JPH0767690B2 - ひび割れ防止コンクリート用骨材の冷却装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、たとえばマスコンクリート部材のひび割れ
を防止するために打設前にコンクリート温度を低下させ
ておくプレクーリング工法を実施する際に用いられる骨
材の冷却装置に関する。

「従来の技術」 ダムや橋脚、原子炉施設等に使用される、いわゆるマス
コンクリート部材の施工にあたっては、セメントの水和
熱に起因する温度応力によって、このマスコンクリート
部材にひび割れが生じやすいため、これを防止すること
がコンクリートの品質管理上重要な課題となっている。

前記マスコンクリート部材のひび割れを防止するために
は、このコンクリートの練り上がり温度を下げておくこ
とでセメントの水和熱に起因する部材内のコンクリート
温度の変化量及び温度差を抑える、プレクーリング工法
と呼ばれる工法や、水和熱による温度上昇を同じにして
コンクリートの強度を増加させることによりひび割れに
対する抵抗性を増す方法などが採られる。

前記プレクーリング工法は、冷水や冷風、あるいは氷を
用いてコンクリートの各構成材料を混合前に予め冷却
し、この冷却された材料を混合してコンクリートの練り
上がり温度を下げ、このようにして得られたコンクリー
トを打設することで、温度応力によるひび割れを低減す
るような工法である。

近年、コンクリートの練りまぜ水を氷の細粒に置換する
ことで、各コンクリート構成材料を均一に分散させてコ
ンクリート強度の増加を図ると共に、氷の潜熱により前
記プレクーリングと同様にコンクリートの練り上がり温
度を低下させるような工法が提案、実施されている。

「発明が解決しようとする問題点」 しかしながら、前記従来のマスコンクリートのひび割れ
を防止する方法は、以下に挙げるような問題点を抱えて
いた。すなわち、プレクーリング工法においては、コン
クリートの各構成材料を冷却する冷却媒体として、冷
水、冷風、あるいは氷を用いているが、冷水を冷却媒体
とした場合、この冷却媒体自体の温度が０℃程度までに
しか下がらない。従って、コンクリート練り上がり温度
の低下量を大きくする場合には、各コンクリート構成材
料を十分に所定温度にまで冷却できないことがある。

また、練りまぜ水を氷で置換した場合、特に使用する氷
の大きさや使用量によっては、練りまぜ後もこの氷がコ
ンクリート中に残存することや、練りまぜ時間が長くな
ることがあるため、その使用量に限界がある。従って、
冷水を用いた場合と同様に、コンクリートの練り上がり
温度を十分に低下できない恐れがある。

この発明は、このコンクリートの練りまぜ水を氷の細粒
に置換するという思想を更に発展させ、コンクリートの
練り上がり温度の低下とコンクリート強度の増加とを同
時に実現することで、コンクリートのひび割れを従来工
法以上に低減でき、かつ、秋〜冬〜春等厳しい施工条件
下においても、その効果が不変なコンクリートを実現す
るための骨材製造装置を提供せんとするものである。

「問題点を解決するための手段」 前記問題点を解決するために、この発明は、コンクリー
トの構成材料である骨材を液化ガスにより冷却してその
表面に氷層を形成するようにしたものであって、液化ガ
スが吹き込まれる凍結ダクトと、冷却対象の骨材を移送
することにより前記凍結ダクト内を通過させる移送体
と、該移送体を振動させることにより該移送体に投入さ
れた冷却対象の骨材を振動させる振動機構と、液化ガス
を前記凍結ダクト内に吹き込んで前記移送体により移送
される骨材に吹き付けることにより該骨材を冷却してそ
の表面水を凍結させる冷却源装置と、該冷却源装置によ
り骨材に吹き付けられた液化ガスを前記凍結ダクト内か
ら回収して前記移送体に投入される冷却前の骨材に吹き
付けることでそれを予冷する予冷装置とを具備してなる
ことを特徴とするものである。

