保水性コンクリートに関する研究開発
Research and Development of Water-Retaining Concrete
住学*1

山口Manabu Sumi

高松博史*2Hiroshi Yamaguchi

誠*2

大原Takamatsu Makoto

梶山毅*1

Tsuyoshi Kajiyama

達朗*3Tatsuo Ohara

要旨
本開発では事務所・集合住宅などの建物屋上を対象として、「打ち水」により屋上スラブ面と周辺気温の温度上昇を抑制する保水性材料・システムの構築を目指した。今回の開発成果を以下に示す。
1) 打ち水の効果を長時間保つことのできる「CAP ブロック」について、目標性能である保水量 0.15g/cm3、吸上げ高さ 70%、曲げ強度 1.0N/mm2 を確保できる調合の検討を行った。
2) 小型モデル実験により温度上昇抑制効果を検証中である。
3) 本開発技術により、ヒートアイランド現象緩和対策に寄与する環境配慮型の提案が可能となる。

キーワード：打ち水 ヒートアイランド 保水性 コンクリート 温度上昇抑制効果

１．はじめに近年、地球の温暖化により、世界レベルで気温の上昇が進んでいる。図 1 に示すように 1861 年以降、気温は上昇傾向にあり、20 世紀中では気温上昇量が 0.6±0.2℃と報告されている 1）。
一方、日本においても平成 16（2004）年の夏には各地で最高気温の記録を更新するなど、気温の上昇が続いている。
気象庁による全国主要都市の観測結果では、過去 100 年当たりの平均気温の上昇率は約 1℃／100 年であり、図 2 に示

図1

地球の平均気温の変化 1)

すように中小規模の地方都市と比較し、東京などの大都市での上昇率が大きくなっている。これは地球温暖化による影響に加え、都市化が進行したことによる昇温とされるヒートアイランド現象が大きな要因となっている 2）。
こうした背景をふまえ、本開発では、事務所・集合住宅などの建物屋上を対象として、「打ち水」により屋上スラブ面と周辺気温の温度上昇を抑制する保水性材料・システムの構築を目的とした。新規開発の「打ち水」の効果を長時間保つことのできる保水性材料により屋上を被覆することで、散水による蒸発潜熱を利用して屋上スラブ面の温度上昇を抑制し、ヒートアイランド現象緩和対策、屋内冷房負荷の低減、さらに屋上露出防水層の保護効果を期待するも図2のである。

*1

技術研究所

建築技術研究部門

*2

東京本店

建築部

*3

100 年当たりの年平均気温の上昇率 2)

東京本店

建築設計部

1.1 ヒートアイランド現象
温暖化等による世界的な気温上昇の中、都市部では人口集中や、建造物の増加（緑地の減少）などにより、都市部の気温が周辺地域よりも高くなり、都市とその郊外を含めた地域の等温線を描くと、島の形のような高温部が都市部に現れる。これをヒートアイランド現象と呼んでいる。関
東地域では、気温 30℃を超える時間数を積算した場合、1981～1999 年の間に 2 倍以上に増加している（図 3）3)。
ヒートアイランド現象を形成する要因を模式的に表したものを図 4 に示す 4)。ヒートアイランド現象は、都市化に伴う「地表面被覆の人工化」、「人工排熱の増加」、「都市形態の変化」が大きな要因とされる。なかでも都市部での地表面の人工被覆は増加の傾向にあり、東京都では人工的に被覆される面積の割合は 80%を超えている（図 5）5)。
1.2 建設業界の対応施策やガイドラインとして「エコマテリアルの採用」、「開発地区での緑化推進・風の道の計画」、「省エネ対策としての建物の冷暖房負荷低減」などが策定され、国土交通省や東京都などの各行政機関において主導的に取り組まれている（図 6）6)。特に、建設業界ではヒートアイランド現象緩和対策である「地表面被覆の改善」として、「建物緑化・整図3備」、「保水性舗装・建材の利用」、「高反射・遮熱塗料の利

