(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
骨材ストックヤードから搬送された骨材を骨材容器に投入し、熱媒体により上記骨材容器内の骨材を温度調整した後、温度調整された上記骨材を上記骨材容器から搬送装置に排出してミキサーに搬送し、さらに、上記骨材を少なくともセメント,混練水および混和剤と共にミキサーに投入して混練するコンクリート製造プラントにおけるコンクリート用骨材の温度調整方法において、
上記骨材の粒径に応じて分類された骨材が上記骨材容器に投入され、
上記骨材の粒径に応じて分類された骨材種別に応じて上記骨材容器の２次元縦断面に同形状,同寸法の上記骨材を整列させて配置し、上記骨材間の隙間を熱媒体で満たした断面モデルにおいて、上記骨材容器の上部から供給される上記熱媒体が自由落下により上記骨材容器の下部から流出する条件で質量保存式,運動量保存式およびエネルギー保存式を用いて行う熱流体解析によって、所定温度の上記熱媒体を単位時間当たり所定供給量で供給したときに上記骨材容器内の骨材の温度が目標骨材温度に達するまでに要する熱媒体供給時間を予め算出し、
上記骨材容器内の骨材を上記搬送装置により上記ミキサーに搬送する前に、上記所定温度の熱媒体を上記単位時間当たり所定供給量で上記熱媒体供給時間上記骨材容器内に供給して、上記骨材容器内の骨材を温度調整するものであって、
上記質量保存式は、
0004966441.tif 000009
で表され、上記運動量保存式は、
0004966441.tif 000010
で表され、上記エネルギー保存式は、
0004966441.tif 000011
〔ただし、ｘi  ：  位置座標  (ｉ＝１〜３)
ｕi  ：  ｘi方向の流体速度
ｔ  ：  時間
ρ  ：  熱媒体または骨材の密度
ｐ  ：  熱媒体の圧力
μ  ；  粘性係数
ｇ  ：  重力加速度
β  ：  熱媒体の体膨張率
Ｔ  ：  熱媒体または骨材の温度
Ｔ0  ：  熱媒体の基準温度
Ｃp  ：  熱媒体の定圧比熱
Ｋ  ：  熱媒体または骨材の熱伝導率
ｑ  ：  発熱量  〕
で表されることを特徴とするコンクリート用骨材の温度調整方法。
【請求項２】
請求項１に記載のコンクリート用骨材の温度調整方法において、
上記骨材容器内に熱媒体を供給する前に、上記熱流体解析により算出された上記熱媒体供給時間が目標熱媒体供給時間を超えるとき、上記熱媒体供給時間が目標熱媒体供給時間を超えないように上記所定温度または上記単位時間当たり所定供給量の少なくとも一方を変更して、再び熱流体解析によって上記熱媒体供給時間を算出することを特徴とするコンクリート用骨材の温度調整方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のコンクリート用骨材の温度調整方法において、
上記骨材容器内に熱媒体を供給した後、上記骨材容器に設けた骨材排出口から排出された骨材の排出骨材温度を計測し、
上記排出骨材温度が上記目標骨材温度を越えるとき、上記骨材排出口を閉じて、上記排出骨材温度に基づいて、熱流体解析によって、上記所定温度の熱媒体を単位時間当たり上記所定供給量で供給したときに上記骨材容器内の骨材の温度が上記排出骨材温度から上記目標骨材温度に達するまでに要する追加熱媒体供給時間を算出し、
上記算出された追加熱媒体供給時間、上記所定温度の熱媒体を上記単位時間当たり所定供給量で上記骨材容器内に供給して、上記骨材容器内の骨材を冷却することを特徴とするコンクリート用骨材の温度調整方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載のコンクリート用骨材の温度調整方法において、
上記骨材容器内に熱媒体を供給した後、上記骨材容器に設けた骨材排出口から排出された骨材の排出骨材温度を計測し、
上記排出骨材温度が上記目標骨材温度未満のとき、上記骨材排出口を閉じて、上記排出骨材温度に基づいて、熱流体解析によって、上記所定温度の熱媒体を単位時間当たり上記所定供給量で供給したときに上記骨材容器内の骨材の温度が上記排出骨材温度から上記目標骨材温度に達するまでに要する追加熱媒体供給時間を算出し、
上記算出された追加熱媒体供給時間、上記所定温度の熱媒体を上記単位時間当たり所定供給量で上記骨材容器内に供給して、上記骨材容器内の骨材を加熱することを特徴とするコンクリート用骨材の温度調整方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ダム等の大規模なコンクリート構造物の施工においてコンクリートを混練する前に予め骨材を温度調整するコンクリート用骨材の温度調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
