(57)【要約】【課題】コンクリート打設時の水和熱を有効に利用するための技術を提供することを目的とする。【解決手段】コンクリート構造物の構築方法は、複数のブロックの打継ぎによりコンクリート構造物を構築する方法である。既設の第１ブロックと当該第１ブロックに隣接する新設の第２ブロックとをヒートパイプで熱的に接続し、第２ブロックへのコンクリート打設後に生じる水和熱を第１ブロックへ移転させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のブロックの打継ぎによりコンクリート構造物を構築する方法であって、
既設の第１ブロックと当該第１ブロックに隣接する新設の第２ブロックとをヒートパイプで熱的に接続し、前記第２ブロックへのコンクリート打設後に生じる水和熱を前記第１ブロックへ移転させる
コンクリート構造物の構築方法。
【請求項２】
前記ヒートパイプを挿入するための第１挿入孔を備える前記第１ブロックを形成する工程と、
前記第２ブロックに設けられる第２挿入孔と前記第１挿入孔とを前記ヒートパイプで熱的に接続し、前記第２ブロックへのコンクリート打設後に生じる水和熱を前記第１ブロックへ移転させる工程と、
を含む請求項１に記載のコンクリート構造物の構築方法。
【請求項３】
第３ブロックの第３挿入孔と蓄熱手段とをヒートパイプで熱的に接続し、前記第３ブロックへのコンクリート打設後に生じる水和熱を前記蓄熱手段に蓄熱する工程と、
前記第３ブロックに隣接する第４ブロックにコンクリートを打設する場合、前記第３挿入孔と前記蓄熱手段とをヒートパイプで熱的に接続し、前記蓄熱手段に蓄熱した水和熱を前記第３ブロックに移転させる工程と、
をさらに含む請求項２に記載のコンクリート構造物の構築方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート構造物の構築方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリートは打設後に水和熱を発するため、温度応力によりひび割れ（クラック）が発生する場合がある。ひび割れを防止するための手法として、水和熱を除去する「クーリング」が行われている。例えば、一定の高さを有するコンクリート構造物を構築する際に、一リフト目の第一冷却パイプと、隣接する二リフト目の第二冷却パイプとを独立に設けるという技術が提案されている（例えば、特許文献１）。この技術では、二リフト目の第二型枠内に供給するセメント系材料を、硬化した一リフト目のセメント系材料の上面を介して、第一冷却パイプに充填する。
【０００３】
また、寒冷な温度条件のもとでコンクリート建造物を構築する際、打設され固結するまでの間のコンクリート中の水分が凍結することを防ぐという技術も提案されている（例えば、特許文献２）。この技術では、ゴミ焼却場のような排熱供給手段を利用してヒートパイプを加熱する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１５９９０５号公報
【特許文献２】特開平７−２４３２６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来においては、新設コンクリートを冷却する場合、水和熱は利用されることなく除去されていた。本発明は、コンクリート打設後に生じる水和熱を有効に利用するための技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るコンクリート構造物の構築方法は、複数のブロックの打継ぎによりコンクリート構造物を構築する方法である。既設の第１ブロックと当該第１ブロックに隣接する新設の第２ブロックとをヒートパイプで熱的に接続し、第２ブロックへのコンクリート打設後に生じる水和熱を第１ブロックへ移転させる。
【０００７】
このようにしてコンクリート打設後に発生する水和熱を移転させれば、第１ブロックと第２ブロックとの温度差を減少させることができる。よって、第１ブロックと第２ブロックとの熱による膨張率の差も減少させることができ、温度応力によるひび割れの発生を抑制できる。すなわち、コンクリート打設後に生じる水和熱を有効に利用することができる。
【０００８】
