コンクリート単位水量測定器の改良開発について（W/C ミータ MT-400） （一社）北陸地域づくり協会 １ 技術部 事業調査室 参事 ○市村 浩二 はじめに 近年、コンクリート構造物の早期劣化や生コンクリートへの加水等が社会問題となり、現在では国 直轄工事や県工事で、構造物の品質確保のため、工事現場での単位水量測定等が義務付けられている。 コンクリート単位水量測定器 W/C ミータは、官民の共同開発により「減圧式加熱乾燥法」で正確か つ迅速にコンクリート中の水分量を測定し、単位水量、水セメント比、強度を推定できる測定器であ る。生コンクリートから採取したモルタル試料を測定器内の乾燥室にセットし、タッチパネルでデー タを入力、 「全自動乾燥計量演算方式」により個人差による測定誤差をなくし、改ざんを防止、かつ測 定精度の高い測定・検査機器として優れた特徴を有している。 平成 12 年度に三者（北陸地方整備局、日本道路公団北陸支社（当時）、社団法人北陸建設弘済会（当 時））で MT-200 を共同開発し実用化、その後、測定器の軽量化、測定時間短縮等の改良を加え、平成 19 年に MT-300 を完成し構造物の品質確保に寄与してきた。 その後も利用者の声やアンケート結果を受けて改良検討を続け、この度、従来機器の精度と機能を 継承しつつ、軽量化･短時間測定及びコスト縮減のため、「加熱乾燥法」へ測定方法を変更し、新たに 電圧表示機能や延長乾燥機能等の新機能を備えた新型改良器 MT-400 が完成した。表-1 は主な開発経 緯と年表、写真-1 は MT-200 からのミータシリーズ、写真-2 は MT-400 の各部名称を示したものである。 本報告では、MT-300 から改良開発した内容と新型改良器 MT-400 の概要と特徴について報告する。 表-1 年(西暦） 月 平成 5年(1993年)) 12月 平成 7年(1995年) 9月 平成 9年(1997年) 6月 平成12年(2000年) 2月 平成12年(2000年) 8月 平成15年(2003年) 1月 平成17年(2005年) 12月 平成19年(2007年) 3月 平成26年(2014年) 3月 平成26年(2014年) ７月 写真－1 主な開発経緯と年表 内 容 北陸地方建設局『検査技術検討委員会』を設置し「水セメント比測定器」の開発決定 試作器の完成【MT-100】 試験フィールド、パイロット事業等で現場試験実施 土木学会『土木コンクリート構造物耐久性検討委員会』水分量試験方法の開発を提言 北陸地方整備局、日本道路公団、北陸建設弘済会の三者で共同開発【MT-200】完成 北陸地方整備局 重要構造物の単位水量測定の義務化 新潟県土木部 単位水量測定にミータ使用を指定 【MT-300】完成 【MT-400】完成 【MT-400】普及開始 ミータシリーズ （左から MT-200、MT-300、MT-400） 写真－2 MT-400 各部名称 ２ 新型改良器 MT-400 の概要と特徴 ２．１ 開発目標と改良内容及び効果 MT-400 の開発目標は、MT-300 の課題を踏まえ①コスト縮減（価格低減）②機器重量削減③試験時間 の短縮、そして④新機能追加を挙げた。表-2 は測定器を構成するユニット毎の改良内容と目標達成へ の効果を整理したものである。また、表-3 はミータシリーズの各種項目比較と MT-400 の MT-300 から の改良効果を示したものである。開発目標に対する成果を整理すると以下のとおりである。 ①コスト縮減：乾燥方式の変更により真空ポンプの削除、機器構造の簡易化による部品点数の削減、 組込み機器の見直し、外形寸法の小型化等によりコスト縮減を実現した。MT-300 と比較し約 27％、 37 万円削減することができた。 ②機器重量削減：真空ポンプ削減による省スペース化、機器の小型化等により機器重量を現場で一 人での持ち運びが容易な重量 20kg を実現した。MT-300 と比較し約 26％、7kg 軽量化できた。 ③試験時間の短縮：試料重量の削減、試料皿形状の見直し、ﾋｰﾀｰﾌﾟﾚｰﾄ駆動方式の変更等により試験 時間(土木配合 6 分、建築配合 8 分)を実現した。MT-300 と比較し約 40%、4～5 分短縮できた。 ④新機能追加：利用者ニーズを踏まえ、新たに電圧表示機能、延長乾燥機能、冷却ファン機能等を 追加、また機器のメンテナンスを考慮しタッチパネルバッテリー交換が不要となるよう改良した。 表-2 ユニット 測定器構成のユニット毎の改良内容と効果 目標達成への効果 改良内容 ①コスト縮減 ②機器重量削減 ・蒸気を取り除くﾌｧﾝ設置 ・真空ﾎﾟﾝﾌﾟ継手やﾁｭｰﾌﾞ削除 ○部品削除 ○部品削除 ﾋｰﾀｰ駆動部 ・試料皿を変更し小型化 ・駆動方式を変更 ○試料皿の小型化 ○試料皿の小型化 電子天秤部 (MT-300と同等) ウエブタ部 － 真空ポンプ部 ・真空ﾎﾟﾝﾌﾟを削除(2台） 電装部 総組部 ソフト関係 ・ﾌﾟﾘﾝﾀｰ・ﾀｯﾁﾊﾟﾈﾙの変更 ・電圧計・冷却ﾌｧﾝを追加 ○真空ﾎﾟﾝﾌﾟの削除 ○ﾌﾟﾘﾝﾀｰ・ﾀｯﾁﾊﾟﾈﾙの変更 ・外形寸法をＷ280×Ｈ370× ○外形寸法の小型化 Ｄ280mmに小型化 ・冷却ﾎﾞﾀﾝの追加 ・試験後の延長乾燥機能の追加 － （1分毎に何回でも延長可能） 表-3 ③試験時間の短縮 － － ○真空ﾎﾟﾝﾌﾟの削除 － ○外形寸法の小型化 － ④新機能追加 ○水蒸気排出用ﾌｧﾝ設置 ○駆動方式の変更 － － － － － － ○電圧表示機能で電圧確認 ○冷却ﾌｧﾝ機能で冷却時間短縮 ○ﾀｯﾁﾊﾟﾈﾙﾊﾞｯﾃﾘｰ交換不要 － － － ○冷却時間の短縮 ○延長乾燥機能で乾燥不足防止 ミータシリーズの各種項目比較と MT-300 からの改良効果 改良目的 ＭＴ-200 ＭＴ-300 ＭＴ-400 MT-300からの改良効果 測定原理 測定法 減圧加熱乾燥法 減圧加熱乾燥法 加熱乾燥法 加熱乾燥法 外形寸法 小型化 Ｗ380×Ｈ625×Ｌ380mm Ｗ330×Ｈ500×Ｌ330mm Ｗ280×Ｈ370×Ｌ280mm 体積比で約1/2削減 測定試料重量 縮減化 400g±30g 300g±30g 115g±15g -185g 土木 13分 土木 10分 土木 6分 4分短縮 測定時間 時間短縮 建築 18分 建築 13分 建築 8分 5分短縮 27kg 20kg 7kg軽量 最新60回のデータを 内部保存 10回増加 980,000 370,000安価 測定器の重量 軽量化 37.5kg データ記録 データ処理 フロッピーで記録保存 販売価格 (税抜） コスト縮減 1,495,000 フロッピー削除 最新50回のデータを 内部保存 1,350,000 ２．２ 第三者機関による性能確認試験 MT-400 試作器完成後、性能確認のため第三者機関による試験を実施した。図-1 は MT-200 と MT-300、 及び MT-400 の試作器を同じ試料で精度検証した結果である。 MT-200 の測定結果は３つの測定器で一番良好で、MT-300 は一部データのばらつきがみられたものの 全体の傾向は問題ないとの結論に至った。しかし、MT-400 は全体的に測定値が設計値より小さく、そ の原因として試料設置時に試料皿の熱等で試料が乾燥し水分が蒸散することが考えられた。とりわけ 試料が 115ｇと少ない MT-400 では乾燥の影響が顕著であり、解決のため蒸散水量の補正が提案された。 