JP6094064B2 - 給熱養生によるマスコンクリートのひび割れ抑制工法 - Google Patents

Description

本発明は、マスコンクリートの表面に発生し易いひび割れを抑制するための工法に関する。

マスコンクリートは、部材断面の最小寸法が大きく、セメントの水和反応による温度上昇によってひび割れが入るおそれがある部分のコンクリートであり、例えば拡がりのあるスラブにおいて厚さ８０ｃｍ以上、下端が拘束された壁において厚さ５０ｃｍ以上とされている。このようなマスコンクリートに対するひび割れ抑制対策として、低発熱セメントの使用や温度調整などが行われている。

例えば、特許文献１には、被覆材の内部に発熱体を配置する一方、コンクリートの内部には冷却パイプを配管し、コンクリート表面への加熱とコンクリート内部への冷却を行うことで、温度差を少なくすることが行われている。

また、特許文献２には、直方体フレームにシートを被せたカバー部でコンクリート躯体の周囲を覆い、コンクリート躯体の温度変化に追従させてカバー部内の空気温度を調整することが行われている。

特開昭６２−１６４９６４号公報 特開２００３−２５２６９１号公報

低発熱セメントは、一般的なセメント（普通ポルトランドセメント等）に比べて単価が高く、施工費用が嵩んでしまうという問題があった。また、特許文献１や特許文献２の工法では、設備等が大掛かりとなり、手間を要してしまうという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、マスコンクリートのひび割れ抑制を、より簡易な設備や手順で行うことにある。

前記目的を達成するため、本発明に係るマスコンクリートのひび割れ抑制工法は、マスコンクリートの打設空間の内部に第１温度計測手段を配置した状態でコンクリートを打設すること、打設された前記コンクリートの表面に、給電によって発熱する発熱マットを設置するとともに、前記表面と前記発熱マットとの間に養生マットを設置し、前記発熱マットと前記養生マットとの間、又は、前記養生マットと前記表面との間に、第２温度計測手段を配置すること、前記第１温度計測手段及び前記第２温度計測手段によって前記内部の温度及び前記表面の温度を計測し、前記内部の温度を基準とする前記表面の温度との温度差に応じて前記発熱マットへ給電することを特徴とする。

本発明によれば、打設されたコンクリートにおける内部の温度と表面の温度とが計測され、内部の温度を基準とする温度差に応じて表面の温度が調整される。これにより、コンクリート内部から表面までの範囲を、ひび割れの発生し難い所望の温度差に維持することができ、コンクリート表面におけるひび割れの発生を抑制できる。

前述の抑制工法において、前記発熱マットへの給電により、前記表面の温度を前記内部の温度よりも所定温度低くすることが好ましい。

コンクリート内部の温度上昇をできるだけ抑えた方が良い場合がある。例えば下端が拘束された壁や硬い岩盤上の床などで外部拘束が大きい場合等である。本発明によれば、表面の温度と前記内部の温度の差に応じてコンクリート内部の熱を外部へ逃がすことができ、ひび割れの発生を抑制しつつ、内部温度が常温へ戻るまでの時間を調整することができる。

前述の抑制工法において、前記第１温度計測手段は、計測した前記内部の温度を第１温度情報として取得し、前記第２温度計測手段は、計測した前記表面の温度を第２温度情報として取得し、前記発熱マットへの給電を制御する制御装置が、前記第１温度情報及び前記第２温度情報が入力される入力部、入力された前記第１温度情報と前記第２温度情報とを比較する比較部、及び、前記比較部での比較結果に応じて、前記発熱マットへの給電量を調整する給電調整部を有することが好ましい。

本発明によれば、コンクリートの内部温度を示す第１温度情報と表面温度を示す第２温度情報とが比較部で比較され、比較結果に応じて給電調整部が発熱マットへの給電量を調整するので、温度調整を自動化できる。そして、この自動化が、入力部、比較部及び給電調整部という簡単な構成で足りるため、長期間に亘って故障し難い信頼性の高い装置構成を実現できる。

本発明によれば、マスコンクリートのひび割れ抑制を、より簡易な設備や手順で行うことができる。

躯体が有する底版のひび割れ抑制工法（給熱養生）を説明する図である。 給熱養生に使用する機器を説明するブロック図である。 埋込用熱電対の設置を説明する図である。 打設空間にコンクリートを打設した状態を説明する図である。 コンクリートの表面（上面）に敷設される部材を説明する図である。 各部材をコンクリートの表面に重ねた状態を説明する図である。 制御装置による温度制御の第１例を説明する図である。 制御装置による温度制御の第２例を説明する図である。 制御装置による温度制御の第３例を説明する図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。図１は、給熱養生によるひび割れ抑制工法が適用されるマスコンクリートの斜視図である。例示したマスコンクリートは、コンクリート製の躯体１が有する底版２である。そして、図１では、躯体１における底版２を実線で描き、その他の部分３を一点鎖線で描いている。

