JP6085451B2 - 覆工コンクリートの温度制御方法 - Google Patents

Description

本発明はトンネル工事において施工される覆工コンクリートの品質管理技術に関わり、特に覆工コンクリートの若齢時の温度制御方法に関する。

周知のように、トンネル工事において覆工コンクリートを現場でのコンクリート打設により施工するに際しては、打設後１６〜２０時間程度が経過した時点で型枠を脱型することが通常であるが、その場合、脱型後の温度変化に起因して温度ひび割れが生じる場合がある。

そのことについて図２を参照して説明する。
図２は、外気温度が約30℃の状況下で覆工コンクリートを打設した後、約20時間後に脱型した場合における覆工コンクリートの若齢時の内部温度および表面温度の変動の状況を、外気温度の変動の状況とともに示したものである。
この場合、覆工コンクリートの温度は打設直後から水和反応によって急激に上昇していき、脱型時点の約20時間後には表面温度は約37℃、内部温度は約44℃に達する。そして、脱型直後には急激な温度低下が生じるが、その温度低下は次第に緩慢になって外気温度に達するまでには約90時間を要し、その時点で内部温度と表面温度の温度差がほぼ解消してそれ以降は外気の温度変化に追随する。
この場合においては、覆工コンクリートの内部温度と表面温度との温度差は脱型直後において最大となってたとえば約9℃にもなってしまう。そして、そのような大きな温度差に起因する温度ひずみに起因して温度ひび割れが生じることがある。すなわち、この場合におけるひび割れ指数は1.42程度となり、通常の基準値1.75以上というひび割れに関する品質基準を満足し得ないものとなるので、所望のコンクリート品質を確保し得ない場合もある。

なお、冬季等の低温環境下での施工に際しては打設直後の水和反応が十分に進行しないことから、型枠を早期に脱型した場合にはそれに起因して品質に悪影響を及ぼすことがある。そのため、低温環境下でのトンネル施工に際しては脱型までの養生時間を十分に長くしたり、あるいはたとえば特許文献１，２に示されるように型枠にヒータを取り付けておいて打設直後のコンクリートに対して加温養生を行うことがある。

また、型枠を早期に脱型した場合、未だ十分に硬化していない若齢時の覆工コンクリートの表層部が急激に乾燥してしまうことに起因してひび割れが発生する場合もあり、その対策のために、たとえば特許文献３，４に示されるように脱型後に水や蒸気による保湿養生を行うこともある。

特開昭６２−３１９８４号公報 実公平６−３６１６９号公報 特開２００７−２３１５１７号公報 特開２００９−１５５８２０号公報

上記のような、若齢時の覆工コンクリートにおいて内部温度と表面温度に大きな温度差が生じることに起因する温度ひび割れを防止するための有効適切な手法は、現時点では確立されていない。
また、特許文献１，２に示されるようなヒータによる加温養生を行う場合には、若齢時のコンクリートのピーク温度を大きく上昇させてしまう場合があり、それに起因して温度応力が増大して温度ひび割れが生じる場合があり、したがってそのような加温養生を不用意に実施すると逆効果になる場合がある。
さらに、特許文献３，４に示されるような水や蒸気による保湿養生を行う場合には、逆に若齢時のコンクリートの表層部を過度に冷却してしまう場合があり、それに起因してやはり温度ひび割れが生じて逆効果になる場合がある。

以上のように、従来においては若齢時の覆工コンクリートの温度を適切に制御してそのひび割れを防止することは容易ではなく、それを可能とする有効適切な手法の開発が必要とされているのが実情である。

上記事情に鑑み、本発明はトンネル工事において施工される覆工コンクリートの若齢時の温度を制御するための覆工コンクリートの温度制御方法であって、前記覆工コンクリートを打設成型するための型枠に予め発熱シートを装着しておき、前記型枠内に覆工コンクリートを打設して、該覆工コンクリートの表面温度を測定し、表面温度がピーク温度に達してから前記発熱シートによって前記型枠を介して覆工コンクリートの表層部を前記ピーク温度を維持するように加温して表層部の急激な温度低下を防止することによって内部温度と表面温度との温度差を低減させるための加温養生時間を確保し、しかる後に前記型枠を脱型することを特徴とする。

