JPH07504748A - 物質の物理的特性を測定する計器および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 物質の物理的特性を測定する計器および方法発明の分野 本発明は物質の物理的特性を測定する計器および方法に関するものである。

発明の背景 建設産業が直面する１つの問題は、建物および道路のような建造物におけるコン クリートの品質すなわち強度を管理することである。新しいコンクリートが十分 な強度まで硬化するためにはおよそ２８日を要し、したがって、新しいコンクリ ートの打ち込みと硬化との時間間隔を十分にとった場合のみ、完全に硬化したコ ンクリートについて圧縮強度試験を行うことができる。時間を短縮するための方 法として加速硬化技術が採用されている。

しかし、どの方法を採った場合でも、建造物に打ち込まれた後で建設現場でコン クリートの強度を判定する方法としては遅すぎるものと考えられる。

ここで、新しい未硬化コンクリートの水・セメント比と、十分に硬化したコンク リートの最終的な強度との間の相互関係を用いることにより、新しいコンクリー トが最終的に達成する強度を予測することができる。これに関しては、い（つか の方法が提案されており、新しいコンクリート混合物の水含有量とセメント含有 量を別々に測定するためのいくつかのＡ３７Ｍ規格がある。これらの方法のほと んどは、機械的分離やコンクリート成分の重み付けのような、研究室における作 業に一般に頼っているが、このような作業は時間がかかって複雑であり、コンク リートの品質の迅速な現場判定には適さない。それらの方法の例が米国特許第４ ．１９６．６１４号およびｊｌＩ４．６１５．２１５号に開示されている。

新シいコンクリート混合物の含有量またはセメント含有量を別々に決定するため に種々の核装置および核力法が提案されているが、問題に遭遇している。ミッチ ェル（Ｍｉ　ｔ　ｃｈｅ　１１）に付与された米国特許第３．９１１．２７１号 は新しいコンクリートのセメント含有量を決定するためのそのような可搬型核装 置の１つに関するものであるが、その装置はまったく商業化されなかった。ミッ チェル核セメント含有量計はヨウ化ナトリウム・シンチレーション結晶を用いて おり、時間的な電子的ドリフトにさらされ、温度変化に反応する。ミッチェル核 セメント含有量計は、連邦ハイウェイ管理局（Ｆｅｄｅｒａｌ　Ｈｉｇｈｗａｙ 　Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ）によってそれの報告書ＦＨＷＡ−ＲＤ−７３ −４８、ＦＨＷＡ−ＲＤ−７５−６３、ＦＨＷＡ−ＲＤ−７５−５２５、ＦＨＷ Ａ−ＲＤ−７８−２０１において広範囲に報告されている。ナショナルφコーポ ライブ−ハイウェイ・リサーチΦプログラム（Ｎａｔｉ。

ｎａｌ　Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ　Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ　Ｐｒｏ ｇｒａｍ）の報告書２８４号も参照されたい。その報告書は１９８６年６月に発 行されている。

上記問題を念頭に置いて、本発明の目的は、上記従来の装置および方法の制約を 克服し１．材料の物理的特性を迅速かつ容易に決定するための装置および方法を 得ることである。本発明のより特定の目的は、新しい、未硬化コンクリートの水 含有量およびセメント含有量を決定するための、現場での使用に適した装置およ び方法を得ることである。本発明の更に特定の目的は、新しいコンクリート混合 物の最終的に達成可能な強度を決定するための、現場での使用に適した装置およ び方法を得ることである。

発明の概要 本発明によれば、試験材料の物理的特性を測定し、その試験材料の少なくとも１ つの物理的特性についての値を計器の使用者に表示するための可搬型で独立式の 計器が得られる。この計器はハウジングを含み、そのハウジングには一対の可動 プローブが接続されている。これらのプローブは、測定のために試験材料の試料 と接触させることができるように個々に配置されている。第１の可動プローブは 試験材料の第１の物理的特性の測定値を得るための手段を有し、第２の可動プロ ーブは試験材料の異なる物理的特性の測定値を得るための手段を有する。

各プローブには、電子回路が接続されている。この電子回路は、プローブが測定 している特性を示す信号−を、各プローブから受けとる。この電子回路は、さら に、試験材料の少なくとも１種類の物理的特性の値を上記入力信号から決定する ための手段をも有している。この電子回路には表示装置が接続されており、これ により、試験材料の物理的特性の値が計器の使用者に対して表示される。

更に詳しくいえば、第１のプローブと第２のプローブは、低放射性放射線源と放 射線検出器とを備えている。

計器のハウジングは、使用しないプローブを受けて格納するための遮蔽格納保管 部を有している。プローブが格納保管部に格納される時に放射線検出器の安定性 を確認するために、各プローブに参考基準が接続される。

更に詳しくいえば、第１のプローブは試験材料の含有量を示す信号を発生する。

第１のプローブは高速中性子を試験材料中に放出する中性子放射線源を有する。

第１のプローブに設けられている熱中性子検出器は、試験材料中に存在する中性 子減速元素によって減速された熱中性子を検出し、熱中性子計数値を基にして信 号を生成する。熱中性子検出器としては、たとえば、３Ｈｅ管を用いることがで きる。

第２のプローブは試験材料の組成を示す信号を生成する。この第２のプローブは 、ガンマ線を試験材料中に放出するための低エネルギーガンマ線源を有している 。ガンマ線源から遮蔽されたガンマ線検出器は後方散乱されたガンマ線を試験材 料から検出し、カウントに基づいて信号を発生させる。ガンマ線検出器としては 、たとえば、Ｘ線比例計数管とすることができる。

