土壤用固化剂、土壤铺设材料及土壤铺设方法.pdf

本发明的目的在于提供：土壤铺设材料，在该土壤铺设材料中使用的土壤用固化剂，以及使用该土壤用铺设材料的土壤铺设方法；其中土壤铺设材料的pH在中性或弱碱性区域，具有接近自然土的色调，而且表面硬度较高，是吸水性、保水性、冲击吸收性也良好的材料。为了实现上述目的，采用以含有氧化镁和异种金属盐为特征的土壤用固化剂，以及在土壤中添加该土壤用固化剂、并混合而形成的土壤铺设材料等。另外，材料含有30质量％～80质量％上述氧化镁的土壤用固化剂等。此外，根据本发明的土壤固化剂根据需要还可以含有增量剂、酸性剂。

1.  一种土壤用固化剂，其特征在于：含有氧化镁和异种金属盐。

2.  如权利要求1记载的土壤用固化剂，其含有30质量％～80质量％的氧化镁。

3.  如权利要求1记载的土壤用固化剂，其中异种金属盐为选自硫酸镁、氢氧化镁、氯化镁、硫酸钙、硫酸铝、硫酸亚铁、多氯化铝、明矾、煅烧明矾石、过磷酸钙和硫酸锌中的1种或将2种或2种以上组合的物质。

