JPH0641927B2 - 自己発熱を伴う試料の断熱温度上昇試験装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はコンクリート又はモルタル等の自己発熱を伴う
試料の断熱温度上昇試験装置に係り、特に、試験槽内に
収納された試料のスラリ状態から徐々に固化する過程で
生じる水和反応に伴う温度上昇に対して、試験槽表面温
度が追随するように環境温度を制御することにより、試
験槽内の試料を断熱状態に保ち、試料の自己発熱量およ
び自己発熱速度を高精度に測定する装置に関する。

〔従来の技術〕

従来より、建設現場におけるコンクリート又はモルタル
の打設状況を確認するために、コンクリート及びモルタ
ルの断熱温度上昇試験装置が広く使用されている。即
ち、試験装置内において建設現場における実際の配合と
同様な配合によりコンクリート等を形成して断熱温度試
験を行うものである。

一般に、このようなコンクリート等の断熱温度上昇試験
装置は、水又は空気を熱媒として、固定した熱媒の槽を
設けたものが使用されている。即ち、空気槽の場合には
槽内にコルク、発泡スチロール、スチロール等の緩衝材
で覆つた試験槽を設け、また水槽の場合にはコルク等の
緩衝材を設置することなく、試験槽内の試料としてのセ
メントの水和反応による温度上昇に追随させて槽内の熱
媒の温度を制御し、人為的に断熱状態を現出せしめ試料
であるコンクリートの断熱温度上昇量を測定しようとす
るものである。第６図に示すように、空気を熱媒とした
コンクリートの断熱温度上昇試験装置を例に採り説明す
ると、断面路正方形に形成されると共に内側面には断熱
材１ａが配設された格納容器としてのステンレス製カロ
リメータボツクス１内には、コルク製からなり円筒状に
形成された緩衝容器２が設置され、該緩衝容器２内には
試験槽８に密閉された試料としてのコンクリート３が収
納されている。そして、該緩衝容器２の例えば側方には
ヒータ４が配置され、温度差調節計９により作動が制御
されるように構造されている。また、上記試験槽８内に
収納されたコンクリート３にはコンクリート３の中心温
度を計測する試料温度計６ａが挿入配置されていると共
にカロリメータボツクス１の内部には槽内温度を計測す
る槽内温度計６ｂが装着されており、該試料温度計６ａ
および槽内温度計６ｂはともに温度差算出器７に接続さ
れる。この温度差算出器７は、コンクリート３の中心温
度と槽内温度の温度差を算出する。９は温度差調節器で
あり、温度差算出器７の算出結果に基づき、温度差をゼ
ロとするようにサイリスタＳを駆動する。サイリスタＳ
は温度差調節器９からの制御信号に基づいてヒータ４を
ＯＮ，ＯＦＦし槽内温度を調整するものである。このよ
うに、この装置は、試験槽８内の試料の温度上昇の変化
に追随する形でヒータ４が作動し、試験槽８内の温度と
カロリメータボツクス１内部の温度とを略同一に保つた
状態において試料の断熱温度上昇量を測定するものであ
る。

〔従来技術の問題点〕

ところで、従来の断熱温度上昇試験装置にあつては、コ
ンクリートの中心温度と槽内温度の差を算出し、その差
がゼロとなるようにヒータを駆動して槽内温度を上昇さ
せるが、ヒータ４により加熱した場合であつても、試験
槽８内の温度上昇と槽内の温度上昇との間には時間的な
ズレが生じ、結局のところ温度差をなくすことはできな
いという問題がある。

