一般財団法人 大成学術財団
2020 年度 助成研究梗概書

植物性コンクリートの開発
東京大学

コンクリート熱圧縮成形

低炭素
砂○酒井雄也 1*

植物性木粉
以下に基本条件での製造の手順を示す。木材と砂（コ研究の目的
セメントの代わりに植物により砂を接着したコンクリンクリート）を 1:1 の重量比で混合した後に、水を加えてート、すなわち植物性コンクリートの開発と、その強度含水率を 10%に調整した。その後、ステンレス製の金型に影響を与える因子を理解するとともに、耐水性を付与に粉末を充填し、180℃に設定された熱プレス機を用いてする手法を確立することを目的とした。また強度発現メ

50MPa で 5 分 間 成 形 し た 。 作 製 し た 成 形 体 の 寸 法 はカニズムを理解するために各種観察や分析を実施した。

6.5×5.0×0.5～1.0cm である。検討では木材と砂（コンクリート）の重量比、砂（コンクリート）と木粉の粒径、含研究の内容
１．使用材料水率、ホットプレスによる成形時間と温度をパラメータとした。製造設備の都合上、作製できる硬化体は板状で本研究では基本的に、砂としては砂岩砕砂を、木材とあることから、硬化体の評価は三転曲げ試験により実施

しては杉を用いて、いずれも 300 ミクロンのふるいを通過した。耐水性については、製造した硬化体を水に 24 時間するまでディスクミルにより粉砕して得られた粉末を用浸せきし、吸水率と膨潤率を測定することで評価した。

いた。木粉は含水率を調整するため、105℃で恒量となる

吸水率は浸せき前後の重量差を浸せき前の重量で除するまで乾燥した後に適宜水分調整を実施した。また比較のことで算出し、膨潤率は浸せき前後の硬化体の厚さの変ために砂の代わりにコンクリートを用いたケースも実施化を浸せき前の厚さで除することで算出した。

したが、材齢約 3 年の水セメント比 50%のコンクリートを粉砕して得られた粉末を使用した。また粒径の影響を検討するため、一部のケースにおいて、砂については 105 ミ

研究の成果、新知見
１．原料および成形条件が曲げ強度に与える影響

クロンのふるい、木粉については 500 ミクロンのふるいを

まず砂の粒径の影響を検討するため、砂の最大粒径を用いて粉を用意した。また耐水性の向上を目的として、0.1～1.2mm で変化させて検討を実施した。検討の結果を木粉のオートクレーブ処理と、疎水性材料の混合を実施した。オートクレーブでは反応容器に木粉と水を入れて、温度を 140~240℃の範囲で 5~15 分間オートクレーブ処理をした。疎水性材料としては製紙工程で発生する副産物であるクラフトリグニンを用いた。

図 1 に示すが、砂の最大粒径が増加するほど、曲げ強度は２．硬化体の製造方法と強度試験が低くなった。木粉の粒径と含水率の影響を検討した結図 1 砂（コンクリート）の粒径の影響

Development of botanical concrete

図2減少した。最大粒径が 0.1mm の場合に、曲げ強度は約13MPa となった。一方、コンクリート粉を用いた検討では、粒径が増大するほど曲げ強度が減少するという傾向は同様であるが、砂を用いた場合の方が、全体的に強度

木粉の粒径と含水率の影響

図3

砂（コンクリート）と木粉の割合の影響
Yuya Sakai

果を図 2 に示す。まず木粉の最大粒径が 0.3mm の場合よなると曲げ強度が低下している。上記のパーティクルボ

りも 0.5mm の場合に、より高い強度が得られた。この傾ードに関する基準では、構造用パーティクルボードの曲向は砂、コンクリートいずれを用いた場合においても見げ強度としては 18MPa が求められており、クラフトリグられた。また砂を用いた場合は、含水比が高くなるほどニンの置換率が 0%の場合にはこの基準をやや下回ってい曲げ強度が低下する傾向が見られた。砂と木の混合割合るが、置換率が 10~30%であればこの基準を満たしている。の影響を検討した結果を図 3 に示す。木粉の割合が増大す

