保水性セメント成形体
【構成】 保水性セメント成形体１０は、多孔質体１４を含み、内部に吸収して保持した水を表面１２から蒸発させることによって、表面温度の上昇を抑制する。保水性セメント成形体１０の内部には、ｐＦ２．７〜４．２のｐＦ域で水を保持する第１毛管部が無数に形成される。この第１毛管部は、第１−第３空隙２０,２２,２４が適宜連続して形成される。第１毛管部に保持された水は、表面１２に拡がり易く、かつ表面１２に素早く供給されるので、保水性セメント成形体１０では、表面１２全体に水が薄膜状に拡がる状態が維持される。
【効果】 ｐＦ２．７〜４．２のｐＦ域で水を保持する第１毛管部を備えるので、内部に保持した水を表面に適切に供給でき、優れた表面温度上昇抑制効果を発揮できる。
【効果】 ｐＦ２．７〜４．２のｐＦ域で水を保持する第１毛管部を備えるので、内部に保持した水を表面に適切に供給でき、優れた表面温度上昇抑制効果を発揮できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は保水性セメント成形体に関し、特にたとえば、供給された水を内部に吸収して保持し、表面から蒸発させる、保水性セメント成形体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ヒートアイランド現象などによる市街地の温度上昇が問題となっている。この現象を緩和するための対策の一例として、建物の外装材や道路の舗装材などに、表面温度の上昇を抑制する効果を有する保水性成形体を用いる対策が実施されている。このような保水性成形体は、内部に吸収して保持した水を表面から蒸発させることによって、表面温度の上昇を抑制している。
【０００３】
特許文献１には、従来の保水性成形体の一例が開示される。特許文献１の技術は、保水性コンクリート固化体であって、軽量骨材の微細連続空隙が表面に連通していることを特徴とするものである。特許文献１の技術では、製造時に、軽量骨材の空隙の内部に炭酸ガスを多量に含む水溶液を含ませておき、炭酸ガスの放出によってセメントペースト（セメントゲル）に通孔を開けることにより、軽量骨材の微細連続空隙を表面に連通させている。
【特許文献１】特開２００１−１５８６７６号公報 [Ｃ０４Ｂ ３８／０８]
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の技術では、炭酸ガスの放出によってセメントペーストに通孔を開けているので、表面に連通する通孔の径が大きくなってしまう。通孔の径が大きいと、通孔内の水が受ける重力の影響が大きくなるため、表面への水の供給が遅くなる上、表面に水が膜状に広がり難くなる。このため、特許文献１の技術では、表面からの水の蒸発量が少なくなってしまい、表面温度上昇抑制効果を適切に発揮できない。
【０００５】
それゆえに、この発明の主たる目的は、新規な、保水性セメント成形体を提供することである。
【０００６】
この発明の他の目的は、表面温度上昇抑制効果に優れる、保水性セメント成形体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、上記の課題を解決するために、以下の構成を採用した。なお、括弧内の参照符号および補足説明などは、本発明の理解を助けるために後述する実施の形態との対応関係を示したものであって、この発明を何ら限定するものではない。
【０００８】
第１の発明は、多孔質体を含む保水性セメント成形体であって、表面と内部とを連通し、ｐＦ２．７〜４．２のｐＦ域で水を保持する第１毛管部を備える、保水性セメント成形体である。
【０００９】
第１の発明では、保水性セメント成形体（１０）は、多孔質体（１４）を含み、内部に吸収して保持した水を表面（１２）から蒸発させることによって、表面温度の上昇を抑制する。保水性セメント成形体内には、表面で開口し、ｐＦ２．７〜４．２のｐＦ域で水を保持する第１毛管部が形成される。ｐＦ２．７〜４．２のｐＦ域で毛管に保持される水、つまり第１毛管部に保持される水は、適度な力で保持されるので、表面で拡がり易く、かつ表面への供給も素早く行われる。
【００１０】
第１の発明によれば、ｐＦ２．７〜４．２のｐＦ域で水を保持する第１毛管部を備えるので、内部に保持した水を表面に適切に供給でき、優れた表面温度上昇抑制効果を発揮できる。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明に従属し、第１毛管部は、体積含水率で１５％以上の水を保持可能である。
【００１２】
第２の発明では、保水性セメント成形体（１０）の第１毛管部は、体積含水率で１５％以上の水を保持可能である。ｐＦ２．７〜４．２のｐＦ域で多くの水を保持することにより、表面温度上昇抑制効果を長時間に亘って発揮できる。
【００１３】
第３の発明は、第１または第２の発明に従属し、多孔質体は、ｐＦ２．７〜４．２のｐＦ域で水を保持する空隙を有する。
【００１４】
第３の発明では、ｐＦ２．７〜４．２のｐＦ域で水を保持する空隙（２０）を有する多孔質体（１４）を用いる。これにより、保水性セメント成形体（１０）内に、より多くの第１毛管部を形成できる。
【００１５】
第４の発明は、第１ないし第３の発明のいずれかに従属し、多孔質体は、ケイ酸カルシウム保温材の廃材を含む。
【００１６】
第４の発明では、多孔質体（１４）として、ケイ酸カルシウム保温材の廃材を用いる。
【００１７】
第４の発明によれば、従来埋め立て処分等されていたケイ酸カルシウム保温材の廃材を有効利用でき、処分費用や処分場の確保などの埋め立て処分に伴う問題を解決できる。
【００１８】
第５の発明は、第１ないし第４の発明のいずれかに従属し、表面と内部とを連通し、ｐＦ４．２〜５．５のｐＦ域で水を保持する第２毛管部をさらに備える。
【００１９】
第５の発明では、保水性セメント成形体（１０）の内部には、表面（１２）で開口し、ｐＦ４．２〜５．５のｐＦ域で水を保持する第２毛管部が形成される。ｐＦ４．２より高いｐＦ域で毛管に保持される水は、摩擦力などにより毛管内を移動し難いが、多くの第２毛管部を保水性セメント成形体内に形成することによって、保水性セメント成形体は、表面温度上昇抑制効果を発揮できる。
【００２０】
第５の発明によれば、第１毛管部内に保持した水が無くなった後も、表面から水分を蒸発させることができるので、長時間に亘って表面温度上昇抑制効果を発揮できる。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によれば、ｐＦ２．７〜４．２のｐＦ域で水を保持する第１毛管部を備えるので、内部に保持した水を表面に適切に供給でき、優れた表面温度上昇抑制効果を発揮できる。
【００２２】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１を参照して、この発明の一実施例である保水性セメント成形体１０（以下、単に「成形体１０」という。）は、建物の外壁材、屋根材、外装材および被覆材、ならびに道路や公園などの舗装材として用いられ、内部に吸収して保持した水を表面１２から蒸発させることによって、表面温度の上昇を抑制する。成形体１０は、特に、従来のタイルやレンガの代替物として好適に利用され、たとえば建物の外壁に取り付けられることによって、建物を直接的に冷却する。
【００２４】
詳細は後述するように、成形体１０は、セメント、多孔質体１４および水を混合し、セメントを硬化させることによって、使用用途に応じた所定の形状および寸法（たとえば、縦３０ｃｍ、横３０ｃｍ、厚み３ｃｍの板状体）に製造される。成形体１０は、セメントを硬化させたセメントゲル１６の内部および表面に多孔質体１４が分散配置される構造を有し、成形体１０の内部には、表面１２に連通して開口する無数の毛管が形成される。この無数の毛管は、多孔質体１４の内部、隣接する多孔質体１４の間、多孔質体１４とセメントゲル１６との間、およびセメントゲル１６の内部などに形成される空隙、或いはこれらが互いに連続して形成される空隙であり、ｐＦ２．７〜４．２のｐＦ域で水分を保持する第１毛管部と、ｐＦ４．２〜５．５のｐＦ域で水分を保持する第２毛管部とを含む。
