(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート打設前に冷却管を配置し、前記冷却管内の冷却対象範囲に吸収性部材を配置し、前記吸水性部材に水を含ませ、前記冷却管に負圧を作用させて前記吸水性部材に含まれた水を気化させることでコンクリート内部を冷却するコンクリートの冷却方法。
【請求項２】
前記コンクリート内部の冷却中に前記吸水性部材に水を供給する請求項１に記載のコンクリートの冷却方法。
【請求項３】
コンクリート打設前に配置された冷却管と、
前記冷却管内の冷却対象範囲に配置された吸水性部材と、
前記冷却管に連結された真空装置と、を備え、
前記吸水性部材に水を含ませ、前記真空装置により前記冷却管内に負圧を作用させて前記吸水性部材に含まれた水を気化させることでコンクリート内部を冷却するコンクリートの冷却装置。
【請求項４】
前記冷却管を複数本配置し、
前記各冷却管の端部を共通のヘッダに連結し、前記ヘッダを介して前記真空装置により前記各冷却管内に負圧を作用させる請求項３に記載のコンクリートの冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリートを冷却する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マスコンクリートを施工する際、コンクリートの内部温度上昇を抑制するために、特許文献１は、垂直方向に配置した複数の管体内に給水管を挿入し、給水管を介して管体内に水を供給することでコンクリートを冷却する方法を提案する。特許文献２は、コンクリート打設空間内に組み込んだ中空材の周りと、その内部との一方にコンクリート打設をした後、他方にコンクリート打設をする工法を提案する。
【０００３】
また、特許文献３は、型枠内に複数の直線状の管路を設置し、コンクリート打設後、各管路に空気を流す方法を提案する。特許文献４は、送風機から送風ダクト内に空気を送り込んで中空鋼管の内部に供給し、この空気が中空鋼管の周囲に打設されたフレッシュコンクリートを冷却する打設コンクリートの冷却装置を提案する。特許文献５は、ＲＣ構造物の基礎部と立ち上り部の打継面近傍にクーリングパイプを設置し、クーリングパイプに空気または液体を通過させて、クーリングパイプ周囲のコンクリート温度の上昇を抑える工法を提案する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2007-303159号公報
【特許文献２】特開2007-146636号公報
【特許文献３】特開2009-235808号公報
【特許文献４】特開2011-32658号公報
【特許文献５】特開2012-92633号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
通常、マスコンクリート打設時に水を流してパイプクーリングを行う期間は、3〜7日程度であり、通水量は１系統あたり20リットル/分である。このため、井戸水や河川水を採取し通水してパイプクーリングを行い、そのまま放水する場合には、水を大量に必要とするが、実際の現場では、必要な水量を確保することが困難な場合が多い。このため、水を循環させて再利用することが考えられるが、この場合には、コンクリートの水和熱を冷却した分、上昇した水の温度を冷却する必要があり、非常に大がかりな冷却装置とシステムが必要であり、このため、施工コストがかさんでしまう。
【０００６】
また、水を必要としないエアクーリング等があるが、水と比較して空気の熱容量は小さく、冷却管の大きさが同様であれば冷却効果が小さくなる。水と同様の効果を得るためには、コンクリート内部の冷却管面積を大きくする必要があり、この場合、たとえば、特許文献２のように大きなダクトが必要となり、施工が大掛かりとなってしまう。また、通常、送風機によって外気を取り込んでいるため、外気温よりも温度を下げることができない。
【０００７】
また、冷却水の循環設備をなくすために、特殊な冷却媒体（ヒートパイプ）を使用してパイプクーリングを行う工法が開発されているが、この工法は冷却媒体を下部から上部へ移動させて放熱する必要があり、鉛直パイプクーリングのみに適用できるものである。さらに冷却効果がパイプの上下方向で一様になりづらく、延長の長い鉛直パイプクーリングには適用できない。
【０００８】
また、先に本発明者の一人は他の発明者とともに特願2014-30223において、管の一端から水を噴霧し他端から負圧を作用させ、その気化熱によりコンクリート内部を冷却する方法を提案した。本発明者等の検討によれば、かかる冷却方法はエアクーリングよりも冷却効果が大きく、必要な水量が少なく、また、管の長さ方向に均質な冷却効果を得ることができるが、クーリングする管の延長がかなり長くなると、冷却効果が低下する傾向にあり、冷却領域が制限されてしまうことが判明した。
