JP2022098259A

JP2022098259A - セメント製吸音材

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Publication number: JP2022098259A
Application number: JP2020211691A
Authority: JP
Inventors: 大成田中; Taisei Tanaka; 尚哉福田; Naoya Fukuda; 克彦荒木; Katsuhiko Araki
Original assignee: TANAKA KENSETSU KK
Current assignee: TANAKA KENSETSU KK
Priority date: 2020-12-21
Filing date: 2020-12-21
Publication date: 2022-07-01
Anticipated expiration: 2040-12-21
Also published as: JP6910678B1

Abstract

【課題】本発明では、従来とコンクリートパネルと同程度の強度を備えるとともに吸音特性を向上させたセメント製吸音材を提供することを目的とするものである。【解決手段】本発明に係るセメント製吸音材１は、セメントを主成分としセルロースナノファイバーを含む表面層１０及び１１と、セメントを主成分としセルロースナノファイバー及びポリビニルアルコールを含む中間層１２と、中間層１２に積層するように配置されるとともに多数の突起状の空隙２１に空気を密封したフィルム状の気泡シート２０とを備え、片側の表面層１０から気泡シート２０に到達する多数の小孔１３が形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、建築物に好適の吸音特性を備えたモルタル、コンクリート等のセメント製吸音材に関する。

モルタル又はコンクリート等のセメント組成物は、土木、建築分野において主に構造材として用いられているが、構造材以外の機能材としても建築物に取り入れられている。近年、都市のオフィス街ではコンクリート製の建築物が建設されてきており、道路の両脇にビル等の建築物群が林立するようになってきている。そのため、道路を走行する車両からの騒音がビルの壁面で反響して拡がり、騒音問題となっている。こうした問題に対処するため、様々な防音壁が提案されている。

例えば、特許文献１では、水硬性物質を主原料とする層と、硬質発泡合成樹脂層とを積層した部材で、ハニカム構造を有する部材を挟着または纏着した建材が記載されている。また、特許文献２では、パネルの板面に非貫通孔が形成されており、独立気孔を主に包含し、絶乾かさ比重が0.45以下である軽量気泡コンクリートパネルが記載されている。また、特許文献３では、植物短繊維を配合した未だ固まらないモルタルまたはコンクリートの線状体を曲げ絡み合わせて立体形状となし、これを硬化させて線状体同士が部分的に結着した捲縮体状のブロックを表面に取り付けた音波吸収用パネルが記載されている。

特開平１０－３０３０１号公報特開平１１－３０３３０４号公報特開２００４－２３８８４４号公報

特許文献１では、ハニカム構造体を芯材とし、セメント、石膏等の水硬性材料の板材で挟着した積層構造とされているが、強度的にはハニカム構造体により強度を確保するようになっており、表層の板材自体の強度が弱くなりやすく表面にひび割れ等が生じやすくなる欠点がある。特許文献２では、気泡を含む軽量化されたコンクリートパネルが記載されているが、こうしたコンクリートパネルは強度が低下するため、構造材として使用する場所が制約されてしまうようになる。特許文献３では、コンクリート線状体を立体形状に形成して吸音特性を向上させているが、コンクリート線状体が壊れやすく構造材として使用することは難しいと考えらえる。

そこで、本発明では、従来のコンクリートパネルと同程度の強度を備えるとともに吸音特性を向上させたセメント製吸音材を提供することを目的とするものである。

本発明に係るセメント製吸音材は、セメントを主成分としセルロースナノファイバーを含む表面層と、セメントを主成分としセルロースナノファイバー及びポリビニルアルコールを含む中間層と、前記中間層に積層するように配置されるとともに多数の突起状の空隙に空気を密封したフィルム状の気泡シートとを備え、前記表面層から前記気泡シートに到達する多数の小孔が形成されている。さらに、前記表面層は、セルロースナノファイバーをセメントに対して０．１質量％～５．０質量％の配合割合で含有する。さらに、前記中間層は、セルロースナノファイバーをセメントに対して０．０１質量％～０．１質量％の配合割合で含有するとともにポリビニルアルコールをセメントに対して１．０質量％～１５．０質量％の配合割合で含有する。

本発明は、セメント及びセルロースナノファイバーを含む表面層と、セメント、セルロースナノファイバー及びポリビニルアルコールを含む中間層と、中間層に積層するように配置されるとともに多数の突起状の空隙に空気を密封したフィルム状の気泡シートとを備え、表面層から気泡シートに到達する多数の小孔が形成されているので、従来のコンクリートパネルと同程度の強度を備えるとともに吸音特性を向上させた吸音材を得ることができる。

