JP2005350636A

JP2005350636A - 土壌固化材

Info

Publication number: JP2005350636A
Application number: JP2004176127A
Authority: JP
Inventors: Keiji Awata; 敬二粟田; Kunio Fukumitsu; 邦夫福光
Original assignee: Ube Material Industries Ltd
Current assignee: Ube Material Industries Ltd
Priority date: 2004-06-14
Filing date: 2004-06-14
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2024-06-14
Also published as: JP4426907B2

Abstract

【課題】少量の添加でも土壌を効果的に固化させることができ、さらに水和反応遅延材を利用しないで土壌の固化速度が遅延された土壌固化材を提供する。
【解決手段】酸化マグネシウム、酸化カルシウム及び軽焼ドロイマイトから選ばれる一種もしくは二種以上のアルカリ性材料を２０〜６０質量％、マグネシウム及び／又はカルシウムの硫酸塩を硫酸根に換算して３〜３５質量％、そして炭酸カルシウムを３０〜６０質量％含む土壌固化材。
【選択図】なし

Description

本発明は、土壌固化材に関する。

水分を大量に含む軟弱な土壌に、酸化マグネシウムや酸化カルシウムなどのアルカリ性材料を添加して、土壌中の水分や無機成分とアルカリ性材料とを反応（水和反応）させることによって、土壌を固化させる技術が知られている。

酸化カルシウムは、酸化マグネシウムと比べて土壌の固化能力は高いが、強アルカリ性で、しかも水和反応性が高いため、これを土壌に添加すると土壌のｐＨが急激に上昇して、土壌中の重金属が溶出し易くなったり、植物の育成を阻害するなど環境に悪影響を与える恐れがある。この酸化カルシウムの水和反応性を抑制する方法として、酸化カルシウムの表面を水和反応遅延材で被覆する方法が知られている。
特許文献１には、水和反応遅延材として脂肪酸もしくはその誘導体（油脂など）を用いた土壌固化材（土壌改良材）用の酸化カルシウム（生石灰）が開示されている。

一方の酸化マグネシウムは、酸化カルシウムと比べて弱アルカリ性であるものの、水和反応性が低いため、土壌の固化能力がやや劣るという問題がある。この酸化マグネシウムの土壌固化能力を向上させる方法として、酸化マグネシウムに水和反応促進材として硫酸塩を添加する方法が知られている。

特許文献２には、酸化マグネシウム１００質量部に対して、０．５〜３０質量部の硫酸塩を含む土壌固化材が開示されている。そして、硫酸塩の好ましい例として、弱塩基のアルカリ土類金属の硫酸塩（硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム）が記載されている。但し、この特許文献２の実施例によれば、酸化マグネシウムと硫酸マグネシウム又は硫酸カルシウムとを添加した土壌は、酸化マグネシウムを単独で添加した土壌と比べて、ｐＨが低い値を示していることから、硫酸マグネシウム及び硫酸カルシウムはアルカリ抑制材としても作用していることがわかる。
特開平１０−６０４３１号公報特開２００３−１９３０５０号公報

上述の酸化マグネシウムと硫酸塩とを含む土壌固化材や水和反応遅延材で被覆された酸化カルシウムは、通常の酸化カルシウムと比べれば、ｐＨの急激な上昇を抑えつつ土壌を固化することができる。しかしながら、一旦、土壌に添加された酸化マグネシウムや酸化カルシウムなどのアルカリ性材料は、長期間にわたって土壌中に残留して土壌をアルカリ性に保持してしまう。このため、少量のアルカリ性材料の添加で土壌を固化させることができれば好ましい。
また、土壌固化材を添加した土壌（固化処理土壌）を埋戻しや盛土として利用する前に固化処理土壌の固化が進行しすぎると、土壌の流動性が低下して作業性の観点から好ましくない。すなわち、固化処理土壌の固化は緩やかに進行する方が好ましい。酸化マグネシウムと硫酸塩とを含む土壌固化材は、硫酸塩（水和反応促進材）の存在により酸化マグネシウムの水和反応性が高くなっているため、土壌の固化速度を遅くするのが難しいという問題がある。酸化マグネシウムの表面を水和反応遅延材で被覆して、その水和反応性を遅延させることは可能であるが、この場合は水和反応遅延材による表面処理の工程が必要となるため製造コストが高くなる。

