JP2017193839A - 土粒子安定土壌、および自然土舗装工法 - Google Patents

Abstract

【課題】保水・浸透機能がある自然土による舗装おける、雑草の繁茂や雨水や流水による土壌の浸食が少ない土粒子安定土壌を提供する。
【解決手段】短繊維を、舗装工事における土壌に混合して、土粒子構造を安定させる土粒子安定土壌において、前記短繊維は、ヒバ、サワラ、スギ及びヒノキの樹種から選ばれる皮層を強制発酵処理し、その後に破砕してなる繊維状物質であり、前記破砕した繊維状物質を、シルト、粘土、砂を含んだ土壌に混合して一体化する。
【選択図】図２

Description

本発明は、土と樹木皮層寸断物を混合した、雑草防除、自然循環型土舗装工法と、土粒子安定構造体生成方法に関する。
特に、本発明は、工事において発生する現地土や、掘り返し土をそのまま用いて、走行及び歩行設備を舗装する自然循環型土壌舗装工法に関する。
即ち、現地土や掘り返し土壌に、スギ・ヒノキ・ヒバを強制発酵させた後に破砕切断した樹木皮層寸断物を混合して、雑草除去型で、かつ自然循環型で、土粒子安定構造体として、自然土舗装を敷設するものである。

近年、ゲリラ豪雨や都市化におけるアスファルト等の浸透性のない舗装が、河川や下水氾濫の原因となることから、保水・浸透機能がある自然土による舗装への回帰が望まれている。
これらの自然土舗装を敷設するに当たっては、施設の維持管理と景観上の観点からも、雑草の繁茂や、雨水や流水による土壌の浸食が少なく成るような自然土舗装が望まれている。
従来は、雑草の繁茂を抑制する為には種子が発芽しないために、固化した土が必要となり、多くの場合、自然土にセメントやマクネシウムが、乳剤等の固化材や石油由来の安定剤を混合した土系舗装が採用されている。

しかしながら、乳剤、固化材を用いる土系舗装では風合いは、土であっても、その硬さは自然土そのものの土舗装に比べ、硬く、特に散策や散歩または運動に代表される用途では、運動に足腰負担による疲労感や転倒に伴う大きな衝撃ダメージを与える場合がある。
また、土中分解しない乳剤、固化材による土系舗装では、一旦混合すると、乳剤、固化材と土が分離できないため、将来的に、舗装の撤去を行う場合には、混合土そのものも最終処分が必要となり、破棄物処分としての環境負荷が増えることとなる。

また、一方で、雑草抑制を行っている自然材舗装には、例えば砕石を敷き込む簡易的な舗装の施工方法もあるが、この方法においても、歩行者の足腰への疲労感も大きく、運動には適さないという不具合があった。
これらの理由から、雑草除去型自然土舗装には、土そのものの硬度を維持して、足腰負担による疲労感や運動に対する衝撃ダメージを少なく抑え、環境へ配慮した土舗装工法への要請が高まっている。

かかる問題を解決するために、例えば、特許文献１では、スギ・ヒノキ・ヒバのうちから選択される一種又は二種以上の樹木の寸断物からなる、走行及び歩行設備の敷設緩衝材用添加物等が提案されている。
また、砕石を敷き込んだだけの簡易舗装では、経年とともに平滑性が失われ、平坦性が低下する。これは、浸水や内部の流水等により土粒子間の微細な移動による結合力が弱まることが原因となっている。

かかる問題を解決するために、例えば、特許文献２では、スギ・ヒノキ・又はヒバの樹皮を破砕又は裁断した細片と砕石とを混合した混合物を、整地及び整正した路床の上に敷設する人工芝下地用路盤及びその造成方法が提案されている。

また、スギ・ヒノキ・ヒバを強制発酵させた後に破砕切断した樹木皮層寸断物を製造する技術については、同一出願人による特許文献３、特許文献４、特許文献５の技術が公知とされている。

