技術 防草材及びそれの使用方法

0001

本発明は、河川の土手、田畑の畦畔、あるいは、鉄道、道路等の盛土ののり面などの雑草の生育を抑制する防草材及びその使用方法に関する。

0002

河川の土手、鉄道、道路等の盛土ののり面や田畑の畦畔等では雑草が繁茂し、頻繁な草刈りや除草剤散布が必要であった。草の刈取りには多大の労力を必要とするため、一般的には除草剤を散布する方法が行われている。
しかしながら、除草剤の散布は、草を枯らすだけで、頻繁に散布する必要があり、抜本的な対策とはならない。また、ポルトランドセメントを含有する防草材を振り撒いて散水して地面を被覆する方法も提案されているが、硬化までに時間を有し、雨などふると施工ができず、さらに硬化前に流れてしまう課題があった。さらに初期凍害、収縮ひび割れが生じる課題があった。

0003

さらに、ポルトランドセメントを含まない酸化マグネシウム系固化材を散布、又は土壌に混合し、散水して固化させて抑草する抑草材とその方法が提案されている。（特許文献１，２，３）
特許文献１は、酸化マグネシウムと高炉スラグを主成分する雑草繁殖防止材を地表面の土壌と混合して転圧して押し固めて、その上に散水するため、施工に労力を必要とし、初期強度発現性が低いため、施工後の降雨で流失し易く、繁殖期の雑草を抑草する効果が低下し易い。
特許文献２と３も特許文献１と同様の酸化マグネシウム系固化材であるため、初期強度発現性が低く、繁殖期の雑草を抑草する効果が低下し易い。さらに、これら酸化マグネシウム系抑草材全般に関する課題は、硬化時間が長いため傾斜の強い法面では、施工時の散水や降雨時に流されたりして一定の厚さにできない場合があり、水溜りがある場所では硬化しない場合があった。また、初期強度発現性が低いため、貫通力の高いスギナ、ヨシ、笹、チガヤといった植物は貫通して繁茂しやすいことがあげられる。
特許文献４は、焼却灰、スラグ、及び石炭灰の骨材を敷き詰め、その上にクロロプレン系ラテックス、エチレン酢酸ビニル共重合体系エマルジョン、及びアクリル系エマルジョン固化材を散布して固着することを特徴とする防草工法であり、セメントや塩基性物質を使わないため環境にやさしい防草材である。
しかしながら、人力や重機で３〜２０ｃｍの厚さに敷き詰め、その上に均一にラテックスやエマルジョンを散布する必要があるため、多大な労力がかかった。

0004

特開２００３−４７３８８号公報
特開２００７−３３０１１４号公報
特開２０１４−５１８４９号公報
特開２０１４−２３４６５５号公報

0005

本発明は、硬化時間が短く、初期強度発現性が高く、草刈の労力を軽減でき、防草の持続性と環境保全が確保できる防草材及びその使用方法を提供する。

0006

即ち、本発明は、（１）酸化マグネシウム、カルシウムアルミネート及び土壌を含有してなる防草材、（２）さらに、石膏を含有してなる（１）の防草材、（３）カルシウムアルミネートが、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比１．０〜３．０、不純物が１５質量％以下である（１）又は（２）の防草材、（４）さらに、塩化マグネシウム及び／又は硫酸マグネシウムを含有してなる（１）〜（３）のいずれかの防草材、（５）（１）〜（４）のいずれかの防草材を地面に敷き詰めてその上に散水して被覆する防草材の使用方法、（６）（１）〜（４）のいずれかの防草材を水で練混ぜて地面に敷詰または吹き付けて被覆する防草材の使用方法、である。

0007

本発明の防草材は、硬化時間が短く、初期強度発現性が高いため、その防草材を使用することで、草刈の労力を軽減でき、防草の持続性と環境保全が確保できるなどの効果を奏する。

0008

以下、本発明を詳細に説明する。

0009

本発明に用いられる酸化マグネシウムは、特に限定されるものではなく、例えば、炭酸マグネシウムや水酸化マグネシウムなどのマグネシウム塩を主要な成分として含有する固体を３５０℃から１３００℃で焼成することで得ることができる。また、天然に存在する水滑石や菱苦土鉱等のマグネシウムを含有する原料を焼成もしくは電気融解させることで得られる。海水等のマグネシウムを有する水溶液に消石灰などのアルカリ原料を加えて析出させた水酸化マグネシウムを焼成もしくは電気融解して得られる。さらに、マグネシウムとカルシウムからなるドロマイトを加熱処理したドロマイトクリンカを用いることも可能である。軽焼マグネシアを使用する場合は、不純物量は１５質量％以下であることが初期強度発現性の観点から好ましく、１０質量％以下であることがさらに好ましい。これらは、工業製品として広く流通していることから容易に入手可能である。

