Prediction for long term degradation process of timber structures due to environmental conditions

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K04461
• Research Institution: Ashikaga University
• Principal Investigator: 齋藤 宏昭 足利大学, 工学部, 教授 (20597827)
• 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) ; 堀澤 栄 高知工科大学, 環境理工学群, 教授 (20368856) ; 中嶋 麻起子 広島工業大学, 工学部, 助教 (40773221) ; 小椋 大輔 京都大学, 工学研究科, 教授 (60283868)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 木材 / 劣化 / 耐久性 / 水分 / 予測モデル / 代謝

Outline of Annual Research Achievements

これまでに、熱水分解析から腐朽進行を予測するモデル開発されている。しかし、モデルを木造建築の構造耐力低下予測へ適用するにあたっては、対象が柱材等の100mmを超える断面寸法となり、密度や物性値等、材の不均質性に加え繊維方向による異方性が影響する可能性がある。そこで、本研究では、①腐朽材の代謝に関するモデリングに取組むとともに、②柱材の腐朽実験により、木材が持つ不均質性や異方性が予測に及ぼす影響を検討した。
代謝のモデリング①については、木材腐朽に伴うガス消費・生成のパラメータ及び拡散係数を測定した。ガス消費・生成に関しては、腐朽菌によって分解された木材基質の質量と相関があり、質量減少予測と連成できる見込みが得られた。ガス拡散係数については、繊維方向及び繊維垂直方向で数十倍の差があり、含水率による影響も大きいことを確認した。
柱材の腐朽実験②については、柱材下面から腐朽する際の含水率及び質量減少率の分布をX線CT画像から分析した。一般に、柱材の腐朽度は菌接種面からの距離によって分布が生じると考えられるが、繊維方向の腐朽進行ではその差が小さい傾向が確認できた。一方、接種面からの距離が同一となる木口断面について、放射方向の分布を詳細に確認すると、晩材率、ヤニの有無などによって、腐朽度や含水率が異なっていた。
これらの知見より、晩材率が低く空隙率の高い領域では、木口断面からの水分供給やガス交換が十分なため、内部への腐朽進行が促進される一方で、晩材率が高い領域ではこれらが不足するため腐朽進行が滞り、断面分布の生じることが示唆された。結果として、繊維方向の腐朽進行予測に対する計算精度向上には、晩材率など水平断面の不均一性の考慮が重要であることがわかった。