JP2004299965A - 保水性ポーラスコンクリート成形体及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】保水性ポーラスコンクリート成形体はポーラスコンクリートの骨材として木質材料・セメント硬化体の破砕物が含有されるように構成し、その製造方法はセメント100重量部に対して、木質材料・セメント硬化体の破砕物を30〜200重量部混合し、さらに骨材及び/又は混和材を0〜200重量部、水を10〜30重量部の配合量で混合し、練り混ぜ、所定の型枠に打ち込み、即時脱型して成形した後、養生するように構成する。
【選択図】 なし
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築外構や広場公園、駐車場や歩道等に適用されるコンクリートブロック等のコンクリート成形体であって、透水性と保水性とを同時に兼ね備えたポーラスコンクリート成形体及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年都市化が進むにしたがって、コンクリート構造物やアスファルト舗装により地表面が覆われた市街地では、市街地近郊との温度差による都市型集中豪雨やヒートアイランド現象が顕著になってきており、その対策が急務となっている。現在、これらの現象に対する対策として、市街地の緑化や地表面の透水性改善の検討が行われているが、ヒートアイランド現象と路面上の排水不良とを合わせて解消するためには、透水性と保水性を有するのみではなく、歩道や車道にも適用できる強度を持ったコンクリート硬化体を使用しなければならない。
【0003】
地表面の透水性改善策の1つに、ポーラスコンクリートを市街地に敷設する方法が検討されている。この透水性を有するポーラスコンクリートとして、従来から、即時脱型成形用ポーラスコンクリートが製造されている。この製造方法は、セメント系粉体、粗骨材、減水剤や吸水性樹脂等と水とを空隙を有する状態に混練して即時脱型成形する方法がとられている。これらのポーラスコンクリートは連続した空隙を有するため、ポーラスコンクリートに吸収された雨水は直ちに浸透し、外部に排水される。
【0004】
しかし、粗骨材の間隙の一部を充填しているセメントスラリー硬化体は密実であるため、ポーラスコンクリートに雨水を保有する能力(保水性)はほとんど無いのが実情である。すなわち、従来のポーラスコンクリートでは市街地における路面上の排水不良又は集中豪雨による河川の氾濫等については有効であるが、ポーラスコンクリートの内部に保有できる水分が少なく、水分が蒸発する際の気化熱が僅かであるため、周辺を冷却する効果は期待することができない。
このため、従来の透水性を有するポーラスコンクリートでは市街地のヒートアイランド現象を抑制するには充分でなかった。
【0005】
また、コンクリートの透水性あるいは保水性に関しては、コンクリート屑やガラス屑のリサイクル廃材を利用した透保水率制御材料が特許文献1に提案されている。微細連続空隙を有する軽量骨材を内部に混入することによって保水性を持たせたコンクリート硬化体が特許文献2に提案されている。この他に、植栽用の保水性ポーラスコンクリートとして、骨材に火山礫や焼成フライアッシュ等の多孔質物質を利用したものが特許文献3に、植物繊維を配合したものが特許文献4に提案されている。
【0006】
【特許文献1】
特開平10−59756号公報(特許請求の範囲、第2〜3頁)
【特許文献2】
特開2001−158676号公報(特許請求の範囲、第2〜3頁)
【特許文献3】
特開平10−136773号公報(発明の実施の形態、第2頁)
【特許文献4】
特開2002−173353号公報(特許請求の範囲、第2〜3頁)
【0007】
〔従来技術の問題点〕
しかしながら、これらの特許文献1〜4に記載されたコンクリートでは、保水性が比較的高めになり、植栽、あるいは動植物育成性に寄与できる保水性を維持できるが、透水性が乏しくなり、両者相並び立たない状態であり、保水性と透水性とを程良く有するコンクリートを実現するには至らない。
【0008】
