JP2005201037A - 土木用表面被覆材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高炉スラグを用い、しかもアルカリ刺激剤を用いないで、防草作用と適度の透水・保水機能を有する土木用表面被覆材を提供することと、併せて景観の美化と環境保全にも貢献できるようにすることを目的とする。
【解決手段】２００℃以上に加熱した高炉スラグ粒度３ｍｍ以下の４０〜９０質量部と、粒度２．５ｍｍ以下の天然骨材１０〜６０質量部からなる混合物１００質量部に対し８〜１２質量部のセメント系固化材を添加してなることを特徴とする土木用表面被覆材及びその製造方法である。セメント系固化材は六価クロム溶出抑制作用を有するものを用いることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、雑草、コケの生育を防止するとともに適度の透水性と保水性を有する高炉スラグを主成分とする舗装材と法面吹付け材等を含む土木用表面被覆材及びその製造方法に関する。

雑草の成育防止方法として、樹木の下草の成育防止方法及びその成育防止用マルチング材に関する発明が開示されている。この発明は、遮光性であって熱処理済みの土壌素子、固結剤及び空隙形成剤を主材料とし、水を加えて混練してなるマルチング材を一定厚さにわたって敷設してマルチング層を形成し、その自然乾燥によるマルチング層を所定の透水性に維持してなることを特徴とする下草の生育防止方法や、遮光性にして熱処理済みの土壌素子と、該土壌素子相互を固結する固結剤、前記土壌素子及び固結剤に水を加えて混練した混合物に一定の空隙を形成する空隙形成剤を主材料とするマルチング材である（例えば、特許文献１参照。）。
特開平５−２６０８５８号公報

しかし、この発明では土壌素子中に含まれる雑草の種子が熱処理が不完全であると土壌中に残存するおそれがあり、また熱処理が完全であっても施工後、他から飛散・運搬されてきた雑草の種子が土壌に定着して発芽・成育するおそれがあった。

また、雑草の繁殖防止材として酸化マグネシウムを含む雑草防止材が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００３−４７３８８号公報 この発明は、酸化マグネシウムと高炉スラグが水と反応して硬化するようにしてなることを特徴とする。しかし、酸化マグネシウムは酸化カルシウムのように有効な水硬性化合物を形成し難いとされ、十分な強度のある硬化体が得られるかについては疑問があった（例えば、非特許文献１参照。）。 山田順治他１名著「わかりやすいセメントとコンクリートの知識」 鹿島出版会,昭和６０年４月１０日,ｐ２５

また、防カビ剤及び防藻剤を含むコンクリートが提案されているが、防藻・防カビ剤の添加量を減少し、環境に対する影響を抑制するためにはコンクリートの緻密化をはかる必要があるが、一方では透水性・保水性が保たれなくなるという問題があった（例えば、特許文献３参照。）。
特開平９−２８５９号公報

透水性と保水性を両立させた舗装及びその施工方法として高炉スラグとアルカリ刺激剤を含有する材料を用いることを特徴とする発明が開示されている（例えば、特許文献４,特許文献５参照。）。
特開２００３−１２９４０７号公報 特開２００３−１６０９０６号公報

前記アルカリ刺激剤を使用する場合、その適当な添加量が状況によって大きく変動する場合があり、アルカリ刺激剤の添加量が不適当であるとその効果が失われるおそれがある。そこで、アルカリ刺激剤の添加量を決定するためには十分な知識と経験が要求されるという問題があった。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、アルカリ刺激剤を用いることなく確実に高炉スラグを固化させ、適当な透水性と保水性を有しながら雑草の成育を防止できる舗装材及びその製造方法に関する。
さらに、火山灰・火山砂利・シラス・焼却灰・焼成レンガ及び現地発生土砂を利用することで未利用資源の活用と廃棄物の再生利用をはかり、環境保全に貢献することを目的とするものである。

