合成高分子防水材料の熱劣化負荷地図の作成とその利用

【論 　 文

1

UDC ：699

．

82 ：691

．

17 日本 建 築学 会 楞 造系論 文報告集 第408 号

・

1990 年 2 月

合

成

_高

分

子 防 水 材

料

の

熱

劣

化

負荷

地

図

の

_作成

と

そ

の

_利

_用

正 会 員 正 会 員 正 会 員 正 会 員 正 会 員 田

橋

柊

冨

小

中

田

平

板

池

享

迪

二 ＊

浩

＊ ＊

健

＊ ＊ ＊ 出 ＊ ＊ ＊ ＊ 示

夫

＊＊＊ ＊＊ 　

1．

は じ め に 　建 築 用 高 分 子 材料は

，

種々の要因 に よ り変 質 劣 化する が

，

これらが屋 外で_使用さ れ る場 合

，

その_劣化は気 象に 起 因する

。

とこ ろで気象条件は

，

我が 国で は国土 が 南 北 に長い ため

，

地域に よっ て大 き く 異 な り， し た が っ て材 料の劣 化も

一

様では ない。 あ る材料が， あ る地 域で使 用 さ れた場合

，

ど

op

よ う に性能が 変 化し てい くかを知るこ と

，

し か も それを 全 国的広が りの中で予測す る こ と は

，

建築物の_耐久 性を考 慮し た設 計 あるい は維 持 管 理に計 画 性 を与え る情 報の基 礎 とな る。 　 耐 久 性に関する最 も確 実なデ

ー

タは

，

通 常屋 外 暴 露 試 験よ り得られ る

。

しか し

，

結 果 を入 手 する まで長 時 間を 要 する

。

そ のため

，

時 間の短 縮 化を図り

，

負荷 条件を多 少 苛 酷 化 した促 進 試 験で代 替される こと が多い。 促 進試 験と屋外暴露にお け る劣 化の定 量 的 関 係が明 確であ れ ば

，

原理 的に は促 進試 験に よっ て耐 久 性を予 測しうるこ とにな る

。

しか し， 屋 外 暴 露試験は

，

多 大の費 用と労 力 を要す る た め， 限 ら れ た地 点で し か な さ れ ない こと が多 く

，

知 見が固定 化さ れてい る。 他の地 域 あるい は

，

任 意 の地 域へ の適用 を可 能にする た め に は

，

促進 試験と 屋外 暴 露 試 験 との量 的 関 係を記 述し

，

それ を面的に拡張 し た シス テム を作り上げ る必 要が あ る

。

　そ の ためには

，

促 進 試 験と 屋外暴露 試 験 との量 的 関係 を接 続 する概 念が 必要と な る

。

そこで， こ こ で は熱 劣 化 負荷値という量を定 義し て提 案す る

。

これを地 図 化 し た もの を作成す れば

，

まず促進 試 験によ り材 料の変 質 劣 化 の_{基 本 的 挙 動}を明らか に し， 次にその劣 化 負 荷 地 図を用 いて屋外暴露 試験結果を推 定， す な わち， 任 意 地 点の材 料の耐 久性を 予測す るとい う

_，

一

連の作 業 を完 結 するこ とが可 能と な る。 　 幸 _{東京工業 大 学 　工業 材 料 研 究 所 　 助 教 授}

・

_工博 　 ＃ 東京 工業大学　工業材料研究所

・

助 手 　＃ ＊ 東 京工業 大 学　大 学 院 生 ＃ ＊ ＊ 建設 省 建 築 研 究 所 　 主 任 研 究 員

・

工 博 ＊＊＊ ＃ 東京工業大学　工業材料研究所　教授

・

工博 　 　 〔1989年9月8日原 稿受 理

，

1989年11月15日採用決 定 ） 　こ こで は

，

劣化 要 因とし て熱だ けをまずと り あ げる

。

熱はそ れ自身だ けでも大き な劣 化 作 用 を も ち， さ らには そ の他の要 因とも複合 化し て影 響を及ぼ す， とい う よう に材料の劣化作用因子の _中で も最も基本的な要因 と考え ら れるか らであ る

。

　ま たこれ に は具 体 的な材 料と， 具体的な使用部 位を 限 定しな け れば

，

定量 的な議論 ができない

。

そのた め， す で に筆者 らが

，

促 進試 験と 暴露 試 験と の定 量 的関係の記 述 を 可 能に し てい る合 成 高 分 子 防 水 材 料 を 取り上 げ る1）

。

使 用 部 位 として は

，

建 築 材 料の中で最 も熱の影 響 を強く受けると思わ れ る屋 根を

，

対 象工 法 は露 出型の断 熱 防 水 層 を想 定 した。 　すなわち

，

本 研 究で は

，

断 熱防水層を対象と し

，

そ れ に用い られ る防 水 材 料の耐 久 性を予 想す る た めの

，

_熱劣 化 負 荷 地 図 を中 心 と した予 測 手 法 を確 立す ること を目的 と す る

。

さ らに は実 際の劣 化は

，

熱 以 外に も

，

種々 の要 因が作用し て い る はずで あり

，

そ の中で熱 単独の効果だ け と し た場 合， どの程 度こ の地 図 を用い た手 法で説 明し 得る かの検 討も行っ た。 　と こ ろ で任 意 地 域で の材 料の_変質 劣 化の _予測は

，

工業 材 料にとっ て

，

特にそ れ が屋 外で利 用さ れ る場 合に は極 めて重 要であ る。 し か し筆者らの研究も含め て， 限ら れ た地点に お け る耐 久 性 を論 じた研 究は多 く存 在す る がZ）

−

S）

_，

_{そ れ を面的に広げ た耐 久 性の評 価は そう多く は} ない

。

特に合 成 高 分 子 防 水 材 料につ い て の研 究は ほとん どない

。

ただ本 研 究で取り扱 う材 料そのもの では ないが

，

その_考え_方におい て参 考と な るもの とし て は_， 例え ば金 属材 料の_腐食につ い て は_， 神 山の 日本 腐食 地 図がある9，

_。

これ は腐食に関与す る気 象 要 素 を も とに回 帰 式 を得て， 地 図 化し たもの で あ り， リム ド鋼とキル ド鋼につ い て腐 食 量を予 測す る方 法を提 案し てい る

