JP3192252U

JP3192252U - 多孔質粉粒体

Info

Publication number: JP3192252U
Application number: JP2014002288U
Authority: JP
Inventors: 銛純藤井; 宏高増岡
Original assignee: MASUOKA CERAMIC MATERIALS CO Ltd
Current assignee: MASUOKA CERAMIC MATERIALS CO Ltd
Priority date: 2014-04-14
Filing date: 2014-04-14
Publication date: 2014-08-07
Anticipated expiration: 2024-04-14

Abstract

【課題】未利用資源キラの有効利用を図るため温度低減効果持続を狙って、保水量を高め、安価で軽量な保水性材料の多孔質粉粒体を提供する。【解決手段】セメント１に、キラを重量比０．３〜４．０加えた、混合物であり、該混合物が毛細管による連続気孔の割合が５０％〜７０％有することを特徴とする多孔質粉粒体である。【選択図】図１

Description

本考案は、多孔質粉粒体に関するものであり、未利用資源キラ（微砂）の有効利用を図るため、これに安価なセメントを加え、大量の水を使って硬化させ、軽量かつ保水性の高い粒状、砂状、層状等の形態の固形物を得ることにある。これを可能にしたのは、キラの粒径、粘性で可能となしたものであり、通常の細骨材（砂）では、不可能であった軽量化と高保水化を可能としたものである。

本考案は多孔質粉粒体に関するものであり、建築や土木工事に使用されるセメントモルタルやコンクリートに、保水性を付与することを企図したものである。都市のヒートアイランド現象緩和のため、各種材料に保水性を持たせ、蒸発潜熱を利用し温度低減を図ることが行われている。１例をあげれば、舗道用のインターロッキングブロックに保水性を付与した保水性ブロックが市販されている。しかしこのブロックは保水量０．２０ｇ／ｃｍ^３以下で大きくなく（規格は保水量０．１５ｇ／ｃｍ^３以上）、雨水を保水したとししても、夏季ではすぐ乾燥し、効果は長くて２日程度、このため常時人為的水の供給が（水打ち等）必要であったりする。溶融スラグや瓦の再生骨材を使って、保水性をコンクリートに付与する方法も実施されているが、この場合も保水量０．１５〜２．０ｇ／ｃｍ^３と大きくはない。保水量を多くできれば効果は長持ちする。保水量０．２５ｇ／ｃｍ^３以上の高い保水性を持つ舗装用ブロックは、雨水を保水し、また地中の水を吸い上げ、夏季晴天でも、表面に湿り気を帯びさせることができ、水打ちなどの水の供給がなくても、雨後数日に亘って低い表面温度を維持させることは確認されている。保水性向上をセメントブロックやセメントモルタル、コンクリートで実現するために、これらに配合される骨材に注目、骨材に毛細管を形成させ（単なる空隙では、水が保持できない）、高い保水性を付与したのが本考案である。

また、高い保水量を持つブロック表面は常時水分を保有しているので、黒カビや藻の発生がある。自然現象であるが、外観上問題視されることがあり、また藻の発生で滑りやすくなることもある。
これを解決するために、表面に凹凸を設け、該表面に光触媒を被覆する方法が提案（特開２００５−４８３５９号公報）されている。（特許文献１）
また、抗菌性物質を基材内に混入することにより表面の菌の繁殖を防止するようになした提案として国際公開番号２００６／１２９８３８号公報がある。（特許文献２）
これらはいずれも有益な解決策であるが、表面処理の方法には言及されていない。
これらに鑑み案出されたものとしてブロック形状に関しての考案で、実用新案登録第３１６１９８３号公報（特許文献３）がある。これはブロックの表面に０．５ｍｍ以上の凸部を多数形成することにより保水性の確保と滑り止めに関するものである。
セメントモルタルは、汎用性大、安価で広く使われている。通常のセメントモルタルはセメント１に対し、重量比０．３以上の細骨材（５ｍｍ以下の砂）を加えて混合、これに水を、鏝塗りがしやすい程度に加える（総量の０．１〜０．３）。このモルタルは、嵩密度２．０ｇ／ｃｍ^３程度、水をほとんど吸水せず保水性は小さい。コンクリートは骨材として、砂利、砂が使われるが、これらに吸水はない。