また、木質材料が用いられるコンクリートでは、用いられている木質系繊維やパルプ系繊維等の繊維から抽出される有害成分により、セメントの凝結遅延や硬化不良を生じ、コンクリート強度を著しく低下する恐れがある。例えば、繊維成分であるタンニン、フミン酸等が、水和過程中にペーストのPH上昇に伴い外部へ溶出し易くなり、セメントから遊離したCa+2等と結合して塩を生成し、生成された塩がセメント粒子を覆ってセメントの生成が抑制される。このため、特許文献4では、使用できる繊維を限定し、入手が容易でありかつ安価である木質系繊維より種子毛繊維である「綿」を好ましいものとして挙げており、これにより必要な保水性と強度とが具備された。しかし、この場合でも透水性がなく、ヒートアイランド現象の抑制機能を有しているものとはなっていない。
【0009】
コンクリートにパルプ系繊維(新聞紙、段ボール紙等)を添加した場合、パルプ系繊維を細分化した状態(乾燥した状態)では練り混ぜが不可能で、練り混ぜを可能とするためにはパルプ系繊維を水で溶いた状態にしなければならない(例えば、パルプ:水=1:20以上でなければ練り混ぜることが不可である)。パルプを水で溶いた状態でコンクリートに使用する場合には、コンクリートに必要な水をパルプが保水するため、十分なフレッシュ性状を確保することができなくなる。
【0010】
また、コンクリートに木質系繊維(木片や木毛等)やパルプ系繊維(新聞紙、段ボール紙等)を使用した場合には、繊維との付着力が弱いものではあるけれども、セメントペースト(水+セメント)が十分ある場合には全体として付着面積が大きくなり結合力が弱くなることはないが、透水性と保水性の両方を付加させようとする場合には、コンクリートをポーラス化しなければならず、セメントペーストを少量にしなければならないため、結合力低下の可能性が大きくなる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の技術における前記問題点に鑑みて成されたものであり、それを解決するため具体的に設定した課題は、透水性と保水性との両方を兼ね備えるとともに高い強度を有して、市街地のヒートアイランド現象を抑制できるコンクリート成形体にした保水性ポーラスコンクリート成形体及びその製造方法を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため鋭意研究の結果、本発明者等は透水性を有するコンクリート製品の原料として、従来の骨材に代わってセメントと木質材料とを含んだ硬化体(以下、木質材料・セメント硬化体という)を破砕した材料を使用することによって、保水性を高めるとともにコンクリート強度を維持できることを見出し、本発明を完成した。すなわち、本発明による保水性ポーラスコンクリート成形体は、木質材料・セメント硬化体の破砕物とからなるポーラスコンクリート成形体であり、ポーラスコンクリートの連続した粗大空間と木質材料内に含まれる微細な空隙とからなる保水性および木質材料自体の有する保水性を備えることにより、その組成物を成形硬化して得られる成形体が、透水性と保水性との両方を有するコンクリート成形体となる。これを具体的には以下のように構成する。
【0013】
請求項1に係る保水性ポーラスコンクリート成形体は、ポーラスコンクリートの骨材として木質材料・セメント硬化体の破砕物が含有されていることを特徴とするものである。
これにより、ポーラスコンクリートの連続した粗大空間と、木質材料・セメント硬化体を破砕した材料内に含まれる微細な空隙と、木質材料自体の有する保水性とが、透水性と保水性とを兼ね備えることに効果的に機能し、その組成物を成形硬化することによって得られるコンクリート成形体は、必要な強度を有すると共に効果的に透水性と保水性とを具備でき、ヒートアイランド現象の抑制に寄与できるコンクリート製品を提供することができるようになる。
【0014】
また、請求項2に係る保水性ポーラスコンクリート成形体は、前記木質材料・セメント硬化体が蒸気養生又はオートクレーブ養生により養生硬化されていることを特徴とする。
これにより、木質材料・セメント硬化体を骨材として利用しても、セメントの凝結遅延や硬化不良を引き起こすことなくすみやかに凝結硬化し、必要な強度を有するコンクリート成形体が生成され、しかも、骨材としての木質材料・セメント硬化体には、木質系外装材のリサイクル材が利用可能になる。
