特許 7076696 硬化時発熱材料の断熱試験用装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-05-20

(45)【発行日】2022-05-30

(54)【発明の名称】硬化時発熱材料の断熱試験用装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 25/20 20060101AFI20220523BHJP

   G01N 3/00 20060101ALI20220523BHJP

【ＦＩ】

G01N25/20 J

G01N3/00 M

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2017205206

(22)【出願日】2017-10-24

(65)【公開番号】P2019078614

(43)【公開日】2019-05-23

【審査請求日】2020-10-21

(73)【特許権者】

【識別番号】517372988

【氏名又は名称】溝渕 利明

(73)【特許権者】

【識別番号】000217686

【氏名又は名称】電源開発株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001634

【氏名又は名称】特許業務法人 志賀国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】溝渕 利明

【審査官】前田 敏行

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－２９４１４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１６３７７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－０４５４５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－１５２３８６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２５／２０

Ｇ０１Ｎ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

硬化時に発熱する材料の断熱温度特性、及び断熱状態を再現した上で前記材料の力学特性を把握するための断熱試験用装置であって、
内部に収容空間を形成しつつ該収容空間を外部から隔離する断熱本体部と、
前記収容空間内に設けられ、硬化時発熱材料の熱特性試験用の試験体を収容する熱特性試験体収容部と、
前記収容空間内に設けられ、硬化時熱発熱材料の力学特性試験用の試験体を収容する力学特性試験体収容部とを備えるとともに、
前記熱特性試験体収容部は、熱特性用の試験体を養生する熱特性用試験体養生部と、前記熱特性用試験体養生部と前記断熱本体部の間に設けられた熱特性用試験体側断熱部とを備え、
前記力学特性試験体収容部は、力学特性用の試験体を養生する力学特性用試験体養生部と、前記力学特性用試験体養生部と前記断熱本体部の間に設けられた力学特性用試験体側断熱部とを備え、
前記熱特性試験体収容部と前記力学特性試験体収容部を前後方向に進退させるスライド機構を備え、
前記熱特性試験体収容部と前記力学特性試験体収容部がそれぞれ個別に前方に引出し可能に構成され、
且つ、前記熱特性用試験体側断熱部と前記熱特性試験用の試験体の間、及び前記力学特性用試験体側断熱部と前記力学特性試験用の試験体の間にそれぞれ、前記試験体を所定の形状に保つ成形性能と、断熱性能と、前記試験体を脱離させる剥離性能とを有する断熱脱離層が設けられており、
前記熱特性試験用の試験体、及び前記力学特性試験用の試験体を、前記収容空間内に同時に収容し、断熱状態で養生する、硬化時発熱材料の断熱試験用装置。

【請求項2】

前記熱特性試験体収容部の前方に配された前記断熱本体部と、前記力学特性試験体収容部の前方に配された前記断熱本体部とがそれぞれ個別に取り外し可能に分割形成されている、請求項１に記載の硬化時発熱材料の断熱試験用装置。

【請求項3】

前記熱特性用試験体養生部には、温度計測手段及びひずみ計測手段の少なくとも一方が設けられている、請求項１又は２に記載の硬化時発熱材料の断熱試験用装置。

【請求項4】

前記断熱本体部及び前記断熱部が１５倍発泡の発泡スチロールである、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の硬化時発熱材料の断熱試験用装置。

【請求項5】

前記力学特性試験体収容部が前記熱特性試験体収容部を間に対称配置されている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の硬化時発熱材料の断熱試験用装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コンクリートや樹脂などの硬化時に発熱する材料の温度上昇特性、及びこれに応じた力学特性などを評価するための硬化時発熱材料の断熱試験用装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、ダムや橋脚などのマスコンクリート構造物は、中心部での水和熱の発散が遅れ、各部位で温度差に起因した温度ひずみが生じやすく、これに伴い温度ひび割れが発生するおそれがある。