従来、ダム等の大規模なコンクリート構造物の施工において、セメント,水,砂,砂利および混和剤等を所定の配合で計量し、これをミキサーに投入した後に混練することによりコンクリートを製造するバッチャープラントが用いられている。上記バッチャープラントへの砂,砂利等の骨材の供給は、骨材を貯蔵する骨材ストックヤードからコンベア等の搬送装置を介して行われる。上記バッチャープラントで製造されたコンクリートは、打設場所に搬送されて打設されるが、特にダム等の大規模なコンクリート構造物では、セメントが水和凝結するときに発生する水和熱が大きく、セメント水和熱に伴って打設後のコンクリートに大きな温度上昇が生じる。このため、暑中の施工等によっては、このコンクリートの温度上昇に起因する温度ひび割れが生じて、構造物の機能,耐久性に支障を及ぼす恐れがある。また、上記コンクリートの打設温度が２５℃以上になると、ワーカービリティ(コンクリートの流動性)が低下すると共に、凝結時間が早くなって十分な締め固めが困難になるので、コンクリートの打設温度を２５℃以下にする必要がある。
【０００３】
このような問題を解決する手段として、バッチャープラントに供給される骨材やセメント,水等のコンクリート材料を予め冷却して、コンクリートの練り上がり温度を抑制するコンクリート用骨材の温度調整方法がある。
【０００４】
従来、コンクリート用骨材の温度調整方法として行われている主なものとしては、(1)冷風冷却、(2)冷水冷却(冷水の散水または浸水による冷却)、(3)液体窒素冷却、(4)真空冷却(骨材を充填した容器内の空気を真空近くまで排出して、水の沸点を常温近くまで下げることにより、水の気化熱を利用する冷却)等がある。
【０００５】
このうち、必要な温度低下量が３〜４℃と小さいコンクリートの場合には、混練水の冷却と粗骨材の冷水散水の組み合わせによって、プレクーリングする方法が好ましい。その理由として、冷水冷却は冷風冷却に比べて冷却効率が高く、冷却に要する時間を大幅に短縮できる点と、液体窒素冷却や真空冷却に比べて、高圧処理,極低温処理または真空処理等の高度な技術や高価で複雑な設備を必要とせず、経済的で取り扱いが容易であるという点が挙げられる。
【０００６】
しかしながら、上記冷水散水による骨材の冷却においては、次の(a)〜(c)のような問題がある。
【０００７】
(a)  構築するダム近傍の河川や湖水に大量の冷水を求めることが考えられるが、これらの水は自然水であり、天候等により水温が変動し、冷水の温度管理が容易にできない。
【０００８】
(b)  また、上記大量の骨材を冷水冷却する場合、従来、専有面積および骨材排出の関係から縦長筒型の骨材容器が採用されており、冷却効率および経済性を考えると、散水は上部から行われて、底部から排水されるのが一般的である。そのため、骨材容器内の下部になるほど、散水の影響が及びにくくなり、骨材容器内の骨材が均一に冷却されているとは限らず、骨材の温度管理が難しい。
【０００９】
(c)  また、冷水冷却は、液体窒素冷却および真空冷却に比べて時間がかかる。一方、ダムのような大規模コンクリート構造物の施工では、一回のコンクリート打設量と打設サイクルが決められており、骨材の冷却量および冷却サイクルもそれに応じて設定しなければならない。ところが、積算散水量,散水時間と冷却された骨材温度との関係が明らかでないと、打設サイクルに適合した冷却時間がわからず、打設サイクルに骨材冷却が間に合わなくなって、コンクリート打設に支障をきたす場合がある。
【００１０】
また、寒中のコンクリート構造物の施工では、気温,構造物の種類および大きさ等によって異なるが、一般に４℃以上の気温では、通常の施工方法でよく、０〜４℃では、簡単な保温で施工される。しかしながら、日平均気温が０℃以下の場合は、硬化前のコンクリートが氷点下にさらされると、凍結して膨張し、初期凍害を受けて、耐久性,水密性が著しく劣ったものとなるという問題がある。また、コンクリートが凍結しないまでも、コンクリートが５℃以下の低温度にさらされると、凝結および硬化反応が著しく遅延し、施工時間が長くなるという問題がある。
【００１１】
そこで、この発明の目的は、温度管理された熱媒体により適切な温度調整時間で骨材を目標骨材温度に容易に温度調整でき、コンクリートの製造時間を短縮できるコンクリート用骨材の温度調整方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１のコンクリート用骨材の温度調整方法は、骨材ストックヤードから搬送された骨材を骨材容器に投入し、熱媒体により上記骨材容器内の骨材を温度調整した後、温度調整された上記骨材を上記骨材容器から搬送装置に排出してミキサーに搬送し、さらに、上記骨材を少なくともセメント,混練水および混和剤と共にミキサーに投入して混練するコンクリート製造プラントにおけるコンクリート用骨材の温度調整方法において、上記骨材の粒径に応じて分類された骨材が上記骨材容器に投入され、上記骨材の粒径に応じて分類された骨材種別に応じて上記骨材容器の２次元縦断面に同形状,同寸法の上記骨材を整列させて配置し、上記骨材間の隙間を熱媒体で満たした断面モデルにおいて、上記骨材容器の上部から供給される上記熱媒体が自由落下により上記骨材容器の下部から流出する条件で質量保存式,運動量保存式およびエネルギー保存式を用いて行う熱流体解析によって、所定温度の上記熱媒体を単位時間当たり所定供給量で供給したときに上記骨材容器内の骨材の温度が目標骨材温度に達するまでに要する熱媒体供給時間を予め算出し、上記骨材容器内の骨材を上記搬送装置により上記ミキサーに搬送する前に、上記所定温度の熱媒体を上記単位時間当たり所定供給量で上記熱媒体供給時間上記骨材容器内に供給して、上記骨材容器内の骨材を温度調整するものであって、
