(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単位セメント量（Ｃ）≧４００Ｋｇ／ｍ3
水セメント比（Ｗ／Ｃ）＞５５％，
スランプ値（練上り直後）≧４ｃｍ，
空気量（練上り直後）≧４.０％，
平均長さ３ｍｍ以上の植物繊維≧３０Ｋｇ／ｍ3
配合強度≧３００kgf/cm2
の配合で粗骨材および細骨材と共に練り混ぜてなる未だ固まらない保水性コンクリート。
【請求項２】
単位セメント量（Ｃ）≧５００Ｋｇ／ｍ3
水セメント比（Ｗ／Ｃ）＞６０％，
スランプ値（練上り直後）≧５ｃｍ，
空気量（練上り直後）≧５.０％，
植物繊維≧４０Ｋｇ／ｍ3
配合強度≧３００kgf/cm2
の配合で粗骨材および細骨材と共に練り混ぜてなる未だ固まらない保水性コンクリート。
【請求項３】
３５０kgf/cm2 以上の圧縮強度，５０kgf/cm2 以上の曲げ強度および１０％以上の吸水率を有する請求項１または２に記載の保水性コンクリート。
【請求項４】
細骨材および粗骨材と共に平均長さ３ｍｍ以上の植物繊維を３０Ｋｇ／ｍ３以上配合してなり，３５０kgf/cm２以上の圧縮強度，５０kgf/cm２以上の曲げ強度および１０％以上の吸水率を有する保水性コンクリートで形成した植物生育性コンクリート構造物。
【請求項５】
細骨材および粗骨材と共に平均長さ３ｍｍ以上の植物繊維を３０Ｋｇ／ｍ3以上配合してなり，３５０kgf/cm2 以上の圧縮強度，５０kgf/cm2 以上の曲げ強度および１０％以上の吸水率を有する保水性コンクリートで形成した生物生息性コンクリート構造物。
【請求項６】
細骨材および粗骨材と共に平均長さ３ｍｍ以上の植物繊維を３０Ｋｇ／ｍ3以上配合してなり，３５０kgf/cm2 以上の圧縮強度，５０kgf/cm2 以上の曲げ強度および１０％以上の吸水率を有する保水性コンクリートで形成した保水性の道路または敷設構造物。
【請求項７】
細骨材および粗骨材と共に平均長さ３ｍｍ以上の植物繊維を３０Ｋｇ／ｍ3以上配合してなり，３５０kgf/cm2 以上の圧縮強度，５０kgf/cm2 以上の曲げ強度および１０％以上の吸水率を有する保水性コンクリートで形成した調湿建材。
【請求項８】
植物繊維は綿である請求項１，２または３に記載の保水性コンクリート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，土壌に似た保水機能や動植物生育機能を備えながら，普通コンクリートに近い強度を有する保水性コンクリートおよびその構造物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より，セメント系コンクリートは各種構造物を構成する基本的な材料として広く使用されてきたが，最近になって，コンクリート製品や構造物は，土壌や岩石等の天然素材とは異なり，周辺環境や生物に悪い影響を及ぼしていると言われることがあり，河川整備などの事業ではコンクリートの使用を制限することも始まっている。
【０００３】
実際のところ，河川・港湾・海岸等に用いられる護岸コンクリート，コンクリート製の土留め擁壁，さらには小河川や農業用水等のコンクリート製の水路などにおいて，コンクリート部分に植物が繁殖することはなく，生物（小動物や微生物）にとって生息できないものとなっている。
【０００４】
動植物の生育環境にとって水は必要不可欠である。しかし，水に接することがある前記のようなコンクリート構造物でも，コンクリート本来の機能が水密を要するものが多いので，特別なことがない限り，動植物の生育環境がコンクリート内部で形成されることはない。特別なこととは，例えば太陽の直射日光を遮る樹陰等の湿気の多いところで，藻類やコケ植物類がコンクリート表面に繁殖する場合等である。これは，コンクリート表面に気中の水分が付着しても急激な乾燥を免れ，常に表着水を保持できるような条件が備わっているからである。
【０００５】