従って、本発明は、少量の添加でも土壌を効果的に固化させることができ、さらに水和反応遅延材を利用しないで土壌の固化速度が遅延された土壌固化材を提供することを主な目的とする。

本発明者は、酸化マグネシウム、酸化カルシウム及び軽焼ドロイマイトから選ばれる一種もしくは二種以上のアルカリ性材料とマグネシウム及び／又はカルシウムの硫酸塩とを含む組成物に、所定量の炭酸カルシウムを加えて、土壌に添加すると、従来の土壌固化材と比べて、アルカリ性材料として少量の添加で土壌を固化することができ、また土壌の固化が緩やかに進行することを見出して、本発明に到達した。

本発明は、酸化マグネシウム、酸化カルシウム及び軽焼ドロイマイトから選ばれる一種もしくは二種以上のアルカリ性材料を２０〜６０質量％、マグネシウム及び／又はカルシウムの硫酸塩を硫酸根に換算して３〜３５質量％、そして炭酸カルシウムを３０〜６０質量％含む土壌固化材にある。

本発明の土壌固化材の好ましい態様は、次の通りである。
（１）炭酸カルシウムを、アルカリ性材料の１／２〜３／２質量倍の範囲にて含む。
（２）アルカリ性材料が酸化マグネシウムである。
（３）硫酸塩が、硫酸マグネシウムあるいは硫酸マグネシウムと硫酸カルシウムとの混合物である。
（４）上記硫酸マグネシウムが、酸化マグネシウムと硫酸との反応生成物である。
（５）上記硫酸マグネシウムと硫酸カルシウムとの混合物が、ドロマイトもしくは軽焼ドロマイトと硫酸との反応生成物である。

本発明はまた、酸化マグネシウム、酸化カルシウム及び軽焼ドロイマイトから選ばれる一種もしくは二種以上のアルカリ性材料１０〜６０質量部、酸化マグネシウムと硫酸とを反応させて得た硫酸根を１０質量％以上含む硫酸反応生成物２０〜５０質量部、そして炭酸カルシウム３０〜６０質量部を合計で１００質量部となるように混合してなる土壌固化材にもある。

本発明はさらに、酸化マグネシウム、酸化カルシウム及び軽焼ドロイマイトから選ばれる一種もしくは二種以上のアルカリ性材料２０〜６０質量部、ドロマイトと硫酸とを反応させて得た硫酸根を１０質量％以上含む硫酸反応生成物２０〜５０質量部、そして炭酸カルシウム１０〜６０質量部を合計で１００質量部となるように混合してなる土壌固化材にもある。

本発明の土壌固化材は、従来の土壌固化剤と比べて、アルカリ性材料として少ない添加量で土壌を固化させることができる。また、本発明の土壌固化剤を添加した土壌では、土壌の固化が緩やかに進行する。

本発明の土壌固化材は、アルカリ性材料を２０〜６０質量％、硫酸塩を硫酸根に換算して３〜２５質量％、そして炭酸カルシウムを３０〜６０質量％含む組成物である。アルカリ性材料の含有量は２５〜５５質量％の範囲にあることが好ましい。硫酸塩の含有量は、硫酸根に換算して５〜２０質量％の範囲にあることが好ましい。炭酸カルシウムの含有量は３５〜５５質量％の範囲にあることが好ましい。
また、炭酸カルシウムの含有量は、アルカリ性材料の１／２〜３／２質量倍の範囲にあることが好ましく、２／３〜４／３質量倍の範囲にあることがより好ましい。硫酸塩の含有量は、アルカリ性材料よりも少ない方が好ましい。硫酸塩の含有量は、硫酸根に換算した値がアルカリ性材料の１／１０〜１／２質量倍の範囲にあることがより好ましい。

本発明において炭酸カルシウムは、通常の粉末状あるいは粒状の炭酸カルシウムを用いることができる。炭酸カルシウムの粒度は、１００メッシュの篩下が５０質量％以上であることが好ましく、８０質量％以上であることがより好ましい。

本発明においてアルカリ性材料としては、酸化マグネシウム、酸化カルシウム及び軽焼ドロイマイトを用いることができる。これらは二種以上を併用してもよい。アルカリ性材料は、酸化マグネシウム及び軽焼ドロイマイトであることが好ましい。アルカリ性材料の粒度は、上記の炭酸カルシウムと同様に、１００メッシュの篩下が５０質量％以上であることが好ましく、８０質量％以上であることがより好ましい。