本発明に係る実施形態に関する一部拡大断面図である。セメント製吸音材の製造工程に関する説明図である。表側の吸音試験の測定結果を示すグラフである。裏側の吸音試験の測定結果を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明を実施するにあたって好ましい具体例であるから、技術的に種々の限定がなされているが、本発明は、以下の説明において特に本発明を限定する旨が明記されていない限り、これらの形態に限定されるものではない。

図１は、本発明に係る実施形態に関する一部拡大断面図である。セメント製吸音材１は、セメントを主成分としセルロースナノファイバーを含む表面層１０及び１１と、セメントを主成分としセルロースナノファイバー及びポリビニルアルコールを含む中間層１２と、中間層１２に積層するように配置されるとともに多数の突起状の空隙２１に空気を密封したフィルム状の気泡シート２０とを備え、片側の表面層１０から気泡シート２０に到達する多数の小孔１３が形成されている。

＜表面層について＞
表面層１０及び１１に用いる使用原料としては、具体的には以下のものが挙げられる。

セメントは、普通ポルトランドセメントが好ましく、圧縮強度、引張強度及び流動性の観点から、鉱物組成がＣ₃Ｓ（エーライト）４５質量％～５５質量％、Ｃ₂Ｓ（ビーライト）１５質量％～２５質量％、Ｃ₃Ａ（アルミネート相）５質量％～１０質量％、Ｃ₄ＡＦ（フェライト相）８質量％～１０質量％であることが好ましい。メッシュ状の立体構造体といった補強材を内蔵する場合には、補強材の内部に容易に充填するための流動性を確保するためには、凝結を促進するＣ₃Ａの成分量を抑えた組成とすることがさらに好ましい。

セルロースナノファイバー（以下「ＣＮＦ」と略称する）は、セルロース分子が直鎖状に配列した極細の繊維材料で、木材から得られた木材繊維又は植物繊維を化学的・機械的処理によりナノサイズ（１０^-9ｍ）まで細かく解きほぐしたバイオマス素材である。

ＣＮＦは、水中に分散して三次元網目構造を形成することが知られており、高強度、高弾性率、低線膨張係数、高透明、ガスバリア性といった多くの優れた特性を備えている。また、軽量化、生産・廃棄での環境負荷の低減といった点でもメリットを有しており、様々な分野での応用に関して研究開発が進められている。

ＣＮＦのセメントに対する配合割合は、０．１質量％～５．０質量％であることが好ましく、０．１質量％より小さくなるとＣＮＦの特性が十分発現されないといったデメリットがあり、５．０質量％より大きい場合には高強度化の点でデメリットになる。

ＣＮＦを製造する場合、木材チップ等の使用原料をパルプ化した後、機械処理法、ＴＥＭＰＯ酸化法、ウォータージェット法といった公知の処理を行うことでさらに細かくして、スラリー状又は粉末状に形成して用いられる。水中対向衝突法（ＡＣＣ法）により微細化したものは、原料由来の特徴の違いが生じるようになり、例えば、針葉樹を原料とするパルプを用いたものが高強度化を図ることができるため好ましい。また、ＴＥＭＰＯ酸化処理を行う場合には、繊維幅が均一なナノファイバーが得られることから、高強度化の点で好ましい。

ＣＮＦを用いる場合には、鉱物粒を添加することが好ましい。鉱物粒としては、粒径１ｍｍ～４ｍｍのものが好ましく、成分として硼珪酸塩鉱物（ＳｉＯ₂、Ｎａ₂Ｏ及びＢ₂Ｏ₃が主成分）を含有するものが好ましい。こうした粒径範囲のものをＣＮＦと併用することで、高強度化を発現するようになる。また、成分としてＳｉＯ₂を含有することで、フライアッシュに類似した作用効果を得ることができる。

鉱物粒のセメントに対する配合割合は、２質量％～２０質量％であることが好ましく、２質量％より小さくなると強度低下といったデメリットがあり、２０質量％より大きい場合には、アルカリシリカ反応によるひび割れの発生といった問題がある。

セメントに用いる骨材としては、砂や砂利等の公知の骨材を用いることができる。骨材のサイズは、砂等の細骨材の場合には、１０ｍｍのふるい目をすべて通過し、５ｍｍのふるい目を通過するものが８５％以上となるサイズを用い、砂利等の粗骨材の場合には、５ｍｍのふるい目を通過しないものが８５％以上となるサイズを用いるとよい。

セメントに練り混ぜる水及び養生水は、上水道水を用いることができ、５質量％～１５質量％を添加することが好ましい。

添加する混和剤としては、減水剤が挙げられる。減水剤としては、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、アミノスルホン酸系、ポリカルボン酸系の減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤が挙げられる。高性能減水剤は、使用量を増加することにより減水性が向上するが、使用量を増加しても過剰な空気連行性や異常な凝結の遅延性が少ないため、単位水量を大幅に減少することができ、高強度コンクリートの製造に好ましい。減水剤は、コンクリートの粘性を低減する観点から０．３質量％～１．０質量％を添加することが好ましい。

