JP2008208545A

JP2008208545A - 低発熱・低反発型舗装材

Info

Publication number: JP2008208545A
Application number: JP2007043846A
Authority: JP
Inventors: Keinosuke Goto; 惠之輔後藤; Tatsuo Miyazaki; 辰雄宮▲崎▼
Original assignee: KYUKAN KK; Nagasaki University NUC
Current assignee: KYUKAN KK; Nagasaki University NUC
Priority date: 2007-02-23
Filing date: 2007-02-23
Publication date: 2008-09-11

Abstract

【課題】放射温度を下げるためにセラミックスと、又歩行快適性を確保するためにゴムチップとをそれぞれセメントペーストに配合する事で、ヒートアイランド現象の緩和と歩行快適性に配慮した低発熱・低反発型舗装材の開発を目的とし、また、ゴムチップに廃タイヤチップを使用し、セラミックスに廃陶磁器を使用することで廃棄物の有効利用を図ることを目的とする。
【解決手段】舗装材の材料を容積比で、セメントペーストを２５％〜３０％前後、ゴムチップを６５％〜５０％前後、セラミックスを１０％〜２０％前後としたことを特徴とする低発熱・低反発型舗装材。
【選択図】図１

Description

この発明は、ヒートアイランド現象の緩和と歩行快適性に配慮した低発熱・低反発型舗装材に関するものである。

近年、ヒートアイランド現象によって都市部の気温が上昇している。主な原因として、エネルギー消費に起因するもの、都市化に伴う地表面の改変などが挙げられる。以上のような事が複合的に作用してヒートアイランド現象は発生するものと考えられている。都市化に伴う地表面の改変の一つである道路舗装は、都市部面積の約10％〜20％を占める。特に都心３区では、コンクリート・アスファルト舗装の道路面積は、都心３区の総面積の21％を占める。しかも、既存の道路舗装は表面温度が高く、ヒートアイランド現象に大きな影響を与えている。ヒートアイランド現象は熱帯夜を増加させ、更にエアコンなどのエネルギー消費量を増大させる原因となり、それが都市部の高温化を促進するという悪循環となる。
一方、産業廃棄物問題も年々深刻化してきている。我々の身近に存在する廃陶磁器や廃タイヤも例外ではない。セラミックスについては、全国には多くの窯元が存在(その内の約30％が九州に集中している)し、陶磁器の廃棄量は莫大な量になる。また、トイレの便器やタイルなどもセラミックスであり、セラミックスの総廃棄重量は年間1217万ｔにもなる。このような莫大な廃棄量にも関わらずセラミックスは不燃物であるため、埋め立て処理が中心となっている。ところで、セラミックスの主な特徴として、熱しにくく冷めにくいという事が挙げられる。これは、セラミックスの熱伝導性や比熱が低いという事に起因している。
また、廃タイヤの総発生重量は年間106万ｔであり、約50％が燃料としてリサイクルされている。しかし、焼却後の廃処理などの問題があるため、他の分野への有効利用が望まれている。

最近では、歩行快適性に配慮した廃タイヤ舗装材の開発が進んでいるが、本研究において熱赤外線映像装置で観測した結果、アスファルトより放射温度が高くなる事が判明した。これは、廃タイヤチップを接着する接着剤が太陽光熱によって非常に熱くなることに起因する。

この発明は、上記のような課題に鑑み、その課題を解決すべく創案されたものであって、放射温度を下げるためにセラミックスと、又歩行快適性を確保するためにゴムチップとをそれぞれセメントペーストに配合する事で、ヒートアイランド現象の緩和と歩行快適性に配慮した低発熱・低反発型舗装材の開発を目的とし、また、ゴムチップに廃タイヤチップを使用し、セラミックスに廃陶磁器を使用することで廃棄物の有効利用を図ることを目的とする。

以上の目的を達成するために、請求項１の発明は、舗装材の材料を容積比で、セメントペーストを２５％〜３０％前後、ゴムチップを６５％〜５０％前後、セラミックスを１０％〜２０％前後とした手段よりなるものである。
ここで、ゴムチップには廃タイヤチップを使用し、また、セラミックスには廃陶磁器を使用してもよい。