【００２５】
ここで、ｐＦ値とは、毛管が水を吸着保持している力の強さ（水分ポテンシャル）を水柱圧（水柱高さ）で表し、その絶対値を常用対数で表したものをいう。ｐＦ値は、土壌の含水状態を表す指標値として知られるが、この実施例では、成形体１０に保持される水が、表面蒸発に有効に利用されるものであるかどうかを示すための指標値として用いている。
【００２６】
なお、図１は、成形体１０の断面構造を分かりやすく示すための模式図であり、多孔質体１４および毛管の数、大きさ、形状および配置などを厳密に示すものではない。
【００２７】
成形体１０に用いるセメントには、各種セメントを利用でき、無機質セメントを利用してもよいし、合成樹脂などの有機質セメントを利用してもよい。無機質セメントとしては、たとえば、普通ポルトランドセメント或いはアルミナセメントを好適に用いることができる。普通ポルトランドセメントは、広く普及しているため入手し易く、安価であるため経済性に優れる上、これを用いて形成した成形体１０は、白色または淡色になるため光の表面反射率が高く、日射による表面温度上昇が発生しにくい。また、アルミナセメントを用いて成形体１０を形成すれば、緻密な組成を作ることができるので、細い毛管を形成し易い上、耐食性、耐寒性および耐熱性などに優れる。また、無機質セメントを硬化させたセメントゲル１６は、親水性を有するため、水の付着力が大きい。このため、毛管内を水が移動し易く、成形体１０の表面１２上に水が拡がり易いので、無機質セメントは、成形体１０の形成に適している。
【００２８】
なお、成形体１０には、単独のセメントを用いることもできるし、複数のセメントを混合して用いることもできる。また、セメントに添加剤を配合することもでき、たとえば無機質セメントに骨材を配合して、コンクリート或いはモルタルとすることもできる。さらに、無機質セメントを焼成などして、セラミックとすることもできる。
【００２９】
多孔質体１４は、その内部に多数の微細な空隙（第１空隙２０）を有する粒状体である。多孔質体１４の粒径は特に限定されないが、０．５ｍｍ〜２.０ｍｍが好ましく、なかでも１.０ｍｍ程度に粒径を揃えたものが好ましい。粒径が大きすぎると、成形体１０の強度が低下するからである。また、粒径を揃えないと、粒径の小さな多孔質体１４が近接する多孔質体１４同士の間隙を埋めてしまったり、多孔質体１４の配置の偏りが大きくなってしまったりして、後述する第２空隙２２が適切に形成されない恐れがあるからである。
【００３０】
また、多孔質体１４の第１空隙２０の径（断面積）の大きさは、第２空隙２２の径と同程度の大きさであることが好ましく、第１空隙２０は、ｐＦ２．７〜４．２のｐＦ域で水分を保持する毛管であることが好ましい。
【００３１】
具体的には、多孔質体１４として、ケイ酸カルシウム保温材、ロックウール保温材、珪藻土焼成粒、ゼオライト、泥炭、木炭、バーミキュライト、ベントナイト、パーライト、および活性炭類などを利用できる。また、有機系或いは無機系の繊維を略球形状に丸めたものを利用することもできる。
【００３２】
以下には、成形体１０の製造方法について説明する。先ず、所定量の多孔質体１４とセメントとを乾燥状態のまま空練りして混合し、その後、水を加えて練り上げる。次に、この混練した混合物を型枠に投入して表面（上面）を鏝で均した後、混練時に混入した空気を抜くために振動を与え、表面に浮き上がる気泡を取り除く。続いて、高湿度に保った室内で２４時間湿潤養生した後型枠を外し、さらに室内で２８日間気中養生することによって、成形体１０が得られる。
【００３３】
このような成形体１０の製造において、セメントと多孔質体１４との混合物に加えた水の一部は、セメントの硬化に利用され、他の一部は、多孔質体１４の第１空隙２０に吸収されて保持される。そして、養生中、つまりセメントが硬化して硬化物を形成する際には、多孔質体１４の第１空隙２０内の水が流れ出て、多孔質体１４の周囲を伝って、或いはセメントゲル１６の内部を通って硬化物の表面（上面）から外部に排出される。多孔質体１４の周囲を伝って水が排出されることにより、多孔質体１４とセメントゲル１６との間、或いは隣接する多孔質体１４同士の間には第２空隙２２が形成される。この第２空隙２２は、隣接する多孔質体１４の第１空隙２０や他の第２空隙２２と適宜合流し、表面１２に連通する。一方、セメントゲル１６の内部を通って水が排出されることによって、セメントゲル１６の内部には、多孔質体１４から表面１２に向かって延びる無数の第３空隙２４が形成される。この第３空隙２４も、他の各空隙２０,２２,２４と適宜合流し、表面１２に連通する。なお、第２空隙２２は、多孔質体１４の周囲に沿って形成され、他の第２空隙２２と合流し易いので、幅広の断面を有するようになる。このため、第２空隙２２の径（断面積）の大きさは、第３空隙２４の径より大きくなる。
【００３４】
これらの第１空隙２０、第２空隙２２および第３空隙２４は、成形体１０の内部と表面１２とを連通する無数の毛管を形成する。この中でも、第１空隙２０と第２空隙２２とによって形成される毛管は、主に第１毛管部として機能する。具体的には、多孔質体１４の一部が表面１２に露出することによって第１空隙２０或いは第２空隙２２が直接表面１２に連通（開口）する毛管、およびその毛管に他の第１空隙２０や第２空隙２２が連続して形成される毛管などは、第１毛管部となる。また、第３空隙２４を介して表面１２に連通する毛管は、主に第２毛管部として機能する。具体的には、表面１２に連通する第３空隙２４に第１空隙２０や第２空隙２２が連続して形成される毛管などは、第２毛管部となる。
【００３５】
ただし、第１空隙２０および第２空隙２２の中でも、その径が小さい空隙、たとえば第１空隙２０の内部にセメントゲル１６が入り込んでその断面積が小さくなった空隙は、第２毛管部を形成する場合もある。また、第３空隙２４の中でも、その径が大きい空隙、たとえば第３空隙２４同士が合流してその断面積が大きくなった空隙は、第１毛管部を形成する場合もある。
【００３６】
なお、セメントと多孔質体１４とを混合する割合は、セメントおよび多孔質体１４の種類や、成形体１０の使用用途および要求性能などに基づいて適宜決定されるが、体積比（セメント：多孔質体１４）で、２：８〜６：４の範囲内であることが望ましい。これは、セメントの割合が少なすぎると、一定の形にならないため成形体１０を製造できず、セメントの割合が多すぎると、成形体１０の特徴の1つである高保水性を適切に発揮できない場合があるからである。
【００３７】
また、上述したように、成形体１０の製造時に加える水は、セメントの硬化に利用されると共に、多孔質体１４の内部（第１空隙２０）に一旦保持されて、第２空隙２２および第３空隙２４の形成に利用される。したがって、製造時に加える水の量は、通常のコンクリートやモルタル等を作成するときに加える水の量よりも多く、成形体１０を製造する際の水／セメント比は高くなる。
【００３８】
このような成形体１０では、表面１２に水が供給されると、供給された水は、毛細管現象および重力などにより、表面１２に形成される開口から成形体１０内の各空隙２０,２２,２４に吸収される。成形体１０内に吸収された水は、毛細管現象および重力などにより、各空隙２０,２２,２４内を順次移動して成形体１０全体に浸透し、各空隙２０,２２,２４内で保持される。
【００３９】
そして、水を保持した成形体１０の表面１２からは、周囲の環境状況に応じて水が適宜蒸発する。特に、日射を受ける等してその温度が上昇すると、表面１２に存在する水は活発に蒸発する。このとき、各間隙２０,２２,２４の各開口付近にある水が蒸発すると、蒸発した水の近傍に存在する各間隙２０,２２,２４に保持された水は、分子間力や毛細管現象により吸い上げられて、各開口から表面１２に出て拡がる。また、表面１２近傍に保持された水が表面１２へ移動するに伴い、成形体１０のさらに内部に保持された水は、毛細管現象により順次吸い上げられて、各間隙２０,２２,２４を適宜通って各開口から表面１２に出る。つまり、表面１２における水の蒸発に伴い、成形体１０内の水は、各間隙２０,２２,２４を通って表面１２に順次供給され、表面１２から順次蒸発する。