気温 30℃以上の延べ時間変化 3)用」などの技術開発が積極的に行われている。
100

人工の被覆率［％］9080706050
1968

1986

1991

1996

年数

図4

ヒートアイランド現象の形成要因 4)

図6

図5

東京都の地表面の人工被覆率の推移 5)

ヒートアイランド対策（国土交通省）6)

２．開発の概要

2.32.1が蒸発する際に蒸発潜熱として水蒸気が熱を奪い、屋上面保水性材料

保水性材料は、水分を保持する空隙を備え、蓄えた水分開発目的

ヒートアイランド現象緩和対策、並びに建物屋上表面温の温度を下げることが可能な材料である。また、毛細管現度上昇抑制による室内の省エネルギー化（人工排熱の減少）

象により下層の水分を吸い上げて保水することも可能であを目的に、事務所、集合住宅などの建物屋上を対象として、る。

「打ち水」による屋上スラブ面と周辺気温の温度上昇を抑ヒートアイランド現象緩和対策として用いられる保水性制する保水性材料・システムを開発することを目的とした。

材料は、インターロッキングブロックの保水性能を向上さ今回開発する保水性材料は、これまでに開発され、市販せたコンクリート系、レンガやセラミックスなど焼成過程されている保水性舗装用ブロックと異なり、軽歩行用としを経て製造されるセラミックス系に分類される。こうしたて低コスト・軽量化を実現できる材料を目標とした。また、

保水性材料は、温度上昇抑制効果の比較実験結果 7)によるシステムとしては既存の散水設備を利用することとした。と、ブロックの種類により表面温度上昇抑制効果が 1 時間

本システムでは、下記に示すような効果が期待される。

程度～10 時間程度と幅があり、材料の保水性能との関連も認められる。表 1 に保水性ブロックの種別を示す。

［ヒートアイランド現象緩和対策］
表1

・打ち水効果により建物上空の大気を冷却→失われた緑地回復の一助

種別

セラミックス系

コンクリート系

特徴

・焼成により成形・磁器質
焼成温度 1250℃以上
・陶器質
焼成温度 1000℃以上
・高価

・セメント系材料により固化・骨材が多孔質、連続空隙・セメントペースト質が多孔質
・セラミックス系よりも安価

・打ち水効果による屋上スラブ温度の上昇抑制→

冷房負荷低減の可能性

・ヒートアイランド現象緩和対策の提案→

保水性材料の分類

環境対策技術の蓄積［コスト削減］
・屋上緑化に代わる低コストのヒートアイランド対策システム
・緑化植物のメンテナンス費用等の削減

2.4

散水システム

保水性材料で建物屋上を被覆して温度上昇抑制効果を期

・屋上露出防水層の低コストな待するためには、定期的な散水が必要である。散水量・散保護ブロックによる耐久性向上

水時間については、その保水性材料の保水性により決定する。散水量に関しては、保水性材料が一定量の水分を保持

2.2

システム概要するために、降雨による給水を考慮して、必要に応じて散本開発では市販の保水性材料の性能を検証し、打ち水効水を行うことを基本とする。レインセンサによる散水の発果が有効に発揮できる保水性材料を選択するとともに、当停や保水性材料内部に埋め込んだ湿度センサ等による散水社オリジナルの保水性材料を開発し、散水システムを組み量の調整が可能と考えられる。散水に用いる水は水道水を合わせたシステムを構築することとした。システム概要イ

