JP4052970B2 - 細粒材の圧送方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セメントを含まない細粒材含有スラリーを、細粒材が均一に分散された状態で地中に圧送する細粒材の圧送方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地盤改良工法あるいは汚染地盤浄化工法等においては、地上より種々の改良材や浄化材が地中に均一に供給される。地盤改良工法における圧送材料としては、例えば水とセメントからなるセメントスラリー、あるいは水、セメント及び細骨材からなるモルタル等が挙げられる。この場合、地中にセメントを均一に供給するには、セメントスラリーやモルタルが流動性を有し、且つ材料分離が起こらないことが要求される。
【０００３】
一方、地中に透水性を高めた透水層や透水壁を造成する場合、砂やシルトを水と共に地中に供給することがある。また、地中に浄化層や浄化壁を造成する場合、鉄粉や酸化鉄を水と共に供給することがある。いずれの場合もセメントを使用しないため、水に不溶の砂等の細粒材をポンプで圧送することは困難である。このような場合、スラリー中の細粒材の分離を防止するため、増粘材を配合する方法が採られている。増粘材は細粒材の分離を防止する一方、その配合割合が増加すると流動性が低下し、管路抵抗が増大してエネルギー消費が増えるという問題がある。また、増粘材はその配合割合を出来る限り減らすことができれば、コスト削減にもなる。従って、砂やシルト等、鉄粉や酸化鉄等の細粒材を水と共に地中に供給する際、材料分離を防止すると共に流動抵抗を低減でき、更に増粘材の配合割合を減らすことができれば、省エネルギー化及びコスト低減化が図れるため極めて都合がよい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、砂、シルト、鉄粉及び酸化鉄等の細粒材を水と共に地中に供給する際、細粒材の分離を防止すると共に流動抵抗を低減でき、更に増粘材の配合割合を減らすことができる細粒材の圧送方法を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
かかる実情において、本発明者等は鋭意検討を行った結果、細粒材、増粘材及び水を含有するスラリーの底部から微細気泡を供給して、微細気泡入りスラリーを得、これをポンプにて地中に供給すれば、微細気泡の浮力による細粒材の分離防止効果と微細気泡の摩擦低減効果により、増粘材の配合割合を減らしても、細粒材の分離を防止できると共にスラリーの流動抵抗を低減できることなどを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
すなわち、本発明（１）は、細粒材、増粘材及び水を含有するスラリーを調製し、攪拌槽内の該スラリーの底部から微細気泡を供給して微細気泡入りスラリーを得、次いで該微細気泡入りスラリーをポンプにて地中に圧送する方法であって、前記ポンプにて地中に圧送する際、ポンプ吸引側から微細気泡を更に供給する細粒材の圧送方法を提供するものである。本発明によれば、細粒材を微細気泡入りスラリーとして地中に圧送するため、微細気泡の浮力による細粒材分離防止効果と微細気泡の摩擦低減効果により増粘材の配合割合を減らしても、細粒材の分離を防止できると共にスラリーの流動抵抗を低減できるため、省エネルギー化できると共にコスト低減を図ることができる。また、微細気泡入りスラリーをポンプで圧送する直前で、更に微細気泡を供給するため、ポンプ吐出側の送液管において、微細気泡の摩擦低減効果をより確実に発揮させることができる。
【０００８】
また、本発明（２）は、前記細粒材が、砂、シルト、金属系還元材及び酸化鉄系分解材から選ばれる１種又は２種以上である前記細粒材の圧送方法を提供するものである。本発明によれば、前記発明と同様の効果を奏す他、砂やシルトを用いる地盤改良工法、あるいは金属系還元材や酸化鉄系分解材を用いる汚染地盤浄化工法などにおいて有用である。
