JP2001342461A

JP2001342461A - 地盤改良材

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Publication number: JP2001342461A
Application number: JP2000162736A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Okabayashi; 茂生岡林; Kotaro Masuda; 耕太郎増田; Keiko Hiraizumi; 恵子平泉; Hitoshi Tonokouchi; 仁殿河内
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 2000-05-31
Filing date: 2000-05-31
Publication date: 2001-12-14
Anticipated expiration: 2020-05-31
Also published as: JP4493159B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の目的は、前記課題の解決
された固化材の提供、すなわち、改良処理土の強度の低
下をもたらすことなく、有害重金属溶出を著しく抑制す
る機能を付加した地盤改良材を提供することにある。【解決手段】本発明は、せっこう、セメント及
び多硫化カルシウムより成り、せっこうとセメントの合
量を１００重量部としたとき、せっこう量がＳＯ₃基準
で４〜２０重量部、多硫化カルシウム量がＳ換算で０．
０１５〜１．０重量部であることを特徴とする地盤改良
材に関する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、有害重金属の安定
化能力に優れた地盤改良材およびその製造方法に関する
ものである。詳しくは、軟弱地盤、建設廃棄物、各種汚
泥の固化改良において、改良対象物に含まれる、あるい
は産業廃棄物を多量使用したセメント又は該セメントを
使用して製造された固化材に由来する有害重金属の溶出
が抑制された地盤改良材、およびその製法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】軟弱地盤の改良や、廃棄物の埋め立て処
理の際、処理対象物である土、廃棄物そのものに、環境
上無視できない程度の有害重金属が含まれている場合が
ある。これ等処理対象物の処理には、通常、セメント系
固化材が使用されるが、この場合、セメントの主成分で
あるカルシウム等のアルカリ成分が溶出することから、
固化処理土のｐＨ値が１１を超えることが多々発生す
る。この様な高アルカリ環境下では、多くの重金属類は
難溶解性の水酸化物を形成し固定化され、その溶出は抑
制される。しかし、一部の両性重金属、例えば六価クロ
ムは、高ｐＨ領域でイオン化した状態で存在するため、
何等かの溶出防止策を講じないと、処理系外に溶出し、
環境汚染を引き起こすことになる。更に、セメントが極
微量の六価クロムを含むことから、セメント系固化材を
使用すれば、固化材自体からの六価クロムの溶出も問題
となる。

【０００３】高ｐＨ域での六価クロムの固定化率を高
め、その溶出を抑制する手段として種々の方法が提案さ
れている。三価クロムの水酸化物は難溶性であるのを利
用し、、固化材に、硫酸第一鉄、高炉スラグ等の還元剤
又は含還元性物質材料を添加して、還元固定化する方法
が公知である。この方法は、クロム溶出の抑制にはそれ
なりの効果があるが、単一材料のみの添加では、初期〜
長期に亙って効果を維持するものがないのに加え、還元
剤の添加はセメントの水和反応を遅延させる効果を有し
ていることから、有害重金属の溶出抑制効果を確保する
目的で多量添加（数％から数十％）すれば改良土の目的
強度が得られ難くなる欠点を抱えたものであった。この
様な事情を背景に、従来の固化特性を損なうことなく、
初期から長期に亙り有害重金属を固定化しその溶出を抑
制する地盤改良材の存在が望まれていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前記
課題の解決された固化材の提供、すなわち、改良処理土
の強度の低下をもたらすことなく、有害重金属溶出を著
しく抑制する機能を付加した地盤改良材を提供すること
にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、セメントお
よびせっこうよりなる水硬性成分に、多硫化カルシウム
を添加した固化材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、必須成
分としてせっこう、セメント及び多硫化カルシウムを含
み、せっこうとセメントの合量を１００重量部としたと
き、せっこう量がＳＯ₃基準で４〜２０重量部、多硫化
カルシウム量がＳ換算で０．０１５〜１．０重量部であ
ることを特徴とする地盤改良材に関する。以下に本発明
を詳しく説明する。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明の地盤改良材における固化
成分は、ポルトランドセメントとせっこうを基本成分と
する。せっこう量は、少なすぎると初期強度発現性が十
分でなく、多すぎると長期強度発現性が低下することか
ら、その添加量は、ＳＯ₃基準で固化成分全体の４〜２
０重量％とする。このように、せっこう分を富化した固
化成分と多硫化カルシウムとの組合わせは、せっこう量
がＳＯ₃基準でが３重量％以下である一般構造用セメン
トを固化成分とする場合に対比して、本件発明の地盤改
良材の示す優れた重金属溶出抑制効果及び強度付与効果
の要因となっている。なお、使用するせっこうの形態は
特に限定されるものではないが、２水塩、半水塩、II型
無水塩の使用が好ましい。

