JP2019056075A - 土壌固化組成物の製造方法およびそれを用いた土壌固化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】短時間で土壌固化組成物を製造することができ、また、強力な攪拌装置を必要とせず、作業性に優れる土壌固化組成物の製造方法を提供すること。
【解決手段】塩と、カチオンポリマーと、アニオンポリマーとを、水の存在下で混合することにより、前記カチオンポリマーとアニオンポリマーとを反応させてなる土壌固化組成物の製造方法であって、前記アニオンポリマー水溶液を攪拌しながら、前記カチオンポリマーの水溶液を添加混合する工程を有することを特徴とする、土壌固化組成物の製造方法。また、塩と、カチオンポリマーと、アニオンポリマーとを、水の存在下で混合することにより、前記カチオンポリマーとアニオンポリマーとを反応させてなる土壌固化組成物の製造方法であって、カチオンポリマーを水に溶解させた後、前記カチオンポリマー水溶液を攪拌しながら、顆粒状であるアニオンポリマーを添加混合することを特徴とする、土壌固化組成物の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、土壌固化組成物の製造方法およびそれを用いた土壌固化方法に関する。

土工事（盛土工、切土工）において、仕上げた平坦な地面やのり面をそのままの状態にしておくと、風等により粉塵が飛散する。また、雨で浸食されて、濁水が流出し、周辺に悪影響を及ぼす。くわえて、浸食されたのり面の再調整を追加で実施する必要が生じ、工事量が増加して周辺への影響が増大する。

通常、粉塵飛散や雨水による浸食を防ぐため、散水や、のり面のシート被覆などの対策が実施される。

しかしながら、散水は、地表面が乾燥しないように頻繁に実施する必要があり、労力を要する。また、シート被覆は、設置作業にくわえて、風によるめくれあがりがないように管理する必要があり、労力を要する。さらに、使用済みシートが廃棄物となる。

上記負担を軽減するため、表土を安定化させるための薬剤が開発されている。たとえば、特許文献１にかかる発明は、カチオンポリマー、アニオンポリマー（カルボキシメチルセルロース）、および塩を水に溶解した溶液にかかる発明であり、安全性が高く、かつ生分解性を有している。また、特許文献２にかかる発明は、粘土微粒子懸濁液とポリイオン複合体水溶液とを放射性セシウム汚染土壌に散布し、当該土壌の表土を剥離する除染方法であり、除去すべき表土の量を最小限にとどめることが可能であるなどの利点を有している。

特開２０１６−１９１０４８号公報 特許第６０６４２２０号

しかしながら、特許文献１にかかる発明において使用するカチオンポリマーは粒状、アニオンポリマーは粉体の固形物であり、それぞれを水に溶解し、次に前記２液を混合し溶液を作製するものである。

カチオンポリマーおよびアニオンポリマーは、水に溶解しにくい資材であるため、一般的な方法では、溶解しきるまでに４時間以上を有し、作業性が悪いという問題があった。

また、カチオンポリマー溶液とアニオンポリマー溶液とを混合する際、一時的に粘度が大きくなるため、せん断力の強い特殊な攪拌装置が必要であった。

さらに、散布した溶液の地盤への浸透性が悪く、地表面で薄皮状に固まり、土粒子を接着する性能が発揮されず、非効率であった。

これに対して、特許文献２においても、カチオンポリマーを含む水溶液とアニオンポリマーを含む水溶液とを混合し、任意成分として塩を添加すると記載されているにとどまり、溶液調製に関する作業性の悪さ、一時的な粘度の上昇、および土壌への浸透性の悪さなど、上述した本願発明が解決しようとする課題への言及はなく、これらを向上させるための検討もなされていない。

出願人は、鋭意検討の結果、本発明にかかる土壌固化組成物の製造方法に到ったものである。

即ち本発明は、塩と、カチオンポリマーと、アニオンポリマーとを、水の存在下で混合することにより、前記カチオンポリマーとアニオンポリマーとを反応させてなる土壌固化組成物の製造方法であって、前記アニオンポリマー水溶液を攪拌しながら、前記カチオンポリマーの水溶液を添加混合する工程を有することを特徴とする、土壌固化組成物の製造方法である。

なお、本発明において、ポリマーを固体のまま水溶液に添加混合する場合、カチオンポリマーを水に溶解させた後、前記カチオンポリマー水溶液を攪拌しながら、顆粒状であるアニオンポリマーを添加混合することが好ましい。また、その際、カチオンポリマーを水に溶解させてカチオンポリマー水溶液を作製したあとに塩を添加することが好ましく、さらに、前記塩をカチオンポリマー水溶液に溶解させた後、前記顆粒状であるアニオンポリマーを添加混合することが好ましい。