【００４０】
ここで、毛管（空隙）の径が大きい場合、つまり低ｐＦ域で水を保持する毛管の場合には、毛管に保持された水は、重力による下向きに働く力の影響を強く受けるため、表面への水の移動が遅くなると共に、表面で水が拡がり難い。一方、毛管の径が小さい場合、つまり高ｐＦ域で水を保持する毛管の場合には、毛管に保持された水は、摩擦力などの影響を強く受けるため、水が移動し難く、表面で水が拡がり難い。つまり、水を保持するｐＦ域が高すぎても低すぎても、1つの毛管の開口から表面に出て拡がる水の面積は狭くなるため、表面全体に薄膜状に拡がる水の層を適切に形成できず、また、表面で水が蒸発したときに表面に対して水を素早く補給できない。
【００４１】
そこで、この発明者らは、表面全体に薄膜状に拡がる水の層を形成することができ、かつ表面から水が蒸発すると表面に水が素早く供給される成形体１０の構造を鋭意検討した結果、ｐＦ２．７〜４．２のｐＦ域で水を保持する毛管（第１毛管部）を成形体１０に形成するとよいことに想到した。
【００４２】
ｐＦ２．７〜４．２のｐＦ域で水を保持する第１毛管部は、上述のように、成形体１０を製造するときに、セメントの硬化に必要な量よりも多くの水を加え、多孔質体１４に保持させた水の作用で空隙を形成することにより、形成できる。また、ｐＦ２．７〜４．２のｐＦ域で水分を保持する無数の空隙を有する多孔質体１４を選択して用いることによって、より多くの第１毛管部を成形体１０に形成することができる。
【００４３】
上述のように、ｐＦ２．７〜４．２のｐＦ域で水を保持する第１毛管部は、適度な力で水を保持するので、その開口付近では水が薄膜状に拡がって水の蒸発面積が広くなり、かつ表面１２から水が蒸発すると素早く表面１２に水が供給される。つまり、内部に保持した水を表面１２に適切に供給できる。これにより、成形体１０では、表面１２全体に水が薄膜状に拡がっている状態が維持されるので、表面１２からの水の蒸発量は多くなり、水の蒸発速度は速くなる。したがって、成形体１０は、優れた表面温度上昇抑制効果を発揮できる。また、第１毛管部は、適度な力で水を保持するので、供給された水を吸収する際にも、素早く水を吸収でき、成形体１０は吸水性に優れる。
【００４４】
以下には、成形体１０の評価実験の結果を示す。この評価実験の成形体１０については、セメントには、普通ポルトランドセメント（麻生ラファージュセメント株式会社製）を用い、多孔質体１４には、ケイ酸カルシウム保温材の廃材を、切断機（日立工機株式会社製クロスカットソー,Ｃ７ＲＳＨ）を用いて粒径１．０ｍｍ程度に粉砕した粒状物を用いた。また、多孔質体１４の配合比率を変えた４種の成形体１０、つまり実施例１−４を用意し、実施例１−４のそれぞれについて評価実験を行った。各実施例の多孔質体：セメントの比率は、体積比で、実施例１が６５：３５であり、実施例２が７０：３０であり、実施例３が７５：２５であり、実施例４が８０：２０である。
【００４５】
なお、ケイ酸カルシウム保温材は、火力発電所の配管設備などに使用される保温材であり、配管設備の定期点検時などには、大量の廃材が発生する。従来、ケイ酸カルシウム保温材の廃材は、産業廃棄物として埋め立て処分されているが、このように成形体１０の多孔質体１４として有効利用すれば、埋め立て処分に伴う問題（たとえば処分費用や処分場の確保）を解決できる。図２には、ケイ酸カルシウム保温材のｐＦ値と体積含水率との関係（ｐＦ-水分曲線）を示す。各ｐＦ値における体積含水率の測定は、後述する成形体１０についての測定と同様に行った。図２から分かるように、ケイ酸カルシウム保温材は、ｐＦ２．７〜４．２のｐＦ域で水を保持する多くの空隙を有しており、特に、ｐＦ３．０〜４．０のｐＦ域には、体積含水率で約５０％の水を保持できる。
【００４６】
図３には、実施例１−４のｐＦ-水分曲線を示す。各ｐＦ値における体積含水率の測定は、「土壌標準分析・測定法（土壌標準分析法・測定委員会編集,日本土壌肥料学会監修,１９８６年度版）」を参照して行った。具体的には、ｐＦ０は減圧飽和法によって、ｐＦ１．５は砂柱法によって、ｐＦ１．８〜３．０は加圧板法によって、ｐＦ３．８〜４．２は遠心法によって、ｐＦ７は加熱減量法によってそれぞれ測定した。なお、各ｐＦ値の体積含水率を測定する際には、各実施例の表面１２が下側になるように分析装置に配置した。これは、成形体１０が表面１２から水を蒸発させるものであるため、表面１２からの水の排出の様子を知る必要があるからである。
【００４７】
図３に示すように、各実施例１−４において、ｐＦ１．８における体積含水率は６５〜８０％となっている。一般的に、ｐＦ１．８より低いｐＦ域の水は、重力水として成形体から自然と流れ落ち、ｐＦ１．８以上のｐＦ域の水は、毛管水として成形体内に保持されることが知られているので、各実施例１−４の成形体１０はいずれも、非常に優れた保水性を有するといえる。
【００４８】
また、実施例１−４のいずれにおいても、ｐＦ２．７までは体積含水率があまり変化せず、ｐＦ２．７より高いｐＦ域で体積含水率が急激に減少する。このことから、各実施例１−４では、ｐＦ２.７以上のｐＦ域で多くの水を保持していることがわかる。また、ｐＦ２．７〜４．２のｐＦ域での含水量は、多孔質体１４の配合比率が増すに従い大きくなる傾向にあり、体積含水率で、実施例１は１７．８％、実施例２は１９．９％、実施例３は２４．４％、実施例４は２９．８％もの水を、ｐＦ２．７〜４．２のｐＦ域で保持している。また、実施例１−４のいずれにおいても、ｐＦ４．２以上の高ｐＦ域に、４５〜５０％もの水を保持している。
【００４９】
さらに、ｐＦ３．０とｐＦ３．８との間で、体積含水率と多孔質体１４の配合比率との関係性が変化している。つまり、ｐＦ３．０までのｐＦ域では、多孔質体１４の配合比率が増すに従って体積含水率は大きくなるが、ｐＦ３．８より高いｐＦ域では、多孔質体１４の配合比率が増すに従って体積含水率は小さくなる。これは、高ｐＦ域になるに従い、セメントゲル１６由来の毛管が水分保持に大きく関与するようになることを示唆している。
【００５０】
図４−８には、実施例１−４の表面温度上昇抑制効果を調べた試験結果を示す。この試験（水分蒸発能力試験）は、インターロッキング・ブロック協会の規定した試験方法に準じて行い、空調機によって２５℃の恒温状態に保った室内で行った。供試体としては、縦３０ｃｍ、横３０ｃｍ、厚さ３ｃｍの板状体に形成した実施例１−４の成形体１０を用いた。また、比較例として、実施例１−４と同様の形状に作成した通常コンクリート成形体（比較例１）、および市販品であるセキスイエクステリア株式会社製のエコテリアセラミックタイル（比較例２）を用いた。
【００５１】
具体的な水分蒸発能力試験の試験方法を以下に示す。先ず、供試体を２５℃の水に２時間３０分浸漬し、供試体に水を十分に保持させた。次に、表面（上面）は大気に開放し、側面および底面は厚さ３０ｍｍの発泡プラスチック断熱材で覆った状態で、５００Ｗハロゲン電球を用い、照射強度６５０Ｗ／ｍ2の光を表面に照射した。そして、温湿度ロガー（日置電気株式会社製）を用いてこのときの表面温度および裏面温度の経時変化を計測し、計量器を用いて水の蒸発に伴う重量変化を測定した。
【００５２】
図４は、実施例１−４および比較例１,２の表面温度の経時変化を示すグラフである。図４に示すように、比較例１では、試験開始直後に表面温度が急激に上昇し、約５６℃でほぼ一定となった。また、比較例２では、比較例１と比較して表面温度の上昇は抑制されるものの、比較例１と同様に試験開始直後に表面温度が上昇し、約４８℃でほぼ一定となった。一方、実施例１−４ではいずれも、試験開始から１０００分以上の間、約３０℃の表面温度を維持した後、徐々に表面温度は上昇し、約４０℃でほぼ一定となった。つまり、実施例１−４では、比較例１と比較して約２５℃低い温度を維持する「低温維持域」と、この低温維持域に比べると高い温度ではあるが、温度上昇が緩和されて比較例１と比較して約１５℃低い温度となる「温度上昇緩和域」と、低温維持域から温度上昇緩和域に移行する「移行域」とが確認される。この結果、実施例１−４はいずれも、非常に優れた表面温度上昇抑制効果を長時間に亘って発揮できることがわかる。
