(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
保水性を有する保水体の集合体として施工対象面に敷設される保水構造体であって、
前記集合体は、第１の保水体と、前記第１の保水体に比べて保持された水の蒸発性が高い第２の保水体とを含み、
前記第１の保水体は、前記第２の保水体に比べて保水性が高いことを特徴とする保水構造体。
【請求項２】
前記第１の保水体は、孔径１〜１００μｍの細孔の体積の合計が全体積の５３％以上を占める多孔質セラミックスであり、
前記第２の保水体は、孔径１〜１００μｍの細孔の体積の合計が全体積の５３％未満を占める多孔質セラミックスである請求項１に記載の保水構造体。
【請求項３】
保水性を有する保水体の集合体として施工対象面に敷設される保水構造体であって、
前記集合体は、第１の保水体と、前記第１の保水体に比べて保持された水の蒸発性が高い第２の保水体とを含み、
前記第１の保水体は、前記第２の保水体に比べて保水性が低いことを特徴とする保水構造体。
【請求項４】
前記第１の保水体は、孔径１〜１００μｍの細孔の体積の合計が全体積の５３％未満を占める多孔質セラミックスであり、
前記第２の保水体は、孔径１〜１００μｍの細孔の体積の合計が全体積の５３％以上を占める多孔質セラミックスである請求項３に記載の保水構造体。
【請求項５】
保水性を有する保水体の集合体として施工対象面に敷設される保水構造体であって、
前記集合体は、第１の保水体と、前記第１の保水体に比べて保持された水の蒸発性が高い第２の保水体とを含み、
前記施工対象面により近い側である下方領域に比べて、前記施工対象面からより遠い側である上方領域において、前記第１の保水体に対する前記第２の保水体の存在比が高いことを特徴とする保水構造体。
【請求項６】
前記上方領域を前記第２の保水体からなる集合体で形成し、前記下方領域を前記第１の保水体からなる集合体で形成した請求項５に記載の保水構造体。
【請求項７】
前記下方領域と前記上方領域との間に前記第２の保水体の径より小さい開口を有するシート状の保持材が設けられている請求項５または６に記載の保水構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、保水体を用いた保水構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、都市部の気温が郊外部に比べて高くなる現象、いわゆるヒートアイランド現象がますます顕著となりつつある。ヒートアイランド現象は、熱中症・睡眠障害など健康への影響を引き起こすだけでなく、空調などの電気設備の負荷増加を招くことにより、エネルギー消費量を増加させる。
【０００３】
また、ヒートアイランド現象は、近年、都市部で局所的に大雨が降る現象、いわゆるゲリラ豪雨の要因ともいわれている。特に都市部では、地面の大部分がアスファルトやコンクリートで舗装されているため、雨水を吸収することができない。ゲリラ豪雨が発生した場合、短時間で許容量を超える雨水が下水道や河川に流入し、都市部に特徴的な水害である都市型洪水が発生する。以上の諸問題を防止するために、ヒートアイランド現象緩和策が切望されている。
【０００４】
都市空間は、すでに地上・地下とも過密利用されている。そのため、ヒートアイランド現象の緩和技術として、利用率の低いビルの屋上の有効活用に期待が寄せられている。そのひとつに、建物の屋上に芝生等を敷設する屋上緑化の試みがある。しかし、屋上緑化は、施工費用や維持管理の問題から、十分な普及には至っていない。また、屋上緑化された設備は、雨水を保水する能力がそれほど高いわけではなく、都市型水害の緩和にはあまり役に立っていなかった。
【０００５】
そのため、より大量の雨水を貯留して都市型洪水を抑制する新たな技術が求められている。この技術は、また、貯留した雨水を晴天時に蒸発させ、蒸発冷却作用によって建物や周囲の温度上昇を抑え、ヒートアイランドを緩和できればより望ましい。
【０００６】
特許文献１には、ビルの屋上などに敷設することができ、保水性と蒸発性を兼ね備えた保水セラミックス、およびこの保水セラミックスを敷き詰める技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１００５１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の技術では、保水性および蒸発性が同様な保水セラミックスが敷き詰められていた。一般に、保水性セラミックスの蒸発性を高めると保水性が低減する。このため、従来の技術では、保水性と蒸発性を両立させ難く、保持された水をより効率的に蒸発させることが困難であるという課題があった。
【０００９】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、保水構造体の蒸発効率をさらに高めることができることができる技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のある態様は、保水構造体である。当該保水構造体は、保水性を有する保水体の集合体として施工対象面に敷設される保水構造体であって、集合体は、第１の保水体と、第１の保水体に比べて保持された水の蒸発性が高い第２の保水体とを含むことを特徴とする。
【００１１】
