JP6654470B2

JP6654470B2 - 防草材及びそれの使用方法

Info

Publication number: JP6654470B2
Application number: JP2016045539A
Authority: JP
Inventors: 佐々木　崇; 崇佐々木; 寺島　勲; 寺島　　勲; 渡辺　晃; 晃渡辺; 悠太藏本
Original assignee: Denka Co Ltd; Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2016-03-09
Filing date: 2016-03-09
Publication date: 2020-02-26
Anticipated expiration: 2036-03-09
Also published as: JP2017158472A

Description

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。

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、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。さらに初期凍害が生じたり、収縮ひび割れが生じる課題があった。

さらに、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。

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

本発明は、硬化時間が短く、初期強度発現性が高く、初期凍害、ひび割れ抵抗性を付与し、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。

即ち、本発明は、（１）セメント、カルシウムアルミネート、セメント混和用ポリマー及び土壌を含有してなる防草材、（２）さらに、石膏及び／又は消泡剤を含有してなる（１）の防草材、（３）カルシウムアルミネートが、ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比１．０〜３．０、不純物１５質量％以下である（１）又は（２）の防草材、（４）（１）〜（３）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、（５）（１）〜（３）のいずれかの防草材を水で練混ぜて地面に敷き詰めて被覆する防草材の使用方法、である。

本発明の防草材は、硬化時間が短く、初期強度発現性が高く、初期凍害やひび割れ抵抗性に優れ、十分な防草効果を有し、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。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明に使用するセメントとは、特に限定されるものではなく、普通、早強、超早強、低熱および中庸熱等の各種セメント、これらのセメントに、高炉スラグやフライアッシュやシリカフュームなどを混合した各種混合セメント、都市ゴミ焼却灰や下水汚泥焼却灰を原料として製造された環境調和型セメント（エコセメント）、市販されている微粒子セメントなどが挙げられ、各種セメントや各種混合セメントを微粉末化して使用することも可能である。また、通常セメントに使用されている成分（例えば石膏等）量を増減して調整されたものも使用可能である。
これらセメントは単独あるいは２種以上併用して使用することも可能である。これらの中では高炉セメントが六価クロム含有量が低く好ましい。

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Ａｌ_２Ｏ_３とを主成分とする水和活性を有する物質の総称であり、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Ａｌ_２Ｏ_３とのモル比（ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比）は、１．０〜３．０が好ましく、１．７〜２．５がより好ましい。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Ａｌ_２Ｏ_３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％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Ａｌ_２Ｏ_３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。

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Ｓ_０を求め、さらに、これらのＳ_０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／Ｓ_０）
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３０００ｃｍ^２／ｇ以上が好ましく、５０００ｃｍ^２／ｇ以上がより好ましい。３０００ｃｍ^２／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、セメント１００質量部に対して、０.５〜３０質量部が好ましい。０.５質量部未満では、早期硬化が得られない場合がある。３０質量部を超えると作業時間が得られない場合がある。

本発明では、粘弾性を付与させ、ひび割れを低減させる目的でセメント混和用ポリマーを使用できる。
本発明で使用するセメント混和用ポリマーは、例えば、ＪＩＳＡ６２０３で規定されているセメント混和用のポリマーであり、水の中にポリマーの微粒子が分散しているポリマーディルパージョンや、ゴムラテックスおよび樹脂エマルジョンに安定剤などを加えたものを乾燥して得られる再乳化形粉末樹脂などを称するものである。
例えば、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、及び天然ゴムなどのゴムラテックス、エチレン・酢酸ビニル共重合体、ポリアクリル酸エステル、酢酸ビニルビニルバーサテート系共重合体、及びスチレン・アクリル酸エステル共重合体やアクリロニトリル・アクリル酸エステルに代表されるアクリル酸エステル系共重合体、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂に代表される液状ポリマーなどが挙げられ、これらの１種又は２種以上の混合物を使用できる。これらは液状のものでも粉状のものでも使用でき、使用方法は、水をかける前の防草材に事前に練り混ぜてもよく、地面に敷き詰めた防草材に散水する水と混ぜたものを散水してもよい。さらに防草材と水を練り混ぜる際に同時に添加してもよく、防草材が水と反応し硬化した後の表面に撒いてもよく、その使用方法は、特に限定されるものではない。
セメント混和用ポリマーの使用量は、セメント１００質量部に対して、０.５〜２０質量部が好ましい。０.５部未満では、ひび割れの抑制効果が低い場合がある。２０部を超えると強度が得られない場合がある。

本発明に使用する石膏は、半水石膏、二水石膏や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３０００ｃｍ^２／ｇ以上が好ましく、５０００ｃｍ^２／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、特に限定されるものではないが、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。

