JP2021006614A - 土壌改質材及び土壌改質方法 - Google Patents

Abstract

【課題】改質主材の劣化を抑制して、品質を保持できる土壌改質材を提供する。【解決手段】吸水性ポリマーと高分子凝集剤とゼオライトとを含有する土壌改質材であって、前記ゼオライトの配合量は、前記吸水性ポリマー１００質量部に対して７５質量部以上であることを特徴とする土壌改質材。前記ゼオライトの配合量は、吸水性ポリマー１００質量部に対して５００質量部以下であることを特徴とする土壌改質材。【選択図】図１

Description

本発明は、土壌改質材に関する。

湿潤した土壌、汚染土や残土等の土壌に改質材を添加することにより、粘り気のある土壌を改質して不純物の分離を行うなど、土壌の取り扱い性や作業性を高めることが行われている。一般的には、土壌改質材は、吸水して膨張する吸水性樹脂と、対象土壌の土粒子表面に作用して結合させる高分子化合物（高分子凝集剤）とを改質主材として含有する（特許文献１）。

特許第２９７４２１５号公報

しかしながら、改質主材である吸水性樹脂及び高分子凝集剤は、空気中の水分により潮解又は凝固する傾向がある。改質主材の潮解や凝固は劣化を意味するので、土壌改質材としての効果が低減してしまう。

したがって、本発明の目的は、改質主材の劣化を抑制して、品質を保持できる土壌改質材を提供することにある。

本発明者らは、以上の目的を達成するために、鋭意検討した結果、品質保持材として所定量のゼオライトを含有することによって、改質主材の劣化を抑制して土壌改質材の品質を保持できることを見出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明は、吸水性ポリマーと高分子凝集剤とゼオライトとを含有する土壌改質材であって、前記ゼオライトの配合量は、前記吸水性ポリマー１００質量部に対して７５質量部以上であることを特徴とする土壌改質材に関する。

本発明によれば、改質主材の劣化を抑制して、品質を保持できる土壌改質材を提供することができる。

材料の吸水性の変化を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
本発明の土壌改質材は、改質主材としての吸水性ポリマー及び高分子凝集剤と、品質保持材としてのゼオライトとを含有する。それぞれの成分について、以下に説明する。

吸水性ポリマーは、水と接触することで吸水し、膨潤する性質を有する樹脂である。吸水性ポリマーとしては、例えば、デンプン系、セルロース系、ポリビニルアルコール系、及びアクリル系等の樹脂が挙げられるが、特にアクリル系が好ましい。吸水性ポリマーの具体例としては、ポリアクリル酸ナトリウム等が挙げられる。

高分子凝集剤は、対象土壌の土粒子表面に作用して、土粒子同士を結合する化合物である。高分子凝集剤としては、有機高分子化合物が好ましく、例えば、ポリアクリルアミド系化合物が挙げられる。対象土壌の帯電の状況に応じて、アニオン系又はノニオン系の高分子凝集剤を適宜選択することができる。

高分子凝集剤は、粉末又は液体であることが好ましい。高分子凝集剤の配合量は、一般的には、吸水性ポリマー１００質量部に対し、０．１〜４０質量部程度である。高分子凝集剤の配合量は、吸水性ポリマー１００質量部に対し１〜３０質量部が好ましく、５〜２０質量部がより好ましい。この配合比であれば、対象土壌の脱水がよりいっそう促進される。

改質主材としての吸水性ポリマー及び高分子凝集剤は、いずれも雰囲気中の水分により潮解又は凝固する傾向がある。本発明の土壌改質材においては、改質主材より吸水性が高い材料を、品質保持材として配合して優先的に吸水させる。これによって、吸水性ポリマー等の改質主材の劣化が抑制されることから、土壌改質材の品質を保持することが可能となった。
品質保持材としては、ゼオライトが用いられる。ゼオライトは特に限定されず、天然ゼオライト、合成ゼオライト、及び人工ゼオライトのいずれも使用することができる。

ゼオライトの配合量は、吸水性ポリマー１００質量部に対し、７５質量部以上に規定される。７５質量部未満の場合には、改質主材の吸水を抑制することができない。ゼオライトが過剰に配合されても、効果が顕著に向上するわけではない。ゼオライトの配合量は、吸水性ポリマー１００質量部に対し、５００質量部以下にとどめることが望まれる。ゼオライトの配合量は、吸水性ポリマー１００質量部に対し、８５〜４００質量部が好ましく、１００〜３００質量部がより好ましい。
品質保持材としてのゼオライトの効果は、吸水性ポリマーや高分子凝集剤の種類や組み合わせによらず発揮される。

ゼオライトは、粒径が小さすぎても、大きすぎても、吸水性能が低下するおそれがある。これらを考慮すると、ゼオライトは、平均粒径が１μｍ以上であることが好ましく、５μｍ以上であることがより好ましく、１０μｍ以上であることが更に好ましい。また、ゼオライトは、目開き４ｍｍの篩を通過するものが好ましく、目開き２ｍｍの篩を通過するものがより好ましく、０．４ｍｍの篩を通過するものが更に好ましい。

