溶液分析装置
【課題】セメントを含有する溶液を精度よく分析できる溶液分析装置を提供する。
【解決手段】セメントを含有する溶液を分析する溶液分析装置１０であって、溶液が流動する管路であり、該管路における所定容積の一部を上流側及び下流側から独立して荷重を支持できるように構成したスパイラル計量管３２を有する循環管路２０と、スパイラル計量管３２の重量を測定するロードセル３８と、循環管路２０に介装されたＸ線測定ブロック４０と、Ｘ線測定ブロック４０を流れる溶液のカルシウム含有率を測定する蛍光Ｘ線測定装置５０と、を備える。
【解決手段】セメントを含有する溶液を分析する溶液分析装置１０であって、溶液が流動する管路であり、該管路における所定容積の一部を上流側及び下流側から独立して荷重を支持できるように構成したスパイラル計量管３２を有する循環管路２０と、スパイラル計量管３２の重量を測定するロードセル３８と、循環管路２０に介装されたＸ線測定ブロック４０と、Ｘ線測定ブロック４０を流れる溶液のカルシウム含有率を測定する蛍光Ｘ線測定装置５０と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメントを含有する溶液を分析する溶液分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
管路を流れる溶液の単位体積重量を測定する装置（例えば、特許文献１〜３参照）が知られている。特許文献３に記載の装置では、排泥管を流れるスラリーの単位体積重量が測定され、その測定値等に基づいて、スラリーの含泥率が演算される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２６５３９６号公報
【特許文献２】特開２０００−１７１５８６号公報
【特許文献３】特開昭６３−１８８７３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、超高圧噴流工法では、水とセメントとを主成分とする地盤改良材に土砂が含有された余剰縣濁液が発生する。ここで、余剰縣濁液はセメントの含有量を調整して再利用することが望ましいが、そのためには、余剰縣濁液におけるセメントと土砂との含有率を測定する等、余剰縣濁液を分析することが必要となる。
【０００５】
しかしながら、従来のセメントを含有する溶液の分析は、少量のサンプルをカップ等に採集して行うというものであった。このため、従来のセメントを含有する溶液の分析方法では、サンプル数が少ないことから十分な精度の分析結果を得ることができなかった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、セメントを含有する溶液を精度よく分析できる溶液分析装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る溶液分析装置は、セメントを含有する溶液を分析する溶液分析装置であって、前記溶液が流動する管路であり、該管路における所定容積の一部を上流側及び下流側から独立して荷重を支持できるように構成した重量測定部を有する溶液管路と、前記重量測定部の重量を測定する重量測定装置と、前記溶液管路に介装された成分測定部と、前記成分測定部を流れる前記溶液のカルシウム含有率を測定する成分測定装置と、を備える。
【０００８】
上記溶液分析装置において、前記成分測定装置は、前記成分測定部の上側に配され、下方の前記成分測定部に向けてＸ線を投射するＸ線成分測定装置であってもよく、この場合、前記成分測定部は、前記Ｘ線成分測定装置のＸ線投射口と上下に対向してＸ線透過膜が配され、前記成分測定部内の縦径は、Ｘ線の照射点においてその上流側及び下流側よりも小さくなるように設定されていてもよい。
【０００９】
上記溶液分析装置において、前記溶液管路は、前記溶液が循環する溶液循環管路であってもよい。
【００１０】
上記溶液分析装置において、前記重量測定部は、上流端と下流端とがそれぞれ可撓性の管材により前記溶液管路の上流側と下流側とに接続され、前記重量測定装置により荷重を受け止められていると共に、螺旋状の管路として形成されていてもよい。
【００１１】
上記溶液分析装置は、前記溶液が空の状態での前記重量測定部の重量と、前記重量測定部の容積と、セメントのカルシウムの含有率とを記憶する記憶部と、前記重量測定装置により測定された前記重量測定部の重量と、前記記憶部により記憶された前記溶液が空の状態での前記重量測定部の重量、及び前記重量測定部の容積とに基づいて、前記溶液の単位体積重量を演算し、演算した前記溶液の単位体積重量と、前記成分測定装置により測定された前記溶液のカルシウムの含有率と、前記記憶部により記憶されたセメントのカルシウムの含有率とに基づいて、前記溶液のセメントの含有率を演算する演算部と、を備えてもよい。
【００１２】
上記溶液分析装置において、前記演算部は、演算した前記溶液の単位体積重量及び前記溶液のセメントの含有率に基づいて、前記溶液のセメント以外の成分の単位体積重量又は比重を演算してもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る溶液分析装置によれば、セメントを含有する溶液を精度よく分析できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】一実施形態に係る溶液分析装置の概略構成を示す図である。
【図２】Ｘ線測定ブロックを示す斜視図である。
【図３】Ｘ線測定ブロックを示す側断面図である。
【図４】（Ａ）は、図３のＡ−Ａ矢視図であり、（Ｂ）は、図３のＢ−Ｂ矢視図であり、（Ｃ）は、図３のＣ−Ｃ矢視図である。
【図５】Ｘ線測定ブロックを分解して示す側断面図である。
【図６】（Ａ）は、図５のＡ−Ａ矢視図であり、（Ｂ）は、図５のＢ−Ｂ矢視図である。
【図７】演算装置の概略構成を示すブロック図である。
【図８】（Ａ）、（Ｂ）は、溶液分析装置を用いた溶液の分析方法を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る溶液分析装置１０の概略構成を示す図である。この溶液分析装置１０は、超高圧噴流工法で発生した余剰縣濁液を管路で循環させながら分析する装置である。ここで、余剰縣濁液は、セメントと土砂と水とが混合した溶液である。
【００１６】
溶液分析装置１０は、分析対象の溶液である余剰縣濁液（以下、単に溶液という）を循環させる管路である循環管路２０と、循環管路２０に配された溶液貯蔵タンク２２、スパイラル計量管３２、Ｘ線測定ブロック４０、ポンプ２４、及び電磁コック２６とを備えている。また、溶液分析装置１０は、スパイラル計量管３２の重量を測定する重量測定装置３０と、Ｘ線測定ブロック４０内を流れる溶液のカルシウム（Ｃａ）の含有率（重量％）を測定する蛍光Ｘ線測定装置５０と、重量測定装置３０及び蛍光Ｘ線測定装置５０の測定結果に基づいて、溶液のセメントの含有率（重量％）を演算する演算装置６０とを備えている。
【００１７】
