JP2023015438A

JP2023015438A - 土系ブロック、土系ブロック半製品および土系ブロックの製造方法

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Publication number: JP2023015438A
Application number: JP2021119219A
Authority: JP
Inventors: 哲夫根本; Tetsuo Nemoto; 航中村; Wataru Nakamura; 浩一杉本; Koichi Sugimoto; 浩暢藤田; Hironobu Fujita; 俊二津郷; Shunji Tsusato
Original assignee: Nara National Institute Of Higher Education And Research; Nihon Kogyo KK; Obayashi Road Corp
Current assignee: Nara National Institute Of Higher Education And Research; Nihon Kogyo KK; Obayashi Road Corp
Priority date: 2021-07-20
Filing date: 2021-07-20
Publication date: 2023-02-01

Abstract

【課題】製造過程で二酸化炭素の大量排出を避けることができ、舗装施工が容易に行える土系ブロック、土系ブロック半製品および製造方法を提供する。【解決手段】土系骨材と、酸化マグネシウムと塩化マグネシウムとを含む固化剤とリン酸とが混練りされた混合物であって、混合物が舗装ブロックに即時脱型製法で成型されており、養生工程を経て舗装材に必要な強度が発現させると土系ブロック半製品が得られる。この半製品にショット加工を施すと土系ブロックとなる。固化剤に酸化マグネシウムと塩化マグネシウムを用い、セメントを用いないので、製造工程で二酸化炭素の大量排出を避けることができる。また、舗装ブロックに成型されているので、舗装施工が容易に行える。【選択図】図１

Description

本発明は、舗装などに使われる土系ブロック、土系ブロック半製品および土系ブロックの製造方法に関する。

従来より舗装にはコンクリートブロックが使用されている。コンクリートブロックの製造に使うセメントは、石灰石や粘土などの原料を焼成炉で１５００℃程度の高温に加熱して焼成し、得られたクリンカーに石膏を加えて製造される。このように製造過程で、高温の焼成工程を含むことから多量の二酸化炭素を発生させる。
二酸化炭素の排出は地球温暖化への悪影響が大きいので、これを避けることが好ましい。そこで、セメントを用いない土系素材を舗装材料に利用することが検討された。

特許文献１の従来技術は、土壌に酸化マグネシウムを混合した混合物を舗装材料に使う技術である。
この従来技術では、舗装工事に使うには、現場で上記舗装材料を地面に敷き均す敷均工程と、散水を行い舗装材料を固化させる固化工程の実行を必要とする。したがって、施工に大変な手間がかかる。また、上記混合物を舗装ブロックに成型しても強度が不足していた。

特許文献２の従来技術は、舗装に使う土壌を固化させる土壌固化剤を開示しており、その土壌固化剤は、酸化マグネシウムと異種金属塩を含有するものである。ここでいう異種金属塩には塩化マグネシウムが含まれる。
この従来技術では、土壌に土壌固化剤を投入し撹拌混合して土壌舗装材料とし、その土壌舗装材料を用いて舗装工事が施工される。
施工に際しては、基礎地盤上に土壌舗装材料を投入して均一に均す敷均工程と、強く締め固める締め固め工程と、硬化促進剤の水溶液を散布して固化を促進する固化促進工程とを必要とする。したがって、施工に大変な手間がかかる。
なお、上記混合物は強度不足もあって、特許文献２は舗装ブロックに成型することには言及していない。

特開２０１４－５１８４９号公報特開２００５－１５４７３５号公報

本発明は上記事情に鑑み、製造過程で二酸化炭素の大量排出を避けることができ、舗装施工が容易に行える土系ブロック、土系ブロック半製品および土系ブロックの製造方法を提供することを目的とする。

第１発明の土系ブロックは、土系骨材と、酸化マグネシウムと塩化マグネシウムとを含む固化剤とリン酸とが混練りされた混合物であって、該混合物が舗装ブロックに成型されており、舗装材に必要な強度が発現していることを特徴とする。
第２発明の土系ブロックは、第１発明において、前記舗装ブロックの表面がショット加工されていることを特徴とする。
第３発明の土系ブロック半製品は、土系骨材に、酸化マグネシウムと塩化マグネシウムとを含む固化剤とリン酸とを加えて混練りした混合物であって、ブロック状に成型されていることを特徴とする。
第４発明の土系ブロックの製造方法は、土系骨材に、酸化マグネシウムと塩化マグネシウムとを含む固化剤とリン酸とを加えて混練りする混練り工程と、前記混練り工程で得られた混合物を型に入れて、即時脱型製法でブロック状に成型する成型工程と、前記成型工程で得られたブロック状物を養生する養生工程と、前記養生工程を終えたブロック半製品の表面をショット加工する加工工程と、を順に実行することを特徴とする。

