JP5689643B2 - コンクリートの締め固め管理方法 - Google Patents

Description

本発明は、ダムコンクリートなどのマスコンクリートの締め固め施工時の締め固め程度を評価するのに使用するコンクリートの締め固め管理方法に関する。

コンクリートダムの施工において、ダムコンクリートの締め固め作業はダム本体の水密性や耐久性、強度を確保する上で大変重要である。土木学会標準示方書（ダム編）によれば、内部振動機による締め固めでは、「打ち込んだコンクリートに一様な振動が与えられるように、振動機の挿入間隔及び１箇所当たりの振動時間を定め、これらをあらかじめ作業員に周知させておくことが必要である。」とされている。さらに、締め固めが十分である証拠として、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であることや、コンクリートの容積が減っていくのが認められなくなり、表面に光沢が現れてコンクリート全体が均一に溶けあったように見えることなどから判断することとされている。そして、一般のコンクリートの場合、締め固め時間の目安は５〜１５秒であるとされている。
ところで、このようなダムの施工では、内部振動機に、ダムコンクリートの主たる部分でバイバックというバイブレータを装備した油圧重機を用いるため、振動機の挿入間隔は既に設置されているバイブレータの間隔、例えば６０ｃｍ程度となる。また、ダムコンクリートの場合、バイバックによる締め固め時間は一般コンクリートよりも長くなり、ダムコンクリートの積算基準から判断すると、約４０秒である。また、この場合、コンクリートの締め固め時間はオペレータの目視によって判定されているが、バイブレータのかけ忘れあるいは不十分な稼動時間による締め固めの不足、過度な稼動時間による材料分離など、均質なコンクリートを得るための管理状況としては必ずしも十分ではない。
そこで、従来から、バイブレータの負荷やコンクリートの物性変化を定量的に観測することによって、コンクリートの締め固めの完了を評価することが提案されている。この種の締め固め評価方法が特許文献１、２などに記載されている。

特許文献１はコンクリートバイブレータの有効運転管理装置に関するもので、この管理装置では、力率、周波数、音量の何れかのコンクリートバイブレータ運転時の負荷と相関関係を有する運転状況データを検出し、その検出された値をしきい値と比較することによって、コンクリートバイブレータが締め固めに寄与する運転状況であるかどうかを判別するものである。このようにして有効運転時間を管理することにより、作業者は経験に頼ることなく基準に合致した締め固め作業を行うことができ、管理者は有効運転時間を数値データとして管理することができる。その結果、基準にあったコンクリート締め固め作業が行われることとなり、コンクリート締め固め作業、ひいてはコンクリート強度の信頼性が向上する、とする。

特許文献２はコンクリート締め固め判定方法に関するもので、この判定方法では、入力値をバイブレータの振動による音圧が、コンクリートの締め固め開始から締め固め終了までに、時間の経過と共に上昇してピークを越え、所定の音圧レベルまで下降するまでの経時変化データとし、出力値を合致率としてニューラルネットワークを構築する工程と、コンクリートの締め固め開始から締め固め終了までのバイブレータの振動による音圧の適正な経時変化データを包絡線で近似し、合致率が最大値の教師データとして、結合荷重係数を設定することによって、ニューラルネットワークを完成する工程と、実際の締め固め作業において、コンクリートの締め固め開始からバイブレータの振動による音圧の経時変化を検出しながら、検出される振動による音圧の経時変化を前記ニューラルネットワークを用いて逐次前記教師データと比較して両者の合致率を求める工程と、合致率が所定のしきい値以上の場合に締め固め終了と判定する工程とを含むものである。このようにして人の判断によらずバイブレータを停止させる適切なタイミングを知ることができるので、バイブレータをかける時間が短過ぎて十分な強度が得られなかったり、バイブレータをかける時間が長過ぎてブリージング水が発生したりという問題を解決することが可能となるとともに、作業者が締め固め判断のタイミングを監視する負担を軽減でき、さらには、熟練者が不足している現状にも対応できる、とする。

特許第３６０５５７６号公報 特許第４４０４４９４号公報

しかしながら、上記特許文献１、２によるコンクリートの締め固め評価方法では、次のような問題がある。バイバックはコンクリートダムの建設現場などで用いられる締め固め機械であり、油圧重機にバイブレータを搭載している。このため、電力効率を管理する力率は使用できない。また、音量を検出する場合、コンクリートの打設中は、他の重機や施工機械（ケーブルクレーンや運搬機械）が稼動しており、これらの音もまた検出されるために、実用的に課題が多い。振動を直接的に測定する周波数は振幅などの変化もあり、必ずしも負荷とは比例しない。すなわち、周波数が長くなっても、振幅が大きくなれば、総合的な負荷は同様になる可能性がある。

