JP4680549B2 - 含水土中性固化材用の水硬性アルミナ組成物、及びその製造方法、並びに含水土用中性固化材、重金属溶出防止方法、及び高含水土の脱水固化処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、浚渫底泥や建設汚泥等の含水土を固化するために適した含水土用中性固化材、その含水土用中性固化材を構成する水硬性アルミナ、その水硬性アルミナの製造方法、含水土用中性固化材を用いた重金属溶出防止方法及び高含水土の脱水固化処理方法に関する。

軟弱土の土質改良には、固化材を使用する固化処理が施される。また、土木工事等に伴って発生する建設汚泥等を搬出する際、流動性が高くそのままでの搬送が困難な場合があるので、固化材を使用して建設汚泥等を固化処理した後、搬出するという方法が採用される。何れの目的においても、固化材には、固化後の土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。

これら複数の特性が要求される固化材に関し、既に多くの技術が開示されている。このうちセメントを主成分とするセメント系固化材では高強度は得られるものの、セメント自体のアルカリにより固化処理土のｐＨ値が高くなり、これが問題となる場合がある。また、鉛汚染土等の処理においては、両性金属である鉛が高アルカリ側で可溶化することから、セメント系固化材での処理が困難である等の問題がある。

これらの問題を解決するために、セメント、石膏双方を成分とした固化材或いは石膏系及びマグネシア系固化材等が提案されている。

例えば、特許文献１及び特許文献２には、半水石膏、セメント、石灰及び高炉スラグ等の混合材より成る固化材が開示され、特許文献３には、石膏、ポルトランドセメント及び硫酸アルミニウムより成る固化材が開示されている。また、特許文献４には、無水又は半水石膏、セメント及び硫酸基を有する無機塩よりなる固化材が開示されている。

これらのセメントと石膏を併用した中性固化材は、ｐＨ値としては中性領域の指標として排水基準に規定される５．８〜８．６の範囲となるものが多いものの、改良後、土が十分な強度を示さないなどの問題がある。

一方、特許文献５〜７では、酸化マグネシウムとｐＨ調整剤として酸性材料を組合せたマグネシア系固化材が開示されている。マグネシア系固化材は、前述の半水石膏系の中性固化材に比較して高い強度が得られるのに加え、セメント系固化材では処理が困難な鉛、六価クロム、セレン、砒素等の不溶化効果が大きい等の利点がある。しかし、セメント系固化材に比較して未だ十分な強度は得られず、また、硬化の主体となるマグネシアの特性上、改良土がｐＨ１０程度の低アルカリを示す場合が多く、中性とはなり難い等の問題がある。このｐＨ調整を行うため、酸性材料を添加することも開示されているが、この場合、固化強度の低下を伴う問題がある。

一方、高含水の浚渫底泥や建設汚泥を機械脱水により減容化させ、その脱水ケーキにセメント系固化材や石灰系固化材を添加するか、或いは、予めセメント系固化材や石灰系固化材を添加したものに脱水処理を加えて、強度を確保する方法が採られる。

前者の方法では、脱水処理後の脱水ケーキがある程度の強度を有しているため、脱水ケーキと固化材との混合が困難であり、均一な改良土が得られない欠点を有する。一方、後者の方法では、固化強度の向上が図られるだけではなく、固化材の混合が容易であることから、均一な改良土を得ることが可能である。しかし、セメントや石灰分が濾布に侵入し硬化することにより目詰まりが生じ、処理の繰返しによる脱水速度の低下が避けられない。また、添加固化材に含まれるアルカリ成分の作用により、浚渫底泥や建設汚泥に含まれる有機物が濾水に溶出しＣＯＤが増加することから、その処理に費用がかさむ欠点を有する。

また、中間アルミナの一種であるρ−アルミナを主成分とした水硬性アルミナが知られている。この水硬性アルミナは、その再水和により中性領域で硬化する材料である。この水硬性アルミナの製造につき、ギブサイトを瞬間仮焼しρ−アルミナ及びχアルミナを主成分とする方法が開示されている（例えば、特許文献８）。この場合、原料に用いるギブサイトが高価であるため、製造した水硬性アルミナは高価となる。