【０００９】
また、本発明（３）は、前記増粘材が、生分解性ポリマーである前記細粒材の圧送方法を提供するものである。本発明によれば、前記発明と同様の効果を奏す他、公知の増粘材が適用できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の細粒材の圧送方法は、細粒材、増粘材及び水を含有するスラリーを調製し、攪拌槽内の該スラリーの底部から微細気泡を供給して微細気泡入りスラリーを得、次いで該微細気泡入りスラリーをポンプにて地中に圧送する方法である。以下、各工程毎に説明する。
【００１１】
（スラリーの調整）
細粒材としては、地盤改良工法や汚染地盤浄化工法等で地中に供給される細粒材であれば、特に制限されず、例えば砂、シルト、金属系還元材及び酸化鉄系分解材が挙げられる。この細粒材はこれらの１種単独又は２種以上を組み合わせて用いることができる。また、細粒材の粒径は、特に制限されないが、通常０．００５〜０．３ｍｍである。粒径が０．３ｍｍを超えるものは、増粘材や微細気泡を併用しても、細粒材をスラリー中に均一分散し難くなる点で好ましくない。また、スラリー中には、本発明の作用効果を奏する限り、細粒材以外に、細砂より粒径が大きい中砂や粗砂が含まれていてもよく、シルトより粒径が小さな粘土が含まれていてもよい。
【００１２】
金属系還元材としては、例えば鉄又は亜鉛の金属粉体、若しくはそれらの合金又は化合物の粉体等が挙げられ、このうち、鉄粉が安価であり且つ廃棄物として排出されるものも使用できる点で好適である。酸化鉄系分解材としては、例えば酸化チタン製造工程から副生する含鉄硫酸から合成したマグネタイト系酸化チタン副生酸化鉄を活性処理した市販のものが使用できる。また、汚染物質分解材として、特開２００２−３１７２０２号公報に記載のような金属系還元材と酸化鉄系分解材の複合材料を使用することもできる。
【００１３】
増粘材としては、特に制限されないが、例えば生分解性ポリマーが挙げられる。生分解性ポリマーは、細粒材含有スラリーに混合されて地上から地中に供給される際、細粒材を均一に分散する分散剤として作用すると共に、地中に供給された後は、例えば約１週間程度で分解され、地下水と共に流出するため、地中に空隙を生み透水性を与える機能を果たす。生分解性ポリマーとしては、特に制限されず、例えば天然又は合成の水溶性高分子が挙げられ、具体的にはポリ乳酸系；カルボキシメチルセルローズ（ＣＭＣ）等のセルローズ系高分子；可溶性澱粉及びカルボキシメチルスターチ（ＣＭＳ）等の澱粉系高分子が例示される。このうち、セルローズ系高分子が、該高分子の増粘作用による細粒材分散機能を発揮すると共に、地中においては比較的短期間で分解される点で好ましい。
【００１４】
細粒材の配合量としては、特に制限されないが、水１００重量部に対して５０〜１５０重量部程度である。この水の量は地中に圧送される微細気泡入りスラリー状態における量であり、このスラリー調製工程においては、後述する微細気泡を供給する際に混入する水の量を考慮して、少なめの配合となる。５０重量部未満であると、圧送量が増加し、コストアップとなる点で好ましくなく、１５０重量部を超えると、増粘材や微細気泡を併用しても、細粒材をスラリー中に均一分散することが困難となる。また、増粘材の配合量としては、特に制限されないが、スラリー中、０．３〜２．０重量％程度である。増粘材の配合量は、該スラリーに微細気泡が供給されるため、該微細気泡が供給されない場合に比べて約３０〜５０％使用量を減らすことができる。増粘材の配合量が０．５重量％未満では、例え微細気泡を用いても細粒材の均一な分散は困難となる。一方、１．０重量％を超えると分散効果が飽和するため、それ以上の配合は無駄となる。当該スラリーの物性値としては、例えばフロー値が３００〜５００ｍｍである。細粒材、増粘材及び水を含有するスラリーを調製する装置としては、公知の攪拌手段を有するミキサー及び気泡供給工程で用いる攪拌槽が挙げられる。