そこで、本発明の課題は、コンクリート等の試料の中心
温度とコンクリートの表面温度差をゼロとすることによ
り断熱状態を有効に形成する点にある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決した本発明の技術的手段は、自己発熱
を伴う試料の断熱温度上昇試験装置として、試験槽（１
６）に収納された自己発熱を伴う試料（１５）を、格納
容器（１０）に着脱自在に収容し、制御部（１１）によ
り試料内部の温度上昇に試験槽表面温度が追随するよう
に試験環境を制御しつつ試料温度を測定する自己発熱を
伴う試料の断熱温度上昇試験装置において、 前記格納容器（１０）は前記試験槽（１６）を格納する
分割可能な台車付き容器を形成し、内面に断熱材（１
３）を内張りし、その断熱材（１３）の内側には前記試
験槽（１６）に密接する熱媒体を流通させる熱媒流路を
形成した熱媒ジャケット（１４）を設け、その熱媒ジャ
ケット（１４）の熱媒流路に熱媒体を循環させる循環手
段（３３）と、その循環手段（３３）により循環させる
熱媒体の温度を調節する温度調節手段（３０，３１）と
を備え、さらに、前記制御部（１１）には、前記試料
（１５）の中心温度を測定する試料温度計（６ａ）と、
前記熱媒ジャケット（１４）の温度を測定する熱媒ジャ
ケット温度計（６ｃ）と、測定された試料中心温度と熱
媒ジャケット温度との基づき、自己発熱により生ずる試
料中心温度の変化に熱媒ジャケット温度を遅れなく追随
させるための目標温度を設定して出力する制御目標設定
手段（２８）と、この制御目標設定手段（２８）から与
えられた目標温度と前記熱媒ジャケット温度とに基づ
き、制御温度を求めて前記熱媒ジャケット温度を調節す
る熱媒温度制御手段（２９）とを備え、 熱媒ジャケット温度の設定された目標温度に対して求め
られた制御温度に基づき、前記温度調節手段（３０，３
１）を動作させて前記熱媒ジャケット（１４）を流れる
前記熱媒体の温度を調節することにより、前記試料中心
温度と前記熱媒ジャケット温度とを一致させるように制
御して、試料（１５）の断熱状態を維持することを特徴
とするものである。

この場合において、前記熱媒体としては、水またはシリ
コンオイルを用いることが望ましい。

〔発明の実施例〕

以下、添付図面に示す実施例に基づき本発明を説明す
る。

第２図Ａ乃至Ｄに示すように、本実施例に係るコンクリ
ート及びモルタルの断熱温度上昇試験装置ｇは、格納容
器10と制御部11とからなり、該格納容器10は移動可能に
形成された台車12上に設置されている。格納容器10は、
略直方体に形成され、断熱材13と該断熱材13の内側に設
けられた熱媒ジヤケツト14とからなり、該熱媒ジヤケツ
ト14の内側には、熱媒ジヤケツト14に密接して試料とし
てのコンクリート15が収納された試験槽16が配置されて
いる。本実施例に係る試験槽16は、第２図Ｂに示すよう
に、円筒状であつて、直径は600mm、高さは600mmに形成
されている。また、断熱材13と熱媒ジヤケツト14とから
なる格納容器10は幅方向において底面部10cを除き上面
部10d及び側面部10eが二つ割れ可能に形成されている。
即ち、該格納容器10の裏面部10aには二ケ所にヒンジ部1
7,18が取付けられており、これらのヒンジ部17,18に
は、ヒンジロツド19が挿通されており、一方、格納容器
10の正面部10bには二つのハンドル20とロツク装置21が
取付けられている。従つて、該格納容器10は、該ヒンジ
ロツド19を中心として、左右方向に回動し、二つに分割
することができる。また、本実施例に係るコンクリート
及びモルタルの断熱温度上昇試験装置ｇは水またはシリ
コンオイル等を熱媒としており、第２図Ｃに示すよう
に、制御部11から格納容器10の上方および下方に給水管
22,23′及び排水管23,23′が延びており、それぞれ接続
部22a,22a′，23a,23a′を介して格納容器10内に設けら
れた熱媒ジヤケツト14に取付けられている。尚、符号24
は該格納容器10を持ち上げるためのリフトフツクであ
り、また符号25は格納容器10を吊り上げるために使用さ
れるレバーである。一方、制御部11は、該格納容器10内
部の温度制御や試料15の温度上昇量の記録を行うもので
あり、例えば、第１図に示すように構成される。

第１図において、２６，２７は、それぞれ試料温度計６
ａ、熱媒ジャケット温度計６ｃによって抵抗値の変化と
して得られた測定値を温度に対応した電圧値に変換する
アナログ変換器である。

