コンクリートの養生管理装置
【課題】 条件が変わっても常に製品と供試体コンクリートの温度履歴を一致させ、適量な促進蒸気養生を選択できるコンクリート養生管理装置を提供する。
【解決手段】 型枠内にコンクリートを打設し、型枠を養生シートで被い、養生シートで被われた内部に蒸気による促進養生が可能な養生方法であって、シート内の雰囲気温度とコンクリート内部温度の両方を計測できるように２つのセンサーを備えた表面設置型の温度計測装置を使用し、この計測装置で測定したコンクリートの内部温度と別途設置した供試体養生箱の内部雰囲気温度を同調させて製品と供試体の温度履歴を一致させることを可能にした供試体同一温度養生管理装置を備え、その装置で記録したコンクリート温度などの温度記録と強度試験の結果から促進養生の適正度合いを確認して次回からの促進蒸気養生プログラムを修正することでより適切な養生とする。
【解決手段】 型枠内にコンクリートを打設し、型枠を養生シートで被い、養生シートで被われた内部に蒸気による促進養生が可能な養生方法であって、シート内の雰囲気温度とコンクリート内部温度の両方を計測できるように２つのセンサーを備えた表面設置型の温度計測装置を使用し、この計測装置で測定したコンクリートの内部温度と別途設置した供試体養生箱の内部雰囲気温度を同調させて製品と供試体の温度履歴を一致させることを可能にした供試体同一温度養生管理装置を備え、その装置で記録したコンクリート温度などの温度記録と強度試験の結果から促進養生の適正度合いを確認して次回からの促進蒸気養生プログラムを修正することでより適切な養生とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【００１】
本発明は、打設したコンクリートの養生の管理に関するものである。
【背景技術】
【００２】
従来のコンクリートの強度管理は、製品と同じロットの生コンで製作した強度試験用供試体を製品と同じ環境に置き養生すれば十分とされてきた。
【００３】
しかしコンクリートの強度発現はセメントと水の化学反応によるものであり、その反応速度は温度上昇とともに加速度的に早くなる特性があるため、温度履歴を一致させなければ強度は等しくならない。
【００４】
通常供試体は直径１０ｃｍ高さ２０ｃｍの円筒形のものが使われているが、その寸法は製品より著しく小さいため、促進養生で外部から加熱される場合も、化学反応で自己発熱する場合も、同じ環境に置かれた両コンクリートの温度履歴が等しくなることはない。
【００５】
その原因は、熱の移動量は温度差と表面積に支配され、温度上昇は熱容量つまり体積に支配される熱力学的特性と、その結果として定まる温度により硬化反応速度が変わるため単位時間の発熱量に差がでるためである。
【００６】
また従来の養生管理において製品コンクリートの温度を計測せずに、養生シート内の雰囲気温度を計測して制御の対象としており、実際のコンクリート温度は管理の対象ではなかった。
【００７】
これはコンクリート内部に温度センサーを埋め込めば、硬化後に破損することなく回収できないことも一因である。しかし、伝熱現象と硬化発熱現象のために雰囲気温度と製品コンクリート温度には差が生じている。また形状寸法の異なる供試体と製品のコンクリート温度にも差が生じる。コンクリートの強度発現は化学反応である硬化反応よるため、温度履歴が異なれば強度も違ってくる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００８】
コンクリートの内部温度を計測するために温度センサーを埋め込めば、硬化後に破壊することなく取り出すことはできないし、製品であるコンクリートを損傷することになる。当該発明は製品に埋め込むことなく、打設完了後にそのコンクリート表面又は鋼製型枠の表面に密着させて設置するだけで、コンクリートの内部温度が計測できる表面設置型の温度計測装置である。養生完了後は、損傷することなく回収できるため、繰り返し使用できる。
【００９】
