特開 2022-154486 コンクリートの断熱温度上昇量予測方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022154486

(43)【公開日】2022-10-13

(54)【発明の名称】コンクリートの断熱温度上昇量予測方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 33/38 20060101AFI20221005BHJP

   G01N 25/48 20060101ALI20221005BHJP

【ＦＩ】

G01N33/38

G01N25/48

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021057548

(22)【出願日】2021-03-30

(71)【出願人】

【識別番号】521297587

【氏名又は名称】ＵＢＥ三菱セメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091904

【弁理士】

【氏名又は名称】成瀬 重雄

(72)【発明者】

【氏名】金内 尭

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼原 幸之助

(72)【発明者】

【氏名】山田 和希

【テーマコード（参考）】

2G040

【Ｆターム（参考）】

2G040AA09

2G040AB14

2G040BA02

2G040BA22

2G040BA25

2G040CA02

2G040GA01

2G040GC01

2G040HA16

2G040ZA08

(57)【要約】

【課題】コンクリートの単位セメント量及び練り混ぜ終了直後の温度を用いることにより、コンクリートの断熱温度上昇量の予測精度を改善する。
【解決手段】コンクリートの断熱温度上昇量予測方法は、コンクリートの断熱温度上昇量を次の式により予測するものである。Ｑ(ｔ)＝Ｋ［１－exp(－αt^β)］、
Ｋ＝Ｌ_１×Ｃ＋Ｌ_２×Ｔ＋Ｌ_３、α＝Ｍ_１×Ｃ＋Ｍ_２×Ｔ＋Ｍ_３、β＝Ｎ_１×Ｃ＋Ｎ_２×Ｔ＋Ｎ_３。ただし、Ｑ(ｔ)は材齢ｔ日における前記断熱温度上昇量（℃）、Ｃは前記コンクリート1m³当たりに含まれるセメントの質量（ｋｇ／ｍ^３）、Ｔは前記コンクリートの練り混ぜ終了直後の温度（℃）である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

コンクリートの断熱温度上昇量を下記の式１、式２、式３及び式４により予測することを特徴とするコンクリートの断熱温度上昇量予測方法：
Ｑ(ｔ)＝Ｋ［１－exp(－αt^β)］ ・・・(１)
Ｋ＝Ｌ_１×Ｃ＋Ｌ_２×Ｔ＋Ｌ_３ ・・・(２)
α＝Ｍ_１×Ｃ＋Ｍ_２×Ｔ＋Ｍ_３ ・・・(３)
β＝Ｎ_１×Ｃ＋Ｎ_２×Ｔ＋Ｎ_３ ・・・(４)
ただし、Ｑ(ｔ)は材齢ｔ日における前記断熱温度上昇量（℃）、Ｃは前記コンクリート1m³当たりに含まれるセメントの質量（ｋｇ／ｍ^３）、Ｔは前記コンクリートの練り混ぜ終了直後の温度（℃）、Ｌ_１は0.0268以上0.0302以下の値、Ｌ_２は-0.3260以上-0.1837以下の値、Ｌ_３は39.44以上43.15以下の値、Ｍ_１は-0.0003以上-0.0002以下の値、Ｍ_２は0.0225以上0.0344以下の値、Ｍ_３は0.5079以上0.6155以下の値、Ｎ_１は0.0018以上0.0020以下の値、Ｎ_２は0.0296以上0.0427以下の値、Ｎ_３は-0.4620以上-0.2594以下の値である。

【請求項2】

前記コンクリートは、ポルトランドセメント及びシリカフュームを含んでおり、
ボーグ式により算出される前記ポルトランドセメントの鉱物組成について、前記ポルトランドセメントのC₂S含有率が５０質量％以上６５質量％以下であり、前記ポルトランドセメントのC₃S含有率が２０質量％以上３０質量％以下であり、前記ポルトランドセメントのC₃A含有率が５質量％以下であり、
前記ポルトランドセメント及び前記シリカフュームの合計質量に対する、前記シリカフュームの質量の比率が５質量％以上１５質量％以下であることを特徴とする請求項１に記載のコンクリートの断熱温度上昇量予測方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コンクリートの断熱温度上昇量予測方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

建築工事等においては、日本産業規格より高強度のコンクリートを使用する場合には国土交通省の大臣認定の取得が必要となる。一方で、コンクリート部材の断面寸法を大臣認定の条件より大きくする場合には、公的な建築認証機関から温度応力解析を求められる。一般に高強度コンクリートの断熱温度上昇特性のデータは単位セメント量が７００ｋｇ/m³まではあるものの、これを超えるセメント量のデータが少なく、温度応力解析を実施できないのが現状である。

