平成11年度 研究報告 大分県産業科学技術センター

木炭と竹繊維を使用したセメント系複合材料の開発
大内 成司・二宮信治・佐藤嘉昭＊・大谷俊浩＊・清原千鶴＊・柴田和己琳
別府産業工芸試験所・＊大分大学工学部・＊＊ハヤミ産業

Development of Cementitious Co叩OSiteぬterialContaining
CharcoalParticle and Banboo Fiber
JohjiOUCHI，ShinjiNINOMIYA，YoshiakiSATO＊，Toshihiro OTANI＊，Chizuru KIYOHARA＊，KazumiSHIBATA＊＊

BeppuIndustrial−Art Research Division，■Faculty of Engineeringin Oita University，擁HayamiCo・，Ltd
要旨
本研究では，大分県産のスギ（物と甜erノ∂カpo月J−c∂D．Don）の間伐材や製材時に発生する端材を原料とした木炭と，大分県産のマダケ（PjD｝lloslacjysbambusoidhSieb．etZucc）から作製した竹繊維を混入したセメント系建築ボードの開発を試みた．その結果，セメントの硬化阻害が懸念される竹材中の遊離糖分は，竹繊維を煮沸することにより除去できることが分かった．ボードの曲げ強度において，木炭の持つ保水性により乾燥による強度低下を抑制することが分かった．また，竹繊維を混入することにより靭性が向上することが分かった．

1． はじめに

日本では古くから左官塗り材料として調湿機能を備えた漆喰が多用されてきたが，これを乾式パネル建材（化粧漆喰）として製品化するなど，自然素材の特徴を生かした建築材料の開発がここ数年，活発に行われるようになってきた。その理由は，今までは顕在化することがなかった住宅用建材からの揮発性有機化合物の有毒性が問題となり，人体の安全に関する問題として大きく取り上げられるようになったからである．本研究で開発予定の建材は木炭の持つ詞湿性，有害物質の吸着作用に着目したもので，木炭を大量に使用した場合，建材としての十分な強度が得られないことが予想され，それを補うために竹の仏経で補強することを試みたセメント系複合ボードである．今回は、主に試作したボードの曲げ強度特性について報告をする。

2．実験
2．1竹繊維の作製

ボードを作製する前に，Fig．1に示すようなフローチャートにそって手作業で曾繊維を作製した．

供試材料は，平成11年6月に伐採した大分県産のマダケ（P砂肋∫加句ノ∫ゐα椚如0漉すSieb．etZucc）の節間部を使用した．ここで使用している竹繊維とは，細胞を構成しているHberのことではなく，竹材を繊維方向に裂いたものであFig．1竹紙維化のフローチャート

り，厚さ1m程度の細長い針状のものをさす．

処理条件は，生竹，未処理材，煮沸処理60分の3水準と2．1．1糖分分析した．

竹材は糖分を多く含んでおり，その糖分がセメントの硬分析方法は，まずそれぞれの試料を粉末状にし，2gを秤化を妨げることが知られている＝一 そこで，煮沸処理によ量し蒸留水100mlを加え，沸騰水中で3時間加熱を行い，ガる竹繊維中の糖分除去効果について調べた．

【147「平成11年度 研究報告 大分県産業科学技術センター

し，それぞれ手動で十分に擾拝を行った．作製するボード

ラス繊維ろ紙でろ過をした．そのろ液を高速〜夜体クロマトグラフィー（HPLC）で測定し，遊離糖分量を求めた．HPLCの寸法は500×500×10mmとし，Fig．2に示すような形状の装置は日本分光製LCSS−905，検出器は日本分光製示差屈折型枠を用いた。

計，カラムとプレカラムはそれぞれ昭和電工製KS岬801，打設方法は作製するボードの容積（2，5g）の1．6倍に当る

KS−800Pを用いた．測定条件は，カラム温度：60℃，流速：4gの木炭および竹繊椎混入セメントペーストを型枠に打1ml／min，溶離水：水，サンプル注入量：20〃1とした．

ち込み，隙間がなくなり厚さが10mになるように，過分な本実験における生竹とは，竹林から伐採して何も処理を圧力を加えないように注意しながら万力でプレスした。打していない竹材のことであり，また，未処理材とは，Fig．1設後，供試体は実験室内にて水分を含んだ布を被せ，シーのフローチャートにそって繊椎化し，糖分除去の煮沸処理トで覆い材齢2日で脱型した。脱型後，材齢28日まで恒温をしていないものをさす．