以上の記載より明らかなように、請求項１の発明に係る低発熱・低反発型舗装材によれば、舗装材表面の接触温度をあまり上げることなく、放射温度を下げることができ、ヒートアイランド現象の緩和に寄与することができる。しかも、自然土に近い低反発を得ることができるので、歩行時の足や膝への負担を軽減でき歩行快適性を確保することができる。このように、ヒートアイランド現象の緩和と歩行快適性の双方を実現することができ、極めて新規的有益なる効果を奏するものである。
また、請求項２のように、ゴムチップに廃タイヤチップを使用する場合には、廃タイヤの有効利用を図ることができる。
また、請求項３のように、セラミックスに廃陶磁器を使用する場合には、廃陶磁器の有効利用を図ることができる。

以下、図面に記載の発明を実施するための最良の形態に基づいて、この発明を説明する。
ここで、図１は低発熱・低反発型舗装材の部分断面概念図である。
低発熱・低反発型舗装材１は、その材料を容積比で表すと、セメントペースト２は２５％〜３０％前後、ゴムチップ３は６５％〜５０％前後、セラミックス４は１０〜２０％前後である。このうち、セメントペースト２は２５％前後、ゴムチップ３は６０％前後、セラミックス４は１５％前後がより好ましい。放射温度を下げるためにはその舗装材１の表面形状は密になっているのがよい。
また、ゴムチップには廃タイヤチップが使用されることで、廃タイヤの再利用が促進され、資源の有効活用が図られる。同様に、セラミックスには廃陶磁器が使用されることで、廃陶磁器の再利用が促進され、資源の有効活用が図られる。

セメントペースト２は、水とセメントから構成されるが、水とセメントとの割合は例えば１：１であるが、この割合は施工季節や施工場所などの施工環境により変動があり、夏場や熱くなりやすい施工場所では水の割合が少し増加する。

ゴムチップには資源の再利用及びコストが廉価であることなどから専ら廃タイヤチップが使用されるが、タイヤチップは土石に比べ、下記のように土木資材としてユニークな優れた性質を持っている。
（１）比重が土石の1/2〜1/3
（２）断熱性は土石の８倍
（３）透水性は土石の10倍
（４）振動を緩和する能力に優れている
（５）転圧が可能
タイヤには天然ゴム、合成ゴム、合成繊維、カーボンブラック・軟化剤など多くの材料が使われていて、これらの主成分は石油や石炭の主成分と同じ炭化水素である。表にタイヤの構成成分を示す。

また、廃タイヤチップは次のような工程を経て得られる。
ビード鋼線引抜装置廃タイヤより、ビード鋼線を引き抜く。16分割切断装置廃タイヤを16等分に切断する。４軸一次破砕機16等分された廃タイヤを約50mm角に破砕する。1軸二次破砕機50mm角チップを約３〜５mm角程度に破砕する。磁器選別機二次破砕機にて破砕された後、ゴムチップとワイヤーに分別を行う。

セラミックスとは、広義には陶磁器(いわゆる瀬戸物)全般であるが、狭義では、基本成分が金属酸化物で、高温での熱処理によって焼き固められた形成体を指す。本実験で使用しているセラミツクスは、長崎県波佐見町で生産されたものを使用しているが、生産途中で割れたものなど、売り物として扱えないものを細かく砕いたものである。
セラミックスには熱に対して特殊な性質を持っていると考えられる。そこで、セラミックスの熱に対する主な性質と、性質の意味を以下に示す。
（１）比熱
一般的に比熱とは、単位質量の物体の温度を１℃上げるのに必要な熱量である。セラミックス(陶磁器)の比熱は300Kにおいて1.O(kJ/kg/K)以下である。
（２）熱伝導性
熱伝導とは、励起された分子の熱振動が伝播していく事によって熱を伝える現象である。１つの物体中に温度差があれば、分子の熱振動による運動エネルギー差が生じ、大きい運動エネルギーの分子側から小さい運動エネルギーの分子側へ輸送される。同じ固体であっても、金属は岩石や木材などより熱伝導が活発である。熱伝導率とは、λで表される熱物性値の事である。λが大きいほど熱流束が大きい事を表す。表に種々の物質の熱伝導率を示す。

実験例

供試体
図に示すように、供試体の寸法は３０cm×３０cm×５cm、配合比の数値は容積比とする。なお、セメントペーストにおける水：セメントは容積比で５：５とした。供試体の配合比を表に示す。

