JP4064319B2 - 植生緑化基盤材の製造方法 - Google Patents

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Description

この発明は、建物、河川、道路、公園、ダム等の土木建造物において、その外面、例えば、建物の外壁面、屋上及び屋根等、擁壁等の法面等、高速道路の防護壁等、河川の護岸等を緑化するのに好適な植生緑化基盤材の製造方法に関する。
これまで、石炭火力発電所から排出されるフライアッシュやクリンカーアッシュを原料とし、これに水硬性セメントと粘土質原料又はガラス粉とを配合して混合し、平板状等の所定の形状に成形して乾燥し、次いで１０００〜１２００℃で焼成して多孔質焼結体からなる植生緑化基盤材を製造することが提案されている。
例えば、特許第2,756,934号公報には、石炭灰フライアッシュとクリンカーアッシュとを両者の合計で５０〜８５重量%、木節粘土等の粘土質原料と高炉セメント等の水硬性セメントとを両者の合計で１５〜３０重量%（但し、水硬性セメントは粘土質原料１重量部に対して、０．３〜０．５重量部の範囲の量で調合する）及び高炉水滓スラグ等の焼結調整材料０〜２０重量%からなる原料組成物を成形し、乾燥した後、焼成過程においてCaOを含むアルカリ性水蒸気による水熱反応過程を経て１０００〜１２００℃の温度で焼成することにより、保水性と透水性を有して舗道ブロックや植生基板材として有用な多孔質焼結体を製造する方法が提案されている。
しかしながら、この方法においては、骨材として粒径０．５mm以下のフライアッシュと粒径０．５〜１mmのクリンカーアッシュとの混合物が用いられているので、保水性や透水性には優れているものの、骨材粒子間に形成される孔隙が小さく、根の細い極めて小型の植物は生育するものの、例えばベンケイソウ科セダム属植物等の比較的大型の植物は生育できないという問題がある。
また、特許第3,158,086号公報には、粒度１．５mm〜１０．０mmの範囲にあるクリンカーアッシュ骨材を重量比で４５%〜８０%、ソーダ石灰ガラスと水硬性セメントよりなる多孔質結晶化ガラス成分を重量比で２０%〜５５%からなり、さらに、これらの配合材の配合量に対して成形用水分を重量比で１０%〜２５%の範囲で加えて混合し、造粒した組成物を、２０分〜６０分の養生反応過程を経て振動成形機型枠内に充填し、成形面圧力５kg/cm2〜３０kg/cm2の範囲で平板状、或いはブロック状に成形し、該成形体を養生硬化し乾燥した後に１０００℃〜１２００℃の温度範囲で焼成することにより、保水性と透水性を有して透水・保水材料、ろ過材料、浄化材料、吸音材料、植生用材料等として有用な連続気泡の孔隙を有する粗粒子焼結体を製造する方法が提案されている。
しかしながら、この方法においては、骨材粒子間に１００μm（0.1mm）〜５０００μm（5mm）の孔隙を有する粗粒子焼結体が得られるが、この方法の場合においても、上述したベンケイソウ科セダム属植物等の比較的大型の植物は生育し難いという問題がある。
更に、特開2002-335,747号公報には、０．１〜１００μmの多数の細孔を有するクリンカーアッシュ等の無機材料を造粒して粒径５〜１５mmの造粒骨材（粗粒骨材）を調製し、この粗粒骨材にソーダ石灰ガラス及び水硬性セメントよりなる多孔質結晶化ガラス（バインダー）を造粒骨材が６０〜９５重量%で多孔質結晶化ガラスが５〜４０重量%となるように配合し、これら配合物１００重量部に対して１０〜２５重量部の成形用水分を添加して混合し、得られた造粒骨材混合物を型枠内に投入し、成形面圧力５kg/cm2以下で振動成形を行い、得られた成形物を養生した後、１０００〜１２００℃で焼成する緑化用植生基盤材の製造方法が提案されている。
