JP2013220948A - 石炭灰を用いた盛土工法、及び、締固め材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】火力発電所等から大量に排出される石炭灰を盛土用の締固め材料に利用し、その用途を広げる。
【解決手段】
本発明に係る石炭灰を用いた盛土工法は、石炭灰、及び、石炭灰の乾燥重量に対して５％以上１５％以下の貧配合相当量に調整されたセメントを、締固め密度が最も高い含水比となる量に調整された練り混ぜ水とともに練り混ぜることで、締固め材料を製造する製造工程と（Ｓ７）、製造された締固め材料を敷均す敷均し工程と（Ｓ８）、敷均された締固め材料を転圧して盛り立てる転圧工程と（Ｓ８）を行うことを特徴とする。
【選択図】図１３

Description

本発明は、火力発電所等から排出された石炭灰を有効活用する盛土工法、及び、締固め材料の製造方法に関する。

石炭を燃料とするボイラーを所有する火力発電所等の施設では、副産物として大量の石炭灰が排出されており、その有効活用が求められている。

例えば、特許文献１には、石炭灰（フライアッシュ）の１００重量部に対して消石灰５〜３０重量部と脱硫石膏５〜３０重量部とを配合し、２５〜３０重量部の水を加えて転動造粒することで、粒状石炭灰を製造することが記載されている。この粒状石炭灰は、長期間に亘って粒状体の形態を保持するものであり、埋立て材、路床材、盛土材などに用いられる。

特開平１１−１５６３２６号公報

特許文献１の粒状石炭灰は、施工後において粒同士の間に間隙が形成され、透水性を有している。このため、長期間に亘って使用されると、通水によってアルカリ成分が溶出し、粒状石炭灰の表面が劣化してしまう可能性がある。

また、特許文献１では、石炭灰の固化に際して、消石灰と脱硫石膏とが用いられている。固化に際しては、セメントと同様に、カルシウム、シリカ、アルミニウム、硫酸イオンが必要になるが、特許文献１の組み合わせの場合、カルシウムが消石灰及び脱硫石膏から、硫酸イオンが脱硫石膏から、シリカやアルミニウムが石炭灰から供給されることになる。各成分は材料からの溶出によって供給されることから、固化に時間が掛かってしまう可能性がある。

加えて、特許文献１によれば、石炭灰そのものを埋立て材や盛土材といった土木工材として再利用することはできないとされている。

ここで、石炭灰を盛土用の締固め材料に利用することができれば、大量に排出される石炭灰の用途が広がり、資源の有効活用につながる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、石炭灰を盛土用の締固め材料に利用し、その用途を広げることにある。

前記目的を達成するため、本発明者等は鋭意検討を重ねた結果、石炭灰に貧配合相当量のセメントを配合し、最適含水比となる量の練り混ぜ水で練り混ぜることで、締固め材料を製造できること、及び、この締固め材料を敷均し、転圧して盛り立てることで盛土を造成できるという知見を得、本発明を完成するに至ったものである。

すなわち、本発明は、石炭灰、及び、前記石炭灰の乾燥重量に対して５％以上１５％以下の貧配合相当量に調整されたセメントを、締固め密度が最も高い含水比となる量に調整された練り混ぜ水とともに練り混ぜることで、締固め材料を製造する製造工程と、製造された前記締固め材料を敷均す敷均し工程と、敷均された前記締固め材料を転圧して盛り立てる転圧工程とを行うことを特徴とする石炭灰を用いた盛土工法である。

本発明によれば、石炭灰及び貧配合相当量のセメントを、最適含水比となる量の練り混ぜ水とともに練り混ぜて製造した締固め材料を、敷均して転圧することで、必要な強度の盛土を造成できる。従って、石炭灰を盛土用の締固め材料に利用することができ、その用途を広げることができる。また、固化に必要な成分を含有しているセメントを固化材として用いているので、固化を早期に開始させることもできる。

前述の製造工程において、石炭燃焼時の排煙に対する脱硫処理で生じた排煙脱硫石膏を添加するようにした場合には、セメント量を抑制しつつ、石炭灰からの有害物質の溶出を防止できる。

前述の製造工程において、前記排煙脱硫石膏を前記セメントの量の３０％以下の割合で添加するようにした場合には、石炭灰及び排煙脱硫石膏からの有害物質の溶出を防止できる。

