JPH06179209A - 冷却生コンクリートの混練方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 氷の融解熱と、冷却された骨材とで生コンク
リートの練り上がり温度を低下させると共に、ミキサー
の混練り時間を短縮する。 【構成】 骨材を添加しない状態で氷を添加してセメン
トを混練りし、高温のセメントによって、氷を速やかに
融解する。氷をセメントに混練りした後、冷却された骨
材を添加する。 【効果】 冷却された骨材が混合されないセメントは非
常に高温で、セメントの熱でもって氷を速やかに融解す
る。また、微細な粉体のセメントが氷の表面に付着し
て、融解した水がセメントの間に侵入して、氷を速やか
に融解する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、強制的に冷却された生
コンクリートを混練りする方法に関し、とくに、骨材を
冷却して生コンクリートを混練りする方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】生コンクリートは、練り上がり温度を低
くすることが要求される。特に、日中気温が２５℃を超
える暑中コンクリートは、冷却することによって、硬化
後の特性を改善できる。

【０００３】温度が高くなる暑中コンクリートは、 スランプが低くなり、 ひび割れが発生し、 強度が低下する欠点がある。

【０００４】生コンクリートのスランプは、水が蒸発す
ると低下する。例えば、練り上がり温度が３０℃のとき
に、スランプ１８cmの生コンクリートを、トラックアジ
テータで１時間程度運搬すると、スランプは約６cm低下
する。また、生コンクリートは、水の添加量を同じに調
整しても、練り上がり温度が高くなるにしたがって、ス
ランプが低下する。スランプが低下した生コンクリート
は、打ち込みが難しくなる。スランプが低下した生コン
クリートは、セメントペーストを添加して練り直す必要
がある。

【０００５】生コンクリートの硬化時における内部発熱
は、ひび割れの原因となる。困ったことに、コンクリー
トが硬化する水和反応は発熱反応である。水和反応によ
って、セメントは１ｋｇにつき８０ｋｃａｌの熱を発生
する。１ｍ³のコンクリートは１８０〜３００ｋｇのセ
メントを含有する。このため、セメントの水和熱によっ
て、硬化するときにコンクリートは５０〜６０℃に上昇
する。内部で発熱したコンクリートは、内部と外表面と
で温度差ができ、暖められた内部は熱膨張し、冷却され
た外表面は、収縮してひび割れを発生する。

【０００６】コンクリートのひび割れは、あらゆる用途
において著しい弊害をもたらす。特に、ダム、海中に設
置される橋脚、原子炉の隔壁等の場合は致命的な欠点と
なる。さらに、暑中コンクリートは、硬化時の強度が低
下する。

【０００７】生コンクリートを冷却することによって、
これ等の弊害を解消できる。生コンクリートを冷却する
ために、液体窒素を使用する方法が開発されている。例
えば、特開平１−２６４０７号公報には、骨材槽に液体
窒素を吹き込んで骨材を強制冷却する方法が記載され
る。また、特開平１−２６４０８号公報には、骨材を液
体窒素に浸漬して冷却する方法が記載される。さらに、
特開昭６３−８０４号公報、および特開平１−２６４０
６号公報には、骨材とセメントと砂と水とを混練りする
ミキサに液体窒素を吹き込んで、生コンクリートを直接
に冷却する方法が記載される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】これ等の公報に記載さ
れるように、液体窒素を使用して生コンクリートを冷却
する方法は、理想的な状態で低温冷却できる特長があ
る。それは、超低温の液体窒素の大きな気化熱で生コン
クリートを低温に冷却でき、また、冷却した液体窒素は
ガスとなって完全に消失するからである。しかしなが
ら、この方法は、極めて限られた用途にしか使用できな
い。それは、多量に消費する液体窒素が高価であるため
に、ランニングコストが極めて高いことが理由である。

【０００９】本発明者は、ランニングコストを低減する
ために、冷水で骨材を冷却する方法を開発した。この方
法は、液体窒素を使用することなく、骨材を冷水に浸漬
し、あるいは、骨材の移送途中に冷水を散水して冷却す
るので、ランニングコストを低減できる特長がある。こ
の方法は、骨材を３〜５℃に冷却することによって、夏
期において、練り上がり温度が３０℃を越える生コンク
リートを１５℃〜１８℃まで冷却できる。しかしなが
ら、用途によってはさらに低温に冷却することが要求さ
れるが、この方法では１５℃以下の超低温に冷却するこ
とが難しく、冷却温度に制限を受ける欠点がある。