特開２００５−４８３５９号公報国際公開番号２００６／１２９８３８号公報実用新案登録第３１６１９８３号公報

以上説明した課題は、それら課題となる現象は異なるが、未利用資源キラ（微砂）の有効利用を図り、これに安価なセメントを加え、大量の水を使って硬化させ、軽量かつ保水性の高い粒状、砂状、層状等の形態の固形物を得ることにある。
これを可能にしたのは、キラの粒径、粘性で、通常の細骨材（砂）では、従来はこれほどの軽量化及び保水化は不可能であった。
さらには、通常のセメントモルタルでも、混和剤としてメチルセルロースを加え、水を多量に加え、硬化させれば、嵩密度小さく、保水量を高くできるが、本発明ほど、軽くはならないし、高保水にもならない。例えば、セメント０．２、砂０．８、メチルセルロース０．００２、水０．５（これ以上の水は分離して不可）のモルタルでは、嵩密度１．３ｇ／ｃｍ^３、保水量０．４ｇ／ｃｍ^３（０．３ｇ／ｇ）、セメント０．５、砂０．５、水０．４では、嵩密度１．３５、保水量０．２ｇ／ｃｍ^３（０．１５ｇ／ｇ）、が得られ（いずれも実験例）、これでも通常のモルタル｛嵩密度２ｇ／ｃｍ^３、保水量０．１ｇ／ｃｍ^３（０．０５ｇ／ｇ）｝より、軽く、保水量は多いが、本考案には及ばない。
通常、骨材には、砂利、砂が使われ、これらには毛細管がなく、吸水もない。骨材には、パーライト類の軽量骨材があり、気泡があり軽量であるが、独立気泡で、吸水はない。キラは微砂であり、これも吸水はない。骨材にどのようにすれば、気孔を持たせることが可能か、それも、独立ではなく、連続の毛細管が形成できるかであった。従来、発泡させる、有機物を混入させた材料を焼成して空隙を得る方法が行われているが、毛細管が主ではない。

考案が解決するための手段

本考案は、上記に鑑み考案されたものであり、セメント混合物を硬化させるための水を、水和に必要な水量以上に水を加えて、余剰の水を水和反応後、乾燥させて、空隙＝毛細管を形成させようとするものである。余剰の水は通常は、空隙を作り、硬化物の強度を下げるので、モルタル、コンクリートでは嫌われる。また多量の水は、浮き水となって、分離するので、水量多く硬化させることは考えられなかった。セメントモルタル系で実現させるには、如何に多量の水の中に粉体を均一に分散させて、硬化させることができるかどうかがポイントで、このために、粒径の小さいキラ、水の粘性をあげ、分離を防ぐメチルセルロースの配合が有効である。メチルセルロースは軽量化に有効であるが、高保水だけを狙う場合は、必要はない。

本考案は骨材に微粉状であるキラ（粒径平均４０ミクロン程度の）を使用することにより、多量の水（セメントとキラを混合した粉体１に対し０．５〜１．２）を加えても、骨材が沈殿、水が分離することなく、そのまま硬化することを利用したもので（砂の場合は水を多量に加えると砂は沈降分離する、重量比セメント０．５対砂０．５の場合、水は０．４まで）、この多量の水とキラにより、発泡用材料等を加えることなく、この硬化体内部には、微細な毛細管が多数出来、軽量にして高い保水性（嵩密度１以下、保水性０．５ｇ／ｃｍ^３、０．７ｇ／ｇ）を持つ硬化体となる。より軽量化を狙う場合は、必要に応じ、沈殿防止にメチルセルロースなどモルタル用の湿和剤を加える。

本考案はあらかじめ、セメント１に、キラを重量比０．３〜１．０加えた混合物１に対し、水を重量比０．５以上１．２以下加えて混合練りしてなる硬化体を粒状とした保水材用の粉粒体である。該粉粒体は、径１０ｍｍ以上の粒を敷きつめる、或いは細骨材形状でセメントと混合しモルタルとして使う。この骨材は軽量で保水性が高いので、これを使ったモルタルも軽量で保水性は高い。