【0003】

このような初期のひび割れはコンクリート構造物の耐久性に大きく影響するため、施工時に温度ひび割れを制御することが重要であり、公益社団法人土木学会では、コンクリート標準示方書［施工編］で施工段階におけるひび割れ照査を温度応力解析によって行うことを規定している。

【0004】

一方、ひび割れ照査のうち温度解析には、断熱温度上昇量を設定することが必要であり、コンクリート（セメント系材料／硬化時発熱材料）を断熱状態で長期間維持して断熱温度上昇量を測定するための各種断熱試験用の装置が提案、実用化されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００８－２４１５２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上記従来の断熱試験用装置においては、マスコンクリートの温度環境を再現するために大きなコンクリート試験体を用いる必要があり、装置自体が大型で、施工現場での取扱性が悪いという問題があった。

【0007】

また、コンクリート打設後の温度変化だけでなく、強度変化などの力学特性を把握することも品質管理として重要であるが、コンクリート打設後の断熱状態（温度変化）を再現した上で力学特性を把握する手法がなく、このような手法の開発が強く望まれていた。

【0008】

本発明は、上記事情に鑑み、取扱性に優れ、且つ断熱温度特性だけでなく、断熱状態を再現した上での力学特性の試験を行い、その評価を可能にする硬化時発熱材料の断熱試験用装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。

【0010】

本発明の断熱試験用装置は、内部に収容空間を形成しつつ該収容空間を外部から隔離する断熱本体部と、前記収容空間内に設けられ、硬化時発熱材料の熱特性試験用の試験体を収容する熱特性試験体収容部と、前記収容空間内に設けられ、硬化時熱発熱材料の力学特性試験用の試験体を収容する力学特性試験体収容部とを備えるとともに、前記熱特性試験体収容部は、熱特性用の試験体を養生する熱特性用試験体養生部と、前記熱特性用試験体養生部と前記断熱本体部の間に設けられた熱特性用試験体側断熱部とを備え、前記力学特性試験体収容部は、力学特性用の試験体を養生する力学特性用試験体養生部と、前記力学特性用試験体養生部と前記断熱本体部の間に設けられた力学特性用試験体側断熱部とを備え、且つ、前記熱特性用試験体側断熱部と前記熱特性試験用の試験体の間、及び前記力学特性用試験体側断熱部と前記力学特性試験用の試験体の間にそれぞれ、前記試験体を所定の形状に保つ成形性能と、断熱性能と、前記試験体を脱離させる剥離性能とを有する断熱脱離層が設けられていることを特徴とする。

【0011】

また、本発明の断熱試験用装置においては、前記熱特性試験体収容部と前記力学特性試験体収容部を前後方向に進退させるスライド機構を備え、前記熱特性試験体収容部と前記力学特性試験体収容部がそれぞれ個別に前方に引出し可能に構成されていることが望ましい。

【0012】

さらに、本発明の断熱試験用装置においては、前記熱特性試験体収容部の前方に配された前記断熱本体部と、前記力学特性試験体収容部の前方に配された前記断熱本体部とがそれぞれ個別に取り外し可能に分割形成されていることがより望ましい。

【0013】

また、本発明の断熱試験用装置においては、前記断熱本体部及び前記断熱部が１５倍発泡の発泡スチロールであることが望ましい。

【0014】

さらに、本発明の断熱試験用装置においては、前記力学特性試験体収容部が前記熱特性試験体収容部を間に対称配置されていることがより望ましい。

【発明の効果】

【0015】

本発明の断熱試験用装置においては、取扱性に優れ、精度よく断熱温度特性を把握することが可能になるとともに、断熱温度特性だけでなく、断熱状態を再現した上での力学特性を精度よく把握することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の一実施形態に係る断熱試験用装置を示す平面図（一部断面図）である。

