巨大コンクリート部品の課題

コンクリートは、小さな基礎から橋、トンネル、ダムのような巨大な構造物まで、幅広い建設プロジェクトに使用される極めて汎用性の高い建築材料である。しかし、巨大なコンクリート部材の製造に関しては、考慮しなければならない特別な課題があります。その最たるもののひとつが、コンクリート打設時の温度モニタリングです。このブログでは、巨大なコンクリート部材の特別な特徴に焦点を当て、温度モニタリングが非常に重要である理由を説明します。

マッシブコンポーネントとは？

マッシブ・コンポーネントとは、コンクリート構造物や部材のことで、一般に最小寸法が0.80mを超えるコンポーネントのことで、その大きさや体積から特別な熱管理が必要となる。例えば、大型の基礎スラブ、厚い壁、擁壁、ダムなどである。厚みが大きいと放熱が遅くなり、水和・硬化時に熱応力やひび割れが発生しやすくなる。

コンクリート打設時の発熱 - 課題

コンクリートは、セメントと水の化学反応である水和時に熱を放出する。大量のコンクリートは発生した熱を蓄え、ゆっくりとしか環境に放出しないため、この熱の発生は特に巨大な部材に関係する。このため、コンクリート内部の温度は著しく上昇する一方、外側の層はより早く冷えることになる。その結果、温度差によって内部応力が発生し、最悪の場合、ひび割れが生じて部品の耐荷重性や耐久性が損なわれる可能性がある。

なぜ温度監視が重要なのか？

温度モニタリングは、コンポーネント内の温度差を効果的に管理し、許容範囲内に収めるために極めて重要である。水和反応が起こるためには、温度は適切な範囲になければならず、同時に温度差は最小限に保たれなければならない。入念な温度モニタリングにより、コンクリート配合の調整、コンクリート打設速度の制御、冷却方法の使用など、十分な情報に基づいた決定や対策を早期に講じることができる。

温度モニタリングの方法

巨大なコンクリート部材の温度を監視する方法には様々なものがある：

コンクリート打設前の生コンクリートの温度測定：これは、デジタル温度計、またはコンクリートミックスに直接浸す特殊なコンクリート温度計を用いて行うことができる。
温度計とデータロガーによる硬化中のコンクリート成分の温度測定：水和中の温度を連続的に測定するために、TEMOセンサーのようなサーモエレメントをコンクリート内のさまざまな箇所に設置する。測定装置／データロガーは、より長い期間にわたって温度を記録し、温度プロファイルの正確な分析を可能にする。コアから外層までの温度差を記録し、分析することができる。
赤外線サーモグラフィによる硬化中の部品表面の温度測定： この方法では、コンクリートの表面温度を非接触で記録できるため、局所的なホットスポットを特定するのに役立つ。
硬化後のコア採取とその後の分析：場合によっては、内部温度を遡って分析するためにサンプルを採取する。

コンクリート硬化中の温度測定

巨大なコンクリート部材を製造する場合、硬化中の温度を監視することは、構造物の品質と耐久性を確保するために不可欠な要素です。コンクリートの専門家は、部品の芯と表面の温度差を監視するために、温度測定を実施することを明確に推奨しています。ACI、EC、 DAFSTB、ZTV-Ing、DIN 1045 Part 2などの確立された規格やガイドラインも、温度測定を推奨または規定しています。

目標温度を測定することで、コンクリート内の加熱と冷却を制御・調整することができる。これにより、有害な温度差を避けるための対策を適時に講じることができる。一般的な測定方法は熱電対を使用するもので、有害な温度差を回避するためのタイムリーな対策を講じることができます。ヴェマヴェンチュリが提供するTEMO システムは、コンポーネント内の温度プロファイルの詳細な画像を提供する連続監視を実現します。

これにより、部品内の温度プロファイルの詳細な画像が得られる。温度測定は部品内の数カ所に設置し、コアの最高温度と表面の温度の両方を把握する必要がある。これにより、これらのポイント間の差をモニターし、それに応じて対応することが可能になる。クラックのリスクを最小限に抑えるためには、温度差をできるだけ小さく、理想的には20℃以下に抑えることが重要です。

温度管理対策

熱応力とひび割れのリスクを最小限に抑えるため、コンクリート打設の前後にさまざまな対策を講じることができる：

コンクリートの冷却：特に周囲温度が高い場合、または非常に巨大なコンポーネントを使用する場合、氷水または液体窒素を加えることで、生コンクリートの温度を下げることができる。
ゆっくりとしたコンクリート打設：コンクリート速度を制御することで、熱の発生をよりよく管理する。
コンクリートミックスの最適化：水和熱の低いセメントの使用や混和剤の添加により、熱の発生を抑えることができる。
コンクリートの後処理：コンクリートを断熱材で覆って外部からの冷却を遅らせるか、水を散布して放熱を高め、温度差を最小限に抑える。
能動的な加熱または冷却： 極端な、あるいは困難なプロジェクト要件には、加熱型枠の使用や内部水冷システムの組み込みも考えられます。

結論

巨大なコンクリート部材は、特にコンクリート打設時の温度管理に関して、建設実務に特別な要求を課している。綿密な計画と監視によって、ひび割れや熱応力のリスクを最小限に抑え、最終的に構造物の耐久性と安全性に貢献することができる。硬化中の温度測定は重要な役割を果たすため、専門家の勧告に従って意識的に実施する必要があります。温度モニタリングは、コンクリートの打設、硬化、成熟において重要な役割を果たしており、高品質のコンクリート資産を効果的に提供するためには、慎重に検討する必要がある。

巨大コンクリート部品の課題：温度モニタリングが重要な理由