JP2020164343A - セメント組成物、固化処理方法、及び処理土の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】各種土壌を土木材料として安定的に再利用することを可能にする土壌の処理方法に好適に用いることが可能なセメント組成物を提供すること。【解決手段】主材として高炉セメントＢ種を含み、助材として酸化マグネシウム及び硫酸第一鉄１水和物を含むセメント組成物であって、硫酸第一鉄１水和物に含まれるＦｅ２Ｏ３成分に対する、酸化マグネシウムに含まれるＭｇＯ成分の質量比（ＭｇＯ成分／Ｆｅ２Ｏ３成分）が０．５〜２０であり、高炉セメントＢ種、酸化マグネシウム、及び硫酸第一鉄１水和物の合計に対する、高炉セメントＢ種の比率が５５〜８５質量％である、セメント組成物を提供する。【選択図】なし

Description

本発明は、セメント組成物、固化処理方法、及び処理土の製造方法に関する。

近年、建設工事に伴い莫大な量の建設発生土や建設汚泥が定期的に搬出される一方で、その処分地を確保することが困難となっている。このため、建設発生土や建設汚泥等の土壌を土木材料として再利用することが求められている。

ところが、建設発生土には、土木材料としてそのまま利用することが難しい低品質な土が含まれる。このような低品質の土壌のうち、例えば流動性を呈するような泥状のものは、標準仕様のダンプトラックに山積みすることができず、運搬することが困難である。このような土壌のハンドリング性を改善し、さらに土木材料として再利用するために強度を向上させる方法として、セメント系の材料で土質改良する方法が検討されている。

このような土壌を土木材料として再利用するには、土壌にセメント系材料を添加して現場の敷地内に仮置きした後、場外へ搬出する。処理土を盛土等で利用する場合には、搬出後に利用先にて転圧されることとなるが、その際、一旦固化した泥土は解きほぐし・締固めの作用を受け、強度が低下することが知られている。その強度低下率は、解きほぐし・締固め前の強度が高いほど大きいことが報告されている（例えば、非特許文献１参照）。また、土壌に含まれる有機物が改良材の硬化を阻害することが知られている（例えば、非特許文献２参照）。

そのため、このような強度低下を考慮して土壌の処理方法を設計する必要がある。例えば、セメント系材料の添加量を増加して、ときほぐし前の強度を高くする方法が提案されている。しかし、セメント系材料の添加量を増加すると、セメントに含まれる六価クロムを土壌に多く持込むこととなり、土壌の性状によっては処理土からの六価クロムの溶出量が溶出基準を超過することが懸念される。

セメント系材料を使用した場合の処理土からの六価クロム溶出量の抑制方法としては、硫酸第一鉄などの鉄塩を添加することが有効であることが示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−３４８５７１公報

セメント協会、セメント・コンクリート Ｎｏ．７６９、２０１１年３月、ｐｐ．２−７ 熊登繁幸・島谷登著、「土質安定処理効果に及ぼす有機物の影響と耐有機性固化材について」、土木試験書月報 Ｎｏ．４０２、１９８６年１１月、ｐｐ．１５−２６

しかしながら、特許文献１のように硫酸第一鉄等の鉄塩を添加すると強度発現性が悪くなる場合がある。本発明者らの検討によれば、特にフミン酸やフルボ酸のような腐植物質（有機物）を多く含有するような高含水土に対して硫酸第一鉄等の鉄塩を添加すると、強度発現性が著しく低下する場合があることが分かった。

そこで、本発明は、各種土壌を土木材料として安定的に再利用することを可能にする土壌の処理方法及び処理土の製造方法を提供する。また、このような土壌の処理方法に好適に用いることが可能なセメント組成物を提供する。

本発明者らは、特許文献１のように、セメントのような水硬性材料に硫酸第一鉄を添加した改良材では、一般的には高炉セメント中のセメント鉱物及びアルミナ分と、硫酸第一鉄から供給される硫酸塩によりエトリンガイトを生成して強度発現性が発現するが、処理される土壌（処理対象土）の中にセメントの水和を阻害する成分を含まれる場合には、硫酸第一鉄のような鉄塩から水酸化鉄が先行して生成することによってエトリンガイトの生成を妨げることを見出した。

