JP7424568B2 - Road snow melting facility - Google Patents
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Description
この発明は、道路などの現場で打設されて形成される舗装体のコンクリートに埋設された放熱管に、熱媒体として地下水などの所要温度の液体を通すことで路面の融雪を行う路面融雪施設に関する。 This invention is a road snow melting facility that melts snow on a road surface by passing a liquid at a desired temperature, such as groundwater, as a heat medium through heat dissipation pipes buried in the concrete of a pavement that is cast and formed on-site, such as a road. Regarding.
従来から、路面に降った雪は融雪によって除去することが、人や車両のスリップ事故を防止するための最善の方法であるが、その融雪には、熱エネルギーが必要になる。このため、熱源として電熱体を埋設するなどの特別な設備を設ける必要があり、熱エネルギー消費が大きくなり易く、これらのコストを低減することが課題になっている。 Traditionally, the best way to prevent slip-and-fall accidents involving people and vehicles is to remove snow that has fallen from the road surface by melting it, but melting the snow requires thermal energy. For this reason, it is necessary to provide special equipment such as burying an electric heating element as a heat source, which tends to increase thermal energy consumption, and it is a challenge to reduce these costs.
これに対して従来は、熱エネルギーを効率的に利用できる手段として、例えば、遠赤外線放射セラミックス粉末と砂、砂利、火山礫などを所定の割合で混練したものを、舗装道路上に所定厚さに敷均したり、遠赤外線放射セラミックス粉末と砂、砂利、火山礫などを混練焼成し粉砕したものを屋根材などに吹付け乾燥させるようにした（特許文献１参照）ものが提案されている。 Conventionally, as a means to efficiently utilize thermal energy, for example, far-infrared emitting ceramic powder is mixed with sand, gravel, volcanic lapilli, etc. in a predetermined ratio, and the mixture is spread over a paved road to a predetermined thickness. It has been proposed to mix and fire far-infrared emitting ceramic powder with sand, gravel, volcanic lapilli, etc., and then spray and dry it on roofing materials, etc. (see Patent Document 1). .
また、従来、セメントと、グラファイト又はコークス又は高温焼成炭の粗粒子と、カーボン短繊維とを主組成材とする；該主組成材を加水混練してプレキャストコンクリート路板又は現場打ちコンクリート路盤を形成する；該プレキャストコンクリート路板又は現場打ちコンクリート路盤中においてカーボン短繊維が交錯し、且つ該カーボン短繊維が上記粗粒子間を架橋した構造を有する；上記カーボン短繊維に通電するための通電用電極を有する；該カーボン短繊維を通電線路として上記粗粒子に通電して該粗粒子の発熱を促す構成を有する発熱プレキャストコンクリート路板又は発熱現場打ちコンクリート路盤（特許文献２参照）が提案されている。 Conventionally, the main composition materials are cement, coarse particles of graphite or coke or high-temperature calcined charcoal, and short carbon fibers; the main composition materials are kneaded with water to form a precast concrete road board or cast-in-place concrete road bed. has a structure in which short carbon fibers are intertwined in the precast concrete road board or cast-in-place concrete road bed, and the short carbon fibers bridge the coarse particles; an energizing electrode for energizing the short carbon fibers; A heat-generating precast concrete roadbed or a heat-generating cast-in-place concrete roadbed (see Patent Document 2) has been proposed, which has a configuration in which the short carbon fibers are used as current conduction lines to energize the coarse particles to promote heat generation in the coarse particles. .
さらに、従来、本発明のコンクリートブロックからなる機能型舗装用ブロックは、セメントを主バインダとして複数の種類の骨材を接合した機能型舗装用ブロックであって、複数の種類の骨材のうち少なくとも１種類の骨材が人造黒鉛粒子からなる骨材であり、この人造黒鉛粒子は、主たる成分が黒鉛化された炭素骨材と炭素バインダから構成されている真密度が２．２２ｇ／ｃｍ３以上の粒子であり、機能型舗装用ブロックに対して２～８重量％含む（特許文献３参照）ものが提案されている。 Further, conventionally, a functional paving block made of the concrete block of the present invention is a functional paving block made by bonding a plurality of types of aggregates using cement as a main binder, and at least one of the plurality of types of aggregates. One type of aggregate is an aggregate made of artificial graphite particles, and these artificial graphite particles are mainly composed of graphitized carbon aggregate and carbon binder, and have a true density of 2.22 g/cm 3 or more. It has been proposed that the particles contain 2 to 8% by weight of functional paving blocks (see Patent Document 3).
しかしながら、これらの先行技術文献においては、現場で打設されて形成される舗装体のコンクリートに埋設された放熱管に、地中熱又は地熱を熱源とする熱媒体としての地下水(温泉水を含む)などの所要温度の液体を通すことで路面の融雪を行う路面融雪施設についての具体的且つより適切な形態が提案されていない。 However, in these prior art documents, heat dissipation pipes buried in the concrete of the pavement that is cast and formed on site are equipped with underground water (including hot spring water) as a heat medium using geothermal heat or geothermal heat as a heat source. ) A concrete and more appropriate form of a road snow melting facility that melts snow on a road surface by passing a liquid at a required temperature has not been proposed.