【図2】図１のＸ１－Ｘ１線矢視図である。

【図3】図１のＸ２－Ｘ２線矢視図である。

【図4】本発明の一実施形態に係る断熱試験用装置の熱特性試験体収容部及び力学特性試験体収容部を示す正面図である。

【図5】図４のＸ３－Ｘ３矢視図である。

【図6】図４のＸ４－Ｘ４線矢視図である。

【図7】図４のＸ５－Ｘ５線矢視図であり、本発明の一実施形態に係る断熱試験用装置のスライド機構を示す平面図である。

【図8】一般の断熱試験用装置の内部の温度履歴を示す図である。

【図9】本発明の一実施形態に係る断熱試験用装置で測定した温度履歴にフィッティングするように熱特性値を補正するための方法を示すフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図１から図９を参照し、本発明の一実施形態に係る断熱試験用装置について説明する。ここで、本実施形態では、本発明に係る硬化時発熱材料がコンクリートであるものとして説明を行うが、本発明に係る断熱試験用装置は、コンクリート以外のセメント系材料や樹脂など、硬化時に発熱を伴うあらゆる材料の断熱温度特性（熱特性）及び断熱力学特性を評価する際に適用可能である。

【0018】

本実施形態の断熱試験用装置Ａは、図１から図７に示すように、装置内部（中心部）に略直方体状の収容空間Ｈを形成しつつ該収容空間Ｈを外部から隔離するように断熱試験用装置Ａの外殻を形成する略直方体箱状の断熱本体部１と、収容空間Ｈ内に設けられ、熱特性用の試験体を収容する熱特性試験体収容部２と、収容空間Ｈ内に設けられ、力学特性用の試験体を収容する力学特性試験体収容部３とを備えて構成されている。

【0019】

断熱本体部１は、略平板状の上蓋部４及び下蓋部５と、幅方向の両側部側の上蓋部４及び下蓋部５の間に配設される略平板状の右側側面蓋部６及び左側側面蓋部７と、奥行方向の前後部側の上蓋部４及び下蓋部５の間に配設される略平板状の前面蓋部８及び背面蓋部９とを備えて略直方体箱状に形成されている。

【0020】

これら蓋部４～９は、例えば、発泡スチロールが主な構成要素とされ、それぞれ所定の厚さを備えることにより、外部に対する収容空間Ｈを所望の断熱状態で確保できるように構成されている。本実施形態では、１５倍発泡の発泡スチロールを用いることによって所望の断熱性能を確保できるようにしている。なお、発泡倍率が数倍から数十倍の発泡スチロールを用いて試験を行った結果、１５倍発泡の発泡スチロールが本装置Ａに適していることが確認された。

【0021】

収容空間Ｇ内には、熱特性試験体収容部２を中心として力学特性試験体収容部３が対称位置に配設けられている。

【0022】

具体的に、本実施形態の断熱試験用装置Ａでは、収容空間Ｈひいては断熱試験用装置Ａの中心部に略直方体状の熱特性試験体収容部２が配設され、熱特性試験体収容部２を間にして幅方向の左右両側の対称位置にそれぞれ略直方体状の力学特性試験体収容部３が配設されている。

【0023】

熱特性試験体収容部２は、その中央にφ３００ｍｍ×ｈ６０００ｍｍの円柱状の熱特性用試験体養生部１０を備え、熱特性用試験体養生部１０の周囲に、蓋部４～９と同様、発泡スチロールが主な構成要素の断熱部（熱特性用試験体側断熱部）１１を設けて所望の断熱性能を確保できるように構成されている。

【0024】

また、熱特性用試験体養生部１０と断熱部１１の間、すなわち、熱特性用試験体養生部１０を形成する断熱部１１の内周面には、熱特性用試験体養生部１０に打設したコンクリートをφ３００ｍｍ×ｈ６０００ｍｍの所定の円柱状に保つ成形性能と、試験時に試験体の熱の断熱部１１への伝達を抑止する断熱性能と、試験後に熱特性試験体収容部２からの試験体の脱離を容易にする剥離性能とを備えた断熱脱離層１２が設けられている。

