものである。この吊車１５の軸１６には、上載荷重調整用重錘１７を着脱自在に懸垂できるようになっている。第１組の２つの滑車１２・１２から垂下したワイヤ１４の２本の垂直部分１４ａ・１４ａの中間には、加圧体６から伝達してくる振動を絶縁するためスプリング１８・１８を介在させてある。
【００１８】一方、球状体４の吊り下げ機構５は、上記フレームに軸支された２つの滑車１９・２０に１本のワイヤ２１を掛け、滑車１９から垂下させたワイヤ２１の垂直部分２１ａを加圧体６の孔１１に挿通させてこの垂直部分２１ａの下端に球状体４を接続する一方、この球状体４の空気中における重量を０にするため、滑車２０から垂下させたワイヤ２１の垂直部分２１ｂの下端に平衡重錘２２を着脱可能に接続したものである。滑車１９から垂下させたワイヤ２１の垂直部分２１ａの中間には、球状体４から伝達してくる振動を絶縁するためスプリング２３を介在させてある。
【００１９】球状体４は、表面が滑らかなプラスチック球体又は金属球体の内部に、コンクリート中の振動を検出する第１の振動センサ２４を内蔵したものである。また、加圧体６の上面には、コンクリートを伝播してきた振動を検出する第２の振動センサ２５が取り付けられ、更に振動機１の励振振動を検出するため、振動テーブル２上に第３の振動センサ２６が取り付けられている。これら振動センサ２４・２５・２６として本例では加速度センサを使用している。
【００２０】また、上記フレームには、平衡重錘２２の垂直方向の変位量を検出する第１のレーザ変位計２７と、上載荷重調整用重錘１７の垂直方向の変位量を検出する第２のレーザ変位計２８とがそれぞれ所定の高さ位置に固定されている。平衡重錘２２は、球状体４が下降するとその変位量だけ上昇し、球状体４が上昇するとその変位量だけ下降するので、第１のレーザ変位計２７は、球状体４の垂直方向の変位量を容器３の外部で間接的に検出することになる。また、上載荷重調整用重錘１７は、加圧体６が下降するとその変位量だけ上昇し、加圧体６が上昇するとその変位量だけ下降するので、第２のレーザ変位計２８は、加圧体６の垂直方向の変位量を間接的に検出することになる。
【００２１】図１に示した測定装置によって超硬練りコンクリートの物性を測定するには、次のようにする。球状体４が、空の容器３内の所定の高さ位置で宙吊り状態を維持するように、容器３外でワイヤ２１を一時的に固定しておく。この状態で容器３内に粉粒状のフレッシュコンクリート２９を投入し、球状体４がフレッシュコンクリート２９中に完全に埋入されたらワイヤ２１の固定を解除して球状体４をフレッシュコンクリート２９中に解放し、更にフレッシュコンクリート２９を容器３内に所定の高さまで投入する。そして、振動機１を起動してから加圧体６をフレッシュコンクリート２９上に載置し、容器３内のコンクリート２９を振動締め固めながら、コンクリート２９中の振動を振動センサ（加速度センサ）２４で、加圧体６の振動を振動センサ（加速度センサ）２５で、振動テーブル２の振動を振動センサ（加速度センサ）２６でそれぞれ検出するとともに、平衡重錘２２の垂直方向の変位をレーザ変位計２７で、上載荷重調整用重錘１７の垂直方向の変位をレーザ変位計２８でそれぞれ検出する。
【００２２】次に、図２に示した本発明の第２実施例の測定装置について説明する。この測定装置は、図１に示した第１実施例の測定装置と次の点が相違する。すなわち、図１の例では振動センサ２４を内蔵した球状体４を使用し、これを平衡重錘２２と平衡させたが、図２の例では、振動センサを備えない単なる球体（例えば鋼球）である球状体３０を使用する。また、この球状体３０を所定の引上げ力で強制的に引き上げことができるようにするため、平衡重錘２２に加えて引上げ用重錘３１を使用する。これら重錘２２・３１と球状体３０とを連結するワイヤ２１の垂直部分２１ａの中間に、引上げ用重錘３１の荷重を電気的に検出するロードセル３２と、その検出された荷重を表示する荷重計３３とを介在させる。この荷重計３３はスプリングを備えているので、球状体３０から伝達してくる振動をこのスプリングにより絶縁できる。加圧体６の振動及び振動テーブル２の振動は図１R>１の例と同様に振動センサ２５・２６によりそれぞれ検出する。
