JP7139178B2

JP7139178B2 - 高放熱性の舗装材

Info

Publication number: JP7139178B2
Application number: JP2018136834A
Authority: JP
Inventors: 雄慈岡田; 昌史新迫; 琢磨蜂巣; 佳郎黒木; 宏治川端; 一将鈴木; 武志構口; 均伊藤; 佳弘門脇; 泰弘佐藤; 周二山本; 陽一仲村
Original assignee: Nippon Light Metal Co Ltd; Nikkei Sangyo Co Ltd
Current assignee: Nippon Light Metal Co Ltd; Nikkei Sangyo Co Ltd
Priority date: 2018-07-20
Filing date: 2018-07-20
Publication date: 2022-09-20
Anticipated expiration: 2038-07-20
Also published as: JP2020012345A

Description

本発明は、高放熱性の舗装材に関する。

従来より、道路に広く採用されているアスファルト舗装は、一般的に黒色であるため、太陽光の日射熱を吸収し易く、路面温度が上昇し、いわゆるヒートアイランド現象の一因となっている。ヒートアイランド現象を抑制する対策として、路面温度の上昇を抑制できる舗装構造が望まれている。舗装表面の温度上昇を抑制する技術としては、例えば、舗装体に保水性機能を付与し、降雨時や散水時に舗装体内に水分を貯留させて、当該水分の気化熱によって舗装体の温度上昇を抑制する方法が提案されている（特許文献１）。

しかしながら、上記に示した特許文献１のような水分蒸発を利用した方法は、降雨や散水による水分供給が不足するときには、温度上昇を抑制する効果が得られないという問題がある。そこで、保水性機能を有する舗装材に熱伝導の高い珪石（シリカ）を含有させて、舗装材全体の熱伝導率を高めることにより、舗装体の表面に受けた日射熱を下方に伝えて、舗装体の表面温度を低下させる技術が提案されている（特許文献２）。

特開平８－２０９６１３号公報特許第５８９８３５０号公報

地球温暖化の影響により路面温度が上昇する傾向にあることから、特許文献２に示された舗装材では、その温度抑制効果が十分でなく、さらに温度上昇を抑制する舗装体が求められている。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、従来よりも舗装体の表面温度を効果的に低下させる、高放熱性の舗装材を提供することを目的とする。

本発明者らは、舗装材の骨材中に熱伝導率の高いアルミナ粒子を一定量の範囲で含有させることにより、従来の舗装材に比べて、舗装体の表面温度の上昇を抑制できることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的には、本発明は、以下のものを提供する。

（１）本発明は、多孔質スラグ粒子、珪石及びアルミナ粒子を含む骨材と、セメントと、混和剤とを含み、前記骨材に含有される前記珪石及び前記アルミナ粒子の総量における前記アルミナ粒子の含有比率が１０～５０質量％である、舗装材である。

（２）本発明は、前記舗装材に含有される前記珪石及び前記アルミナ粒子の総量は、前記舗装材における５～２５質量％である、（１）に記載の舗装材である。

（３）本発明は、前記アルミナ粒子は、１種の粒度分布範囲を有するアルミナ粒子を含む、（１）または（２）に記載の舗装材である。

（４）本発明は、前記アルミナ粒子は、異なる粒度分布範囲を有する２種のアルミナ粒子が混合されたものである、（１）または（２）に記載の舗装材である。

（５）本発明は、前記２種のアルミナ粒子のそれぞれは、前記珪石に対する含有比率が１０～５０％である、（４）に記載の舗装材である。

本発明によれば、従来の舗装材に比べて、舗装体の表面温度の上昇を抑制することできる、高放熱性の舗装材を提供できる。

舗装体の温度を低下させる機構を説明するための模式的な図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。本発明は、これらの記載により限定されるものではない。

本実施形態に係る舗装材は、多孔質スラグ粒子、珪石及びアルミナ粒子を含む骨材と、セメントと、混和剤とを含む。舗装材の内部には多孔質スラグ粒子に起因する空隙を含む構造が形成されるので、舗装材により荷重を支えるため、セメントが混合されてコンクリート製とした。