通常のコンクリート構造物では，水で濡れても水分保持機能がないので，太陽の直射日光等によって水分が蒸発散させられると，コンクリートは乾燥状態となり，表面が乾燥してしまう。このため，例えば土留めに用いられるコンクリート性の擁壁ブロックなどでは植物は全く着生せず，小動物も生息することはない。すなわち，動植物の生態環境としては最悪と考えてもよい。
【０００６】
他方，セメント系コンクリートは，施工性，安全性，経済性などに優れているのも事実であり，構造や力学的な問題に対してもコンクリートに代わる材料を見い出すことは困難である。
【０００７】
したがって，このようなセメント系コンクリートの特質を生かしながら，土壌に似た保水機能を具備し，植物・生物（小動物や微生物）の生態環境が形成できるコンクリートの出現が待たれているところである。
【０００８】
従来より，透水機能を有するコンクリートとして，波打ち際の背圧を除去するために使用される透水コンクリートが知られているが，このものは，水が抜ける通路を有するものであり，セメントマトリックス自身に保水性があるものではない。このため，普通コンクリートと同等の圧縮強度や曲げ強度を有しながら高い保水機能を得ることはできない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の課題は，普通コンクリートと同様に施工性，安全性，経済性および力学的強度を備えながら，土壌に似た保水性と動植物生育性を具備したコンクリートを得ることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば，
単位セメント量（Ｃ）≧４００Ｋｇ／ｍ3，
水セメント比（Ｗ／Ｃ）＞５５，
スランプ値（練上り直後）≧４ｃｍ，
空気量（練上り直後）≧４.０％，
平均長さ３ｍｍ以上の植物繊維≧３０Ｋｇ／ｍ3
配合強度≧３００kgf/cm2
の配合で粗骨材および細骨材と共に練り混ぜてなる未だ固まらない保水性コンクリートを提供する。このコンクリートが硬化したときには，３５０kgf/cm2 以上の圧縮強度，５０kgf/cm2 以上の曲げ強度および１０％以上の吸水率を有する保水性コンクリートとなる。
【００１１】
このような高い吸水率を有することから，本発明によるコンクリート構造物は植物生育性および／または生物生息性のコンクリート構造物となり，また，これを道路または敷設構造物に使用すると土壌の同様の保水および水蒸発性の機能をもち，建材として使用した場合には自然な調湿機能（吸放湿機能）を備えた建材となる。本発明のコンクリートに使用する植物繊維のうち好ましいものは綿であり，セメントに対して５重量％以上の量で配合する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
【００１３】
一般のコンクリート構造物に用いられる普通コンクリートの強度性能は，圧縮強度で２１０〜４００kgf/cm2 程度，曲げ強度で３５〜６０kgf/cm2 程度であり，吸水率については，水セメント比が５５％以下では，およそ３〜５％程度である。水セメント比を大きくすれば吸水率も通常は大きくなるが，コンクリート硬化後の乾燥ひび割れ等の耐久性に問題が生ずるようになる。したがって，普通コンクリートでは吸水率は高々５％程度までが限界である。このため，普通コンクリートでは前記のように植物および動物の生育環境が形成できないのが通常である。
【００１４】
本発明者らは，普通コンクリートと同等の強度性能を保持しながら，動植物が生育できるような高い保水性能をもつコンクリートを得るべく，種々の試作を続けてきたが，細骨材および粗骨材を配合したコンクリート中に植物繊維を比較的多量にに混合し且つ適切な配合設計を行うと，充分な強度特性を維持しながら高い保水性能が同時に満足できることを知見した。
【００１５】