【0025】

熱特性用試験体養生部１０には、熱特性用試験体養生部１０内の熱特性用試験体の所望の位置の温度を計測するための温度計測手段（不図示）と、熱特性用試験体のひずみを計測するためのひずみ計測手段（不図示）とが設けられている。なお、温度計測手段とひずみ計測手段が個別に設けられていても、一体に構成されていてもよい。

【0026】

左右の力学特性試験体収容部３はそれぞれ、φ１００ｍｍ×ｈ２００ｍｍの円柱状の複数の試験体をそれぞれ個別に収容する複数の力学特性用試験体養生部１５を備え、各力学特性用試験体養生部１５の周囲に、蓋部４～９や熱特性用試験体養生部１０と同様、発泡スチロールが主な構成要素の断熱部（力学特性用試験体側断熱部）１１を設けて所望の断熱性能を確保できるように構成されている。

【0027】

また、本実施形態では、各力学特性試験体収容部３が１２本の力学特性用の試験体をそれぞれ個別に収容する１２個の力学特性用試験体養生部１５を備えている。さらに、本実施形態では、前後方向に所定の間隔をあけて配された上段の３本の力学特性用の試験体と下段の３本の力学用の試験体を１つの方形箱状のユニット（養生ボックス）１６で収容し、このユニット１６を左右二列で配設して各力学特性試験体収容部３が構成されている。なお、各力学特性試験体収容部３の２つのユニット１６はそれぞれ、例えば、材齢３日、材齢７日、材齢１４日、材齢２８日にそれぞれ力学試験を行うための３本の試験体、計１２本の試験体をまとめて収容できるように構成されている。

【0028】

さらに、熱特性試験体収容部２と力学特性試験体収容部３の間には、両収容部２、３に収容した試験体のひずみ等に伴う応力や、装置の移動時、力学特性用の試験体の取り出し時等に作用する外力を吸収し、各収容部２、３に養生した試験体に外力が作用することを防止するための緩衝層１７が設けられている。

【0029】

ここで、本実施形態の断熱本体部１の上蓋部４及び前面蓋部８はそれぞれ着脱可能（取り外し可能）とされている。

【0030】

上蓋部４を取り外すことによって熱特性用試験体養生部１０と左右の力学特性用試験体養生部１５を上方に開放できる。また、前面蓋部８は、熱特性試験体収容部２と、力学特性試験体収容部３の各ユニット１６と前後に重なる対応部分がそれぞれ個別に取り外し可能に分割形成され、収容空間Ｈ内の熱特性試験体収容部２と、力学特性試験体収容部３の各ユニット１６をそれぞれ個別に前方に開放できるように構成されている。

【0031】

図７（及び図１から図６）に示すように、熱特性試験体収容部２と、力学特性試験体収容部３の各ユニット１６とをそれぞれ、収容空間Ｈに対して引出し／収容するためのスライド機構１８が設けられている。

【0032】

スライド機構１８は、熱特性試験体収容部２、力学特性試験体収容部３の各ユニット１６と下蓋部５との間や、熱特性試験体収容部２と力学特性試験体収容部３のユニット１６の間などに介設されるガイド板やガイドレールなどのガイド手段１９と、ガイド手段１９に一体に設けられたポリテトラフルオロエチレン製のテープ（テフロンテープ／テフロン：登録商標）などの滑動手段２０とを備えて構成されている。

【0033】

また、本実施形態では、滑動手段２０（及びガイド手段１９）が前後方向に延び、左右の幅方向に所定の間隔をあけて複数設けられ、これら滑動手段２０及びガイド手段１９に支持／案内されて、熱特性試験体収容部２と力学特性試験体収容部３の各ユニット１６とが、それぞれ個別に前後方向に進退可能（スライド移動可能／装置内部から引出し可能）に具備されている。