さらに、処理対象土の中にセメントの水和を阻害する成分が存在する場合に、酸化マグネシウムが高炉スラグの刺激材となること、そして、酸化マグネシウムが存在すると硫酸第一鉄１水和物から供給される硫酸塩と高炉セメントＢ種中のセメント鉱物及びアルミナ分によりエトリンガイトが効果的に生成することに着眼した。

そして、このような着眼点の下、高炉セメントＢ種に酸化マグネシウム及び硫酸第一鉄１水和物を助材として、所定の成分を特定量含有するセメント組成物を用いて処理することにより、通常のセメント系材料で固化処理し難いような土壌においても強度発現に優れ、且つ、処理土からの六価クロム溶出量も土壌溶出量基準値以下に抑制できることを見出し、本発明を完成させるに至った。

本発明の一側面に係るセメント組成物は、主材として高炉セメントＢ種を含み、助材として酸化マグネシウム及び硫酸第一鉄１水和物を含むセメント組成物であって、硫酸第一鉄１水和物に含まれるＦｅ_２Ｏ_３成分に対する、酸化マグネシウムに含まれるＭｇＯ成分の質量比（ＭｇＯ成分／Ｆｅ_２Ｏ_３成分）が０．５〜２０であり、高炉セメントＢ種、酸化マグネシウム、及び硫酸第一鉄１水和物の合計に対する、高炉セメントＢ種の比率が５５〜８５質量％である。ここで、硫酸第一鉄１水和物に含まれるＦｅ_２Ｏ_３成分は、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」に準拠して測定され、ＦｅをＦｅ_２Ｏ_３に換算した値である。

上記セメント組成物によれば、腐植物質を含むような土壌であっても、優れた強度増進作用により土木材料として利用可能な強度を安定的に発現することができる。また、処理土からの六価クロムの溶出量を土壌溶出量基準値以下に抑制することもできる。また、土壌に添加した後の初期の強度を、運搬できる程度の低い強度に維持することも可能である。

酸化マグネシウムは軽焼酸化マグネシウムであることが好ましい。また、軽焼酸化マグネシウムにおけるＭｇＯ成分の含有率は８０質量％以上であることが好ましい。

本発明の一側面に係る土壌の処理方法は、上述のセメント組成物と土壌とを混合して処理土を得る工程を有する。この処理方法は、上述のセメント組成物を用いることから、腐植物質を含むような土壌であっても、セメント組成物の優れた強度増進作用により、処理土を安定的に土木材料として利用可能な強度にすることができる。また、処理土からの六価クロムの溶出量を土壌溶出量基準値以下に抑制することもできる。また、土壌に添加した後の初期の強度を、運搬できる程度の低い強度に維持することも可能である。

上記処理方法で得られる処理土は、材齢２８日の供試体を解きほぐし・締固めしたときのコーン指数（ｑｃ_２８）が４００ｋＮ／ｍ^２以上であることが好ましい。上記処理方法で得られる処理土からの六価クロム溶出量は０．０５ｍｇ／Ｌ以下であることが好ましい。なお、本明細書における材齢２８日の供試体を解きほぐし・締固めしたときのコーン指数（ｑｃ_２８）は、以下の手順で求められる。まず、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」に準拠して成型して供試体を作製し、２８日間養生する。そして、２８日間養生後に、供試体の一軸圧縮強さをＪＩＳ Ａ１２１６「土の一軸圧縮試験方法」に準拠して測定する。このようにして求めた一軸圧縮強さを、以下の式に代入すれば、材齢２８日の供試体を解きほぐし・締固めしたときのコーン指数（ｑｃ_２８）が得られる。ここで、αは、解きほぐし・締固めによる強度低下率であり、「０．５５」である。
コーン指数（ｋＮ／ｍ^２）＝α×９．９×一軸圧縮強さ（ｋＮ／ｍ^２）

上記処理方法における上記工程は、土壌１ｍ^３に対してセメント組成物を３０〜３００ｋｇ混合することが好ましい。

上記処理方法でセメント組成物と混合される土壌の腐植物質の含有量は５質量％以上であってよい。このように腐植物質の含有量が高い土壌であっても、セメント組成物の優れた強度増進作用により、処理土を土木材料として利用可能な強度にすることができる。上記腐植物質は、フミン酸、フルボ酸、及びビチューメンからなる群より選ばれる少なくとも一つを含んでいてもよい。

