JP2006144369A - 遮熱性セラミック真空球体配合の硬質骨材及びその製造方法並びに骨材を用いた道路の舗装方法 - Google Patents

Abstract

【目的】 アスファルト又はコンクリートで施工された道路の舗装面が太陽熱により加熱し、これも要因となって引き起こされるヒートアイランド現象を極力抑えることが可能な塗装用骨材並びに道路の舗装方法を提供することを目的とする。
【構成】 長石、粘土、陶石、遮熱顔料（０．１〜１．０重量％）からなるセラミックの周囲に直径が４０ミクロン乃至１００ミクロンの真空球体セラミックパウダーを焼成により付着させてなる舗装用の骨材及び該骨材を利用した道路の舗装方法。
【選択図】 なし

Description

本発明は、道路舗装工事に使用される硬質骨材の改良に関するもので、路面に照射される熱を反射することを目的とするものである。
熱の伝達は全ての物質に対して「熱エネルギーの伝導」という形で起こる。 唯一、自然界でこの現象が起こりえないのは宇宙空間つまり真空状態のときである。
真空球体セラミック
真空球体セラミックは、米国宇宙開発局（通称：ＮＡＳＡ）で大気圏突入の際し必要な耐熱、遮熱、及び宇宙空間での保温に耐える製品として開発された粒子内部が真空に作られたビーズ状のセラミックであり、その直径からＭＨＣＢ及びＳＬＢＧとに分離されており、知られている物性は以下の通りである。
MHCB(Micoscopic Hollow Ceramic Beads−微小中空真空セラミック球体)
大きさ：100ミクロン
溶融点：摂氏1650〜1850℃
圧縮強度：280kg/立方cmの圧力下で95%は無損傷
密度：0.73gr/立方cm
比重：0.6〜0.8g/cc
性状：中空真空球体
熱伝導：0.061Kcal/m.h.C (0.1 W/m/Degree. C)
拡散インデックス：1.53
貯蔵期間：半永久
ＳＬＢＧ（放射熱バリアー粉末）
大きさ：40ミクロン
溶融点：摂氏1200℃
粉砕強度：400 psi
密度：0.15〜0.17gr/立方cm（６０％以上が中空）
比重：0.12〜0.63g/cc
性状：中空真空球体
熱伝導：0.0366〜0.122Kcal/m.h.C (0.06〜0.2 W/m/Degree. C)
反射率：0.88
貯蔵期間：半永久

これら物理的に性質に基づきＭＨＣＢ及びＳＬＢＧの１ｇ当たりの個数、体積及び表面積を換算すると以下の表−１の通りとなる。
（表−１）
真空球体 半 径 個 数 体 積 容量/kg 表面積
ＭＨＣＢ 50ミクロン 2.6×10⁶ 2.6cm³ 45L 821cm²
ＳＬＢＧ 20ミクロン 1.8×10⁸ 11.0cm³ 152L 9385cm²

木節粘土又は蛙目粘土と、長石と陶石からなる材料を２００メッシュ以下に混成粉砕し、その混成したものを乾燥させ、該乾燥させたものに水を加えた状態で所定形状に造粒し、さらに造粒したものを乾燥させた後に1200℃〜1300℃の温度にて焼結させたことを特徴とする球状セラミックの製造方法によって得られた骨材が発明され知られている（特開平０５−３３０８７１号）。

また遮熱性舗装に関する技術に関しては路盤の上に基層を積層すると共に該基層の上に表層を積層し、該表層を遮熱性アスファルト混合物で構成し、該遮熱性アスファルト混合物を細骨材、粗骨材、アスファルト及び太陽光反射材で構成したものが発明され知られている（特開２００４−１７６２５０号）。しかし、ここで使用されている太陽光反射材としては熱反射性顔料を使用することが提案されているに過ぎない。

さらに舗装に利用する塗料として乾燥硬化後透明あるいは半透明膜層を形成し得る合成樹脂エマルジョン組成物に、圧縮強度６００ｋｇｆ／ｃｍ^２以上、カサ比重０．３〜０．５ｇ／ｃｍ^３、融点１５００℃以上のセラミツク微細中空粒子（真空）と粒径０．０１〜５．０ｍｍの無機質粉末を配合してなることを特徴とする断熱性塗材が開発され知られている（特開平０８−１２７７３６号）。

