| 【発明の名称】 |
植物生育用炭化物含有セメント製品とその利用 |
| 【発明者】 |
【氏名】鈴木 敏弘
【氏名】西山 文毅
【氏名】上原 衛
【氏名】志賀 直明
【氏名】福田 一実
【氏名】諸木 明政
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| 【要約】 |
【課題】水生植物等の生物が生育し得るセメント製品を開発すると共に、該セメント製品を用いた環境浄化システムを構築すること。
【解決手段】リン炭およびポリアクリロニトリル系炭素繊維の中から選ばれた少なくとも１種の炭化物を含有させたことを特徴とする植物生育用炭化物含有セメント製品並びに該製品を用いて構成したことを特徴とする環境浄化システム。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 リン炭およびポリアクリロニトリル系炭素繊維の中から選ばれた少なくとも１種の炭化物を含有させたことを特徴とする植物生育用炭化物含有セメント製品。
【請求項２】 炭化物の含有量が０．１〜５重量％である請求項１記載の炭化物含有セメント製品。
【請求項３】 炭化物含有セメント製品が、導排水溝、容器、コンクリートブロックおよびセメントモルタル板のいずれかである請求項１記載の炭化物含有セメント製品。
【請求項４】 請求項１または３記載の炭化物含有セメント製品を用いて構成したことを特徴とする環境浄化システム。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、植物生育用炭化物含有セメント製品とその利用に関し、詳しくはセメント製品の製造に際して、特定の炭化物を配合して植物の生育を可能としたセメント製品並びに該セメント製品を用いて構成した環境浄化システムに関する。このシステムによれば、藻類や水生植物を生育させることができ、排水等の浄化に有効である。
【０００２】
【従来の技術】従来、セメントコンクリートは道路の舗装、建材などとして大量に使用されている。また、水路の確保のためにコンクリート管（ヒューム管）、Ｕ字溝などとしても利用されてきた。
【０００３】最近では、廃棄物や排水処理と水質浄化に対するニーズが高くなり、これに応えるための様々な試みがなされている。例えば、ビール粕の炭化（１９９８年６月９日発行の日経産業新聞）、廃棄物を原料とする建材や下水道汚泥を炭化した物の利用（１９９８年６月３０日発行の日経産業新聞）、下水道汚泥などの有機廃棄物を炭化して土地改良剤などとして再利用（１９９８年７月３日発行の日経産業新聞）等が提案されている。また、汚泥やプラスチック廃棄物をコンクリートに配合して３割軽く、強度も１．６倍にした例もある（１９９８年７月１０日発行の日刊工業新聞）。その他、多糖や澱粉などを加えたセメント硬化物成形品とその製造法も提案されている（特開平１０−１３５２号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これまで炭化物をセメントに混合してセメント製品とし、その強度について検討された事例はあるものの、その他の性質について検討したという報告は見当たらない。特に、このようにして製造したセメント製品に生物を生育させ、環境浄化に役立てようとした例は認められない。これは、通常のセメント製品では植物や藻類は生育し難いからである。