溶液貯蔵タンク２２は、上部が大気に開放されたタンクであり、その上部には、循環管路２０の下流端が接続され、下部には、循環管路２０の上流端が接続されている。また、溶液貯蔵タンク２２が最高位に配され、Ｘ線測定ブロック４０及びポンプ２４が最低位に配され、これらの間にスパイラル計量管３２が配されている。さらに、ポンプ２４は吸引ポンプであり、溶液を吸引する。このため、循環管路２０において、溶液は、水頭差とポンプ２４の吸引力とにより、溶液貯蔵タンク２２、スパイラル計量管３２、Ｘ線測定ブロック４０、ポンプ２４の順序で循環する。なお、ポンプ２４はチュービングポンプ等の溶液を圧送する方式のポンプに替えてもよい。
【００１８】
ここで、循環管路２０の下流端には、電磁コック２６が配されており、この電磁コック２６は、配管を介して溶液の回収部に接続されている。このため、電磁コック２６を開くと、溶液が、回収部から溶液貯蔵タンク２２へ供給される。
【００１９】
スパイラル計量管３２は、溶液貯蔵タンク２２の下流側に配された螺旋（スパイラル）状の管路であり、その上流端は、溶液貯蔵タンク２２の下部と同じ高さに配され、その下流端は、溶液貯蔵タンク２２より低い高さに配されている。このため、スパイラル計量管３２は、高所の上流端から低所の下流端へ溶液を流下させる。
【００２０】
溶液貯蔵タンク２２の下部には配管２０Ａが接続されており、スパイラル計量管３２の上流端は、フレキシブル管３４Ｕを介して配管２０Ａに接続されている。また、スパイラル計量管３２の下流端には、フレキシブル管３４Ｌを介して配管２０Ｂが接続されている。この配管２０Ｂは、スパイラル計量管３２の下端から鉛直下方へ延びて略直角に湾曲している。
【００２１】
重量測定装置３０は、スパイラル計量管３２を収容する収容部３５と、収容部３５を本体フレーム１２に吊り下げて支持する吊架部３６とを備えている。この吊架部３６にはロードセル３８が配されており、吊架部３６に作用する鉛直方向の重量がロードセル３８により測定される。ここで、スパイラル計量管３２はフレキシブル配管３４Ｕ、３４Ｌを介して配管２０Ａ、２０Ｂに接続されており、スパイラル計量管３２の荷重は、配管２０Ａ、２０Ｂによっては負担されていない。このため、スパイラル計量管３２の全重量がロードセル３８によって測定される。
【００２２】
Ｘ線測定ブロック４０には配管２０Ｂの下流端と配管２０Ｃの上流端とが接続されている。また、配管２０Ｃの下流端はポンプ２４が接続され、ポンプ２４と電磁コック２６とは、鉛直方向に延びる配管２０Ｄにより接続されている。
【００２３】
Ｘ線測定ブロック４０の上面には蛍光Ｘ線を透過させるＸ線透過窓４２が設けられ、蛍光Ｘ線測定装置５０は、Ｘ線透過窓４２の真上に配されている。蛍光Ｘ線測定装置５０は、Ｘ線透過窓４２からＸ線測定ブロック４０内を流れる溶液に蛍光Ｘ線を投射し、溶液のカルシウムＣａの含有率（重量％）を測定する。
【００２４】
図２は、Ｘ線測定ブロック４０を示す斜視図である。また、図３は、Ｘ線測定ブロック４０を示す側断面図であり、図４（Ａ）は、図３のＡ−Ａ矢視図であり、図４（Ｂ）は、図３のＢ−Ｂ矢視図であり、図４（Ｃ）は、図３のＣ−Ｃ矢視図である。さらに、図５は、Ｘ線測定ブロック４０を分解して示す側断面図であり、図６（Ａ）は、図５のＡ−Ａ矢視図であり、図６（Ｂ）は、図５のＢ−Ｂ矢視図である。
【００２５】
これらの図に示すように、Ｘ線測定ブロック４０は、外形が円盤形状又は円柱形状（即ち、平面形状が円形状）のブロック体である。このＸ線測定ブロック４０の内部には、Ｘ線測定ブロック４０を径方向に貫通する流路４１が形成されている。また、Ｘ線測定ブロック４０の上面には、流路４１に面してＸ線透過窓４２が設けられている。
【００２６】
Ｘ線測定ブロック４０は、ブロック体の外周部を構成する外周部４３と、ブロック体の内周部を構成する内周部４４と、ブロック体の上部に設けられＸ線透過窓４２が形成された窓部４５と、窓部４５と内周部４４との間に配されたＸ線透過膜４６と、窓部４５を外周部４３の上面に固定する固定部４８とを備える。外周部４３は、内周部に円状の貫通孔４３Ａが形成された円環状のブロック体である。
【００２７】
また、外周部４３における流路４１の上流端と下流端とにはそれぞれ、管継手部４３Ｂと管継手Ｂ４３Ｃとが形成されている。管継手部４３Ｂは、円状の貫通孔、且つネジ孔であり、配管２０Ｂの下流端に形成されたネジ部が螺合する。これにより、配管２０ＢとＸ線ブロック４０とが継手される。また、管継手部４３Ｃは、貫通孔、且つネジ孔であり、配管２０Ｃの上流端に形成されたネジ部が螺合する。これにより、配管２０ＣとＸ線ブロック４０とが継手される。
【００２８】
また、外周部４３の上面中央には、平面形状が円状の凸部４３Ｄが形成されている。この凸部４３Ｄの内周部には、円錐台形状の貫通孔４３Ｅが形成されている。また、凸部４３Ｄの外周面には、ネジ部が形成されている。
【００２９】
内周部４４は、円盤状の底部４４Ａと底部４４Ａの上面中央から上方へ突出した凸部４４Ｂとを備えるブロック体である。凸部４４Ｂの基端側は円柱状に形成されており、その全周が外周部４３の貫通孔４３Ａと嵌合している。ここで、外周部４３の貫通孔４３Ａの底部には、凸部４４Ｂの基端部に沿って１周する溝が形成されており、この溝にシール部材４７が嵌め込まれている。これにより、外周部４３の貫通孔４３Ａの底部と凸部４４Ｂの基端部との間が密封されている。
【００３０】
また、凸部４４Ｂには、その中心線より上流側にテーパ部４４Ｃが形成され、その中心線より下流側にテーパ部４４Ｄが形成され、これらの間には平坦な頂面４４Ｅが形成されている。これにより、溶液流動方向と直交する水平方向から見た凸部４４Ｂの形状は、等脚台形状となっている。ここで、凸部４４Ｂの頂面４４Ｅは、凸部４３Ｄの貫通孔４３Ｅに、Ｘ線透過窓４２に対向して配されている。
【００３１】
窓部４５は、中央に円状のＸ線透過窓４２が形成された円盤である。また、固定部４８は、円環状の部材であり、その内周面には、凸部４３Ｄのネジ部と螺合するネジ部が形成されている。ここで、窓部４５の外周部と固定部４８の内周部とには互いに嵌り合う段差部４５Ａ、４８Ａが形成されており、窓部４５の段差部４５Ａが、固定部４８の段差部４８Ａと凸部４３Ｄとにより締め付けられるようになっている。
【００３２】
また、凸部４３Ｄの上面には、窓部４５の外周部に沿って１周する溝が形成されており、この溝にシール部材４９が嵌め込まれている。これにより、凸部４３Ｄと窓部４５との間が密閉されている。また、Ｘ線透過膜４６は、凸部４３Ｄと窓部４５との間に挟み込まれており、Ｘ線透過窓４２を塞いだ状態で、窓部４５及び固定部４８により凸部４３Ｄ上に固定されている。
【００３３】
図４（Ａ）〜図４（Ｃ）に示すように、流路４１の横径は、配管２０Ｂから頂面４４Ｅに至るまで、最小値から一旦拡大して最後に僅かに縮小し、また、頂面４４Ｅから配管２０Ｃに至るまで、一旦僅かに拡大して最後に最小になる。また、流路４１の縦径は、配管２０Ｂから頂面４４Ｅに至るまで、一旦拡大して最後に最小になり、また、頂面４４Ｅから配管２０Ｃに至るまで、最小値から一旦拡大して最後に縮小する。
【００３４】
ここで、図３に示すように、蛍光Ｘ線測定装置５０の蛍光Ｘ線の照射位置は、凸部４４Ｂの頂面４４Ｅに合わされており、蛍光Ｘ線測定装置５０は、流路４１の縦径が最小となる位置を通過している溶液のカルシウムＣａの含有率を測定する。