【0003】

そこで、単位セメント量が７００ｋｇ/m³を超えた領域で断熱温度上昇特性をより正確に把握し、温度応力解析を実施するためのデータの取得が必要である。最終的には所要のコンクリートの配合により断熱温度上昇特性を把握することが必要であるものの、さまざまな環境温度での断熱温度上昇特性を把握するためには膨大な実験が必要となることから、これをある程度の精度で予測する技術の確立が必要とされている。

【0004】

下記特許文献１には、コンクリートの単位セメント量を用いて、このコンクリートの断熱温度上昇量を予測する方法が記載されている。この文献には、単位セメント量が４００kg/m³以上７００kg/m³以下のコンクリートに上記方法を好適に適用できると記載されている。一方で、この文献では、単位セメント量が７００kg/m³を超えるコンクリートに上記方法を適用した場合の予測精度については明らかでない。つまり、この点において従来の技術には改善の余地があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１７－２０８１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明者は、この点について種々の研究を重ねた結果、コンクリートの練り混ぜ終了直後の温度と断熱温度上昇量との間に一定の相関性があるとの知見を得た。また、この知見を用いると、コンクリートの単位セメント量が７００kg/m³を超える場合においても、コンクリートの断熱温度上昇量を精度よく予測できることが分かった。

【0007】

本発明は、これらの知見に基づいてなされたものであり、コンクリートの単位セメント量及び練り混ぜ終了直後の温度を用いることにより、コンクリートの断熱温度上昇量の予測精度を改善することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係るコンクリートの断熱温度上昇量予測方法は、コンクリートの断熱温度上昇量を下記の式１、式２、式３及び式４により予測するものである。
Ｑ(ｔ)＝Ｋ［１－exp(－αt^β)］ ・・・(１)
Ｋ＝Ｌ_１×Ｃ＋Ｌ_２×Ｔ＋Ｌ_３ ・・・(２)
α＝Ｍ_１×Ｃ＋Ｍ_２×Ｔ＋Ｍ_３ ・・・(３)
β＝Ｎ_１×Ｃ＋Ｎ_２×Ｔ＋Ｎ_３ ・・・(４)
ただし、Ｑ(ｔ)は材齢ｔ日における前記断熱温度上昇量（℃）、Ｃは前記コンクリート1m³当たりに含まれるセメントの質量（ｋｇ／ｍ^３）、Ｔは前記コンクリートの練り混ぜ終了直後の温度（℃）、Ｌ_１は0.0268以上0.0302以下の値、Ｌ_２は-0.3260以上-0.1837以下の値、Ｌ_３は39.44以上43.15以下の値、Ｍ_１は-0.0003以上-0.0002以下の値、Ｍ_２は0.0225以上0.0344以下の値、Ｍ_３は0.5079以上0.6155以下の値、Ｎ_１は0.0018以上0.0020以下の値、Ｎ_２は0.0296以上0.0427以下の値、Ｎ_３は-0.4620以上-0.2594以下の値とされている。なお、上記のＣは、いわゆるコンクリートの単位セメント量に相当する。

【0009】

この方法によれば、コンクリートの単位セメント量及び練り混ぜ終了直後の温度を用いて、このコンクリートの断熱温度上昇量を精度よく予測することができる。なお、後述する試験例の説明において、コンクリートの練り混ぜ終了直後の温度と断熱温度上昇量との相関性について詳細に記載している。

【0010】

この方法は、前記コンクリートがポルトランドセメント及びシリカフュームを含んでおり、ボーグ式により算出される前記ポルトランドセメントの鉱物組成について、前記ポルトランドセメントのC₂S含有率が５０質量％以上６５質量％以下、前記ポルトランドセメントのC₃S含有率が２０質量％以上３０質量％以下、前記ポルトランドセメントのC₃A含有率が５質量％以下とされており、前記ポルトランドセメント及び前記シリカフュームの合計質量に対する前記シリカフュームの質量の比率が５質量％以上１５質量％以下とされている場合に好適である。

【発明の効果】

【0011】

以上のように、本発明によれば、コンクリートの単位セメント量及び練り混ぜ終了直後の温度を用いることにより、コンクリートの断熱温度上昇量の予測精度を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係るコンクリートの断熱温度上昇量予測方法に係る試験例の結果を示すグラフであって、コンクリートの単位セメント量と係数Ｋとの関係をコンクリートの練り混ぜ環境の温度ごとに示している。

