JP6274902B2

JP6274902B2 - コンクリートの冷却方法および装置

Info

Publication number: JP6274902B2
Application number: JP2014030223A
Authority: JP
Inventors: 哲也小笠原; 智史保木本
Original assignee: Penta Ocean Construction Co Ltd
Current assignee: Penta Ocean Construction Co Ltd
Priority date: 2014-02-20
Filing date: 2014-02-20
Publication date: 2018-02-07
Anticipated expiration: 2034-02-20
Also published as: JP2015155598A

Description

本発明は、コンクリートを冷却する方法および装置に関する。

マスコンクリートを施工する際、コンクリートの内部温度上昇を抑制するために、特許文献１は、垂直方向に配置した複数の管体内に給水管を挿入し、給水管を介して管体内に水を供給することでコンクリートを冷却する方法を提案する。特許文献２は、コンクリート打設空間内に組み込んだ中空材の周りと、その内部との一方にコンクリート打設をした後、他方にコンクリート打設をする工法を提案する。

また、特許文献３は、型枠内に複数の直線状の管路を設置し、コンクリート打設後、各管路に空気を流す方法を提案する。特許文献４は、送風機から送風ダクト内に空気を送り込んで中空鋼管の内部に供給し、この空気が中空鋼管の周囲に打設されたフレッシュコンクリートを冷却する打設コンクリートの冷却装置を提案する。特許文献５は、ＲＣ構造物の基礎部と立ち上り部の打継面近傍にクーリングパイプを設置し、クーリングパイプに空気または液体を通過させて、クーリングパイプ周囲のコンクリート温度の上昇を抑える工法を提案する。

特開2007-303159号公報特開2007-146636号公報特開2009-235808号公報特開2011-32658号公報特開2012-92633号公報

通常、マスコンクリート打設時に水を流してパイプクーリングを行う期間は、3〜7日程度であり、通水量は１系統あたり20リットル/分である。このため、井戸水や河川水を採取し通水してパイプクーリングを行い、そのまま放水する場合には、水を大量に必要とするが、実際の現場では、必要な水量を確保することが困難な場合が多い。このため、水を循環させて再利用することが考えられるが、この場合には、コンクリートの水和熱を冷却した分、上昇した水の温度を冷却する必要があり、非常に大がかりな冷却装置とシステムが必要であり、このため、施工コストがかさんでしまう。

また、水を必要としないエアクーリング等があるが、水と比較して空気の熱容量は小さく、冷却管の大きさが同様であれば冷却効果が小さくなる。水と同様の効果を得るためには、コンクリート内部の冷却管面積を大きくする必要があり、この場合、たとえば、特許文献２のように大きなダクトが必要となり、施工が大掛かりとなってしまう。また、通常、送風機によって外気を取り込んでいるため、外気温よりも温度を下げることができない。

本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、エアクーリングよりも冷却効果が大きくかつ必要な水量が少なくて済むコンクリートを冷却する方法および装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためのコンクリートの冷却方法は、コンクリート内に冷却管を予め配置し、前記冷却管の一端から水を前記冷却管内に噴霧し、前記冷却管の他端から負圧を作用させて前記噴霧された水を気化させることでコンクリート内部を冷却することを特徴とする。

このコンクリートの冷却方法によれば、冷却管内に負圧をかけることで、水の気化温度が低下して気化しやすくなり、気化熱により冷却できるため、空気を流すエアクーリングよりも冷却効果が大きく、必要な水量が少なくて済む。また、冷却管の一端から水を噴霧し他端から負圧により吸引するので、冷却管内にミスト状乃至気体状の流れが発生し、冷却管内における冷却効果を均質化できる。

上記コンクリートの冷却方法において、前記コンクリート内に前記冷却管を複数配置し、前記各冷却管の一端に前記噴霧ノズルを設け、前記各冷却管の他端を共通のヘッダに連結し、前記ヘッダに前記真空ポンプを連結することが好ましい。