4.  如权利要求1记载的土壤用固化剂，其进一步含有酸性剂。

5.  如权利要求4记载的土壤用固化剂，其含有50质量％或者50质量％以下的上述酸性剂。

6.  一种土壤铺设材料，其是在土壤中，添加并混合权利要求1记载的土壤用固化剂而成。

7.  如权利要求6记载的土壤铺设材料，其中，上述土壤用固化剂的混合比例为5质量％～25质量％。

8.  如权利要求6或7记载的土壤铺设材料，其中，pH为5.8～9.5。

9.  如权利要求6记载土壤铺设材料，其中，上述土壤为选自花岗岩风化砂土、产生土和普通残土中的至少一种。

10.  如权利要求9记载的土壤铺设材料，其中，上述土壤为花岗岩风化砂土，其含水率为6质量％～16质量％。

11.  如权利要求9记载的土壤铺设材料，其中，上述土壤为产生土和/或普通残土，其含水率为20质量％～80质量％。

12.  一种土壤铺设方法，其特征在于：将权利要求6记载的土壤铺设材料均匀地铺设在地基上后，压实。

13.  一种土壤铺设方法，其特征在于：将权利要求7记载的土壤铺设材料均匀地铺设在地基上后，压实。

14.  一种土壤铺设方法，其特征在于：将权利要求8记载的土壤铺设材料均匀地铺设在地基上后，压实。

15.  一种土壤铺设方法，其特征在于：将权利要求9记载的土壤铺设材料均匀地铺设在地基上后，压实。

16.  一种土壤铺设方法，其特征在于：将权利要求10记载的土壤铺设材料均匀地铺设在地基上后，压实。

17.  一种土壤铺设方法，其特征在于：将权利要求11记载的土壤铺设材料均匀地铺设在地基上后，压实。

18.  如权利要求12记载的土壤铺设方法，其中，在地基上均匀地铺设上述土壤铺设材料后，在表面上散布硬化促进剂水溶液。

土壤用固化剂、土壤铺设材料 及土壤铺设方法
技术领域
本发明涉及土壤用固化剂、土壤铺设材料及土壤铺设方法，更详细地说，涉及以氧化镁为主要成分的土壤用固化剂、使用该土壤用固化剂的土壤铺设材料以及使用该土壤铺设材料的土壤铺设方法。
背景技术
使用以土壤为主要材料的铺设材料进行铺设的所谓的土壤铺设，与柏油铺设或者混凝土铺设相比较，具有吸水性、保水性、吸收冲击性和防滑性，且阻热性优异，此外，较为美观。
目前，作为这种土壤铺设材料已知向土壤添加水泥类或生石灰类固化剂而形成的材料。
例如，在日本专利申请(特开平6-10305号公报)中记载了铺设用组合物，其是在水泥中加入一定量土质材料、均匀混合后，配合含有特定的无机硬化剂的添加水。另外，在日本专利申请(特开平6-306814号公报)中，记载了对花岗岩风化砂土(真砂土)，混炼水泥和根据需要的以碳酸钙和二氧化硅粉末为主要成分的透水性土壤硬化混合剂，并将其敷设在铺设地基上。在日本专利申请(特开平9-87621号公报)中记载了，在将天然泥土、水泥和少量的硬化剂与水混合形成的铺设组合物中，使用含有氯化镁、氯化铝、氯化钙、氯化钾、氯化钠的物质作为硬化剂而形成的天然泥土铺设组合物。
在用使用了这些水泥类或生石灰类固化剂(硬化剂)的土壤铺设材料进行铺设时，成为pH为12以上的强碱性，必须将土壤铺设材料作为建筑废弃物处理，而且由于渗透水显示出强碱性，所以会影响栽植或者昆虫细菌等。另外，铺设的色调也与自然泥土不同，在外观方面也有问题，为了显示出接近自然土的色调，必须进行混合颜料等处理。
另一方面，作为其它类型的土壤铺设材料，已经提出有对土壤添加树脂系固化剂形成的材料。
在日本专利申请(特开平10-231158号公报)中记载了，在粘土铺设材料中，将冲击吸收剂、作为粘合剂的瓜尔胶等天然橡胶、作为粘合剂的水泥等无机类固化剂混合、加水，混炼形成的天然土铺设材料。另外，在日本专利申请(特开2000-7962号公报)中记载了，由混合全体容积的60～90％的水溶性树脂和全体容积的40～10％的增塑剂而得到的软固化剂形成的土壤改良剂。
在由使用这些树脂类固化剂(硬化剂)的土壤铺设材料铺设时，成为细菌分解、紫外线降解，表面容易产生剥离的状态。另外，土色为湿色较好的颜色，但在下雨时、干燥时也不改变颜色，而自然土的情况则不同，随时间变化变为黄色。