「作用」 この発明では、冷却対象の骨材を予冷してから移送体に
より移送して凍結ダクト内を通過させる間に、冷却源装
置によって液化窒素や液化ヘリウム等の液化ガスを凍結
ダクト内に吹込むことによって骨材を零度以下に急激に
冷却し、予冷された骨材が保有している表面水を凍結さ
せて骨材表面に氷層を形成する。この際、既に予冷され
ている骨材は振動機構によって振動を与えられて跳躍、
回転しつつ０℃以下に冷却されるので、全ての骨材が均
等にかつ充分に短時間で冷却されて表面全体に確実に氷
層が形成され、また、各骨材に形成された氷層どうしが
融着して骨材どうしが互いに付着してしまうようなこと
も防止される。しかも、予冷装置によって液化ガスを回
収して冷却前の骨材に吹き付けることにより冷却対象の
骨材を予冷するので、液化ガスが無駄なく合理的に有効
利用されるとともに優れた冷却効率が短時間で得られ
る。

「実施例」 以下、この発明の実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図ないし第２図は、この発明の一実施例である骨材
の冷却装置を示す図である。この冷却装置は細骨材とし
ての砂を液化窒素により０℃以下にまで冷却してその砂
の表面水を凍結させることにより、その表面に氷層が形
成された凍結砂（細骨材）を製造するための装置であ
り、第１図ないし第２図において、符号Ａは基台Ｇ上に
設置された振動シューターである。この振動シューター
Ａは、砂４を移送する断面略Ｕ字状の移送体１と、基台
Ｇ上に設けられ、この移送体１を下方から支持する振動
機構２及びバネ３、３、…とにより概略構成されてい
る。前記移送体１は、その始端がやや上方となるよう
に、その全体が傾斜され、さらに、前記振動機構２及び
バネ３、３、…によって、上下方向に振動されるように
構成されている。この移送体１の始端側の上方、及び終
端側の下方には、砂４を貯留するサイロ５、６がそれぞ
れ配設されている。これらサイロ５、６の下端部には、
開閉自在な蓋７、８が設けられている。また、これらサ
イロ５、６のうち、移送体１の終端側に位置するサイロ
６の上端部には、保冷効果を高めるための蓋９が設けら
れている。この蓋９は、砂４の自重により開口すると共
に、砂４の供給が無い場合に自動的に閉塞するように、
例えば硬質ゴム等で形成されることが好ましい。なお、
このサイロ６は、例えば、その壁面等に断熱材が施工さ
れることで、その断熱効果が向上されたようなサイロが
好ましい。

前記移送体１には、その始端部及び終端部、すなわちサ
イロ５、６との砂４受け渡し部を除いて、その全体を覆
う筒状の凍結ダクト16が設けられている。換言すれば、
移送体１は凍結ダクト16内を通過するように設けられて
いる。この凍結ダクト16の移送体１終端側は、上方に屈
曲された連結ダクト17を介して、冷風ダクト18に連通さ
れている。この冷風ダクト18内部には、送風機19、19が
設けられている。冷風ダクト18は、その途中で分岐さ
れ、一方が分岐管20として、粗骨材が貯留されたサイロ
（図示略）に接続されると共に、他方が前記移送体１の
始端側に位置するサイロ５の下方に向けられている。上
記の凍結ダクト17、冷風ダクト18、送風機19,19は、凍
結ダクト16内に吹込まれた液化窒素を回収して移送体１
に投入される砂４に対して吹き付けることにより、それ
を予冷するための予冷装置Ｃを構成するものである。

また、前記移送体１には、この上面を移送される砂４に
液化窒素を吹き付けて、これを冷却する冷却源装置Ｂが
設けられている。この冷却源装置Ｂは、基台Ｇ上あるい
は別の場所に設置された液化窒素貯蔵タンク10と、この
タンク10から供給される液化窒素の供給量を制御する制
御装置11と、この制御装置11から移送体１に向けて液化
窒素を供給する供給管12と、この供給管12にフレキシブ
ル継手13を介して連通され、前記凍結ダクト16の移送体
１上方に長手方向に沿って敷設された配管14、14と、こ
れら配管14、14の長手方向に所定間隔を置いて設けら
れ、前記液化窒素を移送体１内方へ吹き出す吹付ノズル
15、15、…とから構成されている。