【００５３】
図５−８は、実施例１−４のそれぞれについて、表面温度、裏面温度および重量の経時変化を示すグラフである。上述のように、実施例１−４の表面温度のそれぞれは、低温維持域から移行域を経て温度上昇緩和域に至る。ここで、実施例１−４の重量変化をみてみると、試験開始から一定時間は比較的直線的に重量は減少するが、その後変曲点が訪れ、重量変化の傾きが緩やかになる（つまり水分の蒸発速度が遅くなる）。この変曲点は、移行域の開始点と概ね一致する。
【００５４】
また、実施例１−４の低温維持域においては、試験開始直後に表面温度が急激に上昇し、その後すぐに変化点を迎えて徐々に温度が低下するといった経過をたどる。図３に示したｐＦ-水分曲線を用いて、この変化点における実施例１−４の体積含水率から対応するｐＦ値を求めると、この変化点における実施例１−４のｐＦ値は、いずれもｐＦ２．８程度であった。これは、上述したように、ｐＦ２．７までのｐＦ域で毛管に保持される水は、重力による下向きに働く力の影響を強く受けるため、表面１２への移動が遅くなり、蒸発により失われる水の表面１２への補給にロスが生じるからであると思われる。また、実施例１−４の低温維持域の終了点、つまり移行域の開始点のｐＦ値を同様に求めると、いずれもｐＦ４．２程度であった。これらから、低温維持域では、ｐＦ２．７〜４．２のｐＦ域で保持される水、つまり第１毛管部内に保持された水が利用されていることがわかる。
【００５５】
また、低温維持域は、保温材の配合比率が高くなるに従い、つまりｐＦ２．７〜４．２のｐＦ域で保持される水分量が多くなるに従い（図３参照）、その維持時間が長くなる。つまり、ｐＦ２．７〜４．２のｐＦ域で保持される水分量がより多い成形体１０を製造すれば、低温維持域の維持時間をより長くすることができる。
【００５６】
また、実施例１−４の成形体１０は、温度上昇緩和域を有している。図３に示したｐＦ-水分曲線を用いて、温度上昇緩和域で利用される水のｐＦ域を求めると、おおよそｐＦ４．２〜５．５のｐＦ域で保持される水、つまり第２毛管部に保持された水が利用されていることがわかった。上述したように、ｐＦ４．２より高いｐＦ域で保持される水は、摩擦力などの影響を強く受けるため、表面１２へ移動し難い。しかしながら、実施例１−４の成形体１０では、非常に多くの第２毛管部が形成されるため、１つの第２毛管部から表面１２に供給される水分量は小さいながらも、温度上昇緩和域における優れた表面温度上昇抑制効果を発揮する。このような第２毛管部を備えることにより、成形体１０は、第１毛管部に保持した水が無くなった後も、長時間に亘って優れた表面温度上昇抑制効果を発揮できる。なお、図示は省略するが、実施例２の成形体１０についてさらに長時間の水分蒸発能力試験を行ったところ、試験開始後６０時間以上経過した後も、温度上昇緩和域が維持されることが確認された。
【００５７】
さらに、図５−８に示すように、実施例１−４では、表面温度と裏面温度とに差が生じている。このことから、実施例１−４の成形体１０は、優れた断熱性を有することがわかる。また、時間が経過して内部に保持する水分が減少するに伴い、また、多孔質体１４の配合比率が高くなるに従い、成形体１０の断熱性が上昇している。これは、多孔質体１４として用いたケイ酸カルシウム保温材自体が高い断熱性を示すことに起因すると思われる。なお、気乾状態での実施例１−４の熱伝導率（ｋｃａｌ／ｍ・ｈ・℃）は、実施例１が０．２７６、実施例２が０．２１３、実施例３が０．１９９、実施例４が０．１７５であり、通常コンクリートの２．３０と比較して、非常に低い熱伝導率を有するといえる。
【００５８】
なお、上述の実施例では、養生前に表面１２を鏝で均した後、表面１２をそのままの状態にして製造したものを成形体１０とした。しかし、他の実施例として、成形体１０には、その表面１２を切削することにより、表面１２全体に亘る多数の微細な凹凸を形成することもできる。この凹凸は、一方向に線状に延び、その直交方向に傾斜する平坦面が繰り返される溝形や波形などに形成するとよく、凹凸の深さおよびピッチは、たとえば１〜２ｍｍに設定するとよい。このような凹凸を表面１２に形成することにより、表面１２の面積が増加すると共に、表面１２に対する水滴のみかけの接触角が小さくなり、水が表面１２に広くかつ薄く拡がり易くなる。
【００５９】
また、成形体１０を製造する際には、表面１２に対して圧力を加えるようにしてもよい。この圧力は、圧力を加えた面に近いほど大きく作用するため、表面１２に近い第２および第３空隙２２,２４ほど圧縮され、成形体１０の裏面から表面１２に向かうほど、第２および第３空隙２２,２４の径（太さ）は徐々に細くなる。毛管内に保持した水を毛細管現象により吸い上げる力は、毛管が細くなるほど大きくなるので、毛管内に保持された水分は、毛管の細い方に向かって移動する。つまり、成形体１０の裏面から表面１２に向かうに従い毛管の太さを徐々に細くしておけば、毛管内の水分は、成形体１０の表面１２向かって移動し易くなり、表面１２からの水分の蒸発が促進される。
【００６０】
なお、成形体１０を製造するときに圧力を加えると、流動性の高いセメントが上方へ移動し、硬化物の表面近傍に占めるセメントゲル１６の割合は高くなるが、上述のように硬化物の表面近傍を切削するようにすれば、多数の毛管の開口を、成形体１０の表面１２に確実に形成できる。また、混合物に加える圧力を適宜調節し、圧縮脱水時に移動する水の流れ方向および流量を制御することによって、毛管の口径および本数を制御できる。
【００６１】
また、上述の実施例では、成形体１０を製造するときに、セメントと多孔質体１４と空練りした後に水を加えるようにしたが、予め多孔質体１４に水を吸収させておき、水を含む多孔質体１４とセメントと水とを混練するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】この発明の一実施例の保水性セメント成形体の断面構造を示す模式図である。
【図２】保水性セメント成形体に用いる多孔質体（ケイ酸カルシウム保温材）のｐＦ-水分曲線を示すグラフである。
【図３】保水性セメント成形体の実施例１−４のｐＦ-水分曲線を示すグラフである。
【図４】保水性セメント成形体の実施例１−４および比較例１,２の水分蒸発能力試験の結果を示すグラフである。
【図５】保水性セメント成形体の実施例１の水分蒸発能力試験の結果を示すグラフである。
【図６】保水性セメント成形体の実施例２の水分蒸発能力試験の結果を示すグラフである。
【図７】保水性セメント成形体の実施例３の水分蒸発能力試験の結果を示すグラフである。
【図８】保水性セメント成形体の実施例４の水分蒸発能力試験の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６３】
１０ …保水性セメント成形体
１２ …表面
１４ …多孔質体
１６ …セメントゲル
２０ …第１空隙
２２ …第２空隙
２４ …第３空隙
【技術分野】
【０００１】
この発明は保水性セメント成形体に関し、特にたとえば、供給された水を内部に吸収して保持し、表面から蒸発させる、保水性セメント成形体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ヒートアイランド現象などによる市街地の温度上昇が問題となっている。この現象を緩和するための対策の一例として、建物の外装材や道路の舗装材などに、表面温度の上昇を抑制する効果を有する保水性成形体を用いる対策が実施されている。このような保水性成形体は、内部に吸収して保持した水を表面から蒸発させることによって、表面温度の上昇を抑制している。
【０００３】
