学術論文

日本ヒートアイランド学会論文集 Vol.17 (2022)
Journal of Heat Island Institute International Vol.17 (2022)

連続的に蒸発を行うセメント系保水性舗装材における白華現象
屋外実験における白華進行と蒸発冷却性能低下および X 線回折による白華厚さの把握
Efflorescence on Cementitious Water-retentive Pavement Material Which Keeps Continuous
Evaporation
Understanding of the efflorescence progression and the evaporative cooling performance degradation in outdoor
experiments and the efflorescence thickness using X-ray diffraction

円井 基史*1

野呂 純二*2

Motofumi Marui

Junji Noro

*1 金沢工業大学 Kanazawa Institute of Technology*2 株式会社 日産アーク Nissan Arc Ltd.
Corresponding author: Motofumi Marui, mmarui@neptune.kanazawa-it.ac.jp
ABSTRACT
Through outdoor experiments using cementitious water-retentive paving block which keeps continuous
absorption and evaporation, the progression of efflorescence, the effect on evaporative cooling performance, and thethickness of efflorescence (calcium carbonate) were investigated in this paper. The findings are as follows. 1) In thetwo outdoor experiments conducted under different climatic conditions, almost all of the pavement surface stained
white (efflorescence) after about 9 to 10 months of exposure (integral amount of insolation was about 3000 MJ/m2).
After efflorescence, it was confirmed that amount of evaporation decreased to 20 to 25% and the evaporative cooling
performance was reduced compared to before efflorescence. 2) Through micro X-ray diffraction analysis, it was
confirmed that the peak intensity indicating calcium carbonate was found to be larger and closer to the block surface
as the exposure progressed at 4, 26, and 78 weeks. At 78 weeks of exposure, the thickness of calcium carbonate
precipitated on the surface was estimated to be about 1.3 mm.
キーワード: 蒸発冷却，保水性舗装，白華，X 線回折，炭酸カルシウム
Key Words : Evaporative cooling, Water-retentive pavement, Efflorescence, X-ray diffraction, Calcium carbonate

１.はじめに（Ca(OH)2）がセメント硬化体の内部に浸入した水に溶出し，それが水分の乾燥に伴い表面に移行し，空気中の二酸

1.1 研究の背景と目的化炭素と触れることで炭酸カルシウム（CaCO3）として表

ヒートアイランド対策の一つとして，雨水を保水し，蒸面に析出する現象で知られる．セメントやコンクリートの発冷却効果により夏季の暑熱環境を緩和する保水性舗装が分野で，白華は主に美観を損ねるものとして問題視され，注目され，研究・開発が進行している(1)～(6)．しかし，ほと多くの研究が行われてきた(11)～(17)．保水性舗装など水分蒸

んどの保水性舗装において保水容量が十分でなく，蒸発冷発による表面温度低下を目的とする舗装であれば，白華は却の持続期間が短いことが課題に挙げられる．
それに対し，

蒸発を妨げる大きな問題になり得る．しかし保水性舗装のこれまで円井らは，歩道や広場等を対象として，雨水を面白華に関する研究(5)はまだ少なく，白華の進行による蒸発的に貯留し，舗装材の毛管現象により吸水・蒸発を長期間冷却性能への影響や舗装体内部における白華の構造（厚さ持続させる「蒸発冷却舗装システム」を提案し，屋外実験など）に関する調査事例はほとんど見られない．

を通して実用化に向けた研究を進めてきた(7)～(10)．しかしそ

本報では，蒸発冷却舗装システムの屋外実験で見られたの中で，セメント系保水性舗装ブロック表面に白華（エフ舗装ブロック表面での白華について，その影響の把握や厚ロレッセンス）と考えられる白い物質が析出し，ブロック

