JP5004013B2 - 保水性ブロックとその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は保水性と揚水性能を有し、かつ透水性に優れた保水性コンクリートブロックに関する。より詳しくは、本発明は、歩道、駐車場、広場などの舗装用ブロックとして好適な保水性ブロックであって、都市部のヒートアイランド現象を抑制することができる保水性ブロックとその製造方法に関する。

近年、都市部において、気温が周辺地域より高くなるヒートアイランド現象が問題となっており、その原因として、地表面被覆の人工化（舗装面や建築物の増大による熱の吸収蓄熱の増大など）、人工排熱の増加（自動車や建物の排熱、工場など事業活動による排熱など）、都市形態の変化（弱風化、緑地や水面の減少など）などが指摘されている。

都市部における地表の人工被覆の例としては、歩道や広場などの舗装に、コンクリート平板やインターロッキングブロックなどの舗装用ブロックが広く使用されている。この舗装用ブロックのうち、一般的なものは雨水を下方に浸透させない構造となっている。これに対して、内部に比較的大きな連続空隙を設けて雨水を浸透させ、水溜りを防止し、また水はねを抑制して歩行しやすくした舗装用ブロックもある。

ところで、路面の温度上昇を抑制するには、日射時に表面の水分が蒸発し、そのときに気化熱を路面から奪うことが効果的であると考えられている。夏場の打ち水もこの現象を利用したものである。しかし、従来の舗装用ブロックは、内部に水を貯める機能や下側から水を吸上げる（揚水機能）が極めて小さく、水分が蒸発するときの気化熱が僅かであるため、路面温度の上昇を抑える効果は小さく、ヒートアイランド現象の抑制には不向きである。

このような一般的な舗装用ブロックの他に、保水性を高めた舗装用ブロックとして保水性セラミックスブロックが知られている。例えば、加熱膨張性の珪酸塩質原料と加熱収縮性の珪酸塩質原料を焼成した多孔質焼結体が提案されている（特許文献１）。また、製品の製造の際に廃棄物を利用し、焼成した保水性セラミックスブロックなどの製品も公開されている（非特許文献１）。

これらのブロックは、高い保水率を有するので、路面温度を低減する効果が良いものの、透水性に劣り、雨天時に路面の水はけが悪く、透水性が基準を満足しないと云う問題がある。また、焼成して製造するために焼成設備を必要とし、製造が限られる。さらに、製造コストが通常の舗装用ブロックに比べて約３倍程度と高い。

一方、透水性を高めたブロックとして、内部に微細な連続空隙を有する軽量骨材を使用した保水性コンクリート硬化体（特許文献２）や、また骨材に陶器瓦の破砕屑や高炉水砕スラグを用いた舗装用ブロックが知られている（特許文献３）。しかし、これらの硬化体ないしブロックは保水率や吸水性が小さいので、路面温度を十分に低減する効果が得られず、またブロック製造時の骨材の管理が煩雑になる等の問題がある。
特開平８−３１９１７９号公報 ＮＥＴＩＳ新技術概要説明情報、登録No.KT-040094 特開２００１−１５８６７６号公報 特開２００４−１９７３１０号公報

本発明は、従来の舗装用コンクリートブロックにおける上記問題を解決したものであり、優れた透水性と保水性とを兼ね備えると共に高い揚水性能を有する保水性ブロックとその製造方法を提供する。なお、本発明においてはモルタルを含めてコンクリートと云う場合がある。

本発明によれば以下の構成によって上記問題を解決した保水性ブロックが提供される。
〔１〕基層部と表層部が一体成形されたコンクリートブロックであって、基層部は保水材を含み、表層部は保水材を含むか含まず、基層部の保水量０.１５〜０.３g/cm³、吸上げ高さ７０〜１００％、透水係数０.０１〜０.１cm/sec、および表層部の保水量０.０５〜０.２５g/cm³、吸上げ高さ６０〜９０％、透水係数０.０５〜０.３cm/secであり、表層部の吸上げ高さが基層部より小さく形成されていることを特徴とする保水性ブロック。
〔２〕表層部の透水係数が基層部よりも大きく形成されている上記[１]に記載する保水性ブロック。
〔３〕基層部の保水材含有量がセメント１００質量部に対して３７.５〜８７.５質量部であり、表層部の保水材含有量がセメント１００質量部に対して０〜５０質量部である上記[１]または上記[２]の何れかに記載する保水性ブロック。
〔４〕保水材が、製紙スラッジ焼却灰からなる平均粒径０.１５〜１.２mmの多孔質微粒子である上記[１]〜上記[３]の何れかに記載する保水性ブロック。
〔５〕表層部の骨材は細粒を含有し、基層部の骨材は細粒および粗粒を含有し、基層部の骨材は粒径２.５〜１３mmの粗粒を２５〜５５質量％含有する上記[１]〜上記[４]の何れかに記載する保水性ブロック。

