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练上がり温度を自动制御する吹付けコンクリート製造设备「スマートバッチャープラント?」

-厳冬の寒冷地にて安定した温度でのコンクリート製造を実现-

 麻豆APP(社長:伊藤 寛治)および株式会社原商(社長:秀浦 淑晃)は、2016年5月に開発し、岩手県宮古市区界の国土交通省東北地方整備局の道路トンネル建設工事に適用した「スマートバッチャープラント?」が、厳冬の氷点下20℃の环境において、目標練上がり温度25℃のコンクリートを安定して製造できたことを確認しました。

 スマートバッチャープラントとは、山岳トンネル建设工事の主要支保部材である吹付けコンクリートの练上がり温度を自动制御して、练混ぜ材料の性能が最大限に発挥される一定の温度でコンクリートを供给できるコンクリート製造设备です(図-1、特许出愿済み)。
 この自动温度制御机能は、以下の3つの要素によって成り立っています。

机能Ⅰ
コンクリート材料である、水、细骨材(砂)、粗骨材(砕石)を加温する机能
机能Ⅱ
各材料の练混ぜ前の正确な温度计测および练混ぜ时の连続温度计测机能
机能Ⅲ
目标练上がり温度に合わせて冷水と温水の割合を自动调整する制御机能

 今回スマートバッチャープラントを适用した岩井地区トンネル工事(発注:国土交通省东北地方整备局)は、本州の中でも特に寒さの厳しい岩手県宫古市区界に位置し、2016年度に区界のアメダスで観测された最低気温は氷点下19.5℃でした。このような厳冬下の环境では、目标练上がり温度である25℃を温水の加水のみで达成することは困难であるため、细骨材や粗骨材の加温も不可欠となりました。本工事では、ベルトコンベヤ上で搬送中の骨材を高温の蒸気により加温する方法を採用することで、1回の练混ぜに必要な量を効率的に加温することができました(写真-1)

 その结果、図-2に示す通り、出荷されるコンクリートの温度(グラフの赤丸印)を目标の25℃前后にすることができました。温水ボイラで练混ぜ水を加温しているものの、蒸気による骨材の加温机能や自动温度制御机能のない従来のバッチャープラントが配备されている厂トンネル(福井県小浜市)の练上がり温度と対比してみると、図-3に示す通り、出荷されるコンクリートの温度は15℃前后になっていたことが分かります。

 次に、冬季(2016年12月~2017年3月)に出荷した吹付けコンクリートの全バッチの练上がり温度の分布を见ると、岩井地区トンネル工事では平均温度μが24.7℃、标準偏差σが1.9℃で、μ±σの范囲に78.4%のデータが含まれます。一方、温度制御机能のない厂トンネルでは、平均温度μが15.9℃、标準偏差σが2.6℃で、μ±σの范囲に64.1%のデータが含まれます(図-4)。このことから、スマートバッチャープラントの自动温度制御机能は、练上がり温度のばらつきを抑制できることが确认されました。

 また、练上がり温度を一定の最适な温度に保つことによって、スマートバッチャープラントの最大の目的である吹付けコンクリートの品质の安定と向上を达成することができました。吹付けコンクリートの品质と施工性はコンクリート温度への依存性が强く、特に、コンクリート温度が低い场合、付着性状や初期强度が低下するため、それらを确保するために急结剤の添加量を増やす等の対応が必要でした。

 今回、岩井地区トンネル工事で施工した吹付けコンクリートの配合と施工条件は表-1表-2の通りです。

 付着性状と初期强度を确保する観点から最适な温度である25℃でコンクリートを供给したことで、同じ急结剤添加率のときの温度制御なしの従来工法と比较して、材齢28日の圧缩强度が15%向上したことが确认されました(図-5)。また、付着性状が安定したことによって、施工时の急结剤添加率を1.8%、余吹き率を24%それぞれ低减することができました(図-6、図-7)

 コストについては、従来のバッチャープラントの费用に骨材の加温机能や练上がり温度の自动温度制御机能等の追加设备费用が増额となりましたが、急结剤使用量の低减によるコストダウンの额が追加设备费用を上回ることが确认できました。そのコストダウン効果は、余吹き率の低减による吹付けコンクリート施工数量の减少を加味すると、さらに大きくなるものと考えています。

 今回、岩井地区トンネル工事においてスマートバッチャープラントを适用した结果、スマートバッチャープラントが吹付けコンクリートの「品质向上」と施工费の「コストダウン」という、通常ではトレードオフの関係にある二つの命题を同时に达成できる技术であることが确认できました。今后は、练上がり温度をより正确に制御するための各种システムの改良の他、夏季のコンクリート温度上昇时に対応した材料冷却设备の开発に取り组んでいく予定です。そして、寒地に位置する道路トンネルや北海道新干线のトンネルだけでなく、北陆新干线や中央新干线、全国の山岳トンネル工事への导入を积极的に提案していきたいと考えています。

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