また、本発明は、石炭灰、及び、前記石炭灰の乾燥重量に対して５％以上１５％以下の貧配合相当量に調整されたセメントを、締固め密度が最も高い含水比となる量に調整された混合水とともに練り混ぜることを特徴とする石炭灰を用いた締固め材料の製造方法である。

本発明によれば、敷均しと転圧によって造成される盛土に適した締固め材料を、石炭灰から製造することができる。

本発明によれば、火力発電所等から大量に排出される石炭灰を盛土用の締固め材料に利用することができ、その用途を広げることができる。

試験対象とした各締固め材料の配合を説明する図である。 使用材料を説明する図である。 各材料の特性を示す図である。 各材料の溶出試験結果を示す図である。 セメント量の影響確認試験における配合を説明する図である。 セメント量と一軸圧縮強度の関係を説明する図である。 セメント量と有害成分溶出量の関係を説明する図である。 石膏量の影響確認試験における配合を説明する図である。 石膏／セメント割合と一軸圧縮強度の関係を説明する図である。 石膏量と有害成分溶出量の関係を説明する図である。 突固めによる土の締固め試験による締固め特性を説明する図である。 透水試験の試験結果を説明する図である。 盛土工法の施工手順を説明するフローチャートである。 締固め材料の製造設備を説明するブロック図である。 敷均し工程、及び、転圧工程を説明する図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。この実施形態では、締固め材料の配合について説明し、その後、締固め材料を用いた盛土工法について説明する。

締固め材料の配合を説明するに際し、まず図１に示す試験体１〜１０について説明する。これらの試験体１〜１０は、石炭灰（ＦＡ）とセメント（Ｃ）と脱硫石膏（Ｇ）を含有する盛土用の締固め材料であり、重量が１０００ｋｇの石炭灰に対するセメントと脱硫石膏の配合がそれぞれ定められている。

各試験体に使用した材料を図２に示す。石炭灰は、火力発電所から複生成物として排出された新生灰を用いた。飛散防止の目的で新生灰には水が添加されており、湿潤状態になっている。本実施形態の新生灰は、重量比で約２０％の水分を含有している。セメントは高炉セメントＢ種を用いた。高炉セメントＢ種を用いた理由は、普通ポルトランドセメントに比べてクロムの含有量が少ないためである。石膏は、火力発電所から複生成物として排出された排煙脱硫石膏を用いた。この排煙脱硫石膏は、石炭ボイラーからの排煙を石灰石スラリーに導入して沈殿させたものを、フィルタープレスによって脱水することで製造される。本実施形態の脱硫石膏もまた湿潤状態になっており、重量比で約２０％の水分を含有している。各材料は練り混ぜ水とともに練り混ぜられるが、この練り混ぜ水としては水道水（工業用水）を使用した。

石炭灰（乾燥状態の新生灰）及び石膏（排煙脱硫石膏）の性状及び化学組成を図３に示す。石炭灰は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）及びアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）の含有量が多く、石膏は、酸化カルシウム（ＣａＯ）及び三酸化硫黄（ＳＯ_３）の含有量が多いことが理解できる。これらの成分は、シリカ、アルミニウム、カルシウム、硫酸イオンの供給源となるので、セメントとともに固化に作用する。また、排煙脱硫石膏に関し、含水比は２３．３％であった。

石炭灰及び石膏から溶出された有害物質の量を図４に示す。石炭灰において、六価クロムは、土壌環境基準値（０．０５ｍｇ／Ｌ）よりも低かったがその溶出量は０．０３ｍｇ／Ｌであった。砒素の溶出量は、土壌環境基準値（０．０１ｍｇ／Ｌ）よりも僅かに高い０．０１２ｍｇ／Ｌであった。セレンの溶出量は、土壌環境基準値（０．０１ｍｇ／Ｌ）よりも１５倍も高い０．１５ｍｇ／Ｌであった。ふっ素の溶出量は、土壌環境基準値（０．８ｍｇ／Ｌ）よりもほぼ３倍高い２．５ｍｇ／Ｌであった。ほう素の溶出量は、土壌環境基準値（１ｍｇ／Ｌ）よりも約８倍高い８．１ｍｇ／Ｌであった。石膏において、ふっ素の溶出量は、土壌環境基準値よりも約１６倍高い１３ｍｇ／Ｌであった。ほう素の溶出量は、土壌環境基準値よりも１．７倍高い１．７ｍｇ／Ｌであった。溶出試験の結果より、石炭灰や石膏を締固め材料に用いる場合には、六価クロム、砒素、セレン、ふっ素、ほう素の溶出を抑制する必要があるといえる。

