JP2606789B2 - 洗石廃泥造粒物の道路用上層路盤材料とその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、洗石廃泥造粒物の道路
用上層路盤材料に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】砕石工場において、製品（砕石・砕砂）
を製造する過程で、一般に洗浄水で微粉を除去して出荷
している。この水洗工程で、微粒子を多量に含んだ洗浄
濁水が発生し、環境汚染との関係でその処理が大きな問
題となっている。すなわち、上記微粒子が流れ出て堆積
すると植物の根の呼吸作用を妨げ、河川湖沼の場合は水
藻の成育を妨げることにより、魚類等が棲息できなくな
る等の悪影響を及ぼすため、無処理のまま放流すること
は許されない。そこで、砕石工場では濁水の処理とし
て、一般に凝集剤や凝集沈殿装置を使用し、微粒子を沈
降させた後、フィルタープレス等で処理可能な含水比と
なるまで強制脱水して廃泥として処分している。

【０００３】ところで、上記の方法等で副生する洗石廃
泥の発生量は非常に多く、中規模の砕石工場でも一日２
００〜３００トン発生する、しかも、洗石廃泥の性状も
柔らかい粘性土状のものであるため、通常の残土と異な
って乾きが悪く、土捨場の確保が大変であるうえ、捨て
る場合にも土を入れてサンドイッチ状に積層する必要が
あり、このため廃泥処分のためのコストがかかり過ぎ、
運搬に際しても砕石採取現場がだんだんに道路が整備さ
れていない山中等の遠隔地にあることと相俟って運搬費
が嵩むばかりでなく自然破壊や環境汚染等の公害問題が
発生している

【０００４】本発明者等は、前記した実情に鑑み先に洗
石廃泥から造粒砂とその製造方法を提案した（平成４年
特許願第２１３４７１号（特公平７−９８１９８号公
報））。本発明者は、さらに種々検討と試験を重ねその
洗石廃泥造粒物を付加価値の高い道路用上層路盤材料と
することに着目し、本発明に到達したものである。道路
用上層路盤材料にクリアすることは、他の道路用下層路
盤材料、しや断層、路床、埋め戻し土、建築材料等にも
用いられ得るものである。