２８は、試料温度計６ａおよび熱媒ジャケット温度計６
ｃの測定結果に基づき、試料であるコンクリート１５の
中心温度と熱媒ジャケット温度とに基づき熱媒ジャケッ
ト温度の目標値（目標温度）を設定し、その設定された
目標値に対応した制御電圧を出力する制御目標設定手段
としての変化率演算装置である。

２９は、熱媒ジャケット温度計６ｃの測定結果および変
化率演算装置２８の設定した熱媒ジャケット温度の目標
値に基づき操作量（制御温度）を求め、この求められた
操作量に対応した制御電圧を出力する熱媒温度制御装置
である。この熱媒温度制御装置２９による制御では、出
力した操作量に対応した制御電圧でサイリスタＳを制御
して加熱装置３０への出力電圧を調節し、水またはシリ
コンオイル等からなる熱媒の温度を調節することによ
り、試料中心温度と熱媒ジャケット温度とが一致するよ
うに制御するとともに、熱媒ジャケット温度の上昇が試
料中心温度の上昇に遅れないように制御する。30は、熱
媒ジヤケツト内の熱媒を加熱する加熱装置、31は熱媒を
冷却する冷却装置、32は冷却装置31を駆動する駆動装
置、33は熱媒を循環させるポンプである。34は、試料で
あるコンクリート15の中心温度および熱媒ジヤケツト14
の温度を記録する記録計である。尚、35はコンクリート
15の中心温度を表示する中心温度表示計である。また、
36は切換スイツチであり、定値運転に切り換えることに
より、熱媒ジヤケツト温度は熱媒温度制御装置29によつ
て予め設定した温度に一定に保持される。

以上のように構成された断熱温度上昇試験装置ｇを用い
て断熱温度試験を行う場合には、レバー25を引いてリフ
トフツク17により格納容器10を台車12上に吊り上げ、レ
バー25を固定し格納容器10を吊り上げた状態を維持す
る。

次に、格納容器10の正面部10bに取付けられたロツク装
置21を解除し、ハンドル20により格納容器10を左右方向
に二つに分割する。そして、試料が収納された試験槽16
を熱媒ジヤケツト14内に設置して格納容器10を閉じ再度
ロツクする。その後レバー25を倒して格納容器10を台車
12上に降ろして試験を行う。また、異なつた大きさの試
料の試験を行う場合には、第２図Ｄに示すように、別途
用意した任意の寸法の密閉容器28を収納できる熱媒ジヤ
ケツト29及び断熱材30により形成された試験槽31に交換
して行うものである。

次に熱媒ジヤケツト14の温度制御は次のように行なわれ
る。

試料温度計６ａで測定されたコンクリート１５の中心温
度は、アナログ変換器２６によって測定レベルから出力
側の中心温度表示計３５等に用いられる表示、演算、制
御レベルの電圧へ変換され、中心温度表示計３５に入力
されて温度表示されるとともに、その後に変化率演算装
置２８に入力されて必要な演算に用いられる。

一方、熱媒ジャケット温度計６ｃで測定された熱媒ジャ
ケット１４の温度は、アナログ変換器２７によって測定
レベルから演算、制御レベルの電圧に変換され、変化率
演算装置２８および熱媒温度制御装置２９に入力され
る。

変化率演算装置２８では、コンクリート中心温度と熱媒
ジャケット温度とに基づき、それらの温度差や変化率、
ならびにそれらに基づき予測される変化温度等を演算し
て熱媒ジャケット温度の変化を予測し、熱媒ジャケット
１４の温度がコンクリート１５の中心温度の変化に遅れ
ないようにするための、その時点で最適な熱媒ジャケッ
ト１４の目標温度を設定し、設定値に対応する制御電圧
を熱媒温度制御装置２９に出力する。

そして、熱媒温度制御装置２９では、熱媒ジャケット温
度と熱媒ジャケット温度の目標温度とから、ＰＩＤ制御
（比例＋積分＋微分制御）の操作量として熱媒体に対す
る制御温度を求め、求めた制御温度に対応する制御電圧
をサイリスタＳに出力する。