【００３５】
図７は、演算装置６０の概略構成を示すブロック図である。この図に示すように、演算装置６０は、演算プログラムや各種パラメータ等を記憶した記憶部６２と、ロードセル３８及び蛍光Ｘ線測定装置５０から出力される計測値を入力する入力部６４と、記憶部６２から演算プログラムや各種パラメータを読み出し、入力部６４が入力した計測値に基づいて、溶液のセメントの含有率等を演算する演算部６６と、演算部６６の演算結果を表示する表示部６８とを備えている。
【００３６】
記憶部６２には、上記各種パラメータとして、測定対象のセメントのカルシウムの含有率Ｃcaと、セメントの比重（≒単位体積重量）ＳＧcと、溶液が空の状態でのスパイラル計量管３２の重量Ｗ１と、スパイラル計量管３２の容積Ｖoとを記憶している。
【００３７】
図８（Ａ）、（Ｂ）は、溶液分析装置１０を用いた溶液の分析方法を説明するためのフローチャートである。溶液分析装置１０では、定量の溶液を循環管路２０で等速度で所定時間Ｔの間、循環させ、その所定時間Ｔの間、重量測定装置３０による重量Ｗ2の測定と、蛍光Ｘ線測定装置５０によるカルシウム含有率Ｐcaの測定とを連続して行う。
【００３８】
演算部６６は、下記（１）式により溶液の単位体積重量ＵＷ0を演算する（ステップ１）。ここで、Ｗ2は、スパイラル計量管３２とその内部の溶液との総重量であり、上記所定時間Ｔの間に得られた重量Ｗ2の多数の測定値を平均化した値である。また、Ｗ1は上述のとおり溶液が空の状態でのスパイラル計量管３２の重量であり、Ｖoは上述のとおりスパイラル計量管３２の容積である。
ＵＷ0＝（Ｗ2−Ｗ1）／Ｖo ・・・（１）
【００３９】
また、演算部６６は、下記（２）式により溶液のセメントの含有率Ｐcを演算し、下記（３）式により体積Ｖ0の溶液中のセメントの重量Ｗcを演算する（ステップ２、３）。ここで、Ｐcaは、上記所定時間Ｔの間に得られた溶液のカルシウム含有率Ｐcaの多数の測定値を平均化した値である。また、Ｃcaは、上述のとおり、セメントのカルシウム含有率である。
Ｐc＝Ｐca／Ｃca ・・・（２）
Ｗc＝ＵＷ0×Ｐc ・・・（３）
【００４０】
また、演算部６６は、下記（４）式により体積Ｖ0の溶液中のセメントの体積Ｖcを演算する（ステップ４）。ここで、ＳＧcは上述のとおり、セメントの比重であり、セメントの単位体積重量の近似値である。
Ｖc＝Ｗc／ＳＧc ・・・（４）
【００４１】
また、演算部６６は、下記（５）式及び下記（６）式により体積Ｖ0の溶液中のセメント以外（土砂を含む水）の体積Ｖws、重量Ｗwsを演算する（ステップ５、６）。ここで、Ｖoは上述のとおり、スパイラル計量管３２内の容積であり、即ち、スパイラル計量管３２内の溶液の体積である。
Ｖws＝Ｖo−Ｖc ・・・（５）
Ｗws＝ＵＷ0−Ｗc ・・・（６）
【００４２】
また、演算部６６は、下記（７）式により、溶液中の土砂を含む水の単位体積重量（≒比重）ＵＷwsを演算する（ステップ７）。
ＵＷws＝Ｗws／Ｖws ・・・（７）
【００４３】
以上により、溶液のセメントの含有率Ｐcと、溶液中の土砂を含む水の単位体積重量（≒比重）ＵＷwsとを求めることができる。
【００４４】
次に、作業者による処理及び演算方法について説明する。図８（Ｂ）のフローチャートに示すように、まず、単位体積量の溶液を循環管路２０から取り出して不図示の乾燥装置に入れて乾燥させ、乾燥後のセメントと土砂との重量Ｗcsを不図示の重量測定装置で測定する（ステップ１１）。次に、下記（８）式及び下記（９）式により土砂の重量Ｗsと水の重量Ｗwとを演算する（ステップ１２）。ここで、Ｗcは、上記（３）式により演算したセメントの重量であり、Ｗwsは、上記（６）式により演算した溶液中の土砂を含む水の重量である。
Ｗs＝Ｗcs−Ｗc ・・・（８）
Ｗw＝Ｗws−Ｗs ・・・（９）
以上により、溶液中のセメントと土砂と水との重量比（Ｗc：Ｗs：Ｗw）を求めることができる。
【００４５】
ここで、本実施形態に係る溶液分析装置１０では、循環管路２０で溶液を流動させながら、ロードセル３８でスパイラル計量管３２の重量を測定し、また、蛍光Ｘ線測定装置５０で管内の溶液のカルシウム含有率を測定する。これにより、溶液分析装置１０では、循環管路２０で溶液を流動させている間、スパイラル計量管３２の重量と溶液のカルシウム含有率とを繰り返し測定することができる。これにより、溶液の単位体積重量ＵＷ0やセメントの含有率Ｐcを得るための多数の測定データを採集することができ、溶液の分析の精度を向上させることができる。
【００４６】
また、本実施形態に係る溶液分析装置１０では、蛍光Ｘ線測定装置５０が、Ｘ線測定ブロック４０の上側に配され、Ｘ線透過膜４６が、蛍光Ｘ線測定装置５０のＸ線投射口と上下に対向して設けられており、蛍光Ｘ線測定装置５０が、Ｘ線透過膜４６を通して、Ｘ線測定ブロック４０内の溶液のカルシウム含有率を測定する。これにより、Ｘ線測定ブロック４０において溶液が漏洩した場合に、溶液が蛍光Ｘ線測定装置５０にかかることを防止でき、このような場合に蛍光Ｘ線測定装置が故障することを防止できる。
【００４７】
ここで、セメントの比重は水より大きいため、溶液中でセメントは沈殿する。このため、Ｘ線測定ブロック４０内のＸ線照射領域における縦径が大きくなるほど、Ｘ線照射領域における底側のセメントの濃度が高くなる反面、Ｘ線照射領域における上側のセメントの濃度が低くなる。従って、Ｘ線照射領域におけるセメントの濃度が不均一になり、溶液のカルシウム含有率を精度よく測定することができなくなる。
【００４８】
これに対して、本実施形態に係る溶液分析装置１０では、Ｘ線測定ブロック４０における流路４１の縦径は、Ｘ線の照射点においてその上流側及び下流側よりも小さくなるように設定されている（図３及び図４（Ａ）〜（Ｃ）参照）。これにより、Ｘ線照射領域におけるセメントの濃度の均一性を向上させることができ、溶液のカルシウム含有率の測定精度を向上させることができる。
【００４９】
また、Ｘ線の照射領域における流路４１の横径が、循環路２０の配管２０Ａ〜Ｄの内径より広く設定されていることにより、Ｘ線の照射領域における流路断面積の減少を抑制できる。従って、Ｘ線の照射領域における溶液の流速の増加を抑制でき、Ｘ線透過膜４６に作用する流圧の上昇を抑制できる。
【００５０】
また、蛍光Ｘ線測定装置５０のＸ線投射口と溶液の液面との距離が一定でない場合、溶液のカルシウム含有率の測定精度が低下する。これに対して、本実施形態に係る溶液分析装置１０では、Ｘ線照射領域での溶液の液面を、Ｘ線透過膜４６の高さに維持することができるため、溶液のカルシウム含有率の測定精度を向上させることができる。
【００５１】
また、本実施形態に係る溶液分析装置１０では、循環路２０で溶液を循環させる。これにより、溶液の単位体積重量やセメントの含有率を得るための測定データをより一層多く採集することができ、溶液の分析の精度をより一層向上させることができる。また、循環路２０で溶液の循環流を形成して溶液を撹拌することにより、溶液中でのセメントの沈殿を抑制することができ、溶液のカルシウム含有率の測定精度を向上させることができる。