想定するが、雨水の再利用も可能とする。

メージの一例を図 7 に示す。

降雨
保水性
コンクリート平板

散水パイプ

スペーサ
防水層
スラブ

図7

システム概要３．開発システム

名称は、材料である石炭灰（粗粒分，CA）と有機繊維材料の頭文字（P）を組合せ、建物屋上を被覆する帽子（CAP）

3.1の意味を持たせ「CAP ブロック」とした。写真 1、2 に石炭

保水性材料の要求性能

保水性材料に求められる要求性能を以下のように定める。

灰（粗粒分）および有機繊維材料の外観を示す。

性能目標値は、保水性舗装用コンクリートブロックの品質
表3規格 8)に準じて表 2 のように設定した。
材料

・保水性能：既存製品に近い保水性能
・軽歩行用：メンテナンス対応歩行用とし、通常の歩行者系道路としての曲げ強度 3.0N/mm2 は不要

使用材料
物性等
密度：3.16g/cm3

セメント

早強ポルトランドセメント

有機繊維
材料

気乾状態における吸水率：約 20%
園芸用資材として用いられ、保水性・吸水性に優れる

石炭灰

石炭火力発電所において排出される石炭灰のうち微粒分であるフライアッシュを除いた粗粒分を使用。主成分は一般土壌とほぼ同じで大半は二酸化ケイ素と酸化アルミニウム。粒子の表面には 1～20μm の無数の細孔が存在し、保水性に優れる。
密度：2.1～2.3g/cm3 乾燥密度：1.1～1.2g/cm3
浸水膨張率：0.012～0.036%
比表面積：3.5～4.5m2/g 細孔容積：0.15cc/g

特殊混和剤

2 液混合型特殊増粘剤
水に対し 0.5～5.0%の 2 液等量混合により、高い増粘性能が得られ、セメントペーストにおいては硬化体に微細空隙を形成し、保水性を付与する。

・産業廃棄物の有効利用：石炭火力発電所排出の石炭灰のうち有効利用されるフライアッシュを除いた粗粒分の利用
表2
各種性能
JIPEA 規格

目標数値

3.2

保水性材料の性能目標値

保水性

吸水性

曲げ強度（圧縮）

保水量

吸上げ高さ

3.0N/mm2 以上

70%以上（17.0）

30.15g/cm 以上

2

保水量

吸上げ高さ

1.0N/mm 以上

0.15g/cm3 以上

70%以上

（6.0）

散水システムの要求性能

保水性材料で建物屋上を被覆してヒートアイランド現象緩和や躯体の冷却効果を期待するためには、定期的な散水が必要である。散水量・散水時間については、保水性能等により決定する。散水量に関しては、保水性材料が一定量の水分を保持するために、降雨による給水を考慮して、必要に応じて散水を行うことを基本とする。散水に用いる水は水道水を想定するが、雨水の再利用も可能とする。
3.3

保水性材料の開発

保水性材料に使用する材料を表 3 に示す。セメントは初

写真 1

石炭灰（粗粒分）

期強度を確保するために早強ポルトランドセメントとし、これに、有機繊維材料と石炭灰（粗粒分）を加えて、それぞれの保水性能を生かし、特殊混和剤により施工性を改善させるものとした。特殊混和剤はセメント硬化体に微細空隙を形成することで、保水性をも付与できるものである。
石炭灰は石炭火力発電所から排出される産業廃棄物であり、微粒分であるフライアッシュを除く粗粒分の多くが埋め立て処分されているため、有効利用先が求められているのが現状である。本開発の保水性材料は産業廃棄物の受け入れ先ともなり、原材料コストとしては輸送コストが中心となるため、低コスト化が実現できると考えられる。

写真 2有機繊維材料

温度上昇抑制効果確認試験は、以下のように実施した。

試し練りの結果、表 4 に示す調合により所要の性能目標値を満足することが確認できた。強度および保水性能は、このバランスを調整することにより変更可能である。ただ①供試体はブロックそのまま、もしくは任意の寸法に切り出した供試体とする。

し、強度と保水性能は相反する要求性能であり、強度を確②温度センサーをブロック表面に接着する。

保するために保水性能を調整する必要がある。

③ブロックを水中（15～25℃）で 24 時間吸水させ、供試
表4CAP ブロックの調合例

体を取り出して濡れウエスで水膜をぬぐう。

計量値（上段 見かけかさ容積 L，下段 g）
水セメント④ブロック上面から 30～50cm（任意の距離）離し、ハロゲンライト 500～800W を照射してブロック内部の水分

