JP4069518B2

JP4069518B2 - 含水土壌用固化材及び含水土壌の固化改良方法

Info

Publication number: JP4069518B2
Application number: JP27963398A
Authority: JP
Inventors: 俊秀桜井; 誠上田; 新作布施
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1998-10-01
Filing date: 1998-10-01
Publication date: 2008-04-02
Anticipated expiration: 2018-10-01
Also published as: JP2000109829A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、含水土壌の固化材及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はなく、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、固化材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せっこう系に大別できるが、せっこう系はアルカリ溶出によるアルカリ公害を引き起こす可能性は低いものの、固化後土壌に十分な強度を付与できるものが得られていない。
【０００３】
一方、セメント系固化材は，セメント自体が強アルカリであるためアルカリ公害を引き起こす可能性があるものの、固化後土壌は強度的に問題が無いことから、強度面を活かしつつアルカリ公害を抑制する試みが数多く為されている。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値降下が比較的速やかに起こる１０以下の範囲であり、且つ、７日後の一軸圧縮強度が、人が上を歩ける尺度である０．５ｋｇｆ／ｃｍ²以上である改良土壌を与える固化材の提供、及び、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】
本発明者等は、特定の割合の酸化マグネシウムと、硫酸アルミニウム及び／又は硫酸鉄と、せっこうとからなる成る組成物が、上記目的とする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、１５〜４０重量部の酸化マグネシウムと、４〜１０重量部の硫酸アルミニウム及び／または硫酸鉄と、残部がせっこうより成る組成物を必須成分とする、含水土壌用固化材に関する。
更に、本発明は、上記含水土壌用固化材を、含水土壌１ｍ³当たり５０〜４００ｋｇ添加する、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】
酸化マグネシウムが水和反応で固化することは知られているが、本発明では、その特性を利用すべく、せっこうに加えて、酸化マグネシウムを水硬性材料として使用することを特徴としている。
【０００７】
酸化マグネシウムは、カ焼温度により軽焼マグネシアと硬焼マグネシアの２種に大別できるが、本発明においては、軽焼マグネシアを使用するのが好ましい。硬焼マグネシアは水和活性に乏しいことから、固化材の水硬性成分として使用した場合には、目的強度への到達に長時間要することになるからである。
【０００８】
本発明の固化材における酸化マグネシウム量は、必須成分の１５〜４０重量部の範囲とする。少なすぎると、強度的に十分な改良後土壌を与える固化材が得られず、逆に多すぎると、ｐＨ的に満足のいく改良後土壌を与える固化材が得られない。
【０００９】
酸化マグネシウムの水和により水酸化マグネシウムが生成するが、水酸化マグネシウムの溶解度は、アルカリ土類金属水酸化物としては比較的低いことから、飽和水溶液のｐＨは１０．５程度であり、セメントに比べて低いものの、固化材の主構成成分として使用するに当っては、ｐＨ調整が必要であることには変わりがない。
本発明では、硫酸アルミニウム又は硫酸鉄を中和剤として使用する。
中和剤して添加される硫酸アルミニウム、及び、硫酸第一鉄又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。これ等は夫々単独で、または、硫酸塩混合物として添加する事が出来る。
【００１０】
硫酸アルミニウム、硫酸鉄の添加で固化材のアルカリ度延いては固化後土壌のアルカリ度は低下するが、同時に固化後土壌の一軸圧縮強度も低下する。従って、本発明においては、必須成分中における硫酸アルミニウム、硫酸鉄、またはこれ等の混合物の存在量が４〜１０重量部であるようにすることにより、強度及びｐＨ値を満足する改良土壌を与える固化材を得る事が出来る。
【００１１】
本発明の固化材における主成分の一つであるせっこうは、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、含水土壌の固化を促進すると考えられ、二水物以外であれば履歴に関係なく使用することが出来る。例えば、半水せっこう、無水せっこう、又はこれらの混合物を何等問題無く使用出来るが、中でも、二水せっこう及び比較的容易に得られる半水せっこう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。
【００１２】
本発明の固化材は、必須成分である酸化マグネシウム、硫酸アルミニウム及び／又は硫酸鉄を適量混合することにより十分その性能を発揮するが、更に無機多孔体吸水材及び／又は吸水性有機物を添加することにより、固化材添加後土壌のｐＨ値を殆ど変動させることなく、固化改良後土壌の一軸圧縮強度を更に改善することが出来る。
吸水材は、土壌中に存在する自由水と結合・固定化して、含まれる自由水量を少なくす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、固化材添加後土壌の一軸圧縮強度が高くなるものと考えられる。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吸水性有機物の例としては、ポリアクリルアミド、ポリメタクリルアミド、ポリビニールアルコール、ポリアクリレート等の合成高分子、及び、故紙、パルプ等の天然有機高分子が挙げられるが、中でもシュレッダー等の適当な手段で幅数ｍｍ×長さ数十ｍｍに裁断した故紙の添加は、性能的にも価格的にも優れた、好ましい固化材を与える。
【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】
固化材必須成分１００重量部当たりの吸水材の添加量は、合成有機高分子の場合には０．１〜５重量部、故紙等の天然有機高分子及び無機質多孔体の場合には５〜６０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に発現せず、逆に多いと経済的でなくなるか、固化改良後土壌の圧縮強度の低下を招くことがある。
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繋がることから、固化材への吸水材の添加量は、改良対象土の含水比、及び、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、構成各成分の単なる混合物であることから、その調製に当っては特別な機器、手段を必要とせず、ミキサー等公知の固体混合用の機器を使った公知の方法が適用出来る。
【００１７】
本発明の固化材を使用して含水土壌の改良を行うに当っては、土壌に余分な水を加えない点で、固体状態で混合するのが好ましい。その際、一般に行われている、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、スタビライザーを用いる浅層処理法が効果的に使用できる。
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、目的とする材令７日後の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。勿論、必要に応じて固化材添加量を増やすことにより、ｐＨ値の大きな上昇を招くこと無く土壌一軸圧縮強度を更に高めることも可能であり、目的、経済性に合わせて添加量を適宜選択することになる。
以下では、具体的例を挙げて、本発明を更に詳しく説明する。
【００１８】
【実施例】
（１）使用原料
酸化マグネシウム：試薬１級、市販品
硫酸アルミニウム：無水物、市販品
半水せっこう：ブレーン比表面積：４，８００ｃｍ²／ｇ
故紙：シュレッダー裁断屑、幅約５ｍｍ×長さ約２０ｍｍ
パーライト：粒径：１．２ｍｍ以下、単位容積質量：０．２０ｋｇ／ｌ、市販品
【００１９】
（２）固化材の調製
所定量の酸化マグネシウム、硫酸アルミニウム及びせっこう、更に必要に応じて、故紙裁断屑又はパーライトを添加したものをホバートミキサーで３分間混合して固化材を得た。
【００２０】
（３）土壌の改良
処理対象とした土壌は、含水比１９８％、密度１．２２１ｇ／ｃｍ³のへドロである。
上記（２）で調製した固化材を、処理対象土壌１ｍ³当たり１００ｋｇの割合で添加した後、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１０ｃｍの鋼製の円筒型のモールドに充填し、温度２０℃、相対湿度９６％の恒温恒湿槽内で７日間養生した後脱形し、評価用供試体を得た。
【００２１】
（４）改良後土壌の評価：一軸圧縮強度
上記（３）で得られた供試体について、ＪＩＳＡ１２１６に則った方法でその一軸圧縮強度を測定した。
尚、一軸圧縮強度については、対象土壌１ｍ³当たり１００ｋｇの添加で、材令７日後に、人が上を歩くことが可能な強度である０．５ｋｇｆ／ｃｍ²以上の一軸圧縮強度を有す改良土壌を与えるものを良とした。
【００２２】
（５）改良後土壌の評価：ｐＨ測定
上記（３）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、１０以下のものを良とした。
【００２３】
実施例１〜４及び比較例１〜３
酸化マグネシウム、硫酸アルミニウム、半水せっこうの添加量を変えた結果を表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１０以下であり、且つ、材令７日における一軸圧縮強度は０．５ｋｇｆ／ｃｍ²以上であり、目的とした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た組成を有する固化材では、固化改良後土壌のｐＨ値又は一軸圧縮強度が目的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。
【００２４】
【表１】