【０００５】従来は、この種の洗石廃泥を処理して利用
するものはなく、一般の土木工事において、石油井やト
ンネル工事その他の土木工事で発生する掘削土を再生利
用、又は廃棄容易な形態にする掘削土の改質方法として
（例えば、特開昭６４−５１１９８公報参照）、天然水
溶性高分子物質、又はその半合成高分子物質、凝集性を
有する合成水溶性高分子物質、或いは吸水性樹脂から選
ばれた１種、又は２種以上の高分子物質を、掘削の際に
生ずる掘削土に添加混合し、次いで水硬性セメントを混
合せしめる掘削土の改質方法が提案されている。しか
し、このものは、単に粉状化するものであつて、本発明
のような道路用路床材、路盤材等の土木材料又は建築材
料としての強度が不足していたり、また、粉状なため
に、その取扱い中に空気中に舞い上がったり、或いは素
材の性質や形状により特定の用途に限定されたりするも
のであった。また、鉱山坑廃水の中和処理で生成したス
ラリー状物に、セメント系の固化剤を添加混合して処理
したもの（特開平１−１６４４９９号公報）。さらに、
汚泥ケーキを造粒したものが多々ある。しかし、セメン
ト固化したものでは、粒状物にするために、破砕工程が
必要であり、また安定した粒径がえられないものであ
る。さらに多々ある汚泥ケーキを造粒するものは、やは
り土木材料又は建築材料としての強度、材質など全く適
していない。さらには、高分子凝集剤を添加して処理し
た上水汚泥に、脱水した炭酸カルシウムを含む乾燥剤を
全体における容積比にして２０〜５０％混合して攪拌
し、この混合物を粉砕機にて細砂以下の粒状に粉砕して
舗装用土材料としたもの（特公平１−４１７６３号公
報）があるが、このものも粉砕機で粉砕するという工程
が余分に必要である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで、洗石廃泥の主
たる成分が、粘土（５マイクロメートル以下）分と、シ
ルト（５〜７５マイクロメートル）分と、砂（７５マイ
クロメートル〜２ミリメートル）分とであることに着目
して、この洗石廃泥に、セメント系の固化剤と、アスフ
ァルト系、樹脂系、ゴム系のエマルジョンを単体で又は
任意に組合わせた添加剤とで造粒化して得られた洗石廃
泥造粒物を、粒度調整砕石の細粒分と代替させること
で、土材料として簡単にかつ土材料として十分使用に耐
える強度であるとともに、多量に用いて、安価で人工的
な洗石廃泥造粒物の道路用上層路盤材料を提供しようと
するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、第１に、洗石廃泥に、セメント系固化剤を
加えるとともに、アスファルト系、樹脂系、ゴム系のエ
マルジョンを単体で又は任意に組み合わせた添加剤とを
加えて混合して得られた洗石廃泥造粒物を、粒度調整砕
石の細粒分に代えて用いた道路用上層路盤材料を要旨と
し、第２に、洗石廃泥に、固化剤としてセメント系と、
添加剤としてアスファルト系、樹脂系、ゴム系のエマル
ジョンを単体又は任意に組み合わせたものとを混合し
て、造粒機で造粒した後に、表面強度増加と乾燥促進の
ための補助剤としてセメント系又は樹脂系の粉末を造粒
物の表面に散布して得られた洗石廃泥造粒物を、粒度調
整砕石の細粒分に代えて用いた洗石廃泥造粒物の道路用
上層路盤材料の製造方法を要旨とし、第３に、洗石廃泥
の重量比８０〜８５％に、固化剤としてセメント系を重
量比１０〜１７％と、添加剤としてアスファルト系、樹
脂系、ゴム系を単体又は任意に組み合わたものを重量比
３〜１０％とを混合して、造粒機で造粒した洗石廃泥造
粒物を、粒度調整砕石の３．３５ミリメートル以下の細
粒分に代えて用いた洗石廃泥造粒物の道路用上層路盤材
料の製造方法を要旨とし、第４に、粘土分１５〜３５
％、シルト分３０〜５０％、砂分２５〜４５％の洗石廃
泥の重量比８０〜８５％に、固化剤としてセメント系を
重量比１０〜１７％と、添加剤としてアスファルト系、
樹脂系、ゴム系を単体又は任意の組み合わせたものを重
量比３〜１０％とを混合して、造粒機で造粒した洗石廃
泥造粒物の３．３５ミリメートル以下を、粒度調整砕石
の３．３５ミリメートル以下の細粒分にたいして代替率
の限度を３０％とした洗石廃泥造粒物の道路用上層路盤
材料の製造方法を要旨とするものである。

【０００８】

【実施例】一般に、道路の舗装構成は、アスファルト舗
装では、通常、表層と基層および路盤とからなり、路床
（約１メートル）の上に築造する。また、セメントコン
クリート舗装は、コンクリート版と路盤とから構成され
る。そして、道路舗装構成の路盤は、上層路盤と下層路
盤とで構成され、この上層路盤の築造工法には、粒度調
整工法、セメント安定処理工法、石灰安定工法、瀝青安
定処理工法およびセメント・瀝青安定処理工法とがあ
り、一般に粒度調整工法が多く採用されている。粒度調
整工法は、目標とする粒度範囲に入るように、クラッシ
ャランと砂やスクリーニングスなどを適当な比率で混合
して、良好な粒度になるように調整した骨材を用いる工
法である（ＪＩＳ Ａ５００１、参照）。また、粒度調
整砕石のＭー３０とは、ＪＩＳ Ａ５００１で、粒度範
囲３０〜０ミリメートルで、ふるいを通るものの質量百
分率（％）が、ふるいの呼び寸法４０ミリメートルで１
００、３０ミリメートルで９５〜１００、２０ミリメー
トルで６０〜９０、５ミリメートルで３０〜６５、２．
５ミリメートルで２０〜５０、０．４ミリメートルで１
０〜３０、０．０７４ミリメートルで２〜１０と規定さ
れている。

