JP6762847B2 - コンクリートの打設方法 - Google Patents

Description

本発明は、コンクリートの打設方法に関する。

橋脚やボックスカルバートのような大型の構造物をコンクリートで構築する際、コンクリートは水和熱による温度ひび割れが生じやすい。すなわち、大型のコンクリートでは、中心部と周縁部とで水和熱の自然放熱のしやすさが異なり、生じる温度差から両者間の体積変化に差異が生じ、これが内部応力となって温度ひび割れの原因となる。

従来、コンクリートの中心部と周縁部との温度差を小さくする方法が考案されている。例えば特許文献１では、コンクリート内にクーリングパイプを配設し、これに中心部から周縁部に向けて冷却水を流すことで中心部の水和熱を周縁部に移行させ、コンクリート内部の温度勾配を緩やかなものとしている。

特開２００４−３６０３３３号公報

ところで、大型の構造物の構築では、一度に全体のコンクリートを打設するのではなく、複数の構造単位に分けて順次打設する。このとき、既設コンクリートに対して打継面を介して打設した新設コンクリートは、打継面において既設コンクリートから外部拘束を受けることになる。すなわち、新設コンクリートが水和熱によって膨張しようとするときは新設コンクリート内に圧縮応力が生じ、その後水和熱が自然放熱してコンクリートが収縮しようとするときは、引張応力が生じる。外部拘束に起因するこれらの応力は、いずれも温度ひび割れの原因となる。

そこで本発明は、内部応力だけでなく外部拘束に起因する温度ひび割れを抑制することができるコンクリートの打設方法を提供することを目的とする。

本発明は、第１のコンクリートを打設するとともに、第１のコンクリートに埋め込まれた第１の管に第１のコンクリートの温度よりも低い温度の流体を流して第１のコンクリートを冷却する第１の打設冷却工程と、第１の打設冷却工程の後に、第１のコンクリートの温度よりも高い温度の流体を第１の管に流して第１のコンクリートを加温する加温工程と、加温工程と並行して、又は、加温工程の後に、第１のコンクリートに打継される第２のコンクリートを打設するとともに、第２のコンクリートに埋め込まれた第２の管に第２のコンクリートの温度よりも低い温度の流体を流して第２のコンクリートを冷却する第２の打設冷却工程と、を備えるコンクリートの打設方法を提供する。

この打設方法では、第１のコンクリートを打設するとともにこれを冷却することによって、第１のコンクリートに生じる水和熱の温度の最大値を低下させることができる。その後、自然放熱によって温度が下がってゆく第１のコンクリートを加温する一方で、第２のコンクリートを打設するとともにこれを冷却することによって、打継面を介して隣接する両コンクリート間の温度差を小さくすることができる。また同時に、第２のコンクリートに生じる水和熱の温度の最大値を低下させることもできる。このように両コンクリートの水和熱の最大値を低下させること、及び、両コンクリート間の温度差を小さくすることによって、両コンクリートにおける中心部と周縁部との温度差による内部応力を小さくすることができ、且つ、第２のコンクリートに生じる外部拘束を緩和することができる。従って、本発明の打設方法によれば、内部応力だけでなく外部拘束に起因する温度ひび割れを抑制することができる。

ここで、第１の打設冷却工程では、第１のコンクリートの冷却を第１のコンクリートの打設開始と同時に開始し、加温工程は、第１のコンクリートの打設後の温度発現のピーク到達後に開始することが好ましい。これによれば、水和熱の生じ始めから水和熱の最盛期に亘って第１のコンクリートを効果的に冷却することができる。

加温工程は、流す流体の温度を第１のコンクリートの温度変化に応じて変化させる徐冷工程と、徐冷工程の後に、流す流体の温度を所定の温度に保つ保温工程と、を有することが好ましい。この場合、徐冷工程では第１のコンクリートの自然放熱による温度低下の速度を小さくするように流体を流すことで、中心部と周縁部との温度差を小さくする。従って、徐冷工程は、専ら内部応力を小さくすることに寄与する。他方、保温工程では第１のコンクリートの温度を維持するように所定の温度の流体を流すことで、第１のコンクリートとこれに打継される第２のコンクリートとの温度差を小さくすることができる。従って、保温工程は、専ら第２のコンクリートに生じる外部拘束を緩和することに寄与する。

