JP2005127070A - 透水性簡易舗装材料およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 骨材を残留させることなく略完全な原状復帰が可能であり、しかも、１回の散水作業によって硬化させることができる透水性簡易舗装材料およびその製造方法を提供する。
【解決手段】 少なくとも乾燥工程（Ｓ１）と粉体化工程（Ｓ２）と混合工程（Ｓ５）とを経て、必要に応じて造粒工程（Ｓ３）と加熱乾燥工程（Ｓ４）を介在させ、浄水場発生土を乾燥して粉体化、造粒し、これに加水硬化材料として７０〜２００重量％の硫酸カルシウム１／２水和物を加えて混合し、透水性簡易舗装材料とする。施工地盤に敷設した透水性簡易舗装材料に散水すると、水との親和性に優れる粉体または多孔質粒状体に形成された浄水場発生土が多量の水を吸収保水し、硫酸カルシウム１／２水和物は、浄水場発生土に保水された水分を吸収しながら所定の反応時間を要して水和反応によって硬化する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、浄水場発生土と加水硬化材料を原料としてなる透水性簡易舗装材料に関する。

浄水場発生土は、河川等から取水した自然水を生活水レベルに浄化する施設である浄水場における濾過過程で人工的に生じる不要廃土である。この浄水場発生土には、その発生機序に起因する幾つかの特徴がみられる。第１に、浄水場発生土は、粒径が極め微細であって組成が均質であるという特徴を有している。これは、取水された河川水が濾過工程に至るまでの間には、粗大狭雑物の除去を含む数工程の前処理を経るからである。第２に、乾燥させた浄水場発生土は、同等の粒径を有する湖沼等の堆積土や粘土に比べて極めて吸水性に富むという特徴を有する。これは、浄水場において機械的処理および薬品処理を受けることによって、浄水場発生土の構成粒子の表面が洗い曝された状態となり、水濡れ性が高まっているからであると考えられる。

しかし、浄水場発生土は、極めて均質で安定に供給されるものでありながらも、粒径の極端な微細さゆえに、従来有効な活用用途が開発されていない現状にある。また、海洋に廃棄すれば海洋を汚濁し、海洋生物に被害を与える。焼却処理もできない。ただ、浄水場発生土の一部が、セメント工場に受け入れられ、セメントの製造に必要な粘土の一部として、また、運動場等の敷き土として利用されているに過ぎない。したがって、その大部分は、産業廃棄物としての処理負担の対象となっている。

このように浄水場発生土が活用され難いのは、その構成粒子の粒径が極端に小さいこと等に起因するものであることから、その性質を除去し、または、逆に助長すれば、新たな用途を策定し得る可能性がある。そこで、浄水場発生土の性質を検討すると、第１に、浄水場発生土は、本来土壌を組成する土であるから、最終的に土に還したい用途または土に還っても支障ない用途に適する。第２に、浄水場発生土は、構成粒子の粒径が小さいことによりバインダを用いることなくそのまま造粒加工することが可能であり、これを乾燥することにより多孔質化することもできる。第３に、浄水場発生土は、その吸水性に富むことにより固まった状態でも優れた透水性を発揮する。

浄水場発生土についての上記考察から、浄水場発生土は、一定の加工を加えることによって、最終的に土に還したい用途または土に還っても支障ない用途の簡易舗装材料に適用可能であるとの結論を得た。ここで、簡易舗装とは、通常、工事後の法面の表土押え、道路の路肩部分や中央分離帯の雑草繁茂の抑制、農耕道や遊歩道の舗装等、恒久的なコンクリート舗装やアスファルト舗装してしまうと却って都合が悪い箇所に施工され、または、自然の生態系に悪影響を与えるのを防止するために施工される原状復帰が容易な舗装をいう。なお、浄水場発生土の新たな用途策定には、以下の文献を参考とした。

