図面 (/)

技術 型枠ユニット、コンクリート冷却システム、及びコンクリート冷却方法

出願人 株式会社安藤・間
発明者 川中政美
出願日 2017年7月12日 (3年0ヶ月経過) 出願番号 2017-136539
公開日 2019年2月7日 (1年5ヶ月経過) 公開番号 2019-019476
状態 未査定
技術分野 コンクリート打設にともなう現場作業 建築現場における取りはずす型枠、補助部材
主要キーワード リターンタンク クーリングパイプ 部分冷却 冷却範囲 薄肉鋼管 プレクーリング 温度解析 中継管
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2019年2月7日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (11)

課題

本願発明の課題は、従来の問題を解決することであり、すなわち型枠内の狭隘かつ複雑な領域に冷却管を敷設するという煩雑な作業を回避するとともに、冷却管のモルタル充填を必要としないパイプクーリング技術を提供することであり、これを実現する型枠ユニットコンクリート冷却ステム、及びコンクリート冷却方法を提供することである。

解決手段

本願発明のコンクリート冷却システムは、型枠ユニットを備えたものである。この型枠ユニットは、コンクリート型枠型枠冷却手段を有しており、さらにこの型枠冷却手段は、コンクリート型枠の背面(又はコンクリート型枠内部)に設置される冷却管である。そして、冷媒が冷却管を流過することによって、コンクリート型枠内に打込まれたコンクリートが冷却される。

概要

背景

コンクリート鋼材とともに最も重要な建設材料のひとつであり、ダムトンネル橋梁といった土木構造物や、集合住宅オフィスビルなどの建築構造物をはじめ、様々な構造物に用いられている。このコンクリート構造物は、あらかじめ工場等で製作されて所定の場所まで運搬されることもあるが、土木構造物や建築構造物の場合、所定の場所(現場)で直接構築されることが多い。いずれにしろ、セメントと水、骨材等を練り混ぜた状態のコンクリート(フレッシュコンクリート)を型枠の中に打込み、コンクリートの硬化を待って型枠を外すことでコンクリート構造物は構築される。

上記のとおり、コンクリートは時間の経過とともに硬化していく材料であり、時間の経過に応じてコンクリートの水和反応により内部温度が上昇するとともに、その強度も上がり弾性係数も向上していく材料である。ところで、フレッシュコンクリートから「硬化した状態のコンクリート」になる過程で、あるいは硬化後に構造物として供用されている間に、ひび割れが発生することがある。コンクリートのひび割れには、構造物の用途に影響を与えない無害なものもあるが、一方でその用途に重大な影響を及ぼす有害なひび割れもある。そのため、ひび割れが発生する原因や機構については解明されている部分も多く、その対策に関しても様々な手法が採用されている。

ひび割れの種類はその発生原因によって分けられ、さらにコンクリート硬化前の原因と硬化後の原因で大別される。硬化前の原因としては、型枠の移動やセメントの異常凝結によって生じる「初期ひび割れ」、養生中における表面の急速乾燥によって生じる「プラスチック収縮ひび割れ」等が挙げられる。一方、硬化後の原因としては、水分損失に伴うセメントゲル収縮によって生じる「乾燥収縮ひび割れ」や、鉄筋腐食アルカリ骨材反応によって生じる「物理的・化学的なひび割れ」、過大な荷重の作用や構造物の沈下によって生じる「構造ひび割れ」等が挙げられる。

また、比較的部材厚が大きなコンクリート構造物(いわゆる、マスコンクリート)では温度ひび割れが問題となることがある。この温度ひび割れは、内部拘束によって生ずるものと外部拘束によって生ずるものに大別され、それぞれひび割れが発生するまでの過程(メカニズム)が異なる。

コンクリートは硬化する過程で水とセメントの反応が起こるが、その際、水和熱が発生するためコンクリートの温度は時間とともに上昇する。ところが、外気温低温であれば、コンクリートの表面温度は、外気への放熱熱伝達)によってコンクリート表面に近い部分(外周部)はそれほど大きく温度上昇することはない。その結果、コンクリートの内部と外周部で顕著な温度差が生じ、内部では熱膨張するのに対して外周部ではそれほど熱膨張しないため、外周部に引張力が作用する。この引張力によって発生するのが、内部拘束による温度ひび割れである。

一方、コンクリートが所定の温度まで達すると今度は温度降下に転じ、温度降下に伴いコンクリートは全体的に熱収縮しようとする。ところが、既設コンクリートなどと接しているところでは、拘束状態となっているため自由に収縮することができない。この結果、コンクリートのうち特に外部に拘束された部分には引張力が作用する。この引張力によって発生するのが、外部拘束による温度ひび割れである。なお、外部拘束による温度ひび割れは、躯体を貫通するひび割れとなることも少なくない。

このように、内部拘束による温度ひび割れと外部拘束による温度ひび割れでは発生メカニズムが異なるものの、セメントの水和熱によって起こるコンクリートの温度上昇が原因である点では共通している。そこで温度ひび割れ対策としては、コンクリートの温度上昇を抑制する手法が主流となっている。例えば設計時の対策としては、水和熱の上昇を抑えることを目的に、低発熱セメントの使用、セメント量の低減、水和熱を低減する混和剤の使用など、配合設計に工夫がなされる。あるいは、比較的ひび割れが発生しても影響のない箇所にひび割れを誘導する目的で、ひび割れ誘発目地の設置を計画することもある。

