JPH061267B2 - コンクリート試料中における気泡組織の解析方法 - Google Patents
コンクリート試料中における気泡組織の解析方法Info
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- JPH061267B2 JPH061267B2 JP63229545A JP22954588A JPH061267B2 JP H061267 B2 JPH061267 B2 JP H061267B2 JP 63229545 A JP63229545 A JP 63229545A JP 22954588 A JP22954588 A JP 22954588A JP H061267 B2 JPH061267 B2 JP H061267B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、コンクリート中に存在する気泡の数や、その
分布並びに大きさ等、気泡の状態を適確に把握するため
に行うコンクリート試料中における気泡組織の解析方法
に関する。
分布並びに大きさ等、気泡の状態を適確に把握するため
に行うコンクリート試料中における気泡組織の解析方法
に関する。
〈従来の技術〉 そこでコンクリートの耐久性は、コンクリート中に発生
させた気泡の数（分布）や、その大きさによって決定さ
れる。つまりコンクリートが夏・冬の温度変化やアルカ
リ骨材反応（アルカリシリカ反応）生成物によって体積
を変えようとする時、その体積変化をコンクリート層内
でどれだけ吸収できるかに拘わるものであり、その体積
変化を吸収する緩衝体はコンクリート中にある気泡であ
ることが知られている。このようにコンクリートの耐久
性を支配する主要因が気泡である以上、該気泡の状態を
明確に把握する必要がある。そして、現在このコンクリ
ート中の気泡組織のパラメーターの測定は、ＡＳＴＭ
（Ａmerican Society of Testing Materials＝アメリカ
材料試験協会）・Ｃ457（顕微鏡による硬化コンクリー
トの気泡システムのパラメーターと空気量の測定方法）
に定められたリニアトラバース法と、修正ポイントカウ
ント法がある。
させた気泡の数（分布）や、その大きさによって決定さ
れる。つまりコンクリートが夏・冬の温度変化やアルカ
リ骨材反応（アルカリシリカ反応）生成物によって体積
を変えようとする時、その体積変化をコンクリート層内
でどれだけ吸収できるかに拘わるものであり、その体積
変化を吸収する緩衝体はコンクリート中にある気泡であ
ることが知られている。このようにコンクリートの耐久
性を支配する主要因が気泡である以上、該気泡の状態を
明確に把握する必要がある。そして、現在このコンクリ
ート中の気泡組織のパラメーターの測定は、ＡＳＴＭ
（Ａmerican Society of Testing Materials＝アメリカ
材料試験協会）・Ｃ457（顕微鏡による硬化コンクリー
トの気泡システムのパラメーターと空気量の測定方法）
に定められたリニアトラバース法と、修正ポイントカウ
ント法がある。
即ち、上記ＡＳＴＭ・Ｃ457のリニアトラバース法と
は、研摩して仕上げた試料の複数個の横断平面上を一定
間隔おきに顕微鏡でトラバースし、該トラバース線上に
観察される空気泡（気泡）の総数、該空気泡をトラバー
ス線で遮断した弦の長さの和、試料面上の全トラバース
距離等の各データを求め、これを定量的に解析すること
により試料体積に対する空気量を百分率比で表すように
したものである。
は、研摩して仕上げた試料の複数個の横断平面上を一定
間隔おきに顕微鏡でトラバースし、該トラバース線上に
観察される空気泡（気泡）の総数、該空気泡をトラバー
ス線で遮断した弦の長さの和、試料面上の全トラバース
距離等の各データを求め、これを定量的に解析すること
により試料体積に対する空気量を百分率比で表すように
したものである。
又、後者の修正ポイントカウント法とは、手動のスクリ