酸化マグネシウムとしては、炭酸マグネシウム（マグネサイト）や水酸化マグネシウムを焼成して得たものを用いることができる。酸化マグネシウムは、その焼成温度により軽焼酸化マグネシウム（焼成温度：１４００℃以下）と硬焼酸化マグネシウム（焼成温度：１４５０℃以上）とに大別されるが、好ましいのは、軽焼酸化マグネシウムである。酸化カルシウムとしては、炭酸カルシウムや水酸化カルシウム（消石灰）を焼成して得たものを用いることができる。軽焼ドロイマイトは、ドロマイト（マグネシウムとカルシウムの複炭酸塩）を７００〜１５００℃の温度で焼成して得られる酸化マグネシウムと酸化カルシウムとの複合物である。

本発明において用いる硫酸塩は、硫酸マグネシウムあるいは硫酸カルシウムであることが好ましい。これらは単独で使用しても、併用してもよい。硫酸マグネシウムを単独で使用するか、硫酸マグネシウムと硫酸カルシウムとを併用することが好ましい。硫酸塩の粒度は、６０メッシュの篩下が５０質量％以上であることが好ましく、８０質量％以上であることがより好ましい。

硫酸マグネシウムとしては、粉末状もしくは粒子状の酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム及び水酸化マグネシウムなどのマグネシウム化合物と硫酸との硫酸反応生成物を用いることができる。また、硫酸カルシウムとしては、粉末状もしくは粒子状の酸化カルシウム、炭酸カルシウム及び水酸化カルシウムなどのカルシウム化合物と硫酸との硫酸反応生成物を用いることができる。これらの硫酸反応生成物は、全てが硫酸マグネシウムあるいは硫酸カルシウムとなっている必要はないが、硫酸根が１０質量％以上、好ましくは２０質量％以上、特に好ましくは３０質量％以上であることが望ましい。

硫酸マグネシウムと硫酸カルシウムとの複合物として、粉末状もしくは粒子状のドロマイト又は軽焼ドロマイトとの硫酸反応生成物を用いることができる。この硫酸反応生成物は、全てが硫酸マグネシウム及び硫酸カルシウムとなっている必要はないが、硫酸根が１０質量％以上、好ましくは２０質量％以上、特に好ましくは３０質量％以上であることが望ましい。

本発明の土壌固化材は、炭酸カルシウム、アルカリ性材料、そして硫酸塩を通常の混合装置を用いて混合することによって製造することができる。硫酸塩に上記の硫酸反応生成物を使用する場合は、硫酸反応生成物に含まれる炭酸カルシウムもしくはアルカリ性材料の量を加味して、混合割合を適宜調整する。

硫酸塩として、酸化マグネシウムの硫酸反応生成物を用いる場合は、この硫酸反応生成物に含まれている酸化マグネシウム量に合わせて、アルカリ性材料と硫酸塩との混合割合を調整する。例えば、硫酸反応生成物中の硫酸根が１０質量％以上含む場合は、アルカリ性材料１０〜６０質量部、硫酸反応生成物２０〜５０質量部、そして炭酸カルシウム３０〜６０質量部を合計で１００質量部となるように混合することが好ましい。

また、硫酸塩に、ドロマイトの硫酸反応生成物を用いる場合は、硫酸反応生成物中の炭酸カルシウム量に合わせて、炭酸カルシウムと硫酸塩との混合割合を調整する。例えば、硫酸反応生成物中の硫酸根が１０質量％以上含む場合は、アルカリ性材料２０〜６０質量部、硫酸反応生成物２０〜５０質量部、そして炭酸カルシウム１０〜６０質量部を合計で１００質量部となるように混合することが好ましい。

本発明の土壌固化材は、通常の土壌固化材と同様にミキサなどの混合機を用いて軟弱土壌に添加することができる。軟弱土壌に対する土壌固化材の添加量は、土壌の軟弱度（含水率）や土壌固化材の組成によって変動するため一律に定めることはできないが、通常は、土壌１ｍ³に対して２０〜１５０ｋｇ（アルカリ性材料として１０〜１００ｋｇ）の範囲にある。

