JP5880981B2 - コンクリート表面の吸水試験方法及び吸水試験装置 - Google Patents

コンクリート表面の吸水試験方法及び吸水試験装置 Download PDF

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Description

本発明は、コンクリート表面の吸水試験方法及び吸水試験装置に関するものであり、より詳細には、コンクリート構造物の表面の吸水性を原位置測定可能な非破壊方式の吸水試験方法及び吸水試験装置に関するものである。
新設又は既設のコンクリート構造物の耐久性を判定する原位置試験方法として、実構造物の物質移動抵抗性を直接的に測定する非破壊検査又は非破壊調査が知られている。建設後のコンクリート構造物においては、ひび割れ、打重ね目、打継ぎ目等により物質移動抵抗性が低下するので、物質移動抵抗性の低下を原位置において調べる非破壊検査又は非破壊調査は、コンクリート構造物の耐久性を判定する上で有効な方法である。
物質移動抵抗性を直接的に測定する手法として、空気の動きに着目した透気性試験や、水の動きに着目した透水試験又は吸水試験が知られている。コンクリートの劣化には、水が関与した化学反応、物理作用等が殊に関係すると考えられる。例えば、非常に乾燥した環境においては、鉄筋コンクリートの中性化残りが０mmであっても、鋼材が腐食していない事例もある。従って、水の動きを捉えることは、コンクリートの劣化を把握する上で重要である。
一般的な実構造物に作用する水圧は、降雨等により表面に作用する比較的小さい水圧である。コンクリートに作用する流体圧力の相違により、物質移動に支配的となる細孔径や物質移動メカニズムが異なる。このため、試験は、実構造物の環境と同等の条件、即ち、水頭２００〜３００mm程度の比較的低い水圧がコンクリート表面に作用する条件で実施されることが望ましい。一般に数Ｎ／mm2の水圧をコンクリート表面に作用せしめる透水試験においては、コンクリートの組織の破壊によって試験後の透水性が上昇してしまった事例もある。従って、降雨時にコンクリート表面に作用する圧力程度の水圧をコンクリート表面に作用せしめるにすぎない吸水試験が一般に有効であると考えられる。
コンクリートの表面においてコンクリートが吸水する水量を測定するための公知の表面吸水試験（以下、「吸水試験」という。）方法として、「British Standard 1881-5」「Method of Testing Concrete」「Initial Surface Absorption Test」（非特許文献１、以下「ISAT」という。）が知られている。この試験方法及び試験装置おいては、水頭２００mmの水圧がコンクリート表面に作用した条件で吸水量が測定される。２００mmの水頭は、激しい雨によってコンクリート表面に作用する水圧よりも僅かに大きい程度の水圧である。また、「An automated method for the measurement of surface water absorption into permeable materials」(非特許文献２)には、キャピラリーチューブと、高度な光学測定機器を用いて様々な透水性材料の吸水性を測定する測定方法が記載されている。更には、「JIS A6909-2003、 建築用仕上塗剤」（非特許文献３）には、建築用仕上塗剤の透水試験方法が記載されている。但し、JIS A6909-2003の試験は、コンクリート表面等に塗布される塗料等を塗布した試験体を用いて、塗料等の吸水性又は透水性を試験する吸水試験又は透水試験である。
しかしながら、これらの試験方法及び試験装置は、コンクリート試料の供試体の水平表面の吸水性又は透水性を実験室において測定するための試験方法及び試験装置であるにすぎず、土地に定着し且つ外的要因(環境条件、施工条件等)の影響を受ける実構造物の鉛直壁面等に対する原位置吸水試験又は原位置透水試験を実施するための試験装置及び試験方法でない。即ち、非特許文献１〜３に記載された試験装置又は試験方法は、実構造物の表面吸水性を原位置において非破壊試験するためのものではない。また、実構造物自体から供試体を採取し、非特許文献１〜３に記載された試験方法を用いて実構造物の吸水性を実験室において試験することも考えられる。しかし、このような供試体を実構造物から採取する試験方法は、新設直後の実構造物に対する吸水試験方法としては現実に採用し難く、また、過去に建設された既存構造物から供試体を採取する場合であっても、試料の採取位置が限定されるとともに、試験後に実構造物を補修する必要が生じる。
また、従来の吸水試験方法として、ドリル削孔を伴う実構造物の試験方法が知られている。しかし、このような吸水試験も又、実構造物の損傷を伴う原位置試験であり、実構造物の非破壊試験ではない。
他方、シラン系撥水材を塗布した既存のコンクリート構造物の原位置吸水試験を行う吸水試験装置が非特許文献４及び５に記載されている。非特許文献４及び５に記載された試験装置は、管状の鉛直ピペットを備えた円形の吸水カップを実構造物の壁面に固定し、吸水カップ内に充填した水の減少量を測定してコンクリート表面の吸水量を原位置測定するように構成される。
また、非破壊で小形の吸水カップをコンクリートの鉛直表面に固定可能な吸水試験装置として、真空圧力を用いて吸水カップの支持板を鉛直面に固定する方式の簡易な原位置試験装置が知られている。
「British Standard 1881-5」「Method of Testing Concrete」「Initial Surface Absorption Test」 「An automated method for the measurement of surface water absorption into permeable materials」（Construction and Building Materials、Vol.9、No.1、pp.3-10、1995年） 「JIS A6909-2003、建築用仕上塗剤」 「コンクリート用撥水材の防水効果を現場で簡便に評価するための透水試験方法」（コンクリート工学年次論文集、Vol.28、No.1、pp.2009-2014、2006年） 「浸透性吸水防止材の長期的な耐久性に関する研究」（コンクリート構造物の補修・補強、アップグレード論文報告集 第10巻 2010年10月）
一般に、コンクリート表層部分の品質はコンクリート表層部分の緻密性により評価される。また、コンクリート構造物はコンクリート及び鉄筋の協働作用により所期の強度を発揮するが、コンクリート内の鉄筋は、コンクリートの表層部分によって保護されるので、実構造物のコンクリートの耐久性は、コンクリート表層部分の緻密性によって大きく相違する。しかしながら、従来の吸水試験は、コンクリートの表面に塗布された撥水材、塗料、プライマー等の防水効果又は耐水効果や、コンクリート表面のひび割れを検出するために実施されていたにすぎず、吸水試験の試験結果は、コンクリート表層部分の緻密性を評価するためには使用されていない。
コンクリート表層部分の緻密性は、設計条件又は施工条件、例えば、施工時のコンクリートの水セメント比、コンクリートの配合（膨張材の使用等）、施工時のコンクリートの養生期間、コンクリートの養生方法等により相違する。また、コンクリート表層部分の緻密性は、コンクリート硬化時又は硬化後の条件、例えば、コンクリート構造物の環境条件（気候、日射、重力等）、セメントの水和反応時の発熱、コンクリート構造物の拘束状態、表面含浸材（撥水材等）の使用等によっても相違する。従って、原位置吸水試験によってコンクリート表層部分の緻密性を評価し又は明確化することが可能であれば、コンクリート施工時の状態を原位置吸水試験によって類推又は特定し、或いは、コンクリート硬化時又は硬化後の履歴情報を原位置吸水試験によって類推又は特定することが可能となると考えられる。しかしながら、吸水試験の試験結果をコンクリート表層部分の緻密性の原因因子等と関連して分析することは、過去に試みられていない。
また、非特許文献３及び４に記載された従来の原位置吸水試験においては、コンクリート表面の吸水量は、吸水チャンバのシリンダー部の水位変化を所定の時間間隔で目視観察することにより測定されるにすぎず、吸水量の変化を連続的に計測し、或いは、微小な時間間隔で継続的に計測することはできなかった。
更に、吸水試験装置は、新設構造物の竣工検査に適用し得るような完全非破壊試験であることが望ましいが、非特許文献４及び５に記載された試験装置においては、パテ状シリコンや、速硬性のエポキシ樹脂等によって吸水カップをコンクリートの鉛直表面に接着しなければならず、試験装置の固定跡がコンクリート表面に残留する。このため、試験後にコンクリート表面を研磨して固定跡を除去する必要があり、従って、非特許文献４及び５に記載された試験は、完全な意味での非破壊試験であるとはいえない。