すなわち本発明に従うコンクリートは，骨材として通常の細骨材および粗骨材を使用し，水セメント比を５５超え〜７０％好ましくは５５超え〜６５％，スランプ値の範囲を４〜１０ｃｍ好ましくは５〜７ｃｍ，空気量の範囲を３〜７％好ましくは４〜６％とした配合設計のもとで，練り混ぜ時に植物繊維を３０〜７０Ｋｇ／ｍ3，好ましくは３５〜６０Ｋｇ／ｍ3，更に好ましくは４０〜５０Ｋｇ／ｍ3と比較的多量に配合することによって，普通コンクリートと同等の強度特性，すなわち圧縮強度２１０〜４００kgf/cm2 ，曲げ強度３５〜６０kgf/cm2 を達成しながら（最大骨材寸法２０ｍｍで），１０％以上好ましくは１５〜３０％の吸水率をもつ高い保水性能を具備させることに成功したものである。
【００１６】
本発明に従うコンクリートは優れた保水性能をもつので「ウエットコンクリート」と呼ぶことができる。試験片の一端を色水に付けると試験片全体が着色し，試験片の内外に含水した状態となり，この水に濡れた状態は，一端が水に触れているかぎり維持されるからである。その保水機能はコンクリート中に分散した植物繊維を媒介として毛細管現象が生ずるからであろうと考えられる。すなわち，粗骨材と粗骨材の間を埋める硬化相中にネットワーク状に分散した植物繊維が，それ自身毛細管を有することから水の通路となってマトリックス全体を通じて水が内外部に出入りできるようになるのものと考えられる。そして，水セメント比が高くても，単位セメント量を多くすることにより，また植物繊維を比較的多量に配合していることにより，乾燥ひび割れなどが防止でき，しかも，普通コンクリートと同等の圧縮強度および曲げ強度を維持できるものと考えられる。後記の試験例にも見られるようにコンクリートの曲げ強度は５０kgf/cm2 程度の高い数値を示し，耐久性も良好である。また植物繊維をコンクリートに配合することにより，コンクリートの引張応力に対しても抵抗力を持つ。
【００１７】
このようなウエットコンクリートを構成するのに使用できる植物繊維には，種子毛繊維（代表的にはワタ），ジン皮繊維（代表的にはアサ），茎幹繊維（代表的にはワラ），葉繊維（代表的にはマニラアサ）または木材繊維が挙げられるが，種子毛繊維特に「綿」が好ましく，繊維長さが２〜８ｍｍの市場で入手可能な綿が便宜である。
【００１８】
従来より合成繊維や炭素繊維，ガラス繊維等を補強材としてセメント系マトリックスに配合することが行われてきたが，これらはセメント系固化材料例えばセメントモルタルに対して靭性を付与することが主題であり，このために，繊維自身も高い引張強度を有することが必要とされていた。これらに比べると，強度に劣る植物繊維を使用することはそれ程効果がないと考えるのが常識的であり，このため，綿などの植物繊維をセメント系マトリックスに配合するようなことはあまり試みられたことはない。試みられたとしても，モルタルやペーストのひび割れ防止材としての利用に止まり，植物繊維を利用して１０％以上の高い吸水性能を付与したコンクリートは案出されていない。
【００１９】
ここで，硬化したコンクリートの吸水率とは，供試体の乾燥重量（絶乾）すなわち乾燥後の重量をＡ，供試体の表乾重量（湿潤）すなわち表面乾燥飽水状態の重量をＢとしたときに，１００×（Ｂ−Ａ）／Ａで算出された値を言う。したがって，吸水率１０％と言えば，硬化コンクリート１００重量部に対し１０重量部の遊離水（出入り可能な水）が内部に含まれていることになる。
【００２０】
このため，本発明の保水性コンクリートからなるパネルを用いて水路を作ると，水路を流れる水はこのパネルを通じて反対側の地盤中に通水する結果，地盤中には自然な給水がなされ，散水を行わずともこの地盤中には植物が生育できる。すなわち，自然の土壌材料で水路（小川）を作ったの同様に周辺地盤には水路から給水がなされるのである。本発明の保水性コンクリートを土留め壁や擁壁に使用した場合においても同様であり，普通コンクリートと同様の強度を保持しながら一般土壌と同様の自然な通水環境が形成されるのである。
【００２１】