【０００５】さらに、極最近のことであるが、多雨のために河川の氾濫が頻発したことに伴い、自然環境を配慮した強固な堤防の構築も求められている。そこで、本発明者らは、生物が生育し得るセメント製品を開発するべく、鋭意検討を重ねた結果、特定の炭化物を配合することにより、セメント製品に藻類が生育し、排水等を浄化できることを見出した。さらに、該炭化物を配合することによって、セメント製品の強度を高められることも判明した。本発明は、このような知見に基づいて完成されたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明は、リン炭およびポリアクリロニトリル系炭素繊維の中から選ばれた少なくとも１種の炭化物を含有させたことを特徴とする植物生育用炭化物含有セメント製品である。請求項２に記載の本発明は、炭化物の含有量が０．１〜５重量％である請求項１記載の炭化物含有セメント製品である。請求項３に記載の本発明は、炭化物含有セメント製品が、導排水溝、容器、コンクリートブロックおよびセメントモルタル板のいずれかである請求項１記載の炭化物含有セメント製品である。請求項４に記載の本発明は、請求項１または３記載の炭化物含有セメント製品を用いて構成したことを特徴とする環境浄化システムである。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明において使用するリン炭とは、農業用土壌改良剤として開発されたものであり、生籾殻にポリリン酸などを添加して焼成したものである。その製造法の１例を示すと、生籾殻１．５ｍ3 あたりポリリン酸５０〜３００ｇおよびオルトリン酸１０〜１００ｇを加えて、４５０℃程度の温度にて焼成することにより得られる。また、ポリアクリロニトリル系炭素繊維はＰＡＮ系炭素繊維として知られているもので、ポリアクリロニトリル系繊維を加熱処理して炭化したものである。例えば、繊維長が３ｍｍのチョップ（商品名：ＰＡＮＣＢＦ、エポキシ樹脂１．５％入り）、６ｍｍのチョップを６００℃で１時間処理し、水分散して乾燥させたもの（商品名：ＰＡＮＣＢＦ）、完全に炭化したもの（商品名：ＭＣＢＭ）などがある。
【０００８】これら炭化物の繊維長は、強度を高めるためには長い方が好ましいので、短繊維の場合は長繊維と組み合わせて用いるのがよい。一般的には、繊維の長さが１０〜４０ｍｍ程度のものが好適に用いられる。また、セメント製品中の炭化物含有量については、リン炭の場合は添加量が一定量を超えると、セメントコンクリートの強度は弱くなるが、植物の生育度は高くなるので、これら両者のバランスを考慮して２〜５重量％、好ましくは３重量％程度が適当である。一方、ポリアクリロニトリル系炭素繊維の添加量は０．１〜２重量％、好ましくは１重量％程度が適当であるが、用途によってはこの範囲外で加えることもできる。なお、上記炭化物には、必要に応じて、石油ピッチやアスファルトを炭化したもの、新聞紙などの廃棄用紙を炭化したもの等を適宜配合することができる。本発明のセメント製品において、炭化物は全面に均一に配合してもよいが、経済性を考慮すれば、部分的に加えることが望ましく、例えばＵ字溝などの場合、排水等が通過する底部に重点的に配置すればよい（図３参照）。さらに、セメント製品の肉厚が厚い場合は、炭化物が表面に現れるように、製品の第１層（排水などと接触する表面部）に配置することが効果的である。これによって、藻類などの植物を十分に生育させることができる。
【０００９】セメント製品としては、導排水溝（Ｕ字溝など）、容器、コンクリートブロック、セメントモルタル板などがあり、容器の例としてはトレー、植木鉢、培養槽などがある。セメント製品に溝や突起を付けると、使用時にこれらの個所に植物が取付き易くなる。なお、これら製品を用いて環境浄化システムを構成する場合に、本発明に係る植物生育用炭化物を含まない従来のセメント製品と組み合わせてシステムを構成することができる。また、板状のセメント製品は、食用藻類の培養基材として用いることができ、培養槽等に入れて藻類の種を接種すれば、効率よく食用藻類を生産することができる。