本考案の粉粒体は、製造時の、セメント量、水量によって、粉粒体の嵩密度や保水量を調整出来ることに大きな特徴がある。実験例を表に基づいて説明する。
セメント０．２５対しキラ０．７５、セメント０．５に対しキラ０．５（重量比）の２種類に対し、水量を変えて、試作した。硬化後粉砕して、粉粒体を得る。この場合キラの平均粒径は４０ミクロン、粉粒体は２ｍｍ以下〜０．１ｍｍ程度の粒径になった。粉粒体の保水量（粉砕前）を表１に示す。
水量によって、嵩密度、保水量が大きく変わるのが分かる。

粉粒体の保水量は、これを使ったモルタルにも影響する。粉粒体の保水量が多ければ、モルタルにした場合、混合練り水量も多く要る。
表２からわかるように、この保水量０．５４ｇ／ｃｍ^３は５０ｍｍ厚さのモルタルであれば、２７ｍｍの雨水を保水する能力で、保水性インターロッキングブロックの規格０．１５ｇ／ｃｍ^３（６０厚で９ｍｍの保水）とは大差がある。
軽量な骨材として、パーライトがある。これには、真珠岩系、黒曜石系、頁岩系がある。真珠岩系、黒曜石系は、軽量ではあるが、骨材そのものに吸水はない。頁岩系は、吸水はあるが、本発明の粉粒体ほどの保水性はない。

本考案の粉粒体と頁岩系パーライトについて、セメント１：骨材４（重量比）のモルタルで保水量を比較した（下表３）。

水量は鏝塗り出来る軟らかさとした場合の必要水量で、本発明の粉粒体は水を多く必要とし、その分、空隙が多くなる。嵩密度は強度に影響するので、嵩密度を近づけるために、骨材を本発明の粉粒体に等量の砂を加えた場合と比較する。砂単独の場合も示すと表４のようになる。
頁岩系パーライトは嵩密度１．３４で、保水量０．２０、本考案粉粒体と砂の等量配合では、嵩密度１．４１でも保水量０．３６と高いことが分かる。

考案の効果

本考案のセメント硬化物の多孔質粉粒体は、高保水性、軽量であるから、セメントモルタル、セメントコンクリート、コンクリートブロックの骨材として使えば、それぞれに保水性を付与、或いは向上させることが出来る。また、軽量骨材の観点から、プラスチック類の充填剤としての置換も考えられる等その産業上の利用性は大きいものである。

本考案の実施例を示す拡大断面図である。本考案の実施例に基づく温度変化を示すグラフである。

以下、本考案の実施形態を説明する。
本考案を実施するための実施形態は上記に説明しているように、セメント１に、キラを重量比０．３〜４．０加えた、混合物であり、該混合物が毛細管による連続気孔の割合が５０％〜７０％有することを特徴とする多孔質粉粒体である。

本考案は、かかる従来の課題を解決するものである。
本考案は、未利用資源キラ（微砂）の有効利用を図るため、これに安価なセメントを加え、大量の水を使って硬化させ、軽量かつ保水性の高い粒状、砂状、層状等の形態の固形物を得ることにある。

（説明）通常のモルタルはセメント１に対し、重量比０．３以上の細骨材（５ｍｍ以下の砂）を加えて混合、これに鏝塗りがしやすいように適等量の水を加える（総量の０．１〜０．３）。このモルタルは、嵩密度２．０ｇ／ｃｍ３程度、水をほとんど吸水せず保水性は小さい。

本考案は骨材に微粉状であるキラ（粒径平均４０ミクロン程度の）を使用することにより、多量の水（セメントとキラを混合した粉体１に対し０．５〜１．２）を加えても、骨材が沈殿・分離することなく硬化することを狙ったもので（砂の場合は水を多量に加えると砂はその重さで沈降分離する、重量比セメント０．５対砂０．５の場合、水は０．４まで）、この多量の水とキラにより、この硬化体内部には、微細な毛細管が多数出来、軽量にして高い保水性（嵩密度１以下、保水性０．５ｇ／ｃｍ^３を持つ硬化体となる。より軽量化を狙う場合は、必要に応じ、沈殿防止にメチルセルロースなどモルタル用の混和剤を加える。