他方、真空圧力を用いて支持板を鉛直面に固定する方式の上記吸水試験装置が知られているが、この装置においては、吸水カップの直径は、約２５mmであるにすぎず、吸水カップの吸水開口面積は、約４９０mm2であるにすぎない。このように直径が小さく、従って、吸水開口面積が小さい吸水カップを用いた場合、吸水カップの外周部の周長が吸水開口面積に対して相対的に大きく、従って、吸水カップの周囲に拡散する水量の影響が大きく顕れるので、コンクリート表面の吸水量を正確に測定することはできない。
従って、実構造物に適用可能な原位置試験を行うことができ、しかも、コンクリートを全く破壊しない完全非破壊方式の吸水試験装置及び吸水試験方法は、依然として確立されていない。
また、従来の吸水試験装置においては、試験用の水を急速に吸水カップに注入すると、注水時に吸水カップ内に空気泡が残留するため、注水に少なくとも１分の時間を確保しており、注水開始後の１分未満に生じるコンクリート表面の初期吸水量を測定することはできなかった。しかし、コンクリート表面は、水に接触した直後に水を急減に毛管吸水する性質を有するので、注水開始後の１分未満の初期吸水量を測定できない従来の試験装置では、コンクリートの吸水特性を把握する上で限界があった。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、実構造物のコンクリート表層部分の緻密性と関連する原因因子等を解明し又は評価すべく、実構造物のコンクリート表面の吸水性を原位置測定することができる吸水試験方法を提供することにある。
本発明は又、このような吸水試験方法において好適に使用し得る吸水試験装置であって、コンクリート表面又はその表層部分を全く破壊しない完全非破壊方式の吸水試験を実施することができる吸水試験装置を提供することを目的とする。
本発明は更に、このような吸水試験方法及び吸水試験装置において、短時間に注水作業を完了し、早期に（好ましくは、注水開始後１５秒以内に）吸水量の測定を開始することができる吸水試験方法及び吸水試験装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成すべく、本発明は、吸水カップの吸水開口の縁部をコンクリート構造物のコンクリート表面に密接させ、吸水試験用の水を前記吸水チャンバ内に注入し、前記吸水カップ内の吸水チャンバから前記コンクリート構造物に吸水される水量を原位置測定するコンクリート表面の吸水試験方法において、
前記吸水チャンバに保持された水の水量を連続的に検出し、或いは、微小時間間隔で継続的に検出して、注水完了後の経過時間及び吸水速度を測定し、所定の経過時間において測定された前記吸水速度に基づいて、コンクリートの表層部分の緻密性と関連する原因因子又は評価因子の同定又は比較を行うことを特徴とするコンクリート表面の吸水試験方法を提供する。
本発明に係る上記吸水試験は、非破壊試験であり、本発明の吸水試験方法は更に、少なくとも下記(1)〜(3)のいずれかの構成を有する。
(1)前記原因因子又は評価因子の同定又は比較のため、注水開始後の１分未満の時間帯に生じるコンクリート表面の初期吸水量を少なくとも測定すべく、前記吸水チャンバへの注水時に該吸水チャンバ内の空気泡の排出を促進する脱気手段を用い、前記吸水チャンバに対する水の注入を１５秒以内に完了して、前記コンクリート表面の吸水量の計測を注水開始後１５秒以内に開始する(請求項１)。
(2) 前記原因因子又は評価因子は、コンクリート打設時の水セメント比、或いは、コンクリート打設後の型枠存置期間であり、
前記水セメント比又は型枠存置期間の同定又は比較のために、前記水量の検出を注水開始後１５秒以内に開始し、注水開始後の１分未満の時間帯に生じるコンクリート表面の初期吸水量の変化を含む前記水量の変化を測定する(請求項２）。
(3)前記水量は、前記チャンバ内の水圧によって検出される(請求項３）。
本発明の上記構成によれば、注水完了後にコンクリート表面が吸水する吸水量が実質的に連続的に検出され、注水完了後の経過時間と関連した吸水量の変化、即ち、吸水速度が測定される。特定の経過時間の吸水速度を基準として、コンクリート表層部分の緻密性と関連する原因因子（又は原因指標）、或いは、評価因子（又は評価指標）を同定し又は比較することが可能である。例えば、経過時間１０分における吸水速度と、コンクリート施工時の水セメント比と、コンクリート施工時の養生期間（型枠存置期間）との間に相関関係があることが、本発明者の最近の研究により判明した。水セメント比及び養生期間は夫々、コンクリート表層部分の緻密性と密接に関連する原因因子又は評価因子の一種である。即ち、コンクリート表層部分の緻密性と関連する原因因子又は評価因子の情報が、吸水速度の測定によって得られ、これにより、コンクリート表層部分の品質を客観的に評価することが可能である。
また、上記試験方法によれば、多数の実構造物に関し、注水完了後の経過時間と吸水速度との関係を統計処理し又はデータ化することができる。本発明者の最近の研究によれば、所定の経過時間における吸水速度の実測値は、正規分布に従う傾向がある。従って、吸水速度の実測値は、統計処理又はデータベース化に適する。これは、しきい値の設定が必要なコンクリート表層部分の品質検査方法として吸水試験を使用し得ることを意味する。
更に、実構造物においては、緻密性の原因因子又は評価因子（水セメント比、養生期間等）が施工記録として既に存在することがある。従って、吸水速度と、緻密性の原因因子又は評価因子とを統計処理して両者の関係をデータベース化することができる。これは、明瞭な施工記録が存在しない実構造物、或いは、施工記録が存在したとしても、施工条件又は設計条件等を施工後に確認する必要がある実構造物等において、本発明の吸水試験方法を適用すれば、コンクリート表層部分の緻密性と関連する原因因子又は評価因子をデータベースに基づいて同定し又は適切に比較検討し得ることを意味する。
また、吸水チャンバへの注水時に吸水チャンバ内の空気泡の排出を促進する脱気手段を用いた本発明の吸水試験方法によれば、注水時に空気泡が吸水カップ内に残留するのを防止し、これにより、注水速度を加速して注水時間を大幅に短縮することができる。このような脱気手段を用いることにより、水の注入を１５秒以内、好ましくは、１０秒以内（平均約５秒）に完了することができるので、コンクリート表面の吸水量の計測は、注水開始後１５秒以内（好ましくは、１０秒以内）に開始することができる。このような早期の計測開始により、少なくとも、注水開始後の１分未満に生じるコンクリート表面の初期吸水量を測定し、コンクリート表面の吸水特性を正確に把握することができる。
殊に、注水開始後１分未満（特に、３０秒未満）の時間帯に生じるコンクリート面の吸水特性には、多くの情報が含まれる。本発明により、このような初期的なコンクリート面の吸水特性を個々の実構造物に関して正確に測定することにより、コンクリートの表層部分の緻密性と関連する原因因子又は評価因子の同定又は比較を効果的に行うことが可能となる。
好ましくは、脱気手段は、シリンダー部（水頭管）の管路下端部に設けられた下方拡開部、或いは、管路が開口する吸水カップ内壁面の傾斜からなる。変形例として、吸水チャンバ最下端部の排水管からの注水によりシリンダー部の管路全体を脱気手段として用い、或いは、吸水カップに付加的に設けられた排気口等を脱気手段として用いても良い。
本発明は又、新設又は既設のコンクリート構造物の非破壊吸水試験を行うためのコンクリート表面の吸水試験装置であって、原位置吸水試験用の水を充満可能な吸水チャンバを備えた吸水カップを有し、該吸水カップは、コンクリート構造物のコンクリート表面に密接可能な縁部に囲まれた吸水開口を備えており、前記コンクリート表面が前記吸水開口を介して前記吸水チャンバ内の水に接触して吸水するコンクリート表面の吸水試験装置において、
前記吸水チャンバに保持された水の水量を連続的に検出し、或いは、前記水量を微小時間間隔で継続的に検出するための検出部を備えた検出器と、
該検出器の検出結果が入力され且つ注水完了後の経過時間及び吸水量を表示し又は記録する測定装置とを有することを特徴とするコンクリート表面の吸水試験装置を提供する。
本発明の吸水試験装置は更に、少なくとも下記(1)〜(3)のいずれかの構成を有する。
(1)前記検出器は、前記吸水チャンバ内の水圧を検出する水圧センサである(請求項８)。
(2)前記検出器は、注水開始後１分未満の時間に水量の検出を開始する検出器であり、
前記吸水カップは、前記吸水チャンバに対する水の注入を１５秒以内に完了するために、前記吸水チャンバへの注水時に該吸水チャンバ内の空気泡の排出を促進する脱気手段を有する（請求項９）。
(3)複数の前記吸水カップの位置を固定するための位置固定具を有し、該位置固定具は、前記コンクリート表面から間隔を隔てた位置に配置された横架材と、該横架材によって支持され且つ前記吸水カップを前記コンクリート表面に向かって押圧する押圧具と、前記横架材の位置を保持し且つ該横架材を前記コンクリート構造物に一体的に連結する保持具とを有し、
前記水量の検出を注水開始後１分未満の時間に開始し、注水開始後の１分未満の時間帯に生じるコンクリート表面の初期吸水量を測定するために、前記吸水チャンバへの注水時に該吸水チャンバ内の空気泡の排出を促進する脱気手段が、各々の前記吸水カップに設けられる（請求項１２）。