上記質量保存式は、
0004966441.tif 000002
で表され、上記運動量保存式は、
0004966441.tif 000003
で表され、上記エネルギー保存式は、
0004966441.tif 000004
〔ただし、ｘi  ：  位置座標  (ｉ＝１〜３)
ｕi  ：  ｘi方向の流体速度
ｔ  ：  時間
ρ  ：  熱媒体または骨材の密度
ｐ  ：  熱媒体の圧力
μ  ；  粘性係数
ｇ  ：  重力加速度
β  ：  熱媒体の体膨張率
Ｔ  ：  熱媒体または骨材の温度
Ｔ0  ：  熱媒体の基準温度
Ｃp  ：  熱媒体の定圧比熱
Ｋ  ：  熱媒体または骨材の熱伝導率
ｑ  ：  発熱量  〕
で表されることを特徴としている。
【００１３】
上記請求項１のコンクリート用骨材の温度調整方法によれば、熱流体解析によって、所定温度の熱媒体(冷水,温水または窒素等)を単位時間当たり所定供給量で供給したときに骨材容器内の骨材の温度が目標骨材温度に達するまでに要する熱媒体供給時間を予め算出する。そして、上記骨材ストックヤードから搬送された骨材を骨材容器に投入し、上記所定温度の熱媒体を所定単位時間当たり所定供給量で上記熱媒体供給時間だけ上記骨材容器内に供給する。そうして供給された熱媒体により骨材を温度調整した後、温度調整された骨材を骨材容器から搬送装置に排出してミキサーに搬送し、その骨材を少なくともセメント,混練水および混和剤と共にミキサーに投入して混練する。このように、温度管理された熱媒体により適切な温度調整時間で骨材を目標骨材温度に容易に温度調整でき、コンクリートの製造時間を短縮できる。
【００１４】
また、請求項２のコンクリート用骨材の温度調整方法は、請求項１のコンクリート用骨材の温度調整方法において、上記骨材容器内に熱媒体を供給する前に、上記熱流体解析により算出された上記熱媒体供給時間が目標熱媒体供給時間を超えるとき、上記熱媒体供給時間が目標熱媒体供給時間を超えないように上記所定温度または上記単位時間当たり所定供給量の少なくとも一方を変更して、再び熱流体解析によって上記熱媒体供給時間を算出することを特徴としている。
【００１５】
上記請求項２のコンクリート用骨材の温度調整方法によれば、上記骨材容器内に熱媒体を供給する前に、上記熱流体解析で算出された熱媒体供給時間が目標熱媒体供給時間(現場施工の工程等により決定)を超えるとき、上記熱媒体供給時間が目標熱媒体供給時間を超えないように上記熱媒体の所定温度または単位時間当たり所定供給量の少なくとも一方を変更する。そうして変更された所定温度または単位時間当たり所定供給量で、再び熱流体解析によって上記熱媒体供給時間を算出するので、現場施工の工程等に応じた適切な熱媒体供給時間を決定できる。
【００１６】
また、請求項３のコンクリート用骨材の温度調整方法は、請求項１または２のコンクリート用骨材の温度調整方法において、上記骨材容器内に熱媒体を供給した後、上記骨材容器に設けた骨材排出口から排出された骨材の排出骨材温度を計測し、上記排出骨材温度が上記目標骨材温度を越えるとき、上記骨材排出口を閉じて、上記排出骨材温度に基づいて、熱流体解析によって、上記所定温度の熱媒体を単位時間当たり上記所定供給量で供給したときに上記骨材容器内の骨材の温度が上記排出骨材温度から上記目標骨材温度に達するまでに要する追加熱媒体供給時間を算出し、上記算出された追加熱媒体供給時間、上記所定温度の熱媒体を上記単位時間当たり所定供給量で上記骨材容器内に供給して、上記骨材容器内の骨材を冷却することを特徴としている。
【００１７】
上記請求項３のコンクリート用骨材の温度調整方法によれば、骨材を冷却する場合、上記骨材容器内に熱媒体を供給した後、骨材容器に設けた骨材排出口から排出された骨材の排出骨材温度を計測し、その計測された排出骨材温度が目標骨材温度を越えるとき、上記骨材排出口を閉じて、再び熱流体解析によって、上記排出骨材温度に基づいて、上記所定温度の熱媒体を単位時間当たり所定供給量で供給したときに骨材容器内の骨材の温度が上記排出骨材温度から目標骨材温度に達するまでに要する追加熱媒体供給時間を算出する。そうして、再び上記所定温度の熱媒体を上記単位時間当たり所定供給量で上記追加熱媒体供給時間だけ上記骨材容器内に供給して、上記骨材容器内の骨材を冷却する。すなわち、上記骨材容器内の骨材の温度が目標骨材温度以下になるまで、熱媒体を供給して温度調整するのである。なお、上記排出骨材温度が目標骨材温度以下のときは、上記ミキサーに所定量の上記骨材を投入する。このように、上記骨材容器の骨材排出口から排出された骨材の排出骨材温度により熱媒体の供給を管理することによって、骨材容器内の骨材を確実に目標骨材温度に温度調整できる。
