JP6474591B2 - パイプクーリングシステム及びパイプクーリング方法 - Google Patents

Description

本発明は、コンクリート打設後に生じる温度ひび割れを抑制可能なパイプクーリングシステム及びパイプクーリング方法に関する。

従来、コンクリート打設後の温度上昇を抑制する工法として、パイプクーリング工法が知られている。当該工法は、コンクリート打設範囲内に配筋された鉄筋等を介して打設後のコンクリート躯体の内外に通じる配管を予め敷設し、コンクリートの打設中や打設後に配管の一端部から他端部に向けて水や空気等の冷媒を導入することにより、コンクリート硬化時に生じる水和熱を抑制するものである。
特許文献１には、冷媒として空気を用いたものが開示され、特許文献２には冷媒として液体を用いたものが開示されており、いずれの冷媒においてもコンクリート硬化時における過度な温度上昇を抑制し、温度降下時に生じ易い温度ひび割れを抑制することができる。

特開２０１３−１５９９０５号公報 特開２０１２−９２６３３号公報

しかしながら、上記空気を冷媒とするものにあっては、コンクリート打設現場の状況によって冷媒としての機能が著しく低下する。即ち、コンクリート打設現場が夏場の室内や屋外であることを想定した場合、その温度は３５℃〜４０℃程度まで上昇することが見込まれ、最深部の温度が場合によって５０℃以上に達するコンクリートの冷媒としては、その冷却効率が悪く、冷却作業に時間を要する。また、空気を予め冷却することも考えられるが、冷却器等の設置に要するスペース確保、及びコスト増の問題が生じる。
一方、水を冷媒とするものにあっては、冷却効率の観点からは空気を冷媒とするものに優るものの、水の圧送，回収，循環に要する大規模な設備を要し、さらにはコンクリート内における漏水を防止する観点から、配管の強度を高める必要があるため、上記設備の構築と併せたコスト増が避けられず、利益回収を困難とさせる要因となる。

本発明は、上記課題を解決すべくなされたものであり、コンクリートの温度上昇を抑制するに足りる冷却効率を有する冷媒の供給と、冷媒の供給に要する設備の大規模化及びコストの抑制とを両立可能なパイプクーリングシステム及びパイプクーリング方法を提供する。

上記課題を解決するためのパイプクーリングシステムであって、冷却管内に液体を供給する注液手段と、冷却管内の一方から他方に向けて気体を供給して液体を霧状化させる送風手段とを備えた構成とした。
本構成によれば、冷却管内に供給された液体が、送風手段によって供給される気体により霧状化された状態で冷却管内を通るため、その気化熱によってコンクリートを効率的に冷却することができる。また、液体は、冷却管内の通過過程において気化するため冷却管の他方側から排出されることがなく、液体の回収設備等を不要とできる。
また、前記送風手段と前記冷却管の一端部とを接続する接続管と、前記注液手段と前記接続管とを接続する注液管と、当該注液管の先端部に設けられたシャワー型のヘッドとを備え、当該シャワー型のヘッドを通過して霧状化した液体が前記接続管内に供給されて、当該接続管内に供給された霧状化した液体が、前記送風手段から供給された気体によりさらに細かい霧状となって前記冷却管内に供給されるように構成されたので、霧状化された液体が更に細かく霧状化されるため、冷却管の他方側に行き届き易くなる。
また、上記課題を解決するためのパイプクーリング方法であって、前記冷却管内の一方から他方に向けて気体を供給するとともに、前記冷却管内に液体を供給することによって、液体を霧状化する工程を備えた態様とすれば、上記構成と同様の効果を得ることができる。

パイプクーリングシステムの概要図である（実施形態１）。 接続管及び注液管の概略断面図である。 実施形態１に係るパイプクーリングシステムの冷却効率を示すグラフである。 パイプクーリングシステムの概要図である（実施形態２）。 パイプクーリングシステムの概要図である（実施形態３）。

［実施形態１］
図１，図２を参照して、本発明に係るパイプクーリングシステム１の概要について説明する。同図においてパイプクーリングシステム１は、コンクリート躯体３内において、水平方向に延長するように敷設された冷却管１０と、冷却管１０の一端部１０Ａと接続管１２を介して接続された送風手段３０と、接続管１２の途中に接続された注液管１４を介して接続された注液手段４０とを主たる構成とする。なお、本実施形態においては、冷却管１０を水平方向に敷設する水平パイプクーリングの例を用いて説明するが、コンクリート躯体３の構造によっては、冷却管１０を鉛直方向に敷設する鉛直パイプクーリングであってもよい。

