埼玉県西川材の生材状態の収縮率と含水率分布
定成政憲*Shrinkage and Moisture Content of Green Condition on Nishikawa Cedar
Masanori SADANARI*
Abstract
In order to verify the effects of the underwater stock of Japanese cedar logs, an experiment was planned to compare the four conditions – green, 9 months, 12 months of underwater stock, and natural drying after underwater processing, using the material of the Nishikawa Agano Hanno district, Saitama Prefecture. This report is to describe the experimental results of shrinkage and moisture content of the reference data of green logs by comparing the effects of underwater stock. For moisture content of cedar logs harvested in the autumn, the results of disk specimen show that the moisture content is highest in the sapwood, the moisture content is reduced in the transition zone section, the moisture content is higher again in the heartwood section. The shrinkage rate was within the typical range of the tangential direction, in the radial direction and longitudinal direction. As for shrinkage of the heartwood and sapwood, there was no difference observed between the heartwood and sapwood in the tangential direction. In the radial direction, the total shrinkage rate and the air dried shrinkage rate of the sapwood became larger than those of the heartwood.
Keywords:
Nishikawa Cedar, Moisture Content, Shrinkage Rate, Green Condition１．はじめに
木材の乾燥は地方の環境に応じた独自に開発された 方法で行われている。特に、日本の人工林の約 50%を 占めるスギは、含有水分が多いことから乾燥が困難な 樹種として知られている。このスギの乾燥は森林の立 地条件と施工する木造住宅の種類によって人工乾燥か 天然乾燥が選択されて用いられている。人工乾燥では 高温乾燥法、天然乾燥では葉枯しや水中貯木処理など が注目されている技術である。 本研究では、水中貯木処理が天然乾燥に及ぼす効果 を検討するために平成 23 年 11 月から実験を継続して いる中で、今後の実験の基準データとなる伐採直後の スギ丸太の収縮率と含水率分布の結果について取り上 げた。この 2 種の基準値は、水中貯木後の水の含浸状 況と収縮率変化を見るためのものである。２．実験方法
2.1 供試用丸太材と試験体
スギ材の水中貯木による特性を知るために、生材、 貯木 9 ヶ月、貯木 12 ヶ月及び輪掛の 4 条件の供試用丸 太を準備した。実験条件は表 1 のとおりであり、生材 丸太 8m（埼玉県飯能市吾野地区の西川材）で伐り旬に 伐採されたものを 12 本使用した。試験体となる丸太は、 3 体を 1 グループとして、16 グループで構成した。同 表のグループ A の 1 番玉（①と表記、以下同じ）、グル ープ B の 2 番玉（②）、グループ C の 3 番玉（③）、グ ループ D の 4 番玉（④）を生材用供試丸太として、8m 丸太の切り旬時の含水率分布と収縮率測定に使用した。 本実験で試験体に付した名称は図 1 のとおりとした。 試験体名称の 4 番目の数字は後述する。 表１ 供試用丸太材と試験体 ① 1 番玉 2m ② 2 番玉 2m ③ 3 番玉 2m ④ 4 番玉 2m グ ル ー プ A(丸太 3 本） 生材用 貯木 9 ヶ 月用 貯木 12 ヶ 月用 輪掛用 グ ル ー プ B(丸太 3 本） 輪掛用 生材用 貯木 9 ヶ月 用 貯木 12 ヶ 月用 グ ル ー プ C(丸太 3 本） 貯木 12 ヶ 月用 輪掛用 生材用 貯木 9 ヶ月 用 グ ル ー プ D(丸太 3 本） 貯木 9 ヶ 月用 貯木 12 ヶ 月用 輪掛用 生材用 グループ A～D 番玉①～④ 丸太数Ⅰ～Ⅲ 元口からの輪切り番号 1～13 図１ 試験体の名称法2.1.1 含水率と収縮率等の試験体の木取り法
