環境浄化用舗装体及びその施工方法
【課題】 窒素酸化物や粒子状物質などの汚染物質を消去無害化することが可能な環境浄化用舗装体及びその施工方法の提供。
【解決手段】 環境浄化用舗装体は、セメント１と細骨材９と水２とを混練した浸透用セメントミルクと、木質系バイオマス３を炭素化して得られた炭素質物質を粉砕した粉末状の炭素化物と、空隙率の大きい開粒度タイプの半たわみ性舗装用アスファルト混合物とからなる。半たわみ性舗装用アスファルト混合物の空隙に浸透用セメントミルクと炭素化物とを混合したスラリー状の混合物を注入充填して浸透させる。半たわみ性舗装用アスファルト混合物の空隙に浸透させたスラリー状の混合物を養生、固化させて半たわみ性舗装が得られる。木炭粉末が汚染物質を消去無害化する。
【解決手段】 環境浄化用舗装体は、セメント１と細骨材９と水２とを混練した浸透用セメントミルクと、木質系バイオマス３を炭素化して得られた炭素質物質を粉砕した粉末状の炭素化物と、空隙率の大きい開粒度タイプの半たわみ性舗装用アスファルト混合物とからなる。半たわみ性舗装用アスファルト混合物の空隙に浸透用セメントミルクと炭素化物とを混合したスラリー状の混合物を注入充填して浸透させる。半たわみ性舗装用アスファルト混合物の空隙に浸透させたスラリー状の混合物を養生、固化させて半たわみ性舗装が得られる。木炭粉末が汚染物質を消去無害化する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気中に拡散された人体に有害な窒素酸化物（ＮＯｘ）や粒子状物質（ＰＭ）などの汚染物質を消去無害化する環境浄化用舗装体及びその施工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
前世紀から科学技術の著しい発達によって、人類は利便性と快適性を与えられたが、一方で資源エネルギーの消費による地球の温暖化、有害ガスの発生など環境破壊が進み、２１世紀は「環境の時代」と言われるようになった。
【０００３】
地球温暖化は、その利便性と快適性の代償としてエネルギー消費の拡大、すなわち、炭酸ガスなど温室効果ガスの著しい増加にもとづくもので、近年のハイテクを含めた高度技術をもってしても化石資源を原料とする限り、二酸化炭素（ＣＯ２）の発生量を抑制する技術はほぼ限界点に達している。
【０００４】
近年、ＣＯ２の発生量を抑える手段として、森林資源の持続的成長とそれらの炭化物としての利用が脚光を浴びており、そのことが大きく期待される時代になった。
【０００５】
また、わが国では、大都市圏やトンネルなど覆蓋道路における工場や自動車からの排気ガス、特に人体に有害な窒素酸化物（ＮＯｘ）や粒子状物質（ＰＭ）の汚染が深刻になっている。
これらの影響を抑えるために排気ガスの発生源や拡散後の周辺環境、特にトンネルなど覆蓋道路における大気環境の浄化技術が研究され、ＮＯｘの濃縮や加熱脱着操作、或いは排風機などを用いて閉鎖空間内の汚染空気を外部へ排出するなどの手法が用いられている。
これらは、エネルギー消費が大きく、設備費、運転費とも巨額に達する問題をもつことや、汚染空気を外部へ拡散しているに過ぎない。
【０００６】
一方、平成８〜９年度文部省科学研究費補助金「残廃木材の高温焼成炭と遷移金属元素酸化物の複合によるＮＯｘの無害化変換材料の開発」などの研究の中で、４００〜１８００℃、特に、６００〜１０００℃で炭化された木質炭化物は周辺環境のＮＯｘを常温で無害な二窒素（Ｎ２）に変換できること、また、高い耐熱性、耐酸化性、耐熱衝撃性、熱に対する高寸法安定性をもつ木炭調製法と高機能複合材料の技術開発、さらに、炭素化木材は木材自身から発生する自己発熱によって炭素化されるため、製造過程における二酸化炭素（ＣＯ２）の生成量が少ないことや燃焼をしない限りＣＯ２を発生しない等の特徴を持つことが報告されており、ＮＯｘの無害化変換複合材料の創成が提案されている。
【０００７】
従来、粉状、粒状又は片状の木質炭化材料と、粉状の天然多孔質無機素材とを含む混合組成物を所定形状の型内に充填した状態で高温加熱することにより一体的に複合化してなることを特徴とする浄化用成形体が特許文献１として開示されている。
【特許文献１】特開２００３−２０１１８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
２１世紀は「環境の時代」と言われているのは、今日の社会経済システムは前世紀からの科学技術の進歩によって多くの利便性、快適性を受けてきたが、一方では、大量生産・大量消費・大量廃棄型の経済活動は、急速に環境負荷を増大させ、人類の生存基盤である自然環境のバランスを崩し、様々な環境問題を起こしてきたためである。
【０００９】
特に、大気環境に係る環境問題としては、・温室効果ガスの発生による地球温暖化、・健康被害をもたらす有害ガスの増加、の二つが大きくのしかかっている。
これらの問題を解決するためには、排気拡散されたガスを新たなエネルギーを使用せずに消去無害化できる材料と技術が必要である。
【００１０】
また、森林資源や地場資源を用い、地域産業の振興に寄与しながら地球環境の保全や経済活動の活性化につながる技術開発が望まれている。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、地場での安定的な原料供給が可能なセメントと木材などの木質系バイオマスを用い、セメントと木炭粉末を主原料とするスラリー状の混合物を半たわみ性舗装用注入材として使用可能で、製造コストも安価であり、大気中に拡散された人体に有害な窒素酸化物や粒子状物質などの汚染物質を省エネルギーで消去無害化することが可能であり、雨水の浄化に優れた環境浄化用舗装体及びその施工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の環境浄化用舗装体は、大気中に拡散された窒素酸化物や粒子状物質などの汚染物質を消去無害化する環境浄化用舗装体であって、セメントと細骨材と水とを混練した浸透用セメントミルクと、木質系バイオマスを炭素化して得られた炭素質物質を粉砕した粉末状の炭素化物と、空隙率の大きい開粒度タイプの半たわみ性舗装用アスファルト混合物とからなり、前記浸透用セメントミルクと前記炭素化物とを混合したスラリー状の混合物を生成し、前記半たわみ性舗装用アスファルト混合物の空隙に前記スラリー状の混合物を注入充填して浸透させ、前記半たわみ性舗装用アスファルト混合物の空隙に浸透させた前記スラリー状の混合物を養生、固化させた構成を有するものである。
【００１３】
本発明の環境浄化用舗装体は、上記セメントが、普通ポルトランドセメント，早強ポルトランドセメント，超速硬セメントであり、細骨材が、高炉スラグ，硅砂，石粉であり、木質系バイオマスが、間伐材，林産廃材などの木材である構成を具備する。
【００１４】
また、上記炭素質物質が、炭素化木材（木炭）である構成、木質系バイオマスの炭化温度が、４００〜１８００℃である構成、および上記炭素化物が、木炭粉末であり、木炭粉末の粒径が、０．１〜５．０ｍｍである構成を具備する。
【００１５】
本発明の環境浄化用舗装体の施工方法は、セメントと細骨材と水とを混練して浸透用セメントミルクを生成する工程と、木質系バイオマスを炭素化して炭素質物質を得る工程と、前記炭素質物質を粉砕して粉末状の炭素化物を得る工程と、前記浸透用セメントミルクと前記炭素化物とを混合してスラリー状の混合物を生成する工程と、空隙率の大きい開粒度タイプの半たわみ性舗装用アスファルト混合物の空隙に前記スラリー状の混合物を注入充填して浸透させる工程と、半たわみ性舗装用アスファルト混合物の空隙に浸透させた前記スラリー状の混合物を養生、固化させる工程とを含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
以上に述べたように、本発明によれば、地場での安定的な原料供給が可能なセメントと木材などの木質系バイオマスを用い、セメントと木炭粉末を主原料とするスラリー状の混合物を半たわみ性舗装用注入材として使用可能で、製造コストも安価であり、大気中に拡散された人体に有害な窒素酸化物や粒子状物質などの汚染物質を省エネルギーで消去無害化することが可能であり、雨水の浄化に優れた環境浄化用舗装体及びその施工方法を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