図１に示すように、冷却管１０は、コンクリート躯体３（マスコンクリート）の内部において、側面３Ｂ；３Ｃ；３Ｄに沿うように連続して延長する。図示は省略するが、コンクリート躯体３の側面３Ａの寸法は７９００ｍｍであり、側面３Ｂの寸法は１１５００ｍｍであり、３Ｃの寸法は７９００ｍｍであり、側面３Ｄの寸法は１１５００ｍｍである。また、コンクリート躯体３の厚さは７００ｍｍである。また、本例における冷却管１０の総延長長さは約２７０００ｍｍである。冷却管１０の敷設位置は、コンクリート躯体３ごとに実行される事前の温度応力解析により適宜決定される。また、本例において冷却管１０は、例えば直径８０ｍｍの安価なシース管により形成されている。冷却管１０は、コンクリートの打設前にコンクリート躯体３を構成する図外の縦筋に対して所定の係止部を介して予め係止されており、その高さ位置が概ねコンクリート打設後のコンクリート躯体３の厚さの中間位置（本例では３５０ｍｍ）に位置決めされる。また、同図に示すように、コンクリート打設後の冷却管１０の一端部１０Ａ及び他端部１０Ｂは、コンクリート躯体３の側面３Ａから外部に臨むように開口しており、当該開口部はそれぞれ冷媒の供給口及び排出口として機能する。

図１に示すように、冷却管１０の一端部１０Ａには、接続管１２を介して送風手段３０が接続される。送風手段３０は、モーター等の駆動部の駆動により動作するファンであり、所定風量の空気を接続管１２側に継続的に送出する。当然ながら接続管１２側に送出された空気は、冷却管１０の一端部１０Ａから流入し、冷却管１０の延長経路を通って他端部１０Ｂから排出されることとなる。

図２にも示すように、接続管１２の途中には、注液管１４が接続される。注液管１４は、接続管１２の途中に形成された図外の係合穴及びシール部材やパッキンを介して漏液不能に接続されている。注液管１４の一端部１４Ａは、注液手段４０と接続されている。注液手段４０としては、例えばコンクリートの打設現場に設置された水栓等が好適であるが、所定の液体が収容された水槽等であってもよく、単位時間あたりに概ね一定量の液体を供給できるものであればその種類は問わない。図示の例では、注液手段４０は水栓により構成され、当該水栓から送出される水が注液管１４を介して接続管１２内に送り込まれる。なお、接続管１２内に送り込まれる液体としては、空気との接触により吸熱反応を生じる揮発性の高い液体であればよく、例えばアルコール類やアルコールと水の混合液等であってもよい。

次に、上記構成からなるパイプクーリングシステム１による冷却工程について説明する。冷却管１０が敷設された状態で、コンクリート躯体３を構成するコンクリートの打設が完了すると、コンクリートに含まれるセメントと水の水和反応に起因する水和熱により、その内部温度が徐々に上昇し、一定の期間経過後に降下する。そして、当該温度上昇と温度降下は、コンクリートの体積膨張，収縮を招き、特にコンクリート躯体３と接する地盤やフーチング等の構造物による外部拘束により、養生期間終了後のコンクリート躯体３にひび割れ（温度ひび割れ）を生じさせる要因となる。そこで、コンクリート硬化中における過度な温度上昇を抑制するため、本実施形態に係るパイプクーリングシステム１が好適に採用される。

まず、コンクリート打設中又はコンクリート打設後に送風手段３０を駆動させ、接続管１２を介して冷却管１０内に空気を送出する。このときの送風量は、冷却管１０内の流速が概ね常時１５〜２０ｍ／ｓに維持されるように設定するのが好ましい。また、流速は冷却管１０の流路断面積に依存するため、冷却管１０の直径に応じて送風量を適宜設定すればよい。冷却管１０内の流速を概ね上記範囲に維持することにより、注液手段４０により供給される水が接続管１２内において細かく霧状化し、冷却効果を向上させることが可能となる。