水硬性アルミナは、それ自身が中性で安全性が高く、固化後の土が二次公害を引き起こす虞が少ないことから化学的には望ましい材料であり、水硬性アルミナを成分の一つとして含んだセメント材料も開示されている（例えば、特許文献９）。

しかし、水硬性アルミナを単独で添加しても固化材として使用するに十分な固化性能を有していないため、適当な固化助剤の存在が必要である。例えば、特許文献１０には、炭酸リチウムを水硬性アルミナの硬化促進剤として使用し、硬化体を試製することが記載されている。

特開平８−３０２３４６号公報 特開平８−３１１４４６号公報 特開平６−２２０４５１号公報 特開平７−１７９８５４号公報 特開２００２−２０６０９０号公報 特開２００２−１６７５８２号公報 特開２００２−２４９７７４号公報 特開平９−１８８５５３号公報 特開２００３−２０２６０号公報 特開昭５６−９２７２号公報

ところが、特許文献１０の表１に示されるように、炭酸リチウムを０．００５％〜０．１％添加して試製した硬化体は、硬化促進剤を添加しない硬化体に対して、強度が低下している。このように、炭酸リチウムを水硬性アルミナの硬化促進剤として使用しても、その固化材によって固化された硬化体には、十分な強度が得られない場合があった。

そこで、本発明は、硬化体が中性を示し、十分な強度を有するように、含水土を固化することができる含水土用中性固化材、その含水土用中性固化材を構成する水硬性アルミナ、その水硬性アルミナの製造方法、含水土用中性固化材を用いた重金属溶出防止方法及び高含水土の脱水固化処理方法を提供することを目的とする。

本発明に係る含水土中性固化材用の水硬性アルミナ組成物は、アルミニウムの陽極酸化処理工程の中和・凝集により副生した非晶質の水酸化アルミニウムを主成分とするアルミニウム化合物を、２００℃〜９００℃で０．１秒〜１５秒間焼成することで製造されることを特徴とする。

このような特徴を有すれば、アルミナ組成物は水硬性を有するようになる。さらに、この水硬性アルミナ組成物を固化材の構成成分として用いると、含水土を固化することができ、なお且つその硬化体は中性を示し、十分な強度を有するようになる。

また、本発明に係る含水土用中性固化材は、上記の水硬性アルミナ組成物を５０質量％〜９８質量％、炭酸リチウムを２質量％〜２０質量％、及び炭酸カルシウムを０質量％〜３０質量％含むことを特徴とする。

この含水土用中性固化材によれば、含水土の存在下で炭酸リチウムが優れた固化助剤（固化強度増進材）として作用する。さらに、炭酸カルシウムが存在することにより、中性領域において、半水石膏系中性固化材に比較して高い強度が得られる。ここで、炭酸リチウムの添加量が２質量％より小さいと硬化体に十分な固化強度が得られない傾向にあり、一方、２０質量％より大きくしてもそれ以上の添加効果が発現しないことから経済的に好ましくない。また、炭酸カルシウムの添加量を３０質量％より大きく場合、逆に硬化体の強度が低下する場合がある。

また、本発明に係る含水土中性固化材用の水硬性アルミナ組成物の製造方法は、アルミニウムの陽極酸化処理工程の中和・凝集により副生した非晶質の水酸化アルミニウムを主成分とするアルミニウム化合物を、２００℃〜９００℃で０．１秒〜１５秒間焼成することで水硬性アルミナ組成物を製造することを特徴とする。

この水硬性アルミナ組成物の製造方法により、非晶質の水硬性アルミナを含む組成物が得られ、この水硬性アルミナ組成物を固化材の構成成分として用いれば、含水土を、中性で十分な強度を有する硬化体に固化することができる。ここで、焼成温度が２００℃よりも低いと、水硬性を有する非晶質のアルミナへの転移が十分に行われず、また９００℃よりも高い温度で焼成すると、生成するアルミナの結晶化が進み、水硬性が低下する。また、焼成時間が０．１秒よりも短いと、水硬性を有する非晶質のアルミナへの転移が不十分となるが、焼成時間を１５秒よりも長くしても水硬性の性能を向上させる効果は現れない。

