JP2016204578A - 高含水土用固化材および高含水土の固化処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高含水の泥土の初期強度を高めることができる高含水土用固化材および高含水土用固化材を用いた高含水土の固化処理方法を提供する。
【解決手段】セメント系固化材１００質量部に対して、瓦を１〜８質量部含む高含水土用固化材である。また、高含水土の液性指数が２〜１０の高含水土用固化材である。また、高含水土の含水比が１１０〜２００％、砂分含有量が１２〜４０質量％及びシルト・粘土分含有量が５０〜８５質量％の高含水土用固化材である。また、高含水土用固化材を、前記高含水土１ｍ^３に対して５０〜３００ｋｇ添加し混合する、固化処理方法である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、建設現場で発生する泥土や浚渫工事等で発生する高含水土の固化強度を短期に高めることができる固化材および固化処理方法に関する。

従来、建設工事や湖沼および港湾等の浚渫工事で発生する泥土等を土木材料等に再利用するため、セメント系固化材で土質改良する方法が多用されている。このような泥土を土木材料等に再利用するには、泥土に固化材を添加して、現場の敷地内に仮置きした後、ハンドリング可能な強度を発現した後に場外へ搬出する場合がある。この場合、工事によっては早期に場外搬出することが求められる場合があり、固化材の性能としては短期で強度を発現することが要求される。しかし、泥土が高含水であるため、セメント系固化材を使用しても強度発現に時間を要し、早期に場外へ搬出することが困難な場合がある。

このような高含水土を対象とした固化処理方法として、固化材に多孔質材料を添加し、その吸水作用を利用して強度を増加させる技術が示されている。

例えば、特許文献１のように高含水土の再利用のため、高活性セメントに対して吸水性を有する無機粉粒体として、ペーパースラッジ焼却灰等の多孔質焼却灰、ゼオライト、珪藻土、パーライトダスト等を含む地盤改良材が示されている。さらに、特許文献２では、セメント系固化材ではないが、酸化マグネシウムによる汚染土壌等の固化・不溶化処理において、強度増増進材として、多孔質材料であるパーライトやゼオライト等を混合して用いることが示されている。

特開２０１３−６４０５２号公報 特開２００３−３３４５２６号公報

しかしながら、上述したペーパースラッジ焼却灰、ゼオライト、珪藻土及びパーライト等の従来の強度増進材を添加したセメント系固化材の強度増加率は低く、また、材齢１日という短期材齢での効果が小さいなど、セメント系固化材の強度増進材としては適していないことがあった。

そこで本発明は、高含水の泥土の初期強度を高めることができる高含水土用固化材および高含水土用固化材を用いた高含水土の固化処理方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題に関し鋭意検討した結果、高含水土、特に特定の液性指数を有する土に対して、セメント系固化材に、多孔質材料として瓦を添加して用いることにより、従来の多孔質材料を添加したセメント系固化材よりも処理土の強度増進効果が大きいことを見出し、本発明を完成させるに至った。

即ち、本発明は、セメント系固化材１００質量部に対して瓦を１〜８質量部含む、高含水土用固化材を提供する。この高含水土用固化材によれば、処理土の初期強度を高めることが可能である。

また、本発明に係る高含水土用固化材の処理対象土は、液性指数が２〜１０の高含水土が好ましい。この範囲の液性指数を有する高含水土を処理対象土とすることによって、初期強度増進効果を十分発揮することが可能である。

また、本発明の高含水土用固化材は、前記瓦のＢＥＴ比表面積が０．３〜３．０ｍ^２／ｇであることが好ましい。この範囲にすることによって、より処理土の初期強度を高めることが可能である。

また、本発明の高含水土用固化材は、前記瓦のＳｉＯ_２含有量が６０〜７０質量％、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が１８〜２５質量％、Ｆｅ_２Ｏ_３含有量が２〜７質量％であることが好ましい。

また、本発明は、前記固化材を土壌１ｍ^３に対して５０〜３００ｋｇ添加し混合する、固化処理方法を提供する。この固化処理方法によれば、処理土の初期強度を高めることが可能である。