本実施形態に係る舗装材による熱放散の仕組みを図１を用いて説明する。道路の表層１を構成する舗装体は、コンクリート層で構成されている。表層１の下方には、路盤２、路床３があり、表層１に掛かる荷重は、路盤２で分散されて路床３によって支持される。本実施形態に係る舗装材は、セメントで結合された骨材の多孔質スラグ粒子同士の間の空孔の存在と、多孔質スラグ粒子中の空孔の存在とによって、舗装体において高い空孔率を有する内部構造が形成されるので、当該舗装体は、保水性及び透水性を有する。その結果、表層１の表面に落下した降雨や散水等６による水は、表層１(舗装体)の内部に浸み込み、舗装体内部に貯留されて保水状態７となる。さらに、この水は、表層１の熱を奪って、路床２及び路盤３を浸透８して地中へ移動する。また、舗装体内部に貯留された水は、路面から蒸発する際に、表層１から気化熱を奪って熱発散５が行われる。さらに、日射等で路面が受けた熱は、路盤２及び路床３を通して地下へ伝わり、熱拡散４が行われる。上記の熱移動、気化熱発散、熱拡散などによって、路面の表面温度の上昇が効果的に抑制される。

（多孔質スラグ粒子）
本実施形態の舗装材における骨材は、多孔質スラグ粒子、珪石及びアルミナ粒子を含み前記多孔質スラグ粒子には、高炉水砕スラグの粒子を用いることが好ましい。高炉水砕スラグは、高炉で生成される溶融状態のスラグを水で急冷して得られるものであり、ガラス質粒子を含む多孔質粒子の形態を備えている。例えば、溶融した高炉スラグに対して、所定の水圧及び水量の加圧水を噴射することによって、上記の高炉水砕スラグを得ることができる。加圧水の水圧及び水量を調整することによって、硬質で重い硬質水砕スラグや、多孔質で軽い軟質水砕スラグを製造することができる。本実施形態では、後者の軟質水砕スラグが好適に用いられる。多孔質スラグ粒子は、多孔質の舗装体構造を形成する上で、最外径が１０ｍｍ以下の粒子が好ましく、１～３ｍｍの粒子がより好ましい。多孔質スラグ粒子としては、例えば、「高炉水砕スラグ」を使用できる。

（珪石）
本実施形態に係る珪石は、主として珪酸分（ＳｉＯ_２）を主成分とする石英片岩を砕いたものが用いられる。粒径が１０ｍｍ以下のものを用いることができる。骨材に含有した珪石は、熱伝導率が０．３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度であり、舗装材の熱伝導性を高める作用がある。この作用によって、高い放熱性を備えた舗装体が得られるので、上記したように温度低下の効果が得られる。骨材における珪石の含有割合は、５０質量％以上であると好ましい。珪石としては、例えば、栃木県鹿沼産（アワノ砕石社製）の硅石、日本軽金属(株)社製のリサイクル珪石を使用してもよい。リサイクル珪石は、平均粒径が１．５ｍｍ程度であり、真比重が約２．６である。

（アルミナ粒子）
本実施形態に係るアルミナ粒子は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とするものであり、平均粒径が１．０ｍｍ～５．０ｍｍの範囲に含まれる粒子を使用することができる。アルミナ粒子におけるアルミナ含有量が高いと、熱伝導率が高まるので、アルミナ粒子中のアルミナ含有量は、９０％以上が好ましく、９５％以上、９９％以上がより好ましい。アルミナの熱伝導率は、３２Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度であり、珪石よりも格段に大きい。そのため、舗装材の熱伝導性を大きく高める作用があり、高い放熱性を備えた舗装体の提供に寄与する。骨材に含有したアルミナ粒子は、骨材に含有した珪石及びアルミナ粒子の総量における含有比率が１０％未満であると、アルミナ粒子による上記の効果が十分に得られない。そのため、アルミナ粒子の含有比率は、１０～５０％であることが好ましい。当該含有比率の上限は、４０％、３０％あるいは２０％であることがより好ましい。

アルミナ粒子として、１種の粒度分布範囲を有するアルミナ粒子を使用してもよい。または、異なる粒度分布範囲を有する２種のアルミナ粒子が混合したものでもよい。当該２種のアルミナ粒子を併用する場合は、それぞれのアルミナ粒子の珪石に対する含有比率が１０～５０％であることが好ましい。

本実施形態に係るアルミナ粒子は、例えば、日本軽金属株式会社製の「ニッケイランダムＧ１」を使用することができる。当該ニッケイランダム製品は、アルミナ原料を電気炉で溶融し、凝固させた塊を得た後、粉砕し、整粒して得られたアルミナ粒子であって、篩（ふるい）により整粒される。網目が５ｍｍの篩及び網目が３ｍｍの篩を用いて整粒されたアルミナ粒子が「５．０－３．０ｍｍ品」と呼ばれ、網３ｍｍの篩及び網目１ｍｍの篩を用いて整粒されたアルミナ粒子が「３.０－１．０ｍｍ品」と呼ばれる。これらのアルミナ粒子の真比重は、３．９８である。