本発明の保水性ブロックは、優れた保水性と揚水性能を有するので、舗装用ブロックとして用いたときに、十分な水分を蒸発させることでき、その気化熱によって路面温度を十分に低減する効果が得られる。また、本発明の保水性ブロックは保水性および揚水性能と共に優れた透水性を兼ね備えるので、水捌けが良く、水溜りのない歩き易い歩道や道路を形成することができる。

特に本発明の保水性ブロックは、基層部と表層部が一体成形されたコンクリートブロックであって、表層部の透水係数を基層部よりも大きく形成することによって、降雨による基層部への水の移動が容易になり、保水効果が高まる。さらに、表層部の吸上げ高さを基層部より小さく形成することによって、晴天時の基層部で保水した水の急激な蒸発を抑え、晴天が連続した場合でも温度抑制効果の持続性を確保することができる。

さらに、本発明の保水性ブロックは、好ましくは、保水材として製紙スラッジ焼却灰からなる多孔質微粒子を用いるので、処分に困っていた製紙スラッジ焼却灰を有効に利用することができる。

以下、本発明を実施例に従って具体的に説明する。
本発明の保水性ブロックは、基層部と表層部が一体成形されたコンクリートブロックであって、基層部は保水材を含み、表層部は保水材を含むか含まず、基層部の保水量０.１５〜０.３g/cm³、吸上げ高さ７０〜１００％、透水係数０.０１〜０.１cm/sec、および表層部の保水量０.０５〜０.２５g/cm³、吸上げ高さ６０〜９０％、透水係数０.０５〜０.３cm/secであり、表層部の吸上げ高さが基層部より小さく形成されていることを特徴とする保水性ブロックである。

基層部の保水量、吸上げ高さ、および透水係数が上記範囲を外れるものは、内部に水を貯める機能および表層部へ水を吸上げる機能が小さくなり、路面温度の上昇を抑える力が小さくなるので好ましくない。また、表層部の保水量、吸上げ高さ、および透水係数が上記範囲を外れるものは、水分の蒸発量が大きくなり路面温度低減効果の持続が短くなること、および路面の水はけが悪くなるので好ましくない。

本発明の保水性ブロックは、好ましくは、表層部の透水係数が基層部よりも大きく形成されており、また表層部の吸上げ高さが基層部より小さく形成されている保水性ブロックである。表層部の透水係数を基層部よりも大きく形成することによって、降雨による基層部への水の移動が容易になり、保水効果が高まる。さらに、表層部の吸上げ高さを基層部より小さく形成することによって、晴天時の基層部で保水した水の急激な蒸発を抑え、晴天が連続した場合でも温度抑制効果の持続性を確保することができる。

本発明の保水性ブロックに用いる保水材は、好ましくは製紙スラッジ焼却灰からなる多孔質微粒子である。製紙スラッジ焼却灰は、古紙から再生紙を製造する際に発生するスラッジ（ペーパースラッジ）を焼却炉にて８５０℃程度の高温で焼却したときの灰であり、これを焼成炉にて８５０〜９００℃の高温で２０〜４０分程度焼成することによって顆粒状の多孔質微粒子が得られる。この顆粒状微粒子には多数の微細な空隙が存在し、このため親水性が良く、高い吸水率を有する。また、製紙スラッジを高温焼却して得られるので、焼却灰の主成分であるシリカとアルミナが堅く結合し、化学的に非常に安定なセラミックスとなる。この製紙スラッジ焼却灰の焼成粒子は用途に応じた粒径に粉砕し分級して利用される。

本発明の保水性ブロックは、保水材として製紙スラッジ焼却灰からなる多孔質微粒子を含有することによって高い保水性を有することができる。この製紙スラッジ焼却灰からなる多孔質微粒子は平均粒径０.１５〜１.２mmの微粒子が好ましい。平均粒径が０.１５mm未満では、練混ぜ中にミキサ内でダマが生じ易く、均一なブロックの成形が難しい。また、平均粒径が１.２mmを超えると、練混ぜ中に骨材の剪断、摩擦等の作用によってこの焼却灰粒子が砕かれて細かくなるために、保水量の管理が難しくなる。この多孔質微粒子は平均粒径０.３〜０.６mmの微粒子がさらに好ましい。