第１発明によれば、土系骨材の固化に酸化マグネシウムと塩化マグネシウムを用い、セメントを用いないので、製造工程で二酸化炭素の大量排出を避けることができる。また、舗装ブロックに成型されているので、舗装施工が容易に行える。
第２発明によれば、表面がショット加工されているので、美麗であり降雨時でも滑りにくい舗装材が得られる。
第３発明によれば、土系骨材の固化に酸化マグネシウムと塩化マグネシウムを用い、セメントを用いないので、製造工程で二酸化炭素の大量排出を避けることができる。
第４発明によれば、混練り工程と即時脱型製法による成型工程と養生工程と加工工程を実行することで土系ブロックが得られ、焼成工程を含まないので、二酸化炭素の大量排出を抑止できる。

本発明に係る土系ブロックの製造方法を示す工程図である。実施例１および比較例１、２の曲げ強度を示すグラフである。養生条件に基づく曲げ強度の発現状態を示すグラフである。

つぎに、本発明の実施形態を詳細に説明する。
（土系ブロック）
本発明の土系ブロックは、土系骨材を主材とするブロックであり、セメントを用いないことを特徴とする。
そして、本発明の土系ブロックは、土系骨材と、酸化マグネシウムと塩化マグネシウムとを含む固化剤とリン酸とが混練りされた混合物であり、この混合物が即時脱型製法により舗装ブロックに成型され、表面がショット加工されたものである。

本明細書において、土系骨材とは、土のほか砂および砂利等を含むものを意味する。土には様々な土質のものが含まれるが、代表的には真砂土がある。真砂土は花岡岩が風化してできた砂状の土であり、代表的な客土として用いられている。

固化剤には、酸化マグネシウムと塩化マグネシウムが用いられる。
酸化マグネシウムは、土と混合されると土に含まれる非結晶質成分（ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３等）と結合して土壌硬化体を形成するので、土系骨材の強度を発現することができる。

塩化マグネシウムは、土中でカルシウム分、鉄分、アルミニウム分と反応し、固結現象を生じるので土系骨材を締め固める作用を奏する。

本発明では、固化剤として酸化マグネシウムと塩化マグネシウムが共に使用される。酸化マグネシウムだけでは、舗装ブロックとしての要求強度を満足しないので、塩化マグネシウムの混合を必須とする。そして、塩化マグネシウムの使用量は酸化マグネシウムの５０質量％～１５０質量％とすることが、舗装用ブロックとしての強度を確保するため必要である。とくに、酸化マグネシウムと塩化マグネシウムは、ほぼ同量とすることが強度確保のために好ましい。

リン酸は、耐水性向上剤として用いられる。リン酸イオンがマグネシウムイオンと結合すると水に不溶なＭｇ_２Ｐ_２Ｏ_７もしくはＭｇ_３（ＰＯ_４）_２・８／１０Ｈ_２Ｏを生成する。これらは水に不溶なため混合すると土壌硬化体の耐水性が向上する。

固化剤としての酸化マグネシウムと塩化マグネシウムは、土中で混合されると反応して、５Ｍｇ（ＯＨ）_２・ＭｇＣｌ_２・８Ｈ_２Ｏとなるが、この反応物質は針状結晶となり、強度が大きい。この針状結晶が混合された土壌硬化体は強度が高くなり、ブロックに仕上げた後の曲げ強度も高くなる。
そして、本発明ではリン酸も混合されるので、針状結晶の孔にリン酸イオン（ＰＯ_４ ^３－）がゼラチンのような形態で入り込んで被覆する。そのため、雪や雨などの水分が内部に浸透しにくくなる。この結果、土壌硬化体の耐水性が向上する。

固化剤の配合割合は、土系骨材に対して、０．１～０．６質量とするのが好ましい。この範囲であると、土系骨材の結合強度が舗装ブロックの用途に充分なものとなる。一方、下限値（１０質量％）を下回ると必要な結合強度が発現できず、上限値（６０質量％）を上回ると強度の増加はあっても、土の風合いが無くなっていく。

