JP2004169547A - 建築用断熱材と、この建築用断熱材を用いる木造建築物並びにその構築方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 建築物に使用される断熱材であって、内部に複数の空隙3を形成するハニカム構造を備えたコア部2と、前記空隙3中に充填される炭化もみ殻4と、ハニカム構造を備えたコア部2を挟む不織布製の面材5とを有するものであり、断熱材の断熱性と耐火性、調湿性、ガス吸着性を向上させるとともに、有害物質による人体への影響を削減したものである。
【選択図】 図1
Description
例えば、特許文献1には、「ハニカム利用の炭素埋設建築パネル」という名称で「砕いた炭」を「耐火ハニカム材」に詰めて防粉材等で固定した建築パネルに関する発明が開示されている。
図7において、炭素埋設建築パネル24は、合板25に不織布等の防粉材26aを張ってこの上に釘32や接着剤等で固定幅27を残して使用場所に合わせた枠木28を固定し、さらに、枠木28の中に耐火ハニカム材29を入れてこの耐火ハニカム材29の中に砕いた炭30を詰め、その上に再度防粉材26bを置いてこれをプラスターボード31で固定したものである。このため、プラスターボード31の反対面に合板25を取り付けることによって、合板25が柱間に入り、従来使用していた筋かい以上の強度を得ることができるとともに、施工時に必要とされていた間柱や化粧板等を固定する巾木が不要となる。また、炭素埋設建築パネル24の耐火ハニカム材29内に砕いた炭30、すなわち、充填材料を詰めることによって断熱材の偏りを減少させ、これによって断熱性と調湿性を向上させることができる。通気孔33を必要に応じて空けることによって、湿度を調節することも可能である。さらには、充填材料として砕いた炭を使用することによって、炭の持つ消臭及び空気のイオン化、遠赤外線放出による薬効も期待される。
以下、特許文献2に開示された技術について特許文献2の記載を引用しながら説明する。
上記構成の建築用断熱材は、炭化もみ殻を断熱材の原料として使用することによって、砕いた炭やもみ殻を原料として使用したときよりも熱伝導率が小さくなるという作用を有する。また、表面の凹凸の増加によって表面積が大きくなるという作用を有する。さらには、表面に生じた多くの空隙によって、多孔性を向上させるという作用を有する。加えて、炭化もみ殻を充填したハニカム構造を備えたコア部を不織布製の面材で覆うことによって、炭化もみ殻をコア部の空隙内に固定するという作用を有する。
上記構成の建築用断熱材においては、請求項1に記載の発明の作用に加えて、接合剤として無機系バインダーを加えた炭化もみ殻をハニカムコアに充填することによって、断熱材の耐火性を向上させるという作用を有する。また、混合の際に気泡を混入させることによって、炭化もみ殻の多孔性を補うとともに断熱材を軽量化するという作用を有する。
上記構成の建築用断熱材においては、無機系バインダーを主成分とすることで耐火性を向上させるという作用を有するとともに、植物繊維と炭化もみ殻を含む場合には、水性スラリー中で炭化もみ殻と植物繊維を接合するという作用を有する。また、植物繊維を混入させることでこれらが建築用断熱材の骨材として機能し強度の高い建築用断熱材を成形するという作用を有し、炭化もみ殻を有することではその多孔性がガス吸着の作用を奏する。
さらに、無機系バインダーとアルミ粉体を水性スラリー中で混合することによってこれらが中和反応を起こして水素ガスを発生し水性スラリー中に無数の気泡を発生させるという作用を有する。
上記構成の建築用断熱材においては、請求項4に記載の発明の作用と同等の作用を有する。
上記構成の建築用断熱材においては、植物繊維に木材パルプ及び藁繊維のうち少なくとも1を含ませることで建築用断熱材の靭性や強度を向上させ建築用断熱材に亀裂が発生するのを防止するという作用を有する。
上記構成の建築用断熱材においては、多孔質性の珪藻土を添加することによって成形される建築用断熱材の表面積を増加させるという作用を有する。また、珪藻土には約4倍の重量の水分を吸収保持できるという性質があるため、成形される建築用断熱材の調湿性及び保温性を向上させるという作用を有する。
