JP4017609B2 - 流動化処理土の製造方法 - Google Patents

Description

この出願の発明は、建設工事で発生する建設汚泥の中間処理過程で発生する汚濁水や骨材製造工程などに発生する洗浄水を脱水処理した後の脱水ケーキを原料とする、流動性埋戻土等として有用な、流動化処理土の製造方法に関するものである。

建設工事における基礎工事、トンネル工事、シールド工事、浚滯工事などにおいては汚泥や汚濁水が発生し、また骨材製造工程などで洗浄水が発生する。これら、汚泥や汚濁水、洗浄水は、従来一般的に図３に示したように、濁水処理設備を通して処理されるが、その処理工程では、磔砂等の粗粒分を分離した後、シルト、粘土分などの細粒分、微粒分を含む液体の中に凝集剤・沈降剤を入れ、攪拌し、水と沈殿物に分離する。その後、この沈殿物をフィルタープレス、ベルトプレス、スクリュープレス、遠心脱水機などの装置により脱水し、固形の脱水ケーキとして減容している。また、砂利等の骨材製造工程での洗浄処理は図番のようなプロセスとして行われ、脱水ケーキが生成されている。そして、これまで、これらの脱水ケーキは産業廃棄物として処分されてきている。

しかしながら、建設副産物の再使用、再利用についての社会的要請が強まる中で、脱水ケーキに対しても改質して再利用することを求められる場面が増えてきている。

一方、建設発生土の埋め戻しは、発生上の再利用ということで、近年行われている。しかしながら、発生上のみでは流動性が不十分なため、狭い空間に入り込むことができず、地盤内に空間が残ったり、土砂を締め固めることが難しかったりなどの問題があった。そこで、最近では、建設発生土に水あるいは調整泥水と固化材を加えた流動化処理土を埋め戻し土として使用するケースがでてきている。これは、流動化処理した建設発生土は再掘削が可能な強度で充填できる点で有効であると考えられているからである。

このような状況において、建設発生土を流動化処理土として利用するための指針も示されている（非特許文献１）。
「流動化処理土利用技術マニュアル」建設省土木研究所（平成９年１２月）

上記のような背景において、建設汚泥の処理時、あるいは砂利製造工程時に発生する脱水ケーキを建設副産物として再利用するとの観点から、この出願の発明者らは、これを流動化処理土の製造に用いることの可能性について検討してきた。

この検討においては、従来の建設発生土からの流動化処理土は、発生土の場所や使用条件によって性状の安定性を保つことが必ずしも容易ではなく、貯蔵も難しいという問題点を解消することも考慮されていた。

この出願の発明は、以上のとおりの問題点を解消し、しかも従来は廃棄されていた前記の脱水ケーキを流動化処理土の製造に再利用することのできる新しい方法を提供することを課題としている。

この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第１には、含水率３０〜７０％の範囲の脱水ケーキにその重量１００部に対し０．５〜２０部の範囲の固化剤のセメントと、５〜３０部の範囲の添加剤としての生石灰とを加え、ミキシングし、粒の大きさの範囲を１０ｍｍ以下に造粒して含水率１０〜３０％の範囲の改良土とし、この改良土に水、セメントを加えて、ミキシングし、流動化処理土とするに際し、流動化処理土製造１ｍ ^３ 当たり水・セメント比６５〜４８０％の範囲で、セメントが７５〜４８０ｋｇの割合となるように加えてミキシングすることを特徴とする流動化処理土の製造方法を提供する。

第２には、固化剤セメントを４〜８部、添加剤生石灰を８〜１８部の範囲内で加えて改良土とすることを特徴とする流動化処理土の製造方法を、
第３には、改良土の含水率を１５〜２５％の範囲内とすることを特徴とする流動化処理土の製造方法を提供する。