この水硬性アルミナ組成物の製造方法において、上記の水酸化アルミニウムはアルミニウムの陽極酸化処理工程の中和・凝集により副生した水酸化アルミニウムである。

このような水酸化アルミニウムを用いることにより、ギブサイトなどの結晶質の水酸化アルミニウムを用いるのに比べて、安価に含水土中性固化材用の水硬性アルミナ組成物を製造することができる。

また、本発明に係る重金属溶出防止方法は、重金属を含有する汚染土１ｍ^３当たり、上記の含水土用中性固化材を５０ｋｇ〜３５０ｋｇ混合することにより、汚染土からの重金属の溶出を防止することを特徴とする。

この方法により、既存のセメント系固化材では不溶化処理が困難な六価クロム、鉛、砒素、セレン等の重金属によって汚染された汚染土であっても、重金属を固定化し、汚染土から重金属の溶出を十分防止することができる。

また、本発明に係る高含水土の脱水固化処理方法は、含水比１００質量％以上の高含水土に対し、上記の含水土用中性固化材を、高含水土の固形成分１ｔ当たり５０ｋｇ〜２００ｋｇ混合した後、脱水機により脱水してケーキとすることを特徴とする。

これにより、高含水土であっても、ｐＨ値が中性領域でケーキ状に形成することができ、処理し易くすることができる。

本発明によれば、含水土を中性状態で十分な強度を有するように固化することができる。

以下、本発明に係る水硬性アルミナ、それを用いた含水土用中性固化材、水硬性アルミナの製造方法、重金属溶出防止方法、及び高含水土の脱水固化処理方法の好適な実施形態について説明する。

＜水硬性アルミナ＞
本発明に係る水硬性アルミナの好適な実施形態について説明する。水硬性アルミナは、波長１．５４０５Åにおける粉末Ｘ線回折スペクトルが、２θ＝２５°±５°、好ましくは２θ＝２５°±３°にブロードなピークの頂点を有し、そのブロードなピークのベースラインを基準とした半値幅が１０°〜２０°、好ましくは１２°〜１６°である。このような特性を有すると、ρ―アルミナと異なり単独では水硬性を示さないものの、アルミナに水硬性が得られる。

また、水硬性アルミナの反応性は粒度に影響されるため、レーザー回折式粒度分布計により測定される水硬性アルミナの平均粒径は２μｍ〜２０μｍのものが好ましく、５μｍ〜１０μｍものの使用は更に望ましい。平均粒径が２０μｍより大きい場合、十分な固化強度が得られにくく材料分離を生じる傾向がある。２μｍより小さいと、粉体流動性が好ましくなく輸送時のハンドリング性や固化助剤との混合性に問題が生じる場合がある。

＜含水土用中性固化材＞
次に、本発明に係る含水土用中性固化材の好適な実施形態について説明する。含水土用中性固化材は、上記の水硬性アルミナが５０質量％〜９８質量％、好ましくは８０質量％〜９５質量％、炭酸リチウムが２質量％〜２０質量％、好ましくは５質量％〜１３質量％、炭酸カルシウムが０質量％〜３０質量％、好ましくは０質量％〜１５質量％の割合で混合されている。炭酸リチウムの添加量が２質量％より小さいと硬化体に十分な固化強度が得られず、一方、２０質量％より大きくしてもそれ以上の添加効果が発現しないことから経済的に好ましくない。また、炭酸カルシウムの添加量を３０質量％より大きくした場合、逆に強度低下に繋がる。なお、炭酸カルシウムは任意的成分である。

ここで、固化助剤として使用する炭酸リチウムは、純度９０質量％以上のものが望ましい。９０質量％未満の製品も使用可能であるが、その場合、水硬性アルミナに対する割合を調整する必要がある。また、その粒度は平均粒径で２μｍ〜２０μｍのものが好ましく、２μｍ〜１０μｍのものが更に好ましい。２０μｍより大では十分な促進効果が得られないか、材料分離を生じる傾向があり、また、２μｍより小では、上述の水硬性アルミナと同様に、粉体流動性が好ましくなく輸送時のハンドリング性や固化助剤との混合性に問題が生じる場合がある。なお、固化助剤として、炭酸リチウムの他に、塩化リチウム、硝酸リチウム等の無機塩等も使用可能である。ただし、入手の容易さで炭酸リチウムの使用が最も好ましい。

