JP2013185296A - 温度管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】コンクリート構造物の打設後に、コンクリート構造物の内外の温度差を小さくすることができる温度管理システムを提供すること。
【解決手段】冷却水槽３の水を第一の配管４によりコンクリート構造物２の冷却孔２１に供給し、コンクリート構造物２の内部の冷却に使用する。冷却孔２１において水和熱を吸収して加温された水を、第二の配管５により回収し、養生水槽６に貯留する。養生水槽６に貯留された水を、熱電対７により測定されたコンクリート構造物の測定温度Ｔ０に基づいて、制御装置９によって制御されたヒーター８，８により、自動的に設定温度Ｔ１までさらに加熱する。養生水槽６において加熱された水を、第三の配管１０によりコンクリート構造物２の外側に供給し、コンクリート構造物２を外側から加温する。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンクリート構造物の打設後に適用される温度管理システムに関する。

一般に、コンクリート構造物の施工に使用されるセメント系材料（コンクリート、モルタル、セメントペースト等）は、硬化する際に水和熱を発する。この際、コンクリート構造物の外面は放熱しやすく、内部は放熱しにくいため、コンクリート構造物の内外に温度差が生じる。この温度差が大きいと、コンクリート構造物の内外における熱膨張量の差が大きくなり、ひび割れ等が発生する場合がある。このようなひび割れ等を防止するための様々な技術が従来から提案されている（例えば特許文献１〜６参照）。

特公平５−８４３４８号公報 特開平７−１４５６６８号公報 特開２００８−２５４２５４号公報 特開平８−３３８１２９号公報 特開２００９−３０２４６号公報 特許第４４３７０７２号

ところで、近年、高層ビル等の建設分野においては、構造物における空間を確保しつつ、構造物全体の強度を確保するために、強度の高い超高強度コンクリートが使用される場合がある。超高強度コンクリートは、セメント系材料中におけるセメントの割合が比較的高いため、発熱量が大きく、構造物の内外の温度差が大きくなりやすい。また、橋脚等の土木分野においては、構造物全体の強度を確保するために、構造物が大きく設計される場合がある。構造物が大きくなる程、構造物の内部はより放熱しにくくなるため、構造物の内外の温度差が大きくなりやすい。このため、コンクリート構造物の内外の温度差をより小さくすることができる技術の開発が望まれている。

本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、コンクリート構造物の打設後に、コンクリート構造物の内外の温度差を小さくすることができる温度管理システムを提供することを目的とする。

本発明に係る温度管理システムは、コンクリート構造物の打設後に適用される温度管理システムであって、コンクリート構造物の内部に設けられた冷却孔に対して液体を供給する第一の配管と、第一の配管から冷却孔に供給された液体を回収する第二の配管と、第二の配管からの液体を貯留する貯留槽と、コンクリート構造物に埋設された温度センサと、貯留槽に貯留された液体を加熱する加熱手段と、温度センサにより測定された温度に基づいて、貯留槽に貯留された液体を所定の温度に加熱するように加熱手段を制御する制御手段と、貯留槽に貯留された液体をコンクリート構造物の外側に供給する第三の配管と、を備える。また、本発明に係る温度管理システムは、コンクリート構造物の打設後に適用される温度管理システムであって、コンクリート構造物の内部に設けられた冷却孔に対して液体を供給する第一の配管と、第一の配管から冷却孔に供給された液体を回収する第二の配管と、第二の配管からの液体を貯留する貯留槽と、コンクリート構造物に埋設された温度センサと、貯留槽に貯留された液体を加熱する加熱手段と、温度センサにより測定された温度に基づいて、貯留槽に貯留された液体を所定の温度に加熱するように前記加熱手段を制御する制御手段と、貯留槽に貯留された液体をコンクリート構造物の内部であって外面近傍に設けられた加温孔に供給する第三の配管と、を備えるものであってもよい。