この態様の保水構造体によれば、蒸発性が相対的に高い第２の保水体によって保持された水の蒸発が促進される。第２の保水体によって保持された水の蒸発が速やかに進行することで、第１の保水体から第２の保水体に保持された水の移動が進み、第２の保水体において第１の保水体から移動した水の蒸発も進行する。この結果、保水構造体全体として、保水性を損なうことなく、蒸発効率を高めることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、保水構造体の蒸発効率をさらに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例及び比較例における試験方法の説明図であり、（ａ）図は平面図、（ｂ）図は（ａ）図のＢ−Ｂ線断面図である。
【図２】実施例の保水用セラミックスの気孔の孔径分布図である。
【図３】比較例の保水用セラミックスの気孔の孔径分布図である。
【図４】（ａ）図は、試験体１を示す模式的な断面図、（ｂ）図は試験体１〜３のスラブ下温度の経時変化を示すグラフである。
【図５】試験体１，３のスラブ表面温度の経時変化を示すグラフである。
【図６】（ａ）図は試験体４を示す模式的な断面図、（ｂ）図は試験体４，５の上方大気温度の経時変化を示すグラフである。
【図７】ケース１〜３の初期及び維持費用を比較するグラフである。
【図８】本発明の保水用セラミックスと芝生の試験期間内の蒸散・吸水量を対比して示すグラフである。
【図９】本発明の保水用セラミックスと芝生の蒸散量と吸水量の累計を対比して示すグラフである。
【図１０】実施例及び比較例における試験方法の説明図であり、パレット上の保水用セラミックスの積重状態を示す模式図である。
【図１１】第１の実施の形態に係る保水構造体の概略を示す側面図である。
【図１２】第２の実施の形態に係る保水構造体の概略を示す側面図である。
【図１３】第３の実施の形態に係る保水構造体の概略を示す側面図である。
【図１４】第４の実施の形態に係る保水構造体の概略を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（前提技術）
はじめにまず、本発明の各実施の形態に好適に使用できる保水用セラミックスを、前提技術として説明する。当該保水用セラミックスは、特開２０１０−１００５１３号公報に開示されている。前提技術として説明する保水用セラミックスに関連する記載において、「本発明」「実施例及び比較例」などの語句は、それぞれ「特開２０１０−１００５１３号公報の発明」「特開２０１０−１００５１３号公報の実施例及び比較例」などを示すものとする。
【００１５】
［保水用セラミックス］
本発明の保水用セラミックスは、その保水用セラミックスの全体積の５３〜７０％好ましくは５５〜６８％が、孔径１〜１００μｍ、好ましくは１５〜４０μｍの微細気孔よりなる。上述の通り、このように微細な気孔を多量に含むことにより、保水用セラミックスの保水性及び水の蒸発性が良好となる。
【００１６】
好ましくは、この孔径１〜１００μｍの気孔の６０％以上、例えば７０〜９５％が孔径１０〜５０μｍ、好ましくは１５〜４０μｍの気孔よりなる。
特に、本発明の保水用セラミックスは、その保水用セラミックスの全体積の１０〜７０％、特には１５〜５０％が孔径１５〜４０μｍの微細気孔よりなることが好ましい。
【００１７】
本発明の保水用セラミックスの全気孔率は、５５〜８０％であることが好ましい。保水用セラミックスの全気孔率が５５％未満では、全体積の５３〜７０％が孔径１〜１００μｍの微細気孔の保水用セラミックスの実現し得ず、８０％よりも大きいと、強度が不足し、敷設材料としての実用性が損なわれる。
【００１８】
なお、本発明では、気孔の孔径の測定は、水銀ポロシメータを用い、ＪＩＳ  Ｒ  １６５５に従って行われる。
【００１９】
この保水用セラミックスは、１〜１２００ｃｍ３特に１〜２００ｃｍ３とりわけ２０〜１００ｃｍ３程度の大きさであることが好ましい。この大きさのものは、屋上や庭などに敷き詰め易い。保水用セラミックスの形状は球形、楕円球状（例えばラグビーボール状）、立方体、直方体、錘形、円盤形状、柱状体など任意である。
【００２０】
この保水用セラミックスを好ましくは厚さ２〜２０ｃｍ特に８〜１５ｃｍ程度に厚く敷き詰めることにより、保水用セラミックス層全体の保水容量が増大し、急激な降雨や一時的に多量の散水が行われたときでも、水を十分に保水することができる。従って、本発明の保水用セラミックスを都市の多くの建物や庭、空地等に敷き詰めることにより、都市型洪水を防止することも可能となる。
【００２１】
また、この保水用セラミックスから、水が蒸発するときの蒸発潜熱により冷却が行われるので、本発明の保水用セラミックスを都市の多くの建物や庭、空地等に敷き詰めることにより、ヒートアイランド現象を防止することが可能となる。
【００２２】
上記孔径の気孔内の水は、凍結時に保水用セラミックス外に押し出され易く、凍結融解作用を繰り返し受けても、保水用セラミックスが割れることは殆どない。
【００２３】
この保水用セラミックスを構成するセラミックスの組成は
ＳｉＯ２：５０〜８０ｗｔ％とりわけ５５〜７０ｗｔ％
Ａｌ２Ｏ３：１０〜３０ｗｔ％とりわけ１５〜２５ｗｔ％
Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏの合計：１〜１０ｗｔ％とりわけ３〜７ｗｔ％
であることが好ましい。
【００２４】
かかるソーダ・カリを多く含むアルミノ珪酸塩系セラミックスは、親水性であり、保水用セラミックスの保水性及び水の蒸発性が良好となる。
【００２５】
なお、湿潤状態にある保水用セラミックスに藻が発生することを防止するために、ＣｕＯを保水用セラミックス中に０．１〜１．５ｗｔ％程度配合してもよい。