表面層の強度については、圧縮強度試験（ＪＩＳＡ１１０８）による圧縮強度が１０Ｎ／ｍｍ²～３０Ｎ／ｍｍ²であることが好ましい。

＜中間層について＞
中間層１２用いる使用原料としては、具体的には以下のものが挙げられる。

セメント、ＣＮＦ、水、鉱物粒、骨材及び混和剤については、上述した表面層に用いる使用原料と同様のものが挙げられる。同じ原料を使用することで、一体的に成形することができるようになる。

ポリビニルアルコール（以下「ＰＶＡ」と略称する）は、ポリ酢酸ビニルのけん化物で、親水性が強く、温水にも可溶といった特性を備えている。用途に合わせて多種類のＰＶＡが開発されているが、本発明では、一部けん化型のものが好ましい。

ＰＶＡのセメントに対する配合割合は、１．０質量％～１５．０質量％であることが好ましく、１．０質量％より小さくなると変形しやすい弾性的特性が発現しにくくなり、１５．０質量％より大きい場合には、膨潤作用が顕著になるため、寸法安定性が低下する。

ＣＮＦのセメントに対する配合割合は、ＰＶＡによる弾性的特性の発現及び強度のバランスからみて、０．０１質量％～０．１質量％であることが好ましい。

中間層の強度については、圧縮強度試験（ＪＩＳＡ１１０８）による圧縮強度が２Ｎ／ｍｍ²～６Ｎ／ｍｍ²のものを用いるとよい。また、ＰＶＡを配合したセメント組成物は、圧縮強度試験では、圧縮変形量の上限値まで変形しても破壊することはなく、載荷荷重を解除した直後には弾性体のように変形を回復するようになる。こうした早期の変形回復を示すことから、弾性的な特性を備えているといえる。

＜気泡シートについて＞
気泡シートは、多数の突起状の空隙２１に空気を密封したフィルム状のシートで、合成樹脂製で緩衝用シートとして使用されているものを用いることができる。代表的なものとしては、多数の凹凸が形成されたキャップフィルムをベースフィルムに接着して製造するものが知られている。空気が密封された突起状の空隙２１は、径を５ｍｍ～２０ｍｍで高さを２ｍｍ～１０ｍｍに設定するが好ましい。突起状の空隙２１の間の間隔は、小孔１３の間隔より狭く設定することが好ましく、具体的には１ｍｍ～５ｍｍに設定するとよい。

気泡シート２０は、上述した例のように、中間層の内部に配置して積層してもよく、中間層と表面層との境界に配置することもできる。また、気泡シート２０を複数枚重ね合わせて配置することもでき、その際には空隙２１同士を対向して重ね合わせたり、ベースフィルム同士を重ね合わせたりしてもよく、吸音効果及び強度のバランスをみて枚数及び配置を適宜設定すればよい。

＜小孔について＞
片側の表面層１０から気泡シート２０まで到達する多数の小孔１３は、孔径が２ｍｍ～４ｍｍが好ましく、２ｍｍより小さいと吸音効果が不十分となり、４ｍｍよりも大きいと吸音材の強度が低下するようになる。小孔は、表面層全体に等間隔に形成することが好ましく、形成する数は多いほどよいが、吸音材の強度に影響が生じない程度に設定することが好ましい。また、小孔を気泡シート２０の空隙２１と連通させることで、気泡シート２０により形成された空気層を小孔を連通させて吸音効果を向上させることができる。

図２は、セメント製吸音材の製造工程に関する説明図である。まず、裏面側の表面層１１となる層を形成する。この例では、表面層にＣＮＦモルタルを用いる。ＣＮＦモルタルは、セメントにＣＮＦ及び混和剤を加えて練り混ぜ、次に鉱物粒を投入して練り混ぜて作製することができる。得られた混錬物を型枠３０に流し込み、所定の厚さの均一な層を形成する（図２（ａ））。

次に、中間層１２となる層を形成する。この例では、中間層にＰＶＡモルタルを用いる。ＰＶＡモルタルは、ＰＶＡに水及び混和剤を加えて練り混ぜ、次にセメントを加えて再度間練り混ぜ、次にＣＮＦを加えて練り混ぜて作製することができる。

この例では、中間層１２内に気泡シート２０を内蔵しているので、下側層１２ａ及び上側層１２ｂに分けて流し込む。まず、下側層１２ａを形成するために混錬物を流し込んで所定の厚さの均一な層に形成する（図２（ｂ））。次に、型枠３０のサイズに合わせて所定のサイズに切断した気泡シート２０を下側層１２ａの上面に配置する（図２（ｃ））。配置された気泡シート２０の上方から再度混錬物を流し込んで上側層１２ｂを所定の厚さで均一に形成する（図２（ｄ））。気泡シート２０の突起状の空隙２１は、内部に空気が密封されているので、押しつぶされることなく、空隙を維持した状態となっている。