本発明は新しい未硬化コンクリート混合物の物理的特性を測定することに特に応 用できる。試料容器に新しいコンクリートを詰め、計器ハウジングに設けられて いる格納保管部からプローブを取り出し、試料容器の中央部に配置されてコンク リートにより囲まれている細長いアクセス管の中に１度に１本ずつ挿入し、これ により、プローブをコンクリートの接触測定位置に配置する。水分プローブが試 料容器のアクセス管に挿入されると、プローブ中に設けられている高速中性子源 から中性子を試験材料に送り込む。そして、材料から散乱した熱中性子を検出し 、計数して、その計数値に対応する信号を発生させる。この計数値から、セメン ト混合物の含有量を決定できる。

次に、セメント組成プローブをアクセス管に挿入し、プローブ中に設けられてい るガンマ線源からガンマ線を試験材料に送り込む。材料から散乱したガンマ線を 検出し、計数して、その計数値を基にして試料のセメント含有量に対応する信号 を発生する。そして、水：セメント比を計算し、表示して、コンクリートの最終 的な強度を決定し、計算した水：セメント比を基にしてその強度を表示する。

図面の簡単な説明 本発明の特徴および利点のいくつかについて述べた。

添付図面を参照して本発明の説明が進むにつれて、その他の利点が明らかになる であろう。図面において、図１は、本発明の装置の好適な実施例の斜視図である 。

図２は、図１の線２−２に沿って取った装置の一部の縦断面図である。

図３は、図１の線３−３に沿って取った装置の一部の縦断面図である。

図４は、装置の電子部品の回路図である。

図５Ａおよび図５Ｂは、本発明の実施において実行されるステップを示す流れ図 である。

好適な実施例の説明 以下、装置の特定の実施例を示す添付図面を参照して本発明の詳細な説明する。

好適な実施例においては、本発明は、新しい未硬化コンクリート混合物の試料の 含有量およびセメント含有量を決定し、コンクリート混合物の強度を決定し、か つ計器の使用者にその強度を表示するための可搬型計器である。

図１に装置が番号１０によって全体的に示されている。

計器ハウジングは、１２で示されており、セメントブロ−ブ１８用の保管部１４ と、水分プローブ２０用の保管部１６とを有している。プローブについては、そ れぞれの保管部に配置されている格納位置にある状態が示されている。プローブ １８と２０は、それぞれ電気ケーブル２４．２６によって電子回路２２に接続さ れる。特定のコンクリート混合物の圧縮強度に水：セメント比を経験的に相関さ せることができ、プローブ１８と２０を用いて含量測定値およびセメント含量測 定値を得る。下で説明するように、それらの測定値を電子回路２２が強度の値に 変換する。

水分プローブ２０が、保管部１６から取り出されて試料容器２８に挿入されるた めに配置されている様子も、図１に破線で示されている。試料容器２８は、円筒 形外壁３１と底板３２とを有する。底板３２にアクセス管３０が取り付けられ、 かつ試料容器２８の中央に配置されている。図１に示すように、試料容器２８に は新しい未硬化コンクリートＣが充たされている。

試料容器２８には、持ち運び用の取っ手２９が設けられる。試料容器は頑丈な構 造であって、繰り返し詰め込みに耐えることができる。詰め込みにおいては、試 料容器中のコンクリートを貫通して鉛直方向下向きの運動をするようにオペレー タが鋼棒を押し、生皮型またはゴム製の槌で容器の側面をたたく。詰め込みによ ってコンクリート試料が容器を完全に充たし、空気ポケットなしの一様な密度の コンクリート試料が得られる。好まｔくは、試料容器２８はステンレス鋼または アルミニュウムで製作し、直径を約１２〜１４インチ、高さを約１１〜１３イン チにする。そのような容器を充たすコンクリートの体積に対して、試料容器２８ と取っ手２９は最低１５０ポンドを支持できなければならない。

試料容器２８中のアクセス管３０は放射線に対してほぼ透明でなければならず、 通常の材料、たとえば、スケジュール（Ｓｃｈｅｄｕ　１ｅ）４０ＰＶＣパイプ で構成できる。そのパイプは底板３２に連結される。アクセス管３２の高さは試 料容器の頂部を越えて延長するようなものでなければならず、セメントプローブ １６をいくつか（たとえば、４）のレベルに繰り返し可能なやり方で固定できる 目盛り装置３３を設けるべきであり、そうすることが好ましい。アクセス管３０ と底板３２は試料容器２８から外せなければならず、かつ、使用した後で完全に 掃除できなければならない。

計器ハウジング１２の寸法は、ひとりで持ち運べるようなものにすべきである。

ピックアップトラックの後部とびらまたは建設場所における別の同様な場所のよ うな、ハウジングとプローブが置かれる表面の少なくとも約６インチ上方にハウ ジングを持ち上げることができるように、持ち運び取っ手３６と、引き込みでき る脚３８とが設けられている。この計器を持ち上げることによって、下の表面が 測定に及ぼす妨害が減少する。計器ハウジング１２は、以下に詳しく説明する内 部部品を納めるために、側面４０と、底４１と、頂部４２とを、さらに有してい る。

図に示したように、電子装置２２は、計器ハウジング１２の頂部４２に取り付け られる。この電子装置は、電子装置への電力を制御するための開閉スイッチ４８ と、この計器の使用者またはその他の人が電子装置の機能を制御するためのキー バッド５０とを有している。キーノ々ッド５０は、防水、防［５屋外環境で５年 間の使用に耐えられるように製作された通常の膜で構成することが好ましい。さ らに、このキーバッド５０は、データを正確に入力するためにオペレータに感触 を帰還できる、交換が容易なプラスチックカッく−をキーｌ々ツド５０を備える ことが好ましい。電子装置２２は、表示装置５２を、さらに有している。メニュ ーおよびメツセージの明瞭度を向上させるためには、この表示装置は大きい文字 を有する液晶表示装置とすることが好ましい。組み込み試験を行えるように、表 示装置５２は、対話型でなけｔＬｌ？ならない。電子装置２２はプロセッサ５４ を、さらに有している（図４）。このプロセッサ５４は、メモリ５６と、プロセ ッサ５４をプローブ１８．２０にインタフェースさせるためのインタフェースポ ード５８とを有する。これらの部品については、図４を参照して、以下に詳しく 説明する。