次に、図１を参照して各試験体について説明する。試験体１〜４は、セメント量の影響を確認する目的で作製された試験体であり、それぞれセメント量が異なっている。具体的には、試験体１では重量が５０ｋｇのセメントを添加し、試験体２では重量が７５ｋｇのセメントを添加している。また、試験体３では重量が１００ｋｇのセメントを添加し、試験体４では重量が１５０ｋｇのセメントを添加している。なお、セメント量に対する脱硫石膏量の比率は一定である。この実施形態では重量比で２０％（＝Ｃ×０．２）となるように脱硫石膏の添加量を定めている。

試験体５〜９は、石膏量の影響を確認する目的で作製された試験体であり、それぞれ石膏量が異なっている。すなわち、規定量のセメント（Ｃ＝７５ｋｇ）に対する重量比が異なっている。具体的に説明すると、試験体５では石膏を添加せず（＝Ｃ×０）にセメントのみを添加している。そして、試験体６では重量比でセメント量の５％（＝Ｃ×０．０５）の石膏を添加し、試験体７では重量比でセメント量の１０％（＝Ｃ×０．１）の石膏を添加している。また、試験体８では重量比でセメント量の２０％（＝Ｃ×０．２）の石膏を添加し、試験体９では重量比でセメント量の３０％（＝Ｃ×０．３）の石膏を添加している。なお、セメントの規定量を７５ｋｇに定めたことから、試験体８の配合は試験体２の配合と同じである。

試験体１０は、セメント量を抑え、石膏量の添加割合を増やした試験体である。具体的には、重量が５０ｋｇのセメントを添加し、重量比でセメント量の３０％（＝Ｃ×０．３）の石膏を添加している。

本実施形態では、これらの試験体を用いて、（１）セメント量の影響を確認する確認試験、（２）石膏量の影響を確認する確認試験、（３）突固めによる土の締固め試験、及び、（４）透水試験を行った。

（１），（２）の確認試験では、力学特性を測定する試験として一軸圧縮試験を行い、環境安全性を測定する試験として溶出試験を行った。一軸圧縮試験は、締固度８５％でφ５ｃｍ×ｈ１０ｃｍの供試体を作製し、JIS A 1216に即して行った。溶出試験は、環境庁告示４６号法に即して行った。溶出試験の試料はふるいによって２ｍｍ未満の大きさとし、固液比を１：１０に調整して６時間振とうさせた。供試体の材令は７日と２８日とした。検出対象は、石炭灰及び石膏の溶出試験の結果を受けて、六価クロム、砒素、セレン、ふっ素、ほう素の５項目（５物質）とした。（３）の締固め試験は、石炭灰、セメント、石膏を事前に攪拌し、水を加えて湿潤状態にすることで試験体を作製し、JIS A 1210に即して行った。（４）の透水試験は、JIS A 1218の変水位透水試験方法に従って行った。

まず、セメント量の影響を確認する確認試験の結果について説明する。図５は、この確認試験における各試験体の配合を示す。この確認試験では、前述の試験体１〜４、１０、９の６つを対象にした。試験体１〜４は、石膏とセメントの割合が２０％の試験体として用い、試験体１０、９は、石膏とセメントの割合が３０％の試験体として用いた。

試験体１は、石炭灰１０００ｋｇに対してセメント５０ｋｇと石膏１０ｋｇを加え、２４６ｋｇの水で練り混ぜたものである。試験体２は、石炭灰１０００ｋｇに対してセメント７５ｋｇと石膏１５ｋｇを加え、２５３ｋｇの水で練り混ぜたものである。試験体３は、石炭灰１０００ｋｇに対してセメント１００ｋｇと石膏２０ｋｇを加え、２６０ｋｇの水で練り混ぜたものである。試験体４は、石炭灰１０００ｋｇに対してセメント１５０ｋｇと石膏３０ｋｇを加え、２７４ｋｇの水で練り混ぜたものである。試験体１０は、石炭灰１０００ｋｇに対してセメント５０ｋｇと石膏１５ｋｇを加え、２４７ｋｇの水で練り混ぜたものである。試験体９は、石炭灰１０００ｋｇに対してセメント７５ｋｇと石膏２２．５ｋｇを加え、２５５ｋｇの水で練り混ぜたものである。