また、コンクリート構造物の構築方法は、ヒートパイプを挿入するための第１挿入孔を備える第１ブロックを形成する工程と、第２ブロックに設けられる第２挿入孔と第１挿入孔とをヒートパイプで熱的に接続し、第２ブロックへのコンクリート打設後に生じる水和熱を第１ブロックへ移転させる工程とを含むようにしてもよい。具体的にはこのような構成により、コンクリート打設後に発生する水和熱を移転させることができる。なお、ヒートパイプを挿抜可能な挿入孔を設ければ、ヒートパイプを抜出して後の工程で利用することができる。
【０００９】
また、コンクリート構造物の構築方法は、第３ブロックの第３挿入孔と蓄熱手段とをヒートパイプで熱的に接続し、第３ブロックへのコンクリート打設後に生じる水和熱を蓄熱手段に蓄熱する工程と、第３ブロックに隣接する第４ブロックにコンクリートを打設する場合、第３挿入孔と蓄熱手段とをヒートパイプで熱的に接続し、蓄熱手段に蓄熱した水和熱を第３ブロックに移転させる工程とをさらに含むようにしてもよい。このようにすれば、コンクリート打設後に生じる水和熱を一旦蓄熱手段に保持させた上で、有効に利用することができる。
【００１０】
なお、上記課題を解決するための手段の内容は、本発明の課題や技術的思想を逸脱しない範囲で可能な限り組み合わせることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、コンクリート打設時の水和熱を有効に利用するための技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ヒートパイプを用いた熱の移転を説明する概念図である。
【図２】ヒートパイプの構成及び動作原理を説明するための図である。
【図３】実施形態１に係るコンクリート構造物の構築方法を示すフロー図である。
【図４Ａ】実施形態１に係るコンクリート構造物の構築方法を説明するための図である。
【図４Ｂ】実施形態１に係るコンクリート構造物の構築方法を説明するための図である。
【図４Ｃ】実施形態１に係るコンクリート構造物の構築方法を説明するための図である。
【図４Ｄ】実施形態１に係るコンクリート構造物の構築方法を説明するための図である。
【図５】実施形態２に係るコンクリート構造物の構築方法を示すフロー図である。
【図６Ａ】実施形態２に係るコンクリート構造物の構築方法を説明するための図である。
【図６Ｂ】実施形態２に係るコンクリート構造物の構築方法を説明するための図である。
【図６Ｃ】実施形態２に係るコンクリート構造物の構築方法を説明するための図である。
【図６Ｄ】実施形態２に係るコンクリート構造物の構築方法を説明するための図である。
【図７】他の例に係るヒートパイプの挿入を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜実施形態１＞
図１に、本実施形態に係るヒートパイプを用いた熱の移転を説明する概念図を示す。図１は、複数のブロック（「リフト」とも呼ぶ）に分割してコンクリートを打設し、例えば橋脚のようなコンクリート構造物１を構築する手順の一部を表している。なお、「ブロック」とは、図示していない型枠を組んでコンクリートを打設する単位を表し、複数のブロックを打ち継ぐことでコンクリート構造物１を構築するものとする。
【００１４】
図１の例には、既設のブロック（「第１のブロック」とも呼ぶ）１０ａと、新設されたブロック（「第２のブロック」とも呼ぶ）１０ｂとを示している。また、ブロック１０ａ及びブロック１０ｂには、それぞれヒートパイプ２を挿入するための、鉛直方向に伸びる
挿入孔１１ａ及び挿入孔１１ｂが設けられている。ヒートパイプ２は、熱を移転することができる金属管である。また、図１の例では、ヒートパイプ２の長さはおおむねブロック２つの間を接続できる程度である。ヒートパイプ２の詳細は後述する。また、少なくとも新設のブロック１０ｂ側に設けられた挿入孔１１ｂはブロック１０ｂを貫通しており、ブロック１０ａの挿入孔１１ａとブロック１０ｂの挿入孔１１ｂとは水平方向の対応する位置に存在する。よって、ブロック１０ｂからブロック１０ａにわたって１つのヒートパイプ２を挿抜可能になっている。
【００１５】