なお、気泡シート２０を中間層のどの位置に配置するかにより下側層１２ａ及び上側層１２ｂの厚さを変化させればよく、中間層の下面又は上面に配置する場合には、中間層を形成する前後に気泡シート２０を積層するように配置すればよい。

次に、表面層１０となる層を形成する。この例では、表面層１１と同じＣＮＦモルタルを用いる。表面層１１に用いられた混錬物と同様の混錬物を作製し、型枠３０内に上面まで流し込み、所定の厚さで均一に形成する（図２（ｅ））。そして、型枠３０の上面に蓋板３１を配置して固定する。蓋板３１には、多数のビス３２が下面側に突出するように打ち込まれており、表面層１０の上方からビス３２を刺し込むように押し込むことで、表面層１０を貫通して中間層１２内の気泡シート２０の到達するようになる（図２（ｆ））。

ビス３２は、小孔１３を形成するために設けられており、ネジ部分の径は２ｍｍ～４ｍｍに設定することが好ましく、長さは、表面層１０及び上側層１２ｂの合計の厚さと同程度の長さとすることで、気泡シート２０に到達する長さに設定することができる。また、中間層１２まで貫通する長さとすることは強度に影響を及ぼすことから、避けるようにする。ビス３２の間隔は、等間隔となるように設定することが好ましく、取り付けるビスの単位面積当たりの本数は、小孔による吸音効果及び強度への影響を考慮して適宜設定するとよい。

ビス３２は、気泡シート２０に到達しない程度の蓋板３１にねじ込んでおき、表面層１０及び中間層１２がある程度硬化した段階でビス３２をねじ込むことで気泡シート２０に到達するように設定することもできる。硬化した状態で気泡シート２０を突き破るようにビス３２を締め付けることで、突起状の空隙２１の形状が崩れることが防止されて小孔１３と空隙２１を連通した構造に形成することができる。

なお、小孔１３の形成には、ビス３２以外の部材を用いることは可能で、特に限定されない。例えば、釘を用いて打ち込んだり、蓋板３１の下面側に棒状の突起を一体形成するようにしてもよい。

蓋板３１を取り付けた後ＪＩＳＡ１１３２に準拠して大気養生を行うことで硬化させ、型枠３０から脱型させることで吸音材を得ることができる。得られた吸音材は、表側の表面層１０には多数の小孔１３が形成されており、裏側の表面層１１には小孔が形成されていない構造となっている。

表側及び裏側について吸音試験（ＪＩＳＡ１４０９に準拠）を行い、吸音率を測定することで、吸音効果を定量的に示すことができる。吸音率αは、吸音材の表面に向かって発した音の強さ（ｅ）及び反射音の強さ（ｅ₁）として以下の式により算出される。
α（％）＝［（１－ｅ₁）／ｅ］×１００
この場合、反射音が小さいほど吸音率が大きくなり、吸音効果を判定することができる。

後述するように、従来のセメント材（例；砂モルタル）を吸音材と同じ厚さに形成して、片面側だけ吸音材と同様に小孔を形成した吸音試験を行ったところ、小孔が形成された表側において吸音材の吸音率が大きく上昇し、従来のセメント材に比べて吸音効果が大幅に向上しているのが確認されている。これは、内部に気泡シートにより形成された空気層と小孔が連通することで、外部で発生した音波が小孔から空気層に導入されて吸音されると考えられる。

そして、ＣＮＦを含む表面層は高強度となっているため、従来のセメントパネルと同様に吸音材を施工することができる。また、表面層及び中間層はセメントを主成分とすることから吸音材全体が一体形成されており、剥離等の破損が生じにくく軽量化されたパネル材として使用することができる。

＜特性試験について＞
特性試験として、以下の試験を行った。

〇吸音試験（ＪＩＳＡ１４０９に準拠）
吸音試験は、福井県工業技術センター（福井県福井市）において行った。同センター内に構築された残響室において、定常音圧発生装置（スペクトリス株式会社製）及び音響インテンシティー測定装置（スペクトリス株式会社製）を用いて行った。

縦３５ｃｍ×横３５ｃｍ×厚さ２ｃｍの供試体を準備し、残響室内の床面に縦横３枚に平置きして供試体間の隙間に市販のビニールテープを貼り付けて封止した。配列した供試体の周囲沿って垂木を４本配置し、供試体との間の隙間にビニールテープを貼り付けて封止した。