本発明の一側面に係る処理土の製造方法は、セメント組成物と土壌とを混合して処理土を得る工程を有する。この製造方法は、上述のセメント組成物を用いることから、腐植物質を含むような土壌であっても、セメント組成物の優れた強度増進作用により、土木材料として利用可能な強度を有する処理土を安定的に製造することができる。また、この処理土からの六価クロムの溶出量を土壌溶出量基準値以下に抑制することもできる。さらに、土壌と混合した後の初期の強度を、運搬できる程度の低い強度に維持することも可能である。

本発明によれば、建設現場等で発生する土壌を土木材料として安定的に再利用することを可能にする土壌の処理方法及び処理土の製造方法を提供することができる。また、このような土壌の処理方法に好適に用いることが可能なセメント組成物を提供することができる。

実施例のデータをプロットしたグラフである。 腐植物質の含有量の測定手順を示す図である。

以下に本発明の実施形態を説明する。ただし、以下の実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。

＜セメント組成物＞
一実施形態に係るセメント組成物は、主材として高炉セメントＢ種を含み、助材として酸化マグネシウム及び硫酸第一鉄１水和物を含む。ここで、主材とは、セメント組成物において最も多く含まれる材料をいう。一方、助材とは、主材とともにセメント組成物に含まれる材料であり、主材よりもセメント組成物における含有量が少ない材料をいう。

高炉セメントＢ種、酸化マグネシウム、及び硫酸第一鉄１水和物の合計に対する、高炉セメントＢ種の比率は、５５〜８５質量％である。当該比率は、強度発現性を一層高くする観点から、好ましくは５９〜８１質量％であり、より好ましくは６３〜７５質量％であり、さらに好ましくは６３〜７２質量％である。当該比率が５５質量％よりも少ないと強度発現性が十分に発揮されない。また、当該比率が８５質量％よりも多いと強度発現性が十分発揮されず、また、六価クロムの溶出抑制作用が損なわれることとなる。

高炉セメントＢ種は、ＪＩＳ Ｒ ５２１１に規定される混合セメントであり、ポルトランドセメント及び高炉スラグで構成されるものと、クリンカー、石膏、高炉スラグ及び少量成分で構成されものがある。高炉セメントＢ種における高炉スラグの分量は、３０質量％を超え、６０質量％以下である。

助材として硫酸第一鉄１水和物を使用する。硫酸第一鉄１水和物におけるＦｅ_２Ｏ_３成分の含有率は、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」に準拠して測定される。なお、本明細書において、「Ｆｅ_２Ｏ_３成分」とは助材の一つである硫酸第一鉄１水和物に含まれるＦｅ_２Ｏ_３成分のみをいい、硫酸第一鉄１水和物以外の材料に含まれるＦｅ_２Ｏ_３成分は含まない。

酸化マグネシウムは、出発原料として炭酸マグネシウム及び／又は水酸化マグネシウムを使用し、それらを所定の温度で焼成し、脱炭酸又は脱水することにより得られる。炭酸マグネシウムを出発原料とする酸化マグネシウムは、焼成温度６００〜９００℃で得られる軽焼酸化マグネシウムと、焼成温度１２００℃以上で得られる重焼マグネシアとに区分される。軽焼酸化マグネシウムは、重焼酸化マグネシウムよりも反応活性が低い傾向がある。このため、助材として用いられる酸化マグネシウムは、軽焼酸化マグネシウムであることが好ましい。

助材である酸化マグネシウムは、不純物を含んでいてもよい。酸化マグネシウムにおけるＭｇＯ成分の含有率は、例えば、８０質量％以上であってよく、８５質量％以上であってよく、９０質量％以上であってもよい。この含有率は、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」に準拠して測定される。なお、本明細書において、「ＭｇＯ成分」とは助材の一つである酸化マグネシウムに含まれるＭｇＯ成分のみをいい、酸化マグネシウム以外の材料に含まれるＭｇＯ成分は含まない。

セメント組成物全体に対するＦｅ_２Ｏ_３成分の含有率は、強度発現性に一層優れる処理土とする観点から、例えば、０．５〜２０質量％であってよく、１〜１５質量％であってもよい。セメント組成物全体に対するＭｇＯ成分の含有率は、同様の観点から、例えば、２〜３０質量％であってよく、３〜２５質量％であってもよい。