【0034】

図１から図７に示すように、熱特性試験体収容部２と力学特性試験体収容部３の各ユニット１６の前面には、熱特性試験体収容部２、力学特性試験体収容部３の各ユニット１６をそれぞれ、前後方向に進退させる際に使用する取っ手２１が取り付けられている。

【0035】

上記構成からなる本実施形態の断熱試験用装置Ａにおいては、断熱部１の上蓋部４が取り外し可能であるため、上蓋部４を取り外し、熱特性試験体収容部２の熱特性用試験体養生部１０に、試験対象のコンクリートを打設し、熱特性用試験体を成形、セットすることができる。これにより、φ３００ｍｍ×ｈ６０００ｍｍで大重量の熱特性用試験体を外部から熱特性試験体収容部２に搬送する必要がなく、容易に熱特性用の試験体をセットすることができる。

【0036】

断熱本体部１の分割形成された前面蓋部８がそれぞれ取り外し可能で、且つ、熱特性試験体収容部２と力学特性試験体収容部３の各ユニット１６がそれぞれスライド機構１８によって引出可能であるため、前面蓋部８を取り外して熱特性試験体収容部２や力学特性試験体収容部３の各ユニット１６を引き出すことができる。また、必要に応じて取り外すこともできる。これにより、試験対象のコンクリートを容易に打設して試験体を成形することができる。

【0037】

さらに、コンクリートを打設した後の各ユニット１６をスライド機構１８でスライドさせて収容空間Ｈに戻すことができる。これにより、容易に力学特性用試験体をセットすることが可能になる。

【0038】

熱特性用試験体と力学特性用試験体をセットし、前面蓋部８と上蓋部４を取り付けることにより、収容空間Ｈ内の熱特性用試験体と力学特性用試験体を断熱状態で養生することができる。これにより、経時的（経日的）に、熱特性用試験体の温度やひずみを温度計測手段やひずみ計測手段で計測することにより、断熱温度上昇量を得ることができ、ひび割れ照査の温度解析の断熱温度上昇量を精度よく設定することが可能になる。

【0039】

また、本実施形態の断熱試験用装置Ａにおいては、例えば、図１及び図２に示すように、装置全体の大きさが幅１５２０ｍｍ×奥行９００ｍｍ×高さ９００ｍｍ、熱特性試験体収容部２の大きさが幅４６５ｍｍ×奥行４６５ｍｍ×高さ５８５ｍｍであり、この小さなサイズの装置Ａによって、３０００ｍｍ×３０００ｍｍ×３０００ｍｍの大きさのコンクリートの断熱状態、温度履歴を再現できる。

【0040】

これにより、本実施形態の断熱試験用装置Ａによれば、非常にコンパクトで現場での取扱性に優れた装置でありながら、精度よく（信頼性が高い）断熱温度上昇量を求めることが可能になる。

【0041】

一方、本実施形態の断熱試験用装置Ａにおいては、断熱温度上昇の試験を行うとともに、例えば、材齢３日、材齢７日、材齢１４日、材齢２８日の所定の材齢に達した段階で力学特性試験体収容部３から力学試験用の試験体を取り出し、圧縮強度試験などの力学試験を実施できる。

【0042】

よって、本実施形態の断熱試験用装置Ａにおいては、これらの力学試験用の試験体が断熱本体部１や断熱部１１、さらに断熱脱離層１２によってセメントの水和熱の放熱を抑えた断熱状態で養生されるため、温度履歴に応じた力学特性を把握し、評価することが可能になる。

【0043】

また、前面蓋部８が分割形成され、力学特性試験体収容部３の各ユニット１６と前後に重なる対応部分の前面蓋部８をそれぞれ個別に取り外しできるため、材齢ごとに試験に供する３本の試験体を収容したユニット１６を取り出す部分だけ、前面蓋部８を外し、スライド機構１８によってユニット１６を前方に引き出して３本の試験体を取り出すことができる。