【図2】図２は、本発明の一実施形態に係るコンクリートの断熱温度上昇量予測方法に係る試験例の結果を示すグラフであって、コンクリートの単位セメント量と係数αとの関係をコンクリートの練り混ぜ環境の温度ごとに示している。

【図3】図３は、本発明の一実施形態に係るコンクリートの断熱温度上昇量予測方法に係る試験例の結果を示すグラフであって、コンクリートの単位セメント量と係数βとの関係をコンクリートの練り混ぜ環境の温度ごとに示している。

【図4】図４は、本発明の一実施形態に係るコンクリートの断熱温度上昇量予測方法に係る試験例の結果を示すグラフであって、コンクリートの練り混ぜ環境の温度が３５℃である場合におけるコンクリートの材齢と断熱温度上昇量との関係を示している。

【図5】図５は、本発明の一実施形態に係るコンクリートの断熱温度上昇量予測方法に係る試験例の結果を示すグラフであって、コンクリートの練り混ぜ環境の温度が２０℃である場合におけるコンクリートの材齢と断熱温度上昇量との関係を示している。

【図6】図６は、本発明の一実施形態に係るコンクリートの断熱温度上昇量予測方法に係る試験例の結果を示すグラフであって、コンクリートの練り混ぜ環境の温度が５℃である場合におけるコンクリートの材齢と断熱温度上昇量との関係を示している。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明の一実施形態に係るコンクリートの断熱温度上昇量予測方法について説明する。この方法は、コンクリートの断熱温度上昇量を下記の式１、式２、式３及び式４により予測するものである。
Ｑ(ｔ)＝Ｋ［１－exp(－αt^β)］ ・・・(１)
Ｋ＝Ｌ_１×Ｃ＋Ｌ_２×Ｔ＋Ｌ_３ ・・・(２)
α＝Ｍ_１×Ｃ＋Ｍ_２×Ｔ＋Ｍ_３ ・・・(３)
β＝Ｎ_１×Ｃ＋Ｎ_２×Ｔ＋Ｎ_３ ・・・(４)

【0014】

ただし、Ｑ(ｔ)は材齢ｔ日における上記断熱温度上昇量（℃）、Ｃは上記コンクリート1m³当たりに含まれるセメントの質量（ｋｇ／ｍ^３）、Ｔは上記コンクリートの練り混ぜ終了直後の温度（℃）、Ｌ_１は0.0268以上0.0302以下の値、Ｌ_２は-0.3260以上-0.1837以下の値、Ｌ_３は39.44以上43.15以下の値、Ｍ_１は-0.0003以上-0.0002以下の値、Ｍ_２は0.0225以上0.0344以下の値、Ｍ_３は0.5079以上0.6155以下の値、Ｎ_１は0.0018以上0.0020以下の値、Ｎ_２は0.0296以上0.0427以下の値、Ｎ_３は-0.4620以上-0.2594以下の値とされている。

【0015】

また、上記の式１及び式２において係数Ｋは終局断熱温度上昇量（℃）を示しており、上記の式１及び式３において係数αは温度上昇速度に関する定数を示しており、上記の式１及び式４において係数βは温度上昇速度に関する定数を示している。

【0016】

この方法は、上記コンクリートがポルトランドセメント及びシリカフュームを含んでおり、ボーグ式により算出される上記ポルトランドセメントの鉱物組成について、上記ポルトランドセメントのC₂S含有率が５０質量％以上６５質量％以下、上記ポルトランドセメントのC₃S含有率が２０質量％以上３０質量％以下、上記ポルトランドセメントのC₃A含有率が５質量％以下とされており、上記ポルトランドセメント及び上記シリカフュームの合計質量に対する上記シリカフュームの質量の比率が５質量％以上１５質量％以下とされている場合に好適である。

【0017】

また、この方法は、上記のＣが８００ｋｇ／ｍ^３以上とされている場合、特に上記のＣが８７５ｋｇ／ｍ^３以上１１６７ｋｇ／ｍ^３以下とされている場合に好適である。ただし、上記のＣが８００ｋｇ／ｍ^３未満とされている場合であっても、上記のＣが８００ｋｇ／ｍ^３以上である場合ほどではないが好適であると考えられる。

【0018】

上記一実施形態に係る方法の試験例１－１５について説明する。各試験例においては、水とセメントと細骨材と粗骨材とを練り混ぜてコンクリートを作製した。次に、練り混ぜ終了直後のコンクリートを断熱温度上昇試験装置の内部に配置した。そして、この断熱温度上昇試験装置に取り付けた温度センサにより、このコンクリ－トの断熱温度上昇量を１４日にわたって測定し続けた。そして、測定された断熱温度上昇量の推移から回帰分析により各係数を導出した。なお、ここで、各係数とは、上述した式１に示される係数Ｋと係数αと係数βとを意味している。