本発明の環境浄化用舗装体は、大気中に拡散された窒素酸化物（ＮＯｘ）や粒子状物質（ＰＭ）などの汚染物質を消去無害化する半たわみ性舗装である。
【００１９】
本発明の環境浄化用舗装体は、セメントと細骨材と水とを混練した浸透用セメントミルクと、木質系バイオマスを炭素化して得られた炭素質物質を粉砕した粉末状の炭素化物と、空隙率の大きい開粒度タイプの半たわみ性舗装用アスファルト混合物とからなる。
【００２０】
そして、浸透用セメントミルクと炭素化物とを混合したスラリー状の混合物を生成し、半たわみ性舗装用アスファルト混合物の空隙にスラリー状の混合物を注入充填して浸透させ、半たわみ性舗装用アスファルト混合物の空隙に浸透させたスラリー状の混合物を養生、固化させることにより、環境浄化用舗装体を形成する。
【００２１】
環境浄化用舗装体のセメントは、普通ポルトランドセメント，早強ポルトランドセメント，超速硬セメントなどであり、また、細骨材は、高炉スラグ，硅砂，石粉などである。
【００２２】
環境浄化用舗装体の木質系バイオマスは、間伐材，林産廃材などの木材であり、炭素質物質は、炭素化木材（木炭）を用いている。
また、環境浄化用舗装体の木質系バイオマスの炭化温度は、４００〜１８００℃としている。
【００２３】
環境浄化用舗装体の炭素化物の粒径は０．１〜５．０ｍｍの木炭粉末である。
【００２４】
環境浄化用舗装体の施工は、セメントと細骨材と水とを混練して浸透用セメントミルクを生成するとともに、木質系バイオマスを炭素化して炭素質物質を得る。この炭素質物質を粉砕して粉末状の炭素化物を浸透用セメントミルクと混合してスラリー状の混合物を生成する。そして、空隙率の大きい開粒度タイプの半たわみ性舗装用アスファルト混合物の空隙にスラリー状の混合物を注入充填して浸透させスラリー状の混合物を養生、固化させることにより達成する。
【００２５】
環境浄化用舗装体は、原料となるセメントと細骨材と水とを混練した浸透用セメントミルクと、原料となる木質系バイオマスである、例えばトドマツ間伐材を炭素化して得られた炭素質物質である木炭を粉砕した粉末状の炭素化物である木炭粉末と、空隙率の大きい開粒度タイプの半たわみ性舗装用アスファルト混合物とからなり、浸透用セメントミルクと木炭粉末とを混合したスラリー状の混合物を半たわみ性舗装用注入材として使用するものである。
【００２６】
木質系バイオマスは、例えば北海道産トドマツ間伐材であり、この間伐材を丸太のままバッチ式の炭化装置を用いて、或いは、間伐材をチップ状にして連続式の炭化装置を用いて、８００〜１０００℃の炭化温度で炭化処理してトドマツ木炭を得た。
【００２７】
このトドマツ木炭をハンマー等で粗砕した後、粗砕したトドマツ木炭を従来の粉砕機でさらに粉砕した結果、０．１μｍ〜５．０ｍｍの粒径をもつ木炭粉末を得ることができた。
【００２８】
粉砕した木炭粉末を分級機を用いて１００μｍ以下、１００μｍ〜１．０ｍｍ、１．０〜５．０ｍｍに分級した。
【００２９】
主に粉塵の飛散による作業環境への影響、他材料との混合性、ＮＯｘ低減性能に及ぼす影響などを中心に木炭粉末の粒度を検討した。
その結果、粒径０．１ｍｍ以下の木炭粉末は、多孔性と低比重に基因する気相空間への浮遊性が大きく、粉塵の飛散に伴う作業管理が困難である。
粒径０．１〜５．０ｍｍの木炭粉末は、粉塵の飛散を最小限に抑えることが可能で、細骨材を含んだセメントとの混合も可能であった。
【００３０】
以上の検討から、木炭粉末の粒径は、０．１〜５．０ｍｍで、特に０．１〜１．０ｍｍが望ましいことが判明した。
【００３１】
そして、浸透用セメントミルクと上記粒径の範囲の木炭粉末とを混合機で混合して半たわみ性舗装用注入材としてのスラリー状の混合物を生成した。
【００３２】
次に、本発明の実施例に係る環境浄化用舗装体の施工方法を図１のブロック図で説明する。
【００３３】
まず、原料となるセメント１と細骨材９と水２とを混練して浸透用セメントミルクを生成する（ステップＳ１００）。
次いで、木質系バイオマスであるトドマツ間伐材３を原料として、トドマツ間伐材３を炭化装置で炭素化処理して炭素質物質であるチップ状の木炭を得る（ステップＳ１０１）。
次いで、チップ状の木炭をハンマー等で粗砕した後、粗砕した木炭を粉砕機で粉砕して木炭粉末を得る（ステップＳ１０２）。
次いで、浸透用セメントミルクと炭素化物とを混合してスラリー状の混合物を生成する（ステップＳ１０３）。
【００３４】
スラリー状の混合物を空隙率の大きい開粒度タイプの半たわみ性舗装用アスファルト混合物（開粒度アスコン）の空隙に注入充填して浸透させる（ステップＳ１０４）。
【００３５】
その後、半たわみ性舗装用アスファルト混合物の空隙に浸透させたスラリー状の混合物を養生、固化させ（ステップＳ１０５）、環境浄化用舗装体となる半たわみ性舗装８０を得る。
【００３６】
次に、本発明の実施例に係る環境浄化用舗装体による窒素酸化物及び粒子状物質の低減性能試験を行った。
図２は、環境浄化用舗装体による窒素酸化物及び粒子状物質の低減性能試験を行う小型トンネル試験設備を示す正面図、図３は、小型トンネル試験設備及び小型トンネル試験設備に排気ガスを導入する排気ガス導入装置の配置状態を示す平面図、図４は、小型トンネル試験設備を構成するボックスカルバートを示す正面図、図５は、図３の排気ガス導入装置を拡大して示す平面図である。
【００３７】
排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）及び粒子状物質（ＰＭ）などの汚染物質の環境浄化用舗装体による低減性能を測定するための小型トンネル試験設備Ａとしては、図２及び図３に示すように、高さ２ｍ，幅２ｍ，長さ２ｍのコンクリート製のボックスカルバート４を長手方向に直列に５個接続して全長１０ｍのトンネルＴが構成されている。
小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴの開口する両端には、覗き窓（図示せず）を備えたコンクリート製の端壁板５，６がそれぞれ配設され、トンネルＴの両端開口が端壁板５，６により閉塞されている。
【００３８】
ボックスカルバート４の上壁４０と底壁４１との間には、図４に示すように、トンネルＴの長手方向に沿って側壁４２，４３の中間に内部空間を左右に区切る仕切り板４４が設置され、トンネルＴのボックスカルバート４の内部空間が仕切り板４４により２等分されている。
【００３９】
ボックスカルバート４の側壁４２と仕切り板４４との間に形成されたトンネルＴ内の一方の空間が試料となる供試体８を入れないブランク区Ｂとされ、ボックスカルバート４の側壁４３と仕切り板４４との間に形成されたトンネルＴ内の他方の空間が供試体８を入れるサンプル区Ｓとされている。
【００４０】
小型トンネル試験設備Ａの端壁板５には、図５に示すように、トンネルＴ内のブランク区Ｂ及びサンプル区Ｓに排気ガスを導入する排気ガス導入装置７の排気ガス導入管を挿通する貫通孔５０，５１が設けられている。
【００４１】
ボックスカルバート４の一方の側壁４２には、図４に示すように、小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のブランク区Ｂに導入された排気ガス中に含まれるＮＯ，ＮＯ2濃度を測定する検知管（図示せず）を設置するＮＯ，ＮＯ2測定孔４５ａと、小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のブランク区Ｂに導入された排気ガス中に含まれるＮＯｘ濃度を測定するＮＯｘセンサ（図示せず）を設置するＮＯｘ測定孔４６ａと、小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のブランク区Ｂに導入された排気ガスをＳＰＭ（浮遊粒子状物質）を採取するためのＳＰＭ採取装置（図示せず）へ吸引するＳＰＭ測定孔４７ａとが設けられている。
【００４２】
