表面水率測定システム及び表面水率測定方法
【課題】即時的かつ連続的にＣＳＧ材の表面水率を得ることを可能とする表面水率測定システム及び表面水率測定方法を提供する。
【解決手段】表面水率測定システム１は、ＣＳＧ材が搬送される搬送路Ａ１を画成する排出筒部３３と、中性子線を出射する出射ユニット２１ａと、出射ユニット２１ａからの中性子線を入射させる入射ユニット２１ｂと、を有し、排出筒部３３内のＣＳＧ材に放射線を透過させてＣＳＧ材の含水量を測定するＲＩ水分計２１と、を備えている。出射ユニット２１ａ及び入射ユニット２１ｂは、それぞれ排出筒部３３の外壁面３３１，３３２に設置されており、稜線Ｅ１を挟んで近接している。
【解決手段】表面水率測定システム１は、ＣＳＧ材が搬送される搬送路Ａ１を画成する排出筒部３３と、中性子線を出射する出射ユニット２１ａと、出射ユニット２１ａからの中性子線を入射させる入射ユニット２１ｂと、を有し、排出筒部３３内のＣＳＧ材に放射線を透過させてＣＳＧ材の含水量を測定するＲＩ水分計２１と、を備えている。出射ユニット２１ａ及び入射ユニット２１ｂは、それぞれ排出筒部３３の外壁面３３１，３３２に設置されており、稜線Ｅ１を挟んで近接している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤材料の表面水率を測定する表面水率測定システム及び表面水率測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年のダム建設にあっては、材料の合理化、設計の合理化、及び施工の合理化を図るために、台形ＣＳＧダムに関する研究が盛んに行われている。台形ＣＳＧダムとは、地盤材料であるＣＳＧ材に水とコンクリートを混合してなるＣＳＧ(Cemented Sand and Gravel)を用いた台形状のダムである。また、ＣＳＧ材とは、河床砂礫等の岩石質の母材で、分級等の調整を行っていないものであり、建設現場周辺で容易に採取可能なものである。このように、台形ＣＳＧダムでは、ＣＳＧ材といった比較的確保しやすい材料が用いられるので、従来の重力式コンクリートダムに比較して、環境保全やコスト縮減が図られる。
【０００３】
このようなＣＳＧ材は、前述のように分級等の調整がされていないことから、粒度や表面水率にバラツキがあることを前提とした管理が必要である。特に、ＣＳＧの強度を管理するためには、ＣＳＧ材に混合する水の量を適切に制御することが必要である。例えば、台形ＣＳＧダムの施工にあたり、施工当日のＣＳＧ材の品質管理としては、１時間に１回程度の表面水率測定を行って混合する水の量を補正することが業界内で推奨されている。このようなＣＳＧ材に混合する水の量の適切な制御には、ＣＳＧ材の表面水率を正確に得ることが必要となる。ここで、従来、ＣＳＧ材の表面水率を測定する簡易的な方法としては、「電子レンジ法」や「フライパン法」と称される方法等が知られている（下記非特許文献１参照。）。
【非特許文献１】「土質試験の方法と解説」，社団法人地盤工学会，２０００年３月，第一回改訂版，ｐ．６１−６７．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記電子レンジ法やフライパン法によれば、最低１時間程度の測定時間が必要であり、上記の推奨される管理を円滑に実現することは難しい。更に、上記電子レンジ法やフライパン法では、表面水率を即時的に連続的に得ることはできないので、混合する水の量を自動的に制御することは困難である。従って、ＣＳＧ材の表面水率を即時的かつ連続的に得ることが可能な測定の方式が求められる。
【０００５】
そこで、本発明は、即時的かつ連続的に地盤材料の表面水率を得ることを可能とする表面水率測定システム及び表面水率測定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】
【０００６】
本発明の表面水率測定システムは、地盤材料の表面水率を測定する表面水率測定システムにおいて、地盤材料が搬送される搬送路を画成する筒状の搬送筒部と、放射線を出射する放射線出射部と、放射線出射部からの放射線を入射させる放射線入射部と、を有し、搬送筒部内の地盤材料に放射線を透過させて地盤材料の表面水率に関連する物理量を測定するＲＩ測定装置と、を備え、放射線出射部及び放射線入射部は、互いの間に搬送路の少なくとも一部を挟んで、互いの間の直線距離が、ＲＩ測定装置による物理量の有効な測定を可能とする範囲の最大距離として定義される有効測定最大距離以下となるように、搬送筒部の外壁面に設置されていることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の表面水率測定方法は、地盤材料の表面水率を測定する表面水率測定方法において、筒状の搬送筒部で画成される搬送路で地盤材料を搬送させる搬送ステップと、放射線を出射する放射線出射部と、放射線出射部からの放射線を入射させる放射線入射部と、を有するＲＩ測定装置で、搬送筒部内の搬送中の地盤材料に放射線を透過させて地盤材料の表面水率に関連する物理量を測定するＲＩ測定ステップと、を備え、ＲＩ測定ステップでは、放射線出射部及び放射線入射部を、互いの間に搬送路の少なくとも一部を挟んで、互いの間の直線距離が、ＲＩ測定装置による物理量の有効な測定を可能とする範囲の最大距離として定義される有効測定最大距離以下となるように、搬送筒部の外壁面に設置することを特徴とする。
【０００８】
このシステム及び方法によれば、搬送筒部で画成された搬送路を地盤材料が搬送される。この搬送筒部の外壁面には、搬送路の少なくとも一部を挟むように、ＲＩ測定装置の放射線出射部と放射線入射部とが設置される。そして、ＲＩ測定装置により、搬送筒部内の搬送路で搬送される地盤材料に放射線が透過され、表面水率に関する物理量が即時的に連続的に測定される。このとき、地盤材料の搬送流量を大きくすべく搬送路が太く設計されている場合にも、放射線出射部と放射線入射部との直線距離はＲＩ測定装置の有効測定最大距離未満となるように設置されているので、搬送筒部内で搬送される地盤材料の物理量の測定が有効に行われる。
【０００９】
また、本発明の表面水率測定システムでは、搬送筒部の外壁面は、互いに直交する方向に延在する第１の壁面及び第２の壁面を有しており、放射線出射部は、第１の壁面に取り付けられ、放射線入射部は、第２の壁面に取り付けられていることとしてもよい。
【００１０】
このような外壁面の構成や、放射線出射部及び放射線入射部の配置により、放射線出射部と放射線入射部とを近接させやすくなり、ＲＩ測定装置による有効な測定がより容易になる。
【００１１】
また、この場合、搬送筒部の外壁面は、第１の壁面に平行に対向する第３の壁面と、第２の壁面に平行に対向する第４の壁面と、を更に有し、放射線出射部は、第４の壁面よりも第２の壁面に近い位置に取り付けられ、放射線入射部は、第３の壁面よりも第１の壁面に近い位置に取り付けられることとしてもよい。この構成により、放射線出射部と放射線入射部とを更に近接させることができる。
【００１２】
また、本発明の表面水率測定システムでは、搬送路に直交する面内における搬送筒部の最小幅が、ＲＩ測定装置の有効測定最大距離よりも大きいこととしてもよい。この場合、ＲＩ測定装置の放射線出射部及び放射線入射部を、対面させて搬送筒部の外壁面に設置するとすれば、放射線出射部と放射線入射部との直線距離は、ＲＩ測定装置の有効測定最大距離よりも大きくならざるを得ない。本発明は、搬送筒部がこのような構成をもつ場合に、特に、好適に適用でき、放射線出射部と放射線入射部との直線距離を、ＲＩ測定装置の有効測定最大距離以下にすることができる。
【００１３】
また、本発明の表面水率測定システムは、上記ＲＩ測定装置を複数備えており、ＲＩ測定装置のうちの１つは、地盤材料が含有する水分量を測定するＲＩ水分計であり、ＲＩ測定装置の他のうちの１つは、地盤材料の密度を測定するＲＩ密度計であることとしてもよい。
【００１４】
また、この場合、本発明の表面水率測定システムは、ＲＩ水分計で測定された地盤材料が含有する水分量の値と、ＲＩ密度計で測定された地盤材料の密度の値と、に基づいて、地盤材料の表面水率を算出する表面水率算出手段を更に備えてもよい。
【００１５】
また、本発明の表面水率測定システムにおいて、上記の地盤材料は、ＣＳＧ材であってもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の表面水率測定システム及び表面水率測定方法によれば、即時的かつ連続的に地盤材料の表面水率を得ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る表面水率測定システム及び表面水率測定方法の好適な一実施形態について詳細に説明する。