【0019】

表１は、単位量とＷ／Ｂと練り上がり温度と環境温度と式１の係数とを試験例ごとに示している。表１に示す単位量は、上記のコンクリート１m³当たりに含まれる水とセメントと細骨材と粗骨材との質量をそれぞれ示している。なお、水の単位量は単位水量、セメントの単位量は単位セメント量とされている。表１に示すＷ／Ｂは、単位セメント量に対する単位水量の百分率を示している。表１に示すセメントとしては、低熱ポルトランドセメント９０質量％とシリカフューム１０質量％との組成からなるシリカフューム含有セメントを用いた。表１に示す細骨材としては、山砂と石灰石砕砂とを質量比９：１１で混合したもの使用し、表１に示す粗骨材としては石灰石砕石を使用した。表１に示す練り上がり温度は、上記の練り混ぜ終了直後のコンクリートの温度を示している。表１に示す環境温度は、上述した断熱温度上昇試験装置の内部温度を示している。表１に示す式１の係数は、上述した係数Ｋと係数αと係数βとを意味している。

【0020】

【表1】

【0021】

図１は、表１に示す試験例１－１５における単位セメント量と係数Ｋとの関係を環境温度ごとに示すグラフである。図１に示すように、係数Ｋは、単位セメント量５８４ｋｇ／ｍ^３以上１１６７ｋｇ／ｍ^３以下の範囲においては、単位セメント量が同一である場合には環境温度の増加に伴って減少する。

【0022】

図２は、表１に示す試験例１－１５における単位セメント量と係数αとの関係を環境温度ごとに示すグラフである。図２に示すように、係数αは、単位セメント量５８４ｋｇ／ｍ^３以上１１６７ｋｇ／ｍ^３以下の範囲においては、単位セメント量が同一である場合には環境温度の増加に伴って増加する。

【0023】

図３は、表１に示す試験例１－１５における単位セメント量と係数βとの関係を環境温度ごとに示すグラフである。図３に示すように、係数βは、単位セメント量５８４ｋｇ／ｍ^３である場合においては環境温度の増加に伴って減少し、単位セメント量７００ｋｇ／ｍ^３である場合においては環境温度が増加してもほぼ変化しない。しかし、係数βは、単位セメント量８７５ｋｇ／ｍ^３以上１１６７ｋｇ／ｍ^３以下の範囲においては、単位セメント量が同一である場合には環境温度の増加に伴って増加する。

【0024】

つまり、図１－図３に示すように、単位セメント量７００ｋｇ／ｍ^３を超える範囲（特に、単位セメント量８７５ｋｇ／ｍ^３以上１１６７ｋｇ／ｍ^３以下の範囲）においては、表１に示す環境温度は、係数Ｋ、係数α及び係数βの全てに対して一定の相関性を有している。

【0025】

そこで、本発明者は、この一定の相関性を利用することにより、コンクリートの単位セメント量だけでなく練り混ぜ終了直後の温度を用いて断熱温度上昇量を算出する上記の式２から式４を得た。

【0026】

次に、本発明者は、上記式２におけるＬ_１、Ｌ_２及びＬ_３の範囲について算出した。この範囲は、単位セメント量８７５ｋｇ／ｍ^３以上１１６７ｋｇ／ｍ^３以下の範囲にある試験例それぞれにおいて、材齢１４日におけるコンクリートの断熱温度上昇量についての実測値と上記式１を用いて算出される理論値との差が係数Ｋの値の５％を超えないように算出した。

【0027】

さらに、上記式３におけるＭ_１、Ｍ_２及びＭ_３の範囲、上記式４におけるＮ_１、Ｎ_２及びＮ_３の範囲について算出した。これらの範囲は、単位セメント量８７５ｋｇ／ｍ^３以上１１６７ｋｇ／ｍ^３以下の範囲にある試験例それぞれにおいて、係数Ｋの値の９３％に相当する断熱温度上昇量における、コンクリートの材齢の実測値と上記式１から算出される理論値との差が１日を超えないように算出したものである。