【００２６】
本発明の保水用セラミックスには、その一部又は全面に光触媒コーティング液を塗布して光触媒効果を付与してもよく、これにより、光触媒による浄化作用で、保水用セラミックスの耐汚染性を高めることができる。
【００２７】
［保水用セラミックスの製造方法］
次に本発明の保水用セラミックスの好適な製造方法について説明する。
【００２８】
この保水用セラミックスを製造するには、窯業系原料、アルミナセメント及び粉末状吸水性ポリマー並びに好ましくは更に炭酸リチウムを乾式混合し、次いで水を添加して混合し、その後、成形、乾燥及び焼成する。この際の配合割合は、好ましくは、
窯業系原料：７５〜９５ｗｔ％、特に８０〜９５ｗｔ％
アルミナセメント：３〜１５ｗｔ％、特に５〜１５ｗｔ％
吸水性ポリマー：０．５〜１０ｗｔ％、特に１〜５ｗｔ％
炭酸リチウム：１０ｗｔ％以下、特に１〜１０ｗｔ％、とりわけ１〜５ｗｔ％
である。
【００２９】
なお、水の混合割合は、水以外の全原料の合計重量に対して１３０〜１７０ｗｔ％程度であって、吸水性ポリマーに対して８０〜１５０倍程度とすることが、取り扱い性、成形性、吸水性ポリマーの吸水膨張性、その後の乾燥、焼成効率の面から好ましい。
【００３０】
窯業系原料としては、カリ長石、粘土、珪砂などの１種又は２種以上を用いることができるが、これに限定されない。これらの窯業系原料をＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの割合が前述となるように選択して用いる。
【００３１】
アルミナセメントとしては、ＪＩＳに定めるものを用いることができる。
【００３２】
このアルミナセメントは、硬化が速いので、水を添加して混合し、成形すると、短時間のうちにハンドリングできる程度の成形体が得られる。
【００３３】
粉末状吸水性ポリマーとしては、粒径１０〜５０μｍ特に２０〜３０μｍ程度のものが好適である。
【００３４】
吸水性ポリマーとしては、ポリアクリル酸塩系、酢酸ビニル・アクリル酸エステル共重合体ケン化物、でんぷん・アクリル酸グラフト共重合体など、各種のものを１種を単独で、或いは２種以上を混合して用いることができる。
【００３５】
この混合物を成形するには、定量充填機、鋳込成型機、押出成形機、ハニカム成形機などを用いることができるが、これに限定されない。
【００３６】
この成形体を好ましくは８０〜２５０℃で５〜４０時間特に６〜１２時間加熱して乾燥した後、好ましくは１０５０〜１２００℃特に１１００〜１１５０℃で０．２〜２０時間特に０．３〜２時間焼成して焼結体とする。この焼成には、ローラーハースキルン、トンネルキルン、シャトルキルン等を用いることができる。
【００３７】
［保水用セラミックスの応用例及びその効果］
本発明の保水用セラミックスは、気孔径及びその割合が厳密に制御された多孔質セラミックスであり、雨水を吸水することにより治水し、また、吸水した水を日射によって蒸散させる性能を有する。
従って、本発明の保水用セラミックスを、ビル屋上や個人住宅又は公共施設の通路、広場、庭等に敷設することにより、以下のＡ，Ｂのような環境対策を図ることができる。
【００３８】
Ａ．個別ビルの環境対策
Ａ−１．ビルの省エネ・ＣＯ２削減：
本発明の保水用セラミックスをビル屋上に敷設することにより、保水用セラミックスによる雨水の治水・蒸散で、屋上スラブ温度を下げ、階下の空調の使用電力量を減らすことができる。
また、屋上に設置された空調室外機の周辺温度を下げ、全階の空調の運転効率を向上させ、使用電力量を減らすこともできる。特に、屋上階の夏場の空調の使用電力量を大きく低減することができる。
この結果、ＣＯ２の排出量の削減も可能となる。
【００３９】
Ａ−２．ビルの屋上緑化の代替：
本発明の保水用セラミックスは、芝生等の植物と同様の保水、冷却性能を有すると共に、高耐久・長寿命かつ自然降雨を利用する維持管理不要な材料であるため、屋上緑化代替の有力候補となる。
現状の屋上緑化は維持に手間が掛かり、管理費も高いが、本発明の保水用セラミックスによれば、この問題を解決できる。
【００４０】
Ａ−３．ビルの屋上防水層のメンテナンス経費削減：
本発明の保水用セラミックスは、熱伝導率が０．２Ｗ／ｍ・Ｋ程度の低熱伝導性で断熱性が高いので、これをビル屋上に敷設することにより、屋上スラブ温度を一定に保つことができる。また、紫外線も防ぐことができる。
現状では１０年程度で防水層の補修が必要とされるが、本発明の保水用セラミックスを適用することにより、このメンテナンス頻度を低減できる。
【００４１】
Ｂ．都市の環境対策
Ｂ−１．ヒートアイランド対策：
本発明の保水用セラミックスは、ビル屋上を占有する各種機器（室外機・熱源など）の下にも敷設できるので、本発明の保水用セラミックスを各所に敷設することにより、都市の蒸散面積を増やし、街区全体の温度をより一層低減することができる。
また、本発明の保水用セラミックスは、芝生と比較して高い蒸散能力があるので、芝生に比べて単位面積当たりの温度低減効果も高い。
【００４２】
Ｂ−２．ゲリラ豪雨対策：
本発明の保水用セラミックスは、芝生と比較して高い治水能力があるので、ビル屋上に可能な限り敷設すれば、ゲリラ豪雨のピークカットが期待できる。
【００４３】
Ｂ−３．資源の再利用
本発明の保水用セラミックスは、従来、廃棄物とされていた長石キラを主原料（例えば原料の９０％）として製造することができる。