さに関する分析を行う．具体的には以下の内容を行う．1）

自体は保水しているのにも関わらず蒸発冷却（表面温度低セメント系保水性舗装ブロックを用いた，連続的に吸水・減）性能が低下する現象が確認された．

蒸発を行う貯水型試験体の屋外実験（暴露試験）での白華

白華は主に，セメントに含まれる水酸化カルシウムの進行および蒸発冷却効果への影響を，白華の面積率，蒸-1-

発量，表面温度等により把握する．2）屋外実験において暴あり，成分は炭酸カルシウムだと推測される．

露期間の異なる舗装ブロックをサンプリングし，細孔径分(2)貯水の影響
現状で普及している保水性舗装のほとんどは，降雨（散水）時，舗装体に保水しきれない水はその下のクラッシャ
ラン（砕石）および地盤に透水するようになっている．一方，円井らが提案している蒸発冷却舗装システム(7)～(10)は，
大きな保水容量を確保し蒸発冷却を長期間持続させるため，舗装体（舗装ブロックおよびサンドクッション）の底面と側面を止水し，雨水を貯留する構造となっている．
先述したように白華は主にセメントに含まれる水酸化カ
ルシウム等が水に溶出し，乾燥時に炭酸カルシウム等として表面に析出する現象である．蒸発冷却舗装システムのような貯水型の舗装の場合，水に溶出したカルシウムイオン
は，溢流して排出される以外はその舗装システム内に留まり続ける．そのカルシウムイオンは乾燥・蒸発時に毛管現象で運ばれ，長期間連続的に舗装表面で炭酸カルシウムとして析出することになる．貯水型の舗装システムではこのような機構で，一般の舗装に比べて白華の発生が促進されると考えられる．現に既往の白華促進試験法の多くは，本
舗装システムと同様に試験体を浸水させた状態で行われている(16)．本報で対象とするのは連続的に吸水・蒸発を行う
貯水型のセメント系舗装システムであり，以上のことを踏まえた上で分析・考察を行う．

布測定を行うとともに，X 線回折分析を行い白華の厚さを
推定する．
1.2

連続的に蒸発する貯水型舗装システムにおける白華の考え方(1)白華の分類
セメント硬化体の表面に発生する白華について，その発生機構や防止法に関する研究は主に 1950 年代より見られる(11)～(17)．成型後から施工後数日間にかけて練混ぜ水の余
剰水等により発生する白華は一次白華，施工後に雨水や地下水など外部から侵入した水により発生するものは二次白華とされる．白華の成分としては，先述した炭酸カルシウ
ムが最もよく知られるが，その他に炭酸ナトリウム（Na2CO3）や炭酸カリウム（K2CO3）も挙げられる．炭酸ナトリウムと炭酸カリウムは水への溶出度が高く，発生しても洗い流せる一方で，炭酸カルシウムは水への溶出度が低く，ブロック表面に発生すると除去が困難とされる．既報 (7) ,(8)より行なっている蒸発冷却舗装システムにおける屋外実験で見られた白華は，これらの特徴から二次白華で
表 1 実験で用いた舗装ブロック（未暴露）の概要データ
項目

数値

備考

ブロック単体の 200×100×60mm

水セメント比32%

細孔容積0.11ml/g

細孔比表面積3.4m /g

し、冷凍乾燥機にて乾燥させ、水銀圧入法ポ

密度2.0g/cm3

ロシメータ（micromeritics製、AUTOPORE2

空隙率

22%

飽和含水状態の
体積含水率
吸水速度
絶乾状態の
日射吸収率
飽和含水状態の
日射吸収率

２.屋外実験における白華進行と蒸発冷却性能への影響

一般的なインターロッキングブロックと同様

寸法

保水・吸上げ性能を高めるよう製造。骨材は2. 1 屋外実験の方法

細骨材のみで粗骨材は使用していない
ブロック中央部分より5mm角試料を切り出

2

表 2 屋外実験の概要

9220）により測定

実験1

ブロックを24時間水没させた後周囲の水を拭24%

き取った状態と絶乾状態との重量差とブロッ

目的ク体積より算出
15mm/min80%

構成における冷却性能の確認

白華の進行度合いや成分分析（既報(7)で実験開始）

ブロック単体を薄く水を張った容器に置き、石川県野々市市（2008年7月下

表面が完全に濡れるまでの時間を計測し算出

実験場所

神奈川県横浜市

旬～）、その後同県白山市に分光放射計（Analytical Spectral Devices,（期間）（2004年7月末～2005年7月）

移動（2009年4月～2011年1月）

Inc.製、FieldSpec Pro FR）（入射角45°）
92%

実験2

蒸発冷却舗装システムの基本

試験体舗装

にて測定

面積（ブロッ600×600mm（18個）

600×500mm（15個）

ク個数）
0.09000.09

0.1400
0.14

Pore volume

volume [ml/g]
Pore
細孔容積(ｍｌ/ｇ)

0.07000.07
0.06000.06

0.12000.12

全細孔容積 0.1124 ml/g
0.10000.10

Accumulated Pore volume0.08000.08

0.05000.05
0.04000.04

0.06000.06

0.03000.03

0.04000.04

0.02000.02
0.02000.02

0.01000.01
0.000000.0030断面構成

累積細孔容積(ｍｌ/ｇ)
Pore volume [ml/g]
Accumulated

0.0800
0.08

基本的な

目地を
砂で充填
給水方法
満水時の水位上から、舗装ブロック

上から、60mm、サンドクッション

舗装ブロック60mm、10mm、砕石＋赤土80mm

サンドクッション10mm

あり

なし

自動給水装置にて1日1回（20時）十分に給水
舗装表面より50mm程度下
気象条件（日射量、降水量、

測定項目

気温、相対湿度、風向・風速）、表面温度、蒸発量、表面濡れ率、白華面積率など

00.0000

0.013
0.003- 0.0060.0090.011
0.00360.028

0.080 0.170
0.050.1細孔直径(μｍ)
0.08
0.12

舗装表面より10mm程度下主に白華面積率（途中サンプリングしたブロック以外で）（暴露4, 26, 78週のブロック

0.360

2.200 10.600 60.000
0.48-0.7600.920- 30- 601.12細孔容積 30(ｍｌ／ｇ)
0.6
60 400

ブロックを

累積細孔容積 (ｍｌ／ｇ)