しかしながら、この方法においては、骨材粒子間に０．４〜１０mmの孔隙が形成され、ベンケイソウ科セダム属植物等の比較的大型の植物の生育が可能ではあるものの、骨材としてクリンカーアッシュ等の無機材料を造粒して得られた造粒骨材を用いるため、造粒工程が余分に必要になり、それだけ製品コストが嵩むという問題があるほか、機械的強度が不足し、実際の使用に際して機械的強度に優れた細粒部と併用する必要があり、この点でも製品コストが嵩むという問題がある。
特許第2,756,934号公報 特許第3,158,086号公報 特開2002-335,747号公報
そこで、本発明者らは、骨材粒子間の孔隙がベンケイソウ科セダム属植物等の比較的大型の植物の生育が可能な程度に十分大きく、また、植生緑化基盤材として用いるのに十分な機械的強度を有し、しかも、造粒工程を必要とせずに工業的に安価に製造することができる植生緑化基盤材の製造方法について鋭意検討した結果、水分含有量５〜２０重量%であって粒径１〜７mmのクリンカーアッシュ、水硬性セメント及びガラス粉からなる原料混合物及び添加水の混合を攪拌羽根無しの拡散混合型ミキサーで行い、得られた混合物を振動成形により成形することにより、微生物の繁殖に適した０．１〜１００μmの多数の細孔を有するクリンカーアッシュの特性を損なうことなく、上記の目的を達成できることを見出し、本発明を完成した。
従って、本発明の目的は、骨材粒子間の孔隙がベンケイソウ科セダム属植物等の比較的大型の植物の生育が可能な程度に十分大きく、また、植生緑化基盤材として用いるのに十分な機械的強度を有する植生緑化基盤材を、造粒工程を必要とすることなく工業的に安価に製造することができる植生緑化基盤材の製造方法を提供することにある。
すなわち、本発明は、水分含有量５〜２０重量%であって粒径１〜７mmのクリンカーアッシュ４０〜７０重量%、水硬性セメント１５〜２５重量%及び粒径５mm以下のガラス粉１５〜２５重量%からなる原料混合物に添加水を添加してクリンカーアッシュ含有水分を含む水分含有量を１０〜２０重量%に調整し、混合して成形し、乾燥した後、１０００〜１２００℃で焼成して植生緑化基盤材を製造するに際し、原料混合物及び添加水の混合は、添加水を添加することなく原料混合物を予備混合し、次いで添加水を添加して混合すると共に、これら原料混合物及び添加水の混合を攪拌羽根無しの拡散混合型ミキサーで行い、得られた混合物を０．０１〜０．２kg/cm 2 の面圧付与下に振動成形により成形し、次いで得られた成形物を養生した後、乾燥して焼成する、植生緑化基盤材の製造方法である。
本発明方法において、原料混合物として用いるクリンカーアッシュは、その保管状況によっても異なるが、通常その水分含有量が５〜２０重量%であり、篩い分けして粒径の大きなものと小さなものとをカットして粒径１〜７mm、好ましくは３〜５mmのものが用いられる。この粒径が１mmより小さいと気孔率が低下し、反対に、７mmより大きくなると機械的強度が低下する。
また、このクリンカーアッシュに原料混合物として配合する水硬性セメントについては、例えば高炉セメント、ポルトランドセメント、フライアッシュセメント、アルミナセメント、ホワイトセメント等を挙げることができ、これらはその１種のみを単独で用いることができるほか、２種以上を混合して用いてもよい。この水硬性セメントについては、経済性やリサイクル性等の観点から、好ましくは高炉セメントである。
更に、上記クリンカーアッシュ及び水硬性セメントと共に原料混合物として配合されるガラス粉は、焼成時に溶融し、上記水硬性セメントと相俟って骨材（クリンカーアッシュ）の粒子間に孔隙を形成しつつこれら骨材粒子間を部分的に結合するものであり、具体的には、板ガラス、ビンガラス等の屑ガラス（ソーダ石灰ガラス）を粉砕して形成された５mm以下、好ましくは２mm以下、より好ましくは０．６mm以下のものが用いられる。