【００１０】ところで、添加する水を冷却して生コンク
リートの練り上がり温度を低下させることも可能であ
る。しかしながら、水の添加量は生コンクリート全体の
３ｗｔ％にしか過ぎないので、これを冷却しても、練り
上がり温度をほとんど低下させることはできない。水に
代わって氷を使用すると、氷は融解熱が７９ｃａｌもあ
るので、生コンクリートの練り上がり温度を低下するこ
とが可能である。しかしながら、この方法では、夏期に
生コンクリートの練り上がり温度を２０℃以下に冷却す
ることができず、充分に低温に冷却された生コンクリー
トとすることができない。

【００１１】冷却された骨材に、氷を加えることができ
るなら、生コンクリートの練り上がりを著しく低下でき
る。しかしながら、実際には、冷却された骨材に、氷と
砂とセメントとを混合、攪拌して生コンクリートとする
ことは実際には不可能である。それは、冷却骨材の温度
が低いために、氷の融解に極めて長い時間を要すること
が理由である。とくに、水を添加せず、あるいは少量の
水を添加して混練りする場合、氷の融解時間が著しく長
くなる。それは、氷の表面に水が接触しないからであ
る。コンクリートが硬化する水和熱で氷を融解すること
は可能である。しかしながら、氷を完全に融解しない生
コンクリートは、硬化後の強度が著しく低下する。それ
は、氷が融解することによって、コンクリート中に空隙
ができるからである。

【００１２】氷の融解時間を短くするためには、氷の添
加量を少なくして、水の添加量を多くすればよい。しか
しながら、氷の混合量を少なくすると、生コンクリート
の練り上がり温度が高くなる。練り上がり温度を低くす
るためには、水の添加量を少なくして、氷の添加量を多
くする必要がある。水を全く添加することなく、氷とセ
メントと、砂と、冷却された骨材とをミキサーで混合す
ると、最も低温の生コンクリートとすることができる。
しかしながら、この状態では、全く水がないので、乾式
混合の状態となって、氷の融解に極めて時間がかかる。
とくに、骨材は低温に冷却されているので、氷を融解す
る作用が非常に弱く、また、乾式混合された氷は、表面
の局部が冷却された骨材等に接触しするにすぎない。こ
のため、水に代わって氷を添加する方法は、骨材を冷却
しない場合には利用できるが、低温に冷却した骨材を使
用する場合、生コンクリートの練り上がり温度を低下で
きる状態で使用することは実際には極めて困難である。

【００１３】本発明は、さらにこの欠点を解決すること
を目的に開発されたもので、本発明の重要な目的は、氷
を添加して生コンクリートの練り上がり温度を低下でき
ると共に、氷の融解時間を短くして短時間に低温生コン
クリートを混練りできる冷却生コンクリートの混練方法
を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の冷却生コンクリ
ートの混練方法は、前述の目的を達成するために、冷却
された骨材が添加されないセメントに氷を添加して攪拌
し、セメントの熱を氷の融解に有効利用し、その後に冷
却された骨材を添加する。冷却骨材が添加されないセメ
ントは、混合された氷を短時間で効果的に溶解する。そ
れは、セメントが骨材で冷却されないので温度が高く、
また、極めて微細なセメント粒子は氷の表面全体を被覆
する状態で付着し、さらに、セメントの添加量は約８ｗ
ｔ％と水の約３倍もあることが理由である。微細なセメ
ント粒子に表面が覆われる氷粒子は、高温のセメント粒
子に加熱された表面の局部が融解される。融解された水
は、氷とセメント粒子との微細な隙間に侵入する。隙間
が水で満たされた氷は、前面が水で覆われる状態となっ
て氷をさらに効果的に融解する。