基層部の保水材含有量はセメント１００質量部に対して３７.５〜８７.５質量部が適当であり、表層部の保水材含有量はセメント１００質量部に対して０〜５０質量部が適当である。基層部の保水材含有量が３７.５質量部より少ないと高い保水性能（保水量：0.15g/cm³以上、吸上げ高さ：70％以上）が得られ難い。このため路面温度低減効果が小さい。一方、基層部の保水材含有量が８７.５質量部よりも多いと保水量は増大するものの、曲げ強度が大きく低下し、透水性ブロックの規格値（3.0N/mm²以上）を満足でき難く、また充填率が大きくなり（空隙率が小さくなり）、規定の透水係数（０.０１cm/sec以上）を確保できない場合がある。多孔質微粒子の含有量は５０〜７０質量部がより好ましい。

一方、表層部の保水材含有量が５０質量部よりも多いと、保水量が大きくなるものの、基層部より吸上げ高さが大きくなり路面温度低減効果の持続が小さくなる。また、透水係数も小さくなり、路面の水はけも低減する。

本発明の保水性ブロックに配合する骨材は、好ましくは、平均粒径０.１５mm〜１.２mmの微粒砂を含み、保水材と微粒砂の合計質量がセメント１００質量部に対して７０〜１３０質量部であり、保水材と微粒砂の合計質量のうち、微粒砂の割合が５０質量％未満であるものが良い。この微粒砂の吸水率は通常の細骨材と同程度であり、製紙スラッジ焼却灰からなる微粒子のように大きくはないが、微細な連続空隙を形成するのに有効な材料である。

骨材に含まれる微粒砂の平均粒径が０.１５mmよりも小さいと、空隙を充填するペースト分が多くなり、空隙率が減少して透水性が低下するので、目的の透水係数を満足し難くなる。一方、微粒砂の平均粒径が１.２mmよりも大きいと、微細な連続空隙を形成できず、保水性能が劣化し、吸上げ高さも小さくなる。

この微粒砂は、通常の砂を篩分けして所定の粒度にしたものでもよく、市販されている珪砂などから所定の粒度のものを選択したものでもよい。例えば、珪砂６号（0.6〜0.075mm）、珪砂７号（0.3〜0.053mm）、珪砂９号（0.212mm以下）などが利用できる。なお、これらに限定するものではない。また廃鋳物砂などをリサイクル材として利用してもよい。

本発明の保水性ブロックに用いるセメントの種類は限定されない。普通ポルトランドセメント（JIS A 5210）、混合セメント（JIS R 5211、5212、5213）など何れも用いることができる。また、骨材の種類も限定されない。例えば、通常のコンクリートブロックに用いる一般的な骨材の他に、スラグ骨材や溶融スラグ骨材などを使用することができる。さらに、水量を減らすために使用する高性能減水剤などの減水性を有する化学混和剤などを使用することができる。

本発明の基層部と表層部とが一体成形された保水性ブロックは、基層部はコンクリートによって形成し、表層部はモルタルによって形成することができる。具体的には、例えば、表層部の骨材は細粒を含有するモルタルによって形成し、基層部の骨材は粒径２.５〜１３mmの粗粒を骨材の２５〜５５質量％含有するコンクリートによって形成すると良い。

基層部に用いる骨材のうち粒径２.５〜１３mmの粗粒は、７号砕石(2.5〜5.0mm)、または６号砕石(5〜13mm)などを用いることができる。なお、これらに限定されない。上記粗粒の含有量が２５質量％未満では、保水性能は高くなるものの、透水性や曲げ強度が低下し、規格値（透水係数：0.01cm/sec以上、曲げ強度：3.0N/mm²以上）を満たさない場合がある。一方、上記粗粒の含有量が５５質量％を上回ると、コンクリートの空隙径が大きくなり、透水係数は大きくなるが、保水性能が大きく低下する傾向がある。上記粗粒の骨材中の含有量は３５〜４５質量％がより好ましい。

本発明の保水性ブロックは、基層部を形成するコンクリートを型枠に入れて加圧振動して成形した後に、表層部を形成するモルタルを上記型枠に投入して基層部のコンクリートの上に重ね、これを加圧振動して基層部と表層部を一体に成形し、脱型した後に養生して製造することができる。

具体的には、第一工程（基層部成形工程）として、２.５〜１３mmの粗粒を２５〜５５質量％含有する骨材、セメント、および水を混練してコンクリートを製造し、この混練物を型枠に投入し、加圧振動して基層部を形成する。次に、第二工程（表層部成形工程）として、細粒を含有する骨材とセメントおよび水を混練してモルタルを製造し、この混練物を上記型枠に投入して上記基層部の上に重ね、加圧振動して表層部を基層部と一体に形成する。成形後、脱型して養生することによって基層部と表層部からなる保水性ブロックを得ることができる。

