JP6914682B2

JP6914682B2 - 敷設ブロック

Info

Publication number: JP6914682B2
Application number: JP2017052374A
Authority: JP
Inventors: 幹晃山本
Original assignee: 東洋工業株式会社
Priority date: 2017-03-17
Filing date: 2017-03-17
Publication date: 2021-08-04
Anticipated expiration: 2037-03-17
Also published as: JP2018155015A

Description

この発明は、敷設ブロックに関するものである。

舗装用や建築用などに各種の敷設ブロックが使用されている。このような敷設ブロックには地面や建物に熱を伝えないようにするために遮熱性を備えたものが存在している（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

特許文献１の敷設ブロックでは、全体を白セメントと白骨材と遮熱顔料とで構成することによって太陽光を反射させて遮熱性を得るようにしている。また、特許文献２の敷設ブロックでは、コンクリートの表層部に遮熱顔料に替えて日射反射率の高い骨材を使用し、更にその骨材が表面に露出するような処理を施すことで遮熱顔料を用いたものより約２０％も低いコストで遮熱顔料を用いたものと同等以上の遮熱性が得られるようにしている（密粒度アスファルトが６５℃になる環境下で遮熱顔料を用いたものよりも表面温度が約３．６℃低くなる）。

特開２０１２−２０６８６６号公報特開２０１６−１５５７０８号公報

近年、日本国内では各地で夏場の最高気温の更新がみられ、暑さ対策が深刻化している。そこで、上記した各特許文献のものよりも更に夏場の暑さ対策機能に優れた敷設ブロックを開発することが求められている。

上記課題を解決するために、本発明は、
骨材に断熱性を有する中空粒体が分散されて接合材で固められた表層と、骨材を接合材で固めて、密度を前記表層の密度よりも高くした基層と、で二層に成型され、
前記中空粒体は、無機中空バルーン材である敷設ブロックを特徴とする。

本発明によれば、上記構成によって既存のものよりも更に夏場の暑さ対策機能を高めることができる。

本実施の形態にかかる敷設ブロックの全体斜視図である。図１の敷設ブロックの平面図である。図１の敷設ブロックの側面図である。敷設ブロックの表層の表面に対する露出処理の一例を示す図であり、（ａ）は洗出し加工前の状態（ｂ）洗出し加工後の状態である。カーボンの配合と熱伝導率との関係を示すグラフである。カーボンの効果を調べるために行った屋外温度測定試験の結果を示すグラフ（横軸：時間、縦軸：温度）である。熱伝導率と充填率との関係を示すグラフである。中空粒体およびカーボンの効果を調べるために行った屋外温度測定試験の結果を示すグラフ（横軸：時間、縦軸：温度）である。

以下、本実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。
図１〜図８はこの実施の形態を説明するためのものである。

＜構成＞以下、構成について説明する。

図１〜図３に示すような敷設ブロック３を設ける。この敷設ブロック３は骨材（基層用骨材）をセメントなどの接合材（基層用接合材）で混練して固めた基層１と、骨材（表層用骨材）をセメントなどの接合材（表層用接合材）で混練して固めた表層２とを有するように成型したものである。即ち、敷設ブロック３は、基層１と表層２とを有する二層構造のものとなっている。

ここで、基層１および表層２は、構成する骨材や接合材などの材料の少なくとも一部が異なっている。このように基層１と表層２の材料を変えることで、機能の異なる２つの層を有する敷設ブロック３となる。このような敷設ブロック３は加圧振動成型機などを用いて製造できる。加圧振動成型機は自動制御で複数回のプレスが可能な装置であり、多層の敷設ブロック３を容易に製造できる。敷設ブロック３は、例えば、平面視でほぼ四角形状の表面形状を有し、所要の厚みを有する平面視正方形または長方形状の平板となっている。但し、敷設ブロック３の平面形状は、上記に限るものではない。