【００１５】水に代わって添加される氷の融解熱は約８
０ｃａｌ／ｇである。セメントの水和熱は約６０〜８０
ｃａｌ／ｇである。このため、氷の融解熱は、セメント
の水和熱にほぼ等しい。このため、氷の融解熱によっ
て、セメントの水和熱を有効に吸収することができる。
ただ、生コンクリートは、水の添加量に比較してセメン
トの添加量が約２倍となる。水を添加することなく、水
を全て氷の状態で添加することによって、セメントの水
和熱の約半分を氷の融解熱として吸収することができ
る。ただ、セメントの水和熱は、セメントをミキサーで
混練りした直後に発生するものではない。セメントが硬
化する状態で経時的に発生する。経時的に発生する水和
熱は、生コンクリートが硬化するときに表面から放熱さ
れる。したがって、生コンクリートの練り上がり温度
を、氷で強制的に冷却して低温にしておれば、硬化時に
発生する水和熱に起因する温度上昇を低くできる特長が
ある。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。ただし、
以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化する冷
却生コンクリートの混練方法を例示すものであって、本
発明の方法は、処理工程の条件や使用装置等を下記のも
のに特定するものでない。本発明の方法は特許請求の範
囲に記載の範囲に於て種々の変更が加えられる。

【００１７】［実施例１］２００ｋｇのセメントと、５
２０ｋｇの砂と、５０ｋｇの氷と、３０リットルの水と
をミキサーに充填して攪拌する。セメントと砂とは冷却
しないものを使用する。氷はフレークアイスを使用す
る。フレークアイスは、例えば−２０℃に強制冷却した
円筒ドラムの表面に水を供給して氷結し、これをスクレ
ーパで掻き取って製造する。フレークアイスは、氷結し
た氷を掻き取る厚さで、その厚みを調整できる。フレー
クアイスの厚さは、例えば０．１〜３ｍｍ、好ましくは
０．３〜１ｍｍとする。ミキサーの混練り時間は、氷が
完全に融解されて、水とセメントと砂とを均一に分散で
きるように、例えば２〜５分に調整される。

【００１８】セメントと、砂と、水とを混練りしてモル
タルとした後、３℃に冷却した１６００ｋｇの骨材をミ
キサーに加えてさらに攪拌する。このようにして混練り
された生コンクリートの温度は９℃なる。ただし、セメ
ント温度を６０℃、砂温度を３０℃、氷の温度を０℃、
水温度を２０℃、骨材温度を３℃とする。

【００１９】［実施例２］２００ｋｇのセメントと、５
２０ｋｇの砂と、８０ｋｇの氷とをミキサーに充填して
攪拌する。セメントと砂とは冷却しないものを使用す
る。氷はフレークアイスを使用する。ミキサーの混練り
時間は、氷が完全に融解されて、水とセメントと砂とを
均一に分散できるように、例えば３〜５分に調整され
る。セメントと、砂と、水とを混練りしてモルタルとし
た後、３℃に冷却した１６００ｋｇの骨材をミキサーに
加えてさらに攪拌する。このようにして混練りされた生
コンクリートの温度は５℃となる。ただし、セメント温
度を６０℃、砂温度を３０℃、氷の温度を０℃、骨材温
度を３℃とする。

【００２０】［実施例３］２００ｋｇのセメントと、５
０ｋｇの氷と、３０リットルの水とをミキサーに充填し
て攪拌する。セメントは冷却しないものを使用する。氷
はフレークアイスを使用する。ミキサーの混練り時間
は、氷が完全に融解されて、水とセメントと砂とを均一
に分散できるように、例えば２〜５分に調整する。セメ
ントと、氷と水とを混練りした後、３℃に冷却した５０
０ｋｇの砂をミキサーに添加してさらに攪拌してモルタ
ルとする。その後、３℃に冷却した１６００ｋｇの骨材
をミキサーに加えてさらに攪拌する。このようにして混
練りされた生コンクリートの温度は４℃と極めて低温と
なる。ただし、セメント温度を６０℃、砂温度を３０
℃、氷の温度を０℃、水温度を２０℃、砂の温度を３
℃、骨材温度を３℃とする。

【００２１】本発明の冷却生コンクリートの混練方法
は、骨材に冷却したものを使用する。骨材の冷却温度
は、通常１〜１５℃、好ましくは２〜１０℃の範囲に調
整する。骨材は冷水を使用して効率よく冷却できる。骨
材を冷却する装置の一例を図１に示す。この図に示す装
置は、骨材を蓄える骨材収納タンク１と、骨材を冷水に
浸漬して冷却する骨材冷却槽３と、骨材冷却槽３の冷水
に骨材を浸漬して移送する搬送コンベア２５と、骨材冷
却槽３の冷水を循環ポンプ１５で循環して所定の温度に
冷却する冷却チラー４と備えている。

