JP2010100513A - 保水用セラミックス、その製造方法及び保水構造体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】焼結された多孔質セラミックスよりなる保水用セラミックスにおいて、該保水用セラミックスの全体積の53〜70%が孔径1〜100μmの気孔よりなる保水用セラミックス。窯業系原料、アルミナセメント及び粉末状吸水性ポリマーを乾式混合し、次いで水を添加して混合し、次いで成形、乾燥及び焼成する工程を有する該保水用セラミックスの製造方法。この保水用セラミックスが建造物又は地表に敷き詰められてなる保水構造体。
【選択図】図1
Description
SiO2:55〜70wt%
Al2O3:15〜25wt%
Na2O及びK2Oの合計:1〜10wt%
であることを特徴とするものである。
窯業系原料:80〜95wt%
アルミナセメント:5〜15wt%
吸水性ポリマー:1〜5wt%
炭酸リチウム:1〜5wt%
であることを特徴とするものである。
本発明の保水用セラミックスは、その保水用セラミックスの全体積の53〜70%好ましくは55〜68%が、孔径1〜100μm、好ましくは15〜40μmの微細気孔よりなる。上述の通り、このように微細な気孔を多量に含むことにより、保水用セラミックスの保水性及び水の蒸発性が良好となる。
特に、本発明の保水用セラミックスは、その保水用セラミックスの全体積の10〜70%、特には15〜50%が孔径15〜40μmの微細気孔よりなることが好ましい。
SiO2:50〜80wt%とりわけ55〜70wt%
Al2O3:10〜30wt%とりわけ15〜25wt%
Na2O及びK2Oの合計:1〜10wt%とりわけ3〜7wt%
であることが好ましい。
次に本発明の保水用セラミックスの好適な製造方法について説明する。
窯業系原料:75〜95wt%、特に80〜95wt%
アルミナセメント:3〜15wt%、特に5〜15wt%
吸水性ポリマー:0.5〜10wt%、特に1〜5wt%
炭酸リチウム:10wt%以下、特に1〜10wt%、とりわけ1〜5wt%
である。
本発明の保水用セラミックスは、気孔径及びその割合が厳密に制御された多孔質セラミックスであり、雨水を吸水することにより治水し、また、吸水した水を日射によって蒸散させる性能を有する。
従って、本発明の保水用セラミックスを、ビル屋上や個人住宅又は公共施設の通路、広場、庭等に敷設することにより、以下のA,Bのような環境対策を図ることができる。
A−1.ビルの省エネ・CO2削減:
本発明の保水用セラミックスをビル屋上に敷設することにより、保水用セラミックスによる雨水の治水・蒸散で、屋上スラブ温度を下げ、階下の空調の使用電力量を減らすことができる。
また、屋上に設置された空調室外機の周辺温度を下げ、全階の空調の運転効率を向上させ、使用電力量を減らすこともできる。特に、屋上階の夏場の空調の使用電力量を大きく低減することができる。
この結果、CO2の排出量の削減も可能となる。
本発明の保水用セラミックスは、芝生等の植物と同様の保水、冷却性能を有すると共に、高耐久・長寿命かつ自然降雨を利用する維持管理不要な材料であるため、屋上緑化代替の有力候補となる。
現状の屋上緑化は維持に手間が掛かり、管理費も高いが、本発明の保水用セラミックスによれば、この問題を解決できる。
本発明の保水用セラミックスは、熱伝導率が0.2W/m・K程度の低熱伝導性で断熱性が高いので、これをビル屋上に敷設することにより、屋上スラブ温度を一定に保つことができる。また、紫外線も防ぐことができる。
現状では10年程度で防水層の補修が必要とされるが、本発明の保水用セラミックスを適用することにより、このメンテナンス頻度を低減できる。
B−1.ヒートアイランド対策:
