JP2019099998A - 床構造及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エアロゲルを含む断熱材を備え、かつ歩行する人が強固な感触を感じることができる床構造を提供する。【解決手段】床構造１は、建物の床に設置されている。床構造１は、硬化性材料の硬化物３と、硬化物３中に分散したエアロゲル４とを含む主層２を備える。主層２は、硬化物３の一部と前記エアロゲル４とを含有する断熱層５を備える。主層２は、断熱層５の上方にあり、硬化物３の一部以外の残部を含有しエアロゲル４を含有しない表面層６を更に備える。断熱層５と表面層６とは一体化している。【選択図】図１

Description

本発明は、一般に床構造及びその製造方法に関し、詳細には建物の床に設置されている床構造及びその製造方法に関する。

近年、古民家などの歴史的建築物の保存及び活用が活発になっている。このような歴史的建築物は、断熱性が低く、特に土間などの床は冬期には非常に冷たくなってしまう。このことが、歴史的建築物の活用の妨げになることがある。

床の断熱性を向上する技術として、特許文献１には、エアロゲルを含む断熱材を備える断熱パネルを床パネルとして使用することが開示されている。この場合、エアロゲルによって断熱材に低い熱伝導率が付与され、そのため床の断熱性向上が期待できる。

特開２０１５−５２２１０号公報

しかし、特に歴史的建築物の土間などにおける床は強固な感触を有するのに対し、エアロゲルを含む断熱材は一般に柔軟性が高い。このため、土間などの床に床パネルを設置した場合、床を歩行する人は、床から強固な感触を感じず、違和感を感じることがある。このことは、歴史的建築物特有の趣を損ねることになりかねない。

本発明は、エアロゲルを含む断熱層を備え、かつ歩行する人が強固な感触を感じることができる床構造及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る床構造は、建物の床に設置されている。前記床構造は、硬化性材料の硬化物と、前記硬化物中に分散したエアロゲルとを含む主層を備える。前記主層は、前記硬化物の一部と前記エアロゲルとを含有する断熱層を備える。前記主層は、前記断熱層の上方にあり、前記硬化物の前記一部以外の残部を含有し前記エアロゲルを含有しない表面層を更に備える。前記断熱層と前記表面層とは一体化している。

本発明の一態様に係る床構造の製造方法では、硬化性材料とエアロゲルとを準備する。建物の床に、前記硬化性材料の一部と前記エアロゲルとを含有する第一層を作製する。前記第一層が硬化する前に、前記第一層の上に重ねて、前記硬化性材料の前記一部以外の残部を含有しかつ前記エアロゲルを含有しない第二層を作製する。前記第一層と前記第二層とを硬化させる。

本発明の一態様によれば、エアロゲルを含む断熱層を備え、床に断熱性を付与でき、かつ床を歩行する人が強固な感触を感じることができる床構造及びその製造方法を提供できる。

図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ及び図１Ｄは、本発明の一実施形態に係る床構造の製造工程の概略を示す断面図である。 図２は、同上の床構造の製造工程の概略を示す斜視図である。

以下、本発明の一実施形態について、図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、図１Ｄ及び図２を参照して、説明する。

本実施形態に係る床構造１は、建物の床に設置されている。図１Ｄに示すように、床構造１は、硬化性材料の硬化物３と、硬化物３中に分散したエアロゲル４とを含む主層２を備える。主層２は、硬化物３の一部とエアロゲル４とを含有する断熱層５を備える。前記主層２は、前記断熱層５の上方にあり、前記硬化物３の前記一部以外の残部を含有し前記エアロゲル４を含有しない表面層６を更に備える。前記断熱層５と前記表面層６とは一体化している。

床構造１は、枠体７を更に備えてもよい。枠体７は、上方に開口する複数の充填室８を有する。断熱層５は、複数の充填室８の各々に充填されている断熱部９を含む。

本発明の一態様に係る床構造１の製造方法では、硬化性材料とエアロゲル４とを準備する。図１Ｂに示すように、建物の床に、硬化性材料の一部とエアロゲル４とを含有する第一層１０を作製する。第一層１０が硬化する前に、図１Ｃに示すように、第一層１０の上に重ねて、硬化性材料の一部以外の残部を含有しかつエアロゲル４を含有しない第二層１１を作製する。図１Ｄに示すように、第一層１０と第二層１１とを硬化させる。これにより、第一層１０の硬化物からなる断熱層５と、第二層１１の硬化物からなる表面層６とを備える、主層２を作製する。

本実施形態によれば、エアロゲル４を含む断熱層５を備え、床に断熱性を付与でき、かつ床を歩行する人が強固な感触を感じることができる床構造１及びその製造方法を提供できる。