これらの温度管理システムでは、第一の配管によりコンクリート構造物の冷却孔に供給された液体は、コンクリート構造物の内部の冷却に使用されることにより加温される。加温された液体は、第二の配管により回収され、貯留槽に貯留される。貯留槽に貯留された液体は、温度センサにより測定されたコンクリート構造物の温度に基づいて、制御手段によって制御された加熱手段により、自動的に所定の温度までさらに加熱される。そして、加熱された液体は、第三の配管によりコンクリート構造物の外側や外面近傍に設けられた加温孔に供給される。従って、コンクリート構造物は、コンクリート構造物の温度に基づいて自動的に加熱された液体により、外面側から好適に加温される。よって、上記構成の温度管理システムによれば、コンクリート構造物の打設後に、コンクリート構造物の内外の温度差を小さくすることができる。

本発明によれば、コンクリート構造物の打設後に、コンクリート構造物の内外の温度差を小さくし得る温度管理システムを提供することが可能となる。

本発明に係る温度管理システムの一実施形態の構成図である。 図１の温度管理システムの温度センサの配置位置を示す平面図である。 本発明に係る温度管理システムの加温孔の一配置例を示す平面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１は本発明に係る温度管理システムの一実施形態の構成図、図２は図１の温度管理システムの温度センサの配置位置を示す平面図である。図１に示すように、温度管理システム１は、コンクリート構造物２の打設後に適用されるシステムであり、水和熱に起因するコンクリート構造物２の内外の温度差を小さくするために用いられる。温度管理システム１が適用されるコンクリート構造物２としては、建設分野においては、例えばビルの柱等があり、例えば高さ４〜８ｍ程度、一辺０．８〜１ｍ程度の四角柱状のものが想定される。また、土木分野においては、例えば、カルバートや橋梁の橋脚等があり、例えば高さ０．５〜１０ｍ程度、一辺０．３〜８ｍ程度の四角柱状のものが想定される。

コンクリート構造物２は、ここでは鉛直方向に延在する四角柱状とされている（図２参照）。コンクリート構造物２の内部には、水（液体）を流すための冷却孔２１が設けられている。冷却孔２１は、ここでは四角断面の略中央部において鉛直方向に延在している。冷却孔２１の上端部は開口されており、下端部は有底とされている。冷却孔２１は、例えば、配管等により構成されてもよいし、コンクリート構造物２を形成するセメント系材料の硬化物により構成されてもよい。

このようなコンクリート構造物２に適用される温度管理システム１は、冷却水槽３、第一の配管４、第二の配管５、養生水槽（貯留槽）６、熱電対（温度センサ）７、ヒーター（加熱手段）８，８、制御装置（制御手段）９、第三の配管１０、型枠１１及び第四の配管１２を備えている。

冷却水槽３は、冷却孔２１に供給する水を貯留するための水槽である。冷却孔２１に供給する水としては、例えば、工業用水、水道水、地下水、河川水、湧水等を利用できる。なお、冷却孔２１に供給する水は、冷却水槽３を設けることなく、第一の配管４に直接引水されてもよい。

第一の配管４は、冷却孔２１に対して水を供給するための配管である。第一の配管４の一方端は冷却水槽３に接続され、他方端は冷却孔２１の下端部付近まで挿入されている。第一の配管４には、冷却水槽３の水を吸引して冷却孔２１に供給するためのポンプＰ１が設けられている。

第二の配管５は、第一の配管４から冷却孔２１に供給された水を回収するための配管である。第二の配管５の一方端は冷却孔２１の上端部付近に配置されており、他方端は養生水槽６に接続されている。第二の配管５には、冷却孔２１の水を吸引して養生水槽６に供給するためのポンプＰ２が設けられている。養生水槽６は、第二の配管５から送られた水を貯留する水槽である。

熱電対７は、コンクリート構造物２の温度を測定するための温度センサであり、コンクリート構造物２に埋設されている。熱電対７は、鉛直方向において、コンクリート構造物２の略中央部に埋設されている。また、熱電対７は、水平方向において、コンクリート構造物２の四角断面の所定の角部Ｃと、冷却孔２１の内面のうち角部Ｃから最も近い部分との間の略中央部に埋設されている（図２参照）。すなわち、熱電対７は、コンクリート構造物２において放熱面（コンクリート構造物２の外面及び冷却孔２１の内面）から最も離れた部分、換言すると、コンクリート構造物２において水和熱により最も温度が高くなると想定される部分の温度を測定できるように埋設されている。熱電対７は制御装置９に接続されており、測定された測定温度Ｔ０（℃）が制御装置９により検知できるようになっている。なお、熱電対７は、上述の位置以外の位置に埋設されてもよい。また、熱電対７は、複数本埋設されてもよい。

