JP2014185300A

JP2014185300A - 土壌固化剤及び土壌固化方法

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Publication number: JP2014185300A
Application number: JP2013062857A
Authority: JP
Inventors: Kunio Fukumitsu; 邦夫福光; Tomonori Sugiyama; 智則杉山
Original assignee: Ube Material Industries Ltd
Current assignee: Ube Material Industries Ltd
Priority date: 2013-03-25
Filing date: 2013-03-25
Publication date: 2014-10-02
Anticipated expiration: 2033-03-25
Also published as: JP6021706B2

Abstract

【課題】固化後の土壌のｐＨを中性領域に保持するとともに土壌の強度発現を高めることが可能な土壌固化剤及び土壌固化方法を提供する。
【解決手段】石膏が２１〜３９重量％、酸化マグネシウムが１４〜３５重量％、硫酸アルミニウムが１５〜２５重量％、高炉スラグが２１〜３９重量％の割合で含まれていることを特徴とする土壌固化剤である。硫酸アルミニウムと酸化マグネシウムとの和が３５重量％以上含まれることが好ましい。また、酸化マグネシウムが１６重量％以上、硫酸アルミニウムが２１重量％以上含まれることが好ましい。さらに、硫酸アルミニウムが水和物であることが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、土壌固化剤及び土壌固化方法に関し、特に、固化処理後の土壌のｐＨを中性付近に保つことが可能な土壌固化剤及び土壌固化方法に関する。

土壌改良剤として、軟質土壌の強度を向上させる土壌固化剤が知られている。土壌固化剤には、セメント系、石灰系、石膏系などがあるが、植生等を考慮して、固化後の土壌のｐＨを中性付近に保ちたい場合には、石膏系の土壌固化剤が用いられることがある。しかしながら、石膏系の土壌固化剤は、セメント系等に比べて強度発現が低いという問題があった。

そこで従来、石膏のほかに、高炉スラグ等を所定量含むことで固化処理後の土壌の強度を高めた土壌固化剤が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、高炉スラグを５０〜７０重量％、酸化マグネシウムおよび／または酸化マグネシウム含有物を酸化マグネシウムとして１０〜４０重量％、カルシウム化合物を１０〜３０重量％、硫酸アルミニウムおよび／またはポリ塩化アルミニウムおよび／または鉄塩を５〜５０重量％とからなる土壌固化剤が記載されている。

特開２００３−６４３６１号公報（請求項１、段落００１８など）

特許文献１の土壌固化剤は、スラグの配合量が５０重量％以上と割合が高いため、固化した土壌の強度が低くなりやすい。一方で、仮にスラグの配合量を減らしたとしても、その他の成分の組成によっては、強度が発現しにくかったり、仮に強度が発現してもｐＨが高くなったりといった不都合が生じる。

本発明の目的は、固化処理後の土壌のｐＨを中性領域に保持するとともに土壌の強度発現を高めることが可能な土壌固化剤及び土壌固化方法を提供することにある。

本発明者らは、以上の目的を達成するために、鋭意検討した結果、４つの成分の組成を所定の範囲内とすることで、固化後の土壌のｐＨを中性領域に保持するとともに、強度発現も高めることができることを見出して、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明は、石膏が２１〜３９重量％、酸化マグネシウムが１４〜３５重量％、硫酸アルミニウムが１５〜２５重量％、高炉スラグが２１〜３９重量％の割合で含まれていることを特徴とする土壌固化剤である。

この場合において、前記硫酸アルミニウムと前記酸化マグネシウムとの和が３５重量％以上含まれることが好ましい。

また、前記酸化マグネシウムが１６重量％以上、前記硫酸アルミニウムが２１重量％以上含まれると好適である。

さらに、前記硫酸アルミニウムが水和物であると好適である。

また、本発明は、石膏と酸化マグネシウムと硫酸アルミニウムと高炉スラグとを、これらの総和が２０〜３００Ｋｇ／ｍ^３の範囲内に入るように土壌に混合する土壌の中性固化方法であって、前記総和内には前記石膏が２１〜３９重量％、前記酸化マグネシウムが１４〜３５重量％、前記硫酸アルミニウムが１５〜２５重量％、前記高炉スラグが２１〜３９重量％の割合で含まれ、前記土壌のｐＨが８．６〜５．８になるように調整する土壌固化方法である。

本発明によれば、固化後の土壌のｐＨを中性領域に保持するとともに土壌の強度発現を高めることが可能な土壌固化剤及び土壌固化方法を提供することができる。

＜土壌固化剤＞
本発明の土壌固化剤（以下、単に「土壌固化剤」という）は、石膏が２１〜３９重量％、酸化マグネシウムが１４〜３５重量％、硫酸アルミニウムが１５〜２５重量％、高炉スラグが２１〜３９重量％の割合で含まれていることを特徴とする。以下、各成分について説明する。

