JP3463505B2

JP3463505B2 - 含水土壌用固化材及び含水土壌の固化改良方法

Info

Publication number: JP3463505B2
Application number: JP07858397A
Authority: JP
Inventors: 明生西田; 誠上田; 輝昭藤井
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1997-03-28
Filing date: 1997-03-28
Publication date: 2003-11-05
Anticipated expiration: 2017-03-28
Also published as: JPH10273660A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、含水土壌の固化材
およびそれを使用する含水土壌の固化改良方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】軟弱土壌の土質改良には、固化材を使用
する固化処理が施される。また、軟弱土壌地域の改良利
用でなく、その地域の土木工事等に伴って発生する含水
残土を搬出する場合にも、流動性が高いことからそのま
までの搬送が困難であり、固化剤を使用して固化処理を
施した後、搬出する必要がある。何れの目的において
も、固化材には、固化後の土壌が目的に合った十分な強
度を有していること、適度の固化速度を有しているこ
と、固化材が化学的に安定であり有害物質が溶出しない
こと等の特性が要求されるが、これ等複数機能を要求さ
れる固化材として既に多くの技術が開示されている。こ
れ等は、含まれる水硬性成分の種によってセメント系と
石膏系に大別できるが、セメント系は強度は得られるも
のの、セメント自体が強アルカリであるため固化後土壌
の高ｐＨ値が問題となり、一方、石膏系は、中性である
ためｐＨ値的には問題ないものの、改良後土壌が十分な
強度を示さないと云う問題がある。

【０００３】この問題を解決するために、セメント、石
膏双方を成分とし、両系の長所を活かそうとする固化材
が幾つか提案されている。例えば、特開平８−３０２３
４６号および特開平８−３１１４４６号の各公報には、
半水石膏、セメントおよび石灰、高炉スラグ等の混合材
より成る固化材が開示され、特開平６−２２０４５１号
公報には、石膏、ポルトランドセメントおよび硫酸アル
ミニウムより成る固化材が開示されている。また、特開
平７−１７９８５４号公報には、無水または半水石膏、
セメントおよび硫酸基を有する無機塩よりなる固化材が
開示されている。これ等は、対象土壌、固化材添加量、
評価方法等が夫々異なるため、固化材としての比較評価
は出来ないが、固化材については更なる改良が要求され
ていることは事実であり、また、徒に強度向上を図るの
ではなく、改良後土壌の使用目的に応じて調製された固
化材が要求されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、含水土壌の
固化改良に優れた性能を示す固化材を提供し、含水土壌
の固化改良を可能にする方法の提供を目的とする。具体
的には、ｐＨ値が、土壌の緩衝能力によるｐＨ値降下が
速やかに起こり易い値である９．５以下であり、且つ、
一軸圧縮強度が、人が上を歩ける尺度である０．５ｋｇ
ｆ／ｃｍ²以上である改良土壌を与える固化材の提供お
よび該固化材を使用する含水土壌の固化改良方法の提供
を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明では、特定の割合
の、アルミナセメントとポルトランドセメントの混合セ
メント、硫酸アルミニウムまたは硫酸鉄、および石膏よ
り成る組成物が、上記課題を解決する優れた固化材とな
ることを見出し、本発明を完成した。すなわち、本発明
は、固化材全体を１００重量部としたとき、７〜６５重
量部のアルミナセメントとポルトランドセメントの混合
セメントと、２〜３０重量部の硫酸アルミニウムまたは
硫酸鉄と、残部が石膏よりなり、石膏含有量が２０重量
部以上であり、且つ、ポルトランドセメントに対するア
ルミナセメントの重量比が１．５〜９である、ｐＨ値が
９．５以下の改良土壌を与える含水土壌用固化材及び該
固化材を使用する含水土壌の固化改良方法に関する。以
下に本発明を説明する。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明の固化材は、水硬性材料と
してポルトランドセメントとアルミナセメントとの混合
セメントと石膏の混合物を使用するものである。石膏
は、それ自身が中性であるだけでなく、金属イオンの放
出も極めて少なく、固化後土壌が二次公害を引き起こす
虞が全くないことから化学的には望ましい材料である
が、強度的には固化材としての十分な性能を有しておら
ず、固化材として利用するには適当な固化助剤の存在が
必要である。一方、セメントは強度面では優れた固化改
良土壌を与えるがそれ自身が強アルカリであり、セメン
トを固化材の成分として使用するに当たっては、アルカ
リ溶出の抑制に留意する必要がある。本発明者等は、石
膏、ポルトランドセメントとセメントの中でもアルカリ
度の比較的低いアルミナセメントとの混合セメント、お
よび、中和剤としての硫酸アルミニウムまたは硫酸鉄を
成分とする組成物が含水土壌用固化材として優れた性能
を有していることを見出し、本発明を完成した。