この表面設置型の温度計測装置は、２０ｃｍ〜３０ｃｍ程度の寸法で３ｃｍ〜５ｃｍ程度の厚みの断熱材表面をわずかに掘り込み、通常の温度センサーを表面に突出しないように取り付けたものである。センサーには測温抵抗体やＴ型熱伝対が用いられる。背面が断熱されているため周囲の雰囲気温度に影響されることなくコンクリートの内部温度を計測できる。同時に断熱材の背面に同様な温度センサーを取り付けることで雰囲気温度も計測できる。
【０１０】
コンクリート表面でその内部温度が計測できるのは、製品の内部と表面近傍での温度差が実用上無視できるほど小さく、さらに背面を断熱されているために温度差がなくなるためである。この現象はコンクリートや鉄の熱伝導による熱抵抗に比べて、固体と空気の界面の動かない空気層の熱抵抗が大きく大半の温度差がこの界面を挟んで生じるためである。
【０１１】
単位時間の熱の移動量は熱伝達係数と温度差と伝熱面積の積で表されるが、コンクリートが加熱促進養生される場合のコンクリートの温度上昇量はコンクリートが受け取った熱量をコンクリートの熱容量で除した値となる。つまり、熱の移動量は面積に比例し、温度上昇量は体積に比例することになる。従って、同じ環境におかれた供試体と製品の温度上昇は同じにならず、小さい供試体の温度は雰囲気温度にあまり遅れることなく追従しても、大きい形状寸法の製品ほど温度上昇が遅れることになる。逆にコンクリートの温度が雰囲気温度より高い場合の放熱に関しても同様な現象がおきる。
【０１２】
上記の熱力学的な解析にもとづき、表面設置型の温度計測装置で計測した製品コンクリート温度に、別途設置した供試体養生箱の内部雰囲気温度を追従させる供試体同一温度養生管理装置を設け、供試体のコンクリート温度を製品の温度に追従させる。
【０１３】
この供試体同一温度養生装置は、表面設置型のコンクリート温度計測装置で計測された製品コンクリート温度と、供試体養生箱内の雰囲気温度をＴ型熱伝対を使用して示差熱回路に組み、養生箱内の水槽に設置した投げ込みヒーターで加熱し制御する。小さい供試体の温度は若干の遅れで追従する。
【０１４】
この供試体同一温度養生管理装置は、温度記録装置も備えており、製品コンクリート温度、雰囲気温度、供試体コンクリート温度、外気温などを記録でき、この温度記録により、供試体コンクリートの強度が製品と同一であることが保証できる。またこの温度記録と強度試験の結果とを合わせて、必要な促進養生の程度をきめる資料とすることができる。
【０１５】
さらに、本発明の養生制御装置は、従来の制御装置が製品コンクリートの温度上昇には関係なく、養生シート内の雰囲気温度を計測し制御するだけなので、結果的に製品の過剰な温度上昇やエネルギーの浪費を防げなかったのに対し、製品コンクリート温度の計測結果を養生制御プログラムにフィードバックすることができ過剰な加熱を防ぐものである。
【発明の効果】
【０１６】
本発明のコンクリート養生管理装置を使用すれば、製品コンクリートの温度を簡単に常時測定でき、強度測定用の供試体コンクリートの温度を製品コンクリートの温度に追従させることができるため、正確な強度管理が行える。コンクリートの強度が安定すると同時に省エネルギー管理をすることができる。
【実施例】
【０１７】
高強度のプレテンション・プレストレストコンクリート製品を製造する工場に適用した例を示す。コンクリートの設計強度は５０Ｎ／ｍｍ＾２以上で、プレストレスを導入する翌朝には３５Ｎ／ｍｍ＾３以上の強度が必要となる。製品の形状は長さ１０ｍを超える長尺のものが多く、断面形状は様々だが、１ｍあたり重量は５００ｋｇから１０００ｋｇと比較的大型の製品が多い。高強度であるためセメント量も４２０ｋｇ／ｍ＾３と多く、早期強度が必要なため早強セメントを使用し、促進蒸気養生もなされている。
【０１８】
各製作ヤードには、通常の促進養生設備のほかに表面設置型の温度計測装置を設置し、生コンの試験ヤードに供試体の養生箱を設置した。この養生箱に近接して供試体を製品温度に追従させるための制御装置と、温度記録装置を配置し、製作ヤードに置いた温度計測装置と接続させて、制御と記録を行った。
