JP2006274765A - 生コンスラッジを用いた可塑性注入材及び当該可塑性の注入方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 産業廃棄物である生コンスラッジを大量に有効利用して、土木構造物の空洞充填、軽量盛土、埋立等に有効に利用できる、生コンスラッジを用いた可塑性注入材であって、良好な固化性能を有するとともに、経済的に安価な、生コンスラッジを用いた可塑性注入材及び当該注入材を用いた注入方法を提供する。
【解決手段】 可塑材と水からなる可塑材溶液Ｂ液と、生コンスラッジを含有するＡ液とを混合することにより得られる、生コンスラッジを用いた可塑性注入材であり、前記混合を施工現場で行って、当該可塑性注入材を施工場所に注入する。
【選択図】 なし

Description

本発明は、生コンスラッジを用いた可塑性注入材及び当該可塑性注入材の注入方法に関し、特に、土木構造物の空洞充填、軽量盛土、埋立等に利用できる、廃材である生コンスラッジを有効に用いた可塑性注入材及び当該可塑性注入材の注入方法に関する。

生コン製造用のミキサ、ホッパ及びこれらに付随するパイプ類等の生コンクリート工場や生コン運搬用のアジテータ車の内壁に付着したコンクリートが硬化する前に、洗浄をおこなっているが、かかる洗浄廃水は、環境上、未処理のまま排出することはできない。
したがって、例えば、洗浄廃水中の粗骨材、細骨材を、骨材分離機で分離し、洗浄廃水から骨材を回収すると共に、沈殿槽に入れられた廃水から上澄液が回収されて、スラッジを沈殿させ、かかるスラッジの再利用を図ることが大きな課題となっている。

沈殿槽内に残った廃スラッジ（以下、「生コンスラッジ」と称す）は、産業廃棄物として処理が義務付けられている一方、そのほとんどは有効利用されていないのが現状である。かかる生コンスラッジは、年々増大しつつ、埋め立て材料として使用されてきたが、公害防止、環境保全の点からも、廃棄場所の確保が困難となっており、大きな社会問題となっている。

従来にあっては、スラッジの有効利用法として、例えば、生コン製造時にセメント重量に対してスラッジ固形分をＪＩＳ規格により３％まで配合したりすることが行われているが、スラッジを添加したコンクリートは、流動性が低下し、収縮等のその他の物性が低下してしまい、強度発現性が劣るといった品質低下という欠点があり、実際には大量に有効利用されてはいない。

また、生コンスラッジを乾燥させて、舗装などの路盤材に用いたり、乾燥固形分中のセメントをコンクリートに混入させる方法が提案されており、生コンスラッジの有効利用方法として、特開平３−２６５５５０号公報には、生コンスラッジに、凝結遅延剤を添加して、セメントの練り水として再利用し、セメントの物性を保持しようとする技術が開示されている。
更に、特開平３−２１８９５４号公報には、生コンスラッジ中の含水率を低下させて新たに製造するコンクリートに添加して、コンクリート成形品を用いる技術が開示されている。
しかし、これらの生コンスラッジの有効利用方法では、処理が面倒であると共に、設備費用が大幅に増大する等の問題があり、また、多量に生コンスラッジを活用することはできず、したがって生コンスラッジの再利用は十分に図られてはいない。

一方、従来、トンネル等の土木構造物や埋立てや盛り土等に注入される注入材としては、セメントミルクやセメントエアミルク等のセメント系注入材が知られており、これらの注入材は、例えば空洞部等の充填を所望する箇所に注入されて、固化するものである。

しかし、かかる注入部に注入材を導入する場合、充填しようとする箇所の空洞部に地下水や流水等の液体が存在すると、地下水や流水によって、注入した注入材が希釈化されてしまい、十分な固化性能を発揮することができない場合があり、特に、注入部を限定して注入材を区間注入する場合に、通常のセメントミルク系注入材では、かかる注入区間以外の周辺部位へ注入材の逸脱が発生してしまい、限定注入が困難となる場合がある。
このような希釈化や周辺部への逸脱を防止するために、可塑性注入材が地下水や流水に希釈化されることなく、その固化性能を発揮することができる可塑性注入材が求められている。

この点に鑑み、化学的に安定で耐久性に優れ、しかも安価で容易に入手できる材料を用いて、セメントミルクと、ベントナイトを水に懸濁させたベントナイトミルクからなる可塑化液とを混合撹拌して得られる可塑性注入材が、特開平１１−３１０７７９号公報に開示されており、また、可塑化液として、ベントナイトに代えてメタカオリンやアタパルジャイトを使用した可塑性注入材も、特開２００１−４８６２９号公報に記載されている。