【０００９】
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、エアクーリングよりも冷却効果が大きくかつ必要な水が少なくて済むとともに、冷却領域が制限されないコンクリートを冷却する方法および装置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】
【００１０】
上記目的を達成するためのコンクリートの冷却方法は、コンクリート打設前に冷却管を配置し、前記冷却管内の冷却対象範囲に吸収性部材を配置し、前記吸水性部材に水を含ませ、前記冷却管に負圧を作用させて前記吸水性部材に含まれた水を気化させることでコンクリート内部を冷却する。
【００１１】
このコンクリートの冷却方法によれば、冷却管内に負圧を作用させることで、吸水性部材に含ませた水が容易に気化し、その気化熱により冷却管を冷却できるため、空気を流すエアクーリングよりも冷却効果が大きく、必要な水が少量で済む。また、冷却管内への吸水性部材の配置によって冷却領域を自在に設定できるので、冷却領域が制限されることはない。たとえば、冷却管が長くなっても、それに応じて吸水性部材を配置するだけでよく、冷却効果の低下はなく、また、冷却管内における冷却効果を均質化でき、冷却管内の均一な冷却が可能となる。
【００１２】
上記コンクリートの冷却方法において、前記吸水性部材を前記冷却管のほぼ全長にわたって配置することで、冷却管内の長さ方向のほぼ全体に水を存在させることができ、冷却管内のほぼ全体を冷却することができる。
【００１３】
また、前記吸水性部材を前記冷却管の一部に配置することで、冷却管内の冷却したい一部の領域のみを冷却することが可能になる。
【００１４】
また、前記コンクリート内部の冷却中に前記吸水性部材に水を供給するようにしてもよい。吸水性部材に予め含ませた水だけでは冷却が不十分な場合、吸水性部材に水を供給することで十分な冷却が可能となる。
【００１５】
また、前記吸水性部材を前記冷却管内に予め配置しておくことが好ましい。また、前記吸水性部材は吸水性繊維からなることが好ましい。
【００１６】
上記目的を達成するためのコンクリートの冷却装置は、コンクリート打設前に配置された冷却管と、前記冷却管内の冷却対象範囲に配置された吸水性部材と、前記冷却管に連結された真空装置と、を備え、前記吸水性部材に水を含ませ、前記真空装置により前記冷却管内に負圧を作用させて前記吸水性部材に含まれた水を気化させることでコンクリート内部を冷却する。
【００１７】
このコンクリートの冷却装置によれば、真空装置により冷却管内に負圧を作用させることで、吸水性部材に含ませた水が容易に気化し、その気化熱により冷却管を冷却できるため、空気を流すエアクーリングよりも冷却効果が大きく、必要な水が少量で済む。また、冷却管内への吸水性部材の配置によって冷却領域を自在に設定できるので、冷却領域が制限されることはない。たとえば、冷却管が長くなっても、それに応じて吸水性部材を配置するだけでよく、冷却効果の低下はなく、また、冷却管内における冷却効果を均質化でき、冷却管内の均一な冷却が可能となる。
【００１８】
上記コンクリートの冷却装置において、前記吸水性部材は前記冷却管のほぼ全長にわたって配置されることで、冷却管内の長さ方向のほぼ全体に水を存在させることができ、冷却管内のほぼ全体を冷却することができる。
【００１９】
また、前記吸水性部材は前記冷却管の一部に配置されることで、冷却管内の冷却したい一部の領域のみを冷却することが可能になる。
【００２０】
また、前記コンクリート内部の冷却中に前記吸水性部材に水を供給可能に構成することで、吸水性部材に予め含ませた水だけでは冷却が不十分な場合、吸水性部材に水を供給することで十分な冷却が可能となる。
【００２１】
また、前記吸水性部材は吸水性繊維からなることが好ましい。また、前記冷却管を複数本配置し、前記各冷却管の端部を共通のヘッダに連結し、前記ヘッダを介して前記真空装置により前記各冷却管内に負圧を作用させることが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のコンクリートの冷却方法および装置によれば、エアクーリングよりも冷却効果が大きくかつ必要な水が少なくて済むとともに、冷却領域が制限されず、たとえば、冷却管が長くなっても冷却効果が低下しない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１の実施形態によるコンクリート冷却装置を示す概略図である。