【０００７】本発明の固化材の主成分の一つである石膏
は、水和反応による土壌中の水の固定化とその水硬性に
より、含水土壌の固化を推進すると考えられ、二水物以
外であれば履歴に関係なく使用することができる。例え
ば、半水石膏、無水石膏またはこれ等の混合物を好適に
用いる事ができるが、中でも、二水石膏から比較的容易
に得られる半水石膏がコスト面で有利であり、且つ性能
的にも問題がないことから、本発明に使用するには最も
好ましい材料である。

【０００８】一方、本発明において、石膏と共に水硬性
成分として使用するセメントはポルトランドセメントと
アルミナセメントとの混合セメントであるが、上述のよ
うに、アルミナセメントはセメントの中では比較的低ア
ルカリであり、セメントを添加した固化材としては、固
化改良後土壌のｐＨ値上昇抑制に好ましい効果を与える
だけでなく、耐酸性に優れているという長所も有してい
る。セメントは改良後土壌の強度向上を目的として添加
されるものであることから、ある量以上を添加しないと
添加効果が十分発現しない。しかし、セメントを過剰に
添加すると中和剤としての硫酸アルミニウムまたは硫酸
鉄の添加必要量も増大するが、これ等の硫酸塩は混合セ
メントの一成分であるアルミナセメントの硬化遅延材と
しての作用も有しており、その添加量には限界がある。
従って、本発明の固化材においてセメントの占める割合
は、固化材全体の７〜６５重量部の範囲である必要があ
る。

【０００９】セメントを添加した固化材の使用による固
化後土壌のｐＨ上昇は避けられないが、本発明の固化材
では、硫酸アルミニウムまたは硫酸鉄を中和材として添
加して、ｐＨ上昇の抑制を図っている。中和剤として添
加される硫酸アルミニウム、および、硫酸第一鉄または
硫酸第二鉄の形態の硫酸鉄は何れも、安価で且つ入手が
容易な材料であり、中和剤として性能的に問題はない
が、硫酸アルミニウムの使用が効果の点で好ましい。前
述のように、硫酸アルミニウムおよび硫酸鉄は、アルミ
ナセメントの硬化遅延材としても働くことから、その添
加量にも限度がある。本発明の固化材中における硫酸ア
ルミニウムまたは硫酸鉄の割合は、もちろんセメントの
量および混合セメント中のアルミナセメントとポルトラ
ンドセメント比に依存するが、固化材全体の２〜３０重
量部とすることにより、固化材として好ましい結果を得
ることが出来る。

【００１０】本発明の固化材においては、セメント成分
としてアルミナセメントとポルトランドセメントの混合
セメントを使用することが特徴の一つであるが、固化改
良後土壌のｐＨ値上昇を抑制するため、ポルトランドセ
メントに対するアルミナセメントの混合比を１．５〜９
の範囲にするのが好ましい。両セメントの混合比をこの
範囲内に設定することで、セメント成分としてアルミナ
セメントのみを使用する場合より固化改良後土壌の一軸
圧縮強度が向上するだけでなく、固化材コストの低減を
計ることが可能となる。

【００１１】石膏、アルミナセメントとポルトランドセ
メントの混合セメント、硫酸アルミニウムまたは硫酸鉄
よりなる本発明の固化材は、更にリチウム塩を添加する
ことにより、硬化速度を速めることができる。リチウム
イオンがアルミナセメントの硬化促進材として働くこと
は公知であり、リチウム塩の添加により、硫酸アルミニ
ウムまたは硫酸鉄添加によるアルミナセメントの硬化遅
延が補償され、更に完全な固化材を得ることができる。
本発明の固化材で使用されるリチウム塩の例としては、
炭酸リチウム、塩化リチウム、硝酸リチウム等の無機
塩、または、酢酸リチウム、ぎ酸リチウム等の有機塩を
挙げることができるが、入手の容易さで炭酸リチウムの
使用が最も好ましい。リチウム塩の添加量は、固化材全
体の０．５〜５重量部とするのが良い。少ないと添加効
果が十分に発現せず、多すぎると不経済であるだけでな
く、固化後土壌のｐＨ上昇を招くことがあり好ましくな
い。

【００１２】本発明の固化材は、前述した様に、石膏、
アルミナセメントとポルトランドセメントの混合セメン
ト、および硫酸アルミニウムまたは硫酸鉄、更に必要に
応じてリチウム塩を適量混合することにより十分その性
能を発揮するが、更に無機質多孔体吸水材または有機高
分子吸水材を添加することにより、固化材添加後土壌の
ｐＨ値をほとんど変動させることなく、一軸圧縮強度を
更に改善することができる。吸水材は、土壌中に存在す
る自由水と結合・固定化して自由水量を減少させる働き
を有していることから、吸水材を添加した固化材の使用
は、含水比の低い含水土壌の固化改良と同じになり、固
化材添加後の一軸圧縮強度が増加すると考えられる。従
って、含水比の高い土壌の固化改良においては、吸水材
の添加は特に効果的である。

