暑中期間に製造・運搬されるコンクリートの温度推定式に関する研究

暑中期間に製造・運搬されるコンクリートの温度推定式に関する研究
米谷 裕希
1．はじめに
θ0：JASS 5 中の解 13.2 式で求められる温度（℃）
暑中コンクリート工事における種々の「わるさ」は，
主として練混ぜ，運搬，打込みおよび初期養生までの比
較的短期間におけるコンクリート温度の上昇に端を発す
る。したがってこの間の温度上昇の抑制が構造体コンク
θr：相当外気温（℃）6)
α：外気とコンクリートとの熱の伝達の割合を表す係
数（1/時間）
β：セメントの水和熱および材料間の摩擦熱による温
リートの品質低下抑制に効果的である。練上がりから荷
度上昇量（℃）
卸し時までのコンクリート温度管理の重要性に伴い，
t：輸送時間（時間)
JASS5 等にはこれを簡易に算定するための温度推定式が
3.温度推定式中の係数βに関する実験概要
記載されている 1)2)。
3-1.実験概要
上記温度推定式中，練混ぜ中の温度上昇を表す係数β，
実機実験を行った各プラントの概要，測定対象とした
運搬に関わりの深い係数αおよび項θr において，βおよ
コンクリートの使用材料，調合を表 1 に示す。材料温度
びαの値は各工場においてあらかじめ定めておくことが
およびコンクリート温度はそれぞれ，ミキサ直上の計量
望ましいとされている。θr は「トラックアジテータのド
瓶と排出ホッパで熱電対を用いて測定した（プラント D
ラム内の空気温度」とされている。係数αおよびβにつ
を除く）
。基本的に自動測定としたが，骨材のみ計量瓶内
3)，
を改造して熱電対を設置頂いたプラントを除き，先端に
実機レベルでの測定例は少なかった。そこで実機レベル
熱電対を固定した棒を計量の都度骨材に挿入して測定し
での実験を行い，これらの値や温度上昇の要因について
た。2013 年の暑中期間においては，実際の練混ぜ中温度
検討を行った。
変化を確認するため，プラント E において，ミキサに使
いて実験室レベルでは多くの検討が行われているが
また，前述した温度推定式の他にも，土木学会「コン
用されているボルトに直径数ミリ程度の穴をあけ，そこ
クリート標準示方書」および日本建築学会「寒中コンク
からミキサ内部に熱伝対を挿入し，測定を行った。
リート施工指針」にも運搬中のコンクリートについての
3-2.実験結果および考察
4)5)。このように，複
図 1 にβの値と練混ぜ時間との関係に，現在までに検
数の異なる式が示されていることで，実際に使用する際
討を行ってきた水和熱およびミキサで実測した温度上昇
の混乱を招くものと考えられる。そこで，それらの式を
量を併記したものである。練混ぜ中の水和熱による影響
一元化することを目的とし，それらの温度推定式の比較
は微小である。機械熱および摩擦熱の影響が大きいこと
検討を行った。一方で，そういった温度推定式とは別に，
は明らかである。ミキサ内の実測においても温度上昇が
近年普及し，短時間で複雑な計算を可能にした表計算ソ
確認され，温度推定式中のθ0 とβの和が練上がり温度と
フトによる運搬中コンクリートの温度解析を試みた。
なることが明確になった。
2．コンクリート温度の推定式
4.推定式中の係数αおよび項θr に関する実機実験
温度推定式がそれぞれ示されている
式(1)に示すコンクリートの温度推定式は，練上がり後，
4-1.実験概要
トラックアジテータなどで運搬されるコンクリート温度
実験は広島県福山市内のレディーミクストコンクリー