セメントモルタルにキラを加えなくても、混和剤としてメチルセルロースを加え、水を多量に加え、硬化させれば、嵩密度小さく、保水量を高くできるが、本考案ほど、軽くはならないし、高保水にもならない。例えば、セメント０．２、砂０．８、メチルセルロース０．００２、水０．５（これ以上の水は沈降して不可）のモルタルでは、嵩密度１．３ｇ／ｃｍ^３、保水量０．４ｇ／ｃｍ^３（０．３ｇ／ｇ）、セメント０．５、砂０．５、水０．４では、嵩密度１．３５、保水量０．２ｇ／ｃｍ^３（０．１５ｇ／ｇ）、が得られ（いずれも実験例）、これでも通常のモルタル｛嵩密度２ｇ／ｃｍ^３、保水量０．１ｇ／ｃｍ^３（０．０５ｇ／ｇ）｝より、軽く、保水量は多いが、本考案には及ばない。

軽量、高保水を、セメントモルタル系で実現させるには、如何に多量の水の中に粉体を均一に分散させて、硬化させることがポイントで、このために、粒径の小さいキラ、水の粘性をあげ、分離を防ぐメチルセルロースの配合が有効である。メチルセルロースは軽量化に必要で、高保水だけを狙う場合は、必要はない。

本考案をＲＣ造（Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ−Ｃｏｎｃｒｅｔｅ造）の実施例で、建築物の床面１の表面温度低下を狙った例である。

図２に示す通り、粉粒体の効果を見るため、この粉粒体を配合したセメントモルタルを、舗装面に実験的に敷設し、夏季、舗装面の温度をアスファルト面と比較し、その効果を見た。敷設は、クラッシャーラン＋敷き砂の上に直接敷設した場合と、粉粒体モルタル面が下部層と繋がらないように、下地側にシートを敷いて水の移動を遮断した場合の２種行い、近接するコンクリート、アスファルト面と比較した。モルタルは重量比セメント０．３２：粉粒体０．６８：水０．７４のモルタル、塗り厚５０ｍｍ、色調はコンクリート面より、やや茶色で輻射面では不利、この時のモルタルの保水量は０．５４ｇ／ｃｍ３、温度測定は８月、正午時点のアスファルト面との温度差で示す。

このように、コンクリート面が、アスファルト面との温度差がほぼ一定であるのに対し（この間の平均温度差５．７度）、粉粒体モルタル面は降雨によって、温度差が大きくなり、晴天の連続で、差は小さくなっていくが、温度低減の効果は維持する。粉粒体モルタル「シート上」が、雨水による水の供給だけなのに対し、「下地あり」は下部の層とも繋がり、この部分でも、水の保水はあるので、効果はやや大（この間の平均温度差、シート上が１３．２度、下地ありが１４．８度）である。
ここで、セメント１に、キラを重量比０．３未満の場合は、形状形成が不可能であり、キラが重量比４．０を超えた場合は、所望の多孔質の形成が困難である。

本考案は、軽量化が可能となったため、保水能力は当然のこととして、ＲＣ造の建築物の屋上床面の表面温度低下が可能となり、夏季晴天が連続しても、６日間は蒸発を持続出来る量で、この間表面温度はコンクリート面より、１０度は低くなる。重量は満水で平米当たりモルタルとも最大５６ｋｇであり、屋上の荷重の基準は６０ｋｇ以下の条件もクリアーできるなど、温度低減効果の大きなものである。
また、建物の壁に、このモルタルを塗り付けた場合も確認した。特に注目点は、壁下部に、モルタル層に接して、水面を設け、毛管吸水による給水を行った場合、どの程度まで、乾燥にも耐えて、水が上昇出来るかの結果も夏季でも、１０００ｍｍ高さまで、吸水高さが維持できる。壁面、或いは屋根面への応用で、建物の温度低減の効果が期待できる。

以上説明したように本考案は、温度低減効果持続を狙って、保水量を高めることができるものである。また、本考案は保水性材料として説明したが、硬化体を５ｍｍ以下の砂状とした保水性細骨材や、この細骨材を配合した保水性セメントモルタルとしても同様である。

１床面
２保水性粉粒体
３モルタル
４水勾配

Claims

セメント１に、キラを重量比０．３〜４．０加えた、混合物であり、該混合物が毛細管による連続気孔の割合が５０％〜７０％有することを特徴とする多孔質粉粒体。