JP3877511B2

JP3877511B2 - 土系舗装用プレミックスチャ

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Publication number: JP3877511B2
Application number: JP2000280838A
Authority: JP
Inventors: 成輝齋藤; 洋輝前浪; 博人進
Original assignee: Inax Corp
Current assignee: Inax Corp
Priority date: 2000-09-14
Filing date: 2000-09-14
Publication date: 2007-02-07
Anticipated expiration: 2020-09-14
Also published as: JP2002087872A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は土系舗装用プレミックスチャに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な舗装は、路床上に施工された下層と、この下層の上方に施工されて路面を仕上げる表層とからなる。下層は、砂利等により構成されており、舗装の上面からの押圧力により表層が変形したり、破壊したりすることを防止している。他方、従来の表層は、アスファルトやコンクリートを現場で施工し、これらを固化することにより構成され得る。また、表層は、コンクリートからなるインターロッキングブロック等を下層上に施工することによっても構成され得る。
【０００３】
こうして施工された舗装は、アスファルト等が高い曲げ強度、圧縮強度及び硬度を有し、かつこれらが下層に支持されていることから、高い耐久性を発揮することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の舗装は、その上を主に自動車が通行する場合を考慮して構成されていることから、いかにも人工的すぎ、その上を主に人が歩く場合には、その歩行者が疲れやすいという指摘がある。このため、少なくとも表層を自然の土だけで構成することも考えられるが、こうすると、自然の土だけでは曲げ強度等が低すぎることから、路面が変形しやすく、耐久性に欠けるという欠点を生じる。
【０００５】
このため、発明者らは、歩行者が疲れにくく、路面が変形しにくい土系舗装を検討した。この土系舗装は、Ａｌ₂Ｏ₃が７〜１７質量％、アルカリ金属酸化物又は／及びアルカリ土類金属酸化物が２〜１０質量％、灼熱減量が１〜６質量％、ＳｉＯ₂が実質残部の組成を有する風化した花崗岩の粉末と、消石灰と、固化後の強度を上げる強化剤を含む粉末状の添加剤とを採用するものである。
【０００６】
しかしながら、この風化した花崗岩の粉末と、消石灰と、添加剤とを土系舗装を施工しようとする現場で常に混合するとすれば、消石灰や添加剤が風化した花崗岩の粉末に比して極めて少量で混練されることから、混練物中で消石灰の多い部分と添加剤の多い部分とができる等、消石灰や添加剤が混練物中で偏析しやすい。このため、混練物を固化することによって成形される表層の強度等が不均一となり、土系舗装の品質の安定を図ることができない。
【０００７】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、高い耐久性を発揮しつつ、歩行者が疲れにくい品質の安定した土系舗装を提供することを解決すべき課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の土系舗装用プレミックスチャは、土と混合され、路床上に施工されて、路面を仕上げる土系の表層を構成する土系舗装用プレミックスチャであって、
【０００９】
消石灰と、固化後の強度を上げる強化剤を含む粉末状の添加剤とが少なくとも予め混合されてなり、該強化剤は、塩化物、水酸化アルミニウム及びスラグの少なくとも１種を含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明の土系舗装用プレミックスチャは、各地に存在する土と混合され、路床上に施工されて、路面を仕上げる土系の表層を構成する。この土系舗装用プレミックスチャは、土に比して極めて少量の消石灰と添加剤とが少なくとも予め混合されているため、現場において、その土系舗装用プレミックスチャをその土と混合するとしても、その土系舗装用プレミックスチャの消石灰及び添加剤はその土中に好適に分散し、消石灰や添加剤が混練物中で偏析し難い。このため、混練物を固化することによって成形される表層の強度等が均一となり、土系舗装の品質が安定する。
