JP2000109829A - 含水土壌用固化材及び含水土壌の固化改良方法 - Google Patents

含水土壌用固化材及び含水土壌の固化改良方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、pH値が、土壌の
緩衝能力によるpH値降下が比較的速やかに起こる10
以下の範囲であり、且つ、7日後の一軸圧縮強度が、人
が上を歩ける尺度である0.5kgf/cm以上であ
る改良土壌を与える固化材の提供、及び、該固化材を使
用する含水土壌の固化改良方法の提供を目的とする。 【解決手段】 本発明者等は、15〜40重
量部の酸化マグネシウムと、4〜10重量部の硫酸アル
ミニウム及び/または硫酸鉄と、残部がせっこうより成
る組成物を必須成分とする組成物が、上記目的とする固
化材となることを見出し、本発明を完成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、含水土壌の固化材
及びそれを使用する含水土壌の固化改良方法に関する。
【0002】
【従来の技術】軟弱土壌の土質改良には、固化材を使用
する固化処理が施される。また、軟弱土壌地域の改良利
用ではなく、その地域の土木工事等に伴って発生する含
水残土を搬出する場合にも、流動性が高いことからその
ままでの搬送が困難であり、固化材を使用して固化処理
を施した後、搬出する必要がある。何れの目的において
も、固化材には、固化後の土壌が目的に合った十分な強
度を有していること、適度の固化速度を有しているこ
と、固化材が化学的に安定であり有害物質が溶出しない
こと等の特性が要求されるが、これ等複数機能を要求さ
れる固化材として既に多くの技術が開示されている。こ
れ等は、含まれる水硬性成分の種によってセメント系と
せっこう系に大別できるが、せっこう系はアルカリ溶出
によるアルカリ公害を引き起こす可能性は低いものの、
固化後土壌に十分な強度を付与できるものが得られてい
ない。
【0003】一方、セメント系固化材は,セメント自体
が強アルカリであるためアルカリ公害を引き起こす可能
性があるものの、固化後土壌は強度的に問題が無いこと
から、強度面を活かしつつアルカリ公害を抑制する試み
が数多く為されている。これ等は、対象土壌、固化材添
加量、評価方法等が夫々異なるため、固化材としての比
較評価は出来ないが、固化材については更なる改良が要
求されていることは事実であり、また、徒に強度向上を
図るのでなく、改良後土壌の使用目的に応じて調製され
た固化材が要求されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、含水土壌の
固化改良に優れた性能を示す固化材の提供を目的とす
る。具体的には、pH値が、土壌の緩衝能力によるpH
値降下が比較的速やかに起こる10以下の範囲であり、
且つ、7日後の一軸圧縮強度が、人が上を歩ける尺度で
ある0.5kgf/cm2以上である改良土壌を与える
固化材の提供、及び、該固化材を使用する含水土壌の固
化改良方法の提供を目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、特定の割
合の酸化マグネシウムと、硫酸アルミニウム及び/又は
硫酸鉄と、せっこうとからなる成る組成物が、上記目的
とする固化材となることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、15〜40重量部の酸化マグネシ
ウムと、4〜10重量部の硫酸アルミニウム及び/また
は硫酸鉄と、残部がせっこうより成る組成物を必須成分
とする、含水土壌用固化材に関する。更に、本発明は、
上記含水土壌用固化材を、含水土壌1m3当たり50〜
400kg添加する、含水土壌の固化改良方法に関す
る。以下に、本発明を説明する。
【0006】
【発明の実施の形態】酸化マグネシウムが水和反応で固
化することは知られているが、本発明では、その特性を
利用すべく、せっこうに加えて、酸化マグネシウムを水
硬性材料として使用することを特徴としている。
【0007】酸化マグネシウムは、カ焼温度により軽焼
マグネシアと硬焼マグネシアの2種に大別できるが、本
発明においては、軽焼マグネシアを使用するのが好まし
い。硬焼マグネシアは水和活性に乏しいことから、固化
材の水硬性成分として使用した場合には、目的強度への
到達に長時間要することになるからである。
【0008】本発明の固化材における酸化マグネシウム
量は、必須成分の15〜40重量部の範囲とする。少な
すぎると、強度的に十分な改良後土壌を与える固化材が
得られず、逆に多すぎると、pH的に満足のいく改良後
土壌を与える固化材が得られない。
【0009】酸化マグネシウムの水和により水酸化マグ