本発明は、このような従来の問題を解決するものであり、この種のコンクリートの締め固め管理方法において、複雑な装置を用いることなく、簡易な方法により、ノイズが少なく安定した基礎データに基づいて、コンクリートの締め固めをより客観的かつ定量的に評価すること、を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、油圧重機に装備され、前記油圧重機に搭載された油圧ポンプから独立した油圧系統の油圧管を通じて供給する圧油により振動させる油圧式のバイブレータを用いて、打設したコンクリートに振動を加え締め固めるコンクリートの締め固め施工の際に、前記バイブレータの運転時の負荷と相関関係を有する各種データを測定してコンクリートの締め固め程度を評価するコンクリートの締め固め管理方法において、前記バイブレータの油圧を測定するための油圧計及び／又は油圧センサーを前記油圧管に設置して、前記油圧計及び／又は油圧センサーを前記油圧重機の運転席又は運転席から見える位置に配置し、前記油圧重機のオペレータが、前記バイブレータを打設したコンクリートに挿入してコンクリートを締め固める間、前記油圧計及び／又は油圧センサーにより前記バイブレータのコンクリートを締め固めるときの油圧を測定し、前記油圧計及び／又は油圧センサーに、前記バイブレータの油圧が前記バイブレータの挿入とともに増加を開始し、時間の経過とともに上昇してピークに達し、コンクリートの締め固めの進行とともに前記油圧が徐々に低下し、略一定値に近づく前記油圧の経時変化を表示して、油圧のモニタリングを行い、前記バイブレータの油圧の経時変化からコンクリートの締め固め程度を評価する、ことを要旨とする。
この場合、コンクリートの締め固め程度の評価方法として、油圧若しくは前記油圧の変化の傾きがあらかじめ定めたしきい値よりも低下した時点、又は前記油圧の低下の割合が減少する時点、をコンクリートの締め固め完了と判定することが好ましい。
また、この場合、バイブレータの油圧を測定する前に、前記バイブレータの暖気運転を行い、圧油の温度を一定にすることが好ましい。

本発明のコンクリートの締め固め管理方法によれば、バイブレータの油圧を測定するための油圧計及び／又は油圧センサーを油圧重機の油圧ポンプとバイブレータとの間の独立した油圧系統の油圧管に設置して、油圧計及び／又は油圧センサーを油圧重機の運転席又は運転席から見える位置に配置し、油圧重機のオペレータが、振動するバイブレータを打設したコンクリートに挿入してコンクリートを締め固める間、油圧計及び／又は油圧センサーによりバイブレータのコンクリートを締め固めるときの油圧を測定し、油圧計及び／又は油圧センサーに油圧の経時変化を表示して、油圧のモニタリングを行い、バイブレータの油圧の経時変化からコンクリートの締め固め程度を評価し、その評価として、油圧若しくは油圧の変化の傾きがあらかじめ定めたしきい値よりも低下した時点、又は油圧の低下の割合が減少する時点をコンクリートの締め固め完了と判定するので、複雑な装置を用いることなく、簡易な方法により、ノイズが少なく安定した基礎データに基づいて、コンクリートの締め固めをより客観的かつ定量的に評価することができる、という格別な効果を奏する。

本発明によるコンクリートの締め固め管理方法を示す図 油圧式バイブレータの油圧の経時変化及び１階、２階、３階微分曲線を示す図

次に、この発明を実施するための形態について図を用いて説明する。図１にコンクリートの締め固め管理方法を示している。図１に示すように、このコンクリートの締め固め管理方法では、油圧ポンプの駆動により当該油圧ポンプから油圧ホース（油圧管）１０を通じて供給する圧油により、バイブレータ１１を振動させる油圧式バイブレータ１を用いて、打設したコンクリートＣに振動を加え締め固めるコンクリートの締め固め施工の際に、バイブレータ１の運転時の負荷と相関関係を有するバイブレータ１の油圧を測定してコンクリートＣの締め固め程度を評価する。従来の、バイブレータ運転時の負荷と相関関係を有する力率、周波数、音量やバイブレータの振動による音圧に対して、油圧は、力学的な負荷を最も包括的に表現することができると考えられ、実測した負荷変動の値は理論的な予測と近いのが特徴である。
なお、このコンクリートの締め固め施工においては、ダムコンクリートなどのマスコンクリートを締め固めるために、油圧式バイブレータ１を専用ベースマシンに搭載した建設機械のバイバック２が採用される。ここで、バイバック２は、クローラ２１と、クローラ２１上に旋回可能に配設される運転室２２及び機械室２３と、運転室２２の前側に装備されるアクチュエータ２４及び油圧式バイブレータ１とを備え、アクチュエータ２４は運転室２２の前部にシリンダ２４１により傾動可能に支持されるブーム２４２、ブーム２４２の先端部にシリンダ２４３によって回動可能に支持されるアーム２４４とを有し、このアーム２４４の先端部に油圧式バイブレータ１がシリンダ２４５によって回動可能に取り付けられる。この場合、油圧式バイブレータ１は４本の棒状バイブレータ１１からなり、油圧ポンプ（図示省略）の駆動によりこの油圧ポンプから油圧ホース１０を通じて供給する圧油により油圧モータ（図示省略）を駆動して、各棒状バイブレータ１１を振動させるようになっている。