施工時の代表的な温度ひび割れ対策としては、プレクーリングポストクーリング、長期断熱養生が挙げられる。プレクーリングとは、打込み時のフレッシュコンクリートを冷却するもので、練り混ぜ水にフレーク状のを用いたり、ミキサトラックアジテータにおける練り混ぜ中に液体窒素噴射したり、種々の冷却方法が採用されている。

ポストクーリングには、クーリングスロットなど躯体内部に温度拡散面を設けて自然冷却を促進する手法や、パイプ内に冷却水通水してコンクリートを冷却するパイプクーリング等がある。このパイプクーリングは、あらかじめ躯体内に薄肉鋼管などのクーリングパイプ(以下、「冷却管」という。)を敷設し、コンクリート打込み後に低温の水や空気等(以下、「冷媒」という。)を冷却管内に送り込む手法である。

河川等において渇水期で構造物を完成させなければならない場合や、都市部において限られた工期で施工しなければならない場合など、早期にコンクリート強度発現させる必要があるときは、種々のクーリングのうちパイプクーリングが有効となるケースが多い。温度ひび割れ対策として、低発熱セメントの使用やセメント量の低減などコンクリート配合で対応しようとすると早期強度の発現が難しくなるし、プレクーリングによる対策は、比較的コストがかかるうえ相当の設備が必要となることからコストやヤードの問題から採用できないこともある。一方パイプクーリングは、コンクリート配合に特段の制限を受けることもなく、またプレクーリングより低コストでしかも大きなヤードを要することなく施工できるため、このようなケースでも問題なく採用できるわけである。

このようにパイプクーリングは有効な温度ひび割れ対策であり、当然ながらこれまでもパイプクーリングに関する種々の提案がなされている。例えば、特許文献1では、冷却した条件で解析したコンクリートの予測温度と測定した実際の温度との温度差によって冷却水の温度や水量を調整することができる発明を開示しており、特許文献2では、コンクリート内を流過した間における冷媒の温度差を利用して冷却の継続の是非を判断する発明を開示している。

概要

本願発明の課題は、従来の問題を解決することであり、すなわち型枠内の狭隘かつ複雑な領域に冷却管を敷設するという煩雑な作業を回避するとともに、冷却管のモルタル充填を必要としないパイプクーリング技術を提供することであり、これを実現する型枠ユニットコンクリート冷却ステム、及びコンクリート冷却方法を提供することである。本願発明のコンクリート冷却システムは、型枠ユニットを備えたものである。この型枠ユニットは、コンクリート型枠と型枠冷却手段を有しており、さらにこの型枠冷却手段は、コンクリート型枠の背面(又はコンクリート型枠内部)に設置される冷却管である。そして、冷媒が冷却管を流過することによって、コンクリート型枠内に打込まれたコンクリートが冷却される。

目的

本願発明の課題は、従来の問題を解決することであり、すなわち型枠内の狭隘かつ複雑な領域に冷却管を敷設するという煩雑な作業を回避するとともに、冷却管のモルタル充填を必要としないポストクーリング技術を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

コンクリート型枠と、冷媒が流過する冷却管と、を備え、前記冷却管が、前記コンクリート型枠の背面又は内部に設置された、ことを特徴とする型枠ユニット

請求項2

前記冷却管が前記コンクリート型枠の補強材として機能する、ことを特徴とする請求項1記載の型枠ユニット。

請求項3

コンクリート型枠と型枠冷却手段を有する型枠ユニットを、備え前記型枠冷却手段は、前記コンクリート型枠の背面又は内部に設置される冷却管であり、冷媒が前記冷却管を流過することで、前記コンクリート型枠内に打込まれたコンクリートが冷却される、ことを特徴とするコンクリート冷却ステム

請求項4

冷媒を圧送する冷媒圧送手段を、さらに備え前記冷媒圧送手段によって圧送された冷媒が、前記冷却管を流過する、ことを特徴とする請求項3記載のコンクリート冷却システム。

請求項5

複数の前記型枠ユニットで構成され、前記型枠ユニットの前記冷却管が、中継管によって、他の型枠ユニットの前記冷却管と連結され、冷媒が、複数の前記型枠ユニットの前記冷却管を流過する、ことを特徴とする請求項3又は請求項4記載のコンクリート冷却システム。

請求項6

コンクリート型枠と型枠冷却手段を有する型枠ユニット、及び冷媒発生手段を、備え前記型枠冷却手段は、前記コンクリート型枠の背面に設置される放熱フィンであり、前記冷媒発生手段が発生させた冷媒を前記放熱フィンに対して送り出すことで、前記コンクリート型枠内に打込まれたコンクリートが冷却される、ことを特徴とするコンクリート冷却システム。

請求項7

コンクリート型枠と型枠冷却手段を有する型枠ユニットを、備え前記型枠冷却手段は、前記コンクリート型枠の背面に設置されるペルチェ素子であり、前記ペルチェ素子に通電することで、前記コンクリート型枠内に打込まれたコンクリートが冷却される、ことを特徴とするコンクリート冷却システム。