【００１８】
また、請求項４のコンクリート用骨材の温度調整方法は、請求項１または２のコンクリート用骨材の温度調整方法において、上記骨材容器内に熱媒体を供給した後、上記骨材容器に設けた骨材排出口から排出された骨材の排出骨材温度を計測し、上記排出骨材温度が上記目標骨材温度未満のとき、上記骨材排出口を閉じて、上記排出骨材温度に基づいて、熱流体解析によって、上記所定温度の熱媒体を単位時間当たり上記所定供給量で供給したときに上記骨材容器内の骨材の温度が上記排出骨材温度から上記目標骨材温度に達するまでに要する追加熱媒体供給時間を算出し、上記算出された追加熱媒体供給時間、上記所定温度の熱媒体を上記単位時間当たり所定供給量で上記骨材容器内に供給して、上記骨材容器内の骨材を加熱することを特徴としている。
【００１９】
上記請求項４のコンクリート用骨材の温度調整方法によれば、骨材を加熱する場合、上記骨材容器内に熱媒体を供給した後、骨材容器に設けた骨材排出口から排出された骨材の排出骨材温度を計測し、その計測された排出骨材温度が目標骨材温度未満のとき、上記骨材排出口を閉じて、再び熱流体解析によって、上記排出骨材温度に基づいて、上記所定温度の熱媒体を単位時間当たり所定供給量で供給したときに骨材容器内の骨材の温度が上記排出骨材温度から目標骨材温度に達するまでに要する追加熱媒体供給時間を算出する。そうして、再び上記所定温度の熱媒体を上記単位時間当たり所定供給量で上記追加熱媒体供給時間だけ上記骨材容器内に供給して、上記骨材容器内の骨材を加熱する。すなわち、上記骨材容器内の骨材の温度が目標骨材温度以上になるまで、熱媒体を供給して温度調整するのである。なお、上記排出骨材温度が目標骨材温度以上のときは、上記ミキサーに所定量の上記骨材を投入する。このように、上記骨材容器の骨材排出口から排出された骨材の排出骨材温度により熱媒体の供給を管理することによって、骨材容器内の骨材を確実に目標骨材温度に温度調整できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明のコンクリート用骨材の温度調整方法を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００２１】
図１はこの発明の実施の形態のコンクリート用骨材の温度調整方法を用いたバッチャープラントの概略構成図であり、このバッチャープラントは、特に暑中のコンクリート構造物の施工に用いられる。
【００２２】
図１において、１は図示しない骨材ストックヤードから骨材を搬送する第１ベルトコンベア、２は上記第１ベルトコンベア１により搬送された骨材が骨材投入口１３から所定量投入される骨材容器としての骨材貯蔵ビン、３は上記骨材貯蔵ビン２の下部の骨材排出口１５から排出された骨材を搬送する搬送装置としての第２ベルトコンベアである。上記第２ベルトコンベア３により搬送された骨材は、ミキサー４に投入される。また、上記骨材貯蔵ビン２は、上部にホッパー１１を有し、ホッパー１１下端の骨材投入口１３にゲート１４を配設し、骨材排出口１５にゲート１６を配設している。なお、上記第２ベルトコンベア３は、帯状ベルトコンベアである。
【００２３】
また、５は河川Ｒから引き込まれた熱媒体としての自然水で冷水を製造する散水用水製造機、６は上記散水用水製造機５に供給するための温度調整水を製造する温度調整水製造機、７は上記骨材貯蔵ビン２の下方から排出された流出水が貯められる沈殿槽、８は後述する各種センサからのセンサ信号を処理する信号処理装置、９は上記信号処理装置８からのセンサ信号等に基づいて信号処理装置８に制御信号を出力する制御装置である。
【００２４】
また、上記散水用水製造機５内に冷水の温度を計測する散水用水温度センサとしての温度センサ３１を配置し、信号処理装置８側に外気温度を計測する温度センサ３２を配置している。また、上記第１ベルトコンベア１の上方に、搬送される骨材の温度を計測する投入骨材温度センサとしての赤外線温度センサ３３を配置し、骨材貯蔵ビン２内の上部に冷水の温度を計測する温度センサ３４を配置すると共に、沈殿槽７内に流出水の温度を計測する温度センサ３５を配置している。上記温度センサ３１〜３５を信号処理装置８に接続している。なお、上記温度センサ３４は、後述する散水装置１２の配管内に設けてもよい。
【００２５】
また、上記温度調整水製造機６から散水用水製造機５に温度調整水を供給する配管Ｌ1にバルブ２１を配設し、散水用水製造機５から骨材貯蔵ビン２に冷水を供給する配管Ｌ2にバルブ２２を配設している。上記配管Ｌ2は、骨材貯蔵ビン２内に配置された散水装置１２に接続されている。上記散水装置１２に散水量を積算する積算水量計３８を配設している。また、上記骨材貯蔵ビン２の底部と沈殿槽７とを配管Ｌ3を介して接続している。上記バルブ２１,２２を信号処理装置８を介して制御装置９により制御する。なお、沈殿槽７内の流出水を河川Ｒに流すための配管Ｌ4にバルブ２３を配設すると共に、配管Ｌ4に接続された分岐配管Ｌ5にバルブ２４を配設している。