次に、この発明の一実施例である骨材の冷却装置の使用
方法について説明する。

始めに、摺動シューターＡの振動機構２を駆動して、移
送体１を予め上下方向に振動させておく。ここで、この
移送体１の摺動数及びストロークは任意であり、これら
を適宜調節することで、移送体１上での砂４の滞留時間
を調節することができる。

次に、サイロ５内に貯留されていた砂４を、蓋７を開放
することで、移送体１の始端部に落下させる。これによ
り、移送体１に落下された砂４は、その上面において振
動しつつ、跳躍し、かつ回転しながらこの移送体１上を
移送されて、終端部から前記サイロ６内に投入される。

そして、その砂４が移送体１上を移送されている間に、
前記冷却源装置Ｂによって、液化窒素を砂４に吹き付け
る。具体的には、制御装置11により、タンク10から供給
管12を介して液化窒素を配管14、14に供給する。これに
より、液化窒素が吹付ノズル15、15を介して砂４に吹き
付けられ、この砂４が零度以下にまで冷却される。よっ
て、砂４の表面にある表面水が凍結され、この砂４の表
面に氷層が形成される。ここで、通常コンクリートの製
造に使用される砂４は、５〜10％程度の表面水を持って
いるが、その表面水量が不足していると思われた場合に
は、事前に砂４に散水する等して、その表面水量を調整
しておくことが好ましい。また、前記吹付ノズル15、1
5、…による液化窒素の吐出量は任意であるが、この吐
出量及び前記移送体１の振動数、ストロークを適宜選択
することで、移送体１上での滞留時間を調節して、冷却
される材料の種類に合わせて希望の冷却温度に対応させ
ることができる。

また同時に、冷風ダクト18内の送風機19、19を駆動する
ことで、第１図に示す矢印方向、すなわち、凍結ダクト
16から冷風ダクト18に向って流通する気流を発生させ
る。これにより、前記砂４を冷却した低温の気体が、凍
結ダクト16、連結ダクト17、冷風ダクト18の順に流通さ
れ、その一部が前記分岐管20を通って、粗骨材が貯留さ
れたサイロに供給されることで、この粗骨材を冷却し、
残りが前記サイロ５の下方に供給されることで、砂４の
予冷を行うことができる。

以上示した方法により、表面に氷層が形成された砂４を
製造することができる。この後、砂４と、砂利（粗骨
材）、セメント、水あるいは氷の細粒とを混合し、さら
に必要に応じ、各種混和材を混合して、コンクリートを
製造する。これら各コンクリートの構成材料の混合方法
は任意であるが、一例として、最初に前記砂４をコンク
リートミキサー等の混練機内に投入し、次いで、セメン
ト、砂利、水あるいは氷の細粒の順番で前記混練機に投
入し、これらを練り混ぜることでコンクリートを製造す
るような方法が好ましい。また、これらを一度に混練機
内に投入しても良いことは勿論である。さらに、前記砂
４にセメントをまぶせて、砂４の氷層表面にセメント粒
子を満遍無く分散させ、これを砂利、水あるいは氷の細
粒と一緒に前記混練機内に投入するような方法も好まし
い。この場合、練りまぜ水の一部を氷の細粒に置換する
ことにより、前記従来の方法と同様に、コンクリートの
練り上がり温度を低下させ、コンクリート強度を増加さ
せることが可能である。