特許文献１には、従来の保水性成形体の一例が開示される。特許文献１の技術は、保水性コンクリート固化体であって、軽量骨材の微細連続空隙が表面に連通していることを特徴とするものである。特許文献１の技術では、製造時に、軽量骨材の空隙の内部に炭酸ガスを多量に含む水溶液を含ませておき、炭酸ガスの放出によってセメントペースト（セメントゲル）に通孔を開けることにより、軽量骨材の微細連続空隙を表面に連通させている。
【特許文献１】特開２００１−１５８６７６号公報 [Ｃ０４Ｂ ３８／０８]
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の技術では、炭酸ガスの放出によってセメントペーストに通孔を開けているので、表面に連通する通孔の径が大きくなってしまう。通孔の径が大きいと、通孔内の水が受ける重力の影響が大きくなるため、表面への水の供給が遅くなる上、表面に水が膜状に広がり難くなる。このため、特許文献１の技術では、表面からの水の蒸発量が少なくなってしまい、表面温度上昇抑制効果を適切に発揮できない。
【０００５】
それゆえに、この発明の主たる目的は、新規な、保水性セメント成形体を提供することである。
【０００６】
この発明の他の目的は、表面温度上昇抑制効果に優れる、保水性セメント成形体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、上記の課題を解決するために、以下の構成を採用した。なお、括弧内の参照符号および補足説明などは、本発明の理解を助けるために後述する実施の形態との対応関係を示したものであって、この発明を何ら限定するものではない。
【０００８】
第１の発明は、多孔質体を含む保水性セメント成形体であって、表面と内部とを連通し、ｐＦ２．７〜４．２のｐＦ域で水を保持する第１毛管部を備える、保水性セメント成形体である。
【０００９】
第１の発明では、保水性セメント成形体（１０）は、多孔質体（１４）を含み、内部に吸収して保持した水を表面（１２）から蒸発させることによって、表面温度の上昇を抑制する。保水性セメント成形体内には、表面で開口し、ｐＦ２．７〜４．２のｐＦ域で水を保持する第１毛管部が形成される。ｐＦ２．７〜４．２のｐＦ域で毛管に保持される水、つまり第１毛管部に保持される水は、適度な力で保持されるので、表面で拡がり易く、かつ表面への供給も素早く行われる。
【００１０】
第１の発明によれば、ｐＦ２．７〜４．２のｐＦ域で水を保持する第１毛管部を備えるので、内部に保持した水を表面に適切に供給でき、優れた表面温度上昇抑制効果を発揮できる。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明に従属し、第１毛管部は、体積含水率で１５％以上の水を保持可能である。
【００１２】
第２の発明では、保水性セメント成形体（１０）の第１毛管部は、体積含水率で１５％以上の水を保持可能である。ｐＦ２．７〜４．２のｐＦ域で多くの水を保持することにより、表面温度上昇抑制効果を長時間に亘って発揮できる。
【００１３】
第３の発明は、第１または第２の発明に従属し、多孔質体は、ｐＦ２．７〜４．２のｐＦ域で水を保持する空隙を有する。
【００１４】
第３の発明では、ｐＦ２．７〜４．２のｐＦ域で水を保持する空隙（２０）を有する多孔質体（１４）を用いる。これにより、保水性セメント成形体（１０）内に、より多くの第１毛管部を形成できる。
【００１５】
第４の発明は、第１ないし第３の発明のいずれかに従属し、多孔質体は、ケイ酸カルシウム保温材の廃材を含む。
【００１６】
第４の発明では、多孔質体（１４）として、ケイ酸カルシウム保温材の廃材を用いる。
【００１７】
第４の発明によれば、従来埋め立て処分等されていたケイ酸カルシウム保温材の廃材を有効利用でき、処分費用や処分場の確保などの埋め立て処分に伴う問題を解決できる。
【００１８】
第５の発明は、第１ないし第４の発明のいずれかに従属し、表面と内部とを連通し、ｐＦ４．２〜５．５のｐＦ域で水を保持する第２毛管部をさらに備える。
【００１９】
第５の発明では、保水性セメント成形体（１０）の内部には、表面（１２）で開口し、ｐＦ４．２〜５．５のｐＦ域で水を保持する第２毛管部が形成される。ｐＦ４．２より高いｐＦ域で毛管に保持される水は、摩擦力などにより毛管内を移動し難いが、多くの第２毛管部を保水性セメント成形体内に形成することによって、保水性セメント成形体は、表面温度上昇抑制効果を発揮できる。
【００２０】
第５の発明によれば、第１毛管部内に保持した水が無くなった後も、表面から水分を蒸発させることができるので、長時間に亘って表面温度上昇抑制効果を発揮できる。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によれば、ｐＦ２．７〜４．２のｐＦ域で水を保持する第１毛管部を備えるので、内部に保持した水を表面に適切に供給でき、優れた表面温度上昇抑制効果を発揮できる。
【００２２】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１を参照して、この発明の一実施例である保水性セメント成形体１０（以下、単に「成形体１０」という。）は、建物の外壁材、屋根材、外装材および被覆材、ならびに道路や公園などの舗装材として用いられ、内部に吸収して保持した水を表面１２から蒸発させることによって、表面温度の上昇を抑制する。成形体１０は、特に、従来のタイルやレンガの代替物として好適に利用され、たとえば建物の外壁に取り付けられることによって、建物を直接的に冷却する。
【００２４】
詳細は後述するように、成形体１０は、セメント、多孔質体１４および水を混合し、セメントを硬化させることによって、使用用途に応じた所定の形状および寸法（たとえば、縦３０ｃｍ、横３０ｃｍ、厚み３ｃｍの板状体）に製造される。成形体１０は、セメントを硬化させたセメントゲル１６の内部および表面に多孔質体１４が分散配置される構造を有し、成形体１０の内部には、表面１２に連通して開口する無数の毛管が形成される。この無数の毛管は、多孔質体１４の内部、隣接する多孔質体１４の間、多孔質体１４とセメントゲル１６との間、およびセメントゲル１６の内部などに形成される空隙、或いはこれらが互いに連続して形成される空隙であり、ｐＦ２．７〜４．２のｐＦ域で水分を保持する第１毛管部と、ｐＦ４．２〜５．５のｐＦ域で水分を保持する第２毛管部とを含む。
【００２５】
ここで、ｐＦ値とは、毛管が水を吸着保持している力の強さ（水分ポテンシャル）を水柱圧（水柱高さ）で表し、その絶対値を常用対数で表したものをいう。ｐＦ値は、土壌の含水状態を表す指標値として知られるが、この実施例では、成形体１０に保持される水が、表面蒸発に有効に利用されるものであるかどうかを示すための指標値として用いている。
【００２６】
なお、図１は、成形体１０の断面構造を分かりやすく示すための模式図であり、多孔質体１４および毛管の数、大きさ、形状および配置などを厳密に示すものではない。
【００２７】
成形体１０に用いるセメントには、各種セメントを利用でき、無機質セメントを利用してもよいし、合成樹脂などの有機質セメントを利用してもよい。無機質セメントとしては、たとえば、普通ポルトランドセメント或いはアルミナセメントを好適に用いることができる。普通ポルトランドセメントは、広く普及しているため入手し易く、安価であるため経済性に優れる上、これを用いて形成した成形体１０は、白色または淡色になるため光の表面反射率が高く、日射による表面温度上昇が発生しにくい。また、アルミナセメントを用いて成形体１０を形成すれば、緻密な組成を作ることができるので、細い毛管を形成し易い上、耐食性、耐寒性および耐熱性などに優れる。また、無機質セメントを硬化させたセメントゲル１６は、親水性を有するため、水の付着力が大きい。このため、毛管内を水が移動し易く、成形体１０の表面１２上に水が拡がり易いので、無機質セメントは、成形体１０の形成に適している。
【００２８】
なお、成形体１０には、単独のセメントを用いることもできるし、複数のセメントを混合して用いることもできる。また、セメントに添加剤を配合することもでき、たとえば無機質セメントに骨材を配合して、コンクリート或いはモルタルとすることもできる。さらに、無機質セメントを焼成などして、セラミックとすることもできる。