ューにより水平方向及びこれと直角な方向の２方向に自
由に移動できるようにした試料台上に試料を載置し、前
記スクリューが一回転する毎に定位置で回転を止め、そ
の停止度数を計数するようにしたものである。
ューにより水平方向及びこれと直角な方向の２方向に自
由に移動できるようにした試料台上に試料を載置し、前
記スクリューが一回転する毎に定位置で回転を止め、そ
の停止度数を計数するようにしたものである。
その他コンピューターを使用して画像処理により解析し
ようとする試みがあるが、この場合、硬化コクリート中
の気泡とセメントペーストとの間には色や形に顕著な相
違がなく、そのままの状態では画像処理しても、気泡と
セメントペーストとの識別が困難である。そこで予め試
料表面の気泡にある種の物質を充填し、着色させること
により画像処理を可能ならしめようとすることが試みら
れている。
ようとする試みがあるが、この場合、硬化コクリート中
の気泡とセメントペーストとの間には色や形に顕著な相
違がなく、そのままの状態では画像処理しても、気泡と
セメントペーストとの識別が困難である。そこで予め試
料表面の気泡にある種の物質を充填し、着色させること
により画像処理を可能ならしめようとすることが試みら
れている。
例えば、文献原田克巳、地頭薗博、仁木孟伯共著；画
像解析装置を用いた硬化コンクリート中の気泡組織測定
方法、セメントコンクリート、NO.471,PP22〜29,1986.
S.Chatterji and H.Gudmundsson:Characterization o
f Entrained Air Bubble Systems in Concreta by Mean
s of an Image Analysing Microscope、Cement and Conc
rete Research、Vol1.7,NO.4,PP423〜428,1977（魚木健
人、武若耕司、共訳（抄），コンクリート工学，Vol.1.
18,NO.10,PP56〜58,1980）H.Gudmundsson,S.Chatterj
i,A.D.Jensen,N.Thaulow and P.Christensen:The Keasu
rament of Paste Content in Kardanad Concrete Using
Automatic Image Analysing Technique,Cemant and Co
ncrete Research、Vol.9,NO.5,PP507〜612,1979（魚木
健人、武若耕司、共訳（抄），コンクリート工学，Vol.
1.18,NO.10,PP56〜58,1980)がある。
像解析装置を用いた硬化コンクリート中の気泡組織測定
方法、セメントコンクリート、NO.471,PP22〜29,1986.
S.Chatterji and H.Gudmundsson:Characterization o
f Entrained Air Bubble Systems in Concreta by Mean
s of an Image Analysing Microscope、Cement and Conc
rete Research、Vol1.7,NO.4,PP423〜428,1977（魚木健
人、武若耕司、共訳（抄），コンクリート工学，Vol.1.
18,NO.10,PP56〜58,1980）H.Gudmundsson,S.Chatterj
i,A.D.Jensen,N.Thaulow and P.Christensen:The Keasu
rament of Paste Content in Kardanad Concrete Using
Automatic Image Analysing Technique,Cemant and Co
ncrete Research、Vol.9,NO.5,PP507〜612,1979（魚木
健人、武若耕司、共訳（抄），コンクリート工学，Vol.