本発明の上記構成によれば、注水完了後にコンクリート表面が吸水する吸水量が実質的に連続的に検出され、注水完了後の経過時間と関連した吸水速度を計測することができる。このような吸水試験装置によれば、上記構成の吸水試験方法を容易に実施することができる。
好ましくは、水圧センサの検知部は、吸水チャンバの最下部又はその近傍の水圧を検出するように吸水カップ内に挿入される。更に好ましくは、上記測定装置は、水圧センサの検出値を吸水量に変換する検出値変換手段を備えるとともに、単位時間当りの吸水量の変化又は変動に基づいて吸水速度を演算する吸水速度演算手段を有する。吸水チャンバ内の水圧変化を検出することにより、シリンダー部の水位変化を高い精度（例えば、１mm未満の精度）で検出することができる。目視観察に依存した従来の吸水試験では、一人の人間が同時に観察し得る吸水試験装置の数は、比較的近い位置であっても２〜３箇所が限界であったが、吸水チャンバ内の水圧を検出する方法の吸水試験によれば、多数の吸水試験装置を用いた多数箇所又は遠隔箇所の吸水試験を同時に実施することができる。
好ましくは、「微小時間間隔」は、１０秒以下の時間であり、上記吸水開口は、５０００mm2以上の開口面積を有する。この開口面積の値は、前述のISATに規定された下限値（５０００mm2）とも整合する。
好ましくは、上記保持具は、コンクリート構造物の表面に負圧下に吸着する吸着手段、或いは、コンクリート構造物に埋設された既設螺子部材に螺合する機械的連結手段を有する。吸着手段又は機械的連結手段は、横架材に作用する押圧具の反力を超える力で横架材をコンクリート構造物に連結する。更に好ましくは、吸着手段は、コンクリート表面に吸着可能な吸着部と、吸着部とコンクリート表面との間で密封された負圧チャンバと、負圧チャンバ内の空気を吸引する減圧装置に対して負圧チャンバを接続する減圧装置接続手段とを有する。また、上記既設螺子部材は、コンクリート構造物に少なくとも部分的に埋め込まれたセパレーターからなり、機械的連結手段は、セパレーターの螺子部に螺合する螺子連結部を備えた連結具からなる。
このような構成の吸水試験装置によれば、吸水カップは、コンクリート表面に作用する負圧、或いは、コンクリート構造物に埋設された既設螺子部材との機械的連結によって、吸水コンクリート表面に一体的に連結されるので、コンクリート構造物の損傷を回避することができる。従って、このような吸水試験装置によれば、研磨処理を要するような吸水カップの固定跡が吸水カップ撤去後にコンクリート表面に残留せず、従って、実構造物に一切の痕跡を残さない完全非破壊方式の原位置吸水試験を実施することができる。しかも、上記構成の吸水試験装置によれば、吸水カップを実構造物のコンクリート表面に簡易且つ迅速に設置することができる。
他の観点より、本発明は、コンクリート表面の透水量を測定するコンクリート表面の透水試験方法及び透水試験装置として応用することができる。この場合、吸水チャンバ内の水を所定圧力に加圧する加圧手段が吸水カップに関連して更に設けられ、吸水チャンバ内の水が加圧される。
本発明の吸水試験方法によれば、実構造物のコンクリート表面の吸水性を原位置測定し、実構造物のコンクリート表層部分の緻密性と関連する原因因子等を解明し又は評価することができる。
本発明の吸水試験装置によれば、このような吸水試験方法において好適に使用し得る吸水試験装置を提供することができる。
また、負圧又は機械的連結によって吸水カップの位置を固定する構成を備えた本発明の吸水試験装置によれば、コンクリート表面又はその表層部分を全く破壊しない完全非破壊方式の吸水試験を実施することができる。
更に、空気泡の排出を促進する上記脱気手段を用いた吸水試験方法及び吸水試験装置によれば、短時間に注水作業を完了し、早期に（好ましくは、注水開始後１５秒以内に）吸水量の測定を開始することができる。
図１は、吸水試験装置を構成する吸水試験具の構造を示す正面図、縦断面図、部分拡大断面図及び横断面図であり、吸水試験具を鉛直壁面に設置した状態が示されている。 図２は、本発明に係る吸水試験装置の全体構成を示す正面図である。 図３は、本発明に係る吸水試験装置の全体構成を示す断面図及び側面図である。なお、図３（Ａ）は、図２のＩ−Ｉ線における断面図であり、図３（Ｃ）は、図２のII−II線における断面図である。 図４は、本発明に係る吸水試験装置の全体構成を示す平面図及び断面図である。なお、図４（Ｂ）は、図２のIII−III線における断面図である。 図５は、吸水試験装置を水平なコンクリート面に設置した状態を示す平面図、縦断面図及び部分拡大断面図である。 図６は、２つの吸水試験具を上下方向にずれた相対位置に設置した吸水試験装置の使用形態を示す正面図である。 図７は、水を吸水試験具内に注水するための注水器具の構造を概略的に示す縦断面図である。 図８は、注水作業の形態を概略的に示す縦断面図である。図８（Ａ）には、注水開始直前の状態が示されており、図８（Ｂ）には、注水作業中の状態が示されている。 図９は、注水作業の他の形態を概略的に示す縦断面図である。図９（Ａ）には、注水開始直前の状態が示されており、図９（Ｂ）には、注水作業中の状態が示されている。 図１０は、目視観察により測定された実構造物の吸水試験結果を示す線図であり、注水完了時（注水開始後１５秒経過時）から計測された吸水量の累積値と、表面吸水率（吸水速度）の時間変化とが示されている。 図１１は、橋台及びボックスカルバートの実構造物に関して目視観察で実測された表面吸水率（吸水速度）と、Levittの理論式を適用して求められた表面吸水率の線分との関係を示す線図である。 図１２は、本発明に係る吸水試験装置により自動計測された実構造物の原位置吸水試験の試験結果を示す線図である。図１２（Ａ）には、累積吸水量の時間変化が示されており、図１２（Ｂ）には、累積吸水量に基づいて演算された吸水速度の時間変化が示されている。 図１３は、コンクリート板の材齢と、水セメント比と、型枠存置期間と、表面吸水率（吸水速度）との関係を示す線図である。 図１４は、型枠存置期間と表面吸水率（吸水速度）との関係を示す線図である。 図１５は、水セメント比と表面吸水率（吸水速度）との関係を示す線図である。 図１６は、図２〜図４に示す位置固定具の他の使用形態を示す正面図である。 図１７は、図１６のIV−IV線における断面図である。 図１８は、図１６のVI−VI線における断面図である。 図１９は、二重チャンバ構造の吸水カップを備えた吸水試験具の構造を示す正面図、縦断面図及び横断面図である。 図２０は、二重チャンバ構造の吸水カップの原理を概念的に示す概略断面図である。
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
図１には、吸水試験装置１を構成する吸水試験具２が示されており、図２〜図４には、吸水試験装置１の全体構成が示されている。吸水試験装置１は、コンクリート構造物Ｓの鉛直面Ｖの吸水を可能にする吸水試験具２と、各吸水試験具２を鉛直面Ｖに固定するための位置固定具３と、水を各吸水試験具２内に注水するための注水器具６と、水面ＷＬのレベルを自動計測・自動記録する水位計測装置９とから構成される。
図１に示すように、吸水試験具２は、鉛直面Ｖに対する相対位置を固定した吸水カップ２０と、吸水カップ２０の最頂部（最上部）から鉛直上方に延びる目盛り付きの管状シリンダー部１０と、吸水カップ２０の最底部（最下部）から鉛直下方に延びる排水管２２と、鉛直面Ｖに接する吸水カップ２０の開口縁部に一体的に取付けられた弾性変形可能な環状シール材２３とから構成される。吸水カップ２０、シリンダー部１０及び排水管２２は夫々、透明樹脂の素材又は成形品等を溶着、接着剤等の水密性接合手段により一体的に組み付けた構造を有し、或いは、透明樹脂の一体成形品からなる。吸水カップ２０、シリンダー部１０及び排水管２２は、螺子連結、溶着、接着剤等の水密性接合手段により互いに一体的に組み付けられる。本例においては、シリンダー部１０の下端部の雄螺子１９が吸水カップ２０の最上部の雌螺子に螺入し、排水管２２の上端部の雄螺子２９が吸水カップ２０の最下部の雌螺子に螺入する。使用において、吸水カップ２０は、位置固定具３の固定螺子３０（破線で示す）によって鉛直面Ｖに押圧され、環状シール材２３は、固定螺子３０の締付け圧力下に鉛直面Ｖに水密状態に密着する。
図１には、吸水カップ２０内に水を満たした状態が示されている。図１に示す如く、吸水カップ２０は、真円形断面の円筒状周壁部２５と、周壁部２５の外側円形開口を閉塞する円板部２６とから構成される。吸水チャンバＢが周壁部２５及び円板部２６によって吸水カップ２０内に画成される。円板部２６の中心部には、固定螺子３０の先端部（図１（Ｂ）に破線で示す）を受入れ可能な窪み２７が形成される。環状シール材２３は周壁部開口端２５ａと鉛直面Ｖとの間に挟持され、吸水カップ２０内の水が漏出するのを防止する。本例において、周壁部２５の内径Ｄ１は８０mmであり、吸水チャンバＢ内の水Ｗに接触する鉛直面Ｖの面積は５０２４mm2である。この値は、前述のISATに規定された下限値（５０００mm2）と実質的に同一の値である。