また、前記コンクリート内に前記冷却管を複数配置し、前記噴霧ノズルを共通にして連結管を介して前記各冷却管の一端に接続するようにしてもよい。

また、前記噴霧ノズルを前記冷却管の途中にさらに設け、前記冷却管の途中から水を噴霧させるようにしてもよい。

また、前記冷却管を直線状、コイル状、またはＵ字状に構成することができる。

上記目的を達成するためのコンクリートの冷却装置は、コンクリート内に予め配置された冷却管の一端に設けられる噴霧ノズルと、前記冷却管の他端に連結される真空ポンプと、を備え、前記噴霧ノズルにより前記一端から水を前記冷却管内に噴霧し、前記真空ポンプにより前記他端から負圧を作用させて前記噴霧された水を気化させることでコンクリート内部を冷却することを特徴とする。

このコンクリートの冷却装置によれば、冷却管内に真空ポンプにより負圧をかけることで、水の気化温度が低下して気化しやすくなり、気化熱により冷却できるため、空気を流すエアクーリングよりも冷却効果が大きく、必要な水量が少なくて済む。また、噴霧ノズルにより冷却管の一端から水を噴霧し他端から負圧により吸引するので、冷却管内にミスト状乃至気体状の流れが発生し、冷却管内における冷却効果が均質化できる。

上記コンクリートの冷却装置において、前記コンクリート内に前記冷却管を複数配置し、前記各冷却管の一端に前記噴霧ノズルを設け、前記各冷却管の他端を共通のヘッダに連結し、前記ヘッダに前記真空ポンプを連結することが好ましい。

本発明によれば、エアクーリングよりも冷却効果が大きくかつ必要な水量が少なくて済むコンクリートを冷却する方法および装置を提供することができる。

第１の実施形態によるコンクリート冷却装置を示す概略図である。第２の実施形態によるコンクリート冷却装置を示す概略図である。第３の実施形態によるコンクリート冷却装置を示す概略図である。第４の実施形態によるコンクリート冷却装置を示す概略図である。第５の実施形態によるコンクリート冷却装置を示す概略図である。第６の実施形態によるコンクリート冷却装置を示す概略図である。本実験例で用いた実験装置の概略図である。本実験例における実験結果を示すグラフである。

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。

〔第１の実施形態〕
図１は第１の実施形態によるコンクリート冷却装置を示す概略図である。

図１に示すように、第１の実施形態によるコンクリート冷却装置は、コンクリート構造物ＣＳ内に配置された冷却管１０の一端１０ａに設けられる噴霧ノズル１１と、冷却管１０の他端１０ｂに連結管１２ａを介して設けられる真空ポンプ１２と、噴霧ノズル１１に連結管１３ａを通して水や圧縮空気を供給するミスト生成装置１３と、を備える。冷却管１０は、直線状に構成され、型枠内に配置されてからコンクリートが打設されてコンクリート構造物ＣＳの内部に予め配置されている。

ミスト生成装置１３は、水を貯留するタンクおよびコンプレッサを備え、噴霧ノズル１１は、公知の液体用ノズルを用いることができ、コンプレッサからの気体の流れにより液体を粉砕し微粒化して噴出させる二流体ノズルであるが、液圧だけで液体を噴出させる一流体ノズルを用いてもよい。

図１のコンクリート冷却装置の動作について説明する。ミスト生成装置１３のタンクから供給される水を噴霧ノズル１１から冷却管１０の内部１０ｃへと噴射しミスト状にするとともに、真空ポンプ１２を作動させて冷却管１０の内部１０ｃを負圧にする。このように、冷却管１０の内部１０ｃに負圧をかけることで冷却管１０の内部１０ｃの圧力が低下し、水の気化温度が低下して水が気化しやすくなる。かかる気化熱により冷却管１０を介してコンクリート構造物ＣＳの内部の熱を図１の矢印方向ａに除去し、コンクリート構造物ＣＳの内部を冷却することができる。このようにして、コンクリート打設によって発生する水和熱を除去することができ、コンクリートの内部温度上昇を効率的に抑制することができる。