冷却管１０内の流速を上記範囲に設定した後、注液手段４０を調節して注液管１４を介して接続管１２内に水を供給する。ここで、水の供給量は、例えば１４０ｍｌ／ｍｉｎ程度に設定される。図２に示すように、供給量を上記設定とすることにより、注液管１４を介して接続管１２内に進入した水は、接続管１２内を流れる流速１５〜２０ｍ／ｓの空気によって直ちに霧状化し、接続管１２を介して冷却管１０内に流入することとなる。つまり、送風手段３０は、注液管１４を介して供給される水を霧状化させるとともに、当該霧状化した水を冷却管１０内に流入させる機能を有する。なお、水の供給量は、接続管１２内を流れる空気の流速によって霧状化する量であればよく、より好適には冷却管１０内で気化することにより排出口としての他端部１０Ｂから排出されない量であればよい。

以上の工程により、所定の流速の空気と霧状化された水とが同時に冷却管１０内に流入すると、霧状化された水は、その流通過程において気化し、冷却管１０内の温度が降下する。そして、冷却管１０の温度降下により、冷却管１０に接するコンクリート付近を中心としてコンクリート躯体３全体の温度が降下することとなり、硬化時に生じる過度な水和熱による上昇を抑制できる。またこのとき、冷却管１０の一端部１０Ａから流入した水は、他端部１０Ｂに流通過程において概ね気化するため、排出口としての他端部１０Ｂからは、実質的に空気のみが排出されることとなり、水を回収する設備を別途設ける必要はない。具体的には、１４０ｍｌ／ｍｉｎで供給された水は、他端部１０Ｂ側において僅か１４ｍｌ／ｍｉｎで排出されており、回収設備が不要であること、及び供給された水の大部分が冷媒として機能していることが確認された。

次に、図３を参照して、上記構成からなるパイプクーリングシステム１による冷却効果について説明する。図３（ａ）は、本実施形態に係るパイプクーリングシステム１について、図３（ｂ）は、送風のみの従来のパイプクーリングシステムについて、コンクリート打設後の図１の各点Ｐ１〜Ｐ５における温度変化を示すグラフである。図１，図３に示すように、点Ｐ１は冷却管１０の一端部１０Ａ側（流入側）における冷却管１０に流入する空気の温度であり、点Ｐ２は冷却管１０の他端部１０Ｂ側（流出側）における冷却管１０から流出する空気の温度である。また、点Ｐ３，点Ｐ４はコンクリート躯体３の側面３Ｄ側におけるコンクリートの温度であり、点Ｐ５は冷却管１０が敷設されていないコンクリート躯体３の中央部におけるコンクリートの温度である。また、点Ｐ３と点Ｐ４とでは、冷却管１０からの距離が異なっており、点Ｐ３は冷却管１０とコンクリートとの境界付近を測定しているのに対し、点Ｐ４は、冷却管１０から約２００ｍｍ程度中央部側に離れた位置を測定している。

各グラフに示すように、コンクリート躯体３の各点Ｐ１〜Ｐ５においては、コンクリート打設から概ね１２時間を過ぎた頃に温度上昇のピークを迎え、その後徐々に温度降下に転じる。
特に図３（ｂ）に示すように、コンクリート躯体３の中央部に相当する点Ｐ５とコンクリート躯体３の側面３Ｄ側の点Ｐ３とでは、ピーク時の温度差が７．６℃であるのに対して、図３（ａ）においてはその差が１２．８℃となっていることが分かる。つまり、本実施形態に係るパイプクーリングシステム１は、送風のみを行う従来のパイプクーリングシステムよりも冷却効果に優れたものであることが確認された。

実施形態１に係る冷却管１０は、コンクリート躯体３を周回するように敷設されているため、冷却管１０の温度は、排出口としての他端部１０Ｂ側に向うに従って高くなり、他端部１０Ｂ側における冷却効果が低下する傾向にある。つまり、冷却管１０の延長長さが長い程、排出口付近の冷却管１０内の空気の温度が上昇するとともに、一端部１０Ａ側から流入した水が行き届きづらくなり、気化熱による冷却効果が低下すると考えられる。そこで、以下のような構成を採用することにより、冷却効果の低減防止を図ることも可能である。

［実施形態２］
図４は、パイプクーリングシステム１の他の実施形態を示す図である。同図において冷却管１０の延長経路には、複数の注液管１４が接続されている。複数の注液管１４は、注液手段４０と接続された主管１６から分岐しており、注液手段４０から供給される水は、主管１６及び複数の注液管１４を介して冷却管１０内に流入する。なお、冷却管１０と複数の注液管１４との接続は、コンクリート打設前に事前に行うことが望ましい。