【0015】
また、請求項3に係る保水性ポーラスコンクリート成形体は、前記木質材料・セメント硬化体がパルプとセメントを主原料とするパルプ系外装材及び/又は木片・木繊維とセメントを主原料とする木質系外装材であることを特徴とする。
これにより、パルプ系外装材及び木質系外装材であっても有害成分の溶出を抑止して十分な強度を有するコンクリート成形体を生成することができるとともにリサイクル材の利用が可能になる。
【0016】
また、請求項4に係る保水性ポーラスコンクリート成形体は、成形体組成物の配合が、セメント100重量部に対して、前記破砕物を30〜200重量部、水を10〜30重量部としたことを特徴とする。
これにより、硬化前には適度な流動性と混合物としての練混硬さとを有するフレッシュコンクリートとなり、硬化後には適切な空隙を確保したポーラスコンクリートを実現することができるようになる。
【0017】
また、請求項5に係る保水性ポーラスコンクリート成形体の製造方法は、セメント100重量部に対して、木質材料・セメント硬化体の破砕物を30〜200重量部混合し、さらに骨材及び/又は混和材を0〜200重量部、水を10〜30重量部の配合量で混合し、練り混ぜ、所定の型枠に打ち込み、即時脱型して成形した後、養生することにより、コンクリート成形体に透水性と保水性とを具備させたことを特徴とするものである。
これにより、透水性・保水性及び必要な強度を有するコンクリート製品を製造することができるようになり、透水係数及び曲げ強度が規定されているインターロッキングブロックや歩道、車道用のブロックのみならず、エクステリア製品としても適用可能であり、これらを利用することによりヒートアイランド現象の抑制に寄与できるようになる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を具体的に説明する。
なお、実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるため具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、発明内容を限定するものではない。
【0019】
〔構成〕
この実施の形態における保水性ポーラスコンクリート成形体は、ポーラスコンクリートの骨材にセメントと木質系材料とを含んだ外装材(以下、木質系外装材という)等に代表される木質材料・セメント硬化体を破砕した破砕物が含有されているものである。これにより、ポーラスコンクリートの連続した粗大空間と、木質材料・セメント硬化体を破砕して得た材料内に含まれる微細な空隙及び木質材料自体の持つ毛細管(繊維)を通路として、容易に水の出入りがコンクリート内部にまで起こることによる保水性が向上することにより、その組成物を成形硬化して得られた成形体が透水性と保水性とを兼ね備えることになり、木質材料・セメント硬化体自体の強度が高いため成形体も必要な強度を維持することができ、都市のヒートアイランド現象の緩和に寄与できるとともに木質系外装材等の廃材を(リサイクル材として)再利用する道を開くことができるようになる。
【0020】
木質材料・セメント硬化体は、蒸気養生またはオートクレーブ養生で養生硬化されたものを使用する。これによって、木質材料・セメント系硬化体の養生過程において、凝結遅延や硬化不良を起こすことなく強度が確保された木質材料・セメント系硬化体が得られ、これを破砕した破砕物をポーラスコンクリートに混入することによってポーラスコンクリートの強度が高められる。
また、前記木質材料・セメント硬化体を、パルプとセメントを主原料とするパルプ系外装材及び/又は木片・木繊維とセメントを主原料とする木質系外装材とする。これにより、十分な透水性と高い保水性が得られるとともに廃材を利用することが可能になり、環境にも好ましいものとなる。
【0021】
この保水性ポーラスコンクリート成形体は、コンクリート配合組成物を流し込み法又は即時脱型方式により製造する。具体的には、セメント20〜50重量%と木質材料・セメント硬化体を破砕して得られる80〜50重量%とからなる組成物を、水とともに水セメント比を10〜25重量%の配合で練り混ぜてフレッシュ・コンクリート(まだ固まらないコンクリート)とする。このフレッシュ・コンクリートを所定の型枠に打ち込み、即時脱型して成形し、蒸気養生又はオートクレーブ養生により養生して硬化させる。
