(57)【要約】【課題】本発明は、透水性による水跳ね防止効果を十分に持ちながら、保水性による高い気化熱冷却効果をも発揮可能な舗装用ブロックを提供することを目的としている。【解決手段】骨材及び結合材を水で混練し、乾燥、成形してなる舗装用ブロックにおいて、前記結合材が、高炉スラグ微粉末を３０〜８０質量％と、非晶質ＳｉＯ2を５０質量％以上含有している無機粉末２０〜７０質量％とを含むと共に、該高炉スラグ微粉末と無機粉末との合計１００質量部に対して、アルカリ刺激剤を３〜４９質量部添加する。この場合、前記無機粉末の平均粒径が１００μｍ以下であったり、あるいは前記無機粉末の５０％未満を、シルト系粉未で置換するのが良い。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
骨材及び結合材を水で混練し、乾燥、成形してなる舗装用ブロックにおいて、
前記結合材が、高炉スラグ微粉末を３０〜８０質量％と、非晶質ＳｉＯ2を５０質量％以上含有している無機粉末２０〜７０質量％とを含むと共に、該高炉スラグ微粉末と無機粉末との合計１００質量部に対して、アルカリ刺激剤を３〜４９質量部添加してなることを特徴とする舗装用ブロック。
【請求項２】
前記無機粉末の平均粒径が１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の舗装用ブロック。
【請求項３】
前記無機粉末の５０％未満を、シルト系粉未で置換したことを特徴とする請求項１又は２記載の舗装用ブロック。
【請求項４】
前記結合材１００質量部に、骨材を３５０〜５００質量部配合し、該骨材全体の８０質量％以上が粒径２．５〜１３ｍｍのものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の舗装用ブロック。
【請求項５】
前記骨材が、高炉水砕スラグ又はゴミ溶融水砕スラグであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の舗装用ブロック。
【請求項６】
前記骨材が、単位容積質量で１．５ｋｇ／リットル以上の高炉水砕スラグであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の舗装用ブロック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、舗装用ブロックに係わり、特に、都市部に著しい所謂「ヒートアイランド現象」を抑制し、雨水を地下に戻すことの可能な保水性と透水性とを兼ね備えた舗装用ブロックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
歩道や公園の遊歩道等の舗装には、コンクリートブロック、インターロッキングブロック等が広く利用されているが、一般的な舗装用ブロックは、雨水をその施工体の下方へ浸透させない構造となっている。これに対して、最近は、雨水を意識的に地下へ浸透させる透水性ブロックによる舗装が増加しつつある。この透水性のブロックは、上面側から下面側へ速やかに水を透過させる連続した空隙を、高い体積比率で内包しているので、舗装上の水溜りを減らし、車両等の水跳ねを抑制でき、また、水を地下へ浸透させて、排水・下水の負荷低減、都市河川の氾濫防止等ができるからである。
【０００３】
一方、このような生活環境に密着した課題だけでなく、近年は、社会環境全体への配慮が必要で、その１つとして、ヒートアイランド現象の抑制が検討されている。つまり、一般的なコンクリート、アスファルト、れんが、ブロック等での舗装は、蓄熱し易いため、特に夏季において表面温度の著しい上昇や冷却が進まないことによる熱帯夜の常態化という現象を起こす。この現象は、舗装比率の高い都市部に突出して起きるため、「ヒートアイランド現象」と呼ばれている。このヒートアイランド現象は、さらにエアコン等のエネルギー使用の増加、廃熱の増加と結びついて、環境を一層悪化させることになる。
【０００４】
ところで、このヒートアイランド現象は、本来土や緑で覆われていた地面等がコンクリート、アスファルト、れんがに置き換わったことに起因する。地面が土壌の場合は、雨が降ると水分をその空間部に溜め、その水分が晴天時に蒸発することで気化熱を奪い、表面温度を低下させるが、コンクリート、アスファルト等の場合は、ほとんど雨水が浸み込まずに排水溝等へ流れてしまい、晴天になっても気化熱冷却が起きないためである。
【０００５】