【０００７】地盤改良材中の多硫化カルシウム量は、少
な過ぎると重金属溶出抑制効果が不十分であり、一方、
多すぎると重金属溶出抑制効果は向上するものの、改良
土の強度が低下するだけでなく経済性の面からも好まし
くない。地盤改良材に存在する重金属量は、固化成分と
して使用されるセメントが由来する原料に依存して変動
する。また、土自体が有する重金属固定化能力も処理対
象土によって異なる。本発明では、多硫化カルシウム存
在量を、セメントおよびせっこうよりなる固化成分１０
０重量部当たり、その成分として含まれる硫黄（Ｓ）換
算で０．０１５〜１．０重量部とするが、一般的な土の
改良処理に十分対応可能な地盤改良材を、一般的なセメ
ントを使用して得ることが出来る。

【０００８】多硫化カルシウムによる重金属の固定化能
力（許容限界）は、多硫化カルシウムの濃度および形
態、固化処理後の経過時間（材齢）等によって当然異な
るが、例えば、Ｓ換算で０．３重量％の多硫化カルシウ
ムを含む地盤改良材１ｋｇ当たりの六価クロム固定化能
力は約３００ｍｇである。

【０００９】多硫化カルシウムは、粉末および各種濃度
の水溶液としたもののが知られており、これ等の何れも
が使用可能である。特に、一般的な流通形態である各種
濃度の水溶液は、入手が容易であるのに加え、優れた特
性の地盤改良材を与えることから、好適に使用すること
が出来る。多硫化カルシウム水溶液を使用する場合に
は、２種の異なった方法を採ることが出来る。水溶液形
状で他の構成成分に添加する方法では、後に混合処理が
加わる状態に在る成分材料への添加例えば、ボールミル
への給材工程に在る材料への添加においては、添加方法
を選ばないが、水溶液である材料の特性を活かした効果
的な添加方法の一つは噴霧である。噴霧は、添加後に混
合処理を加えない場合、例えば、ボールミリング後の、
ベルトコンベア上を移送中の多硫化カルシウム以外の構
成成分を含む原材料に水溶液を噴霧する方法でも、十分
な重金属溶出抑制効果と固化強度を示す地盤改良材を得
ることが出来る。

【００１０】多硫化カルシウム含有固化材の製造におい
て、この水溶液での添加は、余分な工程を必要としない
長所が在るだけでなく、添加後にボールミリングを加え
る場合には、被粉砕物に対する高温処理と粉砕処理が同
時に進行するため、水分の蒸発による多硫化カルシウム
の固形化が微細化・分散と同時に進むと共に、粉砕処理
を受けたセメント粒子表面への多硫化アルカリの融着が
生じ、より高い添加効果を発現させることが可能とな
る。

【００１１】多硫化カルシウムを水溶液形状でセメン
ト、せっこうに添加するのではなく、多硫化カルシウム
水溶液に粉体状の固定化材を添加し、多硫化カルシウム
がこれ等固定化材上に担持固定化されたと見做し得る状
態で存在する粉体状物として添加することも出来る。粉
状物は、貯蔵、運搬、秤量、他成分との混合等が容易で
操作性に優れていることから、該方法による多硫化カル
シウムの添加は、原料を混合して固化材の調製及び配送
を行うステーションを複数箇所に設置して、事業を実施
する場合には非常に好ましい方法である。