0010

本発明に用いられる酸化マグネシウムのブレーン比表面積は、２０００〜２００００ｃｍ２／ｇが好ましく、３０００〜１５０００ｃｍ２／ｇがより好ましい。２０００ｃｍ２／ｇ未満であると、反応性が不足するため施工完了までに時間を要する。２００００ｃｍ２／ｇを超えると水を加えてからのこわばりが強く作業時間を確保できない。

0011

本発明に使用するカルシウムアルミネートは、カルシア原料とアルミナ原料などを混合して、キルンで焼成し、あるいは、電気炉で溶融し冷却して得られるＣａＯとＡｌ２Ｏ３とを主成分とする水和活性を有する物質の総称であり、結晶質と非晶質が存在するが共に硬化時間が早く、初期強度発現性が高い材料である。
カルシウムアルミネートの代表的なものとしてはアルミナセメントが挙げられ、通常市販されているものが使用できる。例えば、アルミナセメント１号、アルミナセメント２号などが使用できる。
アルミナセメントよりも短時間で硬化し、その後の初期強度発現性が高い点から、溶融後に急冷した非晶質カルシウムアルミネートが好ましく、ＣａＯとＡｌ２Ｏ３とのモル比（ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比）は、１．０〜３．０が好ましく、１．７〜２．５がより好ましい。ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比が１．０〜１．７の場合は、セメントや消石灰及び生石灰を配合する事で硬化時間をより短縮して初期強度発現性を高めることが可能である。
さらに、本発明では、カルシウムアルミネート中に含まれるＣａＯやＡｌ２Ｏ３以外の不純物が１５質量％以下であることが初期強度発現性の観点から好ましく、１０質量％以下であることがさらに好ましい。１５質量％を超えると硬化に時間を費やし、さらに低温時には固まらない場合がある。不純物の代表例として酸化ケイ素があり、その他、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、酸化チタン、酸化鉄、アルカリ金属ハロゲン化物、アルカリ土類金属ハロゲン化物、アルカリ金属硫酸塩、及びアルカリ土類金属硫酸塩等がＣａＯやＡｌ２Ｏ３の一部に置換したものがあるが、特に限定されるものでない。

0012

カルシウムアルミネートのガラス化率は、反応活性の面で７０％以上が好ましく、９０％以上がより好ましい。７０％以下であると初期強度発現性が低下する場合がある。カルシウムアルミネートのガラス化率は、反応活性の点で７０％以上が好ましく、９０％以上がより好ましい。ガラス化率は加熱前のサンプルについて、粉末Ｘ線回折法により結晶鉱物のメインピーク面積Ｓを予め測定し、その後１０００℃で２時間加熱後、１〜１０℃／分の冷却速度で徐冷し、粉末Ｘ線回折法による加熱後の結晶鉱物のメインピーク面積Ｓ０を求め、さらに、これらのＳ０及びＳの値を用い、次の式を用いてガラス化率χを算出する。
ガラス化率χ（％）＝１００×（１−Ｓ／Ｓ０）
カルシウムアルミネートの粒度は、初期強度発現性の面で、ブレーン比表面積値３０００ｃｍ２／ｇ以上が好ましく、５０００ｃｍ２／ｇ以上がより好ましい。３０００ｃｍ２／ｇ未満であると硬化時間が長くなり初期強度発現性が低下する場合がある。
カルシウムアルミネートの使用量は、酸化マグネシウムとカルシウムアルミネートの合計１００質量部に対して、５〜９５質量部が好ましい。５質量部未満では、早期硬化が得られない場合がある。９５質量部を超えると作業時間が得られず、コテ仕上げができない場合や転圧できない場合がある。