上記課題を解決するため、本発明は以下のことを最も主要な特徴とする。
（１）加熱処理した高炉スラグ，天然骨材及びセメント系固化材からなることを特徴とする土木用表面被覆材である。高炉スラグは、徐冷スラグあるいは水砕スラグのいずれでもよい。天然骨材としては、結晶質石灰石である寒水石のほか、紅，緑等各種天然色石を用いることで施工面の景観の美化をはかることができる。
（２）前記天然骨材が、火山灰，火山砂利，シラス及び現地発生土のいずれか１種以上であることを特徴とする前項１記載の土木用表面被覆材である。
未利用資源の活用及び産業廃棄物の有効利用をはかるためである。
（３）前記天然骨材の替わりに焼却灰・焼成レンガを使用してなることを特徴とする前項１又は２記載の土木用表面被覆材である。
産業廃棄物の有効利用をはかり、環境保護に貢献しようとするものである。
（４）前項１乃至３記載の土木用表面被覆材に粉塵低減剤及び繊維を添加してなることを特徴とする土木用表面被覆材である。
土木用表面被覆材を法面吹付け材として使用するとき、粉塵発生を防止するため粉塵低減剤を添加し、ひび割れ及びダレ防止のため繊維を添加することとした。
粉塵低減剤としてはセルロース誘導体が有効であり、繊維としてはナイロン，アクリル，ビニロン等の合成繊維のほか、ガラス繊維，スチール繊維等を用いることができる。
（５）前記加熱処理した高炉スラグが粒度３ｍｍ以下で、前記天然骨材が粒度２．５ｍｍ以下であることを特徴とする前項１乃至４のいずれか１項記載の土木用表面被覆材である。
適度の透水性・保水性を確保するとともに、遊歩道・ジョギングコース・広場・自転車道等の舗装において、使用者の歩行又は歩行感覚をソフトにし、併せて施工面の景観の美化に貢献するためには使用する材料の粒度を規制することが効果的であり、そこで高炉スラグは粒度３ｍｍ以下、天然骨材は粒度２．５ｍｍ以下とした。
（６）前記加熱処理した高炉スラグが２００℃以上で加熱処理されたものであることを特徴とする前項１乃至５のいずれか１項記載の土木用表面被覆材である。加熱する理由は、高炉スラグ粒子の表面が水との反応によって緻密な非晶質の水和生成物でおおわれて、水と高炉スラグとの接触を妨げるため、その後の反応速度が著しく遅くなり、見かけ上反応が行われないことになる。そこで通常は水酸化カルシウムなどのアルカリ刺激剤を入れてやると、保護膜は刺激剤と反応し、表面から取り除かれて水との反応が連続的に進行するようになる。本発明は、アルカリ刺激剤を使用する替りに、加熱処理をして保護膜を除去しようとするものである。高炉スラグ表面の保護膜に含まれる水分を完全に除去するには高炉スラグの表面温度が少なくとも２００℃以上とすることが好ましい。
（７）加熱処理した高炉スラグ４０〜９０質量部、天然骨材１０〜６０質量部からなる混合物１００質量部に対し、セメント系固化材８〜１２質量部を添加してなることを特徴とする前項１乃至６のいずれか１項記載の土木用表面被覆材である。
適度の透水性・保水性を保持するには高炉スラグを少なくとも４０質量部以上含有し、施工面の景観の美化をはかる点からは天然骨材を１０質量部以上含有する混合物を使用する必要がある。また、前記混合物に対しセメント系固化材８〜１２質量部添加することとしたのは、添加量が８質量部以下では土木用表面被覆材の強度が十分でないからであり、一方１２質量部以上としても、自転車等の軽車輌の通行に対しては必要以上の強度となるからである。
（８）前記セメント系固化材が六価クロム溶出抑制作用を有することを特徴とする前項１乃至７のいずれか１項記載の土木用表面被覆材である。
セメント製品中には、セメントクリンカー製造時は原燃料に由来するクロム（多くの場合三価クロムの形態で存在）が加熱処理により空気酸化され、微量の水溶性六価クロムが生成することがある。そこで、六価クロムの溶出を防止するために六価クロム溶出抑制作用を有するセメント系固化材を特に用いることとした。このためには、セメント系固化材中の酸化カルシウム含量が５０質量％以上であることが好ましい。
（９）高炉スラグを２００℃以上で加熱処理し、冷却後粒度３ｍｍ以下に粉砕したものに、粒度２．５ｍｍ以下の天然骨材等を混合した後、セメント系固化材を添加することを特徴とする舗装材の製造方法である。