【００１１】
また、本発明の土系舗装用プレミックスチャは、工場内で生産され、品質が安定する。このため、土との混合を現場で行うに際し、安定した品質のプレミックスチャを使用できるので、土系舗装の施工性を向上させることができる。
【００１２】
発明者らの試験結果によれば、土として、Ａｌ₂Ｏ₃が７〜１７質量％、アルカリ金属酸化物又は／及びアルカリ土類金属酸化物が２〜１０質量％、灼熱減量が１〜６質量％、ＳｉＯ₂が実質残部の組成を有する風化した花崗岩の粉末を採用することが好ましい。
【００１３】
消石灰は常温下で炭酸カルシウム（ＣａＣＯ₃）を生成する（炭酸化反応）。また、土は、消石灰とともに又は土単独で、常温下で水和反応してＣＳＨ（ＣｘＳｙＨｚ；ｘＣａＯ・ｙＳｉＯ₂・ｚＨ₂Ｏの意である。ｘ、ｙ及びｚは固体水和物として存在し得る正数。）、ＣＡＨ（ＣｘＡｙＨｚ；ｘＣａＯ・ｙＡｌ₂Ｏ₃・ｚＨ₂Ｏの意である。ｘ、ｙ及びｚは固体水和物として存在し得る正数。）、ＣＡＳＨ（ＣｗＡｘＳｙＨｚ；ｗＣａＯ・ｘＡｌ₂Ｏ₃・ｙＳｉＯ₂・ｚＨ₂Ｏの意である。ｗ、ｘ、ｙ及びｚは固体水和物として存在し得る正数。）等の固体水和物を生成する（水和反応）。この固体水和物は、ＣＳＨ、ＣＡＨ、ＣＡＳＨ等におけるＣａ、Ｓｉ又はＡｌの一部がアルカリ金属、アルカリ土類金属、非金属元素又は遷移元素と置換されたものである場合もあり得る。これら消石灰と土とは混合されてなることから、両反応は同時期又はほぼ同時期に進行し、互いに他方の反応を促進し合うと考えられる。また、これらの反応により生じる炭酸カルシウムと固体水和物とは、一方が他方の相間を補強し合ったり、新たな固体水和物を生じたりして表層になると考えられる。新たな固体水和物は、結晶である場合の他、非結晶である場合もあり得、消石灰及び土から生じる炭酸カルシウム及び固体水和物の中間的な組成を有する場合もあり得る。
【００１４】
発明者らが確認した結果、風化した花崗岩の粉末（砂婆土、真砂土、ヘナ土ともいう。）は、Ａｌ₂Ｏ₃が７〜１７質量％（より好ましくは９〜１５質量％）、アルカリ金属酸化物又は／及びアルカリ土類金属酸化物が２〜１０質量％（より好ましくは３〜９質量％）、灼熱減量（Ｉｇｎｉｔｉｏｎｌｏｓｓ。以下、Ｉｇｌｏｓｓという。）が１〜６質量％（より好ましくは１〜３質量％）、ＳｉＯ₂が実質残部の組成を有する。
【００１５】
風化した花崗岩の粉末は、アルカリ金属酸化物としてはＮａ₂Ｏ及びＫ₂Ｏを含み、アルカリ土類金属酸化物としてはＣａＯ及びＭｇＯを含む。なお、アルカリ金属酸化物としてＬｉ₂Ｏを含むもの、アルカリ土類金属酸化物としてＢｅＯ、ＳｒＯ又はＢａＯを含むものも採用し得る。また、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂を含むものも採用し得る。風化した花崗岩の粉末の主な構成相は、粉末Ｘ線回折装置（ＲＩＧＡＫＵＲＡＤ−Ｂ）を用いたＸＲＤ観察によれば、石英、ソーダ長石、正長石、雲母、カオリン鉱物及び緑泥石である。また、この粉末は角閃石を構成相として含むこともできる。
【００１６】
発明者らが確認した結果、花崗岩の粉末は風化の程度の小さいものを用いることができる。風化とは、風雨や気温の変化等の影響及び植物やバクテリアの存在により岩石が変質し、分解される過程である。この風化は構成相の部分的な粘土化として表れていると考えられる。構成相の部分的な粘土化は、まず大きな粒径の粉末の表面で水和物の生成を生じ、これにより小さな粒径の粉末を生じ、さらに全体の粉末の表面で水和物を生じて進行していくものと考えられる。Ｉｇｌｏｓｓが粉末に存在する水和物の量を相対的に示すと考えられ、Ｉｇｌｏｓｓの量が多い程、風化が進行していると考えられる。また、発明者らがＴＧ−ＤＴＡ観察により上記花崗岩の粉末の脱水挙動を確認した結果、６０°Ｃ付近及び１５０°Ｃ付近にピークをもつ脱水反応が得られたことから、これら花崗岩の粉末の風化は粉末の表面にハロイサイト又はモンモリロナイトを生成することで進行していると考えられる。
【００１７】
このため、アルカリ土類水酸化物の他の原料の粉末としては、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃並びにアルカリ金属酸化物又は／及びアルカリ土類金属酸化物を種々の原料の粉末により上記組成範囲を構成するとともに、カオリナイト等の粘土により上記組成範囲を構成することもできると考えられる。コンクリート廃材、スラグ、鉱物廃泥等をこの原料の粉末として採用することもできる。
