JP2023060787A - 竹繊維による舗装用ブロックおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量で、適度な保水性・透水性と竹繊維の風合いを有した歩行者用舗装用ブロックを提供する。【解決手段】 舗装用ブロックは、繊維長が３０ｍｍ以上１００ｍｍ以下、平均５０ｍｍの第１の竹繊維とバインダーとを均一に混練した第１の生成物を圧縮成型したものである。また、コーティング層付舗装用ブロックはこのブロック本体の上面に繊維長が３０ｍｍ以下の第２の竹繊維とバインダーとを均一に混練した第２の生成物によるコーティング層を載せて、圧縮成型したものである。なお、バインダーは普通ポルトランドセメントと水である。【選択図】図１

Description

本発明は、路面に敷き詰めて舗装するための舗装用ブロックに関する。

従来、舗装用ブロックについては、環境負荷軽減や歩行性能の向上の観点から改善が図られてきた。たとえば、竹繊維を砂や砂利と一緒に混ぜたセメント固化体とすることで保水性能を向上させると同時に天然素材の風合いを感じられるものがある。
一方で、大量の数を必要とする舗装用ブロックにとって施工性の向上もまた重要な点である。施工性に関する大きな課題は舗装ブロックの重量にある。
一般的に用いられる舗装ブロックは、砂や砂利が７～８割を占めるセメント固化体やレンガ、石であるため、ブロック単体が重い。そのため、大量の数を敷設するとなると作業が容易ではない。

これに対して、特許文献１は砂や砂利を用いずに骨材すべてを繊維長の短い、粉状の竹繊維で構成したセメント固化体を開発して、大幅な軽量化を図る技術が記載されている。この技術は舗装用ブロック用ではないが、舗装用ブロックとしても十分な強度を有しているものである。
特許文献１について詳細にみていくと、竹の繊維長が平均約１０ｍｍで殆ど１～３０ｍｍの範囲内の粉状なのが特徴である。この範囲で調整するとコンクリート成型物の製造が容易となるからである。

特開２００３－１０４７６８号公報

しかしながら、竹繊維が細かい場合は隙間なく密に埋め固められるために非常に多くの竹繊維が必要になるし、その分だけ重くなってしまう。だからと言って、単純に、竹繊維の長さを長くしただけでは、竹とセメントの接着面が減り、結合が弱くなり、強度が保てない。
そこで、長い竹繊維を用いながらも、所定の強度を保つことができる軽量の舗装用ブロックが求められていた。

本発明の舗装用ブロック本体は、長い竹繊維である第１の竹繊維とバインダーを混錬し、圧縮成型することを手段とする。この手段により、繊維同士を押し込んで緊密な状態をつくり、結合面積を増やして、繊維同士の結合力を高める効果がある。
請求項１に記載の舗装用ブロックにおいて、コーティング層付舗装用ブロックは、前記舗装用ブロック本体の一面を、繊維長が３０ｍｍ以下の竹繊維である第２の竹繊維を前記バインダーによって固めたコーティング層で覆ったことを手段とする。この手段により、肌理の細かい表層で覆われ、ブロック表面の耐久性と保水性、そして歩行性が向上する。
請求項１又は請求項２に記載の舗装用ブロックにおいて、前記第１の竹繊維は、繊維長が３０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の竹繊維を含むことを手段とする。この手段により、繊維の短い粉状の竹繊維を固化するのに比べて、使用する竹量を減らすことが可能で、軽量化できる。
請求項１から請求項３のいずれかに記載の舗装用ブロックにおいて、前記バインダーの主成分は、ポルトランドセメントと水であることを手段とする。この手段により、石や砂利などの骨材を使用しないために大きな軽量化を図れる。
請求項１から請求項４のいずれかに記載の舗装用ブロックにおいて、前記混錬は、オムニミキサー（ＯＭＮＩ ＭＩＸＥＲ）を回転数：１００～４８０ＲＰＭで回転させ、使用することを手段とする。この手段により、繊維長が長く比重の軽い繊維素材の撹拌時に練りムラを防止し、バインダーが均一に竹繊維の表面に付着することができる。
請求項１から請求項５に記載の舗装用ブロックにおいて、前記圧縮成型は、肉厚１０ｍｍ程度の鋳物型枠に入れて、５０～６０ＫＮの圧縮成型であることを手段とする。この手段により、型枠が壊れることなく、繊維の長い竹繊維を押し固めて緊密な状態をつくり、竹繊維とバインダーの結合を強める効果がある。