請求項8

コンクリート型枠と型枠冷却手段を有する型枠ユニットを設置する型枠ユニット設置工程と、前記コンクリート型枠内にコンクリートを打込むコンクリート打込み工程と、前記型枠冷却手段でコンクリートを冷却する冷却工程と、を備え、前記型枠冷却手段は、前記コンクリート型枠の背面又は内部に設置される冷却管であり、前記冷却工程では、冷媒を前記冷却管に流過させることで、前記コンクリート型枠内に打込まれたコンクリートを冷却する、ことを特徴とするコンクリート冷却方法。

請求項9

コンクリート型枠と型枠冷却手段を有する型枠ユニットを設置する型枠ユニット設置工程と、前記コンクリート型枠内にコンクリートを打込むコンクリート打込み工程と、前記型枠冷却手段でコンクリートを冷却する冷却工程と、を備え、前記型枠冷却手段は、前記コンクリート型枠の背面に設置される放熱フィンであり、前記冷却工程では、冷媒発生手段が発生させた冷媒を前記放熱フィンに対して送り出すことで、前記コンクリート型枠内に打込まれたコンクリートを冷却する、ことを特徴とするコンクリート冷却方法。

請求項10

コンクリート型枠と型枠冷却手段を有する型枠ユニットを設置する型枠ユニット設置工程と、前記コンクリート型枠内にコンクリートを打込むコンクリート打込み工程と、前記型枠冷却手段でコンクリートを冷却する冷却工程と、を備え、前記型枠冷却手段は、前記コンクリート型枠の背面に設置されるペルチェ素子であり、前記冷却工程では、前記ペルチェ素子に通電することで、前記コンクリート型枠内に打込まれたコンクリートを冷却する、ことを特徴とするコンクリート冷却方法。

請求項11

打込まれたコンクリートを冷却範囲と非冷却範囲に分ける計画工程を、さらに備え、前記型枠ユニット設置工程では、前記冷却範囲のみに前記型枠ユニットを設置し、前記冷却工程では、前記冷却範囲のみのコンクリートを冷却する、ことを特徴とする請求項8乃至請求項10のいずれかに記載のコンクリート冷却方法。

技術分野

0001

本願発明は、主にコンクリートポストクーリングに関するものであり、より具体的には、コンクリート打込み用型枠を冷却することでコンクリートを冷却し、これによって温度ひび割れを抑制することができる型枠ユニットコンクリート冷却ステム、及びコンクリート冷却方法に関するものである。

背景技術

0002

コンクリートは鋼材とともに最も重要な建設材料のひとつであり、ダムトンネル橋梁といった土木構造物や、集合住宅オフィスビルなどの建築構造物をはじめ、様々な構造物に用いられている。このコンクリート構造物は、あらかじめ工場等で製作されて所定の場所まで運搬されることもあるが、土木構造物や建築構造物の場合、所定の場所(現場)で直接構築されることが多い。いずれにしろ、セメントと水、骨材等を練り混ぜた状態のコンクリート(フレッシュコンクリート)を型枠の中に打込み、コンクリートの硬化を待って型枠を外すことでコンクリート構造物は構築される。

0003

上記のとおり、コンクリートは時間の経過とともに硬化していく材料であり、時間の経過に応じてコンクリートの水和反応により内部温度が上昇するとともに、その強度も上がり弾性係数も向上していく材料である。ところで、フレッシュコンクリートから「硬化した状態のコンクリート」になる過程で、あるいは硬化後に構造物として供用されている間に、ひび割れが発生することがある。コンクリートのひび割れには、構造物の用途に影響を与えない無害なものもあるが、一方でその用途に重大な影響を及ぼす有害なひび割れもある。そのため、ひび割れが発生する原因や機構については解明されている部分も多く、その対策に関しても様々な手法が採用されている。

0004

ひび割れの種類はその発生原因によって分けられ、さらにコンクリート硬化前の原因と硬化後の原因で大別される。硬化前の原因としては、型枠の移動やセメントの異常凝結によって生じる「初期ひび割れ」、養生中における表面の急速乾燥によって生じる「プラスチック収縮ひび割れ」等が挙げられる。一方、硬化後の原因としては、水分損失に伴うセメントゲル収縮によって生じる「乾燥収縮ひび割れ」や、鉄筋腐食アルカリ骨材反応によって生じる「物理的・化学的なひび割れ」、過大な荷重の作用や構造物の沈下によって生じる「構造ひび割れ」等が挙げられる。

0005

また、比較的部材厚が大きなコンクリート構造物(いわゆる、マスコンクリート)では温度ひび割れが問題となることがある。この温度ひび割れは、内部拘束によって生ずるものと外部拘束によって生ずるものに大別され、それぞれひび割れが発生するまでの過程(メカニズム)が異なる。