【００２３】図２に示した測定装置によって超硬練りコンクリートの物性を測定するには、次のようにする。球状体３０が、空の容器３内の所定の高さ位置で宙吊り状態を維持するように、容器３外でワイヤ２１を一時的に固定しておく。この状態で容器３内に粉粒状のフレッシュコンクリート２９を所定高さまで投入して球状体３０をフレッシュコンクリート２９中に完全に埋入させる。そして、振動機１を起動してから加圧体６をフレッシュコンクリート２９上に載置し、容器３内のコンクリート２９を振動締め固めながら、加圧体６の振動を振動センサ（加速度センサ）２５で、振動機１の励振振動を振動センサ２６でそれぞれ検出する。コンクリート２９の締め固めがある程度進行して加圧体６の沈降が終息したと推定される時点に、ワイヤ２１の固定を解除して球状体３０をコンクリート２９中に解放し、この球状体３０を、引上げ用重錘３１による荷重と球状体３０に働く浮力とでコンクリート２９中を強制的に引上げながら、引上げ用重錘３１の垂直方向の変位をレーザ変位計２７で検出するとともに、振動センサ２５・２６によって引き続き振動を検出する。
【００２４】図１の構造の測定装置により上述のような方法で実験を行った。この場合、球状体４の直径３８．０ｍｍ、体積２８．７３ｃｃ、重量４５ｇ、密度１．５７ｇ／ｃｍ3 とした。この球状体４のコンクリート中での浮力は７０ｇｆである。また、容器３の内径（直径）１５０ｍｍ、加圧体６の重量１３．５Ｋｇとし、その加圧力を上載荷重調整用重錘１７により０．０３８Ｋｇ／ｃｍ2 に調整した。そして、フレッシュコンクリート２９の水／セメント比を変え、そのそれぞれの場合ついて振動センサ２４・２５・２６により加速度を、レーザ変位計２７により球状体４の垂直方向の変位を、レーザ変位計２８により加圧体６の垂直方向の変位を同時に計測した。但し、フレシュコンクリート２９の量は、いずれの水／セメント比についても容器３内での高さが約３００ｍｍ程度になるようにした。
【００２５】図３から図７に検出波形を示し、図３はフレッシュコンクリート２９の水／セメント比が３５％の場合、図４は３６％の場合、図５は３８％の場合、図６は４０％の場合、図７は４２％の場合で、いずれの場合も、振動機１の励振振動数は８５Ｈｚ、その励振加速度は１２Ｇの条件下で、フレッシュコンクリート２９の投入開始から３５０秒間計測したものである。これらの図は、横軸に、フレッシュコンクリート２９の投入開始からの振動締め固め時間を、縦軸に検出波形の高さをとってあり、（１）は球状体４の変位を検出するレーザ変位計２７の出力波形、（２）は加圧体６の変位を検出するレーザ変位計２８の出力波形、（３）はコンクリート２９内の振動を検出する振動センサ２４の出力波形（加速度振幅波形）、（４）は加圧体６の振動を検出する振動センサ２５の出力波形（加速度振幅波形）を表している。以下、（１）を球状体変位波形、（２）を加圧体変位波形、（３）をコンクリート加速度振幅波形、（４）を加圧体加速度振幅波形と言う。
【００２６】代表として水／セメント比が３８％の場合につき図８に別記して検出波形の解説をする。なお、単位の異なる４つの波形を同一の時間軸（横軸）上に示すため、縦軸には目盛りを付さず、縦軸の左側に凡例として各波形の大きさの標準を付記してある。
【００２７】（１）の球状体変位波形から分かるように、球状体４は、フレッシュコンクリート ２９中に解放されると一旦は下降し、ｃ時点から上昇に転じている。一方、加圧体６は、（２）の加圧体変位波形から分かるように、フレッシュコンクリート２９上に載置したｂ時点からほぼｃ時点までの間は急速に下降するが、その後は緩やかに下降している。また、（３）のコンクリート加速度振幅波形から分かるように、コンクリート２９中の加速度振幅は、加圧体６をコンクリート２９上に載置したｂ時点から急峻に大きくなり、ｃ時点付近で減衰して以後は同じような大きさが継続している。一方、加圧体６の加速度振幅は、（４）の加圧体加速度振幅波形から分かるように、加圧体６をコンクリート２９上に載置したｂ時点からランダムな変化を示しているが、ｃ時点まではいかない段階で終息し、以後は大きく変化することなく次第に大きくなっている。
【００２８】このようなことから、コンクリート２９の振動締め固め中における物性を次のように初期と中期と終期の３つの段階に分けることができる。
初期段階（図８の横軸上に示した０からｃの期間）
コンクリート中の空気の放出が行われ、加圧体６（コンクリート上面）が急速に沈下し、機械的な加圧締め固めが行われる過程である。
中期段階（ｃからｄの期間）
