JP2014051849A - 舗装材料及びそれを用いた舗装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】増量剤や固化補助材などを必要とせず、重機等を用いなくても簡便に短時間で施工でき、施工後の補修が容易で、環境面で影響がない舗装材料及びそれを用いた舗装方法を提供する。
【解決手段】平均粒子径が１．０〜１０．０μｍ、平均ペリクレース結晶子径が３３０〜４３０Åの酸化マグネシウムと、土壌とを予め混合した混合物であることを特徴とする舗装材料である。また、舗装材料を地面に敷き均す舗装材料敷均工程と、舗装材料が敷き均された地面に散水を行い、舗装材料を固化させる固化工程と、を有することを特徴とする舗装方法である。
【選択図】なし

Description

本発明は、土壌と酸化マグネシウムとを主成分とした舗装材料及びそれを用いた舗装方法に関する。詳細には、真砂土を主な構成とし固化材として特殊な酸化マグネシウムを含有する舗装材料、及びより効果を発現させるための舗装方法に関するものである。

鉄道の路線敷地内には多くの構造物（線路諸標等）が敷設されているが、雑草が繁茂し線路諸標等の視認性を妨げることが問題になっている。繁茂した雑草を除去するためには除草剤や草刈などの方法があるが、除草剤は沿線の住人や自然環境に悪影響が懸念されるため望ましくなく、主に草刈によって視認性を保持している。
しかし、路線敷地内は幅が狭いうえ電線等のケーブルや保線設備等の構造物が設置されているため、作業性が悪い。このため、設備の破損や作業員が怪我をするなどの事故が発生することがあった。更に、草刈作業は列車通行時には中断されるため実作業時間が短く、コスト的にかなり高いことが問題となっている。
雑草の繁茂を抑えるために、市販の土壌固化材を用いて地面を固める方法が開発されている。例えば、特許文献１には、酸化マグネシウムと増量剤を含み水と反応して硬化する雑草繁殖防止剤と、同剤を地面に供給し土壌と撹拌し散水する雑草繁殖防止層を施工する方法が開示されている。

特開２００３−４７３８８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の雑草繁殖防止剤は、現地で土壌と混合して施工するため、十分均一に混合することが難しく、均一性を向上させるために、増量剤などを加えなければならないという問題がある。また、上述のように、狭小地で列車の通行する間の限られた時間に施工する必要があることから、（１）重機等を用いなくても簡便に施工できること、（２）短時間で施工できること、（３）施工後の線路諸標の設置・撤去などの補修が容易なこと、（４）環境面で影響がないこと（リサイクル性、高アルカリや重金属の溶出がないこと）、（５）施工後のメンテナンスが不要であること（除草剤等を撒く必要がないこと）、これら全てを満たす必要がある。これらの問題を解決するため、狭小地用の舗装材料（土壌固化材、雑草防止材）が求められている。例えば、環境面で影響がないものとして、土と酸化マグネシウムの混合物が知られているが、酸化マグネシウムによる固化の強度は十分ではなく、高炉スラグ等の固化補助材を併用しなければならない問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、増量剤や固化補助材などを必要とせず、重機等を用いなくても簡便に短時間で施工でき、施工後の補修が容易で、環境面で影響がない舗装材料及びそれを用いた舗装方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、以上の目的を達成するために、鋭意検討した結果、土壌と分散性の優れる酸化マグネシウムとを予め混合して舗装材料とすることで、土壌と酸化マグネシウム粒子が高度に分散し、環境安全性に優れ、酸化マグネシウムのみで高炉スラグ等を加えなくても強度に優れる舗装材料を得られることを見出し、本発明に至った。すなわち本発明は、平均粒子径が１．０〜１０．０μｍ、平均ペリクレース結晶子径が３３０〜４３０Åの酸化マグネシウムと、土壌とを予め混合した混合物であることを特徴とする舗装材料に関する。

また、本発明は、前記舗装材料を地面に敷き均す舗装材料敷均工程と、前記舗装材料が敷き均された前記地面に散水を行い、前記舗装材料を固化させる固化工程と、を有することを特徴とする舗装方法に関する。