一方で自然土のみで固化安定化をせずに、雑草除去を行う自然材舗装には、例えば、駐車場のような砕石を敷き込む方法があるが、この方法においては、歩行者の足腰への疲労感も大きく、運動には適さない。
また、砕石の場合、一度浸食した雑草は、草刈り機での石跳ねや、根が石と石との間に絡みつくための引き抜きによる除草が難しくなり、除草剤散布により除草作業が必要となる。

また、土を固化させた土系舗装以外の自然土のみの舗装においては、経年とともに、平滑性が失われ、また水溜まり等が生じ、排水性が低下する。
これは、浸水や内部の流水等により土粒子間の微細な移動による総合力が弱まることによって空隙が発生し、水溜まりとなり、植物の生存に適した状態となるため、ここに着床した雑草種子によって雑草の浸食が進むこととなる。
従って、土を用いた自然土系舗装では、固化剤や乳剤を混合する方法で、雑草の防除ができるようにするしかなかった。

雑草防除として土壌中に混在している雑草種子を撲滅することは、農業場面でも、ニーズがあり、土壌消毒剤と総称されるクンエン剤（クロルピクリン等）を使用する例が多い。その他、土壌を焼くことも少量であれば有効であるが、これらの方法は、土壌中の有効微生物へも影響を与え、場合によっては、病原菌の侵入や繁茂を誘導しやすいという欠点がある。

近年、土壌に対し、ホウ素のような特定の微量要素を過剰に投与し、過剰障害で植物を枯死させる方法も検討されているが、環境影響の懸念として、微量要素そのもの自体が分解してなくなるような農薬とは違い、元素として存在し続け、土壌汚染ともとれる状況となる。

また、除草作用、雑草除去効果がある化学合成農薬の除草剤は、最終的には分解して活性を失い、環境に無害な物質（水や二酸化炭素等）に変化するが、農薬取締法上、決められた使用方法でのみ使用を許され、そこから外れた使用方法は、効果はあっても法的には使用できないため、例え、雑草防除に対して効果的であっても土壌に混和して使用することは登録上で不可となっている。

従って、土を用いた自然土系舗装では、固化剤や乳剤を混合する方法でしか雑草の防除ができるものはなかった。

特開平５−２６９２６２号公報 特開２００９−２４４６０号公報 特開２０１５−２０４７７６号公報 特開２０１４−１３８５７２合公報 特開２０１４−０７７２８５号公報

本発明においては、上記の従来技術の不具合を解消するものであり、自然植物材である強制発酵して、破砕機で破砕して短繊維状とした樹木皮層寸断物を、土壌と混合することで、土に、自然土舗装を行うとともに、雑草浸食の防除機能を付加するものである。
また、皮層は土と混合した際に均等となるよう、短繊維である細かな繊維質形状化しているのである。

また、一旦混合された樹皮繊維は、将来的に、土との分離はできないが、舗装を張り替える場合にも、有機物なので自然分解により土中に有機分解、自然循環するので、結果として、環境負荷を与えない自然土舗装を造成することができる。
混合・造成された自然土舗装が土壌安定化構造となるために、雑草防除効果の持続性を付加させることができる。

本発明によれば、ヒバ、サワラ、スギ及びヒノキの樹種から選ばれる皮層を強制発酵処理し、その後に破砕して繊維状物質とし、土と混合した混合土を敷き均して、重機等で転圧するだけで、土を安定化させ、自然土に雑草防除効果を付加させた自然土舗装工法とすることができる。

請求項１においては、短繊維を、舗装工事における土壌に混合して、土粒子構造を安定させる土粒子安定土壌において、前記短繊維は、ヒバ、サワラ、スギ及びヒノキの樹種から選ばれる皮層を強制発酵処理し、その後に破砕してなる繊維状物質であり、前記破砕した繊維状物質を、シルト、粘土、砂を含んだ土壌に混合して一体化するものである。