【0028】

なお、上記Ｌ_１、Ｌ_２及びＬ_３の範囲の算出においては、Ｍ_１＝-0.0003、Ｍ_２＝0.0313、Ｍ_３＝0.5199、Ｎ_１＝0.0018、Ｎ_２＝0.0336、Ｎ_３＝-0.4418と固定して上記理論値を算出した。上記Ｍ_１、Ｍ_２及びＭ_３の範囲の算出においては、Ｌ_１＝0.0291、Ｌ_２＝-0.2539、Ｌ_３＝41.85、Ｎ_１＝0.0018、Ｎ_２＝0.0336、Ｎ_３＝-0.4418と固定して上記理論値を算出した。また、上記Ｎ_１、Ｎ_２及びＮ_３の範囲の算出においては、Ｌ_１＝0.0291、Ｌ_２＝-0.2539、Ｌ_３＝41.85、Ｍ_１＝-0.0003、Ｍ_２＝0.0313、Ｍ_３＝0.5199と固定して上記理論値を算出した。なお、これらの固定した値は、重回帰分析により得られたものである。

【0029】

そして、上記式２において、Ｌ_１は0.0268以上0.0302以下の値、Ｌ_２は-0.3260以上-0.1837以下の値、Ｌ_３は39.44以上43.15以下の値、上記式３において、Ｍ_１は-0.0003以上-0.0002以下の値、Ｍ_２は0.0225以上0.0344以下の値、Ｍ_３は0.5079以上0.6155以下の値、上記式４において、Ｎ_１は0.0018以上0.0020以下の値、Ｎ_２は0.0296以上0.0427以下の値、Ｎ_３は-0.4620以上-0.2594以下の値であると算出された。

【0030】

また、本発明者は、上述した式１から式４の予測精度について検証した。具体的には、試験例４、９及び１４について、測定された実際上の断熱温度上昇曲線と上記式１、式２、式３及び式４から導出した理論上の断熱温度上昇曲線とを比較した。この理論上の断熱温度上昇曲線の導出には、Ｌ_１として0.0291、Ｌ_２として-0.2539、Ｌ_３として41.85、Ｍ_１として-0.0003、Ｍ_２として0.0313、Ｍ_３として0.5199、Ｎ_１として0.0018、Ｎ_２として0.0336、Ｎ_３として-0.4418の値を使用した。

【0031】

図４は、試験例１４における実際上の断熱温度上昇曲線と理論上の断熱温度上昇曲線とを示すグラフである。図５は、試験例９における実際上の断熱温度上昇曲線と理論上の断熱温度上昇曲線とを示すグラフである。図６は、試験例４における実際上の断熱温度上昇曲線と理論上の断熱温度上昇曲線とを示すグラフである。図４－図６において、実線が実際上の断熱温度上昇曲線を示しており、鎖線が理論上の断熱温度上昇曲線を示している。図４－図６に示すように、両者はほぼ一致している。

【0032】

したがって、上述した試験例から分かるように、上述した式１から式４を用いることにより、コンクリートの単位セメント量と練り混ぜ終了直後の温度とを用いて断熱温度上昇量を精度よく予測することができる。

【0033】

なお、上述した式２から式４は、上述した式２から式４を得るために用いた試験例（すなわち、単位セメント量８７５ｋｇ／ｍ^３以上１１６７ｋｇ／ｍ^３以下の試験例）における条件と同様の条件により作製されたコンクリートに好適である。すなわち、このコンクリートがポルトランドセメント及びシリカフュームを含んでおり、ボーグ式により算出される上記ポルトランドセメントの鉱物組成について、上記ポルトランドセメントのC₂S含有率が５０質量％以上６５質量％以下であり、上記ポルトランドセメントのC₃S含有率が２０質量％以上３０質量％以下であり、上記ポルトランドセメントのC₃A含有率が５質量％以下であり、上記ポルトランドセメント及び上記シリカフュームの合計質量に対する上記シリカフュームの質量の比率が５質量％以上１５質量％以下であると好ましい。

【0034】

また、同様の理由により、上述した式２から式４は、単位セメント量が８７５ｋｇ／ｍ^３以上１１６７ｋｇ／ｍ^３以下のコンクリートに好適である。なお、上述した式２から式４は、単位セメント量が８００ｋｇ／ｍ^３以上８７５ｋｇ／ｍ^３未満のコンクリートに対しても、単位セメント量が８７５ｋｇ／ｍ^３以上１１６７ｋｇ／ｍ^３以下のコンクリートに対してほどではないが好適であると考えられる。また、上述した式２から式４は、単位セメント量が８００ｋｇ／ｍ^３未満のコンクリートに対しても、単位セメント量が８００ｋｇ／ｍ^３以上のコンクリートに対してほどではないが好適であると考えられる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】