以上のように、本発明によれば、増量剤や固化補助材などを必要とせず、重機等を用いなくても簡便に短時間で施工でき、施工後の補修が容易で、環境面で影響がない舗装材料及びそれを用いた舗装方法を提供することができる。

本発明に用いられる酸化マグネシウムは、平均粒子径が１．０〜１０．０μｍであり、１．０〜５．０μｍがより好ましい。平均粒子径が１．０〜１０．０μｍであると、土中に細かく分散する。これにより、少ない添加量でも強度を発現することができる。平均粒子径が１．０μｍ未満の場合は、粒子の凝集性が強くなるためミキサーで混合した程度では十分に分散せず、１０．０μｍを超えると、粒子自体が大きいため、土壌との混合物にした場合に均一性に劣る（同一質量中に含まれる酸化マグネシウム粒子の個数が少ないため、粒子間の距離が大きくなる）ため好ましくない。

また、本発明において、酸化マグネシウムには適度な活性が必要であり、活性度が低すぎると強度発現に時間を要するため路線内での作業が制限され、活性が高すぎると散水後急速に固化が発現するため施工に支障を生じる。特に、本発明の舗装材料は、路線内の狭小地にも対応するため、重機等を使用せずとも速やかに施工でき、施工後に速やかに作業可能な強度を発現できることは必須である。上記の特性は、マグネサイトを焼成した市販の軽焼マグネシウムや、海水法起源の酸化マグネシウムであっても、活性が高すぎるものや低すぎるものでは発現しない。上記酸化マグネシウムの活性は、平均ペリクレース結晶子径により評価することが出来る。上記の特性を有する酸化マグネシウムは、平均ペリクレース結晶子径が３３０〜４３０Åであり、３５０〜４００Åがより好ましい。

本発明に用いられる酸化マグネシウムは、ＢＥＴ比表面積が５〜１２ｍ^２／ｇであることが好ましい。ＢＥＴ比表面積は、酸化マグネシウムの反応性を表す指標の一つであり、ＢＥＴ比表面積が５ｍ^２／ｇよりも小さいと、土壌固化の発現が遅くなるため好ましくない。一方、ＢＥＴ比表面積が１２ｍ^２／ｇよりも大きいと、吸湿性が高くなり保存性に問題があるため好ましくない。

また、本発明に用いられる酸化マグネシウムは、特に制限はないが、海水起源の酸化マグネシウムであることが特に好ましい。海水起源の酸化マグネシウムとは、海水に消石灰を加えて析出させた水酸化マグネシウムを焼成して得られた酸化マグネシウムを意味する。

本発明において、舗装材料中の酸化マグネシウムの含有量は、舗装材料の全体量に対して、２〜２０質量％の範囲が好ましく、３〜１５質量％の範囲がより好ましい。酸化マグネシウムの含有量が２質量％よりも少ないと土壌の固化能力が低下する。一方、２０質量％よりも多いとコスト面や色調の他、ｐＨが高くなる傾向があり好ましくない。

本発明において、用いられる土壌としては、特に制限はないが、真砂土、関東ローム、黒ぼく土、赤土、シラス土などが挙げられる。酸化マグネシウムは、主にポゾラン反応により固化すると言われており、非晶質のシリカを含有する土壌と相性が良い。また、舗装材料は、周りの土壌と調和し易い色合いが好ましい。以上の観点から、これらの中でも特に、真砂土が好ましく用いられる。真砂土の粒径としては、天然品であるため特に制限はないが、小石、種子等を除去した４ｍｍ以下程度のものであれば、好適に用いることができる。

本発明において、舗装材料中の土壌の含有量は、舗装材料の全体量に対して、８０〜９８質量％の範囲が好ましく、より好ましくは、酸化マグネシウムにあわせて８５〜９７質量％の範囲にある。また、酸化マグネシウムとの混合に用いられる際の土壌の水分率は、２％以下が好ましく、０．０１〜１．０％がより好ましい。土壌を０．０１％未満まで乾燥させることは、通常の乾燥方法では困難であり、２％を越えると酸化マグネシウムとの混合が十分に行われなかったり、舗装材料の保管時に酸化マグネシウムが水和し易くなるため好ましくない。上記水分率を調整するために、土壌は乾燥させることが好ましい。土壌の乾燥には、箱型乾燥機、回転式乾燥機、バンド乾燥機、流動層式乾燥機等の工業的乾燥装置を適宜用いることができる。