当該ニッケイランダム製品のアルミナ粒子は、その化学組成が、質量％で、Ａｌ_２Ｏ_３：９９．０％以上、Ｆｅ_２Ｏ_３：０．１％以下、ＳｉＯ_２：０．１％以下、Ｎａ_２Ｏ：０．４％以下である。５．０－３．０ｍｍ品の代表的な化学組成は、Ａｌ_２Ｏ_３：９９．７％、Ｆｅ_２Ｏ_３：０．０１％、ＳｉＯ_２：０．０５％、Ｎａ_２Ｏ：０．２２％である。３.０－１．０ｍｍ品の代表的な化学組成は、Ａｌ_２Ｏ_３：９９．７％、Ｆｅ_２Ｏ_３：０．０２％、ＳｉＯ_２：０．０５％、Ｎａ_２Ｏ：０．１８％である。

また、５．０－３．０ｍｍ品は、その粒度分布によると、全体の９２．５％が５．０ｍｍ～３．０ｍｍの範囲に含まれる。３.０－１．０ｍｍ品は、全体の９５．６％が３．０ｍｍ～１．０ｍｍの範囲に含まれる。

本実施形態に係る舗装材は、熱伝導性物質として珪石及びアルミナ粒子を含有している。舗装材に含有される珪石及びアルミナ粒子の総量は、５質量％を下回ると、温度低下の効果が十分に得られない。その一方で、２５質量％を超えると、舗装材の空隙構造を形成する多孔質スラグ粒子の占有割合が低減するため、舗装体の透水性や保水性の効果を低下させる可能性がある。そのため、骨材における珪石及びアルミナ粒子の含有量は、５～２５質量％が好ましい。その下限は、１０質量％がより好ましく、その上限は、２０質量％がより好ましい。

（セメント）
骨材に対するセメントの割合は、それがバインダーとして機能するに十分な量であれば良い。例えば、セメントの質量１に対して骨材を質量比２～１０の割合として骨材の割合を多くすることで、舗装材全体としての空孔率を高くすることができる。

（混和剤）
添加される混和剤としては、例えばＪＩＳＡ６２０４「コンクリート用化学混和剤」のＡＥ減水剤・標準型（I種）に適合するものが好適に用いられ、例えば変性リグニンスルホン酸化合物を主成分とするものを用いることができる。この種の混和剤によれば、セメントの分散作用と良質な連行空気泡との相互作用によってコンクリートの単位水量が減少し、また、コンクリートのワーカビリティ、強度発現性、耐凍害性、水密性、中性化に対する抵抗性の向上が図られ、コンクリートの耐久性を向上させることができる。本実施形態に係る舗装材に添加する混和剤の割合は、例えば、セメントの質量を１とした場合に、質量比で０．００６～０．１としてもよい。

本実施形態に係る舗装材は、コンクリート製の舗装体を提供する。歩道や駐車場などの路面に適用することが好ましい。

以下、本発明の実施例について説明する。本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で適宜変更して実施できる。

（１）舗装材の作製
骨材の多孔質スラグ粒子として、「神奈川県川崎市ＪＦＥスチール会社株式会社東日本製鉄所京浜地区」の高炉水砕スラグを用い、珪石は、アワノ砕石社製の「栃木県鹿沼産粒径１０ｍｍ～０ｍｍ硅石」を用い、アルミナ粒子は、日本軽金属株式会社製「ニッケイランダムＧ１」の５．０－３．０ｍｍ品及び３．０－１．０ｍｍ品を用いた。セメントは、太平洋セメント株式会社製の普通ポルトランドセメントを用い、混和剤は、「マスターポゾリス７８Ｓ」（ＢＡＳＦジャパン社製）を用いた。高炉水砕スラグ、珪石、アルミナ粒子、セメント、混和剤、水の順に、モルタルミキサーに投入して２分間混合し、実施例１～３の舗装材を作製した。これら原料の配合割合は、骨材全体を１００質量部としたときの割合（質量部）を示した表１のとおりである。珪石とアルミナ粒子との配合量の合計は、骨材全体を１００質量部としたときに、高炉水砕スラグ８６質量部に対して１４質量部と一定にした上で、アルミナ粒子の５．０－３．０ｍｍ品と３．０－１．０ｍｍ品との混合割合（質量％）を、表２に示すように変えて調製した。