しかしながら、前述したように遮熱効果を得る為には真空状態であることが必要であり特開平０５−３３０８７１号及び特開２００４−１７６２５０号の発明では十分な遮熱効果を得ることができない。
また舗装に際して塗料を使用する場合は、熱を反射しても可視光線も反射してしまう不都合があると共に表層にセラミック微細中空粒子を配合したとしても路面上を走る自動車のタイヤの摩擦等により遮熱効果を継続的に得ることは難しいという問題があった。
特開平０５−３３０８７１号 特開２００４−１７６２５０号

そこで本発明は、かかる従来技術の欠点に鑑みなされたもので、表層に使用する骨材自身が遮熱性を持つものを提供することを目的とする。また該表層に塗装する遮熱性塗材に関して可視光線の反射率を低減すると共にセラミック微細粒子が配合された塗料が摩擦等により剥がれにくいものを提供することを目的とする。

すなわち請求項１記載の発明は、長石、粘土、陶石、遮熱顔料からなるセラミックの周囲に直径が４０ミクロン乃至１００ミクロンの真空球体セラミックパウダーを焼成により付着させてなる舗装用の骨材である。

請求項２記載の発明は、真空球体セラミックが直径４０ミクロンのもので構成され、添加量が０．２〜０．５重量％であることを特徴とするものである。

請求項３記載の発明は、真空球体セラミックが直径１００ミクロンのもので構成され、添加量が０．９〜１．５重量％であることを特徴とするものである。

請求項４記載の発明は、舗装用骨材の製造方法に関するもので、以下の工程からなる。
ａ）長石、粘土、陶石及び遮熱顔料を湿式粉砕した後に真空球体セラミックを添加し混合して泥奨を作る工程、
ｂ）出来上がった真空球体セラミック含有の泥奨をスプレードライヤーにて、乾燥造粒し平均粒径５ミリの顆粒粉の状態にする工程、
ｃ）造粒した顆粒粉をローラーで圧延しフレーク状にしたものを目開き金網で粉砕し、更に目の細かい金網の振動端でアンダーカットすることにより骨材原料を作る工程、
ｄ）ｃ）の工程で出来た骨材原料を１１５０〜１２５０℃程度の温度にて焼成する工程、

請求項５記載の発明は、添加する真空球体セラミックの直径が１００ミクロンの場合は添加量が０．９〜１．５重量％であることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、添加する真空球体セラミックの直径が４０ミクロンの場合は添加量が０．２〜０．５重量％であることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、道路の舗装方法に関する発明であり、以下の工程からなる。
ａ）コンクリート又はアスファルト舗装の路盤上にバインダーとしてエポキシ樹脂、アクリル樹脂又はMMA樹脂（メチルメタアクリレート樹脂）を塗布する工程、
ｂ）塗布した樹脂の上に請求項１記載の真空球体セラミック含有の骨材を均一に散布する工程、
ｃ）前記樹脂が硬化した後に樹脂と接着していない骨材を回収する工程、

請求項８記載の発明も、道路の舗装方法に関する発明であり、以下の工程からなる。
ａ）コンクリート又はアスファルト舗装の路盤上にバインダーとしてエポキシ樹脂、アクリル樹脂又はMMA樹脂（メチルメタアクリレート樹脂）を塗布する工程、
ｂ）塗布した樹脂の上に請求項１記載の真空球体セラミック含有の骨材を均一に散布する工程、
ｃ）前記樹脂が硬化した後に樹脂と接着していない骨材を回収する工程、
ｄ）無機顔料及び真空球体セラミックを配合させたアクリル樹脂オリゴマーＡ液とアクリル樹脂オリゴマーＢ液に硬化触媒を添加した塗料をローラー塗布又はエアレス塗装機にて吹き付け工程、