添加されたセメント量と一軸圧縮強度の関係を図６に示す。図６において、縦軸は材令２８日の一軸圧縮強度（ｋＮ／ｍ^２）、横軸はセメント添加量（ｋｇ）である。そして、菱形の系列はセメントに対する石膏の比率が２０％の結果を示し、正方形の系列は当該比率が３０％の結果を示す。そして、目標強度は、盛土用の締固め材ということを考慮して３００ｋＮ／ｍ^２に設定した。

図６より、添加されるセメントの量が増えるにしたがって一軸圧縮強度が増加する傾向が確認できた。１０００ｋｇの石炭灰に対して５０ｋｇ以上のセメント（高炉セメント）を添加することで、試験体の一軸圧縮強度は約１０００〜２５００ｋＮ／ｍ^２となり、一軸圧縮強度の目標値（３００ｋＮ／ｍ^２）を十分に満足することが確認できた。また、セメントに対する石膏の比率に関し、一軸圧縮強度の観点では２０％と３０％とで大きな違いはないことが確認できた。

セメントの添加量と有害物質の溶出量の関係を図７に示す。すなわち、図７（ａ）には六価クロムの溶出量を、図７（ｂ）には砒素の溶出量を、図７（ｃ）にはセレンの溶出量をそれぞれ示す。図７（ｄ）にはふっ素の溶出量を、図７（ｅ）にはほう素の溶出量をそれぞれ示す。これらの図において、縦軸は該当有害物質の溶出量（ｍｇ／Ｌ）を示し、横軸は添加されるセメントの量（ｋｇ）を示す。これらの図において、正方形の系列は材令７日における溶出量を示し、三角形の系列は材令２８日における溶出量を示す。

図７より、六価クロムを除く４つの有害物質（砒素、セレン、ふっ素、ほう素）に関しては、添加されるセメントの量が増えるにしたがって、溶出量が低下する傾向が確認できた。六価クロムについては、添加されるセメントの量と溶出量の間にばらつきが生じていた。図４に示す溶出量によれば、石炭灰及び石膏には土壌環境基準値（０．０５ｍｇ／Ｌ）を超える量の六価クロムは含まれていない。このため、六価クロムについてはセメント由来と考えられる。

添加されるセメントの量を５０ｋｇにした場合には、砒素、セレン、ほう素について土壌環境基準値を超えてしまったが、添加されるセメントの量を７５ｋｇにすることで、いずれの有害物質についても、その溶出量を土壌環境基準値以下に抑えることができた。六価クロムについては、溶出量にばらつきは生じているものの、何れの添加量においても溶出量を土壌環境基準値以下に抑えることができた。

セメント量の影響について小括する。盛土用の締固め材料として必要な強度を得るためには石炭灰１０００ｋｇに対して５０ｋｇ以上のセメントを添加すればよいことが理解できる。ここで、セメントの添加量を増やせば有害物質の溶出を抑制することができる。しかし、セメントを過剰に添加してしまうと強度が高くなり過ぎ、盛土構造体が構築された地盤の不同沈下が生じ、構造体に応力がかかってひび割れ等の原因となってしまう。このような不具合を抑制するため、構造体の強度は３００ｋＮ／ｍ^２以上２０００ｋＮ／ｍ^２以下の範囲にすることが望ましい。有害物質の溶出抑制と構造体強度とのバランスとを考慮すれば、セメントの量については石炭灰１０００ｋｇに対して１５０ｋｇ以下に抑えることが好ましいと解される。

従って、セメントに関しては、石炭灰の乾燥重量に対して５％以上１５％以下の貧配合相当量に調整することが好ましいといえる。

次に、石膏量の影響を確認する確認試験の結果について説明する。図８は、この確認試験における各試験体の配合を示す。この確認試験では、前述の試験体５〜９、１、１０の７つを対象にした。試験体５〜９は、セメントの添加量を石炭灰の７．５％に定めた試験体として用い、試験体１、１０は、セメントの添加量を石炭灰の５％に定めた試験体として用いた。