本発明の舗装材料は、例えば、上記の各成分をミキサーなどの公知の混合装置を用いて予め混合することによって製造することができる。本発明において、予め混合とは、舗装材料を舗装される地面に敷き均すより以前に混合されていることをいう。予め混合しておくことにより、現地で土壌と混合する必要がなく、簡便に短時間で施工することができるため好ましい。また、本発明の舗装材料は、予め混合した混合物を包装してもよい。予め混合した混合物を包装することにより、持ち運びが容易になり、より簡便に短時間で施工することができるため好ましい。なお、混合後に、上記土壌の乾燥と同様にして混合物を乾燥させる工程を含むこともできるが、乾燥により発生する水蒸気や炭酸ガスと酸化マグネシウムが反応してしまうことを防ぐため、混合物の水分率は、混合前の土壌の水分率で調整し、上記混合物の乾燥工程は含まないことが好ましい。

次に、本発明の舗装材料を用いた舗装方法について説明する。本発明の舗装方法は、まず、舗装される地面に繁殖する雑草の除根を行う除根工程を有することが好ましい。さらに、上記除根工程後、舗装場所に凹凸がある場合には、レーキやスコップ等を使用して平地を形成する整地工程を備えていても良い。なお、整地工程は、路床が柔らかい場合には、転圧等を行うこともできる。また、舗装材料との接着性を改善するため、整地した平地に５Ｌ／ｍ^２程度の水を撒いておくこともできる。

本発明の舗装方法は、上記整地工程の後に、舗装材料を地面に敷き均す舗装材料敷均工程を有する。舗装材料敷均工程はまず、舗装材料をなるべく均一になるように散布し、その後コテやレーキを用いて散布された舗装材料を敷き均すことが好ましい。また、敷き均された舗装材料は、地面から１〜７ｃｍ程度の厚みを有することが好ましい。１ｃｍ未満では、剥離やクラックが発生し易いため望ましくなく、７ｃｍを超えると散水した水が下まで浸透せず均一な固化層が出来難いため好ましくない。本発明の舗装材料は、軟弱土壌の改良を目的とした土壌硬化剤とは異なり、主として雑草の繁殖防止を目的としている。軟弱土壌の改良は、地面の表層だけでなく深部までを固化させる必要があるが、雑草の繁殖防止の場合には、地表に本発明の舗装材料を敷き詰め、比較的薄い固化層を設けることで達成される。

本発明の舗装材料は、酸化マグネシウムと土壌とを予め混合してあるため、舗装材料敷均工程において、舗装材料を舗装される地面と混合する必要はなく、重機等を用いなくても簡便に施工することが可能である。また、通常の現地における土壌固化剤の散布及び処理の場合、舗装される地面の土壌を用いなければならないため、土壌から種子等を必ず取り除く必要があるが、本発明の舗装材料は、酸化マグネシウムと土壌とを予め混合してあるため、必ずしもその必要はなく、速やかな施工が可能となる。

本発明の舗装方法は、上記舗装材料敷均工程後に、舗装材料が敷き均された地面に散水を行い、舗装材料を固化させる固化工程を有する。固化工程において、散水に用いられる水量は、気候条件などによって適宜変更されることが好ましいが、通常は、例えば厚さ５ｃｍに施工する場合で１５〜２０Ｌ／ｍ^２程度が好ましい。また、散水は、ジョウロやホースを使って、シャワー状の柔らかい水量で行うことが好ましい。散水後、一晩〜２日養生させることによって、舗装材料中の酸化マグネシウムを良好に固化させることができる。固化後の舗装材料は、効果的に雑草の繁殖を防止することができるため、舗装された地面に除草剤等を撒く必要がなくなるなどメンテナンスが不要となる。