ゼオライトは、ＷｍＺｎＯ_２ｎ・ｓＨ_２Ｏ（ＷはＮａ、Ｃａ、Ｋ、Ｂａ又はＳｒで、ＺはＳｉ＋Ａｌ（Ｓｉ：Ａｌ＞１）、ｓは一定しない。）で示されるアルミノケイ酸塩である。こうしたアルミノケイ酸塩には、天然のものと合成のものの両者があり、合成のものには人工のものがある。本発明においては、これらゼオライトはいずれも使用可能である。天然ゼオライト及び合成ゼオライトを例示すると、天然ゼオライトとしては、クリノプチロライト、モルデナイト、アナルサイム、シャバサイト、エリオナイト、ローモンタイト、フィリップサイト、フェリエライト、ワイラカイトなどがある。また、合成ゼオライトとしては、Ａ（３Ａ、４Ａ、５Ａ等）型ゼオライト、Ｌ型ゼオライト、フォージャサイト（Ｘ型ゼオライト、Ｙ型ゼオライト）、オフレタイト、エリオナイト、モルデナイトなどがある。また人工ゼオライトは、フライアッシュ等のシリカ、アルミナ分を含む原料を苛性ソーダなどとともに高温、高圧で処理して生成される材である。

本発明の土壌改質材は、吸水性ポリマーと高分子凝集剤とゼオライトとを所定の割合で配合し、一般的な縦型ミキサー、横型ミキサー等により均一に混合して作製することができる。必要に応じて、分散材を配合してもよい。分散材によって、吸水性ポリマー等の分散性が向上する。分散材としては、例えば炭酸カルシウム、石膏、ペーパースラッジ、ベントナイト、及び酸化マグネシウム等が挙げられる。これらは一種類を単独で配合してもよいし、二種類以上を併用してもよい。分散材の配合量は、例えば、吸水性ポリマー１００質量部に対して２００〜１８００質量部程度とすることができる。

本発明の土壌改質材は、含水率が１０〜９０質量％の土壌に対して好適に用いることができる。本発明の土壌改質材は、こうした土壌１００質量部に対して、１〜１０質量部を添加し、一般的な重機、ミキサー等により混合することで土壌を減容化し、流動性を低減させることができる。

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、これらは本発明を限定するものではない。

＜品質保持材の選定＞
まず、以下のゼオライト、炭酸カルシウム、及び緑色凝灰岩を用意し、これらについて吸水性を比較した。
ゼオライト：ゼオライトＢ４、ジークライト（株）製
炭酸カルシウム：宇部マテリアルズ(株)製炭酸カルシウム
緑色凝灰岩：ヒナイグリーン、中野産業(株)製
いずれも、篩目７５μｍの篩下のものを用いた。

試験にあたっては、所定の温度及び湿度に調整された室内に実験用透明加湿箱を設置して、箱内を加湿器により加湿した。加湿箱内に上記３種を１０ｇ収容し、一定時間経過後の質量を測定して、質量増加分から吸水率（％）を求めた。
ゼオライト及び炭酸カルシウムについては、室内の温度及び湿度は、それぞれ１８．４℃及び４０．０％とし、加湿箱内の温度及び湿度は、それぞれ２０℃及び９９％とした。緑色凝灰岩については、室内の温度及び湿度は、それぞれ１８．８℃及び４２．２％とし、加湿箱内の温度及び湿度は、それぞれ１９．１℃及び９９％とした。
得られた結果を、下記表１にまとめる。

さらに、それぞれについての吸水率の時間変化を図１に示す。図１中、曲線ａはゼオライトの結果であり、曲線ｂは炭酸カルシウムの結果であり、曲線ｃは緑色凝灰岩の結果である。
ゼオライトは、炭酸カルシウム及び緑色凝灰岩に比較して吸水性が優れることが、上記結果に示されている。このように、ゼオライトは優れた吸水性を有していることから、土壌改質材に配合された際には、吸水性ポリマーに優先して雰囲気中の水分を吸収する品質保持材として良好に作用し、土壌改質材の劣化を抑制することが推測される。一方、緑色凝灰岩は、ゼオライトより吸水性が劣っているので、ゼオライトに匹敵するような品質保持材としての作用は期待できない。

そこで、以下においては、吸水性の最も高いゼオライトを品質保持材として用いて土壌改質材を調製し、その特性を調べる。
まず、土壌改質材の製造に用いる成分を以下に示す。
吸水性ポリマー：ポリアクリル酸ナトリウム
高分子凝集剤：アニオン系高分子凝集剤、ハイモ（株）製
ゼオライト：天然ゼオライト、ジークライト（株）製
比較のために、炭酸カルシウム（宇部マテリアルズ(株)製）を用いて、土壌改質材を調製する。