電子装置２２は、通常は計器ハウジングに取り付けられ、計算、電力分配、放射 線計数およびユーザーインタフェースを行うために必要な全ての電子部品を備え ている。電子装置は、小型で、奥行きが約８インチ、高さが約４インチ、幅が約 ６〜フインチである。図示の実施例においては、電子装置２２は計器ハウジング １２から分離でき、コード（図示せず）によってそれに電気的に接続することが できる。

図２は、セメントプローブ１８を含む図１の計器の一部を図１の線２−２に沿っ て示す縦断面図である。図示のように、セメント含有量プローブ１８は全体とし て円筒形であって、一端に取っ手６０を有し、これの反対側の端部近くにガンマ 線源６２を有する。検出器６４は、コンクリート試料によって後方散乱したガン マ線を検出するために、ガンマ源から隔てられる。電子モジュール６６は、セメ ントプローブ１８のガンマ線源６２とは反対側の端部に配置されており、検出器 ６４を駆動するため、および後方散乱したガンマ線の計数値を基にした信号をケ ーブル２４を介して電子装置２２へ供給するために、電力を供給する（図４）。

ガンマ源６２、検出器６４および電子モジュール６６は、円筒形プローブボディ ６７の内部に納められる。このプローブボディは、端部キャップ６８．６９を有 する。プローブボディ６７は、壁厚の薄いアルミニウムスリーブで製作すること が好ましい。

ハウジング内部には、鉛放射線遮蔽７０．７４が設けられている。下側の鉛遮蔽 ７０は、下側の円筒形プローブボディ６の端部キャップ７６に隣接して配置され る。

下側の鉛遮蔽７０は、空隙７５が形成されるように、ガンマ線源６２から隔てら れる。上側の鉛遮蔽′ｌ′４は、ガンマ線源６２と検出器６４との間に配置され る。源によって後方散乱したガンマ線のみが検出器６４によって計数されるよう に、上側の鉛遮蔽７４は円錐形を成す。この遮蔽により、コンクリート中で散乱 することなしに検出器に直接入る光子で検出器が飽和されることが、阻止される 。ガンマ線源６２は１０ｍＣ１２４”Ａｍ点源であることが好ましい。このガン マ線源は、６０Ｋｅｙのエネルギーのガンマ線を放射する。検出器６４は、Ｘ線 比例ガンマ線計数管またはこれの同等品が好ましい。

セメントプローブがセメント含有量を測定できるのは、ポルトランドセメントの 主成分であるカルシウムの光電吸収のためである。特定の原子の原子番号が大き くなるほど、低い光子エネルギーにおける充電吸収の確率が高くなる。典型的な コンクリート混合物の元素成分のほとんどは原子番号が１４またはそれ以下であ るから、光電吸収に対するそれらの元素の寄与は限定される。したがって、コン クリート混合物のセメント含有量が増加するにつれて、カルシウムの含有量も増 加し、光電的に吸収される光子の数も増加する。特定のコンクリート混合物とプ ローブ計数に対する相関は線形であるから、その混合物に対してプローブを正確 に較正できる。そのような較正技術は当業者の技術範囲内である。

セメントプローブ１８のための電子モジュール６６は、インタフェースポード５ ８（図４）から低電圧電力を受けて、それを、検出器６４であるＸ線管を駆動す るためのより高い電圧、約１．９００ＶＤＣ，に変換できなければならない。ま た、Ｘ線管６４から電子モジュール６６に供給されるるパルスは１．９００ＶＤ Ｃから分離され、バッファリングされたあとで増幅されてからインタフェースポ ード５８へ送られる。電子装置６６から入力されるパルスは約５ｍＶでなければ ならない。

図３は、水分プローブ２０を含む図１の計器の一部を第１図の線３−３に沿って 示した縦断面図である。水分プローブ２０は、中性子源７６と、熱中性子源７８ と、電子モジュール８０とを備えている。源２７６によって放出された高速中性 子は、周囲の媒体中の原子との多重衝突によって熱中性子化される。熱中性子化 とは、中性子が衝突によって得るエネルギーと失うエネルギーが等しくなる点ま で、中性子の運動エネルギーが減少することを意味する。ある原子（たとえば水 素）は、他の原子よりも高速中性子を熱中性子化する能力が高い。したがって、 コンクリートの水成分は、高速中性子を最も熱中性子化しやすい。特定の含有量 とプローブの計数値の相関は線形であるか≦、混合物の含有量に対してプローブ を正確に較正できる。

電子モジュール８０は、熱中性子計数値を電子信号に変換する。その信号は、ケ ーブル２６を介して電子装置２２のインタフェースポード５８（図４）に送られ る。

中性子源７６と、熱中性子源７８と、電子モジュール８０とは円筒形プローブボ ディ８２の内部に全て収納される。プローブボディは、外部遮蔽として機能する 。プローブボディ８２は、アルミニウムで製作することが好ましく、円筒形プロ ーブボディ８２を封じるアルミニウム端部キャップ８４．８６を備えている。ケ ーブル２６は、端部キャップ８４を通じて電子モジュール８０に接続される。プ ローブの取っ手は、８５で示されている。

中性子源７６は、１０ｍＣ１Ａｍ＋Ｂｅ環状源を備えることが好ましい。また、 熱中性子検出器７８は、３Ｈｅ管であることが好ましい。この熱中性子検出器の 上に、中性子源７６が、中心を合わせて置かれる。電子モジュール８０は、水分 プローブ２０の頂部にお０て３Ｈｅ中性子検出器７８と端部キャ・ツブ８４の間 に配置される。電子モジュール８０は、インタフェースポード５８（図４）から 低電圧電力を受け、それを３Ｈｅ管を駆動するための約９００ＶＤＣの高電圧に 変換できなければならない。電子モジュール８０は、管７８からパルスを受け、 インタフェースポード５８に伝送するためにそれらのパルスをバッファする。