また、前記塩は無機塩であることが、さらには前記無機塩は硫酸アンモニウム（（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４）であることが好ましい。

さらには、対象である土壌に、上記製造方法によって得られた土壌固化組成物を散布した後、水を追加散布することにより、後述するように固化性能が向上する点で好ましい。

本発明が提供する製造方法により、短時間で土壌固化組成物を製造することができ、また、強力な攪拌装置を必要としないため、作業性に優れる。

顆粒状のアニオンポリマーと粉末状のアニオンポリマーとの溶解性の違いを表す図。 塩の添加順序における溶解性の違いを表す図。

以下、本発明の形態について説明するが、本発明の範囲は、実施例を含めた当該記載に限定されるものではない。

（塩）
本発明における塩は、いわゆる広義の塩を意味する。すなわち、カチオンとアニオンとがイオン結合した化合物である。前記塩は、大きくは無機塩と有機塩に分類することができるが、無機塩であることが好ましい。

硫酸アンモニウムが、カチオンポリマーとアニオンポリマー（カルボキシメチルセルロース）を反応させてなる土壌固化組成物の分散安定性に優れるほか、一般に肥料として使用されており、本発明の土壌固化組成物で固化した土壌は、環境負荷が少なく植生（特に芝等）に適したものとなる。また、硫酸アンモニウムは、アニオンポリマー（カルボキシメチルセルロース）成分との溶解性に優れている。よって、前記無機塩としては硫酸アンモニウムが特に好ましい。

（カチオンポリマー）
カチオンポリマーについては、天然由来、合成由来のものを問わず使用可能である。たとえば、ジシアンジアミド・ホルムアルデヒド樹脂、ジエチレントリアミン・ジシアンジアミド・アンモニウムクロライド縮合物、（メタ）アクリロイルオキシアルキルトリアルキルアンモニウムクロライドの重合物、ジメチルジアリルアンモニウムクロライドの重合物、エチレンイミン重合物、ジアリルアミン重合物、アンモニア・エピクロロヒドリン・ジメチルアミン共重合物、ポリアクリルアミド系樹脂、ポリメタクリル酸エステル系樹脂、ポリアクリル酸エステル系樹脂、カチオン化セルロースなどを例示することができる。

（アニオンポリマー）
アニオンポリマーについても、天然由来、合成由来のものを問わず使用可能である。たとえば、カルボキシメチルセルロース、カルボキシメチルアミロース、カルボキシメチル化澱粉、リグニンスルホン酸およびその塩、（ポリ）アクリル酸およびその塩、ポリスルホン酸およびその塩などが利用できる。

ここで、カチオンポリマーを水に溶解させてカチオンポリマー水溶液を作製したあとに塩を添加することが、溶解を進行させる上で好ましい。

また、アニオンポリマーの水溶液を作製する際、上記塩を水に溶解させたあとにアニオンポリマーを添加混合することが、溶液の粘度を低く調整できる点などから好ましいことがある。

（土壌固化組成物の製造方法）
本発明においては、前記アニオンポリマーの水溶液に、前記カチオンポリマーの水溶液を添加混合することを特徴とする。具体的には、アニオンポリマー水溶液およびカチオンポリマー水溶液を作製し、前記アニオンポリマーの水溶液を攪拌した状態で前記カチオンポリマー水溶液を添加混合する。

アニオンポリマー水溶液にカチオンポリマー水溶液を添加することにより、アニオンポリマーとカチオンポリマーとが反応して得られるポリイオンコンプレックス（以下、「ＰＩＣ」と称することがある）の分散性が向上し、短期間での土壌固化組成物の製造が可能である。

（その他任意の材料）
本発明にかかる土壌固化組成物は、上記ポリマーや塩、および水の他に、その物性を損ねない範囲で、公知の各種添加物を添加することができる。

（土壌の固化方法）
本発明にかかる土壌固化組成物を用いた土壌固化方法の一例について、具体的に説明する。

まず、散水をするときと同様の方法により、上記土壌固化組成物であるＰＩＣ溶液を、対象とする地面に散布する。本発明にかかる土壌固化組成物を用いることにより、ＰＩＣ溶液の地盤への浸透性が向上し、強固な土粒子接着層を形成することができる。