ネシウムが生成するが、水酸化マグネシウムの溶解度
は、アルカリ土類金属水酸化物としては比較的低いこと
から、飽和水溶液のpHは10.5程度であり、セメン
トに比べて低いものの、固化材の主構成成分として使用
するに当っては、pH調整が必要であることには変わり
がない。本発明では、硫酸アルミニウム又は硫酸鉄を中
和剤として使用する。中和剤して添加される硫酸アルミ
ニウム、及び、硫酸第一鉄又は硫酸第二鉄の形態の硫酸
鉄は何れも、安価で且つ入手が容易な材料であり、中和
剤として性能的に問題はないが、硫酸アルミニウムの使
用が効果の点で好ましい。これ等は夫々単独で、また
は、硫酸塩混合物として添加する事が出来る。
【0010】硫酸アルミニウム、硫酸鉄の添加で固化材
のアルカリ度延いては固化後土壌のアルカリ度は低下す
るが、同時に固化後土壌の一軸圧縮強度も低下する。従
って、本発明においては、必須成分中における硫酸アル
ミニウム、硫酸鉄、またはこれ等の混合物の存在量が4
〜10重量部であるようにすることにより、強度及びp
H値を満足する改良土壌を与える固化材を得る事が出来
る。
【0011】本発明の固化材における主成分の一つであ
るせっこうは、水和反応による土壌中の水の固定化とそ
の水硬性により、含水土壌の固化を促進すると考えら
れ、二水物以外であれば履歴に関係なく使用することが
出来る。例えば、半水せっこう、無水せっこう、又はこ
れらの混合物を何等問題無く使用出来るが、中でも、二
水せっこう及び比較的容易に得られる半水せっこうがコ
スト面で有利であり、且つ性能的にも問題がないことか
ら、本発明に使用するには最も好ましい材料である。
【0012】本発明の固化材は、必須成分である酸化マ
グネシウム、硫酸アルミニウム及び/又は硫酸鉄を適量
混合することにより十分その性能を発揮するが、更に無
機多孔体吸水材及び/又は吸水性有機物を添加すること
により、固化材添加後土壌のpH値を殆ど変動させるこ
となく、固化改良後土壌の一軸圧縮強度を更に改善する
ことが出来る。吸水材は、土壌中に存在する自由水と結
合・固定化して、含まれる自由水量を少なくする働きを
有していることから、吸水材を添加した固化材の使用
は、含水比の低い含水土壌の固化改良と同じになり、固
化材添加後土壌の一軸圧縮強度が高くなるものと考えら
れる。従って、含水比の高い土壌の固化改良において
は、吸水材の添加は特に効果的である。
【0013】本発明で使用可能な吸水性有機物の例とし
ては、ポリアクリルアミド、ポリメタクリルアミド、ポ
リビニールアルコール、ポリアクリレート等の合成高分
子、及び、故紙、パルプ等の天然有機高分子が挙げられ
るが、中でもシュレッダー等の適当な手段で幅数mm×
長さ数十mmに裁断した故紙の添加は、性能的にも価格
的にも優れた、好ましい固化材を与える。
【0014】一方、本発明で使用可能な無機多孔体吸水
材例としては、パーライト、ゼオライト、シリカ、ボト
ムアッシュ等を挙げることが出来るが、中でもパーライ
トが、吸水性能、化学的安定性、価格面で最も好ましい
材料である。
【0015】固化材必須成分100重量部当たりの吸水
材の添加量は、合成有機高分子の場合には0.1〜5重
量部、故紙等の天然有機高分子及び無機質多孔体の場合
には5〜60重量部とするのが良い。有機系、無機系何
れにおいても、夫々の範囲より少ないと添加効果が十分
に発現せず、逆に多いと経済的でなくなるか、固化改良
後土壌の圧縮強度の低下を招くことがある。圧縮強度面
での固化材の改良は、固化改良に必要な固化材量の低減
に繋がることから、固化材への吸水材の添加量は、改良
対象土の含水比、及び、目的強度を達成するのに必要な
固化材の必要量とを勘案して適宜決めることになる。
【0016】本発明の固化材は、構成各成分の単なる混
合物であることから、その調製に当っては特別な機器、
手段を必要とせず、ミキサー等公知の固体混合用の機器
を使った公知の方法が適用出来る。
【0017】本発明の固化材を使用して含水土壌の改良
を行うに当っては、土壌に余分な水を加えない点で、固
体状態で混合するのが好ましい。その際、一般に行われ
ている、対象土壌とミキサーを用いて混合するミキサー
混合法や、スタビライザーを用いる浅層処理法が効果的
に使用できる。また、含水土壌への添加量は、含水土壌
の特性、特に含水量によるが、含水土壌1m3当たり5
0〜400kg添加することにより、目的とする材令7
日後の0.5kgf/cm2以上の一軸圧縮強度を有す
る改良土壌を得ることが出来る。勿論、必要に応じて固
化材添加量を増やすことにより、pH値の大きな上昇を
招くこと無く土壌一軸圧縮強度を更に高めることも可能
であり、目的、経済性に合わせて添加量を適宜選択する
ことになる。以下では、具体的例を挙げて、本発明を更
に詳しく説明する。
【0018】