請求項２においては、短繊維を、舗装工事における土壌に混合して、土粒子構造を安定させる土粒子安定土壌において、前記短繊維は、ヒバ、サワラ、スギ及びヒノキの樹種から選ばれる皮層を強制発酵処理し、その後に破砕してなる繊維状物質であり、前記破砕した繊維状物質に、酸化マグネシウムを添加剤として混合し、前記酸化マグネシウムを混合した繊維状物質を、シルト、粘土、砂を含んだ土壌に混合して一体化するものである。

請求項３においては、請求項１又は請求項２に記載の土粒子安定土壌において、前記破砕した繊維状物質は、０．１ｍｍ以上〜１００ｍｍ以下の繊維状の破砕物とし、好ましくは、０．１ｍｍ以上〜１０ｍｍ以下の繊維状の破砕物であるものである。

請求項４においては、短繊維を、舗装工事における土壌に混合して、土粒子構造を安定させる土壌とし、前記短繊維は、ヒバ、サワラ、スギ及びヒノキの樹種から選ばれる皮層を発酵処理し、その後、０．１ｍｍ以上〜１００ｍｍ以下に破砕して繊維状物質であり、前記破砕した繊維状物質を、シルト、粘土、砂を含んだ土壌に混合して一体化して自然土とし、前記自然土により走行及び歩行設備を舗装する自然土舗装工法である。

請求項１の如く構成したので、ヒバ、サワラ、スギ及びヒノキの樹種から選ばれる皮層を発酵処理し、破砕した繊維状物質を、シルト、粘土、砂を含んだ土と混合一体化した混合土が、樹皮の持つ天然の成分による効果から、雑草防除機能を持つという効果を有する工法とすることができたものである。

請求項２の如く構成したので、より雑草防除を求める場面用途では、酸化マグネシウムを添加剤として、併用混合を行うことで、雑草防除を相乗効果的に高めることができるという効果を奏するものである。

請求項３の如く構成したので、乳剤やセメント固化されずに、土の粒子間に繊維質を絡ませるだけという比較的簡易な土粒子構造であるが、破砕した０．１ｍｍ以上〜１００ｍｍ以下の、好ましくは、０．１ｍｍ以上〜１０ｍｍ以下の繊維状の破砕物は、土壌の粒子の空隙に絡みついたままの状態を維持させるため、固化した土系舗装では得られなかった自然土そのものの風合いとクッション性を活かすことができるという効果を奏するものである。

請求項４の如く構成したので、乳剤、固化材による自然土系舗装同様に、一旦、土と一体化した破砕樹皮繊維は、土との分離はできないが、天然植物の有機質であるため土中に自然分解する。また、将来の撤去の際も、一般残土として処分できるため環境負荷が少なくできるという効果を奏するものである。

本発明の土粒子安定土壌の状態を示す図。 土粒子安定土壌の土粒子が小さい場合を示す図。 土粒子安定土壌を示す図。 従来の土壌の状態を示す図。

図１から図４において、１は土粒子であり、２はヒバ、サワラ、スギ及びヒノキの樹種から選ばれる皮層を強制発酵処理し、その後に破砕した繊維状物質である。図４においては、従来の走行及び歩行設備を舗装する工事における土壌がそのままの場合の、土粒子の間における状態を図示している。従来技術では、土粒子の間に、本発明のような、ヒバ、サワラ、スギ及びヒノキの樹種から選ばれる皮層を強制発酵処理し、その後に破砕した繊維状物質が混合されていないのである。

図２から図４においては、走行及び歩行設備を舗装する場合において、土壌に対して、ヒバ、サワラ、スギ及びヒノキの樹種から選ばれる皮層を強制発酵処理し、その後に破砕して繊維状物質として混合した状態を図示している。樹木皮層の寸断物は、例えば、ヒバ・サワラ・スギ及びヒノキの樹皮皮層を破砕して得られる皮層チップである。