［実施例１〜２、比較例１］
（１）下記の材料を用いて、土壌固化材を調製した。
・炭酸カルシウム：粒子径１００メッシュ篩９０質量％パス品
・酸化マグネシウム：軽焼天然マグネサイト、粒子径１００メッシュ以下
・酸化マグネシウムと硫酸との反応生成物：酸化マグネシウム（粒子径：１００メッシュ以下）１０００質量部に硫酸水溶液（濃度７０％）６５５質量部を徐々に加えて得た反応生成物を６０メッシュ以下に粉砕したもの（酸化マグネシウム含有量：４７質量％、硫酸マグネシウム含有量：４５質量％）

（２）土壌固化材の調製
上記（１）の材料を、下記の表１に示す配合割合で混合して土壌固化材を得た。土壌固化材の配合割合と組成比とを表１に示す。なお、比較例１で得られた土壌固化材は、前記特開２００３−１９３０５０号公報に開示されている土壌固化材に相当する。

（３）土壌の固化処理
軟弱土壌(関東ローム、含水率：１１０質量％、湿潤密度：１．３９４ｇ／ｃｍ³、乾燥密度：０．５８２ｇ／ｃｍ³、ｐＨ：８．０）１ｍ³に、上記（２）で得られた土壌固化材を、それぞれ４０ｋｇ／ｍ³、８０ｋｇ／ｍ³の割合で混合して固化処理土壌を調製した。この固化処理土壌の強度とｐＨの評価結果を表１に示す。土壌の強度はコーン指数により評価した。コーン指数とｐＨは、下記の方法により測定した。

コーン指数の測定方法：
ＪＧＳ−０７１６「締固めた土のコーン指数試験方法」に準じて供試体を作製し、これを密閉容器に収納して恒温恒湿室（２０℃、８０％ＲＨ）にて保存して、材令７日後と２８日後にコーン指数を測定した。なお、コーン指数は、４００ｋＮ／ｍ³以上であることが好ましい。

ｐＨの測定方法：
固化処理土壌を、密閉容器に収納して恒温恒湿室（２０℃、８０％ＲＨ）にて保存して材令７日後と２８日後に、ＪＧＳ−０２１１「土懸濁液のｐＨ試験方法」に準拠した方法で、非乾燥法によって得られた試料１０ｇを純水５０ｇに投入して１時間攪拌後、１時間静置し、その水のｐＨを測定した。

表１
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実施例１実施例２比較例１
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［土壌固化材の配合割合（質量部）］
炭酸カルシウム４０５００
酸化マグネシウム３０３０５０
酸化マグネシウムと硫酸との反応生成物３０２０５０
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［土壌固化材の組成比（質量％）］
炭酸カルシウム４０５００
酸化マグネシウム４４３９７４
硫酸マグネシウム１４９２２
（硫酸根）（１１）（７．２）（１７．６）
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土壌固化材の添加量：４０ｋｇ／ｍ³
［コーン指数（ｋＮ／ｍ³）］
材令７日８１８５２６２５８６
材令２８日９２３６３１２６８８
［ｐＨ（−）］
材令７日８．３８．５８．７
材令２８日８．１８．２８．５
土壌固化材の添加量：８０ｋｇ／ｍ³
［コーン指数（ｋＮ／ｍ³）］
材令７日４７０５３２１４１１９８１
材令２８日５４３５３５３６１１６３０
［ｐＨ（−）］
材令７日８．４８．５８．７
材令２８日８．２８．２８．６
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表１のコーン指数の材令７日と材令２８日の結果を比べると、実施例１及び実施例２の固化処理土壌は、材令２８日のコーン指数が材令７日のコーン指数よりも約１０％以上高くなっており、土壌の固化が緩やかに進行していることがわかる。また、実施例１及び実施例２の固化処理土壌は、比較例１の固化処理土壌よりもｐＨが低いことがわかる。
また、図１に、実施例１、実施例２及び比較例１の固化処理土壌に添加した酸化マグネシウム量とその固化処理土壌のコーン指数との関係をグラフで示す。この図１のグラフから、実施例１及び実施例２で調製した固化処理土壌は、比較例１で調製した土壌固化材と比べて、少量の酸化マグネシウムの添加で土壌のコーン指数を高める効果があることがわかる。

