フジタ技術研究報告㻌第㻡㻤号㻌 㻌 㻞㻜㻞㻞年㻌
㻌㻌

アルミ製ヒートパイプを用いたクーリング工法の適用と効果㻌㻌㻌髙 橋 㻌 直 希㻌㻌

小 島 㻌 秋㻌㻖㻝㻌

平 野 㻌 勝 識㻌㻌

㻌 手 㻌 一 雄㻌㻌井㻌㻌㻌㻌㻌㻌概㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 要㻌㻌
マスコンクリートの温度ひび割れの対策の１つとして、アルミニウムで構成したヒートパイプを用いた簡易なクーリング工法（以下、本工法）を開発した。これまでに、室内実験においてコンクリート温度の低減温度を確認し、アルミ製ヒートパイプを用いた場合の解析手法を確立した。本稿では、アルミ製ヒートパイプを用いたクーリング工法の実構造物への適用の概要と適用結果を示す。㻌
本工法を実構造物へ試験的に適用した結果、コンクリートの温度が低減し、ひび割れ指数が改善した。さらに、ひび割れの発生も認められなかったことから、本工法がマスコンクリートの温度ひび割れ制御対策として有効であると考えられる。また、アルミ製ヒートパイプの物性値を適切に設定することで、本工法適用時のコンクリート温度を精度よく推定できることがわかった。㻌
㻌㻌㻌
Application and effect of cooling method using heat pipe made of aluminum materials㻌
Abstract
As one measure to prevent cracks due to thermal stress of mass concrete, we have developed a coolingmethod using a heat pipe made of aluminum materials. So far, in order to confirm the cooling effect of thealuminum heat pipe, a performance test of the aluminum heat pipe alone and cooling were performed on a test
specimen simulating mass concrete. In addition, when applying this method, as it is necessary to accuratelyestimate the temperature of concrete in advance, an analysis method was also examined. This paper presents
an overview of the application of the cooling method using aluminum heat pipes to actual structures and theresults of the application.
As a result of experimentally applying this cooling method to an actual structure, the concrete temperature
decreased and the cracking index improved. Furthermore, since no cracks were observed, it is considered that
this is an effective method for controlling temperature cracks in mass concrete. In addition, it was found thatby appropriately setting the physical properties of the aluminum heat pipe, it is possible to accurately estimate
the concrete temperature when this method is applied.

キーワード：㻌

マスコンクリート、ヒートパイプ、㻌㻌

アルミニウム、クーリング工法㻌
㻌 㻌㻌

−1−

㻖㻝㻌 首都圏土木支店㻌

フジタ技術研究報告㻌 第㻡㻤号㻌

§１． はじめに㻌
マスコンクリートの温度ひび割れの対策として、ヒートパイプを用いたクーリング工法が開発されている例えば㻘㻝～㻟㻕。著
者らは、ヒートパイプの高い熱伝導性を生かすため、熱伝導性が高く、形状の自由度が有り軽量であるアルミニウム材料を用いて、集熱性と放熱性を向上させた新たなヒートパイプ㻔以下、アルミ製ヒートパイプ㻕を開発した 㻞㻘㻟㻕。これまでに、室内実験において、コンクリート温度の低減温度を確認し、アルミ製ヒートパイプを用いた場合の解析手法を確立した。㻌
本稿では、アルミ製ヒートパイプを用いたクーリング工法（以下、本工法）の実構造物への適用の概要と温度計測結果を示す。また、計測した温度に基づいて実施した
図１㻌 アルミ製ヒートパイプの構成㻌

事後解析と構造物の目視観察によって検証した本工法の温度ひび割れ制御効果も示す。㻌
㻌㻌§２．㻌 アルミ製ヒートパイプ㻌㻌
ヒートパイプは、金属製のパイプ内部に作動液と呼ばれる少量の液体が密封されている。この作動液が高温で蒸発し、低温で凝縮するというサイクルにより、大きな熱量を輸送できる伝熱素子である。このように、ヒートパイプは熱を輸送するためのエネルギーが不要なため、メンテナ
図㻞㻌 本工法の適用箇所㻌

ンスも不要である。㻌
迅速な熱移動を可能とするヒートパイプの特長を活かし

表㻝㻌 コンクリートの配合表㻌

たクーリングを行うためには、外部から熱が伝わる部分（以単位量（kg/m3）

Gmax(mm)

セメン
W/B
ト(%)
種類s/a(%)