本発明は、舗装用ブロックの製造方法であって、繊維長が３０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の繊維を含む竹繊維とバインダーを、オムニミキサー（ＯＭＮＩ ＭＩＸＥＲ）を回転数１００～４８０ＲＰＭで回転させ、混錬し、第１の生成物を生成するステップと、型枠に、該第１の生成物を流し込むステップと、該第１の生成物に対して、５０～６０ＫＮの圧縮を行う圧縮成型ステップと、
該型枠から該第１の生成物を取り出すステップと、からなることを手段とする。
本発明は、舗装用ブロックの製造方法であって、繊維長が３０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の繊維を含む竹繊維とバインダーを、オムニミキサー（ＯＭＮＩ ＭＩＸＥＲ）を回転数１００～４８０ＲＰＭで回転させ、混錬し、第１の生成物を生成するステップと、繊維長が３０ｍｍ以下の繊維を含む竹繊維とバインダーを、オムニミキサー（ＯＭＮＩ ＭＩＸＥＲ）を回転数１００～４８０ＲＰＭで回転させ、混錬し、第２の生成物を生成するステップと、型枠に、該第１の生成物を流し込むステップと、該型枠に、該第２の生成物を、該第１の生成物の厚さの少なくとも半分以下の厚さで流し込むステップと、該第１の生成物及び該第２の生成物に対して、５０～６０ＫＮの圧縮を行う圧縮成型ステップと、該型枠から該第１の生成物及び該第２の生成物を取り出すステップと、からなることを手段とする。

本発明によれば、粉状の竹繊維よりも大きな繊維を用い、混錬、圧縮成形することによって、繊維同士の結合力を高めることができ、重量を軽減しつつ、大きな靭性効果を持つ舗装ブロックを提供できる。

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本発明の実施例による舗装用ブロックの斜視図である。 本発明の舗装用ブロックの製造工程図である。 本発明の舗装用ブロックにおける圧縮前、圧縮中、圧縮後の舗装用ブロック断面と、その内部の竹繊維と空隙を示した模式図である。 本発明の舗装用ブロックの質量、竹の密度、曲げ強度を示す表である。

本発明による第１の実施の形態による竹繊維による舗装ブロックは、舗装用ブロック１である。
舗装用ブロック１は、ブロック本体１０から成る。ブロック本体１０は、第１の竹繊維１１とバインダー１２と空隙１３とから成り、第１の竹繊維１１とバインダー１２と混錬して圧縮成型したものである。空隙１３は、成型時に生成され、第１の竹繊維１１とバインダー１２の隙間である。
なお、第１の竹繊維１１は３０ｍｍ以上１００ｍｍ以下、平均５０ｍｍの長い竹繊維である。
本実施の形態によれば、繊維の大きい竹繊維を特定の大きさで成型し、粉状の竹繊維で成型した場合に比べて、さらに軽い舗装ブロックが提供できる。

本発明による第２の実施の形態による竹繊維による舗装ブロックは、コーディング層付舗装用ブロック２０である。コーディング層付舗装用ブロック２０は、第１の実施の形態によるブロック本体１０とコーディング層２１から成る。コーディング層２１は第２の竹繊維２２とバインダー１２と空隙１３とから成る。
ブロック本体１０の上面をコーティング層２１で覆い、圧縮成型したものである。なお、第２の竹繊維は繊維長が３０ｍｍ以下の短い竹繊維である。
本実施の形態によれば、極めて軽いことに加えて、第１の竹繊維による舗装ブロックの肌理の粗い表面を改善し、美観と歩行性能を高める舗装ブロックが提供できる。
なお、本実施例で示される舗装用ブロックの各部の形状及び各製造工程は、下記に述べる実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内、即ち、同一の作用効果を発揮できる形状及び寸法の範囲内で変更することができるものである。