の単位時間当たりの変化量が，外気温とコンクリート温
ト工場で，2013 年 8 月 10 日に実施した。実験項目の一覧
度との差に比例すると仮定して求められたものである 3)。
を表 2 に示す。4 台のうち 2 台に関しては，運搬中の水和
θ(t)＝(θ0－θr＋β)･exp(－α･t)＋θr
の進行を停止させ日射，内部摩擦および機械熱のみの影
(1)
響を検討するため，並びにできるだけ長時間にわたりデ
ここに，
ータを得ることを目的として安定化剤 7)を添加したもの
θ(t)：時刻 t におけるコンクリート温度（℃）
55-1
表 1 各プラントの概要，使用材料，調合
プラント
A
B
C
D
Ｅ
所在地
福岡市
福岡市
熊本市
都城市
福山市
ミキサ(m3)
強制(2.50)
強制(1.50)
強制(1.67)
傾胴(1.50)
強制(2.25)
骨材貯蔵
サイロ
ストックヤード
ストックヤード
ストックヤード
ストックヤード
測定時期
夏，冬
夏，秋，冬
夏
夏
夏
ﾃﾞｰﾀ数
128
84
23
10
60
水
上澄水
水道水
玄界産海砂
細骨材
地下水
玄界産海砂
地下水
上澄水
海+山+砕砂
大崎町菱田産陸
砂
津久見産石灰砕砂＋砕砂＋
高炉スラグ
粗骨材
山口+津久見産
砕石
下関産砕石
砕石/
人工軽量骨材
財部町北俣産砕
石＋大崎町菱田
産陸砂利
瀬戸町産砕石
FA
－
Ⅱ種
－
－
－
混和剤
AE 減水剤/SP
42
15
N
40
AE 減水剤/SP
18
15
N
69.7
24
18
N
56.8
27
15
N
53.0
18
8
BB
57.0
18
5
BB
57.0
24
15
N
57
24
18
N
53
18
18
N
69
30
18
N
49
W
178 170 170 160 170
178
178
175
184
174
144
138
182
180
195
180
C
324 396 425 400 448
323
384
251
324
328
253
242
320
340
283
368
W/C(%)
40
18
N
40
AE 減水剤
33
18
N
46
Sl(cm)
36
18
N
43
AE 減水剤
24
18
N
55
セメント
24
18
N
55
AE 減水剤/SP
42
21
BB
38
呼び強度
＊「a/b」は，同一調合で材料 a または b を使用，
「c+d」は材料 c と d を同時に使用することを意味する
開始した。アジテータドラ
ム内のコンクリート温度，
ドラム内の空気温度の経
時変化を練上がり直後か
ら各条件とも約 10 分おき
にドラムの回転を停止し
て，熱伝対をドラム内に挿
入して測定した。外気温と
して付近の日陰で空気温
度を測定した。コンクリー
トの練上がり温度は，高温
化での経時変化を検討す
るため，JASS5 で規定され
ている 35℃を基準にその
図 1 練混ぜ時間とβ
前後を目標とした 1)。
は４時間程度，安定化剤を添加しない 2 台については 2
4-2.実験結果および考察
時間程度測定を行った。また，No.4 のみドラムカバー無
図 2 にコンクリートおよび気温の経時変化を示す。実
しとし，その影響を検討した。10:00 に No.1 の練混ぜを
験当日の天候は，快晴となり，全測定時間にわたり日射
開始し，以後 15 分おきに No.2，No.3，No.4 の練混ぜを
が遮られることはなかった。No.1 と No.2 を比較すると，
No.
