JP2003027059A - ソイルセメント用硬化剤及びソイルセメントの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 土壌が有機物を含有していても、その土壌を
使用した強固なソイルセメントが得られるようにする。 【解決手段】 塩化カルシウムが８〜１２重量％、塩化
マグネシウムが５〜９重量％、塩化カリウムが３〜４重
量％、塩化アルミニウムが３〜４重量％、塩化コバルト
が３〜６重量％、水が６５〜７８重量％の水溶液からな
るソイルセメント用硬化剤。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、土壌とセメント
と水を混合して固めた固化物であるソイルセメントを製
造する際に、土壌とセメントと水の混合物に混入するソ
イルセメント用硬化剤及びこれを使用したソイルセメン
トの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のソイルセメント用硬化剤として
は、二液系のものと、粉末状のものが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、二液形のもの
は、費用が高くつき、得られるソイルセメントの強度が
劣る。

【０００４】一方の粉末状のものには、次のような問題
点がある。

【０００５】（１）ソイルセメントの組成分である土壌
が腐植酸等の有機物を含有した有機質土壌であると、こ
れを硬化させることが困難である。一時的に固化するこ
とはあっても、強度が出ず、経時変化によって崩れやす
くなる。

【０００６】これは、土壌内の有機物の活性分が、遊離
状態にあるセメントのＣａイオンを吸着してしまい、セ
メントの水和反応を妨げ、土粒子の凝結作用を弱めるた
めである。

【０００７】このため、有機物や重金属類等の有害物質
を多量に含んだ産業廃棄物、あるいは、砂、コンクリー
トの粉砕粒、焼却灰などの骨材を、土壌とセメントと水
の混合物の中に混入して硬化剤で硬化させても、産業廃
棄物や骨材をソイルセメントの中に強固に封じ込んで保
持することができない。

【０００８】（２）粉末であるため、土壌とセメントと
水に添加、混合した場合、充分な混合が困難で、粉末の
分布が不均一になり、ソイルセメントの強度にむらが生
じる。

【０００９】（３）使用量は、組成分であるセメント重
量の１５〜３０％重量％で、多量である。このため、重
くて容積をとり、保管、輸送にコストがかかる。それだ
けでなく、現場における土壌とセメントと水への添加、
混合作業に多大な負荷がかかり、作業効率が悪くなる。

【００１０】この発明は、このような従来の問題点に着
目してなされたもので、（１）ソイルセメントの組成分
である土壌とセメントと水のうちの土壌が腐植酸等の有
機物を含有していても、また、その他の組成分として土
壌とセメントと水に混入する産業廃棄物等が有機物を含
有していても、それらの混合物に混入したとき、土壌と
セメントと水の混合物を強固に固化したソイルセメント
とすることができ、（２）ソイルセメントの組成分の混
合物に混入したとき、その中に均一に分散し、部分的に
強度のむらが生じないソイルセメントを得ることがで
き、（３）組成分であるセメントに対する使用量が塩化
物の量で１〜２％と少なくて済み、したがって、保管、
輸送にコストがかからず、かつソイルセメントの組成分
の混合物への添加、混合作業を効率よく行うことができ
る、ソイルセメント用硬化剤とこれを使用したソイルセ
メントの製造方法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明が提供するソイ
ルセメント用硬化剤は、次の（１）〜（４）に記載のも
のである。

【００１２】（１）アルカリ土類金属の塩化物と、アル
カリ金属の塩化物と、土類金属の塩化物と、鉄族元素の
塩化物を水に溶解してなるソイルセメント用硬化剤。

【００１３】（２）上記（１）のソイルセメント用硬化
剤におけるアルカリ土類金属の塩化物が塩化カルシウム
と塩化マグネシウムであり、アルカリ金属の塩化物が塩
化ナトリウムまたは塩化カリウムであり、土類金属の塩
化物が塩化アルミニウムであり、鉄族元素の塩化物が塩
化コバルトであるソイルセメント用硬化剤。

【００１４】（３）塩化カルシウムが８〜１２重量％、
塩化マグネシウムが５〜９重量％、塩化カリウムが３〜
４重量％、塩化アルミニウムが３〜４重量％、塩化コバ
ルトが３〜６重量％、水が６５〜７８重量％の水溶液か
らなるソイルセメント用硬化剤。