本発明の舗装材料は、酸化マグネシウムと土壌との混合物であるため、高アルカリや重金属等の溶出がなく、酸化マグネシウムは、一般に肥料として用いられているため、安全性に優れている。また、本発明の舗装材料は、高炉スラグ等の固化補助材や増量剤などを必要としないため、舗装材料を容易に壊すことが可能であり、施工後の補修が容易である。さらに、壊した舗装材料は、肥料効果を有する土壌として使用することができるなどリサイクル性にも優れている。

本発明の舗装方法は、重機等を用いなくても簡便に短時間で施工できるため、特に鉄道の路線敷地内に好適に用いられるが、それには限定されず、安全性、リサイクル性などの観点から、歩道、公園、住宅地、墓などあらゆる地面に施工することが可能である。

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、これらは本発明の目的を限定するものではない。まず、実施例及び比較例にて用いた酸化マグネシウム粉末について、平均粒子径、平均ペリクレース結晶子径、ＢＥＴ比表面積を下記の方法により測定した。

［平均粒子径］
酸化マグネシウム粉末をエタノールに投入し、超音波分散処理を２分間行った後、レーザー回析粒度分布測定装置（日機装株式会社製マイクロトラックＨＲＡ）を用いて粒度分布を測定した。

［平均ペリクレース結晶子径］
Ｘ線回析装置を用いて、管電圧４０ｋＶ、管電流４０ｍＡの条件で酸化マグネシウムの（２００）面のＸ線回析パターンを測定して、半値幅よりＳｃｈｅｒｒｅｒの式を用いて平均ペリクレース結晶子径を求めた。標準試料にはＸ線回折用標準シリコン粉末を使用した。

［ＢＥＴ比表面積］
ＢＥＴ比表面積測定装置（ＱＵＡＮＴＡＣＨＲＯＭＥ社製 ｍｏｎｏｓｏｒｂ）の試料充填セルに、試料の酸化マグネシウム粉末を約０．３ｇ入れ、２００℃の温度で１５分間加熱して、酸化マグネシウム粉末の付着水を除去した後、ＢＥＴ１点法により測定した。

［作業性］
作業性の評価については、以下の様にして行った。
ＪＩＳ Ａ １１０１コンクリートのスランプ試験法に準じ、真砂土１００質量部に酸化マグネシウム５質量部を添加して作成した舗装材料（合計１０５質量部）に対して、２５質量部の水を添加して調製した試料をスランプコーン（上端内径１００ｍｍ、下端内径２００ｍｍ、高さ３００ｍｍ）に詰め、その後にスランプコーンを引き上げ、中央部分での下がりを測定してスランプ値とする。
スランプコーンに充填して直ちに測定したスランプ値（Ｓ０）と、スランプコーンに充填して３時間経過した後に測定したスランプ値（Ｓ３）の比Ｓ３／Ｓ０、スランプコーンに充填して６時間経過した後に測定したスランプ値（Ｓ６）の比Ｓ６／Ｓ０を求め、スランプ値の減少割合を作業性の評価指標とした。

［水分率］
水分率はＪＩＳ Ｋ ００６７に準じて加熱乾燥温度１０５℃にて測定を行った。

［酸化マグネシウム］
実施例１、比較例１及び２は、海水法による水酸化マグネシウムをロータリーキルンで温度を変えて焼成したものを用いた。
比較例３は、中国産マグネサイトを焼成した市販の酸化マグネシウム、参考例１は、比較例３の酸化マグネシウムをボールミルで３０分間粉砕したものを用いた。