【０１９】
この装置を使用し始めた結果、生コン温度が３０度を超える季節は硬化反応だけで温度上昇するため、まったく促進養生は必要がないことが分かった。その他の季節も個別の条件により差はあるものの生コン温度が２０度以上あれば殆ど硬化による発熱で温度上昇が起こり、促進蒸気養生の必要性は少なくなった。養生初期に蒸気養生で加熱するばあいも、コンクリートの硬化反応が加速する３０度に達した時点で促進養生は終了することができることが分かった。１年間を通したボイラ燃料の使用量は７５％減少し、以前の１／４程度となった。
【０２０】
供試体と製品の温度履歴を一致させることができ、またその結果が温度記録で確認できるため、製品コンクリートの実際の強度が安定した。そのため、プレストレストコンクリート製品の特性である上ぞりの数値が安定しばらつきがなくなった。過度の温度上昇もなくなり、ひび割れの発生も減少した。
【０２１】
製品や配合の種類ごとに異なってくる促進蒸気養生の程度が、過去のデータで個別に決められるため適切な養生が選択でき、精度の高い養生管理ができるようになった。
【０２１】
さらに、その日の生コン温度や、外気温により変化する必要な促進蒸気養生の程度を、結果として表れる製品コンクリート温度上昇値で制御することによりさらに養生の精度を上げることができるようになった。
【技術分野】
【００１】
本発明は、打設したコンクリートの養生の管理に関するものである。
【背景技術】
【００２】
従来のコンクリートの強度管理は、製品と同じロットの生コンで製作した強度試験用供試体を製品と同じ環境に置き養生すれば十分とされてきた。
【００３】
しかしコンクリートの強度発現はセメントと水の化学反応によるものであり、その反応速度は温度上昇とともに加速度的に早くなる特性があるため、温度履歴を一致させなければ強度は等しくならない。
【００４】
通常供試体は直径１０ｃｍ高さ２０ｃｍの円筒形のものが使われているが、その寸法は製品より著しく小さいため、促進養生で外部から加熱される場合も、化学反応で自己発熱する場合も、同じ環境に置かれた両コンクリートの温度履歴が等しくなることはない。
【００５】
その原因は、熱の移動量は温度差と表面積に支配され、温度上昇は熱容量つまり体積に支配される熱力学的特性と、その結果として定まる温度により硬化反応速度が変わるため単位時間の発熱量に差がでるためである。
【００６】
また従来の養生管理において製品コンクリートの温度を計測せずに、養生シート内の雰囲気温度を計測して制御の対象としており、実際のコンクリート温度は管理の対象ではなかった。
【００７】
これはコンクリート内部に温度センサーを埋め込めば、硬化後に破損することなく回収できないことも一因である。しかし、伝熱現象と硬化発熱現象のために雰囲気温度と製品コンクリート温度には差が生じている。また形状寸法の異なる供試体と製品のコンクリート温度にも差が生じる。コンクリートの強度発現は化学反応である硬化反応よるため、温度履歴が異なれば強度も違ってくる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００８】
コンクリートの内部温度を計測するために温度センサーを埋め込めば、硬化後に破壊することなく取り出すことはできないし、製品であるコンクリートを損傷することになる。当該発明は製品に埋め込むことなく、打設完了後にそのコンクリート表面又は鋼製型枠の表面に密着させて設置するだけで、コンクリートの内部温度が計測できる表面設置型の温度計測装置である。養生完了後は、損傷することなく回収できるため、繰り返し使用できる。
【００９】
この表面設置型の温度計測装置は、２０ｃｍ〜３０ｃｍ程度の寸法で３ｃｍ〜５ｃｍ程度の厚みの断熱材表面をわずかに掘り込み、通常の温度センサーを表面に突出しないように取り付けたものである。センサーには測温抵抗体やＴ型熱伝対が用いられる。背面が断熱されているため周囲の雰囲気温度に影響されることなくコンクリートの内部温度を計測できる。同時に断熱材の背面に同様な温度センサーを取り付けることで雰囲気温度も計測できる。