試験体５は、石炭灰１０００ｋｇに対してセメント７５ｋｇのみを加え、２４９ｋｇの水で練り混ぜたものである。試験体６は、石炭灰１０００ｋｇに対してセメント７５ｋｇと石膏３．７５ｋｇを加え、２５０ｋｇの水で練り混ぜたものである。試験体７は、石炭灰１０００ｋｇに対してセメント７５ｋｇと石膏７．５ｋｇを加え、２５１ｋｇの水で練り混ぜたものである。

試験体８は、試験体２と同様に、石炭灰１０００ｋｇに対してセメント７５ｋｇと石膏１５ｋｇを加え、２５３ｋｇの水で練り混ぜたものである。試験体９は、前述したように、石炭灰１０００ｋｇに対してセメント７５ｋｇと石膏２２．５ｋｇを加え、２５５ｋｇの水で練り混ぜた。試験体１も、前述したように、石炭灰１０００ｋｇに対してセメント５０ｋｇと石膏１０ｋｇを加え、２４６ｋｇの水で練り混ぜたものである。試験体１０も、前述したように、石炭灰１０００ｋｇに対してセメント５０ｋｇと石膏１５ｋｇを加え、２４７ｋｇの水で練り混ぜたものである。

添加されたセメント量と一軸圧縮強度の関係を図９に示す。図９において、縦軸は材令２８日の一軸圧縮強度（ｋＮ／ｍ^２）、横軸はセメントに対する石膏の添加割合（％）である。そして、菱形の系列は添加されるセメントの量が７５ｋｇの結果を示し、正方形の系列はセメントの量が５０ｋｇの結果を示す。セメントの量が５０ｋｇの結果に関し、添加割合で０〜２０％の部分を一点鎖線で描いている。これは、セメントの量が７５ｋｇの結果に基づいて推定した一軸圧縮強度を示している。なお、この試験における目標強度も３００ｋＮ／ｍ^２に定めた。

図７より、外割りで石膏を添加した場合、添加される石膏の量が増えるにしたがって一軸圧縮強度が増加する傾向が確認できた。セメント量の２０％の石膏を添加した場合と、３０％の石膏を添加した場合とで値に顕著な差はみられなかったが、添加量が３０％までの範囲で一軸圧縮強度が増加されることが確認された。そして、いずれの配合でも一軸圧縮強度は８００ｋＮ／ｍ^２を超えており、目標値（３００ｋＮ／ｍ^２）を十分に満足することが確認できた。

次に、試験体５の結果について考察する。試験体５は、石炭灰１０００ｋｇに対してセメント７５ｋｇのみを加えたものである。試験体５における一軸圧縮強度は約８００ｋＮ／ｍ^２であるが、仮に、この一軸圧縮強度を５０ｋｇのセメントと石膏とを加えた系で実現するならば、図中点線で示すように、セメント量の約１２％に調整された石膏を添加すればよいことが判る。この場合における石膏の量は、５．５ｋｇになる。すなわち、高価なセメントを２５ｋｇ節約できる一方で、消費が求められている石膏を５．５ｋｇ使用することができ、経済性に優れた締固め材料が得られる。加えて、セメントが六価クロムの供給源となり得ることは前述した通りである。このため、セメントの一部を石膏に置き換えることで、六価クロムが溶出される可能性をできるだけ低くすることができる。

次に、試験体１０の結果について考察する。試験体１０は、石炭灰１０００ｋｇに対してセメント５０ｋｇと石膏１５ｋｇを加えたものである。試験体１０の一軸圧縮強度は約１２００ｋＮ／ｍ^２であるが、仮に、この一軸圧縮強度を７５ｋｇのセメントと石膏とを加えた系で実現するならば、図中点線で示すように、セメント量の約１０％に調整された石膏を添加しなければならない。すなわち、７．５ｋｇの石膏を添加しなければならない。従って、この場合でも、セメントの一部を石膏に置き換えることで、経済性に優れ、六価クロムの溶出可能性が低減された盛土用の締固め材料を実現できる。

セメントの添加量と有害物質の溶出量の関係を図１０に示す。図７と同様に、図１０（ａ）には六価クロム、（ｂ）には砒素、（ｃ）にはセレン、（ｄ）にはふっ素、（ｅ）にはほう素についての溶出量を示す。この試験条件（添加されたセメント量７５ｋｇ、セメントに対する石膏の割合が０〜３０％）では、六価クロム、砒素、ふっ素、ほう素の溶出量は、いずれも土壌環境基準値以下であった。なお、セレンは、添加される石膏の量が増えるにつれて溶出量が低下する傾向を示した。そして、石膏量を１５ｋｇ（セメントに対する石膏の割合で２０％）以上とすることで、土壌環境基準値（０．０１ｍｇ／Ｌ）を満足した。