以上の検討に基づいて、オートクレーブ処理を実施しるほど曲げ強度は増大した。これは、木粉が接着剤とし方が高い強度を示す事が確認された。原因としてはアルた。その結果、吸水率に大きな変化は見られなかった
ものの、膨潤率については 160-200℃でオートクレーブした場合には 2.6-5.8%抑制された。曲げ強度についてはオートクレーブ処理の温度が上がるほど増加し、180℃で処理した場合には 7.9MPa 向上し、26.1MPa の曲げ強度が得られた。一方で、200℃でオートクレーブ処理した場合には 16.5MPa に曲げ強度が低下した。以カリが影響した可能性が考えられる。そこで、砂と木粉上より、160-180℃程度でオートクレーブ処理することにに加えて、水の代わりに種々のアルカリ水溶液を用いてより、膨潤率の抑制と曲げ強度の増進に効果があること検討を実施した。結果を図 4 に示すが、アルカリ水溶液がが確認された。

濃いほど強度が高くなり、砂を用いた場合でも、コンクリートを上回る強度が得られた。このことから、砂より今後の予定
今回の検討により、木材と砂という組み合わせであっコンクリートを用いた場合の方が高い強度を示すのは、ても、アルカリ溶液と混合し、一部をクラフトリグニン

未水和セメントやアルカリ分が pH の増加に寄与し、木粉と置換することで、曲げ強度および耐水性の面で実用的て作用しているためであると考えられる。また、砂もし
くはコンクリートと木粉との重量比が 1:2 になると、両者の強度はほぼ同一となった。
２．曲げ強度の発現メカニズムについて以上の検討より、まず、砂と比較してコンクリートののセルロースフィブリルが収縮して変形しやすくなり[1]、 な材料を製造可能なことを確認した。今後は製造条件の最適化によりスケールアップを試みるとともに、長期の圧縮成形による緻密化が促進されたことが挙げられる。
耐久性の評価を行う予定である。

３．耐水性の付与
粉を重量比で 1:1 で混合、成形温度は 220℃に変更して以謝辞
本研究は大成学術財団 2020 年度 研究助成を受けて実降の検討を実施した。まず木粉に対するクラフトリグニ施したものである。本研究の一部は，文部科学省ナノテンの置換割合を変化させた場合の吸水率および膨潤率をクノロジープラットフォーム事業（東京大学微細構造解

図 5 に示す。図より、クラフトリグニンの置換率が増える

析プラットフォーム）の支援を受けて実施された

ここまでの検討の結果に基づき、木粉とコンクリートほど、吸水率および膨潤率が減少、すなわち耐水性が向(JPMXP09-A-21-UT-0102）。SEM 観察では、東京大学総合上する傾向があることが確認できる。パーティクルボー研究機構の福川昌宏氏にご指導いただいた。本研究で用ドに関する基準（JIS A 5908:2015）において吸水による膨いたクラフトリグニンは日本製紙株式会社から提供いた

潤率は 12%と以下とされているが、クラフトリグニンをだいた。ここに記して深く謝意を表す。

30%置換することで、この基準をほぼ達成することができ参考文献ている。一方で図 6 には曲げ強度の結果を示すが、置換率[1]中野隆人：アルカリ処理による木材の可塑化が 20%の際にピークを示し、それ以上では置換率が 30%に応力緩和挙動に及ぼすアルカリの種類, 濃度の影響、日本レオロジー学会誌、Vol. 16、No. 3、pp. 104-110、1988

吸水率
膨潤率

図 4 アルカリ溶液の影響*東京大学

生産技術研究所

図5

クラフトリグニンによる耐水性への影響

図6

クラフトリグニンによる曲げ強度への影響*Institute of Industrial Science, The University of Tokyo