【０１０】
コンクリート表面でその内部温度が計測できるのは、製品の内部と表面近傍での温度差が実用上無視できるほど小さく、さらに背面を断熱されているために温度差がなくなるためである。この現象はコンクリートや鉄の熱伝導による熱抵抗に比べて、固体と空気の界面の動かない空気層の熱抵抗が大きく大半の温度差がこの界面を挟んで生じるためである。
【０１１】
単位時間の熱の移動量は熱伝達係数と温度差と伝熱面積の積で表されるが、コンクリートが加熱促進養生される場合のコンクリートの温度上昇量はコンクリートが受け取った熱量をコンクリートの熱容量で除した値となる。つまり、熱の移動量は面積に比例し、温度上昇量は体積に比例することになる。従って、同じ環境におかれた供試体と製品の温度上昇は同じにならず、小さい供試体の温度は雰囲気温度にあまり遅れることなく追従しても、大きい形状寸法の製品ほど温度上昇が遅れることになる。逆にコンクリートの温度が雰囲気温度より高い場合の放熱に関しても同様な現象がおきる。
【０１２】
上記の熱力学的な解析にもとづき、表面設置型の温度計測装置で計測した製品コンクリート温度に、別途設置した供試体養生箱の内部雰囲気温度を追従させる供試体同一温度養生管理装置を設け、供試体のコンクリート温度を製品の温度に追従させる。
【０１３】
この供試体同一温度養生装置は、表面設置型のコンクリート温度計測装置で計測された製品コンクリート温度と、供試体養生箱内の雰囲気温度をＴ型熱伝対を使用して示差熱回路に組み、養生箱内の水槽に設置した投げ込みヒーターで加熱し制御する。小さい供試体の温度は若干の遅れで追従する。
【０１４】
この供試体同一温度養生管理装置は、温度記録装置も備えており、製品コンクリート温度、雰囲気温度、供試体コンクリート温度、外気温などを記録でき、この温度記録により、供試体コンクリートの強度が製品と同一であることが保証できる。またこの温度記録と強度試験の結果とを合わせて、必要な促進養生の程度をきめる資料とすることができる。
【０１５】
さらに、本発明の養生制御装置は、従来の制御装置が製品コンクリートの温度上昇には関係なく、養生シート内の雰囲気温度を計測し制御するだけなので、結果的に製品の過剰な温度上昇やエネルギーの浪費を防げなかったのに対し、製品コンクリート温度の計測結果を養生制御プログラムにフィードバックすることができ過剰な加熱を防ぐものである。
【発明の効果】
【０１６】
本発明のコンクリート養生管理装置を使用すれば、製品コンクリートの温度を簡単に常時測定でき、強度測定用の供試体コンクリートの温度を製品コンクリートの温度に追従させることができるため、正確な強度管理が行える。コンクリートの強度が安定すると同時に省エネルギー管理をすることができる。
【実施例】
【０１７】
高強度のプレテンション・プレストレストコンクリート製品を製造する工場に適用した例を示す。コンクリートの設計強度は５０Ｎ／ｍｍ＾２以上で、プレストレスを導入する翌朝には３５Ｎ／ｍｍ＾３以上の強度が必要となる。製品の形状は長さ１０ｍを超える長尺のものが多く、断面形状は様々だが、１ｍあたり重量は５００ｋｇから１０００ｋｇと比較的大型の製品が多い。高強度であるためセメント量も４２０ｋｇ／ｍ＾３と多く、早期強度が必要なため早強セメントを使用し、促進蒸気養生もなされている。
【０１８】
各製作ヤードには、通常の促進養生設備のほかに表面設置型の温度計測装置を設置し、生コンの試験ヤードに供試体の養生箱を設置した。この養生箱に近接して供試体を製品温度に追従させるための制御装置と、温度記録装置を配置し、製作ヤードに置いた温度計測装置と接続させて、制御と記録を行った。
【０１９】