本発明の重要な態様は、遮蔽された格納保管部１４（図２）および１６（図３） と、対応する参考基準４４゜４６とである。この参考基準４４．４６は、セメン トプローブ１８中の放射線検出器６４、および水分プローブ２０の中の放射線検 出器７８のそれぞれの安定度と確度を確認するために設けられている。格納保管 部１４．１６は、不使用時に格納するために便利な場所を提供する。セメントプ ローブ１８のための参照基準４４は、保管部１４を囲むポリエチレン製の中実ブ ロックである。

保管部１４は、放射線に対してほぼ透明で、ＰｖＣパイプで製作することが好ま しい。この保管部１４は、ポリエチレンブロック４４に挿入される。ポリエチレ ンブロック４４は、鉛箔遮蔽８８によって上と、側面と、底とが囲まれる。また 、ポリエチレンブロック４４にはめ込まれる保管部１４の上側部分も、鉛箔８８ によって包まれる。さらに、保管部１４の、ポリエチレンブロック４４の真上を 延長する部分は、鉛箔８８で覆われる。

図３に示すように、水分プローブ２０のための参照基準４６も、環状ポリエチレ ンブロックである。保管部１６はＰｖＣ管であって、環状ポリエチレンブロック にはめ込まれて、底から上方へ延長される。環状ポリエチレンブロック４６の上 外径の周囲と、ブロック４６の下向径の周囲とには、鉛箔遮蔽９ｏが設けられる 。

図４は、本発明に関連して用いられる電子装置を概略的に示す。電子装置２２は 、キーバッド５ｏと、表示装置５２と、プロセッサ５４と、メモリ５６と、イン タフェースボ・−ド５８と、電池９２とを備えている。プロセッサ５４は、電源 ４９に接続することができる。図４には、セメントプローブ１８と水分プローブ ２０のための電子装置と、電子装置２２のインタフェースポード５８への電気ケ ーブル接続部２４．２６をそれぞれ介する相互接続も示されている。

電子装置２２は、計算機能と、制御入力機能と、ユーザー・インタフェース機能 とを全てを実行する。電子装置２２は、低電圧電力をプローブ１８．２０に供給 し、アナログパルスをプローブから受ける。電子装置２２は、表示袋ｆｆ１５２ とキーバッド５０を介して、ユーザーとインタフェースする。電子装置２２は、 内蔵電池９２から電力を受けることができ、または、充電器または自動車のシガ レットライターのような外部電源４９から電力を受けることができる。

プロセッサ５４は、中央処理装置と、ＲＯＭ、ＲＡＭ。

不揮発性ＲＡＭ、および実時間クロックを含めた関連するデジタル・ハードウェ アの全てを備えている。プロセッサ５４は通常のものであって、その機能を各種 のプロセッサ・ボードの間で容易に分割することができる。プロセッサ５４は、 プローブを制御し、インタフェースポード５８からのデジタルパルスをカウント する。インタフェースポード５８は、パルスを生の計数値に変換して、それらの 結果をプロセッサ５４に供給する。プロセッサ５４は、キーボード５０と、表示 装置５２と、電子装置が通信できるようにするポートに対してもインタフェース する。それらのボートは、希望によって使用することができる。プロセッサ５４ は、電池９２の充電回路と、電源９２と４９からの電力分配も制御する。

メモリ５６は、水分測定値とセメント測定値とからの総計数値と、オフセット較 正を含む１５の較正とのための、十分な電池を備えたＲＡＭを有することが好ま しい。

電池バックアップ回路は、チップと一体ではないことが好ましい。

インタフェースポード５８は、プロセッサ５４の中央処理装置とプローブ１８． ２０との間のインタフェースを行う。インタフェースポード５４は、プロセッサ ５４からの制御信号を基にして、プローブの一方または両方に、同時に低電圧電 力を供給できなければならない。インタフェースポード５８は、両方のプローブ から前置増幅された信号を同時に受けること、それらの信号を増幅すること、結 果としてのパルスをデジタルパルスに変換することもできなければならない。そ れから、結果としての２つのデジタル信号がプロセッサ５４に送られ、そこで計 算が実行される。

表示装置５２は、２０Ｘ４ＬＤＣのような、適当に大きい液晶ダイオードで構成 することが好ましい。キャラクタ・スペースを大きくすることにより、現場で使 用するためのメニューとメツセージの明瞭度を向上させることができる。組み込 み試験を行えるようにするためには、表示装置５２は対話型とすることが好まし い。処理速度を向上させるために、必要があればバッファを考慮すべきである。

また、図４に示されているように、セメントプローブ１８の電子モジュール６６ は、電圧変換器９６とプリアンプ９８とをさらに備えている。セメントプローブ １８は、インタフェースポード５８から低電圧電力を受けて、その低電圧電力を ガンマ線検出器、Ｘ線管６４を駆動するための高電圧に電圧変換器９６を介して 変換できなければならない。プリアンプ９８は、インタフェースポードへ送る前 にパルスをバッファするために設けられている。

同様に、水分プローブ２０の電子モジュール８０は、電圧変換器１００とプリア ンプ１０２とを備えている。

水分プローブ２０は、インタフェースポード５８から低電圧電力を受けて、この 電圧変換器１００で高電圧に変換する。中性子検出器７８から受けたパルスは、 バッファされ、増幅されてからプリアンプ１０２内のインタフェースポード５８ へ送られる。ケーブル２４．２６は、電子装置２２と、セメントプローブ１８お よびセメントプローブ２０との間で、それぞれ信号を送る。好ましくは、ケーブ ルは、同軸ケーブルまたは多心ケーブルで、電子装置に接続するロッキングコネ クタを端部に有する。