【００２６】
また、上記第２ベルトコンベア３の上方に、搬送される骨材の温度を計測する排出骨材温度センサとしての赤外線温度センサ３６を配置すると共に、搬送される骨材の付着水量を計測する反射式赤外線水分計３７を配置している。
【００２７】
上記制御装置９は、第１,第２ベルトコンベア１,３やゲート１４,１６および散水装置１２等を制御する熱媒体供給制御手段としての温度調整制御手段９aと、冷却後の骨材の温度を判定する骨材温度判定手段９bと、散水時間を予測演算する熱媒体供給時間算出手段および追加熱媒体供給時間算出手段としての散水時間算出手段９cと、散水時間を計測するタイマ９dとを有している。上記骨材貯蔵ビン２,散水用水製造機５,温度調整水製造機６,沈殿槽７,信号処理装置８,制御装置９,散水装置１２,バルブ２１,バルブ２２,温度センサ３１〜３５および赤外線温度センサ３６でコンクリート用骨材の温度調整装置を構成している。
【００２８】
なお、図１のコンクリート用骨材の温度調整装置では、１つの骨材貯蔵ビン２のみを示したが、骨材の粒径に応じて分類された骨材種別毎に複数の骨材貯蔵ビンを備えている。例えば、ダムの施工に用いられるコンクリートの骨材は、一般に粒径が、Ｇ１(150〜80mm)、Ｇ２(80〜40mm)、Ｇ３(40〜20mm)、Ｇ４(20〜5mm)、Ｓ１(荒め砂)、Ｓ２(細め砂)のものが用いられ、比較的大きな粒径のものが主流をなす。上記骨材種別がＧ４,Ｓ１,Ｓ２の粒径が小さいものは、冷水を散水すると、付着水が多くなりすぎ、ミキサー４で混練するときに水セメント比が目標値よりも高くなって、所定のコンクリート強度が得られなくなるので、これらには散水しない。
【００２９】
上記バッチャープラントにおいて、骨材ストックヤード(図示せず)から第１ベルトコンベア１により搬送された骨材を骨材貯蔵ビン２のホッパー１１に投入し、上記制御装置９の温度調整制御手段９aにより骨材投入口１３のゲート１４を開閉制御して、所定量の骨材を骨材貯蔵ビン２内に投入する。このとき、上記制御装置９の温度調整制御手段９aにより骨材排出口１５のゲート１６は閉じている。
【００３０】
また、河川Ｒから自然水を散水用水製造機５に引き込んで、その散水用水製造機５内の自然水に、温度調整水製造機６で製造された温度調整水を添加混合して、目標温度の冷水を製造する。このとき、冷水の温度が目標温度になるように、温度調整水製造機６から添加する温度調整水の添加量をバルブ２１の開閉により制御する。なお、上記温度調整水製造機６は、自然水を引き込んで温度調整水を製造してもよいし、水道水を引き込んで温度調整水を製造してもよい。
【００３１】
次に、上記散水時間算出手段９cにより骨材貯蔵ビン２内の骨材１０が目標骨材温度になる散水時間(熱媒体供給時間)を算出する。
【００３２】
次に、上記温度調整制御手段９aによりバルブ２２を開いて、散水時間算出手段９cにより算出された散水時間だけ、散水用水製造機５から供給された冷水を散水装置１２により骨材貯蔵ビン２の上部から散水する。このとき、散水された冷水が骨材貯蔵ビン２の骨材１０の隙間を流下して骨材１０を冷却し、骨材貯蔵ビン２の下部に溜まった水は、配管Ｌ3を介して沈殿槽７に流出する。
【００３３】
そして、図１において、上記散水装置１２による冷水の散水を止めた後、骨材貯蔵ビン２内の水を十分排水した後、骨材排出口１５のゲート１６を開いて、冷却された骨材を排出する。上記骨材排出口１５から第２ベルトコンベア３上に排出された骨材は、第２ベルトコンベア３によりミキサー４に搬送される。このとき、上記第２ベルトコンベア３により搬送される骨材の温度を赤外線温度センサ３６により計測すると共に、骨材の付着水量を反射式赤外線水分計３７により計測する。
【００３４】
次に、上記制御装置９の骨材温度判定手段９bは、赤外線温度センサ３６により計測された骨材の温度が予め設定された目標骨材温度以下か否かを判定して、計測された骨材の温度が予め設定された目標骨材温度を越えていると判定すると、制御装置９の散水時間算出手段９cは、骨材貯蔵ビン２内の骨材を目標骨材温度にするのに必要な散水時間(追加熱媒体供給時間)を算出する。そして、再び骨材貯蔵ビン２内の骨材に上記散水時間(追加熱媒体供給時間)だけ冷水を散水して、骨材貯蔵ビン２内の骨材を冷却する。
【００３５】
一方、上記制御装置９の骨材温度判定手段９bが赤外線温度センサ３６により計測された骨材の温度が上記目標骨材温度以下であると判定すると、ミキサー４に所定量の骨材を投入し、その骨材と所定量のセメント,混練水および混和剤とを混練して、練り上がり温度が２５℃以下のコンクリートを製造する。
【００３６】
図２,図３は上記制御装置９の動作を説明するフローチャートを示しており、以下、図２,図３にしたがって上記制御装置９の動作を説明する。