【００１５】（４）上記（３）のソイルセメント用硬化
剤に塩化ナトリウム及び／または塩化アンモニウムが添
加されているソイルセメント用硬化剤。

【００１６】また、この発明が提供するソイルセメント
の製造方法は、次の（５）及び（６）に記載のものであ
る。

【００１７】（５）土壌とセメントと水を混合してソイ
ルセメントを製造する際に、前記混合工程において、土
壌とセメントと水の混合物に、上記（１）、（２）、
（３）または（４）に記載のソイルセメント用硬化剤を
混入することを特徴とするソイルセメントの製造方法。

【００１８】（６）上記（５）のソイルセメントの製造
方法における混合工程において、土壌とセメントと水の
混合物に、産業廃棄物、骨材、焼却灰、顔料のうちの少
なくとも１つを混入することを特徴とするソイルセメン
トの製造方法。

【００１９】

【作用】腐植酸等の有機物を含有する有機質土壌とセメ
ントと水の混合物に、この発明のソイルセメント用硬化
剤を添加、混合したとき、その混合物が強固に固まって
容易に崩れない固化物（ソイルセメント）になる理由
は、次のように説明できる。

【００２０】土粒子周囲には腐植が分解され、大量に吸
着されている。この腐植は、フミン酸を核とし陰イオン
・陽イオンの結合による分子、原子団となっている。土
壌とセメントと水の混合物を固化させる場合、セメント
液層のカルシウム陽イオンと土粒子表面の陰イオンとの
接触を阻害するのが上記フミン酸である。

【００２１】いま、土壌とセメントと水の混合物に、こ
の発明のソイルセメント用硬化剤を添加すると、これが
フミン酸を含む水分の双極モーメントを還元し、水素イ
オンと水酸基イオンに分裂が生じる。その結果、土粒子
表面の陰イオンと水溶液であるソイルセメント用硬化剤
中の陽イオンとセメント液層中の陽イオンが活発に機
能、結合し、セメント液層のカルシウム陽イオンと土粒
子表面の陰イオンとの接触を阻害する帯電が弱まり（フ
ミン酸の負の働きが弱まり）混合物の固化現象が生じ
る。

【００２２】このようにして、ソイルセメント用硬化剤
は、土粒子表面を露出させ、土粒子間へのＣａ⁺⁴の侵入
を容易にし、セメントの溶解成分Ｃａ⁺⁴が粒子間にいき
わたるのを容易にする。

【００２３】その結果、粒子の隙間は狭まり、電位の低
下と同時に土粒子の団粒現象が発生する。またｐＨ１０
以上のアルカリ液層ができ、セメントの水和反応で生成
されるカルシウムシリケート水和物が土粒子間に胚種を
発生させて針状結晶となる。その結果、土粒子が結合し
て土壌が固化する。

【００２４】土粒子間に発生した針状結晶は、その中に
産業廃棄物（その中の重金属類）、骨材を封じ込める。
そして、重金属類の溶出を阻止する。

【００２５】

【発明の実施の形態】〔Ａ〕ソイルセメント用硬化剤の
使用分野 この発明に係るソイルセメント用硬化剤（以下、硬化剤
という）は、例えば、次の３つの分野で使用できる。

【００２６】（１）路盤、地盤、軟弱土壌、高有機質土
壌などの固化安定化（以下、使用分野１という）。

【００２７】（２）産業廃棄物、骨材、焼却灰、顔料等
を混入したソイルセメント製品の製造（以下、使用分野
２という）。

【００２８】ここにいう産業廃棄物は、例えば、建設廃
材、焼却灰、生コンスラッジ、石材スラッジ、金属スラ
ッジ、石炭灰であり、骨材は、例えば、砂、礫、コンク
リート粉砕粒である。

【００２９】ソイルセメント製品とは、例えば、レン
ガ、タイル、ブロック、パネルである。

【００３０】（３）産業廃棄物を含む土壌や有害（化
学）物質によって汚染された土壌などの汚染土壌の固化
による無害化（以下、使用分野３という）。

【００３１】〔Ｂ〕硬化剤の調製 下記の実施例で使用した硬化剤の組成比率は、次のとお
りである。実施例で使用した硬化剤の組成比率は、硬化
対象物の性質に合わせて、上記範囲内で決定した。

【００３２】

【表１】 〔Ｃ〕硬化剤の使用量の決定 下記の実施例で使用した硬化剤の使用量は、次の手順で
決定した。

【００３３】（１）セメントと水と固化剤の添加混合に
よって硬化させようとする硬化対象物（土壌、または土
壌と産業廃棄物、骨材、焼却灰、顔料など）の総容積を
計算する。