石膏量の影響について小括する。本実施形態の締固め材料における強度の発現は、セメント、石炭灰、石膏によって得られる。ここで、早期にはセメントの固化が支配的となり、長期的には石炭灰や石膏から溶出された成分（アルミニウム、シリカ、カルシウム、硫酸などのイオン）も寄与すると考えられる。従って、盛土の施工時において必要な強度が確保できるのであれば、セメントの一部を石膏に置き換えることが可能と考えられる。

石膏の量に関し、セメントの３０％を超える量を添加しても、一軸圧縮強度が頭打ちとなってしまうという知見が得られた。このため、強度の観点からすれば、石膏は、セメントに対して３０％以下の量を添加することが好ましいといえる。また、セレンの溶出を抑制する観点からすれば、石膏は、セメントに対して２０％以上の量を添加することが好ましいといえる。

従って、石膏に関しては、セメントの量に対して２０％以上３０％以下の量に調整することが好ましいといえる。

次に、突固めによる土の締固め試験の結果について説明する。図１１は、前述した試験体１に対する締固め試験の結果（乾燥密度−含水比曲線）を示す。図１１に示すように、試験体１については、含水比を２３．２２％に定めることで、最大乾燥密度ρｄ_ｍａｘとして１．３４５ｇ／ｃｍ^３が得られた。この試験結果は、試験体１の配合とした締固め材料では、含水比を２３．２２％に調整することで、盛土を造成する際に締固め密度が最も高くなる（最もよく締固められる）ことを意味する。

なお、最適含水比は、各試験体（配合）によって多少のばらつきがあるので、試験体毎に締固め試験を行って最適含水比を求めることが望ましい。また、室内試験で求めた最適含水比に従って現場で施工を行うと、締固め施工時に水が少し浮いてくることもある。このような場合には、浮いてくる水を考慮して、室内試験の最適含水比よりも数％（例えば２％）低い含水比に定めるとよい。

次に、透水試験の結果について説明する。図１２は、透水試験の結果を示す。同図に示すように、この透水試験では、試験体９の配合で締固度の異なる３種類の試験体９ａ〜９ｃを作製した。試験体９ａは、石炭灰１０００ｋｇに対してセメント７５ｋｇと石膏２２．５ｋｇを加えて２５５ｋｇの水で練り混ぜたものである。そして、一軸圧縮試験の供試体と同様に、締固度を８５％としたφ５ｃｍ×ｈ１０ｃｍの供試体を作製した。試験体９ｂは、締固度を９０％としたこと以外は試験体９ａと同じであり、試験体９ｃは、締固度を９５％としたこと以外は試験体９ａと同じである。なお、比較例として、試験体１１を作製した。試験体１１は、石炭灰１０００ｋｇに対してセメント１００ｋｇを加えて２５７ｋｇの水で練り混ぜたものであり、締固度は８５％である。

図１２に示すように、透水係数は、締固度の増大に伴って減少することが確認された。ここで、図１２においてＥ−５又はＥ−６と記載されているが、これは１０^−５又は１０^−６を意味する。そして、石炭灰にセメントと石膏を添加した試験体９ａ〜９ｃでも、石炭灰にセメントのみを添加した試験体１１でも、透水係数に大きな違いはないことが確認された。なお、透水係数に関し、１×１０^−６以下の数値になると、地盤工学的には難透水地盤として扱われ、壁厚さが０．５ｍ以上であれば、遮水構造として廃棄物埋立処分場の設計に用いられる。

上記の締固度９５％での透水係数は１×１０^−６ｃｍ／ｓには少し届いていないが、非常に近いレベルの遮水性能をもっているといえる。また、現場で実際にタイヤローラーを用いて転圧する場合には、上記配合の材料を、タイヤローラーを４回程度繰り返して走行させることで、締固度は９５％以上になり、透水係数は１×１０^−６以下になると考えられる。このため、１×１０^−６以下の透水係数を得ることは、比較的容易である。

加えて、このようなセメント系材料による固化体の透水係数は、セメントの結晶の緻密化により、材令とともに低減することが知られている。従って、今回の試験よりももっと長期材令になると、さらに低透水係数になること、すなわち透水係数を１×１０^−６以下にできることが推定できる。

