JP2014034765A - 固化剤及び固化成型体 - Google Patents

Abstract

【解決課題】仮設材や埋設材等として使用目的や用途に沿った強度及び耐久性を有し、人体や環境に悪影響を与えず、且つ、より解体・撤去もしやすい固化成型体の製造に用いられる固化剤を提供する。
【解決手段】
例えば法面に設置される固化成型体を製造するために用いられる生分解性の固化剤であって、固化作用を有する食品由来の成分を有効成分とすることを特徴とする。ここで、前記有効成分は、オボアルブミン、カゼイン、ゼラチン及びキトサンにより形成される群から選択される１又は２以上の成分からなるものであることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、卵成分を用いた生分解性の固化剤、及びその固化剤により製造した生分解性の固化成型体に関するものである。

従来、セメントや石灰は、固化剤として、多くの土壌の浅層改良、深層改良、ヘドロの固化処理などに利用されている。

固化剤を用いて形成された固化成型体としては、例えば、法枠ブロック、グリーンウォール（緑化用）、擁壁用ロック、ポータブル擁壁、ボックスカルバート、Ｕ字型側溝、水路、浸透マス（集水枡）、渡り石、インターロッキング用レンガ等がある。

また、固化成型体の素材として、セメント系（コンクリート系）材料、プラスチック、木材、竹等が用いられる。

特に、生分解性のプラスチックを用いた固化成型体も知られている（特許文献１、２参照）。これとは別に、オガ粉、堆肥、炭及び土壌菌を混和して発酵させたものに結合剤としての澱粉を加えて固化・成型した固化成型体も知られている（特許文献３参照）。

特開２００２−１２１７４１号公報 特開２００４−７６４６０号公報 特開２００６−２５４８９４号公報

しかしながら、上述した固化剤は、それぞれ安全性を謳っているが、例えば、セメント系材料のものでは、重金属や環境ホルモン等の有害微量成分、固化成型体としたときの土中での有害成分の溶出を考慮すると、自然環境に対して絶対に優しいとはいえない。また、セメント系材料の固化剤の場合、水に濡れると水酸化カルシウムを生じ、強いアルカリを呈するため、人体に悪影響を与えるおそれがある。

また、一時的に法面や平場等の土壌保護、土壌表面の特性を変更する等の目的で土壌表面に仮設材や埋設材等が設けられることがあるが、この仮設材や埋設材等として固化成型体を製造及び使用する場合に、従来の固化剤では、強度が高すぎる固化成型体が得られてしまうという問題がある。すなわち仮設材としての強度が確保されれば過度な強度は必要なく、逆に仮設材を解体・撤去する際に過剰な労力がかかるという問題が生じる。

仮設材としては、簡単に解体できる素材やそのまま埋設できるものの方が、環境に影響が無く、やがて自然に回帰させることができる点で有利であり、施工の合理化の観点からも望ましい。

本発明は上記問題に着目してなされたものであり、仮設材や埋設材等として使用目的や用途に沿った強度及び耐久性を有し、人体や環境に悪影響を与えず、且つ、より解体・撤去もしやすい固化成型体の製造に用いられる固化剤及び固化成型体を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明に係る固化剤は、固化成型体を製造するために用いられる固化剤であって、固化作用を有する食品由来の成分又は天然由来の成分を有効成分とすることを特徴とする。

ここで、前記有効成分がオボアルブミン、カゼイン、ゼラチン及びキトサンにより形成される群から選択される１又は２以上の成分からなるものであることが好ましい。さらに、前記有効成分を架橋する生分解性の架橋剤を含む組成としてもよい。

また、本発明に係る固化成型体は、上記固化剤を用いて形成されたことを特徴とする。ここで、固化成型体は仮設材又は埋設材として形成されるものであってもよい。

本発明に係る固化剤によれば、仮設材や埋設材等として使用目的や用途に沿った強度及び耐久性を有し、人体や環境に悪影響を与えず、且つ、より解体・撤去もしやすい固化成型体の製造をすることできる。

また、固化剤の有効成分がオボアルブミン、カゼイン、ゼラチン及びキトサンにより形成される群から選択される１又は２以上の成分からなるものであれば、安価で入手しやすい。さらに、前記有効成分を架橋する生分解性の架橋剤を含む組成とすれば、この固化剤を用いて得られる固化成型体の強度が高まる上に、自然に対して悪影響を与えることもない。

また、本発明に係る固化成型体は、上記固化剤を用いて形成されているので、自然や人体に対して悪影響を与えない。ここで、前記固化成型体が仮設材又は埋設材として形成されるものであれば、固化成型体は自然分解されて消失するので、除去作業をしなくて済み作業効率が向上し工期も短縮され、自然に悪影響を与えることもない。逆に、徐々に上記成分が流出する肥料として機能する。