サイリスタＳは、熱媒温度制御装置２９から入力した制
御電圧に従って、加熱装置３０を連続的に加熱し、熱媒
温度を調節する。

この際、ポンプ３３によって温度調節された熱媒を高速
循環させることにより、熱媒温度を均一に保つようにす
る。

このような熱媒温度制御装置２９による加熱装置３０の
ＰＩＤ制御およびポンプ３３による熱媒の高速循環によ
って、試料の自己発熱量が大きく温度変化の速い時か
ら、自己発熱量が少なく工学的に許容範囲内とみなされ
るように温度変化が少なくなる時に至るまでの、長時間
かつ広い温度変化範囲にわたって、熱媒ジャケット温度
を精度良く制御し、コンクリート中心温度と熱媒ジャケ
ット温度との間で大きなズレを生じさせることなく温度
調節させて、断熱状態を維持させることができるように
なる。

尚、コンクリート15の発熱が終了した時期においては、
中心温度変化率はゼロとなるが、この場合も熱媒温度は
変化率演算装置２８からの制御目標値に基づき試料中心
温度と一致するように制御される。

以下に、本発明に係るコンクリート及びモルタル断熱温
度上昇試験装置を用いて行つた実験例を示す。

第３図に示す配合のモルタルおよび第４図に示す配合の
コンクリートについて、本発明に係る装置を用いた断熱
温度上昇結果を、第６図に示す従来の装置を用いた断熱
温度上昇結果および２ｍ立方のコンクリートブロツクを
厚さ20cmの発泡スチロールで覆つた場合のコンクリート
打込時からの中心温度の変化と併せて第５図に示す。第
５図より、本装置による断熱温度上昇結果は、ほぼ断熱
とみなせるコンクリートブロツク中心温度の変化を精度
良く再現していることが明らかである。また、従来の装
置による断熱温度上昇結果はコンクリートブロツク中心
温度より低く、正確な断熱温度上昇試験とは言いがたい
ものである。

以上のようにこの実施例に係る装置は、試験槽及び断熱
材内部に設けられた熱媒ジヤケツト14に密着して設けら
れており、また当該熱媒ジヤケツト14は変化率演算装置
28および熱媒温度制御装置29によつて時間的遅れを伴う
ことなく常に試料中心温度と同温度に制御される。従つ
て、時間的ズレを生ずることなく試験槽内の温度を上昇
させることができ、試験槽内の試料から熱が流出してし
まうことがない。また、熱媒が高速で循環するために熱
媒ジヤケツト14表面は均一温度となり、従来のように格
納容器内の温度分布が不均一になることがなく、理想的
な断熱温度上昇試験を行うことができる。一方、格納容
器10は台車12上に設置され移動可能であるため、試験槽
16を迅速に設置することができ、試料の初期温度をあら
かじめ測定しておけば格納容器10内の温度を試料の初期
温度に設定しておくことが可能となる。さらに、試験槽
16は熱媒ジヤケツト14を介しており、熱媒に直接、接触
していないため、攪拌熱の影響を受けにくく良好に断熱
状態の維持が可能となる。また、格納容器10は台車12上
に着脱自在に設置され、より大きな試験槽を収納できる
格納容器と交換することもでき、様々な大きさの試料を
用いて試験を行うことができるため、建設現場における
コンクリートの実際の配合やコンクリートの性状等を忠
実に再現することが可能となる、という効果を奏する。

〔発明の効果〕

制御目標設定手段（２８）が設定した制御目標値に基づ
き熱媒温度制御手段（２９）が操作量としての制御温度
を求めて温度調節手段（３０，３１）を動作させ、熱媒
ジャケット（１４）を流れる熱媒体の温度を調節して、
試料中心温度と熱媒ジャケット温度とを一致させるよう
に制御したことによって、水和反応により自己発熱する
試料（１５）の中心温度と試験槽表面温度とが同温度に
保たれ、試料（１５）が完全な断熱状態に置かれて、自
己発熱量および自己発熱速度を正確に測定できる。

