JPH0772723B2 - コンクリ−トの温度予測方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、コンクリートの温度予測方法およびこれに用
いられる装置に係わり、特に断熱槽内に打込んだコンク
リートの内部温度を検知することによって、直接にコン
クリートの経時的な温度変化の状態や温度分布の状態を
予測する方法および装置に関するものである。

「従来の技術」 設計・施工の対象となるコンクリートの打込み後の部材
の温度経過や強度発現等を適切に予測することは、コン
クリート部材の信頼性の確保と向上を図る上において重
要な点である。特に、コンクリート部材の中でも、構造
体断面の大きなマスコンクリートでは、構造体断面が大
きいために水和熱が部材内に蓄積され、部材が高温状態
になるとともに温度応力が発生するので、設計時および
施工時に温度ひびわれに対する配慮が要求され、従っ
て、コンクリートの経時的な温度変化の状態を施工者が
適切に予測・管理する必要が生じている。

従来、コンクリートの温度予測方法としては、例えば、
以下に説明するないしの作業が必要であった。

すなわち、第７図に示すように、 施工条件の把握作業１によって、コンクリート構造物
の施工時の条件等を把握し、 断熱温度上昇試験２によって、水和による発熱量を測
定、把握し、 コンクリート、型枠などの熱伝導、熱伝達等の諸特性
の実験・調査３を実施し、特性値を予測し、 これら予測値から、解析モデルを作成４して、 コンクリート構造物内部の温度分布を熱伝導理論にし
たがって解析５し、 これに基づいてコンクリート構造物の温度予測値を入
手６しようとするものである。

「発明が解決しようとする問題点」 しかしながら、前記従来のコンクリートの温度の予測方
法にあっては、以下に示すような解決すべき問題点があ
った。

（１）温度予測値を入手するまでの作業が繁雑であるこ
と。

（２）熱的測定値の測定は技術的な大きな困難を伴い、
適切な熱伝導、熱伝達特性値を求めることは容易でない
こと。

（２）適切な特性値が求められない場合には解析による
温度経過予測値は必然的に大きな誤差を生じ、その精度
に問題があること。

本発明は、前記背景に鑑みてなされたものであり、設計
・施工の対象となるコンクリートの経時的な温度変化の
状態や温度分布の状態の予測値を、コンクリート等の熱
的諸特性値の実験・調査あるいは解析作業をすることな
く、簡便かつ適切に予測するための手段を提供すること
を目的としている。

「問題点を解決するための手段」 かかる目的を達成するために、第１発明の方法は、周囲
の４面が周壁により断熱状態に保持されるとともに両端
が開口している筒状の断熱槽内に、実施工コンクリート
と同一の模擬コンクリートを打設し、該断熱槽の両開口
端に、内部が温度制御空間とされるケーシングを連設
し、このケーシング内の温度を施工時の条件に合わせて
変化させ、前記断熱槽内の模擬コンクリートの経時的温
度変化を測定することにより、実施工コンクリートの経
時的温度変化を予測することを特徴とするものである。

また、第２発明の装置は、内部にコンクリートの打設空
間を有しかつ周囲４面を断熱状態に保持する周壁を備え
ているとともに両端が開口している筒状の断熱槽と、こ
の断熱槽内に打設されたコンクリートの履歴温度を検出
する温度検出器と、前記断熱槽の両開口端に連設されて
その内部が温度制御空間とされるケーシングと、このケ
ーシング内の温度を制御する制御手段とを具備したこと
を特徴とするものである。

「作用」 設計・施工の対象となるコンクリートを、断熱槽内に詰
めることによって、周囲４面には完全な断熱状態が与え
られ、断熱槽の軸方向だけに熱の移動が許容され、これ
によりコンクリートの水和による発熱と最小部材厚方向
の熱伝導、熱伝達挙動が自動的にシミュレートできる。
このため、コンクリート構造体の温度経過が予測でき、
経時的な温度変化の状態や温度分布の状態の予測値を直
接入手できる。

「実施例」 以下、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。

まず、本発明による温度予測方法および装置の基本的な
考え方を説明すると、第３図（ａ）および（ｂ）に示す
ように、実施工コンクリートＣからなる部材から最小部
材厚方向（第３図Ｗ方向）の棒状コンクリートC₁を取り
出した状態を想定し、周囲４面には完全な断熱状態を与
え、最小部材厚方向だけに熱の移動を自由に許すことが
できれば、コンクリートの水和による発熱と最小部材厚
方向の熱伝導、熱伝達挙動が自動的にシミュレートでき
る。このため、実施工コンクリートＣからなる部材の最
小部材厚方向の温度経過や温度分布の状態の予測値が、
直接入手できるようになる。

