JP4030327B2 - 動植物着生用ブロック基材およびこれを用いた動植物着生法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，陸生および水生動植物の着生床に適したモルタルまたはコンクリート製のブロック基材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンクリート製品および現場打ちコンクリートに要求されているものの一つにコンクリート構造材からの植物の育成がある。自然土壌や地盤と同じように植物が生育できる環境をコンクリート構造物に求めるのは，河川・港湾・海岸等に用いられる護岸コンクリートやコンクリート製擁壁，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を自然な状態で繁殖させ且つ他の生物（小動物や微生物）等も生息できる環境を創世しようとするためである。
【０００３】
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。すなわち，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，通常のコンクリート製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もないのが通常である。しかし，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。
【０００４】
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，植物や他の生物（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。
【０００５】
他方，近年では河川の護岸や造成地法面の緑化コンクリートとして，芝や蔦などの植物を植栽できる多孔性のポーラスコンクリートが使用され始めた。このようなポーラスコンクリートは，主として骨材を隙間をもって接着させることによって空隙率１０〜３０％程度の空隙を確保したもので，その空隙部に土等の植生基盤を充填することで，植物や微小水生動物などの生息を可能にしている。また，高透水性を生かした排水性舗装材料としての利用も試みられている。
【０００６】
しかし，従来のポーラスコンクリートは水が抜ける通路を有するものであり，透水率は大きいけれども，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，コンクリート自身が保水機能や水の蒸発散機能を持たないし強度的にも１０〜１５Ｎ／ｍｍ²程度と低い。また，通常のセメントを使用するものでは高ｐＨを示すのが一般であり，この点でも生物の生態に悪影響を及ぼしている。
【０００７】
【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，コンクリート本来の力学的性質を備えながら保水機能を具備し，植物や他の生物（小動物や微生物）の生態環境が形成できるコンクリートを得ること，そして陸生および水生動植物の着生床に適したモルタルまたはコンクリート製のブロック基材を得ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決すべく，本発明者らは種々の試験研究を重ねてきたが，セメント系モルタルまたはコンクリートにおいて，適量の植物短繊維を配合すると，硬化した状態では保水機能と強度を具備した硬化体が得られること，未だ固まらない状態では，ノズル口から押し出した場合に，その連続した線状体は線状形状を保持しながら変形できる性質を有し得ることがわかった。すなわち，植物短繊維を配合することによってセメントマトリックス中に水が含浸できる硬化体組織が得られると共に，フレッシュ状態では線状体に押し出し成形ができるような粘った混練物を得ることが可能となり，ノズル口から押し出された線状体は変形が自在でありながらその線状の形状を硬化するまで保持し得るので，この線状体を未だ固まらないうちに曲げ絡み合わせると，あたかも即席乾燥麺に見られるような，線状体が捲縮して絡み合った接合組織が得られ，このものは，線状体同士が部分的に結着して硬化しているために適当な隙間をもつ任意形状の立体ブロックとなり得ることが判明した。
【０００９】
したがって本発明によれば，未だ固まらないモルタルまたはコンクリートの線状体を曲げ絡み合わせて立体形状となし，これを硬化させて該線状体同士が部分的に結着した捲縮体状のブロックを形成してなる動植物着生用ブロック基材であって，前記の線状体が植物短繊維を配合した保水性モルタルまたはコンクリートからなる動植物着生用ブロック基材を提供する。
