JP2014208822A - 土壌固化物製造用の組成物及び土舗装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】一時的な凍結の繰り返しに対する安定性が高い土壌固化物層を、工業的に有利に、地表面に形成することができる土壌固化物製造用組成物を提供する。【解決手段】粒子径が７５μｍ以上の土粒子を７５〜８８質量％の範囲の量及び粒子径が７５μｍ未満の土粒子を２５〜１２質量％の範囲の量にて含む土壌、そして土壌固化材を含み、土壌の含有量が、土壌固化材１質量部に対して３〜１０質量部の範囲にある土壌固化物製造用組成物。さらに天然繊維補強材を土壌固化材１質量部に対して、０．１〜１．０質量部の範囲の量にて含むのが好ましい。土壌が、礫分と砂分との合計含有率が８０質量％以上の粗土壌と、シルト分と粘土分との合計含有率が２５質量％以上の細土壌とを、質量比で８０：２０〜３０：７０の範囲の割合で混合したものである土壌固化物製造用組成物。【選択図】なし

Description

本発明は、地表面の土舗装用として有利に使用することができる土壌固化物製造用の組成物、及びその組成物を利用した土舗装方法に関する。

地表面の防草や軟弱化の防止を目的として、地表面を土壌固化物層で被覆する土舗装が行なわれている。土壌固化物層は、一般に、土壌と土壌固化材とを含む土壌固化物製造用組成物を用意し、これに水を加えて調製した含水組成物を地表面に敷きならした後、転圧して、含水組成物層を形成し、次いで乾燥することによって形成される。

土舗装で形成される土壌固化物層は、コンクリートやアスファルトと比べて、自然に近い景観が得られるという利点がある。また、土壌固化物層は、コンクリートやアスファルトと比較して、透水性や保水性が高いため雨水を一時的に保持することができ、さらに雨が止んだ後は、保持した水が徐々に蒸発し、その気化熱により周囲の温度を下げてヒートアイランド現象を緩和する効果もある。これらの理由から、土舗装は、公園、庭、農道、遊歩道での舗装に広く採用されている。

土壌固化物層の補強材として、竹チップやウッドチップなどの天然繊維補強材を予め土壌固化物製造用組成物に添加することが検討されている。

特許文献１には、土舗装用の土壌固化物製造用組成物として、土壌と土壌固化材と竹チップとを含む土壌固化物形成用の組成物が記載されている。この特許文献１の実施例によれば、真砂土と土壌固化材と竹チップとを含む組成物を用いて円柱状に形成したブロック状供試体は、−２０℃と２０℃で各々１日おく操作を１０回繰り返した後でも、一軸圧縮強度を高いレベルで維持し、かつ形状も安定しており、一時的な凍結の繰り返しに対する安定性に優れている（特許文献１の図１０及び図１２を参照）。

特開２００８−２６０９０５号公報

しかしながら、本発明者が、真砂土と固化材（酸化マグネシウム）と竹チップとを含む土壌固化物製造用組成物を用いて、寒冷地の地表面に土壌固化物層を形成したところ、冬場になり、一日の最低気温が氷点下になる日が続くと、土壌固化物層の強度が低下し、また表面に部分的な剥離（盛り上がり）が多数発生することが判明した。地表面に形成した土壌固化物層が、一時的な凍結の繰り返しに対する安定性において、特許文献１の実施例に記載されているブロック状供試体と異なる傾向が見られた理由は次のように考えられる。特許文献１のブロック状供試体は、供試体内部の含水率が均一で、供試体内部の水の凍結による体積の膨張が供試体全体に均一に進行するため、供試体内部に歪みが発生しにくい。これに対して、地表面に形成した土壌固化物層は、外気に触れている表面部分と、地表面に触れている底面部分とで含水率が異なる。例えば、霜が降りた場合には、外気に触れている表面部分の方が底面部分よりも含水率が高くなり、地表面の水が土壌固化物層にしみ出た場合には、底面部分の方が表面部分よりも含水率が高くなる。このため、土壌固化物層では、土壌固化物層内部の水の凍結による体積の膨張が表面部分と底面部分とで不均一に進行し、土壌固化物層内部に歪みが発生して、強度が低下し、かつ部分的な剥離が起こる。