8m 丸太を元口より、2m 毎に切断し、図 2 に示したよ うに 2m 長さで４等分した。更に、表 1 で網掛けをした 生材用の 2m の供試丸太（A-①-Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ、B-②-Ⅰ,Ⅱ, Ⅲ、C-③-Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ、D-④-Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ）12 本については、A－①－Ⅰ－1
Bull. Polytechnic University No.42, March 2013
それぞれの元口側より 1.3m と 0.7m に切断した。1.3m の全ての丸太は、元口側より 10cm 長さで切断して、 1.3m 丸太 1 本につき 13 個の円盤試験体を作成した（写 真 1）。また、図 1 の試験体名称の付し方で示した 4 番 目の数字は、この円盤を元口から 1 として分割数の 13 までの円盤位置に対応させたものである。円盤試験体 は含水率と収縮率の測定用とし、0.7m の部分は他の測 定項目に使用した。 図 2 8m 丸太の分割法と 1.3m の円盤試験体の木取り法 写真 1 円盤試験体の作成状況
2.1.2 水中貯木する供試丸太
生材用の供試丸太以外のものは、貯木の効果及び貯 木後の輪掛乾燥の影響を調べるために建築研究所の水 槽に貯木した。貯木 9 ヶ月用供試丸太は平成 24 年 8 月、貯木 12 ヶ月用供試丸太は平成 24 年 12 月にそれぞ れ水槽から取り出して、含水率と収縮率、透過性試験 と 100℃試験を計画している。また、輪掛用の供試丸 太は平成 24 年 11 月に取り出して平成 25 年 3 月まで天 然乾燥を行って同様な実験に供する予定である。2.2 含水率の測定
2.2.1 含水率試験片の作成法
生材用の供試丸太（A-①-Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ、B-②-Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ、 C-③-Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ、D-④-Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ）12 本から、156 個（13 個×12 本）の円盤試験体が作成されており、これらの 供試材から生材状態の含水率を測定するために図 3 と 写真 2 に示したように円盤試験体を 32 個に切断して含 水率試験片を作成した。円盤試験体は長さ方向に基準 線を入れておき、円盤に切断したので連続性は確保し た。含水率試験体の木取り方法は、次のような方針で 決めた。 ・円盤の長さ方向の基準線から髄を通る直線を引き、 髄を中心とした直交線を引く ・それぞれの 2 直線に平行に辺材と心材の移行帯部に 4 本の直線を引く ・心材部を水平と鉛直方向に２等分して、32 個の含水 率試験体を作成する 上記の分割によって、辺材部、辺材と心材の移行帯部、 心材部の 3 種類の含水率試験体が得られるようにした。 なお、10cm 刻みの円盤は、図 2 で既述したように元口 側から、1～13 の数字を付して丸太の長さ方向の円盤 位置を特定した。なお、写真 2 は、D-④-Ⅱの（グルー プ D-4 番玉-丸太 2 本目）の元口より 10 番目の円盤試 験体の絶乾後の状況を示したものである。 図 3 含水率試験体の分割法 写真 2 試験体状況（絶乾後 D－④－Ⅱ－10）2.3 収縮率の測定
2.3.1 収縮率試験片の作成法
木材の収縮率測定法（JIS Z 2101）により、接線方 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 グループA(3 本) グループB(3 本) グループC(3 本) グループD(3 本) １番玉① ２番玉② ３番玉③ ４番玉④ 1.3m 0.7m 2m 2m 2m (元口) (末口)1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11 12 13 14 15 16
17 18 19 20 21 22
23 24 25 26 27 28
29 30 31 32
向と放射方向の収縮率試験体（幅 30mm×高さ 30mm×厚
さ 5mm）と繊維方向の収縮率試験片（幅 30mm×高さ 60mm
×厚さ 5mm）を試験体名称（A-①-Ⅰ-5 と A-①-Ⅰ-8、
A-①-Ⅱ-5 と A-①-Ⅱ-8、A-①-Ⅲ-5 と A-①-Ⅲ-8）、