本発明によれば、高含水土の初期強度を高めることが可能な高含水土用固化材並びに高含水土の固化処理方法を提供することができる。

多孔質材料のＸ線回折パターンを示す図である。

以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

＜高含水土用固化材＞
本実施形態の高含水土用固化材は、セメント系固化材１００質量部に対して瓦を１〜８質量部を含む。

セメント系固化材とは、「セメント系固化材による地盤改良マニュアル」（社）セメント協会編、で規定される固化材を意味し、その配合は、ポルトランドセメント４０〜９５質量部と、石膏５〜２０質量部及び／又は高炉スラグ２０〜４５質量部とを含むものが好ましい。

セメント系固化材に使用するポルトランドセメントは、普通ポルトランドセメント及び／又は早強ポルトランドセメントである。また、石膏は、無水石膏、半水石膏およびニ水石膏の形態でも使用できるが、無水石膏およびニ水石膏を用いることが好ましい。

瓦の含有量はセメント系固化材１００質量部に対して１〜８質量部であり、２〜７質量部が好ましく、３〜６質量部がより好ましく、３〜５質量部さらに好ましい。瓦の含有量が１質量部未満では強度発現効果が低くなるため好ましくない。また、瓦の含有量が８質量部を超えると強度発現効果が低下することがあるので好ましくない。

瓦には粘土瓦やセメント瓦などがあるが、本発明の高含水用固化材に使用する瓦は粘土瓦が好ましい。粘土瓦には釉薬瓦、いぶし瓦、無釉薬瓦に大別されるが、いずれも使用することが可能である。いぶし瓦や無釉薬瓦がより好ましい。いぶし瓦や無釉薬瓦では、ほう素等の有害物質含有量が少ないため好適である。また、瓦の粉砕品や廃瓦等を使用することが出来る。その粒度は５ｍｍアンダーが好ましく、４ｍｍアンダーがより好ましく、３ｍｍアンダーがさらに好ましく、２ｍｍアンダーが特に好ましい。本発明の高含水用固化材に使用する瓦の粒度が０．１ｍｍアンダーの場合、強度発現性が十分に発揮されないため好ましくない。

瓦のＢＥＴ比表面積は０．３〜３．０ｍ^２／ｇが好ましく、０．４〜２．５ｍ^２／ｇがより好ましく、０．５〜２．０ｍ^２／ｇがさらに好ましく、０．６〜１．５ｍ^２／ｇが特に好ましい。０．３ｍ^２／ｇ未満であれば強度発現効果が低下し、３．０ｍ^２／ｇを超えると、コストアップやスラリーでの施工性が低下を招くため好ましくない。

瓦のＳｉＯ_２含有量は６０〜７０質量％が好ましく、６２〜６８質量％がより好ましく、６３〜６７質量％がさらに好ましい。６０質量％以下であれば強度発現性の面で好ましくなく、７０質量％を超えると石英含有量が多くなりすぎ強度発現性の面で好ましくない。

また、Ａｌ_２Ｏ_３含有量は１８〜２５質量％が好ましく、１９〜２４質量％がより好ましく、２０〜２３質量％がさらに好ましい。１８質量％未満であれば強度発現性の面で好ましくなく、２５質量％を超えると強度発現性の面で好ましくない。

また、Ｆｅ_２Ｏ_３含有量が２〜７質量％が好ましく、３〜６質量％がより好ましく、４〜５質量％がさらに好ましい。２質量％以下であれば瓦の純度が強度発現性の面で好ましく、７質量％を超えると不純物等の混入が多くなり、強度発現性の面で好ましくない。

これらの材料は何れも粉末状であることと、固化材がそれら材料の混合物であることから、その調製に当たっては特別な機器、手段を必要とせず、ミキサー等公知の粉体混合用の機器を使った、公知の粉体混合方法が適用できる。

本発明の高含水土用固化材によって改良する土は、水分含有量の多い高含水土が対象である。高含水土の中でも、ＪＩＳ Ａ １２０３「土の含水比試験方法」とＪＩＳ Ａ １２０５「土の液性限界・塑性限界試験方法」から／又は拡張フォールコーン法より求めた液性指数が２〜１０の範囲の高含水土が好ましく、２．５〜８がより好ましく、３〜６が特に好ましい。液性指数が２未満では、強度発現性の面で好ましくない。一方、液性指数が１０を越えると、水分が多すぎ強度発現性の面で好ましくない。