この際、基層１はその約６０％〜９０％が骨材で残りのほぼ全て（約４０％〜１０％）が接合材である。また、表層２はその約６０％〜９０％が骨材で残りのほぼ全て（約４０％〜１０％）が接合材である。そして、表層２には、太陽光を反射する機能を与えるために日射反射率が３５％以上の骨材４を、表層２を構成する骨材全体の重量のうちの５０％以上の割合で配合しても良い。ちなみに、敷設ブロックに通常使われている骨材の日射反射率は上記した値よりも低くなっており（およそ１０％〜２０％程度）、例えば、黒系骨材では日射反射率は１０．３％などとなる。但し、日射反射率が３５％以上の骨材４は、上記割合で配合するのが好ましいが、例えば、表層２を構成する骨材全体の重量のうちの５０％以下の割合で配合しても良いし、または、全く配合しなくても良い。

更に、成型直後の敷設ブロック３の表層２に対して上記日射反射率が３５％以上の骨材４などを表面により多く露出させるための露出処理を施す。この露出処理によって表層２の表面の日射反射率を３０％以上にする。露出処理は、例えば、表層２の表面に上記骨材４などを直接ばらまくバラマキ処理や、表面のセメントを除去するための加工、例えば、図４に示すような表層２の表面のセメントを水で洗い出す洗出し加工や、表層２の表面をショットブラストなどによって傷付ける傷付け加工や、表層２の表面を研磨する研磨加工などのうちの少なくともいずれかとする。

そして、以上のような構成に対し、この実施例は、以下のような構成を備えている。

（１）表層２を構成する骨材４に高断熱性を有する中空粒体１１が分散されて接合材で固められる。

ここで、中空粒体１１は、無機質で中空構造を有する微細な軽量骨材であり、シリカ・アルミナを主成分とするフライアッシュバルーンや、ガラスを主成分とするリサイクルガラスバルーン、国内で採れる火山灰を原料として発泡させたシラスバルーンなどの無機中空バルーン材などが存在する。無機中空バルーン材は、無機質であるため不活性で化学的に安定しており、形状が丸いため物理的にも安定していると共に流動性や混合性に優れ、微粒バルーン形状であるため低吸水性や高断熱性や防音性などを有している。

中空粒体１１は、５０〜５００μｍ程度の粒径を有するものが好ましい。この実施例では、中空粒体１１に、供給安定性に優れたパーライトを原料とした無機中空バルーン材を使用する。具体的には、中空粒体１１には、０．１ｍｍ以下のものが約１５．５ｗｔ％、０．１〜０．３ｍｍのものが約６０．７ｗｔ％、０．３〜０．５ｍｍのものが約２１．７ｗｔ％、０．５ｍｍ以上のものが約２．１ｗｔ％の粒度分布を有する無機中空バルーン材を使用している。

中空粒体１１は、骨材（または副骨材）として、表層２を構成する全体重量に対し約３％〜３０％程度、好ましくは約８％〜２１％程度、配合する。この値は、中空粒体１１が少ないと表層２の断熱性を十分に上げることができず、反対に、中空粒体１１が多過ぎると表層２の耐摩耗性が低下することによる。

なお、成型直後に上記した露出処理を行うことで、敷設ブロック３の表層２の表面には日射反射率が３５％以上の骨材４に加えて中空粒体１１が露出される。

（２）基層１の熱伝導率を、表層２の熱伝導率よりも高くする。

ここで、基層１の熱伝導率は、表層２の熱伝導率より少しでも高ければ良いが、表層２の熱を効率良く地中へ逃がすためには、表層２の熱伝導率より少なくとも２０％程度以上高くするのが好ましい。また、基層１の熱伝導率は高いほど良いと考えられるが、基層１の熱伝導率の上限はおよそ３．０Ｗ／ｍ・Ｋである。

また、表層２の熱伝導率をより低くすることによって、基層１の熱伝導率を相対的に良くすることも考えられるが、表層２は、日射反射率を高くしたり、耐摩耗性を持たせたりするなどの必要があることから、表層２の熱伝導率を低くするのは難しい。なお、表層２の熱伝導率の熱伝導率の下限はおよそ０．３Ｗ／ｍ・Ｋである。よって、基層１の熱伝導率を表層２の熱伝導率よりも高くすることができる限界は、最大で１０倍程度までとなる。

そこで、基層１の熱伝導率を高めるために考えられる第一の手段は、基層１に熱伝導率を高めるための混和材２１を配合することである。混和材２１には、例えば、黒鉛（グラファイト）などのカーボンを使用するのが好ましい。