【０００９】原 料：洗石廃泥（今回の実験に使用し
た１例として、採取時の含水比２８．３％、土粒子の密
度２．７３２グラム／リッポウセンチメートル、コンシ
ステンシー特性の液性限界（ＷＬ）３３．１％、塑性限
界（Ｗｐ）１８．２％、塑性指数（Ｉｐ）１４．９％
で、粒度の５マイクロメートル以下の粘土分が２６％、
５〜７５マイクロメートルのシルト分が４０％、７５マ
イクロメートル〜２ミリメートルの砂分が３４％であっ
た。）（洗石廃泥は採石場によって上記の値にある範囲
のバラツキのあることが確認できた。）、セメント系固
化剤、添加剤としてアスファルト系、樹脂系、ゴム系の
エマルジョンを単体で又は任意に組み合わせたもの、表
面強度増加と乾燥促進のための補助剤としてセメント系
又は樹脂系の粉末。 配合割合：洗石廃泥 ８０〜８５％（重量比）、セメン
ト系固化剤 １０〜１７％、アスファルト系、樹脂系、
ゴム系のエマルジョンを単体又は任意に組み合わせた添
加剤 ３〜１０％、セメント系、樹脂系の粉末の補助剤
造粒砂の生産量に応じて適量 産物状態：造粒機の規模にもよるが、通常の状態下で６
分間（容量７５リットル）のミキサー運転で非常によく
混合された造粒砂（以下、洗石廃泥造粒物という）が生
成された。なお、造粒機の容量を５００リットルで試作
してほぼ同じ産物状態の洗石廃泥造粒物が生成されたの
で本格的な生産化の目途が得られた。性状試験：洗石廃
泥造粒物を、粒度調整工法の砂やスクリーニングスの代
替品として利用が可能かを検討する。

【００１０】（１）．基となる粒度調整砕石（粒度調整
砕石とは、粒度調整工法に使用するもので所定の粒度及
び含水量になるように単粒度砕石、クラッシャランに他
の材料を加え含水量の調整ができる装置によって混合し
たもの）（Ｍ−３０）（上記ＪＩＳ Ａ５００１ 参
照）を、喜田商店（埼玉県秩父郡皆野町大字金沢）（以
下、試料Ａという）と、第一石産運輸株式会社（埼玉県
大里郡花園町荒川３５番地の砕石工場より副生）（以
下、試料Ｂという）との２種類を準備し、粒度調整砕石
（Ｍ−３０）の３．３５ミリメートル以下の細粒分１０
％および３０％を、洗石廃泥造粒物（３．３５ミリメー
トル以下）との入れ替えで、表１の割合とした。 （２）．使用した洗石廃泥造粒物の粒度は表２に示す通
りである。

【００１１】

【表１】

【表２】

【００１２】（３）．試料Ａ、Ｂと、粒度調整砕石Ｍ−
３０との粒度は、表３、図２、図３に示す通りである。
この数値から試料Ｂはふるい目０．４２５ミリメートル
と０．０７５ミリメートルの通過率が無添加でも１１．
２％、２．４％と粒度範囲の下限値に近く、その為、３
０％添加物の各々の通過率が７．８％、１．７％と範囲
を少々逸脱しているが、この粒度に関しては調整が可能
である。

【００１３】

【表３】

【００１４】（４）．粒度調整砕石などの粒状材料によ
る路盤の品質管理や検査には、締固め度管理が多く用い
られ、ＪＩＳ Ａ１２１４砂置換法や舗装試験法便覧の
突砂法により路盤の密度が測定される。この締固め度
は、測定した乾燥密度を最大乾燥密度に対する百分率で
表し、管理限界値以上もしくは合格判定値以上になるよ
う管理施工しなければならない。表４で明らかなように
洗石廃泥造粒物の代替率が多くなると、最大乾燥密度は
低くなり、最適含水比は高くなる。これより得られる乾
燥密度があまり低くいと問題も生じかねないので、自ず
から代替率は大きく取ることが出来ない。