本発明においては、上記のクリンカーアッシュ、水硬性セメント及びガラス粉をクリンカーアッシュ４０〜７０重量%、好ましくは５５〜６５重量%、水硬性セメント１５〜２５重量%、好ましくは２０重量%前後、及びガラス粉１５〜２５重量%、好ましくは２０重量%前後の割合で配合して原料混合物とする。クリンカーアッシュについてはその配合割合が４０重量%より低いと気孔率が低下して比重が上がり、反対に、７０重量%より高くなると機械的強度が低下し、また、水硬性セメントについてはその配合割合が１５重量%より低いと養生して乾燥したのちの強度が低くて保形性がなく取扱いが困難になり、反対に、２５重量%より高くなると気孔率が低下して比重が上がり、更に、ガラス粉についてはその配合割合が１５重量%より低いと機械的強度が低下し、反対に、２５重量%より高くなると気孔率が低下して比重が上がるという問題が生じる。なお、この原料混合物中には、本発明の趣旨を損なわない範囲で、必要により顔料、フライアッシュ等の第三成分を配合してもよい。
このようにして得られた原料混合物については、次に、添加水を添加してクリンカーアッシュ含有水分を含む水分含有量を１０〜２０重量%に調整し、混合して、所定の形状に成形されるが、この際に、原料混合物及び添加水の混合を攪拌羽根無しの拡散混合型ミキサーで行い、また、得られた混合物を振動成形により成形する。
ここで、原料混合物及び添加水の混合を行うための攪拌羽根無しの拡散混合型ミキサーは、具体的には、搖動盤上に可撓自在のゴムボールを取り付け、このゴムボール内に原料混合物及び添加水を装入し、加速してランダム方向に搖動させながら混合を行うミキサーであり、千代田技研工業株式会社製のOmniMixer（オムニミキサー）がある。
この拡散混合型ミキサーでの原料混合物及び添加水の混合に際しては、最初に添加水を添加することなく原料混合物を予備混合し、次いで添加水を添加して混合する必要があり、好ましくは、添加水を添加することなく行う原料混合物の予備混合を１５０rpm以下、好ましくは８０〜１００のrpmの低速で１０〜６０秒、好ましくは２０〜４０秒行い、また、添加水を添加して行う予備混合後の混合を２００rpm以上、好ましくは２２０〜２４０rpmの高速で３０秒〜５分、好ましくは１〜３分行うのがよい。
拡散混合型ミキサーで行う原料混合物及び添加水の混合を上記の添加水を添加することなく行う予備混合とこの予備混合の後に添加水を添加して行う混合とに分けて行うことにより、クリンカーアッシュの粒子表面に水硬性セメント及びガラス粉の混合物を均一に付着せしめ、また、このクリンカーアッシュの粒子表面に付着した水硬性セメント及びガラス粉に添加水を均一に行き渡らせることができ、部分的に強度の弱いところが無くて均一な品質の製品を製造することができる。また、その際に、予備混合を１５０rpm以下の低速で行うことにより水硬性セメントやガラス粉の飛散を防止でき、また、添加水を添加して行う予備混合後の混合を２００rpm以上の高速で行うことにより比較的少量の添加水を混合物全体に均一に分散せしめることができるほか、混合時間を短縮することができる。
このようにして得られた原料混合物及び添加水の混合物については、次に振動成形により所定の形状、例えば縦２００〜２５０mm×横２００〜５００mm×厚さ２０〜１００mmの平板形状や、表面に凹凸模様のある平板形状等の種々の形状に成形する。この混合物の振動成形は、通常、振動数２０００〜６０００rpm及び振幅０．２〜１．２mm、好ましくは振動数３０００〜５０００rpm及び振幅０．３〜０．７mmの条件下に、０．０１〜０．２kg/cm2、好ましくは０．０２〜０．０５kg/cm2の面圧を付与しながら行われる。成形条件については振動数・振幅が高すぎるとクリンカーアッシュが破損あるいは破壊する虞があり、反対に、振動数・振幅が低すぎると締め固まらない場合があり、また、振動成形時に加える面圧については０．０１kg/cm2より低いと形状の形成や保持ができなくなり、反対に、０．２kg/cm2より高いとクリンカーアッシュが破損あるいは破壊が発生する。