0006

コンクリートは硬化する過程で水とセメントの反応が起こるが、その際、水和熱が発生するためコンクリートの温度は時間とともに上昇する。ところが、外気温低温であれば、コンクリートの表面温度は、外気への放熱熱伝達)によってコンクリート表面に近い部分(外周部)はそれほど大きく温度上昇することはない。その結果、コンクリートの内部と外周部で顕著な温度差が生じ、内部では熱膨張するのに対して外周部ではそれほど熱膨張しないため、外周部に引張力が作用する。この引張力によって発生するのが、内部拘束による温度ひび割れである。

0007

一方、コンクリートが所定の温度まで達すると今度は温度降下に転じ、温度降下に伴いコンクリートは全体的に熱収縮しようとする。ところが、既設コンクリートなどと接しているところでは、拘束状態となっているため自由に収縮することができない。この結果、コンクリートのうち特に外部に拘束された部分には引張力が作用する。この引張力によって発生するのが、外部拘束による温度ひび割れである。なお、外部拘束による温度ひび割れは、躯体を貫通するひび割れとなることも少なくない。

0008

このように、内部拘束による温度ひび割れと外部拘束による温度ひび割れでは発生メカニズムが異なるものの、セメントの水和熱によって起こるコンクリートの温度上昇が原因である点では共通している。そこで温度ひび割れ対策としては、コンクリートの温度上昇を抑制する手法が主流となっている。例えば設計時の対策としては、水和熱の上昇を抑えることを目的に、低発熱セメントの使用、セメント量の低減、水和熱を低減する混和剤の使用など、配合設計に工夫がなされる。あるいは、比較的ひび割れが発生しても影響のない箇所にひび割れを誘導する目的で、ひび割れ誘発目地の設置を計画することもある。

0009

施工時の代表的な温度ひび割れ対策としては、プレクーリング、ポストクーリング、長期断熱養生が挙げられる。プレクーリングとは、打込み時のフレッシュコンクリートを冷却するもので、練り混ぜ水にフレーク状のを用いたり、ミキサトラックアジテータにおける練り混ぜ中に液体窒素噴射したり、種々の冷却方法が採用されている。

0010

ポストクーリングには、クーリングスロットなど躯体内部に温度拡散面を設けて自然冷却を促進する手法や、パイプ内に冷却水通水してコンクリートを冷却するパイプクーリング等がある。このパイプクーリングは、あらかじめ躯体内に薄肉鋼管などのクーリングパイプ(以下、「冷却管」という。)を敷設し、コンクリート打込み後に低温の水や空気等(以下、「冷媒」という。)を冷却管内に送り込む手法である。

0011

河川等において渇水期で構造物を完成させなければならない場合や、都市部において限られた工期で施工しなければならない場合など、早期にコンクリート強度発現させる必要があるときは、種々のクーリングのうちパイプクーリングが有効となるケースが多い。温度ひび割れ対策として、低発熱セメントの使用やセメント量の低減などコンクリート配合で対応しようとすると早期強度の発現が難しくなるし、プレクーリングによる対策は、比較的コストがかかるうえ相当の設備が必要となることからコストやヤードの問題から採用できないこともある。一方パイプクーリングは、コンクリート配合に特段の制限を受けることもなく、またプレクーリングより低コストでしかも大きなヤードを要することなく施工できるため、このようなケースでも問題なく採用できるわけである。

0012

このようにパイプクーリングは有効な温度ひび割れ対策であり、当然ながらこれまでもパイプクーリングに関する種々の提案がなされている。例えば、特許文献1では、冷却した条件で解析したコンクリートの予測温度と測定した実際の温度との温度差によって冷却水の温度や水量を調整することができる発明を開示しており、特許文献2では、コンクリート内を流過した間における冷媒の温度差を利用して冷却の継続の是非を判断する発明を開示している。

先行技術

0013

特開2014−005716号公報
特開2014−009530号公報

発明が解決しようとする課題

0014

パイプクーリングが有効な温度ひび割れ対策であることは上記したとおりであるが、そのパイプクーリングにもいくつかの問題を指摘することができる。通常、温度ひび割れ対策は、大きな塊状(マッシブ)のコンクリートであるマスコンクリートに対して行われる。コンクリート標準仕方書では、広がりのあるスラブ版厚が80〜100cm以上、下端に拘束がある壁では壁厚50cm以上の場合には、マスコンクリートとして温度ひび割れ対策を講じることとしている。つまり、版厚80cmや壁厚50cmのコンクリートが温度ひび割れ対策の対象となることもあるわけである。ところが、平面的に大きな広がりを有するマスコンクリートであれば冷却管の配設も容易であるが、柱状(橋脚など)や壁状(擁壁など)のマスコンクリートの場合、水平断面が小さいが故にパイプクーリングを採用し難いケースもある。狭い範囲でしかも鉄筋の存在もあって冷却管の敷設作業が煩雑を極めることとなり、さらに多数の打込みリフトとなればこのような煩雑な配管作業を繰り返し行わなければならないからである。

0015

また、パイプクーリングを採用できるケースであっても、やはり冷却管の敷設作業は大きな労力を必要とし、その分コストがかかり工期(施工期間)も長くなる。さらに、パイプクーリングが終了した後には、冷却管をモルタル充填しなければならいため、その手間とコストがかかるうえ、冷却管にモルタル充填されない空洞部が生ずるおそれもある。