なお、床に強固な感触を感じるとは、例えば人が床を歩行する際に、地面上を歩行する場合と同様の感触を感じることである。具体的には、例えば人が床を歩行する際に床が沈み込まないように感じること、又は人が床を歩行する際に床が足にかかる衝撃を和らげないように感じることである。

断熱層５の上下方向の熱伝導率は０．１Ｗ／ｍＫ以下であることが好ましい。この場合、床構造１は、床に特に高い断熱性を付与できる。

床構造１の上面の１０ｍｍ×１０ｍｍの寸法の領域に下方へ向けた荷重が負荷された場合の床構造１の圧縮強度は１５ＭＰａ以上であることが好ましい。この場合、床を歩行する人が、床に特に強固な感触を感じることができる。

床構造１の上面の、１０ｍｍ×１０ｍｍの寸法を有する領域に、１．４７ｋＮの荷重が負荷された場合の、床構造１の上面の下方への変位量は、１ｍｍ以下であることが好ましい。なお、床構造１が、後述するように上方に開口する複数の充填室８を有する枠体７を備える場合、領域は、複数の充填室８のうち一つの充填室８の中心の上方に位置する中心を有する。この場合、床を歩行する人が足で床構造１に荷重をかけたときの、床構造１の沈み込みを抑制できる。そのため、床を歩行する人は、より強固な感触を感じることができる。

本実施形態について、更に詳細に説明する。

床構造１は、建物の床に設置されている。より具体的には、例えば床構造１は、建物内における床下地１３上に設置される。床下地１３は、例えば土間コンクリート、床スラブ、又は地面である。この場合、床下地１３は、床構造１を強固に支えることで、床構造１に下方へ向けた荷重がかけられる場合の、床構造１の下方への変位量を特に小さくできる。

主層２は、上述のとおり、硬化性材料の硬化物３と、この硬化物３に分散しているエアロゲル４とを含有する。主層２がエアロゲル４を含有することで、床構造１は高い断熱性を有することができる。さらに、主層２が硬化性材料の硬化物３を含有することで、主層２は、エアロゲル４を含有するにもかかわらず、高い剛性を有することができる。さらに、床構造１に下方へ向けた荷重がかけられる場合の、床構造１の下方への変位量を小さくできる。

硬化性材料は、例えば水硬性無機材料及び水性樹脂からなる群から選択される少なくとも一種の材料を含有する。この場合、硬化性材料の硬化物３は、床構造１の剛性を特に高めることができる。

水硬性無機材料は、例えばセメントを含有する。セメントは、例えばポルトランドセメント、高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメント及びアルミナセメントからなる群から選択される少なくとも一種の材料を含有する。水硬性無機材料は、例えば更に水を含有する。水硬性無機材料は、更に砂などの細骨材を含有してもよい。水硬性無機材料は、更に砂利などの粗骨材を含有してもよい。なお、主としてセメントと水を含有する水硬性無機材料は、一般にセメントペーストと呼ばれる。主としてセメントと水と細骨材を含有する水硬性無機材料は、一般にモルタルと呼ばれる。主としてセメントと水と細骨材と粗骨材とを含有する水硬性無機材料は、一般にコンクリートと呼ばれる。すなわち、水硬性無機材料は、例えばセメントペースト、モルタル又はコンクリートである。水硬性無機材料は、一般にグラウト材と呼ばれる材料を含んでもよい。

硬化性材料が水性樹脂を含有する場合、硬化性材料は例えば水性エポキシ樹脂又は水性シリル化ウレタン樹脂を含有する。水性エポキシ樹脂の例は、コニシ株式会社製の樹脂モルタル用エポキシ樹脂である商品名ボンドＥ−２０６を含む。水性シリル化ウレタン樹脂の例は、コニシ株式会社製の商品名アクアリンカーＳＵ５００を含む。

エアロゲル４とは、ゲル中に含まれる溶媒を気体に置換して得られる多孔質体である。エアロゲル４は、キセロゲルを含んでもよい。エアロゲル４は、例えばシリカエアロゲル、カーボンエアロゲル及びアルミナエアロゲルからなる群から選択される一種以上の材料を含有する。特にエアロゲル４が、シリカエアロゲルを含有することが好ましい。エアロゲル４は、例えば超臨界乾燥法、常圧乾燥法などの、公知の製造方法で製造される。