また、ボックスカルバート４の他方の側壁４３には、小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のサンプル区Ｓに導入された排気ガス中に含まれるＮＯ，ＮＯ2濃度を測定する検出管（図示せず）を設置するＮＯ，ＮＯ2測定孔４５ｂと、小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のサンプル区Ｓに導入された排気ガス中に含まれるＮＯｘ濃度を測定するＮＯｘセンサ（図示せず）を設置するＮＯｘ測定孔４６ｂと、小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のサンプル区Ｓに導入された排気ガスをＳＰＭを採取するためのＳＰＭ採取装置（図示せず）へ吸引するＳＰＭ測定孔４７ｂとが設けられている。
【００４３】
ボックスカルバート４の側壁４２，４３のＮＯ，ＮＯ２測定孔４５ａ，４５ｂに設置した検知管のＮＯセンサ，ＮＯ２センサを用いて、ＮＯｘ濃度計（堀場製作所製 ＡＰＮＡ−３６０）で小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のブランク区Ｂ及びサンプル区Ｓに導入した標準ガス中に含まれるＮＯ，ＮＯ２の濃度を測定した。
【００４４】
また、ボックスカルバート４の側壁４２，４３に設けたＮＯｘ測定孔４６ａ，４６ｂに設置したＮＯｘセンサを用いて、ＮＯｘ濃度計（堀場製作所製 ＡＰＮＡ−３６０）で小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のブランク区Ｂ及びサンプル区Ｓに導入した標準ガス中に含まれるＮＯｘの濃度を測定した。
【００４５】
さらに、ボックスカルバート４の側壁４２，４３に設けたＳＰＭ測定孔４７ａ，４７ｂから小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のブランク区Ｂ及びサンプル区Ｓに導入した排気ガスをＳＰＭ採取装置（図示せず）へ吸引し、このＳＰＭ採取装置に吸引した小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のブランク区Ｂ及びサンプル区Ｓに導入した排気ガス中に含まれるＳＰＭの濃度をＳＰＭ濃度計（堀場製作所製 ＡＰＤＡ−３６１）で測定した。
【００４６】
小型トンネル試験設備Ａの一端側には、図３に示すように、排気ガスと空気を混合して濃度調整を行い、そのガスを標準ガスとしてトンネルＴ内のブランク区Ｂ及びサンプル区Ｓに導入するための排気ガス導入装置７が設置されている。
【００４７】
排気ガス導入装置７は、図５に示すように、外気（空気）を吸引するファンＦと、空気と排気ガスとを混合して標準ガスとなるように排気ガスの濃度調整を行う混合器７０と、ファンＦで吸引された空気を混合器７０に導入する空気導入筒７１と、ディーゼル自動車のディーゼルエンジンの排気系から外部に排出される排気ガスを空気導入筒７１に導入する排気ガス導入管７２とを有する。さらに、混合器７０で濃度調整された排気ガスの流量を制御するバルブＶ１，Ｖ２と、濃度調整された排気ガスの風量を測定するパイプ状の風量計（カラムアイ；商標）Ｃ１，Ｃ２と、バルブＶ１を通過した濃度調整された排気ガスを風量計Ｃ１に導入する排気ガス配管７３ａ，７４ａと、バルブＶ２を通過した濃度調整された排気ガスを風量計Ｃ２に導入する排気ガス配管７３ｂ，７４ｂと、濃度調整された排気ガスを排気ガス配管７３ａから排気ガス配管７４ａに導入するホース７５ａと、濃度調整された排気ガスを排気ガス配管７３ｂから排気ガス配管７４ｂに導入するホース７５ｂと、風量計Ｃ１の短管７６ａを通過した濃度調整された排気ガスを小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のブランク区Ｂに導入する排気ガス配管７７ａと、風量計Ｃ２の短管７６ｂを通過した濃度調整された排気ガスを小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のサンプル区Ｓに導入する排気ガス配管７７ｂとから構成されている。
【００４８】
ファンＦには、空気導入筒７１の基端が接続され、混合器７０には、空気導入筒７１の先端が接続されている。
空気導入筒７１の筒状本体には、排気ガス導入管７２の一端部が貫通して接続されている。
【００４９】
バルブＶ１は、混合器７０と排気ガス配管７３ａとの間に配置され、バルブＶ２は、混合器７０と排気ガス配管７３ｂとの間に配置されている。
【００５０】
排気ガス配管７３ａと排気ガス配管７４ａとは、ホース７５ａで接続され、排気ガス配管７３ｂと排気ガス配管７４ｂとは、ホース７５ｂで接続されている。
【００５１】
風量計Ｃ１は、排気ガス配管７４ａと排気ガス配管７７ａとの間に配置されており、風量計Ｃ２は、排気ガス配管７４ｂと排気ガス配管７７ｂとの間に配置されている。
【００５２】
排気ガス配管７７ａは、小型トンネル試験設備Ａの端壁板５に設けた貫通孔５０に挿通されている。
排気ガス配管７７ｂは、小型トンネル試験設備Ａの端壁板５に設けた貫通孔５１に挿通されている。
【００５３】
実際のトンネル内におけるＮＯｘ濃度は、トンネルの長さ、その排気設備の能力、交通量、季節などで変動するが、道内の総延長１０００ｍ以上のトンネルの中間部で２ｐｐｍ程度と考えられるが、ここでは、ディーゼル自動車を運転した時の排気ガスを空気と混合して、そのＮＯｘ濃度が２ｐｐｍとなるように調整し、排気ガス中に含まれるＮＯｘ及びＳＰＭの低減性能試験の標準ガスとして使用した。
【００５４】
図６は、小型トンネル試験設備における環境浄化用舗装体によるＮＯｘ及びＳＰＭの低減性能の測定に用いる試料を示す斜視図であり、（ａ）は木炭粉末を混合した供試体、（ｂ）は木炭粉末を混合しないブランク供試体である。
まず、試料としては、半たわみ性舗装用注入材となる浸透用セメントミルク（ペーブラン（商品名）と水との混合物）に炭素化木材（トドマツ）を粉砕した粒径０．６ｍｍ以下の木炭粉末を重量比で５％混合してスラリー状の混合物を生成し、空隙率２２％の開粒度アスコン（アスファルト混合物）の空隙にスラリー状の混合物を注入充填して浸透させた後、開粒度アスコンの空隙に浸透させたスラリー状の混合物を養生、固化させることにより、ＮＯｘ及びＳＰＭの低減性能試験用の５０ｃｍ角，厚さ５０ｍｍの半たわみ性舗装８０からなる供試体８を得た。
同時に、試料として、木炭粉末を混合しない浸透用セメントミルクを上記と同様に開粒度アスコンの空隙に浸透させ、開粒度アスコンの空隙に浸透させた浸透用セメントミルクを養生、固化させることにより、通常の半たわみ性舗装８０´からなるブランク供試体８´も調製した。
【００５５】
図７は、小型トンネル試験設備のトンネル内のブランク区及びサンプル区への排気ガス導入停止状態におけるＮＯｘ濃度の経時変化の特性を表すＮＯｘ濃度減衰グラフである。ここで、横軸は時間、縦軸は濃度である。
木炭粉末を混合しないブランク供試体８´を小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のブランク区Ｂの床全面に敷設し、木炭粉末を混合した供試体８を小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のサンプル区Ｓの床全面に敷設した。次いで、約２ｐｐｍのＮＯｘ濃度に調整した排気ガスを排気ガス導入装置７でトンネルＴ内のブランク区Ｂ及びサンプル区Ｓにそれぞれ導入し、トンネルＴ内のブランク区Ｂ及びサンプル区Ｓに導入した排気ガスが平衡状態に達した時点で、排気ガスのトンネルＴ内のブランク区Ｂ及びサンプル区Ｓへの供給を停止し、ＮＯｘの低減効果をＮＯｘ濃度計で測定した結果を図７に示す。
【００５６】
窒素酸化物として測定したガスは、ＮＯ，ＮＯ２，ＮＯｘである。
ブランク供試体８´の入っている小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のブランク区Ｂでは、約６０分後には、ＮＯ濃度は約１．４ｐｐｍ程度まで低下したが、供試体８の入っている小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のサンプル区Ｓでは、約６０分後には、ＮＯ濃度はトンネルＴ内のブランク区ＢのＮＯ濃度よりも低い約１．２ｐｐｍ程度まで低下した。