Pore diameter [μm]サンプリング

別図 空隙率試験結果（試料名：TCC）

しての分析

図 1 対象舗装ブロック（未暴露）の細孔径分布（暴露1年のブロックにて）
細孔径分布にて）光学顕微鏡観察、
紫外線励起-蛍光像観察、
電子線マイクロ分析、
マイクロX線回折分析（測定方法は表 1 参照）-2-

蒸発冷却の基本性能を確認するために既報(7)~(9)で行なっ

上旬に一部白華が確認された．個々のブロックにおける白た屋外実験（実験 1 とする）に加え，白華の過程を分析す

華の出方（出る場所，速度）は多少異なるが，試験体全体るための新たな屋外実験（実験 2）を開始した．対象としの白華面積率としては，暴露 21 週（5 ヶ月）ほどで約 4 割，

たセメント系保水性舗装ブロックの概要を表 1 に，細孔径

暴露 35 週（8 ヶ月）ほどで約 9 割となり，暴露約 9 ヶ月で分布を図 1 に示す注 1)．また実験概要を表 2，試験体概要を

ほぼ全面が白華した．

図 2，実験 1 における測定項目を表 3 に示す．実験場所は

図 4（a）より，表面濡れ率（非降水時における表面の濡年間を通して日陰になりにくく，また 1 日 1 回自動的に給れ状態について，近赤外水分計を用いて絶対乾燥状態を 0，水する装置により舗装ブロックは常に湿潤に保たれる．実湿潤状態を 1 として定量化したもの）(7), 注 4)について，実験験 1 は神奈川県横浜市にて 2004 年 7 月末～2005 年 7 月に開始直後は 0.9～1 であったが，暴露 6 ヶ月で 0.5，暴露 9実施した．実験 2 は 2008 年 7 月下旬より石川県野々市市

ヶ月で 0.25 程度まで落ち込むことがわかる．日積算蒸発量

で開始し，2009 年 4 月からは石川県白山市に場所を変えて，について，暴露の経過に伴い減少する傾向が確認できる．

2011 年 1 月まで暴露試験を行なった

注 2)．白華が蒸発冷却2005 年 1 月頃までは日射量の減少に伴う表面温度と飽和水

性能へ及ぼす影響は主に実験 1 で確認する．実験 2 では，蒸気圧の低下，および白華に伴う表面濡れ率の低下の双方

実験 1 とは気象条件等が異なる中での白華進行の確認と，の影響だと考えられるが，それ以降の期間で蒸発量が少な

次章のイメージング分析で用いる試料採取を行なう．

いのは白華の影響が大きいと考えられる注 5)．2004 年 8 月（表面濡れ率は 0.9～1）と 2005 年 7 月（表面濡れ率は 0.25程度）に着目すると，晴天日における日積算蒸発量は，2004

2.2 結果（白華の進行と蒸発冷却性能への影響）

年 8 月では 5～8kg/m2・day，2005 年 7 月では 1～2kg/m2 ・実験 1 における白華の進行の様子を図 3 に，1 年間の蒸発量，表面濡れ率および，表面温度と気温との差の推移を
図 4 に，さらに，実験開始直後とその約 1 年後の表面温度

Water
supply
給水（1日1回）(Once a day)を図 5 に示す．図 3 のように，対象の舗装ブロックは保水

Stainless
ステンレス
600×600 mm
Rain
カバー
steel
cover
雨除け
Thermocouple
protection
熱電対
Paving60mm
舗装体Blocks
Draining
排水すると濃い灰色となるが，白華すると目視で判別できる白色（明るい灰色）となる注 3)．暴露開始の約 5 週間後の 9 月

Water
給水用
supply
タ
ンク
tank

80mm

Water
水

分

測定項目

測定装置
φ0.1mmT熱電対

表面温度 放射温度計（感度波長帯：8～14μm）

舗
装
シ
ス

分布

蒸発量

排水量

水
収

間

表面の

白華

水平面全
天日射量
降水量

象
件
等

重量計
Rain
gauge
雨量計

400
200 0 300100400200 500300[mm]

