JP2005060508A

JP2005060508A - バガスを主原料とした土壌安定固化材

Info

Publication number: JP2005060508A
Application number: JP2003291878A
Authority: JP
Inventors: Takataro Mizuta; 登太郎水田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-08-11
Filing date: 2003-08-11
Publication date: 2005-03-10

Abstract

【課題】含水量の多い軟弱土やヘドロ状汚泥などの土壌に混合してｐＨを中性に改質維持し、使用量に応じて保水度合いを調整可能として、土壌強度を瞬時に安定固化する土壌安定固化材を提供する。更に、畜産汚泥の水分を保水して消臭するなど土壌機能を回復する土壌安定固化材を提供する。
【解決手段】本発明バガスを主原料とした土壌安定固化材は、バガスを炭化させて粉状に加工した粉状バガス１００重量部に対して、ポルトランドセメント４〜２５重量部、硫酸バンド２〜１０重量部、無水石膏１〜８重量部、メタクリル酸エステル０．１〜３重量部を混合することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、精糖副産物である粉状バガスの中性且つ比表面積の大きさに着目し、自身の持つ保水性と水和化鉱物との結合によって、土粒子とあるいは畜産汚泥と団粒化を瞬時に行なわせることができる水和化鉱物の組成の選定と組成量の設定を特徴とする技術に関する。

従来、工事現場、災害現場にて発生する高含水汚泥はセメント系固化材、石灰系固化材、高分子系固化材などを利用して土壌改良されている。例えば、干拓現場では土壌固化材として強アルカリ性のセメント系が使用され、土壌固化に長時間を要している。また石灰系のフライアッシュ灰は、印刷物等に含まれる顔料などから六価クロムや鉛などが溶出して土壌環境基準を超える土壌固化材であり、固化時には高温で発熱する。更に、高分子系は弱酸性を示し、上記いずれの土壌固化材も未処理での利用には限界があり、このままでは実用に耐えない。

一方、土壌改良剤の利用方法については、例えば、特許文献１には高含水軟弱土壌改良用団粒状固化剤が提案されている。これは、「大量に廃棄物として発生するフライアッシュ灰やペーパースラッヂ灰などの焼却灰を再利用し、含水量の多い軟弱土やヘドロ状汚泥を、植物の植生に好ましい団粒状の土壌環境に改良するとともに植物生体系に有害なセメントの使用量をできるだけ抑えつつ土壌強度を高めるために配合するセメントの使用量を極力抑制して、これまで以上に強度を高めることができる。」土壌改良剤が提供されている。
しかし、フライアッシュ灰やペーパースラッヂ灰が使用されている限りにおいては強アルカリ性であり、安定処理後でもｐＨを中性に維持することが困難である。また土壌改良達成までに長時間を要し、且つ一時的な土壌改良剤になり得ても、瞬時に永久的な土壌安定剤になり得ないものである。
特開2002-363560号公報

そこで本発明は、含水量の多い軟弱土やヘドロ状汚泥などの土壌に混合してｐＨを中性に改質維持し、使用量に応じて保水度合いを調整可能として、土壌強度を瞬時に安定固化する土壌安定固化材を提供するものである。更に、畜産汚泥の水分を保水して消臭するなど土壌機能を回復する土壌安定固化材を提供するものである。

上記目的を達成するために、請求項１記載のバガスを主原料とした土壌安定用団粒状固化材は、粉状バガス１００重量部に対して、ポルトランドセメント４〜２５重量部、硫酸バンド２〜１０重量部、無水石膏１〜８重量部、メタクリル酸エステル０．１〜３重量部を混合することを特徴とする。

請求項２記載の土壌安定用団粒状固化材は、バガスの炭化温度を８００℃〜１０００℃とした請求項１記載のバガスを主原料としたことを特徴とする。

請求項３記載のバガスを主原料とした土壌安定用団粒状固化材は、粉状バガスが長さ２mm前後の長繊維と長さ０.５mm前後の短繊維の混合物であることを特徴とする。

請求項４記載のバガスを主原料とした土壌安定用団粒状固化材は、粉状バガスが無機系成分で構成し、ＰＨが中性であることを特徴とする。

請求項５記載のバガスを主原料とした土壌安定用団粒状固化材は、粉状バガスの固定炭素含有率が７５〜８０％の炭化物で、比表面積が４００〜１２００²/gとなって水分吸着能を高く保持できることを特徴とする。

本発明は、粉状バガスは中性且つ比表面積が大きいので、含水量の多い軟弱土やヘドロ状汚泥など土壌の水分を吸水し、植物の植生など団粒状の土壌環境に安定固化することができる。更に、畜産汚泥の水分を保水するので、水分中に溶解している臭気元を離脱気化させて消臭することができる。また、粉状バガスは精糖副産物であるので、天然資源の有効利用ができる。

