2020 Fiscal Year Annual Research Report
力学的エネルギー解析に基づく古材および生物劣化材の木材耐久性評価
| Project/Area Number |
20H02296
|
|---|
| Allocation Type | Single-year Grants |
|---|
| Research Institution | Nagoya University |
|---|
Principal Investigator |
山崎 真理子 名古屋大学, 生命農学研究科, 准教授 (70346170)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
森 拓郎 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 准教授 (00335225)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
|
| Keywords | 木材 / 力学性能 / 疲労試験 / 生物劣化 / 耐久性評価 / 古材 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，木材の耐久性を検討するために，実験群（古材・熱処理材（人為的な古材モデル・腐朽材）について，２種類の研究を実施する。
（A）力学的耐久性評価：①木材の繊維の引き抜きが起こる曲げ試験（建築物のはり材に作用する負荷様式）：本年度は，古材の入手を諮るととともに，衝撃曲げ試験について新材の実験を実施した。②細胞壁内の空洞を圧縮する部分横圧縮試験（接合部に作用する負荷様式）：実大材に対して部分横圧縮静的試験ならびに疲労試験を実施可能な治具を設計，作成した。さらに，ヒノキ新材を対象に，部分横圧縮試験を実施した。実大材の場合，無欠点小試験片では取り扱うことができない心持ち材（試験体断面の中央に髄をもち，未成熟材から成熟材に移行する年輪範囲が含まれる。木造建築で一般に使用される木取り）の実験を行うことができる。そこで，試験体の木取りと負荷方向の関係から，心持ち材（P群），心去り材の放射方向負荷(R群)，心去り材の接線方向負荷(T群)の３種類を試験体として用いた。疲労限度は，繰返しの負荷により最大ひずみが任意のひずみ限界値に到達する時点の負荷回数として定義した。疲労限度の推定について複数の方法で解析を行ったところ，いずれの方法でも疲労限度はT群＞R群＞P群であり，試験体の木取りの影響が認められた。また，R群について，小試験体の結果と比較したところ，実大材は小試験体とほぼ同じ疲労限度となった。
（B）劣化機構の解明：年輪構造を含む厚さ5mmの無欠点小試験片に対して，段階的な引張荷重負荷の下でシンクロトロン光を用いて，木材細胞壁の仮導管2次壁の各層に存在するセルロース鎖の力（004）面間隔の変形挙動を測定・解析する。今年度は，すでに実験済みの新材のデータを用いて，引張荷重下における（004）面の配向性や面間隔のバラツキの変化について，解析手法を検討した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究では，木材の耐久性を検討するために，実験群として「古材・熱処理材（人為的な古材モデル）・生物劣化材・複合劣化材」を設定し，以下に示す２種類の研究を行う計画である．
（A）力学的耐久性評価：劣化処理剤の疲労試験および衝撃試験とエネルギー解析（木材バルクの耐久性試験）①木材の繊維の引き抜きが起こる曲げ試験（建築物のはり材に作用する負荷様式）と②細胞壁内の空洞を圧縮する部分横圧縮試験（接合部に作用する負荷様式）である．これらについて，下記の研究計画を立てた．・静的試験ならびに疲労試験を実施し，疲労試験より得られたサイクル毎の応力－ひずみ曲線より，剛性・残存ひずみ・ひずみエネルギーの経時変化を解析すること．・両試験から各種劣化によるエネルギー吸収能の低下量を求めること．・これらより，古材化によるエネルギー吸収能の低下を定量評価すること．・残存エネルギー吸収能と合わせて耐久性の評価法を導出すること．・さらに，これに及ぼす生物劣化の影響を明らかにすること．現在，新材に関する実験を開始し，解析手法を確立した．また，古材の入手を諮るとともに，生物劣化（腐朽材）の供試材について準備を開始した．生物劣化材は腐朽が進行しやすく，実験群を作成しやすいベイマツを用いることとした．強制腐朽処理の実験群はピロディン値（せん孔抵抗値）を用いて３種類設定できるように，調整を検討している．
この点について，試料調整の精度に課題があり，当初計画していたよりやや実験が遅れている．
（B）劣化／経年使用による力学的変性の機構解明：細胞壁内のセルロースの力学挙動の把握（内部構造の力学応答）：この課題については次の研究段階を予定した．・測定装置の改良と細胞壁2次壁各層の測定方法の確認・古材実験・熱処理実験．これまでに，新材の実験（実験済み）について解析手法を検討している．
|
| Strategy for Future Research Activity |
（A）力学的耐久性評価：劣化処理剤の疲労試験および衝撃試験とエネルギー解析（木材バルクの耐久性試験）①木材の繊維の引き抜きが起こる曲げ試験（建築物のはり材に作用する負荷様式）と②細胞壁内の空洞を圧縮する部分横圧縮試験（接合部に作用する負荷様式）である．
今後は，経年劣化材の実験を開始する．①の曲げ試験では，古材及び熱処理材の実験を計画している．②の部分横圧縮試験では，古材の実験を計画している．生物劣化材について，調整を重ね，次年度には予備試験，次々年度に本格試験を目指す．
（B）劣化／経年使用による力学的変性の機構解明：細胞壁内のセルロースの力学挙動の把握（内部構造の力学応答）．古材の実験を開始し，剛性，セルロース鎖の面間隔や配向性のバラツキ，エネルギー吸収能に及ぼす古材化の影響を調べる．
|
Research Products
(8 results)
-
-
-
[Journal Article] Synchrotron X-ray measurements of cellulose in wood cell wall layers of Pinus densiflora in the transmission and reflectance modes. Part 2: results with axial loading2020
Author(s)
Lee, C. G., Yamasaki, M., Kojima, E., Sugimoto, T., Sasaki, Y.
-
Journal Title
Holzforschung,
Volume: 75
Pages: 501,507
DOI
-
-
-
-
-