熱赤外線映像装置の概要
今回、本実験で使用した熱赤外線映像装置は、NEC三栄株式会社のTH3120MRというものである。この熱赤外線映像装置は、受動形の高感度赤外放射温度計であり、測定対象物から自然放射されている赤外放射を光学走査することにより、信号を二次元的な電気信号に変換し、温度分布画像を得るための装置である。
検出部から送られたアナログ信号を、コントロール部に送り、処理することでLCD(Liquid Crystal Display)に対象物の温度分布をカラーの画像として表示する。検出部とコントロール部のそれぞれの内容を以下に示す。
（１）検出部光学走査により得られた赤外エネルギーは、赤外対物レンズで集光され、基準温度源とチョッピングのあとに、赤外検出器(HgCdTe)に入射される。この検出器は、赤外波長８〜13μm帯に感度を持ち、スターリングクーラーによって極低温まで冷却される。また、バンドパスフィルタにより大気や太陽光の影響を受けずらくしているため、低温域からの精度の必要な測定に適している。
（２）コントロール部
検出部からの温度信号を処理し、走査系をコントロールする。さらに、温度信号を画像メモリに記憶し、表示モードに応じて信号処理を行い、内蔵の5.7型カラー液晶ディスプレイに表示される。画像データを記憶するための3.5型フレキシブルディスクドライブが内蔵されている。

熱赤外線映像装置の仕様
表に主な性能仕様、一般仕様を示す。

棒状温度計の概要
本実験では、佐藤計量器製作所株式会社のSK―7000PRTllを用いた。この棒状温度計には棒状のセンサが付いており、先に紹介した熱赤外線映像装置では測定できない供試体の内部や表面の温度を測定することが可能である。

観測日時
平成１８年１０月１１日（水）、１２：３０〜１５：３０の時間で供試体の放射温度の変化について観測を行った。

観測場所
長崎大学工学部のコンクリート実験室前の路上で行った。なおこの路上はアスファルトである。調査当日の外気温を図３に示す。

放射温度の変化（１２：３０〜１５：３０）
各供試体及びアスファルトの放射温度の時間による変化の状況を表に示す。

放射温度の平均値（低い順）
各供試体及びアスファルトの放射温度の平均値を低い順に表に示す。

放射温度についての考察
実験結果より、セメントペーストの割合の多いほうが流動性に優れているため締め固まりやすく、高品質の供試体ができたと思われる。
セメント比:25% 放射温度の最大値と最小値の差 2.48℃(1.49℃)
30% 放射温度の最大値と最小値の差 0.73℃
結果、高品質の供試体であれば、セラミックスの割合が高い(廃タイヤの割合が低い)方が、放射温度が低くなる。
アスファルトとの比較であるが、12:30における温度差は小さいものであったが、時間の結果と共に大きく開いていった。これについては正午前後の高い気温を受けた後、蓄熱性の高いアスファルトはその熱を放熱することが出来ず、その後も高い温度を保ったと考える。
夏から行ってきた一連の観測実験において、製作した供試体は放射温度に関してはヒートアイランド現象の緩和という目的に沿う事が出来たといえる。

シュミットハンマーの概要
今回、本実験で使用したシュミットハンマー(正式名称:シュミットコンクリートテストハンマー)は富士物産株式会社のもので、型式はN34型である。シュミットハンマー試験は、バネまたは振り子の力を利用したハンマーでコンクリートを打撃し、測定された表面硬度からコンクリートの圧縮強度を推定するものである。打撃数は10〜20回で最大値と最小値を削除し、測定値の平均を出す。その平均より圧縮強度を推定する。圧縮強度を推定する場合、圧縮強度と表面硬度との関係式を用いる。関係式には、(1)国際基準(EMPA曲線準拠)スイス基準、(2)日本基準(日本材料学会公式準拠)の２系統に大別できる。
本研究では日本基準である日本材料学会の関係式「シュミットハンマーによる実施コンクリートの圧縮強度判定法(1958)」を使用した。関係式を（１）式に示す。
Fn＝−184＋13.0 Ro（kg/mm²) （１）
Fn:材齢ｎ日のみかけ強度、Ro=R+∠R Ro:準硬度、R:測定硬度、
∠R:補正値 ∠R=(打撃方向による補正値)+(測定ヶ所による補正)
打撃方向による表面硬度測定結果の補正値と測定ヶ所による補正値を表に示す。