。

ま たコ _{ン ク リ}

ー

_ト の凍 害に関しては

，

長 谷 川の 凍 害 危 険 度 地 図がある10）

。

これ も精緻な実 験と気 象デ

ー

タの吟 味に よ り， 凍 害の予 想さ れ る程 度 を段 階 付 けし たものである。 高 分 子 材 料に つ い て は

，

具 体 的な 試 み は ほ と ん ど ない が

，

冨板 等によっ

一 11 一

て

，

熱劣化 予 想マ ッ プ が提 案さ れ ている11）

。

これ は

，

ブ ラックパ ネル の温 度 を用い， 劣 化 程 度 を地 図化 し た もの で_，基 本 的に は高分子 材料に適 用する こ と が可能である

。

　

ところ で材 料の耐 久 性予測で は， 任 意の材 料 を任 意の 地 点で使 用し た時の情 報 を定 量 的に知る必 要がある

。

も ち ろ ん任 意の材 料といっ て も無 制 限で は な く

，

基 本 的に は同じ用 途を対象と し た似た性 質をもつ材 料に限ら れる し

，

ま た任意地点といっ て も今のところ少な く とも気 象 デ

ー

タの入手し う る範囲に限 ら れ る

。

し か し

，

その範 囲 の _中で上記の_要件をでき る だ け満足 す る 必要が あ る。 こ の観 点か らみ ると

，

腐食 地 図は特定の 材 料の屋外暴 露 試 験 をも とに組み上げ ら れ た もの であ る た め

，

他の材料へ の_転用が難し く，ま たコンク リ

ー

トの凍害危険 度 地 図は

，

具 体的な変化量が数値で_得ら れ る もの では な く

，

また

，

ブラックパネル を用い た熱劣化 予想マ ップは

，

具 体 的な 材料を取り扱う場 合

，

材料ご と に大が かりな計 算 を要 す る

。

以 上の よ うに

_，

_考え方の面か ら も本研究で意 図し て い るよ う な観 点か らの変 質 劣 化 を 具 体 的に 予 測 するとい う研 究は ほとんどないの が現 状で あ る

。

　

2．

対 象 と した 防 水 層 と その温 度の測 定 　 2

．

1 対象とし た防 水 層の構 成 　 防 水 層は材 料 温 度が最 も上 昇 する こと が予 期され る図

一1

に示す黒 色の露 出 断 熱 防 水 層と し た。 防 水 層の中 心 部に は

，

温度測定の た めの銅

一

コ ン ス タンタン熱 電 対が 埋め込ま れて いる。 ま た

，

こ の防 水 層の面 積は 300mm ×

300mm

で あ り

，2

次元方 向へ の熱の_移動_{防 止の ため}

，

周 辺は すべ て_{断 熱}材で囲っ た。 ま た防 水 層の表 面 を黒 色 と し た の は

，

熱の吸 収が大 きい こと を 期 待 したた め であ る。 温 度 測 定 用 材 料に は

，

熱 電 対 埋 め込み の容 易な ウレ タ ン塗 膜 防 水 材 を利 用 し た

。

そ の熱 伝 導 率 は O

．

　15

kcal

／mh ℃ で あ り

，

多 くの 合 成 高 分 子 防 水 材 料は，

O．

　

12− O．

　

16

　

kcal

_／mh ℃ _{程 度}で あ るため12）

・

13〕

_，

_{熱 的な性}

O

 

OO

牌

OW

周

ロ

n 　 O

咀

旧 目

［

一

₁₂

一

図

一

1　温度 測定 用 防 水 層 （単 位 ntm） 写真

一

1 測定状 況 質か ら は

一

般 的な合 成 高 分 子 材 料と み な しうる。 　 2

．

2 防水層 温 度の測 定 　熱 劣 化 負 荷は_， 防 水 材 料の温 度とそ の継 続 時 間とによ り決 定 され る。 それ ゆ え 防 水 材 料 温 度 を10分 ご とに測 定 記 録した

。

な お防水 層は屋 外に水 平に設 置し た

。

　測 定 地 点は_{札 幌 （北}海 道 大学建築工_{学 科 3F 建 物}屋 上 ）， 横 浜 （東 京 工 業 大 学9F 建 物ペ ン トハ ウス屋 上）

，

那 覇 郊 外 西 原 町 （琉 球 大 学工学 部 実 験 棟 屋 上

。

以下 那覇 と記す。）の 3地点と し

，

測 定 期 間は昭 和61年4月 1E ［ か ら昭和

62

年

3

月

31

日までの

1

年 間であ る。 各 測 定 地 の 測 定 状 況 を写 真

一

1に示す

。

　な お， 測 定 地横浜で は防 水層 温度 決 定に大き な 影 響 を もつ と考え ら れ る気 象要 素， 気温， 日射量， 風速 （防水 層 近 傍の風 速お よびそ れ よ り4m 高 所の風速の 2カ所 ） も 同時に測 定 した

。

　図

一

2に 3測 定 地 点の防 水 層の温 度お よびそ の継続 時 間 を2℃ ごとの ヒス トグラム に整 理し示す。 当 然の こ と な が ら札 幌が全 体 的に低温域で の頻 度が多く なっ て お り

，

南下す る に従っ て高温域へ の分布は移動す る。 た だ し

，

横 浜と那 覇と を 比較す る と 温度が高い部 分の頻 度に はそ れ 程差が ない が， 中低 温域に著 しい 差 が あ り

，

那 覇 では

5

℃ 以 下は全 く な く， ま た 20℃ 近 傍の時間が特に 多い

。

横 浜で は

0

℃ 以 下の 温 度 もしばしば観測さ れる。 また札 幌で ピ

ー

クが 2カ所に観 察さ れるが

，

0℃ 近 傍の

ピ

ー

ク は冬 季間の冠雪によ る もの と推 定さ れる

。

　

3．

熱劣化負荷値 　防水 用 高 分 子 材料は

，

熱に よ り変 質 劣 化 する が

，

その 多くの材 料は

，

文 献14）に よる と次 式で表す こ と が で き る。

　