石炭灰
有機繊維（粗粒分）
材料

特殊増粘剤を蒸発させる。その際の表面温度の経時変化を測定する。測定は定常状態になるまでを基本とする。

1.351350

2.00
2600

2.00
18002.00300

水に対する質量%（内割り）

各 2%

4.3

試験結果

4.3.1

強度試験結果切り出し供試体による強度試験結果を表 6 に示す。曲げ４．既存の保水性材料を用いた比較実験

強度では、表 2 に示した目標値に対する強度比で、セラミックス系が 1.8～4.0、コンクリート系で 1.7～3.0、CAP ブ

4.1

ロックは 2.0 であった。なお、圧縮強度に対する曲げ強度試験体比較実験に用いた試験体は、市販の保水性材料のうち、セラミックス系 4 種類、コンクリート系 2 種類に加えて、コンクリート平板ならびに今回開発した CAP ブロックとしの比はセラミックス系において 0.19～0.65、コンクリート系で 0.17～0.29 であった。
表6

強度試験結果（切り出し供試体による）

た。
試験体

4.2

試験項目および試験方法

種別

曲げ強度の強度比

圧縮強度の強度比

A2.72.6試験項目および試験方法を表 5 に示す。曲げ強度試験は

B

1.80.7

各ブロックから切り出した試験片（40×40×160mm）によりC

4.01.1実施した。圧縮強度は曲げ試験終了後の試験片を用いて、

D

2.31.2E

1.71.23.02.22.01.1

40×40mm の載荷板により行った。保水性能を表す指標のうち、保水量および吸上げ高さは（社）インターロッキング
ブロック舗装技術協会（JIPEA）による品質規格である「保水性舗装用コンクリートブロックの品質規格」 8) に準拠し強度比はそれぞれ表2に示した目標値に対するものとした。
22A～Fは曲げ強度が3.0N/mm 、圧縮強度が17.0N/mm

2

CAPブロックは曲げ強度が1.0N/mm 、圧縮強度が6.0N/mm

表5
試験項目

保水性能

コンクリート系

CAPブロック

2て行った。

強度試験

F

セラミックス系

試験項目および試験方法
試験方法・規格等

曲げ強度(N/mm2)

JIS A 5371（プレキャスト無筋コンクリート製品）
推奨仕様2-1（平板），2-3（インターロッキングブロック）等

圧縮強度(N/mm2)

JIS A 5371（プレキャスト無筋コンクリート製品）
推奨仕様2-1（平板），2-3（インターロッキングブロック）等

保水量(g/cm3)

JIPEA保水性舗装用コンクリートブロックの品質規格

吸上げ高さ
(%)

吸水性試験，30分間の吸上げ高さ
JIPEA保水性舗装用コンクリートブロックの品質規格

吸水率/含水率(wt%,vol%)JIS A 5406（建築用コンクリートブロック） 吸水試験等

気乾/表乾密度(g/cm3)

JIS R 1250（普通れんが）等

温度上昇抑制効果

ハロゲンランプ照射による水分飽和状態からの試験体温度測定7)

4.3.24.4

保水性能試験結果

システム検証のための小型モデル実験

小型モデル実験概要を表 9 に、設置状況等を写真 3 に示保水性能試験結果を表 7 に示す。湿潤状態である表乾密度はセラミックス系で 1.7～2.1 g/cm3、コンクリート系です。今後、夏期検証を実施予定である。

2.0～2.3 g/cm3、CAP ブロックでは 1.2～1.8 g/cm3 であっ表9た。保水量はセラミックス系が 0.16～0.30 g/cm3、コンクリート系で 0.14～0.21 g/cm3 であった。一方、CAP ブロッ

小型モデル実験概要

実施場所

技術研究所 3F テラス（茨城県つくば市）

試験体種類

セラミックス系
4 種類
コンクリート系 2 種類
コンクリート平板，CAP ブロック

ある吸上げ高さは、ブロックにより試験を行い、セラミッモデルサイズ

各種

クス系で 95～99%、コンクリート系で 90～98%、CAP ブロッ設置工法

インターロッキングブロック工法

クでは 77%であった。

設備等

スプレー式散水設備（プログラムタイマーによる発停）

計測点

ブロック表面および裏面、外気温

3

ク で は 0.35 ～ 0.44 g/cm で あ り 、 目 標 保 水 量 で あ る
0.15/cm3 を満足する結果となった。なお、吸水性の指標で

表7

表乾密度 絶乾密度(g/cm3)(g/cm3)