本発明によれば、覆工コンクリートの表面温度がピーク温度に達してから脱型までの間において発熱シートにより型枠を介して覆工コンクリートの表層部を加温する加温養生時間を確保して、その間において覆工コンクリートの内部温度と表面温度との温度差を解消させるように制御することにより、通常の場合に比べて覆工コンクリートの内部温度と表面温度との間の温度差を十分に小さくすることができ、それにより温度ひび割れの発生を有効に防止することができる。

本発明の温度制御方法を適用した際の覆工コンクリートの温度変化の状況を示す図である。 通常の覆工コンクリートの温度変化の状況を示す図である。

以下、トンネル工事に際して本発明の覆工コンクリートの温度制御方法を適用するための実施形態を図１を参照して説明する。
図１は本実施形態の温度制御方法を実施した場合における覆工コンクリートの内部温度および表面温度の変化の状況を示すものである。なお、図１には図２に示した外気温度と通常の場合の覆工コンクリートの温度変化の状況（（制御なし）と付記して破線で示す）も併せて記載してある。

本実施形態の覆工コンクリートの温度制御方法は、従来のように型枠を単に早期に脱型するのではなく、覆工コンクリートの温度がピーク温度に達してから型枠を介して覆工コンクリートの表層部を加温することにより、覆工コンクリートの表層部の急激な温度低下を防止して内部温度と表面温度との温度差を低減させるための加温養生時間を確保し、しかる後に型枠を脱型することを主眼とする。

すなわち、本実施形態の覆工コンクリートの温度制御方法を実施する場合には、覆工コンクリートを打設成型するための型枠の外面に面状発熱体等の発熱シートをたとえば両面テープにより接着する等して予め装着しておき、その型枠を用いて覆工コンクリートの打設成型を行う。

その型枠内に覆工コンクリートを打設した後、覆工コンクリートの表面温度を測定する。そのためには、予め型枠の内面各所に適宜の温度センサを装着しておいて、覆工コンクリートを打設した直後から各所における表面温度を温度センサにより連続的に測定してリアルタイムで刻々と記録するように構成しておくと良い。

そして、覆工コンクリートの表面温度の測定結果を解析して表面温度がピーク温度に達してから、発熱シートに通電して型枠を介してその内部の覆工コンクリートの表層部に対して加温を行うことにより、覆工コンクリートの表面温度をほぼ一定に維持するような加温養生を開始し（ピーク温度を維持するように加温し）、その時点から脱型までの間を加温養生時間として確保する。
具体的には、覆工コンクリートの表面温度がたとえば図１に示すように打設後約２０時間程度が経過した時点でピーク温度（図示例の場合には約３９℃）に達した場合、その時点から発熱シートによる加温を開始してそれ以降の表面温度の低下を防止し、そのピーク温度をほぼそのまま維持するように制御する。

この際、覆工コンクリートの内部温度も表面温度がピーク温度に達した時点で同時にピーク温度（図示例では約45℃)に達し、それ以降は自ずと低下していくことになるが、この段階では上記の加温養生により覆工コンクリートの表面温度が低下することなくピーク温度にほぼ維持されていることから、そのような加温養生を行わない場合に比べて内部温度の低下も自ずと緩慢になり、双方の温度は早期にほぼ均等になり、図１に示す例では打設後約52時間程度で約39℃程度に収斂する。

その後、必要に応じて加温温度をやや下げてさらに加温養生を継続する。たとえば図示例のように加温温度を当初の約39℃から約34℃に設定変更してさらに加温養生を継続する。それに伴い、内部温度もさらに緩慢に低下していき、図示例の場合には打設後約66時間程度で内部温度も約34℃となる。

そこで、その時点で発熱シートによる加温養生を停止し、しかる後に型枠を脱型する。それ以降は表面温度および内部温度は自ずと緩慢に低下していって次第に外気温度に漸近していき、やがては（図示例では打設後約90時間後に）外気温度に達してそれ以降は外気温に追随して変動する。

