JP2006070150A

JP2006070150A - 有機質土用セメント系固化材

Info

Publication number: JP2006070150A
Application number: JP2004254999A
Authority: JP
Inventors: Shoji Hisayoshi; 昭二久芳; Atsushi Takakura; 篤高倉; Takeshi Kono; 武河野
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2004-09-02
Filing date: 2004-09-02
Publication date: 2006-03-16

Abstract

【課題】有機酸を吸着する吸着材を使用することなく、処理土の強度発現を良好とし、安価に製造可能な有機質土用セメント系固化材を提供する。
【解決手段】７０〜９０重量％のポルトランドセメントと１０〜３０重量％の石膏との混合物１００重量部に対して、硫酸塩を０．５〜１１重量部添加してセメント系固化材を作製したので、セメント系固化材を有機質土に混和すると、セメント中のカルシウムシリケート鉱物の表面に対して有機酸Ｃａ塩が沈積する量を少なくできる。その結果、セメントの水和反応の阻害を抑制でき、処理土の強度発現を良好にできる。

Description

この発明は有機質土用セメント系固化材、詳しくは母材であるセメントの水和を阻害する有機酸を多く含む土壌を固化可能な有機質土用セメント系固化材に関する。

含水比の大きい軟弱な粘性土や、植物が腐食した際に生成される有機酸を多く含んだ有機質土や、ヘドロなどを固化する場合、これらに含まれている有機酸等のセメントの水和を阻害する物質により、ポルトランドセメントの使用では改良の効果が上がりにくい。そこで、セメントを母材として、これに石膏および各種の添加材を添加したセメント系固化材が開発、使用されている。
このセメント系固化材の使用においては、混合する土壌中に含まれる有機酸含有の相違、含水比の相違、土壌を構成する土質の相違、例えば、シルト質、粘性土、ヘドロ等に応じて、使用するセメント系固化材の種類を変更する必要があり、これらに対応した特許文献１のような各種のセメント系固化材が開発されている。
特開平７−１４９５５０号公報

フミン酸等の有機酸成分を大量に含有する土壌（有機質土）にセメント系固化材を混合して固化する場合、この有機酸成分により、セメントの水和反応が阻害される。この水和阻害の原因は以下の通りである。すなわち、セメントの水和反応で生成する水酸化カルシウムのカルシウムイオンＣａ^２＋が、土に含まれる有機酸成分（フミン酸など）と反応し、そのＣａ塩がセメント粒子に沈着し、セメントの水和反応を阻害するのである。

そこで、本願特許出願人は、有機質土用のセメント系固化材として、特開平１０−２４５５５５号公報において、２０〜４０重量％のポルトランドセメントと、４０〜６０重量％の高炉スラグ粉末と、１〜３重量％の硫酸塩または塩化物の何れかとによりなる有機質土用セメント系固化材を提案している。
また、特開平１１−３５９４０号公報において、７０〜９０重量％のポルトランドセメントと、１０〜３０重量％の石膏と、０．５〜１０重量％の有機酸成分を吸着する活性炭等の吸着材とからなる有機質土用セメント系固化材に対し、０．５〜１０重量％の硫酸塩または塩化物を添加することが開示されている。

さらに、鋭意研究の結果、ポルトランドセメントと石膏との混合物に添加する硫酸塩は、セメントの水和反応により生成されるＣａ^２＋の発生を抑えながら、エトリンガイトのような針状結晶で比表面積の大きい水和物を生成し、高炉スラグや吸着材を使用しなくても、この水和物に有機酸成分を効果的に吸着するとの知見を得た。

この発明は、上記知見に基づいてなされたものであって、有機酸を吸着する吸着材を使用することなく、セメント固化材により固化される処理土の強度発現を良好とし、安価に製造可能な有機質土用セメント系固化材を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、７０〜９０重量％のポルトランドセメントと１０〜３０重量％の石膏との混合物１００重量部に対して、硫酸塩を０．５〜１１重量部添加した有機質土用セメント系固化材である。

請求項１に記載の発明によれば、このようなセメント系固化材を有機質土に混和すると、セメント中のカルシウムシリケート鉱物の表面に有機酸Ｃａ塩が沈積される量を少なくすることができる。その結果、セメントの水和反応の阻害を抑制することができ、処理土の強度発現を良好とすることができる。

添加する石膏を除く硫酸塩は、固化材の水和反応直後のｐＨを低下させ、水酸化カルシウムの溶出を抑えることで、有機酸との反応による水和阻害を防止する。その後は、カルシウムシリケート系の水和反応により生成される水酸化カルシウムと硫酸塩とが反応し、エトリンガイト状の針状結晶の生成に寄与する。この結晶の生成で、強度が発現するとともに、有機酸を吸着し、その後、さらに強度発現が良好となる。特に、粉末度が高くなると、セメント粒子の表面積が大きくなり、その効果が顕著となる。