このことは，歩道や敷設材料を本発明の保水性コンクリートで形成した場合にも同様である。降水があれば土壌と同様にコンクリート中に吸水し，日照りがあれば保水コンクリートから水が蒸発散して，水の蒸発潜熱によってコンクリート面を冷やすことができる。また，都市での降水に対し，歩道部分への敷設によって歩道全体の吸水・保水が起こるので，今までのアスファルト・コンクリート・タイル・石材等の不透水・不吸水・不保水で起きる降水の流出量が一時的に低減され，時間差ができることで透水性舗装と併用することで洪水防止効果が奏される。
【００２２】
本発明に従う保水性コンクリートの製造にさいしては，単位セメント量（Ｃ）が４００Ｋｇ／ｍ3以上好ましくは５００Ｋｇ／ｍ3以上，水セメント比（Ｗ／Ｃ）が５５％超え好ましくは５５％超え７０％，スランプ値（練上り直後）が４ｃｍ以上好ましくは５〜７ｃｍ，空気量（練上り直後）が４.０％以上好ましくは５〜７％，平均長さ３ｍｍ以上の植物繊維の使用量が３０Ｋｇ／ｍ3以上好ましくは４０〜７０kg/m3の範囲，配合強度３００kgf/cm2 以上として，普通コンクリートと同様に粗骨材および細骨材と共にミキサーで練り混ぜればよい。
【００２３】
すなわち，本発明の好ましい態様として，
単位セメント量（Ｃ）≧５００Ｋｇ／ｍ3
水セメント比（Ｗ／Ｃ）＞６０％，
スランプ値（練上り直後）≧５ｃｍ，
空気量（練上り直後）≧５.０％，
平均長さ３ｍｍ以上の植物繊維≧４０Ｋｇ／ｍ3
配合強度≧３００kgf/cm2
の配合で粗骨材および細骨材と共に練り混ぜてなる未だ固まらない保水性クリートが得られるのであり，このコンクリートは硬化すると，後記の試験例にも示すように，植物繊維として綿を使用した場合に，１５％以上の吸水率を有しながらも普通コンクリートと同等の圧縮強度３５０Ｋｇ／ｍ3以上および曲げ強度４５Ｋｇ／ｍ3以上を具備することができる。
【００２４】
代表的な本発明コンクリートの示方配合例を示すと，
設計基準強度f'ck＝３００kgf/cm2
粗骨材の最大寸法＝２０ｍｍ
スランプの範囲＝５±１.５ｃｍ
空気量の範囲＝５±１.５％
水セメント比＝６４％
が挙げられる。
【００２５】
このような性能を持つ本発明のウエットコンクリートは，自然環境保護を目的として，動植物の生態系を壊さずにコンクリート構造物を築造する材料として好適である。すなわちウエットコンクリート構造物としたり，あるいは普通コンクリートで作られた既存の構造物にウエットコンクリートを付帯して部分的に使用することにより，動植物の生態系を呼び戻すことも可能となる。ウエットコンクリートが生態系を維持できる指標は，コンクリートの吸水率に関わるが，使用される周辺環境に対して，植物繊維の配合量によって吸水率を変化させることが可能なため，その場所に適応した構造物として土や植物の種子をウエットコンクリート付着させて直接発芽させたり，後記の土への吸水試験に見られるように，植栽用土壌の基礎コンクリートに適用することもできる。
【００２６】
ウエットコンクリートの配合設計では, コンクリートの吸水率と植物繊維例えば綿の配合量は相関関係にあり, 例えば次のような指標に従って吸水率を設定してそれに見合う綿繊維の配合量を決めることができる。
0004043713.tif 000002
【００２７】
以下に，本発明者らが行った代表的な試験を参照しながら，本発明に従う保水性コンクリートの配合および性質をさらに具体的に説明する。
【００２８】
以下の試験において，使用した各材料は次のとおりである。
セメント：普通ポルトランドセメント（密度 3.16 ｇ/cm3）
細骨材  ：川砂（表乾密度 2.64 ）
粗骨材  ：川砂利（表乾密度 2.67 ）
植物繊維：綿（平均長さ３〜５ｍｍ，平均太さ１０〜３０μｍ）
【００２９】
〔強度試験と吸水試験〕
以下の普通コンクリートと本発明に従うウエットコンクリートＮo.１〜３の強度性能と吸水性能を対比して評価した。
【００３０】