このコンクリートの締め固め管理方法においては、バイバック２の油圧ポンプとバイブレータ１との間に連結され、油圧ポンプからバイブレータ１に圧油を供給する油圧ホース１０にバイブレータ１の油圧を測定するための油圧計３及び／又は油圧センサーを設置し、振動するバイブレータ１を打設したコンクリートＣに挿入してコンクリートＣを締め固める間、油圧計３及び／又は油圧センサーによりバイブレータ１のコンクリートＣを締め固めるときの油圧を測定して、バイブレータ１の油圧の経時変化により、コンクリートＣの締め固め程度を評価する。そして、この油圧の経時変化を利用して、あらかじめ定めた方法によりコンクリートＣの締め固め完了の時点を判定する。

油圧計３及び／又は油圧センサーを油圧ホース１０に設置する場合、バイバック２の油圧回路は複雑であるが、油圧ポンプからバイブレータ用の油圧回路に接続される油圧系統は独立しているため、この独立した部分に油圧計３及び／又は油圧センサーを設置し、油圧計３及び／又は油圧センサーが他の油圧系統の影響を受けないようにすることにより、ブーム２４２やアーム２４４の使用の有無に関わらず、バイブレータ１のみに作用する油圧を測定することが可能である。そして、このバイブレータの油圧計３を運転室２２又は運転席から見える位置に配置することで、バイバック２のオペレータが油圧計３でバイブレータ１の油圧を常時確認することができる。また、油圧センサーをパソコンに接続することにより、油圧センサーで油圧を電圧変換し、これをパソコンなどに記録することができる。

このように油圧計３及び／又は油圧センサーをバイバック２のバイブレータ１の油圧ホース１０に設置することで、バイバック２のオペレータがバイブレータ１の油圧を簡易に測定することが可能となる。オペレータは、振動するバイブレータ１を打設したコンクリートＣに挿入してコンクリートＣを締め固める間、油圧計３及び／又は油圧センサーにバイブレータ１の油圧の変化を表示し、油圧のモニタリングを行いながら、コンクリートＣの締め固めの進行を確認する。なお、この場合、バイブレータ１の油圧を測定する前に、バイブレータ１の暖気運転を行い、圧油の温度を一定にすることが好ましい。そして、コンクリートＣを締め固める間、油圧計３及び／又は油圧センサーで、バイブレータ１の油圧の経時変化を表示すると、バイブレータ１の油圧はバイブレータ１の挿入とともに増加を開始し、時間の経過とともに上昇してピークに達し、コンクリートＣの締め固めの進行とともに油圧が徐々に低下し、略一定値に近づいていく。オペレータは、この油圧の経時変化からコンクリートＣの締め固め程度を評価する。

油圧計及び／又は油圧センサーで、バイブレータのコンクリートを締め固めるときの油圧を測定し、この油圧の測定結果を油圧の経時変化曲線にして見ると、図２に示すような結果を得ることが判明している。この曲線の傾向は既往の研究におけるバイブレータの負荷トルクのモニタリング結果と同様であり、このコンクリートの締め固めの挙動について考察を行うと、負荷トルクの文献によれば、コンクリートの締め固めは２段階で行われる。第１段階では、セメントペーストが液状化し、骨材粒子の配列移動が行われ、水平状に置かれた骨材粒子は垂直状に変わろうとし、最大負荷トルクが生じる。ここでは、コンクリートとバイブレータが密着した状態となり、バイブレータへの負荷が最大となる。これが初期沈下の段階である。第２段階では、コンクリート中の気泡（主にエントラップドエア）が上方に移動し、脱泡が起こる。バイブレータの近傍には液状化したセメントペースト層が形成され、材料分離を起こす。ここでは、コンクリートとバイブレータの密着度が減少する。これにより振動波の伝達が落ち、負荷トルクの低下を招くと考えられる。ここで、表面の沈下が収まり安定となり、空転時のトルクに近づく。この段階を長く持続すると材料分離が生じる。かかる負荷トルクを簡単かつ確実に把握するのに油圧計や油圧センサーは有効である。