恒湿室内において水中養生し，材齢28日においてボードを2．2 ボードの作製

曲げ強度試験用供試体寸法（200×50×10mm）に18枚切断

2．2．1供試材料および調合し，9枚は引き続き28日間水中養生を行い，残りの9枚は恒本実験では木炭および竹繊維を混入したセメント系建

温恒湿室内にて28日間気中養生とした．

築用ボードを試作した．結合材であるセメントペーストは水セメント比（W／C）30％で，混和剤を用いてフロー値を200mm程度とした。使用したセメントは早強ボルトランドセメント（比重3．14），混和剤には高性能AE減水剤（ポリカルポン酸エーテル系）を用いた。木炭は既に製品化されているもの（粒径8m）を用いた。また竹繊維は，2．1で示した方法で作製したものを使用した．
Fig。2型枠断面図

供試材料の特性をTablelに示し，セメントペーストのフレッシュ性状についてTable2に示す．

Tablel供試材料の特性
材 料
セメント木 炭2．3 曲げ試験

種 類性 質曲げ試験JIS A5908に準拠して行った．供試体の寸法は

早強ボルトランド 密度：3．14g／cm3

200×50×10mm，スパンは140mmとした．供試体数は気中養セメント 粉末度：4450cm2′／g
ス ギ
粒径：8mm低温炭
密度：0．15g／cm3

竹繊維生5枚，水中養生5枚の合計10枚である．

長さ：2，3．5cm
密度：0．55g／cm3

マダケ

3．結果および考察
3．1糖分分析
竹材中の遊離糖分について二宮らの報告2）によると，マTable2 プレーンセメントペーストのフレッシュ性状
W／C

ダケにおける遊離糖分含有量は，6月頃が最も多く，多い

混和剤

（％）

単位容積
質量（mm）（％）（kg／ぞ）

添加量 （CX％）

ものでは竹材乾燥重量に対して10％を超えるものもあるとされている．これは，タケノコの発生時期に備えられていると考えられている．

300．5

205×2074．02．06

今回は，敢えて遊離糖分が最も多いと予想される6月伐採のマダケを使用しHPLCで測定した．その結果をTable3

調合は次に挙げる，①木炭の混入率（0，40，60，80vol％），に示す，②竹繊維の混入率（0．2，4，れ0Ⅰ％），③竹繊維の繊維長

生竹におけるスクロース，グルコース，フルクトースの（3．5，2cm），④養生方法の4つの要因がボードの曲げ強度3糖の合計は9．28％と非常に高い値になった．未処理材は，や調湿性に及ぼす影響を調べるために，①，②，③およびフルクトースが検出されなかったが，スクロースとグルコ④の各因子の組み合わせを38種類とした．また，調合は容ースが若干検出され合計が0．97％となった．、また，煮沸積調合とした．

時間60分は3糖すべて検出されない結果となった． 未処

2．2．2 混練，打設および養生方法

理材が煮沸処理を行っていないのに1％を下回る値となっセメントペーストの混練にはモルタルミキサー（容量たのは，繊維化のときにホットプレスで圧壊した際に竹材5ぞ）を用いて行った．セメントペーストを作製した後，48中の水分と共に溶出したことと，遊離糖分が最も蓄積して時間水中浸漬させ飽水状態とした木炭，竹繊維を順に混入いると考えられる内皮側の柔細抱部分を繊維化の際に除−148−平成‖年度 研究報告 大分県産業科学技術センター

