JP2017064654A

JP2017064654A - 残土処理材及び残土の処理方法

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Publication number: JP2017064654A
Application number: JP2015194738A
Authority: JP
Inventors: 喜彦森; Yoshihiko Mori; 松山　祐介; Yusuke Matsuyama; 祐介松山; 彰徳杉山; Akinori Sugiyama
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2015-09-30
Filing date: 2015-09-30
Publication date: 2017-04-06
Anticipated expiration: 2035-09-30
Also published as: JP6619193B2

Abstract

【課題】気泡シールド工法で発生する残土が、処理後に、中性領域となり、ＰｂおよびＡｓの土壌溶出量について環境基準を満たし、かつ大きな強度を有するような残土処理材を提供する。【解決手段】気泡シールド工法で発生する残土を含む起泡剤混入泥土を得るための起泡剤と、上記起泡剤混入泥土に添加するための高分子凝集剤と、上記高分子凝集剤を添加してなる泥土に添加するための固化不溶化材の組み合わせである残土処理材であって、上記固化不溶化材が、石膏、石灰、及び、金属硫酸塩と金属塩化物の中から選ばれる少なくとも１種からなる金属塩を含む残土処理材。【選択図】なし

Description

本発明は、残土処理材、及び該残土処理材を用いた残土の処理方法に関する。

従来、気泡シールド工法で発生する残土を固化して処理することが、行われている。
この処理方法の一例として、特許文献１には、カチオン当量値が２ｍｅｑ／ｇ以上である水溶性カチオン性高分子凝集剤を、気泡混入掘削ずり１ｍ^３に対し０．０１〜１ｋｇ添加混練する事により、脱水工程を経る事無く流動性を消失させる事を特徴とする気泡混入掘削ずりの処理法が記載されている。また、特許文献２には、気泡シールド工法で発生する建設排泥に、アニオン性高分子凝集剤または天然高分子を添加混合し、造粒した後、無機系固化材を添加混合して固化することを特徴とする気泡シールド工法で発生する建設排泥の処理方法が記載されている。

特公平７−５３２８０号公報特開２００６−２６５８８５号公報

気泡シールド工法において発生する残土に対して、セメント系固化材を使用した場合、処理済みの残土の強度が大きくなるが、強アルカリ性となり、Ｐｂ（鉛）の土壌溶出量が環境基準を満たさない可能性があるという問題がある。
また、中性不溶化材を使用した場合、処理済みの残土の強度が小さくなり、Ａｓ（ヒ素）の土壌溶出量が環境基準を満たさない可能性があるという問題がある。
本発明の目的は、気泡シールド工法において発生する残土が、処理後に、中性領域（例えば、排出基準値である５．８〜８．６）となり、ＰｂおよびＡｓの土壌溶出量について環境基準を満たし、かつ大きな強度（例えば、コーン指数）を有するようになる残土処理材、及び該残土処理材を用いた残土の処理方法を提供することである。

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、気泡シールド工法で発生する残土を含む起泡剤混入泥土を得るための起泡剤と、起泡剤混入泥土に添加するための高分子凝集剤と、高分子凝集剤を添加してなる泥土に添加するための固化不溶化材の組み合わせである残土処理材であって、固化不溶化材が、石膏、石灰、及び、金属硫酸塩と金属塩化物の中から選ばれる少なくとも１種からなる金属塩を含む残土処理材によって、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］〜［６］を提供するものである。
［１］気泡シールド工法で発生する残土を含む起泡剤混入泥土を得るための起泡剤と、上記起泡剤混入泥土に添加するための高分子凝集剤と、上記高分子凝集剤を添加してなる泥土に添加するための固化不溶化材の組み合わせである残土処理材であって、上記固化不溶化材が、石膏、石灰、及び、金属硫酸塩と金属塩化物の中から選ばれる少なくとも１種からなる金属塩を含むことを特徴とする残土処理材。
［２］上記石膏が半水石膏であり、かつ、上記金属塩が、鉄またはアルミニウムを含むものである前記［１］に記載の残土処理材。
［３］上記起泡剤（有効成分換算）、高分子凝集剤（有効成分換算）、石膏（無水物換算）、石灰（ＣａＯ換算）、及び金属塩（無水物換算）の合計量１００質量％に対して、上記起泡剤の割合（有効成分換算）が０．１〜２．０質量％、上記高分子凝集剤の割合（有効成分換算）が１〜１５質量％、上記石膏の割合（無水物換算）が５０〜９０質量％、上記石灰の割合（ＣａＯ換算）が１〜１５質量％、上記金属塩の割合（無水物換算）が３〜４０質量％である前記［１］又は［２］に記載の残土処理材。

