JP7116887B2 - コンクリート冷却システム、及びコンクリート冷却方法 - Google Patents

Description

本願発明は、主にコンクリートの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の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、コンクリート冷却システム、及びコンクリート冷却方法に関するものである。

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。

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の収縮によって生じる「乾燥収縮ひび割れ」や、鉄筋の腐食や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、外気温が低温であれば、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氷を用いたり、ミキサやトラックアジテータにおける練り混ぜ中に液体窒素を噴射したり、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、パイプ内に冷却水を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を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。

特開２０１４－００５７１６号公報 特開２０１４－００９５３０号公報

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で版厚が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。

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、冷却管をモルタルで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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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、低温の液体や気体のことであり、例えば地下水や河川水や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。

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。

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。

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の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。

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、溶接や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。

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。

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。

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。

（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。

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。

（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。

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。

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。

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ＦＥＭ（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。

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、既設の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。

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。

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。

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。

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

Claims (5)

1. 冷却液を圧送する冷媒圧送手段と、
   前記冷媒圧送手段に連結されて冷却液を流過させる送水管と、
   コンクリート型枠と、該コンクリート型枠の背面に固定される２以上の冷却管と、を有する型枠ユニットと、を備え、
   前記型枠ユニットには、 ２以上の段数で配置された前記冷却管によって、冷却液を流過させる一連の経路が形成され、
   複数段に配置される複数の前記型枠ユニットで構成されるとともに、各段に複数の該型枠ユニットが並列配置され、
   最上段に配置された前記型枠ユニットの上部に沿って１の前記送水管が配置されるとともに、最上段に配置されたそれぞれの該型枠ユニットの最上段の前記冷却管が入口連結管を介して該送水管と連結され、
   上下に隣接する前記型枠ユニットの前記冷却管どうしが中継管によって連結され、
   最上段に並列配置された複数の前記型枠ユニットの最上段の前記冷却管にはそれぞれ１の前記送水管から冷却液が供給されるとともに、冷却液が上方の前記冷却管から下方の前記冷却管に移動していくように、しかも前記コンクリート型枠の背面を往復するように、さらに最上段に配置された前記型枠ユニットの最上段の該冷却管に流入した冷却液が最下段に配置された該型枠ユニットの該冷却管まで 流過することによって、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。
2. 冷却液を流過させる排水管を、さらに備え、
   最下段に配置された前記型枠ユニットの下部に沿って１の前記排水管が配置されるとともに、最下段に配置されたそれぞれの該型枠ユニットの最下段の前記冷却管が出口連結管を介して該排水管と連結され、
   最下段に並列配置された複数の前記型枠ユニットの最下段の前記冷却管から、１の前記排水管に冷却液が排出される、
   ことを特徴とする請求項１記載のコンクリート冷却システム。
3. 前記排水管を流過してきた冷却液を冷却する冷媒冷却手段を、さらに備え、
   前記冷媒圧送手段から圧送された冷媒が、各手段を経由して再び該冷媒圧送手段に戻るよう巡回する、
   ことを特徴とする請求項２記載のコンクリート冷却システム。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の前記コンクリート冷却システムを用いて、コンクリートを冷却する方法であって、
   複数段の前記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、
   前記コンクリート打込み工程で打込まれたコンクリートを冷却する冷却工程と、を備え、
   前記型枠ユニット設置工程では、上下に隣接する前記型枠ユニットの前記冷却管どうしを中継管によって連結し、
   前記冷却する冷却工程では、前記送水管に連結された最上段の前記型枠ユニットのうちの最上段の前記冷却管に流入した冷却液が、上方の前記冷却管から下方の前記冷却管に移動していくように、しかも前記コンクリート型枠の背面を往復するように流過し、さらに最下段の前記型枠ユニットの前記冷却管まで流過していくことによって、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方法。
5. 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、前記冷却範囲に前記型枠ユニットを設置するとともに、前記非冷却範囲に前記コンクリート型枠を設置し、
   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４記載のコンクリート冷却方法。

Images