【００１０】
本発明で使用するモルタルまたはコンクリートは，植物短繊維の配合量が２０Ｋｇ／ｍ³以上であるのがよく，植物短繊維としては，麻，綿，籾，藁の少なくとも１種を原料とすることができる。またそのセメントとしては普通セメントが使用できるが，ＭｇＯおよびＰ₂Ｏ₅を主成分とする低ｐＨセメントを使用することもできる。
【００１１】
また，この線状体の径は５〜１００ｍｍの範囲であるのが好ましく，この線状体を箱型の型枠内で立体形状となるように捲縮させて装填することができる。例えばノズル口から線状に押し出された植物短繊維配合の保水性モルタルまたはコンクリートの線状体を，箱型の型枠内で曲げ絡み合わせて立体形状となし，これを該型枠内で硬化させて該線状体同士が部分的に結着した捲縮体状の型枠付ブロックを形成することができる。この型枠付の動植物着生用ブロック基材は，その上に土壌を敷設し，この土壌に播種または苗植等の植栽を行い，これを養生するかまたはせずして，施設現場に搬送し，施設現場において該型枠を外して該基材を着生床として施設するという使用の仕方ができる。この着生床は水路の床板等として好適である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は，本発明に従う動植物着生用ブロック基材の代表的な形状例を示したもので，植物短繊維を配合したセメント系硬化体（モルタルまたはコンクリート）からなる線状体１が曲げ絡み合って立体形状のブロック基材２を形成している。このブロック基材２は，硬化した線状体１が部分的に結着し，線状体同士の間に隙間を有した構造を有しており，一見したところ，即席乾燥麺（インスタントラーメン）のような麺の捲縮固化物を拡大したような立体形状を有している。
【００１３】
このようなセメント硬化体のブロック基材２を作成するには，例えば図２に示したように，植物短繊維配合の未だ固まらないモルタルまたはコンクリート３（以下これを略して“植物繊維入り生モルタル”と呼ぶ）の混練物をグラウトポンプ４でノズル５に圧送することにより，ノズル５から植物繊維入り生モルタルの線状体1'として押し出し，これを曲げ絡み合わせる。植物短繊維を適量配合し且つ水セメント比および単位水量を調節すると，ノズル５から押し出された生モルタルの線状体1'は直角はもとより１５０^o近く曲げても破断することなく，くねくねと自在に曲がることがわかった。植物短繊維を配合しない場合には，そのような性質を具備させることは困難で，形状保持力をもつような硬練として線状体に押し出した場合には，曲げるとすぐに折れてしまう。
【００１４】
図２ではグラウトポンプ４を使用した例を示したが，図３のような簡易押し出し器６を用いて本発明に従うブロック基材を作成することもできる。図３の押し出し器６は，本発明に従う植物繊維入り生モルタル３を入れるホッパー部７と，このホッパー部の先端に設けたノズル８と，ホッパー部７の生モルタル３を背面から押し出すための押し出し具９とからなる持ち運び可能な簡単なものであり，作業者の人力で生モルタルの線状体1'を作成できるようにしたものである。ノズル８から押し出した生モルタルの線状体1'を例えば箱型の型枠１０内に捲縮させながら装填し，型枠１０内で硬化させることによって，図１に示したようなブロック基材２を作り出すことができる。
【００１５】
図４は，各種形状の型枠例えば側面が６面体からなる六角形状の箱型の型枠１１，側面が４面体からなる四角形状の箱型の型枠１２に，生モルタルの線状体1'を装填する例を示したものである。図示のほか，側面が３面体，５面体，その他の多面体からなる多角形状，或いは側面が円筒や楕円筒からなる円筒形状の箱型の型枠を用いて，様々な形状の立体ブロックを作り出すこともできる。
【００１６】
ノズルから押し出す生モルタルの線状体1'の径については，直径が５〜３０ｍｍ，好ましくは５〜２０ｍｍ，さらに好ましくは１０〜１５ｍｍのものが取り扱いやすい。植物繊維入り生モルタルの配合については後述するが，使用する植物短繊維としては，長さが２〜１２ｍｍ，径が０.１〜１.０ｍｍ程度のものが好適であり，配合量としては，植物短繊維の種類によってその適正な範囲は異なるが，１０〜８０Ｋｇ／ｍ³好ましくは２０〜６０Ｋｇ／ｍ³の範囲とするのがよく，植物短繊維の配合量が多いほど硬化した線状体１の湿潤性能（保水性能）および生モルタルの線状体1'の変形性能が高まる。しかし，あまり多いと，骨材表面が植物短繊維で覆われるところが増え，骨材・セメント間の接合強度を低下させることにもなるので，８０Ｋｇ／ｍ³以下，好ましくは６０Ｋｇ／ｍ³以下とするのがよい。練り混ぜに際しては，セメントペーストに植物短繊維を先練りし，この植物短繊維入りセメントペーストを骨材と混り混ぜる方法が好ましい。一般に植物短繊維は，コンクリートに混入されると腐食しにくくなる性質があり，例えば麻はエジプトのピラミッドからも腐食していないものが発見されている実績がある。