表２に示す比較例１は、珪石を含有しない塗装材であり、比較例２は、アルミナ粒子を含有しない舗装材である。比較例３は、アルミナ粒子を含有しない舗装材であって、珪石として日本軽金属株式会社製の「リサイクル珪石」を用いたものである。珪石またはアルミナ粒子の混合を除いて、実施例１～３と同様の手順により、比較例１～３の各舗装材を調製した。

（２）温度変化に関する測定及び評価
実施例１～３及び比較例１～３の各舗装材を用いて、「舗装設計便覧」第７章（7-3-9）「歩道及び自動車道等の舗装」における「コンクリート系の舗装」に準拠して、試験用舗装体を施工した。厚さが約１０ｃｍの路盤の上に、試験用舗装体を約７ｃｍの厚みとなるように設けた。当該路盤の下には、水砕スラグ及び砂を含む厚み約１０ｃｍのフィルター層を設けた。フィルター層及び路盤は、一般的な施工方法によって、中央部にキャンバ（camber、上反り）が形成されず、平坦になるよう仕上げた。試験用舗装体については、原料を所定の配合比率で混練した後、所定の厚さに敷き均して施工した。路盤の表面が乾燥している場合は、散水して湿潤状態とした後、施工した。また、温度変化を評価するため、再生密粒度アスファルト混合物による標準アスファルト舗装を施工した。

試験用舗装体の表面の１箇所に熱電対を取り付けて、データーロガーに接続した。２０１７年７月～８月の昼間時間（６時００分～１７時５９分）に、試験用舗装体及びアルファルトの路面温度（℃）を、熱電対を用いたデーターロガーにより測定した。この測定結果に基づき、毎時の路面温度を平均して、測定日ごとの平均路面温度（以下、「平均温度」ともいう。）を求めて、実施例１～３及び比較例1～３の各塗装材による舗装の平均温度と、標準アスファルト舗装の平均温度を得た。そして、両者の平均温度の差を算出した。また、これらの試験を行った地点に百葉箱を設置し、測定日の気温と降水量を測定した。

２０１７年７月及び８月における測定結果を表３及び表４に示す。アスファルト舗装との温度差は、アルファルト舗装の平均温度から実施例及び比較例の平均温度を減じた数値で示した。これらの表における「ｄｒｙ」欄は、測定日及びその前日の双方において降水量が１ｍｍ未満であった測定日の平均温度を示し、「ｗｅｔ」欄は、測定日又はその前日のいずれかの降水量が１ｍｍ以上であった測定日の平均温度を示す。また、それぞれに該当する測定日の日数を表示した。
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表３及び表４に示すように、本発明に対応する実施例１～３は、アスファルト舗装に比べて平均路面温度が低下しており、平均路面温度の低下の程度は、約３．５～５．７℃であった。このような温度低下の程度は、アルミナ粒子を含有しない比較例１～３の結果を上回っていた。熱伝導性に優れるアルミナ粒子を、骨材における当該アルミナ粒子の含有比率が１０～５０％であるように、多孔質スラグ粒子と珪石を含む舗装材に配合することによって、従来の舗装材と比べて、路面温度の上昇をさらに抑制する効果を示した。この点で、本発明に係る舗装材が高放熱性を有することを確認することができた。

また、実施例２は、とくに温度低下効果が大きかった。なお、表に示していないが、測定期間内の測定日によっては、実施例１～３の湿潤状態（ｗｅｔ）のときに、アスファルト舗装に比べて約１０～２０℃の低下が観測された時間帯もあった。

１表層
２路盤
３路床
４熱拡散
５気化熱発散
６降雨または散水
７保水状態
８浸透

Claims

多孔質スラグ粒子、珪石及びアルミナ粒子を含む骨材と、セメントと、混和剤とを含み、前記骨材に含有される前記珪石及び前記アルミナ粒子の総量における前記アルミナ粒子の含有比率が１０～５０質量％である、舗装材であって、
前記舗装材に含有される前記珪石及び前記アルミナ粒子の総量は、前記舗装材における５～２５質量％である、舗装材。
請求項１に記載の舗装材を製造する方法であって、
異なる粒度分布範囲を有する２種のアルミナ粒子の製品を混合する、舗装材の製造方法。