従って、以上説明した骨材の冷却装置によれば、移送体
１を振動機構２により振動させることで、この上面を移
送される砂４に振動を与えつつ、この砂４に液化窒素を
吹き付けることで、砂４を零度以下に冷却することがで
きる。これにより、砂４の表面水を凍らせることがで
き、この砂４の表面に氷層を形成することができる。ま
た、この砂４の冷却も、液化窒素という超低温の液体を
用いているので、短時間のうちに行え、かつ、振動を与
えつつ冷却しているので、簡便、確実に氷層を形成する
ことができる。特に、砂４は液化窒素により急激に超低
温にまで冷却されるので、氷層が形成された後にも砂４
の粒子同志が互いに融着することがない。

そして、以上説明した骨材の冷却装置により、その表面
に氷層が形成された砂４を用いてコンクリートを製造す
れば、コンクリート練り上がり温度の低減及びコンクリ
ート強度の増加などの効果を、同一工程で得ることがで
きる。すなわち、第３図に示すように、砂４表面に氷層
21が存在することにより、セメント等のコンクリート構
成材料を混合する際に、セメント粒子22が前記氷層21の
表面に満遍無く付着する。従って、氷の潜熱及び骨材の
冷熱により、コンクリートの練り上がり温度が低下され
ると共に、前記セメント粒子が均一に分散されるため、
単位水量を削減することができ、これにより得られたコ
ンクリートの強度を増加させることができる。さらに、
練りまぜ時に骨材の表面に密なセメントペーストが形成
されるので、骨材間の付着強度が増加され、この面から
もコンクリートの強度を増加させることができる。従っ
て、表面に氷層が形成された砂４を用いてコンクリート
を製造すれば、コンクリートの練り上がり温度の低下と
コンクリート強度の増加とが同時に実現でき、よって、
このコンクリートのひび割れを従来工法以上に低減する
ことができる。

また、この砂４を用いれば、練りまぜ水に氷を用いなく
とも、コンクリートの練り上がり温度を低下させ、か
つ、コンクリートの強度を増加させることができるの
で、前記従来の練りまぜ水の一部を氷の細粒に置換する
方法と異なり、暑中以外の比較的コンクリート温度が高
くない時においても、得られたコンクリート内に氷が残
存するおそれがない。従って、秋〜冬〜春等厳しい施工
条件下においても、前述の効果が不変である。

ここで、本発明者等が行った、この発明の骨材の冷却装
置で製造された、表面に氷層が形成された砂によるコン
クリート練り上がり温度低下の予測結果について説明す
る。検討したコンクリートの配合は、下の表に示した通
りである。

コンクリートの練り上がり温度の予測は、その施工時期
を主に夏季と想定して、その物性値の選定を行った。な
お、以下の予測結果において、 セメント温度……60℃ 水温……20℃ 氷温……−10℃ と仮定した。予測結果を、細骨材（砂）の温度を横軸
に、コンクリートの練り上がり温度を縦軸に取って、第
４図に示す。なお、予測値の計算は、以下に挙げる４種
類の条件について行った。

Tg＝30℃、ｘ＝０％（図中実線31） Tg＝20℃、ｘ＝０％（図中鎖線32） Tg＝30℃、ｘ＝30％（図中一点鎖線33） Tg＝20℃、ｘ＝30％（図中二点鎖線34） Tg:粗骨材温度、x:水の氷への置換率 いずれの場合においても、細骨材（砂）を零度以下に冷
却して、細骨材の表面に氷層を形成することにより、格
段のコンクリート練り上がり温度の低下を得ることがで
きる。特に、粗骨材をも同時に冷却したり、練りまぜ水
を氷に置換することにより、その効果を絶大なものとな
る。

なお、この発明の骨材の冷却装置は、前記実施例に限定
されない。一例として、砂４を冷却する低温の液体や気
体は、前記実施例の如く液化窒素に限定されず、例え
ば、液化窒素より沸点の低い液化ヘリウムで行えば、よ
り効率良く砂４を冷却することが可能となる。また、そ
の表面に氷層が形成される骨材は砂４に限らず、砂利等
の粗骨材に対しても、同様に適用できることも言うまで
もない。

