石炭灰を再利用した保水セラミックスの作製とヒートアイランド緩和効果の評価

l.目的

小田建設㈱では、火力発電所から副産物として生成する石炭灰を再利用したセラミックス吸音材(キュート萩)を製造している｡このキュート萩は吸音性、保水性、断熱性、軽量性など様々な特徴をもち、幅広い用途が期待できる多孔質材料である。 本研究ではキュート萩の保水性に着目し、屋上緑化や保水性路盤材と同様にヒートアイランド緩和効果に向けた実用化の検討を行っている。そのため、保水したキュート萩の表面温度や水分蒸発量の経時変化から蒸発潜熱効果を測定し､ヒートアイランド対策に最適な材料設計の指針を立てることにした。

2.方法

2.1 試料作製
石炭灰(あるいは珪灰石)、パーライト、高炉スラグの混合粉体に水ガラスを加えて加圧成形した。その後、倒焔式の焼成炉にて1100℃で2時間の焼成を行った。以後､簡便のため石炭灰を主原料とした試験片をFA、珪灰石を主原料とした試験片をWOと表記する。

2.2 物性評価
断熱性の型枠に乾燥した試験片をはめ込み、恒温槽(25℃、50%RH)の中で上面からビームランプを照射して表面温度の経時変化を測定した。さらに、試験片の表面温度が定常化した後に一定量の水を加えて蒸発潜熱による表面温度の低減効果を観測し、保水した試験片の重量変化から水分蒸発量の算出を行った。 なお、多孔質材料の基礎物性となる嵩比重、吸水率、気孔率の測定にはアルキメデス法を適用し、材料強度については3点曲げ試験を行った。

3.結果および考察

3.1 装置校正と条件設定
図1に定常状態におけるランプ照度と乾燥試料の表面温度について関係を示す。試験片FAおよびWOの両方とも、ランプ照度の増加に伴って表面温度が上昇しており、両方の温度差は色調の違いによる光の反射効果が寄与していると考えられる(FA：茶色 WO：白色)。また、ランプ照度に対する温度上昇率は曲線的であり、ランプ照度の増加に伴って反射の寄与が大きくなっていることを示唆する。
FAの試験片を日中(2011年6月)の屋外にて表面温度を簡易的に測定したところ、その温度が55℃前後であったことから､水分蒸発量の測定では照度6000ルクスを設定条件とした。

3.2 表面温度と水分蒸発量
図2にFAおよびWOについて表面温度の経時変化を示す。FAおよびWOともにランプ照射から90分で表面温度が一定になり、乾燥時の表面温度はFAが58℃、WOが45℃となっている。ランプ照射から150分経過後に10mlの水を滴下すると、両試験片とも表面温度が低下して35℃前後になった。すなわち、いずれの試験片でも水の蒸発潜熱による効果が確認され、含水時には色調による温度差はほとんど無いことが判明した。その一方で、試験片の定率乾燥期間はWOの方が長いことから、この差は水分蒸発速度の違いを反映していると考えられる。
本講演では、フライアッシュと珪灰石の配合系についても同様の測定を行い、水分蒸発速度の視点からヒートアイランド現象の対策に最適なキュート萩の改良方針についても言及する予定である。