従って、本発明の目的は、一時的な凍結の繰り返しに対する安定性が高い土壌固化物層を、工業的に有利に、地表面に形成することができる土壌固化物製造用組成物、及びその土壌固化物製造用組成物を用いた土舗装方法を提供することにある。

本発明者は、土壌固化物製造用組成物に含まれる土壌の粒度と、その組成物を用いて土壌固化物層を形成する際の施工性、及びその組成物を用いて形成した土壌固化物層の一時的な凍結の繰り返しに対する安定性について詳細に検討した。その結果、土壌固化物製造用組成物に含まれる土壌の礫分や砂分が多くなると、一時的な凍結の繰り返しに対する安定性が低下し、一方、土壌固化物製造用組成物に含まれる土壌のシルト分や粘土分が多くなると、一時的な凍結の繰り返しに対する安定性は高くなるが、含水組成物を転圧して含水組成物層を形成する際にクラックが発生し易くなり、土壌固化物層を形成する際の施工性は低くなることが判明した。そして、礫分と砂分の合計含有量が８０質量％以上と相対的に多い粗土壌（例えば、真砂土や山砂）と、シルト分と粘土分の合計含有量が２５質量％以上と相対的に多い細土壌（例えば、黒墨土や畑土）とを、所定の割合で混合して用いることによって、土壌固化物層を形成する際の施工性と、形成した土壌固化物層の一時的な凍結の繰り返しに対する安定性とに優れた土壌固化物製造用組成物が得られることを見出して、本発明に到達した。

従って、本発明は、礫分と砂分との合計含有率が８０質量％以上の粗土壌と、シルト分と粘土分との合計含有率が２５質量％以上の細土壌とを、質量比で８０：２０〜３０：７０の範囲で含み、さらに土壌固化材を含む土壌固化物製造用の組成物にある。

本発明はまた、粒子径が７５μｍ以上の土粒子を７５〜８８質量％の範囲の量にて含み、粒子径が７５μｍ未満の土粒子を２５〜１２質量％の範囲の量にて含む土壌、そして土壌固化材を含む土壌固化物製造用の組成物にもある。

本発明はさらに、上記本発明の土壌固化物製造用組成物に水を加えて含水組成物を調製する工程、含水組成物を地表面に敷きならした後、転圧して地表面に含水組成物層を形成する工程、そして含水組成物層を乾燥して土壌固化物層を形成する工程を含む土舗装方法にもある。

本発明の土壌固化物製造用組成物を用いることによって、一時的な凍結の繰り返しに対する安定性が高い土壌固化物層を、工業的に容易に形成することができる。
従って、本発明の土舗装方法は、寒冷地での土舗装方法として特に有用である。

比較例１で製造した土壌固化物製造用組成物を用いて、寒冷地の地表面に形成した土壌固化物層に発生した剥離部分を示す写真である。

以下、本発明の土壌固化物製造用組成物及び土舗装方法について説明する。なお、本発明において、礫分は粒子径が２ｍｍ以上で７５ｍｍ未満の範囲にある土粒子を、砂分は粒子径が７５μｍ以上で２ｍｍ未満の範囲にある土粒子を、シルト分は粒子径が５μｍ以上で７５μｍ未満の範囲にある土粒子を、そして粘土分は粒子径が５μｍ未満の土粒子を意味する。なお、土壌の礫分、砂分、シルト分及び粘土分の含有量は、ＪＩＳ規格のＡ１２０４（２００９年）で規定されている「土の粒度試験方法」に準拠した方法により測定した値である。

本発明の土壌固化物製造用組成物は、粗土壌、細土壌、そして土壌固化材を含む。

本発明で用いる粗土壌は、礫分と砂分との合計含有率が８０質量％以上、好ましくは８５〜９５質量％の範囲、特に好ましくは８８〜９３質量％の範囲にある。粗土壌の例としては、真砂土、山砂（山土とも呼ぶ）及びこれらの混合物を挙げることができる。

本発明で用いる細土壌は、シルト分と粘土分との合計含有率が２５質量％以上、好ましくは２５〜５０質量％の範囲、特に好ましくは２５〜４０質量％の範囲にある。細土壌の例としては、黒墨土、畑土及びこれらの混合物を挙げることができる。