リン酸の添加量は、固化剤に対して０．００５～０．０４質量とされる。リン酸の添加割合が下限値（０．５質量％）を下回ると耐水性が充分に向上しないし、上限値（４質量％）を上回ると硬化時間が長くなり、翌日脱型が困難となる。また、耐水性と硬化時間のバランスが良好なのは、１～３質量％である。

上記配合割合の固化剤を添加した本発明の土系ブロックは舗装材として充分な強度を有し、その上を人が歩いても型崩れすることはない。しかも、リン酸の添加により耐水性を有しているので、雨や雪の水分に接触してもブロック形状が崩れることはない。
しかしながら、数年レベルの長期にわたって使用した後は、自己崩壊してブロック形状が崩れ自然の土と同じ形態となる。この自己崩壊性は、酸化マグネシウムと塩化マグネシウムが雨水等と接触して加水分解し、針状結晶が消失して土系骨材を結合する力が弱まることに起因する。

（半製品）
本発明の土系ブロック半製品は、土系骨材に、酸化マグネシウムと塩化マグネシウムとを含む固化剤とリン酸とを加えて混練りした混合物を舗装ブロック状に成型して得た成型物である。完成品である土系ブロックとの違いは、後述する製造工程における加工工程（ショット加工）を経てないだけであるので、固化強度と耐水性は完成品と同等の性能を有している。

（製造方法）
本発明に係る土系ブロックの製造方法は、図１に示すように、土系骨材に、酸化マグネシウムと塩化マグネシウムとを含む固化剤とリン酸とを加えて混練りする混練り工程Ｓ１と、混練り工程Ｓ１で得られた混合物を型に入れて、即時脱型製法でブロック状に成型する成型工程Ｓ２と、成型工程Ｓ２で得られたブロック状物を養生する養生工程Ｓ３と、養生工程Ｓ３を終えたブロック半製品の表面をショット加工する加工工程Ｓ４と、を順に実行する製造方法である。

混練り工程Ｓ１では、土系骨材に固化剤である酸化マグネシウムと塩化マグネシウムと、さらにリン酸を混合して練り混ぜる混練りをする。最初はセメントコンクリートと同様に水以外を空練りする。その後、水を投入して本練りを行う。

酸化マグネシウムと塩化マグネシウムからなる固化剤の合計質量Ａと水の質量Ｂの比（Ｂ／Ａ）は０．１～０．３が好ましい。
混練りを容易にするため、酸化マグネシウムおよび塩化マグネシウムは微粒もしくは粉末状のものを使うのが好ましい。

混練り工程Ｓ１での配合割合は、既述のとおりであり、たとえば、混合物１ｍ^３中において、酸化マグネシウムを１４０～２００ｋｇ、塩化マグネシウムを１４０～２００ｋｇ、リン酸を７～１０ｋｇ、水を２８～１２０ｋｇ、土系骨材を１８００～２５００ｋｇとされる。

成型工程Ｓ２では、混練り工程Ｓ１で得られた混合物を型に入れて即時脱型製法で成型する。参考として説明するが、コンクリートブロックの製法には、流し込み法と即時脱型法の２種がある。流し込み法は、水分含有量の多い生コンを振動締固めで型に流し込み、約１日の乾燥養生を要する製法である。即時脱型法は、水分含有量の少ないパサパサの生コンを振動をかけながら型に投入し、高圧力で締め固め、養生なしに型から脱型する製法である。

本発明では、上記した即時脱型法を適用している。混練り工程Ｓ１を終えた混合物は、水分含有量の少ないパサパサの状態であり、これを振動をかけながら型に投入し、高圧力で締め固め、養生なしに型から脱型する。
この即時脱型法によると、型内の混合物は振動締固めにより、強度が高く、寸法精度に優れた舗装ブロックに成型される。舗装ブロックの形状と大きさは、舗装道路等の施工に適するものであればよく、とくに制限はない。

養生工程Ｓ３は、成型を終えた舗装ブロックを、一定期間一定条件の元に放置する工程である。この養生期間中に必要な強度が発現する。

本明細書にいう半製品とは養生工程Ｓ３を終えたが、まだ加工工程Ｓ４を受けてないブロック状物をいう。
養生工程を終えた土系ブロック半製品は、組成が完成品と同じであり、必要な養生期間を経ているので、舗装材として必要な強度を備えている。

加工工程Ｓ４では、半製品の表面にショット加工を行う。ショット加工とは、ブロック表面に鉄球を当てて表面を粗面とする加工をいう。ショット加工を施すと、石材の割肌のような美観が得られ、また降雨時でも滑りにくいという機能性が得られる。この加工工程Ｓ４は本発明において任意であり、加工工程を施したものも施してないものも本発明の土系ブロックに含まれる。