従って、上記配合例のように最適含水比で締固めを行って出来た盛土構造体（通常、高さ２ｍ以上、幅１０ｍ以上）は、水を構造体内部にほとんど浸入させないため、内部はもちろん、表層部も含めて長期劣化に対する化学的な劣化が生じることがなく、耐久性にすぐれた盛土構造体になるといえる。

一般に、透水係数を１×１０^−６ｃｍ／ｓ以下まで下げるためには、ベントナイトや粘性土を用いる必要があるが、そのような材料を用いることなく、難透水性の盛土材料を製造できること、及び、特殊な重機を必要としないで一般的な転圧施工によって、１０^−６ｃｍ／ｓ以下の透水係数を実現できることは、利便性が非常に大きいといえる。

以上の試験結果を総括すると、石炭灰、セメント、及び、脱硫石膏から盛土用の締固め材料を製造するに際し、セメントについては、石炭灰の乾燥重量に対して５％以上１５％以下の貧配合相当量に調整することが好ましく、石膏については、セメントの量に対して２０％以上３０％以下の量に調整することが好ましいといえる。そして、練り混ぜ水に関しては、締固め試験で得られた最適含水比となるように、練り混ぜ水の量を定めることが好ましいといえる。言い換えれば、締固め材料における最適含水比の水量から、石炭灰が含有する水量と脱硫石膏が含有する水量とを減じることで、練り混ぜ水の量を定めればよいといえる。

次に、締固め材料を用いた盛土工法について説明する。この盛土工法の処理手順を図１３のフローチャートに示す。

このフローチャートに示すように、本実施形態の盛土工法は、性状分析（Ｓ１）、一軸圧縮試験（Ｓ２）、溶出試験（Ｓ３）、締固め試験（Ｓ４）、透水試験（Ｓ５）、練り混ぜ水量決定処理（Ｓ６）、締固め材料製造工程（Ｓ７）、敷均し・転圧工程（Ｓ８）を含んでいる。以下、各ステップについて説明する。

ステップＳ１の性状分析は、使用材料である石炭灰や脱硫石膏について、含水比や化学組成を取得する処理である。この性状分析を行うことで、例えば図３で説明した含水比や化学組成が取得される。

ステップＳ２の一軸圧縮試験は、所定の配合で作製された試験体について、必要な一軸圧縮強度が得られていることを確認するために行われ、ステップＳ３の溶出試験は、作製された試験体について、有害物質の溶出が抑制されていることを確認するために行われる。また、ステップＳ４の締固め試験は、作製された試験体に最適な含水比を求めるために行われ、ステップＳ５の透水試験は、灰種が変わったときなど、透水性の確認が必要な場合に行われる。これらの試験は、先に説明した試験と同じ内容であるため、詳細な説明は省略する。

ステップＳ６の練り混ぜ水量決定処理は、練り混ぜ水の量を決定するために行われる処理である。この処理では、締固め試験（Ｓ４）で求めた最適含水比に基づき、製造される締固め材料に含まれる水量を算出する。そして、締固め材料の水量から、石炭灰が含有する水量と、脱硫石膏が含有する水量とを減じることで、練り混ぜ水の量を決定する。

ステップＳ７の締固め材料製造工程は、石炭灰、セメント、石膏の各材料から締固め材料を製造する工程である。この工程は、例えば図１４に示す製造設備２０を用いて行われる。この製造設備２０では、発電設備１０にて副産物として排出された石炭灰や脱硫石膏を材料の一部にして、締固め材料を製造している。

例示した発電設備１０は、石炭を燃料とするボイラー１１と、ボイラー１１で生成された蒸気を動力として回転するタービン１２と、タービン１２の回転によって発電する発電機１３と、ボイラー１１からの排煙から硫黄分を除去する脱硫装置１４とを含んでいる。そして、ボイラー１１で生じた石炭灰と脱硫装置１４で生じた脱硫石膏とが、製造設備２０へ搬入される。

製造設備２０は、石炭灰を貯蔵する石炭灰貯蔵部２１と、セメントを貯蔵するセメント貯蔵部２２と、脱硫石膏を貯蔵する石膏貯蔵部２３と、練り混ぜ水を貯蔵する水タンク２４と、各材料を練り混ぜるミキサー２５とを有している。各貯蔵部２１〜２３からミキサー２５への各材料の供給は、スクリューコンベアなどの材料供給手段が用いられる。また、水タンク２４からミキサー２５への練り混ぜ水の供給はポンプが用いられる。