シリンダー部１０内の管路１１は、周壁部２５の最頂部において、円形開口部２５ｂにより吸水チャンバＢに開口し、吸水カップ２０内の領域（吸水チャンバＢ）と連通する。円形開口部２５ｂはテーパ状拡開部２５ｃを有する。シリンダー部１０は、内径Ｄ２＝８mmの管体からなり、管路１１は、円形開口部２５ｂから鉛直上方に延びる。テーパ状拡開部２５ｃは、吸水チャンバＢ内の空気泡の排出を促進する脱気手段を構成し、吸水カップＢ内の空気泡は、注水時に速やかに管路１１に流出する。吸水カップ２０内の水は管路１１に初期水位ＨＬまで満たされ、吸水カップ２０内の水は管路１１内の水と連続する。目視計測用の目盛り（図示せず）が水面ＷＬの位置の指標として管壁１２に付されており、水面ＷＬの位置は、外部から視覚的に測定することができる。所望により、測定感度を調整又は変更すべく、内径Ｄ２を拡大又は縮小した管体（例えば、Ｄ２＝６mmの管体）をシリンダー部１０として使用しても良い。
初期水位ＨＬと、吸水カップ２０の水平中心線Ｘとの間の鉛直距離Ｌは、３００mmに設定され、従って、鉛直面Ｖに作用する初期の平均水頭は、３００mmに設定される。この水頭により、降雨時に鉛直面Ｖに作用する水圧よりも僅かに大きい水圧が鉛直面Ｖに実質的に均一に作用する。鉛直面Ｖのコンクリートの吸水作用により、水面ＷＬは徐々に降下する。
周壁部２５の最下部には、排水管２２の管路に連通する円形開口部２５ｄが形成される。管路２２は、管路１１と同一又は同等の内径、例えば、８mmの内径を有する。排水管２２は、手動操作可能な開閉弁２４を備える。開閉弁２４は、常時は、排水管２２の管路を閉鎖している。
環状シール材２３は、周壁部開口端２５ａの環状帯の幅と実質的に同一の幅、例えば、１０mmの幅を有する方形断面の独立気泡ゴムスポンジ（硬度の規格値：アスカーC型硬度計にて２５±５度）からなる。環状シール材２３の厚さ（初期厚さ）は、５mmに設定される。図３（Ａ）に示すように、固定螺子３０の先端部が窪み２７の内面に当接する。吸水カップ２０は、固定螺子３０の締付けにより、環状シール材２３を鉛直面Ｖに押圧し、環状シール材２３を弾力的に圧縮変形させる。鉛直面Ｖのコンクリート表面には、微細な凹凸又は不陸が存在するが、環状シール材２３は、弾力的に変形してコンクリート表面に密着する。なお、環状シール材２３を構成するゴムスポンジは、独立気泡型多孔質体であるので、素材全体としては殆ど吸水性を有しない。しかしながら、ゴムスポンジの露出面又は切断面は多孔質であるので、環状シール材２３を予め吸水させた後に用いることが望ましい。また、既設構造物の状態によっては、経年劣化により表面のペーストやモルタルが失われ、細骨材や粗骨材等が鉛直面Ｖに露出した状態になることがあるが、このような場合においても、環状シール材２３は、素材の変形により鉛直面Ｖに密着し、従って、吸水チャンバＢの水が吸水カップ２０の外側に漏出するのを阻止することができる。
図２〜図４には、位置固定具３を含む吸水試験装置１の全体構成が示されている。前述のとおり、位置固定具３は、固定螺子３０によって吸水カップ２０を鉛直面Ｖに押圧する。固定螺子３０として、手動締付け可能な蝶螺子又はローレット螺子、或いは、手動締付け可能なヘッド付きボルト等を使用し得る。位置固定具３は、複数（本例では２体）の吸水カップ２０に跨がって延びる横架材３１と、横架材３１の両端部に一体的に取付けられた左右一対の吸着部４０とを有する。横架材３１は、角形断面（方形断面）の中空金属管からなり、固定螺子３０が貫通し且つ螺合する螺子穴３２（図３（Ａ））を備える。図２〜図４に示すように、吸着部４０は、直径約１２０mmの円形板４１と、円形板４１の中心部に垂直に固定された円柱部４２と、内径Ｄ３＝１００mmの環状シール材４３とから構成される。図４（Ａ）には、固定螺子３０の押圧力Ｐと、横架材３１に作用する押圧力Ｐの反力Ｆ１とが示されている。
円形板４１及び円柱部４２は、透明又は半透明の樹脂一体成形品からなり、円柱部４２の外端部は、手動解放可能なボルト等の係止具４９によって横架材３１の端部に固定される。係止具４９として、手動締付け可能な蝶螺子又はローレット螺子、或いは、手動締付け可能なヘッド付きボルト等を使用し得る。環状シール材４３は、環状シール材２３と同じ独立気泡ゴムスポンジからなり、環状シール材２３と同じ断面、例えば、幅１０mm、厚さ５mmの方形断面を有する。環状シール材４３は鉛直面Ｖに気密状態に密着し、吸引チャンバＥが円形板４１及び環状シール材４３によって画成される。
図２に示すように、左右の吸着部４０の各円形板４１には、減圧装置接続手段を構成する吸引ポート４４が配設され、各吸引ポート４４には、可撓管４５が接続される。可撓管４５は、弾力的に変形可能な樹脂管からなる。左右の吸着部４０の吸引ポート４４から延びる可撓管４５は、継手４６を介して可撓管４７に接続される。可撓管４７は、手動操作式開閉弁４７ａを備える。可撓管４７は、減圧装置５０に接続される。減圧装置５０は、真空ポンプ５１、バッファタンク５２及びヘッダー（分岐管）５３を有する。真空ポンプ５１は、容量１７リットル／分の小型ドライポンプからなり、作動時容量は１００Ｖ、１Ａ程度である。このような真空ポンプ５１は、小型発電機、車載用インバーター等によって給電可能である。変形例として、同容量の直流電源式真空ポンプを真空ポンプ５１として用いることにより、直流バッテリーにより真空ポンプ５１を作動することも可能である。
真空ポンプ５１は、緩衝手段として機能するバッファタンク５２を介してヘッダー５３に直列に接続され、可撓管４７は、ヘッダー５３の接続ポートに選択的に接続される。真空ポンプ５１は、手動開閉弁４７ａの開放時に吸引チャンバＥの空気を吸引し、吸引チャンバＥを減圧する。吸着部４０は、吸引チャンバＥの減圧によって鉛直面Ｖに付勢され、環状シール材４３は吸引圧力下に鉛直面Ｖに密着する。かくして、左右の吸着部４０は、吸引チャンバＥの負圧（陰圧）により鉛直面Ｖに固定され、横架材３１は、左右の円柱部４２の間に懸架される。なお、図４（Ａ）には、吸引チャンバＥの減圧によって得られる各吸着部４０の吸着力Ｆ２が示されている。吸着力Ｆ２は、横架材３１に作用する反力Ｆ１よりも大きく、反力Ｆ１を打ち消す。
図２において、バッファタンク５２は、容量約１リットル程度の圧力タンクからなる。バッファタンク５２は、測定中に生じ得る真空ポンプ５１の圧力変動が吸引チャンバＥに作用する結果として水面ＷＬの見掛け上の位置が変動するのを防止する。ヘッダー５３は、減圧装置５０を複数の吸水試験装置１に接続し、同時に複数の吸水試験装置１を使用可能にする分岐手段である。本例においては、真空ポンプ５１は、鉛直面Ｖに対する吸着部４０の固定のためにのみ使用される。吸引チャンバＥの負圧は、吸水試験中に実質的に一定であれば良い。実構造物を用いた本発明者の試験によれば、新設構造物の壁面（鉛直面Ｖ）においては、−０．０８N/mm2程度の真空度により、横架材３１の安定支持が得られ、また、凹凸又は不陸のある既設構造物の壁面（鉛直面Ｖ）においては、−０．０６N/mm2程度の真空度により、横架材３１の安定支持が得られた。なお、吸着部４０に作用する負圧の影響が吸水カップ２０に影響するのを防止すべく、吸着部４０及び吸水カップ２０は、少なくとも５０mmの距離Ｊ（図２）を隔てる（本例ではＪ＝約６０mm）。また、３つ以上の吸水カップ２０を位置固定具３によって支持することも可能であるが、水位を目視確認する場合は、測定者１人が３０秒程度の時間差で吸水カップ２０による試験を行うことになるので、測定者1人の目視確認による同時測定では、２〜３箇所の吸水カップ２０を用いた測定が限界であろうと考えられる。
吸水試験装置１の水位計測装置９は、図１及び図２に示す如く、水圧センサ９０及び自動記録装置９１を有する。水圧センサ９０は、制御信号線９２によって自動記録装置９１に接続される。水圧センサ９０の検知部９０ａは、吸水チャンバＢの最下部近傍の周壁部２５を貫通して吸水カップ２０内の水に接触する。水圧センサ９０として、圧力変化２０kPa（水頭で２m（２０００mm））あたり電圧４Ｖを出力する高精度水圧センサを好適に使用し得る。このような高精度水圧センサを用いた場合、１mmの水頭変化を０．０００５Ｖ（０．５mV）として検出することができる。自動記録装置９１として、検出精度が０．０５mV（従って、水位変化０．１mmの分解能）のデータロガーを使用し得る。このような吸水試験装置１によれば、多数の吸水試験具２を用いた吸水試験、或いは、複数の吸水試験装置１を同時に用いた吸水試験を実施し得るばかりでなく、各吸水試験具２における水面ＷＬの変化を連続的に計測し且つ記録し、或いは、微小な単位時間の間隔で計測し且つ記録することができる。
本発明者の実験によれば、水圧センサ９０によって０．１mm単位で測定することができ、測定値のぶれは殆どないことが判明した。なお、現場で簡易に測定できるように、ハンディタイプのバッテリー式データロガーを用いても良い。また、水位変化、吸水量変化等を自動的にグラフ化し、或いは、吸水速度等を自動記録・自動表示するプログラムコントローラ、ＰＣ等を併用することも可能である。
