JP2012167238A - 発塵を抑制した土壌処理材とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 土質の安定化に使用する土壌処理材であって、取扱い時や使用時の粉塵の発生を抑制したものを、フッ素樹脂や非水性液体のように、土中に残留して環境に負荷を与えることのない材料を使用して提供すること。
【解決手段】 生石灰、消石灰、仮焼ドロマイトおよびポルトランドセメントから選んだ少なくとも１種または２種以上を有効成分とする土壌処理材に、液状デキストリンのような糖類を、土壌処理材に対し１〜５重量％添加する。添加は、液状にした糖類を細孔から遠心力により噴出させ、微細な粒子または細い繊維状にして、連続的に供給される土壌処理材に接触させることにより行なう。
【選択図】 なし

Description

本発明は、土質の安定化に使用される土壌処理材であって、取扱い時や使用時に粉塵が発生することを抑制した土壌処理材と、その製造方法に関する。

日本に広く分布していると言われる軟弱地盤を改良することを目的として、主にポルトランドセメント（以下「セメント」）や生石灰を用いた土質安定化処理が行なわれている。この処理は、軟弱地盤の上にセメントや生石灰を散布した後、それをバックホウなどによって土と混合し、ローラーで締め固め、しばらくの期間養生させることからなり、それによって目的とする地盤強度が得られる。

日本石灰協会発行の「石灰による地盤改良マニュアル（平成２１年１２月）」によれば、たとえば生石灰による地盤強度の発現は、短期間においては、消化吸水反応による含水比の低下とイオン交換反応による塑性指数の低下によってもたらされ、その後は、中長期間にわたってポゾラン硬化反応が起こり、強度がさらに上昇して行くと説明されている。この土質安定化処理に際して大きな問題点として挙げられているのが、土壌処理材を地表に散布するときや、土と混合するときに起こる発塵である。とくに、地盤改良現場が住宅地や市街地に近い場合、問題はきわめて深刻である。

発塵に対する簡単な対策としては、土壌処理材を事前にフルイ分けして、発塵の原因となる微粉末をあらかじめ除去しておくことが挙げられるが、せっかく微粉末を除いても、運送中の荷動きによって不可避的に新しい微粉末が発生することがある。土壌処理材の一部が役立たないということは、資源の有効活用の観点からも好ましくない。土壌処理材に水分を加えて発塵を抑制することは、処理剤が消石灰である場合にのみ可能であることは自明であろう。

セメント系土壌処理材および生石灰系土壌処理材であって、現在最も広く使用されている発塵抑制型のものは、フィブリル化性のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂をセメントや生石灰に混合し、そのフィブリル化作用によって発塵を抑制したものである。このＰＴＦＥ樹脂による発塵抑制処理に関しては、これまでいくつかの技術が開示されてきた。そのひとつは、粉末物質にＰＴＦＥ樹脂を混合し、ＰＴＦＥがフィブリル化を起こす約２０〜２００℃の温度で圧縮−剪断を施すことによって発塵を抑制する方法である（特許文献１）。

その後、このＰＴＦＥを用いて発塵抑制処理を施した石灰系肥料や土壌処理材、およびその製造方法に関して、多数の特許が登録された（特許文献２〜９）。それら特許の発明は、いずれも上記の特許文献１の技術を基礎としている。その後、これら特許の権利者が中心となって、「テフロン（登録商標）処理防塵固化材協会」が組織された。現在、若干のセメント会社および石灰会社が加盟会員となって、これら特許に基づく製品を販売している。

このＰＴＦＥ樹脂としては、アメリカのデュポン社が開発したフッ素樹脂「テフロン（登録商標）」が使われている。ＰＴＦＥは、一般に化学的に安定で、耐熱性や耐薬品性を有していることが知られており、従って土と混合された後も、半永久的にそのままの形で残留する可能性が高い。テフロンによる土壌処理材の技術資料によれば、添加されるテフロン量は、生石灰重量当り０．１％以下である。すなわち、テフロンを０．１％添加した生石灰を、土壌１ｍ^３当たり１００kg加えて安定化処理した場合、土壌１ｍ^３当り１００gのテフロンが残留することになる。いかに化学的に安定で安全であるといわれている物質であっても、半永久的に残留する可能性のある人工的な化学物質、とくにフッ素樹脂を、際限なく土壌に残留させることは、環境への負荷を著しく高めるおそれがある。

フッ素樹脂を製造するに当たっては、通常、ＰＦＯＡ（パーフルオロオクタン酸）が助剤として使用されているが、２００５年に米国環境保護局（ＥＰＡ）の科学諮問委員会は、「ＰＦＯＡは人間に対し発がん性があるらしい」と報告している。テフロンの製造工程中にもこのＰＦＯＡが使用されており、製造工場から大気や排水中に放出されている可能性がある。また、アメリカの環境ワーキンググループは、２００３年に独自の試験結果にもとづいて、「テフロンは加熱されたとき、２００℃でも小鳥が死ぬほどの有毒ガスを放出する」と報告し、「テフロン加工製品に、健康を害する危険性を明示したラベルの貼付を義務付けるべきである」と米国消費者製品安全委員会に要請した。このような事実から明らかなように、フッ素樹脂の安全性は、いまだ完全には証明されていないのであり、このような物質を土中に残存させることはできない。