0016

本願発明の課題は、従来の問題を解決することであり、すなわち型枠内の狭隘かつ複雑な領域に冷却管を敷設するという煩雑な作業を回避するとともに、冷却管のモルタル充填を必要としないポストクーリング技術を提供することであり、これを実現する型枠ユニット、コンクリート冷却システム、及びコンクリート冷却方法を提供することである。

課題を解決するための手段

0017

本願発明は、コンクリートのポストクーリングを行うに当たって、コンクリート内に冷却管を敷設するのではなく型枠背面に型枠冷却手段を設ける、という点に着目したものであり、これまでにはなかった発想に基づいて行われたものである。

0018

本願発明の型枠ユニットは、コンクリート型枠と冷却管を備えたものである。この冷却管は、冷媒を流過させるもので、コンクリート型枠の背面(又はコンクリート型枠内部)に設置される。

0019

本願発明の型枠ユニットは、冷却管がコンクリート型枠の補強材として機能するものとすることもできる。

0020

本願発明のコンクリート冷却システムは、型枠ユニットを備えたものである。この型枠ユニットは、コンクリート型枠と型枠冷却手段を有しており、さらにこの型枠冷却手段は、コンクリート型枠の背面(又はコンクリート型枠内部)に設置される冷却管である。そして、冷媒が冷却管を流過することによって、コンクリート型枠内に打込まれたコンクリートが冷却される。また本願発明の型枠ユニットは、冷媒を圧送する冷媒圧送手段を備えたものとすることもできるし、さらに複数の型枠ユニットで構成されたものとすることもできる。この場合、型枠ユニットの冷却管と他の型枠ユニットの冷却管は中継管によって連結され、したがって送り出された冷媒は複数の型枠ユニットの冷却管間を横断して流過する。

0021

本願発明のコンクリート冷却システムは、型枠ユニットに加え冷媒発生手段を備えたものとすることもできる。この場合の型枠ユニットの型枠冷却手段は、コンクリート型枠の背面に設置される放熱フィンである。そして、冷媒発生手段が発生させた冷媒を放熱フィンに対して送り出すことによって、コンクリート型枠内に打込まれたコンクリートが冷却される。

0022

本願発明のコンクリート冷却システムは、型枠冷却手段としてペルチェ素子が設置された型枠ユニットを備えたものとすることもできる。このペルチェ素子は、コンクリート型枠の背面に設置される。そして、ペルチェ素子に通電することによって、コンクリート型枠内に打込まれたコンクリートが冷却される。

0023

本願発明のコンクリート冷却方法は、型枠ユニット設置工程と、コンクリート打込み工程、冷却工程を備えた方法である。このうち型枠ユニット設置工程では、型枠ユニットを設置し、コンクリート打込み工程では、型枠ユニットのコンクリート型枠内にコンクリートを打込む。型枠冷却手段を冷却管とする場合の冷却工程では、冷媒を冷却管に流過させることでコンクリートを冷却する。また、型枠冷却手段を放熱フィンとする場合の冷却工程では、冷媒発生手段が発生させた冷媒を放熱フィンに対して送り出すことでコンクリートを冷却し、一方、型枠冷却手段をペルチェ素子とする場合の冷却工程では、ペルチェ素子に通電することでコンクリートを冷却する。

0024

本願発明のコンクリート冷却方法は、計画工程をさらに備えた方法とすることもできる。この計画工程では、打込まれたコンクリートを冷却範囲と非冷却範囲に分ける。この場合、型枠ユニット設置工程では、冷却範囲のみに型枠ユニットを設置し、冷却工程では、冷却範囲のみのコンクリートを冷却する。

発明の効果

0025

本願発明の型枠ユニット、コンクリート冷却システム、及びコンクリート冷却方法には、次のような効果がある。
(1)型枠ユニットの冷却管内に冷媒を流過させることで、打込まれたコンクリートを冷却することができ、これによりコンクリートの温度ひび割れを効果的に抑制することができる。
(2)狭隘かつ複雑な型枠内に冷却管を敷設する必要がなく、ポストクーリングの作業性が向上するとともに省力化を図ることができる。
(3)クーリング終了後に冷却管をモルタルで充填する必要がなく、その手間を省くことができるうえに、モルタル充填されない空洞部の残存を回避することができる。
(4)従来のパイプクーリングでは冷却管が回収されることがなかったのに対して、本願発明の型枠ユニットは何度も利用することができることから、合理的かつ経済的な手法といえる。
(5)型枠内の冷却管敷設作業や、クーリング終了後のモルタル充填作業を省略できることから、材料費を含むコストが低減され、工期も短縮することができる。

図面の簡単な説明

0026

型枠冷却手段として冷却管を利用する場合の本願発明のコンクリート冷却システムの主な構成を示すブロック図。
(a)は本願発明の型枠ユニットを背面側から見た背面図、(b)は型枠ユニットの側面図。
冷水間がコンクリート型枠内部に設置された本願発明の型枠ユニットの側面図。
1リフト分のコンクリートを打込むために設置された28個の型枠ユニットを示す背面図。
(a)は上下2段の型枠ユニットを示す背面図、(b)は上下2段の型枠ユニットを示す側面図。
冷却管と中継管の連結構造を示す詳細図。
型枠冷却手段として放熱フィンを利用する場合の本願発明のコンクリート冷却システムの斜視図。
型枠冷却手段としてペルチェ素子を利用する場合の本願発明のコンクリート冷却システムの側面図。
本願発明のコンクリート冷却方法の主な工程の流れを示すフロー図。
(a)はコンクリートの冷却範囲と非冷却範囲を示すモデル図、(b)は冷却範囲に対して型枠ユニットを設置し非冷却範囲に対して普通型枠を設置した状態を示す背面図。