この製造方法により、1.0cm/sec以上の透水係数、0.1g/cm3以上の気乾吸水率、3.0N/mm2以上の曲げ強度を有する透水性及び保水性を有する保水性ポーラスコンクリート成形体が得られる。
【0022】
つぎに、用いられる原料について詳細に説明する。
セメントは、ポルトランドセメント、高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメント等、JISに規定されているものであれば特に限定されない。木質材料・セメント硬化体の代表例としての木質系外装材は、通常セメントと珪酸質原料とフライアッシュやスラグ粉等の無機質混和材と有機質繊維混合材(パルプ、木繊維、木チップ)及び必要に応じて混和剤を含んでなる組成物を成形し、養生硬化したものである。
【0023】
この木質系外装材の比重は1.0程度であり、内部に有機質繊維混合材以外の細孔である空隙を多く含んでいるものがより好ましい。
この木質系外装材をクラッシャーラン等の破砕機により破砕したものを用いる。破砕後の大きさは、平均粒径で5〜15mmの範囲が好ましく、最大粒径は30mm以下が好ましい。
【0024】
骨材は、必要に応じて添加されるものであるが、コンクリート製品の耐磨耗性と透水性を高める場合には好んで用いられる。
このうち粗骨材は平均粒径が2.5〜13mmである6号砕石又は7号砕石を用いることが好ましい。
【0025】
混和材は、高炉スラグ微粉末、石灰石粉、フライアッシュ、シリカフューム、石炭灰、溶融スラグ、ガラスカレット等が使用できる。高炉スラグ微粉末、石灰石粉、フライアッシュ、シリカフュームは、いわゆるポラゾン反応やマイクロフィラー効果を奏する混和材であり、混和材を含むセメントペーストが木質系外装材の破砕物又は骨材との付着強度、およびマトリックス自体の強度を改善する効果を有するものである。
【0026】
また、その他の混和剤として減水剤、または高縮合トリアジン誘導体またはポリカルボン酸系化合物を主成分とする高性能減水剤及び高性能AE減水剤の中から選ばれた少なくとも1種を含む減水剤が使用できる。減水剤の使用量はセメント系粉体100重量部に対して0.5〜2.5重量部とすることが好ましい。減水剤の添加量が多いと即時脱型法によりコンクリート製品を製造する際にマトリックスが柔らかくなりすぎ、脱型後の成形体の変形に対する抵抗性を確保できない虞がある。
【0027】
つぎに、材料の配合について詳細を説明する。
木質材料・セメント硬化体の代表例としての木質系外装材の配合量は、セメント系粉体100重量部に対して、木質系外装材の破砕物と骨材と混和材とを合わせた重量で100〜300重量部であることが好ましい。この範囲よりも混合量が多いとコンクリート製品の曲げ強度が低下し、耐久性(表面の耐磨耗性)が低下する虞があり、この範囲よりも混合量が少ないと、必要とされる空隙率が低下し、透水性と保水性に劣るコンクリート成形体となる。
【0028】
骨材の配合量は、木質系外装材の破砕物と骨材と混和材との合計100重量部に対して、0〜60重量部であることが好ましく。この範囲よりも混合量が多く、しかも木質系外装材の破砕物の配合量が少ないとコンクリート成形体の保水性が低下する虞がある。また、骨材量に対してセメントと木質系外装材の破砕物と水とで構成される組成物が相対的に少なくなるため、砕石へのセメントペーストの付着が悪くなり、硬化後の成形体の曲げ強度が低下する虞がある。
【0029】
混和材の添加量は、セメントと混和材の合計100重量部に対して、0〜40重量部が好ましい。混合量が40重量部以上になると、曲げ強度を得るために、セメントと混和材とを合わせた粉体量が多くなり、その結果、透水性が低下し易くなる。
【0030】
コンクリート配合組成物の水/セメント比は、10〜25重量%が好ましい範囲であるが、10重量%以下では、混合物の性状が硬くなるため、ミキサー練り混ぜ時に均一になりにくい。また25重量%以上では、セメントペーストの流動性が増加し、ポーラスコンクリートとしての適切な空隙を確保できなくなる虞がある。