【００１５】

【表４】

【００１６】（５）．一般に、同一材料で含水量を変化
させれば、ＣＢＲ値もそれにともない変化するので、含
水量を増やせばＣＢＲ値は減少し、減らせばＣＢＲ値は
増大する。この性質はシルト、粘土などの細粒分を多く
含む土ほど著しく、砕石、砂利、砂などの粗粒材は少な
い。なお、ＣＢＲ試験とは路床や路盤などの支持力を測
定する試験で、米国のカルフォニア州において土などの
支持力特性を簡単に比較する方法として考えたものであ
る。標準尺度として代表的なクラッシャーランを使って
多数の貫入試験を繰り返し、その平均値、貫入量２．５
ミリメートルのとき１３７０キログラム、５．０ミリメ
ートルのとき２０３０キログラムをＣＢＲ１００％とし
て定められており、通常は、直径５センチメートルの貫
入ピストンが２．５ミリメートルまたは５．０ミリメー
トル貫入した時の荷重と標準荷重（１３７０キログラム
または２０３０キログラム）との比を百分率で表して比
較することが多い。本発明の供試体は１５センチメート
ルモールドを使用し、４．５キログラムランマー、落下
高４５センチメートル、３層各回９２回、４２回、１７
回で作製し、水浸４日間後、ＣＢＲの貫入試験をした。
これより、道路舗装の路盤材料としては含水量の変化に
よってＣＢＲ値が大きく変化しない砕石、砂利、砂など
の粗粒材が適している。一般にその材料が路盤材料に適
するかを判定するには修正ＣＢＲによる。この修正ＣＢ
Ｒを求めるには図４に示す通り、最初に３層各９２回の
突固めにより材料の含水比と乾燥密度の関係を求め、そ
の関係を図示して最適含水比を求める。次に、その最適
含水比で突固め回数９２、４２、１７回での各々の供試
体を作製し、乾燥密度と４日水浸後のＣＢＲを修正ＣＢ
Ｒとする。締固め度は通常３層９２回の最大乾燥密度の
９５％とする。この試験結果は、表５に示すように洗石
廃泥造粒物が増すに従い、修正ＣＢＲは順次減少する。
規格値８０％以上、試料Ａは余裕でクリアするが、試料
Ｂの代替率３０％のものは辛うじて合格となる。

【００１７】

【表５】

【００１８】（６）．塑性指数（Ｉｐ）は、液性限界お
よび塑性限界試験の結果から求められる指数のうち、最
も一般的で応用度の高いものである。液性限界と塑性限
界との差（ＷＬ−Ｗｐ）を塑性指数（Ｉｐ）といい、こ
の値が大きいほど、より塑性的な土であることを示し、
粘土細工ができるような含水量の範囲を示した数値であ
る。そして、非塑性の土で液性限界や塑性限界が求めら
れないものはＮＰと記す。砂や砂質土の塑性指数はＮＰ
または０に近く、粘性土は粘土分が多くなるにつれて大
きくなる。このＩｐ値の大きな材料は、土工においては
好ましくはなく、路盤材料に用いる施工時の粉砕、混合
が困難で、舗装後に水の影響によって支持力の低下をま
ねくとされている。規格値はアスファルト舗装要綱など
で、下層路盤材料で６以下、上層路盤材料で４以下、安
定処理材料で９以下と規定されている。 この、試験結
果は表６に示す通りである、試料の代替率３０％は塑性
指数３．６と上層路盤材料の規格値４に近いが、試料Ｂ
はすべてＮＰと良好な結果が得られた。

