JP2013014889A

JP2013014889A - 遮熱断熱舗装材およびその施工方法

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Publication number: JP2013014889A
Application number: JP2011146943A
Authority: JP
Inventors: Masanori Tateishi; 正徳立石
Original assignee: STAR HARD KK
Current assignee: STAR HARD KK
Priority date: 2011-07-01
Filing date: 2011-07-01
Publication date: 2013-01-24

Abstract

【課題】遮熱性および断熱性に優れる遮熱断熱舗装材およびその施工方法を提供する。
【解決手段】遮熱断熱舗装材１を構成する基材層２の表面に、水溶性樹脂遮熱バインダー１２により被覆された比重１未満のセラミック系またはガラス系の多数のバルーン粒子１１と、水溶性樹脂遮熱バインダー１２をバインダーとして比重１未満のセラミック系またはガラス系のバルーン粒子１１および比重１超の遮熱顔料１３が結合された多数のバルーン粒子・遮熱顔料結合体１６を含む混練水溶液１０を塗布し、乾燥させて遮熱断熱塗膜層３を形成する。なお、混錬水溶液１０は、比重１未満のセラミック系またはガラス系のバルーン粒子１１に、水１４および水溶性樹脂遮熱バインダー１２を混錬して一次混錬物１５を得、得られた一次混錬物１５に比重１超の遮熱顔料１３を混錬して得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、遮熱性および断熱性に優れる遮熱断熱舗装材とその施工方法に関する。

従来一般の舗装材、たとえばアスファルト舗装道路は、夏季のヒートアイランド現象による熱帯夜など舗装表面温度が非常に高く（例えば舗装表面温度が５０℃を越える場合がある）、アスファルトやセメントは蓄熱作用があるために夏場の消費エネルギーの増大や地球温暖化などの環境に対する負荷が非常に高くなってきている。また、アスファルト舗装は道路だけでなく、工場や事務所の敷地などにも用いられ、敷地の温度上昇により、車輪の轍などによって道路や舗道の修繕費や補修費などの莫大な経費が掛かっており国家予算などの財源を浪費している。一方、従来一般の道路や舗道の舗装材料は、冬季の保温効果が特に期待されておらず、冬季は氷点下になると舗装表面が凍結してスリップ事故が生じる、また凍上と言って地表面が冷却され、土質によっては毛管作用によって連続的に地下水が吸い上げられて厚くレンズ状の氷層（アイスレンズ）が発生し、それが成長することによって地表が隆起して道路や舗道を破壊してしまう現象が生じ、その改善が必要とされていた。

ヒートアイランド現象を解決する試みとして、特開２００６−２８３３８１号に開示された遮熱性・保水性舗装の例や、特開２００５−１８０１６６号に開示された舗装構造の例、特開２００５−６１１３３号に開示された遮熱性舗装構造の例がある。

特開２００６−２８３３８１号公報特開２００５−１８０１６６号公報特開２００５−６１１３３号公報

しかしながら、いずれの例も遮熱断熱効果は一定の効果にとどまるもので、また、施工の点でも改善の余地が大きいものである。

本発明は、表層部に遮熱顔料を内層部にバルーン粒子をそれぞれ配列した遮熱断熱塗膜層を表面に備えることにより、従来よりも遮熱性および断熱性に優れた舗装材を提供すること、また、かかる遮熱断熱舗装材を容易に施工することができる施工方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る遮熱断熱舗装材は、舗装材を構成する基材層の表面に、水溶性樹脂を遮熱バインダーとしてバルーン粒子と遮熱顔料が結合されたバルーン粒子・遮熱顔料結合体を多数配列した表層部と、水溶性樹脂をバインダーとしてバルーン粒子を多数配列した内層部を有する遮熱断熱塗膜層を形成したことを主要な特徴とする。

バルーン粒子は比重１未満のセラミック系またはガラス系のバルーン粒子からなり、断熱性および保温性に優れる。また、ガラス、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化マグネシウム、スズなどの遮熱顔料は赤外線反射効果があり、遮熱性に優れる。舗装材は舗装後の補修材を含む広い概念で用いられる。遮熱顔料の成分としては、銅、コバルト、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛、シリカ、クロム、チタン、ニッケル、アンチモン、マンガン、ビスマス、イットリア、鉄等がある。