本発明の保水用セラミックスは、ビル屋上を占有する各種機器(室外機・熱源など)の下にも敷設できるので、本発明の保水用セラミックスを各所に敷設することにより、都市の蒸散面積を増やし、街区全体の温度をより一層低減することができる。
また、本発明の保水用セラミックスは、芝生と比較して高い蒸散能力があるので、芝生に比べて単位面積当たりの温度低減効果も高い。
本発明の保水用セラミックスは、芝生と比較して高い治水能力があるので、ビル屋上に可能な限り敷設すれば、ゲリラ豪雨のピークカットが期待できる。
本発明の保水用セラミックスは、従来、廃棄物とされていた長石キラを主原料(例えば原料の90%)として製造することができる。
長石キラはタイル原料の長石を採掘する時の副産物であり、従来は廃棄物とされていたが、本発明によれば、長石キラの有効利用が図れる。
第4図(a)に示すように、底部及び4側面が断熱材11で構成された箱型容器内にコンクリートスラブ12を敷設し、その上に、本発明の保水用セラミックス(例えば、後掲の実施例2と同様にして製造された保水用セラミックス)13を厚さ10cmに敷設し、試験体1とした。保水用セラミックスの敷設面積は1m2である。なお、底部断熱材11とコンクリートスラブ12との間には、温度センサ14を設けた。
別に、この保水用セラミックスの代りに芝生を植えたものを試験体2とし、保水用セラミックスを敷設しなかったものを試験体3とした。
なお、第4図(b)のグラフ中、吸水期間は、降雨のあった期間であり、それ以外は、曇ないし晴天であった。
この結果から、本発明の保水用セラミックスによる雨水の治水・蒸散で、屋上スラブ温度を下げ、階下の空調の使用電力量を減らすことができることが分かる。
なお、本発明の保水用セラミックス、コンクリートスラブ及び土の一般的な熱伝導率は以下に示す通りである。
本発明の保水用セラミックス:0.20W/m・K
コンクリートスラブ :0.15W/m・K
土 :0.63W/m・K
別に、保水用セラミックスを敷設しなかったものを試験体5とした。この試験体5ではコンクリートスラブ12の上方1cmの位置に温度センサ14を設けた。
これらの試験体4,5を並べて置き、1日24時間の温度センサ14の測定温度の変化を調べ、結果を第6図(b)に示した。
この結果から、本発明の保水用セラミックスを敷設することにより、屋上に設置された空調室外機の周辺温度を下げ、全階の空調の運転効率を向上させ、使用電力量を減らすことができることが分かる。
本発明の保水用セラミックスをビル屋上に敷設した場合(ケース1)と、これを敷設していない従来仕様(ケース2)と、芝生や低木を植えた屋上緑化の場合(ケース3)とで、単位面積当たりの初期費用(敷設ないし植栽費用)と20年間の維持(メンテナンス)費用を試算し、その比較結果を第7図に示した。
第7図に示されるように、本発明の保水用セラミックスは初期費用のみでその後の維持管理は殆ど不要である。一方、保水用セラミックスを敷設しない従来仕様のケース2では、防水層の補修等の維持費がかかり、結果として、本発明品と同等である。
屋上緑化のケース3では、初期費用に加えて、剪定、刈込み、芝刈り、施肥、除草、病害虫防除、灌漑装置の点検、その他の総合点検等の維持費用がかさみ、第7図に示す費用以外にも灌漑設備による散水のための運転に必要な電気代及び水道代がかかる。
東京都23区内のビル屋上全てに本発明の保水用セラミックスを敷設すると、治水・蒸散に機能する都市の蒸散面積を10%増加させることができる。
本発明の保水用セラミックスと芝生について、10月2日〜10月16日の15日間にわたる期間の単位体積当たりの蒸散量と吸水量の累計を比較した第8図より明らかなように、本発明の保水用セラミックスは芝生よりも2倍以上の吸水・蒸散量を有する。