【００１９】

【表６】

【００２０】上記の試験結果より、道路用上層路盤材料
としての粒度調整砕石の３．３５ミリメートル以下の細
粒分への代替率１０％は試料Ａ、Ｂ共にすべての値で合
格しており、また最大乾燥密度と最適含水比は規格値が
設定されていないので記載していない。基となる粒度調
整砕石の性状により多少異なるものと思われるが試料Ｂ
の粒度に関して少々調整すれば（例えば、分級による選
択とか、他の製品とのブレンド等）、何ら問題がないの
で、代替率３０％が限度である事が判明した。好ましく
は最大限２５％の代替率が良い。なお、上記の試験にお
いて、一般的な粒度調整砕石であるＭ−３０を用いた
が、粒度範囲が４０〜０ミリメートルのＭ−４０と粒度
範囲が２５〜０ミリメートルのＭ−２５とがあるが、利
用頻度が小さいし、これらもＪＩＳ Ａ５００１の粒度
調整砕石の粒度の表７より、ふるいの呼び寸法５ミリメ
ートル以下では、Ｍ−４０、Ｍ−３０、Ｍ−２５ともに
通過百分率（ふるいを通るものの質量百分率）は、共通
である。このことより一義的に上記洗石廃泥造粒物を粒
度調整砕石の細粒分のＭ−４０、Ｍ−２５にも適用でき
ることが自明である。

【００２１】

【表７】

【００２２】図１において、１は原料サイロ、２はセメ
ントサイロ、３は計量器、４は添加剤タンク、５は計量
ポンプ、６は造粒機（日本アイリッヒ社製の逆流式高速
混合、混練、造粒の多用途混合機）、７は定量切出装
置、８は粉末添加剤タンク８ａと計量器８ｂ及び散布器
８ｃとからなる粉末添加剤散布装置、９は整粒・乾燥・
養生装置、１０は分級装置、１１は送風機である。ま
た、１２〜１７はベルトコンベヤ等からなる搬送装置、
１８はオーバーサイズ収納容器、１９は分級処理後の洗
石廃泥造粒物（製品）である。

【００２３】洗石廃泥を造粒した直後は、洗石廃泥造粒
物は比較的軟らかく、また、セメント系固化材の反応熱
にあり、そのまま放置すると団子状に凝集してしまう虞
もあるので、造粒工程の後に、整粒・乾燥・養生工程を
追加して洗石廃泥造粒物の硬化を促進させてもよく、さ
らにその後、分級工程を追加して所定粒径に分級しても
よい。また、造粒工程の後の整粒・乾燥・養生工程の前
にセメント系又は樹脂系の粉末を造粒物の生成量に応じ
て適量、その造粒物の表面に散布することにより、製品
の表面強度を増加させると共に乾燥効率を高めることが
できる。さらに、特にセメント系固化剤を加え、アスフ
ァルト系エマルジョンを添加剤として加え混合した場合
には、その造粒物（造粒砂）性状効果が、締結効果の向
上（付着力の増加）、骨材のわれ防止、防水性付与（吸
水率の減少）、たわみ性付与、凍結防止等が顕著なもの
であることが判明した。また、その製造方法（造粒時）
でも、造粒性の向上、分散性を良くする、粉塵防止等が
顕著なものであることが判明した。

【００２４】なお、造粒直後のものは、上記のように発
熱しているので、その後の表面強度を増加させる工程や
乾燥処理は熱風乾燥ではなく、通常の送風機による常温
乾燥か冷風乾燥でよい。さらに、洗石廃泥が水分のある
ものについて説明したが、本発明は、粉末状態の乾いた
洗石廃泥についても、所定の水分を加えることにより、
同様の材料として使用できる。したがって、本発明にお
いて洗石廃泥とは、湿式と乾式のものも含む広い概念で
ある。また、土の造粒化を考えた場合、含水量が少ない
と小さい造粒物が、あまり少ないと造粒化されず、逆に
含水量が多いと互いに付着しあって大粒径の造粒物がで
きるし、土の造粒化には、土の粒度が重要で、粘土分が
多いほど造粒が容易でもある。