本発明に係る遮熱断熱舗装材は、遮熱断熱塗膜層の乾燥厚さを１００〜３０００μとしたことを第２の特徴とする。

乾燥厚さが１００μ未満であると、断熱性の点で問題があり、３０００μを超えると、圧縮強度の点で問題がある。１００〜３０００μの範囲が、断熱性と強度上の理由から、より好ましい。

本発明に係る遮熱断熱舗装材は、基材層をブロック体としたことを第３の特徴とする。

本発明に係る遮熱断熱舗装材の施工方法は、舗装材を構成する基材層の表面に、水溶性樹脂により被覆された比重１未満のセラミック系またはガラス系の多数のバルーン粒子と、水溶性樹脂をバインダーとして比重１未満のセラミック系またはガラス系のバルーン粒子および比重１超の遮熱顔料が結合された多数のバルーン粒子・遮熱顔料結合体を含む混練水溶液を塗布し、乾燥させて、前記基材層の表面に、表層部に水溶性樹脂を遮熱バインダーとしてバルーン粒子と遮熱顔料が結合されたバルーン粒子・遮熱顔料結合体を多数配列し、内層部に水溶性樹脂をバインダーとしてバルーン粒子を多数配列した遮熱断熱塗膜層を形成したことを主要な特徴とする。

舗装材を構成する基材層の表面に、水溶性樹脂をバインダーとして比重１未満のセラミック系またはガラス系のバルーン粒子および比重１超の遮熱顔料が結合された多数のバルーン粒子・遮熱顔料結合体を含む混練水溶液を塗布することにより、バルーン粒子の浮力によって、バルーン粒子に結合された比重１超の遮熱顔料が塗膜層の表層部に浮上する。

比重が１を超える遮熱顔料は、その重さによって沈降し、単体では塗膜層の表層部に浮上しないのに対し、バルーン粒子の浮力を利用して塗膜層の表層部に浮上させ遮熱顔料を表面に並べて露出させることができる。これにより、乾燥後の舗装材の表層部に遮熱顔料が並ぶことにより、舗装材に遮熱効果を発揮させることができる。同時に、表層部およびその内部に分散配置されたバルーン粒子により舗装材に断熱効果を発揮させることができる。

夏季においては、舗装表面温度が５０℃を超える場合があるが、塗膜層の表層部に並ぶ遮熱顔料と遮熱バインダーによる遮熱効果と、塗膜層の表層部およびその内部に分散配置されたバルーン粒子の断熱効果により、舗装表面温度の上昇を効果的に抑制することができる。また、冬季においては、主として塗膜層の表層部およびその内部に分散配置されたバルーン粒子が高い保温機能を発揮し、舗装表面の凍結と凍上を抑制することができる。

塗膜層の乾燥後は、遮熱バインダーがバルーン粒子と遮熱顔料の結合状態を強固に保持し、塗膜層の耐久性を発揮する。さらには、水溶性樹脂を用い有機溶剤を使用しないから、作業環境や安全衛生にも最適である。

遮熱顔料を表層に並べることができるから、表層で確実に遮熱することができる。したがって、特にアスファルトなどの黒色の色相および色調は赤外線成分を吸収しやすいが色相、色調が黒色系でも表層で遮熱することができる。

基材層はアスファルト混合物又はコンクリートであることが望ましい。基材層がアスファルト混合物又はコンクリートであることにより、現場での大量施工が可能であり、製造コストを低減できる。

アスファルトの軟化点温度は５０℃であり、また、夏季は舗装表面温度が５０℃を超える場合がある。しかしながら、塗膜層の遮熱および断熱効果により、舗装表面温度の上昇を効果的に抑制し、夏季の舗装表面温度を５０℃未満に抑制して、舗装表面の耐久性を向上させ、補修費用の低減を図ることができる。