【００１８】
図１に示すＣＳＧ製造設備１０は、台形ＣＳＧダムの建設現場周辺で採取される地盤材料としてのＣＳＧ材に、セメントと水とを混合し、台形ＣＳＧダムの材料として用いられるＣＳＧ(Cemented Sand and Gravel)を製造するための設備である。ここで、ＣＳＧ材とは、河床砂礫等の岩石質の母材で、分級等の調整を行っていないため大小様々な粒径の礫が混在したものである。このようなＣＳＧ材は、台形ＣＳＧダムの建設現場周辺で容易に採取可能であるため、骨材として利用することで建設コスト削減に寄与する。なお、ＣＳＧ製造設備１０に導入されるＣＳＧ材は、予め、オーバーサイズの礫を除去・破砕するといった処理が施されており、ＣＳＧ材の最大粒径は約８０ｍｍとされている。
【００１９】
このＣＳＧ製造設備１０は、ＣＳＧ材を導入するベルトコンベア３と、ＣＳＧ材が投入されるホッパ５と、ホッパ５を通過したＣＳＧ材を搬送するベルトコンベア７と、混合装置９とを備えている。更に、ＣＳＧ製造設備１０は、ベルトコンベア７で搬送されるＣＳＧ材に、セメントを添加するセメント添加部１３と、水を添加する給水部１５とを備えている。上記ベルトコンベア３、ホッパ５、ベルトコンベア７、及び混合装置９は、この順にＣＳＧ材を搬送する搬送路Ａを構成している。ＣＳＧ製造設備１０に導入されたＣＳＧ材は、この搬送路Ａを搬送されながら、ベルトコンベア７においてセメント及び水が添加され、混合装置９で混合されて、ＣＳＧに加工される。
【００２０】
このＣＳＧ製造設備１０で製造されるＣＳＧの強度を管理するためには、給水部１５からの給水量を適切に制御することが必要である。そして、給水量の制御には、ＣＳＧ材の表面水率の情報が必要であるので、ＣＳＧ材の表面水率を即時的に連続的に得ることが必要となる。そこで、このＣＳＧ製造設備１０は、給水部１５よりも上流側において、搬送路Ａを搬送されるＣＳＧ材の表面水率を得る表面水率測定システム１を備えている。
【００２１】
表面水率測定システム１は、ホッパ５に設置されたＲＩ水分計（ＲＩ測定装置）２１及びＲＩ密度計（ＲＩ測定装置）２３と、ＲＩ水分計２１及びＲＩ密度計２３から得られる情報に基づいてＣＳＧ材の表面水率を求める表面水率算出部（表面水率算出手段）２５とを備えている。また、ＣＳＧ製造設備１０は、上記表面水率算出部２５を含み、得られた上記表面水率に基づいて給水部１５の給水量を制御する制御情報管理部１７を有している。制御情報管理部１７としては、例えば、パーソナルコンピュータ等が用いられてもよい。なお、制御情報管理部１７は、セメント添加部１３を制御し、ＣＳＧ材に添加するセメント量を調整する機能も有している。
【００２２】
以下、図２〜図４を参照し、ＲＩ水分計２１、ＲＩ密度計２３、及びホッパ５について詳細に説明する。図に示すように、ホッパ５は、ベルトコンベア３からのＣＳＧ材１００を受ける立方体形状のホッパ本体部３１を備えている。そして、ホッパ本体部３１の下方には、断面積が絞られた排出筒部３３が設けられている。ベルトコンベア３の下流端から落下したＣＳＧ材１００は、ホッパ本体部３１の上部の開口からホッパ本体部３１内に投入され、ホッパ本体部３１内で下方に搬送され、更に排出筒部３３を通じて鉛直下方に搬送され、下部の開口からベルトコンベア７（図１）に排出される（搬送ステップ）。
【００２３】
排出筒部３３は、正方形断面の筒状をなす部分であり、搬送路Ａ（図１）の一部である搬送路Ａ１を画成する搬送筒部を構成している。この排出筒部３３の断面積は、搬送路ＡにおけるＣＳＧ材１００の必要流量が十分確保できるような面積に設定されており、排出筒部３３の水平断面は、例えばここでは、一辺７０ｃｍの正方形とされている。この排出筒部３３は、鉛直面をなす４つの外壁面３３１，３３２，３３３，３３４を有している。このうち、外壁面３３２はベルトコンベア３の搬送方向の前方側に位置している。また、外壁面３３４は、外壁面３３２に平行に対向し上記搬送方向の後方側に位置している。
【００２４】
更に、外壁面３３１及び外壁面３３３は、上記外壁面３３２，３３４に直交する外壁面であり、互いに平行に対向している。なお、排出筒部３３においては、上記各外壁面３３１〜３３４同士が交差する辺として、４つの稜線が形成されるが、以下の説明において、外壁面３３１と外壁面３３２との間の稜線を稜線Ｅ１、外壁面３３２と外壁面３３３との間の稜線を稜線Ｅ２、外壁面３３３と外壁面３３４との間の稜線を稜線Ｅ３、外壁面３３４と外壁面３３１との間の稜線を稜線Ｅ４、と称する。
【００２５】
ＲＩ水分計２１は、対象物に中性子線を透過させて対象物に含有される水分量を測定する装置である。ＲＩ水分計２１は、中性子線を出射する出射ユニット２１ａと、対象物透過後の出射ユニット２１ａからの中性子線を入射させ検出する入射ユニット２１ｂと、入射ユニット２１ｂで検出された中性子線を分析して対象物の含水量を得る制御部（図示せず）と、を備えている。ＲＩ密度計２３は、対象物にガンマ線を透過させて対象物の密度を測定する装置である。ＲＩ密度計２３は、ガンマ線を出射する出射ユニット２３ａと、対象物透過後の出射ユニット２３ａからのガンマ線を入射させ検出する入射ユニット２３ｂと、入射ユニット２３ｂで検出されたガンマ線を分析して対象物の密度を得る制御部（図示せず）と、を備えている。なお、上記したＲＩ水分計２１の制御部及びＲＩ密度計２３の制御部は、制御情報管理部１７に含まれてもよい。
【００２６】
このようなＲＩ水分計２１及びＲＩ密度計２３にあっては、出射ユニット２１ａ（２３ａ）と入射ユニット２１ｂ（２３ｂ）との間の直線距離が大きくなるほど、正確な測定値が得難くなる。従って、この種のＲＩ水分計２１及びＲＩ密度計２３では、満足な測定精度が得られる有効な測定を可能とするための、出射ユニット２１ａ（２３ａ）と入射ユニット２１ｂ（２３ｂ）との最大の距離が設定される。あるいは、このような最大距離が、機器の仕様として設定されている場合もある。この距離を、以下の説明では「有効測定最大距離」と称する。ＲＩ水分計、ＲＩ密度計における有効測定最大距離は、一般には、３５ｃｍ程度である。ここでは、ＲＩ水分計２１及びＲＩ密度計２３の有効測定最大距離が、共に３５ｃｍと設定されている場合を例として説明する。
【００２７】
ここで、前述のように排出筒部３３の水平断面は一辺７０ｃｍの正方形であることから、排出筒部３３の水平断面内での最小幅は７０ｃｍであり、上記有効測定最大距離３５ｃｍよりも大きい。従って、出射ユニット２１ａと出射ユニット２１ａとを対面させる向きで排出筒部３３の外壁面に設置しようとすれば、出射ユニット２１ａと出射ユニット２１ａとの直線距離が有効測定最大距離の３５ｃｍを超えてしまう。その結果、ＲＩ水分計２１によるＣＳＧ材の含水量測定は不可能となってしまう。また、同様に、ＲＩ密度計２３によるＣＳＧ材の密度測定も不可能となってしまう。一方、排出筒部３３の寸法を小さくしようとすれば、ＣＳＧ製造装置１０におけるＣＳＧ材の必要流量が確保できなくなるおそれがある。
【００２８】
そこで、この表面水率測定システム１では、上記ＲＩ水分計２１の出射ユニット２１ａが、排出筒部３３の外壁面３３１（第１の壁面）に取り付けられており、排出筒部３３の内側に向けて（すなわち、搬送路Ａ１に向けて）中性子線を出射することができる。そして、外壁面３３１に隣接する外壁面３３２（第２の壁面）には、上記中性子線を入射させるための入射ユニット２１ｂが取り付けられている。また、出射ユニット２１ａの設置位置は外壁面３３４（第４の壁面）よりも外壁面３３２（第２の壁面）に近い位置であり、入射ユニット２１ｂの設置位置は外壁面３３３（第３の壁面）よりも外壁面３３１（第１の壁面）に近い位置である。また、出射ユニット２１ａと入射ユニット２１ｂとは、稜線Ｅ１から同じ距離だけ離れて設置され、同じ高さに位置している。
【００２９】
このような配置により、出射ユニット２１ａと入射ユニット２１ｂとが稜線Ｅ１を挟んで直近に位置することになるので、出射ユニット２１ａと入射ユニット２１ｂとの直線距離を小さくすることができる。この配置によれば、排出筒部３３の水平断面内における最小幅がＲＩ水分計２１の有効測定最大距離３５ｃｍよりも大きい場合であっても、出射ユニット２１ａと入射ユニット２１ｂとの直線距離を有効測定最大距離３５ｃｍ以下にすることが可能になる。例えば、図に示した例では、出射ユニット２１ａと入射ユニット２１ｂとの直線距離は、幾何学的な関係から、２０〜３０ｃｍ程度にすることが可能である。