本発明で使用する消泡剤は、防草材に巻き込まれる空気量を低減し、強度発現性を向上させるために使用するもので、粉末状のものでも液状のものでも特に限定されるものではないが、作業性の面から、あらかじめ防草材などの原材料に混合しておくことが可能な粉末状の消泡剤を用いることが好ましい。
消泡剤としては、低級アルコール系消泡剤、高級アルコール系消泡剤、油脂系消泡剤、界面活性剤系消泡剤、及びシリコーン系消泡剤等があり、具体的には、粉末状の消泡剤としては、旭電化工業社製商品名「アデカネートＢ−１１５Ｆ」や、サンノプコ社製商品名「ＳＮデフォーマー１４ＨＰ」などが挙げられる。
消泡剤の使用量は、通常、セメント１００質量部に対して、０．００１〜０．３質量部が好ましく、０．００２〜０．２質量部がより好ましい。０．００１質量部未満では消泡効果が低下し、強度発現性が悪くなる傾向があり、０．３質量部を超えても消泡効果がそれ以上向上しない。

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は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や防草処理を行う箇所の土をそのまま用いること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赤玉土や鹿沼土や乾燥砂は品質が安定しており、より好ましい。

本発明の防草材において、土壌の使用量は、特に限定されるものではないが、セメント１００質量部に対して、通常、１００〜１０００質量部が好ましく、２００〜７００質量部がより好ましい。土壌が１００質量部より低いと乾燥収縮量が大きくなり、ひび割れる可能性がある。１０００質量部より高いと強度が低く、初期凍害性に劣ったり、凹んでしまう可能性がある。

水の配合量は、本発明の防草材の合計１００質量部に対して、５〜１００質量部が好ましい。５質量部未満では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。

本発明では、凝結調整剤を本発明の差し支えない範囲で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、ポリアクリル酸又はその塩、減水剤、高性能減水剤などを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。

本発明では、酸化マグネシウムなどの低ｐＨの固化材、ウッドチップ、もみ殻などの嵩をあげる増量材、各種セメント、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、発泡剤、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、減水剤、流動化剤、ゴムチップ、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、ひび割れを抑制するため収縮低減剤や繊維などを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。

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。事前に混合する場合、土壌は乾燥状態であることが好ましい。また、土壌は、防草処理を行う箇所の土壌をそのまま用いることも可能である。

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。

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。

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。

本発明の防草材または、本発明の防草材の土を除いたものを草刈した地面に敷設し、地面の土と混合攪拌させて被覆する場合は、バックホウやスタビライザーなどを用いて混合攪拌させることが可能である。さらに転圧をすることで硬い地盤とすることも可能である。

以下、本発明の実験例に基づいて説明する。

「実験例１」
セメント１００質量部に対して、表１に示すカルシウムアルミネートを１５質量部、石膏を１５質量部、セメント混和用ポリマーを８質量部、凝結調整剤０.５質量部、土壌を５００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。硬化時間、圧縮強度、初期凍害性の測定を行った。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とマグネシア系固化材を調製した。モルタルの配合は、（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質量比を３／１としたドライモルタルを型枠に敷設し、水セメント比が５０質量％となるように水を散水して防草材を調製した。マグネシア系固化材は、中国産マグネシウムを焼成した市販の酸化マグネシウム１００質量部に対して、土壌を５００質量部混合したものを型枠に敷設し、水を２０質量部散水して防草材を調製した。

＜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／Ａｌ_２Ｏ_３モル比を変えて、シリカを加えて、１６５０℃で溶融し急冷してガラス化率９７％とし、粉砕してブレーン比表面積値５０００ｃｍ^２に調整した。不純物はシリカとし、その含有量を変えて調整した。
セメント：高炉Ｂ種セメント、ブレーン比表面積値３７５０ｃｍ^２／ｇ
セメント混和用ポリマーＡ：アクリル−酢酸ビニル−バーサチック酸ビニル系共重合体、粉末
石膏：天然無水石膏、ブレーン比表面積値５０００ｃｍ^２／ｇ
土壌：愛知県産真砂土、５ｍｍ篩下、長野県産川砂乾燥品、１．２ｍｍ篩下を当量混合
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：（一社）セメント協会製標準砂
マグネシア系固化材：中国産マグネシウムを焼成した市販の酸化マグネシウム

＜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、供試体の作成は３層２５回突き固めをした。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。
初期凍害抵抗性：２０℃・相対湿度６０％の環境下で圧縮強度と同様な方法で練混ぜ、供試体を作製後、直ちに、−１０℃環境下で材齢７日まで養生した。その後、材齢２８日まで２０℃・相対湿度６０％の環境下で気乾養生とした後、強度を測定し、常時２０℃環境下で練混ぜ・養生していた２８日強度の値に対する強度の割合（％）を算出した。さらに、供試体表面にひび割れの有無を確認した。