【００５７】
また、ブランク供試体８´の入っている小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のブランク区Ｂでは、約１２０分後には、ＮＯ２濃度は約０．２ｐｐｍ程度まで低下したが、供試体８の入っている小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のサンプル区Ｓでは、約１２０分後には、ＮＯ２濃度はトンネルＴ内のブランク区ＢのＮＯ２濃度よりも低い約０．１ｐｐｍ程度以下まで低下した。
【００５８】
さらに、ブランク供試体８´の入っている小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のブランク区Ｂでは、約６０分後には、ＮＯｘ濃度は約１．７ｐｐｍ程度まで低下したが、供試体８の入っている小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のサンプル区Ｓでは、約６０分後には、ＮＯｘ濃度はトンネルＴ内のブランク区ＢのＮＯｘ濃度よりも低い約１．３ｐｐｍ程度まで低下した。
【００５９】
図７から明らかなように、ブランク供試体８´の入っている小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のブランク区Ｂでは、ボックスカルバート４のコンクリート壁がＮＯｘを吸着するため、その濃度は低下するものの、ＮＯ，ＮＯ２，ＮＯｘ濃度の低下は緩やかであった。
【００６０】
しかし、供試体８の入っている小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のサンプル区Ｓでは、約６０分後には、ＮＯ，ＮＯ２，ＮＯｘ濃度ともトンネルＴ内のブランク区ＢのＮＯ，ＮＯ２，ＮＯｘ濃度よりも急速に低下した。
【００６１】
これらの供試体８の小型トンネル試験設備ＡによるＮＯｘ低減性能試験を１サイクル１０時間の減衰データをとり、再び２ｐｐｍに調整した排気ガスを導入して同様に試験を行い、このサイクルを１５回繰り返し行った結果、ＮＯｘ低減性能は、第１回目の初期性能と同一レベルを保持した。
このように、木炭粉末をセメントに５％程度加えるだけで、窒素酸化物（ＮＯｘ）を低下させる優れた環境浄化用舗装体になることがわかった。
【００６２】
木炭粉末を重量比で５％程度含む浸透用セメントミルクを半たわみ性舗装用アスファルト混合物の空隙に注入充填して浸透させた半たわみ性舗装は、優れたＮＯｘ低減性能を示すと共に、このボックスカルバート４を用いた小型トンネル試験設備Ａは、簡易なＮＯｘ低減性能評価試験法になることがわかった。
【００６３】
本発明の実施例に係る環境浄化用舗装体によって得られた試験結果の概要を以下に説明する。
（１）北海道産トドマツ間伐材を８００℃前後で炭化した木炭は、本州産スギ，ヒノキ木炭のそれぞれと同等のＮＯｘの低減性能を保持した。
（２）木炭の粉砕は、既存の技術で可能であり、０．１〜５．０ｍｍの粒径は、粉塵の飛散を最小限に抑えることが可能で、普通ポルトランドセメントとの混合も可能であった。
（３）複合素材として、主に普通ポルトランドセメントを用いたが、普通ポルトランドセメント単独では、ＮＯｘの低減効果はある程度認められるものの、顕著ではなかった。
しかし、普通ポルトランドセメントを木炭粉末と混合した場合には、適正な配合比の範囲では木炭に近似したＮＯｘの低減性能を保持した。
（４）木炭粉末とセメントを原料とする半たわみ性舗装用注入材は、ＮＯｘやＳＰＭの消去無害化や雨水の浄化に優れた機能を発揮した。
（５）市販のボックスカルバートを連結して用いた小型トンネル試験設備では、実大トンネルに近い設備としてＮＯｘやＳＰＭの低減性能を測定する試験を行うことが可能であった。
ディーゼル自動車からの排気ガスを空気と混合し、安定的に精度良く小型トンネル試験設備のトンネル内へ導入する排気ガス導入装置を用いることにより、実際に近い状態でＮＯｘやＳＰＭの低減性能試験を行うことができる。
（６）セメントと木炭粉末を主原料とする半たわみ性舗装用注入材を注入充填した半たわみ性舗装について、小型トンネル試験設備によるＮＯｘ，ＳＰＭの低減性能試験を行った結果、半たわみ性舗装は顕著なＮＯｘ，ＳＰＭの低減性能を持つことが実証された。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施例に係る環境浄化用舗装体の施工方法を示すブロック図。
【図２】本発明の実施例に係る環境浄化用舗装体による窒素酸化物及び粒子状物質の低減性能試験を行う小型トンネル試験設備を示す正面図。
【図３】小型トンネル試験設備及び小型トンネル試験設備に排気ガスを導入する排気ガス導入装置の配置状態を示す平面図。
【図４】小型トンネル試験設備を構成するボックスカルバートを示す正面図。
【図５】図３の排気ガス導入装置を拡大して示す平面図。
【図６】小型トンネル試験設備における環境浄化用舗装体によるＮＯｘ及びＳＰＭの低減性能の測定に用いる試料を示す斜視図。
【図７】小型トンネル試験設備のトンネル内のブランク区及びサンプル区への排気ガス導入停止状態におけるＮＯｘ濃度の経時変化の特性を表すＮＯｘ濃度減衰グラフ。
【符号の説明】
【００６５】
１ セメント
２ 水
３ トドマツ間伐材（木質系バイオマス）
４ ボックスカルバート
５ 端壁板
６ 端壁板
７ 排気ガス導入装置
８ 供試体（試料）
８´ ブランク供試体（試料）
９ 細骨材
４０ 上壁
４１ 底壁
４２ 側壁
４３ 側壁
４４ 仕切り板
４５ａ，４５ｂ ＮＯ，ＮＯ2測定孔
４６ａ，４６ｂ ＮＯｘ測定孔
４７ａ，４７ｂ ＳＰＭ測定孔
５０ 貫通孔
５１ 貫通孔
７０ 混合器
７１ 空気導入筒
７２ 排気ガス導入管
７３ａ，７３ｂ 排気ガス配管
７４ａ，７４ｂ 排気ガス配管
７５ａ，７５ｂ ホース
７６ａ，７６ｂ 短管
７７ａ，７７ｂ 排気ガス配管
８０ 半たわみ性舗装
８０´ 半たわみ性舗装
Ａ 小型トンネル試験設備
Ｂ ブランク区
Ｃ１，Ｃ２ 風量計
Ｆ ファン
Ｓ サンプル区
Ｔ トンネル
Ｖ１，Ｖ２ バルブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気中に拡散された人体に有害な窒素酸化物（ＮＯｘ）や粒子状物質（ＰＭ）などの汚染物質を消去無害化する環境浄化用舗装体及びその施工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
前世紀から科学技術の著しい発達によって、人類は利便性と快適性を与えられたが、一方で資源エネルギーの消費による地球の温暖化、有害ガスの発生など環境破壊が進み、２１世紀は「環境の時代」と言われるようになった。
【０００３】
地球温暖化は、その利便性と快適性の代償としてエネルギー消費の拡大、すなわち、炭酸ガスなど温室効果ガスの著しい増加にもとづくもので、近年のハイテクを含めた高度技術をもってしても化石資源を原料とする限り、二酸化炭素（ＣＯ２）の発生量を抑制する技術はほぼ限界点に達している。
【０００４】
近年、ＣＯ２の発生量を抑える手段として、森林資源の持続的成長とそれらの炭化物としての利用が脚光を浴びており、そのことが大きく期待される時代になった。
【０００５】
また、わが国では、大都市圏やトンネルなど覆蓋道路における工場や自動車からの排気ガス、特に人体に有害な窒素酸化物（ＮＯｘ）や粒子状物質（ＰＭ）の汚染が深刻になっている。
これらの影響を抑えるために排気ガスの発生源や拡散後の周辺環境、特にトンネルなど覆蓋道路における大気環境の浄化技術が研究され、ＮＯｘの濃縮や加熱脱着操作、或いは排風機などを用いて閉鎖空間内の汚染空気を外部へ排出するなどの手法が用いられている。
これらは、エネルギー消費が大きく、設備費、運転費とも巨額に達する問題をもつことや、汚染空気を外部へ拡散しているに過ぎない。
【０００６】
