JP4594606B2 - 土質改質材およびこれを用いた土質改質方法 - Google Patents

Description

本発明は、土質改質材およびこれを用いた土質改質方法に関するものであり、さらに詳しくは、従来廃棄されていた製紙スラッジ燃焼残渣物を有効利用するとともに、要求される土質の必要強度を満たし、重金属の溶出を防止し、再泥化を抑制し、かつ作業性をも向上させる土質改質材およびこれを用いた土質改質方法に関するものである。

製紙スラッジ燃焼残渣物は、製紙工程で発生する紙に再生不可能なパルプ繊維や、古紙から原料となるパルプ繊維を取り出した残りの紙に不向きな短繊維および粘土分（主としてカオリン）や、炭酸カルシウムが主体の水分を多量に含んだ泥状物を燃焼した残渣灰や、さらに残存未燃カーボンを減らす目的で再燃焼した焼成灰である（以下、製紙スラッジ灰と称する）。これらの製紙スラッジ灰は、焼却処理をして発生する廃棄物であり、従来その殆どは埋め立て等により処分されていたが、昨今では、セメント原料、建築ボードの増量材、肥料、鉄の酸化防止剤、アスファルト充填材等として一部が再利用されている。
この他、石炭灰に、製紙スラッジ灰、廃タイヤ乾留炭化物、粘土を配合し、水を加えて成形した後、仮焼して、焼成灰を作成し、これを製鋼用保温材等に用いる方法がある（特許文献１）。
また、軟弱性の掘削土を改良するために製紙スラッジから生成した微細繊維質を掘削土に添加して掘削土を改質する方法がある（特許文献２）。
さらに製紙スラッジ灰にセメントおよびセメントに反応する化合物を加えた混合物を泥土に添加して泥土を固化させる方法がある（特許文献３）。

一方、土質改質材としては、セメント系、石灰系、高分子系と石灰系の併用等があり、使用されている。セメント系の土質改質材は、セメント成分の水和・固結化作用により土の強度増加を図るために用いられる。石灰系土質改質材は、吸水と発熱により土の含水比を低下させ、固化改良を図るために用いられる。また高分子系土質改質剤は、土に含まれる自由水に作用し、水分吸着、固定化により土質を改良するものである。
また凝集性を有する高分子化合物と石灰系との併用により、それらの特徴の組み合わせにより土質の改良も行われている（特許文献４）。
特開平９−２４９４４６号公報 特開平５−３４６０１８号公報 特開平７−１３６６９３号公報 特開平４−３４５６８５号公報

本発明が解決しようとする課題は、大量に発生する製紙スラッジ灰を経済的に多量に消費することを可能とする有効利用法である。製紙スラッジ灰の再利用に関しては経済性の点で実用的ではない（特許文献１）。製紙スラッジから微細繊維質を得るのに手間がかかり、必ずしも所望の効果が期待できないという問題がある（特許文献２）。製紙スラッジ灰とセメント分を加えた固化材では、泥土に対する添加量はセメントより少量で済む特殊用途に適応しているが、セメントと比較して加工費が加わるので、経済性の点で劣る（特許文献３）。セメント系の土質改良材は重金属の溶出に対する不安やアルカリ度が高くなる問題点があり、石灰系の土質改良材は、土質改良時の水分との反応による発熱で、作業上注意が必要であり、アルカリ度も高くなり、植物栽培時においては、養生も必要になる。高分子系の土質改良材は、土質の改質強度が低く、長期間屋外に晒されている場合には、再泥化し易くなるという問題もある（特許文献４）。

したがって本発明の目的は、従来廃棄されていた製紙スラッジ灰を有効利用するとともに、要求される土質の必要強度を満たし、重金属の溶出を防止し、再泥化を抑制し、かつ作業性をも向上させる土質改質材およびこれを用いた土質改質方法を提供することにある。

本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、上記のような従来の課題を解決することができた。
すなわち本発明の土質改質材は、製紙スラッジ灰と有機高分子材料とを有効成分としている。
また本発明の土質改質方法は、被処理土に前記の土質改質材を添加し混練することを特徴としている。
これらの構成によれば、従来廃棄されていた製紙スラッジ灰を有効利用するとともに、要求される土質の必要強度を満たし、重金属の溶出を防止し、再泥化を抑制し、かつ作業性をも向上させる土質改質材およびこれを用いた土質改質方法を提供することができる。

本発明によれば、従来廃棄されていた製紙スラッジ灰を有効利用するとともに、要求される土質の必要強度を満たし、重金属の溶出を防止し、再泥化を抑制し、かつ作業性をも向上させる土質改質材およびこれを用いた土質改質方法を提供する。