【００２９】
多孔質体１４は、その内部に多数の微細な空隙（第１空隙２０）を有する粒状体である。多孔質体１４の粒径は特に限定されないが、０．５ｍｍ〜２.０ｍｍが好ましく、なかでも１.０ｍｍ程度に粒径を揃えたものが好ましい。粒径が大きすぎると、成形体１０の強度が低下するからである。また、粒径を揃えないと、粒径の小さな多孔質体１４が近接する多孔質体１４同士の間隙を埋めてしまったり、多孔質体１４の配置の偏りが大きくなってしまったりして、後述する第２空隙２２が適切に形成されない恐れがあるからである。
【００３０】
また、多孔質体１４の第１空隙２０の径（断面積）の大きさは、第２空隙２２の径と同程度の大きさであることが好ましく、第１空隙２０は、ｐＦ２．７〜４．２のｐＦ域で水分を保持する毛管であることが好ましい。
【００３１】
具体的には、多孔質体１４として、ケイ酸カルシウム保温材、ロックウール保温材、珪藻土焼成粒、ゼオライト、泥炭、木炭、バーミキュライト、ベントナイト、パーライト、および活性炭類などを利用できる。また、有機系或いは無機系の繊維を略球形状に丸めたものを利用することもできる。
【００３２】
以下には、成形体１０の製造方法について説明する。先ず、所定量の多孔質体１４とセメントとを乾燥状態のまま空練りして混合し、その後、水を加えて練り上げる。次に、この混練した混合物を型枠に投入して表面（上面）を鏝で均した後、混練時に混入した空気を抜くために振動を与え、表面に浮き上がる気泡を取り除く。続いて、高湿度に保った室内で２４時間湿潤養生した後型枠を外し、さらに室内で２８日間気中養生することによって、成形体１０が得られる。
【００３３】
このような成形体１０の製造において、セメントと多孔質体１４との混合物に加えた水の一部は、セメントの硬化に利用され、他の一部は、多孔質体１４の第１空隙２０に吸収されて保持される。そして、養生中、つまりセメントが硬化して硬化物を形成する際には、多孔質体１４の第１空隙２０内の水が流れ出て、多孔質体１４の周囲を伝って、或いはセメントゲル１６の内部を通って硬化物の表面（上面）から外部に排出される。多孔質体１４の周囲を伝って水が排出されることにより、多孔質体１４とセメントゲル１６との間、或いは隣接する多孔質体１４同士の間には第２空隙２２が形成される。この第２空隙２２は、隣接する多孔質体１４の第１空隙２０や他の第２空隙２２と適宜合流し、表面１２に連通する。一方、セメントゲル１６の内部を通って水が排出されることによって、セメントゲル１６の内部には、多孔質体１４から表面１２に向かって延びる無数の第３空隙２４が形成される。この第３空隙２４も、他の各空隙２０,２２,２４と適宜合流し、表面１２に連通する。なお、第２空隙２２は、多孔質体１４の周囲に沿って形成され、他の第２空隙２２と合流し易いので、幅広の断面を有するようになる。このため、第２空隙２２の径（断面積）の大きさは、第３空隙２４の径より大きくなる。
【００３４】
これらの第１空隙２０、第２空隙２２および第３空隙２４は、成形体１０の内部と表面１２とを連通する無数の毛管を形成する。この中でも、第１空隙２０と第２空隙２２とによって形成される毛管は、主に第１毛管部として機能する。具体的には、多孔質体１４の一部が表面１２に露出することによって第１空隙２０或いは第２空隙２２が直接表面１２に連通（開口）する毛管、およびその毛管に他の第１空隙２０や第２空隙２２が連続して形成される毛管などは、第１毛管部となる。また、第３空隙２４を介して表面１２に連通する毛管は、主に第２毛管部として機能する。具体的には、表面１２に連通する第３空隙２４に第１空隙２０や第２空隙２２が連続して形成される毛管などは、第２毛管部となる。
【００３５】
ただし、第１空隙２０および第２空隙２２の中でも、その径が小さい空隙、たとえば第１空隙２０の内部にセメントゲル１６が入り込んでその断面積が小さくなった空隙は、第２毛管部を形成する場合もある。また、第３空隙２４の中でも、その径が大きい空隙、たとえば第３空隙２４同士が合流してその断面積が大きくなった空隙は、第１毛管部を形成する場合もある。
【００３６】
なお、セメントと多孔質体１４とを混合する割合は、セメントおよび多孔質体１４の種類や、成形体１０の使用用途および要求性能などに基づいて適宜決定されるが、体積比（セメント：多孔質体１４）で、２：８〜６：４の範囲内であることが望ましい。これは、セメントの割合が少なすぎると、一定の形にならないため成形体１０を製造できず、セメントの割合が多すぎると、成形体１０の特徴の1つである高保水性を適切に発揮できない場合があるからである。
【００３７】
また、上述したように、成形体１０の製造時に加える水は、セメントの硬化に利用されると共に、多孔質体１４の内部（第１空隙２０）に一旦保持されて、第２空隙２２および第３空隙２４の形成に利用される。したがって、製造時に加える水の量は、通常のコンクリートやモルタル等を作成するときに加える水の量よりも多く、成形体１０を製造する際の水／セメント比は高くなる。
【００３８】
このような成形体１０では、表面１２に水が供給されると、供給された水は、毛細管現象および重力などにより、表面１２に形成される開口から成形体１０内の各空隙２０,２２,２４に吸収される。成形体１０内に吸収された水は、毛細管現象および重力などにより、各空隙２０,２２,２４内を順次移動して成形体１０全体に浸透し、各空隙２０,２２,２４内で保持される。
【００３９】
そして、水を保持した成形体１０の表面１２からは、周囲の環境状況に応じて水が適宜蒸発する。特に、日射を受ける等してその温度が上昇すると、表面１２に存在する水は活発に蒸発する。このとき、各間隙２０,２２,２４の各開口付近にある水が蒸発すると、蒸発した水の近傍に存在する各間隙２０,２２,２４に保持された水は、分子間力や毛細管現象により吸い上げられて、各開口から表面１２に出て拡がる。また、表面１２近傍に保持された水が表面１２へ移動するに伴い、成形体１０のさらに内部に保持された水は、毛細管現象により順次吸い上げられて、各間隙２０,２２,２４を適宜通って各開口から表面１２に出る。つまり、表面１２における水の蒸発に伴い、成形体１０内の水は、各間隙２０,２２,２４を通って表面１２に順次供給され、表面１２から順次蒸発する。
【００４０】
ここで、毛管（空隙）の径が大きい場合、つまり低ｐＦ域で水を保持する毛管の場合には、毛管に保持された水は、重力による下向きに働く力の影響を強く受けるため、表面への水の移動が遅くなると共に、表面で水が拡がり難い。一方、毛管の径が小さい場合、つまり高ｐＦ域で水を保持する毛管の場合には、毛管に保持された水は、摩擦力などの影響を強く受けるため、水が移動し難く、表面で水が拡がり難い。つまり、水を保持するｐＦ域が高すぎても低すぎても、1つの毛管の開口から表面に出て拡がる水の面積は狭くなるため、表面全体に薄膜状に拡がる水の層を適切に形成できず、また、表面で水が蒸発したときに表面に対して水を素早く補給できない。
【００４１】
そこで、この発明者らは、表面全体に薄膜状に拡がる水の層を形成することができ、かつ表面から水が蒸発すると表面に水が素早く供給される成形体１０の構造を鋭意検討した結果、ｐＦ２．７〜４．２のｐＦ域で水を保持する毛管（第１毛管部）を成形体１０に形成するとよいことに想到した。
【００４２】
ｐＦ２．７〜４．２のｐＦ域で水を保持する第１毛管部は、上述のように、成形体１０を製造するときに、セメントの硬化に必要な量よりも多くの水を加え、多孔質体１４に保持させた水の作用で空隙を形成することにより、形成できる。また、ｐＦ２．７〜４．２のｐＦ域で水分を保持する無数の空隙を有する多孔質体１４を選択して用いることによって、より多くの第１毛管部を成形体１０に形成することができる。
【００４３】