また、噴霧ノズル１１から噴霧された水１５が負圧作用により吸引されて一端１０ａから他端１０ｂへとミスト状乃至気体状になって流れる。このように、冷却管１０の内部１０ｃに発生するミスト状・気体状の流れにより、冷却管１０の内部１０ｃが均一に冷却され、冷却効果が均質化される。

以上のように、本実施形態によれば、噴霧された水の気化温度が負圧により低下し、気化熱により冷却できるため、空気を流すエアクーリングよりも冷却効果が大きく、コンクリートの水和熱を効率的に除去することができる。また、パイプクーリングの冷却管１０内に水をミスト状にして噴霧することにより、必要な水量が通常の水によるパイプクーリングと比べて大幅に少なくて済む。このように少量の水で済むため、多量の水の確保が困難なコンクリート施工現場においてもコンクリートの水和熱の効率的除去が可能となる。また、冷却水の冷却装置・システムが不要となるため、施工コストがかさむこともない。

また、負圧により冷却管１０内の冷却効果を均質化することができ、コンクリート打設による水和熱を冷却管１０の延びる方向に均一に除去することができる。

また、本実施形態によるコンクリート冷却装置は、必要な装置部分が、小型の水タンクと噴霧ノズルとコンプレッサと真空ポンプだけでよく、設置が簡易であり、コストもさほどかさまない。

〔第２の実施形態〕
図２は、第２の実施形態によるコンクリート冷却装置を示す概略図である。図２のコンクリート冷却装置は、複数本の冷却管１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを配置し、マスコンクリートの場合に適用可能としたものである。噴霧ノズル１１は各冷却管１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ毎に設けられ、真空ポンプ１２はヘッダ１６を介して各冷却管１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃに連結される。図２では、コンクリート構造物の規模等に応じて所定数の冷却管が所定間隔で配置される。図２の構成によれば、図１と同様の効果を得ることができるとともに、マスコンクリートであっても効率的に冷却することができる。

〔第３の実施形態〕
図３は、第３の実施形態によるコンクリート冷却装置を示す概略図である。図３のコンクリート冷却装置は、図２と基本的に同様の構成であるが、冷却管として、螺旋状に巻いてコイル状にした冷却管１０Ｄを用いたものである。図３の構成によれば、図２と同様の効果を得ることができるとともに、コイル状の冷却管を用いることで、冷却管の長さを長くできるので、冷却効率が向上する。また、ミスト状にした水を負圧により吸引するので、コイル状の冷却管１０Ｄであっても冷却効果を均質化できる。

〔第４の実施形態〕
図４は、第４の実施形態によるコンクリート冷却装置を示す概略図である。図４のコンクリート冷却装置は、図２と基本的に同様の構成であるが、噴霧ノズル１１を各冷却管１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ毎に設けずに共通としたものである。噴霧ノズル１１と各冷却管１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃとの間に両者を連結する連結管１７を配置した。連結管１７は、曲線状管１７ａ，１７ｃと直線状管１７ｂとを有し、管１７ａ〜１７ｃは噴霧ノズル１１の配置位置から分岐している。噴霧ノズル１１を連結管１７の１箇所に設け、曲線状管１７ａ，１７ｃを冷却管１０Ａ，１０Ｃの一端に連結し、直線状管１７ｂを冷却管１０Ｂの一端に連結している。噴霧ノズル１１から水を噴霧すると、各管１７ａ，１７ｂ，１７ｃを通してミストが冷却管１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃへと流れる。図４の構成によれば、図２と同様の効果を得ることができるとともに、噴霧ノズルを共通化することで、装置構成が複雑化せず、装置・施工のコスト減に寄与できる。