（１）石膏
石膏は、硫酸カルシウムを主成分とする鉱物であり、高炉スラグとケイ酸カルシウム反応により硬化することで土壌の強度を発現する。石膏としては、無水石膏（硬石膏）、半水石膏（硫酸カルシウム・１／２水和物）、二水石膏（硫酸カルシウム・２水和物）などを挙げることができるが、このうち特に、水分を吸収し固化する有効成分が多く、固化処理後の土壌の強度が発現しやすいなどの理由から、無水石膏が好ましい。

石膏の含有量は、４つの必須成分の全体量に対して、２１〜３９重量％であるが、好ましくは２３〜３７重量％、さらに好ましくは２５〜３５重量％の範囲内である。酸化マグネシウムの含有量が２１重量％を下回っても３９重量％を上回っても、固化処理後の土壌の強度が低くなりやすい。

（２）酸化マグネシウム
酸化マグネシウムは、土壌を固化して強度を発現させる作用を有する。酸化マグネシウムは、金属マグネシウムを燃焼して酸化する方法や、水酸化マグネシウム又は炭酸マグネシウムを焼成して熱分解する方法などで得ることができる。水酸化マグネシウムとしては、海水中のマグネシウム塩と水酸化カルシウムとの反応で沈殿したものなどを使用することができる。また、炭酸マグネシウムとしては、マグネサイト鉱石などを使用することができる。酸化マグネシウムの焼成温度としては特に制限はなく、低温焼成品と高温焼成品のいずれも使用することができるが、これらのうち反応性に優れて強度が発現しやすいなどの理由から、６５０〜１０００℃の低温で焼成した軽焼マグネシウムが好ましい。

酸化マグネシウムの含有量は、上記４つの必須成分の全体量に対して、１４〜３５重量％であるが、好ましくは１５〜３３重量％、さらに好ましくは１６〜３１重量％の範囲内である。酸化マグネシウムの含有量が１４重量％を下回ると、固化処理後の土壌の強度が低くなりやすい。一方、酸化マグネシウムの含有量が３５重量％を上回ると、固化処理後の土壌のｐＨが高くなりやすい。

（３）硫酸アルミニウム
硫酸アルミニウムは、酸化マグネシウムの反応促進剤として作用する。また、硫酸アルミニウムは、弱酸性であり、固化処理後の土壌のｐＨの上昇を抑制して中性領域に保つ作用も有している。硫酸アルミニウムとしては、無水硫酸アルミニウム、硫酸アルミニウム・１６水塩、硫酸アルミニウム・１８水塩などを挙げることができるが、これらのうち特に、入手性などの理由から、硫酸アルミニウム・１６水塩が好ましい。

硫酸アルミニウムの含有量は、４つの必須成分の全体量に対して、１５〜２５重量％であるが、好ましくは１８〜２４重量％、さらに好ましくは２１〜２３重量％の範囲内である。酸化マグネシウムの含有量が１５重量％を下回ると、固化処理後の土壌のｐＨが高くなりやすい。一方、酸化マグネシウムの含有量が２５重量％を上回ると、固化処理後の土壌の強度が低くなりやすい。また、硫酸アルミニウムと酸化マグネシウムとの和は、３５重量％以上が好ましく、４０重量％以上がより好ましく、４２重量％以上が特に好ましい。上記の和が３５重量％を下回ると、固化処理後の土壌の強度発現が低くなり、ｐＨが高くなりやすい。

（４）高炉スラグ
高炉スラグは、製鉄所の高炉で銑鉄を製造する際に副生されるスラグを微粉砕したものであり、石膏とケイ酸カルシウム反応により硬化することで土壌の強度を発現する。高炉スラグとしては、徐冷スラグや水砕スラグなどを挙げることができるが、このうち特に、粒径が小さく他の成分と均一に混合しやすいなどの理由から、水砕スラグが好ましい。

高炉スラグの含有量は、４つの必須成分の全体量に対して、２１〜３９重量％であるが、好ましくは２３〜３７重量％、さらに好ましくは２５〜３５重量％の範囲内である。酸化マグネシウムの含有量が２１重量％を下回っても３９重量％を上回っても、固化処理後の土壌の強度が低くなりやすい。

さらに、硫酸アルミニウムが酸化マグネシウムより多く含まれるとともに酸化マグネシウムが１９重量％以下であり、石膏が２５重量％以上、好ましくは２８重量％以上であり、高炉スラグが２５重量％以上、好ましくは３０重量％以上含むことが好ましい。このような範囲内だと、固化処理後の土壌のｐＨがより中性に近くなる。

（５）他の成分
土壌固化剤には、本発明の効果を阻害しない範囲で、補強材など他の成分を配合することができる。補強材としては、金属酸化物や繊維質材料などを挙げることができる。