Tableこミ 糖分分析結果

3630

糖分検出濃度㈲

26

測定項目

20

スタロース ク、、ルコース フルクトス TOTAL

180．67

生竹4．723．90

0■590．00

10

石未処理 0．37 書0．97

窟 ￠裾120

煮沸60分i1

餌10080

外したからだと推察できる．以上の分析結果からFig．1に60示す竹繊維化のフローチャートによって作製された竹繊40

維には遊離糖分は含まれていないものと判断した．

203．2 ボ血ドの密度および含水率

0Flg．3に密度と木炭および竹繊維混入率の関係を示す．

024も0246

密度は繊維の長さおよび養生条件の違いによらず，木炭混

竹繊維の混入率（％〉

竹繊維の混Å率（％〉

Fig．4 含水率と木炭および竹級維混入率の関係

入率が増加するとともに低い値を示すようになることがわかる．
82．5▲一一一▲−−−▲−「−■−一一一▲−−−▲−−−▲

鈷、叫−一書叫−−−■、＿

野−一叫−−・■トーーーー一寸ーーーーーーt

一〇L・−、・・−−−−−−−十−−−→

6

1．5

軍撃艶

7■

2．0

気中養生（打鍵維▲10 貞︶∧V 200▲8トJ−＿八3●亡pO㌻∈ひ︑0︶堪能︵N∈∈⊇︶喝鯖ト︼萄

●41．0

一−−−▲一一−▲−−−＝▲丁

姓−−−−−−1トー一寸ー叫−−■

1．5︻■0 4 31．00．6
水中養生（竹繊維長2c0．0024g 竹橋維の混入率（％〉■ 一1 ユ00248 竹繊維の混入率（％〉Fig．3 密度と木炭および竹繊維混入率の関係

02460248

竹繊維の混入率（％） 竹繊維の混入郵％）Fig．5 曲げ強度と木炭および竹繊維混入率の関係
炭混入率が増加するとともに低い値を示している。竹繊維

Fig．4に含水率と木炭および竹繊維混入率の関係を示す．
若干ばらつきはあるものの，含水率は繊維の長さおよび養混入率による曲げ強度の傾向は，木炭混入率80％について生条件の違いによらず木炭混入率が増加するほど大きくは竹繊維混入率の増加とともに低下する傾向が見られるなる傾向を示した．また木炭混入率0％において，水中養が，その他の木炭混入率のものは竹繊維混入率の増加とと生の含水率は気中養生の含水率の1．1倍程度であるのに対もに横ばいもしくは増加する傾向にある．容積調合で行っして木炭混入率が40，60，80％と増加するにつれてそれぞたことを考えれば，竹繊維混入率の増加にともなうセメンれ気中養生の含水率の1．8，2．0，4．9倍と高くなった．このトペースト量の減少による曲げ強度低下を竹絨維が十分ことからも木炭を混入することによってボードの吸水性に補っていると考えられる．また，気中養生における曲げおよび保水性が高くなることがわかる．

強度は，木炭混入率0％のものは，水中養生の6〜7割程度3．3 曲げ試験しか強度が得られなかったのに対して，木炭混入率40，60，Fig。5に曲げ強度と木炭および竹繊維混入率の関係を示

80％においては9割程度の強度が得られた．このことから，木炭の保水性機能により乾燥による強度低下が抑制されす．繊維の長さおよび養生条件に関わらず，曲げ強度は木ー149−平成11年度 研究報告 大分県産業科学技術センターたものと思われる．

￠00

Fig．6に曲げタフネスと木炭および竹繊維混入率の関係

500を示す．曲げタフネスの算出は，変位がスパンの1／50400めた．また所定の変位に達する以前に供試体が破壊した場
合には，破壊直前までの面積を求めた．
若干のばらつきがあるが，繊維の長さおよび養生条件に100

600
さ∧VO

関わらず，曲げタフネスは木炭混入率が増加するとともに30000
ウー︵∈ ∈ 主 ︶ ぺ ヰ ト 朴 ヒ 竜（＝3cm）となるまでの曲げ荷重一変位曲線下の面積より求低い値を示している．竹繊維混入率が大きくなるにつれて400

曲げタフネスの値も大きくなり，靭性が向上していること

300が分かる。

200

本実験では竹繊維長さが短い2cmの方が曲げタフネスの100値が大きくなる結果となった．これは繊維長さが2cmの方0が型枠へ打ち込みやすく，3．5cmの供試体より竹繊維が分も繊鋸の温Å畢（諾） 私議あ湿式串（ぷ散されたことによるものと考えられる。今後は，型枠や打Flg・6 曲げタフネスと木炭および竹繊維混率の関係設方法についても検討していく必要があるものと思われ
る．

4．まとめ
木炭と竹繊維を使用したセメント系ボードの開発を目標とし，本報告では，竹材中の遊離糖分の分析および試作したボードの曲げ強度試験について検討を行った．その結果以下のようなことが分かった．
1）セメントの硬化阻害を起こすとされる竹材中の遊離糖分は，60分間煮沸することによって除去できることが分かった．

2）木炭の保水性の機能により木炭を混入することによって乾燥による強度低下を抑制することが分かった．
3）竹繊維を混入することにより靭性が向上することが分かった．

今後も引き続き供試体の作製方法や木炭による詞湿性やVOCの吸着などについて検討していく予定である。
参考文献
1）馬霊飛，黒木康雄，他：木材学会誌，42−1（1996），34
2）二宮信治，中原 恵：大分県産業科学技術センター
平成8年度研究報告書，（1996），P50

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