この計器は、建設環境中の屋外で使用するから、ケーブルは防塵および防水でな ければならない。

図５Ａおよび図５Ｂは本発明の動作の態様を示すものであって、新しい未硬化コ ンクリートの強度の測定値を得るためにオペレータが行うステップを示す。まず 、ステップ１１１に示すように、たとえば、試料容器２８を新しい未硬化コンク リートで充たし、それから容器を充たしながら容器を棒で詰め込み、軽くたたく 。容器が１／３だけ充たされた後、２／３だけ充たされた時、および一杯に充た された時に容器を棒で詰め込み、軽くたたかなければならない。容器を充たして 、棒での詰め込み、および軽くたたく作業を終わった後で、オペレータは、試料 の１番上に滑らかで平らな表面を得るために表面をならす。続いて、ステップ１ １２に示すように、たとえばポリエチレン参照基準４６を参考にして、水分プロ ーブ１８の角度を検査する。それらの検査は、プローブがそれぞれの基準内に挿 入されている間に行う。

セメント含有量と得られた計数値との相関および水含有量と得られた計数値との 相関は経験的に決定することができ、且つ、これらの相関は一次方程式又は二次 方程式で表わすことができるので、これらの相関を表す関数をメモリ５６に格納 することが可能となる。これにより、いくつかのコンクリート混合物に対する較 正カーブをメモリに蓄積し、必要に応じて読出すことができる。メモリ５６には 新しい未硬化コンクリートにおける水：セメント比を計算し、この比を硬化した コンクリートの最終強度に相関させるための情報も蓄積される。

典型的には、プローブの較正カーブは、現場において予測されるコンクリート混 合物を基にして、研究所環境において予め作成されたものである。セメント含有 量プローブを較正するために、コンクリート混合物が用意される。コンクリート 混合物は「目標混合物」と呼ばれることがある。これは、現場において予測され るものと同一である。水含有量とセメント含有量が精密に知られている目標混合 物の最低４つの試料に対して測定値をとる。

２つ余分のコンクリート混合物を用意する。１つは目標混合物よりセメント含有 量が少なく、１つは目標混合物よりセメント含有量が多い。それらの混合物の水 含有量は目標混合物の水含有量と同じである。それらの混合物の最低４つの試料 に対して測定を行う。測定を基にして直線較正カーブを作成する。そのカーブに おいてはセメント含有量は独立変数である。このカーブの勾配と交差がメモリ５ ６に蓄積される。

セメントプローブを類似のやり方で較正する。この場合には混合物中のセメント 含有量だけを一定に保つ。現場混合物の予測水含有量を有する目標混合物に対し て測定を行う。較正カーブの勾配と交差を発生するために、水含有量が多い混合 物と、水含有量が少ない混合物との、余分の混合物を用意する。

ステップ１１４に示すように、試料容器に充たし、プローブを較正した後で、た とえば、水分プローブをハウジング１２の格納保管部から取りだし、それを試料 容器２８のアクセス管３０に挿入する。ステップ１１５に示すように、中性子が 高速中性子源７６からコンクリート試料Ｃに送り込まれる。そして、これらの中 性子のいくつかが飛び出すか、試料内で熱中性子化されるまで、多重散乱を行う 。熱中性子の雲が検出器管の周囲に生じ、あるものがプローブによって計数され る。

ステップ１１６に示すように、電子モジュール８０が熱中性子計数値に対応する 信号を発生させ、この信号をパルスの形で電子装置２２のインタフェースポード ５８へ送る。その信号は、増幅されてから、プロセラｉ５４に供給される。プロ セッサ５４は、計算を行ってからコンクリートの含水量を決定する。ステップ番 号１１７においては、プロセッサ５４は水含有量を計算する。これは、表示装置 ５２によってユーザーに表示される。得た計数値は、水含有量とプローブ計数値 との間の相関をめるために蓄積されている関数に代入される。

水含有量が表示された後で、ユーザーまたはオペレータは、ステップ１１８に従 って水分プローブを試料容器から取り出して、それを計器ハウジングに設けられ ている格納保管部に戻す。続いてオペレータは、ステ・ツブ１１９に従って、セ メントプローブをノλウジング１２に設けられている格納保管部から取り出して 、これを試料容器２８のアクセス管３０に挿入し、最初のセメント測定値を得る 。

ステップ１２０に従って、遮蔽されている源からガンマ線がコンクリート試料に 送られる。ガンマ線のうち、あるものは吸収されるまで多重散乱を行い、あるも のは、散乱してＸ線比例計数管に入る。後方散乱されたガンマ線は、この計数管 で計数される。鉛遮蔽は、散乱してコンクリート中に入ることなしに検出器に直 接入る光子によって検出器が飽和されることを阻止する。

ステップ１２１において、電子モジュール６６は、検出器６４において得た計数 値に対応する信号を発生させ、この信号を増幅して電子装置２２に供給する。追 加の計数値を得るために、約２．５ｃｍ（約１インチ）ずつだんだんに浅くなる 深さにおいてプローブで最低３回ステップ１２０と１２１を繰り返す（ステップ １２２）ことが好ましい。それらの計数値は、セメント含有量とプローブ計数値 の関係をめるために蓄積されている関数に代入される。

ステップ１２３において、プロセッサは、得られた最低４つの計数値を基にして 平均セメント含有量を計算し、この計算結果を表示装置で表示する。そして、オ ペレータは、ステップ１２４において、セメントプローブを試料容器から取り出 してそれをハウジングの格納保管部に戻す。プロセッサ５４は、ステップ１２５ に従って、水：セメント比を計算し、それを表示装置５２で表示し、それからス テップ１２６に従って、プロセッサ５４は計画したコンクリート強度をこの比お よびこの比を最終的な圧縮強度に関連づける蓄積されている関数を基にして計算 し、表示する。最後に、ステップ１２７に従って、オペレータは試料容器と、ア クセス管と、底板とを完全に掃除して次の試料に備える。

