JP2018099086A

JP2018099086A - 防草材及びそれの使用方法

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Publication number: JP2018099086A
Application number: JP2016247588A
Authority: JP
Inventors: 佐々木　崇; Takashi Sasaki; 崇佐々木; 寺島　勲; Isao Terajima; 寺島　　勲; 渡辺　晃; Akira Watanabe; 晃渡辺; 盛岡　実; Minoru Morioka; 実盛岡
Original assignee: Denka Co Ltd
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2016-12-21
Filing date: 2016-12-21
Publication date: 2018-06-28
Anticipated expiration: 2036-12-21
Also published as: JP6865026B2

Abstract

【課題】硬化時間が短く、初期強度発現性が高く、凍結融解抵抗性を著しく改善し、環境負荷の低い、防草の持続性と環境保全に好適な防草材及びその使用方法を提供する。【解決手段】（１）カルシウムアルミネート、石膏、中空体及び土壌を含有してなる防草材、（２）中空体の密度が０．０２〜０．２ｇ／ｃｍ３である（１）の防草材、（３）カルシウムアルミネートのＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比が１．０〜３．０、不純物含有量１５質量％以下である（１）又は（２）の防草材、（４）さらに、カルシウムシリケートを含有してなる（１）〜（３）いずれかの防草材、（５）（１）〜（４）のいずれかの防草材を地面に敷き詰めてその上に散水して被覆する防草材の使用方法、（６）（１）〜（４）のいずれかの防草材を水で練混ぜて地面に敷き詰めて被覆する防草材の使用方法である。【選択図】なし

Description

本発明は、河川の土手、田畑の畦畔、あるいは、鉄道、道路等の盛土ののり面などの雑草の生育を抑制する寒冷地での使用も可能な防草材及びその使用方法に関する。

河川の土手、鉄道、道路等の盛土ののり面や田畑の畦畔等では雑草が繁茂し、頻繁な草刈りや除草剤散布が必要であった。草の刈取りには多大の労力を必要とするため、一般的には除草剤を散布する方法が行われている。
しかしながら、除草剤の散布は、草を枯らすだけで、頻繁に散布する必要があり、抜本的な対策とはならない。また、セメントを含有する防草材を振り撒いて散水して地面を被覆する方法も提案されているが、硬化までに時間を有し、雨など降ると施工ができず、さらに硬化前に流れてしまうという課題や、凍結融解によりスケーリングやひび割れが生じるという課題があった。また、セメントはアルカリ性が高く、六価クロムを含有することから、環境面での課題があった。

さらに、セメントを含まない酸化マグネシウム系固化材を散布、又は土に混合し、散水して固化させて抑草する抑草材とその方法が提案されている。（特許文献１〜４）
特許文献１は、酸化マグネシウムと高炉スラグを主成分する雑草繁殖防止材を地表面の土と混合して転圧して押し固めて、その上に散水するため、施工に労力を必要とし、初期強度発現性が低いため、施工後の降雨で流失し易く、さらに凍結融解を受け寒冷地での使用が難しいという課題がある。
特許文献２と３も特許文献１と同様の酸化マグネシウム系固化材であるため、初期強度発現性が低く、繁茂期の雑草を抑草する効果が低下し易い。さらに、これら酸化マグネシウム系抑草材全般に関する課題は、硬化時間が長いため傾斜の強い法面では、施工時の散水や降雨時に流されたりして一定の厚さにできない場合があり、水溜りがある場所では硬化しない場合があった。また、凍結融解を受けるため寒冷地での使用が難しいという課題がある。
特許文献４は、焼却灰、スラグ、及び石炭灰の骨材を敷き詰め、その上にクロロプレン系ラテックス、エチレン酢酸ビニル共重合体系エマルジョン、及びアクリル系エマルジョン固化材を散布して固着することを特徴とする防草工法であり、セメントや塩基性物質を使わないため環境にやさしい防草材である。しかしながら、人力や重機で３〜２０ｃｍの厚さに敷き詰め、その上に均一にラテックスやエマルジョンを散布する必要があるため、多大な労力がかかった。