配列した供試体の中心位置から１ｍの高さに定常音圧発生装置を配置し、音響インテンシティー測定装置を所定位置に配置した。そして、定常音圧発生装置から供試体に向かって所定の強さの音波を発して、供試体で反射した音の強さを音響インテンシティー測定装置で測定した。音波の周波数を変化させて反射音の強さを測定して、それぞれの吸音率を算出した。吸音率αは、以下の式に基づいて算出した。
α（％）＝Ａ／Ｓ×１００
ここで、Ｓは供試体の面積（ｍ²）、Ａは、以下の式により算出される等価吸音面積（ｍ²）である。
Ａ＝５５．３×（Ｖ／ｃ）×（１／Ｔ₂－１／Ｔ₁）
ｃは空気中の音速（ｍ／ｓ）、Ｖは供試体を設置していない状態における残響室の容積（ｍ³）、Ｔ₁は供試体を設置していない状態における残響室内の残響時間（ｓ）、Ｔ₂は供試体を設置した状態における残響室内の残響時間（ｓ）である。

○圧縮強度試験（ＪＩＳＡ１１０８に準拠）
養生７日後の供試体（直径５０ｍｍ高さ１００ｍｍの円柱体）に対して、アムスラー式圧縮試験機（株式会社テクノエナミ製；型式圧縮試験機アムスラー式１０００ｋＮ）を用いて圧縮強度試験を行った。

＜使用原料について＞
コンクリート組成物の原料として以下のものを準備した。
○普通ポルトランドセメント（太平洋セメント株式会社製）
（密度３．１６ｇ／ｃｍ³、比表面積３３３０ｃｍ²／ｇ）
（鉱物組成；Ｃ₃Ｓ５６％、Ｃ₂Ｓ１８％、Ｃ₃Ａ９％、Ｃ₄ＡＦ９％）
〇セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）
ＣＮＦ１（中越パルプ工業株式会社製ｎａｎｏｆｏｒｅｓｔ－Ｓ）
ＡＣＣ法により製造。繊維幅２０ｎｍ以下、ＣＮＦ濃度２％
〇ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）
ＰＶＡ１（富士フイルム和光純薬株式会社製ポリビニルアルコールＰＶＡ１５００；重合度約１５００）
〇気泡シート
川上産業株式会社製プチシート（登録商標）（突起の径１０ｍｍ及び高さ３．５ｍｍ、突起の間隔１ｍｍ）
〇鉱物粒（チエ社製ブラジル産ショールトルマリン、粒径１～４ｍｍ、密度３．１８ｇ／ｃｍ³程度）
販売用の説明資料によれば、ナトリウム、カルシウム、マグネシウム、鉄、マンガン、アルミニウム等の珪酸類を含む硼珪酸塩鉱物粒である、と説明されている。
○細骨材（中日本砂利株式会社製）
（最大骨材寸法２ｍｍ、表乾密度２．６３ｇ／ｃｍ³）
○粗骨材（三谷セキサン株式会社製）
（最大骨材寸法１０ｍｍ、表乾密度２．７０ｇ／ｃｍ³）

＜混和剤について＞
混和剤として以下のものを使用した。
○高性能減水剤（ＢＡＳＦジャパン株式会社製；マスターグレニウムＳＰ８ＨＵ）

＜混練水について＞
上水道水（越前市水道局；硬度２３ｍｇ／リットル）を用いた。

［実施例１］
図１に示す３層構造と同様な構造のセメント製パネル材を作製した。

＜表面層用のＣＮＦモルタル組成物＞
使用原料として、以下の単位量で準備した。
セメント；１１９８ｋｇ／ｍ³
ＣＮＦ１；６１６ｋｇ／ｍ³
（ＣＮＦ量；１２．３２ｋｇ／ｍ³、セメント比；１．０質量％）
鉱物粒；３４ｋｇ／ｍ³（セメント比；２．８質量％）
混和剤；３５．９４ｋｇ／ｍ³

＜中間層用のＰＶＡモルタル組成物＞
使用原料として、以下の単位量で準備した。
セメント；１０９３ｋｇ／ｍ³
水；５６５ｋｇ／ｍ³
ＣＮＦ１；１８ｋｇ／ｍ³
（ＣＮＦ量；０．３６ｋｇ／ｍ³、セメント比；０．０３質量％）
ＰＶＡ１；９１ｋｇ／ｍ³（セメント比；８．３質量％）
混和剤；３２．７９ｋｇ／ｍ³

＜吸音試験用の供試体の作製について＞
ＣＮＦモルタルは、セメントにＣＮＦ及び混和剤を加えて５分間練り混ぜ、次に鉱物粒を投入して５分間練り混ぜた混錬物を作製した。得られた混錬物を型枠（縦３５ｃｍ×横３５ｃｍ×高さ２ｃｍ）に流し込み、約５ｍｍの厚さの均一な層を形成した。数時間常温で静置して表面に膜を形成し、上方に混錬物を流し込んでも混ざらないようにした。練り混ぜ作業には、市販のハンマードリルにより撹拌して行った。

