JP5910813B2 - 木質系チップによる長期的土壌表面被覆技術 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本発明は、樹木に由来する木質系の廃棄物を被覆材として再び傾斜地、水平面等に設置することで、表面水による土壌流亡や雑草の生育を抑制する技術に関する。

近年、道路敷設や住宅地の増大などによって、土壌表土が削り取られる。もしくは新たな土壌を用いて造成するなどによって植生が失われ、地肌の発生する機会が増加している。地肌の露出は土壌流亡を促し、また、一方では経年的に好ましからざる雑草の蔓延をもたらすこととなる。

この対策として、大雨などによる土壌流亡を抑制しながら好ましい景観を作る目的で、傾斜の強い場所ではコンクリートを打設する、また、緩やかな傾斜地や平地では、芝生や樹木を植え付ける、もしくはシートなどで被覆するなどの対策がなされている。また、近年では、廃材、間伐材、剪定枝などを粉砕チップ化してコンクリートなどで固め、植栽可能な土壌表面の被覆材として使用することが提案され、実用に供されている。
特開２００３−５２２４１ 特開２００５−１３９６３３ 特開２００６−１５２７００ 特開２００７−１６１５２６ 特開２０１０−５３５９７

木質系チップをコンクリートで固化した土壌表面被覆は、被覆材の有する吸水性、透水性により、植栽はもとより、近年、問題とされているヒートアイランド現象に対応するものとしても注目されるものである。また、踏込み時の感触が柔らかい特性を有し、加えてコンクリートや防草シートに比較して表面形状や色調が環境と調和しやすいといったすぐれた特性を有している。

しかし、一方で木質系チップを固化したものは、素材が生物系由来であることから微生物の繁殖を許すこととなり、長期間の使用に耐えられないとの問題が指摘されている。また、逆に木質系チップの腐朽性を活用して、固化剤と同時に特定微生物を含む堆肥を加えて腐朽を促し、早期の植生回復を図るものも提案されている。
実用新案登録第３１５５８９２号 特開２００７−３２５５２７

建築材料である木材の防腐処理は日本農林規格に保存処理に関する規定があり、試用期間の目安を１０年として、使用環境の違いにより木材に処理すべき防腐剤の吸収量適合基準が設けられている。この中で「通常より厳しい腐朽・蟻害の恐れのある条件下で高度の耐久性の期待できるもの」に対応する薬剤の処理、使用条件が示されている。たとえば、第四級アンモニウム化合物の一種ＤＤＡＣ（ジデシルジメチルアンモニウムクロライド）を用いる場合は９ｋｇ／ｍ^３以上（杉材の比重０．３８と仮定すれば、重量比２．４％）とされている。

本発明の課題は、廃棄物として処理される木質系チップを自然環境中に再度設置し、従来技術ではなし得なかった長期間にわたり土壌表面被覆機能の維持を図ることにある。すなわち、木質系チップをコンクリートなどで固化したものは、吸水性、透水性を有し、土壌流亡を抑え、植栽を可能にする素材である。しかし一方、コンクリートで固化した木質系チップであっても、担子菌、子嚢菌、細菌等の微生物による腐朽やキノコの発生による強度の低下を免れることは難しく、長期にわたってその機能を維持することが困難な素材であった。

建築に用いられる木材等の腐朽防止は、様々な方法が提案され普及している。これらの中で最も厳しい使用環境条件に対応する木材防腐剤は、大きく水溶性のものと油溶性のものに分けられる。このうち、油溶性のクレオソ−ト油、ナフテン酸銅、ナフテン酸亜鉛は、水を用いて固化させるコンクリートとの併用は難しいと判断される。一方の水溶性木材防腐剤は、ＣＣＡ（クロム・銅・ヒ素）系、ＡＡＣ（アルキルアンモニウム系化合物）系、ＡＣＱ（銅・アルキルアンモニウム系化合物）系が知られている。この中で、ＣＣＡ系の防腐剤は、安価で安定した効果を有するものとして長く使用されてきた。しかし、有害重金属を含み、既存の廃材処理における問題はもとより、腐朽した木材から環境中への放出が必然とされる土壌被覆材料などの生活環境近傍における使用は課題を残している。