【0044】

このように分割形成した前面蓋部８の対称部分を外し、ユニット１６をスライド移動させ、試験に供する試験体を取り出すことができることにより、試験体の取出しに伴う収容空間Ｈ内の温度変化（放熱）を防止でき、すなわち、他の試験体の断熱状態を損なうことがなく、好適に試験体を断熱状態で養生することが可能になる。

【0045】

また、３本の試験体を取り出した後に、スライド機構１８で収容空間Ｈ内にユニット１６を戻し、前面蓋部８を元に戻して取り付けることで、他の試験体の断熱状態を継続して保持できる。

【0046】

これにより、本実施形態の断熱試験用装置Ａにおいては、収容空間Ｈ内の温度を確実に保ちつつ、温度履歴に応じた力学特性を把握し、評価することが可能になる。

【0047】

したがって、本実施形態の断熱試験用装置Ａによれば、精度よく、信頼性の高い断熱温度特性、断熱力学特性の試験を実施できる。また、取扱性に優れた装置を実現、提供することが可能になる。

【0048】

さらに、本実施形態の断熱試験用装置Ａにおいては、力学特性試験体収容部３と熱特性試験体収容部２の間に緩衝層１７が設けられていることにより、両収容部２、３に収容した試験体のひずみ等に伴う応力や、装置Ａの移動時、力学特性用の試験体の取り出し時等に作用する外力を緩衝層１７で吸収できる。これにより、さらに精度よく熱特性、力学特性を把握することが可能になる。

【0049】

ここで、従来の断熱試験用装置は勿論、本発明に係る断熱試験用装置Ａであっても、放熱によって完全な断熱状態を保持することは難しく、簡易物性試験時の装置内部（断熱容器中央部）の温度履歴が図８に示すようになる。

【0050】

このため、本実施形態の断熱試験用装置Ａで測定した温度履歴にフィッティングするように熱特性値（断熱温度上昇式、熱伝導率、比熱、表面熱伝達率）を補正する必要がある。

【0051】

この補正を行うにあたり、まず、熱特性値のコンクリート及び断熱材の熱伝導率と比熱に関しては使用材料などでほとんど変化しないこと、表面熱伝達率も特殊な養生などを施さない限り外気温が変化に大きな影響を受けないことが確認されており、ほぼ一定とみなすことができる。

【0052】

このため、本実施形態では、使用材料、配調合によって変化する断熱温度上昇式に着目することとし、この断熱温度上昇式を温度履歴にフィッティングさせて最適化する。
この最適化方法を以下に示す。

【0053】

コンクリートの断熱温度上昇式（時間依存性を考慮した水和発熱モデル）は、対象とするコンクリートが周囲から全く放熱されない状態に置かれた場合、自己発熱による最高温度量まで上昇し、その際の上昇速度を近似的に与えたものであり、一般に、下記の式（１）で表したものが知られている。なお、Ｑ_∞は終局断熱温度上昇量（℃）、γ，βは上昇速度に関する無次元定数、ｔは材齢（日）である。

【0054】

【数1】

【0055】

式（１）から、断熱温度上昇量は材齢ｔによって決まり、対象位置でのコンクリート温度には関係しないことが分かる。但し、終局断熱温度上昇量及び上昇速度に関する定数は打込み温度、単位セメント量及びセメントの種別によって変化する。

【0056】

したがって、断熱温度上昇式を最適化するためには、単位セメント量、セメントの種別及び時間変化に対し、終局断熱温度上昇量、上昇速度に関する定数γ及びβの３つの変数を定める必要がある。また、これら３つの変数は、相互作用があることからそれを考慮して最適化する必要がある。