しかし、これらの可塑性注入材は、廃材を利用したものではないため、高価となり経済的ではなく、産業廃棄物である生コンスラッジを利用した安価な可塑性注入材はいまだ実現されていない。
特開平３−２６５５５０号公報 特開平３−２１８９５４号公報 特開平１１−３１０７７９号公報 特開２００１−４８６２９号公報

本発明の目的は、産業廃棄物である生コンスラッジを大量に有効利用して、土木構造物の空洞充填、軽量盛土、埋立等に有効に利用できる、生コンスラッジを用いた可塑性注入材を提供することである。
本発明の他の目的は、更に、固化性能を有するとともに、経済的に安価な、生コンスラッジを用いた可塑性注入材を提供することである。
また、本発明の他の目的は、上記生コンスラッジを用いた可塑性注入材の施工現場における施工設備を簡素化でき、効率よく注入材の性能を発揮することが可能な、生コンスラッジを用いた可塑性注入材の注入方法を提供することである。

本発明は、生コンスラッジ中に含有されるセメント成分が、水和反応の途中の段階であり、水和反応が完結していないことに注目して、かかる生コンスラッジを土木構造物の空洞充填、軽量盛土、埋立等に利用される可塑性注入材に多量に用いて、固化性能を有効に発揮できることにより、廃材である生コンスラッジの再利用が図れることを見出し、本発明に至った。

本発明の生コンスラッジを用いた可塑性注入材は、可塑材と水からなる可塑材溶液Ｂ液と、生コンスラッジを含有するＡ液とを混合することにより得られ、更に好適には、必要に応じて、上記Ａ液には、更にセメントが含有されるものである。
また好適には、上記本発明の可塑性注入材においては、上記Ｂ液を更に水で希釈した後、これと生コンスラッジを含有する上記Ａ液と混合してなることを特徴とするものである。
また、本発明の生コンスラッジを用いた可塑性注入材の注入方法は、可塑材と水からなる可塑材溶液Ｂ液と、生コンスラッジを含有するＡ液とを攪拌混合することにより可塑性注入材を製造し、土木構造物の空洞充填、軽量盛土、埋立等に該可塑性注入材を施工場所に注入して、固化性能を発揮するものである。

ここで、本発明における「生コンスラッジ」とは、生コンが付着した装置の洗浄廃水であって、一般にアジテータ車と称される生コン運搬車、生コン製造用ミキサ及びこれに付随する装置などを水洗浄することにより排出されるセメントや骨材を含有する廃水の総称をいう。
また、上記したように、注入材がゲル状の凝集体としての状態となり、地下水や流水に希釈されることなく、その形状付与性により、周囲への逸脱が生じ難い性状を、本願明細書では「可塑性」という。

本発明の生コンスラッジを用いた可塑性注入材は、土木構造物の空洞充填、軽量盛土、埋立等に注入する可塑性注入材として有効に機能することができる。
また、本発明の可塑性注入材は、生コンスラッジを用いて、軽量化等の目的に応じた様々な配合組成とすることができる可塑性注入材を得ることができる。
その上、廃材である生コンスラッジを多量に再利用することができ、広大な廃棄投棄場所や処理の手間及び費用をかける必要なく、環境的にも優れ、生コンスラッジの極めて良好な再利用が図れることとなる。

また、本発明の生コンスラッジを用いた可塑性注入材の注入方法は、従来廃材であった生コンスラッジを、簡易かつ安価な手段で、固化性能を発揮する可塑性注入材として、地盤沈下等によって生じた充填や裏込充填等へ有効に利用することができる注入方法である。

本発明を以下の好適例により説明するが、これらに限定されるものではない。
本発明の可塑性注入材は、可塑材と水からなる可塑材溶液Ｂ液と、生コンスラッジを含有するＡ液とを混合することにより得られるものである。
このように、生コンスラッジを含む懸濁液と、ベントナイト等の可塑材を含む懸濁液とを別途調製して混合することにより、可塑性注入材として均一な性状が図れるとともに、固化機能を有効に発現でき、生コンスラッジの多量の再利用を図れることとなる。

本発明の可塑性注入材において用いるＢ液（可塑化材溶液）は、可塑材を分散させた懸濁液であり、可塑材としては、従来公知の任意の各種の可塑材を１種以上用いることができる。
この様な可塑材の具体例としては、ベントナイト、アタパルジャイト、メタカオリン等を例示でき、これらを一種単独又は二種以上混合して用いることができる。
可塑材として用いるベントナイト、アタパルジャイト、メタカオリン等の品位については特に限定はなく、従来から用いられているものを適宜選択して使用できる。