図１（ａ）は本発明による第１の実施の形態による舗装用ブロックを示す斜視図で、その製造工程が図２（ａ）である。
なお、舗装用ブロックにはインターロッキングブロックやコンクリート平板、舗石・レンガ、土系舗装などがある。インターロッキングブロックは車路でも使用されるが、これらは主に歩行者用通路に用いられることが多い。ゆえに、強度は車路で使われるものより低く、一軸圧縮強度で３．０Ｎ／ｍｍ^２（ＭＰａ）以上が望ましい。この強度でも、一般的な自家用車であれば一時的な通行も可能である。ブロックの形状は敷き詰めるのに簡易な矩形が多い。

以下、図２（ａ）の製造工程にそって詳述する。
まず、ステップ１１（Ｓ１１）は材料の計測である。材料は、第１の竹繊維１１とバインダー１２である。
使用する竹は真竹や孟宗竹などをチョッパーで粉砕したもので、適度に乾燥したものを使用する。乾燥させることで竹に含まれている水分量を勘案せずに済み、水セメント比に影響を与えない。だが、絶乾状態でなくても構わない。
竹の繊維長の配分については、繊維の長さと成型されたブロックの質量には逆相関関係にある。たとえば、繊維が長い竹繊維で構成するほうが軽くなるが、５０ｍｍから１００ｍの繊維が７５％を超える場合は繊維同士の接着面が過少で必要な強度が発現できない。２０～３０％は５０～３０ｍｍの繊維長にすることが望ましい。これによって、竹繊維同士の接着面が多くなり、繊維同士の結合が強くなって、竹繊維本来の靭性が発揮できる。
バインダー１２には水、セメント、有機系混和剤を使用するが、水セメント比は０．４０、混和剤はセメントの重量に対して０．７％加えるのが望ましい。

ステップ１２（Ｓ１２）として、ステップ１で計測した第１の竹繊維１１とバインダー１２とを高度な撹拌能力を有するオムニミキサー（ＯＭＮＩ ＭＩＸＥＲ）を回転数：１００～４８０ＲＰＭで使用して均一に混錬し、第１の生成物３０を生成する。混錬にオムニミキサーを使用することで、第１の竹繊維１１の表面にバインダー１２を全体的に薄く均一に付着させることができる。これを一般的な強制練りパン型撹拌機（回転数２０～３０ＲＰＭ）で実施しても、バインダー１２が底に滞留してしまって、第１の竹繊維１１にバインダーを均一に付着させることができない。

ステップ１３（Ｓ１３）は混錬された第１の生成物３０を高さ１００ｍｍ、肉厚１０ｍｍの鋳物型枠に入れて、プレス機で５０～６０ＫＮの圧縮荷重を均等掛けて圧縮成型する。型枠内の空隙にバインダーが付着した第１の竹繊維が押し込まれ、凝縮して、竹繊維同士の接着面が増えることで、バインダー１２の結合効果を高めることができる。その際、十分な荷重をかけないと、その分バインダー１２の接着効果が悪くなってしまう。
なお、５０～６０ＫＮ以上の荷重に対して、一般的な木製やブリキ製の型枠では、型枠が破損してしまう。そのため、圧縮に耐えられる型枠として鋳物を採用している。