【００１８】
こうして得られる土系舗装では、消石灰及び土からなる調合物は、常温下で固化が進行し、従来のアスファルト等からなるものほど高くなく、自然の土だけからなるものほど低くない曲げ強度、圧縮強度及び硬度を有して表層とされる。このため、土系舗装の上を主に人が歩く場合、その歩行者が疲れにくい。また、路面の変形はさほど大きくなく、優れた耐久性を発揮する。
【００１９】
また、本発明に係る土系舗装は、消石灰及び土が多孔質をなして固化するため、透水性を発揮する。表層の透水性を向上させるため、調合物に多孔質材を混合することもできる。この多孔質材としては、ＡＬＣがら等の発泡コンクリートがら、軽石、レンガ屑等の多くの気泡をもった材料を採用することができる。気泡が連続気泡であれば、より表層が透水性を発揮しやすい。
【００２０】
本発明の土系舗装用プレミックスチャには、消石灰と粉末状の添加剤とが少なくとも混合されている。この添加剤には、固化後の強度を上げる強化剤が含まれる。強化剤としては、塩化物、水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）₃）及びスラグの少なくとも１種を採用する。
【００２１】
発明者らの試験結果によれば、本発明に係る土系舗装は、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ₂）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ₂）等の塩化物の添加によりフリーデル氏塩を含む。フリーデル氏塩は３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・ｘＣａＣｌ₂・ｙＨ₂Ｏ（ｘは３又は１、ｙは１、６、１０又は３０）である。このフリーデル氏塩は、０°Ｃ未満では３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・３ＣａＣｌ₂・３０Ｈ₂Ｏが安定相であり、０〜２８°Ｃではα−３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＣｌ₂・１０Ｈ₂Ｏが安定相であり、２８〜２００°Ｃではβ−３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＣｌ₂・１０Ｈ₂Ｏが安定相であり、２００〜５００°Ｃでは３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＣｌ₂・６Ｈ₂Ｏが安定相であり、５００°Ｃを超えると３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＣｌ₂・Ｈ₂Ｏが安定相である。このため、常温下で表層とされれば、特に３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＣｌ₂・１０Ｈ₂Ｏが強度発現成分として大きく寄与すると考えられる。これらのフリーデル氏塩は、密度（真比重）が２．１〜２．２ｇ／ｃｍ³程度であり、風化した花崗岩の粉末中に含まれる密度（真比重）が２．６〜２．８ｇ／ｃｍ³程度の石英や長石に比べて小さく、嵩高い物質であることから、表層における粒子間を埋めることによる強度向上の効果が期待される。
【００２２】
発明者らの知見によれば、フリーデル氏塩は、ＮａＣｌ又はＣａＣｌ₂の水溶液（電解液）により、以下のように生成される。まず、ＡＦｍ（セメント鉱物の１種であり、alminate ferrite monoの略）構造の［Ｃａ₂Ａｌ（ＯＨ）₆・２Ｈ₂Ｏ］⁺の相間に水溶液中のＣｌ^-が吸着し、Ｃｌ^-の存在がバインディングの役割を果たす。そして、ＡＦｍ構造の［Ｃａ₂Ａｌ（ＯＨ）₆・２Ｈ₂Ｏ］⁺に存在するＯＨ^-とＣｌ^-とがイオン交換され、Ｃｌ^-の存在がさらにバインディングの役割を果たす。
【００２３】
また、発明者らの知見によれば、ＣａＣｌ₂を添加する方がＮａＣｌを添加するよりも、Ｃｌ^-のバインディングの効果が大きい。また、ＣａＣｌ²は水に対する溶解度が大きく、溶解したＣａ²⁺はＣａ（ＯＨ）₂の析出を起こし、残されたＣｌ^-がＡＦｍ構造の［Ｃａ₂Ａｌ（ＯＨ）₆・２Ｈ₂Ｏ］⁺の相間に吸着又はイオン交換して容易にバインダとなり得る。さらに、ＣａＣｌ₂を添加すれば、Ｃａ²⁺がＣａ（ＯＨ）₂を析出する際にＯＨ^-を消費するため、系全体のｐＨを下げる。また、ＣＳＨ系の化合物（ゲル）が共存する場合、チャージバランスをとるためにＣａ²⁺やＮａ⁺がＣＳＨ中に取り込まれる。
