JP2020029502A

JP2020029502A - 固化材、及び、土壌の固化処理方法

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Publication number: JP2020029502A
Application number: JP2018155371A
Authority: JP
Inventors: 隆人野崎; Takahito Nozaki; 喜彦森; Yoshihiko Mori; 康秀肥後; Yasuhide Higo
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2018-08-22
Filing date: 2018-08-22
Publication date: 2020-02-27
Anticipated expiration: 2038-08-22
Also published as: JP7120847B2

Abstract

【課題】土壌に対して優れた強度発現性（例えば、固化材を添加し混合した時から７〜２８日後の土壌の一軸圧縮強さが大きいこと）を与えることのできる固化材、及び、該固化材を用いた土壌の固化処理方法を提供する。【解決手段】酸化マグネシウム含有物質と化学式：ｍＭｇＣＯ３・Ｍｇ（ＯＨ）２・ｎＨ２Ｏ（化学式中、ｍは３〜５の整数であり、ｎは３〜７の整数である。）で表される塩基性炭酸マグネシウムを含む固化材。該固化材を、土壌に添加し、混合する土壌の固化処理方法。酸化マグネシウム含有物質と塩基性炭酸マグネシウムの合計量中の、塩基性炭酸マグネシウムの含有率は、好ましくは０．４〜１８．０質量％である。【選択図】なし

Description

本発明は、固化材、及び、土壌の固化処理方法に関する。

従来、土壌の改良方法として、土壌にセメント等の固化材を添加し、混合することで、土壌の強度（例えば、一軸圧縮強さ）を発現させる方法が知られている。
例えば、特許文献１には、水硬性粉体からなる固化材であって、温度が９０℃であり、かつ、無風状態の雰囲気下で５分間加熱した場合における質量の減少量が、上記水硬性粉体１００質量部に対して、０．２８〜０．７６質量部である量の水分を含むことを特徴とする固化材が記載されている。
また、特許文献２には、リートベルト法で測定したＣ_３Ｓ量が５０質量％以上であるセメントと、石膏を含むセメント系固化材が記載されている。

特開２０１７−１１５０４８号公報特開２０１４−１６２６９６号公報

本発明の目的は、土壌に対して優れた強度発現性（例えば、固化材を添加し混合した時から７〜２８日後の土壌の一軸圧縮強さが大きいこと）を与えることのできる固化材、及び、該固化材を用いた土壌の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、酸化マグネシウム含有物質と特定の化学式を有する塩基性炭酸マグネシウムを含む固化材によれば、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］酸化マグネシウム含有物質と下記化学式で表される塩基性炭酸マグネシウムを含むことを特徴とする固化材。
ｍＭｇＣＯ_３・Ｍｇ（ＯＨ）_２・ｎＨ_２Ｏ
（上記化学式中、ｍは３〜５の整数であり、ｎは３〜７の整数である。）
［２］酸化マグネシウム含有物質が、軽焼マグネシア、軽焼マグネシアの部分水和物、軽焼ドロマイト、及び、軽焼ドロマイトの部分水和物の中から選ばれる少なくとも１種である前記［１］に記載の固化材。
［３］上記酸化マグネシウム含有物質と上記塩基性炭酸マグネシウムの合計量中の、上記塩基性炭酸マグネシウムの量の割合が、０．４〜１８．０質量％である前記［１］または［２］に記載の固化材。
［４］前記［１］〜［３］のいずれかに記載の固化材を、土壌に添加し、混合することを特徴とする土壌の固化処理方法。
［５］上記土壌が、火山灰質粘性土である前記［４］に記載の土壌の固化処理方法。

本発明の固化材、及び、土壌の固化処理方法によれば、土壌に対して優れた強度発現性（例えば、固化材を添加し混合した時から７〜２８日後の土壌の一軸圧縮強さが大きいこと）を与えることができる。

本発明の固化材は、酸化マグネシウム含有物質と下記化学式で表される塩基性炭酸マグネシウムを含むものである。
ｍＭｇＣＯ_３・Ｍｇ（ＯＨ）_２・ｎＨ_２Ｏ
（上記化学式中、ｍは３〜５の整数であり、ｎは３〜７の整数である。）
酸化マグネシウム含有物質の例としては、軽焼マグネシア（ＭｇＯ）、軽焼マグネシアの部分水和物、軽焼ドロマイト（ＣａＯ・ＭｇＯ）、及び、軽焼ドロマイトの部分水和物の中から選ばれる少なくとも１種が挙げられる。中でも、不純物の含有量が少なく、かつ、入手の容易性の観点から、軽焼マグネシアが好ましい。
軽焼マグネシアの例としては、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られるものが挙げられる。
上記固形原料の例としては、マグネサイト、ドロマイト、ブルーサイト、及び、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が挙げられる。これらは、塊状物でもよいし、粉粒状物でもよい。