本発明は、以上のように構成されているので次のような効果が期待できる。
（１）高炉スラグを使用することでｐＨ値が９〜１２と高い為、雑草,苔の生育を防止できる。また、高炉スラグを粒度３ｍｍ以下にして使用することで、適度の透水性・保水性を保持することができる。
（２）天然骨材として、寒水石や天然色石を用いることで施工面の景観の美化に寄与することができる。
（３）高炉スラグを加熱処理するため、高炉スラグを硬化させるためのアルカリ刺激剤を添加する必要がない。従って、敷き均し、水をかけるだけで自然の土の感触の表面被覆が構築できる。
（４）六価クロム溶出抑制作用を有するセメント系固化材を用いることから、六価クロムの溶出が防止され、環境の保全に有効である。
（５）高炉スラグを主成分としていることから、安定性・耐久性に優れているとともに、初期強度の発現が良く、高い強度が得られ、施工後、短時間で開放できる。
（６）土木用表面被覆材の表面は容易に乾燥状態となるため、植物の種子が表面に付着しても発芽しにくい。
（７）圧縮強度が高く、植物が根を張りにくい。
（８）カラー舗装とするときは、天然色石を使用しているため、顔料で着色した土木用表面被覆材と比較して褪色し難い。
（９）火山灰，火山砂利，シラス等の未利用資源の有効利用をはかるとともに、現地発生土，焼却灰，焼成レンガ等を使用することで廃棄物の再資源化をはかり環境保護に貢献することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を示す。図１は、本発明の土木用表面被覆材の製造方法を示すフローチャートである。
粒度２５〜４５ｍｍの高炉スラグを２００℃以上の表面温度になるように火力乾燥し、冷却後粒度３ｍｍ以下に粉砕する。

粉砕機から送り出された高炉スラグは３ｍｍの篩にかけ、粗粒分は再び粉砕機にもどし、篩を通過したものは粒度２．５ｍｍ以下にした天然骨材と撹拌混合する。このとき、天然骨材としては白色石灰岩である寒水石のほか、赤,緑など各種の天然色石を使用する。

高炉スラグ４０〜９０質量部に対し、天然骨材は１０〜６０質量部を混合する。

高炉スラグと天然骨材の混合物１００質量部あたり、セメント系固化材８〜１２質量部添加する。セメント系固化材は、六価クロム溶出抑制作用を有するものが好ましい。具体的には、宇部三菱セメント株式会社製の特殊土用固化材ユースタビラー５０を用いることとする。

セメント系固化材の配合完了後、袋詰し出荷する。

次に図２に基づいて本発明の土木用表面被覆材の施工方法について説明する。
施工前の状態は、路床の上に通常約１０ｃｍ厚さの路盤が設けられている。
この路盤上に型枠を設置し、型枠内に本発明の土木用表面被覆材を散布し敷き均しを行う。

敷き均し後、土木用表面被覆材の表面をコテ押えして平面にする。次に小型ローラーで転圧するが、仕様によっては小型ローラー転圧を行わない場合もある。

施工厚は通常２〜５ｃｍである。次に一次散水をし、さらに二次散水をして施工は完了する。舗装材の使用量は、比重１．７として施工厚２０ｍｍで使用量３４ｋｇ／ｍ^２施工厚５０ｍｍで使用量８５ｋｇ／ｍ^２である。

本発明の舗装材を用いて施工した舗装面の圧縮強度及び密度を表１に示した。

普通土の５ｃｍ層上に、本発明の土木用表面被覆材層３ｃｍを設けた場合、各層上に水道水（ｐＨ７．７１）を散水し、各層から流出した水のｐＨを測定した結果を表２に示した。
また、材令による浸透水のｐＨ変化を表３に示した。表３は本発明の土木用表面被覆材を水道水（ｐＨ７．７１，供試体と同じ質量）に６時間浸漬し、その水道水のｐＨを測定した結果である。

上層に本発明の土木用表面被覆材の層３ｃｍを設け、下層に砂質土５ｃｍの層を設けた。土木用表面被覆材の表面に試験水として水道水（ｐＨ７．７１）を散布し、土木用表面被覆材層を浸透して流出する水を浸透水１とし、土木用表面被覆材層と砂質土層の両方を浸透し流出する水を浸透水２とした。

本発明の土木用表面被覆材の材令によるｐＨの変動を表３に示した。
試験方法は供試体を水道水（ｐＨ７．７１，供試体と同じ重量）に６時間浸漬し、その水道水のｐＨ値をハンディ型ｐＨ計で測定した。

土木用表面被覆材のｐＨは施工前で１２．２２，施工後材令７日の浸透水１は９．７３となっており、ｐＨが９〜１２とアルカリ性であるため雑草等の種子の発育は十分防止可能である。また、舗装材の下面の普通土のｐＨは８．２２〜７．９２となっており、土木用表面被覆材の周辺の樹木に対する影響は殆どないものと考えられる。

本発明の舗装材について透水試験を行った結果を表４に示した。試験機は円板供試体の中央部に圧力水を加え、流出する水量を測定する。４００ｃｃ流下時間を計測し、１５秒あたりの流下量に換算し透水性の判断基準とする。１５秒あたりの流下量が８００以上を良好,４００以上、８００ｃｃ未満をやや良好,４００ｃｃ未満の場合は不良として評価されている。