前記高含水土の含水比が１１０〜２００％、好ましくは１３０〜１８５％、より好ましくは１５０〜１７０％であり、砂分含有量が１２〜４０質量％、好ましくは１５〜３５質量％、より好ましくは２０〜３３質量％であり、シルト・粘土分含有量が５０〜８５質量％、好ましくは６０〜８０質量％、より好ましくは６５〜７５質量％である。これらの範囲であれば、早期強度の増進効果を得ることが可能である。

＜高含水土の固化処理方法＞
本発明の高含水土の固化処理方法で使用する高含水土用固化材の添加量は、処理対象の高含水土壌の種類によって選定されるが、土に対して５０〜３００ｋｇ／ｍ^３添加すれば十分な強度が得られる。好ましくは５０〜２８０ｋｇ／ｍ^３、より好ましくは５０〜２６０ｋｇ／ｍ^３、特に好ましくは５０〜２５０ｋｇ／ｍ^３で添加される。添加量が５０ｋｇ／ｍ^３未満であれば、土との混合が不十分になる可能性があるため好ましくない。一方、添加量が３００ｋｇ／ｍ^３を超えると処理コストが高くなりすぎるため経済的に好ましくない。

なお、固化材の添加量は、事前の室内配合試験の結果によって決定するのが好ましい。

また、高含水土への固化材の添加は、粉体の状態又はスラリーの状態のいずれでも使用することができる。固化材と土との混合は、バックホウ、ミキシングバケット装着バックホウ、スタビライザー、自走式土質改良機、定置式ミキサー、トレンチャー型撹拌混合機、深層混合処理機、パワーブレンダー、プラント混合等による通常用いられる混合方法で良い。

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明する。なお、本発明は下記実施例に限定されるものではない。

１．高含水用固化材の調製
［使用材料］
（１）ベース固化材
宇部三菱セメント（株）製のセメント系固化材（ユースタビラー５０）を用いた。
（２）多孔質材料
・廃瓦：愛知県陶器瓦工業組合製（商品名：特殊シャモット、０．５ｍｍアンダー品、ＢＥＴ比表面積０．７６ｍ^２／ｇ）
・パーライト：宇部興産（株）製
・フライアッシュ：中電環境テクノス（株）製（フライアッシュII種）
・ゼオライト：宇部興産（株）製（ウベゼオライト）
・ベントナイト：クニミネ工業（株）製（クニゲルＦｓ）

[多孔質材料のＢＥＴ比表面積]
前記廃瓦のＢＥＴ比表面積は、高精度ガス吸着装置（日本ベル社製、ＢＥＬＳＯＲＰ−ｍｉｎｉ）を用いて、吸着ガスとして窒素を用い、定容量型ガス吸着法にて測定した吸着等温線にＢＥＴ式を適用することで求められる表面積であり、ＪＩＳ Ｒ １６２６「ファインセラミックス粉体の気体吸着ＢＥＴ法による比表面積の測定方法」で求められる。ここで、試料の前処理は、窒素雰囲気下で２００℃に加熱して行った。

[多孔質材料の化学組成]
使用した多孔質材料の化学組成を表１に示す。多孔質材料の化学組成は、ＪＩＳ Ｍ ８８５３：１９９８「セラミックス用アルミノけい酸塩質原料の化学分析方法」に準拠して測定した。

[多孔質材料に含まれる化合物の同定]
粉末Ｘ線回折（ＲＩＮＴ−２５００、リガク社製）を用いて多孔質材料に含まれる化合物を同定した結果を図１に示す。図１に示すように、廃瓦に含まれる主な化合物としては石英とムライトであることが確認された。粘土原料にはカオリナイト、雲母鉱物、石英などから構成されるが、粘土瓦の製造において高温焼成したときにムライトが生成し、石英は融点が高いため残存していると推察できる。その高温焼成・冷却工程において、瓦内部に空隙が生じ、多孔質性を有するものと考えられる。

［高含水用固化材］
上述のベース固化材に多孔質材料を表２に示す配合で添加し、混合して高含水用固化材を調製した。

２．多孔質材料の評価
［試料土］
実験に使用した試料土は、液性指数の高い高含水土として静岡県富士市の田子の浦港で採取した浚渫土を用い、液性指数の低い高含水土として山口県宇部市で採取した粘性土を用いた。表３に各々の試料土の性状を示す。