なお、挿入孔１１ａ及び挿入孔１１ｂは、コンクリートの打ち込み前に筒状の型枠や、金属管、樹脂管等のような中空管をブロックの型枠内に配置しておき、コンクリートの打設により形成するようにしてもよいし、硬化後のコンクリートに穿孔して設けるようにしてもよい。また、図１に示すブロック及びヒートパイプは模式的なものであり、挿入孔やヒートパイプの数、各構成要素の大きさの比率等は、図１の例には限定されない。また、コンクリート構造物は、図示していない鉄筋等を含んでいてもよい。
【００１６】
ところで、コンクリートはセメントを含み、打設後の硬化の過程（凝結過程）でセメントは水和反応して熱（水和熱）を発生させる。新設されたコンクリートは、水和熱により１から数日でピーク（例えば７０℃から８０℃程度）まで温度が上昇すると共に膨張し、その後温度が下がると共に収縮する。コンクリートを打ち継ぐような場合、収縮する新設のコンクリートを既設のコンクリートが拘束するため、ひび割れが生じることがある。図１に示す本実施形態では、既設のブロック１０ａとこれに隣接する新設のブロック１０ｂとをヒートパイプ２によって熱的に接続し、ブロック１０ａとブロック１０ｂとの温度差を減少させている。このようにすれば、ブロック１０ａとブロック１０ｂとの熱による膨張率の差も減少させることができ、コンクリート構造物へのひび割れ発生を低減することができる。
【００１７】
図２は、ヒートパイプ２の構成及び動作原理を示す模式図である。ヒートパイプ２は、放熱部（凝縮器）２１、断熱部２２及び入熱部（蒸発器）２３を備えている。例えば、ヒートパイプ２は内部が空洞の金属管である。また、金属管の内壁（内部のうち断面外周側）に金属のメッシュ等で毛細管構造（「ウィック」）２４を形成し、金属管の中心部は空洞（コンテナ）になっている。なお、ヒートパイプ２の内部には、水や代替フロン等、所定の温度で気化又は液化する作動液（「熱媒」とも呼ぶ）が封入される。また、断熱部２２は、例えば断熱材で被覆される。このようなヒートパイプ２の入熱部２３を高温の場所に配置し、放熱部２１を低温の場所に配置すると、入熱部２３で加熱された作動液が気化してヒートパイプ２の中心のコンテナ２５内を放熱部２１へ移動する。一方、放熱部２１で冷却された作動液は液化し、ヒートパイプ２の内壁に設けられたウィック２４を介して入熱部２３へ移動する。なお、図２の矢印は作動液の移動を表している。
【００１８】
このように、ヒートパイプ２によれば、入熱部２３と放熱部２１との位置的な高低に関わらず、入熱部２３から放熱部２１へ熱を移転させることができる。なお、図２に示す構成は一例であって、ヒートパイプ２には既存の様々な技術を適用することができる。ヒートパイプ２を用いることで、熱媒である水をポンプでヒートパイプ内に循環させたり、熱媒である空気を送風機でヒートパイプ内に循環させたりすることなく、熱を高温の場所から低温の場所へ移転させることができる。なお、ヒートパイプ２は、例えばシース管を用いて湾曲させることができるようにしてもよい。このようにすれば、湾曲した挿入孔にも挿入することができる。
【００１９】
図３は、第１の実施形態に係るコンクリート構造物の構築方法を示すフロー図である。また、図４Ａから図４Ｄは、第１の実施形態に係るコンクリート構造物の構築方法を説明するための図である。なお、図４Ａから図４Ｄでは、模式的に１つのヒートパイプ２を示
している。
【００２０】
本実施形態では、まず、挿入孔１１ａを有する第１のブロック１０ａを形成する（図３：Ｓ１）。本工程では、図４Ａに示すように、まず、ブロック１０ａを形成するための型枠１２ａ及び挿入孔１１ａを形成するための型枠（又は中空管）１２ｂを組んでコンクリートを打ち込み、第１のブロック１０ａを形成する。図４Ａに示す工程では、型枠１２ａにホッパー１３からコンクリートを打設することで型枠１２ｂの内側に挿入孔１１ａが形成されるが、既設のコンクリートに穿孔することで挿入孔１１ａを有する第１のブロック１０ａを形成するようにしてもよい。
【００２１】
次に、ヒートパイプ２を挿入孔１１ａに挿入し、第１のブロック１０ａのクーリングを行う（Ｓ２）。ヒートパイプ２は、例えば、挿入孔１１ａに挿入され、型枠１２aの外側