本発明に係る遮熱断熱舗装材の施工方法は、混練水溶液を得るにあたり、バルーン粒子１００重量％に対し、水１０〜５５重量％、水溶性樹脂１０〜８０を混錬して一次混練水溶液を得、一次混練水溶液１００重量％に対し、遮熱顔料１〜８０重量％を混錬して最終の混練水溶液を得ることを第２の特徴とする。

ここで、一次混練水溶液を得るにあたり、比重１未満のセラミック系またはガラス系のバルーン粒子に、水および水溶性樹脂遮熱バインダーを混錬することによって、バルーン粒子が水溶液中に攪拌分散し、個々のバルーン粒子の周囲に水溶性樹脂遮熱バインダーがコーティングされる。そして、一次混練水溶液に遮熱顔料を混錬することによって、個々のバルーン粒子の周囲にコーティングされた水溶性樹脂遮熱バインダーを介して個々のバルーン粒子に遮熱顔料が均等かつ確実に結合する。

本発明に係る遮熱断熱舗装材の施工方法は、比重１超の遮熱顔料として、酸化チタン（ＴｉＯ_２）または鉄クロム（Ｆｅ-Ｃｒ）を用いることを第３の特徴とする。酸化チタンは白色顔料として用いる。また、鉄クロムは黒色顔料である。

本発明に係る遮熱断熱舗装材の施工方法は、バルーン粒子の平均空孔率を５％以上とすることを第４の特徴とする。

バルーン粒子の平均空孔率が５％以上であることにより、熱伝導性が低くなり、高断熱性を発揮する。平均空孔率は１０％以上であることがより望ましい。従来のガラス系等のバルーン粒子が平均空孔率５％未満で、高断熱性を得るためには４〜８層重ね塗りする必要があるが、１〜２層の塗膜層を塗布するだけで、十分な遮熱性、断熱性を発揮でき、施工コストの低減化を図ることができる。

バルーン粒子は球状体を含むことが望ましい。バルーン粒子が球状体を含むことにより、混錬水溶液を伸延しやすく、したがって、現場の基材層の表面に塗膜層を施工しやすい。また、塗膜層を薄く形成し得て、施工コストを低減できる。

バルーン粒子は非結晶シリカであることが望ましい。非結晶シリカのバルーン粒子は約１４００℃の高温下で非結晶シリカを焼成して得られ、空孔率５％以上の球状のバルーン粒子が安定して得られる。

本発明に係る遮熱断熱舗装材は、基材がブロック体であることを第３の特徴とする。基材がブロック体であることにより、工場での大量生産が可能であり、製造コストを低減できる。

以上説明したように、本発明に係る遮熱断熱舗装材によると、道路、歩道、敷地に施工することにより、また、それらの補修材として施工することにより、遮熱および断熱効果を十分に発揮して、夏季の舗装表面温度の上昇を抑制し、また断熱保温効果により冬季の舗装表面の凍結を防ぐという優れた効果を奏する。

また、本発明に係る遮熱断熱舗装材の施工方法によると、基材層の表面に、水溶性樹脂により被覆された比重１未満のセラミック系またはガラス系の多数のバルーン粒子と、水溶性樹脂をバインダーとして比重１未満のセラミック系またはガラス系のバルーン粒子および比重１超の遮熱顔料が結合された多数のバルーン粒子・遮熱顔料結合体を含む混練水溶液を塗布し、乾燥させて遮熱断熱塗膜層を形成するようにしたから、舗装材の表面に形成した塗膜層の表層部に遮熱顔料粒子が並びかつ、表層部およびその内部にバルーン粒子が分散配置され、これにより従来よりも遮熱性および断熱性ともに優れた舗装材が容易に得られ、施工コストも安いという優れた効果を奏する。

第１の実施形態を示すもので、基材層の表面に塗膜層が形成された遮熱断熱舗装材を示す断面図、図１に示す舗装材の塗膜層を示す拡大断面図、塗膜層に用いる混錬水溶液の製造手順を示すフローチャート図、塗膜層に用いる混錬水溶液の製造手順を示すもので、（Ａ）は一次混練物を示す図、（Ｂ）は二次混練物（混練水溶液）を示す図、第２の実施形態を示すもので、ブロック状の遮熱断熱舗装材を示す斜視図である。