粗土壌と細土壌との混合比率は、質量比で８０：２０〜３０：７０の範囲、好ましくは７０：３０〜４０：６０の範囲である。

本発明の土壌固化物製造用組成物に含まれる土壌は、粒子径が７５μｍ以上の土粒子を７５〜８８質量％の範囲の量にて含み、粒子径が７５μｍ未満の土粒子を２５〜１２質量％の範囲の量にて含むことが好ましい。粒子径が７５μｍ以上の土粒子の含有量は、８０〜８８質量％の範囲にあることがより好ましく、８０〜８５質量％の範囲にあることが特に好ましい。粒子径が７５μｍ未満の土粒子の含有量は、２０〜１２質量％の範囲にあることがより好ましく、２０〜１５質量％の範囲にあることが特に好ましい。

本発明で用いる土壌固化材は、水と反応して硬化する水硬性土壌固化材であることが好ましい。水硬性土壌固化材の例としては、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、ドロマイト焼成物、セメント及びこれらの混合物を挙げることができる。土壌固化材は、酸化マグネシウムであることが好ましく、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。

土壌（粗土壌と細土壌の合計量）と土壌固化材との混合比率は、土壌固化材１質量部に対して、土壌が３〜１０質量部の範囲、好ましくは５〜１０質量部の範囲となる比率である。

本発明の土壌固化物製造用組成物は、所望により、天然の繊維質材料を補強材として含有していてもよい。天然繊維補強材の例としては、竹チップ、ウッドチップ、葦、藁、棕櫚、麻及びこれらの混合物を挙げることができる。天然繊維補強材の含有量は、土壌固化材１質量部に対して、０．１〜１．０質量部の範囲にあることが好ましく、０．３〜０．８質量部の範囲にあることがより好ましい。

本発明の土壌固化物製造用組成物は、土壌、土壌固化材、さらに必要に応じて天然繊維補強材を上記の割合で、撹拌混合することによって製造することができる。土壌固化物製造用組成物を長期間保存する場合には、土壌と天然繊維補強材とを、土壌固化材と混合する前に、乾燥しておくことが好ましい。

次に、本発明の土壌固化物製造用組成物を用いた土舗装方法について説明する。なお、土舗装を行なう前には、土舗装の施工対象の地表面を除草しておくことが好ましい。また、地表面には、砕石を敷きつめた路盤を形成しておくことが好ましい。路盤を形成しておくことによって、地表面からしみ出した水が土壌固化物層に浸入しにくくなり、土壌固化物層の一時的な凍結の繰り返しに対する安定性がさらに向上する。路盤の厚さは、通常は１０〜１００ｍｍの範囲である。

土舗装、すなわち土壌固化物層の形成に際しては、先ず初めに、土壌固化物製造用組成物に水を加えて、含水組成物を調製する。水は、土壌固化物製造用組成物を撹拌しながら、手で軽く握って形が残る程度にまで少量ずつ加える。水の使用量は、通常、土壌固化物製造用組成物１０ｋｇに対して、１．５〜３．０ｋｇの範囲である。

次に、含水組成物を地表面に敷きならした後、転圧して地表面に含水組成物層を形成する。含水組成物層の形成後、土壌固化材による硬化反応を均一に進行させるために、含水組成物層に水を１ｍ²当たり１〜３ｋｇの範囲で散水することが好ましい。

そして、最後に含水組成物層を乾燥して土壌固化物層を形成する。含水組成物層の乾燥は、通常、天日乾燥により行なう。土壌固化物層の厚さは、２０〜８０ｍｍの範囲にあることが好ましい。土壌固化物層の硬度は、山中式硬度計による測定値で３０〜４０ｍｍの範囲にあることが好ましい。

［実施例１〜４及び比較例１、２］
（１）使用材料
下記の材料を用意した。
粗土壌：
真砂土（礫分：３８．６７質量％、砂分：５１．４７質量％、シルト分：４．０７質量％、粘土分：５．８０質量％）