本実施の形態の固化成型体を法面に設置した構成を示す断面図である。 図１の部分拡大図であり、実施例２の轍補強材を轍に載置した状態を示す斜視図である。 実施例２の轍補強材を図２より幅広の別の轍に載置した状態を示す斜視図である。 （ａ）は、土留めブッロクを設置する前の掘削底面の開口部周辺を示す図である。（ｂ）は、実施例３の土留めブロックを積み上げて形成した土留めの構成を説明する図である。（ｃ）は、従来の方法で構築された埋戻し斜面を説明する図である。 （ａ）〜（ｄ）は、実施例４のブロックを使用した埋め戻しの工程を説明する図である。（ｅ）〜（ｈ）は、従来のブロックを使用したコンクリート構造体の形成〜埋め戻しの工程を示す図である。 （ａ）は、実施例５の客土敷設用型枠を示す図である。（ｂ）は、（ａ）の客土敷設用型枠を法面に並べて載置した状態を示す図である。（ｃ）は、（ａ）とは別の形態の枡状の客土敷設用型枠を示す図である。

図１に、自然状態の山１（二点鎖線）の一部を掘削等した後の山地の切土や盛土の法面２（実線）を示す。この法面２の土壌に対して、生分解性の固化成型体としての客土敷設用型枠３，４やＵ字型側溝５等が設置される。
＜固化剤＞
本実施の形態の固化剤は、例えば建設作業現場の土壌に対して仮設又は埋設される客土敷設用型枠３，４やＵ字型側溝５等（図１等参照）の固化成型体を製造するために用いられる固化剤であって、土壌に対して固化作用を有する食品由来又は天然由来の成分を有効成分（以下、「生分解固化成分」という。）を有することを特徴とする。ここで、固化成型体の強度を高めるために架橋剤を用いても良い。

生分解固化成分は、卵白（オボアルブミン）、コラーゲン、カゼイン、ゼラチン、キトサン等である。これらの成分は食品由来であるので、自然環境への負荷が小さく、分解性（崩壊性）を有する。なお、生分解固化成分は、土壌固化作用があって食品由来又は天然由来の成分であれば、上記成分に限られない。
（生分解固化成分の濃度）
固化剤中の生分解固化成分の濃度は、土壌や使用目的により必要となる固化成型体の仕様が異なるため、適宜調整する必要がある。

固化成型体の強度は、固化・成型する対象土壌の単位体積当たりの生分解固化成分の終濃度（重量％）、水分（重量％）、生分解固化成分の架橋剤、土壌の性質（生分解固化成分と土壌粒子との結合度合）、等の各要素が主に関係する。そのため、生分解固化成分の終濃度（重量％）、水分（重量％）、生分解固化成分の架橋剤の終濃度（重量％）を調整することで、所望の特性（強度等）を有する固化成型体が得られる。

生分解性の架橋剤を固化・成型対象の土壌に含める場合と含めない場合とでは、生分解固化成分の終濃度の範囲が異なる。

主な生分解固化成分として、卵白、コラーゲン、カゼイン、ゼラチン、キトサン等を上述したが、以下に珪砂を卵白で固化・成型した場合を例示する。

珪砂土壌から卵白（オボアルブミン）を用いて固化成型体を形成する場合、固化成型体中の卵白の終濃度として、単独で用いた場合では約８０重量％程度の高濃度とする必要があるが（特願2011-186808号の実施例２５参照）、卵白と等量の尿素を含めることで、少なくとも卵白の終濃度で約２重量％以上の範囲で珪砂土壌を固化形成して固化成型体を得ることができる。

他の場合については、上述した土壌等の各要素に応じて生分解固化成分の適した終濃度の範囲を調べる必要がある。
（架橋剤）
固化剤を用いて土壌を固化・成型し固化成型体を製造する場合、固化剤中の生分解固化成分のみでも固化成型体を形成することが可能であるが、さらに固化剤に生分解性の架橋剤を加えることで、生分解固化成分同士が架橋されてより高強度の固化成型体が得られる点で好ましい。

生分解性の架橋剤を混合することで卵白等の生分解性固化成分の分子間でアミノ酸同士が架橋され、同じ生分解性固化成分の濃度であっても、より高強度の固化成型体が得られる。なお、固化成型体を生分解性とするために、架橋剤も生分解性である必要がある。

無毒性の生分解性の架橋剤としては、尿素、ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）、ＰＥＧ誘導体、アルドース、ケトース（フルクトース）（特開2005-239706参照）等を好適に用いることができる。