【図２】第２の実施形態によるコンクリート冷却装置を示す概略図である。
【図３】第３の実施形態によるコンクリート冷却装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。
【００２５】
［第１の実施形態］
図１は第１の実施形態によるコンクリート冷却装置を示す概略図である。
【００２６】
図１に示すように、第１の実施形態によるコンクリート冷却装置は、コンクリート構造物ＣＳ内に配置された冷却管１０の一端１０ａに対し水を管１１ａを通して供給可能な水タンク１１と、冷却管１０の他端１０ｂに配置されたエジェクタ１２と、エジェクタ１２に圧縮空気を送ることで冷却管１０内に負圧を作用させるコンプレッサ１３と、冷却管１０の一端１０ａと他端１０ｂとの間に配置した吸水性部材１５と、を備える。
【００２７】
冷却管１０は、直線状に構成され、型枠内に配置されてからコンクリートが打設されてコンクリート構造物ＣＳの内部に予め配置されている。吸水性部材１５は、冷却管１０内に予め配置しておくことが好ましく、この場合、図１のように、冷却管１０の断面の一部に配置するが、断面全体に配置してもよい。
【００２８】
図１において、水タンク１１から冷却管１０内の吸水性部材１５に対し水を供給可能に構成するために、冷却管１０の端部１０ａを閉塞板１０ｃで閉塞し、管１１ａの先端（または管１１ａの途中）にノズル１１ｂを配置し閉塞板１０ｃに貫通して取り付け、このノズル１１ｂから吸水性部材１５に比較的少量の水を継続的に供給するように構成できる。この構成によれば、冷却管１０内の負圧を維持したままで水の継続的な供給が可能である。
【００２９】
なお、吸水性部材１５の保水性能等に応じて、ノズル１１ｂから比較的少量の水を断続的に供給してもよい。また、ノズル１１ｂを噴霧ノズルとし、コンプレッサを用いて噴霧ノズルから水をミスト状に噴霧するように構成してもよい。水はミスト状にする方が負圧を保持しやすいので、冷却管１０内の負圧維持の点で好ましい。
【００３０】
また、冷却管１０の他端１０ｂを閉塞板１０ｄで閉塞し、閉塞板１０ｄにエジェクタ１２を取り付ける。コンプレッサ１３からエジェクタ１２に圧縮空気を送り冷却管１０の他端１０ｂから空気を排出することで、冷却管１０内に負圧を作用させる。
【００３１】
吸水性部材１５は、吸水性があるものであればいずれでも使用可能であるが、保水性・吸水性に優れた材料を使用することが好ましく、より効率的であり、たとえば、高吸水性高分子（ポリアクリル酸ナトリウムなどの吸水性ポリマー）、ポリエステル、ナイロン（登録商標）、ウレタン、ポリビニルアルコールなどの人工素材を用いることができる。さらに、これらの人工素材を繊維状にするなどの加工により単位容積当たりの繊維の表面積を増やすことで、繊維表面と水との接触面積が増え、表面張力が大きくなり吸水性を向上させた吸水性繊維が好ましい。吸水性繊維における吸水性向上の方法・手段としては、繊維の極細化、繊維断面の異形化や側面の溝付与、繊維側面に微細な溝や窪み付与、繊維側面の多孔化などがある。
【００３２】
各種の吸水性繊維を使用できるが、たとえば、繊維1gあたり150mlの水を保水可能な保水性、および、吸水速度が速く、たとえば、約10秒で平衡吸水量の70%に達するような優れた吸水性を備える吸水性繊維を用いることができる。また、吸水性繊維は、多少の圧力が加えられても離水しない性質を有することが好ましい。
【００３３】
上述のように優れた吸水性を発揮する素材を使用し、かつ、素材を加工することで吸水性を高めた人工材料の製品名としては、ランシールF（東洋紡社製）、モイスファイン（東洋紡社製）、アクアキープ（住友精化社製）などがあるが、これらに限定されない。
【００３４】
図１のコンクリート冷却装置の動作について説明する。水タンク１１から管１１ａ、ノズル１１ｂを通して、冷却管１０内の吸水性部材１５に対し水を供給することで、吸水性部材１５全体に水を含ませ保持する。次に、コンプレッサ１３を作動させてエジェクタ１２に矢印方向ｃへ圧縮空気を通すことで、エジェクタ１２により冷却管１０の他端１０ｂから冷却管１０内の空気を排出し冷却管１０内に負圧を作用させる。このように、冷却管１０内に負圧を作用させることで冷却管１０内の圧力が低下し、水の気化温度が低下するので、冷却管１０内の吸水性部材１５に含まれた水が容易に気化する。かかる気化熱により冷却管１０を介してコンクリート構造物ＣＳの内部の熱を図１の矢印方向ａに除去し、コンクリート構造物ＣＳの内部を冷却することができる。このようにして、コンクリート打設によって発生する水和熱を除去することができ、コンクリートの内部温度上昇を効率的に抑制することができる。