ポルトランドセメントが７０重量％未満では、初期から長期にかけて固化処理土の強度発現が低下する。
また、ポルトランドセメントが９０重量％を越えると、石膏および硫酸塩の添加量が減少し、エトリンガイトのような針状結晶の生成量が不足する。よって、セメント中のシリケート系鉱物表面への有機酸成分の沈着が増大し、ポルトランドセメントの水和反応が抑制され、固化処理物の強度が小さくなる。
ポルトランドセメントとしては、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメントまたは特殊セメントなどを使用することができる。その比表面積としては、２５００〜５５００ｃｍ^２／ｇのものを使用する。その比表面積が２５００ｃｍ^２／ｇ未満では、セメント粒子の表面積が小さくなる。したがって、セメントの水和速度が遅くなり、セメントの初期水和物であるエトリンガイト状の針状結晶の生成が少なく、有機酸の収着が充分とはいえず、強度発現が遅延する。また、比表面積が５５００ｃｍ^２／ｇの範囲を越えると、通常品とは異なって製造コストが上昇する。

石膏が１０重量％未満では、エトリンガイトの生成が少なくなる。これにより、初期の強度発現が低下したり、強度発現が遅延する。
また、石膏が３０重量％を越えると、エトリンガイトなどの針状結晶の生成が多くなり、カルシウムシリケートの水和物の生成が少なくなるという理由から、材齢７日以降の強度発現が悪くなる。
石膏は、その比表面積が２５００ｃｍ^２／ｇ未満では固化材全体の比表面積が小さくなるため、セメント中のアルミネート相等との反応が遅くなり、強度発現性が悪くなる。また、８０００ｃｍ^２／ｇの範囲を越えると、通常品とは異なってその製造コストが上昇する。
なお、使用する石膏は、二水石膏、半水石膏、無水石膏の何れでもよいが、無水石膏を用いることが望ましい。

硫酸塩の添加量は、セメントと石膏の混合物１００重量部に対して、０．５〜１１重量部である。その添加量が０．５重量部未満では、初期水和段階でのエトリンガイト状の針状結晶の生成量が不足し、有機酸とカルシウムイオンとが反応して複塩を生成し、これがカルシウムシリケート系の水和物の生成を阻害するとともに、カルシウムイオンによるポゾラン反応も阻害するので、強度の発現が悪くなる。１１重量部を越えて添加すると、エトリンガイト状の針状結晶の生成量が多くなりすぎ、固化処理物が膨脹して、かえって強度を低下させたり、周辺土壌に悪影響を及ぼす。好ましい添加量としては、１〜５重量部である。

請求項２に記載の発明は、上記硫酸塩が、硫酸アルミニウム、ミョウバン、硫酸鉄、硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸マグネシウムのうちのいずれか１種または２種以上である請求項１に記載の有機質土用セメント系固化材である。

請求項２に記載の発明によれば、使用する硫酸塩である硫酸アルミニウム、ミョウバン、硫酸鉄、硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸マグネシウムなどは、ポルトランドセメントの水和に伴って生成される水酸化カルシウムと反応し、エトリンガイトまたはエトリンガイト状の針状結晶を生成する。
また、ミョウバンの種類は、特に限定されない。
上記硫酸塩のうち、反応性及び入手の容易さを考慮すると、硫酸アルミニウムまたはミョウバンを添加することが望ましい。

本発明の有機質土用セメント系固化材は、吸着材を使用しなくても良いので、吸着材を貯蔵及び粉砕する設備が不要となるばかりか、製造コストを安価にすることができる。
この発明に係る有機質土用セメント系固化材を有機質土に混和すると、添加した硫酸塩により水和反応直後は水酸化カルシウムの溶出を抑え、セメント中のシリケート鉱物の表面への有機酸Ｃａ塩の沈積量を少なくすることが可能となり、セメントの水和阻害を抑制することができる。その後は、カルシウムシリケート系の水和反応により生成される水酸化カルシウムと硫酸塩とが反応し、エトリンガイトの針状結晶が生成され、処理土の強度発現が良好となる。さらに、この結晶の生成が有機塩を吸着し、その後の強度発現に寄与する。

以下、この発明を実施例に基づき説明するが、この発明はこれらに限定されるものでない。

三菱マテリアル株式会社製の普通ポルトランドセメント、市販の無水石膏、無水硫酸アルミニウム（大明化学工業株式会社製）またはカリウムミョウバン（大明化学工業株式会社製）を使用して表１に示す固化材（試験例）１〜固化材７を調合した。また、本発明のセメント系固化材との比較品（比較例）１〜比較品３として、表１に示す物性の固化材を使用した。
また、土の含水比およびフミン酸量がそれぞれ２６１．８％，３０．１％の高有機質土に上記固化材を３００〜２００ｋｇ／ｍ^３添加し、ホバートミキサで混合した。この混合物を直径５０ｍｍ、高さ１００ｍｍの供試体に詰め、２０±３℃の恒温槽内で所定材齢まで養生し、「ＪＩＳＡ１２１６」号の規定に準じて一軸圧縮強度の測定を行った。その結果は、表２に示す通りである。

上記表２より、本発明の固化材は、いずれのタイプの有機質土にも対応可能であり、石膏と硫酸塩との最適添加範囲を確認することができた。
表２に示すように、ポルトランドセメントが８０重量％、石膏２０重量％に対し硫酸塩の添加量が１〜５重量％のときに、好適な強度の発現があった。

Claims

７０〜９０重量％のポルトランドセメントと１０〜３０重量％の石膏との混合物１００重量部に対して、
硫酸塩を０．５〜１１重量部添加した有機質土用セメント系固化材。
上記硫酸塩が、硫酸アルミニウム、ミョウバン、硫酸鉄、硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸マグネシウムの何れか１種または２種以上である請求項１に記載の有機質土用セメント系固化材。