(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス化率が７０％以上、ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3モル比が２．０〜２．７、不純物が１５％以下、ブレーン比表面積が３０００ｃｍ2／ｇ以上であるカルシウムアルミネート、γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ2、石膏と土壌を含有し、カルシウムアルミネートと石膏とγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ2の合計１００質量部のうち、γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ2が１０〜７０質量部である、土壌舗装材料。
【請求項２】
さらに、セメント混和用ポリマー、アスファルト乳剤から選ばれた１種又は２種以上を含有してなる請求項１に記載の土壌舗装材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土壌舗装材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
土壌舗装は天然の土壌が持つ弾力性や保水性を残し、衝撃の吸収や路面温度の安定化に寄与する舗装である。特に路面温度の上昇を抑える効果が高く、ヒートアイランド現象の対策として注目されている。また周囲の自然環境に調和しやすいため、公園や遊歩道、歴史的建造物の周囲など景観を重視する用途でも採用されている。
【０００３】
従来、土壌舗装材料としては、生石灰系またはセメント系あるいはマグネシア系の固化剤を土壌に添加したものが知られている。
【０００４】
セメントに土質材料を一定量加え、均一に混合した後、特定の無機硬化剤を含有する添加水を配合した舗装用組成物が記載されている（特許文献１）。また、真砂土に対してセメント及び要すれば炭酸カルシウム及び珪石粉を主成分とする透水性土壌硬化混和剤を混練して舗装基礎上に敷設することが記載されている（特許文献２）。天然土、セメント及び少量の硬化剤を水練りする舗装組成物において、硬化剤として塩化マグネシウム、塩化アルミニウム、塩化カルシウム、塩化カリウム、塩化ナトリウムを含むものを用いてなる天然土舗装組成物が記載されている（特許文献３）。
【０００５】
これらのセメント系あるいは生石灰系を用いた土壌舗装材料による舗装は、剛性が強く弾性に富んだ舗装に課題が残る。また硬化に時間を要するため、早期開放ができない課題がある。さらにｐＨが１２以上の強アルカリとなり、周辺の植生への影響や六価クロムの溶出に課題があった。
【０００６】
また、マグネシア系の固化剤を土壌に対して添加するものが提案されている。酸化マグネシウムと異種金属塩とを含有する土壌舗装材料（特許文献４）や、平均ペリクレース結晶子径が３３０〜４３０Åの酸化マグネシウムと、土壌とを予め混合した舗装材料（特許文献５）、さらに、マグネシア系固化剤、乳化性樹脂及び水を含有する透水性舗装材組成物混合物（特許文献６）などの土壌改良剤がある。
【０００７】
これらのマグネシアを含有する固化剤（硬化剤）を用いた土壌舗装材料による舗装にあっては、硬化時間が長く、低温時には固まらず、凍害を受けてしまうといった課題があった。
【０００８】
また、カルシウムアルミネート系スラグを用いた土系固化材が提案されている（特許文献７）。カルシウムアルミネート系スラグを用いた場合、不純物が多く、ガラス化率が低いことから、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比を高くし反応活性を上げているが、セメント系や生石灰系やマグネシアを含有する固化剤と同様、硬化時間が長く、低温時には固まらず、凍害を受けてしまうといった課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平６−１０３０５号公報
【特許文献２】特許第２５３３４５２号
【特許文献３】特開平９−８７６２１号公報
【特許文献４】特開２００５−１５４７３５号公報
【特許文献５】特開２０１４−５１８４９号公報
【特許文献６】特許第４３１０７８２号
【特許文献７】特許第５５６１９２１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の土壌舗装材料では、セメント系固化剤（硬化剤）を用いた場合には、剛性が強く弾性に富んだ舗装に課題があり、マグネシア系の固化剤やカルシウムアルミネート系スラグを用いた場合には、硬化時間が長く、低温時には固まらず、凍害をうけてしまう課題があった。
本発明は、上記の課題を解決し、速硬性で凍害への抵抗性に優れ、かつ、衝撃吸収性も良好な土壌舗装材料を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
即ち、本発明は、（１）ガラス化率が７０％以上、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比が１．０〜２．７、不純物が１５％以下、ブレーン比表面積が３０００ｃｍ２／ｇ以上であるカルシウムアルミネートと土壌を含有してなる土壌舗装材料、（２）さらに、石膏を含有してなる（１）の土壌舗装材料、（３）さらに、カルシウムシリケート、セメント混和用ポリマー、アスファルト乳剤から選ばれた１種又は２種以上を含有してなる（１）又は（２）の土壌舗装材料、である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に依れば、速硬性で凍害への抵抗性に優れ、かつ、衝撃吸収性も良好な土壌舗装材料とすることが可能となる。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を詳細に説明する。