更に、木質系チップを、コンクリート等で固化して用いる土壌被覆材料に対する腐朽防止技術は未だ知られていない。使用現場において作業が簡便で、環境に対する影響を考慮した防腐技術の確立が求められている。

水溶性の木材防腐剤の中で、ＡＡＣ系木材防腐剤のひとつ、ジデシルジメチルアンモニウムクロライド（ＤＤＡＣ）やＡＣＱ系防腐剤の一成分であるアルキルベンジルアンモニウムクロライド（ＢＫＣ）は、木材親和性が高く環境影響が少ないとされる第四級アンモニウム化合物であり、アルキルベンジルアンモニウムクロライドは病院などにおいて逆性石鹸として長く使用されている殺菌剤でもある。

木材の腐朽防止に使用される第四級アンモニウム化合物の代表的なものとしては、ジデシルジメチルアンモニウムクロライド、アルキルベンジルジメチルアンモニウムクロライドの他、ココナットトリメチルアンモニウムクロライド、Ｎ，Ｎ−ジデシル−Ｎ−メチル−Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）アンモニウムプロパノエート、ステアリルトリメチルアンモニウムクロライド等があげられる。しかし、第四級アンモニウム塩化合物であればこれらに限定されるものでは無い。実用に際しては、これらから選ばれた１種、もしくはこれ等を含む第四級アンモニウム化合物の中から選ばれた複数種を用いることが望ましい。中でもＮ，Ｎ−ジデシル−Ｎ−メチル−Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）アンモニウムプロパノエートはハロゲンイオンを含まないために金属腐食性がほとんど見られず、優れた特性を有している。

本発明で使用する木質系チップは間伐材、剪定枝、廃材などを用いることができ、粉砕したチップの大きさは、作業性から長径５ｃｍ以下、好ましくは３ｃｍ以下が望ましい。また木質系チップは、木材と異なり、その原材料の違い、放置された期間、放置された場所、天候によって、その重量、および含水量が大きく変化する。従って、チップ粉砕現場においても、施工現場においても正確な乾物重を迅速に特定することは困難である。従って、木質系チップを容量で測定し、嵩比重からおよその重量を算出して使用するのが現実的である。木質系チップに添加する第四級アンモニウム化合物水溶液、および砂、セメント等の重量設定は容易である。
具体的には、木質系チップ重量に対して第四級アンモニウム化合物が重量比０．２５％〜２．５％含浸するように調整した水溶液を木質系チップに散布、もしくは塗布によって付着させる。もしくは、木質系チップに対して第四級アンモニウム化合物が重量比０．２５％〜２．５％含浸するように調整した水溶液に浸漬させた後、いずれの場合も砂、およびセメントを木質系チップ重量に対して７０〜２５０重量％になるように混合して、更に水を加え固化被覆用素材を調整する。使用するセメント、砂、および水の割合は、砂に対してセメントの割合は、３０〜６０重量％であり、水はセメント重量のおよそ１／２重量が一般的である。

木質系チップへの第四級アンモニウム化合物の含浸は、木質系チップの製造場所で行うこともできるが、施工現場以外で調製された木質系チップに現地で第四級アンモニウム化合物水溶液を散布することによって容易に木質系チップに付着、含浸させることができる。木質系チップの吸水量は、およそ１００％〜２００％であり、求める第四級アンモニウム化合物の濃度を得ることは容易である。また、砂、セメントの混合比、混合量を変えることで目的に応じて被覆素材の強度を変えることができる。例えば、木質系チップに対する砂やセメントの比率を上げる。もしくは、砂に対するセメントの比率を上げることによって強度の向上を図ることができる。積極的な植栽を期待するのであれば山中式硬度計で２０ｍｍ以下が望まれ、逆に防草効果を期待するのであれば山中式硬度計で２７ｍｍ以上になるような配合が望まれる。また、施工厚によっても防草効果は変動し、十分な防草効果を期待するのであれば５ｃｍ以上が望まれる。

木質系チップに第四級アンモニウム化合物を含浸させた後、コンクリートで固化することにより木材の腐朽防止に必要とされる薬量以下で長期的な防草効果、土壌流亡防止効果、もしくは植栽を可能にする土壌被覆材料を得る。