〔第５の実施形態〕
図５は、第５の実施形態によるコンクリート冷却装置を示す概略図である。図５のコンクリート冷却装置は、図２と基本的に同様の構成であるが、冷却管１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ内の中間位置付近に新たな噴射ノズル１１ａを配置したものである。冷却管１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの各一端から、先端に噴射ノズル１１ａを設けた管１８ａ，１８ｂ，１８ｃを挿入する。管１８ａ〜１８ｃは、ミスト生成装置１３に連結され、噴射ノズル１１ａから噴射ノズル１１と同様にミストを噴射する。図５の構成によれば、図２と同様の効果を得ることができるとともに、冷却管１０Ａ〜１０Ｃが長くなって冷却効率が低下するおそれがある場合でも、効率的に冷却することができる。なお、冷却管１０Ａ〜１０Ｃの中間位置付近に予め別の噴射ノズルおよびミスト生成装置１３に接続する管を設けておいてもよい。

〔第６の実施形態〕
図６は、第６の実施形態によるコンクリート冷却装置を示す概略図である。図６のコンクリート冷却装置は、冷却管としてのＵ字状管１０Ｅ，１０Ｆを直列にして接続したものである。冷却管１０Ｅ，１０Ｆの一端２１ａ，２２ａおよび他端２１ｂ，２２ｂをコンクリート構造物ＣＳの同一の面Ｓから露出するように配置し、冷却管１０Ｅの一端２１ａに噴射ノズル１１を設け、他端２１ｂと冷却管１０Ｆの一端２２ａとを接続管１９で接続し、他端２２ｂを接続管２０、ヘッダ１６を介して真空ポンプ１２に連結する。図６の構成によれば、図２と同様の効果を得ることができるとともに、冷却管１０Ｅ，１０ＦをＵ字状管から構成することで、冷却管が長くなり、冷却効率が向上する。冷却管１０Ｅ，１０Ｆの一端２１ａ，２２ａおよび他端２１ｂ，２２ｂが同一面Ｓに位置するので、接続の作業性が向上する。

なお、図６では、Ｕ字状の冷却管を２本直列に連結したが、１本でも、３本以上であってもよい。また、Ｕ字状の冷却管１０Ｅ，１０Ｆを２列に並列して設けたが、１列であっても、また３列以上であってもよい。また、図６の接続管１９の位置に、図５のように新たな噴霧ノズルを追加してもよい。また、図６では、Ｕ字状管１０Ｅ，１０Ｆの直線部分が鉛直方向を向いているが、水平方向にしてもよく、また、傾斜していてもよい。

［実験例］
図７のような500×500×500ｍｍの水槽の中にクーリングパイプを設置した実験装置を用い、水槽の水温を50℃に保った状態からクーリングを開始し水温の低下状況を確認した。次の５つのケースについて実験を行った。
１：冷却なし
２：20℃の空気を送風
３：20℃の水を通水
４：20℃の水でミスト噴霧（負圧なし）
５：20℃の水でミスト噴霧（負圧あり）

一定時間冷却後、水温の温度低下量から、除去した熱容量を算出し、冷却効果の比較を行った。なお、水槽の周囲は発泡スチロールにより断熱状態とした。また、ミスト噴霧で負圧あり（ケース５）となし（ケース４）の場合の噴霧水量は同一にした。また、ケース４のミスト噴霧で負圧なしのときは、排出口はオープンにした。各ケースの冷却条件を以下の表１に示す。

実験結果を表１に示す。各ケースについて得られた水温データから除去された熱量を求め、空気冷却の場合の除去熱量を１としたときの冷却効果を表１に示すが、冷却効果は、水冷却、負圧ありミスト冷却、負圧なしミスト冷却、空気冷却、の順で大きいことが確認できた。負圧ありミスト冷却の場合と負圧なしミスト冷却の場合とを比べると、水が気化することで冷却効果を大きくすることができることがわかる。

また、水冷却の場合の使用水量に対し負圧ありミスト冷却の場合の使用水量は３％であり、負圧ありミスト冷却では、通常の水冷却に比べ必要な水量が大幅に低減できることを確認できた。