カーボンのうち、黒鉛には、天然系のものと、コークスや電極用黒鉛などの人造系のものとがあり、そのどちらでも良い。このうち、天然系の黒鉛には土状黒鉛や鱗状黒鉛や半鱗状黒鉛や鱗片状黒鉛（膨張黒鉛や膨張化黒鉛や球状黒鉛などを含む）などがあり、特に、コスト面とその効果とを考慮して土状黒鉛を用いるのが好ましい。土状黒鉛は土状または土塊状の外観を有し金属光沢を持つ非晶質な鉱物である。土状黒鉛は熱伝導率が高く、金属に匹敵する熱の良導体である。また、土状黒鉛は科学的にも安定しており、熱膨張係数が非常に小さいなどの様々な優れた特性を有している。しかも、土状黒鉛は比較的安価で、安定して入手できるものである。但し、土状黒鉛などの黒鉛以外のカーボンを用いることも可能である。カーボンなどの混和材２１は、基層１を構成するセメント（約１０％〜４０％）に対し１．５％〜６．０％程度、好ましくは３％程度配合するのが好ましい。

また、基層１の熱伝導率を高めるために考えられる第二の手段は、断熱性のある空気を逃がして基層１の密度を表層２や既存の敷設ブロック（の基層や表層）の密度よりも高くすることである。具体的には、より緻密な骨材やより細かい骨材などを用いて基層１の組織が緻密となるように製造することで敷設ブロック３の基層１の熱伝導率を高めることができる。また、基層１を構成する材料を混合して既存の敷設ブロックの場合よりも多めに型枠に給材を行い加圧振動成型するようにして（即ち、基層１に対する材料の充填率を高めて）緻密な敷設ブロック３を製造することで、敷設ブロック３の基層１の熱伝導率を高めることができる。

（３）上記した表層２への中空粒体１１を配合することと、基層１の熱伝導率を高めることとは、どちらか一方のみとしても良いし、または、両方同時に実施しても良い。また、上記において、基層１の熱伝導率を高めるための手段としての基層１への混和材２１の配合と基層１の緻密化とは、どちらか一方のみとしても良いし、または、両方同時に実施しても良い。

＜作用＞以下、この実施例の作用について説明する。

コンクリート製の基層１に表層２を成型して二層構造の敷設ブロック３とする。このように、敷設ブロック３は基層１と表層２に分かれているため、例えば、表層２に高価な材料や意匠性の高い材料などを用い、基層１に安価な材料を用いることで、安価で高品質な敷設ブロック３を得ることが可能になる。また、例えば、表層２に機能性を有する材料などを用い、基層１に安価な材料を用いることで、安価で高機能な敷設ブロック３を得ることが可能になる。

そして、好ましくは、敷設ブロック３の表層２に対し、太陽光を反射する機能を有する材料として日射反射率が３５％以上の骨材４を配合する。更に、表層２の表面に対して、上記骨材４が表面に露出するように露出処理を施す。このように、日射反射率が３５％以上の骨材４を表層２に含有すると共に、上記骨材４が表面により多く露出するような露出処理を施すことで、日射反射率が３５％以上の骨材４が太陽光を高反射するので、敷設ブロック３の遮熱性を高めることができる。

しかしながら、近年、日本国内では各地で夏場の最高気温の更新がみられ、暑さ対策が深刻化している。そこで、上記した既存の敷設ブロックよりも更に夏場の暑さ対策機能に優れた敷設ブロック３が求められるようになっている。

＜効果＞この実施例によれば、以下のような効果を得ることができる。

（効果１）敷設ブロック３の表層２に無機中空バルーン材などの中空粒体１１を配合した。無機中空バルーン材などの中空粒体１１は高断熱性を有するため、敷設ブロック３の表層２に無機中空バルーン材などの中空粒体１１を配合することで太陽光の熱の吸収を抑えることができる。これにより、夏場の高温時などに敷設ブロック３の表面温度を低く保つことができる。具体的には、無機中空バルーン材などの中空粒体１１を配合することで敷設ブロック３は、無機中空バルーン材などの中空粒体１１を配合していない既存の敷設ブロックと比べて、アスファルトの表面温度が６０℃を越える環境下においておよそ３℃〜４℃程度ブロック表面温度を低くすることができる。