【００５２】
また、本実施形態に係る溶液分析装置１０では、スパイラル計量管３２の上流端及び下流端をそれぞれ、フレキシブル配管３４Ｕにより配管２０Ａに、フレキシブル配管３４Ｌにより配管２０Ｂに接続している。これにより、スパイラル計量管３２を、配管２０Ａ及び配管２０Ｂから独立して吊架可能に構成し、所定容積のスパイラル計量管３２の吊架重の測定を可能にしている。
【００５３】
また、スパイラル計量管３２を螺旋状の管路としたことにより、溶液の重量測定区間を、配管の設置スペースの拡張を抑えたうえで延長することができる。従って、溶液分析装置１０の大型化を抑えたうえで、溶液の単位体積重量の測定精度を向上させることができる。
【００５４】
また、本実施形態に係る溶液分析装置１０では、記憶部６２が、溶液が空の状態でのスパイラル計量管３２の重量Ｗ1と、スパイラル計量管３２の容積Ｖ0とを記憶しており、演算部６６は、記憶部６２に記憶された重量Ｗ1及び容積Ｖ0と、ロードセル３８により測定されたスパイラル計量管３２の重量Ｗ2とに基づいて、溶液の単位体積重量ＵＷ０を演算する。
【００５５】
また、記憶部６２は、測定対象の溶液に含有されているセメントのカルシウム含有率Ｃcaを記憶しており、演算部６６は、演算した溶液の単位体積重量ＵＷ0と、蛍光Ｘ線測定装置５０により測定された溶液のカルシウム含有率Ｐcaとに基づいて、溶液のセメントの含有率Ｐcを演算する。これにより、体積Ｖ0の溶液中のセメントの重量Ｗc及び体積Ｖcや、体積Ｖ0の溶液中のセメント以外の成分、即ち土砂を含む水の重量Ｗws及び体積Ｖws等を求めることができる。
【００５６】
また、演算部６６は、演算した溶液の単位体積重量ＵＷ0及び溶液のセメントの含有率Ｐcに基づいて、溶液のセメント以外の成分、即ち土砂を含む水の単位体積重量（≒比重）ＵＷwsを演算する。ここで、余剰縣濁液の再利用にあたっては、縣濁液の成分が問題になる。これまで説明した分析により、セメントの含有率Ｐｃが低下していれば、セメントを追加して、その含有率が設計配合値となるように調整する。
【００５７】
また、土砂を含む水の単位体積重量ＵＷwsは、水の単位体積重量1.0に土砂の単位体積重量を加えたものになるが、再利用上問題となる量を予め求めておき、その値を超えた場合、フィルター処理等を施して、土砂の低減を図る。そして、実際に問題となる土砂の重量を正確に把握したい場合には、図８（Ｂ）のフローを実施すればよい。
【００５８】
なお、本実施形態では、循環管路２０で溶液を循環させたが必須ではなく、スパイラル計量管３２とＸ線測定ブロック４０とに溶液を一回通過させるだけでもよい。例えば、溶液が一方向に流れる主管路から分流して主管路に戻る分流管路に、スパイラル計量管３２とＸ線測定ブロック４０とを設けてもよい。
【００５９】
また、本実施形態では、演算装置６０による処理は、溶液中の土砂を含む水の単位体積重量ＵＷwsの演算で終了するが、溶液の土砂及び水のそれぞれの含有率の演算まで継続してもよい。この場合、土砂の比重を記憶部６２に記憶させておき、この土砂の比重や、溶液中の土砂を含む水の単位体積重量（≒比重）ＵＷwsや、溶液の単位体積重量ＵＷ0等に基づいて、体積Ｖ0の溶液の土砂及び水それぞれの重量を演算することにより、溶液の土砂及び水のそれぞれの含有率を求めることができる。
【００６０】
また、本実施形態では、超高圧噴流工法で発生した余剰縣濁液を分析対象の溶液としたが、セメントを含有する溶液であれば、本発明の溶液分析装置の分析対象の溶液となり得る。また、溶液のカルシウム含有率を測定する装置として、蛍光Ｘ線測定装置５０を用いたが、カルシウム含有率を測定できる他の成分測定装置を用いてもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１０ 溶液分析装置、１２ 本体フレーム、２０ 循環管路（溶液管路）、２０Ａ〜Ｄ 配管、２２ 溶液貯蔵タンク、２４ ポンプ、２６ 電磁コック、３０ 重量測定装置、３２ スパイラル計量管（重量測定部）、３４Ｕ、３４Ｌ フレキシブル配管（可撓性の管材）、３５ 収容部、３６ 吊架部、３８ ロードセル（重量測定装置）、４０ Ｘ線測定ブロック（成分測定部）、４１ 管路、４２ Ｘ線透過窓、４３ 外周部、４３Ａ 貫通孔、４３Ｂ、４３Ｃ 管継手部、４３Ｄ 凸部、４３Ｅ 貫通孔、４４ 内周部、４４Ａ 底部、４４Ｂ 凸部、４４Ｃ、４４Ｄ テーパ部、４４Ｅ 平坦部、４５ 窓部、４５Ａ 段差部、４６ Ｘ線透過膜、４７ シール部材、４８ 固定部、４８Ａ 段差部、４９ シール部材、５０ 蛍光Ｘ線測定装置、６０ 演算装置、６２ 記憶部、６４ 入力部、６６ 演算部、６８ 表示部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメントを含有する溶液を分析する溶液分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
管路を流れる溶液の単位体積重量を測定する装置（例えば、特許文献１〜３参照）が知られている。特許文献３に記載の装置では、排泥管を流れるスラリーの単位体積重量が測定され、その測定値等に基づいて、スラリーの含泥率が演算される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２６５３９６号公報
【特許文献２】特開２０００−１７１５８６号公報
【特許文献３】特開昭６３−１８８７３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、超高圧噴流工法では、水とセメントとを主成分とする地盤改良材に土砂が含有された余剰縣濁液が発生する。ここで、余剰縣濁液はセメントの含有量を調整して再利用することが望ましいが、そのためには、余剰縣濁液におけるセメントと土砂との含有率を測定する等、余剰縣濁液を分析することが必要となる。
【０００５】
しかしながら、従来のセメントを含有する溶液の分析は、少量のサンプルをカップ等に採集して行うというものであった。このため、従来のセメントを含有する溶液の分析方法では、サンプル数が少ないことから十分な精度の分析結果を得ることができなかった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、セメントを含有する溶液を精度よく分析できる溶液分析装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る溶液分析装置は、セメントを含有する溶液を分析する溶液分析装置であって、前記溶液が流動する管路であり、該管路における所定容積の一部を上流側及び下流側から独立して荷重を支持できるように構成した重量測定部を有する溶液管路と、前記重量測定部の重量を測定する重量測定装置と、前記溶液管路に介装された成分測定部と、前記成分測定部を流れる前記溶液のカルシウム含有率を測定する成分測定装置と、を備える。
【０００８】