特開２００３−４７３８８号公報特開２００７−３３０１１４号公報特開２０１４−５１８４９号公報特開２０１４−２３４６５５号公報

本発明は、硬化時間が短く、初期強度発現性が高く、凍結融解抵抗性を著しく改善し、環境負荷が低く、草刈の労力を軽減でき、防草の持続性と環境保全に好適な防草材及びその使用方法を提供する。

即ち、本発明は、（１）カルシウムアルミネート、石膏、中空体及び土壌を含有してなる防草材、（２）中空体の密度が０．０２〜０．２ｇ／ｃｍ^３である（１）の防草材、（３）カルシウムアルミネートが、ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比１．０〜３．０、不純物含有量１５質量％以下である（１）又は（２）の防草材、（４）さらに、カルシウムシリケートを含有してなる（１）〜（３）のいずれかの防草材、（５）（１）〜（４）のいずれかの防草材を地面に敷き詰めてその上に散水して被覆する防草材の使用方法、（６）（１）〜（４）のいずれかの防草材を水で練混ぜて地面に敷き詰めて被覆する防草材の使用方法である。

本発明の防草材は、硬化時間が短く、初期強度発現性が高く、凍結融解抵抗性を著しく改善し、環境負荷が低く十分な防草効果を有する。本発明の防草材は環境にやさしく、草刈の労力を軽減でき、防草の持続性が確保できるなどの効果を奏する。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明に使用するカルシウムアルミネートは、カルシア原料とアルミナ原料などを混合して、キルンで焼成し、あるいは、電気炉で溶融し冷却して得られるＣａＯとＡｌ_２Ｏ_３とを主成分とする水和活性を有する物質の総称であり、硬化時間が早く、初期強度発現性が高い材料であり、結晶性のものでも非結晶のものでも使用可能である。カルシウムアルミネートの代表的なものとしてはアルミナセメントが挙げられ、通常市販されているものが使用できる。例えば、アルミナセメント１号、アルミナセメント２号などが使用できる。アルミナセメントよりも短時間で硬化し、その後の初期強度発現性が高い点から、溶融後に急冷した非晶質カルシウムアルミネートが好ましく、ＣａＯとＡｌ_２Ｏ_３とのモル比ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比は１．０〜３．０が好ましく、１．７〜２．５がより好ましい。ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比が１．０〜１．７の場合、セメントや消石灰及び生石灰を配合する事で硬化時間をより短縮して初期強度発現性を高めることが可能である。
さらに、本発明では、カルシウムアルミネート中に含まれるＣａＯやＡｌ_２Ｏ_３以外の不純物含有量が１５質量％以下であることが初期強度発現性の観点から好ましく、１０質量％以下であることがさらに好ましい。不純物含有量が１５％を超えると硬化に時間を費やし、低温時には固まらない場合がある。不純物の代表例として酸化ケイ素や酸化マグネシウムがあり、その他、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、酸化チタン、酸化鉄、アルカリ金属ハロゲン化物、アルカリ土類金属ハロゲン化物、アルカリ金属硫酸塩、及びアルカリ土類金属硫酸塩等がＣａＯやＡｌ_２Ｏ_３の一部に置換、固溶したものがあるが、特に限定されるものでない。

カルシウムアルミネートのガラス化率は、反応活性の面で７０％以上が好ましく、９０％以上がより好ましい。７０％未満であると初期強度発現性が低下する場合がある。ガラス化率は加熱前のサンプルについて、粉末Ｘ線回折法により結晶鉱物のメインピーク面積Ｓを予め測定し、その後１０００℃で２時間加熱後、１℃／分の冷却速度で徐冷し、粉末Ｘ線回折法による加熱後の結晶鉱物のメインピーク面積Ｓ_０を求め、これらのＳ_０及びＳの値を用い、次の式を用いてガラス化率χを算出する。
ガラス化率χ（％）＝１００×（１−Ｓ／Ｓ_０）
カルシウムアルミネートの粒度は、初期強度発現性の面で、ブレーン比表面積値３０００ｃｍ^２／ｇ以上が好ましく、５０００ｃｍ^２／ｇ以上がより好ましい。３０００ｃｍ^２／ｇ未満であると硬化時間が長くなり、初期強度発現性が低下する場合がある。