【００１０】従来法によるコンクリートの製造について説明する。各成分の配合量の１例を示すと、重量比でセメント１に対して骨材として細骨材（砂、主として川砂を使用）２、粗骨材（砂利または砕石で、１５ｍｍ以下のものを使用、水洗して用いる）５および水０．６である。ミキサー中で上記の各成分と必要に応じて加える他の添加剤を攪拌、混合し、これに少量の混和剤と共に水を加えて混練する。なお、コンクリート製品の強度や耐久性は、水の添加量に影響されることから、水の添加量を減らしてコンリート強度と耐久性の改善を図ろうとすると、流動性が悪くなり、型枠の中に打設する場合、一般に製品の肉厚中心部に鉄筋が入るので、これらが障壁となり、打設が一層困難になる。そこで、少量の混和剤を加えると、コンクリートの流動性が向上し、鉄筋の周囲や型枠内の隅々まで均一に充填させることが可能となる。
【００１１】上記の混練物を型枠に打設する際に、該型枠の内壁に離型剤を塗布した後、必要に応じて鉄筋などを所定の位置にセットする。次いで、型枠を振動台の上に置き、混練物であるコンクリートを打設するが、このとき適当な振動を与えながら流し込むと、充填密度を高めることができる。型枠への打設が完了した後、養生工程に入る。コンクリートを十分に硬化させるためには、一定期間の手当て（養生）が必要であり、これには幾つかの方法がある。養生には、温度と水の両者が必要で、以下の事項に注意しながら行う。
【００１２】■セメントの凝結硬化（水和作用）に適した温度を保ち、硬化の初期に水和作用に必要な水や湿気を十分に供給する。
■コンクリートが十分に硬化するまで、日光の直射や風雨を避けて急激な表面乾燥や温度変化が生じないようにする。
■硬化の初期に振動や衝撃等を与えないように注意する。
養生方法には、常温養生、生蒸気養生および高温養生があり、これらについて簡単に説明すると、常温養生は一般的な方法で、コンクリート表面が乾燥しないように、外部から十分な水分を供給して強度の増進を図る湿潤養生法で、通常は２５日程度で終了する。生蒸気養生は、工場生産を対象とした方法で、型枠内へ充填したままコンクリート表面にビニールシートなどを被せ、その中に蒸気を吹き込み湿潤させながら、型枠全体を徐々に温度を上げて養生する。コンクリート部分の温度が３０〜４０℃になるように調節し、夏場で２〜３時間以内、冬場で５〜６時間以内で終了する。１日後に脱型して常温で２８日程度硬化処理し、養生が終わる。高温養生は、高圧高温下に養生を行って短期間に高強度のコンクリート製品を得る方法であり、杭などの製造に良く用いられている。オートクレーブに入れ、１８０℃程度の温度、１０気圧前後の圧力下に養生する方法で、上記の常温養生や生蒸気養生で得た製品の強度を増す目的で適用することもある。
【００１３】なお、脱型処理は、常温養生の場合、製品の大きさなどにより異なるが、一般的には打設が完了してから１〜３日経過後に行い、生蒸気養生の場合は、型枠内のコンクリートが常温に戻ったときから１〜１．５日後に行う。高温養生の場合は、型枠から脱型した製品について養生を行う。
【００１４】次に、本発明のセメント製品としてＵ字溝を製造する場合について説明する。図１や図２に示した型枠（１）を用い、打設口（２）から混練物を流し込んで作製するが、初めに炭化物を含まない第２層用コンクリート（４）の適量を打設した後、炭化物を含む第１層用コンクリート（３）をＵ字溝の底部に位置するように打設し、その後に再び第２層用コンクリートを打設する。図３は、このようにして作製したＵ字溝の断面図である。第１層用の成分配合比の１例は、重量比でセメント１、細骨材２、粗骨材５、水０．６および炭化物０．１〜５である。炭化物を含まないものが第２層用の成分である。ここで用いる水は、水道水や河川の水などであるが、米のとぎ汁を混ぜると、植物の生育に有効である。その他、米糠や米糠の抽出物を少量（１％以下）添加しても同様の効果が奏される。さらに、木材、竹材、モミ材などから炭を生産する際に生じる煙中の水可溶性成分を含む木酢、竹酢等を少量加えることによっても同様の効果が期待できる。
【００１５】本発明のセメント製品は、外観を良くしたり、経済性を考慮して通常は第１層にのみ炭化物を含有させるが、これに限定されず、全体の層に炭化物を加えてもよい。炭化物を含む層は排水、その他の水が流れる部分とすべきである。なお、別の態様として、従来のセメント製品の外側に、本発明に係る炭化物含有セメント材をコーテイングしてもよい。また、ロープ等にコーテイングして使用することもできる。