第１の管及び第２の管は、樹脂からなり、外面において周方向に延びる溝を当該管の長さ方向に亘って複数有することが好ましい。この場合、管の表面積が大きくなり、管に流す流体とコンクリートとの熱交換の効率が高くなる。

第１の管及び第２の管は、断面視円形であり、内径に対する外径の比が１．１〜１．３であることが好ましい。この場合、管の厚さが熱交換にとって適切なものとなり、管に流す流体とコンクリートとの熱交換の効率が高くなる。

本発明によれば、内部応力だけでなく外部拘束に起因する温度ひび割れを抑制することができるコンクリートの打設方法を提供することができる。

第１リフト及び第２リフトの断面図である。 第１の管を配設した様子を示す図である。 第３リフトの打設冷却工程を実施している様子を示す図である。 第３リフトの徐冷工程を実施している様子を示す図である。 第２の管を配設した様子を示す図である。 第４リフトの打設冷却工程を実施している様子を示す図である。 第４リフトの徐冷工程を実施している様子を示す図である。 第３リフト及び第４リフトの温度の経時的変化を示すグラフである。 （ａ）及び（ｂ）のいずれも、管の違いによる冷却効果の違いを示すグラフである。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

橋脚やボックスカルバートのような大型の構造物をコンクリートで構築する際、一度に全体のコンクリートを打設するのではなく、複数の構造単位（以下、「リフト」と呼ぶ。）に分けて、打継面を介して順次打設する。ここで、打設したコンクリートに生じる水和熱に起因して、各リフト内においてはコンクリートの膨張及びその後の収縮において内部応力が発生し、リフト間においては打継面において新設コンクリートが既設コンクリートから外部拘束を受けることになる。本実施形態の打設方法は、これらの応力を小さくする手段を講じることによって、内部応力及び外部拘束に起因する温度ひび割れがコンクリートに生じることを抑制するものである。

＜打設方法＞
本実施形態の打設方法を説明する。図１に示されているとおり、既に構築されて地面に接している第１リフト１、及びこの上に打継された第２リフト２に対し、更に第３リフト３及び第４リフト４を打継ぐ場面を想定して説明する。なお、各リフトは、図示の横幅が５ｍ程度、高さがそれぞれ３ｍ程度の規模である。

図２に示されているとおり、第３リフト３を構築するための第１のコンクリートを打設すべき第１の空間３ａの内部に、鉄筋及び第１の管３１を配設する。第１の管３１は、第１の空間３ａ内を折り返しながら互いに例えば５０〜１００ｃｍの間隔となるように配設する。第１の管３１は、その両端を、第１の空間３ａの外部と連絡するように向けられた状態とする。なお、図２では鉄筋の図示を省略している。

図３に示されているとおり、第１の管３１の端部を、地上に設置された冷水タンク５とホース６で連結させる。冷水タンク５内の冷水は、ポンプ７によってホース６内及び第１の管３１内に流すことができる。

次に、第１の空間３ａの周囲に、図示しない型枠を設置し、第１の空間３ａ内に第１のコンクリート３０を打設する。打設と同時に、第１のコンクリート３０に温度センサ（図示せず）を取り付ける。

また、打設と当時にポンプ７を駆動し、第１の管３１内に冷水を流通させる（第１の打設冷却工程）。冷水の温度は、水和熱によって上昇する第１のコンクリート３０の温度よりも低い温度とする。したがって、冷水の温度は、例えば５〜３０℃とすることが好ましく、１０〜２０℃とすることがより好ましい。冷水は、冷水タンク５と第１の管３１との間を循環する。

温度センサによって、第１のコンクリート３０の水和熱の発生具合を知ることができる。第１のコンクリート３０は、打設直後から水和熱が生じて温度が上昇していく。水和熱が頂点に達すると、その後は放熱して温度が下降していく。ここで、温度センサが示す温度から、第１のコンクリート３０の温度が下降し始める時期、すなわち、水和熱の発生の頂点を知ることができる。

