JP4013168B2 - 地盤改良材 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は軟弱地盤に対する地盤改良材に関する。より詳細には、下水汚泥や都市ゴミを含む産業廃棄物を溶融したスラグを利用できるようにして経済性を高めると共に資源の再利用を図った地盤改良材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、軟弱地盤の改良には、その表層部を良質土によって置換する方法が専ら行われてきた。しかしながら、このような置換方法は、軟弱地盤の付近に良質土が存在することが希なため遠方から良質土を運搬しなければならず、施工費が嵩む問題があり、また地盤の表層部は改良されるものの地盤深部の改良にはならない。そこで、この方法に代えて、軟弱地盤にセメントを混合して表層部を改善したり、またはセメントミルクを軟弱地盤深部まで注入して地盤の固結化を促す方法も試みられたが、軟弱地盤は含水比が高く、しかも有機物を含む場合が多く、これらが固結効果を妨げるため一般のセメントでは改良効果が低い。
【０００３】
そこで、この改良として、セメントと高炉スラグ１００重量部中に１０〜３０重量部の石膏を配合したセメント−高炉スラグ−石膏系の改良材が知られている（特公昭６１−２６５９８号公報）。また、土壌有機物含有量２０％以上の高有機質軟弱地盤用の固結材として、セメント、高炉スラグ、石膏の全混合物を超微粉化したものが提案されている。例えば、特開昭６３−１９９２８３号には水硬性微粉末を用いた固化材が開示されている。また、特開昭６０−１３７４９６号には、セメントおよぴ高炉スラグを超微粉化したヘドロ用固化材が記載されている。しかし、これらの方法で地盤改良材として用いられているスラグは、銑鉄の製造工程で発生する高炉スラグであり、供給源が限られる。
【０００４】
一方、下水汚泥や都市ゴミ、建設資材等の各種産業廃棄物が年々増大し、特に大都市周辺においては、その最終処分場を確保するのが極めて困難な状況になっており、そのリサイクルを含めた再資源化が切実に求められている。
下水汚泥や都市ゴミなどの処理方法は、これらを焼却処理することが一般的であるが、最近はその焼却灰を更に溶融処理して減容化することが行われており、この溶融スラグについての再利用が検討されている。
ところが、現状では上記溶融スラグの用途は路盤材やブロックの骨材やタイルや煉瓦等の原料として利用され始めているが、その量は微々たるものであり、有効に活用されているとは云えない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の上記問題を解決した地盤改良材を提供するものであって、下水汚泥や都市ゴミを含む産業廃棄物の溶融スラグについて、その成分を調整することにより軟弱地盤の改良に有効なスラグ系改良材として利用できるようにし、その経済性を高めると共に資源の有効利用を図ったものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下水汚泥や都市ゴミを含む産業廃棄物を原料とした特定組成のスラグ組成物が、高炉スラグと同様に、軟弱地盤の改良に有効であることを見出し、これを地盤改良材として利用できるようにしたものである。
【０００７】
すなわち、本発明は、汚泥ゴミ廃棄物の焼却物を下記成分組成になるように成分調整して高温溶融し、急冷してブレーン比表面積３５００ cm2/g 以上に粉砕してなるスラグ組成物と、セメントとを配合してなる地盤改良材であって、上記スラグ組成物がシリカ(SiO2)分２３〜９０重量％、石灰(CaO)分０〜３７重量％、アルミナ(Al2O3)分０〜４０重量％を含有し、残留元素分を酸化物換算で０.１〜５０重量％含有することを特徴とする地盤改良材である。
【０００８】