上述のように、ｐＦ２．７〜４．２のｐＦ域で水を保持する第１毛管部は、適度な力で水を保持するので、その開口付近では水が薄膜状に拡がって水の蒸発面積が広くなり、かつ表面１２から水が蒸発すると素早く表面１２に水が供給される。つまり、内部に保持した水を表面１２に適切に供給できる。これにより、成形体１０では、表面１２全体に水が薄膜状に拡がっている状態が維持されるので、表面１２からの水の蒸発量は多くなり、水の蒸発速度は速くなる。したがって、成形体１０は、優れた表面温度上昇抑制効果を発揮できる。また、第１毛管部は、適度な力で水を保持するので、供給された水を吸収する際にも、素早く水を吸収でき、成形体１０は吸水性に優れる。
【００４４】
以下には、成形体１０の評価実験の結果を示す。この評価実験の成形体１０については、セメントには、普通ポルトランドセメント（麻生ラファージュセメント株式会社製）を用い、多孔質体１４には、ケイ酸カルシウム保温材の廃材を、切断機（日立工機株式会社製クロスカットソー,Ｃ７ＲＳＨ）を用いて粒径１．０ｍｍ程度に粉砕した粒状物を用いた。また、多孔質体１４の配合比率を変えた４種の成形体１０、つまり実施例１−４を用意し、実施例１−４のそれぞれについて評価実験を行った。各実施例の多孔質体：セメントの比率は、体積比で、実施例１が６５：３５であり、実施例２が７０：３０であり、実施例３が７５：２５であり、実施例４が８０：２０である。
【００４５】
なお、ケイ酸カルシウム保温材は、火力発電所の配管設備などに使用される保温材であり、配管設備の定期点検時などには、大量の廃材が発生する。従来、ケイ酸カルシウム保温材の廃材は、産業廃棄物として埋め立て処分されているが、このように成形体１０の多孔質体１４として有効利用すれば、埋め立て処分に伴う問題（たとえば処分費用や処分場の確保）を解決できる。図２には、ケイ酸カルシウム保温材のｐＦ値と体積含水率との関係（ｐＦ-水分曲線）を示す。各ｐＦ値における体積含水率の測定は、後述する成形体１０についての測定と同様に行った。図２から分かるように、ケイ酸カルシウム保温材は、ｐＦ２．７〜４．２のｐＦ域で水を保持する多くの空隙を有しており、特に、ｐＦ３．０〜４．０のｐＦ域には、体積含水率で約５０％の水を保持できる。
【００４６】
図３には、実施例１−４のｐＦ-水分曲線を示す。各ｐＦ値における体積含水率の測定は、「土壌標準分析・測定法（土壌標準分析法・測定委員会編集,日本土壌肥料学会監修,１９８６年度版）」を参照して行った。具体的には、ｐＦ０は減圧飽和法によって、ｐＦ１．５は砂柱法によって、ｐＦ１．８〜３．０は加圧板法によって、ｐＦ３．８〜４．２は遠心法によって、ｐＦ７は加熱減量法によってそれぞれ測定した。なお、各ｐＦ値の体積含水率を測定する際には、各実施例の表面１２が下側になるように分析装置に配置した。これは、成形体１０が表面１２から水を蒸発させるものであるため、表面１２からの水の排出の様子を知る必要があるからである。
【００４７】
図３に示すように、各実施例１−４において、ｐＦ１．８における体積含水率は６５〜８０％となっている。一般的に、ｐＦ１．８より低いｐＦ域の水は、重力水として成形体から自然と流れ落ち、ｐＦ１．８以上のｐＦ域の水は、毛管水として成形体内に保持されることが知られているので、各実施例１−４の成形体１０はいずれも、非常に優れた保水性を有するといえる。
【００４８】
また、実施例１−４のいずれにおいても、ｐＦ２．７までは体積含水率があまり変化せず、ｐＦ２．７より高いｐＦ域で体積含水率が急激に減少する。このことから、各実施例１−４では、ｐＦ２.７以上のｐＦ域で多くの水を保持していることがわかる。また、ｐＦ２．７〜４．２のｐＦ域での含水量は、多孔質体１４の配合比率が増すに従い大きくなる傾向にあり、体積含水率で、実施例１は１７．８％、実施例２は１９．９％、実施例３は２４．４％、実施例４は２９．８％もの水を、ｐＦ２．７〜４．２のｐＦ域で保持している。また、実施例１−４のいずれにおいても、ｐＦ４．２以上の高ｐＦ域に、４５〜５０％もの水を保持している。
【００４９】
さらに、ｐＦ３．０とｐＦ３．８との間で、体積含水率と多孔質体１４の配合比率との関係性が変化している。つまり、ｐＦ３．０までのｐＦ域では、多孔質体１４の配合比率が増すに従って体積含水率は大きくなるが、ｐＦ３．８より高いｐＦ域では、多孔質体１４の配合比率が増すに従って体積含水率は小さくなる。これは、高ｐＦ域になるに従い、セメントゲル１６由来の毛管が水分保持に大きく関与するようになることを示唆している。
【００５０】
図４−８には、実施例１−４の表面温度上昇抑制効果を調べた試験結果を示す。この試験（水分蒸発能力試験）は、インターロッキング・ブロック協会の規定した試験方法に準じて行い、空調機によって２５℃の恒温状態に保った室内で行った。供試体としては、縦３０ｃｍ、横３０ｃｍ、厚さ３ｃｍの板状体に形成した実施例１−４の成形体１０を用いた。また、比較例として、実施例１−４と同様の形状に作成した通常コンクリート成形体（比較例１）、および市販品であるセキスイエクステリア株式会社製のエコテリアセラミックタイル（比較例２）を用いた。
【００５１】
具体的な水分蒸発能力試験の試験方法を以下に示す。先ず、供試体を２５℃の水に２時間３０分浸漬し、供試体に水を十分に保持させた。次に、表面（上面）は大気に開放し、側面および底面は厚さ３０ｍｍの発泡プラスチック断熱材で覆った状態で、５００Ｗハロゲン電球を用い、照射強度６５０Ｗ／ｍ2の光を表面に照射した。そして、温湿度ロガー（日置電気株式会社製）を用いてこのときの表面温度および裏面温度の経時変化を計測し、計量器を用いて水の蒸発に伴う重量変化を測定した。
【００５２】
図４は、実施例１−４および比較例１,２の表面温度の経時変化を示すグラフである。図４に示すように、比較例１では、試験開始直後に表面温度が急激に上昇し、約５６℃でほぼ一定となった。また、比較例２では、比較例１と比較して表面温度の上昇は抑制されるものの、比較例１と同様に試験開始直後に表面温度が上昇し、約４８℃でほぼ一定となった。一方、実施例１−４ではいずれも、試験開始から１０００分以上の間、約３０℃の表面温度を維持した後、徐々に表面温度は上昇し、約４０℃でほぼ一定となった。つまり、実施例１−４では、比較例１と比較して約２５℃低い温度を維持する「低温維持域」と、この低温維持域に比べると高い温度ではあるが、温度上昇が緩和されて比較例１と比較して約１５℃低い温度となる「温度上昇緩和域」と、低温維持域から温度上昇緩和域に移行する「移行域」とが確認される。この結果、実施例１−４はいずれも、非常に優れた表面温度上昇抑制効果を長時間に亘って発揮できることがわかる。
【００５３】
図５−８は、実施例１−４のそれぞれについて、表面温度、裏面温度および重量の経時変化を示すグラフである。上述のように、実施例１−４の表面温度のそれぞれは、低温維持域から移行域を経て温度上昇緩和域に至る。ここで、実施例１−４の重量変化をみてみると、試験開始から一定時間は比較的直線的に重量は減少するが、その後変曲点が訪れ、重量変化の傾きが緩やかになる（つまり水分の蒸発速度が遅くなる）。この変曲点は、移行域の開始点と概ね一致する。
【００５４】
また、実施例１−４の低温維持域においては、試験開始直後に表面温度が急激に上昇し、その後すぐに変化点を迎えて徐々に温度が低下するといった経過をたどる。図３に示したｐＦ-水分曲線を用いて、この変化点における実施例１−４の体積含水率から対応するｐＦ値を求めると、この変化点における実施例１−４のｐＦ値は、いずれもｐＦ２．８程度であった。これは、上述したように、ｐＦ２．７までのｐＦ域で毛管に保持される水は、重力による下向きに働く力の影響を強く受けるため、表面１２への移動が遅くなり、蒸発により失われる水の表面１２への補給にロスが生じるからであると思われる。また、実施例１−４の低温維持域の終了点、つまり移行域の開始点のｐＦ値を同様に求めると、いずれもｐＦ４．２程度であった。これらから、低温維持域では、ｐＦ２．７〜４．２のｐＦ域で保持される水、つまり第１毛管部内に保持された水が利用されていることがわかる。
【００５５】
