JP2015183043A - 土壌用改質材および土壌の改質方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高含水土壌を短時間で固化改良することができ、かつ、土壌に含まれる有害物質（例えば、フッ素や重金属類等）の不溶化を行うことができる土壌用改質材を提供する。【解決手段】多糖類およびグルコン酸塩の少なくともいずれか一方と、マグネシウム含有物質を含む土壌用改質材。上記多糖類は、好ましくはグアガムおよびキサンタンガムの少なくともいずれか一方であり、上記グルコン酸塩は、好ましくはグルコン酸ナトリウムである。上記土壌用改質材は、さらに、補助材を含んでいてもよい。【選択図】なし

Description

本発明は、土壌用改質材および土壌の改質方法に関する。

浚渫土砂等の高含水土壌は高い流動性を有するため、運搬を行う際にダンプトラック等の荷台に山積みにすることができない。また、高含水土壌は運搬中の揺り動かしによって泥状化し易いことから、ダンプトラックを使用した運搬が非常に困難である。
そのため、ダンプトラックで搬出可能な程度に強度を付与することを目的として、浚渫土砂等の固化処理を行う場合がある。該固化処理は、土砂搬出作業の効率化のため、短時間で所定の固化強度を発現させるものであることが好ましい。
例えば、特許文献１には、椰子屑（Ｃｏｉｒ ｐｉｔｈ）及び多糖類系の水溶性高分子物質を含有することを特徴とする掘削泥土の改質剤が記載されている。該改質剤を含水率の高い掘削泥土に添加することにより、短時間でその流動性を失わせ、強度が大きく再利用が可能な処理土とすることができる。

一方、浚渫土砂等は重金属類等の有害物質を含む場合がある。浚渫土砂等が重金属類等の有害物質を含む場合、浚渫土砂等の運搬中に周辺に汚染を拡散させないため、浚渫土砂等に対して重金属類等の有害物質の不溶化処理を行う必要がある。

特開平１０−３６８３９号公報

高含水土壌を短時間で固化するための改質材（以下、「固化改質材」ともいう。）として生石灰を使用した場合、数時間で所定の固化強度を得ることができるが、大きな発熱が生じ、さらに、土壌が高アルカリ性となるために、フッ素など一部の有害物質の土壌からの溶出量が増加するという問題があった。
また、固化改質材としてセメント系材料を使用した場合、セメント系材料の初期強度発現性は低いことから、短時間で所定の固化強度を発現させるためには、その添加量を増やす必要がある。その結果、土壌が高アルカリ性となり生石灰を用いた場合と同様の問題が発生する。
さらに、固化改質材としてアクリル系高分子を使用した場合、短時間で所定の固化強度を発現させることができるが、コストが高くなるという問題があった。

一方、重金属類等の有害物質の不溶化材としてキレート系不溶化材を使用した場合、コストが高くなるという問題があった。また、キレート系不溶化材は土壌を固化することはできないため、固化材と併用する必要がある。
また、重金属類等の有害物質の不溶化材としてマグネシウム系不溶化材を使用した場合、コストを低くすることはできるが、短時間で所定の固化強度を発現させることは困難である。
上述した通り、各材料は一長一短を有し、単一の材料によって土壌の固化及び重金属類等の有害物質の不溶化の効果を発現することは困難であった。
そこで、本発明の目的は、高含水土壌を短時間で固化改良することができ、かつ、土壌に含まれる有害物質（例えば、フッ素や重金属類等）の不溶化を行うことができる土壌用改質材を提供することにある。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、多糖類およびグルコン酸塩の少なくともいずれか一方と、マグネシウム含有物質を含む土壌用改質材によれば、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［５］を提供するものである。
［１］ 多糖類およびグルコン酸塩の少なくともいずれか一方と、マグネシウム含有物質を含むことを特徴とする土壌用改質材。
［２］ 上記多糖類がグアガムおよびキサンタンガムの少なくともいずれか一方であり、上記グルコン酸塩がグルコン酸ナトリウムである、前記［１］に記載の土壌用改質材。
［３］ さらに、補助材を含む前記［１］または［２］に記載の土壌用改質材。
［４］ 上記補助材が、無水石膏粉末、半水石膏粉末、炭酸カルシウム含有粉末、珪石粉末、頁岩粉末、および高炉スラグ微粉末の少なくともいずれか１種である、前記［３］に記載の土壌用改質材。
［５］ 前記［１］〜［４］のいずれかに記載の土壌用改質材を用いた土壌の改質方法であって、多糖類およびグルコン酸塩の少なくともいずれか一方と、液性指数が０．７０以上である土壌を混合して、第一の混合物を得る第一の混合工程と、上記第一の混合物を得た後に、上記第一の混合物と、マグネシウム含有物質を混合して、上記土壌用改質材を含む土壌を得る第二の混合工程、を含むことを特徴とする土壌の改質方法。