１．普通コンクリート
〔仕様〕
設計基準強度 f'ck ＝300 kgf/cm2
粗骨材の最大寸法  ＝ 20 mm
スランプの範囲    ＝ 5±1.5 cm
空気量の範囲      ＝ 2±1.5 ％
水セメント比      ＝ 48 ％
〔示方配合〕
水（Ｗ）      ： 155  kg/m3
セメント（Ｃ）： 322  kg/m3
細骨材（Ｓ）  ： 862  kg/m3
粗骨材（Ｇ）  ：1074  kg/m3
混和剤 (注1)  ： 3.5 kg/m3
注1)：ポゾリスＮo.70L
【００３１】
２．ウエットコンクリートＮo.１
〔仕様〕
設計基準強度 f'ck ＝300 kgf/cm2
粗骨材の最大寸法  ＝ 20 mm
スランプの範囲    ＝ 5±1.5 cm
空気量の範囲      ＝ 5±1.5 ％
水セメント比      ＝ 64 ％
〔示方配合〕
水（Ｗ）      ： 340  kg/m3
セメント（Ｃ）： 500  kg/m3
細骨材（Ｓ）  ： 385  kg/m3
粗骨材（Ｇ）  ： 651  kg/m3
綿            ：  40  kg/m3
【００３２】
３．ウエットコンクリートＮo.２
〔仕様〕
設計基準強度 f'ck ＝300 kgf/cm2
粗骨材の最大寸法  ＝ 20 mm
スランプの範囲    ＝ 5±1.5 cm
空気量の範囲      ＝ 5±1.5 ％
水セメント比      ＝ 65 ％
〔示方配合〕
水（Ｗ）      ： 390  kg/m3
セメント（Ｃ）： 600  kg/m3
細骨材（Ｓ）  ： 315  kg/m3
粗骨材（Ｇ）  ： 457  kg/m3
綿            ：  50  kg/m3
【００３３】
４．ウエットコンクリートＮo.３
〔仕様〕
設計基準強度 f'ck ＝300 kgf/cm2
粗骨材の最大寸法  ＝ 20 mm
スランプの範囲    ＝ 5±1.5 cm
空気量の範囲      ＝ 5±1.5 ％
水セメント比      ＝ 61 ％
〔示方配合〕
水（Ｗ）      ： 430  kg/m3
セメント（Ｃ）： 700  kg/m3
細骨材（Ｓ）  ： 222  kg/m3
粗骨材（Ｇ）  ： 314  kg/m3
綿            ：  60  kg/m3
【００３４】
前記の普通コンクリートとウエットコンクリートＮo.１〜３をいずれもパン型強制ミキサ（５０Ｌ）で練り混ぜ，強度試験用の供試体と，吸水試験用の供試体（φ10×20cm) を作成し, 各試験に供した。試験結果を表１および表２に示した。
【００３５】
【表１】
0004043713.tif 000003
【００３６】
【表２】
0004043713.tif 000004
【００３７】
表１〜２の結果から，ウッエトコンクリートＮo.１〜３は，いずれも普通コンクリートに比べて遜色のない強度特性を有していながら，吸水率については普通コンクリートの３.８６％に対して，１５.１％，２１.０％，２８.０％と４〜７倍の吸水特性を有することがわかる。
【００３８】
これらの吸水率からコンクリート中に水分が占める体積割合いを求めると，普通コンクリートの水分含有量は９.２８容積％，ウエットコンクリートＮo.３の水分含有量は３７.９６容積％となる。すなわち，普通コンクリート内に保水できる容量は約１０容積％までであるのに対しウエットコンクリートの保水容量は約４倍の４０容積％にものぼる。また，１時間当りに吸水するコンクリート中の水分の体積割合は普通コンクリートの１.８３容積％（１時間浸漬後の吸水率０.７６％）であるのに対し，ウエットコンクリートＮo.３では１５.６４容積％（１時間浸漬後の吸水率１１.５５％）である。すなわち，ウエットコンクリートの吸水速度は普通コンクリートの８倍強である。
【００３９】