【００３４】（２）硬化対象物の総容積に対するセメン
ト使用量を、硬化対象物の性質に合わせて、次の算定式
で計算する。

【００３５】セメント使用量＝硬化対象物の総容積×２
０〜２５％（硬化対象物の総容積が１ｍ³であれば、セ
メント使用量は約２００〜２５０ｋｇとなる。） （３）セメント使用量に基づき硬化剤使用量（塩化物の
使用量）を、次の算定式で計算する。

【００３６】硬化剤使用量＝セメント使用量×約１〜２
％（上記設例で言えば、セメント使用量が約２００〜２
５０ｋｇであるから、硬化剤使用量は約２〜４ｋｇとな
る。） 〔Ｄ〕実施例の概要 下記実施例１及び２は、使用分野１の路盤の固化安定化
の実施例である。実施例３及び４は使用分野２のソイル
セメント製品の製造の実施例である。使用分野３の実施
例は、記載しないが、実施例１〜３に準じてそれらの実
施例と同様に説明できる。

【００３７】

【実施例１】この実施例は、火山灰土を主成分とする有
機質土壌からなる道路施工用地の路盤を、路上混合工法
によって施工してソイルセメントの路盤とした例であ
る。

【００３８】ここにいう路上混合工法は、施工用地の土
壌を置き換えることなく、その土壌に所定量のセメント
と硬化剤と水を添加、混合して攪拌し、転圧してソイル
セメントの路盤に仕上げる工法である。

【００３９】以下、上記路盤の施工を、工程順に説明す
る。

【００４０】（１）不陸整正（その１） 異物を撤去し、路盤表面の凹凸を均して整正した。

【００４１】（２）掘削、かき起こし 路表を整正した路盤を、スタビライザーで約５０ｃｍ掘
削してかき起こし、土壌が粉体化するまで攪拌を繰り返
した。

【００４２】（３）不陸整正（その２） 攪拌して粉体化した土層をブルドーザーで均し、タイヤ
ローラーで仮転圧した。

【００４３】（４）セメントの散布 仮転圧した路盤に、土壌１ｍ³当り約２００ｋｇのセメ
ントを散布した。

【００４４】（５）セメントの攪拌混合 散布したセメントと土壌を、両者が充分混ざるように、
スタビライザーで３回以上繰り返し混合した。

【００４５】（６）硬化剤の散布 セメントを均一に混合した土壌に、表２の組成比率の硬
化剤を、手撒きによって均一に含浸させた。硬化剤の手
撒き量（使用量）はセメント使用量の約１％とした。す
なわち、セメント少量約２００ｋｇの１％である２ｋｇ
とした。

【００４６】

【表２】 硬化剤散布後の土壌の含水比率は、「やや重」、すなわ
ちスランプ値２〜４程度とし、散布後の土壌を手で握っ
たとき、ボロボロ崩れ落ちない程度とした。

【００４７】（７）土壌とセメントと固化剤の攪拌混合 固化剤を含浸させた土壌とセメントの混合物を、スタビ
ライザーで３回繰り返し攪拌混合した。

【００４８】（８）不陸整形（その３） 土壌とセメントと固化剤の混合物をグレーダーで均し、
均し面の平滑性を出し、その勾配を決めた。

【００４９】（９）締め固めと仕上げ転圧 平滑性を出し、勾配を決めた路盤を振動ランマーを用い
て締め固め、ついでタイヤローラーで転圧した。締め固
めは、固化剤散布後２時間以内に行なった。

【００５０】（１０）散水と養生 仕上げ転圧完了後、４〜６時間以内に転圧した路盤に手
撒きで散水した。散水後、約２４時間養生した。養生後
は、乗用車の通行は可能であった。

【００５１】

【実施例２】この実施例は、腐植土壌と礫と砂を主成分
とする有機質土壌からなる道路施工用地の路盤を、ミキ
シング転圧工法によって施工してソイルセメントの路盤
とした例である。

【００５２】ここにいうミキシング転圧工法は、施工用
地の土壌を、硬化を予定する厚さ相当分だけ鋤き取り、
その土壌にセメントと固化剤を添加混合し、得られた混
合物を路床の上に打設し、均して転圧してソイルセメン
トの路盤に仕上げる工法である。

【００５３】以下、上記路盤の施工を、工程順に説明す
る。

【００５４】（１）不陸整正 異物を撤去し、路盤表面の凹凸を均して整正した。

【００５５】（２）掘削と鋤き取り 不陸整正された路盤より、硬化を予定する厚さ２０ｃｍ
相当分の土壌を、ハンドドーザーで掘削して鋤き取り、
予め待機させているミキサーの近くに集積してミキシン
グに備えた。