本発明に使用する中空体は、アクリロニトリル、フェノール、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、塩化ビニリデン、ポリフェノール、及び籾殻などがあり、特に限定されるものではないが、アクリロニトリル共重合体が好ましい。中でも、籾殻は産業副産物を有効利用できる観点から最も好ましい。
中空体の密度は、０．０２〜０．２ｇ／ｃｍ^３が好ましい。０．０２ｇ／ｃｍ^３未満では、散水もしくは水に練り混ぜた場合に破損したりする場合がある。一方、０．２ｇ／ｃｍ^３を超えると、中空体の膜が厚くなり、凍結融解抵抗性が得られない場合がある。

中空体の配合割合は、特に限定されるものではないが、通常、カルシウムアルミネート１００質量部中、０．５〜１０質量部が好ましく、１．５〜９質量部がより好ましい。前記範囲外の場合、凍結融解抵抗性が得られない場合がある。

本発明では、強度を増進させる目的でカルシウムシリケートを使用できる。
カルシウムシリケートは、３ＣａＯ・ＳｉＯ_２、３ＣａＯ・２ＳｉＯ_２、２ＣａＯ・ＳｉＯ_２やＣａＯ・ＳｉＯ_２である。これらのあらゆる結晶相のものが使用でき、２種以上混合していてもよい。特に限定されるものではないが、γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２が大気中の二酸化炭素を吸収して生じる炭酸化収縮を低減させるため、ひび割れ抵抗性があがり最も好ましい。
γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２は、２ＣａＯ・ＳｉＯ_２で表される化合物の中で、低温相として知られるものであり、高温相であるα−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２やβ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２とは異なるものである。これらの化合物はいずれも２ＣａＯ・ＳｉＯ_２で同じ化学組成を有するが、結晶構造は異なっている。セメントクリンカ中に存在する２ＣａＯ・ＳｉＯ_２はβ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２である。β−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２は水硬性を有するが、本発明におけるγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２は水硬性を持たず、大気中の二酸化炭素を吸収して硬化する特性がある。
カルシウムシリケートの粒度は、特に制限されないが、ブレーン比表面積値で３０００ｃｍ^２／ｇ以上が好ましく、４，０００〜８，０００ｃｍ^２／ｇがより好ましい。ブレーン比表面積値が３，０００ｃｍ^２／ｇ未満では、ひび割れ抵抗性が充分に得られない場合がある。一方、８，０００ｃｍ^２／ｇを超えても更なる効果の増進が期待できない。
カルシウムシリケートの使用量は、特に限定されるものではないが、カルシウムアルミネートと石膏の合計１００質量部に対して、１０〜６０質量部が好ましい。１０質量部未満では、ひび割れの抑制効果が低い場合がある。一方、６０質量部を超えると更なる効果の増進が期待できない。

本発明で使用する土壌は、砂利、砂、礫、粘土のいずれか１種又は２種以上を含むもので、特に限定されるものではない。山砂、川砂、海砂等のサンド質土壌やシルト質土壌、クレイ質土壌、工事から発生する残土、軽量骨材や再生骨材や防草処理を行う箇所の土をそのまま用いることなどいずれも使用できる。一般には、天然土である真砂土、赤玉土、鹿沼土及び乾燥砂は、品質が安定していてより好ましい。

本発明の防草材において、土壌の使用量は特に限定されるものではないが、カルシウムアルミネート１００質量部に対して、通常、１００〜１０００質量部が好ましく、２００〜７００質量部がより好ましい。土壌が１００質量部より少ないと、強度発現性は高いが経済的に好ましくない。一方、１０００質量部より多いと、強度が低く、初期凍害性に劣り、凹んでしまう可能性がある。

