JP5661398B2 - 保水構造体 - Google Patents
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Description
はじめにまず、本発明の各実施の形態に好適に使用できる保水用セラミックスを、前提技術として説明する。当該保水用セラミックスは、特開2010−100513号公報に開示されている。前提技術として説明する保水用セラミックスに関連する記載において、「本発明」「実施例及び比較例」などの語句は、それぞれ「特開2010−100513号公報の発明」「特開2010−100513号公報の実施例及び比較例」などを示すものとする。
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。
図11は、第1の実施の形態に係る保水構造体10の概略を示す側面図である。以下、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。保水構造体10は保水性を有する保水体の集合体であり、ビルの屋上、舗装された路面、公園の地面などに確保された施工対象面Pに敷設される。
SiO2:50〜80wt%とりわけ55〜70wt%
Al2O3:10〜30wt%とりわけ15〜25wt%
Na2OおよびK2Oの合計:1〜10wt%とりわけ3〜7wt%
であることが好ましい。
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。
図12は、第2の実施の形態に係る保水構造体10の概略を示す側面図である。本実施の形態では、保水構造体10の敷設領域が施工対象面Pにより近い側である下方領域R1と、施工対象面Pからより遠い側である上方領域R2とに分けられる。この場合、上方領域R2における第2の保水体22の存在比が、下方領域R1における第2の保水体22の存在比より高い。ここで、第2の保水体22の存在比は、単位体積において第1の保水体20が占める体積および第2の保水体22が占める体積をそれぞれS1、S2としたとき、S2/(S1+S2)で算出される。
図13は、第3の実施の形態に係る保水構造体10の概略を示す側面図である。本実施の形態の保水構造体10では、下方領域R1における保水体の集合体が第1の保水体20のみからなり、上方領域R2における保水体の集合体が第2の保水体22のみからなる。言い換えると、本実施の形態の保水構造体10は、第2の実施の形態の保水構造体10において、下方領域R1における第2の保水体22の存在比が0であり、上方領域R2における第2の保水体22の存在比が1の場合に相当する。
図14は、第4の実施の形態に係る保水構造体10の概略を示す側面図である。本実施の形態の保水構造体10では、第1の保水体20は板状の部材であり、第2の保水体22は、第1の保水体20より小さく、側面がテーパ状の部材である。具体的には、第2の保水体22は切頭円錐状である。この形状により、第2の保水体22の総外表面が、第1の保水体20の外表面に比べて大きくなっており、ひいては、第2の保水体22の蒸発性が第1の保水体20の蒸発性より高い。複数の第2の保水体22は、第1の保水体20の上面にそれぞれ載置されており、各第1の保水体20の上面と第2の保水体22の底面とが接している。
Claims (7)
- 保水性を有する保水体の集合体として施工対象面に敷設される保水構造体であって、
前記集合体は、第1の保水体と、前記第1の保水体に比べて保持された水の蒸発性が高い第2の保水体とを含み、
前記第1の保水体は、前記第2の保水体に比べて保水性が高いことを特徴とする保水構造体。 - 前記第1の保水体は、孔径1〜100μmの細孔の体積の合計が全体積の53%以上を占める多孔質セラミックスであり、
前記第2の保水体は、孔径1〜100μmの細孔の体積の合計が全体積の53%未満を占める多孔質セラミックスである請求項1に記載の保水構造体。 - 保水性を有する保水体の集合体として施工対象面に敷設される保水構造体であって、
前記集合体は、第1の保水体と、前記第1の保水体に比べて保持された水の蒸発性が高い第2の保水体とを含み、
前記第1の保水体は、前記第2の保水体に比べて保水性が低いことを特徴とする保水構造体。 - 前記第1の保水体は、孔径1〜100μmの細孔の体積の合計が全体積の53%未満を占める多孔質セラミックスであり、
前記第2の保水体は、孔径1〜100μmの細孔の体積の合計が全体積の53%以上を占める多孔質セラミックスである請求項3に記載の保水構造体。 - 保水性を有する保水体の集合体として施工対象面に敷設される保水構造体であって、
前記集合体は、第1の保水体と、前記第1の保水体に比べて保持された水の蒸発性が高い第2の保水体とを含み、
前記施工対象面により近い側である下方領域に比べて、前記施工対象面からより遠い側である上方領域において、前記第1の保水体に対する前記第2の保水体の存在比が高いことを特徴とする保水構造体。 - 前記上方領域を前記第2の保水体からなる集合体で形成し、前記下方領域を前記第1の保水体からなる集合体で形成した請求項5に記載の保水構造体。
- 前記下方領域と前記上方領域との間に前記第2の保水体の径より小さい開口を有するシート状の保持材が設けられている請求項5または6に記載の保水構造体。
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