　

　

。

≡

1

（

1

　

1

yn

−

1 　 y：

一

’

）

一 _・

・

Σ e

−

e／

’

・

・t

…・

・

…・

_（1_） 　 　nl 見か け の 反 応次 数 　

A，B

：熱 劣 化 材 料 定 数 　 　 y ：材料の物理 量

（

の 』 』

）

竃 物 巨 斌 駆 呂

00

600100

20eDoo

6004eD200 　

090

6004DO200

　 　

e

　 　

−

20　

0

　

20

　

40

　

6D

　

80

　 　 　 防 水 層 温 度 （℃） 図

一

2　防 水 層 温 度ヒ ス トグラム la

’

轟

1

『‘ 犁

10

’

e 　 la

’

，° ピ 叙 瀛

i10

”t

10

’

li 10

’

1‘ 　 600D 10000 14Deo 　 　 　 B 値 図

一3

　熱 劣 化 負 荷値の B値 依存性 　　 Yo：_物理量の初 期 値 　　

T

：材 料 温 度 （

K

＞ 　　 t：時 間 （

hrs

） 　 （1 ）式中右辺の _Σe

−

BX 「

・

t

は_{， 材 料}に_対す る熱負 荷 を決 定す る項で あ り， こ れを 熱 劣 化 負 荷 値 として定 義す る

。

これ は

，

対 象 とす る材 料 が 種々 の温 度

T

の も とで 種々 の_{時間 t}だ け さ らさ れ た時の総 負 荷を表 し_， こ れ が得ら れ ると （1）式 より材 料の物 理 量 変 化 を 計 算 する こ と が可 能と なる

。

　 劣 化の尺 度と する物 理 量は

，

何であっ ても か ま わな い が_， こ こでは既 往の _{文 献}

14

）と同 様 防 水 材 料の_{基 本 的} 性 質の

一

つ であ る伸び能 力の_変化を採 用す る。 　とこ ろ で_， 熱 劣 化 負 荷 値の中には

，

熱 劣 化 材 料 定 数で ある

B

値 が 含 まれて お り

，

その ため材 料によっ て熱 劣 化 負 荷 値は変わ ることにな る

。

同 文 献によれ ば

，

実 際の防 水用高分 子材 料で は_， 伸 び能 力を尺 度とし た場 合

，

B値 の範 囲は 6000か ら14000である。 試み に

，

B値 を6000 か ら14000まで変 化さ せ

，

札幌

，

横浜

，

那 覇

3

地点で の 実 測の防 水 層 温 度ヒ ス トグ ラム を デ

ー

タ と し

，

熱劣 化 負 荷 値を実 際に計 算し た。 これ ら を 図

一3

に示す。 これ ら は 地域に よっ て変わ る もので あ る が

，

図 か ら明ら か な よ うに

，

我 が 国 を対 象と する範囲で は_， ほぼ 同 じ傾き を持 っ 直線と み なすこ と が で き る。 こ の こ と は， 地 域 差が図

一

_{3中の直 線の平 行 移 動と し て表 現で きる ことを示して} い る

。

　そこ で_， B値の範 囲の中 間 値で あり_， また実 際の防 水 材料では その近 傍 値の もの が多か っ た とい う理 由で_，

B

＝ 10000_を基 準と する の が 実用 的と考え

，

こ こ で は Σel

−

1°°°efη

’

・

_t

を 基準熱 劣 化 負 荷 値と した

。

こ の基 準 熱 劣 化 負 荷 値 が材 料の使われる地 域に よっ て変 わることに なる

。

　

一

方 材 料が変わ っ た時_， すな わちB値が変わ る場 合の 取扱い につ い て は

，

図

一

3の各 地 域ご との直 線の平 行 性 を利用 して

，B ；

10000の時の 各地域の 熱劣_化負荷 値を 1と し た 時の 補 正 図 を 作 成 し， そ れ を 利 用 して， 対 象 と す る材料の熱劣化負荷値を求め る方 式と し た

。

任 意 材料 に対し て熱 劣 化 負 荷 値 を決 定す る た めの補 正 図 を 図

一

4 に示す

。

　

4．

基 準 熱 劣 化負荷 地 図 　

4．1

　 作 成の た めの基 本 的 考 え 方 　 基 準 熱 劣 化 負 荷 値を全国的 広が りの中で示し た もの を 基準 熱劣化負荷地図 と呼ぶ。 この地図作成の た め に は， 防水層温度の_{全 国的規模}で の測定を必要と す る

。

本研究 では

，

防水 層の温度の_実測 は

3

カ 所で し か実 施してお ら ず， 地図化で き る ほどの密度で は ない

。

その た め， 全 国 的 規 模で測 定され_， 公 開され てい る唯

一

の デ

ー

タである 気 象 庁デ

ー

タの活 用 を図る こと と した

。

以 下に気 象デ

ー

タ を用い て基 準 熱 劣 化 負 荷 地 図 を作 成 するプロセ ス につ

一 13 一

106 1ぴ 10a 1

10

’

z

tD

’

・ 10

’

s 　 600D　　 　　 　10000　　 　　 14000 　 　 　 　

B

値 　 　 図

一

4　熱劣化 負荷値補正 図 いて述べ る

。

　防 水 層 温 度の決 定に_{影 響}する気 象要素は_， 多 岐に わ た るが

，

その中で よ り強く影 響 を 与え る要 素と して は気 温

，

日射量

，

風速であ る

。

実 際に は

，

降雨

，

降 雪な ど も 温度 決 定に大き な影 響を もつ が_， 熱 劣 化は高温 ほ ど その効 果 が強く な る た め， 材 料 温 度 を低 温 側に決定す る要 素は劣 化に_対して影 響が小 さく

，

実 用上 は そ れ ほど関係 し ない と考え

，

省い た

。

　