エアロゲル４は、粒子状であることが好ましい。エアロゲル４の粒子の形状は、特に限定されず、種々の形状であってよい。例えば粒子が、角張った岩石状といった不定形の形状を有してもよい。粒子が、球状、ラグビーボール状、パネル状、フレーク状、繊維状といった形状を有してもよい。エアロゲル４の粒子の平均粒径は、５００μｍ以上であることが好ましい。この平均粒径は、５００μｍ以上５ｍｍ以下であればより好ましく、５００μｍ以上１．５ｍｍ以下であれば、更に好ましい。また、エアロゲル４の粒子の長径が、５０ｎｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましく、１００μｍ以上２ｍｍ未満であれば更に好ましい。なお、主層２中のエアロゲル４の粒子の平均粒径は、主層２のＸ線ＣＴ測定によって得られるエアロゲル４の粒子の断面積から算出される真円換算の直径の、算術平均値である。

上述のとおり、主層２は、断熱層５と、断熱層５の上に重なる表面層６とを備える。断熱層５は、主層２に含まれる硬化性材料の硬化物３のうちの一部と、エアロゲル４とを含有する。主層２は、主としてこの断熱層５によって、高い断熱性を有する。断熱材５の体積全体に対するエアロゲルの体積の百分率は、５０体積％以上９５体積％以下であることが好ましい。なお、エアロゲルの体積は、断熱材５中のエアロゲルの粒子の総体積（真の体積）である。エアロゲルの体積の百分率の値は、断熱材５を切断した場合の断面の面積に対するこの断面に現れるエアロゲルの粒子の断面の総面積の百分率の値と一致する。

エアロゲル４の量が５０体積％以上であることは、床構造１の低熱伝導率化に特に寄与できる。また、エアロゲル４の量が９５体積％以下であることは、断熱層５の剛性向上に特に寄与でき、このため床を歩行する人が強固な感触を感じることに特に寄与できる。エアロゲル４の量が７０体積％以上であれば、より好ましい。また、エアロゲル４の量が９０体積％以下であることも、より好ましい。

表面層６は、主層２に含まれる硬化性材料の硬化物３のうち、断熱層５に含まれる一部を除く残部を含有し、エアロゲル４を含有しない。表面層６はエアロゲル４を含有しないことで、断熱層５に比べて高い剛性を有することができる。この表面層６が断熱層５の上に重なっていることで、床構造１は特に高い剛性を有することができる。さらに、床構造１に下方へ向けた荷重がかけられる場合の、床構造１の下方への変位量を特に小さくできる。

なお、図１Ｂ、図１Ｃ及び図１Ｄは、エアロゲル４の分布を説明するためにエアロゲル４の粒子の寸法を実際よりも極端に大きく表している。

上述のとおり、主層２において、断熱層５と表面層６とは一体化している。一体化しているとは、断熱層５と表面層６との間に、エアロゲル４の分布が不連続であることを除けば明確な界面が認められないことを意味する。このため、床構造１は特に高い剛性を有することができる。さらに、床構造１に下方へ向けた荷重がかけられる場合の、床構造１の下方への変位量を特に小さくできる。

断熱層５は、硬化性材料の一部とエアロゲル４とを含有する第一層１０の硬化物であり、表面層６は、第一層１０が硬化してない状態で第一層１０の上に形成された、硬化性材料の一部を除く残部を含む第二層１１の硬化物であることが好ましい。この場合、断熱層５と表面層６との間に明確な界面が存在しないにも拘わらず、断熱層５ではエアロゲル４がほぼ均一に分散し、表面層６ではエアロゲル４が分散していないという、エアロゲル４の分散の極端な偏りを生じさせることができる。このため、断熱層５において床構造１の断熱性を効率良く高め、かつ表面層６において床構造１の剛性を効率良く高めることができる。

なお、上記の方法で断熱層５及び表面層６を作製すると、上記のとおり主層２には特有のエアロゲル４の分布の偏りが生じるため、上記の方法は主層２の構造又は特性を規定する。しかし、上記の方法によって達成された特有のエアロゲル４の分布の偏りを、定量化するなどして文言で厳密に特定することは、非常に困難である。仮に特定できるとしても、そのためには、膨大な試験を行ってその結果を分析する必要がある。このため、断熱層５及び表面層６の上記の作製方法に起因する主層２の構造又は特性を文言上特定することは、不可能であり又は実際的ではない。

上述のとおり、床構造１は、上方に開口する複数の充填室８を有する枠体７を更に備えてもよい。床構造１が枠体７を備える場合、断熱層５は、複数の充填室８の各々に充填されている断熱部９を含む。すなわち、断熱層５は、複数の断熱部９に分割されている。床構造１が枠体７を備えると、枠体７が表面層６を支えることができる。このため、床構造１は特に高い剛性を有することができる。さらに、床構造１に下方へ向けた荷重がかけられる場合の、床構造１の下方への変位量を特に小さくできる。

