JP2019048938A - 有機質土の固化処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】有機質土の強度（例えば、一軸圧縮強さ）を大きくすることができる固化処理方法を提供する。【解決手段】有機質土に、セメント系固化材および可溶性硫酸塩を含む地盤改良材を添加して混合し、改良土を得る有機質土の固化処理方法。有機質土中の有機物の含有率は、好ましくは３質量％以上である。地盤改良材は、好ましくは、ポルトランドセメントおよび硫酸第一鉄のみからなるもの、または、ポルトランドセメント、高炉スラグ微粉末および硫酸第一鉄のみからなるものである。硫酸第一鉄の量は、ポルトランドセメント１００質量部当たり、水和物を含まない量として、好ましくは２０質量部以下である。【選択図】なし

Description

本発明は、有機質土の固化処理方法に関する。

海底や河川の底を掘削することにより発生する浚渫土（土砂や堆積泥からなるもの）や、軟弱土壌等の高含水土壌について、固化材等を用いて固化改良することが知られている。
例えば、特許文献１には、早強ポルトランドセメント１０〜４０質量％、増量材６０〜９０質量％及び還元剤０．２〜２．０質量％を含む再掘削用固化材を、ポゾラン活性度が５〜４０％の対象土１ｍ^３当たり５０〜２００ｋｇ添加し混合することを特徴とする地盤改良方法が記載されている。
また、特許文献２には、高含水土壌を短時間で固化改良することができる土壌用改質材として、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、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が記載されている。

特開２０１０−２２２７９５号公報 特開２０１５−１８３０４３号公報

浚渫土等の土壌には、有機物が含まれている場合がある。通常、有機物は、セメントの水和反応を阻害するため、セメント系固化材を用いて、有機物を含む土壌の固化処理を行なっても、固化処理後の土壌の強度を十分に大きくすることができない場合がある。
本発明の目的は、有機質土の強度（例えば、一軸圧縮強さ）を大きくすることができる固化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、有機質土に、特定の地盤改良材を添加して混合する固化処理方法によれば、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］〜［４］を提供するものである。
［１］ 有機質土に、セメント系固化材および可溶性硫酸塩を含む地盤改良材を添加して混合し、改良土を得ることを特徴とする有機質土の固化処理方法。
［２］ 上記有機質土中の有機物の含有率が３質量％以上である前記［１］に記載の有機質土の固化処理方法。
［３］ 上記地盤改良材が、ポルトランドセメントおよび硫酸第一鉄のみからなるもの、または、ポルトランドセメント、高炉スラグ微粉末および硫酸第一鉄のみからなるものである前記［１］又は［２］に記載の有機質土の固化処理方法。
［４］ 上記硫酸第一鉄の量は、上記ポルトランドセメント１００質量部当たり、水和物を含まない量として、２０質量部以下である前記［３］に記載の有機質土の固化処理方法。

本発明の有機質土の固化処理方法によれば、有機質土の強度（例えば、一軸圧縮強さ）を大きくすることができる。

本発明の有機質土の固化処理方法は、有機質土に、セメント系固化材および可溶性硫酸塩を含む地盤改良材を添加して混合し、改良土を得る方法である。
本明細書中、「有機質土」とは、有機物（特に、腐植物質）を含む土をいう。
なお、「腐植物質」とは、土壌中の動植物等の遺体が、微生物による分解を経て形成された最終生成物をいい、様々な有機化合物を含むものである。
腐植物質を構成する成分としては、ヒューミン（アルカリ及び酸に溶けない成分）、フミン酸（アルカリに溶け、酸に溶けない成分）、及びフルボ酸（アルカリ及び酸に溶ける成分）が挙げられる。
有機質土中の有機物の含有率は、好ましくは３質量％以上、より好ましくは７〜３０質量％、さらに好ましくは１０〜２０質量％、特に好ましくは１１〜１５質量％である。該含有率が３質量％以上であれば、本発明の効果（有機質土であっても、強度（例えば、一軸圧縮強さ）を大きくすることができるという効果）をより大きく発揮することができる。該含有率が３０質量％以下であれば、有機質土の強度をより大きくすることができる。
なお、有機質土中の有機物の含有率は、有機質土から水分を除いた固形分の全量を１００質量％とした場合の割合である。

有機質土の含水比は、通常、１０％以上、好ましくは２０％以上、より好ましくは３０％以上、さらに好ましくは４０％以上、さらに好ましくは５０％以上、特に好ましくは６０％以上である。
本発明の有機質土の固化処理方法によれば、例えば、含水比が１０％以上の有機質土を対象とした場合、有機質土の強度（例えば、一軸圧縮強さ）を大きくすることができる。上記含水比の上限値は、特に限定されないが、通常、１，２００％である。
本発明における該含水比の好ましい範囲の一例として、６０〜３００％（特に、８０〜１８０％）が挙げられる。
なお、「含水比」（単位：％）とは、有機質土の絶対乾燥状態の質量に対する、有機質土に含まれている水の質量の百分率（［水の質量］×１００／［絶対乾燥状態の有機質土の質量］）をいう。
有機質土の例としては、黒ボク土、水田土、黒泥土、泥炭、ポドゾル、及び石油汚染土等が挙げられる。