【００３０】
この構成に基づき、出射ユニット２１ａが排出筒部３３の内側に向けて中性子線を出射すると、中性子線は、稜線Ｅ１の近辺にあるＣＳＧ材１００を透過して、入射ユニット２１ｂに入射する。そして、ＲＩ水分計２１の制御部では、入射ユニット２１ｂで検出された中性子線に基づいて所定の演算が行われ、ＣＳＧ材１００の単位重量当たりの含水量が得られる（ＲＩ測定ステップ）。なお、この含水量の演算に用いる各パラメータは、事前の校正試験により決定され上記制御部に組み込まれている。ここで得られた含水量の値は、制御情報管理部１７の表面水率算出部２５（図１）に入力される。
【００３１】
以上のように、出射ユニット２１ａと入射ユニット２１ｂとの直線距離を有効測定最大距離３５ｃｍ以下にすることにより、ＲＩ水分計２１を用いて、出射ユニット２１ａと入射ユニット２１ｂとの間にある搬送路Ａ１内のＣＳＧ材の含水量を測定することができる。また、ＲＩ水分計を採用したことにより、即時的に測定値を得ることができ、搬送路Ａ１内の搬送中のＣＳＧ材の含水量を連続的に得ることができる。
【００３２】
また、同様に、上記ＲＩ密度計２３の出射ユニット２３ａは、排出筒部３３の外壁面３３４に取り付けられ、排出筒部３３の内側に向けて（すなわち、搬送路Ａ１に向けて）ガンマ線を出射することができる。また、入射ユニット２３ｂは、外壁面３３３に取り付けられる。そして、出射ユニット２３ａは、外壁面３３１よりも外壁面３３３に近い位置に取り付けられ、入射ユニット２３ｂは、外壁面３３２よりも外壁面３３４に近い位置に取り付けられている。また、出射ユニット２３ａと入射ユニット２３ｂとは、稜線Ｅ３から同じ距離だけ離れて設置され、同じ高さに位置している。
【００３３】
このような配置により、出射ユニット２３ａと入射ユニット２３ｂとが稜線Ｅ３を挟んで直近に位置することになるので、出射ユニット２３ａと入射ユニット２３ｂとの直線距離を小さくすることができる。このような配置によれば、排出筒部３３の水平断面内における最小幅がＲＩ密度計２３の有効測定最大距離３５ｃｍよりも大きい場合であっても、出射ユニット２３ａと入射ユニット２３ｂとの直線距離を有効測定最大距離３５ｃｍ以下にすることが可能になる。
【００３４】
この構成に基づき、出射ユニット２３ａが排出筒部３３の内側に向けてガンマ線を出射すると、ガンマ線は、稜線Ｅ３の近辺にあるＣＳＧ材１００を透過して、入射ユニット２３ｂに入射する。そして、ＲＩ密度計２３の制御部では、入射ユニット２３ｂで検出されたガンマ線に基づいて所定の演算が行われ、ＣＳＧ材１００の密度が得られる（ＲＩ測定ステップ）。なお、この密度の演算に用いる各パラメータは、事前の校正試験により決定され上記制御部に組み込まれている。ここで得られた密度の値は、制御情報管理部１７の表面水率算出部２５（図１）に入力される。
【００３５】
以上のように、前述のＲＩ水分計２１と同様に、出射ユニット２３ａと入射ユニット２３ｂとの直線距離を有効測定最大距離以下にすることにより、ＲＩ密度計２３を用いて、出射ユニット２３ａと入射ユニット２３ｂとの間にある搬送路Ａ１内のＣＳＧ材の密度を測定することができる。また、ＲＩ密度計を採用したことにより、即時的に測定値を得ることができ、搬送路Ａ１内の搬送中のＣＳＧ材の密度を連続的に得ることができる。
【００３６】
前述のとおり、表面水率算出部２５には、ＲＩ水分計２１からの含水量の値（ρmRとする）と、ＲＩ密度計からの密度の値（ρtRとする）とが入力される。そして、表面水率算出部２５は、下式（１），（２）によりＣＳＧ材１００の表面水率ＨRI（％）を算出する。
ｗRI＝ρmR・１００／（ρtR−ρmR） …（１）
ＨRI＝（ｗRI−Ｑ）／（１＋Ｑ／１００） …（２）
ここで、ｗRIはＣＳＧ材１００の含水比（％）を表している。また、ＱはＣＳＧ材１００の吸水率（％）を表しており、Ｑの値は、制御情報管理部１７に別途入力される。
【００３７】
制御情報管理部１７は、表面水率算出部２５が算出した表面水率が急変した等の場合には、給水量を補正するように給水部１５を制御する。例えば、表面水率ＨRIが急激に増加した場合には給水量を減少させ、表面水率ＨRIが急激に減少した場合には給水量を増加させるように給水部１５を制御する。このような給水量の制御により、ＣＳＧ材の表面水率の変動に関わらず、台形ＣＳＧダムの材料であるＣＳＧの強度を一定に管理することができる。
【００３８】
また、フライパン法や電子レンジ法でＣＳＧ材の表面水率を測定する場合には、ＣＳＧ材のサンプリング方法によって結果が偏る場合があるところ、上述した表面水率測定システム１及び表面水率測定方法によれば、サンプリングが不要であるので、このような問題が発生しない点で優れている。また、表面水率測定システム１及び表面水率測定方法では、フライパン法や電子レンジ法に比べて、ＣＳＧ材を直接パーソナルコンピュータ等に入力することができ、給水部１５の自動制御を図ることもできるので、ＣＳＧの品質管理の省力化が可能である。また、また、表面水率測定システム１及び表面水率測定方法は、ホッパ３の外壁面に出射ユニット２１ａ，２３ａと入射ユニット２１ｂ，２３ｂを取付けることで、複雑な改造等を必要とすることなく、既存のホッパ３を利用することができる。
【００３９】
ところで、上述した表面水率測定システム１及び表面水率測定方法によれば、稜線Ｅ１近辺を通過する一部のＣＳＧ材１００の含水量が測定され、稜線Ｅ３近辺を通過する他の一部のＣＳＧ材１００の密度が測定され、これらの測定値に基づいて表面水率が算出されることになる。ここで、ＣＳＧ材１００の粒度分布がホッパ５内で均質であるとは限らないので、得られた表面水率が、ＣＳＧ材１００全体としての表面水率を正しく表していないことも考えられる。例えば、図２に示すように、ＣＳＧ材がベルトコンベア３で搬送されホッパ５に投入される場合には、粒径が大きいものほどベルトコンベア３からの落下の際に前方側に投げ出されるので、ホッパ５の外壁面３３２に近い側に粒径が大きいものが偏ってしまう傾向があると考えられる。
【００４０】
そこで、本発明者らは、上述したＣＳＧ製造設備１０において、表面水率測定システム１及び表面水率測定方法の実効性を評価する実験を行った。この実験では、同じＣＳＧ材のサンプルに対して、上述の表面水率測定システム１による表面水率の測定と、JIS A 1203:1999に規定された乾燥法による表面水率の測定と、を行い両測定値を比較した。そして、測定した全データについて、両測定値の相関図を図５に示し、両測定値の偏差のヒストグラムを図６に示した。
【００４１】
図５、図６によれば、大半のデータが、偏差±１．０％の範囲内（図５では破線の間の範囲内）に分布していることが判る。この結果により、表面水率測定システム１及び表面水率測定方法は、実効精度が１．０％以内であり、ＣＳＧ材の表面水量を測定するにあたり、乾燥法と同様に採用可能であることが確認された。なお、偏差が極端に大きいデータは、特異点として、図５において×印で示し、図６において斜線部として示している。
【００４２】
更に、本発明者らは、上述した表面水率測定システム１から、ＲＩ密度計２３による密度測定を省略した場合についても、同様に、実効性を評価する実験を行った。すなわち、この場合、表面水率算出部２５には、ＲＩ密度計２３の測定値に代えて、固定値を入力した。これは、同じ現場から採取されたＣＳＧ材であれば、密度の変動は小さいと考えられるからである。そして、同じＣＳＧ材のサンプルに対して、ＲＩ密度計２３を省略した表面水率測定システム１による表面水率の測定と、乾燥法による表面水率の測定と、を行い両測定値を比較した。そして、測定した全データについて、両測定値の相関図を図７に示し、両測定値の偏差のヒストグラムを図８に示した。
【００４３】
図７、図８によれば、大半のデータが、偏差±１．０％の範囲内（図７では破線の間の範囲内）に分布していることが判る。この結果により、ＲＩ密度計２３による密度測定を省略した場合でも、表面水率測定システム１及び表面水率測定方法の実効精度は、１．０％以内であることが確認された。この結果から、同じ現場から採取されたＣＳＧ材を使用する限り、ＲＩ密度計２３による密度測定を省略しても、表面水率測定システム１及び表面水率測定方法は、同様の実効精度が期待できることが判った。なお、偏差が極端に大きいデータは、特異点として、図７において×印で示し、図８において斜線部として示している。
【００４４】