所望により、本例の吸水試験装置１を水平面又は傾斜面に設置することも可能である。図５には、吸水試験具２をコンクリート構造物Ｓの水平面ＬＬに設置した状態が示されている。吸水カップ２０は、吸水チャンバＢの開口を下方に向けた状態でコンクリート面ＬＬに配置される。横架材３１（図２）は、吸着部４０の負圧（陰圧）によりコンクリート面ＬＬに固定され、左右の円柱部４２（図２）の間に懸架される。吸水カップ２０は、位置固定具３の固定螺子３０（図５（Ｂ）に破線で示す）によってコンクリート面ＬＬに押圧され、環状シール材２３は、固定螺子３０の締付け圧力下にコンクリート面ＬＬに水密状態に密着する。
吸水カップ２０の円板部２６は、シリンダー部１０の下端部を装着可能な円形開口部２６ｂを有する。シリンダー部１０の下端部の雄螺子１９が円形開口部２６ｂの雌螺子に螺入する。円板部２６の内側面（下面）は、円形開口部２６ｂに向かって上向に勾配が付けられており、吸水カップＢ内の空気及び空気泡は、注水時に速やかに管路１１に流出する。円板部２６の内側面（下面）の傾斜は、脱気手段を構成する。
このように吸水試験具２を水平面ＬＬに配置する場合、プラグ２６ａが周壁部２５の円形開口部２５ｂに螺入され、円形開口部２５ｂは閉塞される。他方、前述の如く吸水試験具２を鉛直面Ｖに配置する場合、プラグ２６ａは、図１に示す如く、円板部２６の円形開口部２６ｂに螺入され、円形開口部２６ｂは、常時閉塞される。
次に、吸水試験装置１を使用した鉛直面Ｖの吸水試験方法について説明する。
先ず、位置固定具３が図２に示す如く実構造物（コンクリート構造物Ｓ）の鉛直面Ｖ上に位置決めされる。実構造物は、例えば、鉄筋コンクリート構造の橋台等であり、鉛直面Ｖは、その壁面である。次いで、減圧装置５０の真空ポンプ５１が作動され、吸着部４０の吸引チャンバＥが減圧し、吸着部４０は、吸着力Ｆ２（図４）により鉛直面Ｖ上に固定される。吸水試験具２は、図２〜図４に示す如く、窪み２７が固定螺子３の先端部に整合又は整列するように鉛直面Ｖ上に位置決めされる。なお、吸水チャンバＢは、未だ水を注水していない状態である。
図４に示す如く、固定螺子３０が横架材３１に対して締付けられ、固定螺子３０の先端部が吸水カップ２０を鉛直面Ｖに対して全体的に押圧する。環状シール材２３は、固定螺子３０の押圧力Ｐにより弾力的に圧縮変形し、鉛直面Ｖのコンクリート表面に密着する。かくして、吸水試験装置１の設置は、極めて簡易な作業手順により迅速に完了する。
なお、吸水試験具２の位置は、必ずしも水平方向に整列する必要はなく、図６に示す如く、上下方向にずれた相対位置に吸水試験具２を配置しても良い。この場合、横架材３１は、図６に示すように、水平平面に対して角度θをなして傾斜する。
次に、吸水試験用の水が吸水試験具２に注水される。コンクリート面の目詰まり等を防止すべく、試験に使用される水として水道水が使用される。試験時の水温が外気温やコンクリート表面温度と著しく相違する場合には、試験中に水温が変化して体積変化を起こす可能性があるので、水温を試験前に外気温に調整しておくことが望ましい。
図７には、水を吸水試験具２内に注水するための注水器具６の構造が概略的に示されている。注水器具６は、頂部開口形の円筒形容器６０と、容器６０の頂部円形開口を閉塞する蓋６１と、容器６０の底部６２から下方に延びる一対の注水ポート６３とから構成される。各注水ポート６３は、手動操作式開閉弁６４を有する。注水ポート６３の下端縮径部６５には、各吸水カップ２０の吸水チャンバＢに通じる可撓注水管７が接続される。容器６０及び注水ポート６３は、透明又は半透明の樹脂成形品からなり、蓋６１は、容器６０の頂部円形開口に嵌入可能なゴム栓又は樹脂栓からなる。開閉弁６４は、金属製又は樹脂製の弁である。注水管７は、弾力的に変形可能な透明樹脂の管材からなる。注水ポート６３の下端縮径部６５は、注水管７の上端開口内に嵌入する。
図８には、代表的な注水作業の過程が概略的に示されている。注水作業においては、開閉弁６４が閉じた状態で所定量の水Ｗ（水道水）が容器６０内に収容されるとともに、注水管７の先端部に設けられた管継手又は接続具７０が排水管２２の下端部に接続される（図８（Ａ））。容器６０内の水は、開閉弁２４、６４の開放により、重力下に吸水カップ２０内に注水される（図８（Ｂ））。容器６０内の水Ｗは、吸水カップ２０の下部から徐々に増量する。吸水カップ２０内の空気及び空気泡は、脱気手段（テーパ状拡開部２５ｃ）の存在により円滑に管路１１に流出し、管路１１の頂部開口を介して外気に放出される。このため、水Ｗの水面ＷＬは、速やかに上昇する。水Ｗの水面ＷＬが管路１１の最頂部（図１に示す初期水位ＨＬ）まで上昇した時点で開閉弁２４、６４が閉鎖される。注水管７は、適当な時期に排水管２４から取り外される。
図９には、注水作業の他の形態が概略的に示されている。図９に示す注水作業においては、開閉弁２４、６４を閉じた状態で所定量の水Ｗ（水道水）を容器６０内に収容した後、注水管７をシリンダー部１０の管路１１内に挿入し、注水管７の先端開口７ａを吸水チャンバＢの最下部に位置決めし（図９（Ａ））、しかる後、開閉弁６４を開放し、水Ｗを重力下に吸水チャンバＢ内に注水する（図９（Ｂ））。容器６０内の水Ｗは、吸水カップ２０の下部から徐々に増量する。吸水カップＢ内の空気及び空気泡は、脱気手段（テーパ状拡開部２５ｃ）の存在により円滑に管路１１に流出し、管路１１の頂部開口を介して外気に放出される。このため、水Ｗの水面ＷＬは、速やかに上昇する。注水管７は、先端開口７ａが水面下に位置する状態で水位上昇に相応して引き上げられる。水面ＷＬが管路１１の最頂部（図１（Ｂ）に示す初期水位ＨＬ）まで上昇した時点で開閉弁６４が閉鎖され且つ注水管７が管路１１から完全に引き抜かれ、かくして、注入作業が完了する。
このような注水作業において、脱気手段（テーパ状拡開部２５ｃ）を備えた吸水カップ２０は、吸水チャンバＢの水に空気又は空気泡が残留し難い構造を有するので、吸水カップ２０内の空気及び空気泡は、管路１１を介して速やかに外気に放出される。従って、注水作業は、極めて簡易且つ迅速に遂行される。本発明者の実験によれば、このような注水形態による注水は、１０秒以下の時間（平均約５秒）で完了する。注水完了後、直ちに計測が実行される。計測は、注入完了時の水頭（Ｌ＝３００mm）を起点として、水位計測装置９によって水面ＷＬの変化を連続的に計測し且つ記録することにより実施される。所望により、このような自動計測とともに、ストップウォッチで時間を測定しながら、水面ＷＬの位置をシリンダー部１０の目盛りによって目視観察しても良い。吸水試験終了後、吸水カップ２０内の残留水は、開閉弁２４の手動開放により排水管２２から排出される。
本発明者は、吸水試験装置１を実構造物に装着して吸水試験具２０に注水し、注水完了時の水頭＝３００mmを起点として、水位計測装置９による自動計測と、上記目視観察とを行った。目視観察では、水面ＷＬの位置をシリンダー部１０の目盛りによって１mm単位で読み取った。目盛りの読み取りは、１分間隔で行った。なお、試験時間が６０分程度である場合には、管路１１の頂部開口からの水の蒸発は無視し得るが、更に長時間の測定を行う場合には、管路１１の頂部開口を任意の手段で覆い、水の蒸発を防止することが望ましい。必要に応じて、コンクリート表面の温度を非接触式温度計で計測するとともに、コンクリート表層の含水率を２点表面接触式の水分計や、四電極法による電気抵抗率試験等により把握することが望ましい。
単位時間、単位面積あたりのコンクリート表面の吸水量を吸水速度と定義すると、吸水速度は、下式(1)の微分計算で求められる。
ｙ＝ｄｘ／ｄｔ ・・・・・(1)
ここに、ｙは吸水速度(ml/m2/sec)、ｘは、コンクリート表面の単位面積(m2)あたりの累積吸水量(ml)、ｔは、時間(sec)である。
目視観察の場合、水面ＷＬの位置をシリンダー部１０の目盛りで読み取り、水面ＷＬの変化を累積吸水量ｘに換算し、測定時間の間隔に基づいて吸水速度ｙを求めれば良い。他方、自動記録装置９１を用いた連続計測の場合、吸水速度ｙの値を自動記録装置９１の表示又は出力より直接的又は間接的に求めれば良い。
本発明者が吸水試験装置１により実証試験を行った実構造物は、橋台及びボックスカルバートであり、これら構造物の概要は、以下のとおりである。
(1) 橋台
材齢:８年
セメント: 高炉Ｂ種
構造物の特徴：打重ね部及びセパレーターの近傍に多数のマイクロクラックが発生している。表面は乾燥している。
(2) ボックスカルバート
材齢:７年
セメント: 高炉Ｂ種
構造物の特徴：内部は日射が直接当たらず、常時湿度が高いためにコンクリート表面が湿っている。
図１０は、実構造物（橋台）の吸水試験において目視観察で実測された吸水量の変化を示す線図である。計測は、注水完了時（注水開始後１５秒経過時）から行われた。図１０において、左側の縦軸は、吸水量の累積値を示す指標であり、右側の縦軸は、各時間の吸水速度（表面吸水率）を示す指標である。なお、吸水速度は、単位面積当りの吸水量を測定時間間隔で除した平均値である。吸水速度は、注水完了直後に最大値を示し、その後に減少することが、図１０より理解し得る。特に、初期の２分程度の時間内における吸水の速度は、それ以降の吸水速度と比較して著しく大きい。