路面融雪施設に関して解決しようとする問題点は、現場で打設されて形成される舗装体のコンクリートに埋設された放熱管に、熱媒体としての所要温度の液体を通すことで路面の融雪を行う路面融雪施設において、従来使用されていなかった低温の地下水を熱源とする場合や地下水量が足りない場合にも有効に施設を構築できるなど、設置条件を緩和でき、敷設コストの低減や耐久性の向上をできるものが提案されていないことにある。 The problem that we are trying to solve regarding the road snow melting facility is to melt snow on the road surface by passing a liquid at the required temperature as a heat medium through heat dissipation pipes that are buried in the concrete of the pavement that is poured and formed on site. In road snow melting facilities, installation conditions can be eased, such as when using low-temperature groundwater as a heat source, which has not been used before, or when there is insufficient groundwater, and this makes it possible to ease installation conditions, reduce installation costs, and improve durability. The problem lies in the fact that nothing that could be improved has been proposed.
そこで本発明の目的は、現場で打設されて形成される舗装体のコンクリートの熱伝導性を高めることで、設置条件を緩和でき、敷設コストの低減や耐久性の向上ができる路面融雪施設を提供することにある。 Therefore, the purpose of the present invention is to create a road snow melting facility that can ease the installation conditions, reduce installation costs, and improve durability by increasing the thermal conductivity of the concrete of the pavement that is cast and formed on site. It is about providing.
本発明は、上記目的を達成するために次の構成を備える。
本発明に係る路面融雪施設の一形態によれば、減水剤を配合した生コンクリートが現場で打設されて形成される舗装体のコンクリートよって設けられ、該舗装体のコンクリートに埋設された放熱管に、熱媒体としての所要温度の液体を通すことで路面の融雪を行う路面融雪施設において、前記舗装体のコンクリートは、クラック防止用の鉄網が埋設されて道路や歩道の路面を形成するものであって、前記舗装体のコンクリートを構成する細骨材の一部が、粒径が０．５～５ｍｍの砂粒状の人造黒鉛に置換されていることを特徴とする。
The present invention includes the following configuration to achieve the above object.
According to one embodiment of the road snow melting facility according to the present invention, the heat dissipation pipe is provided by the concrete of the pavement body formed by pouring ready-mixed concrete mixed with a water reducing agent on site , and is buried in the concrete of the pavement body. In a road snow melting facility that melts snow on a road surface by passing a liquid at a required temperature as a heat medium, the concrete of the pavement is embedded with a steel mesh to prevent cracks to form the road surface of the road or sidewalk. It is characterized in that a part of the fine aggregate constituting the concrete of the pavement body is replaced with artificial graphite in the form of sand grains with a grain size of 0.5 to 5 mm .
また、本発明に係る路面融雪施設の一形態によれば、前記舗装体のコンクリートの路面から埋設された前記放熱管の断面の中心までの埋設深さが、６０～９０ｍｍであることを特徴とすることができる。 Further, according to one embodiment of the road snow melting facility according to the present invention, the buried depth from the concrete road surface of the pavement to the center of the cross section of the buried heat dissipation pipe is 60 to 90 mm. can do.
また、本発明に係る路面融雪施設の一形態によれば、前記舗装体の細骨材の重量に対する前記人造黒鉛による置換率が、１０～２５％になっていることを特徴とすることができる。 Further, according to one embodiment of the road snow melting facility according to the present invention, a replacement ratio of the artificial graphite to the weight of the fine aggregate of the pavement body is 10 to 25%. .
また、本発明に係る路面融雪施設の一形態によれば、前記舗装体のコンクリートの路面から埋設された前記放熱管の断面の中心までの埋設深さを基準とし、該埋設深さに対して、前記舗装体のコンクリート内に配置された前記放熱管の管路同士の間隔が３～５倍になっていることを特徴とすることができる。 Further, according to one embodiment of the road surface snow melting facility according to the present invention, the burial depth from the concrete road surface of the pavement to the center of the cross section of the buried heat dissipation pipe is used as a reference, and with respect to the burial depth. , the spacing between the heat dissipation pipes arranged in the concrete of the pavement body may be 3 to 5 times larger.
本発明の路面融雪施設によれば、現場で打設されて形成される舗装体のコンクリートの熱伝導性を高めることで、設置条件を緩和でき、敷設コストの低減や耐久性の向上ができるという特別有利な効果を奏する。 According to the road snow melting facility of the present invention, by increasing the thermal conductivity of the concrete of the pavement that is cast and formed on site, the installation conditions can be relaxed, reducing installation costs and improving durability. It has a particularly advantageous effect.
以下、本発明に係る路面融雪施設の形態例を、添付図面（図１、２）に基づいて詳細に説明する。本形態例は、現場で打設されて形成される舗装体のコンクリートに埋設された放熱管に、熱媒体としての所要温度の液体（本形態例では地下水）を通すことで路面の融雪を行う路面融雪施設に関するものであり、この路面融雪施設は、例えば、路面消・融雪施設等設計要領編集委員会が編集し、社団法人日本建設機械化協会北陸支部（新潟市中央区新光町６－１興和ビル９Ｆ）が発行した「路面消・融雪施設等設計要領」における第３編融雪施設（無散水融雪施設）に記載されている設計要領に準拠して施工できるものである。 Hereinafter, an embodiment of the road snow melting facility according to the present invention will be described in detail based on the attached drawings (FIGS. 1 and 2). This example melts snow on the road surface by passing a liquid (groundwater in this example) at the required temperature as a heat medium through heat dissipation pipes buried in the concrete of the pavement that is poured and formed on site. This is related to road snow melting facilities, and this road snow melting facility is compiled by, for example, the editorial committee of design guidelines for road surface melting/snow melting facilities, etc. It can be constructed in accordance with the design guidelines listed in Part 3 of Snow Melting Facilities (Non-water Sprinkling Snow Melting Facilities) in the ``Design Guidelines for Road Surface Removal/Snow Melting Facilities'' published by Building 9F).