【００１７】
植物短繊維の使用にあたっては，その乾燥体をよくほぐした状態で使用するのがよい。植物短繊維の性質上，その繊維一本一本の径や長さ，さらには表面状態や形状（針状か板状かなど）はランダムであるが，要するところ，その植物短繊維の性質に応じてコンクリート中によく分散できるような寸法形状とすればよい。麻を用いる場合には，ほぼ長さが２〜１２ｍｍで，径が０.２〜０.７ｍｍ程度のものを練り混ぜ中の材料に少しづつ投入して分散させればよい。そのさい，水を混入する前の空練りを６０秒以上行うことが好ましい。
【００１８】
コンクリート用分散剤を使用して植物短繊維の分散を促進させることも好ましい。使用できる分散剤には各種のものがあるが，例えば高性能減水剤（商品名レオビルド８０００ＥＳなど）が挙げられる。また，必要に応じて水溶性高分子等の増粘剤を使用することができる。
【００１９】
使用するセメントとしては普通セメントが使用できるが，低ｐＨセメントを使用すると，低ｐＨの植物繊維入り生モルタルが得られ，低ｐＨの本発明に従う動植物着生用ブロック基材を作ることができる。低ｐＨセメントとしては，ＭｇＯおよびＰ₂Ｏ₅を主成分とする低ｐＨセメントを使用できる。このような低ｐＨセメントとしては，例えば特開２００１−２００２５２号公報に記載された軽焼マグネシアを主成分とする土壌硬化剤組成物が挙げられる。またこれに相当する低ｐＨセメントは商品名マグホワイトとして市場で入手できる。さらに，セメントの一部を，必要に応じて高炉スラグ微粉末，フライアッシュ，シリカヒュームなどで置換することもできる。
【００２０】
骨材成分としては通常の細骨材および粗骨材を使用できるが，粗骨材を使用する場合には最大寸法がノズル口径より小さいものを使用する必要がある。骨材を使用する場合には最大寸法５ｍｍ以下とするのがよい。細骨材としては通常の川砂のほか，土質成分のもの例えば火山灰土，黒土等を使用可能である。また，石灰石粉等の微粉末を配合することもできる。さらに軽量細骨材を使用することもできる。
【００２１】
植物短繊維を１５Ｋｇ／ｍ³以上，好ましくは２０Ｋｇ／ｍ³以上配合し，水セメント比を従来のポーラスコンクリートの場合と同等もしくはこれよりも高くして（例えばポーラスコンクリートでは水セメントが２５〜３５％程度である）練り混ぜると，スランプ値は高くても１.０ｃｍまでの混練物が得られ，その硬化体は，透水係数が 1.0〜3.0 cm/secで，単位吸水率が１０〜４０％の保水性コンクリート（モルタル）を得ることができる。したがって，該混練物をノズルから押し出し，曲げ絡み合わせて立体形状となし，これを硬化してなる本発明のブロック基材は，単位吸水率が１０〜４０％の保水性を示す硬化した線状体１からなる。このため，線状体１そのものが保水性を示すので，動植物着生用基材として非常に好適な材料である。
【００２２】
さらに，本発明に従う動植物着生用ブロック基材は，圧縮強度２５０〜３３０kgf/cm² ，曲げ強度４０〜５０kgf/cm² を示す硬化体製品となり得る。すなわち，普通コンクリートまたはモルタルと同等の強度特性を得ることか可能である。そして，図１に例示したように，硬化した線状体１は曲げ絡み合って部分的に結着した構造の立体形状を有するので，線状体１の間には多くの隙間を有している。この隙間の容積を空隙率として表すと，この空隙率は線状体１の曲げ絡み合いの程度を調節することによって自由に制御ができ，例えば空隙率２０〜８０％のブロック基材，好ましくはは空隙率３０〜５０％のブロック基材とすることができる。
【００２３】
このような空隙率を有することにより，ブロック基材自身は軽量となるので運搬および施工に有利となり，しかもその空隙は植物の根部が生長する空間に利用することができるので，動植物着生用ブロック基材として有利である。また，この空間に必要に応じて土壌を装填することができる。
【００２４】
本発明の動植物着生用ブロック基材を作るための，代表的な植物繊維入り生モルタルの材料配合例を挙げると，普通セメントを使用した場合には，例えば，
普通ポルトランドセメント：４００Ｋｇ／ｍ³±４０Ｋｇ／ｍ³
高炉スラグ粉末 ：４００Ｋｇ／ｍ³±４０Ｋｇ／ｍ³
