論　文（Original Article）

SEM-EDXA study on the interface between wood and cement in Cement Strand Slab

FUJII Tomoyuki and MIYATAKE Atsushi

Abstract
A new wood and cement composite named cement strand slab (CSS) has been developed to provide high mechanical and fire retardant properties. Focusing on the ultrastructure of the interface between wood and mortar, namely the mixture of cement, sand and water, in the CSS, this study investigated the distribution of chemical elements with an energy-dispersive X-ray analyzer equipped on a scanning electron microscope (SEM-EDXA). CSS samples were subcarbonized in an oven with nitrogen-gas flow, and wood strands became brittle to prepare cross sections flat enough for SEM-EDXA investigation. Mortar was apparently filling tracheid lumina in the outermost layer of each wood strand and extended to a few layers inside. The composition ratio of Ca/Si in this region generally increased to 4-5 from around 2 in the ground mortar. The mortar in the outermost tracheid lumina was mostly rocky in appearance, similar to the adjacent mortar matrix. Some tracheids inside were filled with needle-like crystals that looked exactly like aggregations of chestnut burs. Occasionally, they were completely filled with mortar having a flat fractured surface and the Ca/Si ratio was always much higher than 100. Furthermore, wood strands in CSS were completely burned out to leave cinders of mortar molding tracheid lumina. It was obvious that mortar penetrated into and molded tracheid lumina. Within one tracheid, the molding mortar column transformed the texture from dense aggregates without apparent pores to diffuse aggregates of burs with long needles. Membranous cinder covering a column was observed and was continuous over adjacent columns. Therefore, the membranous cinder is probably derived from mortar that had penetrated into cell walls. They showed a high Ca/Si ratio of 13 to 30. As a result, we conclude that the physical continuity of mortar from ground matrix to those lumen-fillings provide the mechanical bonding between wood strands and ground matrix, and is reinforced by the deposition of Ca filling up cavities in aggregates of mortar.

Key words : Cement strand slab, CSS, SEM-EDXA, wood and cement composite, mortar, structure

セメント・ストランド・スラブにおける木材とセメントの界面の微細構造およびセメント成分の分布

藤井智之・宮武敦

要 旨
スギ・ストランドとセメントを原料としたスラブ（CSS）の製造条件と製品の性能評価において、内部構造を理解することが重要である。両者の結合状態を把握する目的で木材とセメントの界面付近の微細構造および成分の分布を走査電子顕微鏡−エネルギー分散型エックス線分析装置（SEM-EDXA）を用いて調べた。静的曲げ強度試験に供試したCSS試験体を窒素ガス環流条件で約80分間約250℃で亜炭化することにより木材ストランドを脆弱化し、割裂によりSEM-EDXAに必要な平坦な面を作製した。個々のストランドの表面の最外層にある仮道管の内腔はモルタルで充填され、さらにその内側の２−３層の仮道管にも広がっていた。最外層の仮道管内腔を充填するモルタルの形状は多くの場合、隣接する基盤モルタルと同様に岩状であった。この部分のモルタルのカルシウム（Ca）とケイ素（Si）の構成比率（Ca/Si比）はおおよそ４〜５と、基盤のモルタルの約２から高くなっていた。内側の仮道管内腔にはイガ栗状の針状結晶が疎ないし密に集合していた。平滑な破断面のモルタルで充填された仮道管も稀に観察され、そのCa/Si比は常に100以上であった。さらに、CSS試料中の木材ストランドを炎中で灰化することにより、ストランド中のモルタルを残渣として取り出した。その形態および成分の分布状態からモルタルが仮道管の内腔に浸入し、内腔を充填していることが明らかとなった。個々の仮道管中では、モルタルは基盤に近い基部では空隙のほとんど見られない程までに粒子が高密度に凝集し、ストランド内方の先端に向かってその密度が減少していた。時には、Ca/Si比が100以上と著しく高く、かつ壁孔腔等の仮道管壁の立体構造を忠実に写し出している部分が観察された。仮道管内腔を充填する円筒状のモルタルを包み込み、さらに隣接仮道管まで連続するように広がった膜状のモルタルが観察された。そのCa/Si比は13〜30であった。この膜状のモルタルは仮道管の細胞壁中に浸透していたものが細胞壁の灰化によって凝集したものと推察される。観察結果に基づいて、基盤からストランドの仮道管中へ物理的に連続するモルタルが木材ストランドと基盤モルタルを機械的に結合しており、さらに仮道管内腔を完全に充填するCa成分で強化されていると推察される。

キーワード：セメント・ストランド・スラブ、CSS、SEM-EDXA、木質材料、モルタル、微細構造

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