また、固化助剤として用いられる炭酸カルシウムは、排煙脱硫用や道路用等の石灰石粉砕粉等が好適に使用できるが、粒度の細かい排煙脱硫用がより好ましい。この排煙脱硫用石灰石粉砕粉のブレーン比表面積は８０００ｃｍ^２／ｇ程度である。なお、ハンドリング性を悪化させない範囲で更に粒度の細かい製紙用等を使用するとより好ましい結果が得られる。

固化材として混合されたこれらの材料、すなわち水硬性アルミナ、炭酸リチウム及び炭酸カルシウムは何れも粉末状であればよく、その調製に当たっては特別な機器、手段を必要とせず、ミキサー等公知の粉体混合用の機器を使った公知の粉体混合方法が適用できる。更に好ましくは、これらの粉体の混合と粉砕をボールミル等公知の粉砕機で同時に行うことで、より固化特性に優れた混合物を得ることが出来る。

＜水硬性アルミナの製造方法＞
次に、本発明に係る水硬性アルミナの製造方法の好適な実施形態について説明する。水硬性アルミナを製造するに当たっては、非晶質の水酸化アルミニウムを主成分とするアルミニウム化合物を２００℃〜９００℃、好ましくは２５０℃〜３５０℃で、０．１秒〜１５秒間、好ましくは０.２秒〜２秒焼成する。これにより、非晶質の水硬性アルミナが得られる。焼成温度が２００℃よりも低いと、水硬性を有する非晶質のアルミナへの転移が十分に行われず、また９００℃よりも高い温度で焼成すると、生成するアルミナの結晶化が進み、水硬性が低下する。一方、焼成時間が０．１秒よりも短いと、水硬性を有する非晶質のアルミナへの転移が不十分となるが、焼成時間を１５秒よりも長くしても水硬性の性能を向上させる効果は現れない。なお、水硬性アルミナの製造装置としては、気流焼成炉を好適に使用することができる。

このようにして焼成して得られた水硬性アルミナに、炭酸リチウムや炭酸カルシウム等の固化助剤（固化強度増進材）を含有させることにより、含水土用の中性固化材として使用することができる。

ここで、上記の水硬性アルミナは、アルミニウム製造産業の副産物として生成する非晶質の水酸化アルミニウム等（アルミニウムの陽極酸化処理工程の中和・凝集により副生する水酸化アルミニウム）を主成分とするスラッジ乾燥物を原料とすると良い。これにより、大幅な低コスト化が図れ、より一層好ましい結果が得られる。

＜重金属溶出防止方法＞
次に、本発明に係る重金属溶出防止方法の好適な実施形態について説明する。重金属で汚染された汚染土から重金属の溶出を防止するためには、汚染土１ｍ^３当たりに対し、上記の含水土用中性固化材を５０ｋｇ〜３５０ｋｇ、好ましくは５０ｋｇ〜１５０ｋｇの範囲で、目標強度、処理コスト等を考慮して混合する。これにより、既存のセメント系固化材では不溶化処理が困難な六価クロム、鉛、砒素、セレン等による汚染土を処理し、重金属の溶出を防止することができる。この場合、予め溶出試験等を行って適正な固化材添加量を選定するのが好ましい。更に、鉛等の重金属汚染土において溶出防止に最適なｐＨ値、例えばｐＨ１０程度に調整するため、マグネシアを含水土用中性固化材に必要量加えることも可能である。マグネシアの所要量は通常５質量％〜２０質量％である。

＜高含水土の脱水固化処理方法＞
次に、本発明に係る高含水土の脱水固化処理方法の好適な実施形態について説明する。含水比１００質量％以上、好ましくは３００質量％〜５００質量％の浚渫底泥や建設汚泥等の高含水土と上記の含水土用中性固化材とを、高含水土の固形成分１ｔ当たり含水土用中性固化材５０ｋｇ〜２００ｋｇの割合で混合する。さらに、脱水機により脱水してケーキにする。脱水処理に当たっては、脱水前の高含水土に含水土用中性固化材を添加・混合し、その後、フィルタープレス等の公知の脱水機で脱水処理する。これにより、濾布の目詰まりや有機物の溶出がなく、且つ、土木材料として再利用するに必要なコーン指数４００ｋＮ／ｍ^２以上の強度を得ることができる。含水土用中性固化材の添加量は、５０ｋｇ／ｔ・固形成分〜２００ｋｇ／ｔ・固形成分の範囲で、ケーキ強度、処理コスト等を考慮して設定する。