また、第４には、上記方法において、改良土に水、セメントとともに混和剤を加えて、ミキシングし、流動化処理土とすることを特徴とする流動化処理土の製造方法を提供する。

第５には、改良土に水、セメントとともに混和剤と、細骨材を加えて、ミキシングし、流動化処理土とすることを特徴とする流動化処理土の製造方法を提供する。

上記のとおりのこの出願の発明によって、従来の建設発生土からの流動化処理土の場合のような、発生土の場所や使用条件によって性状の安定性を保つことが必ずしも容易ではなく、貯蔵も難しいという問題点を解消し、しかも従来は廃棄されていた脱水ケーキを流動化処理土の製造に再利用することができる。

そして製造された流動化処理土は、流動性や充填性を調整でき、締め固め不要で様々な形状の地下空洞に使用することができ、構造物と地盤を一体化するために用いることができる。

さらに、造粒された改良土は、粒の大きさが１０ｍｍに統一された粒状のものの集合であるため、量に応じた貯蔵が容易で、また性状的にも安定しているので、必要なときに使用して、流動化処理土を製造することができ、取り扱いが便利である。

この出願の発明は上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態について説明する。

この出願の発明の流動化処理土の製造法においては、まず最初に、改良土を脱水ケーキより作製する。すなわち、たとえば図１に示したように、建設汚泥の処理時、あるいは砂利製造時に発生する脱水ケーキを原料とし、これに固化剤と添加剤を加え、ミキシングによって混練し、次いで塊砕等を必要に応じて行って造粒する。この際の固化剤、そして添加剤という材料を加える順序は特に限定されないが、脱水ケーキ、固化剤、添加剤の順に加えることが望ましい。固化剤は改良土の固化のために加えるものであって、セメントが望ましく、また添加剤は脱水ケーキの水分分離のためで、生石灰が望ましい。もちろん、同様の作用のある他の適宜な材料であってもよい。また、混練り、塊砕、造粒等の過程は、通常、ミキサーを使用して行うことができ、材料を加えながらミキシングしても、すべての材料投入後、ミキシングしてもかまわない。造粒については、流動化処理土の製造時に混合が容易で、かつ短時間で流動化処理土としての要求性能である、圧縮強度、フロー値、ブリージング立、湿潤密度を満足できるよう粒径の範囲を１０ｍｍ以下とする。また、５０％粒径（Ｄ₅₀）については、０．３〜１mmの範囲とすることが望ましい。

造粒された改良土は、次工程の流動化処理土製造のための材料となるが、改良土の製造場所で使用することはもちろん、固形化されているので、そのままあるいは袋等に詰めトラックなどで運搬できるので、他の適当な場所に流動化処理土製造施設を設けて、そこで使用することができる。また、造粒された改良土は、性状的に安定しているので、貯蔵し、必要なときに使用することができる。

ここで、脱水ケーキは、建設系汚泥や汚濁水の中間処理で発生する主に細粒分、微粒分からなる汚濁水や骨材製造工程などで発生する洗浄水を凝集・沈殿剤を用い、水と凝集・沈殿物に分離し、分離された凝集・沈殿物をフィルタープレス等の装置で圧縮・濾過されたものであり、通常含水率は３０〜７０％程度の範囲であってよく、より実際的には、４０〜５０％のものが考慮される。

固化剤としてセメントを用いる場合には、脱水ケーキの重量１００部に対し、一般的には０．５〜２０部程度が考慮されるが、好適には、４〜８部の範囲である。そして添加剤として生石灰を用いる場合には、脱水ケーキ１００重量部に対して、通常５〜３０部が、好適には８〜１８部の範囲が考慮される。