本発明の上記地盤改良材は、（２）上記スラグ組成物とセメントとの配合割合が、スラグ組成物５〜５０重量％、セメント５０〜９５重量％である地盤改良材、（３）スラグ組成物５〜５０重量％、セメント５０〜９５重量％を配合した組成物１００重量部に対して石膏を１〜４０重量部配合してなる地盤改良材を含む。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の地盤改良材に用いるスラグ組成物は、シリカ(SiO2)分が２３〜９０重量％、石灰(CaO)分が０〜３７重量％およびアルミナ(Al2O3)分が０〜４０重量％であって、残留元素分が酸化物換算で０.１〜５０重量％およびハロゲンを０.１〜１０重量％含有するものである。
【００１０】
シリカ(SiO2)分は２３〜９０重量％であり、２５〜９０重量％が好ましい。２３重量％より少ないとスラグ化し難くなると共に強度の発現性が悪くなる。９０重量％を上回るとスラグ化温度が高くなるので好ましくない。石灰(CaO)分は０〜３７重量％であり、１〜３５重量％が好ましい。なお、硬化体の強度発現性を高めるにはCaO分/SiO分(重量比)が１.３以下のものが好ましい。
【００１１】
上記スラグ組成物はアルミナ(Al2O3)分を含まなくても硬化するが、アルミナ分を含むことによりスラグの水和においてゼオライトの生成が有利になる。ただし、アルミナ分が４０重量％を超えるとスラグ化温度が高くなり、また強度の発現性が悪くなる。従ってアルミナ分は０〜４０重量％の含有量が適当である。
残留元素分とは、鉄、アルカリ金属、チタン、マンガンおよびマグネシウムの各金属および非金属の燐であり、これらの１種または２種以上の合計量が０.ｌ〜５０重量％である。これらの元素の一部およびハロゲンはスラグの活性化に効果があるので０.１重量％以上含有するのが好ましい。ただし、上記残留元素分が５０重量％を超え、あるいはハロゲン含有量が１０重量％を上回るといずれも強度の発現性が悪くなるので上記範囲内の含有量が適当である。
【００１２】
本発明に用いる上記スラグ組成物は、下水汚泥や都市ゴミあるいは産業廃棄物（これらを総称して汚泥ゴミ廃棄物と云う）の焼却物を上記成分組成となるように、必要に応じて粘土ないし石灰石を加えて成分調整し、高温溶融後、急冷して微粉化したものが好ましい。
因に、上記スラグ組成物は汚泥ゴミ廃棄物を用いる以外に各純薬を用いて高温で溶融しても得ることができるが、上記スラグ組成物は汚泥ゴミ廃棄物の焼却物を溶融したスラグ組成物の成分と大差なく、多くは実質的に変わらないので、これを利用するのが好ましい。上記スラグ組成物の成分範囲はこの汚泥ゴミ廃棄物焼却物の溶融スラグの成分範囲に基づいている。
【００１３】
上記スラグ組成物における石灰分の含有量は従来用いられている高炉スラグの石灰分より少なくても良好な活性を有し硬化する。この点が高炉スラグを用いる従来のものと大きく異なる。一般に高炉スラグには３８〜４５重量％の石灰分を含有し、この含有量が３５重量％を下回ると活性が極端に低下することが知られているが、上記汚泥ゴミ廃棄物の溶融スラグに含まれる石灰分は概ね５〜３５重量％程度であり、高炉スラグよりも大幅に少ないにもかかわらず良好な活性を有する。
【００１４】
なお、石灰分が８重量％未満の場合は強度を補うためセメントを配合して用いるのが好ましい。セメントの種類は普通、早強、中庸熱等の各ポルトランドセメントの一種以上を用いることができる。
スラグ組成物とセメントの配合割合は、スラグ組成物５〜５０重量％、セメント５０〜９５重量％の範囲が適当である。スラグ組成物が上記配合量より少ないと発明の目的を達せられず、多いと固化強度が低下する。より好ましい範囲はスラグ組成物１０〜３０重量％、セメント７０〜９０重量％である。
【００１５】
さらに、セメントと共に石膏を併用しても良い。石膏は二水、半水、無水の各石膏を一種以上を用いることができる。なお、強度発現性を考慮すると無水石膏が好ましい。石膏の配合量は、スラグ組成物とセメントとからなる上記組成物１００重量部に対し、１〜４０重量部の範囲が適当である。石膏の量が少ないと固化強度が低く、多いと固化強度が低下すると共に固化物の安定性が低下する。より好ましい範囲は５〜２５重量部である。