上記各工程Ｓ１～Ｓ４を実行すると、完成品としての土系ブロックが得られる。

（完成品としての土系ブロックの用途）
半製品としての土系ブロックの表面に必要なショット加工を施せば完成品としての土系ブロックとなる。この土系ブロックは石材の割肌のような美観をもち、人が歩いても滑りにくいという効果を奏する。
舗装ブロックとしての施工は、コンクリートブロックと同様の要領でよく、地盤を均したうえで敷き詰めていけばよい。
舗装ブロックとして長期にわたって使用した後は、自然に崩壊して自然の土壌と同様な形態となる。このため、一定期間はブロックとして歩道に敷設しておき、終了後は土舗装に還ることで撤去が不要になる。

（実施例）
表１に示す配合割合の実施例１、２を用意した。実施例１は配合割合の下限値付近を用いたもので、実施例２は配合割合の上限値付近を用いたものである。

（１）養生による強度発現
実施例１および比較例１、２について、養生による強度発現の比較を行った。結果を図２に示す。図２において、実施例１は表１に示す実施例１である。比較例１はリン酸を含まない以外は実施例１と同様の土系ブロックであり、比較例２は従来公知のセメントブロックである。また、図２の左縦軸は曲げ強度（Ｎ／ｍｍ^２）を示し、右縦軸は残留強度（％）を示している。
養生条件は、材齢７日のもの（粗点棒で表示）と、材齢７日後に水中浸漬３日のもの（密点棒で表示）の２つを用意した。

材齢７日の強度は、実施例１および比較例１とも曲げ強度が５．５～６．０Ｎ／ｍｍ^２以上であり、比較例２のセメントブロックの４．５Ｎ／ｍｍ^２よりも大きい強度を示している。
材齢７日後に水中浸漬３日の条件では、リン酸の無い比較例１は曲げ強度が１．７Ｎ／ｍｍ^２と低いのに比べ実施例１は曲げ強度が３．４Ｎ／ｍｍ^２を維持しており、リン酸添付による耐水性向上の結果を示している。
残留強度（点線で表示）は、材齢７日を１００％とし、そこから＋３日水中浸漬後の強度低下の割合を意味し、リン酸無しの比較例１に比べ、リン酸有りの実施例１は約２倍となる６１．４％を示している。

（２）養生条件に基づく強度発現の影響
実施例１について養生条件の影響を確認する試験を行った。結果を図３に示す。
養生は、脱型後の強制養生を１日、その後の自然養生を５日間行った。養生条件は、（Ａ）が２０℃３０％湿度、（Ｂ）が２０℃６０％湿度、（Ｃ）が３０℃１０％湿度、（Ｄ）が１０℃３０％湿度である。縦軸は曲げ強度（単位Ｎ／ｍｍ^２）を示している。養生後の曲げ強度は、いずれの養生条件でも、４．３～４．６Ｎ／ｍｍ^２であり、ほぼ同じであった。このことから、養生における温度と湿度の条件による曲げ強度の変化は余り生じないことが分かった。

本発明の土系ブロックは、舗装材料として道路や、その他とくに制限なく利用できる。また、公園等の遊歩道やパビリオンなど自己崩壊させることが前提の建築外構に利用できる。

Ｓ１混練り工程
Ｓ２成型工程
Ｓ３養生工程
Ｓ４加工工程

Claims

土系骨材と、酸化マグネシウムと塩化マグネシウムとを含む固化剤とリン酸とが混練りされた混合物であって、該混合物が舗装ブロックに成型されており、舗装材に必要な強度が発現している
ことを特徴とする土系ブロック。
前記舗装ブロックの表面がショット加工されている
ことを特徴とする請求項１記載の土系ブロック。
土系骨材に、酸化マグネシウムと塩化マグネシウムとを含む固化剤とリン酸とを加えて混練りした混合物であって、ブロック状に成型されている
ことを特徴とする土系ブロック半製品。
土系骨材に、酸化マグネシウムと塩化マグネシウムとを含む固化剤とリン酸とを加えて混練りする混練り工程と、
前記混練り工程で得られた混合物を型に入れて、即時脱型製法でブロック状に成型する成型工程と、
前記成型工程で得られたブロック状物を養生する養生工程と、
前記養生工程を終えたブロック半製品の表面をショット加工する加工工程と、
を順に実行する
ことを特徴とする土系ブロックの製造方法。