コンクリートの粘性と弾性の同時作用により、締め固めが促進される過程で、粒子間の間隔が最小に近づく。球状体４の沈降が一旦止まって、上昇運動（浮上）に移り、加速度振幅波形（３）及び（４）も小さくなる。加圧体６の沈降は急速ではないが継続する。
終期段階（ｄからｅの期間）
コンクリート２９の粘性が卓越し、その液状化（粘弾性体の性状）が進行する液状化・付加加圧過程である。球状体４は浮上していくが、加圧体６の沈降速度は最小になる。
【００２９】このような３段階の区分けは、図８（図５R>５）の場合（水／セメント比３８％）よりも、水／セメント比が小さい図３の場合（水／セメント比３５％）及び図４の場合（水／セメント比３６％）の方がより明瞭であり、水／セメント比が大きい図６の場合（水／セメント比４０％）及び図７の場合（水／セメント比４２％）には明瞭さが低いことが分かる。また、これらの図を比較することにより、水／セメント比と物性の変化の関係も判定できる。なお、図６と図７とを比較すると、図７の方が図６よりも区分けが明瞭であるが、これは測定ムラによる。一般に超硬練りコンクリートとは、水／セメント比が４０％以下のものを言うが、図７は、４０％を越えても３段階の区分けが可能であることを示している。
【００３０】上記の実験結果から、コンクリート中の加速度振幅及び加圧体４の加速度振幅が急速に鎮静化し、一旦下降した球状体４が浮上に移行するときをもって液状化の発現の時期と推定することができる。また、加圧体６の沈降速度の減衰から締め固めの完了時期を推定することができる。そして、このことからコンクリートの液状化とワーカビリティーの関係、及び締め固め完了とワーカビリティーの関係を判定することができる。
【００３１】液状化の発現時期の推定は、上記のように球状体４の挙動のみからでも可能であるが、更にコンクリート中の加速度振幅波形の鎮静化までの時間も加味すれば、より確実になる。図９に、振動センサ２４が捉える加速度振幅波形（３）の鎮静化の時期と、球状体変位波形（１）の浮上曲線が僅かに屈折する時期（この時期を液状化の終了時期と推定）との関係を示す。この場合、振動機１の励振振動数は８５Ｈｚ、励振加速度は１２Ｇとし、コンクリートの練置き時間を２分にしたときの測定値と１７分にしたときの測定値の平均を求め、横軸に水／セメント比（％）、縦軸に時間（秒）をとっている。また、図１０に、水／セメント比と、コンクリート中の加速度振幅が減衰するまでの時間との関係を示す。この図は、横軸に水／セメント比（％）、縦軸に時間（秒）をとり、振動機１の励振振動数は８５Ｈｚに固定して、その励振加速度が１０Ｇの場合を（Ａ）、１２Ｇの場合を（Ｂ）、１３Ｇの場合を（Ｃ）、１４Ｇの場合を（Ｄ）に示す。また、コンクリートの練置き時間を２分にしたときの測定値を破線で結び、１７分にしたときの測定値を実線で結んで表している。
【００３２】図９から、またこの図と図１０との比較から、球状体変位波形（１）の浮上曲線が僅かに屈折するまでの時間と、コンクリート中の加速度振幅が減衰するまでの時間とは近似関係にあることが分かる。また、励振加速度が１３Ｇないし１４Ｇでは、コンクリートが液状化するまでの時間が短いので、実際の成形条件としては良いが、ワーカビリティーの判定には、励振加速度が１０Ｇないし１２Ｇの範囲が、水／セメント比と所要時間との関係が明瞭であるため好都合である。更に、練置き時間が測定値に関係していることから、練置き時間をワーカビリティーの判定の条件にすることが必要である。なお、より正確な判定を期すためには、測定時の気温、湿度などのコンクリートの性状に影響を及ぼす要素について補正をすることが必要である。
【００３３】加圧体６の沈降の変化は、上記のようにコンクリートの締め固めの進行と関係している。そこで、加圧体６の沈降速度を、レーザ変位計２８で測定した変位量を時間微分することにより得て、その値がある時間内（例えば７秒）に一定以下（例えば０．１ｍｍ以下）になる時点をもって締め固めの完了と推定することができる。また、コンクリート中の加速度振幅の変化もコンクリートの締め固めの進行と関係しているので、この加速度振幅が鎮静化するまでの時間からも締め固めの完了を推定することが可能である。