0013

本発明に使用する石膏としては、二水石膏、半水石膏と無水石膏が使用でき、強度発現性の面では無水石膏が好ましく、弗酸副生無水石膏や天然無水石膏が使用できる。石膏を水に浸漬させたときのｐＨは、ｐＨ８以下の弱アルカリから酸性のものが好ましい。ｐＨが高い場合、石膏成分の溶解度が高くなり、初期の強度発現性を阻害する場合がある。ここでいうｐＨとは、石膏／イオン交換水＝１ｇ／１００ｇの２０℃における希釈スラリーのｐＨをイオン交換電極等を用いて測定したものである。
石膏の粒度は、ブレーン比表面積値で３０００ｃｍ２／ｇ以上が好ましく、５０００ｃｍ２／ｇ以上が初期強度発現性と、適正な作業時間が得られる観点から好ましい。
石膏の使用量は、カルシウムアルミネート１００質量部に対して、５０〜２００質量部が好ましい。５０質量部未満では、作業時間が取れなくなり、強度発現性が低下する場合がある。２００質量部を超えると作業時間は十分に取れるが、初期強度が得られない場合がある。

0014

従来より、酸化マグネシウムと塩化マグネシウムもしくは硫酸マグネシウムを混和させ、マグネシウムオキシクロライドを生成させることで硬化するマグネシアセメントが知られている。使用するマグネシアセメントの種類は特に制限はなく、従来公知のマグネシアセメント自体を用いることができる。

0015

塩化マグネシウムもしくは硫酸マグネシウムの使用量は、酸化マグネシウム１００質量部に対して、塩化マグネシウムが１１００〜２４００質量部、硫酸マグネシウムが１５００〜３０００質量部が好ましい。両者を併用する場合は、硫酸マグネシウム５９０〜１０００質量部、塩化マグネシウム７５０〜１２００質量部である。この範囲内であれば、混練物は練混ぜ後１時間以内で流動性は大きく低下し、その形状は保たれる。

0016

本発明の土壌の使用量は、特に限定されるものではないが、通常、土壌を除いた防草材１００質量部に対して１００〜１０００質量部が好ましく、２００〜６００質量部がより好ましい。土壌が１００質量部より低いと強度発現性は高いが経済的に好ましくない。１０００質量部より高いと強度が低く、凹んでしまう可能性がある。

0017

本発明で使用する土壌は、砂利、砂、礫、粘土のいずれか１種又は２種以上を含むもので、特に限定されるものではない。山砂、川砂、海砂等のサンド質土壌やシルト質土壌、クレイ質土壌、工事から発生する残土、軽量骨材や再生骨材などいずれも使用できる。一般には、天然土である真砂土や乾燥砂は品質が安定しており、より好ましい。

0018

水の配合量は、本発明の防草材の合計１００質量部に対して１５〜１００質量部が好ましい。１５質量部未満では均一な混合が困難となる場合があり、１００質量部を超えると強度が得られない場合がある。

0019

本発明では、凝結調整剤を使用することが可能である。凝結調整剤はセメントの凝結を促進、遅延するものであれば特に限定されるものではない。具体的には、水酸化アルカリ、アルカリ金属塩化物塩、アルカリ金属炭酸塩、オキシカルボン酸又はその塩、リン酸又はその塩、デキストリン、ショ糖などを１種又は２種以上、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で使用することが可能である。

0020

本発明では、ウッドチップ、もみ殻などの嵩をあげる増量材、各種ポルトランドセメント、水酸化カルシウム、塩化カルシウム、石灰石微粉末、フライアッシュ、カオリン、シラス、珪藻土及びシリカフュームなどの混和材料、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、ポリマー、ベントナイトなどの粘土鉱物、ハイドロタルサイトなどのアニオン交換体、着色剤などを１種又は２種以上、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で使用することが可能である。

0021

本発明において、各材料の混合方法は、特に限定されるものではなく、それぞれの材料を施工時に混合しても良く、あらかじめ一部を、あるいは全部を混合しておいても差し支えないが、事前に混合し、現場で水を混合するほうが、品質面で好ましい。

0022

混合装置としては、既存のいかなる装置も使用可能であり、例えば、傾胴ミキサ、オムニミキサ、ヘンシェルミキサ、Ｖ型ミキサ、及びナウタミキサなどの使用が可能である。

0023

本発明では、地面の雑草を草刈機等で１ｃｍ以下程度に草刈し、刈り取った雑草を取り除いた上に防草材を敷き詰めて散水して被覆する方法。また、練混ぜた防草材を吹き付けて被覆する方法があり、草刈してその後に除草剤を散布してから被覆するとより好ましい。