細土壌：
畑土（礫分：２．１７質量％、砂分：６７．２０質量％、シルト分：２０．８５質量％、粘土分：９．８０質量％）

土壌固化材：
海水起源の酸化マグネシウム（舗装名人、宇部マテリアルズ（株）製）

天然繊維補強材：
竹チップ（長さ：０．５〜５．０ｃｍ、径：０．０５〜０．４ｃｍ）
ウッドチップ（長さ：１．０〜３．０ｃｍ、径：０．１〜０．４ｃｍ）

（２）土壌固化物製造用組成物の製造
粗土壌と細土壌とを、下記表１の土壌混合物の混合比（質量比）で撹拌混合して、土壌固化物を得た。次いで、得られた土壌固化物と土壌固化材と天然繊維補強材とを、下記表１の土壌固化物製造用組成物の混合比（質量比）で撹拌混合して、土壌固化物製造用組成物を得た。

表１
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土壌混合物の混合比 土壌固化物製造用組成物の混合比
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粗土壌：細土壌 土壌混合物：土壌固化材：天然繊維補強材
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実施例１ ７０：３０ ９．３３： １ ：０．４５（竹チップ）
実施例２ ７０：３０ ９．３３： １ ：０．４５（ウッドチップ）
実施例３ ５０：５０ ９．３３： １ ：０．４５（竹チップ）
実施例４ ５０：５０ ９．３３： １ ：０．４５（ウッドチップ）
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比較例１ １００：０ ９．３３： １ ：０．４５（竹チップ）
比較例２ ０：１００ ９．３３： １ ：０．４５（竹チップ）
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（３）評価
実施例１〜４と比較例１、２で製造した土壌固化物製造用組成物について、土壌固化物層を形成する際の施工性と、土壌固化物製造用組成物を用いて形成した土壌固化物層の一時的な凍結の繰り返しに対する安定性とを評価した。土壌固化物層を形成する際の施工性と土壌固化物層の一時的な凍結の繰り返しに対する安定性の評価方法、及び評価基準を次に示す。

［土壌固化物層を形成する際の施工性の評価方法と評価基準］
土壌固化物製造用組成物を撹拌しながら、土壌固化物製造用組成物に少量ずつ、手で軽く握って形が残る程度にまで水を添加して含水組成物とする。含水組成物を、地表面の上に敷きならし、プレートコンパクター（重量：４２ｋｇ、転圧盤のサイズ：４２ｃｍ×２９ｃｍ）を用いて転圧して、縦１ｍ×横１ｍ×厚さ５０ｍｍの含水組成物層を形成する。含水組成物層の表面に幅３ｍｍ以上、長さ１０ｃｍ以上のクラックが発生しているかを目視で観察する。クラックが発生していないものを合格、クラックが発生したものを不合格とする。

［土壌固化物層の一時的な凍結の繰り返しに対する安定性の評価方法と評価基準］
土壌固化物製造用組成物を撹拌しながら、土壌固化物製造用組成物に少量ずつ、手で軽く握って形が残る程度にまで水を添加して含水組成物とする。含水組成物を、寒冷地（例年、１２〜２月の間で最低気温が氷点下となる日が６０日以上の地域）の地表面の上に敷きならし、プレートコンパクターを用いて転圧して縦１ｍ×横２ｍ×厚さ５０ｍｍの含水組成物層を形成する。含水組成物層にクラックが発生した場合には、鏝でクラック部分を補修する。次いで含水組成物層を天日で乾燥して土壌固化物層とした後、１２〜５月の間静置する。静置の間、随時、土壌固化物層の四隅近傍と中央近傍の合計五箇所について、山中式硬度計を用いて硬度を測定し、その平均を算出する。静置後、山中式硬度計により測定された硬度の平均が３０ｍｍ以上で、かつ土壌固化物層の表面に部分的な剥離（盛り上がり）が見られなかったものを合格とし、静置の間、山中式硬度計により測定された硬度の平均が３０ｍｍ未満にまで低下し、土壌固化物層の表面に部分的な剥離（盛り上がり）が見られたものを不合格とする。