【００１２】本発明における固定化材としては、生石
灰、せっこう、パーライト、活性炭、珪藻土等の無機粉
体やポリアクリル酸系、ポリエステル系等高分子ポリマ
ー粉体を挙げることが出来る。これ等固定化材の水に対
する作用機構は固定化材料種によって異なる物が在ると
考えられ、それに応じて、固定化後の多硫化カルシウム
の存在形態も固定化材に依存して変動することが考えら
れるが、固定化後すなわち多硫化カルシウム水溶液との
混合後には、全体が実質的に粉体として扱える量の粉状
固定化材を添加する。この状態にするための固定化材の
添加量は、多硫化カルシウム水溶液濃度、吸水材の吸水
容量更には固定化材比重に依存して変化するが、例え
ば、２７．５％の多硫化カルシウム水溶液の場合、硫黄
換算多硫化カルシウムと固定化材との重量比を１：２と
すれば、十分その目的を達成できる。

【００１３】生石灰を使用する場合には、軟焼した活性
の高いものを使用するのが好ましい。せっこうを固定化
材として用いる場合には、無水せっこう、半水せっこう
の使用が好ましく、中でもβ型半水せっこうの使用は特
に好ましい。尚、せっこうを添加する場合、全体のせっ
こう量が、本発明の範囲内すなわち、セメント成分１０
０重量部に対しＳＯ₃基準で２０重量部以下となるよう
にする。

【００１４】吸水材による多硫化カルシウム水溶液の粉
体状への固定化は、多硫化カルシウム水溶液に固定化材
粉末を添加する簡単な方法で実施できる。この工程で
は、混合処理を加えることは必ずしも必要でないが、固
定化処理後の粉体をセメント等の構成他成分と混合して
地盤改良材材に仕上げる際には、ボールミル等公知の混
合手段で混合するのが好ましいことは言うまでもない。

【００１５】多硫化カルシウムをその水溶液から固定化
後添加する方法においては、その添加時期は、添加後に
他の成分との混合処理が入る限り、特に限定はない。例
えば、セメントクリンカーまたはセメントを、せっこう
と混合するボールミルへの給材工程、ボールミル工程に
おいて添加することも出来るし、固定化した多硫化カル
シウムを加えた後に、多硫化カルシウム分散のみを目的
とした追加の混合処理を加えることも、当然、可能であ
る。

【００１６】本発明の地盤改良材は、セメント、せっこ
うおよび多硫化カルシウムを必須成分とするものである
が、改良対象土の土性に合わせて、一般のセメント系固
化材で使用されている生石灰、消石灰、高炉スラグ、石
炭灰の１種以上の一般量を添加することが出来る。この
中、前述した多硫化カルシウム水溶液の固定化材として
使用可能なものについては、その形態での導入が出来る
のは当然である。

【００１７】本発明の地盤改良材は、一般的な地盤改良
材同様、建設発生土、浚渫土等の処理対象土に添加・混
合しての埋め戻し、埋め立ては勿論のこと、公知方法に
よる浅層・深層地盤や表層軟弱土の現位置土改質にも適
用出来る。

【００１８】

【実施例】以下に具体例を挙げて、本発明を更に詳しく
説明する。（１）使用材料・セメント：ポルトランドセメントを使用したが、含有
クロム量の異なるものを適宜使用した。・せっこう：無水せっこうを使用した。・多硫化カルシウム：２７．５％水溶液を出発原料とし
て使用した。（２）上記原材料からの地盤改良材調製方法について
は、添加形態、添加時期の異なる種々の方法で実施した
が、調製法については各個所で適宜説明する。（３）被試験土：火山灰質粘性土（関東ローム）（４）被試験土１ｍ³に対し、地盤改良材１８０〜２０
０ｋｇを添加し、ホバートミキサーで３分間練り混ぜた
後、直径５０ｍｍ×長さ１０ｍｍの円筒形型枠に入れ、
材齢１日後に脱型した。成形体は、２０℃、湿度６０％
で材齢７日まで密封養生して、供試体を得た。必要なも
のについては、１８０日の長期養生を実施した。