本発明の土質改質材は、従来廃棄されていた製紙スラッジ灰を有効利用するものである。製紙スラッジ灰は、前述のように、製紙工程で発生する紙に再生不可能なパルプ繊維や、古紙から原料となるパルプ繊維を取り出した残りの紙に不向きな短繊維および粘土分（主としてカオリン）や、炭酸カルシウムが主体の水分を多量に含んだ泥状物を燃焼した残渣灰、さらに残存未燃カーボンを減らす目的で再燃焼した焼成灰である。
製紙スラッジ灰は、ＣａＯ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯをその成分として含有し、例えばＳｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３、ＣａＯとＳｉＯ_２、ＳｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３とＣａＯが結合した結晶物、若しくはそれら化合物と結晶物の混合物からなる材料である。製紙スラッジ灰は、多孔質性を有し、吸水作用により瞬時に土質改質効果を発揮する。すなわち、製紙スラッジ灰が土の含水比を低下させ、土の締固め強度を発現させることができる。

本発明で使用する有機高分子材料は、水溶性天然多糖類、化学的に変性した水溶性天然多糖類、凝集性を有する水溶性高分子化合物、高い吸水性を有する合成高分子化合物等が挙げられ、それらを単体若しくは組み合わせて用いることができる。
水溶性天然多糖類としては、例えばカラギーナン、アルギン酸塩、ローカストビーンガム、グアーガム、タマリンドシードガム、サイリウムシードガム、ペクチン等が挙げられる。
化学的に変性した水溶性天然多糖類としては、例えばアルギン酸カルシウム・ナトリウム、ヒドロキシプロピル化グアーガム、カルボキシメチル化グアーガム、メトキシペクチン、キサンタンガム等が挙げられる。
凝集性を有する水溶性高分子化合物としては、例えばポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリルアミド、アクリルアミド・アクリル酸ナトリウム等が挙げられる。
吸水性を有する合成高分子化合物としては、例えばデンプン・アクリロニトリル系、デンプン・アクリル酸系、カルボキシメチルセルロース系、ポリアクリル酸系、ビニルアルコール・アクリル酸系等が挙げられる。
中でも、水溶性天然多糖類、凝集性を有する水溶性高分子化合物および吸水性を有する合成高分子化合物を組み合わせて用いるのが、土質改質効果が一層高まる点でとくに好ましい。

前記のような有機高分子材料の使用量は、改質すべき土の性質、含水量等を勘案して適宜決定すればよいが、例えば製紙スラッジ灰に対し、０．０５〜５．０質量％が好ましい。なお、土質改質材に対する有機高分子材料の使用量は、０．５〜３．０質量％が好ましい。また、有機高分子材料として、吸水性を有する合成高分子化合物を使用する場合には、改質すべき土の含水比に応じて適宜使用量を決定すればよいが、例えば土質改質材に対し、０．１〜２．０質量％が好ましい。

なお、本発明の土質改質材は、上記効果を損ねない範囲において、公知の各種土質改良材を使用できることは勿論である。

このようにして得られる本発明の土質改質材は、被処理土の性状にもよるが、例えば被処理土１ｍ^３あたり、５０〜６００ｋｇの割合で添加し、混練することにより、土質を改良することができる。

以下、本発明を実施例によりさらに説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。
本実施例で使用した製紙スラッジ燃焼灰または製紙スラッジ燃焼灰再焼成物の性状を、表１に示す。なお、吸水率はＪＩＳ Ａ１１０９の試験方法に準拠して測定した数値である。吸水能はＡＳＴＭ Ｄ１４８９、ＡＳＴＭ Ｄ２８１−３１吸油量の試験方法を参考にして行った。すなわち、シャーレに製紙スラッジ燃焼灰または製紙スラッジ燃焼灰再焼成物を秤量し、ミクロスパチュラで均一に湿潤するまで、ビューレットにて蒸留水を滴下し、ｍｌ／ｇ×１００で表した。ある量で限界に達し、それ以上吸収しないか、または吸収しても再び分離してしまう。そのときの試料の単位量あたりの吸収水量を吸水能とする。

（配合例１）
下記手順によって、本発明の土質改質材を調合した。有機高分子材料の使用量は、製紙スラッジ燃焼灰または製紙スラッジ燃焼灰再焼成物１５質量部に対して、０．２質量部（土質改質材に対し１．３質量％）とした。
ポリエチレン製容器に、製紙スラッジ燃焼灰または製紙スラッジ燃焼灰再焼成物を所定量（９８．７質量％）秤量して加え、有機高分子材料として水溶性天然多糖類であるローカストビーンガム（原産国：インド）０．８質量％、カラギーナン（原産国：フィリピン、生産国：オランダ）０．５質量％を秤量して加え、均一に攪拌混合し、１００質量％の土質改質材を調合した。