500[mm]（a）実験1の試験体断面図

1分

水（1日1回自動給水）
Water （supply once a day）

短期集中的
に計測
風圧、降雨、給水、排水等の能2g、秤量皿600×

影響を考慮して導出

全期
間

[1]

[2]

[4]

[13]

[26]

[52]

断熱材＋遮水シート
Insulation + Impermeable liner

[78]

1分

転倒升式簡易雨量計

舗装ブロック（[
Paving Blocks ]内の数
値は、サンプリングする(Numbers are sampling
ブロックの暴露週）
exposure weeks)（分解能：0.2mm）
近赤外水分計デジタルカメラ

定点5点で手動測定

降水時と降

0

画像処理ソフトで二値化し導転倒升式雨量計

300

400

500[mm]（b）実験2の試験体平面図

図 2 試験体の概要

計測

サーモパイル式日射計
μm）

200

期集中的に

出
（測定波長：0.3～2.8

100

表面の濡れ/乾きによる色の濃 水後数時間
を除いて短
淡を撮影

Exposure 5 weeks
暴露5週(2004/9/3）(2004.9.3)

周囲に遮蔽物のない場所に設Exposure 21 weeks
暴露21週(2004/12/23）(2004.12.23)

Exposure 35 weeks
暴露35週(2005/4/7）(2005.4.7)

10月に白華していな
Replaced with a new
いブロックと交換
block in OctoberAfter
8 months of exposure,
屋外実験開始後、約
efflorescenceappeared in
8ヶ月で9割ほど白華
about 90% of the blocks

Heat flowmeter

置

熱流計（分解能：0.5mm）
通風筒付乾湿球温度計 試験体近傍、設置高さ0.5m

気温

100

コード
Wire

Insulation
断熱材

設置

式、秤量300kg、分解

面積率

条

全期

（測定範囲：250mm円内）に14μm、1.5mrad）

支 濡れ状態気

試験体中央部上方2.5m高さ

800mm）

熱

0

期間 間隔

重量計（ロードセル

の
・

Hose
ホース

測定 測定

ブロック表面に接着剤で固定

表面温度 赤外線放射カメラ（8～

テ
ム

備考

孔 (φ10mm,
Hole
20mm pitch)

Sand
砂(10mm)

ステンレス容器
Stainlesssteel container重量計Weight scale

表 3 実験 1 における測定項目
区

砕石・ 土壌
Crushed stone

φ0.1mmT熱電対

通風筒付乾湿球温度計の通風
筒内に設置

全期
間

Efflorescence
白華

1分

通風筒付乾湿球温度計 乾球温度と湿球温度より算定
相対湿度 電子式高分子湿度セン 通風筒付乾湿球温度計の通風
サ
筒内に設置
風向・ プロペラ式風向風速計 周囲に遮蔽物のない場所、設After 30 days exposure
屋外実験開始後、夏季
in30日程度で一部白華summer, efflorescenceappeared in some blocks

風速

図 3 舗装ブロック表面における白華の進行（実験 1）（起動風速：0.3m/s） 置高さ1m

-3-

1

8

0.8

6

0.6
Surface wet ratio

Daily evaporation

4

0.4

2

0.2

0

0

Surface wet ratio [－]Daily evaporation[mm/m2･day]（a）日積算蒸発量と表面濡れ率

Missing
欠測 data

Surface temperature –air temperature [℃]（b）表面温度と気温との差

Daily maximum

15

Daily average

10

Daily minimum

50-5Missing
欠測 data

10

2004
Aug.
2004年8月

Sept.
9月

Oct.
10月

Nov.
11月

Dec.
12月

2005 Jan.
2005年1月

Feb.
2月

March
3月

April
4月

May
5月

June
6月

July
7月

図 4 1 年間の蒸発量，表面濡れ率，表面温度と気温との差の推移（実験 1）
day であり，日射量が同程度でも蒸発量で 4～5 倍の差があPavement
surfacetemperature

50
50

ることが確認できる．
表面温度について，白華がそれほど進行していない 2004

Pavement surface
temperature

45
45
Temperature
温度[℃][℃]

年 8 月では，日中でも概ね気温＋5℃以内であり，夜間では気温より 3～4℃低くなることが図 4（b），図 5 より確認できる．2005 年 5 月（暴露 9 ヶ月）以降では，表面温度は夜間でも気温を上回り，日最高表面温度は気温＋15℃程度まで上昇している．つまり実験 1 において対象の舗装ブロッ