また、樹木皮層の寸断物が、例えば、ヒバ・サワラ・スギ及びヒノキの樹種木質部の皮層を細切りして得られる皮層細切片であってもよいのである。また、樹木皮層の寸断物が、例えば、ヒバ・サワラ・スギ及びヒノキの樹種木質部ごと細切りして得られる皮層含有木質細切片であってもよいものである。また、樹木皮層の寸断物が、例えば、ヒバ・サワラ・スギ及びヒノキの樹種木質部の皮層ごと破砕して得られる皮層含有木質チップであってもよいものである。

ヒバ、サワラ、スギ及びヒノキの樹種から選ばれる皮層は、木材を伐採して、その後に木材を商品として出荷する前や、製材機で板材に加工する前に、針葉樹の皮層部分を剥ぎ取る作業を行うのである。この皮層の剥ぎ取り作業により、大量の樹木皮層が発生するのであるが、この樹木皮層は、ダイオキシンの発生の対象となる為に、野焼きができないのである。そのままで放置すれば、簡単には腐敗しない為に、長い間、産業廃棄物として放置されることとなるのである。

この剥がした後の樹木皮層の産業廃棄物を、有効活用する為に、０．５年以上の間、強制発酵させて、その後、破砕機で破砕することにより、ヒバ、サワラ、スギ及びヒノキの樹種から選ばれる皮層を強制発酵処理し、その後に破砕して繊維状物質を得るのである。強制発酵は、人為的に熱や圧力を加えることなく、スギやヒノキの製材や出荷の際に発生する皮層を、一カ所に５〜１０ｍに至るまで積み上げることにより、皮層物の自重により、高圧が発生し、高く積み上げたことにより、内部に空気が入らずに嫌気性の発酵や腐敗が発生するので、この発酵や腐敗により５０〜９０度の高温が発生するのである。

この積み上げた状態で、自然に放置するだけで、内部は高圧で圧迫され、内部が嫌気性発酵を開始して、温度が９０度程度まで上昇する。この作用により、ヒバ、サワラ、スギ及びヒノキの樹種から選ばれる皮層が強制発酵処理される。その後に破砕して繊維状物質とする。よって、低コストで、人件費も要せずに、繊維状物質を得ることができる。

この内部が高温となり、５〜１０ｍと積み上げたことにより内部が高圧となるので、強制発酵させることにより、皮層の内部のリグニン等の接着物質が変質して、生の皮層では、破砕や切断に大きな負荷が必要となるのに対して、刃物による切断等の作業をすることなく、叩く、押し付ける等の作用をする破砕機や破砕機で、短繊維状のスギ・ヒノキ・ヒバを得ることが可能となるのである。この作業が、ヒバ、サワラ、スギ及びヒノキの樹種から選ばれる皮層を強制発酵処理し、その後に破砕して繊維状物質としという作業となるのである。この切断作業することなく、破砕や押圧破砕により、短繊維化することで、ここでも、低コストで、ヒバ、サワラ、スギ及びヒノキの樹種から選ばれる皮層を強制発酵処理し、その後に破砕して繊維状物質を製造することができるのである。

前記したヒバ、サワラ、スギ及びヒノキの樹種から選ばれる皮層を強制発酵処理し、その後に破砕して繊維状物質とした樹木皮層の寸断物を、例えば、砕石のような４ｃｍ程度の直径から、１ｍｍ以下の直径の土粒子に混合する際、粒子と砕石との隙間に止まるように、前記寸断物の長さを、０．１ｍｍ以上〜１００ｍｍ以下としたものである。好ましくは、０．１ｍｍ以上〜１０ｍｍ以下の長さの繊維状の破砕物である。

従来、樹木皮層はおが粉や枝葉等製材過程の残材を一緒に堆肥化したバーク堆肥が減容化、再資源化の方法であったが、本発明では、残材やおが粉と皮層を選別化すること以外に煩雑な作業を必要とせず、パーク堆肥とは逆のヒバ、サワラ、スギ及びヒノキの樹種から選ばれる皮層を強制発酵処理し、その後に破砕して繊維状物質とし、短繊維とすることができる。