【００３４】また、球状体４の浮上速度から次のようにコンクリート２９の粘性係数を求めることができる。すなわち、球状体４の平均浮上速度は、図８において、例えばｃ時点からｅ時点までの時間ｔと、その時間ｔでの変位量ｈからｈ／ｔで与えられ、これは球状体４とコンクリート２９との相対速度と見做すことができる。ｃ時点からｅ時点まで期間は、上記のようにコンクリート２９が粘弾性体の性状を呈し、この中を球状体４が垂直に上昇するので、極めて小さいレイノルズ数の流れの中を球体が直線運動するときに成立する次の式を適用できる。この式は、図２の例のように球状体３０を強制的に引き上げる場合にも同様に適用できる。但し、この場合は、球状体３０の引き上げ速度をコンクリート２９との相対速度と見做すことができる。
【００３５】Ｆ＝３πμＵＤここに、Ｆは球体の引上げ力（Ｎ）、μは粘性係数（ＫＮ・ｓ・ｍ-2）、Ｕは球体とコンクリートとの相対速度（ｍ・ｓ-1）、Ｄは球体の直径（ｍ）、πは円周率である。Ｆは、図１の例のように球状体４が浮力のみで上昇する場合には、コンクリート中で働く浮力に置き換えることができ、図２の例の場合は引上げ用重錘３１による荷重である。
【００３６】図１１に、図１の測定装置による球状体４の浮上速度と、図２の測定装置による球状体３０の引き上げ速度とを比較して示す。また、図１２に、球状体４を浮上させた場合の粘性係数と、球状体３０を引き上げた場合の粘性係数とを比較して示す。但し、球状体４の大きさ及びコンクリート中での浮力は上記のとおりである。また、球状体３０の直径は２８．５ｍｍで、引上げ用重錘３１の重量は１Ｋｇｆである。これらの図において、破線は球状体４の浮上させた場合、実線は球状体３０の引き上げた場合である。また、振動機１の励振振動数は８５Ｈｚに固定して、その励振加速度が１０Ｇの場合を（Ａ）、１２Ｇの場合を（Ｂ）、１３Ｇの場合を（Ｃ）、１４Ｇの場合を（Ｄ）に示す。図１１は横軸に水／セメント比（％）、縦軸に速度（ｍｍ／ｓ）をとっている。図１２は横軸に水／セメント比（％）、縦軸に粘性係数μ（ＫＮ・ｓ・ｍ-2）をとっている。
【００３７】図１１から分かるように、球状体４の浮上速度は、水／セメント比が大きくなってもほとんど変わらないが、球状体３０の引き上げ速度は水／セメント比が大きくなるに従い大きくなっている。また、図１２から分かるように、球状体４を浮上させた場合の粘性係数と球状体３０を引き上げた場合の粘性係数とは、同じ水／セメント比でほぼ同じ値になっているか、若干の違いはあっても大差はなく、しかも水／セメント比の変化により同じような推移で変化している。２つの場合の粘性係数がこのように近似していることから、また水／セメント比の変化による粘性係数の変化が、２つの場合とも明瞭に現れていることから、粘性係数を精度良く測定できることを、相互に照合して証明していると言える。
【００３８】前述のように図１の例では、コンクリート中の振動と加圧体６の振動と振動テーブル２の振動の３つの振動を検出し、また図２の例では、加圧体６の振動と振動テーブル２の振動の２つの振動を検出する。そこで、３つ又は２つの振動の位相差を取り出せば、コンクリートの物性の把握がより詳細になり、更には振幅比と位相差の面からもコンクリートの性状の判定が行える。
【００３９】なお、上記の説明では、振動によって液状化する物質として超硬練りコンクリートを例にしたが、このような物質としては、例えばスラグや地震時に液状化する砂土などがあり、特にこのような砂土に対して本発明を適用すれば、地震時の地盤の液状化現象の把握及びその対策に役立てることができる。
【００４０】
【発明の効果】本発明による効果を以下に列挙する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の測定装置を示す概要構成図である。
【図２】第２実施例の測定装置を示す概要構成図である。
【図３】図１の測定装置で実験した検出波形を示す図で、コンクリートの水／セメント比を３５％とした場合である。
【図４】コンクリートの水／セメント比を３６％とした場合の同様の図である。
【図５】同じく水／セメント比を３８％とした場合の図である。
【図６】同じく水／セメント比を４０％とした場合の図である。
【図７】同じく水／セメント比を４０％とした場合の図である。
【図８】コンクリートの水／セメント比が３８％の場合を代表として検出波形の解説をするための図である。
【図９】図１の測定装置による実験結果から得られたコンクリート中の振動の加速度振幅波形の鎮静化の時期と、球状体変位波形の浮上曲線が僅かに屈折する時期との関係を示すグラフである。
【図１０】同じく、水／セメント比とコンクリート中の加速度振幅が減衰するまでの時間との関係を示すグラフである。