M. Levittの研究報告（Non-destructive Testing of Concrete by the initial surface absorption method, Proceedings of a Symposium on Non-Destructive Testing of Concrete and Timber, London, June 1969, Institution of Civil Engineers, pp.23-26, 1970）においては、吸水速度を下式(2)によって理論的に示すことが提唱されている。
ｙ＝ａ×t-n ・・・・・(2)
ここに、ａ、ｎは定数である。
上式(2)の定数ａは、吸水開始後１秒時点での吸水速度を表すパラメータであり、主にコンクリート表面の緻密性（品質）と関連する。定数ｎは、一般には０．５±０．２の値をとる。定数ｎは、経時的な吸水量の変化を示すパラメータであり、時間経過とともに吸水速度が低下する度合いを示す。定数ｎは、主にコンクリート内部（表層部分）の緻密性と関連した値であり、ｎの値が大きい場合、コンクリート内部の緻密性（品質）が良いことを意味する。但し、この理論式は、理論的且つ理想的で均質な細孔組織の吸水特性を示すにすぎない。
この理論式は、前述したISATの試験方法に従って注水開始後の１０分、３０分、６０分に測定されたコンクリート試料の吸水試験結果と概ね適合することが、既に確認されている。また、前述の非特許文献２には、試験用に作成されたコンクリート試料に関し、分単位の時間間隔で得られた吸水試験の試験結果が示されており、非特許文献２には、この試験結果と、Levittの理論式との適合性についても記載されている。図１１は、上記橋台及びボックスカルバートの実構造物に関して目視観察で実測された吸水速度（表面吸水率）と、上記式(2)を適用して求められた吸水速度との関係を示す線図である。注水を約１５秒で完了した場合、吸水速度の実測値と時間との関係を図１１に如く両対数で表示すると、上記理論式（式(2)）の値に概ね近似し又は整合する。実測値より求められた定数ｎの値は、橋台に関し、ｎ＝０．５３９であり、ボックスカルバートに関し、ｎ＝０．６４０であった。これらの数値は、橋台が桁下の乾燥環境におかれていた履歴と、ボックスカルバートが高湿度の環境に置かれていた履歴とを数値的に反映していると考えられる。なお、図１１に示す符号Ｒの値は、相関係数であり、Ｒ2の値は、決定係数である。
実証試験を行った上記橋台及びボックスカルバートは、材齢が比較的若く、撥水処理等の表面処理を施した実構造物でもないので、Levittの理論式に適合する結果が得られたとも考えられるが、多くの実構造物においては、長年の使用によりコンクリート表面が経年変化し、環境等の外的要因によるひび割れや、比較的大きな空隙等がコンクリート表層部分に観られ、或いは、撥水処理等の表面処理がコンクリート表面に施されている。即ち、上式(2)における定数ａ及びｎは、各コンクリート面の固有の値であり、しかも、理想的な細孔組織に関する値であるにすぎないのに対し、実構造物のコンクリート表面の吸水特性は、実構造物の環境条件（気候、日射、重力等）や、設計条件、施工条件等の各種要因によってもかなり相違するので、実構造物のコンクリート表面の吸水特性は、必ずしもLevittの理論式と適合するとは限らない。また、実構造物のコンクリート表面の吸水特性がLevittの理論式と適合する場合であっても、任意の実構造物のコンクリート面に関し、定数ａ及びｎの値をその都度求め又は定めることは極めて困難である。
また、注水開始後１分未満（特に、３０秒未満）の時間帯に生じるコンクリート面の吸水特性には、多くの情報が含まれると考えられる。この情報には、前述の定数ａと関連する情報も含まれる。ISATの試験方法（非特許文献１）や、非特許文献２の試験方法は、実構造物の原位置試験に関するものではないが、仮にこれらの試験方法を原位置試験に適用し得たとしても、このような情報は、注水開始後の１０分、３０分、６０分の時間に測定されるにすぎない吸水試験結果（非特許文献１）によっては得られず、分単位の時間間隔で測定されるにすぎない吸水試験結果（非特許文献２）によっても得られない。また、従来の実構造物の原位置試験（非特許文献４、５）では、注水開始〜注水完了までの時間が長く、しかも、明確に定まらず、このため、このような初期的なコンクリート面の吸水特性を測定することはできない。
これに対し、吸水試験装置１を用いた原位置吸水試験によれば、注水開始後１５秒以内に吸水率の実測を開始できるので、初期的なコンクリート面の吸水特性を個々の実構造物に関してかなり正確に測定することができる。そこで、本発明者は、上記構成の吸水試験装置１を使用し、吸水チャンバに保持された水の水量を注水完了後の経過時間及び吸水速度を測定し、所定の経過時間において測定された吸水速度に基づいて、コンクリートの表層部分の緻密性と関連する原因因子又は評価因子の同定又は比較を行う本発明の吸水試験方法を本願において提案する。
前述のとおり、吸水試験装置１は、各吸水試験具２における水面ＷＬの変化を水位計測装置９によって連続的に計測し且つ記録することができる。本発明者は、吸水試験装置１を用いて多数のコンクリート構造物の原位置吸水試験を実施した。これらの吸水試験において自動計測された代表的な試験結果が図１２に示されている。図１２（Ａ）には、実測された累積吸水量の時間変化が示されており、図１２（Ｂ）には、図１２（Ａ）に示す累積吸水量の時間変化を微分演算して求められた吸水速度（表面吸水率）の時間変化が示されている。実際に注水に要した時間は約５秒であったが、検出開始（図１２の各図のＸ軸原点）は、注水開始から１０秒経過時に設定された。
本発明者は、吸水試験装置１の効果を調べるために、多数のコンクリート板を製作して原位置吸水試験を実施した。図１３は、コンクリート板の材齢（コンクリート打設時からの経過日数）と、水セメント比と、型枠存置期間（養生期間）と、吸水速度（表面吸水率）との関係を示す線図である。図１４及び図１５は、材齢５７日のコンクリート板材に関する吸水試験の試験結果を示す線図である。図１４には、型枠存置期間と吸水速度（表面吸水率）との関係が示され、図１５には、水セメント比と吸水速度（表面吸水率）との関係が示されている。図１３〜図１５に示された吸水速度は、注水完了後１０分経過時における吸水速度の実測値である。なお、図１３〜図１５に示す試験結果は、普通ポルトランドセメントを用いて製作したコンクリート板に関するものであるが、高炉セメントＢ種を用いて製作したコンクリート板の試験結果も、これと類似する傾向を示した。
図１３及び図１４に示すように、吸水速度は型枠存置期間の相違によって相違する。いずれの水セメント比においても、型枠存置期間が長いほど吸水速度は低下している。これは、型枠存置期間が長いほどコンクリート表層部分が緻密化することに起因すると考えられる。
また、図１３及び図１５に示すように、吸水速度は水セメント比の相違によっても相違する。いずれの型枠存置期間においても、水セメント比が小さいほど吸水速度は低下している。これは、水セメント比が小さいほどコンクリート表層部分が緻密化することに起因すると考えられる。
図１３〜図１５に示されるとおり、注水完了後１０分経過時における吸水速度と、コンクリート施工時の水セメント比と、コンクリート施工時の養生期間（型枠存置期間）との間には、相関関係があると考えられる。水セメント比及び養生期間は夫々、コンクリート表層部分の緻密性と密接に関連する原因因子又は評価因子の一種であるので、コンクリート表層部分の緻密性と関連する原因因子又は評価因子が、吸水速度の測定によって得られる。
また、実際の運用においては、例えば、施工時の記録（水セメント比等）が存在する多数の実構造物に関して上記吸水試験を実施し、注水完了後の経過時間と、吸水速度と、水セメント比や、養生期間等の緻密性の原因因子又は評価因子とを統計処理してデータベースを構築することができる。このようなデータベースの利用により、施工時の記録（水セメント比等）が不明の実構造物、或いは、施工時の状態を事後的に確認する必要がある建物に関し、施工時の状態（水セメント比等）を原位置吸水試験により同定し又は比較検討することができる。
また、コンクリート表層部分の緻密性は、コンクリートの配合（膨張材の使用等）、コンクリートの養生方法、コンクリート構造物の環境条件（気候、日射、重力等）、セメントの水和反応時の発熱、コンクリート構造物の拘束状態、表面含浸材（撥水材等）の使用などによっても相違する。上記の如く、水セメント比、養生期間及び吸水速度の関係は、注水開始後約１０分経過時の吸水速度を判定基準として分析されたが、緻密性に関係する他の原因因子又は評価因子は、判定基準となる吸水速度の条件（基準時間等）を変更又は選択することにより明確化し得ると考えられる。