以上のように、覆工コンクリートがピーク温度に達してから脱型までの間において覆工コンクリートの表層部を発熱シートにより加温するための加温養生時間を確保し、その間において内部温度と表面温度との温度差を解消させるような加温養生を行うように制御することにより、通常の場合に比べて温度差を十分に小さくすることができ、それにより温度ひび割れの発生を有効に防止することができる。
すなわち、通常のように特に加温制御を行わない場合においては、上述したように温度差が最大で9℃にもなり、したがってひび割れ指数が1.42程度となって基準値1.75以上という品質基準を満足し得ないのに対し、上記のような加温養生時間を確保することにより温度差を5℃程度にまで低減させることができ、その結果としてひび割れ指数を2.56程度にまで格段に改善し得て品質基準を十分に満足することができる。
さらに、そのような温度ひび割れを有効に防止できる結果としてコンクリート強度の増強効果も得られ、たとえば制御なしの場合に比べてコンクリート強度を5％程度も増強させることが可能である。

なお、特許文献１，２に示されるように型枠に面状発熱体のようなヒータを取り付けて打設直後のコンクリートを単に加温することで加温養生を行うこと自体は従来より知られているが、従来においてはそのような加温により若齢時の覆工コンクリートのピーク温度を無用に上昇させてしまい、それに起因して温度応力が増加して温度ひび割れが生じるという逆効果が生じる場合があることは既に述べたとおりであり、したがって若齢時のコンクリートに対して単なる加温制御を行うことは好ましくなく不用意に実施すべきではない。
それに対し、本発明は上記実施形態のように覆工コンクリートの表面温度を測定してそれがピーク温度に達したことを条件として加温養生を開始し、それによりピーク温度を無用に上昇させてしまうことなく一定に維持するように制御するものであって、その結果として内部温度と表面温度との温度差を効果的にかつ容易に解消させ得て温度ひび割れの発生を有効に防止することが可能となったのであり、その点で本発明の制御方法は従来技術に比べてきわめて有効なものである。
勿論、本発明によれば、特許文献３，４に示されるように水や水蒸気により保湿養生を行う場合のように覆工コンクリートを無用に冷却してしまうようなこともないから、それに起因して温度ひび割れが生じるようなこともない。

以上で本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態はあくまで好適な一例であって本発明は上記実施形態に限定されるものでは勿論なく、覆工コンクリートの表面温度を測定してそれがピーク温度に達してから加温養生を開始するという本発明の要旨の範囲内であれば、適宜の設計的変更や応用が可能である。
たとえば、上記実施形態ではピーク温度に達した打設後約20時間後から約66時間後までのおよそ２日間にわたる加温養生時間を設定するともに、その間に設定温度を２段階に変更して加温養生を行うようにしたが、具体的な加温養生時間の設定やその間の温度設定パターン等の諸元は、実際の施工条件や施工時の温度条件その他の諸条件を考慮したうえで任意に設定すれば良く、必要に応じてさらに多段階にわたってきめ細かく設定温度を変更したり、外気温に追随させるように設定温度を逐次変更することも考えられる。
いずれにしても、本発明においては覆工コンクリートの内部温度と表面温度との温度差を最も有効に解消させ得るように最適なパターンで加温養生を実施すれば良いのであって、そのためには型枠に対して予め発熱シートと覆工コンクリートの表面温度を測定するためのセンサを取り付けおくことに加えて、外気温度を含めて各所の温度を測定するための温度センサや、その測定結果に基づいて発熱シートによる加温養生を適切に実施するための制御機構を備えておき、予め設定した所望のプログラムにしたがって自動制御するように構成しておくと良い。

Claims (1)

1. トンネル工事において施工される覆工コンクリートの若齢時の温度を制御するための覆工コンクリートの温度制御方法であって、
   前記覆工コンクリートを打設成型するための型枠に予め発熱シートを装着しておき、
   前記型枠内に覆工コンクリートを打設して、該覆工コンクリートの表面温度を測定し、
   表面温度がピーク温度に達してから前記発熱シートによって前記型枠を介して覆工コンクリートの表層部を前記ピーク温度を維持するように加温して表層部の急激な温度低下を防止することによって内部温度と表面温度との温度差を低減させるための加温養生時間を確保し、
   しかる後に前記型枠を脱型することを特徴とする覆工コンクリートの温度制御方法。

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