本発明を実施するための第１の実施形態を図１ないし図４を参照して説明する。図１において、符号１は遮熱断熱舗装材を示している。

遮熱断熱舗装材１は、図１に示すように、開粒度アスファルト混合物から構成される基材層２の表面に遮熱断熱塗膜層３が積層された断面構造となっている。開粒度アスファルト混合物から構成される基材層２は車道、歩道、工場内敷地等の舗装材に用いられる。なお、基材層２はセメントコンクリートから構成される場合もある。また、図１中、符号４は基材層１の直下の下層を示している。

遮熱断熱塗膜層３は、図２に示すように、表層部３Ａに水溶性樹脂１２を遮熱バインダーとしてバルーン粒子１１と遮熱顔料（酸化チタン）１３が結合したバルーン粒子・遮熱顔料結合体１６が多数配列され、内層部３Ｂに水溶性樹脂１２をバインダーとしてバルーン粒子１１が多数配列されている。かかる遮熱断熱途塗膜層３は、基材層２の表面に、混練水溶液１０、すなわち水溶性樹脂１２により被覆された多数のバルーン粒子１１と、水溶性樹脂１２をバインダーとしてバルーン粒子１１および遮熱顔料１３が結合された多数のバルーン粒子・遮熱顔料結合体１６を含む混練水溶液１０が塗布および乾燥されて形成されている。

遮熱断熱塗膜層３の乾燥厚さｔは、混練水溶液１０の１回または数回の重ね塗りによって、５０〜１０００μに設定されている。図２に示すように、遮熱断熱塗膜層３の表層部３Ａは内層部３Ｂよりも遮熱顔料１３の占める割合が高く、内層部３Ｂは表層部３Ａよりもバルーン粒子１１の占める割合が高くなっている。バルーン粒子１１には比重が１未満のセラミック系またはガラス系が用いられ、遮熱顔料１３には比重が１を超える酸化チタンまたは鉄クロムが用いられる。

かかる遮熱断熱塗膜層３内の配置により、遮熱断熱舗装材１の表面に照射された太陽光は、表層部３Ａの遮熱顔料１３と水溶性樹脂遮熱バインダー１２により反射されて遮熱効果が発揮され、また、表層部３Ａおよび内層部３Ｂのバルーン粒子１１により断熱されて断熱効果が発揮される。

上記構成の遮熱断熱舗装材１は以下のようにして施工・製造される。

まず、開粒度アスファルト混合物からなる基材層２の表面に塗布する混錬水溶液１０を準備する。図３のフローチャートに示すように、混練装置の容器内にバルーン粒子１１、水１４、水溶性樹脂１２の各材料を投入し、攪拌および混練して、一次混錬物１５を得る。各材料の配合割合はバルーン粒子１００重量部に対し、水５０重量部、水溶性樹脂５０重量部とする。なお、バルーン粒子１００重量部に対し、水は１０〜５５重量部のうちから、水溶性樹脂は１０〜８０重量部のうちから、それぞれ適宜選択できる。容器内で攪拌板を回転させることにより、個々のバルーン粒子１１の周囲に水溶性樹脂１２がコーティングされる。バルーン粒子１１はセラミック系またはガラス系を用い、ここでは粒径２０ミクロン〜６０ミクロン、平均空孔率５％以上、比重０．８以下のシラスバルーンを用いる。シラスバルーンは、約８００〜１０００℃の高温で焼成されることによって球体形状で平均空孔率５％以上のバルーン粒子が安定して得られる。水溶性樹脂１２にはアクリル樹脂等を用いる。

容器内で一次混練物１５を攪拌することにより、図４（Ａ）に示すように、バルーン粒子１１が水溶液中に攪拌分散し、個々のバルーン粒子１１の周囲に水溶性樹脂１２がコーティングされる。