40
40

Air temperature

35
35
30
30
25
25
Air temperature

クでは，暴露 9 ヶ月でほぼ全面が白華すること，また白華

2020後（2005 年 7 月）は白華前（2004 年 8 月）と比べて同様の

1

2

3

August 2004

気象条件下でも蒸発量は 20～25％程度に減少し，蒸発冷却

4

28

29
30
July 200531

図 5 白華の有無における舗装ブロック表面温度の比較（実験 1）
（2004 年 8 月 3 日午前中と 2005 年 7 月

性能も大きく低下することが確認された．
一方実験 2 では，暴露 3 週間で白華が部分的に確認され30 日は曇りで，それ以外は晴れ）

始め，白華面積率は，暴露 7 ヶ月ほどで約 6 割，暴露 8 ヶ月ほどで約 9 割となり，暴露 10 ヶ月強でほぼ全面が白華
Experiment 1(Kanagawa Pref.)に，積算日射量と白華面積率の関係を比較した注 6)．実験 2（石川県）の積算日射量 1700-2000MJ/m2 あたりでデータがばらついているのは，この部分が冬期で，日本海側気候により降水が多く，一時的な回復が生じたものと考えられる．
実験 1・2 において，気象，目地，水位等の条件は異なるものの，積算日射量の増加に伴い白華が進行する傾向は近似しており，暴露開始から積算日射量 3000MJ/m2 程度でほぼ全面白華に至った注 7)．

Efflorescence area ratio [％]した．気象条件が異なる実験 1・2 について，図 6 のようExperiment 2(Ishikawa Pref.)Relative humidity
at the time of
measurement9060
30 [％]

３.白華の構造・厚さに関する分析
Integrated amount of insolation [MJ/m2]

図 6 積算日射量と白華面積率との関係注 6)

3.1 細孔径分布
実験 1 で用いた舗装ブロックについて，
未暴露のものと，
1 年間暴露し白華したものについて，細孔構造に変化があ

整後，アセトン処理と D-dry 処理を行って作製した．測定

るか確認するため，水銀圧入法（島津製作所製 AutoPore

結果を図 7 に示す注 8)．なおケルビン式から直径 0.05μm 程9505）により細孔径分布を測定した．測定用試料は，ブロ度以下の細孔における水は吸湿水（毛管凝縮により吸着さック中央の表面より 0～1cm（上層），2.5～3.5cm（中層），れる水）と考えられ，また土壌分野では直径数十μm 以上

5～6cm（下層）の部分より採取し，2.5～5mm の粒度に調の細孔の水を重力水（重力により自由に動く水）とされる-4-

ことから，
直径 0.05～数十μm 程度の細孔の水は毛管水（界
面張力により保持された水）と考えられる．

1 year of exposure

Unexposed

0.08[Layer]0.07

細孔容積が減り，直径 10μm 未満の細孔容積が増える結果

0.06

Pore volume [mL/g]

図 7 より暴露 1 年後のブロックでは，直径 10μm 以上のとなった．この傾向は下，中，上層の順に顕著である．これはセメントの水和反応の進行による影響があるものと考えられる．暴露 1 年のブロックにおける毛管水に影響する
直径 0.1～10μm の細孔に着目すると，上層が最も細孔量

Upper
MiddleBottom

0.05
0.04
0.03

が少ない．白華による影響も考えられるが，今回の試料の0.02

厚さは 1cm であり，後述の分析で明らかになる数 mm と考

0.01

えられる白華の影響を詳細に把握するには至らなかった．
0

10-2 10-1 1

10 102

10-2 10-1 1

Pore diameter [μm]3.2 白華のイメージング分析
舗装ブロック表面での白華厚さを把握するため，変色の10 102

Pore diameter [μm]図 7 未暴露と暴露 1 年のブロックの細孔径分布注 8)

観察や炭酸カルシウムの成分検出などのイメージング分析を行う．実験 2 における暴露 4 週，26 週（6 ヶ月），78 週

表 4 白華のイメージング分析法（1 年半）後のブロックの中央表面より 1cm 角の立方体を

分析法

使用機材

概要

切り出し測定試料とした．観察・測定は，光学顕微鏡観察

光学顕微

光学顕微鏡（Nikon

実際の色の変化について反射明視野を観法，紫外線励起-蛍光像観察法，電子線マイクロ分析法，お鏡観察法製）ECLIPUS L-300 察

紫外線励

注 9)

よびマイクロ X 線回折分析法で行なった（表 4）．

特殊マクロ観察装置

起-蛍光像

まず，26 週間暴露した試料の断面を光学顕微鏡により観（日産アーク製）

観察法

察した．その結果，試料表面が内部と比較して白くなって

電子線

電子線マイクロ分析装

いる様子がわずかに観察されることが判明したが（図 8），マイクロ置（島津製作所製）

分析法

EPMA-1600

白華の進行度合いを定量的に把握するには至らなかった．

マイクロ紫外線の照射により励起し発光する物質を確認。可視光域蛍光を結像光学系で画像化。励起波長（中心波長）：λ=365nm
炭素の面分析

BRUKER-AXS GADDS 炭酸カルシウムの面分析。ブロック表面

次に，試料断面を紫外線励起-蛍光像観察法により観察しX線回折with DISCOVER /近傍の断面15×3mmにおいて0.5mmピッた．本手法は，紫外線の照射により励起し発光する物質を分析法