セメント組成物全体に対するＭｇＯ成分の含有率と、セメント組成物全体に対するＦｅ_２Ｏ_３成分の含有率の比（Ｆｅ_２Ｏ_３成分に対するＭｇＯ成分の質量比）は、０．５〜２０である。強度発現性に一層優れる処理土とする観点から、当該比は、好ましくは０．６３〜１２．５であり、より好ましくは０．７５〜５であり、さらに好ましくは１〜３である。当該比が０．５未満では、強度発現効果が著しく低下する。当該比が２０を超えると、六価クロム溶出抑制効果が小さくなる。

セメント組成物に含まれる高炉セメントＢ種、酸化マグネシウム及び硫酸第一鉄１水和物は、いずれも粉末状であってよい。本実施形態のセメント組成物は、ミキサー等の公知の粉体混合用の機器を用いて粉末状の各材料を公知の方法で混合して製造することができる。

＜土壌の処理方法＞
本実施形態の土壌の処理方法は、上述のセメント組成物と土壌とを混合して処理土を得る工程を有する。土壌に対するセメント組成物の添加量は、処理対象の土壌の種類によって選定してよい。例えば、土壌１ｍ^３に対して、セメント組成物を３０〜３００ｋｇ添加すれば、十分な強度を有する処理土（固化処理土）が得られる。したがって、本実施形態の土壌の処理方法は、土壌の固化処理方法又は処理土の製造方法ということもできる。

本実施形態の土壌の処理方法は、上述のセメント組成物を用いることから、土壌が腐植物質を含んでいてもよい。腐植物質は、フミン酸、フルボ酸、及びビチューメンからなる群より選ばれる少なくとも一つを含んでいてもよい。土壌における腐植物質の含有量は、５質量％以上であってよく、６〜２５質量％であってよく、１０〜２０質量％であってよい。上記含有量は、フミン酸、フルボ酸、及びビチューメンの合計の含有量であってよい。

セメント組成物の優れた強度発現性を発揮させつつ、処理土からの六価クロムの溶出量を十分に低減する観点から、土壌１ｍ^３に対するセメント組成物の添加量は、好ましくは３０〜２５０ｋｇ／ｍ^３であり、より好ましくは３０〜２００ｋｇ／ｍ^３であり、さらに好ましくは３０〜１５０ｋｇ／ｍ^３である。この添加量が３０ｋｇ／ｍ^３未満であると、処理対象土との混合が不十分になる可能性がある。一方、この添加量が３００ｋｇ／ｍ^３を超えると処理コストが高くなる。なお、セメント組成物の添加量は、事前の室内配合試験の結果によって決定してもよい。

土壌へのセメント組成物の添加は、粉体の状態、又はスラリーの状態のいずれの状態でも行うことができる。セメント組成物と土壌との混合は、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、及びプラント混合等、通常用いられる混合方法を採用することができる。

セメント組成物をスラリーの状態で土壌に添加する場合、スラリーの可使時間を延ばすため、遅延剤を添加してもよい。遅延剤の種類としては、グルコン酸ナトリウム、及び酒石酸ナトリウム等が挙げられる。遅延剤の添加量は、セメント組成物１００質量部に対して、例えば０．００４〜０．０２質量部であってよく、０．００６〜０．０１４質量部であってもよい。

遅延剤の添加量が０．００４質量部よりも少なくなると、可使時間の延長効果が現れ難くなる傾向がある。一方、遅延剤の添加量が０．０２質量部よりも多くなると、処理土の強度発現効果が低下する傾向にある。

上述の土壌の処理方法によって得られる処理土は、腐植物質の含有量が高い土壌を用いた場合であっても、セメント組成物の優れた強度増進作用により、処理土を土木材料として利用可能な強度にすることができる。例えば、材齢２８日の供試体を解きほぐし・締固めしたときのコーン指数（ｑｃ_２８）は、好ましくは４００ｋＮ／ｍ^２以上であり、より好ましくは５００ｋＮ／ｍ^２以上であり、さらに好ましくは５５０ｋＮ／ｍ^２以上である。本明細書におけるコーン指数は、以下の式で計算される値である。下式中、αは、解きほぐし・締固めによる強度低下率であり、「０．５５」である。一軸圧縮強さは、ＪＩＳ Ａ１２１６「土の一軸圧縮試験方法」に準拠して測定される値である。