砂 ：８００Ｋｇ／ｍ³±４０Ｋｇ／ｍ³
水 ：３５０Ｋｇ／ｍ³±４０Ｋｇ／ｍ³
植物短繊維（綿の場合） ：２０Ｋｇ／ｍ³±５Ｋｇ／ｍ³
混和剤として，
高性能減水剤（商品名８０００ＥＳ） ：６Ｋｇ／ｍ³
増粘剤（商品名ＳＦＣＡ２０００） ：１.５Ｋｇ／ｍ³
を例示できる。これによって気乾比重＝１.９±０.１，湿潤比重＝２.３±０.１の硬化体とすることができる。この硬化体は，圧縮強度３００kgf/cm² ±５０kg/m³，曲げ強度４５kgf/cm² ±１０kg/m³で，単位吸水率が２０％±１０％程度の保水性を示す硬化体となる。
【００２５】
また，低ｐＨセメントを使用する場合には，例えば
低ｐＨセメント（商品名マグホワイト）：５００Ｋｇ／ｍ³±５０Ｋｇ／ｍ³
黒土 ：５００Ｋｇ／ｍ³±５０Ｋｇ／ｍ³
砂 ：４００Ｋｇ／ｍ³±４０Ｋｇ／ｍ³
水 ：４２０Ｋｇ／ｍ³±４０Ｋｇ／ｍ³
植物短繊維（綿の場合） ：２０Ｋｇ／ｍ³±５Ｋｇ／ｍ³
混和剤として，
ソイルセメント用混和剤（商品名レオソイル１００Ａ）：５Ｋｇ／ｍ³±１Ｋｇ／ｍ³
ソイルセメント用混和剤（商品名レオソイル１００Ｂ）：３Ｋｇ／ｍ³±１Ｋｇ／ｍ³
を例示できる。これによって気乾比重＝１.５±０.２，湿潤比重＝２.１±０.２の硬化体とすることができる。この硬化体は，圧縮強度３００kgf/cm² ±５０kg/m³，曲げ強度４５kgf/cm² ±１０kg/m³で，単位吸水率が３０％±１０％程度の保水性を示す硬化体となる。
【００２６】
このようにして得られる保水性を示す硬化体は，その保水性能を透水係数，単位吸水量および単位脱水量を用いて表すと例えば次のような特異な値を示す。
透水係数：線状体自身０.０００４〜０.０００５ｃｍ／秒，空隙をもつブロック基材製品５〜１０ｃｍ／秒
下記(1) の測定法に従う単位吸水量：１００〜５００Ｌ／ｍ³。
下記(2) の測定法に従う単位脱水量：５０〜１５０Ｌ／ｍ³。
(1) 単位吸水量の測定法：直径１０ｃｍで高さ２０ｃｍの円柱供試体を１１０℃で湿度０％の乾燥器内にて絶乾状態としてその重量Ｗｄ（Ｋｇ）を測定し，絶乾状態の供試体全体に給水を２４時間続けた時点での重量Ｗｗ（Ｋｇ）を測定し，（Ｗｗ−Ｗｄ）／Ｖを求める。
(2) 単位脱水量の測定法：直径１０ｃｍで高さ２０ｃｍの円柱供試体の全体を水中に重量変化が生じないまで浸漬して定重量Ｗｃ（Ｋｇ）を測定し，この定重量物を３０℃の乾燥器内で２４時間保持した時点での重量Ｗｅ（Ｋｇ）を測定し，（Ｗｃ−Ｗｅ）／Ｖを求める。Ｌはリットルを表示しているが，Ｌ／ｍ³はＫｇ／ｍ³で表示することもできる。
【００２７】
ちなみに，普通セメントモルタル硬化体（植物短繊維なし）の透水係数は０.００００３〜０.００００６ｃｍ／秒程度，前記(1) の測定法に従う単位吸水量は５０〜１００Ｌ／ｍ³程度，前記(2) の測定法に従う単位脱水量は３０〜６０Ｌ／ｍ³程度である。また，従来のポーラスコンクリートの本来の機能は，上方からの水が下方への簡単に抜ける（流下する）という透水性にあり，このために透水係数は例えば３.０〜５.０ｃｍ／秒と高いが，単位吸水量は７５Ｌ／ｍ³程度，単位脱水量は４５Ｌ／ｍ³程度である。本発明の植物繊維入りブロック基材も透水性を有するものではあるが，単位吸水量および単位脱水量が従来のポーラスコンクリートより高い値を示し，多く吸水して常時含水することができる。これは，植物短繊維の配合によってもたらされたものである。
【００２８】
このようにして得られる本発明の動植物着生用ブロック基材は，例えば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を自然な状態で繁殖させ且つ他の生物（小動物や微生物）等も生息できる環境を作り出すのに使用できる。そのために，本発明のブロック基材を施工現場で作製し，その現場のブロック基材に盛土し，さらに植栽，例えば播種または苗植え等してもよいが，予め規格品を工場生産して現場で据え付け施工することもできる。
【００２９】
後者の場合，植栽を終えたブロックを現場に搬送して設置すれば，一層便利である。このためには，ノズル口から線状に押し出された植物繊維入り生モルタルの線状体を，箱型の型枠内で曲げ絡み合わせて立体形状となし，これを該型枠内で硬化させて該線状体同士が部分的に結着した捲縮体状の型枠付ブロックを形成したあと，この型枠付ブロック基材の上に土壌を敷設する。土壌は砂泥，人工培養土等を適宜選択することができる。そして，この土壌に播種し，施設内で発芽生育させ，このものを施工現場に搬送し，その現場で型枠を外して着生床として施設するというプレハブ方法で施工することができる。そのさい，土壌に播種する代わりに，土壌に苗植えすることも可能である。この場合には，苗を施設内で生育させるための養生を行ってもよいし，苗のまゝ施工現場に搬送することも可能である。型枠の材質は特に限定されないが，例えばダンボール紙で作ることも可能であり，ダンボール箱を用いるとブロック基材の製作・搬送，脱型の各操作が簡易且つ安価に行える。