一方、平成８〜９年度文部省科学研究費補助金「残廃木材の高温焼成炭と遷移金属元素酸化物の複合によるＮＯｘの無害化変換材料の開発」などの研究の中で、４００〜１８００℃、特に、６００〜１０００℃で炭化された木質炭化物は周辺環境のＮＯｘを常温で無害な二窒素（Ｎ２）に変換できること、また、高い耐熱性、耐酸化性、耐熱衝撃性、熱に対する高寸法安定性をもつ木炭調製法と高機能複合材料の技術開発、さらに、炭素化木材は木材自身から発生する自己発熱によって炭素化されるため、製造過程における二酸化炭素（ＣＯ２）の生成量が少ないことや燃焼をしない限りＣＯ２を発生しない等の特徴を持つことが報告されており、ＮＯｘの無害化変換複合材料の創成が提案されている。
【０００７】
従来、粉状、粒状又は片状の木質炭化材料と、粉状の天然多孔質無機素材とを含む混合組成物を所定形状の型内に充填した状態で高温加熱することにより一体的に複合化してなることを特徴とする浄化用成形体が特許文献１として開示されている。
【特許文献１】特開２００３−２０１１８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
２１世紀は「環境の時代」と言われているのは、今日の社会経済システムは前世紀からの科学技術の進歩によって多くの利便性、快適性を受けてきたが、一方では、大量生産・大量消費・大量廃棄型の経済活動は、急速に環境負荷を増大させ、人類の生存基盤である自然環境のバランスを崩し、様々な環境問題を起こしてきたためである。
【０００９】
特に、大気環境に係る環境問題としては、・温室効果ガスの発生による地球温暖化、・健康被害をもたらす有害ガスの増加、の二つが大きくのしかかっている。
これらの問題を解決するためには、排気拡散されたガスを新たなエネルギーを使用せずに消去無害化できる材料と技術が必要である。
【００１０】
また、森林資源や地場資源を用い、地域産業の振興に寄与しながら地球環境の保全や経済活動の活性化につながる技術開発が望まれている。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、地場での安定的な原料供給が可能なセメントと木材などの木質系バイオマスを用い、セメントと木炭粉末を主原料とするスラリー状の混合物を半たわみ性舗装用注入材として使用可能で、製造コストも安価であり、大気中に拡散された人体に有害な窒素酸化物や粒子状物質などの汚染物質を省エネルギーで消去無害化することが可能であり、雨水の浄化に優れた環境浄化用舗装体及びその施工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の環境浄化用舗装体は、大気中に拡散された窒素酸化物や粒子状物質などの汚染物質を消去無害化する環境浄化用舗装体であって、セメントと細骨材と水とを混練した浸透用セメントミルクと、木質系バイオマスを炭素化して得られた炭素質物質を粉砕した粉末状の炭素化物と、空隙率の大きい開粒度タイプの半たわみ性舗装用アスファルト混合物とからなり、前記浸透用セメントミルクと前記炭素化物とを混合したスラリー状の混合物を生成し、前記半たわみ性舗装用アスファルト混合物の空隙に前記スラリー状の混合物を注入充填して浸透させ、前記半たわみ性舗装用アスファルト混合物の空隙に浸透させた前記スラリー状の混合物を養生、固化させた構成を有するものである。
【００１３】
本発明の環境浄化用舗装体は、上記セメントが、普通ポルトランドセメント，早強ポルトランドセメント，超速硬セメントであり、細骨材が、高炉スラグ，硅砂，石粉であり、木質系バイオマスが、間伐材，林産廃材などの木材である構成を具備する。
【００１４】
また、上記炭素質物質が、炭素化木材（木炭）である構成、木質系バイオマスの炭化温度が、４００〜１８００℃である構成、および上記炭素化物が、木炭粉末であり、木炭粉末の粒径が、０．１〜５．０ｍｍである構成を具備する。
【００１５】
本発明の環境浄化用舗装体の施工方法は、セメントと細骨材と水とを混練して浸透用セメントミルクを生成する工程と、木質系バイオマスを炭素化して炭素質物質を得る工程と、前記炭素質物質を粉砕して粉末状の炭素化物を得る工程と、前記浸透用セメントミルクと前記炭素化物とを混合してスラリー状の混合物を生成する工程と、空隙率の大きい開粒度タイプの半たわみ性舗装用アスファルト混合物の空隙に前記スラリー状の混合物を注入充填して浸透させる工程と、半たわみ性舗装用アスファルト混合物の空隙に浸透させた前記スラリー状の混合物を養生、固化させる工程とを含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
以上に述べたように、本発明によれば、地場での安定的な原料供給が可能なセメントと木材などの木質系バイオマスを用い、セメントと木炭粉末を主原料とするスラリー状の混合物を半たわみ性舗装用注入材として使用可能で、製造コストも安価であり、大気中に拡散された人体に有害な窒素酸化物や粒子状物質などの汚染物質を省エネルギーで消去無害化することが可能であり、雨水の浄化に優れた環境浄化用舗装体及びその施工方法を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
本発明の環境浄化用舗装体は、大気中に拡散された窒素酸化物（ＮＯｘ）や粒子状物質（ＰＭ）などの汚染物質を消去無害化する半たわみ性舗装である。
【００１９】
本発明の環境浄化用舗装体は、セメントと細骨材と水とを混練した浸透用セメントミルクと、木質系バイオマスを炭素化して得られた炭素質物質を粉砕した粉末状の炭素化物と、空隙率の大きい開粒度タイプの半たわみ性舗装用アスファルト混合物とからなる。
【００２０】
そして、浸透用セメントミルクと炭素化物とを混合したスラリー状の混合物を生成し、半たわみ性舗装用アスファルト混合物の空隙にスラリー状の混合物を注入充填して浸透させ、半たわみ性舗装用アスファルト混合物の空隙に浸透させたスラリー状の混合物を養生、固化させることにより、環境浄化用舗装体を形成する。
【００２１】
環境浄化用舗装体のセメントは、普通ポルトランドセメント，早強ポルトランドセメント，超速硬セメントなどであり、また、細骨材は、高炉スラグ，硅砂，石粉などである。
【００２２】
環境浄化用舗装体の木質系バイオマスは、間伐材，林産廃材などの木材であり、炭素質物質は、炭素化木材（木炭）を用いている。
また、環境浄化用舗装体の木質系バイオマスの炭化温度は、４００〜１８００℃としている。
【００２３】
環境浄化用舗装体の炭素化物の粒径は０．１〜５．０ｍｍの木炭粉末である。
【００２４】
環境浄化用舗装体の施工は、セメントと細骨材と水とを混練して浸透用セメントミルクを生成するとともに、木質系バイオマスを炭素化して炭素質物質を得る。この炭素質物質を粉砕して粉末状の炭素化物を浸透用セメントミルクと混合してスラリー状の混合物を生成する。そして、空隙率の大きい開粒度タイプの半たわみ性舗装用アスファルト混合物の空隙にスラリー状の混合物を注入充填して浸透させスラリー状の混合物を養生、固化させることにより達成する。
【００２５】
環境浄化用舗装体は、原料となるセメントと細骨材と水とを混練した浸透用セメントミルクと、原料となる木質系バイオマスである、例えばトドマツ間伐材を炭素化して得られた炭素質物質である木炭を粉砕した粉末状の炭素化物である木炭粉末と、空隙率の大きい開粒度タイプの半たわみ性舗装用アスファルト混合物とからなり、浸透用セメントミルクと木炭粉末とを混合したスラリー状の混合物を半たわみ性舗装用注入材として使用するものである。
【００２６】
木質系バイオマスは、例えば北海道産トドマツ間伐材であり、この間伐材を丸太のままバッチ式の炭化装置を用いて、或いは、間伐材をチップ状にして連続式の炭化装置を用いて、８００〜１０００℃の炭化温度で炭化処理してトドマツ木炭を得た。
【００２７】
このトドマツ木炭をハンマー等で粗砕した後、粗砕したトドマツ木炭を従来の粉砕機でさらに粉砕した結果、０．１μｍ〜５．０ｍｍの粒径をもつ木炭粉末を得ることができた。
【００２８】
粉砕した木炭粉末を分級機を用いて１００μｍ以下、１００μｍ〜１．０ｍｍ、１．０〜５．０ｍｍに分級した。
【００２９】
主に粉塵の飛散による作業環境への影響、他材料との混合性、ＮＯｘ低減性能に及ぼす影響などを中心に木炭粉末の粒度を検討した。
その結果、粒径０．１ｍｍ以下の木炭粉末は、多孔性と低比重に基因する気相空間への浮遊性が大きく、粉塵の飛散に伴う作業管理が困難である。