ヒーター８，８は、養生水槽６に貯留された水を加熱するものであり、養生水槽６の内部にそれぞれ取り付けられている。ヒーター８，８は、制御装置９にそれぞれ接続されている。制御装置９は、ヒーター８，８を制御するものであり、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる電子制御ユニットである。制御装置９は、熱電対７により測定されたコンクリート構造物２の温度に基づいて、養生水槽６に貯留された水を所定の温度に加熱するように、ヒーター８，８を制御する。

第三の配管１０は、養生水槽６に貯留された水をコンクリート構造物２の外側に供給するための配管である。第三の配管１０の一方端は養生水槽６に接続されており、他方端は後述する型枠１１に接続されている。第三の配管１０には、養生水槽６の水を吸引してコンクリート構造物２の外側に供給するポンプＰ３が設けられている。

型枠１１は、コンクリート構造物２の打設の際にセメント系材料を充填させると共に、コンクリート構造物２の打設後に第三の配管１０からの水をコンクリート構造物２の外側に介在させるためのものである。型枠１１は、例えば四角筒状を呈している。型枠１１は、ここでは二重の壁を有する構造（ハニカム構造）とされており、内側の壁である内壁１１ａと、外側の壁である外壁１１ｂとを有している。内壁１１ａの内側には、打設の際にセメント系材料が充填される。内壁１１ａと外壁１１ｂとは離間して設けられており、その間は空洞部１１ｃとされている。空洞部１１ｃには、打設後に第三の配管１０から水が供給される。第四の配管１２は、空洞部１１ｃの水を養生水槽６に供給するための配管である。第四の配管１２の一方端は型枠１１に接続されており、他方端は養生水槽６に接続されている。第四の配管１２には、空洞部１１ｃの水を吸引して養生水槽６に供給するポンプＰ４が設けられている。

次に、コンクリート構造物２の施工方法及び温度管理システム１の動作について説明する。

まず、型枠１１にセメント系材料を充填し、コンクリート構造物２を打設する。なお、充填するセメント系材料としては、例えば、セメントペースト、モルタル、コンクリート等を使用することができる。この際、例えば、セメント系材料を充填する前に型枠１１の内側に配管を設けておくことで、冷却孔２１を形成する。また、例えば、セメント系材料を充填する前に型枠１１の内側に熱電対７を設けておくことで、熱電対７をコンクリート構造物２に埋設する。

続いて、打設完了後、冷却孔２１の下端部付近まで第一の配管４を挿入すると共に、上端部付近まで第二の配管５を挿入する。そして、第一の配管４により、冷却水槽３の水を冷却孔２１に対して供給すると共に、第二の配管５により、第一の配管４から冷却孔２１に供給された水を回収して養生水槽６に供給する。なお、冷却孔２１には、水を連続的に供給することが好ましいが、水を断続的に供給して一定時間冷却孔２１に滞留させてもよい。また、第一の配管４及び第二の配管５は、打設完了前に冷却孔２１に挿入してもよい。

冷却孔２１に供給された水により、セメント系材料の硬化により発生する水和熱が吸収され、コンクリート構造物２が内側から冷却される。一方、水和熱を吸収した冷却孔２１の水は、第一の配管４から供給されたときよりも温度が上昇した状態で養生水槽６に供給される。

養生水槽６においては、貯留された水をヒーター８，８により加熱する。この際、制御装置９は、熱電対７により測定される測定温度Ｔ０に基づいて、養生水槽６に貯留された水の温度を自動的に調整する。すなわち、制御装置９は、養生水槽６に貯留された水を以下の式（１）を満たす設定温度Ｔ１（℃）に加熱するように、ヒーター８，８を制御する。
Ｔ１＝Ｔ０−α・・・（１）
但し、
α（℃）：調節温度