これは、透水性の舗装用ブロックを適用しても、解決しない。一般的な透水性ブロックは、上面側から供給される雨水がほとんど下面側へ抜けてしまう。そのため、内部に内包される水は少なく、気化熱冷却はほとんど起きないからである。透水性ブロックの一部に、保水性があると言及されているものも存在する。例えば、骨材の粒子径を制御して、透水性と保水性とを最適化させたブロックがある（特許文献１参照）。しかしながら、このブロックでは、骨材の隙間に残った水分が気化する程度であり、土壌のような本質的に保水能力があるものに比べると、気化熱による冷却効果は極めて小さい。
【０００６】
一方、保水能力を意識的に付与させた舗装ブロックとして、保水性セラミックスブロックと呼ばれる材料が既に存在している。例えば、骨格粒子と珪酸塩質組成物とを焼結することで、透水性と保水性とを兼備する焼結体が開示されている（特許文献２参照）。この保水性セラミックスブロックを適用すると、内部に水を多量に内包できるので、気化熱冷却の効果は著しく改善される。また、亜リン酸カルシウムとゼオライトとを原料とした焼結体も開示されている（特許文献３参照）。これら特許文献２及び３に記載のブロックは、確かに高い保水性と、通常の煉瓦に比べて高い透水性を持つており、その高い保水性から気化熱による冷却効果が期待できる。しかしながら、その透水率は、通常のれんが類の１０-5ｃｍ／ｓｅｃに比べて、１０-4ｃｍ／ｓｅｃ程度であり、所謂透水性ブロックのように速やかに水が抜ける１０-2ｃｍ／ｓｅｃ以上とは大きく差がある。つまり、特許文献２及び３に記載のブロックによる舗装では、比較的強い雨や、小雨でも長く続くと、水溜りが容易に形成され、透水性については満足できない。
【０００７】
以上のように、透水性と保水性とを兼ね備える舗装用ブロックの必要性は認識されながらも、いずれか一方に偏ったものしか実在しないのが現状である。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０−５９７５６号公報（３頁３０行目〜４頁５行目）
【特許文献２】
特開平８−３１９１７９号公報（３頁４１行目〜５頁１３行目）
【特許文献３】
特開平８−１９８６６１号公報（２頁１８行目〜３頁２３行目）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる事情に鑑み、透水性による水跳ね防止効果を十分に持ちながら、保水性による高い気化熱冷却効果をも発揮可能な舗装用ブロックを提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成するため、透水性と保水性とを同時に発揮する舗装用ブロックを、今までに開示されている技術と別の技術で製造できないか鋭意研究した。その結果、従来には考えられなかった、ブロック構成物質のうちの結合材に保水性を持たせることで、透水性と保水性との兼備が可能になるとの考えに至り、本発明を完成させた。
【００１１】
すなわち、本発明は、骨材及び結合材を水で混練し、乾燥、成形してなる舗装用ブロックにおいて、前記結合材が、高炉スラグ微粉末を３０〜８０質量％と、非晶質ＳｉＯ2を５０質量％以上含有している無機粉末２０〜７０質量％とを含むと共に、該高炉スラグ微粉末と無機粉末との合計１００質量部に対して、アルカリ刺激剤を３〜４９質量部添加してなることを特徴とする舗装用ブロックである。この場合、前記無機粉末の平均粒径が１００μｍ以下であったり、あるいは前記無機粉末の５０％未満を、シルト系粉未で置換するのが良い。また、前記結合材１００質量部に、骨材を３５０〜５００質量部配合し、該骨材全体の８０質量％以上が粒径２．５〜１３ｍｍのものであったり、前記骨材が、高炉水砕スラグ又はゴミ溶融水砕スラグであったり、あるいは前記骨材が、単位容積質量で１．５ｋｇ／リットル以上の高炉水砕スラグであることが好ましい。
【００１２】
本発明によれば、透水性ばかりでなく、保水性も備え、車両等による水跳ね防止や高い気化熱冷却が可能な舗装用ブロックが得られる。その結果、生活環境が従来より一層快適になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、発明をなすに至った経緯をまじえ、本発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
まず、発明者は、舗装用ブロックの透水性や保水性を改良するのに現在までに公知になっている手法を整理し、下記の２つにまとめた。