0024

防草材を草刈した地面に敷き詰めて、その上に散水して表面を固化させて被覆する場合は、地面に防草材を敷き詰めてならし、その上にジョウロ等で散水する方法が好ましい。敷き詰める厚さは特に限定されるものではなく、地面の凸部で１〜３ｃｍの厚さが好ましい。１ｃｍ以下であると全体に被覆することができにくくなるため、防草効果が低くなる場合があり、３ｃｍ以上では防草効果は高いが材料費が高くなり、多大な労力がかかるため好ましくない。

0025

練混ぜた防草材を草刈した地面に吹き付けて表面を固化させて被覆する場合は、防草材に連続的に水を供給する連続練りミキサを使用して、練混ぜた防草材を圧送し、先端で圧縮空気を挿入して吹き付ける方法が施工性の点で好ましい。のり面等の傾斜がある場合は、さらに先端で可塑剤や液体急結剤を添加しても良い。練混ぜに使用する水の量は、ポンプで圧送が可能な流動性が得られるように、例えば、フロー値（ＪＩＳＲ５２０１−１９９８準拠）で１７０〜２３０ｍｍになるように水を加えることが好ましい。

0026

練混ぜた防草材を圧送するポンプは、特に限定されるものではなく、例えば、ピストン式ポンプ、スクイズ式ポンプ、又はスネイク式ポンプ等のポンプを使用できる。これらの中では、例えば、供給された防草材を混合機の先端の羽根で圧入された水と練混ぜし、それに連結しているスネイク式のポンプで連続的に圧送する連続練り圧送装置で練混ぜて圧送する方法が、作業性の面で好ましい。

0027

練混ぜて圧送された防草材は、先端の吹付けノズルで圧縮空気を挿入して吹き付ける方法ができる。また、傾斜の強いのり面などでは、圧縮空気に液体の可塑剤や酸性液体急結剤と混合して吹き付けする方法もある。添加方法は、特に限定されるものではないが、シャワリング管やＹ字管を用いてモルタルに添加する方法がある。吹き付ける厚さは、特に限定されるものではなく、地面の凸部で１〜３ｃｍの厚さが好ましい。１ｃｍ以下であると均一に被覆することができにくくなるため、防草効果が低くなる場合があり、３ｃｍ以上では防草効果は高いが経済的に好ましくない。

0028

作業性の確保の観点から、防草材の硬化時間は１０分以上が好ましい。また、２Ｎ／ｍｍ２以上の強度が確保されない場合や、硬化速度が遅い場合では十分な防草効果を得ることができない。加えて、雨風で防草材が流出したり、養生期間を設ける必要がある。

0029

以下、本発明の実験例に基づいて説明する。

0030

「実験例１」
表１に示すように、酸化マグネシウムとカルシウムアルミネートの割合を変えた合計１００質量部に対して、石膏を０〜１００質量部、凝結調整剤０.５質量部、土壌を６００質量部加えて防草材を調製した。この防草材を型枠に敷設後、敷き詰めた防草材１００質量部に対して、水を２０質量部散水して試験体を作製した。その後、硬化時間、圧縮強度を測定した。結果を表１に併記した。
また、比較として、普通セメントを用いたモルタルを調製した。モルタルの配合は、水セメント比５０質量％、（一社）セメント協会製標準砂と普通ポルトランドセメントの割合を３／１としたＪＩＳＲ ５２０１に記載のモルタルを作製した。

0031

＜使用材料＞
カルシウムアルミネート：炭酸カルシウムと酸化アルミニウムのＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比を２．２、シリカを３質量％加えて、１６５０℃で溶融して急冷した、ガラス化率９７％、ブレーン比表面積５０００ｃｍ２／ｇ
ポルトランドセメント：高炉Ｂ種セメント、ブレーン比表面積３７５０ｃｍ２／ｇ
石膏：天然無水石膏、ブレーン比表面積５０００ｃｍ２／ｇ
土壌：新潟県産川砂乾燥品、１．２ｍｍ篩下
アルミナセメント：アルミナセメント１号、デンカ社製
凝結調整剤：無水クエン酸ナトリウム、磐田化学工業社製
水：水道水
普通セメント：普通ポルトランドセメント、市販品
砂：（社）セメント協会製標準砂
酸化マグネシウム：中国産マグネシウムを焼成し、ブレーン比表面積４０００ｃｍ２／ｇになるよう調製したもの。