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、表面水率測定システム１では、排出筒部３３の断面形状を正方形としているが、他の正多角形、円形などの他の断面形状としてもよい。例えば、排出筒部３３に代えて、図９に示す円形断面の排出筒部３５を採用した場合を考えると、出射ユニット２１ａ（２３ａ）の取付け面に接する平面３５ａと、入射ユニット２１ｂ（２３ｂ）の取付け面に接する平面３５ｂとが交差する角度αが、３０°以上になるように、両ユニットの取付け位置を設定することが好ましい。このような取付け位置であれば、幾何学的な条件から、出射ユニット２１ａ（２３ａ）と入射ユニット２１ｂ（２３ｂ）との間の直線距離を３５ｃｍとしたときに、中性子線（ガンマ線）を、ＣＳＧ材１００の粒径８０ｍｍの粒子の中心に透過させることができ、正確な測定を行うことができる。
【００４５】
また、表面水率測定システム１では、ＲＩ水分計２１の出射ユニット２１ａと入射ユニット２１ｂとを、稜線Ｅ１を挟んで近接させるように設置し、ＲＩ密度計２３の出射ユニット２３ａと入射ユニット２３ｂとを、稜線Ｅ３を挟んで近接させるように設置しているが、ＲＩ水分計２１及びＲＩ密度計２３の設置位置は、これ以外の組み合わせとしてもよい。なお、上記のような位置関係で出射ユニットと入射ユニットとを稜線Ｅ１〜Ｅ４を挟んで近接させるようにＲＩ測定装置を設置することを、以下の説明では、例えば「ＲＩ測定装置を稜線Ｅ１位置に設置する」等と簡易的に表現する。
【００４６】
例えば、図１０に示すように、ＲＩ水分計２１を稜線Ｅ１位置に設置し、ＲＩ密度計２３を稜線Ｅ２位置に設置してもよい。この構成によれば、ホッパ５内におけるＣＳＧ材の粒度分布の対称性から、ほぼ同じ粒度組成のＣＳＧ材について含水量値と密度値とが測定され、表面水率が算出されるので、より正確な表面水率が得られる。
【００４７】
また、図１１に示すように、ＲＩ水分計２１及びＲＩ密度計２３を同じ稜線位置に上下に並べて設置すれば、ほぼ同じ位置のＣＳＧ材の含水量値と密度値とに基づいて表面水率が算出されるので、より正確な表面水率が得られるといった点で好ましいと考えられる。一方で、上述の表面水率測定システム１や図１０の形態では、ＲＩ水分計２１及びＲＩ密度計２３の各ユニットを上下方向に並べるスペースが必要ないので、排出筒部３３の上下方向の寸法を抑えられる点で好ましい。
【００４８】
また、図１２に示すように、ＲＩ水分計２１及びＲＩ密度計２３を複数（ここでは、２個ずつ）として、稜線Ｅ１〜Ｅ４位置に設置してもよい。また、前述の通り、排出筒部３３にはＲＩ水分計２１のみを設置してＲＩ密度計２３を省略し、制御情報管理部１７には密度の固定値を入力するようにしてもよい。この場合にも、ＲＩ水分計２１を複数用いてもよい。また、表面水率測定システム１では、ＲＩ水分計２１及びＲＩ密度計２３の２種類の機器を準備しているが、双方の機能を併せ持つＲＩ水分密度計を採用することにより、出射／入射ユニットの設置スペースを削減してもよい。
【００４９】
また、この表面水率測定システム１は、ＲＩ密度計２３による測定データを用いて、ＣＳＧ材のレキ率（粒径２５．６ｍｍの割合）を推定し、粒度の判定や異種材料混入を判定するといった利用方法にも展開できる可能性がある。なお、上述した各構成は、適宜組み合わせて採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明に係る表面水率測定システム及び表面水率測定方法が適用されるＣＳＧ製造設備を示すブロック図である。
【図２】図１のＣＳＧ製造設備に含まれるベルトコンベア及びホッパを示す斜視図である。
【図３】図２のホッパの鉛直方向の断面図である。
【図４】図２のホッパの排出筒部における水平断面図である。
【図５】本発明者らによる実験の結果を示す相関図である。
【図６】本発明者らによる実験の結果を示すヒストグラムである。
【図７】本発明者らによる実験の結果を示す相関図である。
【図８】本発明者らによる実験の結果を示すヒストグラムである。
【図９】円形断面をもつ排出筒部に出射ユニットと入射ユニットとを設置する例を示す水平断面図である。
【図１０】ホッパの排出筒部にＲＩ水分計及びＲＩ密度計を設置する他の例を示す水平断面図である。
【図１１】ホッパの排出筒部にＲＩ水分計及びＲＩ密度計を設置する更に他の例を示す斜視図である。
【図１２】ホッパの排出筒部にＲＩ水分計及びＲＩ密度計を設置する更に他の例を示す水平断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１…表面水率測定システム、２１…ＲＩ水分計（ＲＩ測定装置）、２１ａ…出射ユニット（放射線出射部）、２１ｂ…入射ユニット（放射線入射部）、２３…ＲＩ密度計（ＲＩ測定装置）、２３ａ…出射ユニット（放射線出射部）、２３ｂ…入射ユニット（放射線入射部）、２５…表面水率算出部（表面水率算出手段）、３３…排出筒部（搬送筒部）、３３１…外壁面（第１の壁面）、３３２…外壁面（第２の壁面）、３３３…外壁面（第３の壁面）、３３４…外壁面（第４の壁面）、１００…ＣＳＧ材（地盤材料）、Ａ，Ａ１…搬送路。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤材料の表面水率を測定する表面水率測定システム及び表面水率測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年のダム建設にあっては、材料の合理化、設計の合理化、及び施工の合理化を図るために、台形ＣＳＧダムに関する研究が盛んに行われている。台形ＣＳＧダムとは、地盤材料であるＣＳＧ材に水とコンクリートを混合してなるＣＳＧ(Cemented Sand and Gravel)を用いた台形状のダムである。また、ＣＳＧ材とは、河床砂礫等の岩石質の母材で、分級等の調整を行っていないものであり、建設現場周辺で容易に採取可能なものである。このように、台形ＣＳＧダムでは、ＣＳＧ材といった比較的確保しやすい材料が用いられるので、従来の重力式コンクリートダムに比較して、環境保全やコスト縮減が図られる。
【０００３】
このようなＣＳＧ材は、前述のように分級等の調整がされていないことから、粒度や表面水率にバラツキがあることを前提とした管理が必要である。特に、ＣＳＧの強度を管理するためには、ＣＳＧ材に混合する水の量を適切に制御することが必要である。例えば、台形ＣＳＧダムの施工にあたり、施工当日のＣＳＧ材の品質管理としては、１時間に１回程度の表面水率測定を行って混合する水の量を補正することが業界内で推奨されている。このようなＣＳＧ材に混合する水の量の適切な制御には、ＣＳＧ材の表面水率を正確に得ることが必要となる。ここで、従来、ＣＳＧ材の表面水率を測定する簡易的な方法としては、「電子レンジ法」や「フライパン法」と称される方法等が知られている（下記非特許文献１参照。）。
【非特許文献１】「土質試験の方法と解説」，社団法人地盤工学会，２０００年３月，第一回改訂版，ｐ．６１−６７．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記電子レンジ法やフライパン法によれば、最低１時間程度の測定時間が必要であり、上記の推奨される管理を円滑に実現することは難しい。更に、上記電子レンジ法やフライパン法では、表面水率を即時的に連続的に得ることはできないので、混合する水の量を自動的に制御することは困難である。従って、ＣＳＧ材の表面水率を即時的かつ連続的に得ることが可能な測定の方式が求められる。
【０００５】
そこで、本発明は、即時的かつ連続的に地盤材料の表面水率を得ることを可能とする表面水率測定システム及び表面水率測定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】
【０００６】
本発明の表面水率測定システムは、地盤材料の表面水率を測定する表面水率測定システムにおいて、地盤材料が搬送される搬送路を画成する筒状の搬送筒部と、放射線を出射する放射線出射部と、放射線出射部からの放射線を入射させる放射線入射部と、を有し、搬送筒部内の地盤材料に放射線を透過させて地盤材料の表面水率に関連する物理量を測定するＲＩ測定装置と、を備え、放射線出射部及び放射線入射部は、互いの間に搬送路の少なくとも一部を挟んで、互いの間の直線距離が、ＲＩ測定装置による物理量の有効な測定を可能とする範囲の最大距離として定義される有効測定最大距離以下となるように、搬送筒部の外壁面に設置されていることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の表面水率測定方法は、地盤材料の表面水率を測定する表面水率測定方法において、筒状の搬送筒部で画成される搬送路で地盤材料を搬送させる搬送ステップと、放射線を出射する放射線出射部と、放射線出射部からの放射線を入射させる放射線入射部と、を有するＲＩ測定装置で、搬送筒部内の搬送中の地盤材料に放射線を透過させて地盤材料の表面水率に関連する物理量を測定するＲＩ測定ステップと、を備え、ＲＩ測定ステップでは、放射線出射部及び放射線入射部を、互いの間に搬送路の少なくとも一部を挟んで、互いの間の直線距離が、ＲＩ測定装置による物理量の有効な測定を可能とする範囲の最大距離として定義される有効測定最大距離以下となるように、搬送筒部の外壁面に設置することを特徴とする。