と こ ろ で気象庁で得 られ るデ

ー

タの_{時 間 間 隔}は_，気温， 風速につ い て は6回 ／日で あるの に対し

，

日射量 は

，

1 日の積 算 値

，

す な わ ち1回／日の デ

ー

タしか得ら れ ない

。

し た がっ て

，

この時間密度 デ

ー

タを も とに

，

防 水 層 温度 を予 測し な け ればな ら ない

。

こ の ためには

，

文 献

14

） に述べ _{ら れてい る よ う}に 1日の範 囲で

，

変動 す る 材 料 温 度と等価な劣 化 が 期 待され る

一

定 温 度す な わ ち 日相当 環 境 温 度 を気 象 デ

ー

タより推 定す る の が最適と考えた

。

　4

．

2　日相 当 環 境 温 度の推 定 式 　本 測 定に用いた図

一

1に示 す試 験 体につ い て

，

定 常 状 態の防 水 材 料の中心 温度は

，

外 気 と 防水 層 表 面およびコ ン クリ

ー

ト表 面との熱 伝 達 抵 抗がユ ルゲス の式で与え ら れる と する と

，

次 式で表され る

。

　 　 　 　

d

，／2 　 　 　 　

d

， 　 　 　

d

， 　 　 　

ds

　 　 　 1

　　　　　　　　

λ、 ＋

−

＋

τ

＋

一

疋 ＋5

．

0＋3

．

4

・

W 　 　 　 　J 　 　 　

T

π　＝ θ十a

・

　

　

　

　

　

　

　

　

（

d

，　

d

，　

d3

τ＋

−

x

；

一

＋

−

）

・

（・

．

… A

・

　

W

）・ ・ 　　 　　 　　　 　　　

………・

…一 一 ・

……・

…・

…

（

2

） 　

Tm

；防 水材 料の中心 温度 （℃ ） 　 θ：気温 （℃ ） 　 w ：風速 （m ／s_）

　

」：日射量 （

kcaL

／m2h _） 　α ：防水材料の 日射 吸収率 （

0．

9

） 　

d

，，

d

，

，

ds

：各 材 料の厚さ （m ）；

一

₁₄

一

　防 水 材 料

0．

002， 断 熱 材0

．

03， コ ンクリ

ー

_{ト板 0}

_．

₀₆ 　λ，

，

λ，

，

λ3：各材料の熱 伝 導 率 （kcal／mh ℃ ）； 　防水材料

0．15，

断 熱 材 O

．

　04

，

コ ン クリ

ー

ト板 1

．

3 （2 ）式は_， 気温， 風速， 日射 量が

一

_定で

_，

_{長 時 間を経} た時の防 水 層の 中心 温 度を示 す もの であ る が

，

EI

相 当 環 境 温 度 も基 本 的に は

，

気 温

，

風速

，

日射量 に よっ て構 成 され_， こ の ような形で与え ら れ る と考え ることにす る

。

そこで

，

各 項に_{係 数}を乗じ た 次 式 を仮 定する

。

　　　　　　　　　

・

・

（

K，・ ，。 ．

1

。

．

w

　　　　　　）

　　　

Ted

＝ _a

’

_θ＋_β

’

K

ゴ（

5．

｛）＋3

．

4

・

W ）＋2

　

°

」 ＋_γ 　 　 　 　

………・

…………・

・

…

（3）

Ted

：日相 当環 境 温度 （℃ _）

　

　

　

磯

・

壽

・

壽

・

甼

（m ・

h

・ ・_／

kcal

_）

　

　　

K，

一

壽

・

壽

・

壽

（m・

he

・／

kcal

＞ 　係 数 α

，

β

，

γを 昭和61年4月か ら翌 年3月まで の 1年 間の横 浜で の防水層 温度の実 測 値お よび気 象 要 素の測 定 値を用い て求める

。

そ の手 順は次に よっ た

。

まずモデル 防 水 層 温 度の デ

ー

タ を用い て熱 劣 化 材 料 定 数

B ＝10000

の場 合の 1日 ご との 日_{相 当}環境温度 365 日分 を求めて お く

。

次に同期 間

，

同 時に測定し てい た気温

，

日射量， 防 水 層 近 傍の風速の デ

ー

タを， 気象月報と同じ定義の

1

日 の気 象デ

ー

タ

，

す な わ ち 日平均 気温

，

日積 算日射 量

，

日 平均 風 速に処理 し な お す

。

両 者の

365

日分の デ

ー

一

タ を も とに_， 最 小2乗 法によ り

，

係数 a

，

β

，

γを決定す る

。

　

α

＝

1

．

　00

，

_β

≡

L12

，

γ

＝−

1

．

　79 _{と な る} 。 とこ ろで 気 象庁デ

ー

タの 日積 算日射 量はSI 単 位で表さ れて いる。 これを考 慮し整 理する と

，

日相 当 環 境温度

T

。d は次 式で 与え られ る

。

　 　 　 　9

．

97 　 　 　

8．

53

十 　 　 　 5

．

0十3

．

4

・

W

　 　 　 　

・

J

−

1

．

79 　 　 　Ted＝ 1

．

00

・

θ十 　 　 　 2

．

89

・

W 十6

．

24 　 　 　 　

・

・

・

・

・

・

・

・

・

…

　

一・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

…

　

．

・

（4） 　 θ：日平均 気温 （℃） 　

W

：日平均風速 （m_／s_） 　

J

：日積算日射 量 （MJ ／m2 _） 0 5 　 　 　

君

『 　 　 　

「

」 　 　 　 2 　

　

「

　 〜 　 　 　 O

（

の

＼

目

）

製 唾 e 射 セ 灣 褓 嚊 曇 握 　i2345578910 　 　 　高 所 （屋上 面か ら約4皿）の 風速 （m／S） 図

一5

　防 水 層 表 面 付 近の_{風 速}と高所風速の_関係

な お， 気 象デ

ー

タ中風速につ い て は

，

気 象官署で はすべ て地 表 面よ り高 所で測 定さ れて い る。

一

方 （4 ）式 を得 る た め に 用いた 風速は， 防水層 表 面 近くの風 速で あり，

70

60

50

δ

40

し 顰

₃₀

｛

H

　 　

20

iO

o

　

一

iO

　 　　

−10

　　

0

　　

10

　　

20

　　

30

　　

40

　　

50

　　

60

　　