如上所述，在使用水泥类固化剂(硬化剂)时，具有难以大幅度地适用于土质的变化情形，且具有难以硬化的情形。而且，对水较弱的生石灰类固化剂具有难以硬化且难以得到适当的强度的问题。此外，在使用树脂类固化剂时，具有为强碱性，容易剥离，不能得到自然色等问题。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供：在中性或弱碱性的pH下，具有接近自然土的色调且表面硬度高，吸水性、保水性、冲击吸收性也良好的土壤铺设材料，用于该土壤铺设材料的土壤用固化剂，以及使用该土壤铺设材料的土壤铺设方法。
本发明人研究的结果为：发现通过使用含有镁的氧化物、氢氧化物和异种金属盐的土壤用固化剂，可以实现上述目的，从而完成本发明。
(土壤用固化剂)
根据本发明的土壤用固化剂，其特征在于：含有氧化镁和异种金属盐。
而且，在该土壤用固化剂中，最好含有30质量％～80质量％的氧化镁。
在本发明的土壤用固化剂的异种金属盐中，优选使用选自硫酸镁、氢氧化镁、氯化镁、硫酸钙、硫酸铝、硫酸亚铁、多氯化铝、明矾、煅烧明矾石、过磷酸钙和硫酸锌中的1种或者将2种或者2种以上组合的物质。
此外，在本发明的土壤用固化剂中，优选含有酸性剂。而且，该酸性剂优选为含有50质量％或50质量％以下。
(土壤用铺设材料)
本发明的土壤用铺设材料是在土壤中，将上述土壤用固化剂添加、混合而成。
而且，在本发明的土壤用铺设材料中，上述土壤用固化剂的混合比例优选为5质量％～25质量％。
此外，本发明的土壤用铺设材料，其pH值优选为5.8～9.5。
本发明的土壤用铺设材料，可以将选自花岗岩风化砂土、生成土(発生土)和普通残土中的至少1种作为土壤使用。
而且，在本发明的土壤用铺设材料中，在上述土壤中使用花岗岩风化砂土时，其含水率优选为7质量％～15质量％。
另外，在本发明的土壤用铺设材料中，在上述土壤中使用生成土和/或普通残土时，其含水率可以在20质量％～80质量％的范围内使用。
(土壤铺设方法)
本发明的土壤铺设方法，其特征在于：在地基上均匀地敷设上述本发明的土壤铺设材料后，压实。
另外，在本发明的土壤铺设方法中，也可以在地基上均匀地敷设上述土壤铺设材料后，在其表面上散布硬化促进剂溶液，压实。
发明效果
使用了本发明的土壤用固化剂的土壤铺设材料，可以达到下述(1)～(5)所示的各种效果。
(1)铺设的色调接近自然土，外观良好。
(2)由于pH的范围是5.8～9.5地中性或弱碱性范围，所以不需要作为建筑废弃物处理，使用后可以粉碎再利用，而且渗透水也不会给载植或者昆虫细菌等带来影响。
(3)不仅吸水性、保水性优异，防止干燥，保护树木等植被，而且由于铺设中的水分蒸发可以实现冷却效果(防止热岛现象的效果)，所以难以蓄水、从而防止铺设面的泥化。
(4)由于冲击吸收率也高，所以具有良好的缓冲性。
(5)另外，通过本发明的土壤铺设方法，可以使用上述土壤铺设材料简单地进行土壤铺设。
附图说明
图1为表示使用含水率为8质量％的花岗岩风化砂土时的土壤用固化剂的添加量与强度的关系的图表。
图2为表示使用含水率为10质量％的花岗岩风化砂土时的土壤用固化剂的添加量与强度的关系的图表。
图3为表示使用含水率为12质量％的花岗岩风化砂土时的土壤用固化剂的添加量与强度的关系的图表。
图4为表示使用含水率为14质量％的花岗岩风化砂土时的土壤用固化剂的添加量与强度的关系的图表。
图5为表示使用含水率为6质量％的花岗岩风化砂土时的土壤用固化剂的添加量与强度的关系的图表。
图6为表示使用含水率为10质量％的花岗岩风化砂土时的土壤用固化剂的添加量与强度的关系的图表。
图7为表示使用含水率为12质量％的花岗岩风化砂土时的土壤用固化剂的添加量与强度的关系的图表。
图8为表示使用含水率为16质量％的花岗岩风化砂土时的土壤用固化剂的添加量与强度的关系的图表。
图9为表示使用含水率为40质量％的工地现场生成土时的土壤用固化剂的添加量与强度的关系的图表。
图10为表示使用含水率为20质量％的工地现场生成土时的土壤用固化剂的添加量与强度的关系的图表。
图11为表示使用含水率为80质量％的工地现场生成土时的土壤用固化剂的添加量与强度的关系的图表。
具体实施方式
以下就本发明的实施方式进行详细地说明。本发明的土壤用固化剂具有含有氧化镁和异种金属盐这样的基本特征。
在本发明的土壤用固化剂中含有的氧化镁有低温烧成品和高温烧成品，从反应性方面考虑，最好使用低温烧成品(轻烧氧化镁)。另外，在本发明中，也可以使用含有白云石这样的氧化镁的石灰矿石。另外，在本发明中使用的氧化镁，也可以用将氧化镁水合而得到的氢氧化镁代替。该氢氧化镁可以是从水镁石等获得的天然品。