【００１５】
（微細気泡入りスラリーの調製）
微細気泡入りスラリーは、前記方法により得られたスラリーに微細気泡を供給して調製される。微細気泡入りスラリーの調製で用いる攪拌槽としては、特に制限されず、例えばタンク内の底部に付設される微細気泡供給手段と、例えば機械式攪拌羽根を有する攪拌手段を備えるものが好ましい。微細気泡供給手段は更に、気泡導入管を介して攪拌槽外に設置された微細気泡発生手段に接続されている。微細気泡供給手段は、微細気泡発生手段で発生した微細気泡を攪拌槽内全体に行き渡らせるものである。微細気泡供給手段としては、特に制限されないが、例えば内部に空洞を有する平板状の箱体であって、箱体の天板には気泡を含む水やスラリー等を排出できる多数の孔部が形成されたものが使用できる。
【００１６】
微細気泡発生手段はスラリー中に微細気泡を発生させるものである。微細気泡としては、例えば最頻値における気泡の直径が通常１０〜５０μm、好ましくは１０〜２０μmのものであり、最大気泡直径が８０μm、好ましくは５０μmのものである。微細気泡発生手段としては、特に制限されないが、例えば、公知のマイクロバブル発生装置及び超音波発振装置が挙げられる。マイクロバブル発生装置は、キャビテーションポンプの一次側で気体を吸い込ませ、ポンプ吐出口に取り付けた旋回加速器で安定した混合比率で送り出し配管先端に付けた分散器のせん断力で微細気泡を発生させる装置、あるいは特開２００１−５８１４２号公報に記載されたマイクロバブル吐出ノズル等が挙げられる。微細気泡発生手段は、エアーコンプレッサーを必要とするものであってもよいし、不要とするものであってもよい。このうち、エアーコンプレッサーが不要なタイプのものであると装置の運転を低コスト化できるため好ましい。また、微細気泡発生装置は、水中ポンプ型、陸上ポンプ型等のいずれのものであってもよい。なお、微細気泡の直径や分布は、例えばタンクにガラス窓を設け、ここからビデオカメラによる約２００倍の接写撮影によって確認することができる。
【００１７】
攪拌槽に入れられたスラリーは、この攪拌槽内で調製されたものでもよく、別途のミキサーで調製され、その後この攪拌槽に供給されたものであってもよい。スラリーの底部から供給される微細気泡の供給量としては、特に制限されず、適宜決定されるが、攪拌槽のスラリー上面に微細気泡が表れた時点で微細気泡の供給を停止することが、スラリー全体に微細気泡が供給されたことを確実に確認できる点で好ましい。また、スラリーの底部から供給される微細気泡は、水と共に供給されるため、微細気泡入りスラリー中の水の配合量は、微細気泡が供給される前のスラリー中の水の配合量と、微細気泡に同伴して供給される水との合計量となる。気泡供給工程を終えると、細粒材及び微細気泡がスラリー中、均一に分散された状態となり、細粒材は増粘材の増粘効果と微細気泡の浮力による分散効果により、スラリー中、少なくとも２時間は均一に分散された状態にある。
【００１８】
（微細気泡入りスラリーの圧送）
前記微細気泡入りスラリーは、直ちに細粒材の分離を起こさないものの、速やかに地中に圧送されることが好ましい。圧送で用いるポンプとしては、特に制限されないが、通常セメントスラリーの圧送等で用いられるグラウトポンプが適用できる。このグラウトポンプは、ポンプ吸引側に微細気泡を供給するノズルが接続されたポンプが好ましい。このノズルの配設個数は、１個又は複数個であり、通常１〜２個である。ノズルの設置場所は、１個設置の場合、ポンプ吸引管の最下面とし、複数個設置する場合でも、ポンプ吸引管の下方面に設置することが、微細気泡をスラリー全体に供給できる点で好ましい。このノズルから微細気泡入りスラリーに微細気泡を更に供給することにより、微細気泡の摩擦低減効果をより確実に発揮させることができる。微細気泡の摩擦低減効果とは、微細気泡が例えば送液管の管内表面に沿う境界層中に集まり層状に分布するため、水の摩擦がそれだけ遮断され減少する効果を言う。
【００１９】