本発明の土壌用改質材によれば、高含水土壌を短時間で固化改良することができ、かつ、土壌に含まれる有害物質（例えば、フッ素や重金属類等）の不溶化を行うことができる。
本発明の土壌用改質材によれば、高含水土壌を数時間で固化して、ダンプトラック等によって運搬することが可能であり、かつ、運搬中に周辺に汚染を拡散させることがなくなる。

本発明の土壌用改質材は、多糖類およびグルコン酸塩の少なくともいずれか一方と、マグネシウム含有物質を含むものである。
本発明において処理の対象となる土壌の液性指数（Ｉ_Ｌ）は、通常、０．７０以上、好ましくは０．７５以上である。液性指数（Ｉ_Ｌ）が０．７０以上であると、土壌のハンドリング性状が著しく低下するが、本発明の土壌用改質材を用いることで、土壌を固化改良して、ハンドリング性状を向上することができる。
土壌の液性指数（Ｉ_Ｌ）の上限は特に限定されるものではないが、好ましくは３．５０以下、より好ましくは３．２０以下である。
ここで、液性指数（Ｉ_Ｌ）とは、自然状態にある土の含水比（ｗ_ｎ：自然含水比）が液性限界（ｗ_Ｌ）や塑性限界（ｗ_ｐ）に対して相対的にどの位の所にあるかを示したもので、自然含水状態における土の相対的な硬さ、軟らかさを表す指数である。液性指数（Ｉ_Ｌ）は、次の式（１）から求められる。
Ｉ_Ｌ（％）＝（ｗ_ｎ−ｗ_ｐ）／（ｗ_Ｌ−ｗ_ｐ） （１）
（式（１）中、ｗ_ｎは自然含水比、ｗ_ｐは塑性限界、ｗ_Ｌは液性限界を示す。）
塑性限界（ｗ_ｐ）とは、土が塑性状から半固体状に移るときの境界の含水比（％）を意味する。
液性限界（ｗ_Ｌ）とは、土が塑性状から液状に移るときの境界の含水比（％）を意味する。

また、本発明において処理の対象となる土壌は、好ましくは、土壌の含水比が土壌の限界含水比よりも大きいものである。該含水比が該限界含水比よりも大きい場合、土壌は液状であり、土壌のハンドリング性状が著しく低下する。しかし、本発明の土壌用改質材を用いることで、土壌を固化改良して、ハンドリング性状を向上することができる。
特に、細粒分の少ない砂質土など、液性限界を測定できない土壌は、該限界含水比を評価することで、本発明において処理の対象となる土壌であるかを判断することができる。
ここで、「限界含水比」とは、最大乾燥密度の９０％の乾燥密度が得られるような含水比の上限を意味する。

多糖類としては、例えば、グアガム、キサンタンガム、トランガンガム、ダイユータンガム、ローカストビーンガム、キスシードガム、カラヤガム、デンプン、グルコマンナン、アルギン酸ナトリウム、プルラン、ペクチン、カラギーナン等が挙げられる。
中でも、本発明の効果（短時間で土壌を固化改良する等）を高める観点から、グアガムおよびキサンタンガムが好適である。
グルコン酸塩としては、例えば、グルコン酸ナトリウム、グルコン酸カリウム、グルコン酸カルシウム等が挙げられる。
中でも、本発明の効果（短時間で土壌を固化改良する等）を高める等の観点から、グルコン酸ナトリウムが好適である。
これらの多糖類の例示物は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