そして、材料供給手段は、石炭灰を所定量供給し、セメントを石炭灰の乾燥重量に対して５％以上１５％以下の貧配合相当量で供給し、排煙脱硫石膏をセメント量の２０％以上３０％以下の割合で供給する。また、ポンプは、練り混ぜ後の締固め材料が最適含水比となるように、練り混ぜ水の供給量を制御する。各材料を練り混ぜ水とともにミキサー２５で練り混ぜることで、最適含水比とされた締固め材料が製造される。

ステップＳ８の敷均し・転圧工程では、製造された締固め材料を敷均し（敷均し工程）、敷均された締固め材料を転圧して盛り立てる（転圧工程）ことが繰り返し行われる。例えば図１５（ａ）に示すように、製造設備２０で製造された締固め材料Ｘを、トラック３１によって盛土を盛り立てる現場Ｇまで運搬し、図１５（ｂ）に示すように、運搬された締固め材料Ｘをブルドーザー３２によって敷均し、図１５（ｃ）に示すように、タイヤローラー３３によって転圧する。以上の運搬、敷均し、転圧の各作業を繰り返し行うことで、盛土を盛り立てることができる。

このような手順で盛り立てられた盛土は、最適含水比とされた締固め材料を、敷均して転圧しているので、添加するセメントが貧配合であっても必要な強度の盛土を造成できる。従って、石炭灰を盛土用の締固め材料に利用することができ、その用途を広げることができる。また、固化に必要な成分を含有しているセメントを固化材として用いているので、固化を早期に開始させることもできる。

また、締固め材料の製造に際し、石炭燃焼時の排煙に対する脱硫処理で生じた排煙脱硫石膏を添加しているので、セメント量を抑制しつつ、石炭灰からの有害物質の溶出を防止できる。さらに、盛土が締固められているので、表面から盛土構造体内に浸入する水の量を抑えることができ、この点でも有害物質の溶出を防止できる。

以上の実施形態の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれる。例えば、次のように構成してもよい。

石炭灰や石膏に関し、前述の実施形態では湿潤状態のものを例示したが、乾燥状態のものを用いてもよい。この場合も、練り混ぜ水の量によって最適含水比に調整される。

セメントに関し、六価クロム溶出防止の観点から高炉セメントを用いたが、六価クロムの溶出を抑制できるのであれば、普通ポルトランドセメントなどの他のセメントを用いてもよい。

石膏の添加に関し、前述の実施形態では、有害物質の溶出を防止すべく石膏を添加したが、セメントの添加だけで有害物質を抑制できるのであれば、セメントのみを添加して締固め材料としてもよい。

１０…発電設備，１１…ボイラー，１２…タービン，１３…発電機，１４…脱硫装置，２０…製造設備，２１…石炭灰貯蔵部，２２…セメント貯蔵部，２３…石膏貯蔵部，２４…水タンク，２５…ミキサー，３１…トラック，３２…ブルドーザー，３３…タイヤローラー，Ｘ…締固め材料，Ｇ…現場

Claims (4)

1. 石炭灰、及び、前記石炭灰の乾燥重量に対して５％以上１５％以下の貧配合相当量に調整されたセメントを、締固め密度が最も高い含水比となる量に調整された練り混ぜ水とともに練り混ぜることで、締固め材料を製造する製造工程と、
   製造された前記締固め材料を敷均す敷均し工程と、
   敷均された前記締固め材料を転圧して盛り立てる転圧工程とを行うことを特徴とする石炭灰を用いた盛土工法。
2. 前記製造工程では、石炭燃焼時の排煙に対する脱硫処理で生じた排煙脱硫石膏を添加することを特徴とする請求項１に記載の石炭灰を用いた盛土工法。
3. 前記製造工程では、前記排煙脱硫石膏を前記セメントの量の３０％以下の割合で添加することを特徴とする請求項２に記載の石炭灰を用いた盛土工法。
4. 石炭灰、及び、前記石炭灰の乾燥重量に対して５％以上１５％以下の貧配合相当量に調整されたセメントを、締固め密度が最も高い含水比となる量に調整された混合水とともに練り混ぜることを特徴とする石炭灰を用いた締固め材料の製造方法。

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