更に、上記したように、表層２に日射反射率が３５％以上の骨材４を配合することで、日射反射率が３５％以上の骨材４による日射反射機能を得ることができるが、これに無機中空バルーン材などの中空粒体１１による断熱効果を加えることで、相乗効果によって敷設ブロック３の表面温度を更に低くすることができる。

（効果２）敷設ブロック３の基層１の熱伝導率を表層２の熱伝導率よりも高くした。敷設ブロック３が表層２よりも熱伝導率の高い基層１を有することで、基層１の高い熱伝導性によって表層２の熱を奪い、表層２の熱や基層１の熱を地中（例えば、敷設ブロック３の下側に施工された敷砂層などの下地層やクッション層など）へ効率良く逃がすことができる。これにより、敷設ブロック３の表面温度を低くすることができる。基層１の熱伝導率は、基層１にカーボンなどの混和材２１を配合することや、（基層１の組織をより緻密にしたり、基層１に対する材料の充填率をより高めたりして）基層１の密度を表層２の密度よりも高めることで表層２の熱伝導率よりも良くすることができる。具体的には、基層１の熱伝導率を表層２の熱伝導率よりも高くした敷設ブロック３は、基層１の熱伝導率を表層２の熱伝導率よりも高くしていない既存の敷設ブロックと比べて、アスファルトの表面温度が６０℃を越える環境下においておよそ１℃〜２℃程度ブロック表面温度を低くすることができる。

（作用効果３）そして、表層２に無機中空バルーン材などの中空粒体１１を配合することと、基層１の熱伝導率を表層２よりも良くすることとを組み合わせることで既存の敷設ブロックと比べてアスファルトの表面温度が６０℃を越える環境下においておよそ４℃〜６℃程度ブロック表面温度を低くすることができる。

（表層２への中空粒体１１の配合について）
表層２への中空粒体１１の配合について調べるために、中空粒体１１を配合していない敷設ブロック（ブロックＡ）と、中空粒体１１を９．３％配合した敷設ブロック３（ブロックＢ）と、中空粒体１１を１１．４％配合した敷設ブロック３（ブロックＣ）と、中空粒体１１を２３．２％配合した敷設ブロック（ブロックＤ）とを用意した。
ブロックＡブロックＢブロックＣブロックＤ
骨材７５．５％６０．５％５８．４％４６．６％
中空粒体０％９．３％１１．４％２３．２％
白色セメント１９．０％２３．０％２３．０％２３．０％
水５．５％７．２％７．２％７．２％

そして、先ず、ビームランプＢＲＦ１１０Ｖ１２０Ｗ（東芝ライテック製）を用いて室内照射試験を行い、アスファルトが６０℃の時点での各敷設ブロック３の表面温度を測定し、アスファルトとの温度差を求めると共に、中空粒体１１を配合していない敷設ブロック（ブロックＡ）との温度差を求めた。この際、目標となる温度差を、ブロックＡに対して−３℃とした。その結果、中空粒体１１を配合していない敷設ブロック（ブロックＡ）と比べ、中空粒体１１を９．３％配合した敷設ブロック３（ブロックＢ）は３．１℃、中空粒体１１を１１．４％配合した敷設ブロック３（ブロックＣ）は３．７℃、表面温度が低くなることが確認され、目標を達成した。
ブロックＡブロックＢブロックＣ
アスファルト６０℃での表面温度４３．２℃ ４０．１℃ ３９．５℃
アスファルトとの温度差１６．８℃ １９．９℃ ２０．５℃
ブロックＡとの温度差０℃ ３．１℃ ３．７℃

次に、中空粒体１１を９．３％配合した敷設ブロック３（ブロックＢ）と、中空粒体１１を１１．４％配合した敷設ブロック３（ブロックＣ）と、中空粒体１１を２３．２％配合した敷設ブロック（ブロックＤ）とに対し、米国ＡＳＴＭＣ７７９に示す円盤回転式摩耗試験器を用いて耐摩耗試験を行い、６０分経過後の質量減少率を測定した。この際、目標となる質量減少率を２．５％以下とした。