そこで、本発明では、第１図などに示すように、内部に
コンクリートの打設空間を形成しかつ周囲４面を完全な
断熱状態を保持する４角筒状の４面断熱槽10を構成し、
この断熱槽10の両端の開口部（第１図では片側のみを図
示している）10aにケーシング11を連設して、そのケー
シング11の内部を温度制御空間Ｓとし、このケーシング
11内の温度を施工条件（コンクリート表面部における合
板、メタルフォーム、露出などの施工時の条件）の温度
に合わせて制御し、断熱槽10内に実施工コンクリートＣ
と同一のコンクリートを打設して棒状の模擬コンクリー
トC₂を成型し、その経時的温度変化を測定するようにし
ている。

以下、第１図および第２図に基づいて、温度予測装置の
具体的な構成を説明する。

前記４面断熱槽10は、その内部に横断面４角形状の棒状
コンクリートを成形するコンクリートの打設空間を有
し、かつ、その周囲４面が完全な断熱状態を保持する周
壁12によって構成されている。

この周壁12は、鋼製型枠13と、この鋼製型枠13の内側に
順に設けられたガラス綿保温板14、熱伝導板と組み合わ
された制御用ヒーター15、FRP（繊維補強プラスチック
ス）板16とから構成されている。

そして、このガラス綿保温板14により、断熱槽10と外部
との間での熱の授受を極力防ぐと共に、鋼板型枠13から
逃げる熱に見合う熱量を、前記制御用ヒーター15により
与え、これにより、断熱槽10内を完全な断熱状態に維持
するようになっている。

一方、このような構成の４面断熱槽10の内側には、断熱
槽12内へのコンクリートの打設後、そのコンクリート内
に埋設される構造の熱電対17が、断熱槽10の中心部およ
び内壁面部にそれぞれ位置して設置され、これにより、
断熱槽10内に打設される模擬コンクリート（棒状コンク
リート）C₂の内部およびその表面付近のそれぞれの履歴
温度を検出する温度検出器を構成している。そして、こ
れらは、断熱槽10に隣設された制御盤18内の自記温度記
録計19、および温度制御器20に接続されている。

この温度制御器20は、前記熱電対17、17、…の検出信号
に基づいて、制御ヒーター15を適正に制御する。そし
て、この模擬コンクリートC₂の基準点温度が、自記温度
記録計19を介して、温度予測装置全体の制御を行うコン
ピュータ21に履歴温度データとして入力される。この基
準点温度は、前記熱電対17、17、…により検出される模
擬コンクリートC₂内の内部や表面など所定部位の温度で
あり、測定すべき実施工コンクリートＣの種類などに応
じた適所の温度とすれば良い。

なお、符号22はプリンター、プロッター等の外部出力装
置である。

また、前記断熱槽10の両開口部10aを覆うケーシング11
には、ケーシング11内の温度を制御する制御手段30が接
続されている。この制御手段30は、例えば冷暖房機が適
用され、その冷暖房機から送風される冷風および温風等
によってケーシング30内（すなわち温度制御空間Ｓ）の
温度を調整する構成となっている。

次に、以上のような構成を有する装置を用いて、この発
明のうち第１の発明の一実施例である、コンクリートの
温度予測方法について説明する。

設計時や施工計画時には、まず、従来のように、施工条
件の把握作業40によって、合板、メタルフォーム、露出
などの施工時の条件等を把握しておき、次いで前記構成
の温度予測装置により、試験41を行い、温度経過予測値
を入手42する。

前記試験41は、４面断熱槽10内へ使用予定のコンクリー
トを打ち込むことによって、すなわち実施工コンクリー
トＣと同一のコンクリートを打ち込むことによって、横
断面４角形状の棒状の模擬コンクリートC₂を成型し、こ
の模擬コンクリートC₂の内部温度と周囲４面の温度条件
が常に一致するように自動制御（Proportional plus In
tegral plus Derivative Action）を行ない、ケーシン
グ11の温度制御空間Ｓの温度を施工時の条件に合わせて
変化させ、前記断熱槽10内の模擬コンクリートC₂の経時
的温度変化を測定する。

また、前記断熱槽10内の温度の制御は、温度制御器20が
模擬コンクリートC₂内の内部温度をＣ−Ｃ熱電対17で検
知し、４面断熱槽10内の制御用ヒーター15と熱伝導板
に、検知した温度条件と同一の温度条件をリアルタイム
でつくるように指示をだすことによって行なわれる。

このため、４面断熱槽10内では模擬コンクリートC₂周囲
４面の方向への熱伝導、熱伝達挙動を実行する。

また、最小部材厚方向の表面部には合板、メタルフォー
ム、露出などの施工時の条件と想定する気温（温度）
を、制御手段30によってケーシング11内の温度制御空間
Ｓの温度を制御することにより、そのまま与える。