本発明に係る路面融雪施設は、舗装体のコンクリート２０を構成する細骨材の一部が、砂粒状の人造黒鉛に置換されたものである。本形態例では、砂粒状の人造黒鉛の平均粒径が、０．５～５ｍｍの範囲の中にあるとすることができ、その人造黒鉛の粒状材が、砂などの細骨材の一部を代替する資材としてコンクリートに混合されている。なお、一般的に、コンクリートの配合要素としては、前記の細骨材の他に、セメント、水、粗骨材、混和剤を挙げることができる。また、人造黒鉛は、有害性が低く、安全性の高い資材である。
In the road snow melting facility according to the present invention, a part of the fine aggregate constituting the
また、本形態例の路面融雪施設では、図１に示すように、舗装体のコンクリート２０の路面２１から埋設された放熱管３０の断面の中心までの埋設深さ（ｔ）を基準とし、その埋設深さ（ｔ）に対して、その舗装体のコンクリート２０内に配置された放熱管３０の管路同士の間隔（ｗ）が３～５倍になっている。なお、従来の標準的な路面融雪施設では、埋設深さ（ｔ）に対して、その舗装体のコンクリート２０内に配置された放熱管３０の管路同士の間隔（ｗ）が約２～２．６６倍に設定されている。
In addition, in the road surface snow melting facility of this embodiment, as shown in FIG. The distance (w) between the
本発明に係る路面融雪施設によれば、人造黒鉛を適切に混合することによって現場で打設されて形成される舗装体のコンクリート２０の熱伝導性を高めることができるため、その舗装体のコンクリート２０の全体をより均一に温め易くなり、必要な融雪効果を維持しつつ、舗装体のコンクリート２０内に埋設・配置される放熱管３０の管路同士の間隔（ｗ）を広めることが可能となって、敷設コストの低減と耐久性の向上ができる。すなわち、放熱管３０の管路同士の間隔（ｗ）を広めることができるため、単位面積当たりの放熱管３０の長さを短くすることができ、敷設コストを低減できる。また、放熱管３０は図２に示すように屈曲部が半円形に形成されて敷設されるが、本発明によれば、曲率半径を大きくすることができると共に単位面積当たりの屈曲部の数を減らすことができるため、管路の目詰まりのリスクを低減でき、最も消耗・腐食され易い屈曲部の耐久性を高めることができる。また、舗装体のコンクリート２０の熱伝導性を高めることで、熱効率を高めることが可能となり、従来使用されていなかった低温の地下水を熱源とする場合や地下水量が足りない場合にも有効に施設を構築できるなど、設置条件を緩和できるという効果がある。
According to the road snow melting facility according to the present invention, by appropriately mixing artificial graphite, it is possible to increase the thermal conductivity of the
具体的には、従来の実施例では、前記の「路面消・融雪施設等設計要領」に記載されている例のように、放熱管３０の埋設深さ（ｔ）が７５ｍｍのとき、放熱管３０の管路同士の間隔（ｗ）は１５０～２００ｍｍを標準としているが、本発明の形態例によれば、その放熱管３０の管路同士の間隔（ｗ）を２２５ｍｍ～３７５ｍｍ程度に設定することができるようになる。また、放熱管３０としては、樹脂管、炭素鋼鋼管又はステンレス鋼管を用いることができ、その管径は例えば内径１３ｍｍとすることができる。
Specifically, in the conventional embodiment, when the buried depth (t) of the
また、本発明に係る路面融雪施設によれば、熱輸送性に優れているため、融雪機能を発揮するだけでなく、夏季に気温が上昇した場合には、空気の熱を効果的に地中へ逃がし、舗装体のコンクリート２０自体が過熱されることを適切に防止して冷却できる効果もある。さらに、舗装体のコンクリート２０の熱伝導性を高めることができるため、放熱管３０の埋設深さをより深くすることが可能となる。これによれば、放熱管３０に対する交通荷重を低減することができ、路面の耐用年数を長期化することができる。
Furthermore, since the road snow melting facility according to the present invention has excellent heat transport properties, it not only performs the snow melting function, but also effectively transfers heat from the air to the ground when the temperature rises in summer. This also has the effect of properly preventing and cooling the concrete 20 of the pavement body from overheating. Furthermore, since the thermal conductivity of the concrete 20 of the pavement can be increased, it becomes possible to bury the
そして、本形態例の路面融雪施設では、舗装体のコンクリート２０を構成する細骨材の重量に対する人造黒鉛による置換率を、１０～２５％とすることができる。また、舗装体のコンクリート２０の全体重量に対する前記人造黒鉛による置換率として換算した場合は、４～１０％とすることができる。すなわち、本形態例の舗装体のコンクリート２０では、その全体重量に対して細骨材が約４０％混合されるように設計されており、これを基準にして置換率を計算すると、上記のような数値の関係になっている。
なお、コンクリート２０にかかる人造黒鉛の混合重量の具体例は、例えば、１ｍ３のコンクリート２０を打設する際に、上記のようにコンクリート２０を構成する細骨材の重量に対する人造黒鉛による置換率を１０～２５％とすると、その人工黒鉛の重量は、約６０～１５０ｋｇとなっている。
In the road snow melting facility of this embodiment, the replacement rate of artificial graphite to the weight of the fine aggregate constituting the concrete 20 of the pavement can be 10 to 25%. Further, when converted as a replacement rate of the artificial graphite to the total weight of the concrete 20 of the pavement body, it can be 4 to 10%. In other words, the concrete 20 of the pavement of this embodiment is designed to have approximately 40% fine aggregate mixed in with respect to its total weight, and when the replacement rate is calculated based on this, the above-mentioned result is obtained. It is a numerical relationship.