上記溶液分析装置において、前記成分測定装置は、前記成分測定部の上側に配され、下方の前記成分測定部に向けてＸ線を投射するＸ線成分測定装置であってもよく、この場合、前記成分測定部は、前記Ｘ線成分測定装置のＸ線投射口と上下に対向してＸ線透過膜が配され、前記成分測定部内の縦径は、Ｘ線の照射点においてその上流側及び下流側よりも小さくなるように設定されていてもよい。
【０００９】
上記溶液分析装置において、前記溶液管路は、前記溶液が循環する溶液循環管路であってもよい。
【００１０】
上記溶液分析装置において、前記重量測定部は、上流端と下流端とがそれぞれ可撓性の管材により前記溶液管路の上流側と下流側とに接続され、前記重量測定装置により荷重を受け止められていると共に、螺旋状の管路として形成されていてもよい。
【００１１】
上記溶液分析装置は、前記溶液が空の状態での前記重量測定部の重量と、前記重量測定部の容積と、セメントのカルシウムの含有率とを記憶する記憶部と、前記重量測定装置により測定された前記重量測定部の重量と、前記記憶部により記憶された前記溶液が空の状態での前記重量測定部の重量、及び前記重量測定部の容積とに基づいて、前記溶液の単位体積重量を演算し、演算した前記溶液の単位体積重量と、前記成分測定装置により測定された前記溶液のカルシウムの含有率と、前記記憶部により記憶されたセメントのカルシウムの含有率とに基づいて、前記溶液のセメントの含有率を演算する演算部と、を備えてもよい。
【００１２】
上記溶液分析装置において、前記演算部は、演算した前記溶液の単位体積重量及び前記溶液のセメントの含有率に基づいて、前記溶液のセメント以外の成分の単位体積重量又は比重を演算してもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る溶液分析装置によれば、セメントを含有する溶液を精度よく分析できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】一実施形態に係る溶液分析装置の概略構成を示す図である。
【図２】Ｘ線測定ブロックを示す斜視図である。
【図３】Ｘ線測定ブロックを示す側断面図である。
【図４】（Ａ）は、図３のＡ−Ａ矢視図であり、（Ｂ）は、図３のＢ−Ｂ矢視図であり、（Ｃ）は、図３のＣ−Ｃ矢視図である。
【図５】Ｘ線測定ブロックを分解して示す側断面図である。
【図６】（Ａ）は、図５のＡ−Ａ矢視図であり、（Ｂ）は、図５のＢ−Ｂ矢視図である。
【図７】演算装置の概略構成を示すブロック図である。
【図８】（Ａ）、（Ｂ）は、溶液分析装置を用いた溶液の分析方法を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る溶液分析装置１０の概略構成を示す図である。この溶液分析装置１０は、超高圧噴流工法で発生した余剰縣濁液を管路で循環させながら分析する装置である。ここで、余剰縣濁液は、セメントと土砂と水とが混合した溶液である。
【００１６】
溶液分析装置１０は、分析対象の溶液である余剰縣濁液（以下、単に溶液という）を循環させる管路である循環管路２０と、循環管路２０に配された溶液貯蔵タンク２２、スパイラル計量管３２、Ｘ線測定ブロック４０、ポンプ２４、及び電磁コック２６とを備えている。また、溶液分析装置１０は、スパイラル計量管３２の重量を測定する重量測定装置３０と、Ｘ線測定ブロック４０内を流れる溶液のカルシウム（Ｃａ）の含有率（重量％）を測定する蛍光Ｘ線測定装置５０と、重量測定装置３０及び蛍光Ｘ線測定装置５０の測定結果に基づいて、溶液のセメントの含有率（重量％）を演算する演算装置６０とを備えている。
【００１７】
溶液貯蔵タンク２２は、上部が大気に開放されたタンクであり、その上部には、循環管路２０の下流端が接続され、下部には、循環管路２０の上流端が接続されている。また、溶液貯蔵タンク２２が最高位に配され、Ｘ線測定ブロック４０及びポンプ２４が最低位に配され、これらの間にスパイラル計量管３２が配されている。さらに、ポンプ２４は吸引ポンプであり、溶液を吸引する。このため、循環管路２０において、溶液は、水頭差とポンプ２４の吸引力とにより、溶液貯蔵タンク２２、スパイラル計量管３２、Ｘ線測定ブロック４０、ポンプ２４の順序で循環する。なお、ポンプ２４はチュービングポンプ等の溶液を圧送する方式のポンプに替えてもよい。
【００１８】
ここで、循環管路２０の下流端には、電磁コック２６が配されており、この電磁コック２６は、配管を介して溶液の回収部に接続されている。このため、電磁コック２６を開くと、溶液が、回収部から溶液貯蔵タンク２２へ供給される。
【００１９】
スパイラル計量管３２は、溶液貯蔵タンク２２の下流側に配された螺旋（スパイラル）状の管路であり、その上流端は、溶液貯蔵タンク２２の下部と同じ高さに配され、その下流端は、溶液貯蔵タンク２２より低い高さに配されている。このため、スパイラル計量管３２は、高所の上流端から低所の下流端へ溶液を流下させる。
【００２０】
溶液貯蔵タンク２２の下部には配管２０Ａが接続されており、スパイラル計量管３２の上流端は、フレキシブル管３４Ｕを介して配管２０Ａに接続されている。また、スパイラル計量管３２の下流端には、フレキシブル管３４Ｌを介して配管２０Ｂが接続されている。この配管２０Ｂは、スパイラル計量管３２の下端から鉛直下方へ延びて略直角に湾曲している。
【００２１】
重量測定装置３０は、スパイラル計量管３２を収容する収容部３５と、収容部３５を本体フレーム１２に吊り下げて支持する吊架部３６とを備えている。この吊架部３６にはロードセル３８が配されており、吊架部３６に作用する鉛直方向の重量がロードセル３８により測定される。ここで、スパイラル計量管３２はフレキシブル配管３４Ｕ、３４Ｌを介して配管２０Ａ、２０Ｂに接続されており、スパイラル計量管３２の荷重は、配管２０Ａ、２０Ｂによっては負担されていない。このため、スパイラル計量管３２の全重量がロードセル３８によって測定される。
【００２２】
Ｘ線測定ブロック４０には配管２０Ｂの下流端と配管２０Ｃの上流端とが接続されている。また、配管２０Ｃの下流端はポンプ２４が接続され、ポンプ２４と電磁コック２６とは、鉛直方向に延びる配管２０Ｄにより接続されている。
【００２３】
Ｘ線測定ブロック４０の上面には蛍光Ｘ線を透過させるＸ線透過窓４２が設けられ、蛍光Ｘ線測定装置５０は、Ｘ線透過窓４２の真上に配されている。蛍光Ｘ線測定装置５０は、Ｘ線透過窓４２からＸ線測定ブロック４０内を流れる溶液に蛍光Ｘ線を投射し、溶液のカルシウムＣａの含有率（重量％）を測定する。
【００２４】
図２は、Ｘ線測定ブロック４０を示す斜視図である。また、図３は、Ｘ線測定ブロック４０を示す側断面図であり、図４（Ａ）は、図３のＡ−Ａ矢視図であり、図４（Ｂ）は、図３のＢ−Ｂ矢視図であり、図４（Ｃ）は、図３のＣ−Ｃ矢視図である。さらに、図５は、Ｘ線測定ブロック４０を分解して示す側断面図であり、図６（Ａ）は、図５のＡ−Ａ矢視図であり、図６（Ｂ）は、図５のＢ−Ｂ矢視図である。
【００２５】
これらの図に示すように、Ｘ線測定ブロック４０は、外形が円盤形状又は円柱形状（即ち、平面形状が円形状）のブロック体である。このＸ線測定ブロック４０の内部には、Ｘ線測定ブロック４０を径方向に貫通する流路４１が形成されている。また、Ｘ線測定ブロック４０の上面には、流路４１に面してＸ線透過窓４２が設けられている。