コーン指数（ｋＮ／ｍ^２）＝α×９．９×一軸圧縮強さ（ｋＮ／ｍ^２）

上述の土壌の処理方法によって得られる処理土は、土壌と混合した後の初期の強度を、運搬できる程度の低い強度に維持することも可能である。解きほぐし・締固め後における初期の強度は、例えば、材齢７日におけるコーン指数で評価できる。材齢７日の供試体を解きほぐし・締固めしたときのコーン指数（ｑｃ_７）は、好ましくは１００〜３９０ｋＮ／ｍ^２以上であり、より好ましくは１３０〜３００ｋＮ／ｍ^２であり、さらに好ましくは１５０〜２１０ｋＮ／ｍ^２以上である。材齢７日の供試体のコーン指数（ｑｃ_７）は、供試体の養生期間を７日とすること以外はコーン指数（ｑｃ_２８）と同様にして求めることができる。

材齢７日の成型体のコーン指数（ｑｃ_７）に対する材齢２８日の成型体のコーン指数（ｑｃ_２８）の比（ｑｃ_２８／ｑｃ_７）は、例えば１．６以上であってよく、１．９以上であってもよい。

上述の土壌の処理方法によって得られる処理土からの六価クロム溶出量は、セメント組成物と土壌を混合して７日間養生した時点において、好ましくは０．０５ｍｇ／Ｌ以下であり、より好ましくは０．０４ｍｇ／Ｌ未満であり、さらに好ましくは０．０３５未満である。本明細書における六価クロム溶出量は、ＪＩＳ Ｋ ０１０２「工業排水試験方法」に準拠して測定される検液中の六価クロム濃度である。この検液は、処理土を７日間養生した後、平成１５年環境庁告示第１８号に準拠して作製される。

本実施形態の土壌の処理方法によれば、建設現場等で発生する土壌のように、成分のばらつきが多い土壌であっても、安定的に固化強度を高めるとともに、処理土からの六価クロムの溶出量を低減することができる。

以上、幾つかの実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、セメント組成物が添加される土壌が腐植物質を含むことは必須ではなく、腐植物質を含んでいない土壌であってもよい。

以下、実施例を参照して本発明の内容をより具体的に説明する。ただし、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。

１．セメント組成物の調製
［材料］
・高炉セメントＢ種：宇部三菱セメント（株）製
・酸化マグネシウム：軽焼酸化マグネシウム（市販品）
・硫酸第一鉄：硫酸第一鉄１水和物（市販品）
・塩化第一鉄：塩化第一鉄２水和物（市販品）
・硫酸カルシウム：硫酸カルシウム無水物（市販品）

［材料の化学組成］
材料の化学組成を表１に示す。高炉セメントＢ種の化学組成は、ＪＩＳ Ｒ ５２０２：１９９９「ポルトランドセメントの化学分析方法」に準拠して測定した。軽焼酸化マグネシウム、硫酸第一鉄１水和物及び塩化第一鉄２水和物の化学組成は、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。硫酸カルシウム無水物の化学組成は、ＪＩＳ Ｒ ９１０１「セッコウの化学分析方法」準拠して測定した。

［セメント組成物］
上述の材料を表２に示す割合で配合して混合し、セメント組成物を調製した。

表１の化学組成の結果と表２の配合割合から、硫酸第一鉄１水和物に含まれるＦｅ_２Ｏ_３成分のセメント組成物全体に対する含有率と、軽焼酸化マグネシウムに含まれるＭｇＯ成分のセメント組成物全体に対する含有率を算出した。また、Ｆｅ_２Ｏ_３成分の含有率に対するＭｇＯ成分の含有率の比（Ｆｅ_２Ｏ_３成分に対するＭｇＯ成分の質量比）を算出した。これらの結果を表３に示す。

図１は、セメント組成物Ａ〜Ｉ（実施例１〜８、比較例１）のＦｅ_２Ｏ_３成分及びＭｇＯ成分の含有率を、（ｘ，ｙ）＝（Ｆｅ_２Ｏ_３成分の含有率，ＭｇＯ成分の含有率）としてプロットしたグラフである。図１における実線は、ＭｇＯ成分／Ｆｅ_２Ｏ_３成分＝０．５と、ＭｇＯ成分／Ｆｅ_２Ｏ_３成分＝２０を示している。図１における点線は、ＭｇＯ成分／Ｆｅ_２Ｏ_３成分＝０．６３と、ＭｇＯ成分／Ｆｅ_２Ｏ_３成分＝１２．５を示している。