［４］前記［１］〜［３］のいずれかに記載の残土処理材を用いた残土の処理方法であって、気泡シールド工法で発生する残土および起泡剤を含む起泡剤混入泥土に、上記高分子凝集剤を添加して混合する凝集剤添加工程と、上記高分子凝集剤を添加し混合してなる泥土に、上記固化不溶化材を添加して混合し、処理済みの残土を得る固化不溶化材添加工程、を含む、残土の処理方法。
［５］上記処理済みの残土の溶出検液のｐＨが、５．８〜８．６の範囲内である前記［４］に記載の残土の処理方法。
［６］上記起泡剤混入泥土１ｍ^３当たり、上記高分子凝集剤、石膏、石灰、及び金属塩の合計の添加量が、１０〜１００ｋｇである前記［５］に記載の残土の処理方法。

本発明によれば、気泡シールド工法における処理済みの残土が、中性領域（例えば、排出基準値である５．８〜８．６）となり、ＰｂおよびＡｓの土壌溶出量について環境基準を満たし、かつ大きな強度（例えば、コーン指数）を有するようになるため、この処理済みの残土を建設発生土として利用することができる。

本発明の残土処理材は、気泡シールド工法で発生する残土を含む起泡剤混入泥土を得るための起泡剤と、起泡剤混入泥土に添加するための高分子凝集剤と、高分子凝集剤を添加してなる泥土に添加するための固化不溶化材の組み合わせである残土処理材であって、固化不溶化材が、石膏、石灰、及び、金属硫酸塩と金属塩化物の中から選ばれる少なくとも１種からなる金属塩を含むものである。

気泡シールド工法とは、土圧式シールド工法の一種であり、切羽あるいはチャンバ内に、起泡剤により作られた気泡を注入しながら、掘進する工法をいう。
気泡シールド工法で発生する残土の好ましい例としては、本発明の目的（Ｐｂ等の有害物質の溶出の抑制）を考慮すると、平成３年８月２３日環境庁告示第４６号「土壌の汚染に係る環境基準について」における、ＰｂおよびＡｓの環境基準の上限値（０．０１ｍｇ／リットル）を超えるものが挙げられる。

起泡剤としては、特に限定されるものではなく、気泡シールド工法で使用される一般的な起泡剤を用いることができる。具体的には、加水分解たんぱく質、樹脂セッケン、α−オレフィンスルホン酸塩、アルキルエーテル硫酸エステル塩等の硫酸エステル塩、アミド、エステル塩、アクリレート、アミン系界面活性剤、高級アルコール、及びポリビニルアルコール等の水溶性高分子化合物等が挙げられる。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。
気泡シールド工法において、起泡剤を用いることで、起泡剤混入泥土を得ることができる。

残土処理材中の起泡剤の割合（有効成分換算）は、起泡剤（有効成分換算）、高分子凝集剤（有効成分換算）、石膏（無水物換算）、石灰（ＣａＯ換算）、及び金属塩（無水物換算）の合計量１００質量％に対して、好ましくは０．１〜２．０質量％、より好ましくは０．４〜１．５質量％、特に好ましくは０．６〜１．０質量％である。
該割合が０．１質量％以上であれば、気泡シールド工法において、掘進が容易となる。該割合が２．０質量％以下であれば、残土の処理にかかるコストの過度な増大を避けることができる。

高分子凝集剤としては、例えば、メチルセルロース系やヒドロキシエチルセルロース系等のセルロース系水溶性高分子化合物；ポリアクリルアミド系等のアクリル系水溶性高分子化合物；デュータンガム、ウェランガム等のバイオポリマー；水溶性ポリエチレングリコール等のグリコール系高分子化合物；無機増粘剤；γ-ポリグルタミン酸等のアミノ酸系高分子化合物等が挙げられる。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。

残土処理材中の高分子凝集剤の割合（有効成分換算）は、起泡剤（有効成分換算）、高分子凝集剤（有効成分換算）、石膏（無水物換算）、石灰（ＣａＯ換算）、及び金属塩（無水物換算）の合計量１００質量％に対して、好ましくは１〜１５質量％、より好ましくは２〜１０質量％、特に好ましくは３〜８質量％である。
該割合が１質量％以上であれば、処理済みの残土の強度がより大きくなる。該割合が１５質量％以下であれば、起泡剤混入泥土に高分子凝集剤を添加しても、粒径の大きな造粒物が形成されにくいため、残土の処理コストの過度な増大を避けることができる。