このような構成によれば、各注液管１４を介して冷却管１０に流入した水が各々の地点から霧状化した状態で他端部１０Ｂ方向に流れるため、排出口としての他端部１０Ｂ側に霧状化した水が行き届きやすくなり、他端部１０Ｂ側において冷却効果が低減することを防止できる。なお、複数の注液管１４の接続位置は、冷却管１０の総延長長さ、及び気化の効率を考慮して他端部１０Ｂ側から排出される水の排出量が最小となる位置に設定すればよい。また、例えば各注液管１４に流量調整用のコックを配設し、一端部１０Ａから他端部１０Ｂに向うに従って各注液管１４から冷却管１０に供給される水の量を減少させる構成とすれば、他端部１０Ｂ側から排出される水の排出量を容易に最小化することができる。

［実施形態３］
図５は、パイプクーリングシステム１の他の実施形態を示す図である。同図においては、コンクリート躯体３の側面３Ｂ；３Ｃ；３Ｄにそれぞれ対応して沿うように冷却管１０Ｐ；１０Ｑ；１０Ｒが敷設され、それぞれの一端部に複数の接続管１２を介して送風手段３０が接続されている。また、複数の接続管１２には、注液手段４０から分岐した注液管１４がそれぞれ接続されている。このような構成とすれば、各冷却管１０Ｐ〜１０Ｒの単位あたりの延長長さが短縮化され、一端部１０Ａと他端部１０Ｂとの温度差が緩和されるため、管内を流れる空気と水による冷却効果を実施形態１に係るものよりも効率的に高めることが可能となる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが上記各構成に係るパイプクーリングシステム１及び当該システムによるパイプクーリング方法によれば、冷却器等の設備を用いることなく、空気のみを供給した場合よりも冷却効率を高めることが可能である。また、冷媒としての水が殆ど排出されないことから、水の圧送，回収，循環に要する大規模な設備を要することがない。
つまり、コンクリートの温度上昇を抑制するに足りる冷却効率と、設備の大規模化及びコストの抑制とを両立することが可能となる。なお、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に限定されるものではない。上記実施の形態に多様な変更、改良を加え得ることは当業者にとって明らかであり、そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

例えば、上述の各実施形態においては、注液手段４０から供給された水を接続管１２内を流れる空気によって霧状化する構成としたが、注液管１４の先端部にシャワー型のヘッドを設け、予め霧状化された水を接続管１２内に供給する構成としてもよい。このような構成とすれば、予め霧状化された水が冷却管１０内において更に細かい霧状となるため、霧状の水が他端部１０Ｂ側まで行き届き易くなり、他端部１０Ｂ側での冷却効率を高めることができる。

１ パイプクーリングシステム，３ コンクリート躯体，１０ 冷却管，
１０Ａ 一端部（供給口），１０Ｂ 他端部（排出口），１２ 接続管，
１４ 注液管，２０ 送風管，３０ 送風手段，４０ 注液手段。

Claims (3)

1. コンクリート内に敷設された冷却管に冷媒を供給し、コンクリートを冷却するパイプクーリングシステムであって、
   前記冷却管内に液体を供給する注液手段と、
   前記冷却管内の一方から他方に向けて気体を供給して前記液体を霧状化させる送風手段と、
   を備えたことを特徴とするパイプクーリングシステム。
2. 前記送風手段と前記冷却管の一端部とを接続する接続管と、前記注液手段と前記接続管とを接続する注液管と、当該注液管の先端部に設けられたシャワー型のヘッドとを備え、当該シャワー型のヘッドを通過して霧状化した液体が前記接続管内に供給されて、当該接続管内に供給された霧状化した液体が、前記送風手段から供給された気体によりさらに細かい霧状となって前記冷却管内に供給されるように構成されたことを特徴とする請求項１に記載のパイプクーリングシステム。
3. コンクリート内に敷設された冷却管に冷媒を供給し、コンクリートを冷却するパイプクーリング方法であって、
   前記冷却管内の一方から他方に向けて気体を供給するとともに、前記冷却管内に液体を供給することによって、当該液体を霧状化する工程を備えたことを特徴とするパイプクーリング方法。

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