【００１６】
なお、上記スラグ組成物は、高温溶融したものを急冷して微粉化したものが好ましい。スラグ組成物を微粉化することにより反応性が向上する。微粉化の程度はブレーン比表面積３５００cm2/g以上が適当である。
因に、石膏の粒度は本発明の効果を損なわない範囲であればとくに限定されない。例えば、ブレーン比表面積２５００〜８０００cm2/g程度であれば良い。
【００１７】
【実施例および比較例】
以下に本発明の実施例および比較例を示す。なお、これらの実施例は本発明を限定するものではない。
【００１８】
実施例 1 〜 12 、比較例 1 〜 3
表１に示す主成分からなるゴミ焼却溶融スラグを比表面積3960cm2/gにボールミルにて粉砕したものと、普通ポルトランドセメントおよび比表面積3600cm2/gの無水石膏を表２に示す配合に混合した地盤改良材(実施例1〜12)を調製した。一方、普通セメント単味のものを比較例１とし、高炉水砕スラグ（C/Sモル比=1.39、比表面積4170cm2/g)を用いたものを比較例２、３とした。
これらの地盤改良材を、砂質土(含水比38%)、シルト(含水比63%)、粘性土(含水比83%)の各土質にそれぞれ湿潤重量比で３，５，７％添加混合し、７日養生後の一軸圧縮強さ(qu)を測定した。
安定性試験は、１日養生後の供試体を２０℃水中に浸漬し、２８日後の長さ変化率を測定した。これらの試験結果を表１にまとめて示した。
【００１９】
シルト質土壌を除いて、スラグを配合することにより普通セメント単味(比較例１)よりも固化強度は上昇する。また、ゴミ焼却溶融スラグを用いた実施例の試料は何れも高炉スラグを用いた比較例２、３と同等の強度が得られる。
ただし、スラグ配合量が３０重量％より増加すると徐々に強度は低下する。従って、好ましいスラグの配合量は１０〜３０重量％の範囲である。
石膏を配合した系では、石膏の配合量の増加に伴って強度は増加傾向にあるものの、石膏配合量(内割り)が２５％程度を超えると強度の低下傾向が見られ、長さ変化率が急激に増大し、固化体の安定性を損なう可能性が示唆される。
以上の結果から、本発明の地盤改良材の、好ましい配合量は、溶融スラグ１０〜３０重量％、セメント７０〜９０重量％、および石膏をこの組成物１００重量部に対し、５〜２５重量部の範囲で添加したものである。
【００２０】
【表１】
【００２１】
【表２】
【００２２】
【発明の効果】
本発明の地盤改良材は、下水汚泥や都市ゴミあるいは産業廃棄物などの汚泥ゴミ廃棄物を焼却処理した溶融スラグを用いることができるので、経済性に優れ、これらを資源化し、その有効利用を図ることができる。また、本発明の地盤改良材は従来の高炉スラグを用いたものと同等レべル以上の性能を有することから幅広く利用することができる。
【発明の属する技術分野】
本発明は軟弱地盤に対する地盤改良材に関する。より詳細には、下水汚泥や都市ゴミを含む産業廃棄物を溶融したスラグを利用できるようにして経済性を高めると共に資源の再利用を図った地盤改良材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、軟弱地盤の改良には、その表層部を良質土によって置換する方法が専ら行われてきた。しかしながら、このような置換方法は、軟弱地盤の付近に良質土が存在することが希なため遠方から良質土を運搬しなければならず、施工費が嵩む問題があり、また地盤の表層部は改良されるものの地盤深部の改良にはならない。そこで、この方法に代えて、軟弱地盤にセメントを混合して表層部を改善したり、またはセメントミルクを軟弱地盤深部まで注入して地盤の固結化を促す方法も試みられたが、軟弱地盤は含水比が高く、しかも有機物を含む場合が多く、これらが固結効果を妨げるため一般のセメントでは改良効果が低い。
【０００３】