本発明の細粒材の圧送方法は、原位置混合攪拌工法、噴射工法、地中浄化体構築工法などに適用することができる。
【００２０】
【実施例】
次に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限するものではない。
実施例１
細砂２０重量部、増粘材であるＣＭＣ０．２重量部及び水１６．７重量部をミキサーに供給し、１０分間攪拌し、均一スラリーを調製した。次いで、該スラリーを下方に微細気泡供給手段（旋回器型；協和エンジニアリング社製）を有するアジテーターに移送した。微細気泡供給手段を気泡混じり水を１１リットル／分の条件で駆動させた。０．３分後、スラリー表面に微細気泡が現れたため、微細気泡供給手段の駆動を停止して微細気泡入りスラリーを得た。ビデオカメラによる約２００倍の接写撮影によりスラリー中の微細気泡は、最頻値における気泡の直径が２０μmであり、最大気泡直径が５０μmであった。得られた微細気泡入りスラリーの一部を１リットルのメスシリンダに移し採り、室温で静置し、細粒材の分離状態を観察したところ、２時間経過後も均一に分散された状態であった。
【００２１】
比較例１
スラリーに微細気泡を供給しない以外は、実施例１と同様の方法で行なった。微細気泡を供給しなくても、スラリー調製時の攪拌により巻き込まれた気泡がスラリー中に存在する。ビデオカメラによる約２００倍の接写撮影によりスラリー中の気泡は、最頻値における気泡の直径が５００μmであり、最大気泡直径が１０００μmであった。得られたスラリーの一部を１リットルのメスシリンダーに移し採り、室温で静置し、細粒材の分離状態を観察したところ、３０分経過後に細砂の分離が観察された。
【００２２】
実施例２及び実施例３
ＣＭＣ０．２重量部に代えて、ＣＭＣ０．１６重量部（実施例２）及びＣＭＣ０．１０重量部（実施例３）とした以外は、実施例１と同様の方法で行なった。微細気泡すなわち、実施例２は実施例１のＣＭＣ量のＣＭＣの２０％減とし、実施例３は実施例１のＣＭＣ量の半分として行なったものである。実施例２及び３共に得られた微細気泡入りスラリーの微細気泡の直径は実施例１とほぼ同じであった。また、一部を１リットルのメスシリンダーに移し採り、室温で静置し、細粒材の分離状態を観察したところ、実施例２では２時間経過後も均一に分散された状態であり、実施例３では約２時間経過時点で、細粒材が分離する傾向が観察された。原位置攪拌混合工法などで地上で調製されるスラリーは、通常１時間程度で地中に圧送されるため、２時間での分離は問題とならない。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、細粒材を微細気泡入りスラリーとして地中に圧送するため、微細気泡の浮力による細粒材分離防止効果と微細気泡の摩擦低減効果により増粘材の配合割合を減らしても、細粒材の分離を防止できると共にスラリーの流動抵抗を低減できるため、省エネルギー化できると共にコスト低減を図ることができる。また、本発明によれば、微細気泡入りスラリーをポンプで圧送する直前で、更に微細気泡を供給するため、ポンプ吐出側の送液管において、微細気泡の摩擦低減効果をより確実に発揮させることができる。本発明によれば、砂やシルトを用いる地盤改良工法、あるいは金属系還元材や酸化鉄系分解材を用いる汚染地盤浄化工法などにおいて有用である。

Claims (3)

1. 細粒材、増粘材及び水を含有するスラリーを調製し、攪拌槽内の該スラリーの底部から微細気泡を供給して微細気泡入りスラリーを得、次いで該微細気泡入りスラリーをポンプにて地中に圧送する方法であって、前記ポンプにて地中に圧送する際、ポンプ吸引側から微細気泡を更に供給することを特徴とする細粒材の圧送方法。
2. 前記細粒材が、砂、シルト、金属系還元材及び酸化鉄系分解材から選ばれる１種又は２種以上であることを特徴とする請求項１記載の細粒材の圧送方法。
3. 前記増粘材が、生分解性ポリマーであることを特徴とする請求項１又は２記載の細粒材の圧送方法。