1.18,NO.10,PP56〜58,1980)がある。
〈発明が解決しようとする課題〉 しかし、前記従来例のうちリニアトラバース法と修正ポ
イントカウント法とは何れも測定方法には多大の労力と
時間を要し、手軽にしかも簡単に実施できない欠点があ
り、又、コンピューターを使用して画像処理により解析
する方法は、試料表面の気泡内に充填する物質、即ち、
充填材あるいは画像処理技術に問題があり、実用化され
るまでには至っていない。
イントカウント法とは何れも測定方法には多大の労力と
時間を要し、手軽にしかも簡単に実施できない欠点があ
り、又、コンピューターを使用して画像処理により解析
する方法は、試料表面の気泡内に充填する物質、即ち、
充填材あるいは画像処理技術に問題があり、実用化され
るまでには至っていない。
そこで本発明は、上記各従来例の欠点を改善し、手軽
く、しかも正確にコンクリートの気泡解析ができる方法
を提供しようとする。
く、しかも正確にコンクリートの気泡解析ができる方法
を提供しようとする。
〈課題を解決するための手段〉 蛍光染料を添加したシアノアクリレートを、試料中の気
泡内に充填した後、該試料に紫外線を照射することによ
り気泡組織のみを発光せしめると共に、その際の輝度に
ついて一定閾値により二値化することにより画像処理可
能にするものである。
泡内に充填した後、該試料に紫外線を照射することによ
り気泡組織のみを発光せしめると共に、その際の輝度に
ついて一定閾値により二値化することにより画像処理可
能にするものである。
〈作用〉 組織内への浸透性の強いシアノアクリレートが発光染料
の担体として作用し、気泡やクラック内に侵入し、紫外
線を受けることにより気泡の状態を示すが、閾値によつ
て一定輝度値以下をカットして二値化する。
の担体として作用し、気泡やクラック内に侵入し、紫外
線を受けることにより気泡の状態を示すが、閾値によつ
て一定輝度値以下をカットして二値化する。
〈実施例〉 以下、本発明について詳細に説明すると、本発明方法を
実施するには、試料の作成と面積の測定と紫外線の照射
方法並びに閾値の決定とに分けて説明する。
実施するには、試料の作成と面積の測定と紫外線の照射
方法並びに閾値の決定とに分けて説明する。
そこで先ず試料の作成について述べると、画像処理装置
を用いて試料の被測定面における気泡組織を識別するた
めには、気泡と該気泡以外の部分との間に画像面上で輝
度に差をつける必要がある。そこで気泡に蛍光染料を充
填させ、この蛍光染料に紫外線を照射して発光させる
と、気泡とその外部との間に明確な輝度差ができ、気泡
の分布状態が容易に把握できるようになる。
を用いて試料の被測定面における気泡組織を識別するた
めには、気泡と該気泡以外の部分との間に画像面上で輝
度に差をつける必要がある。そこで気泡に蛍光染料を充
填させ、この蛍光染料に紫外線を照射して発光させる
と、気泡とその外部との間に明確な輝度差ができ、気泡
の分布状態が容易に把握できるようになる。
そして、気泡内に蛍光染料を充填する方法としては、シ
アノアクリレート（アロンアルファ又はシアノボンドの
商品名で知られ接着剤として広く使用されている）に蛍
光染料を添加して固定させる方法を考えた。
アノアクリレート（アロンアルファ又はシアノボンドの
商品名で知られ接着剤として広く使用されている）に蛍
光染料を添加して固定させる方法を考えた。
しかし、接着剤として使用されているアロンアルファは
無色透明であり、これに染料を添加するとライフタイム
が短くなる欠点があるので、更にこれを改良して固結時
間が長くなり、染料を添加してもライフタイムがある程
度保たれるようにしたものを用いた。こうしたシアノア
クリレートは取り扱いも容易であり、優れた浸透性を有
し、接着力が強いので浸透して固結後は試料の強度は更
に増加するので取り扱いに特別な配慮を必要としない。
無色透明であり、これに染料を添加するとライフタイム
が短くなる欠点があるので、更にこれを改良して固結時
間が長くなり、染料を添加してもライフタイムがある程
度保たれるようにしたものを用いた。こうしたシアノア
クリレートは取り扱いも容易であり、優れた浸透性を有