固化不溶化材は、石膏、石灰、及び、金属硫酸塩と金属塩化物の中から選ばれる少なくとも１種からなる金属塩を含むものである。
石膏の例としては、二水石膏、半水石膏、無水石膏、又はこれらの二種以上の組み合わせが挙げられる。中でも、強度発現性の向上、及び、材料のコストを低減する観点から、半水石膏が好適である。
残土処理材中の石膏の割合（無水物換算）は、起泡剤（有効成分換算）、高分子凝集剤（有効成分換算）、石膏（無水物換算）、石灰（ＣａＯ換算）、及び金属塩（無水物換算）の合計量１００質量％に対して、好ましくは５０〜９０質量％、より好ましくは５５〜８７質量％、さらに好ましくは６０〜８５質量％、特に好ましくは６５〜８３質量％である。
該割合が５０質量％以上であれば、処理済みの残土のｐＨをより中性領域に近づけることができる。該割合が９０質量％以下であれば、処理済みの残土の強度がより大きくなる。

石灰の例としては、消石灰、生石灰、石灰石、又はこれらの二種以上の組み合わせが挙げられる。
残土処理材中の石灰の割合（ＣａＯ換算）は、起泡剤（有効成分換算）、高分子凝集剤（有効成分換算）、石膏（無水物換算）、石灰（ＣａＯ換算）、及び金属塩（無水物換算）の合計量１００質量％に対して、好ましくは１〜１５質量％、より好ましくは２〜１２質量％、特に好ましくは３〜１０質量％である。
該割合が１質量％以上であれば、処理済みの残土の強度がより大きくなる。該割合が１５質量％以下であれば、処理済みの残土のｐＨをより中性領域に近づけることができる。

金属塩は、入手の容易性の観点から、鉄またはアルミニウムを含むものであることが好ましい。
金属硫酸塩の例としては、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄、硫酸アルミニウム等が挙げられる。
金属塩化物の例としては、塩化第一鉄、塩化第二鉄、塩化アルミニウム等が挙げられる。
残土処理材中の金属塩の割合（無水物換算）は、起泡剤（有効成分換算）、高分子凝集剤（有効成分換算）、石膏（無水物換算）、石灰（ＣａＯ換算）、及び金属塩（無水物換算）の合計量１００質量％に対して、好ましくは３〜４０質量％、より好ましくは４〜３０質量％、さらに好ましくは５〜２５質量％、特に好ましくは７〜２１質量％である。
該割合が３質量％以上であれば、処理済みの残土のＰｂおよびＡｓの土壌溶出量がより小さくなる。また、処理済みの残土の強度がより大きくなる。該割合が４０質量％以下であれば、残土の処理コストの過度な増大を避けることができる。

本発明の残土処理材を用いた残土の処理方法の一例としては、気泡シールド工法で発生する残土及び起泡剤を含む起泡剤混入泥土に、高分子凝集剤を添加して混合する凝集剤添加工程と、高分子凝集剤を添加し混合してなる泥土に、固化不溶化材を添加して混合し、処理済みの残土を得る固化不溶化材添加工程を含む方法が挙げられる。
以下、各工程について詳しく説明する。

［凝集剤添加工程］
本工程は、気泡シールド工法で発生する残土および起泡剤を含む起泡剤混入泥土に、高分子凝集剤を添加して混合する工程である。
起泡剤混入泥土に、高分子凝集剤を添加して混合するための混合手段の例としては、強制撹拌型ミキサ等が挙げられる。
また、本工程において、混合手段と粉砕手段を組み合わせて、混合と粉砕を行ってもよい。起泡剤混入泥土と高分子凝集剤の混合過程で、粒径の大きい造粒物が形成される場合であっても、混合手段と粉砕手段を組み合わせることで、粒径の大きい造粒物を粉砕することができる。
粉砕手段の例としては、ボールミル、ローラミル等が挙げられる。
粉砕と混合の順序は、特に限定されず、混合の後に粉砕を行なってもよいし、粉砕の後に混合を行なってもよい。
また、混合と粉砕を同時に行なうことができ、この場合、処理の効率を高めることができる。混合と粉砕を同時に行うための手段として、竪型３軸クラッシャー等が挙げられる。