【００３７】
まず、ステップS１で骨材温度と骨材量を設定する。
【００３８】
次に、ステップS２に進み、目標骨材温度Ｔrrを練り上がり温度から求める。ここで、コンクリートの各材料の比熱をＣi、温度をＴi、重量をρiとすると、コンクリートの練り上がり温度Ｔは、
【数１】
0004966441.tif 000005
で求まる。したがって、上記(式１)において、骨材温度以外のパラメータを決定することによって、目標骨材温度を求めることができる。
【００３９】
次に、ステップS３に進み、散水温度と散水量を設定する。なお、ここでの散水量は、単位時間あたりの散水量をいう。
【００４０】
そして、ステップS４に進み、熱流体解析により骨材クーリングの解析を行い、その解析結果に基づいて、目標骨材温度Ｔrrになる散水時間ｔwを算出する。
【００４１】
次に、ステップS６に進み、散水時間ｔwが散水可能最大時間ｔmax以下か否かを判定して、散水時間ｔが散水可能最大時間ｔmax以下であると判定すると、図３に示すステップS１１に進む一方、散水時間ｔwが散水可能最大時間ｔmaxを越えると判定すると、ステップS７に進み、散水温度と散水量と骨材温度を再設定して、ステップS４(熱流体解析により骨材クーリングの解析)に戻る。なお、散水可能最大時間ｔmaxは、現場施工の工程すなわち打設サイクル等により定まる。
【００４２】
次に、図３に示すステップS１１で散水装置１２により散水を開始し、タイマ９dをスタートさせる。そして、ステップS１２に進み、温度センサ３４により散水温度を測定し、ステップS１３で積算水量計３８により散水量を測定し、ステップS１４で温度センサ３５により流出水温度Ｔwrを測定する。
【００４３】
そして、ステップS１５でタイマ９dの計測時間ｔが散水時間ｔw以上か否かを判定して、タイマ９dの計測時間ｔが散水時間ｔw以上であると判定すると、ステップS１６に進む一方、タイマ９dの計測時間ｔが散水時間ｔw未満であると判定すると、ステップS１２に戻る。
【００４４】
次に、ステップS１６で散水装置１２による散水を停止し、ステップS１７に進み、赤外線温度センサ３６により引出し骨材温度ｔrを測定する。すなわち、骨材排出口１５のゲート１６を開いて、その骨材排出口１５から第２ベルトコンベア３上に排出され、第２ベルトコンベア３により搬送される骨材の温度(引出し骨材温度ｔr)を赤外線温度センサ３６により計測するのである。
【００４５】
次に、ステップS１８で赤外線温度センサ３６により測定された引出し骨材温度Ｔrが目標骨材温度Ｔrr以下か否かを判定して、引出し骨材温度Ｔrが目標骨材温度Ｔrr以下であると判定すると、骨材が十分に冷却されたものとして、この処理を終了する。一方、ステップS１８で引出し骨材温度Ｔrが目標骨材温度Ｔrrを越えると判定すると、ステップS１９に進む。
【００４６】
そして、ステップS１９で引出し骨材温度Ｔrが計算による引出し骨材温度Ｔrcと略等しいか否かを判定して、引出し骨材温度Ｔrが引出し骨材温度Ｔrcと略等しいと判定すると、すなわち、(Ｔrc−α)＜Ｔr＜(Ｔrc＋α)であると判定すると(αは所定値)、ステップS２０に進む。一方、ステップS１９で引出し骨材温度Ｔrが引出し骨材温度Ｔrcと略等しくないと判定すると、すなわち、Ｔr≦(Ｔrc−α)または(Ｔrc＋α)≦Ｔrであると判定すると、図２に示すステップS７に戻る。
【００４７】
次に、ステップS２０で流出水温度Ｔwrが計算による流出水温度Ｔwrcと略等しいか否かを判定して、流出水温度Ｔwrが流出水温度Ｔwrcと略等しいと判定すると、すなわち、(Ｔwrc−β)＜Ｔwr＜(Ｔwrc＋β)であると判定すると(βは所定値)、ステップS２１に進む一方、流出水温度Ｔwrが計算による流出水温度Ｔwrcと略等しくないと判定すると、すなわち、Ｔwr≦(Ｔwrc−β)または((Ｔwrc＋β)≦Ｔwrであると判定すると、図２に示すステップS７に戻る。このステップS２０は、骨材クーリングの解析の計算の正確さをチェックするためのものである。
【００４８】
次に、ステップS２１で骨材初期温度(骨材クーリングの解析を行うための設定値)を計測された引出し骨材温度Ｔrに変更し、ステップS２２で骨材クーリングの解析を再び行う。
【００４９】
次に、ステップS２３で目標骨材温度Ｔrrになる散水時間ｔAを算出し、算出した散水時間ｔAを散水時間ｔwに設定する。そうして、ステップS１１に戻り、再び散水を開始する。
【００５０】
次に、図２のステップS４における骨材クーリングの解析について説明する。この骨材クーリングの解析では、熱流体解析プログラムにより図４に示す２次元モデル(ｘｙ平面)で行う(ただし、奥行き方向にも１要素を持っている)。図４に示すように、骨材貯蔵ビン４０の断面モデル４２に同形状,同寸法の骨材４４(Ｃ11〜Ｃnm)を整列させて配置し、骨材と骨材との隙間４５を水で満たす。このモデル全体を解析に十分な数の要素に分割している。この骨材貯蔵ビン４０上部から供給される冷水４１の流量に見合う流速を与え、骨材貯蔵ビン４０下部の自由流出面から流出水４３が自由落下する。これにより、上部から供給される量と同じ量の水が下部から流出する。また、断面モデル４２内部では、骨材４４(Ｃ11〜Ｃnm)の隙間４５を水が移動する。