１．透水性のあるブロックをベースにして、その内部に形成されている空隙を細くしていくと、骨材間に溜まる水分が増加する
２．ブロックを多孔質の焼結体で形成すると、保水性が向上するが、透水性を付与するには、その内部の空隙の直径を大きくする
このうち、１の手法は、セメントによる結合を基本にしているので、（２）に比べて経済的であるという利点を持つ。ただし、あくまでも透水性の確保を主体にしているので、保水性には限界があり、また空隙を小さくしていくため、長期間にわたる使用で空隙の目詰まりが起こり易くなるという問題点がある。特に、この手法では、透水して内部に入った水を保水するので、目詰まりが起きると、透水性が低下するだけでなく、保水量を十分に確保できず、保水性能までも低下する。一方、２の手法は、素材を焼結してブロックを製造するため、経済性がやや低く、またＣＯ2の発生量が増加するという環境上のデメリットもあるが、保水能力については、焼結によって制御された細かい空隙に毛細管力によって水が保持されるので、１の手法に比べると明確に高い効果が期待できる。しかしながら、空隙は毛細管力で水が保持できるサイズのものがほとんどであるため、透水性能は、実際にはあまり期待できないという欠点がある。従って、いずれの手法においても、透水性と保水性を有効に発揮させているとは言い難い。
【００１５】
そこで、発明者は、透水性と保水性とを共に効果的に働かせるには、１の透水性ブロックのように、比較的大きい透水経路を確保すると同時に、毛細管力で水を保持できるような層をも形成すれば良いと考えた。そして、そのような内部構造を具現化することについて種々の研究を重ねた。その結果、素材のうちの結合材部分に毛細管力で水を保持できるような機能を付与させ、そこで保水性を確保し、従来から存在する骨材同士の空隙を透水性の確保に利用するようにすれば、保水性及び透水性の両方が満足できる舗装用ブロックになるとの結論に至った。
【００１６】
舗装用ブロックの結合材は、通常セメントが利用されているが、セメントの場合には、水和して硬化したものが比較的緻密になってしまう。そのため、雨が降った際にはほとんど内部に浸み込まず、表面に水溜りが形成されてしまう。そこで、発明者らは、骨材間をつなぎあわせる結合材としての機能を有すると同時に毛細管現象も起こす材料の発見に鋭意努力した。その結果、以下に述べるような材料を見出し、本発明を完成させたのである。
【００１７】
すなわち、その材料とは、高炉スラグ微粉末を３０〜８０質量％及び非晶質ＳｉＯ2が５０質量％以上を含有する無機粉末を２０〜７０質量％で構成され、且つ、該無機粉末と高炉スラグ微粉末との合計1００重量部に対してアルカリ刺激剤を３〜４９質量部添加したものである。これは、発明者らがいくつかの高強度材料を鋭意検討し、スラグ微粉末へ非晶質ＳｉＯ2系助材を混合し、アルカリ刺激をするという手法が透水力と保水力とを両立するのに最適であることを見出したことに基づいている。スラグとアルカリの組み合わせは、急硬性、高強度等を発現することで知られているが、それに非晶質ＳｉＯ2系の助材を組み合わせると微構造的にポーラスになり易いことがわかったのである。骨材を同一種類として結合材の種類を変えると、結合材がセメント系の場合、固化物全体の含水率はｌ０質量％程度となるが、スラグ−非晶質ＳｉＯ2系助材―アルカリ系の場合には、２０質量％以上になる。このように含水率が変わる機構について検討したところ、スラグ―アルカリ系の反応固化物は、セメント系のＣａＯ−ＳｉＯ2−Ｈ2Ｏゲルと同等のものもあるが、同時に、ＣａＯ−ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−Ｈ2Ｏゲルが含まれることがわかった。これは、スラグ中に１０質量％以上含まれるＡｌ2Ｏ3成分が寄与したものと考えられる。ＣａＯ−ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−Ｈ2Ｏ化合物は、天然鉱物の沸石に代表されるように、鉱物的に水分を取り込む余地のある物質である。したがって、スラグ−ＳｉＯ2−アルカリ系は、結合材の部分に保水能力を備え易くなる。
【００１８】
しかしながら、そのような反応生成物だけでは、結合材表面側の保水能力を向上させても、内部への水の浸透が遅くなる可能性があり、全体で保水量を大きくすることは難しい。そこで、対策として、発明者は、構造的に毛細管力が機能するサイズの空隙を多量に導入することが出来れば、大幅に保水力を大きくできると考えた。