A specific example of the mixed weight of artificial graphite in the concrete 20 is, for example, the replacement ratio of artificial graphite to the weight of fine aggregate constituting the concrete 20 when pouring 1 m 3 of concrete 20 as described above. If the amount of graphite is 10 to 25%, the weight of the artificial graphite is approximately 60 to 150 kg.
これによれば、舗装体を構成するコンクリート２０の熱伝導率を、４０～１００％程度高めることができる。実際に熱伝導率を計測した値によれば、通常の砂を１００％使用した場合の標準コンクリートの熱伝導率が、１．６Ｗ／ｍ・Ｋであり、これに対して、人造黒鉛をコンクリートの全体重量に対して１０％置換した場合の熱伝導率が２．３Ｗ／ｍ・Ｋになり、人造黒鉛をコンクリートの全体重量に対して２０％置換した場合の熱伝導率が３．１Ｗ／ｍ・Ｋになっている。すなわち、人造黒鉛の置換率が１０～２０％の間では、その熱伝導率の変化は、ほぼ線形に比例している。 According to this, the thermal conductivity of the concrete 20 constituting the pavement body can be increased by about 40 to 100%. According to actual thermal conductivity measurements, the thermal conductivity of standard concrete using 100% normal sand is 1.6 W/m・K, whereas that of artificial graphite concrete The thermal conductivity when replacing 10% of the total weight of concrete is 2.3 W/m・K, and the thermal conductivity when replacing 20% of the total weight of concrete with artificial graphite is 3.1 W/m・K. It has become m.K. That is, when the substitution rate of artificial graphite is between 10 and 20%, the change in thermal conductivity is approximately linearly proportional.
なお、本願発明にかかるコンクリートの強度については、ＪＩＳ規格に基づいて圧縮強度及び曲げ強度を測定したところ、その強度は、細骨材に対する人造黒鉛の置換率を増大させるにしたがって徐々に低下する傾向がみられたが、わずかな低下にとどまり、コンクリートの基準強度を十分に上回ることが確認されている。
また、さらなる実験によれば、コンクリートに配合される標準的な減水剤を、高性能の減水剤に置き換えることで、本願発明にかかるコンクリートの圧縮強度及び曲げ強度が、標準のコンクリートと比較して同等以上となることが確認されている。
Regarding the strength of the concrete according to the present invention, the compressive strength and bending strength were measured based on JIS standards, and it was found that the strength tends to gradually decrease as the substitution ratio of artificial graphite to fine aggregate increases. However, it has been confirmed that the decrease is only slight and the strength is well above the standard strength of concrete.
Furthermore, further experiments have shown that by replacing the standard water reducing agent mixed in concrete with a high-performance water reducing agent, the compressive strength and flexural strength of the concrete according to the present invention are improved compared to standard concrete. It has been confirmed that it is equivalent or better.
さらに、本願発明にかかるコンクリートの性質としては、熱伝導率を高めることができるため、熱が逃げやすくなって繰り返し熱変形の負荷が小さくなって、クラックが生じるリスクを低減できる。また、本願発明にかかるコンクリートの打設時の性質について、例えば亀裂が発生しないことやコンクリートの縮みが所要量以下であることは、通常のコンクリートと比較して同等であって、遜色ないことが確認されている。
また、本発明にかかる人造黒鉛を添加した路面融雪施設（無散水融雪舗装）の耐摩耗性(すり減り量)の評価試験を行った。人造黒鉛を無添加のものと、細骨材の２０％を人造黒鉛に置き換えて添加したものとを対比した結果、人造黒鉛を添加したものの方が、すり減り量が若干多い傾向にあったが、実用性には支障ないことが確認されている。
Furthermore, since the concrete according to the present invention has high thermal conductivity, heat can easily escape, the load of repeated thermal deformation is reduced, and the risk of cracking can be reduced. Furthermore, regarding the properties of the concrete according to the present invention at the time of pouring, for example, no cracks occur and the shrinkage of the concrete is less than the required amount, it is equivalent to and comparable to ordinary concrete. Confirmed.
In addition, an evaluation test was conducted to evaluate the wear resistance (amount of abrasion) of the road snow melting facility (non-sprinkling snow melting pavement) to which artificial graphite according to the present invention was added. As a result of comparing one without artificial graphite and one in which 20% of the fine aggregate was replaced with artificial graphite, it was found that the amount of abrasion was slightly higher in the one with artificial graphite added. It has been confirmed that there is no problem with practicality.
本実施例における人造黒鉛は、コンクリートの一部を構成する細骨材に代替できるものであり、その仕様は、組成分が固定炭素９９％以上、灰分０．１％以下、揮発分０．２％以下、水分０．１％以下、真比重が２．２３～２．２５ｇ／ｃｃ、熱膨張係数４５０～８００℃が０．８～１．３×１０－６／℃、熱伝導率が１５０Ｗ／ｍ・Ｋ、硬度が４０ＨＳ、粒度(粒径)の範囲が０．５～５ｍｍになっており、この仕様を満たす富士黒鉛工業株式会社（東京都世田谷区成城８－３３－２）製の人造黒鉛を利用することができる。なお、本願発明にかかる人造黒鉛はこれに限定されるものではなく、例えば、粒度(粒径)の範囲がより細かい０～３ｍｍの人造黒鉛を、コンクリートの材料として同様に添加することができる。 The artificial graphite used in this example can be used as a substitute for fine aggregate that constitutes a part of concrete, and its specifications include a composition of 99% or more fixed carbon, 0.1% or less ash, and 0.2% volatile content. % or less, water content 0.1% or less, true specific gravity 2.23 to 2.25 g/cc, thermal expansion coefficient 450 to 800°C 0.8 to 1.3×10 -6 /°C, thermal conductivity 150W /m・K, hardness is 40HS, particle size range is 0.5 to 5 mm, and the product manufactured by Fuji Graphite Industries Co., Ltd. (8-33-2 Seijo, Setagaya-ku, Tokyo) meets these specifications. Artificial graphite can be used. Note that the artificial graphite according to the present invention is not limited to this, and for example, artificial graphite with a finer particle size range of 0 to 3 mm can be similarly added as a material for concrete. can.