次に、容器中の一次混練物１５に遮熱顔料（酸化チタン）１３を投入し、攪拌および混練し、最終の混練水溶液（二次混練物）１０を得る。このときの配合割合は、一次混練物１００重量部に対し、遮熱顔料３０重量部である。なお、一次混錬物１００重量部に対し、遮熱顔料は１〜８０重量部のうちから適宜選択することができる。

遮熱顔料１３を後から投入することによって、図４（Ｂ）に示すように、個々のバルーン粒子１１の周囲に水溶性樹脂１２が遮熱バインダーとなって遮熱顔料１３が結合し、バルーン粒子・遮熱顔料結合体１６を形成する。また、バルーン粒子・遮熱顔料結合体１６が互いに結合し、複合ユニットＵを構成する場合もある。そして、個々のバルーン粒子１１の浮力の合計が、遮熱顔料１３の沈降力を上回ることにより、個々のバルーン粒子・遮熱顔料結合体１６（あるいはそれらの複合ユニットＵ）が混練水溶物１０の表層部に浮上する。

そして、かかる混練水溶物１０を基材層２の表面に塗布することにより、図２に示すように、乾燥前の塗膜層３の表層部３Ａにバルーン粒子・遮熱顔料結合体１６が浮上して多数配列され、また、内層部３Ｂにバルーン粒子１１が多数配列され、乾燥後、遮熱顔料１３が表層部３Ａに並ぶように定着する。

塗膜層３の乾燥後は、水溶性樹脂１２が遮熱バインダーとしてバルーン粒子１１と遮熱顔料１３の結合状態を強固に保持し、塗膜層３の耐久性を発揮する。さらには、水溶性樹脂１２を用い、有機溶剤を使用しないから、有機溶剤を使用する場合に有機溶剤が表層に表出して、遮熱顔料のもつ本来の機能を阻害するような事態を防止できる。

遮熱顔料（酸化チタン）は、比重が１を超える（比重３．０〜３．９）ので、その重さによって混練後に沈降し、従来では混練物の表層部に浮上しなかったのに対し、個々のバルーン粒子１１の浮力を利用して混錬水溶液１０の表層部に浮上させることができる。これにより、図２に示すように、表層部３Ａに遮熱顔料１３が並んで表面に露出する舗装材１を施工・製造することができる。

施工・製造された舗装材１によれば、夏季においては、舗装表面温度が５０℃を超える場合があるが、塗膜層３の表層部３Ａに並ぶ遮熱顔料１３による遮熱効果と、塗膜層３の表層部３Ａおよび内部３Ｂに分散配置されたバルーン粒子１１の断熱効果により、舗装表面温度の上昇を抑制できる。したがって、夏季のヒートアイラインド現象の減少、電力使用の抑制、省エネルギーの促進を図ることができる。特にアスファルトの軟化点温度は５０℃であり、また、夏季は舗装表面温度が５０℃を超える場合がある。しかしながら、塗膜層３の遮熱および断熱効果により、舗装表面温度の上昇を効果的に抑制し、夏季の舗装表面温度を５０℃未満に抑制して、舗装表面の耐久性を向上させ、補修費用の低減を図ることができる。

また、冬季においては、主として塗膜層３の表層部３Ａおよびその内部３Ｂに分散配置されたバルーン粒子１１が高い保温機能を発揮し、舗装表面の凍結を抑制できる。したがって、冬季のスリップ事故や転倒事故を防止できる。

図５は、本発明の第２の実施形態を示すもので、ブロック状の舗装材を示している。

ブロック状の遮熱断熱舗装材２０は、基板層２１がコンクリート製のブロック体からなっている。基板層２１としては、レンガやタイル、インターロッキングブロック等であってもよい。同舗装材２０は、基板層２１の表面に第１実施形態で得られた混錬水溶液（二次混錬物）１０を塗布し乾燥させて遮熱断熱塗膜層２２が形成されている。

ブロック状の舗装材２０は、工場で大量生産可能であり、歩道、公園、工場や家庭の敷地内に多数敷設できる。太陽光に対する遮熱効果、断熱効果を発揮する。また、冬季は保温効果によって舗装材の表面凍結を防ぎ、凍上現象を改善防止できる。