第１のコンクリート３０の温度が下降し始めたとき、図４に示されているとおり、冷水タンク５を温水タンク８に取り換え、第１の管３１に温水を流して第１のコンクリートを加温する（加温工程）。加温し始めの時期においては温水の温度は、第１のコンクリート３０の温度よりも高い温度とし、第１のコンクリート３０の温度の下降にしたがって温度を低いものとしていく（徐冷工程）。この場合において、温水の温度は、例えば第１のコンクリート３０の温度よりも５〜３０℃高い温度とすることが好ましく、１０〜２０℃高い温度とすることがより好ましい。より具体的には、第１のコンクリート３０の温度が６０℃である場合は、温水の温度を７０℃とすることが好ましい。温水は、温水タンク８と第１の管３１との間を循環する。

所定時間の経過後、又は、温度センサが所定の温度を示した後に、流す温水の温度を一定値に保つようにする（保温工程）。これに先だって、第１のコンクリート３０の管理温度値を定め（例えば４０℃）、この温度を保つことができるように、流す温水の温度を決定する。

ここで、「所定の時間」及び「所定の温度」は、例えば事前のコンピュータシミュレーションや過去の同規模の工事からコンクリートの温度の下降の程度を推定し、コンクリートの温度と管理温度値との接近具合から判断する。徐冷工程は、温水とコンクリートとの温度差に着目しながら温水の温度を変化させて流す工程であり、保温工程は、コンクリートの温度と管理温度値との差に着目しながらコンクリートの温度を監視する工程である。

第４リフトの構築を行う。図５に示されているとおり、第４リフト４を構築するための第２のコンクリートを打設すべき第２の空間４ａの内部に、鉄筋及び第２の管４１を配設する。第２の管４１は、第２の空間４ａ内を折り返しながら互いに例えば５０〜１００ｃｍの間隔となるように配設する。第２の管４１は、その両端を、第２の空間４ａの外部と連絡するように向けられた状態とする。なお、図５では鉄筋の図示を省略している。

図６に示されているとおり、第２の管４１の端部を、地上に設置された冷水タンク５とホースで連結させる。冷水タンク５内の冷水は、ポンプ７によってホース６内及び第２の管４１内に流すことができる。

次に、第２の空間４ａの周囲に、図示しない型枠を設置し、第２の空間４ａ内に第２のコンクリート４０を打設する。打設と同時に、第２のコンクリート４０に温度センサ（図示せず）を取り付ける。

また、打設と当時にポンプ７を駆動し、第２の管４１内に冷水を流通させる（第２の打設冷却工程）。冷水の温度は、水和熱によって上昇する第２のコンクリート４０の温度よりも低い温度とする。したがって、冷水の温度は、例えば５〜３０℃とすることが好ましく、１０〜２０℃とすることがより好ましい。冷水は、冷水タンク５と第２の管４１との間を循環する。

第２のコンクリート４０の温度が下降し始めたとき、図７に示されているとおり、第１のコンクリート３０の加温を停止し、同時に、冷水タンク５を温水タンク８に取り換え、第２の管４１に温水を流して第１のコンクリートを加温する（加温工程）。加温し始めの時期においては、温水の温度は第２のコンクリート４０の温度よりも高い温度とし、第２のコンクリート４０の温度の下降にしたがって温度を低いものとしていく（徐冷工程）。この場合において、温水の温度は、例えば第２のコンクリート４０の温度よりも５〜３０℃高い温度とすることが好ましく、１０〜２０℃高い温度とすることがより好ましい。より具体的には、第２のコンクリート４０の温度が６０℃である場合は、温水の温度を７０℃とすることが好ましい。温水は、温水タンク８と第２の管４１との間を循環する。

所定時間の経過後、又は、温度センサが所定の温度を示した後に、流す温水の温度を一定値に保つようにする（保温工程）。これに先だって、第２のコンクリート４０の管理温度値を定め（例えば４０℃）、この温度を保つことができるように、流す温水の温度を決定する。

第１の管３１には、セメントミルク等のグラウト材を流し込んで固化させる。そして、第２のコンクリート４０の保温工程を終えた後には、第２の管４１にもセメントミルク等のグラウト材を流し込んで固化させる。こうして第３リフト３及び第４リフト４が完成する。