その結果、中空粒体１１を９．３％配合した敷設ブロック３（ブロックＢ）は質量減少率が１．１７％となり、中空粒体１１を１１．４％配合した敷設ブロック３（ブロックＣ）は質量減少率が１．７１％となり、中空粒体１１を２３．２％配合した敷設ブロック（ブロックＤ）は質量減少率が２．６８％となった。

そして、中空粒体１１を９．３％配合した敷設ブロック３（ブロックＢ）および、中空粒体１１を１１．４％配合した敷設ブロック３（ブロックＣ）については目標値をクリアし、中空粒体１１を２３．２％配合した敷設ブロック（ブロックＤ）については、目標値をオーバーした。
ブロックＢブロックＣブロックＤ
質量減少率１．１７％１．７１％２．６８％

以上により、中空粒体１１の配合は、約８％〜２１％が好ましいことが実際に確認された。

（基層１へのカーボンの配合について）
表層２へのカーボン（混和材２１）の配合について調べるために、カーボンを配合していない敷設ブロックと、セメントに対して重量比１％のカーボンを配合した敷設ブロック３と、３％のカーボンを配合した敷設ブロック３と、５％のカーボンを配合した敷設ブロック３とを各種用意して熱伝導率を測定した。熱伝導率の測定には、京都電子工業社製の迅速熱伝導率計ＱＴＭ−５００およびＰＤ−１１のプローブを使用した。

その結果をまとめたものが図５である。これによると、カーボンを３％配合した敷設ブロック３が最も熱伝導率が高くなった。そして、カーボンを３％配合した敷設ブロック３の熱伝導率を１００％とすると、カーボンを配合していない敷設ブロックの熱伝導率は７１．３％、カーボンを１％配合した敷設ブロック３の熱伝導率は８４．５％、カーボンを５％配合した敷設ブロック３の熱伝導率は９３．９％になった。

更に、密粒度アスファルトと、カーボンが０％の敷設ブロックと、カーボンを３％配合した敷設ブロック３とを用いて、屋外温度測定試験を行った。その結果を示すデータが図６である。これによると、密粒度アスファルトの温度が６０℃を越える領域で、カーボンを３％配合した敷設ブロック３は、カーボンが０％の敷設ブロックと比べて０．９℃〜１．１℃、表面温度が低くなることが、実際に確認された。

そして、カーボンを配合しないものと比べて表面温度が−１℃以上になるカーボンの配合を検討したところ、カーボンを３％配合した敷設ブロック３の９０％の熱伝導率となることが必要であると考えられ、図５の結果に基いて、カーボンは基層１を構成するセメント（約１０％〜４０％）に対し１．５％〜６．０％程度、好ましくは３％程度配合するのが最適であるという結果が得られた。

（基層１における材料の充填率について）
基層１における材料の充填率について調べるために、骨材が７６．７％、セメントが１７．３％、水が６．０％の材料を用意した。そして、上記材料を用いて、充填率の異なる敷設ブロックを製造した。この際、セメントに対して重量比３％のカーボンを配合した。

この敷設ブロックの場合、仮に絶乾密度（絶対的な乾燥状態での密度）が高い方の充填率を１００％とすると、充填率が９６％のときに、絶乾密度が１．８５ｇ／ｃｍ3で、熱伝導率が１．９４Ｗ／ｍ・Ｋとなり、充填率が１００％のときに、絶乾密度が１．９２ｇ／ｃｍ3で、熱伝導率が２．０２Ｗ／ｍ・Ｋとなった。即ち、図７に示すように、密度を高くすると、熱伝導率もそれに比例して高くなる傾向にあることが確認された。よって、基層１を、表層２より少なくとも２０％程度以上密度を高くすることで、熱伝導率が２０％程度以上高くなるようにできることが確認された。
充填率絶乾密度熱伝導率
９６％１．８５g/cm3 １．９４W/mK
１００％１．９２g/cm3 ２．０２W/mK

（表層２への中空粒体１１の配合および基層１の高熱伝導化について）
表層２への中空粒体１１の配合と、基層１の高熱伝導化との両方を備えた場合の効果について調べるために、表層２に無機中空バルーン材などの中空粒体１１を配合すると共に、基層１に熱伝導率を高める手段として土状黒鉛を配合した敷設ブロック３を設けた。