【００５１】
まず、計算条件として、骨材と水の物性値と温度および流入水速度の初期値を与え、時間△ｔ毎の計算ステップとし、時間ｔ0,ｔ1,ｔ2〜ｔkの順に時間が経過するものである。
【００５２】
そして、各計算ステップにおいて、ｔk時間からｔk+△ｔまでの△ｔの時間における変化を計算した後、次の計算ステップに移る過程を繰り返す。
【００５３】
時間△ｔ内では、水は骨材貯蔵ビン４０上部から流入され、下部で流出する水と骨材４４が接する部分で骨材４４から水に熱が移動する。骨材４４内部や水内部でも温度勾配ができるので、熱は平均化する方向に移動する。このような計算を時間ｔ0からｔk (△ｔ×ｎステップ)まで進め、このときの各骨材４４(Ｃ11〜Ｃnm)における温度Ｔkを得る。具体的には、
(１)  断面モデルにおける骨材要素の形状データの設定とメッシュ分割
(２)  物性値の設定
水の物性値：密度、粘性係数、定圧比熱、熱伝導率、体膨張率
骨材の物性値：密度、比熱、熱伝導率
(３)  計算時間間隔の設定
(４)  初期条件の設定
水の温度、骨材温度
(５)  境界条件の設定
上部からの水の流入速度、供給水の温度、下部での水の自由流出境界
上記(１)〜(５)の設定を行った後、次の(式２)〜(式４)を用いて骨材温度を求める。
【００５４】
[質量保存式]
【数２】
0004966441.tif 000006
上記式２の質量保存式は、流体の密度をρとすると、検査面Ｓを通って単位時間に流入する流体質量が検査面Ｓ内の質量増加と等しくなることから導かれる。この場合、流体を非圧縮性流体として扱い、密度一定としている。
【００５５】
[運動量保存式]
【数３】
0004966441.tif 000007
上記式３の運動量保存式は、検査面Ｓを通して単位時間に流入する質量が持ち込む運動量と、検査面Ｓに働く応力と、検査面Ｓ内の流体に働く外力との和が、検査面Ｓ内の運動量増加と釣り合うことから導かれる。
【００５６】
[エネルギー保存式]
【数４】
0004966441.tif 000008
上記式４のエネルギー保存式は、検査面Ｓを通して単位時間に流入する質量が持ち込むエネルギーと、応力によりなされる仕事と、外力によりなされる仕事と、検査面Ｓを通して伝達される熱エネルギーと、検査体積内からの発熱との和が、検査面Ｓ内のエネルギー増加と等しいことにより導かれる。
ｘi  ：  位置座標  (ｉ＝１〜３)
ｕi  ：  ｘi方向の流体速度
ｔ  ：  時間
ρ  ：  水または骨材の密度
ｐ  ：  水の圧力
μ  ；  粘性係数
ｇ  ：  重力加速度(考慮しない)
β  ：  水の体膨張率(考慮しない)
Ｔ  ：  水または骨材の温度
Ｔ0  ：  水の基準温度(考慮しない)
Ｃp  ：  水の定圧比熱
Ｋ  ：  水または骨材の熱伝導率
ｑ  ：  発熱量(考慮しない)
上記式２,式３より、ある時間における各要素の流量,流速が求まる。その結果を用いて、式４により、ある時間の各骨材要素における温度Ｔ11〜Ｔnmを算出する。これらの結果をもとに、次の時間△ｔ後の温度を算出する。このようなステップを続けて、散水を開始してから時間ｔ後の各骨材要素の温度Ｔ11〜Ｔnmを算出する。
【００５７】
このように、上記コンクリート用骨材の温度調整方法によれば、温度管理された冷水により適切な冷却時間で骨材を冷却でき、温度ひび割れを防止して、コンクリートの製造時間を短縮することができる。
【００５８】
上記骨材貯蔵ビン２内に冷水を散水する前に、上記熱流体解析により算出された熱媒体供給時間としての散水時間が目標散水時間(現場施工の工程等により決定)を超えるとき、上記散水時間が目標散水時間を超えないように散水温度と単位時間当たり散水量を変更して、再び熱流体解析によって散水時間を算出するので、現場施工に応じた散水時間を決定することができる。なお、散水温度または単位時間当たり散水量の一方のみを変更して、散水時間を算出してもよい。
【００５９】
また、上記赤外線温度センサ３６により計測された骨材の温度が目標骨材温度を越えるとき、再び冷水を骨材貯蔵ビン２内の骨材１０に散水して、骨材貯蔵ビン２内の骨材１０の温度が目標骨材温度以下になるまで、冷水を散水して冷却するので、骨材貯蔵ビン２内の骨材１０を確実に目標骨材温度に冷却することができる。
【００６０】
また、河川から引き込んだ自然水を骨材冷却用の熱媒体として使用するので、大量の水を安価に確保することができる。
【００６１】
上記実施の形態では、熱媒体に自然水を用いたが、熱媒体はこれに限らず、窒素等を熱媒体に用いてもよく、この場合、コンクリート用骨材の温度調整装置は、その熱媒体に適した構成にしたものでよい。
【００６２】