【0057】

これを踏まえ、本実施形態では、上記の３つの変数を同定するために粒子群最適化手法（ＰＳＯ：Particle Swarm Optimization）を用いる。

【0058】

ＰＳＯは、多次元空間を多数の粒子が移動し、目的関数の最適値解取得のための探索アルゴリズムである。ＰＳＯの特徴は、従来の他の最適化手法に比べて素早く解を求めることができ、目的関数の微分情報を必要とせず連続系の問題に適用可能であり、さらに、複数のパラメータを取り扱える点などが挙げられる。

【0059】

そして、ＰＳＯは下記の式（２）、式（３）で最適化することができる。
ν_ｉ ^ｔ及びν_ｉ ^ｔ＋１は粒子ｉのステップｋ及びｋ＋１における速度ベクトル、ｗは慣性係数、ｃ_１及びｃ_２は認知的（各粒子の経験に重みを置いた場合）及び社会的（群の経験に重みを置いた場合）パラメータ、ｒ_１及びｒ_２は０～１の間での一様乱数、χ_ｉ ^ｔ及びχ_ｉ ^ｔ＋１は粒子ｉのステップｋ及びｋ＋１における位置ベクトル、ｇｂｅｓｔはステップｋにおいて目的関数が最良となる位置情報、ｐｂｅｓｔ_ｉは粒子ｉがステップｋにおいて最良となる位置情報、△ｔは時間増分である。

【0060】

【数2】

【0061】

【数3】

【0062】

ＰＳＯでは、各粒子に対し、過去（前ステップまで）に移動してきた軌跡の中で最良位置（ｐｂｅｓｔ：Personal best position）での評価値との比較を行い、現在の評価値が過去の評価値によりも良い位置にいる場合には、現在の評価値をｐｂｅｓｔとする。また、ｐｂｅｓｔが更新された場合には、粒子群全体におけるこれまでの最良位置（ｇｂｅｓｔ：Global best position）での評価値との比較を行い、現在の評価値がこれまでの評価値よりも良い位置であれば、現在の評価値をｇｂｅｓｔとする。

【0063】

具体的に、ＰＳＯによる検討手順を図９に示す。

【0064】

図９に示すように、まず、Ｓｔｅｐ１でｎ次元（本実施形態では終局断熱温度上昇量、上昇速度に関する定数γ及びβの３つの変数であることから３次元）の解空間内において粒子の初期位置及び初期速度を任意に設定する。

【0065】

例えば、使用セメント及び単位セメント量、打込み温度から、公益社団法人日本コンクリート工学会による「マスコンクリートひび割れ制御指針（２０１６）」に示されている断熱温度上昇式の算定式を用いるなどして粒子の初期位置及び初期速度を設定する。

【0066】

Ｓｔｅｐ２で、例えば、式（４）に示すように対象位置での温度計測値（時間ステップ数ｎ）と解析値の残差平方和を最小（閾値を設け、それよりも小さくなった場合）、もしくは設定している最大計算ステップ数に達した場合に終了とする（各変数の算定）。

【0067】

【数4】

【0068】

Ｓｔｅｐ３で、各粒子でＳｔｅｐ４～Ｓｔｅｐ８を繰り返し、変数の最適化を行う。

【0069】

Ｓｔｅｐ４で、温度計測結果と比較するための温度解析（設定した終局断熱温度上昇量、上昇速度に関する定数γ及びβを用いる）を実施する。前述したように、その他の熱特性値は定数として扱う。

【0070】

Ｓｔｅｐ５で、各粒子の最良位置ｐｂｅｓｔの更新と保存を行う。

【0071】

Ｓｔｅｐ６で、粒子群の最良位置ｇｂｅｓｔの更新と保存を行う。

【0072】

Ｓｔｅｐ７で、現ステップｋでの最良位置を基に、次ステップでの各粒子の速度ベクトルについて、前記の式（２）を用いて算定する。但し、各粒子の速度には予め制限値ｖ_ｍａｘを設定しておき、式（２）で求められた速度がｖ_ｍａｘを超えた場合には次ステップでの速度ベクトルとしてｖ_ｍａｘを用いることとする。