処理対象である土壌の単位体積（１ｍ^３）当たりの多糖類およびグルコン酸塩の少なくともいずれか一方の添加量（ｋｇ）は、本発明の効果（短時間で土壌を固化改良する等）を高める観点から、好ましくは１ｋｇ／ｍ^３以上、より好ましくは２ｋｇ／ｍ^３以上、特に好ましくは２．５ｋｇ／ｍ^３以上である。
該添加量の上限は、特に限定されるものではないが、通常、５０ｋｇ／ｍ^３以下である。

本発明で用いられるマグネシウム含有物質としては、例えば、軽焼マグネシアまたはその部分水和物を含むものが挙げられる。
軽焼マグネシアは、炭酸マグネシウムと水酸化マグネシウムのいずれか一方または両方を含む固形原料を、好ましくは６００〜１，３００℃の温度で焼成することによって得ることができる。
ここで、固形原料としては、例えば、マグネサイト、ドロマイト、ブルーサイト、または、海水中のマグネシウム成分を消石灰等のアルカリで沈澱させて得た水酸化マグネシウム等の、塊状物または粉粒状物が挙げられる。
また、焼成温度（加熱温度）は、好ましくは６００〜１，３００℃、より好ましくは７５０〜１，１００℃、特に好ましくは８００〜１，０００℃である。該温度が６００℃以上であると、軽焼マグネシアの生成の効率が向上する点で、好ましい。該温度が１，３００℃以下であると、有害物質の不溶化の効果が向上する点で、好ましい。
焼成時間（加熱時間）は、固形原料の仕込み量や粒度等によって異なるが、通常、３０分間〜５時間である。

軽焼マグネシアの部分水和物は、軽焼マグネシアを粉砕した後、当該粉砕物に水を添加して撹拌し混合するか、または、当該粉砕物を相対湿度８０％以上の雰囲気下に１週間以上保持して、軽焼マグネシアを部分的に水和させることによって得ることができる。
軽焼マグネシアまたはその部分水和物中の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の含有率は、本発明の効果（有害物質（例えば、フッ素や重金属類）を不溶化する等）を高める観点から、好ましくは５０質量％以上、より好ましくは７０質量％以上、さらに好ましくは８０質量％以上、特に好ましくは８５質量％以上である。
軽焼マグネシアの部分水和物中の水酸化マグネシウムの酸化物換算の含有率は、本発明の効果（有害物質を不溶化する等）を高める観点から、好ましくは５０質量％以下、より好ましくは２０質量％以下である。

軽焼マグネシアまたはその部分水和物中の酸化マグネシウム及び水酸化マグネシウム以外の成分の含有率は、本発明の効果（有害物質を不溶化する等）を高める観点から、好ましくは７質量％以下、より好ましくは５質量％以下である。
軽焼マグネシアまたはその部分水和物のブレーン比表面積は、本発明の効果（有害物質を不溶化する等）を高める観点から、好ましくは４，０００〜２０，０００ｃｍ^２／ｇ、より好ましくは４，５００〜１０，０００ｃｍ^２／ｇ、特に好ましくは５，０００〜７，０００ｃｍ^２／ｇである。

処理対象である土壌の単位体積当たりのマグネシウム含有物質の添加量は、好ましくは２０ｋｇ／ｍ^３以上、より好ましくは４０ｋｇ／ｍ^３以上、特に好ましくは６０ｋｇ／ｍ^３以上ある。
該配合量が２０ｋｇ／ｍ^３以上であれば、有害物質（例えば、フッ素や重金属類）の溶出量を低減させることができる。
該配合量の上限は特に限定されるものではないが、通常、１５０ｋｇ／ｍ^３以下である。