上記構成の建築用断熱材においては、紙を建築用断熱材表面に貼付することによって建築用断熱材表面の強度を補強するともに、運搬、保管及び施工の際に建築用断熱材表面を外傷から保護するという作用を有する。
上記構成の建築用断熱材においては、漆喰を建築用断熱材表面に塗布することによって請求項8に記載の発明の作用と同等の作用を有するとともに、漆喰の防火性と湿気を吸収して調節するという機能により建築用断熱材の耐火性及び調湿性を向上させるという作用を有する。
このような木造建築物においては、請求項1又は請求項9記載の建築用断熱材を断熱材として使用することによって、木造建築物内の軸組を構成する木材の間を請求項1乃至請求項9のいずれか1に記載の建築用断熱材で覆い、木造建築物内部の居住空間を包み込むという作用を有する。
上記構成の木造建築物の構築方法においても、請求項10に記載の発明の作用と同等の作用を有する。
また、炭化もみ殻を充填したコア部を不織布製の面材で覆うことによって、炭化もみ殻をコア部の空隙内に固定することができるため、炭化もみ殻の脱落を防止することができ、施工時の取扱いを容易とすることができる。
さらに、未利用資源であったもみ殻を有効利用可能であるため大量にでるゴミの削減化にも寄与することができるとともに、シックハウス症候群の予防にも寄与することができる。
通常、本発明の実施例1に係る建築用断熱材においては、図2(a)のように炭化もみ殻4のみをハニカムコア2の空隙3に充填するが、実施例2として気泡が混入された無機系バインダーを接合材として炭化もみ殻に混合する建築用断熱材が考えられ、図2(b)はこの実施例2に係る建築用断熱材のハニカムコアの空隙部分の拡大図である。この建築用断熱材は、炭化もみ殻4に無機系バインダーである水ガラス8を配合及び混練し、さらに、これに気泡7を混入したものをハニカムコア2の空隙3に流し込んだものである。
また、植物繊維としては木材パルプと藁繊維のうち少なくとも1種類を使用し、炭化もみ殻と併用してあるいは単独で混合物重量の10〜50質量%を混合する。植物繊維を混合させることによっては、無機系バインダーの結合強度を補助しさらに強度の高い建築用断熱材を提供することができる。これは木材パルプや藁繊維が靭性の高い素材であることによるものであり、粒状の炭化もみ殻単独では少しの衝撃で無機系バインダーに亀裂等が生じる恐れがある。さらに、後述するが熱伝導率の測定結果より木材パルプを単独で混合した場合でも炭化もみ殻と木材パルプの両方を混合した場合と同等の熱伝導率を有しているため、炭化もみ殻が含まれていない場合でも断熱性の高い建築用断熱材を得ることができる。なお、実施例2と同様に、植物繊維を一切含まず炭化もみ殻のみを混合させる場合もある。この場合においては炭化もみ殻と植物繊維の両方を含有している建築用断熱材あるいは植物繊維のみを含有している建築用断熱材と同等もしくはそれ以上の断熱性を示すものと考えられる。
そして、この発生した水素ガスH2は水性スラリーの硬化により水性スラリー中に固定されるため、水性スラリー中には無数の気泡が形成される。このような気泡の形成によっては実施例2の建築用断熱材と同様に無機系バインダーの混合によって失われた炭化もみ殻の多孔性を補うことができるため、炭化もみ殻の優れた断熱性及びガス吸着性を劣化させることなく強度の高い建築用断熱材を得ることができる。
以下に、アルカリ性の無機系バインダーとアルミ粉体Alとの化学的発泡の化学反応式を化学式(1)乃至化学式(3)に示す。化学式(1)、化学式(2)及び化学式(3)はそれぞれ無機系バインダーとして代表的なセメントである3CaO・SiO2、水ガラス及び消石灰を使用した発泡反応に関する中和反応式である。
また、接合剤にはPVAを用いているが、PVAに限らず他の接合剤を使用してもよい。
加えて、漆喰は防火性及び調湿性に優れているため、このような特徴を有した漆喰で建築用断熱材を補強することで優れた耐火性及び調湿性を損なうことなくより強度の高い断熱材を得ることができる。
まず、天井、壁及び床の各軸組を従来工法によって構築する。続いて、この各軸組を構成する構造材及び下地材に建築用断熱材を取り付ける。