し、接着力が強いので浸透して固結後は試料の強度は更
に増加するので取り扱いに特別な配慮を必要としない。
上記シアノアクリレートを試料中の気泡に充填させる方
法については種々試みた結果、研摩された試料表面全体
にシアノアクリレートを塗布（数回反復塗布したり、注
入圧力を高めても大差なし）して気泡中にシアノアクリ
レートを充填したものが結果的に良く、その後、該シア
ノアクリレートが固化した後試料表面を注意深く研摩し
て気泡以外に付着しているシアノアクリレートを削り落
とすのであるが、この余剰のシアノアクリレートを除去
する作業は、削り過ぎに注意しながら実行しなければ、
セメントペーストを削り過ぎると試料表面下にある気泡
が新しく浮上してくる虞れがあるので充分な注意のもと
で試料の作成を行うものである。
法については種々試みた結果、研摩された試料表面全体
にシアノアクリレートを塗布（数回反復塗布したり、注
入圧力を高めても大差なし）して気泡中にシアノアクリ
レートを充填したものが結果的に良く、その後、該シア
ノアクリレートが固化した後試料表面を注意深く研摩し
て気泡以外に付着しているシアノアクリレートを削り落
とすのであるが、この余剰のシアノアクリレートを除去
する作業は、削り過ぎに注意しながら実行しなければ、
セメントペーストを削り過ぎると試料表面下にある気泡
が新しく浮上してくる虞れがあるので充分な注意のもと
で試料の作成を行うものである。
次に面積の測定について述べると、試料の面積を測定す
るにはＣＣＤカメラで撮つた小さい画像を実体顕微鏡を
用いて拡大するか、あるいは接写リングを用いて拡大す
る方法があるが、ここでは接写リングにより、Ｘ−Ｙス
テージ（測定用器具）上にセットした試料片を一定間隔
おきに複数個所についてトラバースして面積を測定す
る。つまりこの場合１回の測定面積は630[mm2]であり、
しかも１画像を構成する画素数は511×479個であるか
ら、これより１画素の面積を算出すると0.0026[mm2]と
なる。更に、これ円の直径に換算すると約0.057[mm2]と
なり、これは同じ材料について従来のリニアトラバース
法によって計測した場合の最小気泡径の約2.2倍に相当
する大きさではあるが、小さい気泡の多い試料について
は、実体顕微鏡により拡大すると共に測定回数を多くし
て測定する。
るにはＣＣＤカメラで撮つた小さい画像を実体顕微鏡を
用いて拡大するか、あるいは接写リングを用いて拡大す
る方法があるが、ここでは接写リングにより、Ｘ−Ｙス
テージ（測定用器具）上にセットした試料片を一定間隔
おきに複数個所についてトラバースして面積を測定す
る。つまりこの場合１回の測定面積は630[mm2]であり、
しかも１画像を構成する画素数は511×479個であるか
ら、これより１画素の面積を算出すると0.0026[mm2]と
なる。更に、これ円の直径に換算すると約0.057[mm2]と
なり、これは同じ材料について従来のリニアトラバース
法によって計測した場合の最小気泡径の約2.2倍に相当
する大きさではあるが、小さい気泡の多い試料について
は、実体顕微鏡により拡大すると共に測定回数を多くし
て測定する。
次に紫外線の照射方法並びに閾値の決定について述べる
と、画像処理装置により気泡組織の幾何学的パラメータ
ーを算出するためには対称となる画像が二値化されてい
ることが前提となり、こうして二値化するには閾値を定
め装置定数として与えることにより、試料内の気泡に充
填された蛍光染料の発光強度（輝度値）の最低値が定ま
る。
と、画像処理装置により気泡組織の幾何学的パラメータ
ーを算出するためには対称となる画像が二値化されてい
ることが前提となり、こうして二値化するには閾値を定
め装置定数として与えることにより、試料内の気泡に充
填された蛍光染料の発光強度（輝度値）の最低値が定ま
る。
上記発光強度は照射する紫外線の波長及び強度に依存す
る。そして、前記発光強度つまり輝度値の変化を一次元
的に分析すると、後述する第３図のようになり、気泡と
セメントペーストとの間の輝度の差は顕著であるが、充
分な輝度が得られない気泡も存在するが、しかしその量