枠体７の材質及び形状には、制限はない。枠体７によって仕切られた充填室８の長径は、９１０ｍｍ以下であることが好ましい。充填室８の長径とは、充填室８を上方から見た場合の充填室８の最も長い箇所の寸法であり、充填室８が上方から見て四角形であれば、四角形の対角線の寸法である。充填室８の長径が９１０ｍｍ以下であれば、床構造１に下方へ向けた荷重がかけられる場合の、床構造１の下方への変位量を特に小さくできる。

枠体７は、例えば水平面と平行な長さを有する仕切り材１２を組み合わせて構成される。仕切り材１２は、例えば角材又は板材である。仕切り材１２は、例えば木材、金属、又は合成樹脂から作製される。枠体７が仕切り材１２から構成されると、枠体７が表面層６を強固に支えることができるため、床を歩行する人は、より強固な感触を感じることができる。仕切り材１２の長さ方向と直交する断面の寸法は、例えば幅５ｍｍ以上２０ｍｍ以下、高さ１０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下である。枠体７が仕切り材１２を組み合わせて構成される場合、枠体７は、例えば上方から見て格子状の形状を有し、枠体７で仕切られた複数の充填室８の各々は、上方から見て四角形の形状を有する。枠体７が仕切り材１２を組み合わせて構成される場合、充填室８の長径は、５０ｍｍ以上９１０ｍｍ以下であることが好ましく、１００ｍｍ以上７００ｍｍ以下であれば更に好ましい。

枠体７は、シート材を組み合わせて構成されてもよい。この場合、シート材は、シート材が水平面と直交するように配置される。シート材は、例えば紙、金属シート、又は合成樹脂シートである。シート材を組み合わせて枠体７が構成される場合、充填室８を種々の形状に形成することが容易である。例えば充填室８を上方から見て四角形、三角形又は六角形に形成することが容易である。枠体７がシート材を組み合わせて構成される場合、充填室８の長径は、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下であることが好ましく、２０ｍｍ以上４０ｍｍ以下であれば更に好ましい。

枠体７は、例えば床下地１３上に直接設置される。この場合、充填室８の底面は床下地１３の上面で構成される。床下地１３上に板材を設置し、この板材上に枠体７を設置してもよい。この場合、充填室８の底面は板材の上面で構成される。板材は、例えば木材、金属、合成樹脂又はセメントから作製される。

箱状部材を床下地１３上に複数個敷き詰めることで、床下地１３上に板材と枠体７とを設置してもよい。箱状部材は、例えば上方から見て四角形の底板と、底板の四つの辺の各々から上方に突出する側板とを有し、箱状部材の上面は箱状部材の内部空間に通じる開口を有する。この箱状部材を床下地１３上に複数個敷き詰めると、箱状部材の底板で板材が構成され、箱状部材の側板で枠体７が構成され、箱状部材の内部空間で充填室８が構成される。この場合、板材及び枠体７を床下地１３上に容易に設置できる。箱状部材は、例えば木材、金属、合成樹脂又はセメントを含有する水硬性無機材料から作製される。

床構造１の製造方法について説明する。

まず、硬化性材料とエアロゲル４とを準備する。床構造１が枠体７を備える場合には、枠体７を作製するための材料も準備する。

建物の床に、硬化性材料の一部とエアロゲル４とを含有する第一層１０を作製する。そのために、例えば硬化性材料のうちの一部とエアロゲル４とを混合して、混合物を調製する。この混合物を床下地１３上に配置することで、第一層１０を作製する。床構造１が枠体７を備える場合には、図１Ａに示すように、まず床下地１３上に枠体７を設置してから、図１Ｂ及び図２に示すように、枠体７における充填室８に混合物を充填することで、第一層１０を作製する。

第一層１０が硬化する前に、図１Ｃに示すように、枠体７及び第一層１０の上に重ねて、硬化性材料のうち第一層１０に含まれる一部以外の残部を含有しかつエアロゲル４を含有しない第二層１１を作製する。そのために、例えば第一層１０の上に、硬化性材料の残部を配置して、第二層１１を作製する。なお、第二層１１を第一層１０の上に配置する際、第一層１０が完全に硬化してないならば、第一層１０の硬化がある程度進行していてもよい。