長石キラはタイル原料の長石を採掘する時の副産物であり、従来は廃棄物とされていたが、本発明によれば、長石キラの有効利用が図れる。
【００４４】
以下に、本発明の保水用セラミックスによる上記Ａ，Ｂの効果を示す実験例及び試算例を挙げる。
【００４５】
＜Ａ−１．ビルの省エネ・ＣＯ２削減＞
第４図（ａ）に示すように、底部及び４側面が断熱材１１で構成された箱型容器内にコンクリートスラブ１２を敷設し、その上に、本発明の保水用セラミックス（例えば、後掲の実施例２と同様にして製造された保水用セラミックス）１３を厚さ１０ｃｍに敷設し、試験体１とした。保水用セラミックスの敷設面積は１ｍ２である。なお、底部断熱材１１とコンクリートスラブ１２との間には、温度センサ１４を設けた。
別に、この保水用セラミックスの代りに芝生を植えたものを試験体２とし、保水用セラミックスを敷設しなかったものを試験体３とした。
【００４６】
これらの試験体１〜３を並べて置き、気温と、各試験体の温度センサ１４の測定温度の経時変化を調べ、結果を第４図（ｂ）に示した。
なお、第４図（ｂ）のグラフ中、吸水期間は、降雨のあった期間であり、それ以外は、曇ないし晴天であった。
【００４７】
第４図（ｂ）より明らかなように、本発明の保水用セラミックスを敷設した試験体１は、敷設なしの試験体３に対してスラブ下温度で最大−８℃の温度低減効果があった。しかも、試験体１の蒸散効果は、芝生を植えた試験体２よりも大きいものであった。
この結果から、本発明の保水用セラミックスによる雨水の治水・蒸散で、屋上スラブ温度を下げ、階下の空調の使用電力量を減らすことができることが分かる。
【００４８】
次に、第４図（ａ）に示すと同様に保水用セラミックス１３を敷設すると共に温度センサ１４を設けた試験体１と、保水用セラミックスを敷設していない試験体３により、屋上スラブ表面温度の変化を模擬するものとして、１日２４時間の温度センサ１４の測定温度を調べ、結果を第５図に示した。
なお、本発明の保水用セラミックス、コンクリートスラブ及び土の一般的な熱伝導率は以下に示す通りである。
本発明の保水用セラミックス：０．２０Ｗ／ｍ・Ｋ
コンクリートスラブ        ：０．１５Ｗ／ｍ・Ｋ
土                        ：０．６３Ｗ／ｍ・Ｋ
【００４９】
第５図より明らかなように、屋上スラブの表面温度の一日の変化量は、本発明の保水用セラミックスを敷設した試験体１では２℃であるのに対して、敷設していない試験体３では１５℃だった。この結果から、本発明によれば、日射によるスラブへの熱負荷が軽減されることが分かる。
【００５０】
次に、第６図（ａ）に示すように、底部及び４側面が断熱材１１で構成された箱型容器内にコンクリートスラブ１２を敷設し、その上に、本発明の保水用セラミックス（例えば、後掲の実施例２と同様にして製造された保水用セラミックス）１３を厚さ１０ｃｍに敷設し、試験体４とした。保水用セラミックスの敷設面積は１ｍ２である。保水用セラミックスの敷設面の上方１ｃｍの位置に温度センサ１４を設けた。
別に、保水用セラミックスを敷設しなかったものを試験体５とした。この試験体５ではコンクリートスラブ１２の上方１ｃｍの位置に温度センサ１４を設けた。
これらの試験体４，５を並べて置き、１日２４時間の温度センサ１４の測定温度の変化を調べ、結果を第６図（ｂ）に示した。
【００５１】
第６図（ｂ）より明らかなように、保水用セラミックスを敷設した試験体４と敷設していない試験体５とでは、１ｃｍ上方の大気温度として、最大５℃の差があった。
この結果から、本発明の保水用セラミックスを敷設することにより、屋上に設置された空調室外機の周辺温度を下げ、全階の空調の運転効率を向上させ、使用電力量を減らすことができることが分かる。
【００５２】
＜Ａ−２．ビルの屋上緑化の代替及びＡ−３．ビルの屋上防水層のメンテナンス経費削減＞
本発明の保水用セラミックスをビル屋上に敷設した場合（ケース１）と、これを敷設していない従来仕様（ケース２）と、芝生や低木を植えた屋上緑化の場合（ケース３）とで、単位面積当たりの初期費用（敷設ないし植栽費用）と２０年間の維持（メンテナンス）費用を試算し、その比較結果を第７図に示した。
第７図に示されるように、本発明の保水用セラミックスは初期費用のみでその後の維持管理は殆ど不要である。一方、保水用セラミックスを敷設しない従来仕様のケース２では、防水層の補修等の維持費がかかり、結果として、本発明品と同等である。
屋上緑化のケース３では、初期費用に加えて、剪定、刈込み、芝刈り、施肥、除草、病害虫防除、灌漑装置の点検、その他の総合点検等の維持費用がかさみ、第７図に示す費用以外にも灌漑設備による散水のための運転に必要な電気代及び水道代がかかる。
【００５３】
これらの結果から、前述の如く、本発明の保水用セラミックスは、治水・蒸散において、芝生等植物の性能と同等であると共に、高耐久・長寿命かつ自然降雨を利用した維持管理不要なものである上に、屋上緑化に比較して、初期費用は１／２、維持費用も格段に安く、屋上緑化代替の有力候補となることが分かる。
【００５４】
＜Ｂ−１．ヒートアイランド対策＞
東京都２３区内のビル屋上全てに本発明の保水用セラミックスを敷設すると、治水・蒸散に機能する都市の蒸散面積を１０％増加させることができる。
【００５５】
現在、ビルの屋上には機器類（室外機・熱源など）が設置されているが、本発明の保水用セラミックスは、ビル屋上の各種機器の下にも敷設できるので、都市の蒸散面積を増やし、街区全体の温度を大幅に低減することができる。
【００５６】