は全体から見れば僅かであり、これらは適当な閾値の設
定によりカットされるので鮮明な処理画像として再現さ
れる。
る。そして、前記発光強度つまり輝度値の変化を一次元
的に分析すると、後述する第３図のようになり、気泡と
セメントペーストとの間の輝度の差は顕著であるが、充
分な輝度が得られない気泡も存在するが、しかしその量
は全体から見れば僅かであり、これらは適当な閾値の設
定によりカットされるので鮮明な処理画像として再現さ
れる。
そこで、上記紫外線の波長については幾通りかを試みた
が波長3,650Åが最も良好で強力な蛍光が得られてい
る。又、測定条件や測定個所を変化させ、予め従来のリ
ニアトラバース法によって空気量を測定した試料につい
て画像処理法により気泡を測定し、実験的に最適の閾値
を求めて見ると本発明方法の実施に使用された装置によ
る場合、閾値は94が最適であるが輝度の立ち上がりがシ
ャープなことから、閾値を変化して見ても測定値には大
きい変化はなく適正閾値の設定範囲には余裕があって、
その設定はそれ程困難ではないことが確かめられた。
が波長3,650Åが最も良好で強力な蛍光が得られてい
る。又、測定条件や測定個所を変化させ、予め従来のリ
ニアトラバース法によって空気量を測定した試料につい
て画像処理法により気泡を測定し、実験的に最適の閾値
を求めて見ると本発明方法の実施に使用された装置によ
る場合、閾値は94が最適であるが輝度の立ち上がりがシ
ャープなことから、閾値を変化して見ても測定値には大
きい変化はなく適正閾値の設定範囲には余裕があって、
その設定はそれ程困難ではないことが確かめられた。
以上のように本発明方法の実施においては、試料の作
成、面積の測定、閾値の設定等の段階を主要部としてお
り、これらを順次に実施する場合を述べると、前述の
ようにして蛍光染料を気泡組織内に充填せしめた所定大
の試料（第１図）をＸ−Ｙステージ上に載せ、充分に強
い発光が得られるように留意して紫外線を照射し、気泡
中に充填された前記蛍光染料を発光（第２図）せしめ、
第３図に示すようにＡ−Ａライン間の輝度分布を求め
る。
成、面積の測定、閾値の設定等の段階を主要部としてお
り、これらを順次に実施する場合を述べると、前述の
ようにして蛍光染料を気泡組織内に充填せしめた所定大
の試料（第１図）をＸ−Ｙステージ上に載せ、充分に強
い発光が得られるように留意して紫外線を照射し、気泡
中に充填された前記蛍光染料を発光（第２図）せしめ、
第３図に示すようにＡ−Ａライン間の輝度分布を求め
る。
次に接写リングを取付けたＣＣＤカメラ（十分に拡大
できるようにしている）で前記蛍光染料の発光状況を撮
影し、画像処理装置に入力する。画像処理装置に入力
された画像をあらかじめ設定した閾値により第４図のよ
うに二値化して処理画像を得る。
できるようにしている）で前記蛍光染料の発光状況を撮
影し、画像処理装置に入力する。画像処理装置に入力
された画像をあらかじめ設定した閾値により第４図のよ
うに二値化して処理画像を得る。
そして画像処理装置の演算機能により、前記二値化し
た画像から気泡組織のパラメーターを算出し、上記Ｘ
−Ｙステージを移動させて第２図のＡ−Ａラインを順次
にずらせて予定の測定面積に達するまで上記操作を反復
しながら画像処理装置によって、コンクリート中の気泡
量を算出して行く。
た画像から気泡組織のパラメーターを算出し、上記Ｘ
−Ｙステージを移動させて第２図のＡ−Ａラインを順次
にずらせて予定の測定面積に達するまで上記操作を反復
しながら画像処理装置によって、コンクリート中の気泡
量を算出して行く。
尚、上記図面は写真像に基づいて記述したものであり、
しかも符号ａは低輝度部、ｂ閾値に達した輝度部、ｃは
高輝度部をそれぞれ示している。
しかも符号ａは低輝度部、ｂ閾値に達した輝度部、ｃは
高輝度部をそれぞれ示している。
そこで、３種類のコンクリートについて上述のように染
色により画像処理した場合と、従来のリニアトラバース
法による場合との空気量を比較して次表に示す。
色により画像処理した場合と、従来のリニアトラバース
法による場合との空気量を比較して次表に示す。