【００２６】
Ｘ線測定ブロック４０は、ブロック体の外周部を構成する外周部４３と、ブロック体の内周部を構成する内周部４４と、ブロック体の上部に設けられＸ線透過窓４２が形成された窓部４５と、窓部４５と内周部４４との間に配されたＸ線透過膜４６と、窓部４５を外周部４３の上面に固定する固定部４８とを備える。外周部４３は、内周部に円状の貫通孔４３Ａが形成された円環状のブロック体である。
【００２７】
また、外周部４３における流路４１の上流端と下流端とにはそれぞれ、管継手部４３Ｂと管継手Ｂ４３Ｃとが形成されている。管継手部４３Ｂは、円状の貫通孔、且つネジ孔であり、配管２０Ｂの下流端に形成されたネジ部が螺合する。これにより、配管２０ＢとＸ線ブロック４０とが継手される。また、管継手部４３Ｃは、貫通孔、且つネジ孔であり、配管２０Ｃの上流端に形成されたネジ部が螺合する。これにより、配管２０ＣとＸ線ブロック４０とが継手される。
【００２８】
また、外周部４３の上面中央には、平面形状が円状の凸部４３Ｄが形成されている。この凸部４３Ｄの内周部には、円錐台形状の貫通孔４３Ｅが形成されている。また、凸部４３Ｄの外周面には、ネジ部が形成されている。
【００２９】
内周部４４は、円盤状の底部４４Ａと底部４４Ａの上面中央から上方へ突出した凸部４４Ｂとを備えるブロック体である。凸部４４Ｂの基端側は円柱状に形成されており、その全周が外周部４３の貫通孔４３Ａと嵌合している。ここで、外周部４３の貫通孔４３Ａの底部には、凸部４４Ｂの基端部に沿って１周する溝が形成されており、この溝にシール部材４７が嵌め込まれている。これにより、外周部４３の貫通孔４３Ａの底部と凸部４４Ｂの基端部との間が密封されている。
【００３０】
また、凸部４４Ｂには、その中心線より上流側にテーパ部４４Ｃが形成され、その中心線より下流側にテーパ部４４Ｄが形成され、これらの間には平坦な頂面４４Ｅが形成されている。これにより、溶液流動方向と直交する水平方向から見た凸部４４Ｂの形状は、等脚台形状となっている。ここで、凸部４４Ｂの頂面４４Ｅは、凸部４３Ｄの貫通孔４３Ｅに、Ｘ線透過窓４２に対向して配されている。
【００３１】
窓部４５は、中央に円状のＸ線透過窓４２が形成された円盤である。また、固定部４８は、円環状の部材であり、その内周面には、凸部４３Ｄのネジ部と螺合するネジ部が形成されている。ここで、窓部４５の外周部と固定部４８の内周部とには互いに嵌り合う段差部４５Ａ、４８Ａが形成されており、窓部４５の段差部４５Ａが、固定部４８の段差部４８Ａと凸部４３Ｄとにより締め付けられるようになっている。
【００３２】
また、凸部４３Ｄの上面には、窓部４５の外周部に沿って１周する溝が形成されており、この溝にシール部材４９が嵌め込まれている。これにより、凸部４３Ｄと窓部４５との間が密閉されている。また、Ｘ線透過膜４６は、凸部４３Ｄと窓部４５との間に挟み込まれており、Ｘ線透過窓４２を塞いだ状態で、窓部４５及び固定部４８により凸部４３Ｄ上に固定されている。
【００３３】
図４（Ａ）〜図４（Ｃ）に示すように、流路４１の横径は、配管２０Ｂから頂面４４Ｅに至るまで、最小値から一旦拡大して最後に僅かに縮小し、また、頂面４４Ｅから配管２０Ｃに至るまで、一旦僅かに拡大して最後に最小になる。また、流路４１の縦径は、配管２０Ｂから頂面４４Ｅに至るまで、一旦拡大して最後に最小になり、また、頂面４４Ｅから配管２０Ｃに至るまで、最小値から一旦拡大して最後に縮小する。
【００３４】
ここで、図３に示すように、蛍光Ｘ線測定装置５０の蛍光Ｘ線の照射位置は、凸部４４Ｂの頂面４４Ｅに合わされており、蛍光Ｘ線測定装置５０は、流路４１の縦径が最小となる位置を通過している溶液のカルシウムＣａの含有率を測定する。
【００３５】
図７は、演算装置６０の概略構成を示すブロック図である。この図に示すように、演算装置６０は、演算プログラムや各種パラメータ等を記憶した記憶部６２と、ロードセル３８及び蛍光Ｘ線測定装置５０から出力される計測値を入力する入力部６４と、記憶部６２から演算プログラムや各種パラメータを読み出し、入力部６４が入力した計測値に基づいて、溶液のセメントの含有率等を演算する演算部６６と、演算部６６の演算結果を表示する表示部６８とを備えている。
【００３６】
記憶部６２には、上記各種パラメータとして、測定対象のセメントのカルシウムの含有率Ｃcaと、セメントの比重（≒単位体積重量）ＳＧcと、溶液が空の状態でのスパイラル計量管３２の重量Ｗ１と、スパイラル計量管３２の容積Ｖoとを記憶している。
【００３７】
図８（Ａ）、（Ｂ）は、溶液分析装置１０を用いた溶液の分析方法を説明するためのフローチャートである。溶液分析装置１０では、定量の溶液を循環管路２０で等速度で所定時間Ｔの間、循環させ、その所定時間Ｔの間、重量測定装置３０による重量Ｗ2の測定と、蛍光Ｘ線測定装置５０によるカルシウム含有率Ｐcaの測定とを連続して行う。
【００３８】
演算部６６は、下記（１）式により溶液の単位体積重量ＵＷ0を演算する（ステップ１）。ここで、Ｗ2は、スパイラル計量管３２とその内部の溶液との総重量であり、上記所定時間Ｔの間に得られた重量Ｗ2の多数の測定値を平均化した値である。また、Ｗ1は上述のとおり溶液が空の状態でのスパイラル計量管３２の重量であり、Ｖoは上述のとおりスパイラル計量管３２の容積である。
ＵＷ0＝（Ｗ2−Ｗ1）／Ｖo ・・・（１）
【００３９】
また、演算部６６は、下記（２）式により溶液のセメントの含有率Ｐcを演算し、下記（３）式により体積Ｖ0の溶液中のセメントの重量Ｗcを演算する（ステップ２、３）。ここで、Ｐcaは、上記所定時間Ｔの間に得られた溶液のカルシウム含有率Ｐcaの多数の測定値を平均化した値である。また、Ｃcaは、上述のとおり、セメントのカルシウム含有率である。
Ｐc＝Ｐca／Ｃca ・・・（２）
Ｗc＝ＵＷ0×Ｐc ・・・（３）
【００４０】
また、演算部６６は、下記（４）式により体積Ｖ0の溶液中のセメントの体積Ｖcを演算する（ステップ４）。ここで、ＳＧcは上述のとおり、セメントの比重であり、セメントの単位体積重量の近似値である。
Ｖc＝Ｗc／ＳＧc ・・・（４）
【００４１】
また、演算部６６は、下記（５）式及び下記（６）式により体積Ｖ0の溶液中のセメント以外（土砂を含む水）の体積Ｖws、重量Ｗwsを演算する（ステップ５、６）。ここで、Ｖoは上述のとおり、スパイラル計量管３２内の容積であり、即ち、スパイラル計量管３２内の溶液の体積である。
Ｖws＝Ｖo−Ｖc ・・・（５）
Ｗws＝ＵＷ0−Ｗc ・・・（６）
【００４２】
また、演算部６６は、下記（７）式により、溶液中の土砂を含む水の単位体積重量（≒比重）ＵＷwsを演算する（ステップ７）。
ＵＷws＝Ｗws／Ｖws ・・・（７）
【００４３】
以上により、溶液のセメントの含有率Ｐcと、溶液中の土砂を含む水の単位体積重量（≒比重）ＵＷwsとを求めることができる。
【００４４】