【０００８】
このシステム及び方法によれば、搬送筒部で画成された搬送路を地盤材料が搬送される。この搬送筒部の外壁面には、搬送路の少なくとも一部を挟むように、ＲＩ測定装置の放射線出射部と放射線入射部とが設置される。そして、ＲＩ測定装置により、搬送筒部内の搬送路で搬送される地盤材料に放射線が透過され、表面水率に関する物理量が即時的に連続的に測定される。このとき、地盤材料の搬送流量を大きくすべく搬送路が太く設計されている場合にも、放射線出射部と放射線入射部との直線距離はＲＩ測定装置の有効測定最大距離未満となるように設置されているので、搬送筒部内で搬送される地盤材料の物理量の測定が有効に行われる。
【０００９】
また、本発明の表面水率測定システムでは、搬送筒部の外壁面は、互いに直交する方向に延在する第１の壁面及び第２の壁面を有しており、放射線出射部は、第１の壁面に取り付けられ、放射線入射部は、第２の壁面に取り付けられていることとしてもよい。
【００１０】
このような外壁面の構成や、放射線出射部及び放射線入射部の配置により、放射線出射部と放射線入射部とを近接させやすくなり、ＲＩ測定装置による有効な測定がより容易になる。
【００１１】
また、この場合、搬送筒部の外壁面は、第１の壁面に平行に対向する第３の壁面と、第２の壁面に平行に対向する第４の壁面と、を更に有し、放射線出射部は、第４の壁面よりも第２の壁面に近い位置に取り付けられ、放射線入射部は、第３の壁面よりも第１の壁面に近い位置に取り付けられることとしてもよい。この構成により、放射線出射部と放射線入射部とを更に近接させることができる。
【００１２】
また、本発明の表面水率測定システムでは、搬送路に直交する面内における搬送筒部の最小幅が、ＲＩ測定装置の有効測定最大距離よりも大きいこととしてもよい。この場合、ＲＩ測定装置の放射線出射部及び放射線入射部を、対面させて搬送筒部の外壁面に設置するとすれば、放射線出射部と放射線入射部との直線距離は、ＲＩ測定装置の有効測定最大距離よりも大きくならざるを得ない。本発明は、搬送筒部がこのような構成をもつ場合に、特に、好適に適用でき、放射線出射部と放射線入射部との直線距離を、ＲＩ測定装置の有効測定最大距離以下にすることができる。
【００１３】
また、本発明の表面水率測定システムは、上記ＲＩ測定装置を複数備えており、ＲＩ測定装置のうちの１つは、地盤材料が含有する水分量を測定するＲＩ水分計であり、ＲＩ測定装置の他のうちの１つは、地盤材料の密度を測定するＲＩ密度計であることとしてもよい。
【００１４】
また、この場合、本発明の表面水率測定システムは、ＲＩ水分計で測定された地盤材料が含有する水分量の値と、ＲＩ密度計で測定された地盤材料の密度の値と、に基づいて、地盤材料の表面水率を算出する表面水率算出手段を更に備えてもよい。
【００１５】
また、本発明の表面水率測定システムにおいて、上記の地盤材料は、ＣＳＧ材であってもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の表面水率測定システム及び表面水率測定方法によれば、即時的かつ連続的に地盤材料の表面水率を得ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る表面水率測定システム及び表面水率測定方法の好適な一実施形態について詳細に説明する。
【００１８】
図１に示すＣＳＧ製造設備１０は、台形ＣＳＧダムの建設現場周辺で採取される地盤材料としてのＣＳＧ材に、セメントと水とを混合し、台形ＣＳＧダムの材料として用いられるＣＳＧ(Cemented Sand and Gravel)を製造するための設備である。ここで、ＣＳＧ材とは、河床砂礫等の岩石質の母材で、分級等の調整を行っていないため大小様々な粒径の礫が混在したものである。このようなＣＳＧ材は、台形ＣＳＧダムの建設現場周辺で容易に採取可能であるため、骨材として利用することで建設コスト削減に寄与する。なお、ＣＳＧ製造設備１０に導入されるＣＳＧ材は、予め、オーバーサイズの礫を除去・破砕するといった処理が施されており、ＣＳＧ材の最大粒径は約８０ｍｍとされている。
【００１９】
このＣＳＧ製造設備１０は、ＣＳＧ材を導入するベルトコンベア３と、ＣＳＧ材が投入されるホッパ５と、ホッパ５を通過したＣＳＧ材を搬送するベルトコンベア７と、混合装置９とを備えている。更に、ＣＳＧ製造設備１０は、ベルトコンベア７で搬送されるＣＳＧ材に、セメントを添加するセメント添加部１３と、水を添加する給水部１５とを備えている。上記ベルトコンベア３、ホッパ５、ベルトコンベア７、及び混合装置９は、この順にＣＳＧ材を搬送する搬送路Ａを構成している。ＣＳＧ製造設備１０に導入されたＣＳＧ材は、この搬送路Ａを搬送されながら、ベルトコンベア７においてセメント及び水が添加され、混合装置９で混合されて、ＣＳＧに加工される。
【００２０】
このＣＳＧ製造設備１０で製造されるＣＳＧの強度を管理するためには、給水部１５からの給水量を適切に制御することが必要である。そして、給水量の制御には、ＣＳＧ材の表面水率の情報が必要であるので、ＣＳＧ材の表面水率を即時的に連続的に得ることが必要となる。そこで、このＣＳＧ製造設備１０は、給水部１５よりも上流側において、搬送路Ａを搬送されるＣＳＧ材の表面水率を得る表面水率測定システム１を備えている。
【００２１】
表面水率測定システム１は、ホッパ５に設置されたＲＩ水分計（ＲＩ測定装置）２１及びＲＩ密度計（ＲＩ測定装置）２３と、ＲＩ水分計２１及びＲＩ密度計２３から得られる情報に基づいてＣＳＧ材の表面水率を求める表面水率算出部（表面水率算出手段）２５とを備えている。また、ＣＳＧ製造設備１０は、上記表面水率算出部２５を含み、得られた上記表面水率に基づいて給水部１５の給水量を制御する制御情報管理部１７を有している。制御情報管理部１７としては、例えば、パーソナルコンピュータ等が用いられてもよい。なお、制御情報管理部１７は、セメント添加部１３を制御し、ＣＳＧ材に添加するセメント量を調整する機能も有している。
【００２２】
以下、図２〜図４を参照し、ＲＩ水分計２１、ＲＩ密度計２３、及びホッパ５について詳細に説明する。図に示すように、ホッパ５は、ベルトコンベア３からのＣＳＧ材１００を受ける立方体形状のホッパ本体部３１を備えている。そして、ホッパ本体部３１の下方には、断面積が絞られた排出筒部３３が設けられている。ベルトコンベア３の下流端から落下したＣＳＧ材１００は、ホッパ本体部３１の上部の開口からホッパ本体部３１内に投入され、ホッパ本体部３１内で下方に搬送され、更に排出筒部３３を通じて鉛直下方に搬送され、下部の開口からベルトコンベア７（図１）に排出される（搬送ステップ）。
【００２３】
排出筒部３３は、正方形断面の筒状をなす部分であり、搬送路Ａ（図１）の一部である搬送路Ａ１を画成する搬送筒部を構成している。この排出筒部３３の断面積は、搬送路ＡにおけるＣＳＧ材１００の必要流量が十分確保できるような面積に設定されており、排出筒部３３の水平断面は、例えばここでは、一辺７０ｃｍの正方形とされている。この排出筒部３３は、鉛直面をなす４つの外壁面３３１，３３２，３３３，３３４を有している。このうち、外壁面３３２はベルトコンベア３の搬送方向の前方側に位置している。また、外壁面３３４は、外壁面３３２に平行に対向し上記搬送方向の後方側に位置している。
【００２４】
更に、外壁面３３１及び外壁面３３３は、上記外壁面３３２，３３４に直交する外壁面であり、互いに平行に対向している。なお、排出筒部３３においては、上記各外壁面３３１〜３３４同士が交差する辺として、４つの稜線が形成されるが、以下の説明において、外壁面３３１と外壁面３３２との間の稜線を稜線Ｅ１、外壁面３３２と外壁面３３３との間の稜線を稜線Ｅ２、外壁面３３３と外壁面３３４との間の稜線を稜線Ｅ３、外壁面３３４と外壁面３３１との間の稜線を稜線Ｅ４、と称する。