これより明らかなようにサンプルS1・S2は何れとも同じ
結果を示すがサンプルS3では本発明の染色−画像処理に
よる場合はリニアトラバース法による場合より稍々大き
い数値を示している。このようにすることによりコンク
リート内の気泡組織が占める割合からコンクリートの耐
久性を判断することができる。
結果を示すがサンプルS3では本発明の染色−画像処理に
よる場合はリニアトラバース法による場合より稍々大き
い数値を示している。このようにすることによりコンク
リート内の気泡組織が占める割合からコンクリートの耐
久性を判断することができる。
尚、上記空気量以外に、気泡の個数、周囲の長さ、横の
形状係数、等価直径（面積値で等価円としたときの直
径）などのパラメーター及びそれらの基礎的な統計量も
画像処理装置内に設けた演算処理機能により自動的に算
出できる。
形状係数、等価直径（面積値で等価円としたときの直
径）などのパラメーター及びそれらの基礎的な統計量も
画像処理装置内に設けた演算処理機能により自動的に算
出できる。
〈発明の効果〉 本発明方法は上述のようにシアノアクリレートを担体と
してコンクリート試料の気泡内に充填した蛍光染料を紫
外線の照射によって発光せしめ、その輝度を電気的に捉
えてこれを画像処理するようにしたので、紫外線の照射
方法によっては測定値に若干の変動は認められるが、し
かし強い紫外線を照射すれば発光状態は安定して高精度
の測定ができる。
してコンクリート試料の気泡内に充填した蛍光染料を紫
外線の照射によって発光せしめ、その輝度を電気的に捉
えてこれを画像処理するようにしたので、紫外線の照射
方法によっては測定値に若干の変動は認められるが、し
かし強い紫外線を照射すれば発光状態は安定して高精度
の測定ができる。
そして、本発明方法によれば従来のリニアトラバース法
や、修正ポイントカウント法によるものより効果を迅速
に求めることができ、又、操作や取り扱いも極めて簡単
であるなど特有の効果を有する。
や、修正ポイントカウント法によるものより効果を迅速
に求めることができ、又、操作や取り扱いも極めて簡単
であるなど特有の効果を有する。
第１図は、コンクリート試料の測定面の様子を示す写真
に基づく模写図、 第２図は、発光状態を示すコンクリート試料の写真に基
づく模写図、 第３図は、第２図Ａ−Ａライン上の輝度分布状態を示す
特性図、 第４図は、第２図を二値化して画像処理した写真に基づ
く模写図である。
に基づく模写図、 第２図は、発光状態を示すコンクリート試料の写真に基
づく模写図、 第３図は、第２図Ａ−Ａライン上の輝度分布状態を示す
特性図、 第４図は、第２図を二値化して画像処理した写真に基づ
く模写図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−214633（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−45956（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−70740（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−131150（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−134148（ＪＰ，Ｕ)
Claims (1)
- 【請求項１】蛍光染料を添加したシアノアクリレート
を、コンクリート試料の測定面に塗布することにより、
該試料中に存在する気泡内に浸入充填させ、前記シアノ
アクリレートがライフタイムによって固化した時点で研
磨し、該試料の測定面に紫外線を照射することにより固
定化されたシアノアクリレートの部分のみを発光せし
め、その際の輝度分布を一定の閾値によって二値化する
ことにより画像処理可能にしたことを特徴とするコンク
リート試料中における気泡組織の解析方法。
Priority Applications (1)
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