設計値 測定値 測定値(㎏/m3) 200 180 160 y = 0.9889x + 2.2486 R² = 0.9321 140 120 120 140 160 180 200 設計値(㎏/m3) MT200 単位水量 200 190 180 170 160 150 140 130 120 測定値 設計値 60 y = 0.815x + 30.375 R² = 0.8413 120 140 160 180 50 40 y = 1.0486x - 1.9486 R² = 0.954 30 20 200 設計値(㎏/m3) 20 測定値 70 180 60 160 y = 1.1339x - 25.359 R² = 0.9732 120 140 160 180 設計値(㎏/m3) MT400 単位水量 図－1 50 設計値 200 140 40 60 70 MT300 水セメント比 200 測定値(％) 測定値(㎏/m3) 設計値 30 設計値(％) MT300 単位水量 120 測定値 70 測定値(％) 測定値(㎏/m3) 設計値 MT200 水セメント比 測定値 50 40 y = 1.0402x - 3.0261 R² = 0.9865 30 20 20 30 40 50 設計値(％) MT400 水セメント比 MT-200 MT-300 MT-400 精度検証結果比較 60 70 ２．３ 少試料設置時の補正（蒸散水量の補正） 本測定器における推定単位水量 Ｗ １（㎏/㎥）は式(1)によるが、前述した MT-400 使用の場合のみ蒸 散補正水量（ Ｗ ６ ）を考慮する必要がある。 Ｗ １ ＝Ｗ ２ ＋Ｗ ３ ＋Ｗ ４ －Ｗ ５ ＋Ｗ ６ ・・・・・・ (1) Ｗ ２ ：単位水量（㎏/ m3） Ｗ ３ ：結合補正水量（㎏/ m3） Ｗ ４ ：ウエットスクリーニング補正水量（㎏/ m3） Ｗ ５ ：細骨材の吸水量（㎏/ m3） Ｗ ６ ：（MT-400の場合のみ）蒸散補正水量（㎏/ m3） 蒸散補正水量（ Ｗ ６ ）は、試料の重量を 100g、待機時の試料皿の温度を 40℃とした場合に、試料の 乾燥が主な原因で蒸散して失った水量である。試験データを統計処理し導いた回帰式が図-2 であり、 蒸散補正水量は式(2)で求めることができる。 Ｗ６＝12.5－0.06Ｗ・・・・・・・・・・・・・(2) Ｗ：設定水量(設計値) 式(2)の計算結果をまとめたものが表-4 であり、設計単位水量が少ない場合に補正量が大きくなる。 なお、回帰式は演算装置に取り込み済みで補正値が出力されるよう設定されている。 表-4 蒸散補正水量（Ｗ ６ ） 設計単位水量 蒸散補正水量 （㎏/㎥） （㎏/㎥） 130 140 150 160 170 180 190 図-2 ３ 4.7 4.1 3.5 2.9 2.3 1.7 1.1 MT-400 蒸散補正水量（Ｗ ６ ）算出のための回帰式 おわりに 本測定器による適切な品質管理の運用のため、北陸地方整備局をはじめ関係機関の委員で構成する 「コンクリート単位水量測定器・普及促進委員会」では、学識経験者のご意見も伺い「W/C ミータに おけるコンクリート単位水量及び水セメント比管理要領（案）」（以下、管理要領(案)と称する）を策 定した。今後、この管理要領(案)が適切に運用され、新型改良器 MT-400 が関係機関や民間等で広く活 用されることを期待したい。 最後に、本測定器の改良開発にあたり、ご指導、ご協力を頂いた関係各位に厚く謝意を表します。 参考文献 1) W/C ミータにおけるコンクリート単位水量及び水セメント比管理要領（案），2014 年 6 月 2) W/C ミータ MT-400 性能確認試験報告書，2014 年 3 月 3）一般社団法人北陸地域づくり協会 HP http://www2.hokurikutei.or.jp/wcmt/,2014 年 7 月
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