次に、混合物を成形して得られた成形物については水硬性セメントの水和反応が進んで硬化するまで養生するが、この際の成形物の養生は、好ましくは成形物の曲げ強度が８kg/cm2以上、より好ましくは１０kg/cm2程度になるまで行うのがよく、養生後の成形物の曲げ強度が８kg/cm2より低いと焼成時に破損し易くてその取扱いが困難になる。
この成形物の養生は、混合物の成形後、当該成形物を１〜４日間、好ましくは１〜２日間放置する自然養生であっても、また、３０〜８０℃、好ましくは５０℃前後で３〜４時間、好ましくは３〜４時間行う蒸気養生であってもよく、更には、これら自然養生と蒸気養生とを組み合わせて行ってもよい。
上記の養生が終了して所定の曲げ強度に達した成形物は、次に焼成され、製品の植生緑化基盤材とされる。この成形物の焼成は、焼成温度１０００〜１２００℃、好ましくは１１００〜１２００℃、及び、焼成時間１．５〜３０時間、好ましくは２〜４時間の条件で行われ、また、焼成装置については、上記焼成条件の焼成温度１０００〜１２００℃及び焼成時間１．５〜３０時間を満たすことができる装置であればどのような装置であつてもよく、例えばシャトルキルン等の装置を用いて行うバッチ式であつても、また、例えばローラーハースキルンを用いて行う連続式であつてもよい。焼成温度が１０００℃より低いと未焼結部分が生じて基盤材の強度が低下し、また、１２００℃より高いと成形物全体が溶融して製品形状を維持できなくなる。
本発明の方法によって得られる植生緑化基盤材は、通常、嵩比重１．０〜１．２、曲げ強度（JIS A 5411準拠、気乾状態）１N/mm2前後、吸水率（JIS A 5209準拠、体積換算）２０〜３０vol%、及び透水性（インターロッキングブロック協会法）０．３×１０-2〜１０cm/Sを有し、ベンケイソウ科セダム属植物等の比較的大型の植物が十分に生育可能である。
本発明の製造方法によれば、骨材粒子間の孔隙がベンケイソウ科セダム属植物等の比較的大型の植物の生育が可能な程度に十分大きく、また、植生緑化基盤材として用いるのに十分な機械的強度を有する植生緑化基盤材を、造粒工程を必要とすることなく工業的に安価に製造することができる。
以下、実施例及び比較例に基づいて、本発明の好適な実施の形態を具体的に説明する。
〔実施例１〜１２〕
篩い分けして粒径３mm未満と５mm超えをカットした粒径３〜５mmのクリンカーアッシュ（水分含有量10wt%前後）と、高炉セメントＢ種と、屑ガラス（三和化学社製）を粉砕して製造され、篩い分けして０．６mm超えをカットした粒径０．６mm以下のガラス粉とを表１に示す割合で配合し、原料混合物とした。
この原料混合物を表１に示す割合で拡散混合型ミキサー（千代田技研工業社製OmniMixer）に装入し、先ず、添加水を添加することなく表１に示す条件で予備混合した後、クリンカーアッシュ中の水分も含めて水分含有量が表１に示す割合になるように添加水を添加し、次いで表１に示す条件で混合した。
次に、得られた混合物を振動成形機（千代田技研工業社製）の金型内に充填し、振動数４０００、振幅０．５mm及び面圧０．０３kg/cm2の条件下に振動成形し、縦２５０mm×横４００mm×厚さ５０mmの平板形状に成形した。
得られた成形物をその敷板と共に金型から取り出し、４日間放置して自然養生により養生した。成形物の養生は曲げ強度が１０kg/cm2程度になるのを目安にして行った。
次に、上で得られた養生成形物を、ローラーハースキルンを用いて焼成温度１１００〜１２００℃、焼成時間（焼成温度の保持時間）５〜３０分、焼成速度２００〜２５０mm/分、及び昇降温速度２〜１０℃/分の条件で焼成し、各実施例１〜１２の植生緑化基盤材を得た。
得られた各実施例１〜１２の植生緑化基盤材について、その嵩比重、曲げ強度（JIS A 5411準拠、気乾状態）、吸水率（JIS A 5209準拠、体積換算）、及び透水性（インターロッキングブロック協会法）を測定した。