請求項９記載の発明は、前記請求項８記載の発明で無機顔料の赤、青及び黄色を混合することにより黒色を作成し、これに無機顔料の白を加えて灰色としたものをアクリル樹脂オリゴマーＡ液に添加したことを特徴とするものである。

請求項１乃至請求項３記載の発明の舗装用骨材では、その周囲に均一に真空球体セラミックを接合している為に太陽光から受ける熱を遮断すると共に熱を外部に反射する為に遮熱効果が得られる。

請求項４乃至請求項６記載の舗装用骨材の製造方法では、造粒されたものを圧延してフレーク状にした後に焼成している関係で、真空球体セラミックを均一に骨材に接合したものになるために真空球体セラミックによる高い熱反射効果が得られる。

請求項７記載の道路の舗装方法によれば、骨材が持つ粗雑面が道路のスリップ止めとなると共に道路の表層に当たる部分にのみ真空球体セラミック含有の舗装用骨材がバインダーを介して路盤上に配置されているので、路盤の温度上昇を抑えることができると共に自動車のタイヤとの接着面が点又は線接触になるため舗装用骨材に接合された真空球体セラミックが摩擦により破壊されにくく、遮熱効果の持続性を保つことができる。

請求項８記載の道路の舗装方法によれば、舗装骨材の表面を真空球体セラミックが添加された塗料で覆っているために骨材の持つ遮熱効果と塗料の持つ遮熱効果との相乗効果による遮熱、断熱を得ることができる。さらに粗雑面を形成する骨材の上に塗料を塗布する関係からこれまで必要であった、滑り止めの骨材の散布が不要になると共に自動車のタイヤとの接着面が点又は線接触になるため舗装用骨材に接合された真空球体セラミックが摩擦により破壊されにくく、遮熱効果の持続性を保つことができる。

請求項９記載の道路の舗装方法によれば、無機顔料の三原色を用いて黒を作成しさらに無機顔料の白を用いて灰色を作るように構成しているために、塗装面における可視光線の反射率を抑えながら、赤外線の反射率の高いものを提供することができ、運転者に与える影響の少ないものを提供することができる。

以下に本発明を以下に示す実施例に従って詳細に説明する。
実施例１
以下に示す方法で舗装用骨材を作成した。
（１）長石、粘土、陶石、遮熱顔料（０．１〜１．０重量％）とする骨材材料に０．１、０．２、０．３、０．４、０．５又は０．６重量％の真空球体セラミック（ＳＬＢＧ）を添加し、ボールミルにて湿式粉砕し、泥奨を作成する。粉砕時間は１８〜２０時間で、粉砕粒度は、６３ミクロンでオン０．８〜１．０重量％となった。尚、遮熱顔料としては色の三原色を構成する３色の無機顔料にて黒色を作成しこれに１：２０の割合で酸化チタン（白）を混ぜることにより構成されるものを用いた。
（２）出来上がった泥奨をスプレードライヤーにて乾燥造粒し顆粒粉の状態にする。顆粒粉の平均粒径は、５ミリ、含水率は７．８〜８．５重量％と設定した。
（３）顆粒粉を圧延ローラーで圧延しフレーク状にしたものを目開き４．２ミリの金網で粉砕し、更に目開き３．４２ミリの震動端でアンダーカットした。
尚、３．４２ミリ以下の規格外品は、再度ローラーで圧延しこの工程を繰り返して行った。
（４）３．４２ミリ以上の規格品は焼成前（サヤ詰め工程）の段階で１．５ミリの金網にて攫われた後に、煮入れされる。次に１１５０〜１２００℃の温度にて焼成され複合セラミックとなる。これら出来上がった複合セラミックをそれぞれ比較品１、実施品１、実施品２、実施品３、実施品４、比較品２とした。

試験１
遮熱試験：出来上がった実施品、比較品の製品について試験体の４０ミリ下方から１００ｗの電球を当て製品の裏面温度を測定し、遮熱の状態を確認した。
色彩試験：遮熱無機顔料としてレンガ色及び灰色のものを添加した場合の色の状況を確認した。
その結果は以下の表−２に示す通りとなった。
（表−２）
添加料（ｗ％） 遮熱試験結果 外見色彩試験（レンガ） 外見色彩試験（灰色）
０．１ 効果なし 良い 良い
０．２ 効果あり 良い 良い
０．３ 効果あり 良い 良い
０．４ 効果あり 良い 良い
０．５ 効果あり 良い 良い
０．６ 効果あり 黒く変色 黒く変色