別の発塵防止策として、土壌処理材である粉末生石灰に、非水性流体添加物を添加して、微細粒子を結合する技術が開示された（特許文献１０）。添加物としては、鉱油、ポリオレフィンおよびそれらの混合物が挙げられている。しかし、これら添加物も、土壌中での分解はほとんど期待できない。一方、石灰系肥料に関しては、石灰の微粉末を他の成分と混合し、顆粒状にすることによって防塵を図った顆粒状石灰質肥料などが市場に流通しており、発塵性の問題は重要ではない。
特公昭５２−３２８７７ 特許第１７８２３６０号 特許第２０２４５６３号 特許第２０４５６２０号 特許第２５３８７８８号 特許第２５３８７８３号 特許第２８２７１５２号 特許第２６３０３６９号 特許第２０６９２０４号 特表２００１−５０４５４０

本発明の目的は、上述の問題を解決し、土壌処理材を施工後、地中で自然に分解して消滅するような、安全な物質を使用して発塵の抑制を図った土壌処理材と、その製造方法を提供することにある。

本発明の発塵を抑制した土壌処理材は、生石灰、消石灰、仮焼ドロマイトおよびポルトランドセメントから選んだ１種または２種以上を有効成分とする土壌処理材に、糖類を添加してなる土壌処理材である。

本発明の発塵を抑制した土壌処理材の製造方法は、糖類を、水溶液ないし水性ゲルの状態とし、または加熱して溶融させた状態とし、それに遠心力を加えることによって微細な粒子または細い繊維状にして、生石灰、消石灰、仮焼ドロマイトおよびポルトランドセメントから選んだ１種または２種以上を有効成分とする土壌処理材に添加することからなる。

本発明の土壌処理材の製造は、後述のような簡単な設備を用いて容易に実施することができる。そのため、材料の糖類として安価なものが選択可能であることとあいまって、発塵を抑制した土壌処理材を低廉な価格で提供することができる。本発明による土壌処理材の保存中は、その主成分が強アルカリ性であるため、添加された糖類に対して、蟻などの昆虫類が集まるおそれはなく、変質の可能性もない。この土壌処理材の使用時に発塵が効果的に抑制されることは、後記する実施例にみるとおりである。

本発明の土壌処理材とともに土中に入った糖類が、土中に残存している間に環境に与える負荷は、容易に理解されるように、きわめて低い。糖類は、時間の経過とともに主として土中の微生物によって分解されるなどして、ついには水と二酸化炭素に分解するから、最終的に環境への負荷はゼロになる。

使用する糖類としては、高濃度の水溶液ないし水性ゲル状であって、高粘度のものが好ましい。とくに、常温で６００ｃｐ以上の粘度を有する液状の糖類が好適である。具体的には、液状デキストリンおよびマルトースがこれに該当する。常温で固体であっても、加熱により容易に溶融するものは、溶融状体で使用することができる。

本発明は、土壌処理剤の有効成分が生石灰である場合には、固有の意義を有する。それは、生石灰は水と反応すると、
ＣａＯ＋Ｈ_２Ｏ→Ｃａ(ＯＨ)_２
なる水和反応によって微細な消石灰に変わるので、水分の多い軟弱地盤を、生石灰を有効成分とする土壌処理材で処理する際には、もともと含有されていた微細粒子に起因する発塵に加えて、土壌表面に存在する水と散布された生石灰との瞬間的な反応により消石灰が生成し、その消石灰の飛散による発塵も起こるからである。糖分を含む水が、この生石灰の水和反応を遅延させる効果があることが報告されている（たとえば、笠井順一「石膏と石灰」No.167, 1980）。糖による水和遅延効果は、こうした機構による発塵の抑制にも役立つ。

糖類による防塵を着想したとき、発明者らは、トウモロコシデンプンを原料とし、さまざまな粘度を有する、下記の表１に掲げる３種の液状の糖を用意して、それらを生石灰からなる土壌処理材に混合することを試みた。

表１ 使用した糖類

これらの糖類は、人手による撹拌やミキサー等による機械撹拌では、一様に混合、添加することは極めて困難であった。そこで、これら糖類を遠心力によって糸状に噴霧させることにより、均一な添加と粒子への付着をはかることを考え、実験の結果、この手法が効果的であることを確認した。