金属酸化物としては、例えば酸化カルシウムや軽焼ドロイマイトなどを挙げることができる。軽焼ドロイマイトは、ドロマイト（マグネシウムとカルシウムの複炭酸塩）を焼成して得られる酸化マグネシウムと酸化カルシウムとの複合物である。これらの金属酸化物は、土壌固化効果の向上させる効果や、土壌固化の発現を速める効果がある。酸化カルシウムや軽焼ドロイマイトの添加量は、固化処理後の環境への負荷を考慮して、酸化マグネシウム１００質量部に対して好ましくは０．１〜１０質量部の範囲内であり、より好ましくは０．３〜８重量部の範囲内である。酸化カルシウムや軽焼ドロイマイトは、酸化マグネシウムと比べて強アルカリ性であるため、上記範囲を超えると固化処理後の土壌のｐＨが高くなりやすい。

繊維質材料としては、天然繊維補強材が好ましく、具体的には竹チップ、ウッドチップ、葦、藁、棕櫚、麻及びこれらの混合物を挙げることができる。天然繊維補強材の含有量は、土壌固化材１質量部に対して、好ましくは０．１〜１質量部の範囲内であり、より好ましくは０．３〜０．８質量部の範囲内である。

土壌固化剤の形態は、粉体状、懸濁液状のいずれにも限定されないが、原料が粉末であることから、粉体状がより好ましい。懸濁液状の場合、原料を懸濁する溶媒としては水が好ましく、懸濁は施工の直前が好ましい。

＜土壌固化剤の製造方法＞
次に、土壌固化剤の製造方法について説明する。土壌固化剤は、上記の４つの成分の粉体を混合することで製造することができる。これら４つの成分を混合する順序は特に制限されず、任意の順で添加して混合することができる。成分を混合する装置も特に制限されず、公知の混合装置、例えばナウターミキサー、リボンミキサー、Ｖミキサー、サンドミル、ヘンシェルミキサー、コンクリートミキサー、ホバートミキサー、プロシェアミキサー、ロッキングミキサーなどを挙げることができる。

４つの成分の混合条件は、これらの成分が均一に混ざり合えば特に限定されないが、例えばナウターミキサーを使用した場合、撹拌速度を公転０．８〜１．２ＲＰＭ、自転４０〜６０ＲＰＭ、撹拌時間１０〜６０ｍｉｎ、撹拌温度０〜４０℃の条件が好ましい。

＜土壌固化方法＞
次に、土壌固化剤を使用した土壌固化方法について説明する。土壌固化剤は、種々の土壌に用いることができるが、特に中性〜弱酸性の土壌に対して好ましく施用することができる。土壌は、施工対象の地表面から採取して土壌固化剤と混合する。この際、あらかじめ除草しておくことが好ましい。土壌固化剤を土壌に混合する割合としては、上記４成分の総和が２０〜３００Ｋｇ／ｍ^３の範囲内に入るように土壌に混合するが、好ましくは３０〜２００Ｋｇ／ｍ^３、さらに好ましくは５０〜１００Ｋｇ／ｍ^３の範囲内である。この数値が２０Ｋｇ／ｍ^３を下回ると固化後の土壌の強度発現が低くなり、３００Ｋｇ／ｍ^３を上回ると土壌の割合が低下しすぎて土壌改良の目的から外れるため好ましくない。

上記の土壌固化剤を使用することで、固化処理後の土壌のｐＨを中性領域に保つとともに、強度を高くすることができる。固化する対象となる土壌のｐＨなどの特性にもよるが、例えばｐＨ６〜７のローム層に対して施工した場合、土懸濁液のｐＨを水質汚濁防止法の基準範囲である５．８以上８．６以下の範囲内にすることができ、強度を示すコーン指数を２５０以上にすることができる。コーン指数については、平成三年十月二十五日建設省令第十九号に定められる第四種建設発生土の規定値２００ｋＮ／ｍ²以上から、より安全側に考慮した数値として、上記数値を選定した。

なお、本発明の土壌固化方法は、上述したように必須の４成分をプレミックスした土壌固化剤を用いる態様に限定されず、上記４成分を順次又は必要に応じて特定の成分を同時に土壌に混合する方法でもよい。４成分の含有量は、４成分の総和に対して上記の土壌固化剤と同じ割合、すなわち石膏が２１〜３９重量％、酸化マグネシウムが１４〜３５重量％、硫酸アルミニウムが１５〜２５重量％、高炉スラグが２１〜３９重量％の割合で含まれるようにする。また、４成分の総和が２０〜３００Ｋｇ／ｍ^３の範囲内に入るように土壌に混合する。なお、４成分の土壌への混合順序は特に制限されないが、例えば、まず石膏と高炉スラグを土壌に混合し、続いて酸化マグネシウム、さらに硫酸アルミニウムを順次添加して混合する方法を例示することができる。