【００１３】本発明で使用可能な有機高分子吸水材の例
としては、ポリアクリルアミド、ポリメタクリルアミ
ド、ポリビニルアルコール、ポリアクリレート、澱粉グ
ラフト共重合体等が挙げられるが、中でも有機高分子吸
水材としては最もポピュラーなポリアクリルアミドおよ
びポリメタクリルアミドが、吸水性能の面で好ましい結
果を与える。

【００１４】一方、本発明で使用可能な無機多孔体吸水
材例としては、パーライト、ゼオライト、シリカ、ボト
ムアッシュ等を挙げることが出来るが、中でもパーライ
トが、吸水性能、化学的安定性、価格面で最も好ましい
材料である。

【００１５】固化材全体を１００重量部とした吸水材の
添加量は、有機高分子系の場合には０．１〜５重量部、
無機質多孔体系の場合には５〜４０重量部とするのが良
い。有機系、無機系何れにおいても、夫々の範囲より少
ないと添加効果が十分発現せず、逆に多いと経済的でな
くなるだけでなく、逆に固化改良後土壌の圧縮強度の低
下を招く場合がある。圧縮強度面での固化材の改良は、
固化改良に必要な固化材量の低減につながることから、
固化材への吸水材の添加量は、改良対象土の含水比、お
よび、目的強度を達成するのに必要な固化材の必要量と
を勘案して適宜決めることになる。

【００１６】本発明の固化材は、前述の成分に加え更に
アルギン酸ナトリウム、ポリアクリル酸ナトリウム、カ
ルボキシメチルセルロース等の水溶性高分子を添加する
こともできる。これ等の水溶性高分子は、水の存在とＣ
ａイオン等の多価イオンの存在下では架橋して不溶性の
ゲルとなるが、土壌および固化材を構成する粒子間に侵
入した場合には、生成したゲルが土壌、石膏およびセメ
ント各粒子を結合する作用を有し、結果として水溶性高
分子無添加の場合よりも土壌強度を向上させ、良い結果
をもたらす。しかし、粒子間に過剰のゲルが介在すると
そこが弱点となり逆に強度は低下する。従って水溶性高
分子の添加量には最適値が存在するが、本発明の固化材
におけるこれ等水溶性高分子の含有量は、水溶性高分子
の種によって異なるが、アルギン酸ナトリウム、ポリア
クリル酸ナトリウムにおいては、固化材全体の０．１〜
１重量部、カルボキシメチルセルロースにおいては若
干、量が増え、０．５〜１０重量部である。

【００１７】本発明の固化材の調製に必要な材料は何れ
も粉末状であることと、固化材がそれら材料の単なる混
合物であることから、その調製に当たっては特別な機
器、手段を必要とせず、ミキサー等公知の粉体混合用の
機器を使った、公知の粉体混合方法が適用できる。

【００１８】本発明の固化材を使用して含水土壌の改良
を行なうに当たっては、水を加えたスラリー状として土
壌中に注入、散布する方法も適用できるが、土壌に余分
な水を加えない点で、粉末状態で混合するのが望まし
い。その際、一般に行なわれている、対象土壌とミキサ
ーを用いて混合するミキサー混合法やスタビライザー用
いる浅層処理法が効果的に適用できる。また、含水土壌
への添加量は、含水土壌の特性、特に含水量によるが、
含水土壌１ｍ³当たり５０〜４００ｋｇ添加することに
より目的とする０．５ｋｇｆ／ｃｍ²以上の一軸圧縮強
度を有する改良土壌を得ることが出来る。もちろん、必
要に応じて固化材添加量を増やすことにより、ｐＨ値の
上昇を招くことなく土壌一軸圧縮強度を更に高める事も
可能であり、目的、経済性に合わせて適宜添加量を選択
することになる。以下に、具体的例を挙げて本発明を更
に詳しく説明する。