上記製造方法において、混練設備や成形設備などは、既存のインターロッキングブロックや平板ブロックなどの製造に用いられているものを使用できる。なお、これらに限定されない。上記製造方法によって、透水性と共に保水性および揚水性能を兼ね備え、曲げ強度の大きい保水性ブロックを効率よく大量生産することができる。具体的には、保水量が０.１５g/cm³以上、吸上げ高さが７０％以上、透水係数が０.０１cm/sec以上、好ましくは、保水量が０.１５〜０.３g/cm³、吸上げ高さが７０〜１００％、透水係数が０.０１〜０.１cm/secの保水性ブロックを得ることができる。

以下、本発明を実施例および比較例によって具体的に示す。なお、本例は特に指定のない限り本発明を限定するものではない。試験方法を以下に示し、使用材料を表１に示す。

＜試験方法＞
(１)コンクリートの練混ぜ
所定の材料をミキサ（５０リットル強制攪拌式ミキサ）に投入し、空練り１５秒後に水および高性能減水剤を投入し、９０秒間混練後排出した。
(２)供試体ブロックの成形方法
即時脱型用テストマシンにより、振動数3140rpm、振幅1.4mm、加圧力0.05N/mm²の条件で、供試体（幅100×長さ200×厚さ60mm）を作製し、試験に供した。
(３)空隙率の測定
即時脱型直後のブロックについて質量、寸法を測定し、以下の式から充填率および空隙率を計算した。ブロックの空隙率０％の理論質量は配合に基づいて算出される。
充填率(％)＝(ブロック質量／ブロック空隙率０％の理論質量)×１００
空隙率(％)＝１００−充填率
(４)曲げ強度
社団法人インターロッキングブロック舗装技術協会（JIPEA）の試験方法に準拠し、材齢14日にて実施。
(５)透水試験
JIPEAの試験方法に準拠し、材齢14日にて実施し、透水係数を求めた。
(６)保水量
保水性舗装ブロック品質規格検討委員会が定めた保水性試験方法により求めた。
保水量(g/cm³）＝（湿潤質量−乾燥質量）／供試体の体積
(７)吸上げ高さ
保水性舗装ブロック品質規格検討委員会が定めた吸水性試験方法により求めた。
吸上げ高さ(％)＝(30分後の吸上げ質量−絶乾質量)/(湿潤質量−絶乾質量)×１００

〔実施例および比較例〕
基層部成形工程として、表２に示す単位量に従って、粗粒を所定量含有する骨材、セメント、および水を配合し、混練してコンクリートを製造し、この混練物を型枠に投入し、加圧振動して基層部を形成した。この基層部の空隙率、曲げ強度、透水係数、保水量、吸い上げ高さを表３に示した。
次に、表層部成形工程として、表４に示す単位量に従って、細粒を含有する骨材とセメントおよび水を混練してモルタルを製造し、この混練物を上記型枠に投入して上記基層部の上に重ね、加圧振動して表層部を基層部とが一体に形成された保水性ブロックを製造した。この表層部の空隙率、透水係数、保水量、吸い上げ高さを表５に示した。

表６に示すように、表層部および基層部の透水係数、保水量、吸い上げ高さが本発明の範囲であるブロック（実施例１、２）は、降雨時の排水が良好であり、かつ表層部の吸上げ高さが基層部より小さいので晴天が連続した場合にも路面の温度上昇を抑制する効果が持続する。一方、表層部および基層部の透水係数、保水量、吸い上げ高さが本発明の範囲から外れる比較例１のブロックは、基層部の保水量が小さく、表層部の吸上げ高さが基層部より大きいので、温度抑制効果が持続しない。また、比較例２のブロックは基層部の透水係数が小さく、降雨時の排水不良である。

Claims (5)

1. 基層部と表層部が一体成形されたコンクリートブロックであって、基層部は保水材を含み、表層部は保水材を含むか含まず、基層部の保水量０.１５〜０.３g/cm³、吸上げ高さ７０〜１００％、透水係数０.０１〜０.１cm/sec、および表層部の保水量０.０５〜０.２５g/cm³、吸上げ高さ６０〜９０％、透水係数０.０５〜０.３cm/secであり、表層部の吸上げ高さが基層部より小さく形成されていることを特徴とする保水性ブロック。
2. 表層部の透水係数が基層部よりも大きく形成されている請求項１に記載する保水性ブロック。
3. 基層部の保水材含有量がセメント１００質量部に対して３７.５〜８７.５質量部であり、表層部の保水材含有量がセメント１００質量部に対して０〜５０質量部である請求項１または請求項２の何れかに記載する保水性ブロック。
4. 保水材が、製紙スラッジ焼却灰からなる平均粒径０.１５〜１.２mmの多孔質微粒子である請求項１〜請求項３の何れかに記載する保水性ブロック。
5. 表層部の骨材は細粒を含有し、基層部の骨材は細粒および粗粒を含有し、基層部の骨材は粒径２.５〜１３mmの粗粒を２５〜５５質量％含有する請求項１〜請求項４の何れかに記載する保水性ブロック。