本発明の保水用セラミックスと芝生の治水・蒸散の繰り返し試験結果を示す第９図から明らかなように、本発明の保水用セラミックスは、芝生の約２倍の蒸散能力があるため、上記の１０％の都市の蒸散面積の増加は、芝生に替算すれば、２倍の２０％の都市の蒸散面積の増加となり、更なる有効性が明らかである。
【００５７】
＜Ｂ−２・ゲリラ豪雨対策＞
本発明の保水用セラミックスと芝生について、１０月２日〜１０月１６日の１５日間にわたる期間の単位体積当たりの蒸散量と吸水量の累計を比較した第８図より明らかなように、本発明の保水用セラミックスは芝生よりも２倍以上の吸水・蒸散量を有する。
ビル屋上に本発明の保水用セラミックスを１０ｃｍの厚さで５０ｋｍ２の面積に敷設すると１８０万ｍ３もの治水ができ、東京都２３区で３ｍｍ／ｈｒのゲリラ豪雨のピークカットを図ることができる。
【００５８】
＜Ｂ−３．資源の再利用＞
本発明の保水用セラミックスは、例えば、従来廃棄物とされていた長石キラ９０重量％と、その他の材料１０重量％で製造することができる。単位面積当たりの本発明の保水用セラミックスの重量を４０ｋｇ／ｍ２とすると、５０００ｍ２の敷設に必要となる長石キラの量は、
５０００（ｍ２）×４０（ｋｇ／ｍ２）×０．９÷１０００＝１８０ｔｏｎ
となる。
即ち、本発明の保水用セラミックスを敷設面積として１日に５０００ｍ２生産すると、必要な廃棄物（長石キラ）原料は、１８０ｔｏｎ／日であり、廃棄物の有効利用効果は極めて大きい。
【実施例】
【００５９】
以下、実施例及び比較例について説明する。
【００６０】
なお、以下の実施例及び比較例で用いた原料は次の通りである。
【００６１】
カリ長石：愛知県瀬戸産  長石
８号珪砂：勝野窯業製
長石キラ：愛知県瀬戸産  長石
吸水性ポリマー：三洋化成株式会社製
（篩によって粒径２０μｍアンダー（吸水性ポリマーＡ）、粒径                        ２０〜５０μｍ（吸水性ポリマーＢ）、粒径５０〜１００μｍ                      （吸水性ポリマーＣ）に分級した。）
アルミナセメント：ラファージュ株式会社製
炭酸リチウム：試薬特級
ＣｕＯ：試薬特級
【００６２】
［実施例１〜５、比較例１〜５］
水以外の原料を表１の割合で秤量し、ミキサ（ホソカワミクロン製ナウタミキサ）で乾式にて攪拌混合した。次いで、水を表１の割合でこの混合粉末に添加し、混練した。これを直径７０ｍｍ、最大厚さ１５ｍｍの略円盤形状に成形し、８０℃にて２４時間乾燥した。これをローラーハースキルン（最高焼成温度は表１に示す通り。炉通過時間は６０分）にて焼成し、保水用セラミックスを製造した。
【００６３】
各保水用セラミックスについて成分分析を行うと共に特性測定を行った。結果を表１、表２に示す。
【００６４】
なお、気孔率は、水銀ポロシメータ（Ｑｕａｎｔａｃｈｒｏｍｅ株式会社製）を用いて測定した。気孔の孔径分布を第２図及び第３図に示す。
【００６５】
保水量は、次のようにして測定した。
【００６６】
保水用セラミックスを１０５℃で乾燥した後、放冷し、秤量し、重量（Ｗ１）を求める。次いで、２０℃の水中に２４時間浸漬した後、引き上げ、表面水を湿った布で拭き取り、飽水状態とする。この試料を秤量し、重量（Ｗ２）を求める。また、この飽水状態の保水用セラミックスをメスシリンダー中の水中に投入し、体積（Ｖ）を求める。保水量（ｇ／ｃｍ３）を（Ｗ２−Ｗ１）／Ｖにより算出する。
【００６７】
強度は１０ｃｍ×１０ｃｍ×０．５ｃｍのサンプルを作り３点曲げ試験（ＪＴトーシ株式会社、５０ｋＮデジタル曲げ試験機）によって測定した。
【００６８】
凍結融解性能は、上記飽水状態の保水用セラミックスを−２０℃に７５分保持して凍結させた後、３０℃に９０分保持して融解させる凍結・融解サイクルを２００サイクル繰り返し、破損の程度を観察することによって調べ、非常に良好（◎）、良好（○）、やや不良（△）、不良（×）で評価した。
【００６９】
蒸散性能は、水を深さ５ｍｍに張った平たい容器内に、乾燥した保水用セラミックスを置き、３０分吸水させた後、引き上げ、この３０分間の吸水量を上記保水量の測定方法と同様にして求める。体積については保水量測定時の体積を用いる。この３０分間の吸水量（ｇ／ｃｍ３）を蒸散性能とする。
【００７０】
蒸散効果持続日数は、蒸発の潜熱による冷却効果の持続日数であり、次のようにして測定した。
【００７１】
第１図に示す通り、厚さ１５０ｍｍの再生ポリプロピレン樹脂製パレット１の上に、厚さ１００ｍｍの発泡スチロール板よりなる正方形状の囲枠２を載せ、容器とする。この容器の一辺は１０００ｍｍ、深さは８３０ｍｍである。容器の外周面にアルミ箔を張ってある。
【００７２】
この容器内に厚さ５００ｍｍに発泡スチロール板３を敷き詰め、その上面の５箇所に温度センサＴ１〜Ｔ５を配置する。
【００７３】
この発泡スチロール板３の上に厚さ１８０ｍｍ、比重２．２のコンクリート板４を載せる。このコンクリート板４の上に飽水状態の保水用セラミックス５（第１図（ｂ）にのみ図示）を５０ｋｇ堆積させる。堆積厚さは約１０ｃｍ程度である。以上の作業は、気温２０℃、湿度６０％ＲＨの屋内で行う。この容器を３５℃、６０％ＲＨの恒温恒湿室中に放置し、温度センサの検出温度が３５℃に上昇するまでの日数を測定する。これを蒸散効果持続日数とする。
【００７４】
また、各実施例及び比較例で得られた保水用セラミックスについて、吸水性を調べるために、第１０図に示すように、５個の保水用セラミックス３１〜３５を用意し、水をはったパレット３０上に、最下段の保水用セラミックス３５がその底部から１ｍｍ程度水に浸かるようにして、５段積み重ね、この状態で１時間放置した後、最上段の保水用セラミックス３１の重量変化から、この保水用セラミックス３１の吸水率（吸水前の保水用セラミックスの重量に対する吸水した水の重量の割合）を算出した。