本発明に係る路面融雪施設における路面２１とは、一般歩車道の舗装された道路の路面２１に限定されず、その道路の路面２１に準ずる場所として、玄関、建物に付随するポーチやスロープ、公共施設のバリアフリー部、バス停、タクシー乗降口など、人が移動できて融雪を必要とする場所として面状に露出している地上面を含むものである。本発明によれば、多くの人々に利用される公共施設における滑り易い場所などに利用することで、人々の移動の安全性をより効果的に高めることができる。
The
次に、本発明に係る路面融雪施設の実証実験について説明する。
この実証実験は、長野県中野市柳沢の武田設備株式会社敷地内で実施された。中野市は長野県北部に位置しており、積雪が多く豪雪地帯に指定されている。人造黒鉛（粒径０．５～５ｍｍ）の添加率の異なる３ケースを実施した。人造黒鉛の添加率０％（通常のコンクリート舗装）と、細骨材の１０、２０％（質量比）を人造黒鉛に置換した２ケースである。なお、本実証実験では、１ｍ３あたりの添加量はそれぞれ６０、１２０ｋｇ／ｍ３とした。図３、４に実証実験施設の平面図および断面図を示す。地盤内に埋設した地中タンク（容量２００Ｌ）内に貯めた水をヒーターにより温め、水中ポンプ（最大流量２０Ｌ／ｍｉｎ）により放熱管内を循環させた。放熱管には炭素鋼鋼管（呼径１５ｍｍ）を用いた。前述の現行の設計要領(現行の融雪舗装)では、放熱管の間隔は１５～２０ｃｍを標準と規定されており、これを参考にして、１５、３０、４５ｃｍの３種類とした。
Next, a demonstration experiment of the road snow melting facility according to the present invention will be explained.
This demonstration experiment was conducted on the premises of Takeda Equipment Co., Ltd. in Yanagisawa, Nakano City, Nagano Prefecture. Nakano City is located in the northern part of Nagano Prefecture and is designated as a heavy snowfall area due to heavy snowfall. Three cases with different addition rates of artificial graphite (particle size 0.5 to 5 mm) were conducted. These are two cases in which the addition rate of artificial graphite is 0% (normal concrete pavement) and in which 10 and 20% (mass ratio) of the fine aggregate is replaced with artificial graphite. In this demonstration experiment, the amounts added per 1 m 3 were 60 and 120 kg/m 3 , respectively. Figures 3 and 4 show a plan and cross-sectional view of the demonstration facility. Water stored in an underground tank (capacity 200 L) buried in the ground was warmed by a heater and circulated in a heat radiation pipe by a submersible pump (maximum flow rate 20 L/min). A carbon steel pipe (nominal diameter 15 mm) was used as the heat dissipation pipe. In the current design guidelines (current snow melting pavement) mentioned above, the standard spacing between heat dissipation tubes is 15 to 20 cm, and with this as a reference, we have created three types: 15, 30, and 45 cm.
次に、上記の要領で行われた実証実験の計測結果について、図５～１０に基づいて説明する。
図５に示すデータは、１月の平均データであって、現行の融雪舗装と同等である放熱管の間隔が１５ｃｍで人造黒鉛の添加率が０％（無添加）のものを標準融雪舗装とし、この標準融雪舗装に対し、本発明に係る人造黒鉛を添加した４種の融雪舗装（人造黒鉛を２０％添加で１５ｃｍ間隔、２０％添加で３０ｃｍ間隔、２０％添加で４５ｃｍ間隔、１０％添加で３０ｃｍ間隔）と、比較例としての人造黒鉛を無添加の３０ｃｍ間隔及び人造黒鉛を無添加の４５ｃｍ間隔の融雪舗装との温度差を比較したものである。なお、各温度センサーの設置場所は、図３に示すように、配設された放熱管同士の中間位置であって、路面下の深さが１０ｍｍになっている。なお、日中は日照の影響があるために比較しにくく、以下の考察は、主に夜間のデータを重視することで行っている。
Next, the measurement results of the demonstration experiment conducted in the manner described above will be explained based on FIGS. 5 to 10.
The data shown in Figure 5 is the average data for January, and the standard snow melting pavement is the same as the current snow melting pavement, with a heat dissipation tube spacing of 15 cm and an artificial graphite addition rate of 0% (no additive). , 4 types of snow melting pavements to which artificial graphite according to the present invention was added to this standard snow melting pavement (20% addition of artificial graphite at 15 cm intervals, 20% addition at 30 cm intervals, 20% addition at 45 cm intervals, 10% addition This figure compares the temperature difference between snow melting pavement with 30 cm spacing without the addition of artificial graphite and snow melting pavement with 45 cm spacing without the addition of artificial graphite as comparative examples. In addition, as shown in FIG. 3, each temperature sensor is installed at an intermediate position between the heat dissipation tubes, and the depth under the road surface is 10 mm. Note that it is difficult to compare data during the day due to the influence of sunlight, so the following discussion focuses primarily on nighttime data.