【図１１】図１の測定装置における球状体の浮上速度と図２の測定装置における球状体の引き上げ速度とを比較したグラフである。
【図１２】図１の測定装置から得られた粘性係数と図２の測定装置から得られた粘性係数とを比較したグラフである。
【符号の説明】
１ 振動機
２ 振動テーブル
３ 容器
４ 球状体
５ 球状体の吊り下げ機構
６ 加圧体
７ 加圧体の吊り下げ機構
１７ 上載荷重調整用重錘
２２ 平衡重錘
２４・２５・２６ 振動センサ（加速度センサ）
２７・２８ レーザ変位計
２９ コンクリート
【特許請求の範囲】
【請求項１】振動によって液状化する物質を容器に入れて、吊り下げた球状体を物質中に埋入させ、この物質に上載荷重及び振動を与えながら球状体の垂直方向の変位と、物質中又は物質を伝播してきた振動を検出することを特徴とする、振動によって液状化する物質の物性測定方法。
【請求項２】前記球状体に取り付けたセンサにより振動を検出することを特徴とする請求項１に記載の、振動によって液状化する物質の物性測定方法。
【請求項３】前記球状体の重量を平衡重錘の重量と平衡させ、前記物質の液状化による浮力によって球状体を浮上させることを特徴とする請求項２に記載の、振動によって液状化する物質の物性測定方法。
【請求項４】前記球状体を一定の引上げ力で前記物質中を引き上げることを特徴とする請求項１に記載の、振動によって液状化する物質の物性測定方法。
【請求項５】前記上載荷重を、前記容器に対して垂直方向に変位可能な加圧体によって前記物質に与え、この加圧体の垂直方向の変位を検出することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の、振動によって液状化する物質の物性測定方法。
【請求項６】前記加圧体の振動を検出することを特徴とする請求項５に記載の、振動によって液状化する物質の物性測定方法。
【請求項７】前記容器を振動機で振動させ、この振動機の励振振動を検出することを特徴とする請求項１又は２或いは６に記載の、振動によって液状化する物質の物性測定方法。
【請求項８】振動によって液状化する物質を入れる上面開口した容器と、この容器に振動を与える振動機と、容器内の物質に上載荷重を与えるためこの容器に対して垂直方向に変位自在な加圧体と、振動を検出するセンサを内蔵した球状体と、この球状体を上記容器内の物質中に埋入させた状態で垂直方向に変位可能に吊り下げる吊り下げ機構と、この吊り下げ機構を介して球状体と重量を平衡させる平衡重錘と、この平衡重錘又は上記吊り下げ機構の垂直方向の変位を検出することにより球状体の垂直方向の変位を容器外で間接的に検出する第１の変位センサと、上記加圧体の垂直方向の変位を検出する第２の変位センサとを備えたことを特徴とする、振動によって液状化する物質の物性測定装置。
【請求項９】前記加圧体の振動を検出するセンサを備えたことを特徴とする請求項８に記載の、振動によって液状化する物質の物性測定装置。
【請求項１０】振動によって液状化する物質を入れる上面開口した容器と、この容器に振動を与える振動機と、容器内の物質に上載荷重を与えるためこの容器に対して垂直方向に変位自在な加圧体と、球状体と、この球状体を上記容器内の物質中に埋入させた状態で垂直方向に変位可能に吊り下げる吊り下げ機構と、この吊り下げ機構を介して球状体に一定の引上げ力を与える引上げ用重錘と、この引上げ用重錘又は上記吊り下げ機構の垂直方向の変位を検出することにより球状体の垂直方向の変位を容器外で間接的に検出する第１の変位センサと、上記加圧体の垂直方向の変位を検出する第２の変位センサと、上記加圧体の振動を検出するセンサを備えたことを特徴とする、振動によって液状化する物質の物性測定装置。
【請求項１】振動によって液状化する物質を容器に入れて、吊り下げた球状体を物質中に埋入させ、この物質に上載荷重及び振動を与えながら球状体の垂直方向の変位と、物質中又は物質を伝播してきた振動を検出することを特徴とする、振動によって液状化する物質の物性測定方法。
【請求項２】前記球状体に取り付けたセンサにより振動を検出することを特徴とする請求項１に記載の、振動によって液状化する物質の物性測定方法。
【請求項３】前記球状体の重量を平衡重錘の重量と平衡させ、前記物質の液状化による浮力によって球状体を浮上させることを特徴とする請求項２に記載の、振動によって液状化する物質の物性測定方法。
【請求項４】前記球状体を一定の引上げ力で前記物質中を引き上げることを特徴とする請求項１に記載の、振動によって液状化する物質の物性測定方法。