【００３５】
また、吸水性部材１５は冷却管１０の一端１０ａから他端１０ｂまでの全体にわたって配置されているので、吸水性部材１５が保持する水により冷却管１０全体にわたって冷却でき、また、均一に冷却できるので冷却効果が均質化される。
【００３６】
また、コンクリート冷却中に、必要に応じて水タンク１１から水をノズル１１ｂを通して吸水性部材１５に供給できるので、継続的な冷却効果を得ることができる。この場合、水は負圧維持のため比較的少量を継続的に供給するが、たとえば、管１１ａの途中にバルブを設け、このバルブの操作により断続的に供給してもよい。
【００３７】
以上のように、本実施形態によれば、冷却管１０内を負圧状態にすることで水の気化温度が低下し、吸水性部材１５に含まれた水が容易に気化し、かかる気化熱によりコンクリート構造物ＣＳの内部を効率よく冷却できるため、空気を流すエアクーリングよりも冷却効果が大きく、コンクリートの水和熱を効率的に除去することができる。また、パイプクーリングの冷却管１０内の吸水性部材１５に含ませた水を気化させて冷却することで、必要な水量が通常の水によるパイプクーリングと比べて大幅に少なくて済む。このように少量の水で済むため、多量の水の確保が困難なコンクリート施工現場においてもコンクリートの水和熱の効率的除去が可能となる。また、冷却水の冷却装置・システムが不要となるため、施工コストがかさむこともない。
【００３８】
また、冷却管１０が長くなっても、それに応じて吸水性部材１５を配置することができるので、冷却効果の低下はない。すなわち、冷却管１０内の吸水性部材１５に含水させ、その吸水性により冷却管１０の一端だけでなく吸水性部材１５を配置した冷却管１０内の広範囲にわたって水を存在させることができるため、冷却管１０の延長が長くなっても効果が低下しない。
【００３９】
また、負圧により冷却管１０内の冷却効果を均質化することができ、コンクリート打設による水和熱を冷却管１０の延びる方向に均一に除去することができる。
【００４０】
また、本実施形態によるコンクリート冷却装置は、必要な装置部分が、小型の水タンクとコンプレッサだけでよく、設置が簡易であり、コストもさほどかさまない。
【００４１】
また、吸水性部材として上述のような吸水性繊維を用いることで、吸水性部材１５の一端に水を少量供給するだけで遠く離れた部分まで水が比較的短時間で浸透し、水を保持することができるので、効率的な冷却が可能である。また、吸水性繊維によれば、多少の圧力が加えられても離水しないので、負圧により徐々に水を気化させることができる。
【００４２】
なお、本実施形態では、コンクリート冷却の開始前に水を水タンク１１からノズル１１ｂを通して供給したが、これには限定されず、予め別の方法（たとえば、ポンプや重力など）により吸水性部材１５に給水するようにしてもよい。
【００４３】
また、真空装置として、エジェクタ１２とコンプレッサ１３とを用いたが、これに限定されず、たとえば、ロータリーポンプやダイアフラムポンプからなる真空ポンプを用い、冷却管１０内に負圧を作用させるようにしてもよい。
【００４４】
［第２の実施形態］
図２は、第２の実施形態によるコンクリート冷却装置を示す概略図である。図２のコンクリート冷却装置は、吸水性部材１５Ａを冷却管１０の中央近傍の一部に配置し、水タンク１１からの管１１ａを延長しノズル１１ｂを吸水性部材１５の近傍に配置する。これ以外の構成は図１と同様である。
【００４５】
図２のコンクリート冷却装置によれば、冷却管１０内を負圧状態にすることで、吸水性部材１５Ａの配置された冷却管１０の中央近傍において吸水性部材１５Ａに含まれた水が容易に気化し、この気化熱により冷却管１０を介してコンクリート構造物ＣＳの内部の主に中央部の熱を図２の矢印方向ｂに除去し、コンクリート構造物ＣＳの中央内部を効率よく冷却することができる。
【００４６】
たとえば、中心部と表面部の温度差に起因する内部拘束型のマスコンクリートでは、中心部温度を下げて、表面部温度を下げないほうが有利となるが、図２のコンクリート冷却装置により、コンクリート構造物ＣＳの主に中心部の温度を下げることで、従来のパイプクーリングよりも、温度差による応力を効果的に低減することができる。
【００４７】
図１や図２の実施形態から明らかであるが、吸水性部材１５，１５Ａは冷却管１０内の冷却したい範囲に容易に設置できるので、冷却したい領域が全体であっても部分であってもその領域を効率的に冷却できる。
【００４８】
［第３の実施形態］