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、これらは本発明の目的を限定するものではない。

１．原料
（１）酸化マグネシウム
軽焼マグネシウムを使用した。成分は、酸化マグネシウムが９２．２％、酸化カルシウムが１．９％、酸化鉄が０．５％、酸化アルミニウムが０．１％、Ｌｇｉが３．３％である。
（２）硫酸アルミニウム
微粉末硫酸アルミニウムを使用した。成分は、ｐＨが３．６、酸化アルミニウムが１７．１％、鉄が０．００３％、水不溶化が０．０３％、ＸＨ_２Ｏ＝１６である。
（３）石膏
天然無水石膏を使用した。成分は、ＳＯ_３が５３．５％、付着水分が０．４％、粒度分布（１５０μｍＯＮ）が０．３％である。
（４）高炉スラグ
高度スラグ微粉末（宇部資材建設販売株式会社製）を使用した。

２．試験方法
（１）試料土
ローム層の土（茨城県つくば市内）を使用した。その性状を表１に示す。
（２）コーン供試体の作成
モールド１０００ｃｃ（直径１０ｃｍ×高さ１２．７ｃｍ）に試料土を入れ、２．５ｋｇランマーを３０ｃｍ落下させ、３層２５回突き固めて作成した。
（３）コーン指数の測定
材令３日の供試体に対してＪＩＳＡ１２２８に準拠した方法で測定した。
（４）土懸濁液のｐＨの測定
ＪＧＳ０２１１−２００に準拠した方法で測定し、２点測定の平均値を採用した。供試体の作成時と、材令３日供試体に対するコーン指数試験時の両方でｐＨを測定した。

３．実施例１〜１２、比較例１〜５
表２に記載の配合量で４つの原料を混合し、土壌固化剤を作成した。原料の混合は、ホバート型ソイルミキサー（(株）丸東製作所製）を使用し、撹拌速度（回転運動２４０ＲＰＭ、遊星運動８５ＲＰＭ）、撹拌時間５ｍｉｎ、撹拌温度２０℃の条件で行った。作成した土壌固化剤を試料土に６０ｋｇ／ｍ^３となるように混合し、上記の供試体の作成方法で突き固めて供試体を作成した。得られた供試体に対してコーン指数と土懸濁液のｐＨを測定した。その結果を表２に示す。

この結果から、本発明の範囲内の実施例１〜１２は、コーン指数が２５０を超え、作成時及び試験時のいずれもｐＨが５．８以上８．６以下となっており、固化処理後の土壌の強度が高く、ｐＨも中性付近であることがわかった。また、実施例１〜１２を比較すると、実施例１は、酸化マグネシウムと硫酸アルミニウムの合計量が３５重量％を下回っているが、コーン指数が２５８と比較的低く、作成時のｐＨも８．４２と比較的高いことから、他の実施例に比較して若干劣ることがわかった。したがって、酸化マグネシウムと硫酸アルミニウムの合計量は３５重量％以上が好ましいことがわかった。

さらに、実施例１，２は、酸化マグネシウムの含有量が１６重量％を下回っているが、いずれもコーン指数が２６２以下であり、実施例１，９，１０は硫酸アルミニウムの含有量が２１重量％を下回っているが、いずれも供試体作成時のｐＨが８．４１を上回っている。このことから、酸化マグネシウムの含有量が１６重量％以上、硫酸アルミニウムの含有量が２１重量％以上であることが好ましいことがわかった。

Claims

石膏が２１〜３９重量％、酸化マグネシウムが１４〜３５重量％、硫酸アルミニウムが１５〜２５重量％、高炉スラグが２１〜３９重量％の割合で含まれていることを特徴とする土壌固化剤。
前記硫酸アルミニウムと前記酸化マグネシウムとの和が３５重量％以上含まれることを特徴とする請求項１に記載の土壌固化剤。
前記酸化マグネシウムが１６重量％以上、前記硫酸アルミニウムが２１重量％以上含まれることを特徴とする請求項１又は２に記載の土壌固化剤。
前記硫酸アルミニウムが水和物であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の土壌固化剤。
石膏と酸化マグネシウムと硫酸アルミニウムと高炉スラグとを、これらの総和が２０〜３００Ｋｇ／ｍ^３の範囲内に入るように土壌に混合する土壌の中性固化方法であって、前記総和内には前記石膏が２１〜３９重量％、前記酸化マグネシウムが１４〜３５重量％、前記硫酸アルミニウムが１５〜２５重量％、前記高炉スラグが２１〜３９重量％の割合で含まれ、前記土壌のｐＨが８．６〜５．８になるように調整する土壌固化方法。