この図５に示すように、標準融雪舗装（従来（０％－１５ｃｍ））を基準（０．０）として求められた温度差は、人造黒鉛を２０％添加で１５ｃｍ間隔の融雪舗装の温度が、１℃程度高くなっているが、その他は温度が低くなっている。
しかしながら、３０ｃｍ間隔の人造黒鉛を１０％又は２０％添加した融雪舗装は、標準融雪舗装に比べて温度が０．２～０．３℃程度低くなっているだけであり、３０ｃｍ間隔同士で人造黒鉛が無添加のものと比べると、１℃程度高くなっており、融雪効果を期待できるものになっている。
すなわち、各温度センサーの設置場所は、図３に示すように配設された放熱管同士の中間位置であるため、３０ｃｍ間隔の人造黒鉛を１０％又は２０％添加した融雪舗装の場合は、舗装の全面を対象とすると、その少なくとも半分以上の部分が、標準融雪舗装における温度センサーの設置場所に比べて、温度が同等以上に高くなっていると推測される。
したがって、上記の人造黒鉛を添加した場合の融雪舗装は、放熱管同士の間隔を、標準融雪舗装の場合と比べて大幅に広げても、舗装の全面を対象とすると、標準融雪舗装と同程度以上の路面温度を期待でき、高い融雪効果を期待できる。
なお、昼間の温度については、日照が影響するため、標準融雪舗装と比較して温度差が大きくなっているが、人造黒鉛を添加した場合に一様に低くなる傾向があるのは、日照によって暖められた熱が、人造黒鉛を添加した影響で分散し易いことによると考えられる。
As shown in Figure 5, the temperature difference found with the standard snow melting pavement (conventional (0% - 15 cm)) as the reference (0.0) is that the temperature of the snow melting pavement at 15 cm intervals with the addition of 20% artificial graphite is , the temperature is about 1°C higher, but the temperature is lower elsewhere.
However, the temperature of snow melting pavement with 10% or 20% artificial graphite added at 30cm intervals is only about 0.2 to 0.3°C lower than that of standard snow melting pavement; The temperature is about 1℃ higher than that without additives, making it possible to expect snow melting effects.
In other words, since each temperature sensor is installed at a midpoint between the heat dissipation pipes arranged as shown in Figure 3, in the case of snow melting pavement with 10% or 20% artificial graphite added at 30 cm intervals, the pavement It is estimated that the temperature of at least half of the entire area is equivalent to or higher than the temperature sensor installation location on standard snow melting pavement.
Therefore, even if the spacing between the heat dissipation tubes in snow-melting pavement added with the above-mentioned artificial graphite is greatly increased compared to standard snow-melting pavement, when the entire surface of the pavement is covered, it is about the same as standard snow-melting pavement. You can expect higher road surface temperatures and higher snow melting effects.
Regarding the daytime temperature, the temperature difference is larger compared to standard snow melting pavement due to the influence of sunlight, but the reason why it tends to be uniformly lower when artificial graphite is added is due to sunlight. This is thought to be due to the fact that the heated heat is easily dispersed due to the effect of adding artificial graphite.
これに対して、４５ｃｍ間隔の人造黒鉛を２０％添加した融雪舗装と、４５ｃｍ間隔の人造黒鉛を無添加の融雪舗装とは、どちらも、標準融雪舗装に比べて温度が１．５℃程度低くなっており、人造黒鉛を添加した効果が生じていない。これによれば、舗装体のコンクリートの路面から埋設された放熱管３０の断面の中心までの埋設深さを基準とし、その埋設深さに対して、舗装体のコンクリート内に配置された放熱管３０の管路同士の間隔が少なくとも６倍より大きくなった場合には、人造黒鉛を添加することによる効果が生じにくいことを立証したことになる。但し、４５ｃｍ間隔の人造黒鉛を２０％添加した融雪舗装の場合も、放熱管３０に近い部分には、熱が伝達し易いため、その部分については融雪を促進できる効果は依然としてある。
On the other hand, snow melting pavement with 20% artificial graphite added at 45 cm intervals and snow melting pavement without artificial graphite added at 45 cm intervals both have a temperature about 1.5°C lower than the standard snow melting pavement. , and there is no effect of adding artificial graphite. According to this, based on the burial depth from the concrete road surface of the pavement to the center of the cross section of the buried
このことは、放熱管３０の配管の間隔が同じもの同士の温度差を比較した図６～９に示す図表データからも明らかであり、以下に説明する。
図６では、間隔が１５ｃｍで、添加率２０％と無添加（０％）の温度差を示しており、図７では、間隔が３０ｃｍで、添加率２０％と無添加（０％）の温度差を示しており、図８では、間隔が３０ｃｍで、添加率１０％と無添加（０％）の温度差を示しており、図９では、間隔が４５ｃｍで、添加率２０％と無添加（０％）の温度差を示しており、それぞれ、１２月、１月、２月の平均値を示している。なお、温度センサーの設置位置を含め、実験施設は、図３、４に示したものである。
This is clear from the chart data shown in FIGS. 6 to 9, which compare the temperature differences between
Figure 6 shows the temperature difference between the addition rate of 20% and no addition (0%) with an interval of 15 cm, and Figure 7 shows the temperature difference between the addition rate of 20% and no addition (0%) with an interval of 30 cm. Figure 8 shows the temperature difference between the addition rate of 10% and no addition (0%) with an interval of 30 cm, and Figure 9 shows the temperature difference between the addition rate of 20% and no addition (0%) with an interval of 45 cm. (0%), and the average values for December, January, and February are shown, respectively. The experimental facility, including the installation location of the temperature sensor, is shown in Figures 3 and 4.