前工程で作製される改良土の含水率は１０〜３０％の範囲であることが好ましく、より好適には１５〜２５％の範囲である。

作製された改良土から、次の後工程において流動化処理土が製造されることになる。この後工程としての流動化処理土製造においても材料を加える順序は特に限定されることはないが、改良土に対して、セメントと水分を用いる場合には、改良土、セメント、改良土、水分の順に加えることが望ましい。さらに混和剤も用いる場合には、改良土、セメント、改良土の順に加え、それに水分と混和材を加えることが望ましい。また、細骨材も用いる場合には、改良土、細骨材、セメント、改良土の順に加え、それに水分と混和材を加えることが望ましい。これらの配合比については、後述の流動化処理土の目標品質をも考慮して、具体的施工に要求される強度等に応じて定めることになる。

ここで混和剤は、ＡＥ剤、分散剤、流動化剤などのように、コンクリート中に少量だけ混入してワーカビリティーや初期強度の増大などコンクリートの性質を改良するために用いる物質をいう。

流動化処理土製造の過程で加える水分は、水の場合でもよく、また、水を含む土砂などが考えられる。この場合の土砂は特に限定しないが、含水率の高い土砂がより有効である。例えば、基礎工事、シールド工事、推進工事、トンネル工事、ダム工事などの建設工事で発生する汚濁水や水分を多く含む土砂、骨材製造工程などで発生する洗浄水、湖沼、ダム、港湾などで浚滯した底泥、汚泥、汚濁水などが考えられる。

この出願の発明による流動化処理土は、従来埋め戻し土として使用していた建設発生土は用いず、脱水ケーキを基に製造するものであるから、産業廃棄物のリサイクルが行われる。

また、建設工事に用いる埋め戻し土は、狭隘な空間に構造物と基盤とを一体的にするために、施工性、すなわち流動性がよく自己充填性に優れていることが望ましい。この出願の発明による流動化処理土は、リサイクル土の形状や、水分・セメントなどの混合割合を組み合わせることによって、埋め戻し土として、流動性や充填性を調整でき、また用途に応じて要求される圧縮強度、スランプ等変更可能である。したがって、締め固め不要で様々な形状の地下空洞に使用することができ、構造物と地盤を一体化するために用いることができる。

ここで流動化処理土の目標品質は、国土交通省土木研究所要求品質基準を基に決め、おおむね圧縮強度とフロー値は次の表１のようになるが、施工条件や運用箇所の重要性などを十分に考慮のうえ決定する必要がある。

そこで次に実施例を示しさらに詳しく説明する。もちろん以下の例によって発明が限定されることはない。

改良土を製造する前工程として図１のプロセスを実施し、次いで、流動化処理土、すなわち流動化処理土を製造する後工程を実施した。前工程としては、建設汚泥の処理時、あるいは砂利製造工程時に発生する脱水ケーキに固化剤と添加剤を加え、ミキサーで混練り、塊砕、造粒を行い改良土を製造した。この改良土製造においては、固化剤としてはセメント、添加剤としては生石灰を用いた。脱水ケーキの含水率は、４０〜５０％のものがより適当である。加える順序は、特に限定しないが、通常、脱水ケーキ、固化材、添加剤の順に加える。

後工程としては、加える順序は、前記のように特に限定されないが、たとえば製造した改良土１／２に、セメント、改良土１／２を順に加え、それに水分を加えて、ミキサーで適当な時間、混練りし、流動化処理土を製造することができる。製造された流動化処理土は、アジテータなどに移し、目的の土砂投入場所に埋め戻し土砂として投入する。各材料の配合割合は、改良土の性状、水・セメント比、混和材の種類及びその混合割合に応じた圧縮強度を事前に測定しておき、所要強度を有する配合で製造することを基本とする。ただし、必要とする流動化処理土の性状などに応じて各材料の配合割合を定めることもできる。