（実施例１）
目開き４ｍｍの篩いを通過した、乾燥した真砂土（水分率：０．３４％）１００質量部に対して、平均粒子径２．９μｍ、平均ペリクレース結晶子径３６６Å、ＢＥＴ比表面積６．８ｍ^２／ｇの酸化マグネシウム５質量部を混合することで、舗装材料を作製した。上記舗装材料１０５質量部に、水１２質量部を加えて、一軸圧縮強度試験用の供試体を作製した。供試体作製方法は、上記舗装材料と水をソイルミキサーにて４分間混合し、直径５ｃｍ、高さ１０ｃｍのモールド（円柱状容器）と、１．５ｋｇのランマー（分銅）を使用して作製した。得られた混合物をモールド（円柱状容器）に４層に分割して投入し、１層目１０回、２層目２０回、３層目２０回、４層目４０回の合計９０回、ランマー（分銅）を３０ｃｍの高さから繰り返し落として、混合物を円柱状に成形した。
成形した円柱状成形体をモールドから抜き出して、ポリエチレンフィルムで覆い密閉した後、７日間気中養生させ供試体とした。供試体は、ＪＩＳＡ １２１６「土の一軸圧縮試験方法」に準拠した方法により一軸圧縮強度を測定した。
その結果、一軸圧縮強度は１．９３７Ｎ／ｍｍ^２であった。また、作業性を示すＳ３／Ｓ０は０．９３で良好であった。

（比較例１）
酸化マグネシウムを、平均粒子径３．１μｍ、平均ペリクレース結晶子径４４５Å、ＢＥＴ比表面積５．７ｍ^２／ｇの酸化マグネシウムに変えた他は、実施例１と同様にして一軸圧縮強度試験を行なった。
その結果、一軸圧縮強度は１．２０９Ｎ／ｍｍ^２であった。また、作業性を示すＳ３／Ｓ０は０．９１で良好であった。

（比較例２）
酸化マグネシウムを、平均粒子径３．５μｍ、平均ペリクレース結晶子径３０２Å、ＢＥＴ比表面積１９．８ｍ^２／ｇの酸化マグネシウムに変えた他は、実施例１と同様にして一軸圧縮強度試験を行なった。
その結果、一軸圧縮強度は２．９４６Ｎ／ｍｍ^２であった。また、作業性を示すＳ３／Ｓ０は０．５６で不良であった。

（比較例３）
酸化マグネシウムを、平均粒子径２０．１μｍ、平均ペリクレース結晶子径４７３Å、ＢＥＴ比表面積１７．５ｍ^２／ｇの酸化マグネシウムに変えた他は、実施例１と同様にして一軸圧縮強度試験を行なった。
その結果、一軸圧縮強度は０．８１５Ｎ／ｍｍ^２であった。また、作業性を示すＳ３／Ｓ０は１．００で良好であった。

（参考例１）
酸化マグネシウムを、平均粒子径３．２μｍ、平均ペリクレース結晶子径４０１Å、ＢＥＴ比表面積２０．８ｍ^２／ｇの酸化マグネシウムに変えた他は、実施例１と同様にして一軸圧縮強度試験を行なった。
その結果、一軸圧縮強度は１．４０１Ｎ／ｍｍ^２であった。また、作業性を示すＳ３／Ｓ０は１．００で良好であった。

酸化マグネシウムの物性、並びに供試体の一軸圧縮強度及び作業性を評価した結果の一覧を表１に示す。

（実施例２）
舗装する場所の雑草を除草しさらに除根を行い施工面とした。その後、施工面に実施例１で作製したものと同じ舗装材料を３０ｍｍの厚さになるように敷均し、ジョウロを使って施工面１ｍ^２あたり２０Ｌの水を散布した。施工から１ヶ月経過した後に観察を行ったが、施工面に草は生えていなかった。

Claims (5)

1. 平均粒子径が１．０〜１０．０μｍ、平均ペリクレース結晶子径が３３０〜４３０Åの酸化マグネシウムと、土壌とを予め混合した混合物であることを特徴とする舗装材料。
2. 土壌が真砂土であることを特徴とする請求項１記載の舗装材料。
3. 水分率が０．０１〜２％の土壌と前記酸化マグネシウムとが混合されたことを特徴とする請求項１又は２記載の舗装材料。
4. 請求項１乃至３いずれか記載の舗装材料を地面に敷き均す舗装材料敷均工程と、
   前記舗装材料が敷き均された前記地面に散水を行い、前記舗装材料を固化させる固化工程と、
   を有することを特徴とする舗装方法。
5. 前記舗装材料敷均工程の前に、前記地面に繁殖する雑草の除根を行う除根工程を有することを特徴とする請求項４記載の舗装方法。