【００１９】（５）供試体については、次の試験を行っ
た。・強度：ＪＩＳＡ１２１６に則って、一軸圧縮強度を
測定した。・溶出試験：環境庁告示第４６号に則って溶出試験を行
い、振盪後のろ液をジフェニルカルバジド発色吸光度分
析により、六価クロムの定量を行った。検出限界は、
０．０２ｍｇ／リットルである。

【００２０】実施例１、比較例１〜３ポルトランドセメント（ＳＯ₃量：２．１重量％、総ク
ロム濃度：７７ｍｇ／ｋｇ、水溶性６価クロム濃度：
８．３ｍｇ／ｋｇ）に、無水せっこう及び／又は多硫化
カルシウムを添加し、パン型混合機で３０分間混合し、
地盤改良材を調製した。せっこう量は、（セメント＋せ
っこう）１００重量部に対しＳＯ₃換算で９．５重量％
であり、多硫化カルシウムは、同じく（セメント＋せっ
こう）量に対し硫黄（Ｓ）換算で０．３重量部となるよ
うに２７．５重量％水溶液で添加した。各地盤改良材に
ついて、地盤改良性能評価結果を表１に示す。セメン
ト、せっこう及び多硫化カルシウムのすべてを構成成分
として含む材料のみが、圧縮強度及び６価クロム溶出量
抑制の両面で、顕著な効果を奏することが分かる。

【００２１】

【表１】

【００２２】実施例２〜４、比較例４〜６ここでは、多硫化カルシウムの添加量を変えた例を示す
が、検討は、地盤改良材構成成分に製鋼スラグを添加
し、改良材自体に含まれる総クロム量を多くしたものに
ついて行った。これは、セメント原料としてその使用量
の増加が今後予想される産業廃棄物に伴って導入される
重金属量増加への対応可能性を調べるためである。先
ず、セメントの原料の一つに製鋼スラグを用い、混合焼
成してクロム含有量の多いクリンカーを得、該クリンカ
ーを粉砕した後無水せっこうを添加し、ＳＯ₃換算で
７．６重量％、総クロム濃度１７５ｍｇ／ｋｇ、水溶性
６価クロム濃度２８．０ｍｇ／ｋｇの固化成分を調製し
た。次いで、該固化成分に所定量の多硫化カルシウムを
添加し、実施例１と同様の方法で地盤改良材を調製し、
実施例１と同様の方法でその評価を行った。結果を表２
に示す。

【００２３】

【表２】

【００２４】多硫化カルシウム添加量が少ないと、６価
クロム溶出量を基準値である０．０５ｍｇ／リットル以
下に抑制することが不可能であり、一方、多硫化カルシ
ウム添加量が大であると、６価クロムの溶出は検出限界
以下に抑制できるものの、強度が低下し、地盤改良材と
して持つべき本来の効果が十分に発現しないことが分か
る。また、総クロム量の多いセメントに対しても、十分
に対応可能なことを示している。

【００２５】実施例５〜８ここでは、多硫化カルシウムの添加形態を変えた例とし
て、その水溶液に生石灰、パーライト、活性炭を添加し
粉状に固定化処理した後に添加した例を示す。２７．５
％多硫化カルシウム水溶液に、所定量の吸水材を添加・
混合し、粉状に改質された多硫化カルシウム固定化物を
調製した。次いで、所定量のセメントおよびせっこうを
混合し、地盤改良材を調製した。特性評価結果を表３に
示す。