【００７５】
【表１】
0005661398.tif 000002
【００７６】
【表２】
0005661398.tif 000003
【００７７】
［考察］
表１の通り、実施例１〜５の保水用セラミックスは、蒸発性能及び蒸発効果持続日数に優れ、耐凍結融解性能、吸水性も良好である。
【００７８】
これに対し、比較例１は、気孔の孔径が過大であるため、蒸発性能及び蒸発効果持続日数、吸水性に劣る。
比較例２は、気孔の孔径が過度に小さいため、凍結融解性能、吸水性に劣る。
比較例３は、気孔率が８０％と過度に大きいため、強度及び凍結融解性能、吸水性に劣る。
比較例４，５は、保水量が低いため、蒸発効果持続日数が短く、吸水性も悪い。
【００７９】
以下、上述の前提技術の保水用セラミックスを好適に使用することができる本発明の保水設備の実施の形態について説明する。ここでは、保水用セラミックスのことを多孔質セラミックスと呼ぶ。
【００８０】
（第１の実施の形態）
図１１は、第１の実施の形態に係る保水構造体１０の概略を示す側面図である。以下、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。保水構造体１０は保水性を有する保水体の集合体であり、ビルの屋上、舗装された路面、公園の地面などに確保された施工対象面Ｐに敷設される。
【００８１】
保水構造体１０を構成する集合体は、第１の保水体２０および第２の保水体２２を含む。本実施の形態では、保水構造体１０は第１の保水体２０および第２の保水体２２をそれぞれ複数個含み、第１の保水体２０と第２の保水体２２とが混在して施工対象面Ｐに敷設されている。保水構造体１０の厚さは、２ｃｍ以上、さらには８ｃｍ以上程度である。第１の保水体２０および第２の保水体２２をこの範囲の厚さになるように施工対象面Ｐに敷き詰めることにより、急激な降雨や一時的に多量の散水が行われたときに水を十分に保水することができる。ひいては、本実施の形態の保水構造体１０の基本的な効果として、都市型洪水の抑制が実現される。
【００８２】
第２の保水体２２は、第１の保水体２０に比べて保持された水の蒸発性が高い。ここで、蒸発性とは、温度、湿度、風などの諸条件が同じとき、単位体積あたりの保水体から単位時間当たりに蒸発する水の質量をいう。
【００８３】
第２の保水体２２は第１の保水体２０に比べて比表面積が大きいため、この蒸発性の大小関係が実現する。なお、比表面積は単位体積あたりの表面積であり、この表面積は保水体が保水状態のときに外気に触れる表面（以下、外表面という）の面積を指し、保水状態で外気に触れない内部の細孔表面（内表面）は含まない。この定義は、保水体の表面のうち、外表面が蒸発性に寄与し、内表面は蒸発性に寄与しないことを反映している。
【００８４】
本実施の形態では、第１の保水体２０と第２の保水体２２とは相似形状で、かつ第２の保水体２２の方が第１の保水体２０よりサイズが小さい。ただし、第２の保水体２２の比表面積が第１の保水体２０の比表面積より大きければこれに限られない。たとえば、両者のサイズおよび外形を同等とし、第２の保水体２２の外表面に微細凹凸を設けてもよい。
【００８５】
第１の保水体２０および第２の保水体２２に用いられる材料として後述する多孔質セラミックスが挙げられる。
【００８６】
本実施の形態の態様は、第１の保水体２０の保水性Ｗ１と第２の保水体２２の保水性Ｗ２との関係により以下のように分類される。なお、保水性とは、単位体積あたりの保水体が保水し得る水の質量をいう。
【００８７】
本実施の形態の第１の態様は保水性Ｗ１＝保水性Ｗ２の場合である。本態様では、第１の保水体２０および第２の保水体２２は、それぞれ細孔の体積の合計が全体積の５３〜７０％を占める多孔質セラミックスである。本態様では、第１の保水体２０および第２の保水体２２は同一材料で作製することができる。
【００８８】
本実施の形態の第２の態様は保水性Ｗ１＞保水性Ｗ２の場合である。本態様では、第１の保水体２０は孔径１〜１００μｍの細孔の体積の合計が全体積の５３％以上を占める多孔質セラミックスである。一方、第２の保水体２２は孔径１〜１００μｍの細孔の体積の合計が全体積の５３％未満を占める多孔質セラミックスである。
【００８９】
本実施の形態の第３の態様は保水性Ｗ１＜保水性Ｗ２の場合である。本態様では、第１の保水体２０は孔径１〜１００μｍの細孔の体積の合計が全体積の５３未満を占める多孔質セラミックスである。一方、第２の保水体２２は孔径１〜１００μｍの細孔の体積の合計が全体積の５３％以上を占める多孔質セラミックスである。
【００９０】
なお、多孔質セラミックスの細孔の孔径は、水銀ポロシメータを用い、ＪＩＳ Ｒ １６５５に従って測定することができる。
【００９１】
本実施の形態において、第１の保水体２０を構成する多孔質セラミックスの大きさは、１〜１２００ｃｍ３、特に１〜２００ｃｍ３、とりわけ２０〜１００ｃｍ３の範囲が好ましい。また、第２の保水体２２を構成する多孔質セラミックスの大きさは、０．５〜６００ｃｍ３、特に０．５〜１００ｃｍ３、とりわけ５〜８０ｃｍ３の範囲が好ましい。多孔質セラミックスをこのような範囲にすることで、ビルの屋上等に敷き詰めやすくすることができる。第１の保水体２０および第２の保水体２２を構成する多孔質セラミックスは、球形、半球形、楕円球状（たとえばラグビーボール状）、立方体、直方体、錘形、円盤形状、柱状体など任意である。