この敷設ブロック３における表層２の配合は、例えば、主骨材を６０．５％、無機中空バルーン材などの中空粒体１１を９．３％、セメント（白色セメント）を２３％、水を７．２％などとした）。その他に少量の混和材なども配合した。主骨材には、日射反射率が３５％以上の骨材４を使用した。また、表層２の表面に対して洗出し加工などの露出処理を施した。

また、この敷設ブロック３における基層１の配合は、骨材を約７７．５％、セメント（普通セメント）を１７．４％、水を７．２％などとした。その他に少量の混和材なども配合した。混和材の中には、熱伝導率を高めるためにセメントの重量に対して３％の土状黒鉛を配合した。

比較例として、密粒度アスファルト、および、基層１と表層２を有して、表層２に日射反射率が３５％以上の骨材４を含有すると共に、表層２の表面に露出処理を施した既存の白色の敷設ブロックを用意した。

（試験方法）日中の最高気温が３５．７℃の日に、上記密粒度アスファルト、比較例、実施例の敷設ブロック３を日射条件が等しくなるように屋外に並べて設置し、それぞれについて表面温度の変化を測定した（図８参照）。なお、透水アスファルトについても同時に表面温度を測定した。

（実験結果）

密粒度アスファルトの表面温度が６５．０℃になった時に、透水アスファルトの表面温度が６４．３℃になり、比較例の既存の敷設ブロックの表面温度が４４．８℃になった。これにより、既存の敷設ブロックは、密粒度アスファルトよりも２０．２℃低くなり、透水アスファルトよりも１９．５℃低くなることが確認された。

これに対し、実施例の敷設ブロック３の表面温度は４０．６℃となった。よって、実施例の敷設ブロック３は、比較例の既存の敷設ブロックよりも４℃〜５℃近く低くなっており、既存の敷設ブロックよりも更に高い温度低減効果が得られることが実際に確認された。
表面温度
密粒度アスファルト 65.0℃
透水アスファルト 64.3℃
比較例 44.8℃
実施例 40.6℃

この際、比較例の既存の敷設ブロックは、絶乾密度が２．１０ｇ／ｃｍ3であり、基層１の熱伝導率が１．０７Ｗ／ｍ・Ｋ、表層２の熱伝導率が１．１９Ｗ／ｍ・Ｋで、表層２に対する基層１の熱伝導率の比が、基層１／表層２＝０．９であった。

これに対し、実施例の敷設ブロック３は、絶乾密度が２．１４ｇ／ｃｍ3であり、基層１の熱伝導率が１．７３Ｗ／ｍ・Ｋ、表層２の熱伝導率が１．０９Ｗ／ｍ・Ｋで、表層２に対する基層１の熱伝導率の比が、基層１／表層２＝１．５９であった。なお、以上の熱伝導率の測定には、京都電子工業社製の迅速熱伝導率計ＱＴＭ−５００およびＰＤ−１３のプローブを使用した。
気乾密度熱伝導率（基層／表層）基／表熱伝導率比
比較例 2.10 g/cm3 基層1.07 W/mK 表層1.19 W/mK 0.9
実施例 2.14 g/cm3 基層1.73 W/mK 表層1.09 W/mK 1.59

そして、上記した絶乾密度や熱伝導率の値によると、比較例の既存の敷設ブロックは、基層１の熱伝導率が表層２の熱伝導率よりも低いため表層２の熱を奪って地中へ逃す作用が起き難い状態になっているのに対し、実施例の敷設ブロック３は、基層１の熱伝導率が表層２の熱伝導率よりも高いため表層２の熱を奪って地中へ逃す作用が起こり易い状態になっていると考えられ、上記した実験結果とも一致した。

１基層
２表層
３敷設ブロック
４骨材
１１中空粒体（無機中空バルーン材）
２１混和材（黒鉛などのカーボン）

Claims

骨材に断熱性を有する中空粒体が分散されて接合材で固められた表層と、骨材を接合材で固めて、密度を前記表層の密度よりも高くした基層と、で二層に成型され、
前記中空粒体は、無機中空バルーン材であることを特徴とする敷設ブロック。
請求項１に記載の敷設ブロックにおいて、
前記基層に黒鉛を配合することで前記基層の熱伝導率を前記表層の熱伝導率より高くしたことを特徴とする敷設ブロック。