軽焼ドロマイトの例としては、ドロマイトを、好ましくは８５０〜１，５００℃の温度で焼成することによって得られるものが挙げられる。
軽焼マグネシアまたは軽焼ドロマイトの部分水和物は、軽焼マグネシアまたは軽焼ドロマイトを粉砕した後、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、軽焼マグネシアまたは軽焼ドロマイトを部分的に水和させることによって得ることができる。

酸化マグネシウム含有物質のブレーン比表面積は、発塵の抑制、および、スラリーで添加する場合の取り扱いの容易性の観点から、好ましくは１，５００〜２０，０００ｃｍ^２／ｇ、より好ましくは２，０００〜１０，０００ｃｍ^２／ｇ、さらに好ましくは２，３００〜７，０００ｃｍ^２／ｇ、特に好ましくは２，５００〜４，０００ｃｍ^２／ｇである。
酸化マグネシウム含有物質中の酸化マグネシウムの含有率は、固化処理後の土壌の強度をより大きくする観点から、好ましくは６５質量％以上、より好ましくは７５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。

酸化マグネシウム含有物質と塩基性炭酸マグネシウムの合計量中の、酸化マグネシウム含有物質の割合は、固化処理の対象となる土壌の性状によっても異なるが、好ましくは８０．０〜９９．６質量％、より好ましくは８２．０〜９９．０質量％、さらに好ましくは８４．０〜９８．０質量％、特に好ましくは８８．０〜９３．０質量％である。該含有率が８０．０質量％以上であれば、固化処理後の土壌の強度（例えば、一軸圧縮強さ）をより大きくすることができる。該含有率が９９．６質量％以下であれば、塩基性炭酸マグネシウムの量を十分に確保できるので、固化処理後の土壌の強度をより大きくすることができる。

塩基性炭酸マグネシウムは、以下の化学式で表されるものである。
ｍＭｇＣＯ_３・Ｍｇ（ＯＨ）_２・ｎＨ_２Ｏ
上記化学式中、ｍは、入手の容易性や、固化処理後の土壌の強度をより大きくする観点から、３〜５の整数、好ましくは４である。また、ｎは、入手の容易性や、固化処理後の土壌の強度をより大きくする観点から、３〜７の整数、好ましくは３〜５の整数、より好ましくは４である。
塩基性炭酸マグネシウムは、通常、ｍとｎが同じもの（例えば、ｍとｎが共に４であるもの）であるが、ｍとｎが異なるもの（例えば、ｍが４であり、ｎが３であるもの）でもよい。
また、塩基性炭酸マグネシウムは、上記化学式を有するものを２種以上含んでいてもよい。例えば、ｍとｎが共に４であるものと、ｍとｎが共に３であるものを含んでいてもよい。
塩基性炭酸マグネシウムのＢＥＴ比表面積は、好ましくは１０〜６０ｍ^２／ｇ、より好ましくは２０〜５０ｍ^２／ｇ、特に好ましくは３０〜４５ｍ^２／ｇである。該ＢＥＴ比表面積が１０ｍ^２／ｇ以上であれば、固化処理後の土壌の強度をより大きくすることができる。該ＢＥＴ比表面積が６０ｍ^２／ｇを超えると、粉砕にかかる労力やコストが過大となる。
塩基性炭酸マグネシウムの見掛け比重は、好ましくは０．０５〜１．００ｇ／ｃｍ^３、より好ましくは０．１０〜０．８０ｇ／ｃｍ^３、特に好ましくは０．２０〜０．４０ｇ／ｃｍ^３である。該見掛け比重が０．０５ｇ／ｃｍ^３以上であれば、固化処理後の土壌の強度をより大きくすることができる。該見掛け比重が１．００ｇ／ｃｍ^３を超えるものは入手が困難である。

酸化マグネシウム含有物質と塩基性炭酸マグネシウムの合計量中の、塩基性炭酸マグネシウムの量の割合は、固化処理の対象となる土壌の性状によっても異なるが、好ましくは０．４〜２０．０質量％、より好ましくは１．０〜１８．０質量％、さらに好ましくは２．０〜１６．０質量％、特に好ましくは７．０〜１２．０質量％である。該含有率が０．４質量％以上であれば、固化処理後の土壌の強度をより大きくすることができる。該含有率が２０．０質量％を超えると、酸化マグネシウム含有物質の量が小さくなるため、固化処理後の土壌の強度が小さくなる場合がある。また、該含有率が２０．０質量％以下であれば、原料にかかるコストをより低減することができる。