【００２５】
ＲＩ水分計２１は、対象物に中性子線を透過させて対象物に含有される水分量を測定する装置である。ＲＩ水分計２１は、中性子線を出射する出射ユニット２１ａと、対象物透過後の出射ユニット２１ａからの中性子線を入射させ検出する入射ユニット２１ｂと、入射ユニット２１ｂで検出された中性子線を分析して対象物の含水量を得る制御部（図示せず）と、を備えている。ＲＩ密度計２３は、対象物にガンマ線を透過させて対象物の密度を測定する装置である。ＲＩ密度計２３は、ガンマ線を出射する出射ユニット２３ａと、対象物透過後の出射ユニット２３ａからのガンマ線を入射させ検出する入射ユニット２３ｂと、入射ユニット２３ｂで検出されたガンマ線を分析して対象物の密度を得る制御部（図示せず）と、を備えている。なお、上記したＲＩ水分計２１の制御部及びＲＩ密度計２３の制御部は、制御情報管理部１７に含まれてもよい。
【００２６】
このようなＲＩ水分計２１及びＲＩ密度計２３にあっては、出射ユニット２１ａ（２３ａ）と入射ユニット２１ｂ（２３ｂ）との間の直線距離が大きくなるほど、正確な測定値が得難くなる。従って、この種のＲＩ水分計２１及びＲＩ密度計２３では、満足な測定精度が得られる有効な測定を可能とするための、出射ユニット２１ａ（２３ａ）と入射ユニット２１ｂ（２３ｂ）との最大の距離が設定される。あるいは、このような最大距離が、機器の仕様として設定されている場合もある。この距離を、以下の説明では「有効測定最大距離」と称する。ＲＩ水分計、ＲＩ密度計における有効測定最大距離は、一般には、３５ｃｍ程度である。ここでは、ＲＩ水分計２１及びＲＩ密度計２３の有効測定最大距離が、共に３５ｃｍと設定されている場合を例として説明する。
【００２７】
ここで、前述のように排出筒部３３の水平断面は一辺７０ｃｍの正方形であることから、排出筒部３３の水平断面内での最小幅は７０ｃｍであり、上記有効測定最大距離３５ｃｍよりも大きい。従って、出射ユニット２１ａと出射ユニット２１ａとを対面させる向きで排出筒部３３の外壁面に設置しようとすれば、出射ユニット２１ａと出射ユニット２１ａとの直線距離が有効測定最大距離の３５ｃｍを超えてしまう。その結果、ＲＩ水分計２１によるＣＳＧ材の含水量測定は不可能となってしまう。また、同様に、ＲＩ密度計２３によるＣＳＧ材の密度測定も不可能となってしまう。一方、排出筒部３３の寸法を小さくしようとすれば、ＣＳＧ製造装置１０におけるＣＳＧ材の必要流量が確保できなくなるおそれがある。
【００２８】
そこで、この表面水率測定システム１では、上記ＲＩ水分計２１の出射ユニット２１ａが、排出筒部３３の外壁面３３１（第１の壁面）に取り付けられており、排出筒部３３の内側に向けて（すなわち、搬送路Ａ１に向けて）中性子線を出射することができる。そして、外壁面３３１に隣接する外壁面３３２（第２の壁面）には、上記中性子線を入射させるための入射ユニット２１ｂが取り付けられている。また、出射ユニット２１ａの設置位置は外壁面３３４（第４の壁面）よりも外壁面３３２（第２の壁面）に近い位置であり、入射ユニット２１ｂの設置位置は外壁面３３３（第３の壁面）よりも外壁面３３１（第１の壁面）に近い位置である。また、出射ユニット２１ａと入射ユニット２１ｂとは、稜線Ｅ１から同じ距離だけ離れて設置され、同じ高さに位置している。
【００２９】
このような配置により、出射ユニット２１ａと入射ユニット２１ｂとが稜線Ｅ１を挟んで直近に位置することになるので、出射ユニット２１ａと入射ユニット２１ｂとの直線距離を小さくすることができる。この配置によれば、排出筒部３３の水平断面内における最小幅がＲＩ水分計２１の有効測定最大距離３５ｃｍよりも大きい場合であっても、出射ユニット２１ａと入射ユニット２１ｂとの直線距離を有効測定最大距離３５ｃｍ以下にすることが可能になる。例えば、図に示した例では、出射ユニット２１ａと入射ユニット２１ｂとの直線距離は、幾何学的な関係から、２０〜３０ｃｍ程度にすることが可能である。
【００３０】
この構成に基づき、出射ユニット２１ａが排出筒部３３の内側に向けて中性子線を出射すると、中性子線は、稜線Ｅ１の近辺にあるＣＳＧ材１００を透過して、入射ユニット２１ｂに入射する。そして、ＲＩ水分計２１の制御部では、入射ユニット２１ｂで検出された中性子線に基づいて所定の演算が行われ、ＣＳＧ材１００の単位重量当たりの含水量が得られる（ＲＩ測定ステップ）。なお、この含水量の演算に用いる各パラメータは、事前の校正試験により決定され上記制御部に組み込まれている。ここで得られた含水量の値は、制御情報管理部１７の表面水率算出部２５（図１）に入力される。
【００３１】
以上のように、出射ユニット２１ａと入射ユニット２１ｂとの直線距離を有効測定最大距離３５ｃｍ以下にすることにより、ＲＩ水分計２１を用いて、出射ユニット２１ａと入射ユニット２１ｂとの間にある搬送路Ａ１内のＣＳＧ材の含水量を測定することができる。また、ＲＩ水分計を採用したことにより、即時的に測定値を得ることができ、搬送路Ａ１内の搬送中のＣＳＧ材の含水量を連続的に得ることができる。
【００３２】
また、同様に、上記ＲＩ密度計２３の出射ユニット２３ａは、排出筒部３３の外壁面３３４に取り付けられ、排出筒部３３の内側に向けて（すなわち、搬送路Ａ１に向けて）ガンマ線を出射することができる。また、入射ユニット２３ｂは、外壁面３３３に取り付けられる。そして、出射ユニット２３ａは、外壁面３３１よりも外壁面３３３に近い位置に取り付けられ、入射ユニット２３ｂは、外壁面３３２よりも外壁面３３４に近い位置に取り付けられている。また、出射ユニット２３ａと入射ユニット２３ｂとは、稜線Ｅ３から同じ距離だけ離れて設置され、同じ高さに位置している。
【００３３】
このような配置により、出射ユニット２３ａと入射ユニット２３ｂとが稜線Ｅ３を挟んで直近に位置することになるので、出射ユニット２３ａと入射ユニット２３ｂとの直線距離を小さくすることができる。このような配置によれば、排出筒部３３の水平断面内における最小幅がＲＩ密度計２３の有効測定最大距離３５ｃｍよりも大きい場合であっても、出射ユニット２３ａと入射ユニット２３ｂとの直線距離を有効測定最大距離３５ｃｍ以下にすることが可能になる。
【００３４】
この構成に基づき、出射ユニット２３ａが排出筒部３３の内側に向けてガンマ線を出射すると、ガンマ線は、稜線Ｅ３の近辺にあるＣＳＧ材１００を透過して、入射ユニット２３ｂに入射する。そして、ＲＩ密度計２３の制御部では、入射ユニット２３ｂで検出されたガンマ線に基づいて所定の演算が行われ、ＣＳＧ材１００の密度が得られる（ＲＩ測定ステップ）。なお、この密度の演算に用いる各パラメータは、事前の校正試験により決定され上記制御部に組み込まれている。ここで得られた密度の値は、制御情報管理部１７の表面水率算出部２５（図１）に入力される。
【００３５】
以上のように、前述のＲＩ水分計２１と同様に、出射ユニット２３ａと入射ユニット２３ｂとの直線距離を有効測定最大距離以下にすることにより、ＲＩ密度計２３を用いて、出射ユニット２３ａと入射ユニット２３ｂとの間にある搬送路Ａ１内のＣＳＧ材の密度を測定することができる。また、ＲＩ密度計を採用したことにより、即時的に測定値を得ることができ、搬送路Ａ１内の搬送中のＣＳＧ材の密度を連続的に得ることができる。
【００３６】
前述のとおり、表面水率算出部２５には、ＲＩ水分計２１からの含水量の値（ρmRとする）と、ＲＩ密度計からの密度の値（ρtRとする）とが入力される。そして、表面水率算出部２５は、下式（１），（２）によりＣＳＧ材１００の表面水率ＨRI（％）を算出する。
ｗRI＝ρmR・１００／（ρtR−ρmR） …（１）
ＨRI＝（ｗRI−Ｑ）／（１＋Ｑ／１００） …（２）
ここで、ｗRIはＣＳＧ材１００の含水比（％）を表している。また、ＱはＣＳＧ材１００の吸水率（％）を表しており、Ｑの値は、制御情報管理部１７に別途入力される。
【００３７】
制御情報管理部１７は、表面水率算出部２５が算出した表面水率が急変した等の場合には、給水量を補正するように給水部１５を制御する。例えば、表面水率ＨRIが急激に増加した場合には給水量を減少させ、表面水率ＨRIが急激に減少した場合には給水量を増加させるように給水部１５を制御する。このような給水量の制御により、ＣＳＧ材の表面水率の変動に関わらず、台形ＣＳＧダムの材料であるＣＳＧの強度を一定に管理することができる。
【００３８】