本発明で用いられるセメント系固化材とは、セメントを主な材料（通常、５０質量％以上、好ましくは７０質量％以上、より好ましくは８０質量％以上）として含み、かつ、任意に配合可能な混和材を含むものをいう。
セメント系固化材に用いられるセメントの例としては、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント等の各種ポルトランドセメントや、高炉セメント、フライアッシュセメント等の混合セメントや、エコセメント等が挙げられる。
混和材の例としては、高炉スラグ微粉末、生石灰、消石灰、フライアッシュ、石灰石微粉末、無水石膏、二水石膏、及びシリカフューム等が挙げられる。これらは一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
セメント系固化材としては、入手の容易性や有機質土の強度をより大きくするなどの観点から、ポルトランドセメントのみからなるもの、または、ポルトランドセメントおよび高炉スラグ微粉末のみからなるものが好ましい。

本発明で用いられる可溶性硫酸塩の例としては、硫酸第一鉄、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸水素ナトリウム、硫酸水素カリウム等が挙げられる。これらは一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
中でも、入手の容易性や有機質土の強度をより大きくする観点から、硫酸第一鉄が好ましい。
また、入手の容易性や有機質土の強度をより大きくする観点から、セメント系固化材および可溶性硫酸塩を含む地盤改良材としては、ポルトランドセメントおよび硫酸第一鉄のみからなるもの、または、ポルトランドセメント、高炉スラグ微粉末および硫酸第一鉄のみからなるものが好ましい。

上記地盤改良材中のセメントの含有率は、好ましくは２０〜９８質量％、より好ましくは３０〜９６質量％、さらに好ましくは４０〜９４質量％、さらに好ましくは５０〜９２質量％、特に好ましくは６０〜９０質量％である。該含有率が２０質量％以上であれば、有機質土の強度をより大きくすることができる。該含有率が９８質量％以下であれば、地盤改良材中の可溶性硫酸塩の量が相対的に多くなるため、本発明の効果をより大きく発揮することができる。
上記地盤改良材中の可溶性硫酸塩の含有率は、水和物（例えば、ＦｅＳＯ_４・ｎＨ_２ＯにおけるｎＨ_２Ｏ；式中、ｎは整数である。）を含まない量として、好ましくは２〜３０質量％、より好ましくは４〜２５質量％、さらに好ましくは６〜２０質量％、特に好ましくは８〜１８質量％である。該含有率が２質量％以上であれば、有機質土の強度をより大きくすることができる。該含有率が３０質量％以下であれば、材料にかかるコストをより低減することができる。

上記地盤改良材における、可溶性硫酸塩の量は、材料にかかるコストの低減の観点からは、セメント１００質量部当たり、水和物を含まない量として、好ましくは２０質量部以下、より好ましくは１８質量部以下、特に好ましくは１４質量部以下である。また、可溶性硫酸塩の量は、有機質土の強度をより大きくする観点からは、セメント１００質量部当たり、水和物を含まない量として、好ましくは２質量部以上、より好ましくは４質量部以上、さらに好ましくは６質量部以上、さらに好ましくは８質量部以上、さらに好ましくは１０質量部以上、特に好ましくは１２質量部以上である。

本発明において、有機質土に上述した地盤改良材を添加し混合する方法の例としては、有機質土に地盤改良材を粉体のまま添加して混合するドライ添加方法や、地盤改良材に水を加えてスラリーとした後に、該スラリーを有機質土に添加して混合するスラリー添加方法等が挙げられる。
有機質土１ｍ^３当たりの地盤改良材の添加量は、有機質土の強度をより大きくする観点からは、好ましくは５０ｋｇ以上、より好ましくは８０ｋｇ以上、さらに好ましくは１００ｋｇ以上、さらに好ましくは１２０ｋｇ以上、さらに好ましくは１５０ｋｇ以上、さらに好ましくは１８０ｋｇ以上、特に好ましくは２１０ｋｇ以上である。該添加量は、固化処理のコストの低減の観点からは、好ましくは８００ｋｇ以下、より好ましくは６００ｋｇ以下、特に好ましくは４００ｋｇ以下である。

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）セメント；普通ポルトランドセメント（太平洋セメント社製）
（２）無水石膏
（３）消石灰；奥多摩工業社製、特級品
（４）硫酸第一鉄一水和物（ＦｅＳＯ_４・Ｈ_２Ｏ）
（５）高炉スラグ微粉末
（６）有機質土；浚渫土（有機物の含有率：１２質量％、含水比：１２０％）