【実施例】 (1)使用原料 酸化マグネシウム:試薬1級、市販品 硫酸アルミニウム:無水物、市販品 半水せっこう :ブレーン比表面積:4,800cm2/g 故紙 :シュレッダー裁断屑、幅約5mm×長さ約20mm パーライト :粒径:1.2mm以下、単位容積質量:0.20kg/l 、市販品
【0019】(2)固化材の調製 所定量の酸化マグネシウム、硫酸アルミニウム及びせっ
こう、更に必要に応じて、故紙裁断屑又はパーライトを
添加したものをホバートミキサーで3分間混合して固化
材を得た。
【0020】(3)土壌の改良 処理対象とした土壌は、含水比198%、密度1.22
1g/cm3のへドロである。上記(2)で調製した固
化材を、処理対象土壌1m3当たり100kgの割合で
添加した後、ホバート型ミキサーで3分間混合して改良
土壌を調製した。混合後の土壌を、直径5cm、高さ1
0cmの鋼製の円筒型のモールドに充填し、温度20
℃、相対湿度96%の恒温恒湿槽内で7日間養生した後
脱形し、評価用供試体を得た。
【0021】(4)改良後土壌の評価:一軸圧縮強度 上記(3)で得られた供試体について、JIS A12
16に則った方法でその一軸圧縮強度を測定した。尚、
一軸圧縮強度については、対象土壌1m3当たり100
kgの添加で、材令7日後に、人が上を歩くことが可能
な強度である0.5kgf/cm2以上の一軸圧縮強度
を有す改良土壌を与えるものを良とした。
【0022】(5)改良後土壌の評価:pH測定 上記(3)で得られた成形前の土壌について、土質工学
会基準JSFT 211−1990に則り、改良土壌の
pHを測定した。pH値については、10以下のものを
良とした。
【0023】実施例1〜4及び比較例1〜3 酸化マグネシウム、硫酸アルミニウム、半水せっこうの
添加量を変えた結果を表1に示す。本発明の範囲に含ま
れる組成を有する固化材を用いた場合、固化改良後土壌
のpH値は10以下であり、且つ、材令7日における一
軸圧縮強度は0.5kgf/cm2以上であり、目的と
した基準をクリアしていた。それに対して、本発明の範
囲を外れた組成を有する固化材では、固化改良後土壌の
pH値又は一軸圧縮強度が目的とした基準に達せず、固
化材としては不適であることが分かる。
【0024】
【表1】
【0025】実施例5〜8 ここでは、酸化マグネシウム硫酸アルミニウム及びせっ
こうより成る組成物に、更に、故紙又はパーライトを吸
水材として添加した例を示す。結果を表2に示すが、吸
水材の添加で、材令7日における一軸圧縮強度が向上し
ていることが分かる。
【0026】
【表2】
【0027】
【発明の効果】本発明の固化材は組成的に簡単なもので
あるが、改良後土壌の材令7日後の一軸圧縮強度は0.
5kgf/cm2以上と歩行可能な強度を有しているこ
とから、その上での作業が可能になるだけでなく、pH
値も、土壌の緩衝能力によるpH値降下が速やかにおこ
り易い10以下に収まっており、アルカリ公害を引き起
こす可能性も低く、含水土壌の固化改良材としての利用
価値が高い。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // C09K 103:00 Fターム(参考) 2D040 AB11 BA12 CA03 CA10 CB00 4G012 PA33 PB03 PB04 PB10 PB11 PB29 PB31 PB40 PC01 PD03 4H026 CA04 CB01 CB03 CB05 CB07 CB08

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】15〜40重量部の酸化マグネシウムと、
    4〜10重量部の硫酸アルミニウム及び/または硫酸鉄
    と、残部がせっこうより成る組成物を必須成分とする、
    含水土壌用固化材。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の固化材必須成分100重
    量部当たり、更に0.1〜5重量部の有機合成高分子吸
    水材を添加した、含水土壌用固化材。
  3. 【請求項3】請求項1に記載の固化材必須成分100重
    量部当たり、更に5〜60重量部の故紙を添加した、含
    水土壌用固化材。
  4. 【請求項4】請求項1に記載の固化材必須成分100重
    量部当たり、更に5〜60重量部の無機質多孔体吸水材
    を添加した、含水土壌用固化材。
  5. 【請求項5】請求項1から4までの何れかに記載の含水
    土壌用固化材を、含水土壌1m3当たり50〜400k
    g添加する、含水土壌の固化改良方法。
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