＜実施例１、比較例１〜４＞
下記表２に示す処方で各成分を用いて、実施例１、比較例１〜４の土壌改質材を調製した。調製直後の実施例１、比較例１〜４の土壌改質材は、いずれも粉末状であった。

実施例１、比較例１〜４の土壌改質材における各成分のポリマーに対する比（質量比）は、下記表３に示すとおりである。

上述したように作製された実施例１、比較例１〜４の土壌改質材について、品質保持試験を行った。
東京都２３区内、夏季（７〜９月）の環境下で保存して、２０日間、状態の変化を観察した。１５日目においても粉末状を保っていれば、改質主材の劣化を抑制して、土壌改質材としての品質が十分に保持されたものと判断する。

実施例１は、１５日目までは粉末状であったが、１６日目に多少の「だま」が確認された。
比較例１は、３日目に硬化した。このとき、粘性、潮解性は確認されなかった。
比較例２，３は、３日目に硬化した。このとき、潮解性はないものの若干の粘性が確認され、６日目には粘性が増加した。
比較例４は、３日目で若干しっとりし、６日目には、若干硬化して粘性が生じていた。１２日目にはさらに硬化ぎみとなり、２０日目には多くの「だま」が生じていた。

ゼオライトが含有されない場合（比較例１〜４）には、改質主材は容易に吸水して硬化してしまい、吸水性ポリマーが含有されない場合（比較例１）には、特に著しいことが示されている。
ゼオライトの代わりに同量の炭酸カルシウムを配合しても、改質主材の劣化を抑制するという効果は得られないことが、実施例１と比較例４との比較からわかる。
炭酸カルシウムより吸水性の劣る緑色凝灰岩を用いた場合には、改質主材の劣化抑制能はさらに低下することが、この結果から推測される。

＜実施例２，３、比較例５〜７＞
下記表４に示す処方で各成分を用いて、実施例２，３、比較例５〜７の土壌改質材を調製した。調製直後の実施例２，３、比較例５〜７の土壌改質材は、いずれも粉末状であった。

実施例２，３、比較例５〜７の土壌改質材における各成分のポリマーに対する比（質量比）は、下記表５に示すとおりである。

上述したように作製された実施例２，３、比較例５〜７の土壌改質材について、品質保持試験を行った。
東京都２３区内、夏季（７〜９月）の環境下で保存して、２０日間、状態の変化を観察した。１５日目においても変化が確認されなければ、改質主材の劣化が抑制されて、土壌改質材としての品質を十分に保持できたものと判断する。

実施例２，３は、１７日目でも何ら変化はなかった。
比較例５は、５日目で若干湿気をもち始め、７日目にはスポンジ状になった。その後、８日目には固まりかけて、１０日目にはスポンジ状に固まった。
比較例６は、５日目に「だま」が多少見られ、１０日目には微粉末が「だま」になった。その後は、劣化の進行は確認されなかった。
比較例７は、７日目に「だま」が多少見られ、１１日目には「だま」が増加した。その後は、劣化の進行は確認されなかった。

吸水性ポリマー１００質量部に対するゼオライトの配合量が８９質量部の場合（実施例２）、及び１０７質量部の場合（実施例３）には、改質主材の劣化を十分に抑制できることが示された。一方、比較例５〜７の結果から、ゼオライトの配合量が吸水性ポリマー１００質量部に対して７１質量部以下の場合には、改質主材の劣化を抑制することはできないことがわかる。
ゼオライトの配合量が、吸水性ポリマー１００質量部に対して７５質量部以上であれば、改質主材の劣化を抑制して土壌改質材の品質を保持できることが確認された。

Claims (8)

1. 吸水性ポリマーと高分子凝集剤とゼオライトとを含有する土壌改質材であって、
   前記ゼオライトの配合量は、前記吸水性ポリマー１００質量部に対して７５質量部以上であることを特徴とする土壌改質材。
2. 前記ゼオライトの配合量は、吸水性ポリマー１００質量部に対して５００質量部以下であることを特徴とする請求項１記載の土壌改質材。
3. 前記ゼオライトは、粒径が１μｍ以上４ｍｍ未満の粒子であることを特徴とする請求項１又は２記載の土壌改質材。
4. 前記吸水性ポリマーは、アクリル系であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の土壌改質材。
5. 前記高分子凝集剤は、アニオン系であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載の土壌改質材。
6. 前記高分子凝集剤の配合量は、前記吸収性ポリマー１００質量部に対して０．１〜４０質量部であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか記載の土壌改質材。
7. 前記吸収性ポリマー１００質量部に対して２００〜１８００質量部の分散材をさらに含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか記載の土壌改質材。
8. 含水率が１０〜９０質量％の土壌１００質量部に対し、請求項１〜７のいずれか１項に記載の土壌改質材１〜１０質量部を混合する土壌改質方法。

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