WC

膨張材

SG

放熱部の形状や材質によって変化すると考えられる。ヒート20BB42.2159303207611073

パイプの形状は、筒状や扁平形などがあるが、外気との接㻌

触面積が小さい場合には、クーリング性能が低下する恐れ

また、ヒートパイプはメンテナンスフリーで、外的な損傷や劣がある。また、使用する材質の熱伝導率が小さい場合にも、化がない限り半永久的に使用できるため、ランニングコストクーリング性能が低下する恐れがある。㻌

も不要となる。㻌

下、入熱部）と移動した熱を放出する部分（以下、放熱部）の性能が重要である。クーリングの性能は、入熱部および

49.2

このため著者らは、形状加工がしやすく、熱伝導性が高㻌い金属であるアルミニウムを使用したアルミ製ヒートパイプ

㻌を開発した。アルミ製ヒートパイプの構成を、図㻝に示す。ア§３．㻌 適用概要および計測概要㻌

ルミ製ヒートパイプの放熱部は、形状の自由度が高く、軽量㻌であるアルミニウムの特長を生かし、表面積を増やして放熱㻟㻚㻝㻌 対象構造物㻌

性能を高めるためにフィン構造とした。ヒートパイプのパイプ

本工法を適用した構造物は、橋長㻝㻥㻚㻤㼙の㻼㻾㻯ポータの径はφ㻝㻡㼙㼙、材質はアルミ材㻭㻝㻜㻡㻜とし、作動流体はルラーメン橋の橋台竪壁部の一部（幅約㻝㻚㻡㼙、高さ約㻴㻲㻯㻙㻝㻟㻠㼍とした。集熱パイプおよび放熱フィンの材質はア㻝㻚㻡㼙、長さ約㻝㻠㻚㻢㼙）であり、フーチングに拘束されたマスルミ材㻭㻢㻜㻢㻟とした。㻌

コンクリートとなるため、温度応力ひび割れの発生が懸念ヒートパイプの熱輸送には動力が必要ないことから、本工法は、脱炭素社会の実現に貢献すると考えられる。㻌

された。適用箇所（図中の赤色ハッチング箇所）を、図㻞に示す。使用したコンクリートの配合表を、表㻝に示す。㻌
−2−－㻞－㻌

アルミ製ヒートパイプを用いたクーリング工法の適用と効果㻌

写真１㻌 シース管設置状況㻌

写真㻞㻌 クーリング状況㻌

図㻟㻌 アルミ製ヒートパイプの形状および寸法㻌
:アルミ製ヒートパイプの設置位置

 


# 

# 

図㻠㻌 アルミ製ヒートパイプの挿入位置㻔平面図㻕㻌㻌㻟㻚㻞㻌 クーリング工法概要㻌
今回使用したアルミ製ヒートパイプは全長㻞㻚㻣㻝㼙であり、φ15mmのヒートパイプとφ45mmの集熱パイプを一体化し図㻡㻌 温度計測位置㻌

た棒状の構造とし、全長㻞㻚㻣㻝㼙のうち上部の㻜㻚㻤㻡㼙には放熱フィンを取り付けた構造とした。使用したアルミ製ヒート㻌パイプの形状および寸法を、図㻟に示す。㻌

㻟㻚㻟㻌 温度計測概要㻌

本工法における施工の流れを以下に記す。㻌

本工法の温度低減効果の確認は、コンクリートの温度計①コンクリート打込み前にあらかじめシース管を配置し、コ測結果と、本工法を適用しなかったと仮定した場合の温度ンクリートの打込みや締固めなどによって移動しないよう解析結果との比較により行った。また、コンクリートの温度鉄筋などに堅固に固定する。㻌