式（１）に示されるように、養生水槽６に貯留された水は、測定温度Ｔ０よりも調節温度α（℃）低い設定温度Ｔ１に自動的に加熱される。これにより、養生水槽６に貯留された水は、測定温度Ｔ０に追従するように自動的に温度が調整される。調節温度αは、作業者により予め制御装置９に入力することが可能である。なお、調節温度αは、負の値、すなわち、設定温度Ｔ１が測定温度Ｔ０よりも高くなるような値に設定することも可能である。また、制御装置９によるヒーター８，８の制御は、例えば、養生水槽６に温度センサを設け、フィードバック制御により実行することが可能である。

空洞部１１ｃにおいては、養生水槽６に貯留された水を第三の配管１０により注入することで、養生水槽６に貯留された水をコンクリート構造物２の外側に供給する。空洞部１１ｃに注入された水は養生水槽６において設定温度Ｔ１に加熱されているため、コンクリート構造物２は外面側から加温される。従って、コンクリート構造物２の内外の温度差が小さくなる。

ここで、上述の調節温度α≦１５であると、養生水槽６に貯留された水はコンクリート構造物２において最も温度が高くなると想定される部分の測定温度Ｔ０に近い温度まで充分加熱されるため、コンクリート構造物２を外面側から好適に加温することが可能となる。従って、コンクリート構造物２の内外の温度差をより小さくすることができる。また、調節温度α＞０であると、養生水槽６に貯留された水はコンクリート構造物２において最も温度が高くなると想定される部分の測定温度Ｔ０よりは低い設定温度Ｔ１に加熱されるため、コンクリート構造物２を外面側から好適に加温しつつ、コンクリート構造物２全体としては好適に冷却することが可能となる。

空洞部１１ｃに注入した水は、第四の配管１２により養生水槽６に供給され、これにより、養生水槽６と空洞部１１ｃとの間を循環する。なお、空洞部１１ｃに注入した水は、冷却水槽３に供給されることにより、冷却水槽３と空洞部１１ｃとの間を循環してもよいし、温度管理システム１の外部に供給されてもよい。

以上のように、上記構成の温度管理システム１では、第一の配管４によりコンクリート構造物２の冷却孔２１に供給された水は、コンクリート構造物２の内部の冷却に使用されることにより加温される。加温された水は、第二の配管５により回収され、養生水槽６に貯留される。養生水槽６に貯留された水は、熱電対７により測定されたコンクリート構造物の測定温度Ｔ０に基づいて、制御装置９によって制御されたヒーター８，８により、自動的に設定温度Ｔ１までさらに加熱される。そして、加熱された水は、第三の配管１０によりコンクリート構造物２の外側に供給される。このように、温度管理システム１では、例えば冷却孔２１において加温された水をそのままコンクリート構造物２の外面側に供給するような場合に比して、より高温の水をコンクリート構造物２の外面側に供給することができる。よって、温度管理システム１によれば、コンクリート構造物２の打設後に、コンクリート構造物２の内外の温度差をより小さくすることができる。このような構成は、近年増加している超高強度コンクリートを使用したコンクリート構造物や、大きく設計されたコンクリート構造物など、構造物の内外の温度差が大きくなりやすいコンクリート構造物の施工の際に、特に有効である。

また、温度管理システム１では、より高温の水をコンクリート構造物２の外面側に供給することができるため、セメント系材料の硬化を促進することが可能となり、コンクリート構造物２の品質を向上することができる。

また、温度管理システム１では、制御装置９により、養生水槽６に貯留された水の温度が自動的に調整されるため、事前予測値ではなく現実の温度に基づいた管理により、より精度の高い情報で内外温度差を自動的にコントロールできると共に、作業者の負担を軽減することができる。

以上、本発明の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ない。例えば、上記実施形態においては、冷却孔２１は、鉛直方向に延在するように設けられているが、コンクリート構造物２の内部を蛇行するように設けられていてもよい。また、冷却孔２１は、複数個設けられていてもよい。

