特許第6809821号(P6809821)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6809821
(24)【登録日】2020年12月14日
(45)【発行日】2021年1月6日
(54)【発明の名称】防草材及びそれの使用方法
(51)【国際特許分類】
   A01M 21/00 20060101AFI20201221BHJP
【FI】
   A01M21/00 Z
【請求項の数】6
【全頁数】10
(21)【出願番号】特願2016-123149(P2016-123149)
(22)【出願日】2016年6月22日
(65)【公開番号】特開2017-225385(P2017-225385A)
(43)【公開日】2017年12月28日
【審査請求日】2019年3月27日
(73)【特許権者】
【識別番号】000003296
【氏名又は名称】デンカ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000523
【氏名又は名称】アクシス国際特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】藏本 悠太
(72)【発明者】
【氏名】佐々木 崇
(72)【発明者】
【氏名】寺島 勲
(72)【発明者】
【氏名】渡辺 晃
【審査官】 吉田 英一
(56)【参考文献】
【文献】 特開2008−260905(JP,A)
【文献】 特開2007−330114(JP,A)
【文献】 特開2004−315244(JP,A)
【文献】 特開2015−074896(JP,A)
【文献】 米国特許出願公開第2007/0275857(US,A1)
【文献】 坂井悦郎,カルシウムアルミネートの水和とその利用,Journal of the Society of Inorganic Materials, Japan,2007年,Vol. 14, No. 328,pp. 184 - 190
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
A01M 21/00
E02D 17/20
E01H 11/00
E02D 3/12
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ポルトランドセメント、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であって、
ポルトランドセメントの量が、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、30〜1000質量部であり、
土壌の量が、土壌を除いた防草材100質量部に対して100〜1000質量部である、防草材
【請求項2】
さらに、石膏を、カルシウムアルミネート100質量部に対して、50〜200質量部含有してなる請求項1に記載の防草材。
【請求項3】
カルシウムアルミネートが、CaO/Al23モル比1.0〜3.0、不純物が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請求項1、2又は3に記載の防草材。
【請求項5】
請求項1〜4のいずれか1項に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6】
請求項1〜4のいずれか1項に記載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ことを特徴とする防草材の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【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。
【背景技術】
【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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2003−47388号公報
【特許文献2】特開2007−330114号公報
【特許文献3】特開2014−51849号公報
【特許文献4】特開2014−234655号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【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。
【課題を解決するための手段】
【0006】
即ち、本発明は、(1)ポルトランドセメント、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/Al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)ののいずれか防草材、(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。
【発明の効果】
【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く、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。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、本発明を詳細に説明する。
【0009】
本発明に使用するポルトランドセメントとは、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ポルトランドセメント、これらのポルトランドセメントに、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、各種ポルトランド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。
これらポルトランドセメントは、単独で使用することができ、さらに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、価格や環境面への影響から、高炉セメントが好ましい。
ポルトランドセメントの使用量は、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、30〜1000質量部が好ましい。硬化時間を短くするためには、特に50〜500質量部が好ましい。この範囲に収まらない場合、硬化時間を短縮することができない可能性がある。
【0010】
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。
【0011】
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、2000〜20000cm/gが好ましく、3000〜15000cm/gがより好ましい。2000cm/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。20000cm/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。
【0012】
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Alとのモル比(CaO/Al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/Al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Al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Al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。
【0013】
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3000cm/g以上が好ましく、5000cm/g以上がより好ましい。3000cm/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。
【0014】
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3000cm/g以上が好ましく、5000cm/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。150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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【実施例】
【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、ポルトランドセメント50質量部、石膏を0〜100質量部、凝結調整剤0.2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/Al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5000cm/g
ポルトランドセメント:高炉B種セメント、ブレーン比表面積値3750cm/g
石膏:天然無水石膏、ブレーン比表面積5000cm/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:酒石酸、和光純薬社製
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4000cm/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1 0 0 m m 、高さ1 2 7 m m 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】
【表1】
【0034】
表1から、本発明の防草材は、一定の作業時間を有しながら硬化時間が短く、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20質量部、カルシウムアルミネート80質量部の合計100質量部に対して、ポルトランドセメント50質量部、石膏を20質量部、凝結調整剤0.2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5000cm/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3750cm/g
石膏:天然無水石膏、ブレーン比表面積値5000cm/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:酒石酸、和光純薬社製
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、ブレーン比表面積が4000cm2/gになるよう調製したもの。
【0037】
【表2】
【0038】
表2から、本発明の防草材は、一定の作業時間を有しながら硬化時間が短く、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20質量部、カルシウムアルミネート80質量部の合計100質量部に対して、ポルトランドセメント50質量部、塩化マグネシウムを220質量部もしくは硫酸マグネシウムを300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】
【表3】
【0041】
表3から、本発明の防草材は、一定の作業時間を有しながら硬化時間が短く、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.1-2、1-5、1-18、及び実験例3の実験No.3-1の各舗装材について、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/Alモル比2.2、ガラス化率97%、ブレーン比表面積5000cm/g
【0044】
【表4】
【0045】
表4から、本発明の防草材は、一定の作業時間を有しながら硬化時間が短く、初期強度発現性が高いことが分かる。
【産業上の利用可能性】
【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。