また、Fn:材齢ｎ日のみかけ強度から、F28:材齢２８日の圧縮強度を推定しなければならない。２８日強度への換算式を式（２）に示す。
F28=an・Fn （２）
An：材齢補正係数(日本材料学会指針）
ここで、日本材料学会の材齢補正係数を表に示す。

供試体の圧縮強度の実験結果を表に示す。

ＧＢ係数の概要
ＧＢ係数とは、ゴルフボール(重さ45.93g、直径42.6mm)を高さ１ｍより自由落下させた時の跳ね上がり高さ(cm)を％表示したもの。本実験で使用したゴルフボールは、ナイキ製のONEGOLDである。実験は三脚を用いて行い、１ｍの高さで三脚にボールを挟み、同じ条件下で落下実験が行えるようにした。また跳ね上がり高さの確認にはデジタルカメラの動画機能を用いた。

供試体が一般的なアスファルトより自然土に近い反発係数であるという結果が得られ、歩行快適性を備えた低反発型舗装材としての性能を十分に有していると考えられる。

低発熱・低反発型舗装材としての考察
実験を通じて以下のことが判明した。
（１）セメントペーストの割合は容積比で２５％〜３０％前後が適正である。
これは、今回の実験の前に行った予備実験の結果、容積比で、セメントペーストの割合は２５〜３０％前後が適正であることがわかったためである。即ち、容積比で、セメントペーストの割合が２５％よりも少ない場合には供試体は十分に固まらず、また３０％よりも多い場合には供試体は固くなり過ぎて、ＧＢの落下試験でコンクリートよりも跳ね返り高さが高くなり、ゴムを含む柔軟性を上手く活かすことができないことが、予備実験で明らかになったことによる。
（２）ゴムチップの割合は容積比で６５％〜５０％前後が適正である。
今回の実験によって明らかになった。即ち、容積比で、ゴムチップの割合が７０％の供試体Ａは、圧縮強度がアスファルトより劣り（表１０参照）、また放射温度もアスファルトに次いで高い（表７参照）ことが判明した。
（３）セラミックスの割合は容積比で１０％〜２０％前後が適正である。
今回の実験によって明らかになった。即ち、容積比で、セラミックスの割合が２５％の供試体Ｅは、圧縮強度がアスファルトに比べて極端に劣る（表１０参照）ことが判明した。また、セラミックスの割合が５％の供試体Ｆは、圧縮強度がアスファルトに比べて劣る（表１０参照）ことが判明した。さらに、セラミックスの割合が５％の前述の供試体Ａは、圧縮強度がアスファルトより劣り（表１０参照）、また放射温度もアスファルトに次いで高い（表７参照）ことが判明した。
（４）評価
上記（１）〜（３）を総合的に判断すると、容積比で、セメントペーストの割合は２５％〜３０％前後、ゴムチップの割合は６５％〜５０％前後、セラミックスの割合は１０％〜２０％前後が、それぞれ適正であると考えられる。また、このうち、セメントペーストの割合は２５％前後、ゴムチップの割合は６０％前後、セラミックスの割合は１５％前後がより適正と考えられる。

ある程度の強度は有しているため、公園や歩道の舗装材以外の例えば駐車場の舗装材の用途にも適用可能である。

この発明を実施するための最良の形態を示す低発熱・低反発型舗装材の部分断面概念図である。この発明の実験例に使用した低発熱・低反発型舗装材の供試体の斜視図である。この発明の実験例における低発熱・低反発型舗装材の供試体の実験日の外気温の時間による変化の状況を示す図である。この発明の実験例における低発熱・低反発型舗装材の各供試体の圧縮強度の比較図である。この発明の実験例における低発熱・低反発型舗装材の供試体と自然土、アスファルトとのＧＢ係数の比較図である。

符号の説明

１低発熱・低反発型舗装材
２セメントペースト
３廃タイヤチップ
４セラミックス

Claims

舗装材の材料を容積比で、セメントペーストを２５％〜３０％前後、ゴムチップを６５％〜５０％前後、セラミックスを１０％〜２０％前後としたことを特徴とする低発熱・低反発型舗装材。
ゴムチップには廃タイヤチップを使用する請求項１又は２記載の低発熱・低反発型舗装材。
セラミックスには廃陶磁器を使用する請求項１又は２記載の低発熱・低反発型舗装材。