また、上記実施形態においては、型枠１１の空洞部１１ｃに加熱された水を注入しているが、例えば、コンクリート構造物２がある程度硬化した時点で型枠１１を脱枠し、コンクリート構造物２の外面に布等を当接させ、当該布等に加熱された水を浸み込ませるようにしてもよい。また、例えば、コンクリート構造物２がある程度硬化した時点で型枠１１を脱枠し、コンクリート構造物２の外面にホース等を這わせ、当該ホース等に加熱された水を流すようにしてもよい。要は、養生水槽６において加熱された水によりコンクリート構造物２を外面側から加温できるように、養生水槽６に貯留された水をコンクリート構造物２の外側に供給すればよい。

さらに、図３は、本発明に係る温度管理システムの加温孔の一配置例を示す平面図であり、図３に示すように、例えば、コンクリート構造物２の内部であって外面近傍に加温孔２２を予め複数個（ここでは８個）設け、加熱された水を加温孔２２に注入してもよい。この際、加温孔２２からオーバーフローした水は、空洞部１１ｃに貯めるようにしてもよい。また、冷却孔２１を通過して温められた温水を加温孔２２に配ってもよい。加温孔２２について詳述すると、各加温孔２２は、冷却孔２１よりもコンクリート構造物２の外面に近い位置に配置され、外面に沿うように鉛直方向に延在している。各加温孔２２は、ここでは、コンクリート構造物２の外面から距離ｄ以内に収まるように設けられており、距離ｄの最小寸法は、鉄筋のかぶりと同等とする。構造物の条件によってかぶりは変わるため、距離ｄは、例えば３〜２５ｃｍ程度とされている。各加温孔２２の上端部は開口されており、下端部は有底とされている。なお、加温孔２２は、外面に沿うように蛇行して設けられていてもよい。また、加温孔２２は、１個であってもよい。各加温孔２２は、例えば、配管等により構成されてもよいし、コンクリート構造物２を形成するセメント系材料の硬化物により構成されてもよい。要は、養生水槽６において加熱された水によりコンクリート構造物２を外面側から加温できるように、養生水槽６に貯留された水をコンクリート構造物２の内部のうち外面近傍に供給すればよい。

また、上記実施形態においては、コンクリート構造物２の温度を測定する温度センサとして熱電対７を使用しているが、その他の種類の温度センサを使用できることは言うまでもない。加熱手段としてのヒーター８，８についても、同様である。

１…温度管理システム、２…コンクリート構造物、２１…冷却孔、４…第一の配管、５…第二の配管、６…養生水槽（貯留槽）、７…熱電対（温度センサ）、８…ヒーター（加熱手段）、９…制御装置（制御手段）、１０…第三の配管。

Claims (2)

1. コンクリート構造物の打設後に適用される温度管理システムであって、
   前記コンクリート構造物の内部に設けられた冷却孔に対して液体を供給する第一の配管と、
   前記第一の配管から前記冷却孔に供給された液体を回収する第二の配管と、
   前記第二の配管からの液体を貯留する貯留槽と、
   前記コンクリート構造物に埋設された温度センサと、
   前記貯留槽に貯留された液体を加熱する加熱手段と、
   前記温度センサにより測定された温度に基づいて、前記貯留槽に貯留された液体を所定の温度に加熱するように前記加熱手段を制御する制御手段と、
   前記貯留槽に貯留された液体を前記コンクリート構造物の外側に供給する第三の配管と、を備える、
   温度管理システム。
2. コンクリート構造物の打設後に適用される温度管理システムであって、
   前記コンクリート構造物の内部に設けられた冷却孔に対して液体を供給する第一の配管と、
   前記第一の配管から前記冷却孔に供給された液体を回収する第二の配管と、
   前記第二の配管からの液体を貯留する貯留槽と、
   前記コンクリート構造物に埋設された温度センサと、
   前記貯留槽に貯留された液体を加熱する加熱手段と、
   前記温度センサにより測定された温度に基づいて、前記貯留槽に貯留された液体を所定の温度に加熱するように前記加熱手段を制御する制御手段と、
   前記貯留槽に貯留された液体を前記コンクリート構造物の内部であって外面近傍に設けられた加温孔に供給する第三の配管と、を備える、
   温度管理システム。

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