セメント組成物Ａ〜Ｈ（実施例１〜８）は、軽焼酸化マグネシウム中のＭｇＯ成分と硫酸第一鉄１水和物中のＦｅ_２Ｏ_３成分の各含有率の比率（ＭｇＯ成分／Ｆｅ_２Ｏ_３成分）が０．７〜１０．６であり、高炉セメントＢ種と軽焼酸化マグネシウムと硫酸第一鉄１水和物の合計に対する高炉セメントＢ種の割合が６０〜８０質量％である。

セメント組成物Ｉ（比較例１）は、軽焼酸化マグネシウム中のＭｇＯ成分と硫酸第一鉄１水和物中のＦｅ_２Ｏ_３成分の各含有率の比率（ＭｇＯ成分／Ｆｅ_２Ｏ_３成分）が０．４であり、高炉セメントＢ種と軽焼酸化マグネシウムと硫酸第一鉄１水和物の合計に対する高炉セメントＢ種の割合が７０質量％である。

セメント組成物Ｊ（比較例２）は、軽焼酸化マグネシウム中のＭｇＯ成分と塩化第一鉄２水和物中のＦｅ_２Ｏ_３成分の各含有率の比率（ＭｇＯ成分／Ｆｅ_２Ｏ_３成分）が１．５であり、高炉セメントＢ種と軽焼酸化マグネシウムと塩化第一鉄２水和物の合計に対する高炉セメントＢ種の割合が６５質量％である。

セメント組成物Ｋ（比較例３）は、高炉セメントＢ種（８０質量％）と硫酸第一鉄１水和物（２０質量％）からなるセメント組成物である。セメント組成物Ｌ（比較例４）は、高炉セメントＢ種（８０質量％）と軽焼酸化マグネシウム（２０質量％）からなるセメント組成物である。

セメント組成物Ｍ（比較例５）は、高炉セメントＢ種（１００質量％）からなるセメント組成物である。セメント組成物Ｎ（参考例）は、高炉セメントＢ種を６５質量％と硫酸カルシウム無水物を２０質量％と軽焼酸化マグネシウムを１５質量％からなるセメント組成物である。硫酸カルシウム無水物は、一般に土壌を固化する目的としたセメント系材料に添加される硫酸塩である。

２．セメント組成物の評価
［試料土］
鳥取県鳥取市で採取したダム堆積土を試料土として使用した。試料土の性状は表４に示すとおりであった。本試料土は、高含水であり有機物も多く含有している。試料土の含水比は、ＪＩＳ Ａ １２０３：２００９「土の含水比試験方法」に準拠して測定した。試料土の湿潤密度は、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。試料土の粒度は、ＪＩＳ Ａ １２０４：２００９「土の粒度試験方法」に準拠して測定した。試料土の強熱減量は、ＪＩＳ Ａ １２２６：２００９「土の強熱減量試験方法」に準拠して測定した。測定結果は表４に示すとおりであった。

試料土の腐植物質の含有量は、図２（非特許文献２の図−４から引用）に示す手順に沿って測定した。フミン酸は、ベンゼンとアルコールの混合溶媒に不溶、アルカリに可溶且つ酸に不溶の腐植物質である。フルボ酸は、ベンゼンとアルコールの混合溶媒に不溶、酸及びアルカリに可溶な腐植物質である。ビチューメンは、ベンゼンとアルコールの混合溶媒に可溶で酸及びアルカリに不溶の腐植物質である。図２の方法は、このような物性を用いて各腐植物質を定量する方法である。具体的には、以下の手順で測定した。

試料土をホバート型ミキサーで撹拌した後、２ｍｍの標準網篩で裏ごしして室内において自然乾燥させ風乾泥炭試料（以下、「風乾泥炭」と称する。）とした。

ビチューメンの抽出は、風乾泥炭の一定量を円筒ろ紙に入れ、湯せん器上のソックスレー抽出装置中でエタノールとベンゼンの混合液（１：１の質量比）によって、抽出器中の溶媒が完全に無色になるまで継続して抽出を行った。抽出終了後、受器中の抽出液を５０℃で恒温乾燥し秤量した。