粒径０．１〜５．０ｍｍの木炭粉末は、粉塵の飛散を最小限に抑えることが可能で、細骨材を含んだセメントとの混合も可能であった。
【００３０】
以上の検討から、木炭粉末の粒径は、０．１〜５．０ｍｍで、特に０．１〜１．０ｍｍが望ましいことが判明した。
【００３１】
そして、浸透用セメントミルクと上記粒径の範囲の木炭粉末とを混合機で混合して半たわみ性舗装用注入材としてのスラリー状の混合物を生成した。
【００３２】
次に、本発明の実施例に係る環境浄化用舗装体の施工方法を図１のブロック図で説明する。
【００３３】
まず、原料となるセメント１と細骨材９と水２とを混練して浸透用セメントミルクを生成する（ステップＳ１００）。
次いで、木質系バイオマスであるトドマツ間伐材３を原料として、トドマツ間伐材３を炭化装置で炭素化処理して炭素質物質であるチップ状の木炭を得る（ステップＳ１０１）。
次いで、チップ状の木炭をハンマー等で粗砕した後、粗砕した木炭を粉砕機で粉砕して木炭粉末を得る（ステップＳ１０２）。
次いで、浸透用セメントミルクと炭素化物とを混合してスラリー状の混合物を生成する（ステップＳ１０３）。
【００３４】
スラリー状の混合物を空隙率の大きい開粒度タイプの半たわみ性舗装用アスファルト混合物（開粒度アスコン）の空隙に注入充填して浸透させる（ステップＳ１０４）。
【００３５】
その後、半たわみ性舗装用アスファルト混合物の空隙に浸透させたスラリー状の混合物を養生、固化させ（ステップＳ１０５）、環境浄化用舗装体となる半たわみ性舗装８０を得る。
【００３６】
次に、本発明の実施例に係る環境浄化用舗装体による窒素酸化物及び粒子状物質の低減性能試験を行った。
図２は、環境浄化用舗装体による窒素酸化物及び粒子状物質の低減性能試験を行う小型トンネル試験設備を示す正面図、図３は、小型トンネル試験設備及び小型トンネル試験設備に排気ガスを導入する排気ガス導入装置の配置状態を示す平面図、図４は、小型トンネル試験設備を構成するボックスカルバートを示す正面図、図５は、図３の排気ガス導入装置を拡大して示す平面図である。
【００３７】
排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）及び粒子状物質（ＰＭ）などの汚染物質の環境浄化用舗装体による低減性能を測定するための小型トンネル試験設備Ａとしては、図２及び図３に示すように、高さ２ｍ，幅２ｍ，長さ２ｍのコンクリート製のボックスカルバート４を長手方向に直列に５個接続して全長１０ｍのトンネルＴが構成されている。
小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴの開口する両端には、覗き窓（図示せず）を備えたコンクリート製の端壁板５，６がそれぞれ配設され、トンネルＴの両端開口が端壁板５，６により閉塞されている。
【００３８】
ボックスカルバート４の上壁４０と底壁４１との間には、図４に示すように、トンネルＴの長手方向に沿って側壁４２，４３の中間に内部空間を左右に区切る仕切り板４４が設置され、トンネルＴのボックスカルバート４の内部空間が仕切り板４４により２等分されている。
【００３９】
ボックスカルバート４の側壁４２と仕切り板４４との間に形成されたトンネルＴ内の一方の空間が試料となる供試体８を入れないブランク区Ｂとされ、ボックスカルバート４の側壁４３と仕切り板４４との間に形成されたトンネルＴ内の他方の空間が供試体８を入れるサンプル区Ｓとされている。
【００４０】
小型トンネル試験設備Ａの端壁板５には、図５に示すように、トンネルＴ内のブランク区Ｂ及びサンプル区Ｓに排気ガスを導入する排気ガス導入装置７の排気ガス導入管を挿通する貫通孔５０，５１が設けられている。
【００４１】
ボックスカルバート４の一方の側壁４２には、図４に示すように、小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のブランク区Ｂに導入された排気ガス中に含まれるＮＯ，ＮＯ2濃度を測定する検知管（図示せず）を設置するＮＯ，ＮＯ2測定孔４５ａと、小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のブランク区Ｂに導入された排気ガス中に含まれるＮＯｘ濃度を測定するＮＯｘセンサ（図示せず）を設置するＮＯｘ測定孔４６ａと、小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のブランク区Ｂに導入された排気ガスをＳＰＭ（浮遊粒子状物質）を採取するためのＳＰＭ採取装置（図示せず）へ吸引するＳＰＭ測定孔４７ａとが設けられている。
【００４２】
また、ボックスカルバート４の他方の側壁４３には、小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のサンプル区Ｓに導入された排気ガス中に含まれるＮＯ，ＮＯ2濃度を測定する検出管（図示せず）を設置するＮＯ，ＮＯ2測定孔４５ｂと、小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のサンプル区Ｓに導入された排気ガス中に含まれるＮＯｘ濃度を測定するＮＯｘセンサ（図示せず）を設置するＮＯｘ測定孔４６ｂと、小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のサンプル区Ｓに導入された排気ガスをＳＰＭを採取するためのＳＰＭ採取装置（図示せず）へ吸引するＳＰＭ測定孔４７ｂとが設けられている。
【００４３】
ボックスカルバート４の側壁４２，４３のＮＯ，ＮＯ２測定孔４５ａ，４５ｂに設置した検知管のＮＯセンサ，ＮＯ２センサを用いて、ＮＯｘ濃度計（堀場製作所製 ＡＰＮＡ−３６０）で小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のブランク区Ｂ及びサンプル区Ｓに導入した標準ガス中に含まれるＮＯ，ＮＯ２の濃度を測定した。
【００４４】
また、ボックスカルバート４の側壁４２，４３に設けたＮＯｘ測定孔４６ａ，４６ｂに設置したＮＯｘセンサを用いて、ＮＯｘ濃度計（堀場製作所製 ＡＰＮＡ−３６０）で小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のブランク区Ｂ及びサンプル区Ｓに導入した標準ガス中に含まれるＮＯｘの濃度を測定した。
【００４５】
さらに、ボックスカルバート４の側壁４２，４３に設けたＳＰＭ測定孔４７ａ，４７ｂから小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のブランク区Ｂ及びサンプル区Ｓに導入した排気ガスをＳＰＭ採取装置（図示せず）へ吸引し、このＳＰＭ採取装置に吸引した小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のブランク区Ｂ及びサンプル区Ｓに導入した排気ガス中に含まれるＳＰＭの濃度をＳＰＭ濃度計（堀場製作所製 ＡＰＤＡ−３６１）で測定した。
【００４６】
小型トンネル試験設備Ａの一端側には、図３に示すように、排気ガスと空気を混合して濃度調整を行い、そのガスを標準ガスとしてトンネルＴ内のブランク区Ｂ及びサンプル区Ｓに導入するための排気ガス導入装置７が設置されている。
【００４７】
排気ガス導入装置７は、図５に示すように、外気（空気）を吸引するファンＦと、空気と排気ガスとを混合して標準ガスとなるように排気ガスの濃度調整を行う混合器７０と、ファンＦで吸引された空気を混合器７０に導入する空気導入筒７１と、ディーゼル自動車のディーゼルエンジンの排気系から外部に排出される排気ガスを空気導入筒７１に導入する排気ガス導入管７２とを有する。さらに、混合器７０で濃度調整された排気ガスの流量を制御するバルブＶ１，Ｖ２と、濃度調整された排気ガスの風量を測定するパイプ状の風量計（カラムアイ；商標）Ｃ１，Ｃ２と、バルブＶ１を通過した濃度調整された排気ガスを風量計Ｃ１に導入する排気ガス配管７３ａ，７４ａと、バルブＶ２を通過した濃度調整された排気ガスを風量計Ｃ２に導入する排気ガス配管７３ｂ，７４ｂと、濃度調整された排気ガスを排気ガス配管７３ａから排気ガス配管７４ａに導入するホース７５ａと、濃度調整された排気ガスを排気ガス配管７３ｂから排気ガス配管７４ｂに導入するホース７５ｂと、風量計Ｃ１の短管７６ａを通過した濃度調整された排気ガスを小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のブランク区Ｂに導入する排気ガス配管７７ａと、風量計Ｃ２の短管７６ｂを通過した濃度調整された排気ガスを小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のサンプル区Ｓに導入する排気ガス配管７７ｂとから構成されている。