上方で固定する。本工程では、図４Ｂに示すように、挿入孔１１ａにヒートパイプ２の一端（入熱部２３）を挿入し、他端（放熱部２１）を挿入孔１１ａの外へ突出させた状態で熱を移転させる。すなわち、図４Ｂの工程では水和熱を外気と熱交換して第１のブロック１０ａの冷却を促進している。なお、図面においては、発熱によるブロック内部の温度上昇を模式的にグラデーションで示している。ブロックは、中心付近ほど外気による冷却がなされにくく、温度が高くなる。
【００２２】
その後、既設の第１のブロック１０ａに隣接する第２のブロック１０ｂの型枠１２ａを組み、コンクリートを打設する（Ｓ３）。本工程では、ヒートパイプ２を挿入孔１１ａから抜き出してＳ１の要領でコンクリートを打ち込む。そして、図４Ｃに示すように、新設する第２のブロック１０ｂに挿入孔１１ｂが設けられる。
【００２３】
そして、ヒートパイプ２を挿入孔１１ａから挿入孔１１ｂにかけて挿入し、第２のブロック１０ｂが発する水和熱を第１のブロック１０ａに移転させる（Ｓ４）。図４Ｄに示す工程では、ヒートパイプ２によって、第２のブロック１０ｂのクーリングを行うと同時に第１のブロック１０ａのヒーティングを行う。ヒートパイプ２による熱交換は、ブロック１０ｂで発生する水和熱が所定の温度に下がるまで（例えば、外気と同程度の温度に下がるまで）行う。このとき、図示していない温度測定手段を用いてブロック１０ａ及びブロック１０ｂの内部の温度を測定するようにしてもよい。
【００２４】
既設の第１のブロック１０ａとこれに隣接する新設の第２のブロック１０ｂとをヒートパイプ２によって熱的に接続することで、ブロック１０ａとブロック１０ｂとの温度差を減少させることができる。これにより、ブロック１０ａとブロック１０ｂとの熱による膨張率の差も減少させることができ、コンクリート構造物に温度応力によるひび割れが生じることを抑制できる。換言すれば、ブロック１０ａとブロック１０ｂとの温度を可及的に一致させることで、伸び及び縮みも一致させ、温度ひび割れを防いでいる。
【００２５】
また、さらに第３のブロック以降を打ち継ぐ場合は、Ｓ３及びＳ４と同様の工程を繰り返す。このとき、第１のブロック１０ａの挿入孔１１ａについては、例えば、モルタルやセメント等のグラウトで埋める。
【００２６】
＜実施形態２＞
図５は、第２の実施形態に係るコンクリート構造物の構築方法を示すフロー図である。また、図６Ａから図６Ｄは、第２の実施形態に係るコンクリート構造物の構築方法を説明するための図である。なお、ここでは主として第１の実施形態との相違点について説明する。図４Ｂに示した工程では、他のブロックと隣接していない第１のブロック１０ａに発生する水和熱を外気と熱交換しており、ヒーティング等には利用していない。第２の実施形態では、蓄熱手段３を用いることにより第１のブロック１０ａに発生する水和熱を後の
工程でヒーティングに利用する。
【００２７】
蓄熱手段３は、例えば、潜熱蓄熱材を利用する潜熱蓄熱方式や顕熱蓄熱材を利用する顕熱蓄熱方式、化学反応時の吸熱又は発熱を利用する化学蓄熱方式等、既存の技術を用いたものである。具体的には、潜熱蓄熱材として氷、酢酸ナトリウム三水和物、硫酸ナトリウム十水和物、塩化カルシウム六水和物、糖アルコール等を用いることができる。また、顕熱蓄熱材として水、金属、コンクリート、レンガ等を用いることができる。化学蓄熱材として、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム等を用いることができる。セメントの水和熱の温度に応じて蓄熱材を選択すればよく、コンクリート構造物の構築工程に応じて数日程度熱を保持できることが好ましい。
【００２８】
本実施形態では、まず、型枠を組んでコンクリートを打ち込み、第１のブロック１０ａを形成する（図５：Ｓ１１）。図６Ａに示すように、ブロック１０ａを形成するための型枠１２ａ及び挿入孔１１ａを形成するための型枠（又は中空管）１２ｂを組み、ホッパー１３からコンクリートを打設することにより、ブロック１０ａ及び挿入孔１１ａが形成される。
【００２９】
次に、第１のブロックの水和熱を蓄熱手段に保持させる（Ｓ１２）。本工程では、図６Ｂに示すように、挿入孔１１ａにヒートパイプ２の一端を挿入し、他端を蓄熱装置３に接続し、第１のブロック１０ａに発生する水和熱を蓄熱装置３に移転させる。
【００３０】