以下に試験例をもって、本発明による木質系チップ固化素材の物理的特性、腐朽耐性、防草効果、植栽について詳述する。

試験例１ 木質系チップ固化素材の物理的特性１
２０ｍｍで篩った含水率５８％の木質系チップ（比重０．３６）１Ｌに使用したチップの最大吸水量となる水１００ｍｌを加えた後、セメント、砂、及びセメントの１／２量の水を下記表１に示すように添加して混練後、１０ｃｍ×２０ｃｍ×５ｃｍの木の型枠に充填した。各々２反復を２週間雨の当たらない野外に放置した後、山中式硬度計を用いて各５ヶ所の硬度を測定した。その平均値を下記表１に示す。

試験例２ 木質系チップ固化素材の物理的特性２
１０ｍｍで篩った含水率２１％の木質系チップ（比重０．２５）１Ｌに使用したチップの最大吸水量となる水４９０ｍｌを加えた後、セメント、砂、及び水の混合比を下記表２に示すように変動させて混練後、１０ｃｍ×２０ｃｍ×５ｃｍの木の型枠に充填した。各々を２週間雨の当たらない野外に放置した後、山中式硬度計を用いて各５ヶ所の硬度を測定した。その平均値を下記表２に示す。

試験例３ 防腐処理木質系チップ固化素材の物理的特性
１０ｍｍで篩った含水率２１％の木質系チップ（比重０．２５）１Ｌに、Ｎ，Ｎ−ジデシル−Ｎ−メチル−Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）アンモニウムプロパノエート（商品名コータミンＤ−１０ＥＰ 有効成分濃度７０〜７３％ 花王株式会社製品 以下ＤＤＭＨＥＡと称する）の有効成分２％水溶液４４０ｍｌを滴下ながら撹拌混合した。混合させた木質系チップは、試験例２、配合３によるセメント、砂、及び水を混練して１０ｃｍ×２０ｃｍ×５ｃｍの木の型枠に充填した。各々２反復を２週間雨の当たらない野外に放置した後、山中式硬度計を用いて各５ヶ所の硬度を測定した。その平均値を下記表３に示す。

試験例４ 腐朽耐性試験１
１０ｍｍで篩った木質系チップ５００ｍｌ（重量１３７ｇ含水率２４％）にＤＤＭＨＥＡの有効成分５％水溶液、１．５％水溶液、０．５％水溶液、０．１５％水溶液各５００ｍｌを加え撹拌しながら３０分浸漬した後、脱水機で５分間脱水した。同様に木質系チップを水に浸漬し、脱水後の重量（１８９ｇ）から増加した吸水量（５２ｇ）を用いて乾燥チップ重量あたりのＤＤＭＨＥＡ量を算出した。

ＤＤＭＨＥＡを付着させ、脱水した各チップ１００ｇにセメント３５ｇ、砂１０５ｇ、及びおよそ７０ｍｌの水を加えて混練し、９ｃｍシャーレに３０ｇ充填した。真菌検査用培地（１Ｌ当たり各々、酵母エキス１．０ｇ、ペプトン２．５ｇブドウ糖１０．０ｇ、リン酸１カリウム０．５ｇ、硫酸マグネシウム０．２５ｇ）に麦芽エキス３．０ｇ／Ｌを混合した溶液５ｍｌをシャーレに添加した。各濃度３反復を３週間、２５℃定温器内に放置して培地表面に発生する微生物菌糸の占有度合いを測定した。占有度は以下に示す０〜４で分類した。その平均値を下記表４に示す。
占有度０：菌糸の発生が見られない
占有度１：シャーレの菌糸被覆割合が２５％以下
占有度２：シャーレの菌糸被覆割合が２５％より大きく５０％以下
占有度３：シャーレの菌糸被覆割合が５０％より大きく７５％以下
占有度４：シャーレの菌糸被覆割合が７５％より大きい。

試験例５ 腐朽耐性試験２（無被覆チップ試験）
試験例４で調製した脱水チップを９ｃｍシャーレに各々１２ｇ充填後、エチレンオキサイドガスで滅菌処理した。このシャーレに滅菌培地（１Ｌ当たり各々、ブドウ糖４０ｇ、ペプトン３ｇ、麦芽エキス１５ｇ）を１０ｍｌ添加した。また、あらかじめポテトデキストロース寒天培地で培養したオオウズラタケ菌叢上にブナ材小片を載せて１週間２５℃で繁殖させたものを各シャーレに置床した。各々５反復を３週間、２５℃定温器内に放置して培地表面の菌糸占有度合いを試験例４と同様に測定した。その平均値を下記表５に示す。