なお、有機質土中の有機物の含有率は、「土壌中のアロフェン及び非晶質無機成分の定量に関する研究（北川靖夫；農業技術研究所報告Ｂ、第２９号、ｐｐ．１−４８、１９７７）」に記載された２００℃加熱減量法における、有機物を分解する方法に準拠して、有機質土中の有機物を分解除去し、分解除去の前後における有機質土の質量から算出した。
より具体的には、浚渫土（有機質土）を、２３℃で２４時間ごとに質量を測定しつつ、質量変化が０．０１ｇ以内となるまで乾燥させた。乾燥後の浚渫土３．０ｇに１ＮのＫＣｌを５０ｍｌ添加し混合することで洗浄を行った後、この浚渫土を３００ｍｌのビーカーに移し、１０質量％のＨ_２Ｏ_２を５０ｍｌ添加して、沸騰状態のウォーターバス中において加温しながら、浚渫土中の有機物を分解した。ビーカー内の発泡が収まった後、さらに３０質量％のＨ_２Ｏ_２を１０ｍｌ添加して、浚渫土中の有機物をさらに分解した。次いで、１ＮのＫＣｌを添加して、ｐＨを８〜９に調整した。次いで、上述した３０質量％のＨ_２Ｏ_２の添加と１ＮのＫＣｌの添加を２回繰り返した。その後、遠心分離によって、固形分（有機物が分解して除去された浚渫土）を回収した。該固形分に１ＮのＫＣｌを添加し混合することで洗浄を行った後、遠心分離によって固形分を回収した。さらに、回収した固形分に蒸留水を添加し混合することで洗浄を行った後、遠心分離によって固形分を回収するという洗浄の操作を２回繰り返して、浚渫土中の有機物を除去した。次いで、有機物を除去した浚渫土を１０５℃で２４時間乾燥させた後、質量を測定した。該質量は、２．６ｇであった。有機物を除去する前の乾燥させた浚渫土の質量（３．０ｇ）と、有機物を除去した後の乾燥させた浚渫土の質量（２．６ｇ）から、浚渫土中の有機物の含有率（１２質量％）を算出した。

［実施例１〜５、比較例１〜４］
上記材料を、表１に示す配合で混合して、セメント系固化材および可溶性硫酸塩を含む地盤改良材を得た。なお、表１中、カッコ内の数値は質量部である。
有機質土に、３００ｋｇ／ｍ^３となる量の上記地盤改良材を添加して混練を行い、改良土を得た。次に、材齢７日の該改良土を用いて、「ＪＩＳ Ａ １２１６：２００９（土の一軸圧縮試験方法）に準拠して、一軸圧縮強さを測定した。
また、米国環境保護庁（ＥＰＡ）の「Ｍｅｔｈｏｄ １３１２」に準拠して、検液を調製し、該検液のｐＨを測定した。
結果を表１に示す。

表１から、セメント系固化材および可溶性硫酸塩を含む地盤改良材を添加して混合した場合（実施例１〜５）の、改良土の一軸圧縮強さは１９９〜３７８ｋＮ／ｍｍ^２であることがわかる。
一方、比較例１（地盤改良材として、普通ポルトランドセメントからなるセメント系固化材を使用した場合）、比較例２（地盤改良材として、普通ポルトランドセメントと無水石膏からなるセメント系固化材を使用した場合）、比較例３（地盤改良材として、普通ポルトランドセメントと無水石膏と高炉スラグ微粉末からなるセメント系固化材を使用した場合）、及び、比較例４（地盤改良材として、普通ポルトランドセメントと消石灰からなるセメント系固化材を使用した場合）における、改良土の一軸圧縮強さは１８〜１８１ｋＮ／ｍｍ^２であり、実施例１〜５における、改良土の一軸圧縮強さ（１９９〜３７８ｋＮ／ｍｍ^２）よりも小さいことがわかる。

Claims (4)

1. 有機質土に、セメント系固化材および可溶性硫酸塩を含む地盤改良材を添加して混合し、改良土を得ることを特徴とする有機質土の固化処理方法。
2. 上記有機質土中の有機物の含有率が３質量％以上である請求項１に記載の有機質土の固化処理方法。
3. 上記地盤改良材が、ポルトランドセメントおよび硫酸第一鉄のみからなるもの、または、ポルトランドセメント、高炉スラグ微粉末および硫酸第一鉄のみからなるものである請求項１又は２に記載の有機質土の固化処理方法。
4. 上記硫酸第一鉄の量は、上記ポルトランドセメント１００質量部当たり、水和物を含まない量として、２０質量部以下である請求項３に記載の有機質土の固化処理方法。