【００４８】
ファンＦには、空気導入筒７１の基端が接続され、混合器７０には、空気導入筒７１の先端が接続されている。
空気導入筒７１の筒状本体には、排気ガス導入管７２の一端部が貫通して接続されている。
【００４９】
バルブＶ１は、混合器７０と排気ガス配管７３ａとの間に配置され、バルブＶ２は、混合器７０と排気ガス配管７３ｂとの間に配置されている。
【００５０】
排気ガス配管７３ａと排気ガス配管７４ａとは、ホース７５ａで接続され、排気ガス配管７３ｂと排気ガス配管７４ｂとは、ホース７５ｂで接続されている。
【００５１】
風量計Ｃ１は、排気ガス配管７４ａと排気ガス配管７７ａとの間に配置されており、風量計Ｃ２は、排気ガス配管７４ｂと排気ガス配管７７ｂとの間に配置されている。
【００５２】
排気ガス配管７７ａは、小型トンネル試験設備Ａの端壁板５に設けた貫通孔５０に挿通されている。
排気ガス配管７７ｂは、小型トンネル試験設備Ａの端壁板５に設けた貫通孔５１に挿通されている。
【００５３】
実際のトンネル内におけるＮＯｘ濃度は、トンネルの長さ、その排気設備の能力、交通量、季節などで変動するが、道内の総延長１０００ｍ以上のトンネルの中間部で２ｐｐｍ程度と考えられるが、ここでは、ディーゼル自動車を運転した時の排気ガスを空気と混合して、そのＮＯｘ濃度が２ｐｐｍとなるように調整し、排気ガス中に含まれるＮＯｘ及びＳＰＭの低減性能試験の標準ガスとして使用した。
【００５４】
図６は、小型トンネル試験設備における環境浄化用舗装体によるＮＯｘ及びＳＰＭの低減性能の測定に用いる試料を示す斜視図であり、（ａ）は木炭粉末を混合した供試体、（ｂ）は木炭粉末を混合しないブランク供試体である。
まず、試料としては、半たわみ性舗装用注入材となる浸透用セメントミルク（ペーブラン（商品名）と水との混合物）に炭素化木材（トドマツ）を粉砕した粒径０．６ｍｍ以下の木炭粉末を重量比で５％混合してスラリー状の混合物を生成し、空隙率２２％の開粒度アスコン（アスファルト混合物）の空隙にスラリー状の混合物を注入充填して浸透させた後、開粒度アスコンの空隙に浸透させたスラリー状の混合物を養生、固化させることにより、ＮＯｘ及びＳＰＭの低減性能試験用の５０ｃｍ角，厚さ５０ｍｍの半たわみ性舗装８０からなる供試体８を得た。
同時に、試料として、木炭粉末を混合しない浸透用セメントミルクを上記と同様に開粒度アスコンの空隙に浸透させ、開粒度アスコンの空隙に浸透させた浸透用セメントミルクを養生、固化させることにより、通常の半たわみ性舗装８０´からなるブランク供試体８´も調製した。
【００５５】
図７は、小型トンネル試験設備のトンネル内のブランク区及びサンプル区への排気ガス導入停止状態におけるＮＯｘ濃度の経時変化の特性を表すＮＯｘ濃度減衰グラフである。ここで、横軸は時間、縦軸は濃度である。
木炭粉末を混合しないブランク供試体８´を小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のブランク区Ｂの床全面に敷設し、木炭粉末を混合した供試体８を小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のサンプル区Ｓの床全面に敷設した。次いで、約２ｐｐｍのＮＯｘ濃度に調整した排気ガスを排気ガス導入装置７でトンネルＴ内のブランク区Ｂ及びサンプル区Ｓにそれぞれ導入し、トンネルＴ内のブランク区Ｂ及びサンプル区Ｓに導入した排気ガスが平衡状態に達した時点で、排気ガスのトンネルＴ内のブランク区Ｂ及びサンプル区Ｓへの供給を停止し、ＮＯｘの低減効果をＮＯｘ濃度計で測定した結果を図７に示す。
【００５６】
窒素酸化物として測定したガスは、ＮＯ，ＮＯ２，ＮＯｘである。
ブランク供試体８´の入っている小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のブランク区Ｂでは、約６０分後には、ＮＯ濃度は約１．４ｐｐｍ程度まで低下したが、供試体８の入っている小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のサンプル区Ｓでは、約６０分後には、ＮＯ濃度はトンネルＴ内のブランク区ＢのＮＯ濃度よりも低い約１．２ｐｐｍ程度まで低下した。
【００５７】
また、ブランク供試体８´の入っている小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のブランク区Ｂでは、約１２０分後には、ＮＯ２濃度は約０．２ｐｐｍ程度まで低下したが、供試体８の入っている小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のサンプル区Ｓでは、約１２０分後には、ＮＯ２濃度はトンネルＴ内のブランク区ＢのＮＯ２濃度よりも低い約０．１ｐｐｍ程度以下まで低下した。
【００５８】
さらに、ブランク供試体８´の入っている小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のブランク区Ｂでは、約６０分後には、ＮＯｘ濃度は約１．７ｐｐｍ程度まで低下したが、供試体８の入っている小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のサンプル区Ｓでは、約６０分後には、ＮＯｘ濃度はトンネルＴ内のブランク区ＢのＮＯｘ濃度よりも低い約１．３ｐｐｍ程度まで低下した。
【００５９】
図７から明らかなように、ブランク供試体８´の入っている小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のブランク区Ｂでは、ボックスカルバート４のコンクリート壁がＮＯｘを吸着するため、その濃度は低下するものの、ＮＯ，ＮＯ２，ＮＯｘ濃度の低下は緩やかであった。
【００６０】
しかし、供試体８の入っている小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のサンプル区Ｓでは、約６０分後には、ＮＯ，ＮＯ２，ＮＯｘ濃度ともトンネルＴ内のブランク区ＢのＮＯ，ＮＯ２，ＮＯｘ濃度よりも急速に低下した。
【００６１】
これらの供試体８の小型トンネル試験設備ＡによるＮＯｘ低減性能試験を１サイクル１０時間の減衰データをとり、再び２ｐｐｍに調整した排気ガスを導入して同様に試験を行い、このサイクルを１５回繰り返し行った結果、ＮＯｘ低減性能は、第１回目の初期性能と同一レベルを保持した。
このように、木炭粉末をセメントに５％程度加えるだけで、窒素酸化物（ＮＯｘ）を低下させる優れた環境浄化用舗装体になることがわかった。
【００６２】
木炭粉末を重量比で５％程度含む浸透用セメントミルクを半たわみ性舗装用アスファルト混合物の空隙に注入充填して浸透させた半たわみ性舗装は、優れたＮＯｘ低減性能を示すと共に、このボックスカルバート４を用いた小型トンネル試験設備Ａは、簡易なＮＯｘ低減性能評価試験法になることがわかった。
【００６３】
本発明の実施例に係る環境浄化用舗装体によって得られた試験結果の概要を以下に説明する。
（１）北海道産トドマツ間伐材を８００℃前後で炭化した木炭は、本州産スギ，ヒノキ木炭のそれぞれと同等のＮＯｘの低減性能を保持した。
（２）木炭の粉砕は、既存の技術で可能であり、０．１〜５．０ｍｍの粒径は、粉塵の飛散を最小限に抑えることが可能で、普通ポルトランドセメントとの混合も可能であった。
（３）複合素材として、主に普通ポルトランドセメントを用いたが、普通ポルトランドセメント単独では、ＮＯｘの低減効果はある程度認められるものの、顕著ではなかった。
しかし、普通ポルトランドセメントを木炭粉末と混合した場合には、適正な配合比の範囲では木炭に近似したＮＯｘの低減性能を保持した。