このコンクリートの締め固めの評価方法では、バイブレータの油圧の経時変化（油圧の経時変化曲線の形状）を利用するが、コンクリートの締め固め程度はコンクリートの物性や施工の条件などによって異なるため、その点を踏まえて、施工現場単位で試験を行い、バイブレータの油圧の経時変化からコンクリートの締め固め完了の時点を判定する。その判定方法はいくつかあるが、代表的なものを挙げると、次のとおりである。
（１）油圧があるしきい値よりも下がった時点をコンクリートの締め固め完了と判定する。図２に示すケースでは、６５秒の時点を締め固め完了と判断する。
（２）油圧の変化の傾きがあるしきい値よりも小さくなった時点をコンクリートの締め固め完了と判定する。図２に示すケースでは、７０秒の時点を締め固め完了と判断する。
（３）コンクリートとバイブレータの密着度が減少し、油圧負荷の低下の割合が減少する時点をコンクリートの締め固め完了と判定する。油圧の経時変化曲線を２階微分した形状は正の数であれば、油圧の経時変化は凹であり、この最大値となる変化点、すなわち凹の変化率が最大となる点が締め固め判断基準と考えることができる。この点は３階微分の曲線が正から負へ推移する点となる。図２に示すケースでは、４６秒の時点を締め固め完了と判断する。

以上説明したように、このコンクリートの締め固め管理方法によれば、振動するバイブレータ１を打設したコンクリートＣに挿入してコンクリートＣを締め固める間、油圧計３及び／又は油圧センサーによりバイブレータ１のコンクリートＣを締め固めるときの油圧を測定して、バイブレータ１の油圧の経時変化により、コンクリートＣの締め固め程度を評価し、油圧若しくは油圧の変化の傾きがあらかじめ定めたしきい値よりも低下した時点、又は油圧の低下の割合が減少する時点をコンクリートＣの締め固め完了と判定するので、コンクリートＣの締め固めをより客観的かつ定量的に評価することができ、しかもノイズが少なく、コンクリートＣの締め固め以外に油圧の変化を受ける条件が少ないため、データが安定する利点を有する。また、バイブレータ１の油圧系統に油圧計３及び／又は油圧センサーを設置するだけなので、複雑な装置を用いることなく、簡易であり、故障が少ないという利点がある。

１ 油圧式バイブレータ
１０ 油圧ホース（油圧管）
１１ 棒状バイブレータ
２ バイバック
２１ クローラ
２２ 運転室
２３ 機械室
２４ アクチュエータ
２４１ シリンダ
２４２ ブーム
２４３ シリンダ
２４４ アーム
２４５ シリンダ
３ 油圧計
Ｃ コンクリート

Claims (3)

1. 油圧重機に装備され、前記油圧重機に搭載された油圧ポンプから独立した油圧系統の油圧管を通じて供給する圧油により振動させる油圧式のバイブレータを用いて、打設したコンクリートに振動を加え締め固めるコンクリートの締め固め施工の際に、前記バイブレータの運転時の負荷と相関関係を有する各種データを測定してコンクリートの締め固め程度を評価するコンクリートの締め固め管理方法において、
   前記バイブレータの油圧を測定するための油圧計及び／又は油圧センサーを前記油圧管に設置して、前記油圧計及び／又は油圧センサーを前記油圧重機の運転席又は運転席から見える位置に配置し、
   前記油圧重機のオペレータが、前記バイブレータを打設したコンクリートに挿入してコンクリートを締め固める間、前記油圧計及び／又は油圧センサーにより前記バイブレータのコンクリートを締め固めるときの油圧を測定し、前記油圧計及び／又は油圧センサーに、前記バイブレータの油圧が前記バイブレータの挿入とともに増加を開始し、時間の経過とともに上昇してピークに達し、コンクリートの締め固めの進行とともに前記油圧が徐々に低下し、略一定値に近づく前記油圧の経時変化を表示して、油圧のモニタリングを行い、前記バイブレータの油圧の経時変化からコンクリートの締め固め程度を評価する、
   ことを特徴とするコンクリートの締め固め管理方法。
2. コンクリートの締め固め程度の評価方法として、油圧若しくは前記油圧の変化の傾きがあらかじめ定めたしきい値よりも低下した時点、又は前記油圧の低下の割合が減少する時点、をコンクリートの締め固め完了と判定する請求項１に記載のコンクリートの締め固め管理方法。
3. バイブレータの油圧を測定する前に、前記バイブレータの暖気運転を行い、圧油の温度を一定にする請求項１又は２に記載のコンクリートの締め固め管理方法。

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