（配合例２）
下記手順によって、本発明の土質改質材を調合した。有機高分子材料の使用量は、製紙スラッジ燃焼灰または製紙スラッジ燃焼灰再焼成物１５質量部に対して、０．２質量部（土質改質材に対し１．３質量％）とした。
ポリエチレン製容器に、製紙スラッジ燃焼灰または製紙スラッジ燃焼灰再焼成物を所定量（９８．７質量％）秤量して加え、有機高分子材料として水溶性天然多糖類であるローカストビーンガム（原産国：インド）０．６質量％、凝集性を有する水溶性高分子化合物であるポリアクリル酸ナトリウム（ダイヤニトリックス（株）製）０．４質量％、吸水性を有する合成高分子化合物でありポリアクリル酸・ポリアクリル酸ナトリウム共重合物（サンダイヤポリマー（株）製）０．３質量％を秤量して加え、均一に攪拌混合し、１００質量％の土質改質材を調合した。

（実施例１）
本実施例で使用した泥土の性状を表２に示す。

所定量の容器に、前記配合例１および２で得た土質改質材と、表２に示す泥土もしくは高含水泥土をいれ、混練機を用いて混練後、直ちにコーン試験（ＪＧＳ Ｔ ７１６）を実施し、本発明の土質改質材の添加量とコーン指数ｑｃとの関係を求めた。結果を図１〜４に示す。図１および図２は含水比が６３％、図３および図４は含水比が１２２％の高含水泥土を用いた場合の結果である。また、図１は配合例１に示す製紙スラッジ燃焼灰と水溶性天然多糖類、図２は配合例２に示す製紙スラッジ燃焼灰と水溶性天然多糖類と凝集性を有する水溶性高分子化合物と吸水性を有する合成高分子化合物、図３は配合例１に示す製紙スラッジ燃焼灰再焼成物と水溶性天然多糖類、図４は配合例２に示す製紙スラッジ燃焼灰再焼成物と水溶性天然多糖類と凝集性を有する水溶性高分子化合物と吸水性を有する合成高分子化合物、の組み合わせの結果である。また各図において、実線１は本発明の土質改質材を用いた結果であり、実線２は製紙スラッジ燃焼灰または製紙スラッジ燃焼灰再焼成物のみを土質改質材として使用した結果である。
いずれの結果においても、製紙スラッジ燃焼灰または製紙スラッジ燃焼灰再焼成物のみを土質改質材として使用した場合よりも、本発明の土質改質材を使用したほうが、同じ添加量においてコーン指数が上昇している。また、いずれの図においてもこの傾向が認められる。なお、ｑｃ２００ｋＮ／ｍ^２は、建設汚泥リサイクル指針に記載される第４種建設処理土に相当し、ｑｃ４００ｋＮ／ｍ^２は、建設汚泥リサイクル指針に記載される第３種建設処理土に相当し、ｑｃ８００ｋＮ／ｍ^２は、建設汚泥リサイクル指針に記載される第２種建設処理土に相当する。

本発明によれば、下記（１）〜（６）等に代表されるように、産業上非常に有利である。
（１） 従来利用が困難であった製紙スラッジ灰をさらに有効利用することが可能となる。
（２） 従来有効利用が困難であった建設発生土の有効利用が可能となる。
（３） 製紙スラッジ灰の多孔質内部に重金属類が含浸し封じ込めるため、重金属類の溶出防止効果を発揮する。
（４） 有機高分子材料と存在する軽金属イオン（カルシウム、マグネシウム、アルミニウム等）の働きにより、改質土の再泥化を抑制する。
（５）製紙スラッジ灰と有機高分子材料を併用することにより、要求される土質の強度に対して多量に使用されていた製紙スラッジ灰を２ないし３割減量させ、施工性が改善され、狭い現場での作業が可能となる。
（６） 作業性の向上により、迅速な搬出が可能となり、作業能率の改善、労働安全、環境への配慮が図れる。

本発明の土質改質材の添加量とコーン指数ｑｃとの関係を示す図である。 本発明の土質改質材の添加量とコーン指数ｑｃとの関係を示す図である。 本発明の土質改質材の添加量とコーン指数ｑｃとの関係を示す図である。 本発明の土質改質材の添加量とコーン指数ｑｃとの関係を示す図である。

Claims (2)

1. 製紙スラッジ燃焼灰再焼成物と有機高分子材料とを有効成分とする土質改質材であって、前記有機高分子材料が、カラギーナン、アルギン酸塩、ローカストビーンガム、グアーガム、タマリンドシードガム、サイリウムシードガムおよびペクチンからなる群から選択された少なくとも１種の水溶性天然多糖類；ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリルアミドおよびアクリルアミド・アクリル酸ナトリウムからなる群から選択された少なくとも１種の土を凝集させる性質を有する水溶性高分子化合物；およびデンプン・アクリロニトリル系の合成高分子化合物、デンプン・アクリル酸系の合成高分子化合物、カルボキシメチルセルロース系の合成高分子化合物、ポリアクリル酸系の合成高分子化合物およびビニルアルコール・アクリル酸系の合成高分子化合物からなる群から選択された少なくとも１種の吸水性を有する合成高分子化合物；の混合物である土質改質材。
2. 被処理土に請求項１に記載の土質改質材を添加し混練することを特徴とする土質改質方法。

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