表４の結果から、本発明の舗装材は透水性が著しく優れているとは言い難いがかなりの透水性を有していることがわかる。

寒冷地域での舗装は、路床土の凍結融解の影響により路のひび割れや平坦性の低下を招き舗装が破損する。
アスファルト舗装要綱によると、寒冷地の舗装構成はこのような破損を防止するための、材料及びほ舗設時の温度管理等が規定されている（歩道についても同じ）。
ここでは、舗装材（本発明の土木用表面被覆材）が凍結融解作用をくり返し受ける環境下でも材質が変質したり、その本来の機能が低下もしくは消失しない事の確認試験を実施した。
実験の結果は表５に示した。３供試体とも変質は認められず、機能低下の指標である残存率は表に示すとおりである。（試験方法はモルタルバー法を参考）

備考：湿潤状態の供試体を冷凍固化させ室内で解凍し、重量・表面の状態を観測する。その後、水に浸し供試体を再度冷凍固化させる。サイクルは１００回測定する。

（植生確認試験）
本発明の土木用表面被覆材は、弱アルカリ性の材料である。樹木の健全保護育成・景観向上を目的とした防草処理として使用した場合の土壌及び植生への影響について次の試験施工を実施した。

（試験場所樹種の選定の理由）
本発明の土木用表面被覆材を防草用として利用する計画は、除草等の維持手間を省く目的で街路樹（独立木、観賞緑地花木）、公園及び個人庭園の観賞木に適用できる。
各種樹木の適性成育土壌酸度（ｐＨ）は、別表に示す通りとなっている。この中から温暖地方での植樹が多く、酸性土壌を好むツツジ類とマツ類を選定した。

表７には、土壌ｐＨの植物に対する影響を示した。

本発明の土木用表面被覆材の試験施工による植生確認試験の結果を表８に示した。

試験施工の結果は次の通りである。
１．国道敷地内ツツジの植込み部分の防草効果は十分発揮されており、又ツヅジの成育への影響も現段階では問題なしと判断している。但し、もう少し経過を追跡し、樹木育成のため施肥管理の方法やその後の影響も見守りたい。（植生確認試験１）
２．国民宿舎庭園のマツは、同庭園の無施工の同樹種の育成状況（樹勢）に差は認められない。（植生確認試験２）
１・２より酸生土壌を好む代表樹のツヅジ・マツにおいて影響が認められない事から本発明の土木用表面被覆材の弱アルカリ成分が起因する成育障害は発生しないと考えられる。
本発明の土木用表面被覆材により植樹帯等の防草を含む維持管理費の軽減効果は、かなり期待できる。

本発明の土木用表面被覆材について有害物溶出試験を行った結果は表９に示すとおりであり、平成３年８月環境庁告示第４６号に基づく試験に合格し、材料として環境上の問題がないことが証明されている。

本発明は、防草作用と適度の透水・保水機能を有する舗装材及び法面吹付材として、遊歩道,ジョギングコース,広場,自転車道等に利用できる。また、街路樹等の下草が繁茂することを防止する効果も期待できる。さらに、インターロッキングの目地砂として最適である。

本発明の土木用表面被覆材の製造工程を示すフローチャートである。 本発明の土木用表面被覆材の施工工程を示すフローチャートである。

Claims (9)

1. 加熱処理した高炉スラグ，天然骨材及びセメント系固化材からなることを特徴とする土木用表面被覆材。
2. 天然骨材が火山灰，火山砂利，シラス及び現地発生土のいずれか１種以上であることを特徴とする請求項１記載の土木用表面被覆材。
3. 天然骨材の替わりに焼却灰又は焼成レンガを使用してなることを特徴とする請求項１又は２記載の土木用表面被覆材。
4. 請求項１乃至３記載の土木用表面被覆材に粉塵低減剤及び繊維を添加してなることを特徴とする土木用表面被覆材。
5. 加熱処理した高炉スラグが粒度３ｍｍ以下で、天然骨材が粒度２．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の土木用表面被覆材。
6. 加熱処理した高炉スラグが２００℃以上で加熱処理されたものであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の土木用表面被覆材。
7. 加熱処理した高炉スラグ４０〜９０質量部，天然骨材１０〜６０質量部からなる混合物１００質量部に対しセメント系固化材８〜１２質量部を添加してなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の土木用表面被覆材。
8. 前記セメント系固化材が六価クロム溶出抑制作用を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の土木用表面被覆材。
9. 高炉スラグを２００℃以上で加熱処理し、冷却後粒度３ｍｍ以下に粉砕したものに、粒度２．５ｍｍ以下の天然骨材又は焼却灰，焼成レンガを混合した後、セメント系固化材を添加することを特徴とする土木用表面被覆材の製造方法。
   

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