本発明に使用する石膏は、半水石膏と無水石膏が使用できる。強度発現性の点から無水石膏が好ましく、弗酸副生無水石膏や天然無水石膏が使用できる。石膏を水に浸漬させたときのｐＨは、ｐＨ８以下の弱アルカリから酸性のものが好ましい。ｐＨが高い場合、石膏成分の溶解度が高くなり、初期の強度発現性を阻害する場合がある。ここでいうｐＨとは、希釈スラリー（石膏／イオン交換水＝１／１００）の２０℃におけるｐＨを、イオン交換電極等を用いて測定したものである。
石膏の粒度は、ブレーン比表面積値で３０００ｃｍ^２／ｇ以上が好ましく、５０００ｃｍ^２／ｇ以上が初期強度発現性と、適正な作業時間が得られる点から好ましい。
石膏の使用量は、特に限定されるものではないが、カルシウムアルミネート１００質量部に対して、５０〜２００質量部が好ましい。５０質量部未満では、作業時間が取れなくなり、強度発現性が低下する場合がある。一方、２００質量部を超えると作業時間は十分に取れるが、十分な初期強度が得られない場合がある。

水の配合量は、本発明の防草材の合計１００質量部に対して５〜１００質量部が好ましい。５質量部未満では混合が困難となる場合があり、一方、１００質量部を超えると十分な強度が得られない場合がある。

本発明では、凝結調整剤を本発明の差し支えない範囲で使用することが可能である。凝結調整剤はセメントの凝結を促進、遅延するものであれば特に限定されるものではない。具体的には、水酸化アルカリ、アルカリ金属塩化物塩、アルカリ金属炭酸塩、オキシカルボン酸又はその塩、リン酸又はその塩、デキストリン、ショ糖、ポリアクリル酸又はその塩、減水剤、高性能減水剤などを１種又は２種以上、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で使用することが可能である。

本発明では、酸化マグネシウムなどの低ｐＨの固化材、ウッドチップなどの嵩をあげる増量材、各種ポルトランドセメント、水酸化カルシウム、塩化カルシウム、石灰石微粉末、フライアッシュ、カオリン、シラス、珪藻土及びシリカフュームなどの混和材料、発泡剤、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、減水剤、流動化剤、ポリマー、ベントナイトなどの粘土鉱物、ハイドロタルサイトなどのアニオン交換体、着色剤などを１種又は２種以上、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で使用することが可能である

本発明において、各材料の混合方法は、特に限定されるものではなく、それぞれの材料を施工時に混合しても良く、あらかじめ一部を、あるいは全部を混合しておいても差し支えないが、事前に混合し、現場で水を混合するほうが、品質面で好ましい。事前に混合する場合、土壌は乾燥状態であることが好ましい。

混合装置としては、既存のいかなる装置も使用可能であり、例えば、傾胴ミキサ、オムニミキサ、ヘンシェルミキサ、Ｖ型ミキサ、及びナウタミキサなどの使用が可能である。

本発明では、地面の雑草を草刈機等で１ｃｍ以下程度に草刈し、刈り取った雑草を取り除いた上に防草材を敷き詰めて散水して被覆する方法や、水と練混ぜた防草材を吹き付けて被覆する方法などがある。草刈後に除草剤を散布してから被覆するとより好ましい。

防草材を草刈した地面に敷き詰めて、その上に散水して表面を固化させて被覆する場合は、地面に防草材を敷き詰めてならし、その上にジョウロ等で散水する方法が好ましい。敷き詰める厚さは特に限定されるものではなく、地面の凸部で１〜３ｃｍの厚さが好ましい。１ｃｍ以下であると全体に被覆することができにくくなるため、防草効果が低くなる場合があり、一方、３ｃｍ以上では防草効果は高いが材料費が高くなり、多大な労力がかかるため好ましくない。

本発明の防草材、または、本発明の防草材の土壌を除いたものを草刈した地面に敷設し、地面の土壌と混合攪拌させて被覆する場合は、バックホウやスタビライザーなどを用いて混合攪拌させることが可能である。さらに転圧をすることで硬い地盤とすることも可能である。