【００１９】

【実施例】

（１）固化材の調製半水石膏粉末に所定量のアルミナセメント、硫酸アルミ
ニウムまたは硫酸鉄、更に必要に応じて炭酸リチウム、
吸水材を添加したものをホバート型ミキサーで３分間混
合して固化材を調製した。（２）改良土壌の調製上記（１）で調製した固化材の所定量を供試土壌に添加
した後、ホバート型ミキサーで３分間混合して改良土壌
を調製した。混合後の土壌を、直径５ｃｍ、高さ１０ｃ
ｍの鋼製の円筒型のモールドに充填し、温度２０℃、湿
度９６％の恒温恒湿槽内で７日間養生し、評価用の供試
体を得た。（３）改良土壌の評価：一軸圧縮強度測定上記（２）で得られた供試体について、ＪＩＳＡ１２
１６に則った方法でその一軸圧縮強さを測定した。尚、
一軸圧縮強度については、対象土壌１ｍ³当たり１００
ｋｇ量の添加で、人がその上を歩く事が可能な強度であ
る０．５ｋｇｆ／ｃｍ²以上の一軸圧縮強度を有する改
良土壌を与えるものを良とした。（４）改良土壌の評価：ｐＨ測定上記（２）で得られた成形前の土壌について、土質工学
会基準ＪＳＦＴ２１１−１９９０に則り、改良土壌の
ｐＨを測定した。ｐＨ値については、９．５以下のもの
を良とした。

【００２０】実施例１〜１１および比較例１〜４半水石膏、アルミナセメント、ポルトランドセメント、
および硫酸アルミニウムまたは硫酸第二鉄の混合比を種
々変えた固化材を調製し、含水比２７％の粘土質砂を対
象土壌とした場合の例を表１に示す。本発明の範囲に含
まれる組成を有する固化材を用いた場合、固化改良後土
壌のｐＨ値は何れも９．５以下であり、且つ、一軸圧縮
強度は０．５ｋｇｆ／ｃｍ²以上であり、目的とする基
準をクリアしていた。それに対して、本発明の範囲を外
れる組成を有する固化材では、固化改良後土壌のｐＨ値
または一軸圧縮強度が目標とした基準に達せず、固化材
としては不適であることが分かる。

【００２１】

【表１】

【００２２】実施例１２〜１４表１には、半水石膏、アルミナセメント、ポルトランド
セメントおよび硫酸アルミニウム成分に、更に炭酸リチ
ウムまたは吸水材を添加した例を合わせて示す。炭酸リ
チウム、または有機高分子、無機質多孔体吸水材の添加
により、改良後土壌のｐＨ値にはほとんど変動なく、一
軸圧縮強度が向上する。

【００２３】

【発明の効果】本発明の固化材は、石膏、アルミナセメ
ント、ポルトランドセメン、および硫酸アルミニウムま
たは硫酸鉄を成分とするものであるが、それを使用した
改良後土壌の一軸圧縮強度は０．５ｋｇｆ／ｃｍ²以上
と歩行可能な強度を有していることからその上での作業
が可能になるだけでなく、ｐＨ値も、土壌の緩衝能力に
よるｐＨ値降下が速やかに起こり易い値である９．５以
下に収まっており、アルカリ公害を引き起こす可能性も
低い。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＣ０９Ｋ 17/18 Ｃ０９Ｋ 17/18 Ｐ 17/42 17/42 Ｐ 17/48 17/48 Ｅ０２Ｄ 3/12 １０２Ｅ０２Ｄ 3/12 １０２ //(Ｃ０４Ｂ 28/14 Ｃ０４Ｂ 7:02 7:02 7:32 7:32 22:14 Ａ 22:14） (56)参考文献特開平６−298553（ＪＰ，Ａ) 特開平６−220451（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−141699（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−44355（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C09K 17/02 C09K 17/06 C09K 17/08 C09K 17/10 C09K 17/18 C09K 17/42 E02D 3/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】固化材全体を１００重量部としたとき、７
〜６５重量部のアルミナセメントとポルトランドセメン
トの混合セメントと、２〜３０重量部の硫酸アルミニウ
ム又は硫酸鉄と、残部が石膏よりなり、石膏含有量が２
０重量部以上であり、且つ、ポルトランドセメントに対
するアルミナセメントの重量比が１．５〜９である、ｐ
Ｈ値が９．５以下の改良土壌を与える含水土壌用固化
材。
【請求項２】成分として更に０．５〜５重量部のリチウ
ム塩を含む、請求項１に記載の含水土壌用固化材。
【請求項３】成分として更に、５〜４０重量部の無機質
多孔体吸水材を含む、請求項１または２に記載の含水土
壌用固化材。
【請求項４】成分として更に、０．１〜５重量部の有機
高分子吸水材を含む、請求項１から３までの何れかに記
載の含水土壌用固化材。
【請求項５】石膏が半水石膏および／または無水石膏で
ある、請求項１から４までの何れかに記載の含水土壌用
固化材。
【請求項６】請求項１から５までの何れかに記載の含水
土壌用固化材を、含水土壌１ｍ^３当たり５０〜４００ｋ
ｇ添加する含水土壌の固化改良方法。