このうち、無機塩（２価、３価または多価のカチオン塩）を用いる場合、固化成型体を埋設等する土壌中に不足している塩類を選択して用いても良い。これ以外のものは、高価であったり、毒性を有したりするために適しない。
（助剤）
固化成型体の密度を変化させるために食品由来の起泡材を使用してもよい。
また、撹拌時に速度が上がってメレンゲ状態になった場合には、消泡材を使用して密度の調整を行ってもよい。
（固化成型体の強度）
固化成型体は、仮設として設置し、自然分解（生分解）させるためのものであることから、仮設時の期間中強度を備えていればよい。また、固化成型体の用途、機能によっても適した強度が異なるため、固化成型体の用途、機能に応じて上述したように強度を調整する必要がある。

例えば、仮設用のＵ字側溝５（図１参照）とする場合、土留めブロック６（図４（ｂ）参照）とする場合、轍７の凹部内に配置する轍補強材８（図１〜３参照）とする場合、基礎コンクリートを形成するための型枠用の板材及び支保工用のブロック１５Ａ（図５参照）とする場合、又は法面２に配置する客土敷設用型枠３，４（図１，６参照）とする場合は、圧縮強度を８ＭＰａ程度、引張強度を１ＭＰａ程度とする必要がある。
（固化成型体の製造）
以下、固化成型体の製造について説明する。

上記した内容で配合した固化成型体用の組成物を、土壌の混合機等を用いてから練りする。この際、土壌に卵白等の生分解固化成分を均一に混合することが望ましい。その後、所定量の水（水道水等）を加えて均一になるまで混練する。

続いて所定量の架橋剤（尿素、ＳＤＳ等）を添加してさらに混練する。そして均一となった後に、後述する各実施例の固化成型体を形成するための所定の型枠に流し込んで、６０℃で１〜２週間、脱型と乾燥養生を行い、固化成型体が得られる。

[実施例１]
（一般形状のブロック）
以下の手順で固化成型体として、市販のコンクリートブロック（３９０ｍｍ×１９０ｍｍ×１００ｍｍ）と同形状のものを製造した（図示省略）。

以下に主な配合を示す。
（Ａ１）珪砂５号（水分０．１％）・・・３７００ｇ
（Ａ２）乾燥卵白（乾燥粉末）・・・２００ｇ
（Ａ３）水・・・１０５０ｇ
（Ａ４）尿素・・・２００ｇ
そして、珪砂（Ａ１）に乾燥卵白（Ａ２）を均一に混合して空練りした。そして、水（Ａ３）を加えて均一になるまで練り、尿素（Ａ４）を添加し、型枠に流し込んで、６０℃で２週間、乾燥養生を行った。その後、市販のコンクリートブロックと同形状の固化成型体が得られた。また、一般的なコンクリートブロックとして機能することが確認できた。

なお、この他の構成及び作用効果については、前記実施の形態又は他の実施例と略同様であるため説明を省略する。
[実施例２]
（轍補強材）
図２は、固化成型体を轍補強材８として用いた例を示す。例えば建設作業の現場へ通じる舗装がされていない工事用道路は、大型の車両が通行することによって轍７，７が形成される（図１〜３参照）。このような轍７の凹部に固化成型体の轍補強材８を仮設材として敷設することで、轍７が平らな表面となる。また、時間経過とともに、轍補強材８が生分解されて消失するため、除去作業をする必要がなく作業性が向上し、工期も短縮される。

従来は、轍７に砕石を敷設しており手間がかかったが、轍補強材８であれば敷設が容易となるという利点もある。

図３は、より幅広な轍７を轍補強材８により補強した別の例である。従来では、原位置でセメントと轍７周辺の土壌とを攪拌して轍７に戻すことで改良していたが、このような手間がかかる作業が必要なくなり、軟弱地盤にも適用することができる。

なお、この他の構成及び作用効果については、前記実施の形態又は他の実施例と略同様であるため説明を省略する。
[実施例３]
（土留めブロック）
図４（ａ）は、例えば図１に示した法面２の法先１１に形成される掘削底面１３の中央に開口部１３ａがある状態を拡大した模式図を示している。従来の例では、図４（ｃ）に示すように、開口部１３ａに対して緩やかな傾斜勾配（例えば３０度）で埋戻し斜面１２を形成する必要があった。

これに対して、図４（ｂ）に示すように、固化成型体である土留めブロック６，・・・を仮設材として掘削底面１３に積み上げて開口部１３ａの周囲に土留めを形成することで、より急峻な勾配で開口部１３ａの周囲を囲うことができる。

この結果、従来の方法（図４（ｃ）参照）よりも開口部１３ａの近傍まで重機を近付けて作業を行うことができる。例えば、クレーン車等の重機により、開口部１３ａ内に吊り下げ作業をする場合に、より小型のクレーンを用いることができるようになる。