【００２４】
他方、発明者らの試験結果によれば、本発明に係る土系舗装用プレミックスチャによって構成される表層は、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ₂）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ₂）等の塩化物の不添加により炭酸水和物を含む。また、塩化物とともにＡｌ（ＯＨ）₃が添加されている場合、炭酸水和物も生成する傾向がある。このため、調合物にはＡｌ（ＯＨ）₃が混合されていることも好ましい。
【００２５】
発明者らの試験結果によれば、炭酸水和物は３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＣＯ₃・１１Ｈ₂Ｏである。
【００２６】
また、セメントやスラグを強化剤として採用する場合にはＣＡＳＨ系水和物が固化後の強度を上げ、耐摩耗性が向上するとともに、成形後の歩行できない期間である養生期間を短縮することができる。これらは土系舗装の自然さを損なわないように最小限量だけ添加され得る。特に、スラグを強化剤として採用する場合には、水和物の生成が促進され、Ｌａｕｍｏｎｔｉｔｅが形成されることから、好ましい。Ｌａｕｍｏｎｔｉｔｅは、理想的にはＣａ₄Ａｌ₈Ｓｉ₁₆Ｏ₄₈・１６Ｈ₂Ｏの化学組成を持つゼオライト鉱物の一種であり、天然産は濁沸石と呼ばれている。スラグを添加した調合物で形成された表層は、生成が促進された水和物に加えてＬａｕｍｏｎｔｉｔｅの生成による強固な結合に由来する耐摩耗性・耐久性に優れた特性を有する。
【００２７】
また、添加剤には、固化後の硬度を上げる硬化剤も含まれ得る。これにより、耐摩耗性が向上するとともに、成形後の養生期間を短縮することができる。硬化剤としては、ＥＶＡ（エチルビニルアルコール）、アクリルシリコン、水ガラス等を採用することができる。さらに、添加剤として顔料や粘度を添加することも可能である。
【００２８】
表層は所望の強度を発揮すべく骨材を含むことができる。こうして、調合物に骨材を含める場合には、骨材も含めて高い充填率で充填することが好ましい。骨材としては、砂、小石、ガラス繊維等を採用し得る他、コンクリートがら、陶磁器がら、カレット等の無機廃棄物を採用することができる。本発明に係る土系舗装を風化した花崗岩の粉末によって構成する場合、その花崗岩の粉末の粒度分布を把握することが好ましい。発明者らが確認した試験によれば、粒度分布と充填率との関係は、締固め曲線、最大乾燥密度及び最適含水比により規定可能である。また、風化した花崗岩の粉末の最大粒径が表層に作用する荷重方向の寸法に対して１／５程度であることが表層の強度確保の点で好ましい。
【００２９】
したがって、本発明の土系舗装用プレミックスチャによれば、高い耐久性を発揮しつつ、歩行者が疲れにくい品質の安定した土系舗装を製造することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００３１】
（実施形態）
[調合工程]
まず、工場内において、消石灰と、添加剤として水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）₃）、普通ポルトランドセメント、フライアッシュ（石灰灰）、高炉水砕スラグ及び硫酸アルミニウム１４−１８水（Ａｌ₂（ＳＯ₄）₃１４−１８Ｈ₂Ｏ）の各強化剤とを用意する。表１に示す調合割合（質量比）で消石灰と各強化剤とを予め混合し、土系舗装用プレミックスチャとする。この際、土系舗装用プレミックスチャは、工場内で生産され、安定した品質を有している。
【００３２】
【表１】

【００３３】
［施工工程］
そして、図１に示すように、土系舗装を施工せんとする現場を１５ｃｍ程掘削し、路床１を得る。これにより、南木曾産出の風化した花崗岩の粉末（以下、南木曾砂婆土という。）が用意される。この南木曾砂婆土は、Ａｌ₂Ｏ₃が１３．１質量％、Ｆｅ₂Ｏ₃が２．０質量％、ＣａＯが０．９質量％、ＭｇＯが０．２質量％、Ｋ₂Ｏが４．５質量％、Ｎａ₂Ｏが２．４質量％、ＴｉＯ₂が０．２質量％、Ｉｇｌｏｓｓが１．４質量％、ＳｉＯ₂が７５．３質量％の組成を有している。
【００３４】
この路床１上にＣ−４０の砕石等を敷き詰め、下層２を施工する。そして、以下のように、下層２の上方に表層３を施工する。
【００３５】