本発明の固化材は、固化処理後の土壌の強度をより大きくする観点から、石膏を含んでいてもよい。
石膏の例としては、フッ酸無水石膏、リサイクル無水石膏、天然無水石膏、リン酸石膏、チタン石膏、精錬石膏、半水石膏、無水石膏、排脱二水石膏、リン酸二水石膏、及び天然二水石膏等が挙げられる。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。
石膏の添加量は、酸化マグネシウム含有物質と塩基性炭酸マグネシウムの合計１００質量部に対して、ＳＯ_３換算で、好ましくは１．０〜２０．０質量部、より好ましくは２．０〜１５．０質量部、特に好ましくは３．０〜１２．０質量部である。該含有率が１．０質量部以上であれば、固化処理後の土壌の強度をより大きくすることができる。該含有率が２０．０質量部を超えると、酸化マグネシウム含有物質及び塩基性炭酸マグネシウムの量が小さくなるため、固化処理後の土壌の強度が小さくなる場合がある。

本発明の不溶化材は、必要に応じて、他の成分として、炭酸カルシウム、リン酸カルシウム、ゼオライト、ポリ塩化アルミニウム、水酸化アルミニウム、硫酸アルミニウム、珪石粉末、水酸化マグネシウム、及び、ベントナイトから選ばれる少なくとも１種以上を含んでいてもよい。
他の成分の添加量は、本発明の効果を阻害しない範囲内であればよく、酸化マグネシウム含有物質と塩基性炭酸マグネシウムの合計１００質量部に対して、通常、１００質量部以下、好ましくは８０質量部以下、より好ましくは６０質量部以下、さらに好ましくは４０質量部以下、特に好ましくは２０質量部以下である。
本発明の不溶化材は、例えば、粉体またはスラリー（粉体と水の混合物）の形態を有することができる。

本発明の固化材を用いた土壌の固化処理は、上述した固化材を、土壌に添加し、混合することで行なうことができる。
固化処理の対象となる土壌は、特に限定されるものではないが、固化処理後の土壌の強度（例えば、一軸圧縮強さ）をより大きくすることができる観点から、好ましくは火山灰質粘性土である。
土壌への固化材の添加量は、対象となる土壌の性状、施工条件、固化処理後の土壌に求められる強度等によっても異なるが、固化処理の対象となる土壌１ｍ^３当たり、好ましくは１０〜３００ｋｇ、より好ましくは２０〜２００ｋｇ、特に好ましくは２５〜１５０ｋｇである。該量が１０ｋｇ以上であれば、固化処理後の土壌の強度（例えば、一軸圧縮強さ）をより大きくすることができる。該量が３００ｋｇ以下であれば、コストの増大を防ぐことができる。

土壌への固化材の添加及び混合の方法としては、対象となる土壌に固化材を粉体のまま添加し、混合するドライ添加や、固化材に水を加えてスラリーとし、該スラリーを添加し、混合するスラリー添加が挙げられる。スラリー添加の場合の水／固化材の質量比は、好ましくは０．６〜１．５、より好ましくは０．８〜１．２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）塩基性炭酸マグネシウム微粉末（４ＭｇＣＯ_３・Ｍｇ（ＯＨ）_２・４Ｈ_２Ｏ）；ＢＥＴ比表面積：３８．５ｍ^２／ｇ、見掛け比重：０．２５ｇ／ｃｍ^３
（２）ドロマイト微粉末（Ｃａ・Ｍｇ（ＣＯ_３）_２：炭酸マグネシウムを含む組成の鉱物）；ブレーン比表面積：３，１５０ｃｍ^２／ｇ
（３）軽焼マグネシア微粉末（表１中、「ＭｇＯ」と示す。）；酸化マグネシウムの含有率：８８質量％、ブレーン比表面積：２，６５０ｃｍ^２／ｇ
（４）石膏
（５）セメント系固化材；汎用型固化材
（６）土壌；火山灰質粘性土（関東ローム）；含水比：１１９．４％