【0073】

Ｓｔｅｐ８で、前記の式（３）を用いて各粒子の位置を算定する。

【0074】

温度解析自体は、例えば、ＪＣＭＡＣ３やＡＳＴＥＡ－ＭＡＣＳ等の市販の温度解析ソフトを用いて行えばよい。

【0075】

このとき、同一断熱容器、同一断熱材を用いることから、事前にメッシュレイアウトを設定しておけば、モデル作成などの手間が省ける。また、上述したように対象とする断熱温度上昇式の３つの変数以外も同一材料、同一条件であれば、事前に固定値（定数）として設定しておくことにより、入力の手間を省くことができる。

【0076】

よって、Ｓｔｅｐ４で実施する温度解析は、初期値として評価対象とする位置での温度計測値、外気温、公益社団法人日本コンクリート工学会による「マスコンクリートひび割れ制御指針（２０１６）」などに示されている断熱温度上昇式の算定式から算定した終局断熱温度上昇量、上昇速度に関する定数γ及びβのみとなる。

【0077】

そして、本実施形態においては、例えば、Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃのような簡単なプログラムを用い、入力画面にセメントの種別、単位セメント量、打込み温度、計測結果をＣＳＶで貼り付けられるような参照ファイル入力窓を作成し、そこに入力さえすればプログラム内部でＰＳＯによる最適化と温度解析へのリンケージを自動で実施できるようにしておく。また、閾値の設定及び最大計算数はデフォルトを用意しておき、ユーザによってカスタマイズできるようにしておく。

【0078】

出力として、最適化された終局断熱温度上昇量、上昇速度に関する定数γ及びβの値と計測値と最適化した時の温度履歴の比較した図、及び断熱温度上昇の履歴の図が示されるようにする。

【0079】

以上、本発明に係る断熱試験用装置の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

【0080】

例えば、本実施形態では、硬化時発熱材料がコンクリート（セメント系材料）であるものとして説明を行ったが、前述の通り、本発明に係る硬化時発熱材料はモルタルやセメントペースト、樹脂など、経時的に硬化が進行し、硬化時に発熱現象が生じるあらゆる材料の熱特性、力学特性の簡易試験に本発明に係る断熱試験用装置を用いることが可能である。

【0081】

また、本実施形態では、熱特性試験体収容部２を挟んで左右の対称位置に力学特性試験体収容部３が設けられているものとしたが、必ずしも熱特性試験体収容部２と力学特性試験体収容部３の相対位置を本実施形態のように限定しなくてもよい。例えば、平面視で、熱特性用試験体養生部１０を中心とし、複数の力学特性用試験体養生部１５を周方向に等間隔で配置するなどしてもよい。

【0082】

さらに、本実施形態では、力学特性試験体収容部３に２４個の力学特性用試験体養生部１５が設けられているものとしたが、力学特性用試験体養生部１５の数を限定する必要はない。また、力学特性試験体収容部３における力学特性用試験体養生部１５の配置も限定する必要はない。

【符号の説明】

【0083】

１ 断熱本体部
２ 熱特性試験体収容部
３ 力学特性試験体収容部
４ 上蓋部
５ 下蓋部
６ 右側側面蓋部
７ 左側側面蓋部
８ 前面蓋部
９ 背面蓋部
１０ 熱特性用試験体養生部
１１ 断熱部（熱特性用試験体側断熱部、力学特性用試験体側断熱部）
１２ 断熱脱離層
１５ 力学特性用試験体養生部
１６ ユニット（養生ボックス）
１７ 緩衝層
１８ スライド機構
１９ ガイド手段
２０ 滑動手段
２１ 取っ手
Ａ 断熱試験用装置
Ｈ 収容空間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】