特開昭３８−２３７８３号公報 特開平９−７４９２５号公報 特開平１１−３５３６４号公報 特許第３３３８０１６号公報 特開２００２−２２０２７３号公報

特許文献１には、「弗化水素製造の際副生する無水硫酸カルシウムより加水硬化性組成物を製造する方法」が開示されている。本発明に関連する開示技術の主たる内容は、弗化水素製造の際副生する無水硫酸カルシウムの有効活用を目的として、石膏ボード、石膏プラスター、セメント配合用石膏等の用途に適用することができる加水硬化性組成物を得ることである。換言すれば、無水硫酸カルシウムを加水硬化性を示す半水硫酸カルシウムに変化させる技術に係り、骨材等は使用されない。

特許文献２には、「土壌被覆方法および土壌被覆材料」が開示されている。本発明に関連する開示技術の内容は、市街地の緑化工事等において植林した樹木が繁茂する雑草に負けないように、その根を中心とする一定範囲の表土を被覆するのに使用する土壌被覆材に係り、具体的には、砂、骨材または掘削土のいずれかにセメントを混ぜたものを樹木の根を取り囲むように敷き均した上、水を散布して硬化させる内容である。一見簡単に施工できるように思われるが、実際には、散布する水加減が難しい技術である。予め練り合わせてない骨材とセメントとの混合物に水を加えると、セメントが周囲に流出し、骨材が残る結果となり易いからである。また、加える水が少ないと下層部にまで水が浸透しないこととなる。枠を使用することもできるとしているが、根本的対策とはし難い。殊に、傾斜地や法面で実施することはできない。さらに、施工の結果製造されるコンクリート類似固形物は、廃棄処理が困難であると考えられる。

特許文献３には、「へどろを原料とした建築材料の製造方法」が開示されている。本発明に関連する開示内容の要旨は、湖底等に堆積するへどろを乾燥させて微粉化し、これにカルシウム含有材とセメントと減水剤とを加えて混練し、これを型枠に充填して任意形状の建築材料に成形する内容である。一般に、湖底等から採取されるへどろには、様々な狭雑物が混在している。したがって、同文献にも指摘があるようにへどろの篩い分け作業が必要であり、篩い分けを経て篩の目より小さいことが保障されたとしても、篩を通過したへどろ成分の粒子のサイズは均等には揃わない。また、同一場所にへどろが堆積するには一定の期間を要し、均質なへどろを安定に取得できないという問題がある。

特許文献４には、「道路の緑地帯に雑草が生えるのを防止する表面処理方法」が開示されている。本発明に関連する開示技術は、表面処理方法に使用する材料である。ここで説明されている材料は、貝殻を破砕してなる貝殻粉粒体にセメントを含む硬化剤を混ぜたものである。つまり、貝殻粉粒体は、骨材として使用されている。硬化剤としては、相対的に粒子が細かい貝殻の粉末とセメントとの混合物、青石粉粒体とセメントとの混合物、まさ土とセメントとの混合物を用いることが挙げられている。骨材としての貝殻に吸水性、保水性がない点、最終的に土に還すとすれば、貝殻およびセメントを含む点が難点といえる。貝殻は、化学組成にかかわらず長年月土中にそのまま残留することが知られている。

特許文献５には、「セッコウ系構造材料、セッコウ系構造材料の製造方法、およびセッコウ系構造材料を用いた構造物の施工方法」が開示されている。本発明に関連する部分は、セッコウ系構造材料とその製造方法に係る部分である。セッコウ系構造材料は、２０〜９５重量％の砂礫系素材と、５〜７０重量％の硫酸カルシウム１／２水和物との混合物からなり、その製造方法は、単に混ぜ合わせるのみの手段である。セッコウ系構造材料を組成する砂礫系素材は骨材として、硫酸カルシウム１／２水和物はバインダとして機能することが予想される。また、この組成物を最終的に土に還す場合、硫酸カルシウム１／２水和物は、カルシウム成分として土中に分散するが、砂礫系素材は、そのまま残留することとなる。