腐植物質の分離抽出は、ビチューメンを除去した泥炭を風乾した試料に対して行った。具体的には、ビチューメンを除去した泥炭を風乾した試料を０．５ＮのＮａＯＨ水溶液中に４８時間浸し、得られた抽出液に０．５ＮのＨＣｌ水溶液を加えた。その後、遠心分離でろ液（フルボ酸）と沈澱（腐植酸ゲル）に分離した。得られた沈澱に対し、０．５ＮのＮａＯＨ水溶液と０．５ＮのＨＣｌ水溶液を用いる上述の工程を繰り返して行った後、純水による洗浄によって高純度フミン酸を得た。これを９０℃の炉で乾燥して秤量した。

アルカリ不溶成分は、別途に恒温乾燥後、秤量した。また、試料土の強熱減量測定値を試料土の全有機物量とし、この全有機物量から、ビチューメン、フミン酸及びアルカリ不溶成分（土粒子を除く）を減じた値をもってフルボ酸量とした。これらの測定値に基づいて、各腐植物質の含有量を求めた。結果は、表４に示すとおりであった。

試料土の化学組成は、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。結果は、表５に示すとおりであった。

［処理土の作製］
調製したセメント組成物Ａ〜Ｎと試料土を、試料土１ｍ^３当たり１５０ｋｇの割合で配合し、ホバート型ミキサーを用いて９０秒間混合した。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」に準拠して成型し、直径５ｃｍ，高さ１０ｃｍの円柱供試体を得た。
［供試体の養生］
この供試体を温度２０℃，湿度９０％で密封し、７日間及び２８日間養生した。

［一軸圧縮試験］
上述の条件で、供試体を７日間及び２８日間養生した後の一軸圧縮強さを、ＪＩＳ Ａ１２１６「土の一軸圧縮試験方法」に準拠して測定した。この一軸圧縮強さ（ｑｕ）を、下式によって、解きほぐし・締固めを行った後のコーン指数（ｑｃ）に換算した。この換算は、文献「セメント協会、地盤改良マニュアル第４版、ｐ．２４２」の関係式（ｑｃ＝９．９・ｑｕ）に基づくものである。
コーン指数（ｋＮ／ｍ^２）＝α×９．９×一軸圧縮強さ（ｋＮ／ｍ^２）

ここで、上式中、αは、解きほぐし・締固めによる強度低下率である。処理土は解きほぐし・締固めを行うことによって強度が低下する。そこで、非特許文献１を参考にして、解きほぐし・締固めによる強度低下率αを「０．５５」とした。材齢７日及び２８日の供試体のコーン指数（ｑｃ_７及びｑｃ_２８）、及び、材齢７日の供試体のコーン指数（ｑｃ_７）に対する材齢２８日の供試体のコーン指数（ｑｃ_２８）の比（ｑｃ_２８／ｑｃ_７）は、表６に示すとおりであった。

［六価クロム溶出試験］
上述のとおり作製した処理土を７日間養生した後、平成１５年環境庁告示第１８号に準拠して検液を作製した。その検液の六価クロム濃度をＪＩＳ Ｋ ０１０２「工業排水試験方法」に準拠して測定した。測定結果は表６に示すとおりであった。六価クロム溶出試験の試験材齢を養生７日後としたのは、２０００年３月に旧建設省、旧運輸省、及び農林水産省からの「セメント及びセメント系固化材の地盤改良への使用及び改良土の再利用に関する当面の措置について」の通達において、新たに新設するセメント改良土では、事前配合設計時に養生７日間で六価クロム溶出試験を実施することとなっているためである。したがって、本明細書の六価クロムの溶出量は、処理土を７日間養生した場合の値である。

［評価］
材齢２８日の供試体を解きほぐし・締固めしたときのコーン指数（ｑｃ_２８）が４００ｋＮ／ｍ^２以上である場合を「〇」、４００ｋＮ／ｍ^２未満である場合を「×」と評価した。また、材齢７日の固化処理土からの六価クロム溶出量が土壌溶出量基準値（０．０５ｍｇ／Ｌ）以下である場合を「〇」、土壌溶出量基準値を超える場合を「×」と評価した。コーン指数及び土壌溶出量基準値の両方を満足した場合の総合判定を「〇」、どちらか一方又は両方を満足できない場合の総合判定を「×」とした。結果は、表６に示すとおりであった。