図３は、第３の実施形態によるコンクリート冷却装置を示す概略図である。図３のコンクリート冷却装置は、複数本の冷却管１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを配置し、マスコンクリートの場合に適用可能としたものである。図１と同様に、各冷却管１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ内には吸水性部材１５が設けられ、各冷却管１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの一端において水タンク１１の水が管１１ａ、ノズル１１ｂを通して吸水性部材１５に供給可能であり、他端においてヘッダ１６を介して各冷却管１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃに真空ポンプ１７が連結される。図３では、コンクリート構造物の規模等に応じて所定数の冷却管が所定間隔で配置される。
【００４９】
図３の構成によれば、図１と同様の効果を得ることができるとともに、マスコンクリートであっても効率的に冷却することができる。この場合、各冷却管１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの吸水性部材１５を、必要に応じて、図２のように、冷却管の一部に部分的に配置し、温度差による応力を効果的に低減するようにしてもよい。
【００５０】
以上のように本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。たとえば、吸水性部材１５として、本実施形態では人工素材によるものを用いたが、本発明は、これに限定されず、たとえば、綿や羊毛などの天然素材によるものを用いてもよい。
【００５１】
また、本実施形態では、コンクリートの冷却中に、吸水性部材１５に対し比較的少量の水を継続的または断続的に供給するようにしたが、本発明はこれに限定されず、比較的多量の水を継続的または断続的に供給するようにしてもよい。この場合、冷却管１０内は負圧状態であるため、負圧を保持したまま多量の水を冷却管１０内に供給することが難しい。したがって、水を多量に供給する場合には、冷却管１０内の気圧をいったん大気圧に近づけてから水を供給する、または、多量の水を供給することで冷却管１０内の気圧は大気圧に近づくが、その後再度負圧を作用させる。具体的には、たとえば、コンプレッサ１３のスイッチを切り、ポンプを用いたり、冷却管１０の上から重力を利用して水を供給し、その後、コンプレッサ１３を再作動させる。
【００５２】
また、上述のように、比較的大量の水を供給するようにすることで、図１などの水タンク１１，管１１ａ、ノズル１１ｂを省略してもよい。
【００５３】
また、図２では、吸水性部材１５を冷却管１０内の一部に部分的に配置したが、本発明はこれに限定されず、冷却管１０内の複数領域に飛び飛びに部分的に配置するようにしてもよい。この場合、水タンク１１からの管１１ａを各領域の吸水性部材へと延長しノズル１１ｂを各吸水性部材近傍に配置することができる。
【００５４】
また、冷却管は、本実施形態では、直線状であるが、コイル状やＵ字状であっもよい。また、冷却管は、円筒であってよいが、角筒等であってもよく、また、鋼管から構成されてよいが、鉄鋼よりも熱伝導性のよい材料、たとえば、銅材料やアルミニウム材料から構成してもよい。
【００５５】
また、吸水性部材１５は、冷却管１０が型枠内に配置される前に、冷却管１０内に予め配置しておくことが好ましいが、これに限定されず、冷却管１０の型枠内への配置後、冷却実施前の間に配置するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明のコンクリートの冷却方法・装置によれば、エアクーリングよりも冷却効果が大きくかつ必要な水量が少なくて済むので、多量の水の確保が困難な施工現場でもコンクリートの水和熱の効率的除去が可能となり、また、冷却水の冷却装置・システムが不要となるため、施工コストがかさむことがなく、さらに、必要な箇所のみを冷却できるため、効率的なコンクリートの水和熱除去が実現できる。
【符号の説明】
【００５７】
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ 冷却管
１１ 水タンク
１１ｂ ノズル
１２ エジェクタ
１３ コンプレッサ
１５，１５Ａ 吸水性部材
１６ ヘッダ
１７ 真空ポンプ
ＣＳ コンクリート構造物
【図１】
0006482304.tif 000002
【図２】
0006482304.tif 000003
【図３】
0006482304.tif 000004