［固化不溶化材添加工程］
本工程は、高分子凝集剤を添加し混合してなる泥土に、固化不溶化材を添加して混合し、処理済みの残土を得る工程である。
本工程において、泥土に固化不溶化材を添加して混合するための混合手段の例としては、バックホウや、各種のミキサ（例えば、パン型ミキサ、パドルミキサ、ロータリーハンマミキサ、４軸直列混合式ミキサ等）等が挙げられる。

処理済みの残土の溶出検液のｐＨは、好ましくは５．８〜８．６、より好ましくは６．８〜８．４、特に好ましくは７．８〜８．２である。
ここで、処理済みの残土の溶出検液は、平成３年８月２３日環境庁告示第４６号「土壌の汚染に係る環境基準について」に記載されている方法を用いて調製することができる。
また処理済みの残土の溶出検液のｐＨは、地盤工学会基準「ＪＧＳ０２１１土懸濁液のｐＨ試験方法」に準拠して測定することができる。

本発明の残土の処理方法において、起泡剤混入泥土１ｍ^３当たり、高分子凝集剤（溶媒を含む）、石膏（結晶水を含む）、石灰（ＣａＣＯ₃）、及び金属塩（結晶水を含む）の合計の添加量は、好ましくは１０〜１００ｋｇ、より好ましくは２０〜６０ｋｇ、特に好ましくは３０〜４０ｋｇである。
該量が１０ｋｇ以上であると、処理済みの残土のＰｂおよびＡｓの土壌溶出量がより小さくなる。また、処理済みの残土の強度がより大きくなる。該量が１００ｋｇ以下であると、処理コストの過度な増大を避けることができる。
また、本発明の残土の処理方法において、起泡剤混入泥土１ｍ^３当たり、高分子凝集剤（有効成分換算）、石膏（無水物換算）、石灰（ＣａＯ換算）、及び金属塩（無水物換算）の合計の添加量は、好ましくは１０〜１００ｋｇ、より好ましくは１５〜５０ｋｇ、特に好ましくは２０〜３５ｋｇである。

処理済みの残土のＰｂおよびＡｓの土壌溶出量は、平成３年８月２３日環境庁告示第４６号「土壌の汚染に係る環境基準について」における環境基準（Ｐｂ：０．０１ｍｇ以下、Ａｓ：０．０１ｍｇ以下）を満たすものである。
処理済みの残土のコーン指数は、固化不溶化材添加工程の混合の終了時から６時間経過後の時点における値として、好ましくは４００ｋＮ／ｍ^２以上、より好ましくは５００ｋＮ／ｍ^２以上、特に好ましくは６００ｋＮ／ｍ^２以上である。
コーン指数が４００ｋＮ／ｍ^２以上であれば、処理済みの残土の運搬が容易となり、また、処理済みの残土を建設発生土（第３種建設発生土）として利用することができる。
ここで、コーン指数は、「ＪＩＳＡ１２１０（２００９）」（突固めによる土の締固め試験方法）に準拠して、供試体（未処理の泥土）を作製した後、この供試体についての固化不溶化材添加工程の混合の終了時から６時間経過後の時点で、「ＪＩＳＡ１２２８（２００９）」（締固めた土のコーン指数試験方法）に準拠して、測定することができる。

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］
（１）起泡剤：α−オレフィンスルホン酸塩（有効成分）、有効成分の含有率３５質量％、第一化成産業株式会社製、商品名「ＯＫ−１」
（２）高分子凝集剤：ポリアクリルアミド（有効成分）、有効成分の含有率４５質量％、太平洋シールドメカニクス株式会社製、商品名「ＳＰ−α」
（３）石膏：半水石膏
（４）石灰Ａ：消石灰
（５）石灰Ｂ：生石灰
（６）金属塩Ａ：硫酸第一鉄（ＦｅＳＯ_４・Ｈ_２Ｏ）
（７）金属塩Ｂ：硫酸アルミニウム（Ａｌ_２（ＳＯ_４）_３・１６Ｈ_２Ｏ）
（８）泥土：含水比３３％、湿潤密度１.９ｇ／ｃｍ^３、Ｐｂの土壌溶出量０．０１５ｍｇ／リットル、Ａｓの土壌溶出量０.０２８ｍｇ／リットル