上記文献に示されるように、簡易舗装材料および関連する分野における同等の目的を有する組成物においては、骨材として砂礫素材を、加水硬化材料またはバインダとして硫酸カルシウム１／２水和物またはセメントを用いることが一般的である。なお、硫酸カルシウム１／２水和物には、硫酸カルシウム２水和物を所定条件下で焼成して得られる硫酸カルシウム１／２水和物が含まれる。これらの加水硬化材料は、水を吸収しながら相当の反応時間を要して徐々に硬化反応するものである。したがって、十分に硬化させるためには、所要硬化時間内に反応に必要な所定量の水を補給しなければならない。

骨材とバインダとの混合物に水を加えるには、水を加えて練り上げて施工する方法と、骨材と加水硬化材料からなるバインダとの混合物を施行現場に敷き均して、これに散水する方法とがあるが、上記文献に示されるように、簡易舗装材料等の施行にあたっては、型枠工事を省略する目的で後者の散水法が採用される。

ここで先ず問題となることは、加水硬化材料に対して一時に多量の水を与えても吸水反応に時間を要することから有効に吸収されないという問題である。したがって、施工に際しての散水作業は数度に分けて、しかも所定時間内に実施しなければならないという拘束を伴なうこととなる。次に問題となることは、骨材に砂礫を使用していることによって、施工用地の後の用途によっては、原状復帰が困難となることである。例えば、施工用地を農耕用地に転用する場合、平均粒径が２ｍｍ程度の砂利が多量に残留するならば、農耕にやや不適、５ｍｍ程度の砂利が残留すれば農耕に不適、１０ｍｍを超える礫が残留すれば、農耕器具を損傷する事態ともなる。

本発明が解決しようとするのは、従来の簡易舗装材料においては、バインダとして用いられる加水硬化材料に自然分解可能な素材を使用したとしても、原状復帰に際して骨材が残留するため土に還すことができないという問題、および簡易舗装材料を硬化させるための散水作業に手数と時間とを要するという問題である。換言すれば、一度の散水で良好に硬化させることが可能であって、原状復帰に際しては、その場で打ち砕くのみの作業で土に還すことができるとともに、良好な透水性によって施工地盤の土中環境の保全を可能とした透水性簡易舗装材料を提供することを目的とする。

本発明の透水性簡易舗装材料の製造方法は、浄水場発生土から水分を除去する乾燥工程と、乾燥工程を経た浄水場発生土を破砕して粉体とする粉体化工程と、粉体とした浄水場発生土に７０〜２００重量％の粉体状の加水硬化材料を混合する混合工程とからなることを特徴とする。

この構成において使用される浄水場発生土は、人為的管理下において生成し均質であるので、製造工程の安定化と最終製品の均質化に寄与する。浄水場発生土は、乾燥工程において固形となり、粉体化工程において構成粒子レベルに粉砕される。粉体となった浄水場発生土に対し、混合工程において７０〜２００重量％の加水硬化材料が混合され、この工程で得られた混合粉体は、水と反応して硬化する性質を付与される。

本発明の透水性簡易舗装材料の製造方法は、粉体化工程と混合工程との間に、浄水場発生土を気泡を含む粒状体に形成する造粒工程と、気泡を含む粒状体を加熱乾燥させて多孔質化する加熱乾燥工程とを介在させることができる。

この工程では、一旦粉体とされた浄水場発生土は、造粒に必要な適度の水分を付与されて造粒機に掛けられる。造粒は、粉体の順次の付着によって粒径を成長させるものであり、この結果、浄水場発生土は多量の微細気泡を取り込んだ粒状体となり、これを乾燥することによって多孔質粒状体して硬化する。そして、水を含んだ粒状体は、加熱乾燥工程において水分を蒸発させることによって多孔質化される。この結果、浄水場発生土は、所定の粒径を有する多孔質粒状体に成形される。なお、多孔質粒状体の粒径は、造粒時間の調整によって自在に設定される。