【００２２】骨材収納タンク１は、ここに蓄える骨材を
予冷却するもので、１日の使用量以上の骨材を蓄える容
積に設計され、底には、骨材の排出口７を設けている。
排出口７は、冷水は通過できるが、骨材は通過できない
ゲート（図示せず）を備えている。ゲートは、骨材を排
出するときに開き、骨材を蓄える状態で閉塞される。

【００２３】骨材収納タンク１の排出口７の真下には、
冷水受ホッパー９が配設されている。冷水受ホッパー９
は、排出口７から流れ出る冷水を受け取る。冷水受ホッ
パー９の底には配管が接続され、配管は、還流ポンプ１
０を介して骨材冷却槽３に連結されている。

【００２４】骨材冷却槽３は、上方を開口した細長い樋
状をしている。骨材冷却槽３は、骨材を浸漬して冷却す
る。骨材冷却槽３の大きさは、単位時間当りの骨材の冷
却量で決定する。図１に示す骨材冷却槽３は、冷水を左
から右に流し、骨材を右から左に移送する。すなわち、
骨材は供給された温度の低い冷水で冷却されて排出され
る。

【００２５】搬送コンベア２５は、骨材を冷水に浸漬し
て移送するもので、骨材冷却槽３に設けられている。搬
送コンベア２５は、骨材を移送しながら連続的に冷却す
る。搬送コンベア２５は、多孔性搬送コンベアベルト２
６を備える。多孔性搬送コンベアベルト２６は、骨材を
載せて、骨材冷却槽３の冷水中に浸漬して移送する。図
１において、多孔性搬送コンベアベルト２６は、骨材冷
却槽３の右から左に骨材を移送する。

【００２６】骨材冷却槽３の冷水は、冷却チラー４で冷
却される。図１に示す装置は、冷却チラー４でもって、
骨材冷却槽３の冷水を冷却すると共に、骨材収納タンク
１にも冷水を供給している。すなわち、冷却チラー４
は、骨材収納タンク１と、骨材冷却槽３の何れかに切り
換えて冷水を供給する。このため、冷却チラー４の流出
側は２分岐されている。

【００２７】冷却チラー４の流出側の分岐路は、切換弁
５Ａ、５Ｂを接続している。すなわち、冷却チラー４
は、切換弁５Ａを介して骨材収納タンク１に、切換弁５
Ｂを介して骨材冷却槽３に連結されている。冷却チラー
４の吸入側は、循環ポンプ１５を介して骨材冷却槽３に
連結されている。切換弁５Ａ、５Ｂを操作して、冷却チ
ラー４で冷却された冷水を、骨材収納タンク１と骨材冷
却槽３の何れかに供給する。

【００２８】循環ポンプ１５は、冷水を、冷却用熱交換
器から骨材冷却槽３と骨材収納タンク１とに循環して骨
材を冷却する。図１に示す生コンクリートの骨材冷却装
置は、切換弁５Ａ、５Ｂのいずれか片方を開弁し、他方
を閉弁して使用する。骨材収納タンク１の骨材を冷却す
るときは、切換弁５Ａを開、切換弁５Ｂを閉とする。こ
の状態において、冷水は、冷却チラー４→切換弁５Ａ→
骨材収納タンク１→還流ポンプ１０→骨材冷却槽３→循
環ポンプ１５→冷却チラー４の循環ループに循環させ
て、骨材収納タンク１に蓄える骨材を冷却する。

【００２９】骨材収納タンク１から骨材を取り出して生
コンクリートとする場合、切換弁５Ａを閉、切換弁５Ｂ
を開とする。このとき、冷水は、冷却チラー４→切換弁
５Ｂ→骨材冷却槽３→微細粒子分離タンク→循環ポンプ
１５→冷却チラー４の循環ループを循環して、骨材冷却
槽３で骨材を冷却する。

【００３０】図１に示す生コンクリートの骨材冷却装置
は、下記のようにして使用する。 ［夜間に骨材収納タンクの骨材を冷却する工程］ 骨材収納タンク１に、１日の使用量以上の骨材を供
給する。 骨材冷却槽３に、所定のレベルまで水を入れる。 循環ポンプ１５と、冷却チラー４と、還流ポンプと
を運転して、骨材冷却槽３に充填された水を冷却して骨
材冷却槽３に蓄える。 夜間になると、骨材冷却槽３の冷水を骨材収納タン
ク１に循環して、骨材収納タンク１に蓄える骨材を冷却
する。この状態で、骨材収納タンク１に供給された冷水
は、骨材の間を流下してこれを冷却し、下端の排水口か
ら流下して、骨材冷却槽３に流入される。この状態で、
夜間に、骨材収納タンク１内の骨材を所定の温度まで冷
却する。この工程において、骨材は、生コンクリートの
練り込み温度まで冷却する必要はない。それは、使用直
前に、骨材冷却槽３で骨材をさらに冷却して生コンクリ
ートに混練りするからである。