なお、本実施形態における底版２は直方体状であり、その厚さＹは３ｍになっている。そして、底版２の幅Ｘ及び奥行きＺは厚さＹよりも大きい。この躯体１では、底版２の上面２ａに対して給熱養生を行うことで、ひび割れの発生を抑制している。

図２に示すように、給熱養生は、埋込用熱電対１１、表面用熱電対１２、発熱マット１３、及び、制御装置１４を用いて行われる。

埋込用熱電対１１は、図１に示すように、打設されたコンクリート（底版２）の内部に設置され、この内部の温度を計測して第１温度情報（内部温度に対応する抵抗値）として取得するものであり、第１温度計測手段に相当する。

本実施形態では、埋込用熱電対１１をコンクリートの中心部に設置している。ここで中心部とは、外気の影響を受けない断熱状態を形成し得る距離だけ、コンクリートの各表面から中心側に入った範囲のことである。

表面用熱電対１２は、打設されたコンクリートの上側表面に設置され、この表面の温度を計測して第２温度情報（表面温度に対応する抵抗値）として取得するものであり、第２温度計測手段に相当する。本実施形態において、この表面用熱電対１２は、打設したコンクリートの表面を湿潤状態に保つために敷かれた養生マット１５の上に設置されている。

発熱マット１３は、給電によって発熱するマットであり、例えば内部に発熱体が配置されている。このような発熱マット１３として、株式会社リバーストンが製造する商品名「スーパーコンガード」を用いることができる。本実施形態において、この発熱マット１３は、養生マット１５及び表面用熱電対１２を、上方から覆うように敷かれている。さらに、この発熱マット１３の上には気泡緩衝材１６が敷かれている。気泡緩衝材１６は特に熱を逃がしたくない場合に使用するが、これを使用しない養生を行うことも多くある。

このように、本実施形態では、打設されたコンクリートの上側表面から順に、養生マット１５、表面用熱電対１２、発熱マット１３、気泡緩衝材１６が配置されている。すなわち、表面用熱電対１２は、コンクリートの上側表面と発熱マット１３の間に配置されている。そして、これらの部材のうち、表面用熱電対１２を除く各部材は、給熱養生を行う範囲（抑制対策範囲）の全体を覆う大きさに配置されている。特に、気泡緩衝材１６は十分に大きなものを用いており、発熱マット１３からの熱を極力閉じ込めることで、コンクリートへの給熱効率を高めている。

制御装置１４は、埋込用熱電対１１及び表面用熱電対１２によって計測されたコンクリート中心部の温度及びコンクリート表面の温度に基づき、表面の温度を中心部の温度に揃えるように発熱マット１３へ給電するものである。図２に示すように、制御装置１４は、入力部２１、比較部２２、及び、給電制御部２３を有している。

入力部２１は、埋込用熱電対１１及び表面用熱電対１２で計測されたコンクリートの中心部温度及び表面温度が入力される部分である。この入力部２１は、例えば埋込用熱電対１１及び表面用熱電対１２に電圧を印加することで、各熱電対１１，１２の抵抗値に応じた電圧値を取得するインターフェース回路によって構成される。

比較部２２は、前述の中心部温度及び表面温度を比較し、比較結果を出力する部分である。この比較部２２は、例えばオペアンプ等を含んだ比較回路によって構成される。この場合、比較回路からは、中心部温度と表面温度との差に応じて変化する電圧値が出力される。

給電制御部２３は、比較部２２での比較結果に応じて、発熱マット１３への給電量を調整する部分であり、給電調整部に相当する。この給電制御部２３は、例えば電源回路とスイッチング回路を含んで構成され、表面温度（第２温度情報）が中心部温度（第１温度情報）よりも規定温度（本実施形態では５℃）以上低いことを示す比較結果の場合に、スイッチング回路がオン状態となって電源回路から発熱マット１３へ給電が行われる。そして、表面温度が中心部温度以上であることを示す比較結果の場合に、スイッチング回路がオフ状態となって発熱マット１３への給電が停止される。

次に、ひび割れ抑制工法の手順について説明する。図３に示すように、この工法では、まず、底版２に対応した大きさの打設空間ＳＰを型枠３１で区画して鉄筋３２を建て込む。そして、打設空間ＳＰの中心部（マスコンクリートの中心部に対応する）に、埋込用熱電対１１を設置する。その際、針金等を用いて埋込用熱電対１１を鉄筋３２に括り付けておく。また、埋込用熱電対１１の配線は制御装置１４に接続する。