【００２５】

【発明の効果】本発明に係わる第１、３、４の発明によ
れば、砕石場で大量に副生される厄介な洗石廃泥を利用
して、道路用上層路盤材料として十分な強度と使用に耐
え得る粒度と十分に耐え得る安定した造粒砂（洗石廃泥
造粒物）であり、また、洗石廃泥を処分する際の土捨て
場の確保の困難性、運搬コストの増大及び環境汚染等の
諸問題が一挙に解決できるばかりでなく、洗石廃泥を人
造の砂スクリーニングスとして有効に活用できることか
ら、年々少なくなる天然砂等の採取量を極力抑えること
ができ、もって、河川や海岸や山や丘等の自然環境をみ
だりに破壊することを抑制でき、新資源として画期的
な、かつ大量に消費する用途を開発したので、砕石工場
で多くのエネルギー消費のもとに副生された洗石廃泥が
軟弱な粘性土の性状により歓迎されない厄介物として、
多額の処分費と広大な土地を使用し、各地の砕石工場で
の処分に苦慮していたことが一挙に解決する効果を奏す
る。

【００２６】本発明に係わる第２の発明によれば、造粒
砂同志が団子状に凝集してしまうのを防止して、安定し
た略球状の造粒砂を得ることができるとともに、乾燥の
促進と表面の強度とをたかめることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】洗石廃泥の造粒工程、整粒・乾燥・養生工程及
び分級工程を示すフローシートである。

【図２】試料Ａの粒度曲線で粒度調整砕石（Ｍ−３０）
の粒度範囲との比較図である。

【図３】試料Ｂの粒度曲線で粒度調整砕石（Ｍ−３０）
の粒度範囲との比較図である。

【図４】乾燥密度と含水比およびＣＢＲとの関係図であ
る。

【符号の説明】

１ 原料サイロ ２ セメントサイロ ３ 計量器 ４ 添加剤タンク ５ 計量ポンプ ６ 造粒機 ７ 定量切出装置 ８ 粉末添加剤散布装置 ８ａ 粉末添加剤タンク ８ｂ 計量器 ８ｃ 散布器 ９ 整粒・乾燥・養生装置 １０ 分級装置 １１ 送風機 １２〜１７ 搬送機 １８ オーバーサイズ収容容器 １９ 分級処理後の洗石廃泥造粒物（製品）

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】洗石廃泥に、セメント系固化剤を加えると
   ともに、アスファルト系、樹脂系、ゴム系のエマルジョ
   ンを単体で又は任意に組み合わせた添加剤として加えて
   混合して得られた洗石廃泥造粒物を、粒度調整砕石の細
   粒分に代えて用いたことを特徴とする道路用上層路盤材
   料。
2. 【請求項２】洗石廃泥に、固化剤としてセメント系と、
   添加剤としてアスファルト系、樹脂系、ゴム系のエマル
   ジョンを単体で又は任意に組み合わせたものとを混合し
   て、造粒機で造粒した後に、表面強度増加と乾燥促進の
   ための補助剤としてセメント系又は樹脂系の粉末を造粒
   物の表面に散布して得られた洗石廃泥造粒物を、粒度調
   整砕石の細粒分に代えて用いたことを特徴とする洗石廃
   泥造粒物の道路用上層路盤材料の製造方法。
3. 【請求項３】洗石廃泥の重量比８０〜８５％に、固化剤
   としてセメント系を重量比１０〜１７％と、添加剤とし
   てアスファルト系、樹脂系、ゴム系のエマルジョンを単
   体で又は任意に組み合わせたものを重量比３〜１０％を
   混合して、造粒機で造粒して得られた洗石廃泥造粒物
   を、粒度調整砕石の３．３５ミリメートル以下の細粒分
   に代えて用いたことを特徴とする洗石廃泥造粒物の道路
   用上層路盤材料の製造方法。
4. 【請求項４】粘土分が１５〜３５％、シルト分が３０〜
   ５０％、砂分が２５〜４５％の洗石廃泥の重量比８０〜
   ８５％に、固化剤としてセメント系を重量比１０〜１７
   ％と、添加剤としてアスファルト系、樹脂系、ゴム系の
   エマルジョンを単体で又は任意に組み合わせたものを重
   量比３〜１０％を混合して、造粒機で造粒して得られた
   洗石廃泥造粒物の３．３５ミリメートル以下を、粒度調
   整砕石の３．３５ミリメートル以下の細粒分にたいして
   の代替率の限度を３０％としたことを特徴とする洗石廃
   泥造粒物の道路用上層路盤材料の製造方法。