JP2006225475A

JP2006225475A - 固化材及びその固化材を使用した土壌の固化改良方法

Info

Publication number: JP2006225475A
Application number: JP2005039337A
Authority: JP
Inventors: Tokuji Akiba; 徳二秋葉
Original assignee: KOMURISU KK
Current assignee: KOMURISU KK
Priority date: 2005-02-16
Filing date: 2005-02-16
Publication date: 2006-08-31

Abstract

【課題】土壌をアルカリ性ではなく中性領域に安定化させることができるとともに、土壌中のフッ素の溶出を抑制することのできる固化材、及び、そのような固化材を使用した土壌の固化改良方法を提供する。
【解決手段】軟弱土を固化改良する固化材であって、無水石膏及び半水石膏を含有するとともに、無水石膏の含有量／半水石膏の含有量の値が０．２以上０．６以下であり、かつ、固化材全体に対する無水石膏の含有量が１５重量％以上であることを特徴とする固化材。また、このような固化材を対象土に対して３０ｋｇ／ｍ³以上３００ｋｇ／ｍ³以下の割合で配合することを特徴とする土壌の固化改良方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、泥土、残土などからなる軟弱土の固化改良に使用される固化材に関する。また、そのような固化材を使用した土壌の固化改良方法に関する。

トンネル工事や河川の浚渫工事、その他各種の建設工事や土木工事の現場では、水分を多く含み軟弱で取り扱いが困難な泥土や残土が大量に発生する。したがって、これらの軟弱土に固化材を添加することによって、軟弱土を運搬等に適した性状に固化改良することが行われる。
従来、泥土や残土からなる軟弱土の固化改良に使用される固化材としては、セメント系あるいは石灰系の固化材が広く使用されている。しかしながら、これらの固化材を使用すると土壌がアルカリ性を呈し植生等に影響を与えることが懸念されることから、最近になって、土壌を中性領域において安定化させることのできる石膏成分を主体とした固化材が多く提案されてきている。例えば、特許文献１には、半水石膏及び活性無機塩類が配合されたことを特徴とする土壌の固化材が提案されている。また、特許文献２には、半水石膏に対して高炉セメントと硫酸アルミニウムとを添加してなる土壌の固化材が提案されている。

一方、土壌の固化改良に際しては、土壌を中性領域において安定化させるだけではなく、カドミウム、鉛、六価クロムなどの有害物質を溶出させないようにすることも極めて重要である。これらの重金属類については、土壌の環境基準が既に規定されているのであるが、さらに、近年になって、重金属類以外の有害物質、例えば、硼素やフッ素についても土壌環境基準が新たに規定されるに至っている。このように、土壌中へのフッ素の溶出を抑制することのできる技術が強く求められるようになってきていることから、例えば、特許文献３には、フッ素の土壌中への溶出を抑えることのできるスラグの骨材化処理方法が提案されている。

特開２００２−１９４３５１号公報特開２００３−１５５４８２号公報特開２００３−１１９０５７号公報

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、従来よりも優れた機能を有する軟弱土の固化材を提供することを目的とする。より詳しくは、土壌をアルカリ性ではなく中性領域に安定化させることができるとともに、土壌中のフッ素の溶出を抑制することのできる固化材、及び、そのような固化材を使用した土壌の固化改良方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、以下の（１）〜（５）に記載した発明が構成される。
（１）軟弱土を固化改良する固化材であって、無水石膏及び半水石膏を含有するとともに、無水石膏の含有量／半水石膏の含有量の値が０．２以上０．６以下であり、かつ、固化材全体に対する無水石膏の含有量が１５重量％以上であることを特徴とする固化材。
（２）上記（１）に記載の固化材であって、セメントを５重量％以上２０重量％以下の割合で含有することを特徴とする固化材。
（３）上記（１）または（２）に記載の固化材であって、石炭灰を５０重量％以下の割合で含有することを特徴とする固化材。
（４）上記（１）から（３）のうちいずれか１項に記載の固化材であって、高分子吸水剤を含有することを特徴とする固化材。
（５）上記（１）から（４）のうちいずれか１項に記載の固化材を対象土に対して３０ｋｇ／ｍ^３以上３００ｋｇ／ｍ^３以下の割合で配合することを特徴とする土壌の固化改良方法。