また、各実施例１〜１２の植生緑化基盤材に、初期の活着を促すために土壌を約１０〜３０mmの厚さに敷き均し、この土壌にベンケイソウ科セダム属植物のメキシコマンネングサの切り苗（10〜50mm）を手植えにより植え付け、屋外の日照りの良好な場所で生育させ、１年経過した時点でその活着・生育の状態を調べ、◎：僅かに形態の変化が認められるが生育が良好、○：やや生育が低下するが鑑賞に耐えられる、×：枯死の３段階で評価した。
測定された各実施例１〜１２の植生緑化基盤材の物性とメキシコマンネングサの活着・生育の評価結果を表１に示す。
Figure 0004064319
〔比較例１〕
実施例６と同じ組成を有する原料混合物を用い、予備混合を行うことなく、攪拌羽付ミキサー（アイリッヒ社製のアイリッヒミキサー）を用いて原料混合物に添加水を混合した以外は、実施例６と同様にして比較例１の植生緑化基盤材を得た。
得られた比較例１の植生緑化基盤材について、上記各実施例の場合と同様にその物性を測定すると共に、メキシコマンネングサの活着・生育の評価をした。
結果を表２に示す。
〔比較例２〕
実施例６と同じ組成を有する原料混合物を用い、プレス成形機（後藤鉄工所社製５０tプレス）を用いて成形した以外は、実施例６と同様にして比較例２の植生緑化基盤材を得た。
得られた比較例２の植生緑化基盤材について、上記各実施例の場合と同様にその物性を測定すると共に、メキシコマンネングサの活着・生育の評価をした。
結果を表２に示す。
〔比較例３〜６〕
上記実施例６で用いたと同じクリンカーアッシュ、高炉セメント、及びガラス粉を用い、原料混合物を表２に示す配合割合に調整した以外は、実施例６と同様にして比較例２の植生緑化基盤材を得た。
得られた比較例２の植生緑化基盤材について、上記各実施例の場合と同様にその物性を測定すると共に、メキシコマンネングサの活着・生育の評価をした。
結果を表２に示す。
Figure 0004064319
本発明の方法によれば、骨材粒子間の孔隙がベンケイソウ科セダム属植物等の比較的大型の植物の生育が可能な程度に十分大きく、また、植生緑化基盤材として用いるのに十分な機械的強度を有する植生緑化基盤材を、工業的に安価に製造することができ、建物、河川、道路、公園、ダム等の土木建造物においてその種々の外面の緑化に寄与するだけでなく、近年問題となっているヒートアイランド現象の防止あるいは抑制に寄与するものである。

Claims (5)

  1. 水分含有量５〜２０重量%であって粒径１〜７mmのクリンカーアッシュ４０〜７０重量%、水硬性セメント１５〜２５重量%及び粒径５mm以下のガラス粉１５〜２５重量%からなる原料混合物に添加水を添加してクリンカーアッシュ含有水分を含む水分含有量を１０〜２０重量%に調整し、混合して成形し、乾燥した後、１０００〜１２００℃で焼成して植生緑化基盤材を製造するに際し、原料混合物及び添加水の混合は、添加水を添加することなく原料混合物を予備混合し、次いで添加水を添加して混合すると共に、これら原料混合物及び添加水の混合を攪拌羽根無しの拡散混合型ミキサーで行い、得られた混合物を０．０１〜０．２kg/cm 2 の面圧付与下に振動成形により成形し、次いで得られた成形物を養生した後、乾燥して焼成することを特徴とする植生緑化基盤材の製造方法。
  2. 原料混合物の予備混合は１５０rpm以下の低速で行い、また、上記予備混合後の混合は２００rpm以上の高速で行う請求項１に記載の植生緑化基盤材の製造方法。
  3. 予備混合の操作条件が、回転速度８０〜１００rpm及び混合時間１０〜６０秒である請求項１又は２に記載の植生緑化基盤材の製造方法。
  4. 成形物の養生は、成形物の曲げ強度が８kg/cm2以上になるまで行う請求項１〜３のいずれかに記載の植生緑化基盤材の製造方法。
  5. 成形物の焼成は、焼成温度１１００〜１２００℃及び１．５〜３０時間の焼成条件で行う請求項１〜４のいずれかに記載の植生緑化基盤材の製造方法。
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