続いて、第一層１０と第二層１１とを硬化させる。このとき、硬化性材料の特性に応じた方法で、第一層１０及び第二層１１を硬化させればよい。これにより、第一層１０の硬化物からなる断熱層５と、第二層１１の硬化物からなる表面層６とからなる主層２を作製できる。これにより、床構造１が得られる。この方法で作製された主層２には、上述のとおり、断熱層５と表面層６との間に明確な界面が存在しないにも拘わらず、断熱層５ではエアロゲル４がほぼ均一に分散し、表面層６ではエアロゲル４が分散していないという、エアロゲル４の分散の偏りが生じる。

表面層６の上面には、必要に応じて塗膜が設けられていてもよい。特に表面層６の上面に、石、砂といった自然素材のような質感を有する塗膜が設けられていると、床構造１が歴史的建築物に設けられている場合に、床構造１が歴史的建築物特有の趣を損ねにくくなる。

上述のとおり、本実施形態に係る床構造１における断熱層５の上下方向の熱伝導率は０．１Ｗ／ｍＫ以下であることが好ましい。断熱層５の熱伝導率は、上記の説明の範囲内において、例えば断熱層５中のエアロゲル量の調整、硬化性材料の材質の選択などによって、制御できる。断熱層５の上下方向の熱伝導率は０．０７Ｗ／ｍＫ以下であれば、より好ましい。床構造１の熱伝導率は低いほど好ましいが、実際上は０．０２Ｗ／ｍＫ以上である。

上述のとおり、本実施形態に係る床構造１の上面の１０ｍｍ×１０ｍｍの寸法の領域に下方へ向けた荷重が負荷された場合の床構造１の圧縮強度は１５ＭＰａ以上であることが好ましい。この圧縮強度は、上記の説明の範囲内において、硬化性材料の選択、表面層６の厚みの選択、断熱層５中のエアロゲル４の量の調整、充填室８の長径の調整、枠体７の材質及び寸法の選択などによって、制御できる。床構造１の圧縮強度は１８ＭＰａ以上であれば、より好ましい。床構造１の圧縮強度は高いほど好ましいが、実際上は１００ＭＰａ以下である。

上述のとおり、本実施形態に係る床構造１の上面の領域に下方へ向けた荷重が負荷された場合の、床構造１の上面の下方への変位量は、１ｍｍ以下であることが好ましい。床構造１の上面の下方への変位量とは、床構造１の上面に下方へ向けた荷重が掛けられていない状態を基準とした、床構造１の上面における、荷重がかけられた箇所の、下方への変位量である。この変位量は、硬化性材料の選択、表面層６の厚みの選択、断熱層５中のエアロゲル４の量の調整、充填室８の長径の調整、枠体７の材質及び寸法の選択などによって、制御できる。床構造１の下方への変位量は０．７ｍｍ以下であれば、より好ましい。床構造１の下方への変位量は小さいほど好ましいが、実際上は０．１ｍｍ以上である。

１ 床構造
２ 主層
３ 硬化物
４ エアロゲル
５ 断熱層
６ 表面層
７ 枠体
８ 充填室
９ 断熱部
１０ 第一層
１１ 第二層

Claims (6)

1. 建物の床に設置されている床構造であり、
   硬化性材料の硬化物と、前記硬化物中に分散したエアロゲルとを含む主層を備え、
   前記主層は、前記硬化物の一部と前記エアロゲルとを含有する断熱層と、前記断熱層の上方にあり、前記硬化物の前記一部以外の残部を含有し前記エアロゲルを含有しない表面層とを備え、
   前記断熱層と前記表面層とが一体化している、
   床構造。
2. 前記硬化性材料は、水硬性無機材料及び水性樹脂からなる群から選択される少なくとも一種の材料を含有する、
   請求項１に記載の床構造。
3. 枠体を更に備え、
   前記枠体は、上方に開口する複数の充填室を有し、
   前記断熱層は、前記複数の充填室の各々に充填されている断熱部を含む、
   請求項１又は２に記載の床構造。
4. 前記断熱層は、前記硬化性材料の一部と前記エアロゲルとを含有する第一層の硬化物であり、
   前記表面層は、前記第一層が硬化してない状態で前記第一層の上に形成された、前記硬化性材料の前記一部を除く残部を含む第二層の硬化物である、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の床構造。
5. 前記主層は、土間コンクリート上、床スラブ上、又は地面上に設置されている、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の床構造。
6. 硬化性材料とエアロゲルとを準備し、
   建物の床に、前記硬化性材料の一部と前記エアロゲルとを含有する第一層を作製し、
   前記第一層が硬化する前に、前記第一層の上に重ねて、前記硬化性材料の前記一部を除く残部を含有しかつ前記エアロゲルを含有しない第二層を作製し、
   前記第一層と前記第二層とを硬化させる、
   床構造の製造方法。

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