本発明によれば、土壌を中性領域に安定化させることができるとともに、土壌中のフッ素の溶出を抑制することのできる固化材、及び、そのような固化材を使用した土壌の固化改良方法を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。本発明の固化材は、例えば土木工事や建設工事の現場で発生する軟弱土（残土、泥土、掘削土等）の固化改良のために使用される固化材である。本発明の固化材は、無水石膏及び半水石膏を含有するとともに、無水石膏の含有量／半水石膏の含有量の値が０．２以上０．６以下であり、かつ、固化材全体の重量に対する無水石膏の含有量が１５重量％以上であることを特徴とする固化材である。

本発明の固化材は、原料として、無水石膏（CaSO₄）及び半水石膏（CaSO₄・1/2H₂O）を含有する。無水石膏としては、例えば、天然に産出される無水石膏を使用することもできるし、フッ化水素を工業的に生産する際に副産物として生成するフッ酸石膏を使用することもできる。半水石膏としては、例えば、天然石膏あるいは二水石膏を所定の温度に加熱して得られる半水石膏を使用することができる。これら無水石膏及び半水石膏は、粒状、粉状などいかなる態様のものであっても使用することができる。また、これら無水石膏及び半水石膏は、市販されているものを使用してもよいし、他の工業プロセスの副産物として産出されるものなどを使用しても良い。

本発明の固化材において、原料となる無水石膏及び半水石膏は、本発明者らによって既に提案されている技術、すなわち、特願２００３−８７９７６号において特許出願がなされている技術によって製造されたものを使用することができる。この技術について簡単に説明すると、原料が投入される回転式のロータリーキルンの周囲に、乾燥用のジャケット式熱交換装置を備えた無水石膏及び半水石膏の製造装置である。この技術を用いることによって、原料となる無水石膏及び半水石膏を安価にかつ大量に製造することができる。

本発明の固化材に含有される無水石膏及び半水石膏は、軟弱土中の水分と接触して硬化反応を開始する。この硬化反応によって、水分を多く含む浚渫土などの固化改良を図ることができる。
水分を多く含む浚渫土を固化改良するためには、固化材を添加した直後の段階で硬化反応が開始する半水石膏を多めに配合することが好ましい。しかしながら、半水石膏による硬化反応は、水分と接触した直後に短期間で終了してしまうために、固化材の原料として半水石膏を多く使用しすぎると、長期的な硬化性能が得られなくなるので好ましくない。

また、浚渫土の固化改良処理においては、固化材を添加した初期の段階である程度の固さまで一気に硬化反応が進行した後に、数週間程度をかけて徐々にその後も固化材の硬化反応が進行するのが好ましい。固化材の硬化反応が徐々に進行することによって、固化材の構造中にフッ素を取込むことができるので、土壌中のフッ素の溶出を抑制することができる。また、固化材の硬化反応が徐々に進行することによって、泥土や残土がある程度の固さまで硬化した後に、再びその土壌を混練した後にも硬化反応が進むことになるので取り扱い性がよくなる。

したがって、固化材の原料としては、半水石膏を単独で用いるのではなく、無水石膏及び半水石膏を同時に使用することが極めて好ましい。無水石膏及び半水石膏を同時に土壌中に添加することによって、土壌をアルカリ性ではなく中性領域（ｐＨ５．０〜９．０程度）に安定化させつつ、土壌の固化改良が効果的に図られるとともに、石膏の硬化反応が長期的にゆっくりと進行するので、その土壌中からのフッ素の溶出を抑制することができる。ちなみに、無水石膏及び半水石膏を同時に使用することによってこのような効果が得られることは、本発明者らによって見出された新たな知見であり、このような知見を利用した本発明の固化材は、極めて画期的であるといえるものである。