当該可塑材溶液における水の添加量は、特に制限はないが、通常、可塑材の分離が生じない範囲内で使用目的に応じて適宜設定することが可能であるが、様々な配合設計を可能とするためには、可塑化液中の水の添加量を当初できるだけ少なくすることが適切であり、可塑材：水（質量比）が、１：１〜１：１５、好ましくは１：３〜１：１０程度の範囲とすればよい。
また、流動性や圧送性等を考慮して、必要に応じて、水を後ほど添加することも可能である。

このように調製することにより、運搬費用を低減でき、可塑材溶液を工場で製造して施工現場に運搬し、必要に応じて、現場で水で希釈して、施工に適したフロー値、可塑材濃度等に調節して施工することによって、施工現場における可塑化液の製造プラントを不要とすることができる。

これらのベントナイト、メタカオリン及びアタパルジャイトは、可塑化材として、何れも十分な性能を発揮し、ベントナイト、メタカオリン、及びアタパルジャイトは、これらのマイナスイオンに荷電している懸濁液と生コンスラッジの懸濁液（Ａ液）とを混合した場合に、ベントナイト、メタカオリン又はアタパルジャイト粒子表面のマイナス荷電を生コンスラッジ中のカルシウムプラスイオンが中和することにより、ベントナイト、メタカオリン又はアタパルジャイト粒子の分子間引力並びに表面積効果に基づく急激な凝集作用により、可塑化させることができる。

また、上記Ｂ液とは別途調製された、本発明の可塑性注入材に用いるＡ液は、生コンスラッジを分散させた懸濁液であり、生コンスラッジとしては、上記したような生コン工場やコンクリート二次製品工場等においてコンクリートミキサや運搬車等を洗浄したり、または戻りコンクリートからの骨材回収のため、生コンクリートを洗浄した際に発生する廃水から回収されたセメント水和物を主成分とする微粒子で、スラリー状やペースト状、ケーキ状もしくは粉末状のいずれのものも用いることができる。

当該Ａ液における水の添加量は、特に制限はなく、廃材である生コンスラッジの性状に応じて変化させることができ、均質なＡ液の調製可能な範囲であれば良い。
通常、生コンスラッジ（乾燥成分）：水（重量比）が、１：０．３〜１：５、好ましくは、１：０．５〜１：２程度の範囲とすればよい。

また、必要に応じて、可塑性注入材に強度が必要な場合には、Ａ液には、セメントを含有させることができ、当該セメントとしては、普通、早強、超早強、白色、耐硫酸塩、中庸熱、低熱などの各種ポルトランドセメント、前記ポルトランドセメントの少なくとも一種とフライアッシュなどとを混合した混合セメント、ジェットセメント、アルミナセメントなどの特殊セメント、及びセメント系固化材から選ぶことができる。

更に、生コンスラッジ溶液であるＡ液には、必要に応じて起泡剤を添加し、発泡処理した気泡を混合してもよく、また、水、砂、レキ、発泡ビーズを含むように構成することもできる。
また、当該Ａ液の生コンスラッジ懸濁液には必要に応じて、減水剤などの混和剤を添加してもよい。混和剤の添加によって、練り上がり後の可塑性に特に影響を与えることはない。
減水剤添加によりＡ液中の単位水量を減らしたり、単位生コンスラッジ量を増加させることが可能なことより、高強度化及び軽量化のためにとり得る配合設定の範囲を拡大させることも可能となる。

本発明の可塑性注入材は、Ａ液とＢ液とを攪拌混合して形成される可塑性注入材であって、前記Ａ液及びＢ液の混合することにより、可塑化させることができるものである。
そのＡ液とＢ液との混合割合は、使用目的に応じて適宜決定されるものである。
混練時間は特に材料分離が生じなければ限定されるものではなく、例えばハンドミキサで１５秒程度以下が好適である。
生コンスラッジ（乾燥固形分）と可塑材との体積比が、２：１〜６：１であることが、可塑性状を確保するというの点から好ましい。

本発明の生コンスラッジを用いた可塑性注入材の注入方法は、可塑性注入材におけるＡ液（生コンスラッジ懸濁液）とＢ液（可塑材溶液）とを、施工現場とは異なる場所で予め製造し、現場で混合することができるものである。
これらの懸濁液の製造装置については、従来と同様でよく、グラウトミキサ、モルタルミキサ、ハンドミキサ、往復攪拌ミキサ等、通常の注入材用のセメントミルクや可塑化液を作製する際に使用されているミキサを用いることができる。
生コンスラッジ懸濁液と可塑材溶液のそれぞれの混合方法についても、例えば、ポンプ圧送により、スタッティックミキサ等で混合する等、従来の注入材を製造する際のセメントミルクと可塑材液の調製方法と同様で良い。