【００９２】
上記孔径のものを採用すれば、細孔内の水が凍結しても、多孔質セラミックス外に押し出されやすく、凍結融解作用を繰り返し受けても、多孔質セラミックスが割れにくいことが実験で確認されている。
【００９３】
多孔質セラミックスを構成するセラミックスの組成は
ＳｉＯ２：５０〜８０ｗｔ％とりわけ５５〜７０ｗｔ％
Ａｌ２Ｏ３：１０〜３０ｗｔ％とりわけ１５〜２５ｗｔ％
Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの合計：１〜１０ｗｔ％とりわけ３〜７ｗｔ％
であることが好ましい。
【００９４】
こうしたソーダ・カリを多く含むアルミノ珪酸塩系セラミックスは、親水性であり、多孔質セラミックスの保水性および水の蒸発性が良好となる。
【００９５】
なお、湿潤状態にある多孔質セラミックスに藻が発生することを防止するために、多孔質セラミックス中にＣｕＯを０．１〜１．５ｗｔ％程度配合してもよい。多孔質セラミックスには、その一部または全面に光触媒コーティング液を塗布して光触媒効果を付与してもよく、これにより、光触媒による浄化作用で、多孔質セラミックスの耐汚染性を高めることができる。
【００９６】
第１の保水体２０および第２の保水体２２を構成する多孔質セラミックスを製造するには、窯業系原料、アルミナセメントおよび粉末状吸水性ポリマー並びに好ましくはさらに炭酸リチウムを乾式混合し、次いで水を添加して混合し、その後、成形、乾燥および焼成する。この際の配合割合は、好ましくは、
窯業系原料：７５〜９５ｗｔ％、特に８０〜９５ｗｔ％
アルミナセメント：３〜１５ｗｔ％、特に５〜１５ｗｔ％
吸水性ポリマー：０．５〜１０ｗｔ％、特に１〜５ｗｔ％
炭酸リチウム：１０ｗｔ％以下、特に１〜１０ｗｔ％、とりわけ１〜５ｗｔ％である。
【００９７】
なお、水の混合割合は、水以外の全原料の合計重量に対して１３０〜１７０ｗｔ％程度であって、吸水性ポリマーに対して８０〜１５０倍程度とすることが、取り扱い性、成形性、吸水性ポリマーの吸水膨張性、その後の乾燥、焼成効率の面から好ましい。
【００９８】
窯業系原料としては、カリ長石、粘土、珪砂などの１種または２種以上を用いることができるが、これに限定されない。これらの窯業系原料をＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの割合が前述となるように選択して用いる。
【００９９】
アルミナセメントとしては、ＪＩＳに定めるものを用いることができる。このアルミナセメントは、硬化が速いので、水を添加して混合し、成形すると、短時間のうちにハンドリングできる程度の成形体が得られる。
【０１００】
粉末状吸水性ポリマーとしては、粒径１０〜５０μｍ、特に２０〜３０μｍ程度のものが好適である。吸水性ポリマーとしては、ポリアクリル酸塩系、酢酸ビニル・アクリル酸エステル共重合体ケン化物、でんぷん・アクリル酸グラフト共重合体など、各種のものを１種を単独で、あるいは２種以上を混合して用いることができる。
【０１０１】
この混合物を成形するには、定量充填機、鋳込成型機、押出成形機、ハニカム成形機などを用いることができるが、これに限定されない。この成形体を好ましくは８０〜２５０℃で５〜４０時間特に６〜１２時間加熱して乾燥した後、好ましくは１０５０〜１２００℃特に１１００〜１１５０℃で０．２〜２０時間特に０．３〜２時間焼成して焼結体とする。この焼成には、ローラーハースキルン、トンネルキルン、シャトルキルン等を用いることができる。
【０１０２】
以上、第１の実施の形態に係る保水構造体１０によれば、蒸発性が相対的に高い第２の保水体２２によって保持された水の蒸発が促進される。第２の保水体２２によって保持された水の蒸発が速やかに進行することで、第１の保水体２０から第２の保水体２２に水の移動が進み、第２の保水体２２を介して水の蒸発が促進される。この結果、保水構造体１０全体として、保水性を維持しつつ、蒸発効率を高めることができる。
【０１０３】
また、第１の保水体２０は蒸発性が相対的に低いため、第１の保水体２０に保持された水はじわじわと蒸発し、第２の保水体２２に保持された水が蒸発し終わった後も、第１の保水体２０に保持された水が継続して蒸発し続ける。したがって、ある程度の量の水は急速に蒸発させて冷却効果を高め、かつ次の豪雨に備えつつ、晴天が続いた場合にも、比較的長い時間をかけて蒸発する水分の存在により、施工対象面Ｐの急激な温度上昇を抑制することができる。
【０１０４】
本実施の形態の第１の態様（保水性Ｗ１＝保水性Ｗ２）では、第１の保水体２０と第２の保水体２２とを同じ成分の材料で製造することができ、材料コストの低減、製造プロセスの簡略化により製造コストを低減することができる。
【０１０５】
本実施の形態の第２の態様（保水性Ｗ１＞保水性Ｗ２）では、第１の保水体２０および第２の保水体２２の役割分担をより明確にすることができる。すなわち、第１の保水体２０がより一層の保水機能を担い、第２の保水体２２がより一層の蒸発機能を担う。さらに保水性Ｗ２を大きくする代わりに、その分、密に形成することで第２の保水体２２の強度を上げることができる。したがって、第２の保水体２２に保水構造体１０全体として強度アップの機能をもたせることができる。
【０１０６】