その後、図６Ｃに示すように、既設の第１のブロック１０ａに隣接する第２のブロック１０ｂの型枠を組み、コンクリートを打設する（Ｓ１３）。そして、図６Ｄに示すように、蓄熱装置３と第１のブロックとを接続し、新設される第２のブロック１０ｂの温度の上昇に合わせて第１のブロックをヒーティングする（Ｓ１４）。このとき、図６Ｄに示すように、ブロック１０ｂにおいて発生する水和熱を蓄熱装置３に保持させるようにしてもよい。
【００３１】
このような構成によっても、ブロック１０ａとブロック１０ｂとの温度差を減少させることができる。これにより、ブロック１０ａとブロック１０ｂとの熱による膨張率の差も減少させることができ、コンクリート構造物に温度応力によるひび割れが生じることを抑制できる。本実施形態でも、ブロック１０ａとブロック１０ｂとの温度を可及的に一致させることで、伸び及び縮みも一致させ、温度ひび割れを防いでいる。
【００３２】
例えば第１のブロックが橋脚等のフーチングであるような場合、第２のブロックと比較して第１のブロックの方が体積が大きい。すなわち、第２のブロックに用いられるコンクリートよりも第１のブロックに用いられるコンクリートの方が多く、発生する熱量も第１のブロックの方が大きくなる。このような場合、図６Ｄに示す工程によれば図４Ｄに示した工程よりも大きな熱量で第１のブロックを加温することができる。
【００３３】
また、第１の実施形態のように第１のブロック１０ａと第２のブロック１０ｂとをさらにヒートパイプ２で接続して、第２のブロック１０ｂ及び蓄熱装置３の両者から第１のブロック１０ａへ熱を移転させるようにしてもよい。
【００３４】
なお、さらに第３のブロック以降を打ち継ぐ場合は、Ｓ１３及びＳ１４と同様の工程を繰り返すようにしてもよいし、第１の実施形態のように隣接するブロック間で熱交換するようにしてもよい。このとき、第１のブロック１０ａの挿入孔１１ａについては、例えば、モルタルやセメント等のグラウトで埋める。また、第１の実施形態において、第３のブロック以降を打ち継ぐときに、蓄熱装置３を利用するようにしてもよい。
【００３５】
＜その他＞
上記の実施形態では鉛直方向に打ち継ぐコンクリート構造物の例を示したが、水平方向に打ち継ぐコンクリート構造物に適用することもできる。例えば、トンネルの覆工コンクリート等で、水和熱を移転させるようにしてもよい。また、ダムのように鉛直方向及び水平方向に打ち継ぐコンクリート構造物に適用してもよい。
【００３６】
また、ヒートパイプは、コンクリート中に埋設するようにしてもよい。例えばトンネルの覆工コンクリートにヒートパイプを埋設することによって、トンネルの内部と出入り口付近との温度差を低減することもできる。このようにすれば、出入り口付近の温度低下を低減することができ、ひいては凍害を抑制することができる。
【００３７】
また、図７に示すように、ヒートパイプ２は、挿抜時に把手として用いることができる支持部２６を有していてもよい。また、支持部２６を用いてヒートパイプ２の入熱部（蒸発部）２３を、新設されたブロックの中心（重心）付近に固定するようにしてもよい。コンクリートの表面付近の熱は大気中に拡散するが、コンクリートの内部においては熱が滞留するため、温度はブロックの中心付近において最も高くなる。図７に示すように、入熱部２３を、新設されたブロックの中心付近に固定すれば、効率よく熱交換を行うことができる。
【符号の説明】
【００３８】
１  コンクリート構造物
１０（１０ａ、１０ｂ）  ブロック
１１（１１ａ、１１ｂ）  挿入孔
１２  型枠
１３  ホッパー
２  ヒートパイプ
２１  放熱部（凝縮部）
２２  断熱部
２３  入熱部（蒸発部）
２４  ウィック（毛細管構造）
２５  コンテナ（空洞）
２６  支持部
３  蓄熱装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
2015140597.tif 000009
【図５】
2015140597.tif 000010
【図６Ａ】
2015140597.tif 000011
【図６Ｂ】
2015140597.tif 000012
【図６Ｃ】
2015140597.tif 000013
【図６Ｄ】
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【図７】
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