また、従来、樹木皮層は、移植した植物の根または果実を保護する根おおい、敷き藁材として樹木の根本付近に敷き込む方法で雑草防除材としたが、土中に混合するので、たばこの投げ入れ等による発火の危険性を無害化することができる。

本発明の自然土舗装工法は、走行及び歩行用途以外の敷地、遊休地における雑草抑制添加物、または、雑草抑制添加物と化学合成ではない自然発生素材からなる木質皮層材を、盛土材に混合し、敷地の舗装材とすることを特徴としている。

一般的に、土壌の流亡とは、地質の歴史が始まって以来の、土壌の形成にとって基本的なプロセスである。土壌の劣化に関しては、流亡が人間の活動によって増幅されて、加速度的に引き起こされるのである。

土壌の流亡のプロセスは、雨粒の衝突及びその雨水の流れ、そして土壌が塵埃として舞い上がること、地表面に水が溢れること、のどれかによって、土壌が運び出される流去水によるところが多いのである。土壌を流す流去水は、最も直接的な原因であり、土壌の流亡について重要な役割を果たすのである。

流去水による土壌の流亡の大きさは、降雨の激しさよりも、土壌の湿潤率が小さい場合に発生しやすいのである。即ち、土壌の団粒の状態が不安定な為に、土壌が水分に浸潤しにくくなり、湿潤率が低下するのである。この湿潤率の低下により、土壌の流亡が増幅されるのである。

湿潤率または土壌による水の導水力は、土壌の団粒構造の安定性に起因している。即ち、土壌の団粒構造を安定させて、土壌の湿潤率を向上させて、土壌の粒子の目詰まりを減らし、導水力を向上させることにより、土壌の流亡を防ぐことができるのである。

土壌の団粒構造を安定させるには、有機物を含んだ土壌改良材を投入することであり、本発明においては、ヒバ、サワラ、スギ及びヒノキの樹種から選ばれる皮層を発酵処理し、１ｍｍから１０ｍｍ程度の長さに破砕した繊維状物質を、シルト、粘土、砂を含んだ土と混合一体化して混合土とすることより、樹木皮層寸断物の持つ天然の成分による効果から、土壌の団粒性を維持し、湿潤率を向上し、導水力を向上させて、流去水を減少させるのである。

即ち、この投入により、細かな土粒子を束ねながら、団粒を作り、それぞれを結束し、団粒を増加させて、団粒構造とすることができるのである。樹木皮層寸断物は、団粒化において、土粒子を物理的に、かつ化学的に結合し、複合化させる能力を具備しているのである。その結果、土壌の団粒構造を安定化させて、地表が含水している間に、団粒が壊れることのないように抑制する効果を有するのである。

ヒバ、サワラ、スギ及びヒノキの樹種から選ばれる皮層を発酵処理し、１ｍｍから１０ｍｍ程度の長さに破砕した繊維状物質は、団粒構造の安定性をコントロールすることのできる重要な要素となっているのである。さらに本発明においては、ヒバ、サワラ、スギ及びヒノキの樹種から選ばれる皮層を発酵処理し、１ｍｍから１０ｍｍ程度の長さに破砕した繊維状物質が、雑草防除機能を持つという特徴を有するのである。

本発明における短繊維は、ヒバ、サワラ、スギ及びヒノキの樹種から選ばれる皮層を発酵処理し、１ｍｍから１０ｍｍ程度の長さに破砕した繊維状物質である。土壌有機物は、土壌中の腐食質とは区別されるものである。即ち、土壌の腐食質とは、土壌中に含まれている動植物の特定不能な残骸であり、これ以上腐食しない程度に腐食が進んでいる残骸である。これに対して、本発明の樹木皮層寸断物等の土壌有機物は、残骸ではなく、土壌の孔隙を増加する支持力を具備しているのである。