在本发明的土壤用固化剂中含有的异种金属盐为硫酸镁、硫酸钙、硫酸铝、硫酸亚铁、多氯化铝、明矾、煅烧明矾石、过磷酸钙和硫酸锌等中的至少一种。尤其是从具有降低土壤铺设材料的pH的作用考虑，优选硫酸铝、多氯化铝和酸性硫酸钠。而且，是含有氢氧化镁、硫酸镁的物质。
以土壤用固化剂的重量为基准，本发明的土壤用固化剂中的氧化镁的含有比例，为30质量％～80质量％，更优选为40质量份～60质量份。氧化镁的含有比例不足30质量％时，氧化镁的含量减少，土壤固化变弱，不能得到适当的强度(硬度)。另一方面，如果氧化镁的含有比例超过80质量％，pH值难以降低，从而难以接近中性区域，此外硬化反应速度也变慢。进一步优选的是氧化镁的含有比例为40质量％～60质量％。在此范围内，成为硬化程度适当，耐冲击性良好、铺设色调良好以及吸水性、保水性等品质稳定性特别优异的物质。
本发明的土壤用固化剂，由于可以根据土壤性质使pH降低，所以根据需要可以含有酸性剂。作为这样的酸性剂可以使用，例如，粉末硫酸、硼酸等粉末状的无机酸，或者草酸、柠檬酸、苹果酸、苯磺酸等的粉末状有机酸，硫酸铵、苯磺酸铵等强酸与弱碱的粉末状盐，酸性硫酸钠、氯化铁、氯化镁、氯化铵等粉末状酸性盐等。酸性剂的添加量在不阻碍具有适当的硬化程度、良好的耐冲击性、良好的铺设色调、以及吸水性、保水性等品质的范围内确定，没有特别的限定。
然而，本发明的土壤用固化剂中的酸性剂的含量，在土壤用固化剂中通常在50质量％或者50质量％以下的范围内使用，进一步优选的是1质量％～10质量％，只要含有使最后的混合有土壤用固化剂的土壤铺设材料的pH维持在中性或弱碱性区域的量即可。如果酸性剂的含量超过50质量％，则会损害混合有土壤用固化剂的土壤铺设材料所要求的铺设的色调、吸水性、保水性等上述性质。
本发明的土壤铺设材料是在土壤中添加、混合上述土壤用固化剂而成。在上述铺设材料中，土壤用固化剂的混合比例为5质量％～25质量％。如果土壤用固化剂的含有比例不足7质量％，则不能发挥土壤用固化剂的混合效果；如果超过25质量％，则缺乏与自然土接近的色调，且成本变高。而且，土壤用固化剂的混合比例更优选为7质量％～20质量％。如果土壤用固化剂的含有比例为7质量％以上，则硬化程度与耐冲击性的平衡非常稳定。而且，进一步优选为10质量％～15质量％，在该范围内，成为硬化程度与耐冲击性的平衡性、良好的铺设色调，吸水性、保水性等品质稳定性特别优异的物质。
本发明的土壤铺设材料优选pH为5.8～9.5的中性或弱碱性区域。通过为该中性或弱碱性区域，不需要将土壤铺设材料作为建筑废弃物处理，而且在使用后可以粉碎再利用，另外渗透水也不给载植或昆虫细菌等带来影响，是不破坏环境的环保材料。
在本发明的土壤铺设材料中使用的土壤没有特别的限定，但是由于河砂、海砂等沙质土壤强度较低，优选淤泥质土壤、粘土质土壤。通常使用作为天然土的花岗岩风化砂土，或者从盾构方法、地下防渗连续墙(地中連続壁工法)方法等得到的生成土，或者从普通掘削工作等产生的普通残土。
花岗岩风化砂土优选的含水率通常为7质量％～15质量％，更优选为9质量％～12质量％。因此，考虑到最佳含水率为9质量％～12质量％的范围，在花岗岩风化砂土的含水率低于该范围时，优选加水调节为12质量％左右。另外，产生土和/或普通残土的优选的含水率通常为20质量％～80质量％，更优选为20重量～50质量％，而且最佳含水率为40质量％左右。另外，在将本发明的土壤铺设材料用于外力不能达到的中央隔离带和堤岸等时，如后所述，使用含水率高的花岗岩风化砂土。
在本发明的土壤铺设材料中，加入上述土壤用固化剂后，可以添加、混合填充剂。作为这种填充剂可以列举碳酸钙、矿渣、无水石膏、半水石膏、滑石、未烧白云石、硅石粉末、飞灰等。
为了制备本发明的土壤铺设材料，例如，可以将花岗岩风化砂土等土壤投入混和器、机动旋耕机、搅拌机等中，进行充分搅拌，接着投入上述土壤用固化剂，再根据需要投入酸性剂、填充材料等，进行充分搅拌、均匀混合。而且，在混合中洒水，可以调节水分含量。
接着，就本发明的铺设方法进行说明。
为了使用本发明的土壤铺设材料进行土壤铺设，在施工场所的地基上投入该土壤铺设材料，使用耙子等均匀铺设。此时为了进行有效的压延，用边界框或者木框等预先将施工场所围起来，希望防止土壤铺设材料流到或扩散到外部。
如上均匀的铺设土壤铺设材料后，用手动振动机等将施工场所边缘部分压实，接着通过滚板机等对整个表面充分压实。