この発明の実施の形態を、図１及び表１、表２、表３、表４、表５、表６、表７および表７、表８および表９に基づいて説明する。その冒頭に、本発明の主原料である粉状バガスの言われについて説明する。
沖縄県等で栽培される砂糖きびの糖分を精糖工場で搾り出した後の搾り粕をバガスといい、本発明はこのバガスを炭化させた後、粉状に加工したもの（以下これを粉状バガスという）、土壌安定固化材の主原料として取り扱うものである。

最初に、粉状バガスの製造方法とその性状について説明する。
粉状バガスは、その炭化温度として500〜600℃のとき、固定炭素含有率が75〜80％と最大となる。しかしながら該炭化物のみかけ比重は0.6〜0.7で大きいが、この状態では比表面積は100 m²/gと小さ過ぎて、実用に耐えない。そこで該炭化物の表面を水蒸気などによるガスを用いて、800〜1000℃の範囲で炭素の酸化反応を行ない、炭化物の表面を侵食させることによって微細孔構造へ発達させ、多孔質の吸着炭へ改質する。その結果、この吸着炭の比表面積は大きくなり、400〜1200
m²/gの特性となった。通常活性炭の比表面積は500〜1000 m²/gを示すとされているので、ほぼ同等の性状を示すことがわかる。また実例として該吸着炭は長さ４mm超の長繊維炭と４mm以下の短繊維炭から構成され、その割合はそれぞれ約26％、74％が採取でき、比表面積はそれぞれ740 m²/g、490 m²/g
となった。更に、800〜1000℃の範囲における炭化温度では、素材の化学組成は炭素と金属酸化物だけとなり、その結果、ｐＨは中性を示した。本発明に利用している粉状バガスの性状を表１に示す。また粉状バガスの化学組成を表２に示す。

次に、以上の性状を保持する該粉状バガスを主原料とし、本発明における土壌安定固化材の配合構成を検討した。粉状バガスの比表面積の大きさに勘案し、水の吸着量の多さに着目した。粉状バガスと水で構成される系の中に、水和化鉱物を添加して粉状バガス-水和化鉱物-水の系を形成する。この系は急激な水和反応を起こすと予測した。該粉状バガス-水和化鉱物-水の系は水和物を急激に形成すると共に、該水和物は更なる成長促進を予測した。
そこで該粉状バガスを主原料とし、該水和化鉱物を配して水の吸着量を促進する土壌安定固化材を配合構成した。該土壌安定固化材の組成を表３に示す。水和化鉱物は、粉状バガスと水の界面において水和反応を起こして水和物を形成し、汚泥など軟弱土からの吸水を促進する。バガスという天然資源の有効利用と汚泥の土壌化への機能回復を果す。

更に、各組成の機能について説明を加える。
多孔質を保持している粉状バガスは汚泥中の水分を吸収し、土壌安定固化材を構成する水和化鉱物と反応して、水和反応を起こす。水和化鉱物の一つ目、ポルトランドセメントまたは早強セメントは水を吸収して、含まれる骨材とともに固化する性質がある。水和化鉱物のニつ目、硫酸バンドはｐＨを下げ、汚泥水分に溶出する溶存汚濁物質を吸着固定する。三つ目は無水石膏で、水和反応により吸水固化して土質の強度を上げ、硫酸バンドの凝集力を助ける効果がある。そして四つ目がメタクリル酸エステルで、硫酸バンドと無水石膏との組合せで凝集力を大幅に増強する。また改良土のひび割れを防止する効果がある。

その結果、多孔質を保持している粉状バガスは汚泥中の水分を吸収し、土壌安定固化材を構成する水和化鉱物によって水和反応を起こし、エトリンガイド3CaO・Al₂O₃・3CaSO₄・32H₂Oを生成する。エトリンガイドは汚泥の含水比を低下させつつ針状結晶として生成するに従って、粉状ガバスと土粒子を包囲しながら迅速に固化し団粒化していく。また、粉状ガバスは多孔質であるので、その孔表面に有機質、重金属、臭気などを短時間に付着吸収して離脱させないで、エトリンガイドとともに強固な団粒体を形成する（図１参照）。

以上、土壌安定固化材における各原料の性質に勘案して、上記混合重量比の範囲で、改良すべき土壌の性質、状態に適するように調合を行なう。その基本となる土壌安定固化材の実施例を表４に示す。