本発明の固化材において、その固化材に含有される無水石膏及び半水石膏の相対的な重量比率は、それぞれの乾燥重量を基準としたときに、「（無水石膏の重量）／（半水石膏の重量）＝０．２以上０．６以下」の範囲であることが好ましい。より好ましくは、０．３以上０．５以下である。
固化材中に無水石膏及び半水石膏がこのような割合で配合されることによって、半水石膏に対する無水石膏の相対的な含有量が適量となり、土壌中に固化材を添加した直後に必要とされる初期の硬化特性を得ることができるだけではなく、硬化反応がゆっくりと長期的に進行することとなって、土壌中のフッ素の溶出を長期的にかつ安定的に抑制することができる。

本発明の固化材において、固化材全体の重量に対する無水石膏の含有量は１５重量％以上であることが好ましい。無水石膏がこのような割合で固化材中に配合されることによって、土壌中のフッ素の溶出を環境基準値（0.8mg/l）以下に抑制することが可能になる。また、土壌のｐＨ値を中性領域に安定化させることができる。

本発明の固化材では、無水石膏及び半水石膏に加えて、セメントを原料として配合するのが好ましい。セメントの配合量は、乾燥重量を基準として、固化材全体の重量に対して５重量％以上２０重量％以下の割合であることが好ましい。固化材中にこのような割合でセメントを配合することによって、土壌中に固化材を添加した初期の段階における硬化特性を、土壌の水分等に合わせて適切に調製することができる。セメントの配合量が上記の範囲を外れてしまうと、固化材を添加することによる土壌の硬化特性に目立った変化が見られないばかりでなく、土壌のｐＨ値を中性領域に安定化させることが困難になる。

本発明の固化材では、無水石膏、半水石膏、及び必要に応じてセメントに加えて、石炭灰（フライアッシュ）を配合するのが好ましい。石炭灰の配合量は、乾燥重量を基準として、固化材全体の重量に対して５０重量％以下の割合であることが好ましい。固化材中にこのような割合で石炭灰を配合することによって、消石灰成分との反応によりｐＨ値を低下させることができるので、固化材が添加された対象土のｐＨ値をアルカリ性域から中性領域に安定化させることができる。また、固化材中にこのような割合で石炭灰を配合することによって、対象土中の水分を初期の段階で吸収させることができるので、土壌の固化強度のさらなる向上が図られる。

本発明の固化材には、各種の添加剤、例えば、高分子吸水剤を添加することができる。高分子吸水剤としては、コンクリート等に一般的に使用されることのある吸水剤、例えば、ポリアクリルアミド系の吸水性樹脂を添加することができる。固化材中に高分子吸水剤を添加することによって、例えば浚渫土などの水分を多く含む土壌に対してであっても、本発明の固化剤による土壌の固化改良の効果が十分に発揮される。

本発明の固化材は、改良しようとする対象土に対して３０ｋｇ／ｍ^３以上３００ｋｇ／ｍ^３以下の割合で配合することが好ましい。本発明の固化材をこのような割合で配合することによって、対象土の固化改良の効果が十分に発揮されるとともに、対象土のｐＨ値を中性領域にて安定化させることができる。しかも、対象土のフッ素の溶出を抑制することができる。したがって、本発明は、対象となる土壌に対して３０ｋｇ／ｍ^３以上３００ｋｇ／ｍ^３以下の割合で上記の固化材を配合することを特徴とする土壌の固化改良方法として実施することも可能である。

実施例１では、まず、無水石膏及び半水石膏の配合割合を変化させて数種類の固化材を調製した。調製した固化材の組成を表１に示す。

次に、表１のNO.1〜NO.5の固化材を対象土に添加した。対象土としては、シールド工事で発生したほぼ均一の性状を有する含水比60%の軟弱な掘削土を使用した。そして、固化材を配合することによる軟弱土の固化改良の効果について評価するために、固化材を添加してから２時間経過後、１日経過後、７日経過後のコーン指数をそれぞれ測定した。コーン指数の測定は、ＪＩＳ規格に定められた方法に従って測定した。測定結果を表２に示す。