70

　 　 　 測 定 値 （℃ ） 図

一

6　日 相 当 環境温 度の横 浜における推 定 値と測 定 値の比 較

70

6Q

50

40

30

20

10

　 　 　

0

δ

し 　 　

一

iO

埋 個 掣



₆₀

50

40

30

20

io

0

一

_to

　

−

10

　

0

　　

10

　　

20

　　

30

　　

40

　　

50

　　

60

　　

70

　　　　　　　　

測定値 （℃） 　図

一7

　日相当環境温度の推定値と測定値の比 較 多 少 異な る

。

そのた め 別 途

，

高 所 風 速 と防水 層 近 くの風 速との_{関 係 を調}べ ， 図

一

5よ り次の式を得， 風速を補正 し てい る

。

　　 　

W

＝ O

．

34

・

Wo十 〇

．

23

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

…

　（5_） 　

W

二_{防水層表面付近}の_{風速 （}m _／s_） 　既 ：気象庁デ

ー

タ の 風速 （m_／s_）

・

　 （4） 式によ る推 定 値と実 測の デ

ー

タ よ り求め た計 算 値との_{相 関}を調べ _図

一6

_{に示 す} 。 相 関 係 数は

0．

977

であ り

，

か な り信頼 性の あ る式であ る と考え ら れ る。 　4

，

3

　札 幌

・

那 覇 での 測 定に よ る 推 定 式の適用 性の 検 　　 　 討 　 （4 ）式は， 測 定 地 横 浜の デ

ー

タ だ けを もとに し て作 られ たもので あ り

，

全国的 広が りの中で適用しうる か ど うか吟 味する必 要が ある

。

そ の ため札 幌， 那 覇で の防 水 層の実 測 デ

ー

タ より求 めた 日相 当 環 境 温 度と

，

同 期 間の 両 地の 気 象デ

ー

タを用い て

，

_（4） 式により計 算し た日 相 当 環 境 温 度の相 関を調べ

，

_図

一

7に示す。 両地域とも 推 定 値と測定値の相 関 係 数は0

．

9を超えてお り

，

比 較 的 よ く

一

致 し て い る

。

札 幌

，

那 覇は各々我が国の最 北

，

最 南の地 域に位 置し て お り_， こ

．

の Z都 市で の有 効 性が確か めら れた ことに より

，

推 定 式 （4）は

，

全 国 的 広が りの な か で の適 用 性 も高い もの と考え られ る

。

　4

．

4　 地 図の作 成 　前 節まで の考え方を利 用 して

，

気 象 庁

S．

D

．

P

．

デ

ー

ダ5｝ の全 国 66カ所の 3気 象要素 （日平 均 気 温

，

日平均 風速

，

日積算日射量〉を 用いて

，

各地点の 日相 当環境温 度を求め， さ ら に そ れ を用いて

1

年間相当分 （

1

年間で 材 料 を変 化させ る量の こと ）の基 準 熱 劣 化 負 荷 値 を得た

。

こ れを年 相 当 基 準 熱 劣 化 負 荷 値と呼ぶ こ と にする

。

なお 利 用 デ

ー

タは， 昭 和 54年1月か ら昭 和63年12月 まで の 10年 間の もの で ある

。

　 66地 点の年 相 当 基 準 熱 劣 化 負 荷 値を地 図 上に プロ ッ ト し， 多少大 胆に数 段 階に区 分 し て図

一8

に示す

。

　 荷重値が大きいほど

，

材料の変 質 劣 化 が著 し く な るこ と を 意 昧 する が_， 大 まか に は北海 道 北 部 が 最 も小さ く

，

南 西 諸島南 部が最も大き く なっ ている

。

　

5．

年 相 当 基 準 熱 劣 化 負 荷 地 図 を 用い た 変 質 劣 化 推 定 　 　 の手 順 　上記の考え方で作 成した地 図の利 用 手 順を 整 理 し以 下 に示す。   熱劣化材料定 数の決 定 　何種類か温度の_異な る熱劣化 試 験を行い ， 熱 劣 化 材料 定 数n

_{，A ，}

　