VANTEC200型

チの計145ヶ所でX線回折分析

確認するものである．炭酸カルシウムは本手法によりわず
かに励起をして発光をすることが確認されたが，本試料にBlock top surface

含まれる他の成分で同様に励起されるものもあり，詳細な分析は困難であった．
さらに電子線マイクロ分析法により，炭酸カルシウムに含まれる炭素をはじめとする各元素の面分析を試みた．しかし本手法を行うに際し，試料断面の研磨が必要となり，その際に使用する樹脂の影響を受けてしまうことにより，精密な分析ができなかった．
最後に，試料断面中の炭酸カルシウムをマイクロ X 線回

図 8 光学顕微鏡による観察結果（暴露 26 週）

折により面分析を行う方法を試みた．ブロック表面近傍の断面 15mm×3mm に対して 0.5mm ピッチの計 145 ヶ所（未暴露のみ 12mm×3mm，115 ヶ所）で X 線回折分析を行な

1.3mm 程度に集中的に析出していたことが推測される．

った．結果を図 9 に示す．未暴露の試料では炭酸カルシウ
ム（104 回折）を示すピークはほとんど検出されていない

４.まとめ

が，暴露 4 週では試料上面（ブロック表面近傍）5mm 内の部分でピークが弱いものの検出された．暴露 26 週では，表連続的に吸水・蒸発を行うセメント系保水性舗装ブロッ

面近傍 1.5mm 内でピーク強度（炭酸カルシウム）がより強

クにおける白華の進行と蒸発冷却性能への影響について，

く確認された．これは，暴露 26 週程度では舗装表面に炭酸屋外実験（暴露試験）を通して把握した．また暴露したブ

カルシウムが析出し始め，それに伴い表面濡れ率と蒸発量

ロックをサンプリングし，細孔構造の変化を確認するととが低下したことを裏付けるものといえる．暴露 78 週では，もに，マイクロ X 線回折分析により表面近傍の白華（炭酸表面近傍 1.3mm 程度に強いピーク強度が顕著に集中し，そカルシウム）の厚さを把握した．今回対象としたのは毛管れより内部（下部）ではピーク強度はほぼ確認されなかっ吸水性能に優れたセメント系保水性舗装材 1 種類のみであた．これより暴露 78 週では炭酸カルシウムが表面近傍

るが，その中で得られた結果・知見を以下に示す．
-5-8.400E4

07.200E4
6.000E4334.800E4
3.600E4

9.600E4

1200001.200E5
9.600E4

8.400E4

8.400E4

7.200E4

7.200E4

6.000E4

96000 9.600E4
6.000E4

4.800E4

4.800E4
84000

3.600E4

3.600E4

2.400E4

2.400E4

1.200E4

1.200E4
60000 6.000E4001080001.080E5

3

9

6

vertical / mm6

vertical / mmvertical / mm

1.200E4
0

9

1

2

3

15
0

Unexposed

Exposure
4 weeks

1

vertical / mm

120

horizontal / mm2

Intensity▼▼

8.400E4 100000

▼▼

▼

▼
▼▼

Depth fromsurface▼▼0 - 0.5 mm

48000 4.800E4
36000 3.600E4
24000 2.400E4

912000 1.200E40612▼：quartz▼：calcite

72000 7.200E4

2.400E46▼1049.600E4

Intensity
1.080E5 (a.u.)

1.080E5

0

Intensity (a.u.)

001.080E5

31.200E5

1.200E5

1.200E5

0

5 mm

12

9
3

15
0

horizontal / mm
Exposure
26 weeks123horizontal/ mm
Exposure
78 weeks

10 mm
20

25

30

35

40

45

2θ
（b）ブロック表面近傍の断面厚さ0-10mmにおけるCaCO3（104回折）ピーク強度（暴露78週）（a）未暴露～暴露78週の試料断面における
12
CaCO3（104回折）ピーク強度分布