吸水量(g)

吸水率
吸水率(%,質量) (%,体積)

保水量(g/cm3)

吸上げ高さ(%)

A

98.0 × 198.0 × 60.0

2.15

1.95

235.1

10.3

20.2

0.20

96

B

148.0 × 298.0 × 49.0

1.80

1.60

439.9

12.7

20.4

0.20

95

C

148.0 × 298.0 × 49.0

1.78

1.56

486.4

14.4

22.5

0.23

99

D

295.0 × 295.0 × 60.0

1.86

1.59

1402.9

16.9

26.9

0.27

99

E

98.0 × 198.0 × 60.0

2.20

1.92

318.2

14.2

27.3

0.27

90F98.0 × 198.0 × 60.0

2.141.95214.99.518.50.1898

コンクリート平板

295.0 × 295.0 × 60.0

2.362.23690.2

5.913.20.1311CAPブロック

150.0 × 300.0 × 50.0

1.330.92

931.1

45.0

41.40.4177

写真 34.3.3

合計

約 8m2

保水性能試験結果（ブロックによる）試験体寸法(mm)

試験体種別

約 1m2

設置状況（左），散水状況（右）温度上昇抑制効果確認試験結果

温度上昇抑制効果確認試験結果を図 8 に示す。温度上昇

５．まとめ

抑制効果が認められたものは、セラミックス系ではＡ、Ｂ、Ｄ、コンクリート系ではＥが 5 時間程度の温度上昇抑制効

開発成果を以下に示す。

果を発揮した。一方、CAP ブロックは既存の保水性材料と・「打ち水」の効果を長時間保つことのできる「CAP ブロッ

比較して、温度上昇曲線にセラミックス系のような温度停ク」の調合選定を行い、保水量 0.15g/cm3 以上、吸上げ滞を示す明確な棚はないものの、コンクリート平板と比較高さ 70%以上、曲げ強度 1.0N/mm2 以上を確保した。

して 10℃程度低く保たれる結果となった。なお、今回の比・小型モデルにより温度上昇抑制効果を検証中である。

較実験は各ブロック 1 枚について実施しており、同一サイ・本技術により、ヒートアイランド現象緩和対策に寄与すズの試験体による比較実験の実施も必要と考えられる。まる環境配慮型の提案が可能と考える。

た、温度上昇抑制効果は、水が蓄えられる細孔構造が大き

なお、保水性材料を用いた場合の躯体温度上昇抑制効果

く関与していると考えられ、細孔径分布の測定などが必要や、冷房負荷低減等に関する解析などについては、今後のと考える。

検討課題とする。

100【謝辞】
各社より試験体を提供いただいた。ここに謝意を表します。

温度（℃）

8060ABC
DEF
コンクリート平板
ＣＡＰブロック40
ＣＡＰブロック20002468101214

経過時間（時間）

図8

温度上昇抑制効果確認試験結果（ブロックによる）【参考文献】
1）IPCC：第三次評価報告書，2001
2）気象庁：20 世紀の日本の気候，2002.33）環境省：平成 12 年度 ヒートアイランド現象の実態解析と対策のあり方についての報告書＜増補版＞，2001.104）環境省：ヒートアイランド対策の推進のために，2000.125）東京都ヒートアイランド対策推進会議：ヒートアイランド対策取組方針～環境都市東京の実現に向けて～，2003.36）国土交通省：平成 17 年度国土交通白書
7）萩原伸治，藤本哲夫，田坂太一，岡田朋和：保水性建材の蒸 発 性 能 に 関 す る 実 験 ， 日 本 建 築 学 会 大 会 梗 概 集 D-1 、pp.637-638、2005.98)JIPEA： 保 水 性 舗 装 用 コ ン ク リ ー ト ブ ロ ッ ク の 品 質 規 格 ，2005.7