B

_{を 求め る}

。

  補 正 係 数の決 定 　 得られ た

B

値の_補正係数を 図

一

4の_補正 係 数 図よ り読 み取る。   対象地域の熱 劣 化負荷 値の 決 定 　図

一8

の年相 当基準熱 劣化負 荷地 図よ り

，

対象と す る

図

一

8 年 相 当墓準熱劣化負 荷地 図 地 域の負 荷 値 を読み取る。 これに補 正 係 数を乗じ たもの が

，

1年 間 分の熱 劣 化 負 荷 値とな る

。

  所 定の年 数の総 熱 劣化負 荷 値の決 定 　さ らに_使用年数を乗じ， 所 定の年数の総 熱 劣 化 負 荷値 を求め る。 　す なわ ち

_，

ま と め る と次式のよ うになる

。

　総 熱 劣 化 負荷値＝ （補 正 係 数）

・

（地 図の値 ）

・

（使 用 年 数 ）   変 化 量の計 算 　こ の総 熱 劣 化 荷 重値 を （1）式に代入 し

，

所 定の年 数 経 過 後の変 化 値 を求め る。 　

6．

本 提 案 法の有 効 性の検証 　こ こで

，

提 案した年 相 当 基 準 熱 劣 化 負荷地 図 を用い た 　

一

16

一

変 質 劣 化 予 測 法の有 効 性 を 明らか にする ために

，

札 幌

，

横 浜

，

那覇で フ ィ

ー

ル ド試験を行い

，

本提案法に よ る予 測 結 果と比 較し た。 　 　 　 表

一

1　 試 料の基 本物 性

試 料

IIR

＋

EPD

凹

一1IIR

＋

EPD

廻

一

2

色 黒 黒 厚 さ

1．

2m

皿

1．

0

皿皿

300

跣デュラス

37

．

5kgflcm246

．

Okgf

／cm2

破 断 時 応 力

52

．

7kgf

／cm280

。

1kgf

／cm2

表

一

2　熱 劣 化 材 料 定 数 と変質 劣 化 を 表 す 式 熱 劣化 材 料 定 数 試料 n A B 変質劣 化 を表す 式 IIR＋EPO_門

一

171

．

1_× 1011114001 　 　 　 1

−

・

_（

一



一

_1）

二

_Llx1011

．

Σ e

−

u

』

四

1τ

・

_t 6　 　 　 y6 IIR＋EPD瓢

一

298

，

8 ×1011127001 　 　 　 　1

−

・

_（

一



一

1）　＝8

．

8XlO1 霍

・

_Σe

一

璽

27go

！

τ

・

_t 8　　　 y3 　6

．

1 計 算に よ る変 質劣化の予 測 　 （1＞ 使用 材料お よ び その熱 劣化 材 料定 数 　試料と して 2 種類の_市販の ブチル

EPDM

_{系合成高 分} 子ル

ー

フィ ン グを 用いた

。

材料の基本物性は表

一1

に示 す と お りで ある が_， こ こ で は変 質劣 化の尺 度 と して破断 時の伸び を用い た

。

　ま ず

，

材 料 固 有の熱 劣 化 材 料 定 数 n

_{，A ，}

　

B

を求め る ために

，

文 献 14）の 方 法に準 拠し

，

70℃ （1500時間 ま で〉， 90℃ （800時 間まで ）

，

llO℃ （400 時間まで）の 3段 階の熱 劣 化 試 験 を行っ た。 所 定の時 間ごとに ダンベ ル 3号 形 試 験 片を切 抜き

，

20℃ 環 境 下で引 張 試 験 （引 張 速 度 100mm ／min _＞を行い_， 伸び率の変 化 を測 定し た

。

こ れらの実 験 より得られ る熱 劣 化 材 料 定 数および 熱によ る変 質 劣化を表す式を表

一

2に示す

。

　得られ た数 式に よる計 算 結 果と熱劣化 試 験結果 を熱劣 化 試 験 前の伸びを1とした時の比で表し， 図

一9

に示す

。

計 算 結果と試 験 結 果と は比 較 的 良く合っ て お り

，

こ れ ら の式が熱 単 独の効 果に よ る変 質 劣 化を表す式とし て有 効 であ ること を示して いる と思わ れ る。 　 （2） 基 準熱 劣化 負 荷地 図 を用い た_変質 劣 化の予 測 計 　 　 　 　 算 　図

一4

か ら読み取っ た各材料の

B

値の補正係数

，

図

一

8

よ り読み取っ た札幌

，

横 浜

，

那 覇の各 地 点の_年相当基 準熱 劣 化負 荷 値お よ び それ ら を 用いて求 め た年 相当 熱劣 化負荷 値を表

一3

に示す

。

これ ら を も と に表

一2

の変質 劣 化を表 す 式に より1年 目

，

2年 目の_変質劣 化を計算 し

，

図

一

10に破 線で示すD 　 時 間の経 過と ともに伸び率は次 第に低 下して いく が

，

地域の差が顕著で あり

，

最も変化が少ない のが札幌で あ り

，

横浜

，

那覇の順に変化 が 大 き く な る

。

た だ し

，

横 浜 と那 覇と は， そ れ ほ ど極 端な 差 は ない

。

ま た試 料に よ る

（

恒 齢 轡 軾

S

壇 ☆ ⊇

朔

細 掣 靈 撃

）

　 　 ヨ 翻

S

齎 b 琶 e 壇 描 鐙 1 o

．

9 0

．

8 0

．

7

0．

6 0

．

5 1 o

．

9 D

．

8 o

．

7 IIR ＋ EPDM

一

置 1IR ＋ EPI ）M

−

2 　 　 o

．

6

　

O

．

5

2S　 　　 　100　 　　 4DO 　 　 試 験 時 間 （トns ） 図

一

9　 計 算 結 果と熱 劣 化 試 験 結 果の比 較

i500

表

一

3　年 相 当 熱 劣 化 負荷値 試 料

・

図

一

4より読み取 図

一

8よ り読み 取 ら れ た 年相当 熱 劣 化負荷 値 られ た補正係 数 年 相 当基準熱 劣 化 負 荷値

’

札幌 4 ×10

凵

L15

，

2XlO

−

lh II昆＋EPD凹

一

11

．

3x10

−

2 横浜 6 × 10

一

1瓊 7

，

8x10

−

1

’

那覇 10x10

’

u1

_．

_3x10

’

12 札 幌

．

4 × 10

−

ll1

．

Ox1Q

齟

1⊇ IIR＋EPD団

一

22

，

6x10

〒

2 横浜 6x10

’

n1

，

6XIQ

’

1 ≧

（

極 脂

_「

レ 坦

e

盤 蝦 D 刃 H 如 迎 寒 電 V 　 　 挈 飄

e

辮 も 量

e

聖 蠱 譲

1

8

，

9

o

、

s

o

、

？

6

α 工 IR 十EPDM

−

1

札 幌

1 工R 十EPDM

−

2 予測 値 測 定 値

札 幌

o

，

9

0

，

呂

e

，

1

6a

’

−

“

・

・

L．

『

横 浜

横 浜

o

、

9

e

．

8

D

，

7

1060

”

_Φ

_．

_、

_國

那 覇

OOF

O

，

5

　

1

2

L「

｛卜

・

・

．

『

』

『

那 覇

OmO

噂

　 100

「

一 一

「

1

0

　

0

、

5

　

1

　 　　 　 　 　　 　 　 　経過年数 （年 ） 図

一

10 予 測 値と フィ

ー

ル ド試験に よ る測 定 値 との比 較

1

一

O

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

o O

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

o o

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

o 　 　 ＼ O 　　　　　　　o Q

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

O o

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

o o

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

o 　 　 　 　 o

、

断 翩

　 　 　

2

谿

　

ノ

齪 釘 　　　　　　 ／ ／ 　　　　 ／ 下

i

_；



1

　 　 　 ：　 　　 　 　　 　　 　l 　

F4

　 　 　 〃

凋

 