下記表２に、施工性と一時的な凍結の繰り返しに対する安定性の評価結果、そして土壌固化物製造用組成物中の土壌の粒度分布を示す。

表２
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土壌の粒度分布 土壌固化物層 土壌固化物層の
──────────────── を形成する 一時的な凍結の繰り返し
礫分＋砂分：シルト分＋粘土分 際の施工性 に対する安定性
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実施例１ ８６．８５：１３．１５ 合格 合格
実施例２ 同上 合格 合格
実施例３ ８４．０５：１５．９５ 合格 合格
実施例４ 同上 合格 合格
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比較例１ ９０．１４： ９．８７ 合格 不合格
比較例２ ６９．３７：３０．６５ 不合格 合格
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表２の結果から明らかなように、土壌の粒度分布が本発明に従う土壌固化物製造用組成物（実施例１〜４）は、土壌固化物層の形成時の施工性が高く、これを用いて形成した土壌固化物層は、一時的な凍結の繰り返しに対する安定性が高い。これに対して、土壌の礫分と砂分の合計含有量が多い土壌固化物製造用組成物（比較例１）は、土壌固化物層の形成時の施工性は高いが、これを用いて形成した土壌固化物層は一時的な凍結の繰り返しに対する安定性が低く、１２月中旬には、山中式硬度計により測定された硬度の平均は２５ｍｍにまで低下し、また図１に示すように、土壌固化物層の表面に部分的な剥離（盛り上がり）が見られた。一方、土壌のシルト分と粘土分の合計含有量が多い土壌固化物製造用組成物（比較例２）は、土壌固化物層の形成時にクラックが発生し易く施工性が低い。

［実施例５］
粗土壌［山砂（礫分：２４．０３質量％、砂分：６２．８２質量％、シルト分：９．１６質量％、粘土分：４．００質量％）］と、細土壌［黒墨土（砂分：６９．０６質量％、シルト分：２２．９４質量％、粘土分：８．００質量％）］とを５０：５０の割合にて撹拌混合して土壌混合物を調製した。得られた土壌混合物は、礫分と砂分の合計含有量が７９．７０質量％で、シルト分と粘土分の合計含有量が２０．３質量％であった。

上記の土壌混合物を１週間風乾し、乾燥後の土壌混合物と、土壌固化材（海水起源の酸化マグネシウム）と１週間風乾した竹チップとを、質量比で６．０４：１：０．４５の割合にて撹拌混合して、土壌固化物製造用組成物を得た。得られた土壌固化物製造用組成物を袋に入れ、封をして３ヶ月保存した。

保存後、封を外して、土壌固化物製造用組成物を袋から取り出した。取り出した土壌固化物製造用組成物を用いて、前記一時的な凍結の繰り返しに対する安定性の評価方法と同様にして、土壌固化物層を形成した。形成した土壌固化物層を１２〜５月の間静置したところ、土壌固化物層の表面に部分的な剥離（盛り上がり）は見られなかった。

Claims (6)

1. 粒子径が７５μｍ以上の土粒子を７５〜８８質量％の範囲の量及び粒子径が７５μｍ未満の土粒子を２５〜１２質量％の範囲の量にて含む土壌、そして土壌固化材を含み、土壌の含有量が、土壌固化材１質量部に対して３〜１０質量部の範囲にある土壌固化物製造用の組成物。
2. 土壌の含有量が、土壌固化材１質量部に対して５〜１０質量部の範囲にある請求項１もしくは２に記載の組成物。
3. 土壌が、礫分と砂分との合計含有率が８０質量％以上の粗土壌と、シルト分と粘土分との合計含有率が２５質量％以上の細土壌とを、質量比で８０：２０〜３０：７０の範囲の割合で混合したものである請求項１に記載の組成物。
4. さらに、天然繊維補強材を土壌固化材１質量部に対して、０．１〜１．０質量部の範囲の量にて含む請求項１乃至３のうちのいずれかの項に記載の組成物。
5. 天然繊維補強材が、竹チップ、ウッドチップ、葦、藁、棕櫚、麻もしくはこれらの混合物である請求項４に記載の組成物。
6. 請求項１乃至５のうちのいずれかの項に記載の組成物に水を加えて含水組成物を調製する工程、含水組成物を地表面に敷きならした後、転圧して地表面に含水組成物層を形成する工程、そして含水組成物層を乾燥して土壌固化物層を形成する工程を含む土舗装方法。