表２は、改良土の製造の配合例を示したものである。この配合により、４２％の含水率を有する脱水ケーキから、２０％の含水率を有する改良土を製造した。

表３は、上記の流動化処理土の初期強度の出現状況の確認を行うための試験練りの結果である。水・セメント比を７５％、８５．７％、１００％、１２０％の４種類の配合で行い、７５％を７試験体、８５．７％を２試験体、１００％を１試験体、１２０％を１試験体それぞれ採取し、１試験体毎に３度の実験を行い、モルタルの性状、圧縮強度の発現状況を確認した。また、水・セメント比を３８０％、４８０％の２種類の配合で行い、それぞれの配合について一度の実験を行い、モルタルの性状、圧縮強度の発現状況を確認した。試験に用いた材料は、セメント：普通セメント（比重３．１６）、水：地下水、改良土（比重１．８８）である。試験練りには、６０リットル練り強制練りミキサーを用いた。コンクリートの練り混ぜ量は、１バッチ３０リットルとし、全材料投入後９０秒間練り混ぜた。材料の投入順序は、1)改良土１／２、2)セメント、3)改良土１／２、4)水で行った。練り混ぜが終わったモルタルは、練り舟に移し、ショベルで良く切り返した後、ワーカビリティーを確保し圧縮供試体を作成した。圧縮強度用供試体は、各配合につき、所定材齢まで、２０℃±３℃の水槽にて養生し、圧縮強度試験を行った。供試体は、φ１０×２０ｃｍとした。その結果、流動化処理土の性状は、すべて良（フロー値が１６０ｍｍ以上）で良好な結果が得られた。また、圧縮強度は材齢７日ですべて管理値の０．２Ｎ／ｍｍ²より高い値であり、目標品質を満足している。この場合、混和材は使用してない。

流動化処理土の製造については、十分散水し、吸水率を安定させれば普通骨材使用と同様の方法で使用できる。

また、表４は、同じく改良土を用いた流動化処理土の初期強度の出現状況の確認を行うための試験練りの結果で、混和材、混和材と細骨材を加えた場合のものである。材料の投入順序は、混和材を加えた場合は、＜１＞改良土１／２、＜２＞セメント、＜３＞改良土１／２、＜４＞水と混和剤で行った。混和材と細骨材を加えた場合は、＜１＞改良土１／２、＜２＞細骨材、＜３＞セメント、＜４＞改良土１／２、＜５＞水と混和剤で行った。その結果、混和材、混和材＋細骨材を加えない場合と同様に、処理土モルタルの性状は、すべて良で良好な結果が得られた。また、圧縮強度は材齢７日ですべて目標値の０．２Ｎ／ｍｍ²より高い値であった。

改良土を製造する工程を例示した図である。 流動化処理土の製造を例示した図である。 従来の建設汚泥・汚濁水処理フロー図である。 従来の砂利製造工程洗浄水処理フロー図である。

Claims (5)

1. 含水率３０〜７０％の範囲の脱水ケーキにその重量１００部に対し０.５〜２０部の範囲の固化剤のセメントと５〜３０部の範囲の添加剤としての生石灰とを加え、ミキシングし、粒の大きさの範囲を１０ｍｍ以下に造粒して含水率１０〜３０％の範囲の改良土とし、この改良土に水、セメントを加えて、ミキシングし、流動化処理土とするに際し、流動化処理土製造１ｍ ^３ 当たり水・セメント比６５〜４８０％の範囲で、セメントが７５〜４８０ｋｇの割合となるように加えてミキシングすることを特徴とする流動化処理土の製造方法。
2. 固化剤セメントを４〜８部、添加剤生石灰を８〜１８部の範囲内で加えて改良土とすることを特徴とする請求項１に記載の流動化処理土の製造方法。
3. 改良土の含水率を１５〜２５％の範囲内とすることを特徴とする請求項１または２に記載の流動化処理土の製造方法。
4. 請求項１から３のうちのいずれか一項に記載の方法において、改良土に水、セメントとともに、混和剤を加えて、ミキシングし、流動化処理土とすることを特徴とする流動化処理土の製造方法。
5. 請求項１から３のうちのいずれか一項に記載の方法において、改良土に水、セメントとともに、混和剤と細骨材を加えて、ミキシングし、流動化処理土とすることを特徴とする流動化処理土の製造方法。