【００３１】［昼間に生コンクリートに混合する骨材を
冷却する工程］ 切換弁５Ａを閉塞して、切換弁５Ｂを開弁すると共
に、還流ポンプ１０の運転を停止する。この状態で、骨
材収納タンク１への冷水の循環が停止される。したがっ
て、骨材冷却槽３の冷水は、骨材収納タンク１に循環さ
れない。 骨材収納タンク１で予冷却された骨材を、骨材冷却
槽３に供給する。 冷却チラー４と循環ポンプ１５とを運転して、骨材
冷却槽３の冷水を冷却する。 骨材は、搬送コンベア２５によって、骨材冷却槽３
の冷水に浸漬して冷却されながら移送される。

【００３２】

【発明の効果】本発明の冷却生コンクリートの混練方法
は、冷却骨材を添加する前に、セメントに氷を添加して
攪拌している。この状態でセメントと攪拌される氷は、
粒子の表面が微細なセメント粒子で覆われる。セメント
粒子は温度が高く、氷に接触する局部を加熱して溶融す
る。溶融された水は、セメント粒子と氷との隙間に侵入
する。セメント粒子の隙間に水が侵入すると、氷の表面
は、水とセメント粒子とで面接触状態に被覆された状態
となり、より広い面積で水とセメントとに接触して速や
かに溶融される。

【００３３】これに対して、従来のように、セメントと
冷却骨材と氷とを攪拌すると、セメントは、重量比でセ
メントの８倍も添加される骨材の表面に付着し、氷の表
面を効率よく被覆することができない。また、骨材は、
セメント粒子とは比較にならないほど大粒子であるため
に、少量の水が融解されても、骨材の隙間を水で充満す
ることができない。このため、溶解した水が氷の表面を
覆うことはできず、氷は、冷却骨材と少量のセメント粒
子とに局部的に接触し、効率よく融解するとができな
い。

【００３４】このように、本発明の冷却生コンクリート
の混練方法は、温度が高いセメントでもって、氷を効率
よく、しかも短時間で融解でき、氷の添加量を多くし
て、生コンクリートの練り上がりを低くできる優れた特
長が実現できる。また、本発明の方法は、水を氷として
生コンクリートを冷却し、また、骨材を冷却することに
よって、ランニングコストを低減して、生コンクリート
の練り上がりを著しく低くできる特長が実現できる。

【００３５】ちなみに、本発明の冷却生コンクリートの
混練方法は、夏期において、セメント温度６０℃とし
て、１０℃以下の超低温に冷却することが可能となる。
練り上がりは、添加する氷の量を調整し、また骨材や砂
の冷却温度を調整して４℃〜２０℃の範囲で自由に調整
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法に使用する骨材冷却装置の一例を
示す断面図

【符号の説明】

１…骨材収納タンク ３…骨材冷却槽 ４…冷却チラー ５Ａ、５Ｂ…切換弁 ７…排出口 ９…冷水受ホッパー １０…還流ポンプ １５…循環ポンプ ２５…搬送コンベア ２６…多孔性搬送コンベアベルト

フロントページの続き (72)発明者 山田 隆三 徳島県三好郡池田町字ウヱノ2840番地の５ (72)発明者 竹内 正之 徳島県徳島市国府町中457番地

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セメントと、砂と、冷却された骨材に氷
   を混合して混練りする冷却生コンクリートの混練方法に
   おいて、 セメントと砂と氷とを攪拌した後、冷却された骨材を加
   えて攪拌することを特徴とする冷却生コンクリートの混
   練方法。
2. 【請求項２】 セメントと、砂と、冷却された骨材に氷
   を混合して混練りする冷却生コンクリートの混練方法に
   おいて、 セメントに氷を添加して攪拌した後、砂と冷却された骨
   材とを添加、混合することを特徴とする冷却生コンクリ
   ートの混練方法。