このように，各ウエットコンクリートは，コンクリート中に分散した綿の繊維が水の毛細管現象を引き起こすことによって外部から吸収した水分を短時間に多量にコンクリート内部を移動させる機能，つまりコンクリート組織が植物と同じように外部から水分を内部に取込み，水分を吸い上げて，組織の隅々にまで行き渡らせる機能を有していることがわかる。
【００４０】
〔放水性試験〕
硬化後の形状が１６ｃｍ×４ｃｍ×４ｃｍである立方形状の供試体を前記の普通コンクリートとウエットコンクリートＮo.１で作製した。両者を２４℃で相対湿度６０％のもとで１０日間放置することにより乾燥状態とし（その時の水分含有率を０％とする），これを水中に２４時間間浸漬した。ついで，水中から引き上げ，２４℃で相対湿度６０％の雰囲気中に５日間放置し，重量変化を計測した。
【００４１】
両供試体の重量変化と，それから求めた水分含有率を表３に示した。また，両者の水分含有率の変化を図１に示した。
【００４２】
【表３】
0004043713.tif 000005
【００４３】
表３および図１の結果から，普通コンクリートに比べてウエットコンクリートはいったん含有した水を放出する機能に優れていることがわかる。すなわち，外界の環境変化に追従して水を吸放出する機能が非常に良好である。このため，例えばこのウエットコンクリートを室内の壁材等に使用すると，湿度が高いときにはウエットコンクリートが吸湿し，湿度が低くなると吸湿した水分を放出する調湿建材として機能し，これによって，室内の湿度をコントロールすることができる。また，歩道等の敷設材料にこのウエットコンクリートを使用すると，ウエットコンクリート中に浸透していた水が，気温の上昇や湿度の減少した環境下や日射によって気中に大量に良好に放出され，路面を冷やすことができる。
【００４４】
〔土への吸水試験〕
前記ウエットコンクリートＮo.３で作製した高さ１０ｃｍ，平断面３０ｃｍ×３０ｃｍのパネルを水槽にたてかけ，該パネルの下部を３ｃｍの高さだけ水中に浸漬した。そして，パネルの上面に土を５ｃｍ厚みに敷きつめ（試験例１），植物の発芽状況を観察した。比較のために，同量の乾燥状態の土（比較例１）と，同量の表乾状態の土（比較例２）を，水のない容器に入れ，同じ植物の発芽状況を観察した。その結果を表４に示した。
【００４５】
【表４】
0004043713.tif 000006
【００４６】
表４の結果から，ウエットコンクリートを介して水が土に良好に供給される結果，土は表乾状態の土よりも高い吸水率を維持でき，植物が良好に発芽することがわかる。したがって，このウエットコンクリートで水路パネルを作製すると，このパネルを通じて土壌側に水が供給される結果，土壌は湿潤状態が維持され，植物の栽培や微生物並びに小動物等の動物生育に好ましい環境が形成されることがわかる。普通コンクリートでは通常は水密性を有するので，このような効果を得ることはできない。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明によると，土壌と同様に自然環境になじみながら普通コンクリートと同等の強度特性を維持したウエットコンクリートが得られる。これまでのコンクリート構造物は動植物の生命に必要な水を奪い，乾いた環境を作り出しているものであって，それ自身が生命体を奪う根元となったり自然環境を破壊して築造されるケースが多く，一度失った動植物の生態系を取り戻すことは不可能に近かった。本発明によれば，従来の乾いたコンクリート構造物を湿ったコンクリート構造物にすることができ，動植物の生息環境に生命の水を与え，生態系を保持し，あるいは取り戻すこと，更に人間にとっても身近な構造物例えば歩道部分など水分の吸収・蒸発散によっての高温化防止など今までできなかっこことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  普通コンクリートと本発明のウエットコンクリートの水の吸放出性能を比較して示した図である。
【図１】
0004043713.tif 000007