次に、図４に示すように、型枠３１で区画された打設空間ＳＰにコンクリートＦＣを打設する。本実施形態のコンクリートＦＣは、高炉セメントＢ種を用いて作製されている。ここで、埋込用熱電対１１は、鉄筋３２に括り付けられているので、コンクリートＦＣの打設中に大きく移動されることはなく、中心部に配置されたままとなる。

次に、図５に示すように、打設されたコンクリートＦＣの表面に、養生マット１５、表面用熱電対１２、発熱マット１３、気泡緩衝材１６を順に配置する。また、表面用熱電対１２及び発熱マット１３の各配線を制御装置１４に接続する。

表面用熱電対１２や発熱マット１３等を配置したならば、制御装置１４を動作させて発熱マット１３に対する給電を行う。これにより、図６に示すように、発熱マット１３が発熱し、打設されたコンクリートＦＣに対する給熱養生が行われる。

ここで、図７は、給熱養生時における温度の経時的な変化を示している。この図７において、縦軸は温度を示し、横軸は時間を示している。そして、符号Ｔ１の実線はコンクリートＦＣの中心部の温度を示し、符号Ｔ２の波線はコンクリートＦＣの表面の温度を示し、符号Ｔ３の点線は発熱マットへの給電を開始する温度を示している。

コンクリートＦＣの中心部はほぼ断熱状態にあるため、実線Ｔ１で示すように、水和反応に伴って温度の上昇が生じる。ここで、中心部が断熱状態にあるものの、コンクリートＦＣの熱は、発熱マット１３等が配置されていない面から地盤等の外部へと徐々に放出される。このため、時間の経過に伴って水和反応が終息してくると、コンクリートＦＣの中心部温度は、常温へ向けて徐々に降下される。

制御装置１４は、コンクリートＦＣにおける表面の温度が中心部の温度よりも規定温度以上低い場合（本実施形態では５℃，点線Ｔ３を参照）に、発熱マット１３へ給電を行う。これにより、発熱マット１３が発熱して表面から給熱が行われる。そして、この給熱は、表面の温度が中心部の温度に揃うと停止される。以後は、表面の温度が中心部の温度よりも規定温度以上低くなる度に、発熱マット１３からコンクリートの表面に向けて給電が行われる。

これにより、コンクリートＦＣにおける表面の温度は、波線Ｔ２で示すように、中心部の温度に追従して変化する。すなわち、コンクリートＦＣの内部温度を基準とする表面温度との温度差に応じて発熱マット１３への給電が行われる。給電に伴って発熱マット１３が発熱するので、コンクリートＦＣの内部から表面までの範囲がひび割れの発生し難い所望の温度差に維持される。その結果、コンクリート表面におけるひび割れの発生を抑制できる。この方法は、中心部がほぼ断熱状態となる厚さ、例えば３ｍ以上のマスコンクリート等においては、特に有効である。

また、本実施形態では、埋込用熱電対１１で計測されたコンクリートＦＣの中心部温度（第１温度情報）と表面用熱電対１２で計測されたコンクリートＦＣの表面温度（第２温度情報）とが比較部２２で比較され、比較結果に応じて給電制御部２３（給電調整部）が発熱マット１３への給電量を調整しているので、温度調整を自動化できる。そして、この自動化が、入力部２１、比較部２２及び給電制御部２３という簡単な構成で足りるため、長期間に亘って故障し難い信頼性の高い装置構成を実現できる。

また、中心部の温度が常温付近まで降下すると、表面の温度との差が規定温度よりも小さくなる。これに伴い、制御装置１４は、発熱マット１３への通電を自動的に停止させる。このため、何らかの理由で発熱マット１３等の回収が遅れたとしても、無駄に電力を消費してしまう不具合を抑制できる。

以上の実施形態の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれる。例えば、次のように構成してもよい。

コンクリートＦＣの上側表面に対する給熱制御に関し、前述の実施形態では、規定温度が５℃に設定されていた。これにより、表面温度が中心部温度よりも５℃以上低くなることを条件に発熱マット１３への給電が開始され、表面温度が中心部温度に揃うと発熱マット１３への給電が停止されていた。

ここで、図８に示すように、規定温度を小さな値（例えば０．５〜１℃の範囲）に設定してもよい。このように設定すると、発熱マット１３への給電が短いサイクルで繰り返され、コンクリートＦＣにおける表面温度Ｔ２が中心部温度Ｔ１に揃う。その結果、コンクリートＦＣの上側表面から中心部までの範囲を均一の温度で養生できる。そして、この範囲のコンクリートＦＣが同じように膨張・収縮をするので、上側表面における内部拘束によるひび割れの発生を抑制できる。