【００１６】本発明のセメント製品は、排水溝、河川の突堤、護岸壁などに用い水生植物、例えば川ノリ等の藻類を生育させることによって環境浄化に役立てることができる他、培養槽として用い、食用淡水藻などの工業的な生産に利用することができる。
【００１７】
【実施例】以下に、本発明を実施例等により詳しく説明するが、本発明はこれらによって何ら制限されるものではない。
試験例１炭素繊維を混入したセメントコンクリートの製造供試体をＪＩＳ Ａ１１３２に準じて作製し、ＪＩＳ Ａ１１０６による曲げ試験に準じて、従来法によるセメントコンクリートの製造に際して、ポリアクリロニトリル系炭素繊維（商品名：トレカ、東レ製、繊維長６〜１０ｍｍのチョップ）を各種割合で加えて混練、打設し、２４時間経過した後、型枠から取り出して常温養生を行って２５日間硬化して得た平板を供試体とした。この供試体を２０±３℃の湿潤状態に保った後、強度試験を行った。結果を第１表に示す。
【００１８】
【表１】
【００１９】この結果から、炭素繊維の添加量が０．１〜１．０重量％の範囲で強度の向上が認められ、０．５重量％の添加では製品の厚さを２０％薄くしても、強度は対照よりも低下しないことが分かった。なお、炭素繊維の代わりにリン炭を使用した場合も、ほぼ同様の効果が認められた。
【００２０】次に、上記供試体である平板（炭素繊維含有量：１重量％）を水槽に入れ、シオグサ科のミゾジュズモ（Chaetomorpha okamurai) の種を接種して該藻類の生育状況を観察した。なお、対照として炭素繊維を含まない平板を使用し、同様に実施した。２週間後、供試体に緑色の藻類の旺盛な生育が認められたが、対照には該藻類の生育が全く観察されなかった。よく観察すると、藻類は炭素繊維が僅かに突き出ている部分に取りつくようにして、さらに周囲へ生育範囲を広げている形態であった。このことから、板などの製品の表面は平滑でなく、溝や突起を付けたりすると、藻類の生育に好都合であることが分かる。
【００２１】試験例２炭素繊維の代わりにリン炭を用い、試験例１と同様の方法によってＵ字溝を作製した。Ｕ字溝の第１層と第２層の厚さは、それぞれ１０ｍｍと３５ｍｍで、溝の幅サイズは１５０ｍｍである。炭化物を含む第１層の厚さは、強度を考慮しなければ、藻類等の植物が取り付く程度に薄くする方が経済的である。
【００２２】試験例３Ｕ字溝の代わりに平板（２０×２０×２ｃｍ）を作製したこと以外は、試験例２と同様に実施した。この平板に、米のとぎ汁を希釈して作った試験排水（ＣＯＤ：２０ｐｐｍ）を２ヵ月間流し続け、藻類の生育状況（緑化の程度）を観察した。なお、対照としてリン炭を含まない平板を使用した。結果を第２表に示す。表中の記号◎は鮮明な緑色、○は緑色、△は僅かに緑色、−は着色なし（対照と同じ）を表す。
【００２３】
【表２】
【００２４】リン炭の添加量が２重量％の平板について、その浄化能力を調べるため、上記試験排水（ＣＯＤ：２０ｐｐｍ）を２ヵ月間流し続けて緑化処理した後、該試験排水２Ｌを室温で４８時間放置したところ、ＣＯＤは６ｐｐｍに低下し、浄化能力を有していることが明らかとなった。
【００２５】次に、上記の平板について、試験例１と同様にして強度を測定したところ、リン炭の添加量が１．０重量％のものは対照よりも少し高い強度を示したが、これよりも添加量が増すと、対照よりも劣るようになるので、２．０重量％までが適当である。
【００２６】実施例１砂２、砂利５およびセメント１（重量比）の混合物をミキサー中で攪拌、混合した後、水０．６と少量の混和剤を加えて混練し、さらにリン炭３（重量比）を加えて攪拌、混合した。これをＵ字溝の型枠に打設して生蒸気養生し、１日放置した。その後、脱型して炭化物含有Ｕ字溝（炭化物は底部に分散している）を作製した。なお、混練時に水の添加量を０．４〜０．４５として硬めに混練すると、炭化物の分散性が良好になることが判明した。