【請求項５】前記上載荷重を、前記容器に対して垂直方向に変位可能な加圧体によって前記物質に与え、この加圧体の垂直方向の変位を検出することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の、振動によって液状化する物質の物性測定方法。
【請求項６】前記加圧体の振動を検出することを特徴とする請求項５に記載の、振動によって液状化する物質の物性測定方法。
【請求項７】前記容器を振動機で振動させ、この振動機の励振振動を検出することを特徴とする請求項１又は２或いは６に記載の、振動によって液状化する物質の物性測定方法。
【請求項８】振動によって液状化する物質を入れる上面開口した容器と、この容器に振動を与える振動機と、容器内の物質に上載荷重を与えるためこの容器に対して垂直方向に変位自在な加圧体と、振動を検出するセンサを内蔵した球状体と、この球状体を上記容器内の物質中に埋入させた状態で垂直方向に変位可能に吊り下げる吊り下げ機構と、この吊り下げ機構を介して球状体と重量を平衡させる平衡重錘と、この平衡重錘又は上記吊り下げ機構の垂直方向の変位を検出することにより球状体の垂直方向の変位を容器外で間接的に検出する第１の変位センサと、上記加圧体の垂直方向の変位を検出する第２の変位センサとを備えたことを特徴とする、振動によって液状化する物質の物性測定装置。
【請求項９】前記加圧体の振動を検出するセンサを備えたことを特徴とする請求項８に記載の、振動によって液状化する物質の物性測定装置。
【請求項１０】振動によって液状化する物質を入れる上面開口した容器と、この容器に振動を与える振動機と、容器内の物質に上載荷重を与えるためこの容器に対して垂直方向に変位自在な加圧体と、球状体と、この球状体を上記容器内の物質中に埋入させた状態で垂直方向に変位可能に吊り下げる吊り下げ機構と、この吊り下げ機構を介して球状体に一定の引上げ力を与える引上げ用重錘と、この引上げ用重錘又は上記吊り下げ機構の垂直方向の変位を検出することにより球状体の垂直方向の変位を容器外で間接的に検出する第１の変位センサと、上記加圧体の垂直方向の変位を検出する第２の変位センサと、上記加圧体の振動を検出するセンサを備えたことを特徴とする、振動によって液状化する物質の物性測定装置。
【図３】
【図４】
【図５】
【図１】
【図２】
【図６】
【図７】
【図９】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図４】
【図５】
【図１】
【図２】
【図６】
【図７】
【図９】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【特許番号】第２７１５２５１号
【登録日】平成９年（１９９７）１１月７日
【発行日】平成１０年（１９９８）２月１８日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平５−３４５５０９
【出願日】平成５年（１９９３）１２月２２日
【公開番号】特開平７−１８１１２１
【公開日】平成７年（１９９５）７月２１日
【出願人】（５９１０４２５７３）桜井建材産業株式会社 (3)
【参考文献】
【文献】特開 平２−９５２５６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平１−２１７２３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 昭６１−２９４０１８（ＪＰ，Ａ）
【登録日】平成９年（１９９７）１１月７日
【発行日】平成１０年（１９９８）２月１８日
【国際特許分類】
【出願日】平成５年（１９９３）１２月２２日
【公開番号】特開平７−１８１１２１
【公開日】平成７年（１９９５）７月２１日
【出願人】（５９１０４２５７３）桜井建材産業株式会社 (3)
【参考文献】
【文献】特開 平２−９５２５６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平１−２１７２３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 昭６１−２９４０１８（ＪＰ，Ａ）
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