なお、試料の含水比は、ＪＩＳ Ａ １２０３「土の含水比試験方法」に準拠して測定した。試料の湿潤密度は、直径５ｃｍ、高さ１０ｃｍの型枠に試料土を充填し、充填された試料の重量と型枠の容積から求めた。また、試料の粒度は、ＪＩＳ Ａ １２０４「土の粒度試験方法」に準拠して測定した。さらに、土のコンシステンシーは、ＪＩＳ Ａ １２０５「土の液性限界・塑性限界試験方法」に準拠して測定した。コンシステンシーのうち、液性指数は、与えられた含水比における土の相対的な硬軟を表す指標であり、ゼロに近いほど土は安定であり、大きくなるほど圧縮性は大きく、また、鋭敏なことを示しており、下式（１）により求めた。

［処理土の作製］
調製した固化材を、浚渫土では試料土１ｍ^３当たり２５０ｋｇ、粘性土では試料土１ｍ^３当たり２８０ｋｇを粉体で添加し、ホバートミキサーで９０秒間混合後、掻き落としを行い、さらに９０秒間混合して処理土を作製した。

［供試体の作製］
作製した処理土をＪＧＳ ０８２１「安定処理土の締固めをしない供試体作成方法」に準拠して、直径５ｃｍ、高さ１０ｃｍの円柱供試体を成型した。
［供試体の養生］
この供試体を室温２０℃、湿度９０％で１日間及び３日間養生した。
［一軸圧縮試験］
上記の供試体を所定の日数養生した後、型枠から供試体を脱型し、一軸圧縮強さをＪＩＳ Ａ１２１６「土の一軸圧縮試験方法」に準拠して測定した。

［試験結果］
処理土の一軸圧縮試験結果を表４に示す。

実施例は、本発明の範囲の液性指数を有する浚渫土を対象に、多孔質材料として廃瓦をセメント系固化材１００重量部に対して３および６重量部添加したものである。比較例は、同浚渫土を対象に、多孔質材料として廃瓦をセメント系固化材１００重量部に対して９質量部添加したもの、および同浚渫土を対象に、従来から知られている多孔質材料としてパーライト、フライアッシュ、ゼオライトおよびベントナイトを使用したもの、さらに、本発明の範囲を外れる液性指数の粘性土を対象に、多孔質材料として廃瓦を添加したものである。参考例は、多孔質材料が無添加の場合である。

＊強度増加率は、無添加に対する増加割合

［評価］（実施例１、２、比較例１〜１５）
表４に示す実施例および比較例の結果から、本発明の範囲の高含水土である浚渫土を対象に、廃瓦をセメント系固化材に３および６重量部添加した固化材による処理土（実施例１、２）は、廃瓦を本発明の範囲を外れて添加した場合（比較例１）や従来の多孔質材料（比較例２〜１３）および本発明の範囲を外れる液性指数の低い粘性土（比較例１４、１５）に比べて、強度増加率（％）／添加率（質量％）が材齢１、３日共に大きく、特に他の多孔質材料に比べ材齢１日の強度増加効果が高いことがわかる。従って、工事現場で要求される処理土の早期の場外への搬出が可能である。

以上のように、セメント系固化材１００質量部に、廃瓦を１〜８質量部含有することを特徴とする高含水用固化材は、高含水土に使用することで、これまでに使用されてきたパーライト、フライアッシュ、ゼオライト、ベントナイトを添加した固化材に比べて、その処理土の初期強度が高く、早期に高含水のハンドリングを改善できることがわかる。

Claims (6)

1. セメント系固化材１００質量部に対して、瓦を１〜８質量部含むことを特徴とする高含水土用固化材。
2. 前記高含水土の液性指数が２〜１０である、請求項１記載の高含水土用固化材。
3. 前記高含水土の含水比が１１０〜２００％、砂分含有量が１２〜４０質量％及びシルト・粘土分含有量が５０〜８５質量％である、請求項１又は２記載の高含水土用固化材。
4. 前記瓦のＢＥＴ比表面積が０．３〜３．０ｍ^２／ｇである、請求項１〜３の何れか１項
   記載の高含水土用固化材。
5. 前記瓦のＳｉＯ_２含有量が６０〜７０質量％、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が１８〜２５質量％及びＦｅ_２Ｏ_３含有量が２〜７質量％である、請求項１〜４の何れか１項記載の高含水土用固化材。
6. 請求項１〜請求項５記載の何れか１項記載の高含水土用固化材を、前記高含水土１ｍ^３に対して５０〜３００ｋｇ添加し混合することを特徴とする高含水土の固化処理方法。

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