ビル屋上に本発明の保水用セラミックスを10cmの厚さで50km2の面積に敷設すると180万m3もの治水ができ、東京都23区で3mm/hrのゲリラ豪雨のピークカットを図ることができる。
本発明の保水用セラミックスは、例えば、従来廃棄物とされていた長石キラ90重量%と、その他の材料10重量%で製造することができる。単位面積当たりの本発明の保水用セラミックスの重量を40kg/m2とすると、5000m2の敷設に必要となる長石キラの量は、
5000(m2)×40(kg/m2)×0.9÷1000=180ton
となる。
即ち、本発明の保水用セラミックスを敷設面積として1日に5000m2生産すると、必要な廃棄物(長石キラ)原料は、180ton/日であり、廃棄物の有効利用効果は極めて大きい。
8号珪砂:勝野窯業製
長石キラ:愛知県瀬戸産 長石
吸水性ポリマー:三洋化成株式会社製
(篩によって粒径20μmアンダー(吸水性ポリマーA)、粒径
20〜50μm(吸水性ポリマーB)、粒径50〜100μm
(吸水性ポリマーC)に分級した。)
アルミナセメント:ラファージュ株式会社製
炭酸リチウム:試薬特級
CuO:試薬特級
水以外の原料を表1の割合で秤量し、ミキサ(ホソカワミクロン製ナウタミキサ)で乾式にて攪拌混合した。次いで、水を表1の割合でこの混合粉末に添加し、混練した。これを直径70mm、最大厚さ15mmの略円盤形状に成形し、80℃にて24時間乾燥した。これをローラーハースキルン(最高焼成温度は表1に示す通り。炉通過時間は60分)にて焼成し、保水用セラミックスを製造した。
表1の通り、実施例1〜5の保水用セラミックスは、蒸発性能及び蒸発効果持続日数に優れ、耐凍結融解性能、吸水性も良好である。
比較例2は、気孔の孔径が過度に小さいため、凍結融解性能、吸水性に劣る。
比較例3は、気孔率が80%と過度に大きいため、強度及び凍結融解性能、吸水性に劣る。
比較例4,5は、保水量が低いため、蒸発効果持続日数が短く、吸水性も悪い。
2 囲枠
3 発泡スチロール板
4 コンクリート板
5 保水用セラミックス
11 断熱材
12 コンクリートスラブ
13,31,32,33,34,35 保水用セラミックス
14 温度センサ
Claims (8)
- 焼結された多孔質セラミックスよりなる保水用セラミックスにおいて、
該保水用セラミックスの全体積の53〜70%が孔径1〜100μmの気孔よりなることを特徴とする保水用セラミックス。 - 請求項1において、孔径10〜50μmの気孔が1〜100μmの気孔の体積の60%以上を占めることを特徴とする保水用セラミックス。
- 請求項1又は2において、1〜200cm3の大きさであることを特徴とする保水用セラミックス。
- 請求項1ないし3のいずれか1項において、セラミックスの組成が
SiO2:55〜70wt%
Al2O3:15〜25wt%
Na2O及びK2Oの合計:1〜10wt%
であることを特徴とする保水用セラミックス。 - 請求項1ないし4のいずれか1項に記載の保水用セラミックスを製造する方法であって、
窯業系原料、アルミナセメント及び粉末状吸水性ポリマーを乾式混合し、
次いで水を添加して混合し、
次いで成形、乾燥及び焼成する
工程を有することを特徴とする保水用セラミックスの製造方法。 - 請求項5において、乾式混合時に炭酸リチウムを混合することを特徴とする保水用セラミックスの製造方法。
- 請求項6において、配合割合が
窯業系原料:80〜95wt%
アルミナセメント:5〜15wt%
吸水性ポリマー:1〜5wt%
炭酸リチウム:1〜5wt%
であることを特徴とする保水用セラミックスの製造方法。 - 請求項1ないし4のいずれか1項に記載の保水用セラミックスが建造物又は地表に厚さ2〜20cmに敷き詰められてなる保水構造体。
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