【００５６】（３）路床の不陸整正と転圧 鋤き取り後の路床の不陸整正をグレーダーで行い、不陸
整正後の転圧を振動ローラーで行った。この不陸整正と
転圧は、後述のミキシング工程において調製した路床用
混合物が所定の施工厚で均一に打設できるようにするた
めに行うものである。

【００５７】（４）散水 不陸整正と転圧が完了した路床に、タイヤローラー・エ
ンジンスプレーヤーで飽和するまで散水した。

【００５８】この工程は、後述するミキシング工程で得
られる路床用混合物を路床に打設する際に、同混合物を
路床になじみ易くするためのもので、散水した水が路床
と混合物の接着剤的機能を果す。

【００５９】（５）ミキシング ミキサーに、鋤き取った道路施工用地の有機質土壌と
土質調整のための砂利と砕石を投入、混合して土質調整
混合物を得た。砂利と砕石の投入量は、有機質土壌の約
１０％とした（なお、道路施工用地の土壌が粘性度の高
い土壌であれば、通常、山砂や川砂を１０％以上添加混
合する。）。

【００６０】ついで、得られた土質調整混合物に、セ
メントと硬化剤を、この順序で投入し、これらを混合し
て路床用混合物を調製した。

【００６１】セメントの投入量（使用量）は、路床用混
合物１ｍ³当り、約２２０ｋｇとした。また、硬化剤
は、表３の組成比率のものを使用し、その使用量はセメ
ント使用量の約２％とした。すなわち、セメント使用量
約２２０ｋｇの２％である４．４ｋｇとした。スランプ
値は３程度とした。

【００６２】

【表３】 （６）敷き均し（打設） ミキシングによって調製した路床用混合物を、散水して
湿潤状態にある路床に敷き均し（打設し）、グレーダー
で勾配を出しながら平滑にした。

【００６３】（７）締め固めと仕上げ転圧 路床用混合物を敷き均した後、これを２時間以内に、ま
ずマカダムローラーで締め固め、つづいてタイヤローラ
ーを用いて転圧して路盤を形成した。

【００６４】（８）散水と養生 仕上げ転圧して形成した路盤に、転圧後４〜５時間以内
に、タイヤローラーを用いて散水し、その後、約４時間
養生した。４時間後には、自動車の通行が可能になっ
た。

【００６５】

【実施例３】この実施例は、沖縄の赤土と、建築廃材の
焼却灰と、コンクリート粉砕粒と、セメントと、硬化剤
とを混合して硬化させてソイルセメントのブロックを製
造した例である。

【００６６】以下、このブロックの製造を、工程順に説
明する。

【００６７】（１）混合 赤土と建築廃材の焼却灰とコンクリート粉砕粒を、容積
比３：１：１の割合で、ミキサーに投入して充分に混合
し、約１ｍ³の混合物を調製した。

【００６８】（２）セメントと硬化剤の添加と混練 得られた混合物に、セメントと硬化剤を、この順序で投
入し、これらを充分に混練してブロック用混練物を調製
した。

【００６９】セメントの投入量（使用量）は、混合物１
ｍ³に対し、約２５０ｋｇとした。また、硬化剤は、表
４の組成比率のものを使用し、その使用量はセメント使
用量の約２％とした。すなわち、セメント使用量約２５
０ｋｇの２％である５ｋｇとした。スランプ値は、２程
度となるように、適宜、水を添加して調整した。

【００７０】

【表４】 （３）成形 調製したブロック用混練物を、１時間以内に、ブロック
用型枠に充填して成形した。

【００７１】（４）乾燥 成形後、５時間を経過したところで、脱型してブロック
を取り出した。得られたブロックは、通常のコンクリー
トブロックに比べ硬く、ハンマーで強く叩いても、簡単
には崩れないものであった。

【００７２】

【実施例４】この実施例は、赤土と、産業廃棄物の焼却
灰と、生コンスラッジと、セメントと、硬化剤とを混合
して硬化させてソイルセメントのレンガを製造した例で
ある。

【００７３】以下、このレンガの製造を、工程順に説明
する。

【００７４】（１）混合 赤土と生コンスラッジを、容積比２：１の割合で、ミキ
サーに投入して充分混合し、約１ｍ³の混合物を調製し
た。

【００７５】（２）セメント硬化剤の添加と混練 得られた混合物に、セメントと硬化剤を、この順序で投
入し、これらを充分に混練してレンガ用混練物を調製し
た。

【００７６】セメントの投入量（使用量）は、混合物１
ｍ³に対し約２５０ｋｇとした。また、硬化剤は、表５
の組成比率のものを使用し、その使用量はセメント使用
量２５０ｋｇの２％である５ｋｇとした。スランプ値
は、２程度となるように、適宜、水を添加して調整し
た。