コ ン ク リ

卩

ト版 　 　 　 （単 位　mm ） 図

一

11　フィ

ー

ル ド試 験に用いた試験体

2

差 も顕 著で あり，

IIR

＋

EPDM −

1の 方が すべ ての地 域 において

，IIR

＋

EPDM − 2

よ りも変化が大 き くな る予 測結果 が得ら れ た

。

　6

．

2　フ ィ

ー

ル ド試 験に よる結 果 　 （

1

） フィ

ー

ル ド試験の概 要

　

防水層の基本構成は

，

前述の防 水層 温度測 定用 試 験 体 と全く_同じであ る が

，

試 料の定 期 的な採 取 をし や す くす る よ う に 工夫し た図

一11

に示 す 試 験 体 を， 札 幌

，

横浜

，

那覇の前 述の 3地点に水平に設 置し た

。

試 験 期 間は_昭和

62

年 5月よ り平 成 1 年 4 月まで の

2

年 間で あり

，

途 中 6カ月

，

1年， 2年層に試料を回収し た。 　 （2 ） 試験 結 果

　

回収し た試 料からダンベル 3号 形 試 験片を 切抜き

，

試 験温度 20±2℃

．

引 張 速 度 100mm ／min で引 張 試 験 を 行っ た。

　

試 験 結 果を図

一

10中に実 線で示す。 両試験とも時 間 の経 過 と と もに伸 び 能 力は低 下し てい く が

，

暴 露 初 期に 特にその低下 が著しい

。

これ は

，

試 験を開始し

・

た時期が

一

₁₈

一

春か ら夏に か け て の防 水 層 温 度が年 間を通 じ て最 も高 温 にな る時 期に当たっ た ためである

。

地 域 差 も顕 著に_見ら れ

，

最 も低 下の少な かっ た の は札 幌で あり

，

横 浜と 那覇 は低 下が大きか っ た

。

ただし両 地 点 を比 較すると_多少那 覇の低 下が大きい程 度で

，

それほ ど大き な差は生 じ な かっ た

。

　

6．

3

予測値とフィ

ー

ル ド試験 結 果との比較 　 年相当基準 熱 劣 化 負 荷 地 図を利 用

．

して求 めた予 測 値と フ ィ

ー

ル ド試 験結果を 比較す る と

，

両試料と もフ ィ

ー

ル ド試 験で の変化 が大きい

。

特に初 期で は

，

予測の最 小 単 位 期間が

1

年で あ り， 変

化

の著しい試験開始か ら

1

年目 までが 直線で示さ れ てい る た め

，

その差は 目立つ

。

いず れ にしても

，

フ ィ

ー

ル ド試 験の変化 が 大 きい の は

，

材料 を 変 質 劣 化さ せ る原因 が熱単独の効 果以外に も 日射の紫 外 線作用

，

雨 水等の _他の_要因も関与す る た めであ る。 　

7．

結 　 語 　 本研究では， 合成高 分 子 防 水 材 料 耐 久 性 評 価の

一

環と して

，

熱 単 独の 効 果 を我が 国の各 地 域で予 測する こと を 目的と した熱 劣 化 負 荷 地図 お よ び その利用方 法を 提案し た

。

こ れは， 室 内 試 験で熱 劣 化 材料定 数を求め て お け ば， 任 意 地 点で の断 熱 露 出 防 水工法に用い られ る防 水 材 料の 性 能 変 化を具 体 的に予 測する こと がで き る もの で ある

。

こ の_{地 図 を利 用}し た予 測 法の有 効 性 を検 証 する た めに_， 市販の合 成 高 分 子ル

ー

フ ィ ング を用いたフィ

ー

ル ド試 験 を行っ た

。

その結果

，

劣化要因の中で熱単独の効果が卓 越す る材料で は あ る程 度 予 測が可 能であること が明 らか に なっ た。 も ち ろ ん合 成 高 分 子 防 水 材 料は

，

熱 単 独の効 果だ けで_{変 質劣}化するもの で は な い。 し か し

，

文 献16） に示さ れ る ように実 際の材 料では

，

熱の効 果 を強く受け るもの が か な り多い。 し た がっ て

，

こ の地 図および予 測 法は あ る程 度 有 効であると考えられる。 　た だ し熱の影 響が十 分 卓 越して いる か どうか は

，

例え ばウェ ザ

ー

メ

ー

タ

ー

試 験の よ う に光

，

水分 の要因 も付 加 され てい る試 験と比 較して は じ めて明 ら かにな る

。

そ う い っ た意 味か ら は_， こ こ で得られ る予測 値は_{， 現}実の変 化 よりも必 ず 少な 目である ということ を理 解して評価す る必 要 が ある

。

　ま た こ の方 法は_， い くつ か の点で_， まだ その_{適 用範囲} が 限 定され て い る。 ひとつ は防 水 工 法 が 限 定さ れ ている こ とで ある

。

当 然 歩 行 屋 根の よ うに防 水 押さ えの ある工 法等で は_， 熱 劣 化 負 荷が小さくなる た め， こ こで予 測し た場合よ りも， もっ と耐 久 性 を期待し う る

。

次に地図 の 面 的 側 面か らの精 度の点で あ る

。

地図化に必要と さ れ る 気象要 素の_観測 点は_{， 現在}

66

カ所し か ない_。 こ の_{密 度} は地図化に際し， 必 ずし も十 分と はい えず， こ こ での地 図で は特 殊な地 形

，

地 域で の適 用は難しい と 思 われる

。

こ れ ら につ い て は_， 今 後の課 題である

。

　8

．

謝 　 辞 　本 研 究 を進め る に あ た り

，

フ ィ

ー

ル ド試 験には北 海 道 大学

・

鎌田英 治教授

，

北海 道 職業訓練短期 大 学 校

・

田畑 雅幸 先生， 琉球大学

・

天 野 輝 久 助 教 授

，

安 座 間 喜 得 氏の 協 力 を 得ま し た

。

心 よ り 謝意を表し ま す

。

ま た本 研 究の

一

_部は

_，

_昭和60

_，

_{61年度 文 部 省} 科 学 研 究 費 補 助 金

一

般 研 究 （C） 「建 築 用 高分 子材料の熱劣化 荷 重マ ッ プの作 成と その評 価 」によりまし た

。

参 考 文 献 1_{） 小}池 迪夫

，

田中享二

，

_{日 置　滋} ：_{合 成 高 分子 防 水 層}の耐 　 　候 性 （そ の 4 _＞屋外 暴 露にお け る熱の_{影 響}の評 価；日 本 　 　建 築 学 会 論 文 報 告 簗