更に、表４に示す該土壌安定固化材１tonをヘドロ状汚泥原土に混合して、農地用および歩道用に改良する場合の混合実施例を表５に示す。この混合実施例に見られるように、土壌安定固化材の添加量は、原土の含水比と目標とする改質土壌により異なる。例えば自転車の轍のでき難い程度の歩道用道路強度は一軸圧縮強度で約0.2kgf/cm²
を示す。この値が得られるように粉状バガス土壌安定固化材の量を調整し、含水量の多い軟弱土やヘドロ状汚泥にその含水比の５％を添加して道路形成時の配合とし、３％を添加して農地形成時の配合とした。

以上のことより、粉状バガス土壌安定固化材の汚泥土壌への使用量は、一定の法則に従うことを見出し、積算方式を考案した。その積算方式を表６に示す。

試験例１

原土として含水比185.6％まさ土の２試験体を準備し、１試験体に現有の石灰系土壌固化材であるペーパースラッジ灰３％を、もう1つの試験体に本発明の粉状バガス土壌安定固化材３％を、それぞれ添加混合しながら撹拌した。その試験結果を含水比とコーン指数で比較した。表７にその結果を示す。

上記の比較にあるように、ペーパースラッジ灰（ＰＳ灰）を主原料とした場合とバガスを主原料とした場合とでは、施工時においてバガスの方が35％の含水比の低下が見られ、ペーパースラッジ灰の17％に比べて18％の改善となった。これはペーパースラッジ灰の持つ吸水性作用よりバガスの方が優れていることを示している。また吸水したバガス粒子は水和化合物によって水和反応を起こし、速やかにエトリンガイドが生成されることを意味している。エトリンガイドの生成により土質の含水比を更に低下させる働きが起こるため、バガス粒子と土粒子に妨げられることなく水和反応が進む。その進行の源は針状結晶で、バガス粒子と土粒子とを包囲しながら土質を迅速に吸水固化して行き、その成果としてバガス粒子と土粒子の団粒化が図られる。更に、７日養生後における現場含水比はそれぞれ37％、12％という結果であった。その差は25％の改善に達し、粉状バガスの吸水力の大きさが伺える。
次にコーン指数で比較すると、施工時においてはペーパースラッジ灰で約1.1倍の強度にしかならなかったが、粉状バガスにおいては約1.5倍になった。更に、７日養生後においてそれぞれは、ペーパースラッジ灰で約1.8倍に増強されたが、粉状バガスにおいては約2.1倍にまで土壌強度が増強された。

試験例２

更に、養豚場で発生する悪臭に関してもその効果を試験した。該悪臭は硫化水素ガスであり、豚の排尿などが腐敗することによって形成される硫化水素水から、気化熱によって周囲に発散するものである。該硫化水素ガスの吸着残量を、本発明のバガスを主原料とした土壌安定固化材を使った場合と使わなかった場合で比較し、吸着されないで残った硫化水素ガスの量を測定した。その残量は0.2ppbを示した。一方、土壌安定固化材を使用しない場合の吸着残量を測定し、8.9ppbを示した。表８にその結果を示す。その結果、本発明の方が使わなかった場合より約４５倍の吸着残量となり、本発明の土壌安定固化材で硫化水素ガスを吸着させる性能が大であることを表している。

更に、現有固化材と本発明の土壌安定固化材に関するその他の効果についての性能比較を表９に示すと以下の通りである。

本発明は、含水量の多い軟弱土やヘドロ状汚泥を保水して造成する農耕土、またそれ以上の強度を持たせる道路、更には畜産汚泥の水分を保水することによる消臭など汚泥土壌の機能回復に要する土壌安定固化材に利用することができる。更に、その機能回復に必要な量に関わる土壌安定固化材に利用することができる。

本発明の一実施例を示すエトリンガイドとバガス及び土粒子の団粒体の模式図。

符号の説明

１エトリンガイド

Claims

バガスを炭化させて粉状に加工した粉状バガス１００重量部に対して、ポルトランドセメント４〜２５重量部、硫酸バンド２〜１０重量部、無水石膏１〜８重量部、メタクリル酸エステル０．１〜３重量部を混合することを特徴とするバガスを主原料とした土壌安定用団粒状固化材。
バガスの炭化温度を８００℃〜１０００℃とした請求項１記載のバガスを主原料とした土壌安定用団粒状固化材
粉状バガスが長さ２mm前後の長繊維と長さ０.５mm前後の短繊維の混合物であることを特徴とする請求項１記載のバガスを主原料とした土壌安定用団粒状固化材。
粉状バガスが無機系成分で構成し、ＰＨが中性であることを特徴とする請求項１記載のバガスを主原料とした土壌安定用団粒状固化材。
粉状バガスの固定炭素含有率が７５〜８０％の炭化物で、比表面積が４００〜１２００m²/gとなって水分吸着能を高く保持できることを特徴とする請求項１記載のバガスを主原料とした土壌安定用団粒状固化材。