含水土用中性固化材を使用して含水土の改良を行うに当たっては、含水土にさらに余分な水を加えないようにするため、含水土用中性固化材を粉末状態にして混合するのが望ましい。その際、一般に行なわれている改良プラントを用いて混合するプラント混合法やバックホウやスタビライザー等を用いる方法が効果的に適用できる。また、状況に応じて予めスラリー状態にした含水土用中性固化材を含水土に混合することも可能である。

この場合、含水土用中性固化材の添加は脱水直前に行うのが望ましく、含水土用中性固化材と併用して、脱水速度を向上させる目的で従来公知のＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）と消石灰を組合せた凝集剤や、ポリアクリルアミド等の有機系の高分子凝集剤を併用添加しても良い。また、状況によっては炭酸リチウムがろ液側に流失し、十分な固化強度が得られない場合があるため、予め、炭酸リチウムを含ませていない水硬性アルミナからなる固化材を添加し、脱水した後、脱水ケーキに炭酸リチウムを添加し、混合する方法を採用することも出来る。

以下に実施例を示し本発明を具体的に詳細に説明するが、本発明は、下記実施例に限定されるものではない。

（１）水硬性アルミナの製造
アルミニウムの陽極酸化処理工程の中和・凝集により副生した非晶質の水酸化アルミニウムの乾燥物を瞬間焼成することにより、水硬性アルミナを製造した。ここで用いた水酸化アルミニウム乾燥物の粒度分布を、（株）堀場製作所製レーザー回折式粒度分布測定装置ＬＡ−５００Ａを用いて測定し、累積分布の５０％に相当する粒子径を平均粒子径として求めたところ、水酸化アルミニウム乾燥物の平均粒子径は２６μｍであった。また、焼成装置として、内径４３ｍｍ、焼成帯長さ（原料投入部からサイクロンまでの長さ）１．８ｍの気流焼成炉を使用した。焼成条件としては、炉頂温度３００℃、燃焼ガス流速５ｍ／秒、焼成時間０．３６秒とした。そして、得られた焼成物を、振動ミルを用いて粉砕することにより、粉体状の水硬性アルミナを得た。また、粉砕した水硬性アルミナを、（株）堀場製作所製レーザー回折式粒度分布測定装置ＬＡ−５００Ａによって測定したところ、水硬性アルミナの平均粒径は１０μｍであった。

ここで、図１に、原料に使用した副生水酸化アルミニウムの焼成前におけるＸ線回折測定結果を示し、図２に、その副生水酸化アルミニウムを焼成温度３００℃、焼成時間０．３６秒で焼成することによって得られた水硬性アルミナのＸ線回折測定結果を示す。図３には、その副生水酸化アルミニウムを焼成温度３００℃、焼成時間０．０９秒で焼成することによって得られた水硬性アルミナのＸ線回折測定結果を示す。図４には、その副生水酸化アルミニウムを焼成温度３００℃、焼成時間１２秒で焼成することによって得られた水硬性アルミナのＸ線回折測定結果を示す。また、表１に、副生水酸化アルミニウムの焼成前における強熱減量及び化学分析結果、並びに焼成により得られた水硬性アルミナの強熱減量を示す。

なお、Ｘ線回折測定には、Ｘ線回折装置として理学電気（株）製ＲＩＮＴ−２５００Ｖを用いた。Ｘ線回折装置における測定条件は次の通りとした。
管球：Cu、管電流：１３０ｍＡ、管電圧：５０ｋV、サンプリング幅：０．０２°、走査速度：４°／ｍｉｎ、波長：１．５４０５Å、測定回折角範囲（２θ）：５°〜７０°