以上により、断熱槽10内に打設された模擬コンクリート
C₂の経時的温度変化や温度分布状態が測定され、その測
定結果はそのまま実施工コンクリートＣにおける棒状コ
ンクリートC₁の経時的温度変化や温度分布状態を示すも
のであり、したがって実施工コンクリートＣそのものの
経時的温度変化や温度分布状態を直接的に予測し得るこ
とになる。

また、予測の結果は、コンピュータ21およひ外部出力装
置（プリンター、プロッター）22によって、リアルタイ
ムに自動的に作図、図示される。

以上説明したコンクリートの温度予測方法および装置
は、設計時、施工計画時には、実施工コンクリートＣに
模した模擬コンクリート（棒状コンクリート）C₂を用い
て、コンクリートの水和による発熱と最小部材厚方向の
熱伝導、熱伝達挙動を自動的にシミュレートし、最小部
材厚方向の温度経過や温度分布の状態の予測値を、直接
入手することができる。

したがって、従来技術で説明したコンクリートの温度予
測方法と異なり、断熱温度上昇試験や熱伝導・熱伝達諸
特性の実験・調査を行うことなく、また解析を行うこと
なく、直接的かつ簡易に実施工コンクリートＣの温度経
過を予測することができるとともに、その精度も高精度
に予測することができる。

特に、このコンクリートの温度予測方法および装置にお
いては、４面断熱槽10内に使用予定のコンクリートを打
設し、施工条件に合わせてシミュレートする構成である
から、種々のコンクリートの温度予測が可能になり、そ
の適用範囲も広い上、様々な施工条件におけるコンクリ
ートの温度予測も簡単に実施できる。

また、これによって、第４図に示すように、予測方法の
作業も大幅に簡略化されるとともに、適切な諸特性値が
得られないこと等による大きな誤差の問題も根本的に解
決されるといった利点がある。

次に、実験例により、本発明にかかる発熱、熱伝導シミ
ュレーションシステムの妥当性を検討するため、実施工
コンクリートＣによる実物大の試験体（以下、これを実
大試験体Ｃと称す）の屋外施工実験を実施し、並行して
温度予測装置による試験を行って、実測値と予測値の照
合をおこなった。なお、本発明は以下の実験例に限定さ
れない。

（実験例） 最小部材寸法が1600mmの半無限板コンクリートを想定し
て、第５図（ａ），（ｂ）および（ｃ）に示すような実
大試験体Ｃ、およびこれに模した模擬コンクリートC₂を
作製して、第１図および第２図に示す装置を用いて実験
を行った。

なお、これら各コンクリートはレデーミクストコンクリ
ートであり、呼び強度は255kg/cm²に相当する。調合表
を前頁に示す。また、表中 セメント（Ｃ）：普通ポルトランド 細骨材（Ｓ）：山砂（最大寸法2.5mm） 粗骨材（Ｇ）：砕石（最大寸法25mm） であり、混和剤にはAE減水剤を使用した。

実大試験体Ｃは、その寸法が3,800×3,800×1,600（m
m）に形成されており、幅及び高さの境界面には厚さ100
mmの断熱材21が貼付されることで、その最小部材厚が1,
600mmの半無限板コンクリートを想定している。また、
コンクリート打設時の型枠には、厚さ18mmの合板パネル
を使用し、材令３日でこれを取り外した。

このような実大試験体Ｃのコンクリート打設直後からの
温度経過、温度分布状態の変化を測定した。温度測定
は、第５図中符号Ｐで表される測定点に熱電対17を挿
入、配置して行った。

また同時に、模擬コンクリートC₂においても、コンクリ
ート打設直後からの温度経過、温度分布状態の変化を、
実大試験体Ｃの測定点に対応する測定点について測定し
た。

これら実大試験体Ｃおよび模擬コンクリートC₂の温度経
過、およびコンクリート中の温度分布状態の変化を、そ
れぞれ第６図に示す。

外気温の変化にもかかわらず、実大試験体Ｃおよび模擬
コンクリートC₂の温度経過、および温度分布状態の変化
は精度良く一致している。

すなわち、第６図によると、実大試験体中心部ではコン
クリート打ち込み後45時間で72.8℃の最高温度を示して
いるのに対して、温度予測装置による予測値は45時間後
に71.6℃を示している。つまり、両者が最高温度を示す
材令は一致し、温度の予測誤差は1.2℃である。

また、実大試験体表面部では、コンクリート打ち込み後
48時間で50.7℃の最高温度を示しているのに対し、予測
値は51時間後に50.2℃を示している。すなわち、表面部
が最高温度を示す材令の予測誤差は３時間で、温度の予
測誤差は0.5℃であった。