［実施例１］
体積比で３０倍となる量の水に希釈した起泡剤を、５分間ミキサー（ブレンダー）で発泡させた後、泥土に所定量の起泡剤を添加し、パン型ミキサを用いて、１８０秒間混合した。得られた起泡剤混入泥土に高分子凝集剤を添加し、パン型ミキサを使用して、１８０秒間、粉砕および混合の処理を行った。
処理後の高分子凝集剤を添加してなる泥土に、固化不溶化材（予め、半水石膏と消石灰と硫酸第一鉄を混合してなるもの）を添加し、パン型ミキサを使用して、３分間混合して処理済みの残土を得た。
なお、泥土に対する残土処理材の添加量（起泡剤、高分子凝集剤、及び固化不溶化材の合計量）は３５ｋｇ／ｍ^３とし、各材料の配合量は、残土処理材の配合割合が表１に示す配合割合となるように定めた。
処理済みの残土について、上述の方法を用いて、コーン指数（固化不溶化材の混合が終了した時点から６時間経過後の値）、溶出検液のｐＨ、及びＰｂ、Ａｓの土壌溶出量を測定した。表２中、Ｐｂ、Ａｓの土壌溶出量が環境基準（０．０１ｍｇ／リットル以下）を満たす場合を「○」とし、満たさない場合を「×」とした。

［実施例２〜７、比較例１〜３］
各材料の配合量を、残土処理材の配合割合が表１に示す配合割合となるように定めた以外は実施例１と同様にして、泥土の処理を行い、処理済みの残土を得た。
得られた処理済みの残土のコーン指数等を、実施例１と同様にして測定した。
なお、固化不溶化材として、比較例１では半水石膏のみからなるものを、比較例２では硫酸第一鉄のみからなるものを、比較例３では半水石膏と生石灰からなるものを、各々使用した。
それぞれの結果を表２に示す。

表２から、実施例１〜７では、コーン指数が４００ｋＮ／ｍ^２以上であり、処理済みの残土を建設発生土（第３種建設発生土）として利用できることがわかる。また、処理済みの残土の溶出検液のｐＨは中性領域（５．８〜８．６）であること、及び、処理済みの残土のＰｂおよびＡｓの土壌溶出量は、環境基準を満たすこともわかる。
一方、比較例１では、処理済みの残土のＡｓの土壌溶出量が、環境基準を満たさないことがわかる。比較例２では、コーン指数が２００ｋＮ／ｍ^２未満であり、建設発生土として利用できないことがわかる。比較例３では、処理済みの残土の溶出検液のｐＨが１１．２であり強アルカリ性を有すること、及び、処理済みの残土のＰｂ及びＡｓの土壌溶出量が、環境基準を満たさないことがわかる。

Claims

気泡シールド工法で発生する残土を含む起泡剤混入泥土を得るための起泡剤と、上記起泡剤混入泥土に添加するための高分子凝集剤と、上記高分子凝集剤を添加してなる泥土に添加するための固化不溶化材の組み合わせである残土処理材であって、上記固化不溶化材が、石膏、石灰、及び、金属硫酸塩と金属塩化物の中から選ばれる少なくとも１種からなる金属塩を含むことを特徴とする残土処理材。
上記石膏が半水石膏であり、かつ、上記金属塩が、鉄またはアルミニウムを含むものである請求項１に記載の残土処理材。
上記起泡剤（有効成分換算）、高分子凝集剤（有効成分換算）、石膏（無水物換算）、石灰（ＣａＯ換算）、及び金属塩（無水物換算）の合計量１００質量％に対して、上記起泡剤の割合（有効成分換算）が０．１〜２．０質量％、上記高分子凝集剤の割合（有効成分換算）が１〜１５質量％、上記石膏の割合（無水物換算）が５０〜９０質量％、上記石灰の割合（ＣａＯ換算）が１〜１５質量％、上記金属塩の割合（無水物換算）が３〜４０質量％である請求項１又は２に記載の残土処理材。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の残土処理材を用いた残土の処理方法であって、
気泡シールド工法で発生する残土および起泡剤を含む起泡剤混入泥土に、上記高分子凝集剤を添加して混合する凝集剤添加工程と、
上記高分子凝集剤を添加し混合してなる泥土に、上記固化不溶化材を添加して混合し、処理済みの残土を得る固化不溶化材添加工程、
を含む、残土の処理方法。
上記処理済みの残土の溶出検液のｐＨが、５．８〜８．６の範囲内である請求項４に記載の残土の処理方法。
上記起泡剤混入泥土１ｍ^３当たり、上記高分子凝集剤、石膏、石灰、及び金属塩の合計の添加量が、１０〜１００ｋｇである請求項５に記載の残土の処理方法。