また、フライパン法や電子レンジ法でＣＳＧ材の表面水率を測定する場合には、ＣＳＧ材のサンプリング方法によって結果が偏る場合があるところ、上述した表面水率測定システム１及び表面水率測定方法によれば、サンプリングが不要であるので、このような問題が発生しない点で優れている。また、表面水率測定システム１及び表面水率測定方法では、フライパン法や電子レンジ法に比べて、ＣＳＧ材を直接パーソナルコンピュータ等に入力することができ、給水部１５の自動制御を図ることもできるので、ＣＳＧの品質管理の省力化が可能である。また、また、表面水率測定システム１及び表面水率測定方法は、ホッパ３の外壁面に出射ユニット２１ａ，２３ａと入射ユニット２１ｂ，２３ｂを取付けることで、複雑な改造等を必要とすることなく、既存のホッパ３を利用することができる。
【００３９】
ところで、上述した表面水率測定システム１及び表面水率測定方法によれば、稜線Ｅ１近辺を通過する一部のＣＳＧ材１００の含水量が測定され、稜線Ｅ３近辺を通過する他の一部のＣＳＧ材１００の密度が測定され、これらの測定値に基づいて表面水率が算出されることになる。ここで、ＣＳＧ材１００の粒度分布がホッパ５内で均質であるとは限らないので、得られた表面水率が、ＣＳＧ材１００全体としての表面水率を正しく表していないことも考えられる。例えば、図２に示すように、ＣＳＧ材がベルトコンベア３で搬送されホッパ５に投入される場合には、粒径が大きいものほどベルトコンベア３からの落下の際に前方側に投げ出されるので、ホッパ５の外壁面３３２に近い側に粒径が大きいものが偏ってしまう傾向があると考えられる。
【００４０】
そこで、本発明者らは、上述したＣＳＧ製造設備１０において、表面水率測定システム１及び表面水率測定方法の実効性を評価する実験を行った。この実験では、同じＣＳＧ材のサンプルに対して、上述の表面水率測定システム１による表面水率の測定と、JIS A 1203:1999に規定された乾燥法による表面水率の測定と、を行い両測定値を比較した。そして、測定した全データについて、両測定値の相関図を図５に示し、両測定値の偏差のヒストグラムを図６に示した。
【００４１】
図５、図６によれば、大半のデータが、偏差±１．０％の範囲内（図５では破線の間の範囲内）に分布していることが判る。この結果により、表面水率測定システム１及び表面水率測定方法は、実効精度が１．０％以内であり、ＣＳＧ材の表面水量を測定するにあたり、乾燥法と同様に採用可能であることが確認された。なお、偏差が極端に大きいデータは、特異点として、図５において×印で示し、図６において斜線部として示している。
【００４２】
更に、本発明者らは、上述した表面水率測定システム１から、ＲＩ密度計２３による密度測定を省略した場合についても、同様に、実効性を評価する実験を行った。すなわち、この場合、表面水率算出部２５には、ＲＩ密度計２３の測定値に代えて、固定値を入力した。これは、同じ現場から採取されたＣＳＧ材であれば、密度の変動は小さいと考えられるからである。そして、同じＣＳＧ材のサンプルに対して、ＲＩ密度計２３を省略した表面水率測定システム１による表面水率の測定と、乾燥法による表面水率の測定と、を行い両測定値を比較した。そして、測定した全データについて、両測定値の相関図を図７に示し、両測定値の偏差のヒストグラムを図８に示した。
【００４３】
図７、図８によれば、大半のデータが、偏差±１．０％の範囲内（図７では破線の間の範囲内）に分布していることが判る。この結果により、ＲＩ密度計２３による密度測定を省略した場合でも、表面水率測定システム１及び表面水率測定方法の実効精度は、１．０％以内であることが確認された。この結果から、同じ現場から採取されたＣＳＧ材を使用する限り、ＲＩ密度計２３による密度測定を省略しても、表面水率測定システム１及び表面水率測定方法は、同様の実効精度が期待できることが判った。なお、偏差が極端に大きいデータは、特異点として、図７において×印で示し、図８において斜線部として示している。
【００４４】
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、表面水率測定システム１では、排出筒部３３の断面形状を正方形としているが、他の正多角形、円形などの他の断面形状としてもよい。例えば、排出筒部３３に代えて、図９に示す円形断面の排出筒部３５を採用した場合を考えると、出射ユニット２１ａ（２３ａ）の取付け面に接する平面３５ａと、入射ユニット２１ｂ（２３ｂ）の取付け面に接する平面３５ｂとが交差する角度αが、３０°以上になるように、両ユニットの取付け位置を設定することが好ましい。このような取付け位置であれば、幾何学的な条件から、出射ユニット２１ａ（２３ａ）と入射ユニット２１ｂ（２３ｂ）との間の直線距離を３５ｃｍとしたときに、中性子線（ガンマ線）を、ＣＳＧ材１００の粒径８０ｍｍの粒子の中心に透過させることができ、正確な測定を行うことができる。
【００４５】
また、表面水率測定システム１では、ＲＩ水分計２１の出射ユニット２１ａと入射ユニット２１ｂとを、稜線Ｅ１を挟んで近接させるように設置し、ＲＩ密度計２３の出射ユニット２３ａと入射ユニット２３ｂとを、稜線Ｅ３を挟んで近接させるように設置しているが、ＲＩ水分計２１及びＲＩ密度計２３の設置位置は、これ以外の組み合わせとしてもよい。なお、上記のような位置関係で出射ユニットと入射ユニットとを稜線Ｅ１〜Ｅ４を挟んで近接させるようにＲＩ測定装置を設置することを、以下の説明では、例えば「ＲＩ測定装置を稜線Ｅ１位置に設置する」等と簡易的に表現する。
【００４６】
例えば、図１０に示すように、ＲＩ水分計２１を稜線Ｅ１位置に設置し、ＲＩ密度計２３を稜線Ｅ２位置に設置してもよい。この構成によれば、ホッパ５内におけるＣＳＧ材の粒度分布の対称性から、ほぼ同じ粒度組成のＣＳＧ材について含水量値と密度値とが測定され、表面水率が算出されるので、より正確な表面水率が得られる。
【００４７】
また、図１１に示すように、ＲＩ水分計２１及びＲＩ密度計２３を同じ稜線位置に上下に並べて設置すれば、ほぼ同じ位置のＣＳＧ材の含水量値と密度値とに基づいて表面水率が算出されるので、より正確な表面水率が得られるといった点で好ましいと考えられる。一方で、上述の表面水率測定システム１や図１０の形態では、ＲＩ水分計２１及びＲＩ密度計２３の各ユニットを上下方向に並べるスペースが必要ないので、排出筒部３３の上下方向の寸法を抑えられる点で好ましい。
【００４８】
また、図１２に示すように、ＲＩ水分計２１及びＲＩ密度計２３を複数（ここでは、２個ずつ）として、稜線Ｅ１〜Ｅ４位置に設置してもよい。また、前述の通り、排出筒部３３にはＲＩ水分計２１のみを設置してＲＩ密度計２３を省略し、制御情報管理部１７には密度の固定値を入力するようにしてもよい。この場合にも、ＲＩ水分計２１を複数用いてもよい。また、表面水率測定システム１では、ＲＩ水分計２１及びＲＩ密度計２３の２種類の機器を準備しているが、双方の機能を併せ持つＲＩ水分密度計を採用することにより、出射／入射ユニットの設置スペースを削減してもよい。
【００４９】
また、この表面水率測定システム１は、ＲＩ密度計２３による測定データを用いて、ＣＳＧ材のレキ率（粒径２５．６ｍｍの割合）を推定し、粒度の判定や異種材料混入を判定するといった利用方法にも展開できる可能性がある。なお、上述した各構成は、適宜組み合わせて採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明に係る表面水率測定システム及び表面水率測定方法が適用されるＣＳＧ製造設備を示すブロック図である。
【図２】図１のＣＳＧ製造設備に含まれるベルトコンベア及びホッパを示す斜視図である。
【図３】図２のホッパの鉛直方向の断面図である。
【図４】図２のホッパの排出筒部における水平断面図である。
【図５】本発明者らによる実験の結果を示す相関図である。
【図６】本発明者らによる実験の結果を示すヒストグラムである。
【図７】本発明者らによる実験の結果を示す相関図である。
【図８】本発明者らによる実験の結果を示すヒストグラムである。
【図９】円形断面をもつ排出筒部に出射ユニットと入射ユニットとを設置する例を示す水平断面図である。
【図１０】ホッパの排出筒部にＲＩ水分計及びＲＩ密度計を設置する他の例を示す水平断面図である。
【図１１】ホッパの排出筒部にＲＩ水分計及びＲＩ密度計を設置する更に他の例を示す斜視図である。