本発明に従って分析される原因因子及び評価因子を例示すると、以下のとおりである。
[1]原因因子
(1)コンクリートの配合又は調合
・水セメント比
・単位水量
・セメントの種類
・混和材料の使用の有無
(2)フレッシュコンクリート（硬化前のコンクリート）の性状
・ブリーディング現象発生の有無又は程度
・材料分離抵抗性
(3)コンクリートの施工
・打込み速度
・締固め
・打込み温度
・環境温度
・部材寸法及び部材形状
・部材の拘束条件
・型枠撤去後の環境作用（気温、雨水の作用、湿度、日射の影響）
・養生条件（型枠存置期間、型枠撤去後の積極的な養生(湿潤養生等））
(4)環境要因
・気温、雨水の作用、湿度、日射
・材齢
[2]評価因子
(1)コンクリートの細孔組織の緻密性
(2)メゾレベルの空隙による緻密性の低下
・ブリーディング現象による骨材下等の空隙
・微細ひび割れ
・打継ぎ目、打重ね部
「セメントの種類」は、普通ポルトランドセメント、高炉セメント、低熱ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、フライアッシュセメント等のセメント種別を意味する。混和材料としては、膨張材、高炉スラグ微粉末、フライアッシュ等が挙げられる。「部材寸法及び部材形状」は、水和反応時の発熱、ブリーディング現象に影響するので、原因因子となる。「材齢」は、水和反応の進行、含水率等との関係で原因因子となる。表面吸水試験により評価すべき空隙は、毛細管サイズの空隙であるので、評価因子としての「細孔組織の緻密性」は、毛細管サイズの空隙と関係した緻密性である。なお、「微細ひび割れ」ではない損傷（目視確認可能なひび割れ、打継ぎ部等）は、水漏れに属するので上記因子から除外された。
図１６は、位置固定具３の他の使用形態を示す正面図であり、図１７及び図１８は、図１６のIV−IV線及びVI−VI線における断面図である。
減圧装置５０は、電動式の真空ポンプ５１を備えるので、電源を確保する必要があるが、コンクリート構造物の被試験部分の近傍に所要の電源を確保し難い状況では、減圧装置５０を用いることはできない。他方、コンクリート構造物Ｓは、一般に、型枠内に流動コンクリートを打設し、コンクリート硬化後に型枠を解体することにより施工されるので、型枠の建込みに用いられるセパレーターＴがコンクリート構造物Ｓに埋め込まれ、残留する。セパレーターＴの端部の雄螺子部は、プラスチックコーンを撤去した後に残る截頭円錐形の穴Ｕ内に位置する。
位置固定具３は、このような段階、即ち、セメントモルタルをセパレーターＴの穴Ｕ内に充填する前の段階で吸水試験を行うことを想定し、図２及び図４（Ｂ）に示すように横架材３１の中央部に貫通穴３６を有する。図１７及び図１８に示す如く、連結ボルト８０の雌螺子穴８１がセパレーターＴの雄螺子部に螺着する。貫通穴３６を貫通した固定螺子３５が連結ボルト８０の雌螺子穴８２に螺込まれ、固定螺子３５は締め付けられる。既存の構造物等においては、セメントモルタルが穴Ｕ内に既に充填され且つ硬化しているので、そのような段階で吸水試験を行う場合には、穴Ｕのセメントモルタルを撤去し、セパレーターＴの雄螺子部を穴Ｕ内に露出せしめた後、連結ボルト８０の雌螺子穴８１をセパレーターＴの雄螺子部に螺着すれば良い。なお、穴Ｕのセメントモルタルの撤去は、既存コンクリートに構造的影響を与える性質のものではないので、このような吸水試験も又、完全非破壊試験に含まれ又は完全非破壊試験に準じる試験として把握することができる。
図１７及び図１８に示す如く、横架材３１は、固定螺子３５の締付けにより、連結ボルト８０を介してコンクリート構造物Ｓに堅固に支持される。吸水カップ２０は、位置固定具３の固定螺子３０の締付けにより、環状シール材２３を鉛直面Ｖに押圧し、環状シール材２３を弾力的に圧縮変形させる。この結果、環状シール材２３は、弾力的に変形してコンクリート表面（鉛直面Ｖ）に密着する。次いで、吸水試験が前述の如く実施される。位置固定具３及び吸水カップ２０は吸水試験完了後に撤去され、セメントモルタル等が穴Ｕ内に充填される。
図１９は、吸水試験具２の変形例を示す正面図、縦断面図及び横断面図である。
図１９に示す吸水試験具２は、二重チャンバ構造の吸水カップ２０’を有する。吸水カップ２０’は周壁部２５の外側に外周壁部２８を更に有し、直径を拡大した円板部２６は外周壁部２８に連接する。外周壁部２８と鉛直面Ｖとの間には、環状シール材２３’が挟持される。周壁部２５の内側には、水Ｗ（水道水）が注入され、水Ｗは、管路１１の最頂部（水面ＷＬ）まで満たされる。
周壁部２５と外周壁部２８との間に形成された環状吸水チャンバＣには、シリンダー部１０と同様のシリンダー部（図示せず）によって水（水道水）が充填される。このような二重チャンバ構造の吸水カップ２０’による吸水の態様と、前述の吸水カップ２０（図１）による吸水の態様との対比が、概念的に図２０に示されている。
実構造物のコンクリート表面には、幅０．０１mm程度のひび割れや、マイクロスコープでのみ確認し得るような微細ひび割れ（マイクロクラック）も存在する。表面のひび割れの長さが長い場合、ひび割れが水のバイパスになって環状シール材２３の外側に水が漏れることが懸念される。図２０（Ａ）に示す如く、単一チャンバ構造の吸水カップ２０においては、吸水カップ２０の外側に水が回り込むとともに、奥行き方向に３次元的な影響が生じ得る。このようなひび割れの影響を除外する必要が生じた場合、図２０（Ｂ）に示すように、周壁部２５の周囲（環状吸水チャンバＣ）に積極的に給水し、ひび割れの影響を抑制することが望ましい。水Ｗが供給される環状吸水チャンバＣを周壁部２５の外側に備えた図１９の吸水カップ２０’は、このような概念に基づくものである。なお、図１９に示す吸水カップ２０’を用いた場合、コンクリート表面の透水試験を正確に行うことも可能であると考えられる。
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変形又は変更が可能であり、該変形例又は変更例も又、本発明の範囲内に含まれるものであることは、いうまでもない。
例えば、上記実施形態においては、位置固定具は、２つの吸水試験具をコンクリート表面に保持するように構成されているが、更に多数の吸水試験具をコンクリート表面に保持するように位置固定具を構成しても良い。
また、上記実施形態においては、単一の固定螺子によって吸水カップをコンクリート表面に押圧しているが、複数の固定螺子によって吸水カップをコンクリート表面に押圧し、或いは、他の構造の押圧手段によって吸水カップをコンクリート表面に押圧しても良い。
更には、上記実施形態においては、シリンダー部下端のテーパ状拡開部等を脱気手段として用い、或いは、吸水チャンバ最下端部の排水管からの注水によりシリンダー部の管路全体を脱気手段として用いることにより、注水時間を短縮しているが、他の構成の脱気手段、例えば、吸水カップに付加的に設けられた排気口等を脱気手段として用いても良い。
本発明は、実構造物のコンクリート表面の吸水性を測定する原位置吸水試験に好ましく適用し得る。本発明は、殊に、実構造物のコンクリート表層部分の緻密性と関連する原因因子又は評価因子（設計条件又は施工条件、コンクリート構造物の環境条件等）の同定又は比較を行うための吸水試験に好ましく適用し得る。本発明によれば、原位置吸水試験に基づいてコンクリート表層部分の緻密性を評価するとともに、原位置吸水試験の試験結果に基づいて設計又は施工の良否、或いは、コンクリート構造物がおかれた環境等の情報を取得し得るので、本発明の有用性は、顕著である。
１ 吸水試験装置
２ 吸水試験具
３ 位置固定具
６ 注水器具
７ 可撓注水管
９ 水位計測装置
１０ シリンダー部
２０、２０’ 吸水カップ
３０ 固定螺子
４０ 吸着部
５０ 減圧装置
６０ 円筒形容器
７０ 管継手又は接続具
８０ 連結ボルト
９０ 水圧センサ
９０ａ 検知部
９１ 自動記録装置
９２ 制御信号線
Ｂ 吸水チャンバ
Ｅ 吸引チャンバ
Ｌ 鉛直距離
Ｓ コンクリート構造物
Ｖ 鉛直面
ＬＬ 水平面
Ｗ 水
ＨＬ 初期水位
ＷＬ 水面

Claims (19)

  1. 吸水カップの吸水開口の縁部を新設又は既設のコンクリート構造物のコンクリート表面に密接させ、吸水試験用の水を前記吸水チャンバ内に注入し、前記吸水カップ内の吸水チャンバから前記コンクリート構造物に吸水される水量を原位置測定するコンクリート表面の吸水試験方法において、
    該吸水試験は、前記吸水チャンバに保持された水の水量を連続的に検出し、或いは、微小時間間隔で継続的に検出して、注水完了後の経過時間及び吸水速度を測定し、所定の経過時間において測定された前記吸水速度に基づいて、コンクリートの表層部分の緻密性と関連する原因因子又は評価因子の同定又は比較を行うための非破壊試験であり、
    前記原因因子又は評価因子の同定又は比較のため、注水開始後の１分未満の時間帯に生じるコンクリート表面の初期吸水量を少なくとも測定すべく、前記吸水チャンバへの注水時に該吸水チャンバ内の空気泡の排出を促進する脱気手段を用い、前記吸水チャンバに対する水の注入を１５秒以内に完了して、前記コンクリート表面の吸水量の計測を注水開始後１５秒以内に開始することを特徴とするコンクリート表面の吸水試験方法。