本発明の透水性簡易舗装材料の製造方法の混合工程において、浄水場発生土に混合する加水硬化材料には、硫酸カルシウム１／２水和物を用いることができる。

この結果として、製造される透水性簡易舗装材料に含まれることとなる硫酸カルシウム１／２水和物は、空気中の二酸化炭素と反応して分解するので、原状復帰が容易な透水性簡易舗装材料が得られる。

本発明の透水性簡易舗装材料の製造方法の混合工程において、浄水場発生土に混合する加水硬化材料には、硫酸カルシウム１／２水和物とセメントとの双方を用いることができる。

セメントの水和反応固形物は、硫酸カルシウム１／２水和物の水和反応固形物よりも大きな挫屈耐力および支持力を示すので、耐用期間の長い用途に適する透水性簡易舗装材料を得ることができる。

本発明の透水性簡易舗装材料は、上記のいずれか１項に記載の透水性簡易舗装材料の製造方法によって製造され、この結果、透水性簡易舗装材料に含まれることとなる浄水場発生土は、優れた吸水性を発揮するとともに、固まった状態の浄水場発生土は、透水性を有する。また、透水性簡易舗装材料に含まれることとなる加水硬化材料としての硫酸カルシウム１／２水和物は、石膏系材料であるので、固まった状態において透水性を示すとともに、自然分解可能な材料であるので、土中環境を保全しながら施工地盤の表面を被覆することができ、必要に応じて簡単に原状に復することができる。

なお、透水性簡易舗装材料に含まれる浄水場発生土が、造粒工程と加熱乾燥工程とを経て多孔質化されているときは、透水性、吸水性、保水性、通気性が一層改善される他、このことによって、透水性簡易舗装材料を施工する際の散水作業を簡略化することができる。また、加水硬化材料にセメントを含ませれば、施工後における簡易舗装の耐久性を高めることができる。

本発明の透水性簡易舗装材料の製造方法は、極めて均質な浄水場発生土を原料としていることにより製造条件を一定に設定して均質で安定な透水性簡易舗装材料を大量生産することができる。また、この製造方法によって得られる透水性簡易舗装材料は、土質である浄水場発生土と石膏質である硫酸カルシウム１／２水和物とからなり、しかも、浄水場発生土は、極めて大きな透水性を有するので、砂礫系の骨材等を含む従来の簡易舗装材料と異なり、優れた土壌復帰性、吸水性、保水性を発揮するとともに、施工に際しては、浄水場発生土の吸水性、保水性によって硫酸カルシウム１／２水和物の硬化反応に必要な分量の水分を一時に保水することができるので、１回の散水作業で十分に硬化させることができる。また、施工後の簡易舗装材料は、粉体に破砕して所定の条件下で焼成することにより、施工に際しての水和反応によって生じた硫酸カルシウム２水和物が元の硫酸カルシウム１／２水和物に復するので、簡単に再生利用することができるという顕著な利点を有する。

本発明に係る透水性簡易舗装材料の製造方法は、以下の工程に従って実施する（図１）。浄水場発生土は、粉体化可能な程度に十分に自然乾燥し、季節によっては熱風炉等の機械乾燥を併用することができる（Ｓ１）。乾燥した浄水場発生土は、乾燥によって泥塊状に固まるので、これを手作業またはクラッシャ装置等によって粗破砕し、粉砕機にかけて粉体とする（Ｓ２）。この際の粉砕は、浄水場発生土が固まる以前の粒子レベルにまで破砕する。

浄水場発生土を造粒して用いる場合、粉体とした浄水場発生土に造粒用の適度の水分を含ませ、造粒機にかける（Ｓ３）。造粒に際して生じる粒状体の粒径は、透水性簡易舗装材料として使用する目的上からは、１〜４ｍｍ程度の範囲で選択することが好ましい。ただし、特に水はけの悪い箇所に施工する場合等の必要に応じては、さらに大径に造粒することもできる。浄水場発生土は、均質であることにより安定に粒径を成長させることが可能である。