なお、本発明で使用する部や％は質量基準である。
【００１４】
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、硬化時間が早く、初期強度発現性が高い材料である。
本発明のカルシウムアルミネートとしては、例えば、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、カルシア原料とアルミナ原料の混合物を溶融後に急冷した非晶質カルシウムアルミネートが使用できる
本発明のカルシウムアルミネートのＣａＯとＡｌ２Ｏ３とのモル比（ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比）は、１．０〜２．７が好ましく、２．０〜２．５がより好ましい。１．０未満では硬化に時間を要し、２．７を超えると硬化が早過ぎる場合がある。
【００１５】
本発明のカルシウムアルミネートの成分であるＣａＯやＡｌ２Ｏ３以外の成分（不純物）は、１５％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％以下であることがさらに好ましい。１５％を超えると硬化時間が長く、低温時には固まらない課題がある。
本発明のカルシウムアルミネートに含まれ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あり、これらがＣａＯやＡｌ２Ｏ３の一部を置換したものがあるが、特に限定されるものでない。
本発明の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。
【００１６】
カルシウムアルミネートのガラス化率の測定は、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、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）
【００１７】
本発明の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未満であると初期強度発現性が低下する場合がある。
【００１８】
本発明の石膏としては、半水石膏と無水石膏が挙げられ、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。
【００１９】
本発明の石膏の粒度は、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。
本発明に使用する石膏の使用量は、カルシウムアルミネート１００部に対して、５０〜１５０部が好ましい。５０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。
【００２０】
本発明では、強度を増進させる目的でカルシウムシリケートを使用できる。
カルシウムシリケートは、３ＣａＯ・ＳｉＯ２や２ＣａＯ・ＳｉＯ２があり、特に限定されるものではないが、γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ２が大気中の二酸化炭素を吸収して強度を増加させるため、最も好ましい。
γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ２は、２ＣａＯ・ＳｉＯ２で表される化合物の中で、低温相として知られるものであり、高温相であるα−２ＣａＯ・ＳｉＯ２やβ−２ＣａＯ・ＳｉＯ２とは異なるものである。これらの化合物はいずれも２ＣａＯ・ＳｉＯ２で同じ化学組成を有するが、結晶構造は異なっている。セメントクリンカ中に存在する２ＣａＯ・ＳｉＯ２はβ−２ＣａＯ・ＳｉＯ２である。β−２ＣａＯ・ＳｉＯ２は水硬性を有するが、本発明におけるγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ２は水硬性を持たないが、大気中の二酸化炭素を吸収して硬化する特性があることを見出した。
γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ２の粒度は、特に制限されないが、ブレーン比表面積値で３０００ｃｍ２／ｇ以上が好ましく、４，０００〜８，０００ｃｍ２／ｇがより好ましい。ブレーン比表面積値が３，０００ｃｍ２／ｇ未満では、大気中の二酸化炭素を吸収して強度が充分に得られない場合がある。８，０００ｃｍ２／ｇを超えても更なる効果の増進が期待できない。
【００２１】
本発明では、粘弾性を付与させ、振動等の衝撃を工場させる目的でセメント混和用ポリマーを使用できる。
本発明のセメント混和用ポリマーは、例えば、ＪＩＳ Ａ ６２０３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、特に限定されるものではない。
【００２２】
さらに、本発明では、粘弾性を付与させ、振動等の衝撃を工場させる目的でアスファルト乳剤を使用できる。