これらの結果から真空球体（ＳＬＢＧ）に関しては、遮熱性の観点から０．２重量％以上の添加が必要であり、色彩の観点から０．５重量％未満が好ましいことが判明した。

実施例２
以下に示す方法で真空球体セラミック（ＭＨＣＢ）を原料とした舗装用骨材を作成した。尚、ＭＨＣＢは、前述ＳＬＢＧに比較して比重が重く配合容積率との関係から３倍多く配合している。
（１）長石、粘土、陶石、遮熱顔料（０．１〜１．０重量％）とする骨材材料に０．３、０．６、０．９、１．２、１．５又は１．８重量％の真空球体セラミック（ＭＨＣＢ）を添加し、ボールミルにて湿式粉砕し、泥奨を作成する。粉砕時間は１８〜２０時間で、粉砕粒度は、６３ミクロンでオン０．８〜１．０重量％となった。尚、前述実施例１同様に遮熱顔料としては色の三原色を構成する３色の無機顔料にて黒色を作成しこれに１：２０の割合で酸化チタン（白）を混ぜることにより構成されるものを用いた。
（２）出来上がった泥奨をスプレードライヤーにて乾燥造粒し顆粒粉の状態にする。顆粒粉の平均粒径は、５ミリ、含水率は７．８〜８．５重量％と設定した。
（３）顆粒粉を圧延ローラーで圧延しフレーク状にしたものを目開き４．２ミリの金網で粉砕し、更に目開き３．４２ミリの震動端でアンダーカットした。
尚、３．４２ミリ以下の規格外品は、再度ローラーで圧延しこの工程を繰り返して行った。
（４）３．４２ミリ以上の規格品は焼成前（サヤ詰め工程）の段階で１．５ミリの金網にて攫われた後に、煮入れされる。次に１２００〜１２５０℃の温度にて焼成され複合セラミックとなる。これら出来上がった複合セラミックをそれぞれ比較品３、実施品５、実施品６、実施品７、実施品８、比較品４とした。

試験２
遮熱試験：出来上がった実施品、比較品の製品について試験体の４０ミリ下方から１００ｗの電球を当て製品の裏面温度を測定し、遮熱の状態を確認した。
色彩試験：遮熱無機顔料としてレンガ色及び灰色のものを添加した場合の色の状況を確認した。
その結果は以下の表−３に示す通りとなった。
（表−３）
添加料（ｗ％） 遮熱試験結果 外見色彩試験（レンガ） 外見色彩試験（灰色）
０．３ 効果なし 良い 良い
０．６ 効果なし 良い 良い
０．９ 効果あり 良い 良い
１．２ 効果あり 良い 良い
１．５ 効果あり 良い 良い
１．８ 効果あり 黒く変色 黒く変色

これらの結果から真空球体（ＭＨＣＢ）に関しては、遮熱性の観点から０．９重量％以上の添加が必要であり、色彩の観点から１．８重量％未満が好ましいことが判明した。

実施例３
実施例１で真空球体セラミック（ＳＬＢＧを０．３重量％）を配合することにより作成された遮熱性骨材（実施品１）及び比較品５（真空球体セラミックを含有しない骨材）を用いて以下に示す方法で路盤上に遮熱舗装を施した。
（１）清掃工程：道路の施工範囲のゴミ、砂、ホコリ等を除去する。
（２）マスキング：施工範囲及び施工範囲内の白線、マンホールなどを養生する。
（３）プライマー：下地がコンクリートの時に行う工程で熱硬化性樹脂からなるライニング材をあらかじめプライマー処理して施工する。
（４）樹脂塗布：路盤上にバインダーとしてエポキシ樹脂、アクリル樹脂又はMMA樹脂（メチルメタアクリレート樹脂）を塗布する。
（５）骨材散布：塗布された樹脂上に実施品１，２，３，又は４の骨材を均一に散布し、樹脂と骨材とを接着する。
（６）余剰骨材の回収：樹脂により硬化時間が異なるが所定の時間経過後（樹脂硬化後）に、樹脂と接着していない骨材を回収する。