本発明の計器は、持ち運びケースに入れて１名で持ち運びできるように構成され ている。この計器は、外部環境において動作させることができ、通常、建設現場 においてピックアップトラックの後部とびらの上で使用することを意図するもの である。本発明の計器は、−１０℃から６５℃の周囲温度範囲、および１００％ までの湿度にわたって動作させることができる。また、直射日光と、セメント粉 を含めた猛烈な塵埃も予定している。この計器は、加圧水噴射および生コンクリ ート吹き付けに耐えるように構成されている。

以にの説明は、本発明を限定するものではなく、例示と考えるべきである。本発 明は、全体として物質の物理的特性を測定するために他の状況において使用でき 、２一つのブ１”〕−ブから得た測定値から試験祠料の最低１つの物理的特性を 計算し５て°、表示するために、応用することができる１、シたが−１で１．− ４−で説明した特定の実施例は、本発明をどのようにして実施するか（ごついて を示ずものであることを理解オペきである。請求の範囲の意味に含まれ、および 均等範囲内である変更例は以」−の説明に含まれるものと４−る、。

第５Ｂ図へ 第５Ａ図から 補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）平成　６　年　９　月　１３４

Claims (35)

【特許請求の範囲】
1. １．計器のハウジングと、 このハウジングとそれぞれ結合され、かつ、試験材料の試料を測定して測定値を 得るためにこの試料に接触させることができるように個々に配置された、試験材 料の第１の物理的特性の測定値を得るための手段を有する第１の可動プローブお よび試験材料の前記第１の物理的特性とは異なる第２の物理的特性の測定値を得 るための手段を有する第２の可動プローブと、 前記第１の可動プローブおよび前記第２の可動プローブに動作可能に接続され、 前記第１の物理的特性の測定値および前記第２の物理的特性の測定値を示す第１ の信号および第２の信号をそれぞれ前記第１、第２の可動プローブから受ける手 段、および、前記信号から試験材料の少なくとも１つの物理的特性に対する値を 決定するための手段を含む電子回路と、 前記ハウジングによって保持され、前記値をユーザーに表示するために前記電子 回路に動作可能に接続される表示装置と、 を備える、試験材料の物理的特性を測定する計器。
2. ２．請求の範囲第１項に記載の計器であって、前記第１の可動プローブは試験材 料の水含有量を示す信号を発生し、前記第２の可動プローブは試験材料の組成を 示す信号を発生する手段を有する計器。
3. ３．請求の範囲第１項に記載の計器であって、前記値を決定するための手段は、 物質の第１の物理的特性および第２の物理的特性を示す前記第１の信号および前 記第２の信号から、物質の、前記第１の物理的特性と第２の物理的特性とは異な る、第３の物理的特性についての値を決定する手段を備える計器。
4. ４．請求の範囲第３項に記載の計器であって、試験材料は新しい未硬化コンクリ ート混合物であり、前記第１の可動プローブはコンクリート混合物の水の含有量 を示す信号を発生する手段を有し、前記第２の可動プローブはコンクリート混合 物のセメント含有量を示す信号を発生する手段を有し、前記値を決定するための 手段は硬化したコンクリートの最終強度の値を前記水の含有量および前記セメン ト含有量から決定する手段を備える計器。
5. ５．請求の範囲第１項に記載の計器であって、前記第１の可動プローブおよび前 記第２の可動プローブは低放射能放射線源と放射線検出器を備え、前記計器ハウ ジングは前記第１、第２の可動プローブが使用されない時にこれらの可動プロー ブを収納する第１、第２の遮蔽された格納保管部とを含む計器。
6. ６．請求の範囲第５項に記載の計器であって、前記第１、第２の可動プローブが 格納保管部内に入れられた時に前記放射線検出器の確度を検査できるようにする ために、前記第１の格納保管部と前記第２の格納保管部のおのおのに結合された 参考基準を更に含む計器。
7. ７．請求の範囲第５項に記載の計器であって、前記第１の可動プローブは、高速 中性子を試験材料中に放出するための低放射能中性子放射源と、試験材料中に存 在する中性子減速元素によって減速された熱中性子を検出するために前記中性子 源に対して所定の間隔をおいて配置された熱中性子検出器とを含む計器。
8. ８．請求の範囲第７項に記載の計器であって、前記第１のプローブは細長い円筒 形状のものであり、前記熱中性子検出器は前記円筒中に配置された３Ｈｅ管を備 え、前記中性子源はその３Ｈｅ管の上に中心を合わせて配置される計器。
9. ９．請求の範囲第５項に記載の計器であって、前記第２の可動プローブは、ガン マ線を試験材料中に放出するための低放射能ガンマ線源と、試験材料から後方散 乱させられたガンマ線のために前記ガンマ線源に対して所定の間隔をおいて装置 されたガンマ線検出器とを有する計器。
10. １０．請求の範囲第９項に記載の計器であって、前記第２の可動プローブは細長 い円筒形伏のものであり、前記ガンマ線源は細長い円筒形プローブの一端に隣接 して配置され、前記ガンマ線検出器は細長い円筒形プローブの他端に隣接して配 置されるＸ線比例計数管を有し、前記第２の可動プローブは前記源と前記計数管 の間および前記源と前記プローブの前記他端の間に配置される遮蔽を更に備える 計器。