本発明の土壌用改質材は、さらに、補助材を含んでもよい。
補助材を含むことで、土壌用改質材の固化改良性を高めることができる。
補助材としては、例えば、半水石膏粉末、無水石膏粉末、炭酸カルシウム含有粉末（例えば、石灰石粉末）、珪石粉末、頁岩粉末、及び、高炉スラグ微粉末等が挙げられる。
補助材として用いられる半水石膏粉末としては、排脱二水石膏を加熱・脱水処理して得られる半水石膏や、廃石こうボードなどの廃石膏を加熱・脱水処理して得られる再生半水石膏等が挙げられる。
補助材として用いられる無水石膏粉末としては、天然無水石膏のほか、廃石こうボードなどの廃石膏を加熱・脱水処理して得られる再生無水石膏等が挙げられる。
炭酸カルシウム含有粉末としては、例えば、工業用炭酸カルシウム粉末、試薬の炭酸カルシウム粉末、石灰石粉末、炭酸カルシウムを主成分とする貝殻の粉砕物、または、サンゴの粉砕物等が挙げられる。
炭酸カルシウム含有粉末中の炭酸カルシウムの含有率は、好ましくは８０質量％以上、より好ましくは９０質量％以上、特に好ましくは９５質量％以上である。
これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

補助材のブレーン比表面積は、好ましくは３，０００〜８，０００ｃｍ^２／ｇ、より好ましくは４，０００〜６，０００ｃｍ^２／ｇである。該ブレーン比表面積が上記数値範囲内であれば、本発明の効果（短時間で土壌を固化改良する等）を高めることができる。
処理対象である土壌の単位体積当たりの補助材の添加量は、本発明の効果（短時間で土壌を固化改良する等）を高める観点から、好ましくは２〜４０ｋｇ／ｍ^３、より好ましくは４〜３０ｋｇ／ｍ^３である。

次に、上述の土壌用改質材を用いた土壌の改質方法について説明する。
本発明の土壌の改質方法の好ましい実施形態は、多糖類およびグルコン酸塩の少なくともいずれか一方と、土壌を混合して、第一の混合物を得る第一混合工程と、第一の混合物を得た後に、第一の混合物と、マグネシウム含有物質を混合して、上述の土壌用改質材を含む土壌を得る第二混合工程、を含むものである。
第一の混合物を得た後に、得られた混合物を解きほぐすことが好ましい。混合物を解きほぐす時間は、本発明の効果（短時間で土壌を固化改良する等）を高める観点から、好ましくは１５秒間〜１０分間、より好ましくは２０秒間〜８分間、特に好ましくは３０秒間〜５分間である。

多糖類、グルコン酸塩、マグネシウム含有物質、及び、必要に応じて配合される補助材の土壌への混合方法は、特に限定されるものではないが、多糖類等を粉体のままで、機械攪拌混合する方法や、バックホウを用いて混合する方法等を用いることができる。また、多糖類等と水を予め混合してスラリーとして、該スラリーと土壌を混合してもよい。

