JP4069520B2 - 含水土壌用固化材及び含水土壌の固化改良方法 - Google Patents

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。
例えば、特開昭６１−２２７８９９号公報には、セメントに中和剤としてアルミニウムまたは鉄の硫酸塩を添加した固化材が開示され、特開平５−７８６６４号公報には、セメントに中和剤として硫酸バンドを添加した固化材が開示されている。また、特公昭５７−１９７１６号公報には、セメントに、硫酸アルミニウム、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ土類金属の酸化物を添加した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値降下が比較的速やかに起こる１０以下の範囲であり、且つ、一軸圧縮強度が、人が上を歩ける尺度である０．５ｋｇｆ／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、特定の割合のアルミナセメント、スラグ、硫酸アルミニウム及び／又は硫酸鉄、及び、リチウム塩より成る組成物が、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、１０〜５０重量部のスラグと、１０〜２５重量部の硫酸アルミニウム及び／または硫酸鉄と、２．５〜５重量部のリチウム塩と、残部がアルミナセメント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】
セメントを成分とする固化材は強度面では優れた固化改良土壌を与えるが、セメントは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。
本発明では、セメントの中でも比較的低アルカリのアルミナセメントにスラグを加えた水硬性成分に、中和剤としての硫酸アルミニウム及び／又は硫酸鉄を加えた組成物とすることにより、セメント使用によるｐＨ上昇の抑制を図っている。
【０００７】
本発明の固化材の主成分であるアルミナセメントは、組成の相互に異なるものが数種市販されているが、その何れもが何等支障なく使用可能である。
【０００８】
スラグは、アルミナセメントの硬化体強度を有しているだけでなく、アルミナセメント水和物の転移に起因する強度低下を抑制する働きを有しているが、含水土壌用固化材の一成分としてアルミナセメントと共存させた場合にも、同様の効果を発揮する。
尚、スラグは、少なすぎると添加効果が十分に発現しないし、多すぎると逆に強度が低下することから、固化材必須成分におけるその添加量は、１０〜５０重量部とする。
【０００９】
中和剤と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。
しかし、硫酸アルミニウム及び硫酸鉄は、アルミナセメントの硬化遅延剤としても働くことから、その添加量には限度があり、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、または、それ等の混合物の割合は、固化材必須成分全体の１０〜２５重量部とすることにより、好ましい結果を与える固化材を得ることが出来る。
【００１０】
本発明の固化材は、アルミナセメントと、スラグと、硫酸アルミニウム及び／又は硫酸鉄の金属硫酸塩より成る成分に更に、リチウム塩を加えて硬化速度の向上を図っている。
リチウムイオンがアルミナセメントの硬化促進剤として働くことは公知であり、リチウム塩の添加により、中和剤としての硫酸アルミニウムや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、固化材として十分な固化速度を有した固化材を得ることが出来る。
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、価格及び入手の容易さから、炭酸リチウムの使用が最も好ましい。
【００１１】
リチウム塩の添加量は、固化材必須成分全体の２．５〜５重量部とするのが良い。この範囲より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、前述した様に必須成分である、アルミナセメント、スラグ、硫酸アルミニウム及び／又は硫酸鉄、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な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】

【００１９】
（２）固化材の調製
所定量のアルミナセメント、スラグ、硫酸アルミニウム及び炭酸リチウム、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６２％、密度１．７５２ｇ／ｃｍ³の粘性土である。
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日間及び２８日間養生した後脱形し、夫々、材令の異なる二種の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、ＪＩＳ Ａ１２１６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。
（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ＪＳＦＴ ２１１−１９９０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。
【００２２】
実施例１〜４及び比較例１〜３
アルミナセメント、スラグ、硫酸アルミニウム及び炭酸リチウムの混合比を種々変えた場合の結果を表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日後の一軸圧縮強度は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。
【００２３】
【表１】

【００２４】
実施例５〜８
ここでは、アルミナセメント、スラグ、硫酸アルミニウム及び炭酸リチウムより成る組成物に、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日後の一軸圧縮強度が向上していることが分かる。
【００２５】
【表２】

【００２６】
【発明の効果】
本発明の固化材を使用した改良後土壌の材令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 (5)

1. １０〜５０重量部のスラグと、１０〜２５重量部の硫酸アルミニウム及び／または硫酸鉄と、２．５〜５重量部のリチウム塩と、残部がアルミナセメントより成る組成物を必須成分とする、含水土壌用固化材。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。