このような耳部6aを設けることによって、建築用断熱材1bの施工が容易となり、また、耳部6aを針20aで固定するため、耳部6aがない場合に比べ補強されることとなり、断熱材の耐久性が向上することから断熱効果を維持することができる。また、耳部6aによって隙間を封じる効果もあり、より高い断熱効果を奏することができる。
なお、実施例3乃至実施例5の建築用断熱材においては炭化もみ殻の代わりに植物繊維を混入させた場合にも炭化もみ殻と同様の断熱性が得られるとともに、実施例1及び実施例2よりもさらに耐火性及び強度が向上した断熱材であるため、燃えにくい木造建築物を提供することができる。
また、廃棄処理が問題となっているもみ殻を焼却して作製する炭化もみ殻を断熱材として再利用することによって、発酵も腐りもせず、直接肥料にもならないような未利用資源であったもみ殻の利用用途を確立し、大量にでるゴミの削減化にも寄与することができる。加えて、植物繊維として安価な木材パルプや藁繊維を用いることにおいても建築用断熱材の材料コストを削減することが可能であるという効果がある。
さらに、自然素材である炭化もみ殻を断熱材の材料として使用することによって、炭化もみ殻の持つ脱臭性や吸放湿性、保温性、防音性、さらには、ホルムアルデヒド等を和らげるガス吸着効果が期待され、断熱材としての優れた効果に加えて、近年、問題となっているシックハウス症候群の予防にも寄与することができる。
まずはじめに、炭化もみ殻の断熱性について砕いた炭及びもみ殻との比較検討を行った。図6(a)は砕いた炭の表面を200倍拡大したSEM(走査型電子顕微鏡)写真であり、図6(b)はもみ殻の表面を200倍拡大したSEM写真であり、図6(c)は炭化もみ殻の表面を200倍拡大したSEM写真である。図6において、(a)の砕いた炭の表面が平滑な面であるのに対して、(b)のもみ殻及び(c)の炭化もみ殻の表面には半球状の突起物が長軸方向に規則正しく並んでいる。さらに、(b)のもみ殻表面の凹部分はふさがっているのに対して、(c)の炭化もみ殻の表面の凹部分には空隙が生じている。このため、この炭化もみ殻表面に形成された空隙によって、建築用断熱材及びそれを使用した木造建築物内の調湿性能が向上され、建築外皮内部の結露が起こりにくくなり、柱等の腐朽を妨げることができる。
表1に砕いた炭及びもみ殻、炭化もみ殻のかさ比重及び熱伝導率の測定結果を示す。かさ比重を見ると、砕いた炭が436kg/m3と大きいのに対して、もみ殻と炭化もみ殻はその約3分の1程度しかなく、炭化もみ殻にいたっては131kg/m3とかなり小さいことがわかる。
表3にサンプル62,70,82、グラスウール32K、グラスウール16K、押出法ポリスチレンフォーム1種B、フォレストボード及びロックセルボードの測定温度20℃における熱伝導率の測定結果とサンプル62,70,82の成分表を示す。表3中のサンプル62,82は木材パルプのみあるいは木材パルプと炭化もみ殻を含み、かつ、無数の気泡が形成された水性スラリーを硬化することで得られる建築用断熱材であり、本発明の実施例3に相当する。また、サンプル70は炭化もみ殻と珪藻土を成分として含みサンプル62,82と同様に無数の気泡を有した水性スラリーを硬化して成形する建築用断熱材であり、これは実施例4に相当する建築用断熱材である。フォレストボードとは木材から取り出した繊維質をボード状に成形加工した断熱材であり、一般に高い断熱性と吸放湿性を兼ね備えている。また、ロックセルボードは発泡炭化カルシウム断熱材のことであり、不燃性、耐水性及び耐薬品性があり加工しやすいという特徴がある。
また、サンプル70の熱伝導率は他のサンプルと比較して0.053W/m・Kと高い。しかしながら、この値は表1の約20℃におけるもみ殻及び炭化もみ殻の熱伝導率の値とほぼ同じ値であるため、サンプル70は表3中の他のサンプルよりも熱伝導率が少し高いものの断熱性については実施例3の建築用断熱材と比較してほとんど差がないものと考えられる。
以上のことより、実施例3及び実施例4は炭化もみ殻のみを使用する実施例1と同様に高い断熱性を備えていると言える。