実施例

0027

本願発明の型枠ユニット、コンクリート冷却システム、及びコンクリート冷却方法の実施形態の例を図に基づいて説明する。なお本願発明のコンクリート冷却方法は、本願発明のコンクリート冷却システムを利用してコンクリートを冷却する方法である。したがって、まずは本願発明のコンクリート冷却システムについて説明し、その後に本願発明のコンクリート冷却方法について説明することとする。また本願発明の型枠ユニットは、本願発明のコンクリート冷却システムを構成する要素のひとつであるから、本願発明のコンクリート冷却システムを説明する中で合わせて説明することとする。

0028

1.コンクリート冷却システム
本願発明のコンクリート冷却システムは、コンクリート型枠と型枠冷却手段を含んで構成される「型枠ユニット」を備えたことを1つの特徴としている。そしてこの型枠ユニットは、その型枠冷却手段によっていくつかの種類に分けることができる。具体的には、型枠冷却手段として冷却管を利用する型枠ユニット、型枠冷却手段として放熱フィンを利用する型枠ユニット、型枠冷却手段としてペルチェ素子を利用する型枠ユニットに分類することができる。以下、この3種類の型枠ユニットについてそれぞれ順に説明する。

0029

(冷却管を利用するケース)
図1は、型枠冷却手段として冷却管を利用する場合の本願発明のコンクリート冷却システム100の主な構成を示すブロック図である。この図に示すようにコンクリート冷却システム100は、打込まれたコンクリートCSを冷却することができるものであり、型枠ユニット300を含んで構成される。また型枠ユニット300のほか、冷媒を圧送する冷媒圧送手段200や、送水管410、排水管420、リターンタンク430、冷媒冷却手段440を含んで構成することもできる。ここで冷媒とは、低温の液体気体のことであり、例えば地下水河川水水道水といった液体、あるいは空気やフロンといった気体などを低温としたものが冷媒として利用できる。なお、冷媒として水道水を利用するなど、冷媒を送り出す手段を別途設ける必要がない場合は、必ずしも冷媒圧送手段200や送水管410を構成要件とする必要はない。同様に、特に冷媒を循環させない場合は、リターンタンク430を構成要件とする必要はなく、また地下水や河川水、水道水など既に十分低温となった冷媒を用いる場合は、冷媒冷却手段440を構成要件とする必要はない。ただし、冷却しない地下水や河川水、水道水を利用するときは、事前にその温度を調査しコンクリートの温度解析を行っておくことが望ましい。

0030

後述するように型枠ユニット300は型枠冷却手段としての冷却管320を有しており、この冷却管320(流入口)と冷媒圧送手段200(あるいは水道水の蛇口)は図1に示すように送水管410で連結されている。また、冷却管320(排出口)とリターンタンク430は排水管420で連結され、さらにリターンタンク430と冷媒冷却手段440、冷媒冷却手段440と冷媒圧送手段200は所定の管路で連結されており、冷媒圧送手段200から圧送された冷媒は各手段を経由して再度冷媒圧送手段200に戻るよう巡回している。既述したとおりリターンタンク430を省略し、冷媒を再利用しない非巡回形式としてもよい。

0031

図2は型枠ユニット300を示す図であり、(a)は型枠ユニット300を背面側から見た背面図、(b)は型枠ユニット300の側面図である。この図に示すように型枠ユニット300は、コンクリート型枠310と冷却管320を含んで構成され、冷却管320はコンクリート型枠310の背面側に設置される。あるいは図3に示すように、コンクリート型枠310の内部に冷却管320を設置することもできる。なおここでは便宜上、図2(b)や図3に示すように、コンクリートが打込まれる側をコンクリート型枠310の「前面側」とし、その反対側を「背面側」としている。

0032

型枠ユニット300のコンクリート型枠310は、従来から用いられているコンクリート用の型枠であり、合板のものや鋼製のものなど種々のものを利用することができる。また型枠ユニット300の冷却管320は、冷媒を流過させるものであって中空の管状のものであり、そして図2(a)の矢印(冷媒の流れ)で示すとおり型枠ユニット300の背面側で冷媒が流過するよう一連流路を形成している。具体的には、送水管410を通じて送られてきた冷媒が、入口連結管330を介して冷却管320内に入り込み、一連の流路(冷却管320)を通過した後、出口連結管340を介して排水管420に排出される。なお図2では、冷媒が型枠ユニット300内を2往復して流過するように4段の冷却管320が設置されているが、冷却管320を設置する段数は、1段あるいは2段以上とするなど状況に応じて適宜設計することできる。