［評価結果］
表６に示すように、硫酸第一鉄１水和物中のＦｅ_２Ｏ_３成分に対する、軽焼酸化マグネシウム中のＭｇＯ成分の比が所定の範囲にある実施例１〜８のセメント組成物Ａ〜Ｈは、当該比が所定の範囲外にある比較例１のセメント組成物Ｉ、硫酸第一鉄１水和物の代わりに塩化第一鉄２水和物を含有する比較例２のセメント組成物Ｊ、及び軽焼酸化マグネシウムを含有しない比較例３のセメント組成物Ｋに比べて、強度発現性に優れていることが確認された。実施例１〜８のセメント組成物Ａ〜Ｈは、材齢２８日の処理土のコーン指数が４００ｋＮ／ｍ^２以上であり、土木材料として広い用途に使用することができる。

実施例１〜８のセメント組成物Ａ〜Ｈは、硫酸第一鉄１水和物を含有しない比較例４のセメント組成物Ｌ、及び高炉セメントＢ種のみからなる比較例５のセメント組成物Ｍに比べて、強度発現性に優れることが確認された。実施例１〜８のセメント組成物Ａ〜Ｈは、材齢２８日の供試体を解きほぐし・締固めしたときのコーン指数を４００ｋＮ／ｍ^２以上とし、且つ、処理土からの六価クロム溶出量を土壌溶出量基準値（０．０５ｍｇ／Ｌ）以下に抑制できる。このため、土木材料として広い用途に使用することができる。

実施例１〜８のセメント組成物Ａ〜Ｈのうち、高炉セメントＢ種（６５質量％）と軽焼酸化マグネシウム（１５質量％）と硫酸第一鉄１水和物（２０質量％）からなるセメント組成物Ｄ（実施例４）は、高炉セメントＢ種（６５質量％）と軽焼酸化マグネシウム（１５質量％）と硫酸カルシウム無水物（２０質量％）からなるセメント組成物Ｎ（参考例１）に比べて、材齢７日の六価クロムの溶出量の抑制効果が大きいことが確認された。

以上のように、各実施例のセメント組成物は、鉄塩として塩化第一鉄２水和物を使用したセメント組成物、高炉セメントＢ種に硫酸第一鉄１水和物又は軽焼酸化マグネシウムのどちらかを加えたセメント組成物、及び高炉セメントＢ種単品に比べて、強度発現性に優れるとともに、処理土からの六価クロムの溶出を十分に抑制することができる。

Claims (8)

1. 主材として高炉セメントＢ種を含み、助材として酸化マグネシウム及び硫酸第一鉄１水和物を含むセメント組成物であって、
   前記硫酸第一鉄１水和物に含まれるＦｅ_２Ｏ_３成分に対する、前記酸化マグネシウムに含まれるＭｇＯ成分の質量比（ＭｇＯ成分／Ｆｅ_２Ｏ_３成分）が０．５〜２０であり、
   前記高炉セメントＢ種、前記酸化マグネシウム、及び前記硫酸第一鉄１水和物の合計に対する、前記高炉セメントＢ種の比率が５５〜８５質量％である、セメント組成物。
2. 前記酸化マグネシウムが軽焼酸化マグネシウムであり、
   前記軽焼酸化マグネシウムにおけるＭｇＯ成分の含有率が８０質量％以上である請求項１に記載のセメント組成物。
3. 請求項１又は請求項２に記載のセメント組成物と土壌とを混合して処理土を得る工程を有する、土壌の処理方法。
4. 前記処理土は、材齢２８日の供試体を解きほぐし・締固めしたときのコーン指数（ｑｃ_２８）が４００ｋＮ／ｍ^２以上であり、
   前記処理土からの六価クロムの溶出量が０．０５ｍｇ／Ｌ以下である、請求項３に記載の土壌の処理方法。
5. 前記工程では、前記土壌１ｍ^３に対して前記セメント組成物を３０〜３００ｋｇ混合する、請求項３又は４に記載の土壌の処理方法。
6. 前記土壌の腐植物質の含有量が５質量％以上である、請求項３〜５のいずれか一項に記載の土壌の処理方法。
7. 前記腐植物質が、フミン酸、フルボ酸、及びビチューメンからなる群より選ばれる少なくとも一つを含む、請求項６に記載の土壌の処理方法。
8. 請求項１又は請求項２に記載のセメント組成物と土壌とを混合して処理土を得る工程を有する、処理土の製造方法。

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