［液状の糖類の噴霧特性］
外径６６ｍｍ×高さ８２ｍｍの金属製の有底円筒の中心に回転軸をとりつけ、側面に、孔径がそれぞれ０．５ｍｍ、１．０ｍｍまたは１．５ｍｍの細孔を、円周方向には２１箇所、高さ方向には２３箇所設けた。円筒を異なる回転速度で回転させながら、その中へ上記した３種の液状の糖類を供給し、円筒の細孔を通って噴出する状況を観察した。デキストリンに関しては、さまざまな温度に加熱して粘度を低下させた場合も試みた。観察結果を下の表２に示す。

表２ 噴霧挙動

表２の噴霧挙動を示す記号は、それぞれつぎの意味を有する。
×：噴出しない △：液滴状 ○：液体糸状連続流 ◎：固体糸状
表２において、記号の前に「〜」が付してあるデータは、その状態が過半を占めていることを示し、記号のみはその状態がほぼ１００％であることを示す。固体糸状というのは、綿あめ状の噴霧を表現している。粘度が３０００ｃｐになると糸状に噴霧されるようになり、粘度が上がるにつれそれが顕著になることがわかった。当然ながら、側壁の孔径や負荷される遠心力も、その噴霧挙動に大きな影響を与えること、したがって、糖の種類や粘度によって適切な細孔径があることがわかった。

［生石灰粉末への適用］
上記した直径２１０ｍｍの回転円筒の、細孔径が１．５ｍｍまたは１．０ｍｍのものを同心状に包むように、内径２１０ｍｍの外側円筒を配置し、その内壁周囲に６枚の分散板を対象の位置に置き、上方から供給された粉末が、この外側円筒の内壁に沿って均一に流下するように構成した、糖類添加装置を用意した。

土質安定用に使用されている生石灰の細粒を１ｍｍのフルイでフルイ分けして、その通過分すなわち１ｍｍアンダーの微細粉末を用意した。この生石灰微粉末を、上記の糖類添加装置の外側円筒の内壁に沿って流下させながら、有底円筒を回転させ、側壁の細孔からデキストリンまたはマルトースを噴出させて、回転数が１２５０ｒｐｍとなり糸状噴霧が定常的に実現していることを目視確認した後、生石灰微粉末を供給してそれに接触させることにより、添加を行なった（孔径はデキストリンでは１．５ｍｍ、マルトースでは１．０ｍｍ）。このとき、生石灰微粉末の流下速度を調節することにより、添加量を、重量で、１％、２％または５％と変化させた。

［防塵効果の測定］
得られたデキストリンまたはマルトース添加生石灰微粉末サンプルの発塵性を、テフロン処理防塵固化材協会が推奨する方法に準じた方法で測定した。具体的には、内径４００ｍｍ×高さ６００ｍｍの円筒状容器を直立させておき、上部から粉末２００ｇを自然落下させ、舞い上がる粉塵量を、容器底部から４５０ｍｍの位置に設置したデジタル粉塵計により、落下後５分間の平均粉塵量として測定した。各サンプルについて６回の測定を行ない、その平均を、糖類添加量がゼロである未処理の生石灰微粉末の粉塵量を１とする比粉塵量であらわした。

結果は下記の表３のとおりであって、本発明により糖類の添加による発塵防止が、添加量１〜２％においてかなり抑制されることが確認できた。
表３ 試験結果 比粉塵量

参考例

前記した、糖類の添加により生石灰の水和反応が遅延する効果を確認するため、生石灰に対して、デキストリンを１％または５％含有する水を接触させた場合の昇温曲線を、糖を含有しない純水と接触させた場合と比較して、図１に示した。デキストリンを含有する水では昇温速度が遅いこと、すなわち水和反応が遅いことがわかる。このように、生石灰にデキストリン添加した場合には、生石灰の散布時や土壌との撹拌時に、土壌に存在する水と生石灰との水和反応が遅れ消石灰の生成が抑制される結果、消石灰に起因する発塵も減少する。

デキストリンを１％または５％含有する水に、土壌処理材として使用する生石灰を接触させた場合の昇温曲線を、糖を含有しない純水と接触させた場合と比較して示したグラフ。

Claims (4)

1. 生石灰、消石灰、仮焼ドロマイトおよびポルトランドセメントから選んだ少なくとも１種または２種以上を有効成分とする土壌処理材に糖類を添加してなる、発塵を抑制した土壌処理材。
2. 糖類として液状デキストリンまたはマルトースを使用し、土壌処理材の重量あたり１〜５％の量を添加した請求項１の土壌処理材。
3. 糖類を、水溶液ないし水性ゲルの状態とし、または加熱して溶融させた状態とし、それに遠心力を加えることによって微細な粒子または細い繊維状にし、生石灰、消石灰、仮焼ドロマイトおよびポルトランドセメントから選んだ少なくとも１種または２種以上を有効成分とする土壌処理材に添加することからなる、発塵を抑制した土壌処理材の製造方法。
4. 使用する糖類として、常温で６００ｃｐ以上の粘度を有する液状の糖類を使用して実施する請求項３の土壌処理材の製造方法。

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