以下、本発明の実験例に基づいて説明する。

「実験例１」
表１に示すように、カルシウムアルミネート１００質量部に対して、石膏、中空体及び土壌の添加量を変え、さらにカルシウムアルミネートと石膏と土の合計１００質量部に対して凝結調整剤としてクエン酸ナトリウムを０.３質量部加えて防草材を調製した。
この防草材を型枠に敷設後、防草材１００質量部に対して水を１５質量部散水して試験体を作製し、圧縮強度と凍結融解抵抗性の測定を行った。
また、比較として、普通セメントを用いたモルタルとマグネシア系防草材を使用した。モルタルの配合は、砂とセメントの質量比を３／１としたドライモルタルを型枠に敷設し、水セメント比が５０％となるように水を散水した。マグネシア系防草材は、マグネシア系固化材１００質量部に対して、土を５００質量部混合したものを型枠に敷設し、水を１５質量部散水して防草材を調製した。
結果を表１に示す。

＜使用材料＞
カルシウムアルミネート：ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比２．２、ガラス化率９７％、ブレーン比表面積５０００ｃｍ^２
中空体Ａ：アクリロニトリル共重合体、松本油脂製薬社製「マイクロスフェア‐F‐80SDE」、
密度０．０２ｇ／ｃｍ^３
中空体Ｂ：アクリロニトリル共重合体、松本油脂製薬社製「マイクロスフェア‐F‐80SDE」、
密度０．０５ｇ／ｃｍ^３
中空体Ｃ：アクリロニトリル共重合体、松本油脂製薬社製「マイクロスフェア‐F‐80SDE」、
密度０．１ｇ／ｃｍ^３
中空体Ｄ：新潟県糸魚川産籾殻、密度０．０８ｇ／ｃｍ^３
中空体Ｅ：新潟県糸魚川産籾殻、密度０．１ｇ／ｃｍ^３
中空体Ｆ：新潟県糸魚川産籾殻、密度０．１２ｇ／ｃｍ^３
石膏：天然無水石膏、ブレーン比表面積値５０００ｃｍ^２／ｇ
土壌：愛知県産真砂土、５ｍｍ篩下
凝結調整剤：無水クエン酸ナトリウム、磐田化学工業社製
セメント：普通ポルトランドセメント、市販品
砂：（一社）セメント協会製標準砂
マグネシア系固化材：中国産マグネシウムを焼成した市販の酸化マグネシウム
水：水道水

＜測定方法＞
圧縮強度：２０℃・相対湿度６０％の環境下で、ＪＩＳＲ５２０１に準じて４×４×１６ｃｍ供試体を作製し、気乾養生して材齢６時間と２８日の一軸圧縮強度を測定した。
凍結融解抵抗性：２０℃・相対湿度６０％の環境下で、ＪＩＳＲ５２０１に準じて４×４×１６ｃｍ供試体を作製し、材齢１日後に脱型し、ＪＩＳＡ１１４８「コンクリートの凍結融解試験方法」Ａ法により凍結融解試験を実施し、所定のサイクル毎に試験体を取り出し、質量減少率を測定した。

表１から、本発明の防草材は、初期強度発現性が高く、凍結融解抵抗性に優れることが分かる。

「実験例２」
実験例1の実験No.1-6の配合において、カルシウムアルミネートのＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比とガラス化率を変えたこと以外は実験例１と同様に行い、硬化時間、圧縮強度、六価クロム溶出量及び凍結融解抵抗性を測定した。
また、比較として、実験例１で使用した普通ポルトランドセメントを用いたモルタル（実験No.1-30）及びマグネシア系固化材（実験No.1-31）についても同様の試験を行った。
結果を表２に示す。

＜使用材料＞
カルシウムアルミネート：炭酸カルシウムと酸化アルミニウムのＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比を変え、１６５０℃で溶融して急冷した。ガラス化率を９７％、ブレーン比表面積を５０００ｃｍ^２に調整した。