上記各ケースにおけるパイプ中間位置での温度測定結果を図８に示す。負圧ありミスト冷却の場合、負圧なしミスト冷却と比べて冷却効果が均質化され、噴霧ノズル位置から離れた位置でも、水冷却の場合と同程度に冷却できることを確認できた。このように、ミストを噴霧するだけでは、一定の範囲しか冷却できないのに対し、負圧を作用させることで管内の温度低下を均質化できる。

以上のように本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。たとえば、冷却管は、コンクリート構造物において鉛直方向、水平方向、傾斜方向に直線状に配置されてよいが、本発明はこれに限定されず、曲線状に配置されてもよく、また、曲がり部分を有していてもよく、この曲がり部分は、複数箇所に設けてもよい。

また、冷却管は、直線状、コイル状、またはＵ字状であってよいが、いずれか２つを併せて用いてもよく、また、３つを併せて用いてもよい。

また、冷却管は、円筒であってよいが、角筒等であってもよく、また、鋼管から構成されてよいが、鉄鋼よりも熱伝導性のよい材料、たとえば、銅材料から構成してもよい。

本発明のコンクリートの冷却方法・装置によれば、エアクーリングよりも冷却効果が大きくかつ必要な水量が少なくて済むので、多量の水の確保が困難な施工現場でもコンクリートの水和熱の効率的除去が可能となり、また、冷却水の冷却装置・システムが不要となるため、施工コストがかさむことがない。

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ冷却管
１０Ｄコイル状の冷却管
１０Ｅ，１０ＦＵ字状の冷却管
１０ａ冷却管の一端
１０ｂ冷却管の他端
１０ｃ冷却管の内部
１１，１１ａ噴霧ノズル
１２真空ポンプ
１３ミスト生成装置
１５噴霧された水
１６ヘッダ
１７連結管
ＣＳコンクリート構造物

Claims

コンクリート内に冷却管を予め配置し、前記冷却管の一端から水を前記冷却管内に噴霧し、前記冷却管の他端から負圧を作用させて前記噴霧された水を気化させることでコンクリート内部を冷却することを特徴とするコンクリートの冷却方法。
前記コンクリート内に前記冷却管を複数配置し、前記各冷却管の一端に前記噴霧ノズルを設け、
前記各冷却管の他端を共通のヘッダに連結し、前記ヘッダに前記真空ポンプを連結する請求項１に記載のコンクリートの冷却方法。
前記コンクリート内に前記冷却管を複数配置し、前記噴霧ノズルを共通にして連結管を介して前記各冷却管の一端に接続した請求項１または２に記載のコンクリートの冷却方法。
前記噴霧ノズルを前記冷却管の途中にさらに設け、前記冷却管の途中から水を噴霧させる請求項１乃至３のいずれか１項に記載のコンクリートの冷却方法。
前記冷却管を直線状、コイル状、またはＵ字状に構成した請求項１乃至４のいずれか１項に記載のコンクリートの冷却方法。
コンクリート内に予め配置された冷却管の一端に設けられる噴霧ノズルと、
前記冷却管の他端に連結される真空ポンプと、を備え、
前記噴霧ノズルにより前記一端から水を前記冷却管内に噴霧し、前記真空ポンプにより前記他端から負圧を作用させて前記噴霧された水を気化させることでコンクリート内部を冷却することを特徴とするコンクリートの冷却装置。
前記コンクリート内に前記冷却管を複数配置し、前記各冷却管の一端に前記噴霧ノズルを設け、
前記各冷却管の他端を共通のヘッダに連結し、前記ヘッダに前記真空ポンプを連結する請求項６に記載のコンクリートの冷却装置。
前記コンクリート内に前記冷却管を複数配置し、前記噴霧ノズルを共通にして連結管を介して前記各冷却管の一端に接続した請求項６または７に記載のコンクリートの冷却装置。
前記噴霧ノズルを前記冷却管の途中にさらに設け、前記冷却管の途中から水を噴霧させる請求項６乃至８のいずれか１項に記載のコンクリートの冷却装置。
前記冷却管を直線状、コイル状、またはＵ字状に構成した請求項６乃至９のいずれか１項に記載のコンクリートの冷却装置。