故に、土壌の湿潤性や導水性や保水性を増加させることができて、植物への水分補給の機会を増加させ、土壌の物理的特性を高め、土壌を肥沃にし、作物の産出力を高めることができるのである。スギ・ヒノキ・ヒバを発酵させた樹木皮層寸断物は、前述の如く、スギ・ヒノキ・ヒバの不要となった皮層を、高く野積みすることにより、皮層物の自重と、微生物の活動により、人工的に腐食させて、その後で機械的な破砕の助けを借りて、１ｍｍ〜１０ｍｍ程度に破砕した有機質資源である。本発明においては、スギ・ヒノキ・ヒバを発酵させた樹木皮層寸断物が、土壌の流亡を抑制すると共に、雑草の発生を抑止することができるのである。

従来知られている短繊維混合による補強土壌の技術は、原位置土や発生土壌に、数ｍｍ程度の短繊維を混合することで、短繊維と土壌の粒子、短繊維同士を絡み合わせて、外力に対して破壊しにくいように、粘り強さと靱性を付加した土壌である。

土壌材料に短繊維を不規則に混合することで、土粒子の拘束、小規模に破壊させることによる応力集中の防止等の靱性・強度の増加効果や、降雨・流水による土壌の流亡に対する耐浸食効果や植物の根の引き抜き抵抗の増加等の効果が現れるのである。現地の土壌や掘り起こしにより発生した土壌に、この短繊維を混合した土壌とすることにより、自然型の基盤土壌を構成することができるのである。

本発明においては、この短繊維混合型土壌の造成にあたり、短繊維を、スギ・ヒノキ・ヒバ等の皮層を強制発酵させて切断した樹木皮層寸断物を用いるものである。本発明においては、スギ・ヒノキ・ヒバを発酵させた樹木皮層寸断物が、短繊維混合土壌の効果を発揮するだけでなく、土壌の流亡を抑制すると共に、雑草の発生を抑止することができたものである。

１ 土粒子
２ 繊維状物質

Claims (4)

1. 短繊維を、舗装工事における土壌に混合して、土粒子構造を安定させる土粒子安定土壌において、
   前記短繊維は、ヒバ、サワラ、スギ及びヒノキの樹種から選ばれる皮層を強制発酵処理し、その後に破砕してなる繊維状物質であり、
   前記破砕した繊維状物質を、シルト、粘土、砂を含んだ土壌に混合して一体化する
   ことを特徴とする土粒子安定土壌。
2. 短繊維を、舗装工事における土壌に混合して、土粒子構造を安定させる土粒子安定土壌において、
   前記短繊維は、ヒバ、サワラ、スギ及びヒノキの樹種から選ばれる皮層を強制発酵処理し、その後に破砕してなる繊維状物質であり、
   前記破砕した繊維状物質に、酸化マグネシウムを添加剤として混合し、
   前記酸化マグネシウムを混合した繊維状物質を、シルト、粘土、砂を含んだ土壌に混合して一体化する
   ことを特徴とする土粒子安定土壌。
3. 請求項１又は請求項２に記載の土粒子安定土壌において、
   前記破砕した繊維状物質は、０．１ｍｍ以上〜１００ｍｍ以下の繊維状の破砕物とし、好ましくは、０．１ｍｍ以上〜１０ｍｍ以下の繊維状の破砕物である
   ことを特徴とする土粒子安定土壌。
4. 短繊維を、舗装工事における土壌に混合して、土粒子構造を安定させる土壌とし、前記短繊維は、ヒバ、サワラ、スギ及びヒノキの樹種から選ばれる皮層を発酵処理し、その後、０．１ｍｍ以上〜１００ｍｍ以下に破砕して繊維状物質であり、前記破砕した繊維状物質を、シルト、粘土、砂を含んだ土壌に混合して一体化して自然土とし、前記自然土により走行及び歩行設備を舗装することを特徴とする自然土舗装工法。