［実施例１〜３］
上記材料を、表１に示す配合割合で混合して固化材を得た。土壌に該固化材を、土壌１ｍ^３に対して１００ｋｇとなる量で添加し、ホバートミキサを用いて３分間混合して、固化処理土を得た。得られた固化処理土の材齢７日及び２８日における一軸圧縮強さを「ＪＩＳＲ１２１６：２００９（土の一軸圧縮試験方法）」に準拠して測定した。
［比較例１］
固化材として、軽焼マグネシアのみからなる固化材を用いる以外は、実施例１と同様にして、固化処理土を得て、その一軸圧縮強さを測定した。
［比較例２］
固化材として、セメント系固化材を用いる以外は、実施例１と同様にして、固化処理土を得て、その一軸圧縮強さを測定した。
［比較例３］
塩基性炭酸マグネシウムの代わりに、ドロマイトを用いる以外は、実施例１と同様にして、固化処理土を得て、その一軸圧縮強さを測定した。
結果を表１に示す。

［実施例４〜５］
固化材として、上記材料を表２に示す配合割合で混合してなるものを用いる以外は、実施例１と同様にして、固化処理土を得て、その一軸圧縮強さを測定した。
結果を表２に示す。

表１から、本発明の不溶化材を用いた固化処理土（実施例１〜３）の一軸圧縮強さ（材齢７日：７７８〜１，０５８ｋＮ／ｍ^２、材齢２８日：９１５〜１，２３３ｋＮ／ｍ^２）は、軽焼マグネシアのみからなる固化材を用いた固化処理土（比較例１）の一軸圧縮強さ（材齢７日：６７１ｋＮ／ｍ^２、材齢２８日：８４８ｋＮ／ｍ^２）や、セメント系固化材を用いた固化処理土（比較例２）の一軸圧縮強さ（材齢７日：２６ｋＮ／ｍ^２、材齢２８日：３４ｋＮ／ｍ^２）や、塩基性炭酸マグネシウムの代わりにドロマイトを用いた固化材を用いた固化処理土（比較例３）の一軸圧縮強さ（材齢７日：６０８ｋＮ／ｍ^２、材齢２８日：８０２ｋＮ／ｍ^２）よりも大きいことがわかる。
なお、表１に示すとおり、比較例３で用いたドロマイトの量は、ＭｇＣＯ_３換算値によると、実施例２（１．９質量％）と実施例３（２．８質量％）の中間の塩基性炭酸マグネシウムの量に相当する。

特に、塩基性炭酸マグネシウムの含有率が１０質量％である不溶化材を用いた固化処理土（実施例２）の一軸圧縮強さ（材齢７日：１，０５８ｋＮ／ｍ^２、材齢２８日：１，２３３ｋＮ／ｍ^２）は、塩基性炭酸マグネシウムの含有率が、５質量％または１５質量％である不溶化材を用いた固化処理土（実施例１、３）の一軸圧縮強さ（材齢７日：７７８〜８４９ｋＮ／ｍ^２、材齢２８日：９１５〜１，０５７ｋＮ／ｍ^２）よりも大きく、塩基性炭酸マグネシウムの含有率が１０質量％である不溶化材は、固化処理後の土壌の強度をより大きくしうることがわかる。

また、表２から、軽焼マグネシアと塩基性炭酸マグネシウムと石膏を含む固化材を用いた固化処理土（実施例４〜５）の一軸圧縮強さ（材齢７日：１，１０１〜１，１６２ｋＮ／ｍ^２、材齢２８日：１１２４〜１，２６５ｋＮ／ｍ^２）は、実施例１〜３における固化処理土の一軸圧縮強さ（材齢７日：７７８〜１，０５８ｋＮ／ｍ^２、材齢２８日：９１５〜１，２３３ｋＮ／ｍ^２）や、比較例１〜２における固化処理土の一軸圧縮強さ（材齢７日：２６〜６７１ｋＮ／ｍ^２、材齢２８日：３４〜８４８ｋＮ／ｍ^２）よりも大きいことがわかる。

Claims

酸化マグネシウム含有物質と下記化学式で表される塩基性炭酸マグネシウムを含むことを特徴とする固化材。
ｍＭｇＣＯ_３・Ｍｇ（ＯＨ）_２・ｎＨ_２Ｏ
（上記化学式中、ｍは３〜５の整数であり、ｎは３〜７の整数である。）
上記酸化マグネシウム含有物質が、軽焼マグネシア、軽焼マグネシアの部分水和物、軽焼ドロマイト、及び、軽焼ドロマイトの部分水和物の中から選ばれる少なくとも１種である請求項１に記載の固化材。
上記酸化マグネシウム含有物質と上記塩基性炭酸マグネシウムの合計量中の、上記塩基性炭酸マグネシウムの量の割合が、０．４〜１８．０質量％である請求項１または２に記載の固化材。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の固化材を、土壌に添加し、混合することを特徴とする土壌の固化処理方法。
上記土壌が、火山灰質粘性土である請求項４に記載の土壌の固化処理方法。