本発明のアスファルト乳剤は、天然に得られる又は石油の蒸留残渣として得られる瀝青物を主成分とするアスファルトの微粒子を、水中に分散させて得られるコロイド液体のことであり、瀝青物、例えば、針入度４０／６０〜２００／５００程度のストレートアスファルトを主材とし、これに界面活性剤と多価金属塩とを加え、さらに、必要に応じて乳化助剤、分散剤、及び保護コロイド等を適宜使用して水中に乳化させたものである。
また、瀝青物に、ゴムや合成高分子重合体等を添加・混合して、改質した瀝青物を乳化したものを使用することも可能である。
アスファルト乳剤中の瀝青物含有量は、４０〜７０％が好ましく、５５〜６５％がより好ましい。４０％未満では土壌舗装材料に粘弾性を与える効果が得られない場合があり、７０％を超えると強度の発現が低下する場合がある。これらは液状のものでも塊状のものでも使用でき、特に限定されるものではない。
【００２３】
本発明で使用するカルシウムアルミネート、あるいは、カルシウムアルミネートと石膏に、強度増進や粘弾性を向上させる目的でカルシウムシリケート、セメント混和用ポリマー、アスファルト乳剤の１種又は２種以上を含有することができる。
カルシウムシリケート、セメント混和用ポリマーやアスファルト乳剤の配合割合は、カルシウムアルミネート、あるいは、カルシウムアルミネートと石膏の合計１００部に１０〜７０部が好ましく、２０〜５０部がより好ましい。カルシウムシリケート、セメント混和用ポリマーやアスファルト乳剤が少ないと長期強度が低くなる傾向であり、７０部を超えると初期の強度発現性が落ちる傾向になるが、これらの配合割合は、特に限定されるものではない。
セメント混和用ポリマーまたはアスファルト乳剤の混合方法は、硬化前のカルシウムアルミネートと水を練混ぜる際に事前に混合することも可能であり、硬化後のものに液状のものを散布することも可能であり、特に限定されるものではない。
【００２４】
本発明の土壌舗装材料１００部に対する土壌の割合は、特に限定されるものではないが、通常、１００〜１０００部が好ましく、２００〜６００部がより好ましい。土壌が１００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部より高いと強度が低く、凹んでしまう可能性がある。
【００２５】
本発明で使用する土壌とは、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あり、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。
【００２６】
本発明では、水の配合量は、土壌舗装材料１００部に対して１５〜１００部が好ましい。１５部未満では混合が困難となる場合があり、１００部を超えると強度が得られない場合がある。
【００２７】
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、ポリアクリル酸又はその塩、さらにナフタレン系、メラミン系、アミノスルホン酸系、ポリカルボン酸系、ポリエーテル系に代表される減水剤などを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。
【００２８】
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、並びに、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、ガラス繊維などの長さ１０ｍｍ以下の短繊維、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。
【００２９】
次に、本発明における舗装方法について説明する。
本発明に係る土壌舗装材料を施工するには、各土壌舗装材料が均一に混合されれば、特に施工方法が限定されるものではない。このような本件発明に係る土壌舗装方法による舗装は、例えば道路の路側、中央分離帯、植樹帯、庭園、公園、各種施設周り等に好適に適用される。
【実施例】
【００３０】
以下、本発明の実験例に基づいて説明する。
【００３１】
「実験例１」
石膏１００部に対して、表１に示すカルシウムアルミネート１００部を調製し、硬化時間、圧縮強度、初期凍害性の測定を行った。
表１に示すカルシウムアルミネートと石膏の合計１００部に対して、土壌を６００部とし、カルシウムアルミネートと石膏と骨材の合計１００部に対して凝結調整剤としてクエン酸ナトリウムを０.５部、水を２０部加えて土壌舗装材料を調製した。結果を表１に併記した。
【００３２】
＜使用材料＞
石膏：天然無水石膏、ブレーン比表面積値５０００ｃｍ２／ｇ
土壌：新潟県産川砂乾燥品、１．２ｍｍ篩下
水：水道水
アルミナセメント：アルミナセメント１号、デンカ社製、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比１．０、結晶質
凝結調整剤：無水クエン酸ナトリウム、磐田化学工業社製
【００３３】
＜測定方法＞
硬化時間：練混ぜた土壌固化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、供試体の作成は３ 層２ ５ 回とした。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、強度を測定した。常時、２０℃環境下で練混ぜ・養生していた２８日強度との値を比較し、強度低減割合を算出した。
【００３４】
【表１】
0006634267.tif 000002
【００３５】