試験例６ 腐朽耐性試験３
１０ｍｍで篩った木質系チップ５００ｍｌ（重量１４２ｇ含水率２７％）にジデシルジメチルアンモニウムクロライド（商品名 コータミンＤ−１０Ｐ 有効成分濃度７０〜８０％ 花王株式会社製品 以下ＤＤＡＣと称する）、アルキルベンジルジメチルアンモニウムクロライド（商品名 サニゾールＢ−５０ 有効成分濃度５０％ 花王株式会社製品 以下ＡＢＤＭＣと称する）、ステアリルトリメチルアンモニウムクロライド（商品名 コータミン８６Ｐコンク 有効成分濃度６０〜７０％ 花王株式会社製品 以下ＳＴＭＣと称する）、ココナットトリメチルアンモニウムクロライド（商品名 コータミン２４Ｐ 有効成分濃度２０〜３０％ 花王株式会社製品 以下ＣＴＭＣと称する）、およびＤＤＭＨＥＡの有効成分１．５％水溶液各５００ｍｌを加え撹拌しながら３０分浸漬した。脱水機で５分間脱水した後、吸水量から付着した第四級アンモニウム化合物の量を乾燥チップ重量あたりで算出した。

脱水した各チップ１００ｇにセメント３５ｇ、砂１０５ｇ、及びおよそ６５ｍｌの水を加えて混練し、９ｃｍシャーレに４０ｇ充填した。真菌検査用培地（１Ｌ当たり各々、酵母エキス１．０ｇ、ペプトン２．５ｇブドウ糖１０．０ｇ、リン酸１カリウム０．５ｇ、硫酸マグネシウム０．２５ｇ）に麦芽エキス３．０ｇ／Ｌを混合した溶液５ｍｌをシャーレに添加した。各々３反復を３週間、２５℃定温器内に放置して培地表面に発生する微生物菌糸の占有度合いを試験例４と同様に測定した。その平均値を下記表６に示す。

試験例７ 防草試験
平成２２年８月４日、チガヤ、セイタカアワダチソウが主体に生えている茨城県稲敷郡阿見町にある平地を刈り払い機で整地して試験地とした。１０ｍｍで篩った含水率２１％の木質系チップ５０Ｌ（比重０．２５）にＤＤＭＨＥＡの０．５％水溶液２２Ｌを加えて撹拌混合した後、試験例２、配合３によるセメント７ｋｇ、砂２１ｋｇ、及び水３．５Ｌを加え混練して被覆素材を調整した。試験地に設置した１００ｃｍ×１００ｃｍ、高さ９ｃｍの木の型枠内に被覆素材を流し込み平滑整地して被覆厚５ｃｍ区とした。また前記の６０％量を流し込んで被覆厚３ｃｍ区とした。各２反復として、１か月後、３か月後に雑草の発生状況を調査した。その結果の平均値を表７に示す。

試験例８ 植栽試験
平成２２年８月４日、平地を刈り払い整地後、オオムラサキツツジを１００ｃｍ×１００ｃｍ、高さ９ｃｍの木の型枠内に５本植栽して十分量の散水を行った。この型枠内に試験例６と同様に調整した木質系チップ固化素材の被覆厚５ｃｍ相当量を流し込み平滑整地した。また、前記と同様の型枠内に十分量の散水を行い、前記と同様に調整した木質系チップ固化素材の被覆厚３ｃｍ相当量を流し込み平滑整地した後、土壌表面まで達する直径６ｃｍ程度の穴をうがってヒメイワダレソウ苗を１区４本植栽した。植栽１週間後、２週間後に潅水を行い、１か月後、３か月後に生育状況を調査した。その結果を表８に示す。

Claims (1)

1. ５ｃｍ以下に粉砕した木質系チップに対して乾燥重量比０．２５％〜２．５％の第四級アンモニウム化合物を含浸させた後、乾燥木質系チップに対して重量比５０％〜７５％の砂、および砂に対して重量比３０％〜６０％のセメントからなる無機系固化剤を混合して水を加え固化させることを特徴とする土壌表面被覆方法。