＜作用効果＞
次に、本実施形態の打設方法の作用効果について説明する。図８に、打設したコンクリートの温度の変化をグラフで表した。四本のグラフ線が指しているものは以下のとおりである。
Ａ_１（破線）…冷水・温水を流さない場合の第３リフトの温度変化。
Ａ_２（実線）…冷水・温水を流した場合の第３リフトの温度変化（本実施形態）。
Ｂ_１（破線）…冷水・温水を流さない場合の第４リフトの温度変化。
Ｂ_２（実線）…冷水・温水を流した場合の第４リフトの温度変化（本実施形態）。

「Ｃ」及び「Ｈ」の記号の意味は以下のとおりである。
Ｃ_１…第３リフトの冷却期間
Ｈ_１１…第３リフトの加温期間（徐冷工程）
Ｈ_１２…第３リフトの加温期間（保温工程）
Ｃ_２…第４リフトの冷却期間
Ｈ_２１…第４リフトの加温期間（徐冷工程）
Ｈ_２２…第４リフトの加温期間（保温工程）

打設したコンクリートに対して冷却や加温を実施しない場合、Ａ_１線及びＢ_１線のように、打設時から生じた水和熱が頂点に達した後、自然放熱によって温度が下降していく。一方、本実施形態の打設方法では、第１のコンクリート３０を打設するとともにこれを冷却することによって、冷却しなかった場合と比べて第１のコンクリート３０に生じる水和熱の温度の最大値（すなわちコンクリートの温度）を低下させることができる（図８中の左側の白抜き矢印参照）。

その後、徐冷工程Ｈ_１１において、第１のコンクリート３０の自然放熱による温度低下の速度を小さくするように第１のコンクリート３０を加温することによって、第１のコンクリート３０の中心部と周縁部との温度差を小さくする。従って、徐冷工程Ｈ_１１は専ら第１のコンクリート３０の内部応力を小さくすることに寄与する。

他方、これに続く保温工程Ｈ_１２では第１のコンクリート３０の温度を維持するように所定の温度の温水を流すことで、加温しなかった場合と比べて、第１のコンクリート３０とこれに打継される第２のコンクリート４０との温度差を小さくすることができる（図８中の黒矢印参照）。従って、保温工程Ｈ_１２は、第１のコンクリート３０に対して打継いだ第２のコンクリート４０の冷却効果（図８中の右側の白抜き矢印参照）と相俟って、専ら第２のコンクリート４０に生じる外部拘束を緩和することに寄与する。

以上によれば、第１のコンクリート３０及び第２のコンクリート４０の水和熱の最大値を低下させること、及び、両コンクリート間の温度差を小さくすることによって、両コンクリートにおける中心部と周縁部との温度差による内部応力を小さくすることができ、且つ、第２のコンクリート４０に生じる外部拘束を緩和することができる。従って、本実施形態の打設方法によれば、内部応力だけでなく外部拘束に起因する温度ひび割れを抑制することができる。

＜管＞
本実施形態において用いられる第１の管３１及び第２の管４１について、好ましい形態を説明する。第１の管３１及び第２の管４１は、重量、伝熱性（外部との熱交換として）、耐腐食性、可撓性等の観点から、樹脂からなることが好ましい。樹脂製の管は、金属製の管と比べて伝熱性が劣る傾向があるものの、重量、耐腐食性、可撓性の点で有利である。

また、第１の管３１及び第２の管４１は、外面において周方向に延びる溝を当該管の長さ方向に亘って複数有していることが好ましく、この場合、管の表面積が大きくなって管の内部に流す冷水又は温水とコンクリートとの熱交換の効率が高くなるとともに、湾曲に対する許容性が高くなり、配設の自由度が増す。

また、第１の管３１及び第２の管４１は、熱伝導性の観点から、断面視円形であることが好ましく、内径に対する外径の比が１．１〜１．３であることが好ましい。例えば、内径は１０〜３０ｍｍであり、外径は１５〜３５ｍｍであることが好ましい。

管を延長するために管同士を繋ぐ場合、及び管とホース６とを繋ぐ際は、繋ぐべき双方の端部を自己融着性を有するブチルテープで幾重にも巻きながら連結する。そして、ブチルテープを巻いた部分を覆うようにして熱収縮テープを巻き、ヒートガンなどを用いてテープを熱収縮させる。更に、必要に応じて熱収縮テープの上から金具を巻いて締める。