【００２５】
実施例５〜８
ここでは、酸化マグネシウム硫酸アルミニウム及びせっこうより成る組成物に、更に、故紙又はパーライトを吸水材として添加した例を示す。
結果を表２に示すが、吸水材の添加で、材令７日における一軸圧縮強度が向上していることが分かる。
【００２６】
【表２】

【００２７】
【発明の効果】
本発明の固化材は組成的に簡単なものであるが、改良後土壌の材令７日後の一軸圧縮強度は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値降下が速やかにおこり易い１０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く、含水土壌の固化改良材としての利用価値が高い。

Claims

１５〜４０重量部の酸化マグネシウムと、４〜１０重量部の硫酸アルミニウム及び／または硫酸鉄と、残部がせっこうより成る組成物を必須成分とする、含水土壌用固化材。
請求項１に記載の固化材必須成分１００重量部当たり、更に０．１〜５重量部の有機合成高分子吸水材を添加した、含水土壌用固化材。
請求項１に記載の固化材必須成分１００重量部当たり、更に５〜６０重量部の故紙を添加した、含水土壌用固化材。
請求項１に記載の固化材必須成分１００重量部当たり、更に５〜６０重量部の無機質多孔体吸水材を添加した、含水土壌用固化材。
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を、含水土壌１ｍ³当たり５０〜４００ｋｇ添加する、含水土壌の固化改良方法。