実施例４
以下の表−４記載の組成からなる原料を混合することにより２液型アクリル樹脂の遮熱性塗料を作成した。尚、路面に併せた色（灰色）を作成する為に黒色に関してカーボンブラック（無機顔料）または、色の三原色といわれる３色の無機顔料の青（紺青、群青）、赤（ベンガラ、クロムバーミリオン）及び黄色（黄鉛、オキサイドイエロー）を混合することにより得られる黒色をベースとして、これに無機顔料である白（酸化チタン）を適宜混合することにより、黒色（Ｎ−２０）、ライトグレイ（Ｎ−４０）、白色（Ｎ−６０）及びライトグレイ（Ｎ−４０’）とを作成した。

実施例５
実施例４で得られた遮熱性塗料（Ｎ−４０）を実施例３で真空球体セラミック（ＳＬＢＧを０．３重量％）を配合することにより作成された遮熱性骨材（実施品１）が塗装された表面に塗布又はエアレススプレーにて３回表面塗装を行った。塗布量は５５０ｇ／ｍ^２ であった。

試験３（遮熱機能性滑り止め舗装の遮熱試験）
実施例４及び実施例５で舗装が施された密粒舗装板（３００×３００ｍｍ）の表面から１ｃｍ下方に熱電対を埋め込み天日に翳して路面の温度上昇の変化状況を観察した。
その結果は、以下の表−５及び表−６に示されるような結果となった。
ＳＬＢＧ配合の遮熱性骨材を用いて施工された舗装面は最大で７．５度、遮熱性骨材を使用しないものよりも温度が低減され、遮熱性性骨材を用いて舗装した後に遮熱性塗料（Ｎ−４０）を塗布したものは、最大で８．５度、遮熱性骨材を使用しないものよりも温度が低減されることが判明した。

試験４（遮熱性試験）
実施例４で得られた３種類の明度を有する遮熱性塗料を排水性塗装及び密粒塗装に散布し該舗装（３００×３００ｍｍ）の表面から１ｃｍ下方に熱電対を埋め込み天日に翳して路面の温度上昇の変化状況を観察した。温度低減効果について測定した。
その結果は図１及び図２に示す通りとなった。非塗装面との温度差は以下の表−７及び表−８に示す通りＮ−６０の塗装を施したものが最大１２．５度又は１３．３度の温度差を得ることができた。

試験４（光反射性試験）
実施例で得られたライトグレイの塗料（Ｎ−４０）及び塗料（Ｎ−４０’）について、光の反射の程度を測定したところ図３及び図４に示すような結果となった。
遮熱性塗料（Ｎ−４０）の場合は、図３のグラフから判るように波長３８０〜７７０ｎｍの光に対する反射率は３０％未満であるのに対して、８００ｎｍ以上の赤外線に対する反射率は２０００ｎｍ程度までは７０％以上の反射率を示した。
他方遮熱性塗料（Ｎ−４０’）の場合は、図４のグラフから判るように波長３８０〜７７０ｎｍの光に対する反射率は３０％未満であるのに対して、８００ｎｍ以上の赤外線に対する反射率は１２００ｎｍまでは７０％以下というように熱を吸収しやすいことが判明した。
これらの事実から路面塗装に用いる顔料としては、赤、青、黄色の三原色を混合することにより得られた無機顔料をベースに白色を混ぜて灰色を作成するのが好ましいことが判明した。

本発明にかかる舗装用遮熱性骨材、遮熱性舗装方法では最近話題となっている路面の温度上昇に伴うヒートアイランドの状況を抑えることができると共に基層となっているアスファルトへの熱伝導を最小限に抑えることができることから、加熱によるアスファルトの軟化を防ぐこともでき、道路の保守性にも優れたものを提供することができる。また骨材の製造に際して遮熱顔料を用いている為に真空球体セラミックと併せて赤外線を反射する効果が
得られる。