表２の結果を見ればわかるように、軟弱土の固化改良時に必要とされる初期硬化特性の目安である２時間後のコーン指数が20.0を超えているのは、NO.1〜NO.3の固化材のみであった。すなわち、軟弱土の固化改良のために必要とされる良好な初期硬化特性を得るためには、「無水石膏の含有量／半水石膏の含有量」の値が0.6以下であることが好ましいことが判明した。

実施例２では、まず、無水石膏及び半水石膏の配合割合を変化させて数種類の固化材を調製した。次に、調製した固化材を対象土に添加・混合してから７日間が経過した後に、その固化材が添加された対象土についてフッ素の溶出試験を行った。このフッ素の溶出試験に使用する検液は、以下の手順に従って調製した。

まず、固化材が添加された土壌を採取してポリエチレン製容器に収容した後に、採取した土壌を風乾し、中小礫、木片等を取り除き、土塊、団粒を粗砕した後、非金属製の2mm目の篩いを通過させる。試料（単位[g]）と溶媒（純水に塩酸を加え、水素イオン濃度指数が5.8以上6.3以下となるようにした溶液、単位[ml]）とを重量体積比10%の割合で混合し、かつ、その混合液が500ml以上となるようにする。調製した試料液を常温常圧下で振とう機にて6時間連続して振とうする。そして、振とう後の試料液を10分間から30分間程度静置した後に、毎分約3000回転で20分間遠心分離した後の上澄み液を孔径0.45μmのメンブレンフィルタで濾過して濾液を取り出すとともに、定量に必要な量を正確に測りとってこれを検液とする。こうして得られた検液のフッ素濃度を、日本工業規格(JISK 0102)に定められている方法に従って測定した。固化材の組成、及び、検液のフッ素濃度の測定結果を表３に示す。

表３の結果より、NO.7〜NO.9までの固化材を土壌中に添加することによって、フッ素溶出量の環境基準である0.8[mg/l]をクリアできることが判明した。また、このことから、本発明の固化材において、土壌中のフッ素の溶出を十分に抑制するためには、「無水石膏の含有量／半水石膏の含有量」の値は、0.2以上であることが好ましいことが判明した。

実施例３では、本発明の固化材を対象土に添加・混合し、その対象土のｐＨ値を測定した。対象土は、実施例１と同じものを使用した。固化材は、対象土に対して300[kg/m³]の割合で配合した。対象土のｐＨ値は、固化材を添加してから、1日後、7日後、28日後についてそれぞれ測定した。この実施例３で使用した固化材の組成を表４に示す。ｐＨ値の測定結果を表５に示す。

表５の結果を見ればわかるように、本発明の固化材は、長期間にわたって、対象土のｐＨ値を中性領域に安定化させることが判明した。

実施例４では、本発明の固化材を対象土に添加・混合し、その対象土の２時間後、１日後のコーン指数をそれぞれ測定した。なお、この実施例４では、固化材中におけるセメントの配合割合を、10wt%、7.5wt%、5.0wt%に変化させて測定を実施した。固化材は、対象土に対して300[kg/m³]の割合で配合した。対象土は実施例１と同じものを使用した。測定結果を表６に示す。

表６に示す結果からわかるように、固化材中にセメントを配合することによって、固化材を添加した対象土のコーン指数が高くなることが判明した。特に、初期段階の硬化特性の指標となる１日後のコーン指数を高くするためには、固化材全体の重量に対して、セメントを５重量％以上配合することが好ましいことが判明した。

Claims

軟弱土を固化改良する固化材であって、無水石膏及び半水石膏を含有するとともに、無水石膏の含有量／半水石膏の含有量の値が０．２以上０．６以下であり、かつ、固化材全体に対する無水石膏の含有量が１５重量％以上であることを特徴とする固化材。
請求項１に記載の固化材であって、
セメントを５重量％以上２０重量％以下の割合で含有することを特徴とする固化材。
請求項１または請求項２に記載の固化材であって、
石炭灰を５０重量％以下の割合で含有することを特徴とする固化材。
請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の固化材であって、
高分子吸水剤を含有することを特徴とする固化材。
請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載の固化材を対象土に対して３０ｋｇ／ｍ³以上３００ｋｇ／ｍ³以下の割合で配合することを特徴とする土壌の固化改良方法。