JPS63117249A - コンクリ−トの温度予測方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
いられる装置に係イつり、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〉・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十オ内に蓄積され、部オが高温
状態になるとともに温度応力が発生ずるので、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咎
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ｌ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、 ■断熱温度上界試験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、熱伝達等の諸性性
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かあ
っｔこ。

（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に大きな困難を伴い
、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。

（３）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
伝達特性値の実験・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面を断熱状態に保持する周壁を備えた筒状の断熱槽
内にコンクリートを打設し、該断熱槽の両側を温度の制
御空間を形成するケーシングにより覆い、このケーシン
グ内の制御空間の温度を施工時の条件に合わせて変化さ
せ、前記断熱槽内のコンクリートの経時的温度変化の予
測値を測定することを特徴とするものである。

また、第２発明の装置としては、内部にコンクリートの
打設空間を形成しかつ周囲４面を断熱状態に保持する周
壁を備えた筒状の断熱槽と、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
断熱槽の両開口部を覆いかつ内部に温度の制御空間を形
成するケーシングと、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
接人手できる。

「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部材Ｃから最小部材厚方向
（第３図Ｗ方向）の棒状コンクリートＣＩ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−１・できる。

このため、実施工コンクリート部Ｈｃ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、直接人手でき
るようになる。

そこで、本発明では、第１図なとに示すように、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ＩＯの両開口部（片側のみ図示）１０ａを
温度制御空間Ｓを構成するケーシング１１によって覆い
、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、メタルフオーム、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ＩＯ内の
棒状コンクリートＣ７の経時的温度変化を測定しておく
点に特徴がある。

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存
し、かっ、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Ｉ
３から逃げる熱に見合うＭｆｆｔを、前記制御用ヒータ
ー１５により与え、これにより、断熱槽ｌＯ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ＩＯ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１゜内に打設される模擬コンクリート（
棒状コンクリート　）ｃ、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ＩＯ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Ｉ７．１７、・・・
の検出信号に基づいて、制御ヒーターＩ５を適正に制御
する。そして、この模擬コンクリートＣ７の基争点温度
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２Ｉに履歴温度データとして入
力される。この基糸点温度は、前記熱電対１７．１７、
・・・により検出される棒状コンクリートＣ７内の内部
や表面なと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ｌＯ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ろ冷風
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、メタルフオーム、露
出などの施工時の条件等を把握しておき、次いて前記構
成の温度予測装置により、試験＝ｉ　＋を行い、温度経
過予測値を入手・１２する。

前記試験４１は、４面断熱槽ＩＯ内へ使用予定のコンク
リートを打ち込むことによって横断面４角形状の棒状コ
ンクリートを成型し、棒状コンクリート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（
Ｐ　ｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ　ｐｌｕｓＩ　ｎｔｅｇｒ
ａｌ　ｐｌｕｓ　Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ　Ａｃｔｉｏｎ
　）を行ない、ケーシング＋１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１Ｑ内
のコンクリートＣ３の経時的温度変化の予測値を測定す
るものである。

また、前記断熱槽ＩＯ内の温度の制御は、温度制御器２
０が棒状コンクリート内、内の内部温度をＣ−Ｃ熱電対
１７で検知し、４而断熱槽１ｏ内の制御用ヒーター１５
と、！−１１．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内では棒状コンクリートＣ！
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、メタルフオー
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。

前記の結果、第１図などに示す温度予測装置の４而断熱
槽ＩＯ内へ使用予定のコンクリートを打ち込むことによ
って、最小部材厚方向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入手できる。

また、予測の結果は、コンピュータ２１および外部出力
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上び装置は
、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）Ｃ，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乙に、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、・１面断熱槽１０内に使用予定のコンクリート
を打設し、施主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、適切な諸性性値が
得られないこと等による大きな誤差の問題ら根本的に解
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、実大試
験体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（実施工コンクリート　）Ｃ１およ
びこれに模した模擬コンクリートＣ７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。

調　　合　　表 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２２５　ｋｇ／ａｍ’°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
ＡＥｄ水剤を使用しｆこ。

実大コンクリート試験体Ｃは、゛その寸法が３．８００
ｘ　３，８００ｘ　１，６０Ｇ（ｍｍ）に形成されてお
り、幅及び高さの境界面には厚さ　１００＋ｎｍの断熱
材２１が貼付されることで、その最小部材厚が１，６０
０＋＋＋ｍの半無限仮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。

このような実大コンクリート試験体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においてら、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
、実大コンクリート試験体Ｃの測定へに対応する測定点
において測定した。

これら実大コンクリート試験体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、実大コンクリート試験体
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４
５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５０７℃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−１・ｃ、にょる予測
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ｆこかつて、この
温度予測装置によれば、実大コンクリート部［オの発熱
、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面を断熱状態に保持する周壁を備えた筒状の断熱槽内
にコンクリートを打設し、該断熱槽の両側を温度の制御
空間を形成するケーシングにより覆い、このケーシング
内の制御空間の温度を施工時の条件に合わせて変化させ
、前記断熱槽内のコンクリートの経時的温度変化の予測
値を測定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かできる。

また、第２発明のｌ温度予測装置は、内部にコンクリー
トの打設空間を形成しかつ周囲４面を断熱状態に保持す
る周壁を備えた筒状の断熱槽と、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部を覆いかつ内部に温度の制御空間
を形成するケーシングと、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しのであるから、種々のコ
ンクリートの温度予測を簡単かつ精度良〈実施し得ると
とらに、様々な施工条件におけるコンクリートの温度予
測ら簡単に実施できる。

前記によって、予測方法の作業が大幅に簡略化されると
と乙に、適切な諸性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図はこの発明の詳細な説明するための図であって、第
５図（ａ）　、　（ｂ）および（ｃ）はそれぞれ実大コ
ンクリート試験体の外観を示す図、第６図は実大コンク
リート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、 Ｃ７・・・・・・模擬コンクリート、 １０・・・・・・断熱槽、１０ａ・・・・・・開口部、
ＩＩ・・・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、ＩＩ・・・・・・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 (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）周囲の４面を断熱状態に保持する周壁を備えた筒状
   の断熱槽内にコンクリートを打設し、該断熱槽の両側を
   温度の制御空間を形成するケーシングにより覆い、この
   ケーシング内の制御空間の温度を施工時の条件に合わせ
   て変化させ、前記断熱槽内のコンクリートの経時的温度
   変化の予測値を測定することを特徴とするコンクリート
   の温度予測方法。 ２）内部にコンクリートの打設空間を形成しかつ周囲４
   面を断熱状態に保持する周壁を備えた筒状の断熱槽と、
   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部を覆いかつ
   内部に温度の制御空間を形成するケーシングと、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。