【００２７】実施例２実施例１で作製したＵ字溝の両端を板でせき止め、小川で採取した緑色藻類含有液を注入し、これに米のとぎ汁４Ｌを２日に１回加えて２週間保持したところ、炭化物が含まれている底部は藻類の生育により緑色を呈したが、その他の部分は変化が認められなかった。
【００２８】実施例３砂７とセメント１（重量比）の混合物をよく混合し、これにポリアクリロニトリル系炭素繊維（３ｍｍ以下に微細化したチョップ）を全重量比で０．５％となるように加え、よく混練した。次いで、これを２０×２０×２ｃｍのサイズの型枠に流し込んで生蒸気養生した。脱型した後、１８０℃、１０気圧にて２時間オートクレーブして灰黒色の平板を得た。この平板について、対照の炭化物無添加平板と強度の比較を行ったところ、１．２５倍であった。また、これら平板の縁を囲んでミゾジュズモを培養したところ、本発明の平板表面は、２日で該藻類の生育により緑色が濃くなり、平板上に一部付着しているのに対して、対照の平板には変化が認められなかった。藻類の生育を早めるために、炭化物含有セメント製品を、ＣＯＤまたはＢＯＤの高いところで藻類をある程度生育させた後に目的の場所に移動して使用することも可能である。
【００２９】実施例４リン炭とポリアクリロニトリル系炭素繊維を各々０．５重量％転換したこと以外は、実施例３と同様にして製品を製造した。この製品の強度は、対照の１．５倍であった。また、藻類の培養試験においても同様の結果が得られた。
【００３０】実施例５砂７とセメント１（重量比）の混合物をよく混合し、これにリン炭を全重量比で１．０％となるように加えてセメント材を調製した。これを従来法で作製した２０×２０×２ｃｍのモルタル板に約５ｍｍの厚さとなるように塗布し、乾燥させて炭化物コーテイング板を得た。この板を用いて実施例２と同様にして、小川で採取した緑色藻類含有液による培養試験を実施した。その結果、実施例２の場合よりもやや劣るが、板の表面は緑色を呈し、同様に藻類の生育が認められた。コーテイングを表面が平滑にならないようにすれば、一層効果的な藻類の付着が可能であると予想される。
【００３１】
【発明の効果】本発明により、炭化物を含有し、藻類等の植物が生育し得るセメント製品が提供される。しかも、この製品の強度は従来の製品と同等ないし強いため、様々な用途での利用が期待される。特に、環境浄化が要求される分野において利用すれば、水生植物の生育による排水処理、河川浄化に伴い、カニ、小魚などの小動物やトンボ，蛍などの昆虫の生育環境を改善することができる。さらに、可食性藻類の培養に利用して、食糧の供給に資することができる。このように、環境浄化と食糧供給が結合したシステムの構築が可能で多面的な利用が期待される。
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| 【出願人】 |
【識別番号】５９８０９０６６７
【氏名又は名称】ハード技研工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年１０月３０日（１９９８．１０．３０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７４０７７
【弁理士】
【氏名又は名称】久保田 藤郎 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−１３５０２７（Ｐ２０００−１３５０２７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年５月１６日（２０００．５．１６） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−３２４４４４ |
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