図 9 マイクロ X 線回折分析の結果
151）異なる気象条件下で行なった 2 つの屋外実験において，
01
2
3

試験データを蓄積した上で，さらなる分析が望まれる．本ともに積算日射量 3000MJ/m2 程度（暴露期間 9～10 ヶ月）

horizontal / mm

研究の展開としては，高炉スラグ等を配合したセメント系

でほぼ全面が白華した．白華していない実験開始直後の夏

舗装材および，カルシウム成分を含まないセラミック系舗季晴天日では，舗装ブロックの表面濡れ率は 0.9～１，日積

装材での白華出現および長期的な蒸発冷却性能に関する実

算蒸発量は 5～8kg/m2・day，表面温度は日中で概ね気温＋

験結果について今後報告したい．

5℃以内，夜間で気温－3～4℃であったが，白華した翌年の夏季晴天日では，表面濡れ率は 0.25 程度，日積算蒸発量は謝辞

1～2kg/m2・day，表面温度は夜間でも気温を上回り，日最

屋外実験の立ち上げに際して梅干野晁東京工業大学名誉

高表面温度は気温＋15℃程度まで上昇した．つまり対象の教授と浅輪貴史東京工業大学准教授に，細孔径分布測定に

舗装ブロックでは，暴露 9～10 ヶ月でほぼ全面が白華し，際して湯浅昇日本大学教授に指導・助言を受けた．本研究

白華前と比べて蒸発量は 20～25％程度に減少し，蒸発冷却の一部は，文部科学省私立大学学術研究高度化推進事業「生

性能が大きく低下することが確認された．

命工学を応用した資源循環型社会の構築に関する研究」の2）白華（炭酸カルシウム）の厚さを把握するため，細孔径一環として行われた．ここに記し，深謝の意を表す．

分布測定，光学顕微鏡観察，紫外線励起-蛍光像観察，電子線マイクロ分析，およびマイクロ X 線回折分析を行なった

注

結果，マイクロ X 線回折分析において炭酸カルシウムの定注 1）表 1，図 1 の測定で対象とした舗装ブロックは，実験 1・2

量的な検出に成功した．暴露 4 週，26 週（6 ヶ月），78 週

で用いたものと同種だが，必ずしも製造ロットは同一でない．

（1 年半）と経過するに従い，より表面近傍で炭酸カルシ

また，本研究で用いたブロックの材令や養生方法は管理されウムを示すピーク強度が強く確認された．暴露 78 週の試ていない．これら製造ロット，材令，養生方法等により，細孔料では，炭酸カルシウム成分が表面近傍の厚さ（深さ）

径分布や揚水性能，白華の出現の程度に多少の差異が生じる

1.3mm 程度に集中的に析出していた．今後は，この炭酸カ可能性がある．

ルシウムが集中的に析出した部分の細孔構造を把握するこ

注 2）実験場所が異なるのは，筆者の異動と研究環境によるものでとが望まれる．

ある．

円井らが提案する雨水貯留と毛管吸水に着目した蒸発冷

注 3）降水時および降水後数時間は，白華した部分でも濡れて濃い

却舗装システムにおける冷却性能について，ブロック表面

灰色となる．白華面積率や表面濡れ率の測定・分析において，での白華析出により，数ヶ月程度以上の長期の持続性に課

それらの時間は対象外としている．

題があることが確認された．セメント系舗装材の白華の機

注 4）表面濡れ率は次式で導出した．

構に関しては，製造ロット，材令，養生方法，外界気象，

ω＝（x − Ld）/（Lw − Ld）

目地・サンドクッション，水位等の諸条件を整理し，暴露

ここで，ω：表面濡れ率[-]，x：任意の含水状態における近赤-6-

(2014-7)，pp.615-621.

外水分計の指示値[-]，Lw：飽和含水状態における近赤外水分計の指示値[-]，Ld：絶乾状態における近赤外水分計の指示値[-]．

(7) 円井基史，梅干野晁，浅輪貴史，板津佳恵：蒸発冷却舗装シス

なお既報(9)において，表面濡れ率と蒸発効率との間に一定の関テムの基本性能に関する夏季屋外実験

係性を確認している．今回，表面濡れ率は定点 5 点で測定した

けた蒸発冷却舗装システムとその予測評価手法の開発 その 1，が，白華のばらつきを吸収するにはやや少ないため，この点は日本建築学会環境系論文集，第 600 号 (2006-2)，pp.51-58.

都市熱環境改善に向(8) 円井基史，梅干野晁，浅輪貴史，板津佳恵：蒸発冷却効果を有

今後の課題としたい．
注 5）ここでの表面濡れ率と蒸発量の低下について，冬期の凍結にする舗装体の表面濡れ状態に着目した熱・水収支特性の把握よるブロック細孔の破壊に伴う毛管水みちの断裂や，黄砂，粉都市熱環境改善に向けた蒸発冷却舗装システムとその予測評

塵，サンドクッションに含まれる粘土等の影響の可能性も考価手法の開発 その 2，日本建築学会環境系論文集，第 610 号(8)(2006-12)，pp.75-82.