また、上記実施の形態では、骨材貯蔵ビン２内の骨材１０に冷水を散水して、骨材を冷却したが、骨材貯蔵ビン内の骨材に温水を散水して、骨材を温める寒中コンクリートに対応するコンクリート用骨材の温度調整方法にこの発明を適用してもよい。
【００６３】
また、上記実施の形態では、熱媒体供給時間算出手段としての散水時間算出手段９cにより骨材貯蔵ビン内の骨材を目標骨材温度にするのに必要な散水時間を、差分法を用いた熱流体解析により算出したが、熱媒体供給時間算出手段の熱媒体供給時間の算出はこれに限らず、有限要素法を用いた熱流体解析により算出してもよい。
【００６４】
また、上記実施の形態では、河川Ｒから引き込んだ自然水を利用したが、湖から引き込んだ水や地下からくみ上げた水等の自然水を利用してもよい。
【００６５】
【発明の効果】
以上より明らかなように、この発明のコンクリート用骨材の温度調整方法によれば、熱流体解析によって、所定温度の熱媒体(水や窒素等)を単位時間当たり所定供給量で供給したときに骨材容器内の骨材の温度が目標骨材温度に達するまでに要する熱媒体供給時間を予め算出して、上記所定温度の熱媒体を所定単位時間当たり所定供給量で上記熱媒体供給時間だけ上記骨材容器内に供給するので、温度管理された熱媒体により適切な温度調整時間で骨材を目標骨材温度に容易に温度調整でき、コンクリートの製造時間を短縮することができる。
【００６６】
また、上記骨材容器内に熱媒体を供給する前に、上記熱流体解析で算出された熱媒体供給時間が現場施工の工程等により決定される目標熱媒体供給時間を超えるとき、上記熱媒体供給時間が目標熱媒体供給時間を超えないように上記所定温度または単位時間当たり所定供給量の少なくとも一方を変更して、その変更された所定温度または単位時間当たり所定供給量で、再び熱流体解析によって上記熱媒体供給時間を算出するので、現場施工に応じた最適な熱媒体供給時間を決定することができる。
【００６７】
また、上記骨材容器内の骨材を冷却する場合、上記骨材容器内に熱媒体を供給した後、骨材容器に設けた骨材排出口から排出された骨材の排出骨材温度が目標骨材温度を越えるとき、上記排出骨材温度に基づいて、熱流体解析によって、上記所定温度の熱媒体を単位時間当たり所定供給量で供給したときに骨材容器内の骨材の温度が上記排出骨材温度から目標骨材温度に達するまでに要する追加熱媒体供給時間を算出して、再び上記所定温度の熱媒体を単位時間当たり所定供給量で上記追加熱媒体供給時間だけ骨材容器内に供給して、上記骨材容器内の骨材を冷却するので、骨材容器内の骨材を確実に目標骨材温度に温度調整することができる。
【００６８】
また、上記骨材容器内の骨材を加熱する場合、上記骨材容器内に熱媒体を供給した後、骨材容器に設けた骨材排出口から排出された骨材の排出骨材温度が目標骨材温度未満のとき、上記排出骨材温度に基づいて、熱流体解析によって、上記所定温度の熱媒体を単位時間当たり所定供給量で供給したときに骨材容器内の骨材の温度が上記排出骨材温度から目標骨材温度に達するまでに要する追加熱媒体供給時間を算出して、再び上記所定温度の熱媒体を単位時間当たり所定供給量で上記追加熱媒体供給時間だけ骨材容器内に供給して、上記骨材容器内の骨材を加熱するので、骨材容器内の骨材を確実に目標骨材温度に温度調整することができる。
【００６９】
また、河川,湖または地下水等の自然水にその自然水の一部を冷却または加熱した温度調整水を目標温度になるように添加混合して温度調整された冷水または温水を熱媒体に利用するから、大量の熱媒体を安価に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１はこの発明の一実施の形態のコンクリート用骨材の温度調整方法を用いたバッチャープラントの概略構成図である。
【図２】  図２は上記バッチャープラントのコンクリート用骨材の温度調整装置の制御装置の動作を説明するフローチャートである。
【図３】  図３は図２に続く上記制御装置のフローチャートである。
【図４】  図４は上記制御装置における熱流体解析を説明する図である。
【符号の説明】
１…第１ベルトコンベア、
２…骨材貯蔵ビン、
３…第２ベルトコンベア、
４…ミキサー、
５…散水用水製造機、
６…温度調整水製造機、
７…沈殿槽、
８…信号処理装置、
９…制御装置、
９a…温度調整制御手段、
９b…骨材温度判定手段、
９c…散水時間算出手段、
９d…タイマ、
１１…ホッパー、
１２…散水装置、
２１〜２４…バルブ、
３１,３２,３４,３５…温度センサ、
３３…赤外線温度センサ、
３６…赤外線温度センサ、
３７…反射式赤外線水分計、
３８…積算水量計。
【図１】
0004966441.tif 000012
【図２】
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【図３】
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【図４】
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