さらに、経時的な温度経過の状態を見ても、温度予測装
置による予測値は実大試験体の経時的な温度経過や温度
分布の状態を実用上問題のない精度で的確に予測してい
る。

これらのことから、模擬コンクリートC₂による予測値
は、実大試験体の経時的な温度経過や温度分布状態の推
移を極めて的確にとらえており、したがって、この温度
予測装置によれば、実施工コンクリートＣからなる実際
の部材の発熱、熱伝導、熱伝導挙動を的確にシミュレー
トして、部材の経時的な温度経過や温度分布状態の推移
を有効に予測するものと判断される。

すなわち、本発明の温度予測方法および装置を用いるこ
とによって、コンクリートの熱的諸特性値を用いること
なく、また解析を行うことなく、直接に部材温度経過の
予測を行うことができるのである。

「発明の効果」 以上説明したように第１発明の温度予測方法は、周囲の
４面が周壁により断熱状態に保持されるとともに両端が
開口している筒状の断熱槽内に、実施工コンクリートと
同一の模擬コンクリートを打設し、該断熱槽の両開口端
に、内部が温度制御空間とされるケーシングを連設し、
このケーシング内の温度を施工時の条件に合わせて変化
させ、前記断熱槽内の模擬コンクリートの経時的温度変
化を測定することにより、実施工コンクリートの経時的
温度変化を予測するものであるから、従来技術で説明し
たコンクリートの温度予測方法と異なり、断熱温度上昇
試験や熱伝導・熱伝達諸特性の実験・調査を行うことな
く、また解析を行うことなく、直接的かつ簡易に実施工
コンクリートの温度経過を予測することができるととも
に、その精度も高精度に予測することができる。

また、第２発明の温度予測装置は、内部にコンクリート
の打設空間を有しかつ周囲４面を断熱状態に保持する周
壁を備えているとともに両端が開口している筒状の断熱
槽と、この断熱槽内に打設されたコンクリートの履歴温
度を検出する温度検出器と、前記断熱槽の両開口端に連
設されてその内部が温度制御空間とされるケーシング
と、このケーシング内の温度を制御する制御手段とを具
備したものであるから、種々のコンクリートの温度予測
を簡単かつ精度良く実施し得るとともに、様々な施工条
件におけるコンクリートの温度予測も簡単に実施でき
る。

前記によって、予測方法の作業が大幅に簡略化されると
ともに、適切な諸特性値が得られないこと等による大き
な誤差の問題も根本的に解決され、測定の信頼性を高め
ることができるといった利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるコンクリートの温度予
測装置を示す概略構成図、第２図は断熱槽の縦断面図、
第３図（ａ）および（ｂ）はそれぞれ実施工コンクリー
トと模擬コンクリートとの関係を示す図、第４図は予測
方法の作業工程を示すフローチャート、第５図および第
６図はこの発明の実験例を説明するための図であって、
第５図（ａ），（ｂ）および（ｃ）はそれぞれ実大試験
体の外観を示す図、第６図は実大試験体および模擬コン
クリートの温度経過を示す図、第７図は従来の温度予測
方法の作業工程を示すフローチャートである。 Ｃ……実施工コンクリート、 C₂……模擬コンクリート、 10……断熱槽、10a……開口部、 11……ケーシング、12……周壁、 13……鋼製型枠、14……ガラス綿保温板、 15……制御用ヒーター、16……FRP板、 17……熱電対、18……制御盤、 19……自記温度記録計、 20……温度制御器、 21……コンピューター、 22……外部出力装置、30……制御手段。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】周囲の４面が周壁により断熱状態に保持さ
   れるとともに両端が開口している筒状の断熱槽内に、実
   施工コンクリートと同一の模擬コンクリートを打設し、
   該断熱槽の両開口端に、内部が温度制御空間とされるケ
   ーシングを連設し、このケーシング内の温度を施工時の
   条件に合わせて変化させ、前記断熱槽内の模擬コンクリ
   ートの経時的温度変化を測定することにより、実施工コ
   ンクリートの経時的温度変化を予測することを特徴とす
   るコンクリートの温度予測方法。
2. 【請求項２】内部にコンクリートの打設空間を有しかつ
   周囲４面を断熱状態に保持する周壁を備えているととも
   に両端が開口している筒状の断熱槽と、この断熱槽内に
   打設されたコンクリートの履歴温度を検出する温度検出
   器と、前記断熱槽の両開口端に連設されてその内部が温
   度制御空間とされるケーシングと、このケーシング内の
   温度を制御する制御手段とを具備したことを特徴とする
   コンクリートの温度予測装置。