この際、ＰＩＣ溶液の散布後に散水することが、塩濃度が下がり、より強固な土粒子接着層を形成することができる点で好ましい。ポリマーが水に溶解しにくくなり、従来技術のような沈降性の悪い濁水が発生しない上、接着層の耐久性も向上するからである。

次に、実施例により本発明を説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。

（土壌固化組成物の製造）
次に示す手順により、土壌固化組成物であるＰＩＣ溶液の製造を行った。

＜実施例１＞
上水道水１０３２ｇに、カチオンポリマー４．２ｇを投入し、溶解後に、硫酸アンモニウム４．３ｇを投入し、カチオンポリマー水溶液を得た。

これと並行して、上水道水９４２ｇに、硫酸アンモニウム３６．４ｇを投入し、溶解後に、アニオンポリマー１５．７ｇを投入し、アニオンポリマー水溶液を得た。

得られた上記アニオンポリマー水溶液を攪拌しながら、上記カチオンポリマー水溶液を、チューブポンプにより定量供給することにより、アニオンポリマーとカチオンポリマーとを反応させた。

アニオンポリマーとカチオンポリマーとが反応することにより得られたＰＩＣが、分散状態になるまで攪拌を継続した。

＜実施例２＞
上水道水１９７４ｇに、実施例１と同様のカチオンポリマー４．２ｇを投入し、溶解後に、硫酸アンモニウム４０．７ｇを投入し、カチオンポリマー水溶液を得た。

得られた上記カチオンポリマー水溶液を攪拌しながら、実施例１と同様のアニオンポリマー８．４ｇを投入し、アニオンポリマーとカチオンポリマーとを反応させた。

＜比較例１＞
上水道水１０３２ｇに、実施例１と同様のカチオンポリマー４．２ｇを投入し、溶解後に、硫酸アンモニウム４．３ｇを投入し、カチオンポリマー水溶液を得た。

これと並行して、上水道水９４２ｇに、実施例１と同様のアニオンポリマー１５．７ｇを投入し、溶解後に、硫酸アンモニウム３６．４ｇを投入し、カチオンポリマー水溶液を得た。

得られた上記カチオンポリマー水溶液を攪拌しながら、上記アニオンポリマー水溶液を、チューブポンプにより定量供給することにより、アニオンポリマーとカチオンポリマーとを反応させた。

アニオンポリマーとカチオンポリマーとが反応することにより得られたＰＩＣが、分散状態になるまで攪拌を継続した。

上記ＰＩＣ溶液である土壌固化組成物の製造に要した時間を、表１に示す。なお、アニオンポリマー水溶液の作製については、カチオンポリマー水溶液の作製中に作製作業を行えるものであるから、上記所要時間には含めない。

表１の結果からわかる通り、本発明にかかる実施例１および２の製造方法を用いて製造されたＰＩＣは、従来技術にかかる比較例１の製造方法によって製造されたＰＩＣよりもはるかに短時間で製造することが可能である。

＜顆粒状のアニオンポリマーと粉末状のアニオンポリマーとの溶解性の比較＞
＜実施例３＞
上水道水１９４０ｇに、実施例１と同様のカチオンポリマー４．１５ｇを投入し、溶解後に、硫酸アンモニウム４０．０ｇを投入し、カチオンポリマー水溶液を得た。得られた上記カチオンポリマー水溶液を攪拌しながら、顆粒状であるアニオンポリマーを１５．８５ｇ添加し、溶解速度を計測した。

＜比較例２＞
上水道水１９４０ｇに、実施例１と同様のカチオンポリマー４．１５ｇを投入し、溶解後に、硫酸アンモニウム４０．０ｇを投入し、カチオンポリマー水溶液を得た。得られた上記カチオンポリマー水溶液を攪拌しながら、粉末状であるアニオンポリマーを１５．８５ｇ添加し、溶解速度を計測した。

すなわち、カチオンポリマー０．２１％、アニオンポリマー０．７９％の合計１．０％ＰＩＣ、硫酸アンモニウム濃度２．０％の条件同士で比較したものである。溶解速度を計測した結果を表２に、溶解の状況を継時的に観察した結果を図１に、それぞれ示す。

図１に示す通り、顆粒状アニオンポリマーを使用した実施例３は、２５分後には完全に溶解しているのに対して、粉末状アニオンポリマーを使用した比較例２は、１５０分後においても僅かに塊が残留し、完全には溶解しきれていないことがわかる。