図３に沿って、圧縮過程を説明する。
まず圧縮前の第１の生成物３０の状態は、バインダー１２が薄く付着した第１の竹繊維１１が疎に集合した状態である。ゆえに、繊維同士は点または線状の結合面しかもたない。
圧縮中の第１の生成物３０の状態は、バインダー１２が付着した第１の竹繊維１１が空隙１３に押し込まれて密の状態をつくることで、繊維同士の接着面が増えて、面的に結合する。このとき、型枠５０に入れた第１の生成物３０の厚みは第１の竹繊維１１が押し固められて凝縮されるため、半分程度になる。
圧縮後の第１の生成物３０の状態は、圧縮して生まれた多くの結合面が竹繊維の弾性によって一部剥がれて空隙１３を生じるが、多くの結合面が維持される。このとき、型枠に入れた第１の生成物３０の厚みは当初の７０％程度になる。ゆえに、舗装ブロックを６０～７０ｍｍ程度の厚みにする場合、１００ｍｍ程度の第１の生成物３０を型枠に入れて圧縮荷重をかける必要がある。
圧縮成型によって、繊維が大きい竹繊維同士の成型を可能とした。この結果、粉状の竹繊維で成型するよりも少ない竹量で製作できるだけでなく、竹の靭性を生かした弾性効果をもった舗装ブロックが生まれた。このブロックは空隙率が高いため透水性も高い。

ステップ１４（Ｓ１４）の脱型については、圧縮成型後に約２４時間放置し、脱型する。その後、１４日程度養生硬化させるのがステップ１５（Ｓ１５）である。この際に１４日程度で強度の大部分は発現するが、２８日間養生硬化させることが望ましい。
さいごに、ステップ１６（Ｓ１６）として、目視あるいは計器により製品検査を行ない、出荷する。

図４に沿って、重量などの測定結果を示す。測定に用いた第１の実施の形態による舗装用ブロック１は幅１００ｍｍ×長さ４５０ｍｍ×高さ６５ｍｍの立方体で製作したものである。従来のブロックに比べて２／３程度に軽量化できた。これは第１の竹繊維が従来の竹繊維に比べて、密度が１／２であるためである。
舗装用ブロック１の強度については、限界曲げ強度は３．３Ｎ／ｍｍ^２で、－軸圧縮強度は３Ｎ／ｍｍ^２以上を耐えることができた。本発明のブロックは、大きな荷重が掛かっても徐々に変形し、一気に破壊するものでない。最終的な限界圧縮強度は測定できないものの、歩行者用路での使用に十分に適している。
本実施例によれば、これまで説明した効果に加えて、多くの利点がある。例えば、制作されたブロックはポーラス状で透水性が高いだけでなく、竹繊維が水分を一部吸収するため保水性も高い。時間とともに保水された水分が蒸発され、気化熱となって大気に放熱される。これによって舗装面の温度の上昇を抑えて、ヒートアイランド現象の抑制につながる。
竹繊維本来の高い靭性を生かしたブロックであるため高い歩行性能に寄与するだけでなく、この靭性は安全性の確保にもつながる。それは限界体力以上の荷重がかかっても、爆裂し、一気に崩壊することなく、徐々につぶれていく破壊工程をたどるからである。もし破損した場合はブロックの入れ替え作業になるが、軽量で廉価でもあるため、近隣のコミュニティや住民たちの手でも容易に施工が可能である。そして、さらなる軽量化を図ったことで大量に運搬される場合に大幅なコスト削減を図ることができる。
そして何より、放置竹林が増加する昨今において、不要な放置竹林を有効活用できれば、竹を使用した有効なエコシステムを構築できる点にある。

図１（ｂ）は本発明による第２の実施の形態によるコーティング層付舗装用ブロックを示す斜視図で、その製造工程が図２（ｂ）である。実施例１でも述べたように、舗装用ブロックは矩形で、路盤上に一面に敷き詰めて車路や歩行者用路として使用される。

以下、図２（ｂ）の製造工程にそって詳述する。
ステップ１１、１２、１４、１５、１６（Ｓ１１、１２、１４、１５、１６）は実施例１と同じである。
ステップ２１（Ｓ２１）は、コーティング層２１で使用する第２の竹繊維２２とバインダーの材料計測である。使用する材料は繊維長が３０ｍｍ以下の竹繊維とバインダーである。使用する竹は真竹や孟宗竹などをチョッパーで粉砕したもので、適度に乾燥したものを使用する。竹繊維の重量は全重量１００に対して５０程度が望ましい。
バインダー１２には水、セメントを水セメント比０．３０の割合で使用する。なお、有機系混和剤は使用しなくても構わない。
セメントにはホワイトセメントを使用することも有用である。ホワイトセメントで製作した舗装ブロックはそれ自体でも白色に近づけることが出来る。さらに、ホワイトセメントに顔料を添加することでさまざまな色の舗装ブロックを作りだせる。舗装の色は注意を喚起したり、その場の雰囲気を左右したりする重要な点である。