まず、現場において、調合工程で混合した土系舗装用プレミックスチャを南木曾砂婆土に添加する。これらを反応液としての水又は塩化カルシウム水溶液とともに表１の調合割合で混合し、混練して混練物１〜８を得る。この際、各土系舗装用プレミックスチャは、南木曾砂婆土に比して極めて少量の消石灰と添加剤とが少なくとも予め混合されているため、現場において、その土系舗装用プレミックスチャをその南木曾砂婆土と混合するとしても、その土系舗装用プレミックスチャの消石灰及び添加剤はその南木曾砂婆土中に好適に分散し、消石灰や添加剤が混練物中で偏析し難い。
【００３６】
そして、各混練物１〜８を下層２の上方に敷き詰め、成形圧力３０ＭＰａで転圧し、舗装形状の成形体とする。
【００３７】
この後、７日間、温度２５°Ｃ、湿度８０％の条件下で成形体を養生により固化させ、表層３を施工する。こうして、現場に土系舗装を施工する。混練物１〜８を固化することによって成形される表層２の強度等は均一であり、品質が安定していた。また、安定した品質のプレミックスチャを使用しているため、土系舗装の施工性が向上している。
【００３８】
［評価］
得られた土系舗装から１６０×４０×４０ｍｍ³の試験片を取り出し、曲げ強度（ＭＰａ）及び圧縮強度（ＭＰａ）の測定を行った。結果を表２に示す。なお、曲げ強度の測定は、材料試験機（Ａ＆ＤＴＥＮＳＩＬＯＮＲＴＭ−５００）を使用し、支点間隔１２０ｍｍ、クロスヘッドスピード０．５ｍｍ／分で３点曲げにて行った。圧縮強度の測定は、電子式万能試験機（ＣＡＴＹＹＯＮＥＫＵＲＡ）を用い、曲げ強度試験後の一の固化体を使用し、クロスヘッドスピード０．５ｍｍ／分で行った。
【００３９】
【表２】

【００４０】
表２より、各混練物１〜８では常温下で固化が進行し、従来のアスファルト等からなるものほど高くなく、自然の土だけからなるものほど低くない曲げ強度及び圧縮強度を有して表層３とされていることがわかる。このため、各混練物１〜８により得られる土系舗装の上を主に人が歩く場合、その歩行者は疲れにくい。また、路面の変形はさほど大きくなく、優れた耐久性を発揮する。
【００４１】
なお、各土系舗装の曲げ強度及び圧縮強度は、混練物１によるよりも混練物３による方が優れ、混練物２によるよりも混練物４〜８による方が優れている。これは混練物４〜８が普通ポルトランドセメント等のＣＳＨの生成を促進できる強化剤を含むからである。
【００４２】
また、各土系舗装では、表層３が多孔質をなして固化しており、透水性を発揮する。そして、下層２は、路面からの押圧力により表層３が変形したり、破壊したりすることを防止するとともに、その透水性により、上層３より浸透した水を路床１内に浸透させ、路面の水溜りや凍上破壊を防止する。
【００４３】
さらに、各混練物６〜８に係る表層３の各鉱物組成（強度（ｃｐｓ））を図２〜４に示す。図２及び図４より、混練物６、８に係る表層３ではＬａｕｍｏｎｔｉｔｅが形成されていることが判った。特に、図２より、混練物６に係る表層３では３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＣｌ₂・１０Ｈ₂Ｏのフリーデル氏塩が形成されていることが判った。さらに、図３より、混練物７に係る表層３では、硫酸カルシウムアルミニウム水和物が形成されていることが判った。これらＬａｕｍｏｎｔｉｔｅ、フリーデル氏塩又は硫酸カルシウムアルミニウム水和物によって各土系舗装の曲げ強度及び圧縮強度が強化されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る土系舗装の模式断面図である。
【図２】実施形態の混練物６に係る土系舗装の鉱物組成を示すグラフである。
【図３】実施形態の混練物７に係る土系舗装の鉱物組成を示すグラフである。
【図４】実施形態の混練物８に係る土系舗装の鉱物組成を示すグラフである。
【符号の説明】
１…路床
２…下層
３…表層

Claims

土と混合され、路床上に施工されて、路面を仕上げる土系の表層を構成する土系舗装用プレミックスチャであって、
消石灰と、固化後の強度を上げる強化剤を含む粉末状の添加剤とが少なくとも予め混合されてなり、該強化剤は、塩化物、水酸化アルミニウム及びスラグの少なくとも１種を含むことを特徴とする土系舗装用プレミックスチャ。
土は、Ａｌ₂Ｏ₃が７〜１７質量％、アルカリ金属酸化物又は／及びアルカリ土類金属酸化物が２〜１０質量％、灼熱減量が１〜６質量％、ＳｉＯ₂が実質残部の組成を有する風化した花崗岩の粉末であることを特徴とする請求項１記載の土系舗装用プレミックスチャ。