上記顆粒状アニオンポリマーは、粉体のカルボキシルメチルセルロースを板状に圧密し、それを破砕して粒度調整したものである。顆粒状のアニオンポリマーは、粒子間にあらかじめ空隙が存在しているため、水が粒子内部まで浸透し、粒子がまんべんなく水と接触するので、溶解しやすくなる結果となる。

これに対して粉末状のままのアニオンポリマーは、粒子と粒子とが接しており、空隙が小さい。そのようなアニオンポリマーが水に接触すると、表面の粒子がゲル状になり、内部まで水が浸透せず、溶解しづらい結果となる。

＜塩の添加順序における溶解性の違い＞
＜実施例４＞
ビーカー中の上水道水２４７．２５ｇに、カチオンポリマー２．７５ｇを投入し、回転数３００ｒｐｍで攪拌したところ、３０分後には完全に溶解した。そのあと、硫酸アンモニウムを投入することにより、ＰＩＣ溶液を作製した。

＜比較例３＞
ビーカー中の上水道水２４４．７５ｇに、硫酸アンモニウム２．７５ｇを投入し、硫酸アンモニウム１％水溶液を作製した。その後、カチオンポリマー２．７５ｇを投入し、回転数３００ｒｐｍで攪拌したが、３０分後も溶解することなくカチオンポリマーが残った。

＜比較例４＞
ビーカー中の上水道水２４２．２５ｇに、硫酸アンモニウム５．００ｇを投入し、硫酸アンモニウム２％水溶液を作製した。その後、カチオンポリマー２．７５ｇを投入し、回転数３００ｒｐｍで攪拌したが、比較例３と同様に、３０分後も溶解することなくカチオンポリマーが残った。

実施例３、比較例３、および比較例４の状態を表した画像として図２を示す。

（土壌の固化工程）
供試土（細粒分礫混じり砂Ｓ−ＦＧ）について、突固めによる土の締固め試験を行い、最大乾燥密度および最大乾燥密度となる最適含水比を求め、供試土の含水比を前記最適含水比の９．８％に調整し、直径１０ｃｍ×高さ５ｃｍのモールドに締固度９０％で充填して、供試体を作製した。

手動式噴霧器を用いて、上記実施例１、２、および比較例１のようにして製造された土壌固化組成物であるＰＩＣ溶液の６３ｇを供試体の土砂表面に散布した。

前記ＰＩＣ溶液を散布した供試体の土砂表面に、水道水６３ｇを散布した。

４日後に、再び、供試体の土砂表面に、水道水６３ｇを散布した。

前記ＰＩＣ溶液散布から計１１日後に供試体を解体して、土壌接着層の有無を調査した。

（土壌固化試験の結果）
実施例１および実施例２にかかる供試体については、土粒子とＰＩＣとが連結したクラスター層が確認された。

これに対して、比較例１にかかる供試体は、土砂表面の色が白みをおびており、ＰＩＣが表面に積層していることは確認できたが、土粒子とＰＩＣとが連結した土壌接着層とはならなかった。

上記実施形態、実施例及び比較例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定するものではない。上記の構成は、適宜組み合わせて実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上記実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Claims (6)

1. 塩と、カチオンポリマーと、アニオンポリマーとを、水の存在下で混合することにより、前記カチオンポリマーとアニオンポリマーとを反応させてなる土壌固化組成物の製造方法であって、前記アニオンポリマー水溶液を攪拌しながら、前記カチオンポリマー水溶液を添加混合する工程を有することを特徴とする、土壌固化組成物の製造方法。
2. 塩と、カチオンポリマーと、アニオンポリマーとを、水の存在下で混合することにより、前記カチオンポリマーとアニオンポリマーとを反応させてなる土壌固化組成物の製造方法であって、カチオンポリマーを水に溶解させた後、前記カチオンポリマー水溶液を攪拌しながら、顆粒状であるアニオンポリマーを添加混合することを特徴とする、土壌固化組成物の製造方法。
3. さらに、前記塩をカチオンポリマー水溶液に溶解させた後、前記顆粒状であるアニオンポリマーを添加混合することを特徴とする、請求項２に記載の土壌固化組成物の製造方法。
4. 前記塩は無機塩であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の土壌固化組成物の製造方法。
5. 前記無機塩は、硫酸アンモニウム（（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４）であることを特徴とする、請求項４に記載の土壌固化組成物の製造方法。
6. 対象とする土壌に、請求項１〜５のいずれか１項に記載の製造方法によって得られた土壌固化組成物を散布した後、水を追加散布することを特徴とする、土壌固化方法。