次に、中間層となる層を形成した。ＰＶＡモルタルは、ＰＶＡに水及び混和剤を加えて５分間練り混ぜ、次にセメントを加えて再度５分間練り混ぜ、次にＣＮＦを加えて５分間練り混ぜて混錬物を作製した。

まず、下側層を形成するために混錬物を流し込んで約５ｍｍの厚さの均一な層に形成し、縦３４５ｍｍ×横３４５ｍｍのサイズに切断した気泡シートを下側層の上面に配置した。配置された気泡シートの上方から再度混錬物を流し込んで上側層を約５ｍｍの厚さで均一に形成し、中間層全体で約１０ｍｍの厚さに形成した。ＰＶＡモルタルは、硬化するまでに時間がかかることから、１日程度常温で静置した。

次に、表面層となる層を形成する。既に形成した表面層と同じＣＮＦモルタルからなる混錬物を作製し、型枠内に上面まで流し込み、約５ｍｍの厚さで均一に形成した。そして、型枠の上面に蓋板を被せて固定した。蓋板には、７，８６０本／ｍ²の密度でビス（若井産業株式会社製；径３．８ｍｍ、長さ２５ｍｍ）が１．１ｃｍの間隔で下面側に約１３ｍｍ突出するように打ち込まれている。表面層の上方からビスを刺し込むように蓋板を押し込むことで、ビスの突出部分が表面層を貫通して中間層内の気泡シートに到達するように設定した。

蓋板を取り付けた後、ＪＩＳＡ１１３２に準拠して大気養生を行った。養生後蓋板を外して型枠から供試体（吸音材）を脱型した。得られた供試体（吸音材）は、縦３５ｃｍ×横３５ｃｍ×高さ２ｃｍのサイズで、表側の表面層には多数の小孔（径４ｍｍ、長さ１３ｍｍ）が形成されており、裏側の表面層には小孔が形成されていない構造となっていた。

供試体（吸音材）の表側及び裏側について吸音試験（ＪＩＳＡ１４０９に準拠）を行い、吸音率を測定した。表側の測定結果を図３に示し、裏側の測定結果を図４に示す。

＜圧縮試験用の供試体の作製について＞
表面層と同じＣＮＦモルタルをコンクリート供試体型枠（株式会社マルイ製ソノモールド）に空気が混入しないように脱泡して打ち込み、ＪＩＳＡ１１３２に準じて大気養生を行い、圧縮試験用円柱供試体（直径５０ｍｍ、高さ１００ｍｍ）を作製した。供試体の密度は、１．８８ｇ／ｃｍ³であった。

中間層と同じＰＶＡモルタルについても、ＣＮＦモルタルと同様に圧縮試験用円柱供試体を作製した。供試体の密度は、１．７４ｇ／ｃｍ³であった。

養生直後の供試体に対して圧縮試験を行った。ＣＮＦモルタルの場合は、圧縮強度が１８Ｎ／ｍｍ²であり、ＰＶＡモルタルの場合は、４Ｎ／ｍｍ²であった。

［実施例２］
図１に示す３層構造と同様な構造のセメント製パネル材を作製した。
＜表面層用のＣＮＦモルタル組成物＞
使用原料として、以下の単位量で準備した。
セメント；９８５ｋｇ／ｍ³
水；１８５ｋｇ／ｍ³
ＣＮＦ１；３０８ｋｇ／ｍ³
（ＣＮＦ量；６．１６ｋｇ／ｍ³、セメント比；０．６３質量％）
鉱物粒；３７ｋｇ／ｍ³（セメント比；３．８質量％）
細骨材；４９２ｋｇ／ｍ³
混和剤；９．８５ｋｇ／ｍ³

＜中間層用のＰＶＡコンクリート組成物＞
使用原料として、以下の単位量で準備した。
セメント；６７６ｋｇ／ｍ³
水；３４９ｋｇ／ｍ³
ＣＮＦ１；１１ｋｇ／ｍ³
（ＣＮＦ量；０．２２ｋｇ／ｍ³、セメント比；０．０３質量％）
ＰＶＡ１；５６ｋｇ／ｍ³（セメント比；８．３質量％）
細骨材；３３８ｋｇ／ｍ³
粗骨材；６７６ｋｇ／ｍ³
混和剤；６．７６ｋｇ／ｍ³

＜吸音試験用の供試体の作製について＞
ＣＮＦモルタルは、セメントにＣＮＦ及び混和剤を加えて５分間練り混ぜ、次に鉱物粒及び細骨材を投入して５分間練り混ぜた混錬物を作製した。得られた混錬物を型枠（縦３５ｃｍ×横３５ｃｍ×高さ２ｃｍ）に流し込み、約５ｍｍの厚さの均一な層を形成した。数時間常温で静置して表面に膜を形成し、上方に混錬物を流し込んでも混ざらないようにした。