３種類の明度を有する遮熱性塗料（Ｎ−２０，Ｎ−４０，Ｎ−６０）を排水性塗装上に散布した路面と非塗装面との温度差を表した時系列グラフである。 ３種類の明度を有する遮熱性塗料（Ｎ−２０，Ｎ−４０，Ｎ−６０）を密粒塗装上に散布した路面と非塗装面との温度差を表した時系列グラフである。 遮熱性塗料（Ｎ−４０）を塗布した路面における波長毎の反射率を表したグラフである。 遮熱性塗料（Ｎ−４０’）を塗布した路面における波長毎の反射率を表したグラフである。

Claims (9)

1. 長石、粘土、陶石、遮熱顔料からなるセラミックの周囲に直径が４０ミクロン乃至１００ミクロンの真空球体セラミックパウダーを焼成により付着させてなる舗装用の骨材である。
2. 真空球体セラミックが、直径４０ミクロンのもので構成され、添加量が０．２〜０．５重量％であることを特徴とする請求項１記載の舗装用骨材。
3. 真空球体セラミックが、直径１００ミクロンのもので構成され、添加量が０．９〜１．５重量％であることを特徴とする請求項１記載の舗装用骨材。
4. 以下の工程ａ）〜ｄ）の各工程からなる舗装用骨材の製造方法。
   ａ）長石、粘土、陶石及び遮熱顔料を湿式粉砕した後に真空球体セラミックを添加し混合して泥奨を作る工程、
   ｂ）出来上がった真空球体セラミック含有の泥奨をスプレードライヤーにて、乾燥造粒し平均粒径５ミリの顆粒粉の状態にする工程、
   ｃ）造粒した顆粒粉をローラーで圧延しフレーク状にしたものを目開き金網で粉砕し、更に目の細かい金網の振動端でアンダーカットすることにより骨材原料を作る工程、
   ｄ）ｃ）の工程で出来た骨材原料を１１５０〜１２５０℃程度の温度にて焼成する工程、
5. ａ）の工程で添加する真空球体セラミックがその直径が１００ミクロンの場合は添加量０．９〜１．５重量％であることを特徴とする請求項４記載の舗装用骨材の製造方法。
6. ａ）の工程で添加する真空球体セラミックがその直径が４０ミクロンの場合は添加量０．２〜０．５重量％であることを特徴とする請求項４記載の舗装用骨材の製造方法。
7. 以下の工程ａ）〜ｃ）の各工程からなる道路の舗装方法。
   ａ）コンクリート又はアスファルト舗装の路盤上にバインダーとしてエポキシ樹脂、アクリル樹脂又はMMA樹脂（メチルメタアクリレート樹脂）を塗布する工程、
   ｂ）塗布した樹脂の上に請求項１記載の真空球体セラミック含有の骨材を均一に散布する工程、
   ｃ）前記樹脂が硬化した後に樹脂と接着していない骨材を回収する工程、
8. 以下の工程ａ）〜ｄ）の各工程からなる道路の舗装方法。
   ａ）コンクリート又はアスファルト舗装の路盤上にバインダーとしてエポキシ樹脂、アクリル樹脂又はMMA樹脂（メチルメタアクリレート樹脂）を塗布する工程、
   ｂ）塗布した樹脂の上に請求項１記載の真空球体セラミック含有の骨材を均一に散布する工程、
   ｃ）前記樹脂が硬化した後に樹脂と接着していない骨材を回収する工程、
   ｄ）無機顔料及び真空球体セラミックを配合させたアクリル樹脂オリゴマーＡ液とアクリル樹脂オリゴマーＢ液に硬化触媒を添加した塗料をローラー塗布又はエアレス塗装機にて吹き付け工程、
9. ｄ）の工程において添加する無機顔料の赤、青及び黄色を混合することにより黒色を作成し、これに無機顔料の白を加えて灰色としたものをアクリル樹脂オリゴマーＡ液に添加したことを特徴とする請求項８記載の道路の舗装方法。