【００１９】
通常、高い空隙率を確保しようとすると、強度が著しく低下する。これは、軽量コンクリート等、セメントを結合材とする固化物全般に言われていることである。それに対して、本発明では、非晶質ＳｉＯ2を５０％以上含む無機粉末を使用することで、この粉体に空隙を確保させる役割を担わせつつ、且つその表面側ではスラグ微粉末類と積極的に反応させて、固化物の強度改善を図った。その結果、非晶質度が高い材料であれば、固化反応が進行することがわかった。その時の最適条件は、非晶質ＳｉＯ2が５０質量％以上含有する材料を用いれば、表面側からの反応が期待されることも明らかになった。
【００２０】
加えて、ＳｉＯ2系の助材は、表面側は反応する一方で、固化反応の速度は比較的遅いため、内部にＳｉＯ2が未反応で残存する。その残ったＳｉＯ2は、微細な骨材のような構造的作用をするため、結合材部の緻密化を妨げる効果が働く。
これによって、結合材としては比較的大きな毛細管空隙が安定して保持できるようになる。
【００２１】
ＳｉＯ2系無機物粉末は、粒度と非晶質ＳｉＯ2量が上記範囲を満足するものであれば、その材質は限定しない。なお、非晶質ＳｉＯ2の含有量は、一般的なＸ線回折による結晶化度の計測と化学分析による定量とを組み合わせて測定できる。つまり、ＳｉＯ2の含有量は，化学分析によって簡単に測定され、Ｘ線回折で結晶化度の測定を行ない、全体が非晶質であれば、化学分析で得られた全量が非晶質ＳｉＯ2である。また、Ｘ線回折で結晶相が現れた場合には、あらかじめ非晶質と結晶質とを所定の割合で混合した標準試料を用いて検量線を引いておき、その検量線を基に結晶質ＳｉＯ2量を検定すれば、非晶質として残存するＳｉＯ2量を評価できる。
【００２２】
無機粉体の粒度は、あまり粒度が粗すぎると気孔の径が毛細管力が有効に作用する大きさよりも大きくなるため望ましくなく、実際の使用を考えると、３００μｍ以下が望ましく、高い保水能力、自由な成形性や混練時の流動性等を考慮すると、１００μｍ未満であることがより望ましい。下限は特にないが、平均粒径が２０μｍ以下の場合には、空隙が小さくなり過ぎて水の浸透速度が遅くなるため、平均粒度が２０μｍ以上あるのが望ましい。
【００２３】
なお、上記したような反応がほとんど期待できないシルト系粉末も、一部混和することは可能である。しかしながら、それによって固化体の強度が低下するので、本発明では、その最大混和量は、非晶質ＳｉＯ2粉末の５０質量％未満とする。
【００２４】
高炉スラグ微粉末は、ＪＩＳ  Ａ  ６２０６にコンクリート用の高炉スラグ微粉末として規定されている程度のものを使用する。ＪＩＳ  Ａ  ６２０６には、３種類の高炉スラグ微粉末（すなわち、高炉スラグ微粉末４０００、高炉スラグ微粉末６０００、高炉スラグ微粉末８０００）が規定されており、これらの３種類の１種程度のものを単独で使用しても良いし、２種以上を混合して使用しても良い。
【００２５】
ＳｉＯ2系無機物粉末と高炉スラグ微粉末とを混合した粉粒体中の高炉スラグ微粉末の含有量は、高炉スラグ微粉末の含有量が３０質量％未満では、若い材令時の強度発現には少ないため、結合力が低下して、目標とする高い圧縮強度が得られない。一方、８０質量％を超えると、微細骨材として作用するＳｉＯ2系無機物粉末が少なくなってしまうため、形状の安定性低下や部分的な緻密化が進行する。したがって、本発明では、ＳｉＯ2系無機物粉末と高炉スラグ微粉末とからなる粉粒体中の高炉スラグ微粉末の含有量は３０〜８０質量％とする。
【００２６】
結合力を増加させるために添加するアルカリ刺激剤は、高炉スラグ微粉末及び無機物粉末に含有される非晶質ＳｉＯ2の一部を溶解してゲル状態にし、結合を促進させる効果がある。そのアルカリ刺激剤の量は、固化体の強度に作用し始める量として３質量部以上が必要である。また、保水硬化体の機能を確保するためには、全量の４９質量％以下であることが望ましい。アルカリ刺激剤としては、非晶質材料を溶解するものを使用すれば良いので、その材質は限定しない。ただし、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウムに代表されるアルカリ金属水酸化物、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム等に代表されるアルカリ土類金属水酸化物、ポルトランドセメント、アルミナセメント、急結セメントに代表されるセメント類を用いると、容易にＳｉＯ2類を溶解できるので好ましい。
【００２７】