【００７７】

【表５】 （３）成形 調製したレンガ用混練物を、１時間以内に、レンガ用型
枠に充填して成形した。

【００７８】（４）乾燥 成形後、５時間を経過したところで、脱型してレンガを
取り出した。得られたレンガは、通常のレンガと比較
し、強度、色調とも遜色のないものであった。

【００７９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明のソイル
セメント用硬化剤によれば、上述の各種塩化物を水に溶
解して得られる、それら塩化物の水溶液であるので、次
の効果を奏する。

【００８０】（１）ソイルセメントの組成分である土壌
とセメントと水のうちの土壌が腐植酸等の有機物を含有
していても、また、その他の組成分として土壌とセメン
トと水に混入する産業廃棄物等が有機物を含有していて
も、この発明の硬化剤をそれらの混合物に混入すれば、
これが土粒子表面を露出させ、土粒子間へのＣａ⁺⁴の侵
入を容易にし、セメントの溶解成分Ｃａ⁺⁴が粒子間にい
きわたるのを容易にする。

【００８１】このため、この発明の硬化剤は、有機物を
含んだ土壌であっても、セメントとともに添加混合する
ことによって、これを強固に硬化したソイルセメントと
することができる。

【００８２】（２）この発明の硬化剤は、上述のよう
に、強固に硬化したソイルセメントの形成を可能にする
ので、このソイルセメントに産業廃棄物、骨材、焼却
灰、各種スラッジなどの廃材をあらかじめ混入した場合
には、それらの廃材を再利用したレンガ、タイル、ブロ
ック、パネル等のソイルセメント製品の製造を可能にす
る。

【００８３】（３）この発明の硬化剤は、組成分である
セメントに対する使用量が塩化物の量で１〜２％と少な
くて済み、したがって、保管、輸送にコストがかから
ず、かつソイルセメントの組成分の混合物への添加、混
合作業を容易にする。

【００８４】（４）この発明の硬化剤は、ソイルセメン
トの組成分の混合物に混入したとき、その中に均一に分
散し、部分的に強度のむらが生じないソイルセメントの
形成を可能にする。

───────────────────────────────────────────────────── 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） //(Ｃ０４Ｂ 28/02 Ｃ０４Ｂ 22:12 22:12 18:10 18:10 14:02 Ａ 14:02 18:04 18:04） 111:70 111:70 Ｃ０９Ｋ 103:00 Ｃ０９Ｋ 103:00 Ｆターム(参考） 4G012 PA02 PA04 PA25 PB09 PC04 PC06 PC11 PE04 4H026 CA01 CB01 CB02 CB04 CB05 CB07 CC01 CC02

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルカリ土類金属の塩化物と、アルカリ
   金属の塩化物と、土類金属の塩化物と、鉄族元素の塩化
   物を水に溶解してなるソイルセメント用硬化剤。
2. 【請求項２】 アルカリ土類金属の塩化物が塩化カルシ
   ウムと塩化マグネシウムであり、アルカリ金属の塩化物
   が塩化ナトリウムまたは塩化カリウムであり、土類金属
   の塩化物が塩化アルミニウムであり、鉄族元素の塩化物
   が塩化コバルトである請求項１記載のソイルセメント用
   硬化剤。
3. 【請求項３】 塩化カルシウムが８〜１２重量％、塩化
   マグネシウムが５〜９重量％、塩化カリウムが３〜４重
   量％、塩化アルミニウムが３〜４重量％、塩化コバルト
   が３〜６重量％、水が６５〜７８重量％の水溶液からな
   るソイルセメント用硬化剤。
4. 【請求項４】 塩化ナトリウム及び／または塩化アンモ
   ニウムが添加されている請求項３記載のソイルセメント
   用硬化剤。
5. 【請求項５】 土壌とセメントと水を混合してソイルセ
   メントを製造する際に、前記混合工程において、土壌と
   セメントと水の混合物に、請求項１,２，３または４に
   記載のソイルセメント用硬化剤を混入することを特徴と
   するソイルセメントの製造方法。
6. 【請求項６】 前記混合工程において、土壌とセメント
   と水の混合物に、産業廃棄物、骨材、焼却灰、顔料のう
   ちの少なくとも１つを混入することを特徴とする請求項
   ５記載のソイルセメントの製造方法。