＜測定方法＞
硬化時間：練混ぜた防草材を指で押してもへこまない時間を測定した。
六価クロム溶出量：圧縮強度と同様な方法で２０℃・相対湿度６０％の環境下で供試体を作製し、材齢７日時点で環境庁告示４６号法に基づき測定した。

表２から、本発明の防草材は、硬化時間が短く、初期強度発現性が高く、凍結融解抵抗性に優れ、さらに六価クロム溶出量が低いことが分かる。

「実験例３」
実験例１の実験No.1-6の防草材について、表3に示すように、カルシウムアルミネートと石膏の合計１００質量部に対して、カルシウムシリケートを混合し、防草試験及び凍結融解抵抗性試験を行った。水は、防草材１００質量部に対して１５質量部散水した。
また、比較として、実験例１で使用した普通ポルトランドセメントを用いたモルタル（実験No.1-30）及びマグネシア系固化材（実験No.1-31）についても同様の試験を行った。
結果を表３に示す。

＜使用材料＞
カルシウムシリケートイ：３ＣａＯ・ＳｉＯ_２。試薬の炭酸カルシウム３モル及び二酸化ケイ素１モルを混合粉砕した後、電気炉で焼成し合成した。ブレーン比表面積１８００ｃｍ^２／ｇ。
カルシウムシリケートロ：β−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２。試薬の炭酸カルシウム２モル及び二酸化ケイ素１モルを混合粉砕した後、電気炉で焼成し合成した。ブレーン比表面積１８００ｃｍ^２／ｇ。
カルシウムシリケートハ：γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２。試薬の炭酸カルシウム２モル及び二酸化ケイ素１モルを混合粉砕した後、電気炉を用い１５００℃で焼成しダスティングした粗粉をブレーン比表面積１８００ｃｍ^２／ｇに調整した。

＜測定方法＞
防草試験：田畑に生い茂った雑草を予め長さ０．５ｃｍ以下に草刈機で草刈して、耕運機で田畑を耕し、その上に、芝生の種であるトールフェスク、ケンタッキーブルーグラス、ペレニアルライグラスの混合品を４０ｇ/ｍ^２撒き、足で踏みならし転圧した。その上に、防草材を均一に厚み３ｃｍで、５ｍ^２の面積に敷設した後、防草材１００質量部に対して水を１５質量部散水し、１８０日後の防草材表面から生えた芝の本数を測定した。

表３から、本発明の防草材は防草効果に優れ、カルシウムシリケートを使用するとさらに効果が増進することが分かる。

「実験例４」
実験例３の実験No.3-7、3-8、3-9の各防草材について、水を散水ではなく、オムニミキサに加えて練り混ぜたこと以外は実験例３と同様に行った。
また、比較として、実験例１で使用した普通ポルトランドセメントを用いたモルタル（実験No.1-30）及びマグネシア系固化材（実験No.1-31）についても同様の試験を行った。
結果を表４に示す。

表４から、本発明の防草材は、練り混ぜたものを敷設しても、芝が少なく防草効果に優れることが分かる。

本発明は、硬化時間が短く、初期強度発現性が高く、凍結融解抵抗性を著しく改善し、環境負荷が低く、草刈の労力を軽減でき、防草の持続性と環境保全に好適な防草材及びその使用方法を提供するので、土木建設分野などで広範に使用される。

Claims

カルシウムアルミネート、石膏、中空体及び土壌を含有してなる防草材。
中空体の密度が０．０２〜０．２ｇ／ｃｍ^３である請求項１記載の防草材。
カルシウムアルミネートが、ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比１．０〜３．０、不純物含有量１５質量％以下である請求項１又は２記載の防草材。
さらに、カルシウムシリケートを含有してなる請求項１〜３のいずれか１項記載の防草材。
請求項１〜４のいずれか１項記載の防草材を地面に敷き詰めて、その上に散水して被覆することを特徴とする防草材の使用方法。
請求項１〜４のいずれか１項記載の防草材を水で練混ぜて、地面に敷き詰めて被覆することを特徴とする防草材の使用方法。