次に、中間層となる層を形成した。ＰＶＡコンクリートは、水にＣＮＦ及び混和剤を加えたものにＰＶＡを加えて５分間練り混ぜ、次にセメントを加えて再度１分間練り混ぜ、次に細骨材及び粗骨材を加えて３分間練り混ぜ、５分間静置した後再度１分間練り混ぜて混錬物を作製した。

まず、下側層を形成するために混錬物を流し込んで約５ｍｍの厚さの均一な層に形成し、縦３４５ｍｍ×横３４５ｍｍのサイズに切断した気泡シートを下側層の上面に配置した。配置された気泡シートの上方から再度混錬物を流し込んで上側層を約５ｍｍの厚さで均一に形成し、中間層全体で約１０ｍｍの厚さに形成した。ＰＶＡコンクリートは、硬化するまでに時間がかかることから、１日程度常温で静置した。

次に、表面層となる層を形成する。既に形成した表面層と同じＣＮＦモルタルからなる混錬物を作製し、型枠内に上面まで流し込み、約５ｍｍの厚さで均一に形成した。そして、型枠の上面に蓋板を被せて固定した。蓋板には、４，３２０本／ｍ²の密度でビス（若井産業株式会社製；径３．８ｍｍ、長さ２５ｍｍ）が１．５ｃｍの間隔で下面側に約１３ｍｍ突出するように打ち込まれている。表面層の上方からビスを刺し込むように蓋板を押し込むことで、ビスの突出部分が表面層を貫通して中間層内の気泡シートに到達するように設定した。

供試体（吸音材）の表側について吸音試験（ＪＩＳＡ１４０９に準拠）を行い、吸音率を測定した。表側の測定結果を図３に示し、裏側の測定結果を図４に示す。

＜圧縮試験用の供試体の作製について＞
表面層と同じＣＮＦモルタルをコンクリート供試体型枠（株式会社マルイ製ソノモールド）に空気が混入しないように脱泡して打ち込み、ＪＩＳＡ１１３２に準じて大気養生を行い、圧縮試験用円柱供試体（直径５０ｍｍ、高さ１００ｍｍ）を作製した。供試体の密度は、１．９２ｇ／ｃｍ³であった。
中間層と同じＰＶＡコンクリートについても、ＣＮＦモルタルと同様に圧縮試験用円柱供試体を作製した。供試体の密度は、１．５７ｇ／ｃｍ³であった。

養生直後の供試体に対して圧縮試験を行った。ＣＮＦモルタルの場合は、圧縮強度が２９Ｎ／ｍｍ²であり、ＰＶＡコンクリートの場合は、３Ｎ／ｍｍ²であった。

［比較例１］
砂モルタル組成物からなるセメント製パネル材を作製した。

＜使用原料の配合について＞
使用原料として、以下の単位量で準備した。
セメント；５１４ｋｇ／ｍ³
水；２５０ｋｇ／ｍ³
砂；１５４３ｋｇ／ｍ³
混和剤；５．１４ｋｇ／ｍ³

＜供試体の作製について＞
セメントに水、細骨材及び混和剤を加えて５分間練り混ぜて混錬物を作製した。得られた混錬物を実施例１で用いた型枠と同じものに厚さ２ｃｍとなるまで流し込んで、実施例１と同じ蓋板を被せた。半日間静置し、ＪＩＳＡ１１３２に準拠して大気養生を行った。養生後蓋板を外して型枠から供試体（砂モルタル材）を脱型した。得られた供試体（砂モルタル材）は、縦３５ｃｍ×横３５ｃｍ×高さ２ｃｍのサイズで、表側には多数の小孔（径４ｍｍ、長さ１３ｍｍ）が形成されており、裏側には小孔が形成されていない構造となっていた。

供試体（砂モルタル材）の表側及び裏側について吸音試験（ＪＩＳＡ１４０９に準拠）を行い、吸音率を測定した。表側の測定結果を図３に示し、裏側の測定結果を図４に示す。

＜圧縮試験用の供試体の作製について＞
砂モルタルをコンクリート供試体型枠（株式会社マルイ製ソノモールド）に空気が混入しないように脱泡して打ち込み、ＪＩＳＡ１１３２に準じて大気養生を行い、圧縮試験用円柱供試体（直径５０ｍｍ、高さ１００ｍｍ）を作製した。供試体の密度は、２．２３ｇ／ｃｍ³であった。