【００２６】

【表３】

【００２７】表３には、対比を容易にするため多硫化カ
ルシウムを水溶液状態で添加する実施例２を再掲してい
るが、多硫化カルシウム水溶液に粉状の固定化材を添加
し、多硫化カルシウムを固体上に担持させる固定化処理
を行った後に、地盤改良材を構成する他成分に添加して
も、多硫化カルシウムを水溶液で添加したものと同等の
効果を示す地盤改良材が得られることが分かる。

【００２８】実施例９、比較例７ここでは、固化処理後における６価クロム溶出量の経時
変化を調べた結果を示す。組成をせっこう９．５重量
部、多硫化カルシウム０．１重量部にした以外は、実施
例１の方法で地盤改良材を調製し、実施例１と同じ処理
対象土に対して改良処理を行った。６価クロム溶出試験
は、経時変化を追った以外は、実施例１と同じ方法で行
った。結果を表４に示す。本発明の地盤改良材が、初期
だけでなく長期に亙って６価クロム溶出抑制効果を維持
していることが分かる。

【００２９】

【表４】

【００３０】実施例１０、１１および比較例８ここでは、土と混合すること無く粉体状態の地盤改良材
からの６価クロム溶出量を測定した。地盤改良材は、ボ
ールミルへの給材工程におけるベルトコンベア上にある
セメントクリンカー及びせっこうに、多硫化カルシウム
水溶液の所定量を滴下して調製した。セメントクリンカ
ーおよびせっこう混合物から成る固化成分１ｋｇ当たり
の水溶性６価クロム含有量は４．２３ｍｇであり、石こ
う量はＳＯ₃換算で７．７重量％である。地盤改良材粉
体からの６価クロムの溶出試験は、環境庁告示１３号に
規定の方法で行った。結果を表５に示す。本発明の地盤
改良材では、それ自身に含まれる６価クロムの溶出が基
準値内に抑制されていることが分かる。

【００３１】

【表５】

【００３２】

【発明の効果】本発明の地盤改良材は、十分な強度の改
良土を与えるのは勿論のこと、初期から長期に亙って有
害重金属の溶出抑制効果を発揮する。従って、今後要求
される環境に配慮した地盤改良に、好適に使用できる。

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｅ０２Ｄ 3/12 １０２Ｅ０２Ｄ 3/12 １０２ //(Ｃ０４Ｂ 28/14 (Ｃ０４Ｂ 28/14 22:14 22:14 Ｚ 14:30 14:30 7:02 7:02 14:18 14:18 14:36） 14:36） 111:70 111:70 Ｃ０９Ｋ 103:00 Ｃ０９Ｋ 103:00 (72)発明者平泉恵子山口県宇部市大字小串字沖の山１−６株式会社宇部三菱セメント研究所宇部センター内 (72)発明者殿河内仁山口県宇部市大字小串字沖の山１−６株式会社宇部三菱セメント研究所宇部センター内Ｆターム(参考） 2D040 AA01 AB03 AB07 CA01 CA03 CA10 4G012 PA01 PA07 PB03 PB10 PB11 PC11 4H026 CA01 CA02 CA04 CA06 CC06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】必須成分としてせっこう、セメント及び多
硫化カルシウムを含み、せっこうとセメントの合量を１
００重量部としたとき、せっこう量がＳＯ₃基準で４〜
２０重量部、多硫化カルシウム量がＳ換算で０．０１５
〜１．０重量部であることを特徴とする地盤改良材。
【請求項２】多硫化カルシウム水溶液に、該水溶液に含
まれる水量のほぼ全量を吸水して全体が実質的に粉末状
として扱える混合物を与える量の固定化材を加えた後、
多硫化カルシウムと固定化材との混合物粉体をセメント
およびせっこうと混合して調製された、請求項１に記載
の地盤改良材。
【請求項３】固定化材が、生石灰、パーライト、活性炭
及びせっこうから選ばれる少なくとも１種である、請求
項２に記載の地盤改良材。