造粒工程を経て得られた浄水場発生土の粒状体を１００度程度の温度で加熱乾燥する（Ｓ４）。加熱によって粒状体に含まれていた水分が急速に飛び、粒状体は多孔質化される。ただし、粒状体は、加熱乾燥によってのみ多孔質化するのではなく、造粒工程で土質粒状体が成長する段階でその内部に取り込まれる多量のミクロボイド（微細気泡）が大きく寄与している。

造粒多孔質化した浄水場発生土に対し、その７０〜２００重量％の加水硬化材料を加え、手作業またはミキサ装置を利用して両者を混合することによって（Ｓ３）、透水性簡易舗装材料を得る。この際、浄水場発生土に加える加水硬化材料が、硫酸カルシウム１／２水和物である場合には、７０〜２００重量％の範囲で選択し、加水硬化材料としてセメントを併用する場合には、セメント５〜１５重量％の範囲で選択することが好ましい。

上記工程によって粒径４ｍｍの多孔質粒状体とした浄水場発生土に、加水硬化材料として硫酸カルシウム１／２水和物を１００重量％を配合してなる透水性簡易舗装材料を試料として型枠を用いることなく散水硬化実験を行なった。

散水直後において、供給された水が多孔質粒状体に吸収される際に、粉状の硫酸カルシウム１／２水和物を水に載せて吸着する様子が観察され、砂礫系骨材を用いる場合とは歴然と異なる態様を示す。すなわち、砂礫系骨材を使用する場合には、散水に際して、粉状の硫酸カルシウム１／２水和物が骨材から洗い流される態様となるのである。多孔質球状体が十分に水を含んだ時点で、散水を停止し１時間静置した。透水性簡易舗装材料はこの時点で十分に硬化完了しており、表面からの加圧に対し実用上十分な耐力を示した。破壊試験によっても水分不足による未硬化部分は見られず、一度の散水作業で良好な硬化反応を完了することが確認された。

粉体状の浄水場発生土に、加水硬化材料として硫酸カルシウム１／２水和物を１００重量％を配合してなる透水性簡易舗装材料を試料として型枠を用いることなく散水硬化実験を行なった。

透水性簡易舗装材料に散水された水は、散水と同時に吸収され、粉体に水を注いだときに水が粉体上を流動する現象は発生しなかった。これは、浄水場発生土が水に対して極めて大きな親和性を有するからであると考えられる。透水性簡易舗装材料が水を吸収しなくなった時点で、散水を停止し１時間静置した。上記と同様に、透水性簡易舗装材料はこの時点で十分に硬化完了しており、水分不足による未硬化部分は観察されなかった。硬化した透水性簡易舗装材料の表面は、均し作業を要することなく平滑となって仕上がり、表面側からの加圧に対し実用上十分な耐力を示した。また、乾燥後、一部を打撃破砕したところ、簡単に粉粒体化することができることが判明した。

透水性簡易舗装材料の製造方法を示すブロック工程図である。

Claims (5)

1. 浄水場発生土から水分を除去する乾燥工程と、乾燥工程を経た浄水場発生土を破砕して粉体とする粉体化工程と、粉体とした浄水場発生土に７０〜２００重量％の粉体状の加水硬化材料を混合する混合工程とからなる、
   透水性簡易舗装材料の製造方法。
2. 前記粉体化工程と混合工程との間に、浄水場発生土を気泡を含む粒状体に形成する造粒工程と、気泡を含む粒状体を加熱乾燥させて多孔質化する加熱乾燥工程とを介在させることを特徴とする、
   請求項１に記載の透水性簡易舗装材料の製造方法。
3. 前記混合工程において、浄水場発生土に混合する加水硬化材料が硫酸カルシウム１／２水和物であることを特徴とする、
   請求項１または請求項２に記載の透水性簡易舗装材料の製造方法。
4. 前記混合工程において、浄水場発生土に混合する加水硬化材料が硫酸カルシウム１／２水和物とセメントとの双方であることを特徴とする、
   請求項１または請求項２に記載の透水性簡易舗装材料の製造方法。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の透水性簡易舗装材料の製造方法によって製造される、
   透水性簡易舗装材料。

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