ステップ２２（Ｓ２２）として、ステップ３で計測した第２の竹繊維２２とバインダー１２とを高度な撹拌能力を有するオムニミキサー（ＯＭＮＩ ＭＩＸＥＲ、回転数：１００～４８０ＲＰＭ）を使用して均一に混錬し、第２の生成物４０を生成する。第２の生成物は、第２の竹繊維２２にバインダー１２が浸透し、バインダーを含んだ粉状になる。この際に、一般的な強制練りパン型撹拌機（回転数２０～３０ＲＰＭ）でも混錬はできるが、竹繊維の比重が軽く粉状のため、撹拌時に球になって均一な撹拌が難しい。なお、球が発生した場合は、ほぐしてから使用する。

ステップ２３（Ｓ２３）では、高さ１００ｍｍの型枠５０に、ステップ１１、１２でつくられた第１の生成物３０を下層に９０ｍｍ、ステップ２１、２２でつくられた第２の生成物４０を１０ｍｍ程度入れる。コーティング層２１は厚くなると重量が増すため、強度が確保できる１０ｍｍ程度が望ましい。これを、実施例１と同様に、プレス機で５０～６０ＫＮの圧縮を均等に掛けて圧縮成型する。上層の第２の生成物４０は圧縮されて、さらに密に凝縮されるが、厚みはほとんど変わらない。つぎに、下層の第１の生成物３０は実施例１で述べた通りである。ゆえに、全体としてみれば、当初の７０％程度の厚みになる。
第２の実施形態であるコーティング層付舗装用ブロック２０は、上層は密に粒子が凝縮した状態で、下層は第１の実施形態と同様に、竹繊維同士が部分的に面で接合し、その間に大きな空隙１３がある状態をつくっている。

図４にそって、測定結果を説明する。第２の実施の形態によるコーティング層付舗装用ブロック２０は幅１００ｍｍ×長さ４５０ｍｍ×高さ６５ｍｍの立方体で製作し、測定した。その結果、第２の竹繊維を全体の１０％使用したために竹の密度、重量ともに増えたが、従来のブロックに比べて大きく軽量化できた。
強度については、曲げ強度が第１の実施形態よりも高く、一軸圧縮強度も必要強度を満たすことから歩行者用路として十分に使用できる。

本発明のコーティング層付舗装用ブロック２０は地面に敷き詰めて路盤を構成するものである。その場合にはコーティング層２１が大きな効果をもたらす。コーティング層２１は小さい繊維長の竹繊維を固めたもので、保水性が高い。降雨や散水等によって濡れると、コーティング層が水を含んで保水し、コーティング層付舗装用ブロック２０自体が高い保水性を有することになる。
また、このコーティング層付舗装用ブロック２０は骨材とし竹繊維を使用して多孔質化されており、高い透水性も有している。従って、降雨や散水によって濡れると、水はコーティング層付舗装用ブロック２０を透過して路盤下の地面に浸透する。しかも、濡れて水を含んだ路盤下の地面は、表面を多量の水を含んだコーティング層付舗装用ブロック２０で覆われているので、乾燥しにくくなり、地面自体の保水性も向上させることができる。
従って、これまでに改善されてきたような高い保水性能と歩行性能も実現されている。さらに、肌理の細かい滑らかな表層を形成し、コーティング層付舗装用ブロック２０の耐久性を向上させた。