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
使用材料は、以下に示すとおりである。
（１）土壌Ａ：詳細は表１に記載する。
（２）土壌Ｂ：詳細は表１に記載する。
（３）土壌Ｃ：詳細は表１に記載する。
（４）多糖類Ａ：グアガム（ソーマル社製、商品名「ＧＵＡＲ ＧＵＭ ＧＵ／Ｆ」）
（５）多糖類Ｂ：キサンタンガム（日本コロイド社製、商品名「キサンタンガム」）
（６）グルコン酸塩：グルコン酸ナトリウム（太平洋シールドメカニクス社製、商品名「ＳＰ−Ｒ」）
（７）増粘剤Ａ：セルロース系増粘剤（太平洋マテリアル社製、商品名「太平洋エルコン」）
（８）増粘剤Ｂ：グリコール系増粘剤（花王社製、商品名「エマノーン３１９９Ｖ」）
（９）増粘剤Ｃ：アクリル系増粘剤（東亞合成社製、商品名「アロンＢ−５００」）
（１０）普通ポルトランドセメント：太平洋セメント社製
（１１）生石灰：粒状生石灰（山陽太平洋ライム社製、粒径０．５〜２．５ｍｍ）
（１２）マグネシウム含有物質Ａ；軽焼マグネシア粉末（マグネサイトを８５０℃で焼成した後、粉砕したもの；酸化マグネシウムの含有率：９５質量％、ブレーン比表面積：５，５００ｃｍ^２／ｇ）
（１３）マグネシウム含有物質Ｂ；軽焼マグネシアの部分水和物粉末（マグネシウム含有物質Ａの一部を水和したもの、酸化マグネシウムの含有率：５０〜９６．５質量％、水酸化マグネシウムの含有率：３．５〜５０質量％）
（１４）補助材Ａ：炭酸カルシウム含有粉末（石灰石粉末、ブレーン比表面積：４，０００ｃｍ^２／ｇ、炭酸カルシウムの含有率：９８．４質量％、太平洋セメント社製）
（１５）補助材Ｂ：珪石粉末（ブレーン比表面積：４，５００ｃｍ^２／ｇ、関西太平洋鉱産社製）
（１６）補助材Ｃ：頁岩粉末（ブレーン比表面積：５，０００ｃｍ^２／ｇ、関西太平洋鉱産社製）

［実施例１］
表２の「土壌用改質材ｃ」に示す各材料を用いて、土壌用改質材ｃを調製した。具体的には、土壌Ａおよび多糖類Ａを、ホバートミキサを用いて１分間混練した後、得られた混練物を３０秒間解きほぐした。次いで、得られた混練物に、マグネシウム含有物質Ａと水を含むスラリー（水とマグネシウム含有物質Ａの質量比（水／マグネシウム含有物質Ａ）が１．０のもの）を添加し、さらに３分間混練して、土壌用改質材ｃを含む土壌を得た。その後、得られた土壌について、２０℃の条件下で、所定の試験材齢まで封緘養生を行った。
土壌用改質材ｃを含む土壌の３時間コーン指数、フッ素溶出量、及びｐＨを、以下の測定方法によって測定した。結果を表３に示す。

［３時間コーン指数の測定］
「ＪＩＳ Ａ １２２８（締固めた土のコーン指数試験方法）」に準拠して、土壌の材齢３時間におけるコーン指数を測定した。
［フッ素溶出量の測定］
３日間養生を行った土壌を、環境省告示第１８号に準拠してフッ素の溶出試験を行い、フッ素の溶出量を測定した。
［ｐＨの測定］
フッ素溶出量測定用検液を、ｐＨメーター（堀場製作所社製、商品名「Ｆ−５２」）およびｐＨ電極（堀場製作所社製、商品名「９６１５−１０Ｄ」）を用いて測定した。

［実施例２〜１２］
マグネシウム含有物質Ａと水を含むスラリーの代わりに、表２に示すマグネシウム含有物質と補助材と水を含むスラリー（水と、マグネシウム含有物質と補助材との混合物の質量比が１．０のもの）を用いる以外は、実施例１と同様にして、土壌用改質材ｄ〜ｎを含む土壌を得た。

［比較例１］
土壌用改質材を含まない、土壌Ａを使用した。
［比較例２］
多糖類Ａを使用せずに、土壌Ａに、マグネシウム含有物質Ａと水を含むスラリーを添加する以外は、実施例１と同様にして、土壌用改質材ａを含む土壌を得た。
［比較例３〜８］
土壌用改質材として、表２〜表３に示す土壌用改質材を使用する以外は、実施例２と同様にして、土壌用改質材ｂ、ｏ〜ｓを含む土壌を得た。
以上の実施例２〜１２および比較例１〜８について、実施例１と同様にして、３時間コーン指数、フッ素溶出量、及びｐＨを測定した。結果を表３に示す。