輸送量
1
2
3
4
4.0m3
表 2 実験項目の一覧
直達日
ドラムカ
安定化
射
バー
剤
有
無
無
有
有
無
有
実験中，走行させた場合と待機させた場合とで大きな差
運搬条
件
走行
待機
走行
走行
はみられなかった。
No.3 と No.4 を比較すると，
最大で 2℃
程度の温度差がみられ，これはドラムカバーの有無の影
響と考えられる。
また，
安定化剤を用いなかった No.1 は，
用いた No.3 と比較して練上がり時から温度が高くなって
いる。これは水和発熱および練混ぜ抵抗の影響と思われ
55-2
43
るが，その後の温度上昇も大きい。図 3 に今回測定を行
った 4 台について算出したおよびθr を示している。θr
42
は外気温に対してほぼ同程度となった。αは安定化剤を
41
用いない通常のコンクリートで 2.0～2.6 の範囲内となっ
40
た。本実験結果を含め，αは現在までに 0.4～2.6 程度の
39
値が得られている（JASS5 解説表では 0.4～1.8）1)。
38
5．各種温度推定式の検討
37
5-1.概要
36
No.1
No.4
No.2
気温
No.3
ここで，式(2)に土木学会コンクリート標準示方書に記
35
0
50
100
150
200
運搬時間（分）
載されている温度推定式を示す。運搬過程においてコン
クリート温度が低下する程度は通常運搬および打込み時
41.0
41.0
No.1
No.3
40.0
ここに，
T0:周囲の気温(℃)
T1:練混ぜたときのコンクリート温度(℃)
T2:打込み終了時のコンクリート温度(℃)
コンクリート温度（℃）
(2)
コンクリート温度（℃）
40.0
T2=T1+0.15(T0-T1)t
39.0
θ(t)=(36.4-θr)*exp(-α*t)+θr
α=2.1 θr=37.4
38.0
37.0
36.0
39.0
θ(t)=(36.0-θr)*exp(-α*t)+θr
α=1.0 θr=36.5
38.0
37.0
36.0
運搬中の平均外気温　37.5℃
t:練り混ぜてから打込み終了までの時間(h)
運搬中の平均外気温　39.1℃
35.0
41.0
35.0
41.0
No.2
おり，練上がり後の経過時間により温度低下の速
さは異なり，練上がり後最初の 30 分間については，
荷卸時のコンクリート温度と周囲の気温の差の
30％程度，その後は 15％であるとしている 5)。
θ(t)=(36.3-θr)*exp(-α*t)+θr
α=2.6 θr=37.2
39.0
38.0
37.0
36.0
0
20
40
練上がり後最初の 30 分間
38.0
37.0
θ(t)=(35.6-θr)*exp(-α*t)+θr
α=0.50 θr=39.4
36.0
運搬中の平均外気温　39.1℃
60
80
100
運搬時間（分）
35.0
120 0
40
80
120
160
200
240
運搬時間（分）
図 3 αと θr
(3.1)
練上がりから 30 分以降
T1=T2+0.15(T2-T0)(t+0.5)
39.0
運搬中の平均外気温　38.4℃
35.0
T1=T2+0.30(T2-T0)
コンクリート温度（℃）
針・同解説には式(3.1)および式(3.2)が示されて
No.4
40.0
40.0
コンクリート温度（℃）
また，日本建築学会寒中コンクリート施工指
300
図 2 コンクリート温度と外気温
間が 1 時間につき，コンクリート温度と周囲の気
温との差の 15％としている 4)。
250
5-2.考察
(3.2)
実測値と推定式による結果の一例を図 4 に示す。暑中
ここに、
期における温度推定では練上がり温度が気温よりも高い
T0:周囲の気温(℃)
場合でも，日射の影響等によりコンクリート温度は上昇
T1:コンクリートの練上がり温度（℃）
するため，式(2)では暑中期に適用することはできない。
T2:指定した荷卸時のコンクリート温度（℃）
また，図 5 に示した式(3.2)の検討結果からもわかるよう
t:運搬時間(h)
に，式(3.2)は周囲の気温 T0 に近づいていく。寒中期で
は暑中期と異なり，強い日射の影響を考慮する必要がな
(式 1)も含めたこれらの式について，夏期に行った実験結
いため，妥当な温度推定ができるものと考えられ，寒中
果を用いながら，一元化することを目的に，検討を行っ