管の熱交換率を検討すべく、実験を行った。内容積が６５０ｍｍ×６５０ｍｍ×６５０ｍｍの立方体であって上部が開放された箱体を発泡スチロールで組んだ。立方体の中心部を通るようにして、立方体の側面から反対側の側面へと、従来の「ブレードホース」又は本実施形態の管に相当する「カナフレキＣＤ」の管を水平に貫通させた。
・「ブレードホース」…ポリ塩化ビニル製、内径１９ｍｍ、外径２７ｍｍ、外面における溝なし。
・「カナフレキＣＤ」…ポリエチレン製、内径２２ｍｍ、外径２７ｍｍ、外面における溝あり。

箱体の内部にコンクリートを満たし、管に３０リットル／分の速度で水を流した。コンクリート内部において管から５０ｍｍ離れた地点、及び、管から１７５ｍｍ離れた地点での温度の経時的変化を記録した。それぞれの結果を図９（ａ）及び図９（ｂ）に示す。

図９（ａ）及び図９（ｂ）グラフから、「ブレードホース」よりも「カナフレキＣＤ」のほうが、広範囲に亘ってコンクリートの冷却効果が高いことが分かる。また、熱交換率を解析した結果、「ブレードホース」の熱交換率は１２０Ｗ／ｍ^２℃であり、「カナフレキＣＤ」の熱交換率は２００Ｗ／ｍ^２℃であった。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。例えば、上記実施形態では第３リフトの保温工程と第４リフトの打設冷却工程との時期が一部重複するように実施したが、第４リフトの打設冷却工程を実施する前に第３リフトの保温工程を終えてもよい。

また、上記実施形態では第１の管３１及び第２の管４１に流す流体（熱媒）として水を用いたが、他の液体でもよい。また、流体は水蒸気等の気体を用いてもよい。

なお、上記実施形態では、既に完成された第２リフト２に対して第３リフト３の打継を開始する態様を示したが、第２リフト２と第３リフト３との施工タイミングは、第３リフト３と第４リフト４との施工タイミングと同様としてもよい。すなわち、第２リフト２に対する保温工程と並行して、又は保温工程の後に、第３リフト３の打設冷却工程を開始してもよい。より一般化すると、本発明は、第ｎリフトと、これに対して打継される第ｎ＋１リフトとの間に適用することができる（ｎは正の整数）。

１…第１リフト、２…第２リフト、３…第３リフト、３ａ…第１の空間、４…第４リフト、４ａ…第２の空間、５…冷水タンク、６…ホース、７…ポンプ、８…温水タンク、３０…第１のコンクリート、３１…第１の管、４０…第２のコンクリート、４１…第２の管。

Claims (4)

1. 第１のコンクリートを打設するとともに、前記第１のコンクリートに埋め込まれた第１の管に前記第１のコンクリートの温度よりも低い温度の流体を流して前記第１のコンクリートを冷却する第１の打設冷却工程と、
   前記第１の打設冷却工程の後に、前記第１のコンクリートの温度よりも高い温度の流体を前記第１の管に流して前記第１のコンクリートを加温する加温工程と、
   前記加温工程と並行して、又は、前記加温工程の後に、前記第１のコンクリートに打継される第２のコンクリートを打設するとともに、前記第２のコンクリートに埋め込まれた第２の管に前記第２のコンクリートの温度よりも低い温度の流体を流して前記第２のコンクリートを冷却する第２の打設冷却工程と、を備え、
   前記加温工程は、流す流体の温度を前記第１のコンクリートの温度変化に応じて変化させながら前記第１のコンクリートの温度を下げてゆく徐冷工程と、
   前記徐冷工程の後に、流す流体の温度を所定の温度に保つ保温工程と、を有するコンクリートの打設方法。
2. 前記第１の打設冷却工程では、前記第１のコンクリートの冷却を前記第１のコンクリートの打設開始と同時に開始し、
   前記加温工程は、前記第１のコンクリートの打設後の温度発現のピーク到達後に開始する、請求項１記載のコンクリートの打設方法。
3. 前記第１の管及び前記第２の管は、樹脂からなり、外面において周方向に延びる溝を当該管の長さ方向に亘って複数有する、請求項１又は２記載のコンクリートの打設方法。
4. 前記第１の管及び前記第２の管は、断面視円形であり、内径に対する外径の比が１．１〜１．３である、請求項３記載のコンクリートの打設方法。

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