図１に示すＸ線回折の結果、焼成前の副生水酸化アルミニウムには、少量のギブサイトが確認されるものの、副生水酸化アルミニウムの大半は非晶質のアルミナ化合物であることが確認された。図２に示すＸ線回折の結果では、副生水酸化アルミニウムを焼成温度３００℃、焼成時間０．３６秒で焼成することによって得られた水硬性アルミナには、２θ＝約１２°〜５２°にブロードなピークが認められ、２θ＝２５°にその頂点（ピーク）を有している。さらに、このブロードなピークの左右のボトムにベースラインＢを引き、このベースラインＢからのブロードなピークの高さを基準にして半値幅を求めたところ、２θ＝１９°と２θ＝３３°で半値となり、半値幅は１４°であった。図３に示すＸ線回折の結果でも、副生水酸化アルミニウムを焼成温度３００℃、焼成時間０．０９秒で焼成することによって得られた水硬性アルミナには、２θ＝約１２°〜５２°にブロードなピークが認められ、２θ＝２５°にその頂点（ピーク）を有している。また、ベースラインＢからのブロードなピークの高さを基準にして半値幅を求めたところ、２θ＝１９°と２θ＝３３°で半値となり、半値幅は１４°であった。図４に示すＸ線回折の結果では、副生水酸化アルミニウムを焼成温度３００℃、焼成時間１２秒で焼成することによって得られた水硬性アルミナには、２θ＝約１３°〜５３°にブロードなピークが認められ、２θ＝２５°にその頂点（ピーク）を有している。また、ベースラインＢからブロードなピークの高さを基準にして半値幅を求めたところ、２θ＝２０°と２θ＝３４°で半値となり、半値幅は１４°であった。

また、副生水酸化アルミニウムを原料として得られた水硬性アルミナ単独の強度試験結果（圧壊強度）を行った。その結果を表２に示す。ここで、圧壊試験はＪＩＳ Ｋ７１８１：９４「プラスチック−圧縮特性の試験方法」法に準拠し、水硬性アルミナと水とを１：１で混合して得られたペーストをφ２４ｍｍ×高さ２０ｍｍの型枠に詰めて供試体を成型した。さらに、この供試体をポリ袋に入れ、８０℃で２４時間蒸気養生した後、１０５℃で２時間乾燥したうえで強度試験を行った。その結果、圧壊強度は、２２ｋＮ／ｍ^２であった。

また、和光純薬（株）製の試薬であるギブサイト（純度：９５％）を、副生水酸化アルミニウムを焼成することにより水硬性アルミナを得た焼成条件と同様の条件で焼成することにより、水硬性アルミナを得た。そして、副生水酸化アルミニウムから得られた水硬性アルミナで供試体を成型し、蒸気養生、乾燥させた方法と同様の方法で、和光純薬（株）製ギブサイトから得られた水硬性アルミナから供試体を成型し、蒸気養生、乾燥させた。さらに、その供試体の強度試験結果（圧壊強度）を行った。その結果、圧壊強度は、４０００ｋＮ／ｍ^２であった。この結果もあわせて表２に示す。

これらの結果から、非晶質の水酸化アルミニウムを焼成して得られた水硬性アルミナを用いて試製された供試体の圧壊強度は、ギブサイト（結晶質）を同様の条件で焼成等して試製された供試体の圧壊強度に比較して約１８０分の１と極めて低かった。

ここで、ギブサイトの焼成前後のＸ線回折測定結果を図５及び図６に示す。なお、Ｘ線回折測定条件は、図２に示した副生水酸化アルミニウムにおけるＸ線回折測定の測定条件と同一とした。

（２）固化材等の調製
非晶質の副生水酸化アルミニウムを表３に示す焼成温度、焼成時間で焼成することにより水硬性アルミナを得た。なお、実施例１〜３，７〜１１は、図２に示したＸ線回折の結果が得られた水硬性アルミナである。実施例５は、図３に示したＸ線回折の結果が得られた水硬性アルミナである。実施例６は、図４に示したＸ線回折の結果が得られた水硬性アルミナである。そして、これらの水硬性アルミナを固化材とし、本荘ケミカル（株）製工業品の炭酸リチウム、及び備北粉化工業（株）製ソフトン１２００の炭酸カルシウムを固化助剤（固化強度増進材）として、固化材及び固化助剤を表３に示す割合で混合して調製した（実施例１〜１１）。参考例とし、ギブサイトを焼成して得られた水硬性アルミナと炭酸リチウムとを混合して調製した（参考例１）。また、非晶質の水酸化アルミニウムを焼成して得られた水硬性アルミナであって、固化助剤である炭酸リチウムや炭酸カルシウムを混合しない固化材を用意した（比較例１）。また、比較用の中性固化材として、サンエス石膏（株）製半水石膏（比較例２，４）、及び宇部三菱セメント（株）製セメント系固化材ユースタビラー１０をそれぞれ用意した（比較例３，５）。