養生直後の供試体に対して圧縮試験を行った結果、圧縮強度が２６Ｎ／ｍｍ²であった。

［比較例２］
図１に示す３層構造で気泡シートを内蔵していないセメント製パネル材を作製した。

＜使用原料の配合について＞
表面層及び中間層の原料として実施例２と同様の原料を同じ配合割合で使用した。

＜供試体の作製について＞
実施例２と同様に、表面層用ＣＮＦモルタル組成物及び中間層用ＰＶＡコンクリート組成物を作製し、得られた組成物を実施例２と同様の手順で型枠内に流し込み、その際に気泡シートは配置せずに行った。蓋板は、実施例１と同様の密度でビスが打ち込まれたものを用いて型枠に被せた。

蓋板を取り付けた後、ＪＩＳＡ１１３２に準拠して大気養生を行った。養生後蓋板を外して型枠から供試体（層構造材）を脱型した。得られた供試体（層構造材）は、縦３５ｃｍ×横３５ｃｍ×高さ２ｃｍのサイズで、表側の表面層には多数の小孔（径４ｍｍ、長さ１３ｍｍ）が形成されており、裏側の表面層には小孔が形成されていない構造となっていた。

供試体（層構造材）の表側について吸音試験（ＪＩＳＡ１４０９に準拠）を行い、吸音率を測定した。表側の測定結果を図３に示し、裏側の測定結果を図４に示す。

なお、表面層に用いるＣＮＦモルタル材及び中間層に用いるＰＶＡコンクリート材については、実施例２と同様の圧縮強度及び密度を備えている。

図３及び図４に示す実施例１及び比較例１に関する吸音率をみると、小孔が形成された表側において、比較例１に比べて実施例１の方が吸音率が高くなる傾向がみられ、１．２５ｋＨｚ以上の高周波数域においてその傾向が大きくなることが確認された。これは、ＣＮＦモルタル材を用いた場合、砂モルタル材よりも全周波数域で吸音率が比較的大きく、高周波域においてその傾向が大きくなっていることがわかる。

図３に示す実施例２及び比較例２に関する吸音率をみると、気泡シートを内蔵する実施例２の方が気泡シートを内蔵しない比較例２に比べて吸音率が高くなっており、気泡シートの吸音効果が確認された。特に、中～高周波域での吸音効果が大きくなっていることがわかる。

なお、比較例１では低周波域における吸音効果が実施例と遜色のないレベルとなっており、高周波域では実施例の吸音材の吸音効果が高いことから、砂モルタルからなるパネル材と実施例の吸音材を組み合せて施工することで、全周波数域において吸音効果の向上を図ることができる。

実施例では、パネル材の厚さを２ｃｍに形成しているが、厚さを薄くすることで、全周波数域においてより安定した吸音効果を得ることができる。

本発明に係るセメント製吸音材は、セメント構造材との親和性が高く吸音性を向上させているので、建築物において騒音や振動が問題となる箇所（例；階段、天井、壁面）に活用することが期待される。

１・・・セメント製吸音材、１０、１１・・・表面層、１２・・・中間層、１３・・・小孔、２０・・・気泡シート、２１・・・突起状の空隙、３０・・・型枠、３１・・・蓋板、３２・・・ビス

本発明に係るセメント製吸音材は、セメントを主成分としセルロースナノファイバーを含む表側及び裏側の表面層と、表側及び裏側の前記表面層の間に配置されるとともにセメントを主成分としセルロースナノファイバー及びポリビニルアルコールを含む中間層と、前記中間層に積層するように配置されるとともに多数の突起状の空隙に空気を密封したフィルム状の気泡シートとを備え、表側の前記表面層から前記気泡シートに到達する多数の小孔が前記空隙と連通するように形成されている。さらに、前記表面層は、セルロースナノファイバーをセメントに対して０．１質量％～５．０質量％の配合割合で含有する。さらに、前記中間層は、セルロースナノファイバーをセメントに対して０．０１質量％～０．１質量％の配合割合で含有するとともにポリビニルアルコールをセメントに対して１．０質量％～１５．０質量％の配合割合で含有する。

Claims

セメントを主成分としセルロースナノファイバーを含む表面層と、セメントを主成分としセルロースナノファイバー及びポリビニルアルコールを含む中間層と、前記中間層に積層するように配置されるとともに多数の突起状の空隙に空気を密封したフィルム状の気泡シートとを備え、前記表面層から前記気泡シートに到達する多数の小孔が形成されているセメント製吸音材。
前記表面層は、セルロースナノファイバーをセメントに対して０．１質量％～５．０質量％の配合割合で含有する請求項１に記載のセメント製吸音材。
前記中間層は、セルロースナノファイバーをセメントに対して０．０１質量％～０．１質量％の配合割合で含有するとともにポリビニルアルコールをセメントに対して１．０質量％～１５．０質量％の配合割合で含有する請求項１又は２に記載のセメント製吸音材。