（B-②-Ⅰ-5 と B-②-Ⅰ-8、B-②-Ⅱ-5 と B-②-Ⅱ-8、B-②-Ⅲ-5 と B-②-Ⅲ-8）、（C-③-Ⅰ-5 と C-③-Ⅰ-8、C-③-Ⅱ-5 と C-③-Ⅱ-8、C-③-Ⅲ-5 と C-③-Ⅲ-8）及び（D-④-Ⅰ-5 と D-④-Ⅰ-8、D-④-Ⅱ-5 と D-④-Ⅱ-8、D-④-Ⅲ-5 と D-④-Ⅲ-8）の円盤試験体の半円部で作成した。 収縮率試験辺の一例を A-①-Ⅱ-5 から作成したものを 写真 3 に示した。1 個の円盤試験体の半円部から繊維 方向試験片は心材から 4 個と辺材から 4 個とし、接線 方向と放射方向は、両者共通で心材から 6 個と辺材か ら 6 個をそれぞれ作成した。 写真 3 収縮率測定用試験片(A-①-Ⅱ-5)
2.3.2 収縮率の測定法
接線方向と放射方向及び繊維方向の収縮率の測定は、 繊維方向試験片（心材 4 個×円盤 2 個×12 本=96 個、 辺材 96 個）と接線方向と放射方向試験片（心材 6 個× 円盤 2 個×12 本=144 個、辺材 144 個）をコンクリート の骨材試験用の篩上にまんべんなく配置し、ビニール シートを覆って急速に乾燥することがないように調整 しながら、図 4 に示す測定方法によって測定基準線を デジタルノギスを用いて寸法測定を行った。また、寸 法測定と同時に含水率を計算するためにデジタル秤量 計で重量測定をおこなった。寸法測定と重量計測は、 原則的に毎日測定を繰り返して、前日との重量変化が なくなった時をもって気乾状態とみなして測定を終了 した。その後、全ての試験片を 105℃で絶乾状態にし て寸法と重量の測定を行った。 (a)接線と放射方向 (b)繊維方向 図 4 収縮率を求めるための寸法の測定方法 収縮率の計算は次の 3 つの指標を使用した。 含水率 1％に対する平均収縮率(%) =(l2 – l3)/(n×l)×100 (1) 気乾までの収縮率(%)=(l1 – l)/l1×100 (2) 全収縮率(%)=(l1 – l3)/l1×100 (3) ここで、l1は生材の寸法、l2は気乾状態の寸法、l3 は絶乾状態の寸法である。また、n は l2を測定したと きの含水率(%)、l は含水率 15％のときの基準線の長さ で、l2と l3から比例的に次の式から算出した。 l=l3 + 15×(l2 – l3)/n (4)３．結果及び考察
3.1 円盤試験体を用いた含水率分布
表 1 のグループ A の 1 本目の A-①-Ⅰについて、円 盤試験体ごとの含水率分布を図 5 に示した。なお、そ れぞれの図の最後の添え字が 5 と 8 のものは、収縮率 試験体として円盤試験体の半円部を使用しているので 測定データはない。 全ての含水率試験片に見られるわけではないが、含 水率試験片の分割法で示したように辺材部、辺材と心 材の移行帯部及び心材部に相当する含水率は、辺材で 高く、移行帯部で低下し、心材部で再び高くなるとい う傾向がある。この含水率の分布傾向はスギ丸太で一 般的に見られるものである 1)。しかし、埼玉県飯能市 吾野地区の西川材の切り旬時期の基礎データとして今 後活用できるものと考えている。 (a)A-①-Ⅰ-1 （単位:%） 193 162 175 149 196 99 99 117 143 150 158 110 98 81 105 152 154 113 111 85 106 158 171 118 166 124 133 156 187 154 156 158100
206 191 184 180 137 110 115 122 163 167 161 115 96 89 112 192 161 115 114 91 117 178 200 121 156 148 135 190 210 195 183 193 196 185 182 189 198 114 107 123 131 174 182 79 95 87 102 183 173 106 106 87 108 162 201 119 145 120 128 191 214 187 174 196 188 173 185 188 198 115 98 96 137 200 73 113 89 108 101 196 189 183 172 177 174 149 104 101 130 180 197 99 100 92 93 187 205 95 106 95 105 170 188 135 121 132 129 191 194 213 195 191 196 205 189 183 195 111 116 126 135 175 171 89 110 84 99 181 188 183 185 193 170 123 86 103 124 189 153 85 92 92 131 191 170 85 89 106 106 209 173 141 88 94 118 205 147 153 182 198 175 185 182 191 175 133 85 99 121 199 190 78 97 86 119 190 208 80 118 102 95 199 200 142 96 95 102 206 197 178 174 195 172 187 179 189 160 148 105 97 118 189 194 71 95 84 112 189 205 75 123 95 95 190 198 131 97 88 98 197 196 183 178 189 172 184 176 184 168 133 80 87 123 185 192 70 101 83 116 187 198 71 115 99 87 188 191 155 90 82 