【0031】
つぎに、コンクリート成形体の製造方法については、流し込み法、即時脱型法が適用できる。このうち以下では即時脱型法について説明する。
セメント系粉体と、木質系外装材の破砕物と、必要に応じて粗骨材、混和材を混合し、この混合物に水を添加して更に混合する。この場合、水セメント比は10〜30とするのが好ましいが、減水剤や混和剤の添加量によって適宜変更する。
この混練物を型枠に投入し、即時脱型成形する。成形の条件は、プレス圧0.01〜0.1N/mm2、振動数2000〜12000vpm、振幅0.2〜2.0mmの条件で2〜10秒間程度行うのが好ましい。得られた成形体は常法に従って養生後、仕上げて製品とする。
【0032】
【実施例】
以下、実施例を具体的に説明する。
下記の実施例及び比較例に用いた原材料は以下のとおりである。
<セメント>
普通ポルトランドセメント(住友大阪セメント(株)製)
<木質系外装材の破砕物>
パルプ系外装材:不燃材料 スラグセメントパーライト板(パルプ等の有機繊維を含む)〔商品名:モエンサイデイングM(ニチハ(株)製)〕
木質系外装材:準不燃材料 木繊維混入セメント珪酸カルシウム板〔商品名:モエンエクセラード(ニチハ(株)製)〕
<粗骨材>
6号砕石:6号砕石(粒径5〜13mm)
7号砕石:7号砕石(粒径2.5〜5mm)
<混和材>
溶融スラグ:粗粒率(FM) 3.28
高炉スラグ:比表面積 4090cm2/g
フライアッシュ:比表面積 3900cm2/g
砕砂:粗粒率(FM) 3.06
<混和剤>
減水剤:高性能AE減水剤
そして、パルプ系外装材と木質系外装材との2種の外装材をクラッシャーラン粉砕機を利用して下記表1に示した粒径に粉砕したものを使用した。
【0033】
【表1】
【0034】
〔透水性、保水性、曲げ強度等の各確認試験〕
各実施例及び比較例について表2に配合を示す。
【0035】
【表2】
【0036】
この配合(示方配合)でセメント及び木質系外装材の破砕物をパン形強制攪拌式ミキサーに投入して空練りした後、混練水を投入し本練りした混練物を型枠に詰め、即時脱型成形した。即時脱型成形機での成形条件は、プレス圧力0.025N/mm2、振動数3140vpm、振幅1.4mm、加圧時間 5秒であった。得られた成形体を気中養生し、材齢28日において下記試験を行った。
【0037】
気乾密度:測定する成形体の質量及び容積を測定して質量を容積で除した値
透水係数:(社)インターロッキングブロック舗装技術協会の透水試験
気乾吸水率:測定する成形体の質量を測定した後、水中に24時間浸漬し、浸漬後の質量と浸漬前の質量の差を成形体容積で除した値(%で表示)
曲げ強度:(社)インターロッキングブロック舗装技術協会の曲げ強度試験(スパン160mm、中央一点載荷方法)
この結果を表3に示す。
【0038】
【表3】
【0039】
以上の製造方法で得られた透水・保水性コンクリートブロックは、(社)インターロッキングブロック舗装技術協会のインターロッキングブロックの品質規格、透水性ブロックの品質規格をいずれも上回っており、しかも気乾吸水率は比較例1に示す従来のポーラスコンクリートに対して2〜3倍の値を示す。
【0040】
〔凍結融解試験〕
実施例15に示すコンクリートブロックと比較例1の透水性コンクリートブロックの凍結融解試験を下記要領により実施した。
<試験方法>
JIS A 1148:コンクリートの凍結融解試験方法(B法)
この試験結果を表4に示す。
【0041】
【表4】
【0042】
〔表面温度測定〕
実施例15(検討品)のコンクリートブロックと比較例1(比較品)に示す通常の透水性コンクリートブロックを路面上に並べ、それぞれの温度を測定した。測定位置は、ブロック表面より1cmの位置とした。この結果を図1に示す。
図1では、×印で、前日が雨天であった8月の晴天日の外気温を示す。
この図1から明らかなように、検討品は比較品に比べ、表面温度が常時低く、比較品に比べ最大で 5℃低いことが判る。これにより、検討品のコンクリートブロック内に雨水が保水され、比較品よりも温度上昇が抑制されることが証明された。