本実施例によれば、実施例１の効果を継承しているだけでなく、コーティング層２１を加えたことによる新たな効果を提供している。
簡単にまとめると、つぎの３点である。１つ目は、舗装面が着色できることによる意匠的な特性である。これによって、敷設された場所の雰囲気を形成するとともに、歩行者に色や模様で注意を喚起することが出来る。２つ目は、表面の耐久性・耐摩耗性の向上である。それが、肌理の細かい表層を形成することにつながっている。最後に、舗装面のヒートアイランド抑制効果の向上である。コーティング層付舗装用ブロック２０を透水した水分が路盤に吸収されるが、コーティング層２１によって舗装ブロック内の水分を保持できるからである。

以上の通りに製作された実施例１と２を半年間にわたって暴露実験を実施した。その結果、水はけのよさ、日光の照り返しの軽減、柔らかな風合い、強度や靭性、外観の美観などの長所はすべてにおいて認められた。なお、破損などのトラブルはいずれの場合にも認められなかった。

本発明で製造される竹繊維による舗装ブロックは、極めて軽量で施工性も高い。さらに保水性が高く、竹繊維によるクッション性にも優れる。さらに、コーティング層によって肌理の細かい滑らかな美観と歩行性能を実現した。ゆえに、歩行空間に敷設して用いることができる。

１ 舗装用ブロック
１０ ブロック本体
１１ 第１の竹繊維（長い竹繊維）
１２ バインダー
１３ 空隙
２０ コーティング層付舗装用ブロック
２１ コーティング層
２２ 第２の竹繊維（短い竹繊維）
３０ 第１の生成物
４０ 第２の生成物
５０ 型枠

Claims (8)

1. 第１の竹繊維とバインダーを混錬し、圧縮成型した舗装用ブロック本体からなることを特徴とする舗装用ブロック。
2. 前記舗装用ブロック本体の一面を、繊維長が３０ｍｍ以下の竹繊維である第２の竹繊維を前記バインダーによって固めたコーティング層で覆ったことを特徴とする請求項１に記載の舗装用ブロック。
3. 前記第１の竹繊維は、繊維長が３０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の竹繊維を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の舗装用ブロック。
4. 前記バインダーの主成分は、ポルトランドセメントと水であることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれかに記載の舗装用ブロック。
5. 前記混錬は、オムニミキサー（ＯＭＮＩ ＭＩＸＥＲ）を回転数：１００～４８０ＲＰＭで回転させ、使用することを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれかに記載の舗装用ブロック。
6. 前記圧縮成型は、鋳物の型枠に入れて、５０～６０ＫＮの圧縮成型であることを特徴とする、請求項１から請求項５に記載の舗装用ブロック。
7. 舗装用ブロックの製造方法であって、
   繊維長が３０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の繊維を含む竹繊維とバインダーを、オムニミキサー（ＯＭＮＩ ＭＩＸＥＲ）を回転数１００～４８０ＲＰＭで回転させ、混錬し、第１の生成物を生成するステップと、
   型枠に、該第１の生成物を流し込むステップと、
   該第１の生成物に対して、５０～６０ＫＮの圧縮を行う圧縮成型ステップと、
   該型枠から該第１の生成物を取り出すステップと、
   から成る舗装用ブロックの製造方法。
8. 舗装用ブロックの製造方法であって、
   繊維長が３０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の繊維を含む竹繊維とバインダーを、オムニミキサー（ＯＭＮＩ ＭＩＸＥＲ）を回転数１００～４８０ＲＰＭで回転させ、混錬し、第１の生成物を生成するステップと、
   繊維長が３０ｍｍ以下の繊維を含む竹繊維とバインダーを、オムニミキサー（ＯＭＮＩ ＭＩＸＥＲ）を回転数１００～４８０ＲＰＭで回転させ、混錬し、第２の生成物を生成するステップと、
   型枠に、該第１の生成物を流し込むステップと、
   該型枠に、該第２の生成物を、該第１の生成物の厚さの少なくとも半分以下の厚さで流し込むステップと、
   該第１の生成物及び該第２の生成物に対して、５０～６０ＫＮの圧縮を行う圧縮成型ステップと、
   該型枠から該第１の生成物及び該第２の生成物を取り出すステップと、
   から成る舗装用ブロックの製造方法。

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