そこで、この改良として、セメントと高炉スラグ１００重量部中に１０〜３０重量部の石膏を配合したセメント−高炉スラグ−石膏系の改良材が知られている（特公昭６１−２６５９８号公報）。また、土壌有機物含有量２０％以上の高有機質軟弱地盤用の固結材として、セメント、高炉スラグ、石膏の全混合物を超微粉化したものが提案されている。例えば、特開昭６３−１９９２８３号には水硬性微粉末を用いた固化材が開示されている。また、特開昭６０−１３７４９６号には、セメントおよぴ高炉スラグを超微粉化したヘドロ用固化材が記載されている。しかし、これらの方法で地盤改良材として用いられているスラグは、銑鉄の製造工程で発生する高炉スラグであり、供給源が限られる。
【０００４】
一方、下水汚泥や都市ゴミ、建設資材等の各種産業廃棄物が年々増大し、特に大都市周辺においては、その最終処分場を確保するのが極めて困難な状況になっており、そのリサイクルを含めた再資源化が切実に求められている。
下水汚泥や都市ゴミなどの処理方法は、これらを焼却処理することが一般的であるが、最近はその焼却灰を更に溶融処理して減容化することが行われており、この溶融スラグについての再利用が検討されている。
ところが、現状では上記溶融スラグの用途は路盤材やブロックの骨材やタイルや煉瓦等の原料として利用され始めているが、その量は微々たるものであり、有効に活用されているとは云えない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の上記問題を解決した地盤改良材を提供するものであって、下水汚泥や都市ゴミを含む産業廃棄物の溶融スラグについて、その成分を調整することにより軟弱地盤の改良に有効なスラグ系改良材として利用できるようにし、その経済性を高めると共に資源の有効利用を図ったものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下水汚泥や都市ゴミを含む産業廃棄物を原料とした特定組成のスラグ組成物が、高炉スラグと同様に、軟弱地盤の改良に有効であることを見出し、これを地盤改良材として利用できるようにしたものである。
【０００７】
すなわち、本発明は、汚泥ゴミ廃棄物の焼却物を下記成分組成になるように成分調整して高温溶融し、急冷してブレーン比表面積３５００ cm2/g 以上に粉砕してなるスラグ組成物と、セメントとを配合してなる地盤改良材であって、上記スラグ組成物がシリカ(SiO2)分２３〜９０重量％、石灰(CaO)分０〜３７重量％、アルミナ(Al2O3)分０〜４０重量％を含有し、残留元素分を酸化物換算で０.１〜５０重量％含有することを特徴とする地盤改良材である。
【０００８】
本発明の上記地盤改良材は、（２）上記スラグ組成物とセメントとの配合割合が、スラグ組成物５〜５０重量％、セメント５０〜９５重量％である地盤改良材、（３）スラグ組成物５〜５０重量％、セメント５０〜９５重量％を配合した組成物１００重量部に対して石膏を１〜４０重量部配合してなる地盤改良材を含む。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の地盤改良材に用いるスラグ組成物は、シリカ(SiO2)分が２３〜９０重量％、石灰(CaO)分が０〜３７重量％およびアルミナ(Al2O3)分が０〜４０重量％であって、残留元素分が酸化物換算で０.１〜５０重量％およびハロゲンを０.１〜１０重量％含有するものである。
【００１０】
シリカ(SiO2)分は２３〜９０重量％であり、２５〜９０重量％が好ましい。２３重量％より少ないとスラグ化し難くなると共に強度の発現性が悪くなる。９０重量％を上回るとスラグ化温度が高くなるので好ましくない。石灰(CaO)分は０〜３７重量％であり、１〜３５重量％が好ましい。なお、硬化体の強度発現性を高めるにはCaO分/SiO分(重量比)が１.３以下のものが好ましい。
【００１１】