0033

従来、コンクリート用型枠を組み立てる際、打込み中にコンクリート用型枠が倒れないよう(バレないよう)に、あるいはコンクリート用型枠が背面側にはらみ出すのを防ぐため、その背面側を角鋼管などによって補強することがあった。一方、本願発明の型枠ユニット300では、冷却管320をコンクリート型枠310の補強材として機能させることができることから、角鋼管などによる補強を行う必要がない。具体的には、冷却管320を鋼製など相当の強度を有する材料製とし、図2に示すようにコンクリート型枠310の背面側から補強するように冷却管320を設置するわけである。例えば、鋼管や鋼管の半割り、あるいは鋼板によって加工された管状体などを冷却管320として使用し、溶接ボルト固定などによってコンクリート型枠310背面に固定することができる。この場合、冷却管320の溶接固定を可能とするため、あるいは型枠自体の強度を期待するため、コンクリート型枠310も鋼製型枠とするとよい。

0034

一定ボリュームのコンクリートを打込む場合、複数の型枠ユニット300を用いるとよい。例えば図4では、1リフト分のコンクリートCSを打込むため、28個(4段×7列)の型枠ユニット300を設置している。そして、各列の最上段に配置された型枠ユニット300の冷却管320は、入口連結管330によって送水管410と連結されており、各列の最下段に配置された型枠ユニット300の冷却管320は、出口連結管340によって排水管420と連結されている。すなわち、ひとつの送水管410から複数箇所(図では7カ所)の型枠ユニット300に冷媒を供給し、複数箇所の型枠ユニット300から排出される冷媒をひとつの排水管420で送り返すこともできる。

0035

また上下に並んで配置された型枠ユニット300の冷却管320どうしは、中継管350によって連結することができる。図5は、図4の一部を拡大した上下2段の型枠ユニット300を示す図であり、(a)はその背面図、(b)はその側面図である。この図に示すように、上方に配置された型枠ユニット300(ここでは便宜上、「上部型枠ユニット301」という。)の冷却管320の排出口(一連の流路の終端)と、下方に配置された型枠ユニット300(ここでは便宜上、「下部型枠ユニット302」という。)の冷却管320の流入口(一連の流路の始端)を、中継管350によって連結するわけである。

0036

冷却管320と中継管350は、図6に示すように導入管361とカプラ362を利用して連結することがきる。図6は、図5(b)の「a部」を示す詳細図である。この図に示すように、上部型枠ユニット301の排出口で冷却管320に導入管361を挿入し、下部型枠ユニット302の流入口で冷却管320に導入管361を挿入し、それぞれ導入管361の先端に設置されたカプラ362と中継管350を接続する。このように導入管361とカプラ362を利用することで、冷却管320と中継管350を容易に連結することができ、また容易に中継管350を取り外すことができる。なお、導入管361は冷却管320に固定しておくこともできるし、着脱可能に取り付けておくこともできる。

0037

(放熱フィンを利用するケース)
図7は、型枠冷却手段として放熱フィン370を利用する場合の本願発明のコンクリート冷却システム100の斜視図である。このコンクリート冷却システム100は、打込まれたコンクリートCSを冷却することができるものであり、この図に示すように型枠ユニット300と冷媒発生手段500を含んで構成される。また型枠ユニット300は、コンクリート型枠310と、型枠冷却手段としての放熱フィン370を含んで構成される。この放熱フィン370は、コンクリート型枠310の背面側に多数配置されており、送り込まれた冷媒によってコンクリート型枠310を冷却し、さらには型枠前面側のコンクリートCSを冷却することができる。

0038

放熱フィン370に冷媒を送り込むのが、冷媒発生手段500である。またこの冷媒発生手段500は、冷媒を発生させる機能も備えている。例えば、冷媒として冷却された気体(空気など)や、冷却された液体(水など)を発生させ、その冷媒を放熱フィン370に送り込むことができる。あるいは、冷却されたミストを発生させるとともに放熱フィン370に対して噴霧する仕様とすることもできるし、冷気と冷水とミストを組み合わせて放熱フィン370に送り込む仕様とすることもできる。

0039

(ペルチェ素子を利用するケース)
図8は、型枠冷却手段としてペルチェ素子380を利用する場合の本願発明のコンクリート冷却システム100の側面図である。このコンクリート冷却システム100は、打込まれたコンクリートCSを冷却することができるものであり、この図に示すように型枠ユニット300を含んで構成される。また型枠ユニット300は、コンクリート型枠310と、型枠冷却手段としてのペルチェ素子380を含んで構成される。このペルチェ素子380は、コンクリート型枠310の背面側に配置されており、電気ケーブルを通じて通電することでコンクリート型枠310を冷却し、さらには型枠前面側のコンクリートCSを冷却することができる。

0040

2.コンクリート冷却方法
次に、本願発明のコンクリート冷却方法について説明する。なお、本願発明のコンクリート冷却方法は、既述したとおり、ここまで説明したコンクリート冷却システム100を利用する方法であり、したがってコンクリート冷却システム100で説明した内容と重複する説明は避け、コンクリート冷却方法に特有の内容のみ説明することとする。すなわち、ここに記載されていない内容は、コンクリート冷却システム100で説明したものと同様である。