また、開口部１３ａの周辺にコンクリート擁壁を構築することでクレーン車を近付けることができるようにする方法も考えられるが、この場合は作業終了後にコンクリート擁壁を撤去しなければならない。これに対して、土留めブロック６，・・・を使用するのであれば、生分解性であるため除去する必要がなく作業性が向上し、工期も短縮される。

なお、この他の構成及び作用効果については、前記実施の形態又は他の実施例と略同様であるため説明を省略する。
[実施例４]
（支保工用のブロック）
陸橋の橋脚等の、上方に拡開するような傾斜面を有するコンクリート構造体１４を形成する場合、従来の工程では、まず橋脚を設ける箇所の土を掘削した後に、掘削穴の中に擁壁を立設して土を固定し（不図示）、図５（ｅ）に示すように、基礎コンクリート部分１４ａを形成する。

次に、支保工材１５，・・・を型枠に合わせて設置してコンクリートを打設する（図５（ｆ）参照）。この支保工材１５，・・・は生分解性ではないので、コンクリート構造体１４の形成後は撤去しなければならない（図５（ｇ）参照）。その後、埋戻し土１６によって埋め戻しを行うことになる。

これに対して、固化成型体としてのブロック６Ａを支保工に用いる場合、図５（ａ）〜（ｄ）のように行われる。すなわち、まず橋脚を設ける箇所の土を掘削した後に、掘削穴の中に擁壁を立設して土を固定し（不図示）、図５（ａ）に示すように、従来同様に基礎コンクリート部分１４ａを形成する。

次に、埋め戻される箇所には、支保工用のブロック６Ａ，・・・を埋設材として積み上げ、さらにその上の埋め戻されない箇所に従来の支保工材１５，・・・を型枠に合わせて設置してコンクリートを打設する（図５（ｂ）参照）。その後、支保工材１５，・・・のみを撤去し（図５（ｃ）参照）、積み上げられたブロック６Ａ，・・・の上に地表面まで埋戻し土１６を投入する（図５（d）参照）。ここで、ブロック６Ａ，・・・は、生分解性であるので撤去しなくても自然に分解される。また、埋戻し土１６はブロック６Ａ，・・・を積み上げた部分には投入しなくてよいため、埋戻し土１６の使用量を大幅に削減できるうえに、作業性が向上し、工期も短縮される。

なお、この他の構成及び作用効果については、前記実施の形態又は他の実施例と略同様であるため説明を省略する。
[実施例５]
（客土敷設用型枠）
従来から使用されていた客土敷設用型枠は、コンクリート製や合成樹脂製や鋼製の型枠が多く、草刈機の刃がこれにぶつかって破損したり作業する人がこれにつまずいたりする問題や、永久構造物として残置される問題が生じていた。

これに対して、図６に示すような固化成型体としての客土敷設用型枠３，４は、客土が敷設されて埋設材となるが、草刈機の刃によって切削可能であるうえに、食品由来の素材等から製造されるものであるため、このような問題が発生することがなく、敷設される箇所の植物等の育成も促進される可能性がある。

なお、この他の構成及び作用効果については、前記実施の形態又は他の実施例と略同様であるため説明を省略する。 以上、図面を参照するなどして、本発明の実施の形態及び実施例を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態又は実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

また、上述した固化成型体は、土壌に埋設され徐々に生分解されるものであるため、例えば、埋設する土壌の成分分析結果から、不足している成分を含めた固化成型体としてもよい。このようにすれば、生分解されていく過程で、対象土壌中へその土壌に不足する成分が徐々に供給され、土地改良がなされ、土地改良剤としても機能することとなる。さらに、毒性物質を含む土壌に対しては、固化成型体の強度に悪影響がでない範囲で、前記毒性物質を中和する成分を含めることとしてもよい。

３ 客土敷設用型枠（固化成型体）
４ 客土敷設用型枠（固化成型体）
５ Ｕ字型側溝（固化成型体）
６，６Ａ ブロック（固化成型体）
８ 轍補強材（固化成型体）

Claims (5)

1. 固化成型体を製造するために用いられる固化剤であって、固化作用を有する食品由来の成分又は天然由来の成分を有効成分とすることを特徴とする固化剤。
2. 前記有効成分がオボアルブミン、カゼイン、ゼラチン及びキトサンにより形成される群から選択される１又は２以上の成分からなることを特徴とする請求項１に記載の固化剤。
3. 前記有効成分を架橋する生分解性の架橋剤を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の固化剤。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の固化剤を用いて形成されたことを特徴とする固化成型体。
5. 仮設材又は埋設材として形成されることを特徴とする請求項４に記載の固化成型体。