  2. 吸水カップの吸水開口の縁部を新設又は既設のコンクリート構造物のコンクリート表面に密接させ、吸水試験用の水を前記吸水チャンバ内に注入し、前記吸水カップ内の吸水チャンバから前記コンクリート構造物に吸水される水量を原位置測定するコンクリート表面の吸水試験方法において、
    該吸水試験は、前記吸水チャンバに保持された水の水量を連続的に検出し、或いは、微小時間間隔で継続的に検出して、注水完了後の経過時間及び吸水速度を測定し、所定の経過時間において測定された前記吸水速度に基づいて、コンクリートの表層部分の緻密性と関連する原因因子又は評価因子の同定又は比較を行うための非破壊試験であり、
    前記原因因子又は評価因子は、コンクリート打設時の水セメント比、或いは、コンクリート打設後の型枠存置期間であり、
    前記水セメント比又は型枠存置期間の同定又は比較のために、前記水量の検出を注水開始後１５秒以内に開始し、注水開始後の１分未満の時間帯に生じるコンクリート表面の初期吸水量の変化を含む前記水量の変化を測定することを特徴とするコンクリート表面の吸水試験方法。
  3. 吸水カップの吸水開口の縁部を新設又は既設のコンクリート構造物のコンクリート表面に密接させ、吸水試験用の水を前記吸水チャンバ内に注入し、前記吸水カップ内の吸水チャンバから前記コンクリート構造物に吸水される水量を原位置測定するコンクリート表面の吸水試験方法において、
    該吸水試験は、前記吸水チャンバに保持された水の水量を連続的に検出し、或いは、微小時間間隔で継続的に検出して、注水完了後の経過時間及び吸水速度を測定し、所定の経過時間において測定された前記吸水速度に基づいて、コンクリートの表層部分の緻密性と関連する原因因子又は評価因子の同定又は比較を行うための非破壊試験であり、
    前記水量は、前記チャンバ内の水圧によって検出されることを特徴とするコンクリート表面の吸水試験方法。
  4. 前記時間間隔は、１０秒以下の時間であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の吸水試験方法。
  5. 前記吸水チャンバに対する水の注入を１５秒以内に完了して前記コンクリート表面の吸水量の計測を注水開始後１５秒以内に開始することを特徴とする請求項３に記載の吸水試験方法。
  6. 前記吸水開口は、５０００ｍｍ２以上の開口面積を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の吸水試験方法。
  7. 前記コンクリート表面に作用する負圧、或いは、前記コンクリート構造物に埋設された既設螺子部材との機械的連結手段を用いて、前記吸水カップを前記コンクリート表面に一体的に連結することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の吸水試験方法。
  8. 新設又は既設のコンクリート構造物の非破壊吸水試験を行うためのコンクリート表面の吸水試験装置であって、原位置吸水試験用の水を充満可能な吸水チャンバを備えた吸水カップを有し、該吸水カップは、前記コンクリート表面に密接可能な縁部に囲まれた吸水開口を備えており、前記コンクリート表面が前記吸水開口を介して前記吸水チャンバ内の水に接触して吸水するコンクリート表面の吸水試験装置において、
    前記吸水チャンバに保持された水の水量を連続的に検出し、或いは、前記水量を微小時間間隔で継続的に検出するための検出部を備えた検出器と、
    該検出器の検出結果が入力され且つ注水完了後の経過時間及び吸水量を表示し又は記録する測定装置とを有し、
    前記検出器は、前記吸水チャンバ内の水圧を検出する水圧センサであることを特徴とするコンクリート表面の吸水試験装置。
  9. 新設又は既設のコンクリート構造物の非破壊吸水試験を行うためのコンクリート表面の吸水試験装置であって、原位置吸水試験用の水を充満可能な吸水チャンバを備えた吸水カップを有し、該吸水カップは、前記コンクリート表面に密接可能な縁部に囲まれた吸水開口を備えており、前記コンクリート表面が前記吸水開口を介して前記吸水チャンバ内の水に接触して吸水するコンクリート表面の吸水試験装置において、
    前記吸水チャンバに保持された水の水量を連続的に検出し、或いは、前記水量を微小時間間隔で継続的に検出するための検出部を備え、注水開始後１分未満の時間に水量の検出を開始する検出器と、
    該検出器の検出結果が入力され且つ注水完了後の経過時間及び吸水量を表示し又は記録する測定装置とを有し、
    前記吸水カップは、前記吸水チャンバに対する水の注入を１５秒以内に完了するために、前記吸水チャンバへの注水時に該吸水チャンバ内の空気泡の排出を促進する脱気手段を有することを特徴とするコンクリート表面の吸水試験装置。
  10. 前記水圧センサの検知部は、前記吸水チャンバの最下部又はその近傍の水圧を検出するように前記吸水カップ内に挿入されることを特徴とする請求項８に記載の吸水試験装置。
  11. 前記測定装置は、前記検出器の検出値を前記吸水量に変換する検出値変換手段と、単位時間当りの吸水量の変化又は変動に基づいて吸水速度を演算する吸水速度演算手段とを有することを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の吸水試験装置。
  12. 新設又は既設のコンクリート構造物の非破壊吸水試験を行うためのコンクリート表面の吸水試験装置であって、原位置吸水試験用の水を充満可能な吸水チャンバを備えた吸水カップを有し、該吸水カップは、前記コンクリート表面に密接可能な縁部に囲まれた吸水開口を備えており、前記コンクリート表面が前記吸水開口を介して前記吸水チャンバ内の水に接触して吸水するコンクリート表面の吸水試験装置において、
    前記吸水チャンバに保持された水の水量を連続的に検出し、或いは、前記水量を微小時間間隔で継続的に検出するための検出部を備えた検出器と、
    該検出器の検出結果が入力され且つ注水完了後の経過時間及び吸水量を表示し又は記録する測定装置とを有し、
    複数の前記吸水カップの位置を固定するための位置固定具を有し、該位置固定具は、前記コンクリート表面から間隔を隔てた位置に配置された横架材と、該横架材によって支持され且つ前記吸水カップを前記コンクリート表面に向かって押圧する押圧具と、前記横架材の位置を保持し且つ該横架材を前記コンクリート構造物に一体的に連結する保持具とを有し、
    前記水量の検出を注水開始後１分未満の時間に開始し、注水開始後の１分未満の時間帯に生じるコンクリート表面の初期吸水量を測定するために、前記吸水チャンバへの注水時に該吸水チャンバ内の空気泡の排出を促進する脱気手段が、各々の前記吸水カップに設けられたことを特徴とするコンクリート表面の吸水試験装置。
  13. 前記保持具は、前記コンクリート構造物の表面に負圧下に吸着する吸着手段、或いは、前記コンクリート構造物に埋設された既設螺子部材に螺合する機械的連結手段を有し、前記吸着手段又は機械的連結手段は、前記横架材に作用する前記押圧具の反力を超える力で該横架材を前記コンクリート構造物に連結することを特徴とする請求項１２に記載の吸水試験装置。
  14. 前記吸着手段は、前記コンクリート表面に吸着可能な吸着部と、該吸着部と前記コンクリート表面との間で密封された負圧チャンバと、該負圧チャンバ内の空気を吸引する減圧装置に対して前記負圧チャンバを接続する減圧装置接続手段とを有することを特徴とする請求項１３に記載の吸水試験装置。
  15. 前記既設螺子部材は、前記コンクリート構造物に少なくとも部分的に埋め込まれたセパレーターからなり、前記機械的連結手段は、前記セパレーターの螺子部に螺合する螺子連結部を備えた連結具からなることを特徴とする請求項１３に記載の吸水試験装置。
  16. 前記吸水開口は、５０００ｍｍ２以上の開口面積を有することを特徴とする請求項８乃至１５のいずれか１項に記載の吸水試験装置。
  17. 前記吸水カップは、前記吸水チャンバへの注水時に該吸水チャンバ内の空気泡の排出を促進する脱気手段を有することを特徴とする請求項８又は１０に記載の吸水試験装置。
  18. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載された吸水試験方法において、吸水カップ内の水を所定圧力に加圧してコンクリート表面の透水量を測定することを特徴とするコンクリート表面の吸水試験方法。
  19. 請求項８乃至１７のいずれか１項に記載された吸水試験装置の吸水カップに加圧手段を更に設け、該加圧手段により、前記吸水チャンバ内の水を所定圧力に加圧してコンクリート表面の透水量を測定するようにしたことを特徴とするコンクリート表面の吸水試験装置。
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