11. １１．計器のハウジングと、 このハウジングとそれぞれ結合され、かつ、試験材料の試料を測定して測定値を 得るためにこの試料に接触させることができるように個々に配置された、第１の 可動プローブおよび第２の可動プローブと、前記第１の可動プローブおよび前記 第２の可動プローブに動作可能に接続された電子回路と、前記ハウジングによっ て保持され、前記値をユーザーに対する表示を行なうために前記電子回路に動作 可能に接続された表示装置と、 を備え、前記第１の可動プローブは、高速中性子を試験材料中に放出するための 低放射能中性子放射源と；試験材料中に存在する水素によって減速された熱中性 子を検出し、それによって試験材料の含水量を示す信号を発生するために、前記 中性子源に対して所定の間隔をおいて装置された熱中性子検出器と；を有し、前 記第２のプローブは、ガンマ線を試験材料中に放出するための低放射能ガンマ線 源と；試験材料から後方散乱させられたガンマ線を検出し、それによって試験材 料の組成を示す信号を発生するための、前記ガンマ線源に対して所定の間隔をお いて装置されたガンマ線検出器と；を有し、 前記電子回路は、試験材料の水の含有量を示す第１の信号と、試験材料のセメン ト含有量を示す第２の信号を前記プローブから受ける手段と、試験材料の少なく とも１つの物理的特性に対する値を前記信号から決定するための手段とを有する 、硬化した試験材料の物理的特性を測定する計器。
12. １２．請求の範囲第１１項に記載の計器であって、前記電子回路は、試験材料の 含水量および組成の値を前記表示装置によって独立に表示するための手段を有す る計器。
13. １３．請求の範囲第１１項に記載の計器であって、前記計器ハウジングは、前記 第１，第２の可動プローブが使用されていない時にこれらの可動プローブをそれ ぞれ受け入れて格納するための第１の格納保管部および第２の格納保管部を備え る計器。
14. １４．請求の範囲第１３項に記載の計器であって、前記プローブが格納保管部内 に入れられた時にそれぞれのプローブ中の前記放射線検出器の確度を検査できる ようにするために、前記第１の格納保管部と前記第２の格納保管部のおのおのに 結合された参考基準を更に含む計器。
15. １５．未硬化の塑性状態にあるコンクリート混合物の試験材料に対して行われた 物理的測定によって硬化したコンクリートの計画上の最終的な強度を測定するた めの計器であって、 未硬化の塑性状態にあるコンクリート混合物の試験材料を受けるようにされたパ ンと、このパンがコンクリート混合物で充たされた時にコンクリート混合物によ ってほぼ囲まれるようにパンの中央に装着された細長いアクセス管とを含む試料 容器と、 計器のハウジングと、 このハウジングとそれぞれ結合され、かつ、試験材料の試料を測定して測定値を 得るためにこの試料に接触させることができるように個々に配置された第１の可 動プローブおよび第２の可動プローブと、 前記第１の可動プローブおよび前記第２の可動プローブに動作可能に接続された 電子回路と、前記ハウジングによって保持され、前記値をユーザーに表示するた めに前記電子回路に作動的に接続された表示装置と、 を備え、前記第１の可動プローブは、高速中性子を試験材料中に放出するための 低放射能中性子放射源と；試験材料中に存在する水素によって減速された熱中性 子を検出し、これによってコンクリート混合物の水の含有量を示す信号を発生す るために、前記中性子源に対して所定の間隔をおいて配置された熱中性子検出器 と；を有し、前記第２の可動プローブは、ガンマ線をコンクリート混合物中に放 出するための低放射能ガンマ線源と；コンクリート混合物から後方散乱したガン マ線を検出し、それによってコンクリート混合物の組成を示す信号を発生するた めの、前記ガンマ線源に対して所定の間隔をおいて装置されたガンマ線検出器と ；を有し、前記電子回路は、コンクリート混合物の水の含有量を示す第１の信号 と、コンクリート混合物のセメント含有量を示す第２の信号とを前記第１，第２ の可動プローブから受ける手段と、硬化後の計画された最終強度に対する値を前 記信号から決定するための手段とを有する、硬化したコンクリートの計画した最 終強度を測定する計器。
16. １６．請求の範囲第１５項に記載の計器であって、前記電子回路は、コンクリー トの計画された最終強度と未硬化コンクリート混合物の水：セメント比の間の相 関を蓄積する手段と、試験材料の測定した水の含有量およびセメント含有量を前 記蓄積されている相関に適用してコンクリート混合物の試料の計画した最終強度 を決定する手段とを有する計器。
17. １７．請求の範囲第１５項に記載の計器であって、前記計器のハウジングは、前 記第１，第２の可動プローブが使用されていない時にこれらの可動プローブをそ れぞれ受け入れて格納するための第１の格納保管部および第２の格納保管部を備 える計器。
18. １８．請求の範囲第１７項に記載の計器であって、前記プローブが格納保管部内 に入れられた時にそれぞれのプローブ中の前記放射線検出器の確度を検査できる ようにするために、前記第１の格納保管部と前記第２の格納保管部のおのおのに 結合された参考基準を更に含む計器。
19. １９．ａ）試験材料の試料を測定するために第１の可動プローブをこの試料に接 触させて配置する過程と、ｂ）第１のプローブから測定値を得て、試験材料の第 １の物理的特性を示す信号をその測定値から発生させる過程と、 ｃ）前記過程（ｂ）で発生した信号を電子回路へ送る過程と、 ｄ）前記第１の可動プローブを試験材料との測定接触から引き離す過程と、 ｅ）試験材料の試料を測定するように第２の可動プローブをその試料に接触させ て配置する過程と、ｆ）第２の可動プローブから測定値を得て、試験材料の第２ の物理的特性を示す信号をその測定値から発生させる過程と、 ｇ）前記過程（ｆ）で発生した信号を電子回路へ送る過程と、 ｈ）試験材料の少なくとも１つの物理的特性についての値を、前記過程（ｃ）、 （ｇ）で前記第１，第２の可動プローブによって送られた信号から電子回路にお いて決定する過程と、 ｉ）前記過程（ｈ）に従って決定された値を表示装置で表示する過程と、 を備える、試験材料の物理的特性を測定する方法。
20. ２０．請求の範囲第１９項に記載の方法であって、第１の可動プローブから測定 値を得る過程は、前記可動プローブ中に配置されている高速中性子源から中性子 を試験材料中に送る過程と、試験材料中に存在する中性子減速元素によって減速 された熱中性子を検出および計数する過程とを備える方法。