この装置を使用し始めた結果、生コン温度が３０度を超える季節は硬化反応だけで温度上昇するため、まったく促進養生は必要がないことが分かった。その他の季節も個別の条件により差はあるものの生コン温度が２０度以上あれば殆ど硬化による発熱で温度上昇が起こり、促進蒸気養生の必要性は少なくなった。養生初期に蒸気養生で加熱するばあいも、コンクリートの硬化反応が加速する３０度に達した時点で促進養生は終了することができることが分かった。１年間を通したボイラ燃料の使用量は７５％減少し、以前の１／４程度となった。
【０２０】
供試体と製品の温度履歴を一致させることができ、またその結果が温度記録で確認できるため、製品コンクリートの実際の強度が安定した。そのため、プレストレストコンクリート製品の特性である上ぞりの数値が安定しばらつきがなくなった。過度の温度上昇もなくなり、ひび割れの発生も減少した。
【０２１】
製品や配合の種類ごとに異なってくる促進蒸気養生の程度が、過去のデータで個別に決められるため適切な養生が選択でき、精度の高い養生管理ができるようになった。
【０２１】
さらに、その日の生コン温度や、外気温により変化する必要な促進蒸気養生の程度を、結果として表れる製品コンクリート温度上昇値で制御することによりさらに養生の精度を上げることができるようになった。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
打設後のコンクリートの養生管理において、コンクリートの強度は製品と同一なロットからサンプリングされた生コンで供試体を製作し、その供試体を製品と同じ環境に置く方法で強度管理がなされてきた。しかし、伝熱の法則による熱の移動量やセメントと水の硬化発熱反応において反応速度は温度の上昇に伴い急激に早くなる特性などから、同じ環境にあっても形状寸法の異なる両コンクリートの温度履歴が一致することはなく、両者の強度は一致しない。
両者の温度履歴を一致させ正確な強度管理を行うために、コンクリートに埋め込むことなく打設後にコンクリート又は型枠表面に密着させて設置するだけで製品コンクリートの温度が把握できる温度計測装置を備え、供試体コンクリートの温度を製品の温度に追従させる供試体同一温度管理機能と、測定された製品コンクリート温度を従来の促進蒸気養生のプログラムにフィードバックして養生管理する機能と、それらの温度を記録する機能を備えるコンクリートの養生管理装置。
【請求項１】
打設後のコンクリートの養生管理において、コンクリートの強度は製品と同一なロットからサンプリングされた生コンで供試体を製作し、その供試体を製品と同じ環境に置く方法で強度管理がなされてきた。しかし、伝熱の法則による熱の移動量やセメントと水の硬化発熱反応において反応速度は温度の上昇に伴い急激に早くなる特性などから、同じ環境にあっても形状寸法の異なる両コンクリートの温度履歴が一致することはなく、両者の強度は一致しない。
両者の温度履歴を一致させ正確な強度管理を行うために、コンクリートに埋め込むことなく打設後にコンクリート又は型枠表面に密着させて設置するだけで製品コンクリートの温度が把握できる温度計測装置を備え、供試体コンクリートの温度を製品の温度に追従させる供試体同一温度管理機能と、測定された製品コンクリート温度を従来の促進蒸気養生のプログラムにフィードバックして養生管理する機能と、それらの温度を記録する機能を備えるコンクリートの養生管理装置。
【公開番号】特開２０１０−２６４７３４（Ｐ２０１０−２６４７３４Ａ）
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３３５１１（Ｐ２００９−１３３５１１）
【出願日】平成２１年５月１２日（２００９．５．１２）
【出願人】（３０４０２４５２２）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１２日（２００９．５．１２）
【出願人】（３０４０２４５２２）
【Ｆターム（参考）】
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