計測結果と、室内試験で得られた本工法の解析用値を適②コンクリートの打込み後、アルミ製ヒートパイプをシース管内に挿入し、シース管内の隙間は水で充填する。㻌

用した場合の温度解析結果を比較検討し、解析用値の妥当性を検証した。㻌

③クーリング終了後はアルミ製ヒートパイプを引き抜き、コン温度は、熱電対によってコンクリート温度および外気温

クリート内に残置したシース管内には無収縮モルタルをを測定した。計測点数は構造物中央断面で㻥箇所および充填する。㻌

外気温で㻝箇所とした。構造物中央断面の計測位置を、図

本工法の適用に際し、アルミ製ヒートパイプの挿入位置㻡に示す。なお、計測期間は㻝㻠日間とした。㻌

やクーリング期間は、コンクリートの配合、セメントの水和発

㻌

熱特性、コンクリートの力学特性、施工現場の気象条件、㻌施工方法などを考慮した㻟次元有限要素法による温度応§４．㻌 温度計測結果および効果検証㻌

力解析によって決定した。今回のアルミ製ヒートパイプの㻌

挿入位置を、図㻠に示す。また、クーリングの期間は㻡日間㻠㻚㻝㻌 温度計測結果㻌とした。シース管設置状況およびクーリングの実施状況

コンクリート打込みからの温度履歴を、図㻢および図㻣にを、写真１および写真㻞に示す。㻌

示す。ここで、図㻢は高さ方向㻔㻺㼛㻚㻝～㻡㻕、図㻣は橋軸方向㻌㻔㻺㼛㻚㻟、㻢～㻥㻕の計測結果である。㻌

㻌

いずれの計測箇所においても、コンクリートの温度は、−3−－㻟－㻌フジタ技術研究報告㻌 第㻡㻤号㻌

60403040203020101000-100246810
打込みからの経過日数(日)12No.3
No.6No.7No.8No.9
外気温

50温度(℃)

50温度(℃)60

No.1
No.2No.3
No.4No.5
外気温

14-1002468101214

打込みからの経過日数(日)図㻣㻌 温度履歴（橋軸方向㻔㻺㼛㻚㻟、㻢～㻥㻕）㻌

図㻢㻌 温度履歴（高さ方向㻔㻺㼛㻚㻝～㻡㻕㻌

打込みから㻝～㻝㻚㻡日程度で最高温度に達し、その後は徐々に降下している。コンクリートの最高温度は、材齢㻝㻚㻞日で47.1℃(No.3の箇所㻕であった。㻌 㻌
表面に近い箇所（㻺㼛㻚㻝、㻺㼛㻚㻢、㻺㼛㻚㻥）の最高温度は35℃程度であった。また、他の箇所に比べて早期に外気温と同程度の温度となった。打込みから㻝㻞日前後で温度が高くなっているが、外気温が高くなったことでコンクリート表面の温度が高くなったためと考えられる。フーチングに近い箇所（㻺㼛㻚㻡）の最高温度は40℃程度と、㻺㼛㻚㻝よりも高い温度であり、温度の降下は緩やかであった。㻌
㻌

図㻤㻌 解析モデル㻌
表㻞㻌 アルミ製ヒートパイプの解析条件㻌

㻠㻚㻞㻌 検証概要㻌
本工法による温度ひび割れ制御効果は、コンクリート温熱伝導率

集中熱伝達率

クーリング期間検証する。コンクリート温度、コンクリート応力およびひび割:P℃ :℃ （日）

れ指数については、㻟次元有限要素法による温度応力解

度、コンクリート応力、ひび割れ指数および出来映えにより析を実施し、以下の項目の比較により検証した。㻌
①コンクリート温度㻌
・計測値㻌

60

・本工法を適用しなかった場合の解析値（クーリング無）㻌

50

・温度計測結果に基づく解析値（クーリング有）㻌

40・本工法を適用しなかった場合の解析値（クーリング無）㻌
③ひび割れ指数㻌

温度(℃)②コンクリート応力㻌・温度計測結果に基づく解析値（クーリング有）㻌

3020・本工法を適用しなかった場合の解析値（クーリング無）㻌

10

検証に用いた解析モデルを、図に示す。温度解析に0は、現場で実施した簡易断熱温度上昇試験から得られた断02

熱温度上昇特性、実際のコンクリートの温度や外気温を反46810
打込みからの経過日数(日)1214図㻥㻌 温度履歴の比較㻔㻺㼛㻚㻟㻕㻌

映した。
アルミ製ヒートパイプによる熱の輸送は熱伝導要素でモ

他の解析条件については、コンクリート標準示方書［設計デル化し、外部への熱の排出は集中熱伝達でモデル化し編］㻠㻕およびマスコンクリートのひび割れ制御指針㻡㻕に準拠した。アルミ製ヒートパイプの解析条件を、表に示す。そのて設定した。㻌

−4−－㻠－㻌

アルミ製ヒートパイプを用いたクーリング工法の適用と効果㻌

温度計測結果に基づく解析値（クーリング有）
クーリングしなかった場合の解析値（クーリング無）

ひび割れ指数3.0㻞㻟㻚㻞㻣㻺㻛㼙㼙 㻌

2.5
2.01.51.00.50.00246810図㻝㻜㻌 主応力度分布㻌

打込みからの経過日数(日)（本工法を適用しなかった場合の解析値（クーリング無））㻌

図㻝㻞㻌 ひび割れ指数履歴の比較㻌

1214㻜㻚㻤㻡㻌㻞㻚㻟㻡㻺㻛㼙㼙㻞㻌図㻝㻝㻌 主応力度分布㻌

図㻝㻟㻌 ひび割れ指数分布㻌

（温度計測結果に基づく解析値（クーリング有））㻌

（本工法を適用しなかった場合の解析値（クーリング無））㻌

（１）コンクリート温度㻌
コンクリート温度の検証は、計測値と本工法を適用しなかった場合の解析値（クーリング無）により行った。一例として、温度が最も高くなった箇所㻔㻺㼛㻚㻟㻕の温度履歴を、図㻥に示す。計測値と温度計測結果に基づく解析値（クーリング有）は良好に一致した。㻌
コンクリートの最高温度は、本工法を適用しなかった場合の解析値（クーリング無）で㻡㻟㻚㻟℃、計測値で㻠㻣㻚㻝℃であり、㻝㻚㻜㻣㻌