【図１２】ホッパの排出筒部にＲＩ水分計及びＲＩ密度計を設置する更に他の例を示す水平断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１…表面水率測定システム、２１…ＲＩ水分計（ＲＩ測定装置）、２１ａ…出射ユニット（放射線出射部）、２１ｂ…入射ユニット（放射線入射部）、２３…ＲＩ密度計（ＲＩ測定装置）、２３ａ…出射ユニット（放射線出射部）、２３ｂ…入射ユニット（放射線入射部）、２５…表面水率算出部（表面水率算出手段）、３３…排出筒部（搬送筒部）、３３１…外壁面（第１の壁面）、３３２…外壁面（第２の壁面）、３３３…外壁面（第３の壁面）、３３４…外壁面（第４の壁面）、１００…ＣＳＧ材（地盤材料）、Ａ，Ａ１…搬送路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤材料の表面水率を測定する表面水率測定システムにおいて、
前記地盤材料が搬送される搬送路を画成する筒状の搬送筒部と、
放射線を出射する放射線出射部と、前記放射線出射部からの前記放射線を入射させる放射線入射部と、を有し、前記搬送筒部内の前記地盤材料に前記放射線を透過させて前記地盤材料の前記表面水率に関連する物理量を測定するＲＩ測定装置と、を備え、
前記放射線出射部及び前記放射線入射部は、
互いの間に前記搬送路の少なくとも一部を挟んで、
互いの間の直線距離が、前記ＲＩ測定装置による前記物理量の有効な測定を可能とする範囲の最大距離として定義される有効測定最大距離以下となるように、
前記搬送筒部の外壁面に設置されていることを特徴とする表面水率測定システム。
【請求項２】
前記搬送筒部の前記外壁面は、互いに直交する方向に延在する第１の壁面及び第２の壁面を有しており、
前記放射線出射部は、前記第１の壁面に取り付けられ、
前記放射線入射部は、前記第２の壁面に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の表面水率測定システム。
【請求項３】
前記搬送筒部の前記外壁面は、前記第１の壁面に平行に対向する第３の壁面と、前記第２の壁面に平行に対向する第４の壁面と、を更に有し、
前記放射線出射部は、前記第４の壁面よりも前記第２の壁面に近い位置に取り付けられ、
前記放射線入射部は、前記第３の壁面よりも前記第１の壁面に近い位置に取り付けられることを特徴とする請求項２に記載の表面水率測定システム。
【請求項４】
前記搬送路に直交する面内における前記搬送筒部の最小幅が、前記ＲＩ測定装置の前記有効測定最大距離よりも大きいことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の表面水率測定システム。
【請求項５】
前記ＲＩ測定装置を複数備えており、
前記ＲＩ測定装置のうちの１つは、前記地盤材料が含有する水分量を測定するＲＩ水分計であり、
前記ＲＩ測定装置の他のうちの１つは、前記地盤材料の密度を測定するＲＩ密度計であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の表面水率測定システム。
【請求項６】
前記ＲＩ水分計で測定された前記地盤材料が含有する水分量の値と、前記ＲＩ密度計で測定された前記地盤材料の密度の値と、に基づいて、前記地盤材料の表面水率を算出する表面水率算出手段を更に備えたことを特徴とする請求項５に記載の表面水率測定システム。
【請求項７】
前記地盤材料は、ＣＳＧ材であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の表面水率測定システム。
【請求項８】
地盤材料の表面水率を測定する表面水率測定方法において、
筒状の搬送筒部で画成される搬送路で前記地盤材料を搬送させる搬送ステップと、
放射線を出射する放射線出射部と、前記放射線出射部からの前記放射線を入射させる放射線入射部と、を有するＲＩ測定装置で、前記搬送筒部内の搬送中の前記地盤材料に前記放射線を透過させて前記地盤材料の前記表面水率に関連する物理量を測定するＲＩ測定ステップと、を備え、
前記ＲＩ測定ステップでは、
前記放射線出射部及び前記放射線入射部を、
互いの間に前記搬送路の少なくとも一部を挟んで、
互いの間の直線距離が、前記ＲＩ測定装置による前記物理量の有効な測定を可能とする範囲の最大距離として定義される有効測定最大距離以下となるように、
前記搬送筒部の外壁面に設置することを特徴とする表面水率測定方法。
【請求項１】
地盤材料の表面水率を測定する表面水率測定システムにおいて、
前記地盤材料が搬送される搬送路を画成する筒状の搬送筒部と、
放射線を出射する放射線出射部と、前記放射線出射部からの前記放射線を入射させる放射線入射部と、を有し、前記搬送筒部内の前記地盤材料に前記放射線を透過させて前記地盤材料の前記表面水率に関連する物理量を測定するＲＩ測定装置と、を備え、
前記放射線出射部及び前記放射線入射部は、
互いの間に前記搬送路の少なくとも一部を挟んで、
互いの間の直線距離が、前記ＲＩ測定装置による前記物理量の有効な測定を可能とする範囲の最大距離として定義される有効測定最大距離以下となるように、
前記搬送筒部の外壁面に設置されていることを特徴とする表面水率測定システム。
【請求項２】
前記搬送筒部の前記外壁面は、互いに直交する方向に延在する第１の壁面及び第２の壁面を有しており、
前記放射線出射部は、前記第１の壁面に取り付けられ、
前記放射線入射部は、前記第２の壁面に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の表面水率測定システム。
【請求項３】
前記搬送筒部の前記外壁面は、前記第１の壁面に平行に対向する第３の壁面と、前記第２の壁面に平行に対向する第４の壁面と、を更に有し、
前記放射線出射部は、前記第４の壁面よりも前記第２の壁面に近い位置に取り付けられ、
前記放射線入射部は、前記第３の壁面よりも前記第１の壁面に近い位置に取り付けられることを特徴とする請求項２に記載の表面水率測定システム。
【請求項４】
前記搬送路に直交する面内における前記搬送筒部の最小幅が、前記ＲＩ測定装置の前記有効測定最大距離よりも大きいことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の表面水率測定システム。
【請求項５】
前記ＲＩ測定装置を複数備えており、
前記ＲＩ測定装置のうちの１つは、前記地盤材料が含有する水分量を測定するＲＩ水分計であり、
前記ＲＩ測定装置の他のうちの１つは、前記地盤材料の密度を測定するＲＩ密度計であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の表面水率測定システム。
【請求項６】
前記ＲＩ水分計で測定された前記地盤材料が含有する水分量の値と、前記ＲＩ密度計で測定された前記地盤材料の密度の値と、に基づいて、前記地盤材料の表面水率を算出する表面水率算出手段を更に備えたことを特徴とする請求項５に記載の表面水率測定システム。
【請求項７】
前記地盤材料は、ＣＳＧ材であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の表面水率測定システム。
【請求項８】
地盤材料の表面水率を測定する表面水率測定方法において、
筒状の搬送筒部で画成される搬送路で前記地盤材料を搬送させる搬送ステップと、
放射線を出射する放射線出射部と、前記放射線出射部からの前記放射線を入射させる放射線入射部と、を有するＲＩ測定装置で、前記搬送筒部内の搬送中の前記地盤材料に前記放射線を透過させて前記地盤材料の前記表面水率に関連する物理量を測定するＲＩ測定ステップと、を備え、
前記ＲＩ測定ステップでは、
前記放射線出射部及び前記放射線入射部を、
互いの間に前記搬送路の少なくとも一部を挟んで、
互いの間の直線距離が、前記ＲＩ測定装置による前記物理量の有効な測定を可能とする範囲の最大距離として定義される有効測定最大距離以下となるように、
前記搬送筒部の外壁面に設置することを特徴とする表面水率測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００９−１２１９３０（Ｐ２００９−１２１９３０Ａ）
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２９５９２１（Ｐ２００７−２９５９２１）
【出願日】平成１９年１１月１４日（２００７．１１．１４）
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月１４日（２００７．１１．１４）
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【Ｆターム（参考）】
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