0041

本願発明のコンクリート冷却方法は、温度ひび割れ対策として有効であることからマスコンクリートを対象として実施するとよく、またコンクリート表面から冷却するためマスコンクリートの中でも部材厚が比較的小さい(例えば、1m程度以下)コンクリートを対象として実施すると特に好適となる。以下、図9に示すフロー図に沿って詳しく説明する。

0042

まず、打込みを計画しているコンクリートのうち、コンクリート冷却システム100によって冷却する範囲(以下、「冷却範囲」という。)と、それ以外の冷却しない範囲(以下、「非冷却範囲」という。)を設定する(Step10)。冷却範囲を設定するに当たっては、3次元EM(Finite Element Method)を用いた温度応力解析に基づいて設定することができる。例えば、冷却を行わない条件で対象となるコンクリートの温度応力履歴を算出し、さらに節点ごとにひび割れ指数を求め、このひび割れ指数が所定の閾値を下回る範囲を冷却範囲として設定することができる。

0043

図9に示すように冷却範囲と非冷却範囲が設定できると(Step10)、冷却範囲に対して型枠ユニット300を設置し(Step20)、非冷却範囲に対して通常の型枠(普通型枠600)を設置する(Step30)。図10は、既設底板コンクリート上にコンクリートCSを打込むケースを示しており、(a)はコンクリートCSの冷却範囲と非冷却範囲を示すモデル図、(b)は冷却範囲に対して型枠ユニット300を設置し、非冷却範囲に対して普通型枠600を設置した状態を示す背面図である。なお、図10(a)では網掛けした部分を冷却範囲として示している。この図に示すように、躯体全長にわたる範囲(右端部から左端部まで)を冷却範囲として設定してもよいし、解析の結果や現地状況によっては両端(あるいは片方端)の一部を除いた範囲(図10(a)のうち破線で示す部分)を冷却範囲として設定してもよい。

0044

型枠ユニット300と普通型枠600が設置できると、型枠ユニット300のコンクリート型枠310の前面側、及び普通型枠600の前面側にコンクリートCSを打込む(Step40)。そして、コンクリート冷却システム100を稼働し、打ち込まれたコンクリートCSの冷却を行う(Step50)。すなわち、型枠冷却手段として冷却管320を利用する場合はコンクリート型枠310背面(又は内部)の冷却管320に冷媒を流過させ、型枠冷却手段として放熱フィン370を利用する場合はコンクリート型枠310背面の放熱フィン370に対して冷媒を送り、型枠冷却手段としてペルチェ素子380を利用する場合はコンクリート型枠310背面のペルチェ素子380に通電することで、コンクリート型枠310を冷却し、型枠前面側のコンクリートCSを冷却する。もちろんこのとき、冷却範囲(型枠ユニット300設置部分)のみが冷却され、非冷却範囲(普通型枠600設置部分)は冷却されない。なお、コンクリート冷却工程(Step50)は、コンクリート打込み後に開始してもよいし、コンクリート打込み前あるいは打込み作業中に開始してもよい。

0045

コンクリート打込み後、計画された時間だけコンクリートCSの冷却が行われ、また適切な養生が完了すると、コンクリートCSの冷却を終了したうえで型枠の解体脱型)を行う(Step60)。なお、ここまでコンクリートCSの部分冷却を行うケースについて説明したが、コンクリートCS全体をコンクリート冷却システム100によって冷却することもできる。この場合、打込みが計画されたコンクリートCS全範囲が冷却範囲となり、コンクリートCS全範囲に対して型枠ユニット300が設置される。すなわち、図9のうち破線で示す計画工程(Step10)と普通型枠設置工程(Step30)を省略することができる。

0046

本願発明の型枠ユニット、コンクリート冷却システム、及びコンクリート冷却方法は、トンネル覆工コンクリートや、橋梁の上部工下部工、擁壁、カルバート、ダムといった土木構造物、あるいは集合住宅やオフィスビルといった建築構造物、その他種々のコンクリート構造物に利用することができる。本願発明が、温度ひび割れの少ない、いわば高品質のコンクリート構造物を提供することを考えれば、産業上利用できるばかりでなく社会的にも大きな貢献を期待し得る発明といえる。

0047

100本願発明のコンクリート冷却システム
200 (コンクリート冷却システムの)圧送手段
300 (コンクリート冷却システムの)型枠ユニット
301 (コンクリート冷却システムの)上部型枠ユニット
302 (コンクリート冷却システムの)下部型枠ユニット
310 (型枠ユニットの)コンクリート型枠
320 (型枠ユニットの)冷却管
330 (型枠ユニットの)入口連結管
340 (型枠ユニットの)出口連結管
350 (型枠ユニットの)中継管
361 (型枠ユニットの)導入管
362 (型枠ユニットの)カプラ
370 (型枠ユニットの)放熱フィン
380 (型枠ユニットの)ペルチェ素子
410 (コンクリート冷却システムの)送水管
420 (コンクリート冷却システムの)排水管
430 (コンクリート冷却システムの)リターンタンク
440 (コンクリート冷却システムの)冷媒冷却手段
500冷媒発生手段
600 普通型枠
CS コンクリート

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