3時間後のホルムアルデヒドガス濃度を見ると、表4の結果と同様に押出法ポリスチレンフォーム1種Bとグラスウール32Kがそれぞれ40.0ppm、15.0ppmと大きいのに対して、炭化もみ殻が1.5ppmと小さいことがわかる。これより、押出法ポリスチレンフォーム1種Bとグラスウール32Kよりも炭化もみ殻がガス吸着性に優れていることが理解できるとともに、この実験において表4の実験が確かに再現できていることが確認できる。
なお、実施例4において、サンプル70に含まれる珪藻土はガス吸着性を向上させる成分であると述べたが、ガス吸着性能は珪藻土を含有していないサンプル62,82とほとんど同じであった。これは誤差の範囲内である。
まず、曲げ強さについて説明する。曲げ強さは横方向への引っ張りに対する強さを調べるものであり、サンプルを間接的に横方向へ引っ張りひび割れが生じたときの最大曲げモーメントを断面係数で割って求めた引張縁の応力の最大値である。表7より、建築用断熱材表面に補強を施していないサンプル120では曲げ強度が1.84N/cm2と小さいのに対して、サンプル120表面を補強したサンプル120−P,120−Sは17.19N/cm2,19.98N/cm2と大きく曲げ強度が約10倍に強くなっていることがわかる。
表7に示すようにサンプル120,120−P,120−Sの圧縮強さはそれぞれ0.87N/cm2、6.45N/cm2及び6.19N/cm2であり、断熱材表面を補強することで強度が約6倍に増加している。したがって、曲げ強さと同様に断熱材表面に対して垂直な方向からの衝撃、つまり、圧縮強さについても強度が向上していることが理解でき、運搬時、保管時及び施工時における建築用断熱材の損傷や破損を最小限にとどめることができる。
なお、表7からもわかるように建築用断熱材表面に補強の加工を施しても熱伝導率は変わることがない。
Claims (11)
- 建築物に使用される断熱材であって、内部に複数の空隙を形成するハニカム構造を備えたコア部と、前記空隙中に充填される炭化もみ殻と、前記ハニカム構造を備えたコア部を挟む不織布製の面材とを有することを特徴とする建築用断熱材。
- 気泡が混入された無機系バインダーを前記炭化もみ殻間の接合材として使用したことを特徴とする請求項1記載の建築用断熱材。
- 前記不織布製の面材の端部は前記コア部よりも外側に延設される耳部を備えることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の建築用断熱材。
- 50〜90質量%の無機系バインダーと、10〜50質量%の植物繊維及び/又は炭化もみ殻と、0〜5質量%のアルミ粉体とからなる混合物を含む水性スラリーを成形し養生硬化して製造することを特徴とする建築用断熱材。
- 前記無機系バインダーが、セメント、水ガラス及び消石灰からなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項4に記載の建築用断熱材。
- 前記植物繊維が、木材パルプ及び/又は藁繊維であることを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の建築用断熱材。
- 前記水性スラリーに前記混合物全体の20質量%以下の珪藻土を添加したことを特徴とする請求項4乃至請求項6のいずれか1に記載の建築用断熱材。
- 前記建築用断熱材表面に補強用の紙を貼付したことを特徴とする請求項4乃至請求項7のいずれか1に記載の建築用断熱材。
- 前記建築用断熱材表面に漆喰を吹付けたことを特徴とする請求項4乃至請求項7のいずれか1に記載の建築用断熱材。
- 天井軸組、壁軸組及び床軸組によって構築される木造建築物において、前記天井軸組、壁軸組あるいは床軸組のいずれかを構成する木材間に断熱材として請求項1乃至請求項9のいずれか1に記載の建築用断熱材を設置することを特徴とする木造建築物。
- 軸組工法による施工方法において、天井軸組、壁軸組あるいは床軸組のいずれかを構成する木材間の断熱材として請求項1乃至請求項9のいずれか1に記載の建築用断熱材を設置する工程を備えることを特徴とする木造建築物の構築方法。
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