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く、初期凍害抵抗性に優れることが分かる。

「実験例２」
表２に示すように、セメント１００質量部に対し、カルシウムアルミネートと石膏の割合を変え、さらに、セメント１００質量部に対し、土壌の割合を変えた試験と表２に示す消泡剤を添加したこと以外は実験例１と同様な試験を実施した。結果を表２に併記した。

＜使用材料＞
カルシウムアルミネート：ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比２．２、ガラス化率９７％、ブレーン比表面積値５０００ｃｍ^２
消泡剤Ａ：油脂系消泡剤、粉末、市販品
消泡剤Ｂ：シリコーン系消泡剤、粉末、市販品

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く、初期凍害抵抗性に優れることが分かる。

「実験例３」
セメント１００質量部に対して、カルシウムアルミネートを１５質量部、石膏を１５質量部、凝結調整剤０.５質量部、土壌を６００質量部、表４に示す割合でセメント混和用ポリマー、消泡剤を混合し、乾燥収縮量（長さ変化率）の測定、防草・ひび割れ試験を行った。さらに、セメント１００質量部に対し、土壌の割合を変えた試験を実施した。
また、比較として、実験例１で使用した普通セメントを用いたモルタル（実験No.1-8）、マグネシア系固化材（実験No. 1-9）についても同様の試験を行った。
結果を表３に併記した。

＜使用材料＞
カルシウムアルミネート：ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比２．２、ガラス化率９７％、ブレーン比表面積値５０００ｃｍ^２
セメント混和用ポリマーＡ：アクリル−酢酸ビニル−バーサチック酸ビニル系共重合体、粉末
セメント混和用ポリマーＢ：ＳＢＲ系エマルジョン、固形分濃度２０％
セメント混和用ポリマーＣ：ＥＶＡ系エマルジョン、固形分濃度２０％
土壌：愛知県産真砂土、５ｍｍ篩下、長野県産川砂乾燥品、１．２ｍｍ篩下を当量混合

＜測定方法＞
乾燥収縮量（長さ変化率）：供試体は、各防草材の合計１００質量部に対して水を２０質量部散水し、ＪＩＳＡ１１２９−３のモルタル及びコンクリートの長さ変化試験方法、ダイヤルゲージ法に準拠し温度２０℃、湿度６０％で材齢２日を基点とし材齢３０日後の長さ変化率を測定した。
防草試験・ひび割れ試験：田畑に生い茂った雑草を予め長さ０．５ｃｍ以下に草刈機で草刈して、耕運機で田畑を耕し、その上に、芝生の種であるトールフェスク、ケンタッキーブルーグラス、ペレニアルライグラスの混合品を４０ｇ/ｍ^２撒き、足で踏みならし転圧した。その上に、各防草材を基礎面上に均一に厚み３ｃｍ、５ｍ^２敷設した後、各防草材の合計１００質量部に対して水を２０質量部散水し、１８０日後のひび割れの本数、防草材表面からの生えた芝の本数を測定した。

表３から、本発明の防草材は、ひび割れが少なく、芝が少なく防草効果に優れることが分かる。一方、モルタルやマグネシア系固化材は、収縮量が大きく、ひび割れも多く、芝が多く生えることが分かる。

「実験例４」
実験例３の実験No.1-4、3-3、3-4、3-5の各防草材１００質量部に対して水２０質量部を散水ではなく、オムニミキサに加え、練り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３と同様に実施した（実験No.4-3、4-4、4-5、4-6）。
また、比較として、実験例１で使用した普通セメントを用いたモルタル（実験No.1-8）、マグネシア系固化材（実験No.1-9）についても実験例１で使用した水量で、それぞれ散水ではなく、練り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３と同様に実施した。
結果を表４に併記した。

表４から、本発明の防草材は、練り混ぜたものを敷設してもひび割れが少なく、芝が少なく防草効果に優れることが分かる。

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。

Claims

セメント１００質量部に対して、カルシウムアルミネート０.５〜３０質量部、セメント混和用ポリマー０.５〜２０質量部、土壌１００〜１０００質量部を含有してなる防草材。
さらに、石膏及び／又は消泡剤を含有してなる請求項１に記載の防草材であり、石膏量がカルシウムアルミネート１００質量部に対して５０〜２００質量部、消泡剤量がセメント１００質量部に対して、０．００１〜０．３質量部である防草材。
カルシウムアルミネートが、ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比１．０〜３．０、不純物１５質量％以下である請求項１又は２に記載の防草材。
請求項１〜３のいずれか１項記載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ことを特徴とする防草材の使用方法。
請求項１〜３のいずれか１項記載の防草材を水で練混ぜて地面に敷き詰めて被覆することを特徴とする防草材の使用方法。