次に、作業者による処理及び演算方法について説明する。図８（Ｂ）のフローチャートに示すように、まず、単位体積量の溶液を循環管路２０から取り出して不図示の乾燥装置に入れて乾燥させ、乾燥後のセメントと土砂との重量Ｗcsを不図示の重量測定装置で測定する（ステップ１１）。次に、下記（８）式及び下記（９）式により土砂の重量Ｗsと水の重量Ｗwとを演算する（ステップ１２）。ここで、Ｗcは、上記（３）式により演算したセメントの重量であり、Ｗwsは、上記（６）式により演算した溶液中の土砂を含む水の重量である。
Ｗs＝Ｗcs−Ｗc ・・・（８）
Ｗw＝Ｗws−Ｗs ・・・（９）
以上により、溶液中のセメントと土砂と水との重量比（Ｗc：Ｗs：Ｗw）を求めることができる。
【００４５】
ここで、本実施形態に係る溶液分析装置１０では、循環管路２０で溶液を流動させながら、ロードセル３８でスパイラル計量管３２の重量を測定し、また、蛍光Ｘ線測定装置５０で管内の溶液のカルシウム含有率を測定する。これにより、溶液分析装置１０では、循環管路２０で溶液を流動させている間、スパイラル計量管３２の重量と溶液のカルシウム含有率とを繰り返し測定することができる。これにより、溶液の単位体積重量ＵＷ0やセメントの含有率Ｐcを得るための多数の測定データを採集することができ、溶液の分析の精度を向上させることができる。
【００４６】
また、本実施形態に係る溶液分析装置１０では、蛍光Ｘ線測定装置５０が、Ｘ線測定ブロック４０の上側に配され、Ｘ線透過膜４６が、蛍光Ｘ線測定装置５０のＸ線投射口と上下に対向して設けられており、蛍光Ｘ線測定装置５０が、Ｘ線透過膜４６を通して、Ｘ線測定ブロック４０内の溶液のカルシウム含有率を測定する。これにより、Ｘ線測定ブロック４０において溶液が漏洩した場合に、溶液が蛍光Ｘ線測定装置５０にかかることを防止でき、このような場合に蛍光Ｘ線測定装置が故障することを防止できる。
【００４７】
ここで、セメントの比重は水より大きいため、溶液中でセメントは沈殿する。このため、Ｘ線測定ブロック４０内のＸ線照射領域における縦径が大きくなるほど、Ｘ線照射領域における底側のセメントの濃度が高くなる反面、Ｘ線照射領域における上側のセメントの濃度が低くなる。従って、Ｘ線照射領域におけるセメントの濃度が不均一になり、溶液のカルシウム含有率を精度よく測定することができなくなる。
【００４８】
これに対して、本実施形態に係る溶液分析装置１０では、Ｘ線測定ブロック４０における流路４１の縦径は、Ｘ線の照射点においてその上流側及び下流側よりも小さくなるように設定されている（図３及び図４（Ａ）〜（Ｃ）参照）。これにより、Ｘ線照射領域におけるセメントの濃度の均一性を向上させることができ、溶液のカルシウム含有率の測定精度を向上させることができる。
【００４９】
また、Ｘ線の照射領域における流路４１の横径が、循環路２０の配管２０Ａ〜Ｄの内径より広く設定されていることにより、Ｘ線の照射領域における流路断面積の減少を抑制できる。従って、Ｘ線の照射領域における溶液の流速の増加を抑制でき、Ｘ線透過膜４６に作用する流圧の上昇を抑制できる。
【００５０】
また、蛍光Ｘ線測定装置５０のＸ線投射口と溶液の液面との距離が一定でない場合、溶液のカルシウム含有率の測定精度が低下する。これに対して、本実施形態に係る溶液分析装置１０では、Ｘ線照射領域での溶液の液面を、Ｘ線透過膜４６の高さに維持することができるため、溶液のカルシウム含有率の測定精度を向上させることができる。
【００５１】
また、本実施形態に係る溶液分析装置１０では、循環路２０で溶液を循環させる。これにより、溶液の単位体積重量やセメントの含有率を得るための測定データをより一層多く採集することができ、溶液の分析の精度をより一層向上させることができる。また、循環路２０で溶液の循環流を形成して溶液を撹拌することにより、溶液中でのセメントの沈殿を抑制することができ、溶液のカルシウム含有率の測定精度を向上させることができる。
【００５２】
また、本実施形態に係る溶液分析装置１０では、スパイラル計量管３２の上流端及び下流端をそれぞれ、フレキシブル配管３４Ｕにより配管２０Ａに、フレキシブル配管３４Ｌにより配管２０Ｂに接続している。これにより、スパイラル計量管３２を、配管２０Ａ及び配管２０Ｂから独立して吊架可能に構成し、所定容積のスパイラル計量管３２の吊架重の測定を可能にしている。
【００５３】
また、スパイラル計量管３２を螺旋状の管路としたことにより、溶液の重量測定区間を、配管の設置スペースの拡張を抑えたうえで延長することができる。従って、溶液分析装置１０の大型化を抑えたうえで、溶液の単位体積重量の測定精度を向上させることができる。
【００５４】
また、本実施形態に係る溶液分析装置１０では、記憶部６２が、溶液が空の状態でのスパイラル計量管３２の重量Ｗ1と、スパイラル計量管３２の容積Ｖ0とを記憶しており、演算部６６は、記憶部６２に記憶された重量Ｗ1及び容積Ｖ0と、ロードセル３８により測定されたスパイラル計量管３２の重量Ｗ2とに基づいて、溶液の単位体積重量ＵＷ０を演算する。
【００５５】
また、記憶部６２は、測定対象の溶液に含有されているセメントのカルシウム含有率Ｃcaを記憶しており、演算部６６は、演算した溶液の単位体積重量ＵＷ0と、蛍光Ｘ線測定装置５０により測定された溶液のカルシウム含有率Ｐcaとに基づいて、溶液のセメントの含有率Ｐcを演算する。これにより、体積Ｖ0の溶液中のセメントの重量Ｗc及び体積Ｖcや、体積Ｖ0の溶液中のセメント以外の成分、即ち土砂を含む水の重量Ｗws及び体積Ｖws等を求めることができる。
【００５６】
また、演算部６６は、演算した溶液の単位体積重量ＵＷ0及び溶液のセメントの含有率Ｐcに基づいて、溶液のセメント以外の成分、即ち土砂を含む水の単位体積重量（≒比重）ＵＷwsを演算する。ここで、余剰縣濁液の再利用にあたっては、縣濁液の成分が問題になる。これまで説明した分析により、セメントの含有率Ｐｃが低下していれば、セメントを追加して、その含有率が設計配合値となるように調整する。
【００５７】
また、土砂を含む水の単位体積重量ＵＷwsは、水の単位体積重量1.0に土砂の単位体積重量を加えたものになるが、再利用上問題となる量を予め求めておき、その値を超えた場合、フィルター処理等を施して、土砂の低減を図る。そして、実際に問題となる土砂の重量を正確に把握したい場合には、図８（Ｂ）のフローを実施すればよい。
【００５８】
なお、本実施形態では、循環管路２０で溶液を循環させたが必須ではなく、スパイラル計量管３２とＸ線測定ブロック４０とに溶液を一回通過させるだけでもよい。例えば、溶液が一方向に流れる主管路から分流して主管路に戻る分流管路に、スパイラル計量管３２とＸ線測定ブロック４０とを設けてもよい。
【００５９】
また、本実施形態では、演算装置６０による処理は、溶液中の土砂を含む水の単位体積重量ＵＷwsの演算で終了するが、溶液の土砂及び水のそれぞれの含有率の演算まで継続してもよい。この場合、土砂の比重を記憶部６２に記憶させておき、この土砂の比重や、溶液中の土砂を含む水の単位体積重量（≒比重）ＵＷwsや、溶液の単位体積重量ＵＷ0等に基づいて、体積Ｖ0の溶液の土砂及び水それぞれの重量を演算することにより、溶液の土砂及び水のそれぞれの含有率を求めることができる。
【００６０】