【００３０】
このような水路床板としては，線状体が曲げ絡み合った立体形状としてのブロック基材の大きさは施工現場に合わせて任意のものとすることができるが，線状体の直径が１０〜１５ｍｍの場合，ブロックの外形として，厚さが８０〜１５０ｍｍで，一辺の長さが２００〜８００ｍｍの範囲にある立方体形状のものが使い易い。
【００３１】
ブロック基材に植栽する植物としては，通常の陸生植物でもよいが水生植物でもよい。河川や農業用水等のコンクリート製の水路の場合には例えばヒルガオ科の多年草のものが好適である。代表的なものとして草丈が３〜５ｃｍで常緑種のダイカンドラがあり，これを着生させると水路床板を，自然の小川のように，緑化することができる。植物のみならず，本発明のブロック基材の土や泥中にはウナギ，ドジョウ，ヤゴ，カニ，ミミズ，タマムシ等や各種昆虫類の動物達が巣穴を作って生活する場が形成される。海水が存在する場所では各種の海藻類やゴカイその他の生物類の着生床となり得る。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明によると，線状のセメント硬化体が曲げ絡み合った立体形状のブロック基材が得られ，この線状体自身が通常のコンクリートやモルタルと同様の強度を有しながら高い保水性を有し，且つ線状体の間には大きな空隙を有するので，動植物着生用に適したブロック基材が提供できる。このものは排水路等の床板に使用すると，自然の小川のように水路を緑化できる。また，このブロック基材は低ｐＨとすることもできるので，植物や小動物等の生育に適した環境を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う動植物着生用ブロック基材の一例を示す略平面図である。
【図２】植物繊維入り生モルタルの線状体の製造例を示す略側面図である。
【図３】植物繊維入り生モルタルの線状体を型枠内に装填する例を示す略図である。
【図４】植物繊維入り生モルタルの線状体を型枠内に装填する他の例を示す略図である。
【符号の説明】
１ 植物短繊維配合のセメント系硬化体からなる線状体
１’植物繊維入り生モルタルの線状体
２ 動植物着生用ブロック基材
３ 植物繊維入り生モルタル
４ グラウトポンプ
５，８ ノズル
10,11,12 型枠

Claims (9)

1. 未だ固まらないモルタルまたはコンクリートの線状体を曲げ絡み合わせて立体形状となし，これを硬化させて該線状体同士が部分的に結着した捲縮体状のブロックを形成してなる動植物着生用ブロック基材であって，前記の線状体が植物短繊維を配合した保水性モルタルまたはコンクリートからなる動植物着生用ブロック基材。
2. 植物短繊維の配合量が２０Ｋｇ／ｍ³以上で，線状体の径が５〜１００ｍｍである請求項１に記載の動植物着生用ブロック基材。
3. モルタルまたはコンクリートはＭｇＯおよびＰ₂Ｏ₅を主成分とする低ｐＨセメントを結合材としたものである請求項１または２に記載の動植物着生用ブロック基材。
4. 植物短繊維配合の未だ固まらない保水性モルタルまたはコンクリートの線状体を，箱型の型枠内で曲げ絡み合わせて立体形状となし，これを該型枠内で硬化させて該線状体同士が部分的に結着した捲縮体状の型枠付ブロックを形成してなる動植物着生用ブロック基材。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の動植物着生用ブロック基材を施工現場に搬送して据え付け，該ブロック基材に盛土する動植物着生法。
6. 請求項１ないし４のいずれかに記載の動植物着生用ブロック基材を施工現場で作製し，該ブロック基材に盛土する動植物着生法。
7. 盛土された動植物着生用ブロック基材に植栽する請求項５または６に記載の動植物着生法。
8. 請求項４に記載の型枠付の動植物着生用ブロック基材の上に土壌を敷設し，この土壌に植栽し，施設現場に搬送し，施設現場において該型枠を外して該基材を着生床として施設する動植物着生法。
9. 着生床は水路の床板に用いる請求項８に記載の動植物着生法。

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