上記スラグ組成物はアルミナ(Al2O3)分を含まなくても硬化するが、アルミナ分を含むことによりスラグの水和においてゼオライトの生成が有利になる。ただし、アルミナ分が４０重量％を超えるとスラグ化温度が高くなり、また強度の発現性が悪くなる。従ってアルミナ分は０〜４０重量％の含有量が適当である。
残留元素分とは、鉄、アルカリ金属、チタン、マンガンおよびマグネシウムの各金属および非金属の燐であり、これらの１種または２種以上の合計量が０.ｌ〜５０重量％である。これらの元素の一部およびハロゲンはスラグの活性化に効果があるので０.１重量％以上含有するのが好ましい。ただし、上記残留元素分が５０重量％を超え、あるいはハロゲン含有量が１０重量％を上回るといずれも強度の発現性が悪くなるので上記範囲内の含有量が適当である。
【００１２】
本発明に用いる上記スラグ組成物は、下水汚泥や都市ゴミあるいは産業廃棄物（これらを総称して汚泥ゴミ廃棄物と云う）の焼却物を上記成分組成となるように、必要に応じて粘土ないし石灰石を加えて成分調整し、高温溶融後、急冷して微粉化したものが好ましい。
因に、上記スラグ組成物は汚泥ゴミ廃棄物を用いる以外に各純薬を用いて高温で溶融しても得ることができるが、上記スラグ組成物は汚泥ゴミ廃棄物の焼却物を溶融したスラグ組成物の成分と大差なく、多くは実質的に変わらないので、これを利用するのが好ましい。上記スラグ組成物の成分範囲はこの汚泥ゴミ廃棄物焼却物の溶融スラグの成分範囲に基づいている。
【００１３】
上記スラグ組成物における石灰分の含有量は従来用いられている高炉スラグの石灰分より少なくても良好な活性を有し硬化する。この点が高炉スラグを用いる従来のものと大きく異なる。一般に高炉スラグには３８〜４５重量％の石灰分を含有し、この含有量が３５重量％を下回ると活性が極端に低下することが知られているが、上記汚泥ゴミ廃棄物の溶融スラグに含まれる石灰分は概ね５〜３５重量％程度であり、高炉スラグよりも大幅に少ないにもかかわらず良好な活性を有する。
【００１４】
なお、石灰分が８重量％未満の場合は強度を補うためセメントを配合して用いるのが好ましい。セメントの種類は普通、早強、中庸熱等の各ポルトランドセメントの一種以上を用いることができる。
スラグ組成物とセメントの配合割合は、スラグ組成物５〜５０重量％、セメント５０〜９５重量％の範囲が適当である。スラグ組成物が上記配合量より少ないと発明の目的を達せられず、多いと固化強度が低下する。より好ましい範囲はスラグ組成物１０〜３０重量％、セメント７０〜９０重量％である。
【００１５】
さらに、セメントと共に石膏を併用しても良い。石膏は二水、半水、無水の各石膏を一種以上を用いることができる。なお、強度発現性を考慮すると無水石膏が好ましい。石膏の配合量は、スラグ組成物とセメントとからなる上記組成物１００重量部に対し、１〜４０重量部の範囲が適当である。石膏の量が少ないと固化強度が低く、多いと固化強度が低下すると共に固化物の安定性が低下する。より好ましい範囲は５〜２５重量部である。
【００１６】
なお、上記スラグ組成物は、高温溶融したものを急冷して微粉化したものが好ましい。スラグ組成物を微粉化することにより反応性が向上する。微粉化の程度はブレーン比表面積３５００cm2/g以上が適当である。
因に、石膏の粒度は本発明の効果を損なわない範囲であればとくに限定されない。例えば、ブレーン比表面積２５００〜８０００cm2/g程度であれば良い。
【００１７】
【実施例および比較例】
以下に本発明の実施例および比較例を示す。なお、これらの実施例は本発明を限定するものではない。
【００１８】
実施例 1 〜 12 、比較例 1 〜 3
表１に示す主成分からなるゴミ焼却溶融スラグを比表面積3960cm2/gにボールミルにて粉砕したものと、普通ポルトランドセメントおよび比表面積3600cm2/gの無水石膏を表２に示す配合に混合した地盤改良材(実施例1〜12)を調製した。一方、普通セメント単味のものを比較例１とし、高炉水砕スラグ（C/Sモル比=1.39、比表面積4170cm2/g)を用いたものを比較例２、３とした。