また、低温維持域は、保温材の配合比率が高くなるに従い、つまりｐＦ２．７〜４．２のｐＦ域で保持される水分量が多くなるに従い（図３参照）、その維持時間が長くなる。つまり、ｐＦ２．７〜４．２のｐＦ域で保持される水分量がより多い成形体１０を製造すれば、低温維持域の維持時間をより長くすることができる。
【００５６】
また、実施例１−４の成形体１０は、温度上昇緩和域を有している。図３に示したｐＦ-水分曲線を用いて、温度上昇緩和域で利用される水のｐＦ域を求めると、おおよそｐＦ４．２〜５．５のｐＦ域で保持される水、つまり第２毛管部に保持された水が利用されていることがわかった。上述したように、ｐＦ４．２より高いｐＦ域で保持される水は、摩擦力などの影響を強く受けるため、表面１２へ移動し難い。しかしながら、実施例１−４の成形体１０では、非常に多くの第２毛管部が形成されるため、１つの第２毛管部から表面１２に供給される水分量は小さいながらも、温度上昇緩和域における優れた表面温度上昇抑制効果を発揮する。このような第２毛管部を備えることにより、成形体１０は、第１毛管部に保持した水が無くなった後も、長時間に亘って優れた表面温度上昇抑制効果を発揮できる。なお、図示は省略するが、実施例２の成形体１０についてさらに長時間の水分蒸発能力試験を行ったところ、試験開始後６０時間以上経過した後も、温度上昇緩和域が維持されることが確認された。
【００５７】
さらに、図５−８に示すように、実施例１−４では、表面温度と裏面温度とに差が生じている。このことから、実施例１−４の成形体１０は、優れた断熱性を有することがわかる。また、時間が経過して内部に保持する水分が減少するに伴い、また、多孔質体１４の配合比率が高くなるに従い、成形体１０の断熱性が上昇している。これは、多孔質体１４として用いたケイ酸カルシウム保温材自体が高い断熱性を示すことに起因すると思われる。なお、気乾状態での実施例１−４の熱伝導率（ｋｃａｌ／ｍ・ｈ・℃）は、実施例１が０．２７６、実施例２が０．２１３、実施例３が０．１９９、実施例４が０．１７５であり、通常コンクリートの２．３０と比較して、非常に低い熱伝導率を有するといえる。
【００５８】
なお、上述の実施例では、養生前に表面１２を鏝で均した後、表面１２をそのままの状態にして製造したものを成形体１０とした。しかし、他の実施例として、成形体１０には、その表面１２を切削することにより、表面１２全体に亘る多数の微細な凹凸を形成することもできる。この凹凸は、一方向に線状に延び、その直交方向に傾斜する平坦面が繰り返される溝形や波形などに形成するとよく、凹凸の深さおよびピッチは、たとえば１〜２ｍｍに設定するとよい。このような凹凸を表面１２に形成することにより、表面１２の面積が増加すると共に、表面１２に対する水滴のみかけの接触角が小さくなり、水が表面１２に広くかつ薄く拡がり易くなる。
【００５９】
また、成形体１０を製造する際には、表面１２に対して圧力を加えるようにしてもよい。この圧力は、圧力を加えた面に近いほど大きく作用するため、表面１２に近い第２および第３空隙２２,２４ほど圧縮され、成形体１０の裏面から表面１２に向かうほど、第２および第３空隙２２,２４の径（太さ）は徐々に細くなる。毛管内に保持した水を毛細管現象により吸い上げる力は、毛管が細くなるほど大きくなるので、毛管内に保持された水分は、毛管の細い方に向かって移動する。つまり、成形体１０の裏面から表面１２に向かうに従い毛管の太さを徐々に細くしておけば、毛管内の水分は、成形体１０の表面１２向かって移動し易くなり、表面１２からの水分の蒸発が促進される。
【００６０】
なお、成形体１０を製造するときに圧力を加えると、流動性の高いセメントが上方へ移動し、硬化物の表面近傍に占めるセメントゲル１６の割合は高くなるが、上述のように硬化物の表面近傍を切削するようにすれば、多数の毛管の開口を、成形体１０の表面１２に確実に形成できる。また、混合物に加える圧力を適宜調節し、圧縮脱水時に移動する水の流れ方向および流量を制御することによって、毛管の口径および本数を制御できる。
【００６１】
また、上述の実施例では、成形体１０を製造するときに、セメントと多孔質体１４と空練りした後に水を加えるようにしたが、予め多孔質体１４に水を吸収させておき、水を含む多孔質体１４とセメントと水とを混練するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】この発明の一実施例の保水性セメント成形体の断面構造を示す模式図である。
【図２】保水性セメント成形体に用いる多孔質体（ケイ酸カルシウム保温材）のｐＦ-水分曲線を示すグラフである。
【図３】保水性セメント成形体の実施例１−４のｐＦ-水分曲線を示すグラフである。
【図４】保水性セメント成形体の実施例１−４および比較例１,２の水分蒸発能力試験の結果を示すグラフである。
【図５】保水性セメント成形体の実施例１の水分蒸発能力試験の結果を示すグラフである。
【図６】保水性セメント成形体の実施例２の水分蒸発能力試験の結果を示すグラフである。
【図７】保水性セメント成形体の実施例３の水分蒸発能力試験の結果を示すグラフである。
【図８】保水性セメント成形体の実施例４の水分蒸発能力試験の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６３】
１０ …保水性セメント成形体
１２ …表面
１４ …多孔質体
１６ …セメントゲル
２０ …第１空隙
２２ …第２空隙
２４ …第３空隙
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質体を含む保水性セメント成形体であって、
表面と内部とを連通し、ｐＦ２．７〜４．２のｐＦ域で水を保持する第１毛管部を備える、保水性セメント成形体。
【請求項２】
前記第１毛管部は、体積含水率で１５％以上の水を保持可能である、請求項１記載の保水性セメント成形体。
【請求項３】
前記多孔質体は、ｐＦ２．７〜４．２のｐＦ域で水を保持する空隙を有する、請求項１または２記載の保水性セメント成形体。
【請求項４】
前記多孔質体は、ケイ酸カルシウム保温材の廃材を含む、請求項１ないし３のいずれかに記載の保水性セメント成形体。請求書
【請求項５】
表面と内部とを連通し、ｐＦ４．２〜５.５のｐＦ域で水を保持する第２毛管部をさらに備える、請求項１ないし４のいずれかに記載の保水性セメント成形体。
【請求項１】
多孔質体を含む保水性セメント成形体であって、
表面と内部とを連通し、ｐＦ２．７〜４．２のｐＦ域で水を保持する第１毛管部を備える、保水性セメント成形体。
【請求項２】
前記第１毛管部は、体積含水率で１５％以上の水を保持可能である、請求項１記載の保水性セメント成形体。
【請求項３】
前記多孔質体は、ｐＦ２．７〜４．２のｐＦ域で水を保持する空隙を有する、請求項１または２記載の保水性セメント成形体。
【請求項４】
前記多孔質体は、ケイ酸カルシウム保温材の廃材を含む、請求項１ないし３のいずれかに記載の保水性セメント成形体。請求書
【請求項５】
表面と内部とを連通し、ｐＦ４．２〜５.５のｐＦ域で水を保持する第２毛管部をさらに備える、請求項１ないし４のいずれかに記載の保水性セメント成形体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−３０７９３（Ｐ２０１０−３０７９３Ａ）
【公開日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１９１７０６（Ｐ２００８−１９１７０６）
【出願日】平成２０年７月２５日（２００８．７．２５）
【出願人】（５０５４０７５７５）株式会社森生テクノ (4)
【出願人】（０００１５６９３８）関西電力株式会社 (1,442)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月２５日（２００８．７．２５）
【出願人】（５０５４０７５７５）株式会社森生テクノ (4)
【出願人】（０００１５６９３８）関西電力株式会社 (1,442)
【Ｆターム（参考）】
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