（４）木炭粉末とセメントを原料とする半たわみ性舗装用注入材は、ＮＯｘやＳＰＭの消去無害化や雨水の浄化に優れた機能を発揮した。
（５）市販のボックスカルバートを連結して用いた小型トンネル試験設備では、実大トンネルに近い設備としてＮＯｘやＳＰＭの低減性能を測定する試験を行うことが可能であった。
ディーゼル自動車からの排気ガスを空気と混合し、安定的に精度良く小型トンネル試験設備のトンネル内へ導入する排気ガス導入装置を用いることにより、実際に近い状態でＮＯｘやＳＰＭの低減性能試験を行うことができる。
（６）セメントと木炭粉末を主原料とする半たわみ性舗装用注入材を注入充填した半たわみ性舗装について、小型トンネル試験設備によるＮＯｘ，ＳＰＭの低減性能試験を行った結果、半たわみ性舗装は顕著なＮＯｘ，ＳＰＭの低減性能を持つことが実証された。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施例に係る環境浄化用舗装体の施工方法を示すブロック図。
【図２】本発明の実施例に係る環境浄化用舗装体による窒素酸化物及び粒子状物質の低減性能試験を行う小型トンネル試験設備を示す正面図。
【図３】小型トンネル試験設備及び小型トンネル試験設備に排気ガスを導入する排気ガス導入装置の配置状態を示す平面図。
【図４】小型トンネル試験設備を構成するボックスカルバートを示す正面図。
【図５】図３の排気ガス導入装置を拡大して示す平面図。
【図６】小型トンネル試験設備における環境浄化用舗装体によるＮＯｘ及びＳＰＭの低減性能の測定に用いる試料を示す斜視図。
【図７】小型トンネル試験設備のトンネル内のブランク区及びサンプル区への排気ガス導入停止状態におけるＮＯｘ濃度の経時変化の特性を表すＮＯｘ濃度減衰グラフ。
【符号の説明】
【００６５】
１ セメント
２ 水
３ トドマツ間伐材（木質系バイオマス）
４ ボックスカルバート
５ 端壁板
６ 端壁板
７ 排気ガス導入装置
８ 供試体（試料）
８´ ブランク供試体（試料）
９ 細骨材
４０ 上壁
４１ 底壁
４２ 側壁
４３ 側壁
４４ 仕切り板
４５ａ，４５ｂ ＮＯ，ＮＯ2測定孔
４６ａ，４６ｂ ＮＯｘ測定孔
４７ａ，４７ｂ ＳＰＭ測定孔
５０ 貫通孔
５１ 貫通孔
７０ 混合器
７１ 空気導入筒
７２ 排気ガス導入管
７３ａ，７３ｂ 排気ガス配管
７４ａ，７４ｂ 排気ガス配管
７５ａ，７５ｂ ホース
７６ａ，７６ｂ 短管
７７ａ，７７ｂ 排気ガス配管
８０ 半たわみ性舗装
８０´ 半たわみ性舗装
Ａ 小型トンネル試験設備
Ｂ ブランク区
Ｃ１，Ｃ２ 風量計
Ｆ ファン
Ｓ サンプル区
Ｔ トンネル
Ｖ１，Ｖ２ バルブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気中に拡散された窒素酸化物や粒子状物質などの汚染物質を消去無害化する環境浄化用舗装体であって、
セメントと細骨材と水とを混練した浸透用セメントミルクと、木質系バイオマスを炭素化して得られた炭素質物質を粉砕した粉末状の炭素化物と、空隙率の大きい開粒度タイプの半たわみ性舗装用アスファルト混合物とからなり、前記浸透用セメントミルクと前記炭素化物とを混合したスラリー状の混合物を生成し、前記半たわみ性舗装用アスファルト混合物の空隙に前記スラリー状の混合物を注入充填して浸透させ、前記半たわみ性舗装用アスファルト混合物の空隙に浸透させた前記スラリー状の混合物を養生、固化させてなる環境浄化用舗装体。
【請求項２】
上記セメントは、普通ポルトランドセメント，早強ポルトランドセメント，超速硬セメントである請求項１に記載の環境浄化用舗装体。
【請求項３】
上記細骨材は、高炉スラグ，硅砂，石粉である請求項１に記載の環境浄化用舗装体。
【請求項４】
上記木質系バイオマスは、間伐材，林産廃材などの木材である請求項１に記載の環境浄化用舗装体。
【請求項５】
上記炭素質物質は、木炭である請求項１に記載の環境浄化用舗装体。
【請求項６】
上記木質系バイオマスの炭化温度は、４００〜１８００℃である請求項１に記載の環境浄化用舗装体。
【請求項７】
上記炭素化物は、木炭粉末である請求項１に記載の環境浄化用舗装体。
【請求項８】
上記木炭粉末の粒径は、０．１〜５．０ｍｍである請求項７に記載の環境浄化用舗装体。
【請求項９】
セメントと細骨材と水とを混練して浸透用セメントミルクを生成する工程と、木質系バイオマスを炭素化して炭素質物質を得る工程と、前記炭素質物質を粉砕して粉末状の炭素化物を得る工程と、前記浸透用セメントミルクと前記炭素化物とを混合してスラリー状の混合物を生成する工程と、空隙率の大きい開粒度タイプの半たわみ性舗装用アスファルト混合物の空隙に前記スラリー状の混合物を注入充填して浸透させる工程と、半たわみ性舗装用アスファルト混合物の空隙に浸透させた前記スラリー状の混合物を養生、固化させる工程とを含むことを特徴とする環境浄化用舗装体の施工方法。
【請求項１】
大気中に拡散された窒素酸化物や粒子状物質などの汚染物質を消去無害化する環境浄化用舗装体であって、
セメントと細骨材と水とを混練した浸透用セメントミルクと、木質系バイオマスを炭素化して得られた炭素質物質を粉砕した粉末状の炭素化物と、空隙率の大きい開粒度タイプの半たわみ性舗装用アスファルト混合物とからなり、前記浸透用セメントミルクと前記炭素化物とを混合したスラリー状の混合物を生成し、前記半たわみ性舗装用アスファルト混合物の空隙に前記スラリー状の混合物を注入充填して浸透させ、前記半たわみ性舗装用アスファルト混合物の空隙に浸透させた前記スラリー状の混合物を養生、固化させてなる環境浄化用舗装体。
【請求項２】
上記セメントは、普通ポルトランドセメント，早強ポルトランドセメント，超速硬セメントである請求項１に記載の環境浄化用舗装体。
【請求項３】
上記細骨材は、高炉スラグ，硅砂，石粉である請求項１に記載の環境浄化用舗装体。
【請求項４】
上記木質系バイオマスは、間伐材，林産廃材などの木材である請求項１に記載の環境浄化用舗装体。
【請求項５】
上記炭素質物質は、木炭である請求項１に記載の環境浄化用舗装体。
【請求項６】
上記木質系バイオマスの炭化温度は、４００〜１８００℃である請求項１に記載の環境浄化用舗装体。
【請求項７】
上記炭素化物は、木炭粉末である請求項１に記載の環境浄化用舗装体。
【請求項８】
上記木炭粉末の粒径は、０．１〜５．０ｍｍである請求項７に記載の環境浄化用舗装体。
【請求項９】
セメントと細骨材と水とを混練して浸透用セメントミルクを生成する工程と、木質系バイオマスを炭素化して炭素質物質を得る工程と、前記炭素質物質を粉砕して粉末状の炭素化物を得る工程と、前記浸透用セメントミルクと前記炭素化物とを混合してスラリー状の混合物を生成する工程と、空隙率の大きい開粒度タイプの半たわみ性舗装用アスファルト混合物の空隙に前記スラリー状の混合物を注入充填して浸透させる工程と、半たわみ性舗装用アスファルト混合物の空隙に浸透させた前記スラリー状の混合物を養生、固化させる工程とを含むことを特徴とする環境浄化用舗装体の施工方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−２４１７３９（Ｐ２００６−２４１７３９Ａ）
【公開日】平成１８年９月１４日（２００６．９．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５５９９０（Ｐ２００５−５５９９０）
【出願日】平成１７年３月１日（２００５．３．１）
【出願人】（５０３０６０２０４）株式会社 騎西組 (3)
【出願人】（５０５０７５６０６）株式会社橋本川島コーポレーション (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月１４日（２００６．９．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月１日（２００５．３．１）
【出願人】（５０３０６０２０４）株式会社 騎西組 (3)
【出願人】（５０５０７５６０６）株式会社橋本川島コーポレーション (1)
【Ｆターム（参考）】
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