えられる．ただし，既報 における本報と同種ブロックを用いた従来型の保水性舗装における越冬後の蒸発量，および，本報(9) 円井基史，梅干野晁，浅輪貴史：毛管吸水性能を有する保水性

後に行なった別の舗装材を対象とした暴露試験結果等を踏ま舗装の含水状態と表面濡れ状態を考慮した熱・水収支モデル

えると，上記の凍結，黄砂，粘土等の影響は限定的だと考えらの開発，都市熱環境改善に向けた蒸発冷却舗装システムとそれる．

の予測評価手法の開発 その 3，日本建築学会環境系論文集，

注 6）
実験 2 では試験体近傍での気象条件を測定していないため，

第 653 号 (2010-7)，pp.577-584.
(10) 梅干野晁，円井基史，松本明広，浅輪貴史：雨水貯留と毛管

日射量については近隣（輪島，富山，福井）のアメダスデータの平均値を，相対湿度は金沢のアメダスデータを用いた．

吸水に着目した蒸発冷却舗装システムにおける夏季屋外実験

注 7）実験 1，2 は，実験場所，試験体の面積，断面構成，目地のによる舗装体の形状と断面構成の検討，日本ヒートアイランド学会論文集，Vol.6 (2011-11)，pp.30-38.

砂，満水時の水位等が異なっている．これらの異なった条件下(11) Report of building research: Bond with report of director of building

では白華出現の程度に差が生じる可能性も考えられる．筆者

research (1927).

らは本報の実験後，10 種類程度の異なる保水性舗装材を対象に白華に関する暴露試験を数回（種）行なっている．その中で，白華の大きな要因は，上述した条件よりも，「舗装材がセメン(12) 小坂賢二，平野英作：鉄筋コンクリート造建物の耐久性増進に関する研究地上壁体の防水とエフロレッセンスの防止について，日本建築学会研究報告，第 27 号 (1954-5)，pp.29-30.

トを含む」「降水が舗装システム内に貯水される」「舗装表面で(13) 竹本国博，高橋秀夫，東海林正，牧野弘志：セメント製品の連続的に蒸発が継続する」ことであると考察している．
注 8）未暴露の中層については表 1，図 1 と同様の測定となるが，白華発生に関する基礎的研究，セメント・コンクリート，第 191号 (1963-1)，pp.15-25.

測定の時期や装置は異なる．
注 9）暴露 26 週または 78 週の試料をサンプリング後に分析を開(14) 斎藤鶴義，石井四郎：エフロレッセンスを防ぐには セメン

始した．採取試料は分析までの間，室内にて気乾状態で保管しト製品の白華とその防止法，建築技術，第 209 号 (1969-1)，

た．保管中の試料について，水和反応の進行等は考えられるが，pp.73-84.
(15) 寶迫晏：エフロレッセンス，セメント・コンクリート，第 409

気乾状態であり白華の進行はないものと考えられる．

号 (1981-3)，pp.48-52.
(16) 真野孝次，飛坂基夫，熊原進：セメント系材料の白華試験方

参考文献(1) ヴタンカ，浅枝隆，ユスフ ムハマド アブ：地中水分の分散を法の検討 その 1. モルタル試験体を用いた場合の諸条件の検討，日本建築学会関東支部研究報告集 (1982-7)，pp.317-320.

利用した夏季の舗装表面の温度緩和－保水性舗装の利用－，
水工学論文集，第 40 巻 (1996-2)，pp.449-454.

(17) 松尾隆士，田中享二，石崎武志：鉄筋コンクリート補強され(2) 福田萬大，越川喜孝，辻井豪，浅枝隆，藤野毅：夏季に給・散た歴史的煉瓦造建造物に生じる白華現象のメカニズム : 煉瓦

水した保水性舗装の熱環境緩和特性に関する実験的研究，土中の含水量が白華現象に及ぼす影響，日本建築学会構造系論

木学会論文集 No.613/V-42 (1999-2)，pp.225-236.

文集，第 587 号 (2005-1)，pp. 23-29.

(3) 赤川宏幸，小宮英孝：表面を連続的に湿潤できる舗装体に関する実験的研究，日本建築学会計画系論文集，第 530 号 (20004)，pp.79-85.

(Received October 25, 2021, Accepted April 15, 2022)(4) 国土交通省関東地方整備局：報道記者発表資料「環境舗装東京
プロジェクト」 (2004-5).
(5) 陳偉嬌，水谷章夫，大澤徹夫：日射を受けた常時濡れ面での蒸発冷却効果及び蒸発性能の劣化

吸水機能を有する透水性ア

スファルト舗装材の蒸発冷却効果に関する研究 (その 2) ，日
本建築学会環境系論文集，第 610 号 (2006-12)，pp.27-34.
(6) 足永靖信，武田仁：保水性建材を設置した建物の表面温度及び熱負荷に関する検討，日本建築学会環境系論文集，第 701 号-7-