［実施例３、比較例２］
（１）下記の材料を用いて、土壌固化材を調製した。
・炭酸カルシウム：粒子径１００メッシュ篩９０質量％パス
・酸化マグネシウム：軽焼天然マグネサイト、粒子径１００メッシュ以下
・ドロマイトと硫酸との反応生成物：ドロマイト（粒子径：１００メッシュ以下）１０００質量部に硫酸水溶液（濃度７０％）６５５質量部を徐々に加えて得た反応生成物を６０メッシュ以下に粉砕したもの（硫酸根：３６質量％）

（２）土壌固化材の調製
上記（１）の材料を、下記の表２に示す配合割合で混合して土壌固化材を得た。

（３）土壌の固化処理
前記実施例１〜２で用いた軟弱土壌１ｍ³に、上記（２）で得られた土壌固化材を、３０ｋｇ／ｍ³、６０ｋｇ／ｍ³及び９０ｋｇ／ｍ³の割合で混合して、固化処理土壌を調製した。この固化処理土壌のコーン指数とｐＨとを前記の方法により測定した。その結果を表２に示す。なお、表２に示したコーン指数とｐＨはいずれも材令２８日後の値である。

表２
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実施例３比較例２
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［土壌固化材の配合比（質量部）］
炭酸カルシウム４００
酸化マグネシウム３０５０
ドロマイトと硫酸の反応生成物３０５０
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土壌固化材の添加量：３０ｋｇ／ｍ³
［コーン指数（ｋＮ／ｍ³）］２８１５２５
［ｐＨ（−）］８．１８．５
土壌固化材の添加量：６０ｋｇ／ｍ³
［コーン指数（ｋＮ／ｍ³）］１４９０２８０５
［ｐＨ（−）］８．２８．５
土壌固化材の添加量：９０ｋｇ／ｍ³
［コーン指数（ｋＮ／ｍ³）］３７９９５４６４
［ｐＨ（−）］８．２８．５
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図２に、実施例３及び比較例２で調製した固化処理土壌に添加した酸化マグネシウム量とその固化処理土壌のコーン指数との関係をグラフで示す。この図２のグラフから実施例３で調製した土壌固化材は、比較例２で調製した土壌固化材と比べて、少量の酸化マグネシウムの添加で土壌のコーン指数を高める効果があることがわかる。

実施例１、実施例２及び比較例１で調製した固化処理土壌に添加した酸化マグネシウム量とその固化処理土壌のコーン指数との関係を示すグラフである。実施例３及び比較例２で調製した固化処理土壌に添加した酸化マグネシウム量とその固化処理土壌のコーン指数との関係を示すグラフである。

Claims

酸化マグネシウム、酸化カルシウム及び軽焼ドロイマイトから選ばれる一種もしくは二種以上のアルカリ性材料を２０〜６０質量％、マグネシウム及び／又はカルシウムの硫酸塩を硫酸根に換算して３〜３５質量％、そして炭酸カルシウムを３０〜６０質量％含む土壌固化材。
炭酸カルシウムを、アルカリ性材料の１／２〜３／２質量倍の範囲にて含む請求項１に記載の土壌固化材。
アルカリ性材料が酸化マグネシウムである請求項１もしくは２に記載の土壌固化材。
硫酸塩が、硫酸マグネシウムあるいは硫酸マグネシウムと硫酸カルシウムとの混合物である１乃至３のうちのいずれかの項に記載の土壌固化材。
硫酸マグネシウムが、酸化マグネシウムと硫酸との反応生成物である請求項４に記載の土壌固化材。
硫酸マグネシウムと硫酸カルシウムとの混合物が、ドロマイトもしくは軽焼ドロマイトと硫酸との反応生成物である請求項４に記載の土壌固化材。
酸化マグネシウム、酸化カルシウム及び軽焼ドロイマイトから選ばれる一種もしくは二種以上のアルカリ性材料１０〜６０質量部、酸化マグネシウムと硫酸とを反応させて得た硫酸根を１０質量％以上含む硫酸反応生成物２０〜５０質量部、そして炭酸カルシウム３０〜６０質量部を合計で１００質量部となるように混合してなる土壌固化材。
酸化マグネシウム、酸化カルシウム及び軽焼ドロイマイトから選ばれる一種もしくは二種以上のアルカリ性材料２０〜６０質量部、ドロマイトと硫酸とを反応させて得た硫酸根を１０質量％以上含む硫酸反応生成物２０〜５０質量部、そして炭酸カルシウム１０〜６０質量部を合計で１００質量部となるように混合してなる土壌固化材。