21. ２１．請求の範囲第１９項に記載の方法であって、第２の可動プローブから測定 値を得る過程は、前記可動プローブ中に配置されているガンマ線源からガンマ線 を試験材料中に送る過程と、後方散乱したガンマ線を検出および計数する過程と を備える方法。
22. ２２．請求の範囲第１９項に記載の方法であって、試料容器を試験材料で充たす 過程を含み、試験材料を測定するようにプローブをその試験材料に接触して配置 させる過程（ａ）、（ｅ）は、試料容器内の中央に配置されて、試験材料により ほぼ囲まれている細長いアクセス管中にプローブを挿入する過程を備える方法。
23. ２３．請求の範囲第１９項に記載の方法であって、参考基準に近接してプローブ を置くことによって各プローブの安定性を確認する付加過程を含む方法。
24. ２４．請求の範囲第１９項に記載の方法であって、第１の物理的特性および第２ の物理的特性を表示装置で表示する付加過程を含む方法。
25. ２５．請求の範囲第１９項に記載の方法であって、過程（ｂ）、（ｆ）に従って 発生された信号から第３の物理的特性についての値を決定する付加過程を含む方 法。
26. ２６．ａ）試験材料の試料を測定するために第１の可動プローブをその試料に接 触させて配置する過程と、ｂ）前記プローブ中に配置されている高速中性子源か ら中性子を試験材料中に送り、熱中性子を検出および計数して、試験材料の第１ の物理的特性を示す信号を発生させる過程と、 ｃ）前記過程（ｂ）で発生した信号を電子回路へ送る過程と、 ｄ）第１の可動プローブを試験材料との測定接触から引き離す過程と、 ｅ）試験材料の試料を測定するように第２の可動プローブをその試料に接触して 配置させる過程と、ｆ）前記第２の可動プローブ中に配置されているガンマ線源 からガンマ線を試験材料中に送り、後方散乱させられたガンマ線を検出および計 数して、試験材料の第２の物理的特性を示す信号を発生する過程と、ｇ）前記過 程（ｆ）で発生した信号を電子回路へ送る過程と、 ｈ）試験材料の少なくとも１つの物理的特性についての値を、前記過程（ｃ）、 （ｇ）で前記第１，第２の可動プローブによって送られた信号から電子回路にお いて決定する過程と、 ｉ）前記過程（ｈ）に従って決定された値を表示装置で表示する過程と、 を備える、試験材料の物理的特性を測定する方法。
27. ２７．請求の範囲第２６項に記載の方法であって、参考基準に近接させて前記第 １，第２の可動プローブを置くことによってこれらの可動プローブの確度を確認 する付加過程を含む方法。
28. ２８．請求の範囲第２６項に記載の方法であって、第１の物理的特性および第２ の物理的特性を表示装置で表示する付加過程を含む方法。
29. ２９．請求の範囲第２６項に記載の方法であって、過程（ｂ）および（ｆ）に従 って発生された信号から第３の物理的特性についての値を決定する付加過程を含 む方法。
30. ３０．ａ）コンクリート混合物の試料を測定するために第１の可動プローブをそ の試料に接触させて配置する過程と、 ｂ）前記第１の可動プローブから測定値を得て、コンクリート混合物の水の含有 量を示す信号をその測定値から発生する過程と、 ｃ）前記過程（ｂ）で発生した信号を電子回路へ送る過程と、 ｄ）前記第１の可動プローブを試験材料との測定接触から引き離す過程と、 ｅ）コンクリート混合物の試料を測定するように第２の可動プローブをその試料 に接触させて配置する過程と、 ｆ）前記第２の可動プローブから測定値を得て、コンクリート混合物のセメント 含有量を示す信号をその測定値から発生させる過程と、 ｇ）前記過程（ｆ）で発生した信号を電子回路へ送る過程と、 ｈ）硬化したコンクリートの最終強度についての値を、前記過程（ｃ）、（ｇ） においてプローブによって送られた信号から電子回路において決定する過程と、 ｉ）前記過程（ｈ）に従って決定された値を表示装置で表示する過程と、 を備える、新しい未硬化コンクリート混合物の水の含有量および組成からコンク リートの最終強度を測定する方法。
31. ３１．請求の範囲第３０項に記載の方法であって、第１のプローブから水の含有 量測定値を得る過程は、前記第１のプローブ中に配置されている高速中性子源か ら中性子を試験材料中に送る過程と、試験材料中に存在する中性子波速元素によ って減速された熱中性子を検出および計数する過程とを備える方法。
32. ３２．請求の範囲第３０項に記載の方法であって、第２の可動プローブからセメ ント含有量測定値を得る過程は、前記第２のプローブ中に配置されているガンマ 線源からガンマ線を試験材料中に送る過程と、後方散乱したガンマ線を検出およ び計数する過程とを備える方法。
33. ３３．請求の範囲第３０項に記載の方法であって、試料容器をコンクリート混合 物で充たす過程を含み、コンクリート混合物を測定するように前記第１，第２の 可動プローブをそのコンクリート混合物の試料に接触して配置させる過程（ａ） および（ｅ）は、ハウジングの格納保管部からプローブを取り出し、試料容器内 の中央に配置されて、コンクリート混合物によりほぼ囲まれている細長いアクセ ス管中にそのプローブを挿入する過程を備える方法。
34. ３４．請求の範囲第３０項に記載の方法であって、計画されたコンクリートの最 終強度と未硬化コンクリート混合物の水：セメント比の間の相関を蓄積する過程 と、前記過程（ｂ）および（ｆ）でそれぞれ発生した信号からコンクリート混合 物の試料についての水：セメント比を決定する過程と、その比を蓄積されている 相関に適用して硬化したコンクリートの最終強度を決定する過程とを更に含む方 法。
35. ３５．請求の範囲第３０項に記載の方法であって、水の含有量とセメント含有量 を表示装置で表示する付加過程を含む方法。