进行土壤铺设的压实后，在表面散布硬化促进剂的水溶液，可以促进固化。作为这样的硬化促进剂，可以单独或组合使用碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸乙烯酯、异氰酸酯化合物等的与水反应能够产生二氧化碳的化合物，或者氯化钙、氯化镁、丙烯酸镁等的异种金属氯化物等。
此外，在几乎不受到外力的中央隔离带和堤岸等用途中，使花岗岩风化砂土的含水率为15质量％～25质量％地精炼，制备完成的状态为灰泥状的土壤铺设材料，通过泥刀加工(コテ仕上げ)等均匀地设置土壤铺设材料。在该情况下，不需要用手动振动机等压实，但是为了不产生间隙，用捣实棒等敲实而消除间隙。
使用本发明的这种土壤铺设方法进行铺设非常适合于，例如道路的路旁、中央隔离带、植树带、庭院、公园、各种设施周围等。
以下，基于实施例对本发明进行具体地说明。
[实施例1]
在该实施例中，在本发明的土壤用固化剂内，采用了仅由氧化镁与异种金属盐形成的、具有最单纯的结构的物质。也就是，在该实施例中使用的土壤用固化剂是将50质量％的氧化镁和50质量％作为异种金属盐的氯化镁混合而制备的。
然后，在含水率10质量％的花岗岩风化砂土中添加上述土壤用固化剂以使固化剂的添加量为15质量％，混合，求得老化(材令)10天的样品的单轴压缩强度(N/mm²)。该结果为：单轴压缩强度为2.30N/mm²，滑动阻力(BPN)为55，由GB回弹性能试验得到的回弹高度为78cm，作为土壤铺设材料的pH为9.7。因此，pH值略高。通常，作为铺设路面，为了确保适合人类步行、为了保护考虑到一定程度的经济性的使用期限，单轴压缩强度为1.50N/mm²以上是一般的标准。因此，该目标单轴压缩强度完全允许。另外，对于滑动阻力来说，适合步行的条件也可以明显允许。此外，GB回弹性能试验的结果为：与混凝土表面和柏油铺设面相比，是具有足够弹性的铺设面，可以理解为近似于在土地上行走的感觉。
另外，单轴压缩强度以如下条件测定：根据稳定处理混合物的单轴压缩试验方法(铺设试验法手册日本道路协会)，使供试验体为直径100mm，高度127mm的圆柱状，供试验体的制造为3层并进行25次。另外，老化是进行9天室内养生、1天水浸总计养生10天。滑动阻力是根据铺设路面的滑动阻力测定方法(铺设试验法手册日本道路协会)，使用振子式抗滑力检测器进行测定的。对于滑动阻力在平坦的地上，BPN希望为40或者40以上(湿润状态)。此外，GB回弹试验是在土壤中混入土壤固化剂，在地基面上均匀地铺设后，再用手动振动机压实而形成的测定路面上，使高尔夫球从1m的高度自然落下，测定弹回的高度。弹回的高度在普通的混凝土路面上为89cm左右，在柏油铺设的路面上为83cm左右。这些试验方法与以下的实施例中的相同。
[实施例2]
在该实施例中，混合制备50质量％氧化镁、20质量％作为异种金属的氯化镁、10质量％作为酸性剂的硫化铁、20质量％作为填充材料的矿渣，作为土壤用固化剂。然后，在含水率10质量％的花岗岩风化砂土中加入上述土壤用固化剂以使固化剂的添加量为15质量％，混合，求得老化10天的样品的单轴压缩强度(N/mm²)。该结果为：单轴压缩强度为2.41(N/mm²)，滑动阻力(BPN)为58，由GB回弹性能试验得到的回弹高度为72cm，pH为9.4。
如果与实施例1相比较，由于添加了一定量酸性剂，则与实施例1相比pH变低。而且，可以知道：由于加入在确保强度的同时可以改善铺设路面的弹性的矿渣，所以单轴压缩强度和滑动阻力上升，由GB回弹性能试验得到的回弹高度变低，可以得到富有弹性力的路面。
[实施例3]
该实施例，主要是用于确定土壤的含水率和固化剂的添加量的关系。该实施例中使用的固化剂是将氧化镁(50质量％)、作为异种金属盐的硫酸镁(10质量％)、作为酸性剂的硫化铁(10质量％)和作为填充材料的矿渣(30质量％)混合制备的。
然后，在具有各种含水率的花岗岩风化砂土中，以表1所示的比例添加上述土壤用固化剂，混合，求得老化10天的样品的单轴压缩强度(N/mm²)。该结果如表1和图1～图4所示。
首先，对附图进行说明。从图1～图4所示的各图可以知道具有如下特征：任何一个在固化剂的添加量为25质量％左右，即使增加固化剂也都几乎不能增加单轴压缩强度，发现达到饱和的倾向。  这种关系认为是根据土壤材质和固化剂的添加量而异，但是在本发明中，在土壤材质为花岗岩风化砂土时具有共性。
表1