また、図９に示すように、コンクリートＦＣの中心部温度Ｔ１よりも規定温度（例えば１０℃）低い給電停止温度Ｔ３ａと、この給電停止温度Ｔ３ａよりも僅かに（例えば０．５〜１℃）低い給電開始温度Ｔ３ａとを設定し、表面温度Ｔ２が給電開始温度Ｔ３ａ以下になったら発熱マット１３への給電を開始させ、表面温度Ｔ２が給電停止温度Ｔ３ａ以上になったら給電を停止させるようにしてもよい。

このように構成すると、コンクリートＦＣの表面温度Ｔ２を中心部温度Ｔ１よりも規定温度だけ低く維持することができる。これにより、表面温度Ｔ２と中心部温度Ｔ１の差に応じてコンクリート内部の熱を外部へ逃がすことができ、ひび割れの発生を抑制しつつも、内部温度が常温へ戻るまでの時間を調整することができる。

前述の実施形態では、発熱マット１３への給電を制御装置１４で行っていたが、これを手動で行ってもよい。例えば、底版２（マスコンクリート）における中心部の温度と表面の温度とを読み取り、表面の温度を中心部の温度に一致させるべく、発熱マット１３への給電（スイッチのオンオフ）を手動で行ってもよい。

また、発熱マット１３への給電制御は、オンオフ制御に限られない。例えば、電流を増減させてもよい。

また、前述の実施形態では、セメントとして普通ポルトランドセメントを例にあげて説明したが、他の種類のセメントであっても硬化の過程で発熱するものであれば、本発明は有効である。

前述の実施形態では、躯体１の底版２に対して給熱養生を行う場合について説明したが、躯体１の壁面や頂版に対する給熱養生も同様に行うことができる。

前述の実施形態では、養生マット１５の上に表面用熱電対１２が配置されていたが、打設されたコンクリート（底版２）の上面に表面用熱電対１２を直接配置してもよい。また、発熱マット１３を覆うように気泡緩衝材１６を被せていたが、この気泡緩衝材１６を省略してもよい。

前述の実施形態では、埋込用熱電対１１をコンクリートの中心部（すなわち底版２の断熱範囲）に配置していたが、コンクリートの内部温度を計測できれば中心部に配置しなくてもよい。例えば、埋込用熱電対１１をコンクリートの中心部よりも表面側に配置してもよい。この場合、制御装置１４による制御を、埋込用熱電対１１の配置場所に応じて調整することが好ましい。

１…躯体，２…躯体の底版，２ａ…底版の上面，３…躯体における底版以外の部分，１１…埋込用熱電対，１２…表面用熱電対，１３…発熱マット，１４…制御装置，１５…養生マット，１６…気泡緩衝材，２１…入力部，２２…比較部，２３…給電制御部，３１…型枠，３２…鉄筋，Ｘ…底版の幅，Ｙ…底版の厚さ，Ｚ…底版の奥行き，ＳＰ…打設空間，ＦＣ…コンクリート

Claims (3)

1. マスコンクリートの打設空間の内部に第１温度計測手段を配置した状態でコンクリートを打設すること、
   打設された前記コンクリートの表面に、給電によって発熱する発熱マットを設置するとともに、前記表面と前記発熱マットとの間に養生マットを設置し、前記発熱マットと前記養生マットとの間、又は、前記養生マットと前記表面との間に、第２温度計測手段を配置すること、
   前記第１温度計測手段及び前記第２温度計測手段によって前記内部の温度及び前記表面の温度を計測し、前記内部の温度を基準とする前記表面の温度との温度差に応じて前記発熱マットへ給電することを特徴とするマスコンクリートのひび割れ抑制工法。
2. 前記発熱マットへの給電により、前記表面の温度を前記内部の温度よりも所定温度低くすることを特徴とする請求項１に記載のマスコンクリートのひび割れ抑制工法。
3. 前記第１温度計測手段は、計測した前記内部の温度を第１温度情報として取得し、
   前記第２温度計測手段は、計測した前記表面の温度を第２温度情報として取得し、
   前記発熱マットへの給電を制御する制御装置が、前記第１温度情報及び前記第２温度情報が入力される入力部、入力された前記第１温度情報と前記第２温度情報とを比較する比較部、及び、前記比較部での比較結果に応じて、前記発熱マットへの給電量を調整する給電調整部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のマスコンクリートのひび割れ抑制工法。