表１より、本発明の土壌舗装材料が優れた硬化特性、強度発現、凍害抵抗性を示すことが分かる。また、カルシウムアルミネートの種類により硬化に時間を要し、初期凍害抵抗性に劣ることが分かる。
【００３６】
「実験例２」
実験例１の実験No.1-4のカルシウムアルミネートを使用し、表２に示す割合でカルシウムアルミネートと石膏の割合を変えたこと以外は実験例１と同様に行った。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、マグネシア系固化材を調製した。モルタルの配合は、水セメント比５０％、（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（質量比）を３／１としたＪＩＳＲ ５２０１に記載のモルタルを調製した。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部に対して、土壌を６００部、水を２０部加えて土壌舗装材料を調製した。
圧縮強度、初期凍害抵抗性は実験例１と同じ測定方法で行い、曲げひずみ、ＧＢ反発係数も測定した。
【００３７】
＜使用材料＞
カルシウムアルミネート：ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比２．２、不純物含有量２％、ガラス化率９７％、ブレーン比表面積値５０００ｃｍ２／ｇ
石膏：天然無水石膏、ブレーン比表面積値５０００ｃｍ２／ｇ
凝結調整剤：無水クエン酸ナトリウム、磐田化学工業社製
土壌：新潟県産川砂乾燥品、１．２ｍｍ篩下
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
マグネシア系固化材：中国産マグネシウムを焼成した酸化マグネシウム、市販品
【００３８】
＜測定方法＞
曲げひずみ：ＪＩＳ  Ａ  １１０６に基づき、曲げ試験を実施した際の破壊時のひずみを測定し、柔軟性の尺度とした。
ＧＢ反発係数：２０℃・相対湿度６０％の環境で土壌に各土壌固化剤を基礎面上に均一に敷設した後、６時間と２８日後にハンド振動機で締め固めて形成した測定路面に、ゴルフボールを１ｍの高さから自然落下させ、跳ね返り高さを測定し、弾力性の尺度とした。
【００３９】
【表２】
0006634267.tif 000003
【００４０】
表２より、本発明の土壌舗装材料が優れた物性を示すことが分かる。比較のモルタルは、短時間強度が低く、材齢２８日では強度が高いものの、弾力性を示すＧＢ反発係数が高く剛性が高いため、曲げひずみが低いことが分かる。また、短時間強度が低いため、初期凍害を受けていることがわかる。マグネシア系固化材は強度が低く、曲げひずみも低く、初期凍害を受けていることが分かる。
【００４１】
「実験例３」
実験例１の実験No.1-4のカルシウムアルミネートと石膏を当量ずつ混合したものに、表３に示す割合でカルシウムシリケートを混合した合計１００部に対し、土壌を６００部、水を２０部加えて土壌舗装材料を調製した。
長期強度を測定するため、材齢６時間と１８０日で測定し、土壌の種類を変えたこと以外は実験例２と同様に行った。
【００４２】
＜使用材料＞
カルシウムシリケート イ：３ＣａＯ・ＳｉＯ２試薬の炭酸カルシウム３モル及び二酸化ケイ素１モルを混合粉砕した後、電気炉で焼成し合成した。ブレーン比表面積値１８００ｃｍ２／ｇ。
カルシウムシリケート ロ：β−２ＣａＯ・ＳｉＯ２試薬の炭酸カルシウム２モル及び二酸化ケイ素１モルを混合粉砕した後、電気炉で焼成し合成した。ブレーン比表面積値１８００ｃｍ２／ｇ。
カルシウムシリケート ハ：γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ２試薬の炭酸カルシウム２モル及び二酸化ケイ素１モルを混合粉砕した後、電気炉で焼成し合成した。ブレーン比表面積値１８００ｃｍ２／ｇ。
土壌：愛知県産真砂土、５ｍｍ篩下
【００４３】
【表３】
0006634267.tif 000004
【００４４】
表３より、本発明の土壌舗装材料が優れた物性を示すことが分かる。カルシウムシリケートを混入することで１８０日の強度が増進し、衝撃吸収性（ＧＢ反発係数や曲げひずみ）にも大きな影響がないことが分かる。
【００４５】
「実験例４」
実験例１の実験No.1-4のカルシウムアルミネートと石膏を当量ずつ混合したものに、表４に示す割合でセメント混和用ポリマー、アスファルト乳剤を混合した合計１００部に対し、土壌を６００部、水を２０部加えて土壌舗装材料を調製したこと以外は実験例３と同様に行った。
【００４６】
＜使用材料＞
セメント混和用ポリマーイ：ＥＶＡ系エマルジョン、固形分濃度２０％
セメント混和用ポリマーロ：クロロプレン系ラテックス、固形分濃度２０％
セメント混和用ポリマーハ：アクリル系エマルジョン、固形分濃度２０％
アスファルト乳剤：主成分アスファルト、瀝青物含有量６０％、東亜道路工業社製
土壌：愛知県産真砂土、５ｍｍ篩下
【００４７】
【表４】
0006634267.tif 000005
【００４８】
表４より、本発明の土壌舗装材料は、セメント混和用ポリマー、アスファルト乳剤を混合することで、弾力性を示すＧＢ反発係数が低く、曲げひずみが大きくなり衝撃吸収性に優れることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の土壌舗装材料により、速硬性であることから早期開放でき、寒冷地や低温環境下でも安定した舗装ができ、さらに衝撃吸収性に優れた土壌舗装材料を提供することが可能となるため主に土木、建築分野で好適に使用される。