これによれば、放熱管３０の間隔が１５ｃｍと３０ｃｍのものでは、いずれも人造黒鉛を添加することで、舗装の温度が高くなり、放熱管３０内の温度を路面に効率よく伝達できることが確認された。また、放熱管３０の間隔が狭く、添加率が高いほど、温度差は大きくなることが確認された。なお、午前中からお昼過ぎにかけて温度差が小さくなり、場合によってはマイナスになっている現象は、日照によって舗装体に供給された熱が、舗装体直下の路盤に効率よく伝達されるため、舗装体の温度が無添加の場合よりも低下したものと考えられる。
しかしながら、放熱管３０の間隔が４５ｃｍのものでは、人造黒鉛（２０％）を添加した効果が認められなかった。したがって、人造黒鉛を添加しても、舗装体のコンクリートの路面から埋設された放熱管３０の断面の中心までの埋設深さを基準とし、その埋設深さに対して、平面視で３倍の距離の温度センサーが配置された位置までは、熱伝達を高める効果が生じないことになる。このため、前述したように放熱管３０の管路同士の間隔が少なくとも６倍より大きくなった場合には、人造黒鉛を添加することによる効果が生じにくいことを立証したことになる。
According to this, it was confirmed that for both types of
However, in the case where the interval between the
また、実際の融雪状況を確認するため、降雪のあった２０２１年１２月２７日から２８日の期間に実証実験を行った。なお、通常の無散水融雪舗装では、降雪の前に放熱管に通水して路面を暖めておくが、この実証実験では、各ケースの融雪効果を直接比較するために、積雪がある状態において通水を開始し、その後の融雪効果の比較を行うこととした。路面に１５０ｍｍ程度の積雪がある２０２１年１２月２７日１５時に、水中ポンプを稼働して放熱管に通水を開始した。ヒーターを事前に稼働しておき、通水開始直前の水温は３２℃程度であった。なお、放熱管表面に設置した温度センサー（図３参照）によって計測した温度では、放熱管に通水を開始した時点で２０℃程度に、４時間後には１０℃程度になっていた。 In addition, in order to confirm the actual snow melting situation, a demonstration experiment was conducted from December 27 to 28, 2021, when there was snowfall. In addition, in normal non-water-melting snow-melting pavement, water is passed through heat sink pipes to warm the road surface before snowfall, but in this demonstration experiment, in order to directly compare the snow-melting effects in each case, we We decided to start water flow and compare the subsequent snow melting effects. At 3:00 p.m. on December 27, 2021, when there was about 150 mm of snow on the road, the submersible pump was activated and water began flowing through the heat radiation pipes. The heater was operated in advance, and the water temperature immediately before water flow started was about 32°C. In addition, the temperature measured by a temperature sensor installed on the surface of the heat radiation tube (see FIG. 3) was about 20° C. when water started flowing through the heat radiation tube, and about 10° C. after 4 hours.
この実証実験によれば、図１０に示すように、通水開始４時間後の１９時において、人造黒鉛０％（無添加）の場合、放熱管の埋設部分に沿って雪が少なくなっているものの、路面全体が雪に覆われている。一方、人造黒鉛２０％添加・間隔１５０ｍｍでは、雪がほぼ無くなって路面が露出している。１０％添加・間隔１５０ｍｍでは、放熱管の間の部分に一部雪が残っているものの、路面が露出している部分も多い。今回の条件では、放熱管間隔１５０ｍｍでは人造黒鉛添加による高い融雪効果が認められる。そして、間隔３００ｍｍ、４５０ｍｍでは人造黒鉛を添加した場合でも雪は残っており、放熱管に沿う部分の一部が露出する程度であるが、無添加の場合よりも融雪効果が高いことが確認された。 According to this demonstration experiment, as shown in Figure 10, at 19:00, 4 hours after the start of water flow, in the case of 0% artificial graphite (no additives), there was less snow along the buried part of the heat dissipation pipe. , the entire road surface is covered with snow. On the other hand, when artificial graphite is added at 20% and the spacing is 150 mm, the snow is almost completely gone and the road surface is exposed. At 10% addition and 150mm spacing, although some snow remains between the heat sinks, there are many areas where the road surface is exposed. Under the present conditions, a high snow melting effect due to the addition of artificial graphite was observed when the heat sink spacing was 150 mm. At spacings of 300 mm and 450 mm, snow remained even when artificial graphite was added, and although only a portion of the area along the heat sink was exposed, it was confirmed that the snow melting effect was higher than when no additive was added. Ta.
次に、本発明に係る具体的な構成例について、図４に基づいて詳細に説明する。
図４に示すように、本発明に係る路面融雪施設によれば、舗装体のコンクリート２０は、クラック防止用の鉄網が埋設されて道路や歩道の路面２１を形成するものになっている。これによれば、本発明に係る舗装体のコンクリート２０は、鉄網が埋設される厚くて高い耐久性が要求される路面融雪施設に適用できるものになっている。
Next, a specific configuration example according to the present invention will be described in detail based on FIG. 4.