この様にして施工現場と別場所で製造されたＡ液とＢ液は、ミキサ車等の搬送設備により施工現場に搬送され、施工現場において混合して可塑化され、施工場所に注入される。
この様な施工方法によれば、施工現場に注入材の製造設備を設置する必要がなく、施工現場の設備が簡素化される。
特に、施工現場が狭く注入材の製造設備の設置が困難な場合にも、可塑性注入材の施工が可能となる点で有用性の高い方法である。

本発明を以下の配合例により説明する。
配合例１〜５
１）Ａ液の調製
表１に示す組成を有する乾燥スラッジ及び混練水（水道水）と、必要に応じてセメント（住友大阪セメント株式会社製 高炉セメントＢ種 密度３．０５ｇ／ｃｍ^３）とを、表２に示す配合割合で配合して、ハンドミキサ（商品名：ＵＭ−１５、日立工機株式会社製）で２分間混練して、Ａ液を調製した。

ＪＩＳ Ｒ ５２０２に準じて実施した。

２）Ｂ液の調製
可塑材成分としては、住友大阪セメント（株）製、ＪＥＴＭＳ Ｂ材（主成分：ベントナイト）を用い、表２に示す配合割合で配合して、往復攪拌ミキサ（商品名：アジター、島崎製作所株式会社製）で５分間混練して、Ｂ液を調製した。

３）可塑性注入材の調製
上記１）で得られたＡ液に、上記２）で得られたＢ液を、表２に示す配合量で配合し（注入材１ｍ^３中の重量（ｋｇ））、ハンドミキサ（商品名：ＵＭ−１５、日立工機株式会社製）を用いて１０〜１５秒程度攪拌混合して、それぞれ可塑性注入材を得た。
得られた各可塑性注入材中の生コンスラッジ：ＪＥＴＭＳ（ベントナイト、可塑材）の体積比も、表２に示す。

試験例
得られた各可塑性注入材について、以下の試験に供した。
１）フロー値
日本道路公団規格「エアモルタル及びエアミルクの試験方法（ＪＨＳＡ３１３−１９９２）」のコンシステンシー試験方法のシリンダー法に準拠して、内径８ｃｍ、高さ８ｃｍのシリンダーに、上記配合例１〜５で得られた各可塑性注入材試料を入れて、引き抜き後の試料底面の直径を測定し、その結果をフロー値として表３に示す。
なお、これらの試料の内でフロー値が小さいものに関しては、使用時に適度なフロー値となるように水で希釈して用いてもよい。
表３中、可塑性の判定基準は下記の通りである。
○：均一な懸濁液となる
×：材料分離又は混練不可
また、参考のために、上記で調製したＡ液及びＢ液の各フロー値も、表３に示す。

２）圧縮強度
得られた可塑性注入材料を供試体型枠に打設し、室温で２８日間養生して硬化体を得た。
得られた硬化体の一軸圧縮強度（材齢７日及び２８日）を、ＪＩＳ Ａ １２１６に準じて測定して、その結果を下記表３に示す。

以上の結果から明らかなように、廃材料である生コンスラッジを用いても、生コンスラッジを含むＡ液の流動性能やＡ液とＢ液混合時の可塑化性能は良好で、生コンスラッジを多量に再利用できる、優れた性能を有する可塑性注入材が得られることがわかる。

本発明の可塑性注入材は、産業廃棄物である生コンスラッジを多量に再利用できるものであるため、生コンスラッジの処理に適用することができる。
また、本発明の可塑性注入材は、土木構造物の空洞充填、軽量盛土、埋立等の充填、トンネル等の裏込注入材に適用できる。

Claims (4)

1. 可塑材と水からなる可塑材溶液Ｂ液と、生コンスラッジを含有するＡ液とを混合することにより得られることを特徴とする、生コンスラッジを用いた可塑性注入材。
2. 請求項１記載の可塑性注入材において、上記Ａ液には、更にセメントが含有されることを特徴とする、生コンスラッジを用いた可塑性注入材。
3. 請求項１または２記載の可塑性注入材において、Ｂ液を更に水で希釈した後、これを生コンスラッジを含有するＡ液と混合してなることを特徴とする、生コンスラッジを用いた可塑性注入材。
4. 可塑材と水からなる可塑材溶液Ｂ液と、生コンスラッジを含有するＡ液とを攪拌混合することにより可塑性注入材を製造し、該可塑性注入材を施工場所に注入することを特徴とする、生コンスラッジを用いた可塑性注入材の注入方法。