【0043】
〔実施例の作用効果〕
これらの結果より、従来のインターロッキングブロックと同等の強度特性と透水性とを有し、しかも2〜3倍の保水性能を兼ね備えた、新規なコンクリート成形体を構成することができた。
このようなコンクリート成形体としてインターロッキングブロックを製造し、歩道部分等に敷設することにより、降雨時には従来の透水性インターロッキングブロックと同等の優れた排水機能を発揮するとともに、水分の吸収・蒸発散による高温化防止等の今までできなかった多様な機能を発揮することができる。
【0044】
【発明の効果】
以上のように本発明における請求項1に係る保水性ポーラスコンクリート成形体では、ポーラスコンクリートの連続した粗大空間と、木質材料・セメント硬化体を破砕した材料内に含まれる微細な空隙と木質材料自体の有する保水性とが透水性と保水性とを兼ね備えることに効果的に機能し、その組成物を成形硬化することによって得られるコンクリート成形体は、必要な強度を有すると共に効果的に透水性と保水性とを具備でき、ヒートアイランド現象の抑制に寄与できるコンクリート製品を実現することができる。
【0045】
また、請求項2に係る保水性ポーラスコンクリート成形体では、木質材料・セメント硬化体を骨材として利用しても、セメントの凝結遅延や硬化不良を引き起こすことなくすみやかに凝結硬化し、必要な強度を有するコンクリート成形体が生成でき、しかも、骨材としての木質材料・セメント硬化体には、木質系外装材のリサイクル材が利用可能になり、木質資源が有効に利用できる。
【0046】
また、請求項3に係る保水性ポーラスコンクリート成形体では、パルプ系外装材及び木質系外装材であっても有害成分の溶出を抑止して十分な強度を有するコンクリート成形体を生成することができるとともにリサイクル材を利用することができる。
【0047】
また、請求項4に係る保水性ポーラスコンクリート成形体では、硬化前には適度な流動性と混合物としての練混硬さとを有するフレッシュコンクリートとなり、硬化後には適切な空隙を確保したポーラスコンクリートを実現することができる。
【0048】
また、請求項5に係る保水性ポーラスコンクリート成形体の製造方法では、透水性・保水性及び必要な強度を有するコンクリート製品を製造することができ、透水係数及び曲げ強度が規定されている歩道、車道用のブロックのみならず、エクステリア製品にも適用することができ、これらを利用することによりヒートアイランド現象の抑制に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の保水性ポーラスコンクリート成形体の実施例と比較例との表面温度の測定結果を示すグラフである。
Claims (5)
- ポーラスコンクリートの骨材として木質材料・セメント硬化体の破砕物が含有されていることを特徴とする保水性ポーラスコンクリート成形体。
- 前記木質材料・セメント硬化体が蒸気養生又はオートクレーブ養生により養生硬化されていることを特徴とする請求項1記載の保水性ポーラスコンクリート成形体。
- 前記木質材料・セメント硬化体がパルプとセメントを主原料とするパルプ系外装材及び/又は木片・木繊維とセメントを主原料とする木質系外装材であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の保水性ポーラスコンクリート成形体。
- 成形体組成物の配合が、セメント100重量部に対して、前記破砕物を30〜200重量部、水を10〜30重量部としたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の保水性ポーラスコンクリート成形体。
- セメント100重量部に対して、木質材料・セメント硬化体の破砕物を30〜200重量部混合し、さらに骨材及び/又は混和材を0〜200重量部、水を10〜30重量部の配合量で混合し、練り混ぜ、所定の型枠に打ち込み、即時脱型して成形した後、養生することにより、コンクリート成形体に透水性と保水性とを具備させたことを特徴とする保水性ポーラスコンクリート成形体の製造方法。
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