，

第263号

，

pp

．

11

−

19

_，

昭 和 51年 　 　1月

2）

John．

　 R

．

　 Crowder　and 　M

．

　 Amjad　Ali_；Weathering

　 　Performance　of　Building　Materials　in　the　Mlddle　

East

　　and 　U

，

　K

．

；Durability　of　Building　Materials

，

　No

．

3

，

　 　pp

．

115

〜

131

，

　1985 3）

．

鈴 木 健

一

：

「

市 販 プラス チ ッ ク の 耐 候 性 ；工業 材 料

，

　 　Vol

．

16

，

　No

．

3

，

　pp

、

10

〜

15

，

1968 4） 金属表 面 技 術 協 会有機皮膜部 会 ：標 準 塗 膜 比 較 試 験 片の 　 　屋 外 暴 露 試 験 結 果に つ い て；金 属 表 面 技術

，

Vol

．

28

，

　 　No

．

3

，

　pp

．

51

−

56

，

　1977 5｝ 峰 松 陽

一，

村 山三樹男

，

久 留 宮弘 幸 ：プラスチ ックの耐 　　候 性試験に関 する研 究；プラ ス チッ ク

，

Vo［

．

23

，

　No

．

5

，

　 　pp

．

13

−

23

，

　1972 6） 矢 野 瑞 穂

，

渡 辺 敬三 ：各 種 塗 膜 防 水 材 料の暴 露 試 験 ；日 　 　本 建 築 学 会 大 会 学術講演 梗 概 集

，

pp

．

35

〜

36

_，

1973 ） 7 》 8 ｝ 9 10） 11_） 12） 13） 14） 15_｝ 16） ゴム工 業 技 術 委 員 会：長 期 自然 劣化 と 人 工促進老 化との 対 比に関する報 告 書；ゴム工 業 技 術 委員会 報 告

，

Ne

，

8409

，

（社 ）日本ゴム協会

，

1985 日本ウェ ザリングテス ト センタ

ー

；工業 材 料および製 品 の耐 候 性に関す る調 査 研究レポ

ー

ト

，

ユ976 神 山 恵三 ；大 気 暴 露と腐 食の 問 題

，

金属 表 面技 術

，

Vol

．

22

，

　No

．

22

，

　_pp

、

386

−

399

．

1971 長 谷 川 寿 夫 ；コ ンク リ

ー

トの凍 害 危険度 分布図

，

設 計 資 料 集 成1

一

環 境

，

丸 善

，

p

．

183

_，

1978 冨板　崇：ブ ラッ クパ ネル温度に_基づ く熱 劣 化 予 想マ ッ プ

ー

屋 外で の熱 劣 化 環 境の定 量 化 （その 1｝， 日本建 築 学 会構 造系論 文 報 告集

，

第 395号

，

pp

．

13

−

20

，

昭 和　64年 1月 日本建築学会編 ：建築学 便 覧

1

計画；丸 善

，

p

．

977

，

198Q 建 林 賢 司 ：合 成ゴム ；日刊工業 新 聞 社

，

p

．

296

，

昭 和42 年 小池迪 夫

，

田中 享二 ；合成 高 分 子 防水 層の耐候 性 （その 3｝ 化 学 反 応 速 度 論 的 手 法による防 水用高分 子材 料の熱 劣化 の検 討

，

日本 建 築 学 会 論 文 報 告 集

，

第255号

，

pp

．

9

〜

15

_，

昭和52年5月 気 象庁 編 ；_{気 象}S

．

D

．

P

．

デ

ー

タ；昭和54年1月

一

昭 和 63年12月 小 池 迪 夫

，

田 中 享二 ：合 成 高 分 子_防水 層の耐候 性 （そ の 1） 材 料 自 体の無 拘 束 屋 外 暴 露 試 験 （力学的性質の変化と寸 法 安 定 性 ）；日本 建 築 学 会 諭 文 報 告 集

，

第226号

，

pp

，

1

−

8

，

昭和49年12月

一

₁₉

一

SYNOPSIS

UDC:699.S2:691.17

DEVELOPMENT

OF

A

LOAD

MAP

FOR

THERMAL

DEGRADATION

IN

JAPAN

FOR

ELASTOMERIC

ROOFING

SHEETS

byDr,KYOJI TANAKA, AssociatePref.of Tokyo Institute

of Technolegy, HIROSH[ HASHIDA, Resea[chAssociate

of Tokyo Instituteof Technology,TAKESHI KUIBIRA,

Graduate Student, Tokyo Instituteof Technology,

Dr.TAKASHI TOMIITA, Building Research Institute, Ministry of Const[uction.and Dr.MICHIO KOM.E, Prof.

of Tokyo Instituteof Technology,Members of A,I.

J.

A

load

map

for

thermal

degradation

which

is

available topredict

degradation

of elastomeric roofing rnaterials

has

been

developed.

The'thermal

degraclation

load

is

_given

by

theformula

_Zexp

_<-BIT)･

t, where

B

is a mate-rial constant,

T

is

absolute temperature

(K)

and

t

istime

(hrs).

The

temperatureof the roof membrane, ambient airtemperature, solar radiation and wind velocity was

mea-sufed forone

_year

at Yokohama to make clear the relation between the thermal degradationload and the weather elements. Being based on the meteorological

data

from

1979 to 1988,the thermal

degradation

loadsat 66_points

in

Japan

were caiculated, and a

load

map was

drawned

by

dividing

them

into

several zones.

The

field

tests of two rubber sheets were carried ottt at

Sapporo,

Yokohama

and

Naha

from

May

1987 to April 1988 teevaluate theusefulness of the map. The degraded values, elongation rate at breakof rubber, were

com-paredwith the_predictedvalues.

And

it

was concluded thatthismethod

by

applying thethermal

degradation

map was usefui

for

_predictionof

degradatlon

of materials which were rnainly affected

by

solar

irradiation

heat