118 195 210 178 181 210 185 209 206 171 176 163 104 111 169 162 200 105 110 89 101 189 203 103 102 87 114 178 205 168 139 126 162 182 162 215 199 141 191 196 195 164 169 161 94 94 160 171 197 101 91 88 97 178 203 96 110 91 116 170 189 135 238 129 123 193 203 187 184 195 179 185 190 194 162 126 87 105 127 191 156 82 96 90 132 195 172 84 117 105 108 210 185 143 96 93 110 211 174 163 178 199 (k)A-①-Ⅰ-11(単位:%） (l)A-①-Ⅰ-12(単位:%) (m)A-①-Ⅰ-13(単位:%)
図 5 試験体名称 A－①－Ⅰの 10 ㎝円盤試験体の含水率分布
(b)A-①-Ⅰ-2(単位:%） (c)A-①-Ⅰ-3(単位:%) (d)A-①-Ⅰ-4(単位:%)
(e)A-①-Ⅰ-5(単位:%） (f)A-①-Ⅰ-6(単位:%) (g)A-①-Ⅰ-7(単位:%)
3.2 円盤試験体から推定した丸太の長さ方向
の含水率分布
含水率分布測定用の円盤試験体を丸太の長さ方向に、 試験体名称の記名法の「同条件のグループ A～D の丸太 3 本」の順番で繋げて含水率を推定した。この順番に 具体的な意味はないが、形式的に（A-①-Ⅰ,B-②-Ⅰ,C-③-Ⅰ,D-④-Ⅰ）、（A-①-Ⅱ,B-②-Ⅱ,C-③-Ⅱ,D-④-Ⅱ） 及び（A-①-Ⅲ,B-②-Ⅲ,C-③-Ⅲ,D-④-Ⅲ）のグループ として、図 6 にその一例の含水率分布を示した。 1～4 5～10 11～16 17～22 23～28 29～32 試験体の分割番号 (a) （A-①-Ⅰ,B-②-Ⅰ,C-③-Ⅰ,D-④-Ⅰ） (b) 含水率とカラースケールの対応 図 6 供試スギ丸太の長さ方向の含水率分布 図 6 の試験体分割番号 17～22、23～28、29～32 の横 の空白部分は、収縮率測定用の試験体を木取りしたた め含水率が測定できなかったことに対応している。3.3 収縮率
試験体名称(A-①-Ⅰ～Ⅲ、B-②-Ⅰ～Ⅲ、C-③-Ⅰ～ Ⅲ、D-④-Ⅰ～Ⅲ)のそれぞれの円盤試験体 5 と 8 から 求めた心材と辺材別に分類した接線方向（T）と放射方 向(R)並びに繊維方向(L)の含水率 1%に対する平均収 縮率(%)、気乾までの収縮率(%)及び全収縮率(%)の平均 値を表 2 に示した。この表で示したそれぞれの収縮率 の値は、スギ丸太の水中貯木による影響を評価するた めの基本データとなるものである。 表 2 A－①,B－②,C－③,D－④のⅠ～Ⅲから求めた 収縮率 また、接線方向、放射方向、繊維方向別に含水率 1% に対する平均収縮率と気乾までの収縮率及び全収縮率 0% ～ 49% 50% ～ 79% 80% ～ 119% 120% ～ 159% 160% ～ 199% 200% ～ 299% 300% ～ 試験 体名 部位 方向 含水率 1%に対す る平均収 縮率(%) 気乾まで の収縮率 (%) 全収縮率 (%) A-① 心材 T 0.24 2.26 5.79 R 0.06 1.12 1.96 L 0.01 0.06 0.18 辺材 T 0.30 2.40 6.75 R 0.05 2.49 3.23 L 0.01 0.11 0.26 B-② 心材 T 0.24 2.46 5.94 R 0.07 1.41 2.36 L 0.01 0.15 0.29 辺材 T 0.26 2.43 6.26 R 0.05 2.51 3.25 L 0.01 0.11 0.28 C-③ 心材 T 0.22 2.17 5.37 R 0.06 1.41 2.21 L 0.01 0.10 0.23 辺材 T 0.23 2.42 5.83 R 0.05 2.37 3.01 L 0.02 0.18 0.41 D-④ 心材 T 0.25 2.56 6.13 R 0.08 1.58 2.71 L 0.01 0.09 0.21 辺材 T 0.25 2.56 6.23 R 0.05 2.70 3.41 L 0.01 0.09 0.26 末口 長さ 方向 元口102
の関係を図 7～図 15 にそれぞれ示した。方向別の収縮 率については、接線方向と放射方向及び繊維方向の比 率と同じ傾向である 2)。含水率 1％に対する平均収縮 率は、接線方向では辺材が、放射方向では心材が僅か に大きいけれども心材と辺材間で一定の傾向は見られ ない。しかし、気乾までの収縮率と全収縮率について は、接線方向で心材と辺材間に差は認められないが、 放射方向では辺材が心材よりも大きな値となることが 分かった。丸太の高さ方向（①番玉～④番玉）の収縮 率には、あきらかな差は認められなかった。 図 7 接線方向の平均収縮率 図 8 放射方向の平均収縮率 図 9 繊維方向の平均収縮率 図 10 接線方向の気乾までの収縮率 図 11 放射方向の気乾までの収縮率 図 12 繊維方向の気乾までの収縮率 図 13 接線方向の全収縮率 図 14 放射方向の全収縮率 図 15 繊維方向の全収縮率