また、本実施形態では、超高圧噴流工法で発生した余剰縣濁液を分析対象の溶液としたが、セメントを含有する溶液であれば、本発明の溶液分析装置の分析対象の溶液となり得る。また、溶液のカルシウム含有率を測定する装置として、蛍光Ｘ線測定装置５０を用いたが、カルシウム含有率を測定できる他の成分測定装置を用いてもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１０ 溶液分析装置、１２ 本体フレーム、２０ 循環管路（溶液管路）、２０Ａ〜Ｄ 配管、２２ 溶液貯蔵タンク、２４ ポンプ、２６ 電磁コック、３０ 重量測定装置、３２ スパイラル計量管（重量測定部）、３４Ｕ、３４Ｌ フレキシブル配管（可撓性の管材）、３５ 収容部、３６ 吊架部、３８ ロードセル（重量測定装置）、４０ Ｘ線測定ブロック（成分測定部）、４１ 管路、４２ Ｘ線透過窓、４３ 外周部、４３Ａ 貫通孔、４３Ｂ、４３Ｃ 管継手部、４３Ｄ 凸部、４３Ｅ 貫通孔、４４ 内周部、４４Ａ 底部、４４Ｂ 凸部、４４Ｃ、４４Ｄ テーパ部、４４Ｅ 平坦部、４５ 窓部、４５Ａ 段差部、４６ Ｘ線透過膜、４７ シール部材、４８ 固定部、４８Ａ 段差部、４９ シール部材、５０ 蛍光Ｘ線測定装置、６０ 演算装置、６２ 記憶部、６４ 入力部、６６ 演算部、６８ 表示部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメントを含有する溶液を分析する溶液分析装置であって、
前記溶液が流動する管路であり、該管路における所定容積の一部を上流側及び下流側から独立して荷重を支持できるように構成した重量測定部を有する溶液管路と、
前記重量測定部の重量を測定する重量測定装置と、
前記溶液管路に介装された成分測定部と、
前記成分測定部を流れる前記溶液のカルシウム含有率を測定する成分測定装置と、
を備える溶液分析装置。
【請求項２】
前記成分測定装置は、前記成分測定部の上側に配され、下方の前記成分測定部に向けてＸ線を投射するＸ線成分測定装置であり、
前記成分測定部は、前記Ｘ線成分測定装置のＸ線投射口と上下に対向してＸ線透過膜が配されており、
前記成分測定部内の縦径は、Ｘ線の照射点においてその上流側及び下流側よりも小さくなるように設定されている請求項１に記載の溶液分析装置。
【請求項３】
前記溶液管路は、前記溶液が循環する溶液循環管路である請求項１又は請求項２に記載の溶液分析装置。
【請求項４】
前記重量測定部は、上流端と下流端とがそれぞれ可撓性の管材により前記溶液管路の上流側と下流側とに接続され、前記重量測定装置により荷重を受け止められていると共に、螺旋状の管路として形成されている請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の溶液分析装置。
【請求項５】
前記溶液が空の状態での前記重量測定部の重量と、前記重量測定部の容積と、セメントのカルシウムの含有率とを記憶する記憶部と、
前記重量測定装置により測定された前記重量測定部の重量と、前記記憶部により記憶された前記溶液が空の状態での前記重量測定部の重量、及び前記重量測定部の容積とに基づいて、前記溶液の単位体積重量を演算し、演算した前記溶液の単位体積重量と、前記成分測定装置により測定された前記溶液のカルシウムの含有率と、前記記憶部により記憶されたセメントのカルシウムの含有率とに基づいて、前記溶液のセメントの含有率を演算する演算部と、
を備える請求項１から請求項４までの何れか１項に記載の溶液分析装置。
【請求項６】
前記演算部は、演算した前記溶液の単位体積重量及び前記溶液のセメントの含有率に基づいて、前記溶液のセメント以外の成分の単位体積重量又は比重を演算する請求項５に記載の溶液分析装置。
【請求項１】
セメントを含有する溶液を分析する溶液分析装置であって、
前記溶液が流動する管路であり、該管路における所定容積の一部を上流側及び下流側から独立して荷重を支持できるように構成した重量測定部を有する溶液管路と、
前記重量測定部の重量を測定する重量測定装置と、
前記溶液管路に介装された成分測定部と、
前記成分測定部を流れる前記溶液のカルシウム含有率を測定する成分測定装置と、
を備える溶液分析装置。
【請求項２】
前記成分測定装置は、前記成分測定部の上側に配され、下方の前記成分測定部に向けてＸ線を投射するＸ線成分測定装置であり、
前記成分測定部は、前記Ｘ線成分測定装置のＸ線投射口と上下に対向してＸ線透過膜が配されており、
前記成分測定部内の縦径は、Ｘ線の照射点においてその上流側及び下流側よりも小さくなるように設定されている請求項１に記載の溶液分析装置。
【請求項３】
前記溶液管路は、前記溶液が循環する溶液循環管路である請求項１又は請求項２に記載の溶液分析装置。
【請求項４】
前記重量測定部は、上流端と下流端とがそれぞれ可撓性の管材により前記溶液管路の上流側と下流側とに接続され、前記重量測定装置により荷重を受け止められていると共に、螺旋状の管路として形成されている請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の溶液分析装置。
【請求項５】
前記溶液が空の状態での前記重量測定部の重量と、前記重量測定部の容積と、セメントのカルシウムの含有率とを記憶する記憶部と、
前記重量測定装置により測定された前記重量測定部の重量と、前記記憶部により記憶された前記溶液が空の状態での前記重量測定部の重量、及び前記重量測定部の容積とに基づいて、前記溶液の単位体積重量を演算し、演算した前記溶液の単位体積重量と、前記成分測定装置により測定された前記溶液のカルシウムの含有率と、前記記憶部により記憶されたセメントのカルシウムの含有率とに基づいて、前記溶液のセメントの含有率を演算する演算部と、
を備える請求項１から請求項４までの何れか１項に記載の溶液分析装置。
【請求項６】
前記演算部は、演算した前記溶液の単位体積重量及び前記溶液のセメントの含有率に基づいて、前記溶液のセメント以外の成分の単位体積重量又は比重を演算する請求項５に記載の溶液分析装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１２２８９０（Ｐ２０１２−１２２８９０Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７４８０５（Ｐ２０１０−２７４８０５）
【出願日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【出願人】（００００００５４９）株式会社大林組 (1,758)
【出願人】（５１０２２５９７１）株式会社イズミエンジニアリング (2)
【出願人】（５９１２４７７９８）原工業株式会社 (20)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【出願人】（００００００５４９）株式会社大林組 (1,758)
【出願人】（５１０２２５９７１）株式会社イズミエンジニアリング (2)
【出願人】（５９１２４７７９８）原工業株式会社 (20)
【Ｆターム（参考）】
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