これらの地盤改良材を、砂質土(含水比38%)、シルト(含水比63%)、粘性土(含水比83%)の各土質にそれぞれ湿潤重量比で３，５，７％添加混合し、７日養生後の一軸圧縮強さ(qu)を測定した。
安定性試験は、１日養生後の供試体を２０℃水中に浸漬し、２８日後の長さ変化率を測定した。これらの試験結果を表１にまとめて示した。
【００１９】
シルト質土壌を除いて、スラグを配合することにより普通セメント単味(比較例１)よりも固化強度は上昇する。また、ゴミ焼却溶融スラグを用いた実施例の試料は何れも高炉スラグを用いた比較例２、３と同等の強度が得られる。
ただし、スラグ配合量が３０重量％より増加すると徐々に強度は低下する。従って、好ましいスラグの配合量は１０〜３０重量％の範囲である。
石膏を配合した系では、石膏の配合量の増加に伴って強度は増加傾向にあるものの、石膏配合量(内割り)が２５％程度を超えると強度の低下傾向が見られ、長さ変化率が急激に増大し、固化体の安定性を損なう可能性が示唆される。
以上の結果から、本発明の地盤改良材の、好ましい配合量は、溶融スラグ１０〜３０重量％、セメント７０〜９０重量％、および石膏をこの組成物１００重量部に対し、５〜２５重量部の範囲で添加したものである。
【００２０】
【表１】
【表２】
【発明の効果】
本発明の地盤改良材は、下水汚泥や都市ゴミあるいは産業廃棄物などの汚泥ゴミ廃棄物を焼却処理した溶融スラグを用いることができるので、経済性に優れ、これらを資源化し、その有効利用を図ることができる。また、本発明の地盤改良材は従来の高炉スラグを用いたものと同等レべル以上の性能を有することから幅広く利用することができる。
Claims (3)
- 汚泥ゴミ廃棄物の焼却物を下記成分組成になるように成分調整して高温溶融し、急冷してブレーン比表面積３５００ cm 2 /g 以上に粉砕してなるスラグ組成物と、セメントとを配合してなる地盤改良材であって、上記スラグ組成物がシリカ(SiO2)分２３〜９０重量％、石灰(CaO)分０〜３７重量％、アルミナ(Al2O3)分０〜４０重量％を含有し、残留元素分を酸化物換算で０.１〜５０重量％含有することを特徴とする地盤改良材。
- 上記スラグ組成物とセメントとの配合割合が、スラグ組成物５〜５０重量％、セメント５０〜９５重量％である請求項１に記載する地盤改良材。
- スラグ組成物５〜５０重量％、セメント５０〜９５重量％を配合した組成物１００重量部に対して石膏を１〜４０重量部配合してなる請求項１または２に記載する地盤改良材。
Priority Applications (1)
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| JP1027697A JP4013168B2 (ja) | 1997-01-23 | 1997-01-23 | 地盤改良材 |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP1027697A JP4013168B2 (ja) | 1997-01-23 | 1997-01-23 | 地盤改良材 |
Publications (2)
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| JPH10204432A JPH10204432A (ja) | 1998-08-04 |
| JP4013168B2 true JP4013168B2 (ja) | 2007-11-28 |
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| JP1027697A Expired - Fee Related JP4013168B2 (ja) | 1997-01-23 | 1997-01-23 | 地盤改良材 |
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