本発明者は、図１に示す舗装材１の試料を製作し、比較品と本発明品の断熱評価試験を行った。比較品は密粒アスファルト混合物を用いた。本発明品は密粒度アスファルト混合物（基材層）の表面に混練水溶液を１回塗布し乾燥させて、乾燥厚さ１００μの塗膜層３を設けた。混練水溶液は、まず、セラミック系バルーン粒子１００重量部に対し、水５０重量部、水溶性樹脂５０重量部の割合で攪拌し一次混練物を得、一次混練物１００重量部に遮熱顔料３０重量部の割合で攪拌し混練水溶液（二次混練物）とした。

得られた比較品（密粒）と本発明品を室内に設置し、ランプを３時間照射させて、試料の表面温度を測定したところ、比較品（密粒）は表面温度が３０℃から６０℃付近まで上昇したのに対し、本発明品は３０℃から４４℃付近までにとどまり、比較品に比べ本発明品の遮熱および断熱効果が高いことが確認できた。また、温度上昇の推移結果から、本発明品は日中の太陽照射下でも、表面温度がアスファルトの軟化点（５０℃）より低いことが推定される。

本発明に係る遮熱断熱舗装材は、遮熱断熱に優れる舗装材として利用可能である。舗装材は、道路、歩道、公園、公共施設・病院・工場・鳥舎・畜舎・一般住宅などの敷地に施工可能である。また、補修材として利用可能である。

１，２０遮熱断熱舗装材
２，２１基材層
３，２２遮熱断熱塗膜層
３Ａ表層部
３Ｂ内部
１０混練水溶液
１１バルーン粒子
１２水溶性樹脂遮熱バインダー
１３遮熱顔料
１４水
１５一次混錬物
１６バルーン粒子・遮熱顔料結合体
Ｕバルーン粒子・遮熱顔料結合体の複合ユニット

Claims

舗装材を構成する基材層の表面に、水溶性樹脂を遮熱バインダーとしてバルーン粒子と遮熱顔料が結合されたバルーン粒子・遮熱顔料結合体が多数配列された表層部と、水溶性樹脂をバインダーとしてバルーン粒子が多数配列された内層部を有する遮熱断熱塗膜層が形成されていることを特徴とする遮熱断熱舗装材。
遮熱断熱塗膜層の乾燥厚さが１００〜３０００μであることを特徴とする請求項１記載の遮熱断熱舗装材。
基材層がブロック体であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の遮熱断熱舗装材。
舗装材を構成する基材層の表面に、水溶性樹脂により被覆された比重１未満のセラミック系またはガラス系の多数のバルーン粒子と、水溶性樹脂をバインダーとして比重１未満のセラミック系またはガラス系のバルーン粒子および比重１超の遮熱顔料が結合された多数のバルーン粒子・遮熱顔料結合体を含む混練水溶液を塗布し、乾燥させて、前記基材層の表面に、表層部に水溶性樹脂を遮熱バインダーとしてバルーン粒子と遮熱顔料が結合されたバルーン粒子・遮熱顔料結合体が多数配列され、内層部に水溶性樹脂をバインダーとしてバルーン粒子が多数配列された遮熱断熱塗膜層を形成したことを特徴とする遮熱断熱舗装材の施工方法。
混練水溶液を得るにあたり、バルーン粒子１００重量％に対し、水１０〜５５重量％、水溶性樹脂１０〜８０を混錬して一次混練水溶液を得、一次混練水溶液１００重量％に対し、遮熱顔料１〜８０重量％を混錬して最終の混練水溶液を得ることを特徴とする請求項４記載の遮熱断熱舗装材の施工方法。
比重１超の遮熱顔料として、酸化チタンまたは鉄クロムを用いることを特徴とする、請求項４または請求項５記載の遮熱断熱舗装材の施工方法。
バルーン粒子の平均空孔率が５％以上であることを特徴とする、請求項４ないし請求項６のいずれか一項に記載の遮熱断熱舗装材の施工方法。