As shown in FIG. 4, according to the road snow melting facility according to the present invention, the concrete 20 of the pavement is embedded with a steel mesh for preventing cracks to form the
すなわち、本発明に係る舗装体のコンクリート２０では、例えば高い強度が要求される道路や歩道の土工部であってクラック防止用の鉄網が埋設される場合は、そのコンクリートの厚さが十分に確保されており、舗装体のコンクリート２０の路面２１から埋設された放熱管３０の断面の中心までの埋設深さが、一般的に６０ｍｍから９０ｍｍ程度であって、例えば道路として標準的には図４の実証実験例に示すように、コンクリートの路面２１から放熱管３０の上面までの深さである放熱管被りが７０ｍｍ程度になっている。なお、舗装体のコンクリート２０の厚さは、一般的に１３０ｍｍｍから２５０ｍｍ程度であって、例えば道路として標準的には図４の実証実験例に示すように、２００ｍｍ程度になっている。
That is, in the concrete 20 of the pavement body according to the present invention, for example, when a steel mesh for crack prevention is buried in an earthwork part of a road or sidewalk where high strength is required, the thickness of the concrete is sufficient. The buried depth from the
ところで、従来から本発明のような路面融雪施設が開発されてこなかった要因としては、細骨材としての砂（コンクリート用砕砂を含む）に比べて吸水性が高い人造黒鉛（細骨材）を、生コンクリートの資材として混入した場合は、生コンクリートの流動性が低下し易く、型枠でコンクリート製品を成型するプレキャストでは問題がないが、現場で打設して成形する舗装体のコンクリート２０に用いることは未知数であるという阻害要因があった。なお、砂の吸水率は１～３％程度であるのに対して、人造黒鉛の吸水率は約５～８％になっており、この吸水率が高いことが生コンクリートの流動性が低下し易い要因になると考えられ、その流動性を高めるために生コンクリートに混入する水の量を増やすとコンクリートの強度が低下するという問題が生じる。すなわち、特に、鉄網が埋設される厚くて高い耐久性が要求される舗装体のコンクリート２０に適用する場合、生コンクリートは鉄網の網目を通過できる流動性が必要であり、適正な流動性を確保できると共に、舗装体のコンクリート２０として適切な強度を確保できるか否かの検証は簡単ではなく、容易に想到できるものではない。 By the way, one of the reasons why road snow melting facilities like the one of the present invention have not been developed is that artificial graphite (fine aggregate), which has higher water absorption than sand (including crushed sand for concrete), is used as fine aggregate. If it is mixed as a material in ready-mixed concrete, the fluidity of the ready-mixed concrete is likely to decrease, and there is no problem with precasting, which forms concrete products using formwork, but when concrete 20 is used as a pavement body that is cast and formed on site. There was an impediment to its use in that it was an unknown quantity. Furthermore, while the water absorption rate of sand is about 1 to 3%, the water absorption rate of artificial graphite is about 5 to 8%, and this high water absorption rate reduces the fluidity of ready-mixed concrete. If the amount of water mixed into fresh concrete is increased in order to improve its fluidity, the problem arises that the strength of the concrete decreases. That is, especially when applied to the concrete 20 of a pavement body in which a steel mesh is buried and which is required to be thick and highly durable, the ready-mixed concrete needs to have fluidity that can pass through the mesh of the steel mesh, and appropriate fluidity is required. It is not easy to verify whether or not it is possible to ensure the strength of the concrete 20 of the pavement as well as the appropriate strength for the concrete 20 of the pavement, and it is not something that can be easily conceived.
また、厚くて高い耐久性が要求される舗装体のコンクリート２０においては、高い圧縮強度及び曲げ強度や高い耐摩耗性についても検証が必要であり、人造黒鉛は細骨材としての砂に比べて軽くて強度に劣るため、その人造黒鉛を混入して用いたコンクリートの強度は未知数であった。このことも、本発明のような路面融雪施設を想到するための阻害要因になっていた。本発明による路面融雪施設では、それらの検証がなされており、前述の阻害要因を解消できている。
In addition, in
また、本発明に係る路面融雪施設のさらなる効果としては、人造黒鉛をコンクリートの資材として混入したことで熱伝導率が高まるため、打設されたコンクリートが硬化する際に発生する水和熱を適切に逃がすことができ、コンクリートの熱膨張を低減できる。これによれば、コンクリートを適切に硬化させることができるため、舗装体のコンクリート２０にクラックが生じることを防止でき、その強度を高める効果がある。 In addition, as a further effect of the road snow melting facility according to the present invention, the thermal conductivity is increased by mixing artificial graphite as a material in concrete, so that the heat of hydration generated when the poured concrete hardens is properly absorbed. can be released to reduce the thermal expansion of concrete. According to this, since the concrete can be appropriately hardened, cracks can be prevented from occurring in the concrete 20 of the pavement body, and there is an effect of increasing its strength.
以上、本発明につき好適な形態例を挙げて種々説明してきたが、本発明はこの形態例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのは勿論のことである。 Although the present invention has been variously explained above using preferred embodiments, the present invention is not limited to these embodiments, and it goes without saying that many modifications can be made without departing from the spirit of the invention. It is about.
１０ 路盤
２０ 舗装体のコンクリート
２１ 路面
３０ 放熱管
10
Claims (4)
前記舗装体のコンクリートは、クラック防止用の鉄網が埋設されて道路や歩道の路面を形成するものであって、
前記舗装体のコンクリートを構成する細骨材の一部が、粒径が０．５～５ｍｍの砂粒状の人造黒鉛に置換されていることを特徴とする路面融雪施設。 The concrete of the paving body is formed by pouring ready-mixed concrete mixed with a water reducing agent on site , and by passing a liquid at the required temperature as a heat medium through the heat dissipation pipes buried in the concrete of the paving body. At road snow melting facilities that melt snow on road surfaces,
The concrete of the pavement body has a steel mesh embedded therein to prevent cracks and forms the road surface of a road or sidewalk,
A road snow melting facility characterized in that a part of the fine aggregate constituting the concrete of the pavement body is replaced with sand grain-like artificial graphite having a grain size of 0.5 to 5 mm .
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