期の温度推定式は暑中期には適用できないということに
た。
なる。逆に，暑中期に用いることのできる式(1)を寒中期
55-3
38.0
38.0
41.0
運搬開始から30分経過後
37.5
36.5
T2=34.9+0.15(T0-34.9)t
T0=40.1 R=0.95
36.0
35.5
T0にドラム内の空気温度を
用いた場合（ T0 =34.4）
35.0
40.0
37.0
コンクリート温度(℃)
実測値
37.0
コンクリート温度（℃）
コンクリート温度(℃)
37.5
36.5
T0=40.3
36.0
35.5
35.0
34.5 T2=(34.9+0.15×34.4(t+0.5))/(1+0.15×(t+0.5))
34.5
34.0
0.0
T0に平均気温を用いた場合（ T0 =33.6）
1.0 1.5 2.0
運搬時間(h)
0.5
2.5
3.0
34.0
0.0
39.0
実測値
38.0
37.0
解析値
36.0
平均気温39℃
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
35.0
0
0.5
1
運搬時間(h)
図 4 式の検討①
図 5 式の検討②
1.5 2 2.5
運搬時間(h)
3
3.5
4
図 6 実測値と解析値
実験結果の比較では，ほぼ精度よく推定できていること
に適用させることができれば，式を一元化することは可
がわかる。
能だと思われるが，これまでに述べてきたように式(1)に
おける係数等の値を寒中期でも検討することは，コス
7．まとめ
ト・労力ともに非常に大きい。そこで，これらの温度推
練混ぜ中の温度上昇量βは 2～2.5 を用いればよく，実
定式を用いずとも，表計算ソフトを用いた簡易な温度推
測値も練混ぜ時間が長くなるにつれて，高くなる傾向を
定を試みた結果，暑中期においては精度よく推定できて
示したため，温度上昇の要因として，機械熱や摩擦熱の
おり，寒中期でも適用でき得ると考えたため，次節にそ
影響が強いと考えられる。αおよびθr については，現在
の概略を示す。
までに複数回，実機実験を行ってきたが，一般に用いる
ことのできる値を示すためには，さらなる労力を要し，
6．表計算ソフトによる温度解析
また複数の温度推定式を一元化する際にも，その値の決
6-1.概要
定が大きな障害となりかねない。一方で，表計算ソフト
運搬中にコンクリート温度が上昇する要因は，主として，
による温度解析ならば，運搬する地域の日射量や気温、
ドラムを介しての直達日射，同じく外気との熱伝達，お
ドラムの色(厳密には反射率)等の諸条件を反映させるだ
よびセメントの水和熱という 3 つの要素であると考え，
けで，温度推定式を用いずとも比較的容易に温度推定を
解析で考慮した。ドラム内のコンクリート温度は場所に
行うことができる。
よらず同程度であったことから，コンクリートの温度分
〈参考文献〉
布を考慮する必要がないため，各時間ステップ⊿T におい
1)日本建築学会建築工事標準仕様書・同解説 JASS 5 鉄筋コ
て，先述した熱の流入/流出を考慮し，(式 4)のように次
ンクリート工事 2009
のステップの値を考慮した。
2)暑中コンクリートの施工指針・同解説，日本建築学会，2000
3) 松藤泰典，大久保孝昭，小山智幸，眞方山美穂，原博志，
ΔT=(ΔQc+ΔQs+ΔQt)/Ccon
(4)
暑中環境下で練混ぜ・運搬されるフレッシュコンクリート
の温度推定に関する研究，日本建築学会九州支部研究報告，
ΔT:Δt(秒)間における運搬中のコンクリート温度上昇
(℃)
pp.85-88，1991.3 など
4)コンクリート標準示方書[施工編]，土木学会，2012
5)寒中コンクリート施工指針・同解説，日本建築学会，2010
Qc:セメントの水和発熱量(J)
6)大川裕，小山智幸，小山田英弘，松本侑也，暑中コンクリ
Qs:直達日射エネルギー(J)
ートの運搬中の温度上昇に関する研究その 6.温度推定式に
Qt:外気との熱伝達(J)
おけるα，θr に及ぼす日射の影響 2，日本建築学会九州支
Ccon=コンクリートおよびドラムの熱容量(J/K・m )
3
部報告，pp.177-180，2012.3 など
7) RC クリーン協会，
戻りコンクリートを有効活用する方法，
1999.10
6-2.解析結果
実測値と解析結果の比較が図 6 である。暑中期における
55-4