温度調節手段（３０，３１）により試料中心温度と熱媒
ジャケット（１４）の温度とが一致するように温度調節
され、循環手段（３３）が熱媒ジャケット（１４）内の
温度調節された比熱の大きな熱媒体を高速に循環させる
ことによって、熱媒ジャケット温度が均一となり、従来
のように格納容器内の温度分布が不均一になるようなこ
とがなく、理想的な断熱状態が維持でき、試料温度が急
激に変化するような状態の時から工学的に無視できるよ
うな微小温度変化量に達するまでの長期間にわたって、
理想的な環境条件で断熱温度上昇試験を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係るコンクリート及びモルタ
ル断熱温度上昇試験装置を示す全体構成図、第２図(A)
は本発明に係るコンクリート及びモルタル断熱温度上昇
試験装置を示す側面図、第２図(B)は同一部切欠上面
図、第２図(C)は同正面図、第２図(D)は交換する格納容
器を示す側面図、第３図は実験に使用されるモルタルの
配合を示す表、第４図は実験に使用されるコンクリート
の配合を示す表、第５図は各種類の断熱温度上昇試験結
果と大型ブロツク中心温度変化の比較を示すグラフ、第
６図は従来の空気循環式の断熱温度上昇試験装置を示す
説明図である。 ｇ…コンクリート及びモルタルの断熱温度上昇試験装置 ６ａ…試料温度計 ６ｃ…熱媒ジャケット温度計 10…格納容器、10d…上板 10e…側板、11…制御装置 12…台車、13…断熱材 14…熱媒ジヤケツト、15…試料 16…試験槽、24…リフトフツク 28…変化率演算装置（制御目標設定手段） 29…熱媒温度制御装置 30…加熱装置（温度調節手段） 31…冷却装置（温度調節手段） 33…ポンプ（循環手段）

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−56201（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−28679（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−64562（ＪＰ，Ｕ) 小野木重治編，「化学計測ハンドブッ ク」、初版，昭和49年６月30日発行，朝倉 書店，Ｐ．227〜Ｐ．228 ＪＩＳ Ｒ5203

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試験槽（１６）に収納された自己発熱を伴
   う試料（１５）を、格納容器（１０）に着脱自在に収容
   し、制御部（１１）により試料内部の温度上昇に試験槽
   表面温度が追随するように試験環境を制御しつつ試料温
   度を測定する自己発熱を伴う試料の断熱温度上昇試験装
   置において、 前記格納容器（１０）は前記試験槽（１６）を格納する
   分割可能な台車付き容器を形成し、内面に断熱材（１
   ３）を内張りし、その断熱材（１３）の内側には前記試
   験槽（１６）に密接する熱媒体を流通させる熱媒流路を
   形成した熱媒ジャケット（１４）を設け、 その熱媒ジャケット（１４）の熱媒流路に熱媒体を循環
   させる循環手段（３３）と、その循環手段（３３）によ
   り循環させる熱媒体の温度を調節する温度調節手段（３
   ０，３１）とを備え、 さらに、前記制御部（１１）には、前記試料（１５）の
   中心温度を測定する試料温度計（６ａ）と、 前記熱媒ジャケット（１４）の温度を測定する熱媒ジャ
   ケット温度計（６ｃ）と、 測定された試料中心温度と熱媒ジャケット温度とに基づ
   き、自己発熱により生ずる試料中心温度の変化に熱媒ジ
   ャケット温度を遅れなく追随させるための目標温度を設
   定して出力する制御目標設定手段（２８）と、 この制御目標設定手段（２８）から与えられた目標温度
   と前記熱媒ジャケット温度とに基づき、制御温度を求め
   て前記熱媒ジャケット温度を調節する熱媒温度制御手段
   （２９）とを備え、 熱媒ジャケット温度の設定された目標温度に対して求め
   られた制御温度に基づき、前記温度調節手段（３０，３
   １）を動作させて前記熱媒ジャケット（１４）を流れる
   前記熱媒体の温度を調節することにより、前記試料中心
   温度と前記熱媒ジャケット温度とを一致させるように制
   御して、試料（１５）の断熱状態を維持する ことを特徴とする自己発熱を伴う試料の断熱温度上昇試
   験装置。
2. 【請求項２】前記熱媒体として水を用いたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の自己発熱を伴う試料の
   断熱温度上昇試験装置。
3. 【請求項３】前記熱媒体としてシリコンオイルを用いた
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の自己発熱
   を伴う試料の断熱温度上昇試験装置。