［実施例１３］
土壌Ａの代わりに土壌Ｂを使用し、表２および表４に示す土壌用改質材ｅを使用する以外は、実施例２と同様にして、土壌用改質材ｅを含む土壌を得た。
［比較例９］
土壌用改質材を含まない、土壌Ｂを使用した。
［比較例１０］
土壌Ａの代わりに土壌Ｂを用いる以外は、比較例２と同様にして、土壌用改質材ａを含む土壌を得た。
［比較例１１］
土壌Ａの代わりに土壌Ｂを用いる以外は、比較例３と同様にして、土壌用改質材ｂを含む土壌を得た。
［比較例１２］
土壌Ａの代わりに土壌Ｂを用いて、表２および表４に示す土壌用改質材ｓを使用する以外は、実施例２と同様にして、土壌用改質材ｓを含む土壌を得た。
以上の実施例１３および比較例９〜１２について、実施例１と同様にして、３時間コーン指数、フッ素溶出量、及びｐＨを測定した。結果を表４に示す。

［実施例１４］
土壌Ａの代わりに土壌Ｃを使用し、表２および表５に示す土壌用改質材ｉを使用する以外は、実施例２と同様にして、土壌用改質材ｉを含む土壌を得た。
［比較例１３］
土壌用改質材を含まない、土壌Ｃを使用した。
［比較例１４］
土壌Ａの代わりに土壌Ｃを用いる以外は、比較例２と同様にして、土壌用改質材ａを含む土壌を得た。
［比較例１５］
土壌Ａの代わりに土壌Ｃを用いる以外は、比較例３と同様にして、土壌用改質材ｂを含む土壌を得た。
［比較例１６］
土壌Ａの代わりに土壌Ｃを使用し、表２および表５に示す土壌用改質材ｓを使用する以外は、実施例２と同様にして、土壌用改質材ｓを含む土壌を得た。
以上の実施例１４および比較例１３〜１６について、実施例１と同様にして、３時間コーン指数、フッ素溶出量、及びｐＨを測定した。結果を表５に示す。

表３〜５から、実施例１〜１４では、処理後３時間で３時間コーン指数が３００ｋＮ／ｍ^２以上の高い数値を得ていることがわかる。特に、実施例１〜１３では、４００ｋＮ／ｍ^２以上の高い数値を得ていることがわかる。
また、実施例１〜１４において、フッ素の溶出量は、環境省告示第１８号において規定された溶出量基準値（０．８ｍｇ／Ｌ）を満足している。
一方、多糖類またはグルコン酸塩を含まない土壌用改質材を用いた比較例１〜７、９〜１１、１３〜１５では、３時間コーン指数が１３０ｋＮ／ｍ^２以下の低い数値であることがわかる。また、比較例８、１２、１６では、フッ素の溶出量が溶出量基準値（０．８ｍｇ／Ｌ）を超えていることがわかる。

Claims (5)

1. 多糖類およびグルコン酸塩の少なくともいずれか一方と、マグネシウム含有物質を含むことを特徴とする土壌用改質材。
2. 上記多糖類がグアガムおよびキサンタンガムの少なくともいずれか一方であり、上記グルコン酸塩がグルコン酸ナトリウムである、請求項１に記載の土壌用改質材。
3. さらに、補助材を含む請求項１または２に記載の土壌用改質材。
4. 上記補助材が、無水石膏粉末、半水石膏粉末、炭酸カルシウム含有粉末、珪石粉末、頁岩粉末、および高炉スラグ微粉末の少なくともいずれか１種である、請求項３に記載の土壌用改質材。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の土壌用改質材を用いた土壌の改質方法であって、
   多糖類およびグルコン酸塩の少なくともいずれか一方と、液性指数が０．７０以上である土壌を混合して、第一の混合物を得る第一の混合工程と、
   上記第一の混合物を得た後に、上記第一の混合物と、マグネシウム含有物質を混合して、上記土壌用改質材を含む土壌を得る第二の混合工程、
   を含むことを特徴とする土壌の改質方法。