上記のような結合材を用いれば、それにより従来にない保水能力を付与させることが可能となるため、これを透水性ブロック製造用の結合材として骨材と混合して使用すれば、透水性ブロックが従来もっていたミリメートルオーダーの連続空隙による透水性と、結合材部に付与した毛細管力レベルのμｍオーダーの空隙による保水性とがともに発現することとなるのである。
【００２８】
骨材と結合材の比率は、通常の透水性ブロックと同様の体積比率であれば良く、典型的には、水と結合材を合わせた体積が、ブロックの体積の１８〜３０％未満であれば良い。１８容量％を下回ると、結合力が不十分となり、３０容量％を超えると結合材が骨材間を埋めてしまい、透水性能が低下してしまうからである。
【００２９】
また、骨材としては、一般的な山砂、川砂、ガラスカレット、溶融スラグ等が利用できる。とりわけ、高炉水砕スラグは、スラグが数質量％の吸水率をもつため、保水能力をより高める効果が期待できる。また、単位容積質量が１．５ｋｇ／リットルようなものであれば、とくに強度も高くなるため、より望ましい。その際、単位容積質量の測定はＪＩＳ  Ａ  １１０４（骨材の単位容積質量試験方法）に従って行う。
【００３０】
以上述べた本発明に係る舗装用ブロックは、コンクリートブロックやインターロッキングブロックを製造するプロセスであれば、どのような方法でも製造可能である。つまり、素材の流し込み成形、加圧成形、高振動成形、高振動加圧成形等のいずれも適用可能である。セメントと骨材を型枠に入れた後、本発明に係る結合材を注入する方法、セメント、骨材、該結合材を同時に型枠に注入する方法も適用できる。この舗装用ブロックの用途としては、歩道、公園の遊歩道等の道路舗装への適用が基本となるが、本発明に係るブロックの内部構造に対する考え方は、住宅用ブロック、床材、屋根材、ビルの屋上材等にも適用できる。
【００３１】
【実施例】
次に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。
【００３２】
天然骨材を１７５０ｋｇ使用し、これに結合材４００ｋｇ、水４００ｋｇを混合し、これを加圧振動成形により、ブロック状とした。そして、得られたブロックについて、その圧縮強さ及び冷却能を調査した。冷却能は、水中に１２時間浸漬してから大気中に取り出して１０分放置した後に、３００Ｗハロゲンライトで２時間照射し、２時問後の表面温度をアスファルトでの結果と比較して評価した。また、圧縮強さは、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１に規定された「圧縮強さ試験方法」に準拠して測定した。
【００３３】
結合材の配合、圧縮強さ及び冷却能を表１に一括して示す。表１より、本発明に相当する舗装用ブロックは、必要強度を持ちつつ、且つ冷却能も発現していることが明らかである。一方、本発明の配合から外れたブロックは、強度が高くても冷却能がなかったり、あるいは冷却能があっても強度が不十分であった。
【００３４】
【表１】
2004197310.tif 000002
【００３５】
次に、上記した実施例３の配合と同じ結合材で、結合材の量を種々変更して製造したブロックの成績を表２に一括して示す。表２より、冷却能については、結合材の量による影響はさほど見られないが、結合材が少ない場合には、強度が不足していることがわかる。一方、結合材が多くなると、透水性が低下し、本発明で限定した配合範囲が透水性と保水性とを兼備するには最適であることも明らかである。
【００３６】
【表２】
2004197310.tif 000003
【００３７】
次に、実施例２と同様に、実施例３の配合で、骨材を高炉水砕スラグに変更してブロックを製造した。その結果を表３に示す。高炉水砕スラグを使用することによって、冷却能がさらに大きくなって、より高い効果が発現している。
【００３８】
【表３】
2004197310.tif 000004
【００３９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、今まで透水性と保水性のどちらかに偏った特性のものしか存在していなかった舗装用ブロックを、高い透水性と高い保水性を併せ持つものに改良できる。その結果、都市部で著しい「ヒートアイランド現象」の抑制や、省エネルギーばかりでなく、車両等による水跳ねの抑制等、生活環境の改善、排水負荷の低減等も達成できる。これらによって、居住者に密着した生活環境が、従来より一層良好になる。