「発明の効果」 以上詳細に説明したように、この発明によれば、移送体
および振動機構により骨材を振動させつつ移送して凍結
ダクト内を通過させ、その間に、冷却源装置により液化
ガスを凍結ダクト内に吹込んで骨材を凍結温度に冷却す
ることによってその表面に氷層を形成するようにしたの
で、極低温の液化ガスによって骨材の表面水を急激に凍
結させ得てその表面に氷層を簡便にかつ短時間で確実に
形成できることはもとより、特に、骨材を振動させるこ
とにより跳躍、回転させつつ冷却するようにしたことに
より、全ての骨材表面の全体に満遍なく氷層を形成でき
るとともに、氷層が形成された骨材どうしが氷結して付
着してしまうようなことも防止され、しかも、予冷装置
により凍結ダクト内から液化ガスを回収して移送体に投
入する前の骨材を予冷するようにしたので液化ガスを無
駄なく合理的に有効利用し得るとともに優れた冷却効率
が短時間で得られる、という格別の効果を奏する。

したがって、本発明の冷却装置によって氷層が形成され
た骨材を用いることにより、コンクリートの練り上がり
温度を充分に低減させ得て硬化後のひび割れを防止でき
ることはもとより、各骨材の氷層全体にセメント粒子が
満遍なく付着するのでセメント粒子がコンクリート全体
にわたって自ずと均等に分散されるとともに骨材どうし
の付着強度が高められ、その結果、コンクリート強度を
高めることができるという効果を奏する。さらに、本発
明の冷却装置により製造した骨材を用いることにより、
練りまぜ水に氷を用いなくとも、コンクリートの練り上
がり温度を低下させ、かつ、コンクリートの強度を増加
させられるので、秋〜冬〜春等厳しい施工条件下におい
ても、その効果が不変である。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第２図は、この発明の一実施例である骨材
の冷却装置を示す図であって、第１図は全体構成を示す
概略図、第２図は第１図のII−II′線に沿う断面図、第
３図はこの発明の一実施例である骨材の冷却装置により
製造された砂の状態を示す断面図、第４図は同冷却装置
で製造された骨材によるコンクリートの練り上がり温度
低下の効果を検討した結果を示す図である。 Ｂ……冷却源装置、Ｃ……予冷装置、 １……移送体、２……振動機構、４……砂（骨材）、６
……凍結ダクト、17……連結ダクト、18……冷風ダク
ト、19……送風機、21……氷層、22……セメント粒子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 克彦 東京都中央区京橋２丁目16番１号 清水建 設株式会社内 (72)発明者 亀崎 和也 東京都中央区京橋２丁目16番１号 清水建 設株式会社内 審査官 鈴木 紀子 (56)参考文献 特開 昭61−201681（ＪＰ，Ａ) 最新 粉粒体プロセス技術集成編集委員 会編「最新 粉粒体プロセス技術集成〈基 礎技術編〉」昭和51年５月１日 （株）産 業技術センター発行 150〜151頁 181〜 182頁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コンクリートのひび割れを防止するべく打
   設前にコンクリート温度を低下させておくプレクーリン
   グ工法を実施する際に用いられ、コンクリートの構成材
   料である骨材を液化ガスにより冷却してその表面に氷層
   を形成するための冷却装置であって、 液化ガスが吹き込まれる凍結ダクトと、 冷却対象の骨材を移送することにより前記凍結ダクト内
   を通過させる移送体と、 該移送体を振動させることにより該移送体に投入された
   冷却対象の骨材を振動させる振動機構と、 液化ガスを前記凍結ダクト内に吹き込んで前記移送体に
   より移送される骨材に吹き付けることにより該骨材を冷
   却してその表面水を凍結させる冷却源装置と、 該冷却源装置により骨材に吹き付けられた液化ガスを前
   記凍結ダクト内から回収して前記移送体に投入される冷
   却前の骨材に吹き付けることでそれを予冷する予冷装置
   とを具備してなることを特徴とするひび割れ防止コンク
   リート用骨材の冷却装置。