本工法により最高温度が㻢㻚㻞℃低下した。また、他の箇所においても、温度が低減されており、本工法による温度低減

図㻝㻠㻌 ひび割れ指数分布㻌

効果が確認できた。㻌

（温度計測結果に基づく解析値（クーリング有））㻌

㻌（２）コンクリート応力㻌㻌

コンクリート応力の検証は、本工法を適用しなかった場合クリート応力の低減効果が確認できた。㻌の解析値（クーリング無）と温度計測結果に基づく解析値（ク㻌ーリング有）により行った。本工法の有無による主応力度の（３）ひび割れ指数㻌

分布図を、図㻝㻜および図㻝㻝に示す。㻌

ひび割れ指数による効果の検証は、本工法を適用しな最大主応力度は、本工法を適用しなかった場合の解析かった場合の解析値（クーリング無）と温度計測結果に基づ値（クーリング無）で㻟㻚㻞㻣㻺㻛㼙㼙㻞、温度計測結果に基づく解く解析値（クーリング有）により行った。断面中央部のひび割㻞析値（クーリング有）で㻞㻚㻟㻡㻺㻛㼙㼙 となり、本工法により主応㻞

力度は㻜㻚㻥㻞㻺㻛㼙㼙 小さくなった。これより、本工法によるコン㻌れ指数履歴を、図㻝㻞に示す。また、ひび割れ指数の分布図を、図㻝㻟および図㻝㻠に示す。㻌

−5−－㻡－㻌

フジタ技術研究報告㻌 第㻡㻤号㻌参㻌 考㻌 文㻌 献㻌写真㻟㻌 竪壁１リフト構築状況㻌
断面中央部のひび割れ指数は、本工法を適用しなかった場合の解析値（クーリング無）で㻜㻚㻤㻡、温度計測結果に基づく解析値（クーリング有）で㻝㻚㻜㻣となり、本工法によるひび㻌

割れ指数の改善効果が確認できた。なお、表面の一部で㻌

伊吹真一、船本恵一、前田智宏、飯塚隆博：ヒートパイプを利用したパイプクーリング、コンクリート工学年次
論文集、9RO、1R、SS、
髙橋直希ほか：ヒートパイプとアルミニウム材料を用いたクーリングに関する検討、土木学会第  回年次学術講演会、9、
髙橋直希ほか：ヒートパイプとアルミ材料を用いたクーリング工法の効果の検証と解析手法の検討、土木学会
第  回年次学術講演会、9、
土木学会コンクリート委員会： 年制定コンクリート標準示方書［設計編］、 年
日本コンクリート工学会：マスコンクリートのひび割れ制
御指針 、 年

ひび割れ指数が㻝㻚㻜を下回っているが、外観観察の結果でひとこと

はひび割れの発生は認められなかった。㻌

㻌

アルミニウム材料を用いたヒ㻌ートパイプによるクーリング工法（４）出来映え㻌

を実構造物へ適用した。適用の竪壁１リフトの脱型後の状況を、写真㻟に示す。竪壁１リフ結果から、本工法がひび割れト全体にわたりひび割れの発生はなく、本工法がひび割れ制御に有効であることが確認で制御に有効であることを確認した。㻌

きた。㻌

㻌㻌髙橋㻌 直希㻌㻌§５．㻌 まとめ㻌㻌㻌
アルミ製ヒートパイプによるクーリング工法を実構造物へ試験的に適用し、得られた知見を以下に示す。
①

本工法により、コンクリートの温度が低減し、ひび割れ指数が改善した。また、ひび割れの発生も認められなかった。㻌

②

アルミ製ヒートパイプの物性値を適切に設定することで、本工法適用時のコンクリート温度を精度よく推定できた。㻌

以上より、本工法がマスコンクリートの温度ひび割れ制御対策として有効であると考えられる。
㻌㻌
㻌㻌㻌
㻌
㻌㻌
㻌
㻌
−6−－㻢－㻌