0032

＜測定方法＞
硬化時間：練混ぜた防草材を指で押してもへこまない時間を測定した。
圧縮強度：一軸圧縮強度は、２０℃・相対湿度６０％の環境で安定処理混合物の一軸圧縮試験方法（舗装試験法便覧日本道路協会）に準拠し、供試体寸法を直径１００ｍｍ 、高さ１２７ｍｍの円柱状とし、供試体は３層詰めで各層を２５回突いて作製した。材齢６時間と２８日強度を測定し、養生方法は、２０℃・相対湿度６０％の環境下で気乾養生とした。

0033

0034

表１から、本発明の防草材は、硬化時間が短く、初期強度発現性が高いことが分かる。

0035

「実験例２」
酸化マグネシウム６０質量部、カルシウムアルミネート４０質量部の合計１００質量部に対して、石膏を２０質量部、凝結調整剤０.５質量部、土壌を６００質量部加えて防草材を調製した。この防草材を型枠に敷設後、敷き詰めた防草材１００質量部に対して、水を２０質量部散水して試験体を作製した。その後、硬化時間、圧縮強度を測定した。その後、硬化時間、圧縮強度、静弾性係数を測定した。結果を表２に併記した。
また、比較として、普通セメントを用いたモルタルを調製した。モルタルの配合は、水セメント比５０質量％、（一社）セメント協会製標準砂と普通ポルトランドセメントの割合を３／１としたＪＩＳＲ ５２０１に記載のモルタルを調製した。

0036

＜使用材料＞
カルシウムアルミネート：炭酸カルシウムと酸化アルミニウムのＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比を変えて、シリカを３質量％加えて、１６５０℃で溶融して急冷した、ガラス化率９７％、ブレーン比表面積５０００ｃｍ２／ｇ
ポルトランドセメント：高炉Ｂ種セメント、ブレーン比表面積３７５０ｃｍ２／ｇ
石膏：天然無水石膏、ブレーン比表面積５０００ｃｍ２／ｇ
土壌：新潟県産川砂乾燥品、１．２ｍｍ篩下
アルミナセメント：アルミナセメント１号、デンカ社製
凝結調整剤：無水クエン酸ナトリウム、磐田化学工業社製
水：水道水
普通セメント：普通ポルトランドセメント、市販品
砂：（社）セメント協会製標準砂
酸化マグネシウム：中国産マグネシウムを焼成し、ブレーン比表面積４０００ｃｍ２／ｇになるよう調製したもの。

0037

0038

表２から、本発明の防草材は、硬化時間が短く、初期強度発現性が高いことが分かる。

0039

「実験例３」
酸化マグネシウム３０質量部、カルシウムアルミネート７０質量部の合計１００質量部に対して、塩化マグネシウムを３３０質量部もしくは硫酸マグネシウムを４５０質量部添加し、石膏を２０質量部、凝結調整剤０.５質量部、土壌を６００質量部加えて、防草材を調製した。この防草材を型枠に敷設後、敷き詰めた防草材１００質量部に対して、水を２０質量部散水して試験体を作製した。その後硬化時間、圧縮強度を測定した。結果を表３に併記した。

0040

0041

表３から、本発明の防草材は、硬化時間が短く、初期強度発現性が高いことが分かる。

0042

「実験例４」
実験例１の実験No.1-4、1-8、1-16、及び実験例３の実験No.3-1の各防草材について、防草材（酸化マグネシウム、カルシウムアルミネート、無水石膏、凝結調整剤、土壌）の合計１００質量部に対して２０質量部を散水ではなく、オムニミキサに加え、練混ぜたものを型枠または基礎面上に敷設したこと以外は実験例1と同様に試験した。

0043

＜使用材料＞
カルシウムアルミネート：ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比２．２、ガラス化率９７％、ブレーン比表面積５０００ｃｍ２／ｇ

0044

0045

表４から、本発明の防草材は、硬化時間が短く、初期強度発現性が高いことが分かる。

0046

本発明の防草材及びその使用方法により、草刈の労力を軽減でき、防草の持続性が確保できるなどの効果を奏するので、河川の土手、田畑の畦畔、あるいは、鉄道、道路等の盛土ののり面などの雑草の生育を抑制することができるので、土木分野などで広範に使用される。