本実施の形態の第３の態様（保水性Ｗ１＜保水性Ｗ２）では、本実施の形態の第２の態様とは逆に、第１の保水体２０の強度をより高めることができ、強度保持材としての機能をもたせることができる。一方、第２の保水体２２が保水性および蒸発性を兼ね備えた保水・蒸発材としての機能を担う。また、第１の保水体２０の摩耗性が低くなるため、保水構造体１０全体としての耐久性を向上させることができる。
【０１０７】
（第２の実施の形態）
図１２は、第２の実施の形態に係る保水構造体１０の概略を示す側面図である。本実施の形態では、保水構造体１０の敷設領域が施工対象面Ｐにより近い側である下方領域Ｒ１と、施工対象面Ｐからより遠い側である上方領域Ｒ２とに分けられる。この場合、上方領域Ｒ２における第２の保水体２２の存在比が、下方領域Ｒ１における第２の保水体２２の存在比より高い。ここで、第２の保水体２２の存在比は、単位体積において第１の保水体２０が占める体積および第２の保水体２２が占める体積をそれぞれＳ１、Ｓ２としたとき、Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２）で算出される。
【０１０８】
また、本実施の形態の保水構造体１０は、下方領域Ｒ１と上方領域Ｒ２との境界部分に通水性および通気性を有する保持材４０が設けられている。保持材４０は、第２の保水体２２の径より小さい開口を有するシート状の部材である。
【０１０９】
本実施の形態の保水構造体１０によれば、比表面積が相対的に大きい第２の保水体２２の存在比が外気に比較的触れやすい上方領域Ｒ２において高いため、上方領域Ｒ２における蒸発性を下方領域Ｒ１における蒸発性に比べて高めることができる。この結果、保水構造体１０全体の蒸発効率をより一層高めることができる。
【０１１０】
また、下方領域Ｒ１と上方領域Ｒ２との境界部分に保持材４０を設けることにより、上方領域Ｒ２から下方領域Ｒ１に第２の保水体２２が落下することを抑制することができる。このため、上方領域Ｒ２における第２の保水体２２の存在比、および下方領域Ｒ１における第２の保水体２２の存在比をそれぞれ所定の値に保つことができる。
【０１１１】
（第３の実施の形態）
図１３は、第３の実施の形態に係る保水構造体１０の概略を示す側面図である。本実施の形態の保水構造体１０では、下方領域Ｒ１における保水体の集合体が第１の保水体２０のみからなり、上方領域Ｒ２における保水体の集合体が第２の保水体２２のみからなる。言い換えると、本実施の形態の保水構造体１０は、第２の実施の形態の保水構造体１０において、下方領域Ｒ１における第２の保水体２２の存在比が０であり、上方領域Ｒ２における第２の保水体２２の存在比が１の場合に相当する。
【０１１２】
本実施の形態の保水構造体１０によれば、外気に比較的触れやすい上方領域Ｒ２における保水体の蒸発性と、外気に比較的触れにくい下方領域Ｒ１における保水体の機能を明確に分けることができる。この結果、保水構造体１０全体の蒸発効率をより一層高めることができる。
【０１１３】
（第４の実施の形態）
図１４は、第４の実施の形態に係る保水構造体１０の概略を示す側面図である。本実施の形態の保水構造体１０では、第１の保水体２０は板状の部材であり、第２の保水体２２は、第１の保水体２０より小さく、側面がテーパ状の部材である。具体的には、第２の保水体２２は切頭円錐状である。この形状により、第２の保水体２２の総外表面が、第１の保水体２０の外表面に比べて大きくなっており、ひいては、第２の保水体２２の蒸発性が第１の保水体２０の蒸発性より高い。複数の第２の保水体２２は、第１の保水体２０の上面にそれぞれ載置されており、各第１の保水体２０の上面と第２の保水体２２の底面とが接している。
【０１１４】
本実施の形態の保水構造体１０によれば、下方領域Ｒ１に設置された第１の保水体２０の上面と、上方領域Ｒ２の第２の保水体２２の底面とが接しているため、第１の保水体２０から第２の保水体２２への水の移動がさらに容易となる。このため、第１の保水体２０に蓄えられた水が第２の保水体２２に素早く供給され、第２の保水体２２に供給された水は、蒸発性が相対的に高い第２の保水体２２によって速やかに蒸発する。
【０１１５】
また、第２の保水体２２の側面をテーパ状とすることにより、第２の保水体２２が受け取る日射をより多くすることができる。このため、第２の保水体２２における蒸発性をより一層高めることができ、ひいては、保水構造体１０の蒸発効率を高めることができる。
【０１１６】
本発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。
【０１１７】
たとえば、第２乃至第４の実施の形態では、下方領域Ｒ１の厚さは上方領域Ｒ２の厚さと同等であるが、下方領域Ｒ１の厚さと上方領域Ｒ２の厚さの関係はこれに限れない。たとえば、上方領域Ｒ２における蒸発性を重視する場合には、上方領域Ｒ２の厚さを下方領域Ｒ１より厚くする。逆に、下方領域Ｒ１における保水性を重視する場合には、下方領域Ｒ１の厚さを上方領域Ｒ２より厚くする。このように、下方領域Ｒ１の厚さと上方領域Ｒ２の厚さとの関係を調節することにより、蒸発性や保水性といった機能を強化することができる。
【符号の説明】
【０１１８】
１０  保水構造体、２０  第１の保水体、２２  第２の保水体、４０  保持材
【図１】
0005661398.tif 000004
【図２】
0005661398.tif 000005
【図３】
0005661398.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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