（３）供試体の調製
（i） 固化試験用供試体の調整：上記（２）において調製した固化材（固化助剤が混合されているものも含む）を試料土（参照表４「試料土」欄）１ｍ^３に対し１００ｋｇの割合で添加した後（参照表４「固化材混合量」欄）、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。このとき、土質の異なる２種の粘性土Ａ（含水比３８％、ｐＨ７．６），粘性土Ｂ（含水比１０４％、ｐＨ６．７）を対象とした。その後、地盤工学会基準ＪＧＳ０８１２−２０００「安定処理土の静的締固めによる供試体作製方法」或いはセメント協会標準試験方法ＪＣＡＳ Ｌ−０１−２００３「セメント系固化材による安定処理土の試験方法」に則り、改良土壌から、直径５ｃｍ×高さ１０ｃｍの成型体を得た。成型体は、温度２０℃、湿度９６％の恒温恒湿槽内で７日間養生して供試体を得た。

（ii）重金属溶出試験用供試体の調整：表５の「水硬性アルミナ」欄に示すように、焼成温度３００℃、焼成時間０．３６秒で、非晶質の副生水酸化アルミニウムを焼成することにより水硬性アルミナを得た。そして、表５の「固化材配合」欄に示すように、この水硬性アルミナを固化材とし、炭酸リチウムを固化助剤として、水硬性アルミナと炭酸リチウムとを重量比９：１の割合で混合した。一方、処理対象土として、含水比３８質量％の粘性土である各試料土に六価クロム、鉛、砒素、セレンの各重金属を夫々添加した模擬汚染土を使用した。表５の「重金属種類」の欄及び「含有量」の欄それぞれに、試料土に添加した重金属の種類及び添加した結果の重金属の含有量を示す。さらに、表６に示すように、模擬汚染土１ｍ^３に対し、固化助剤が添加された固化材を１００ｋｇの割合で混合し、供試体を試製した（実施例１２〜１５）。供試体の試製方法は、上記（３）（i）に示した方法と同じ方法とした。

（iii）脱水・固化試験用供試体の調整：表７の「水硬性アルミナ」欄に示すように、焼成温度３００℃、焼成時間０．３６秒で、非晶質の副生水酸化アルミニウムを焼成することにより水硬性アルミナを得た。そして、表７の「固化材配合」欄に示すように、実施例１６では、この水硬性アルミナを固化材とし、炭酸リチウムを固化助剤として、水硬性アルミナと炭酸リチウムとを重量比９：１の割合で混合した。比較例６では、固化助剤を混合せずに、水硬性アルミナを固化材として用いた。比較例７では、固化材として宇部三菱セメント（株）製のセメント系固化材を用いた。

これらの固化材を浚渫底泥（高含水土）に添加、混合し、小型フィルタープレス（４００ｍｍ×４００ｍｍ×１５ｍｍ×９室（１５リットル）、ポンプ圧力：０．4ＭＰａ、流量：０．８ｍ^３／ｈｒ）で、表８に示す脱水時間にて脱水して脱水ケーキを得た。固化材と浚渫底泥との混合割合は、浚渫底泥の固形成分１ｔ当たり固化材１００ｋｇである。さらに、この脱水ケーキを温度２０℃、湿度９６％の恒温恒湿槽内で７日間養生して供試体を得た。また、この処理工程で発生する濾水も分析の対象とした。

（４）改良土壌の評価：一軸圧縮試験
上記（３）の（i）（ii）で得られた供試体を、ＪＩＳ Ａ１２１６：１９９８「土の一軸圧縮試験方法」に則り一軸圧縮試験を行った。一軸圧縮強さについては、第３種改良土相当であるコーン指数４００ｋＮ／ｍ^２を一軸圧縮強さに換算した値である１６０ｋＮ／ｍ^２以上を目標とした。コーン指数の一軸圧縮強さへの換算は以下のとおりとした。表４及び表６の「一軸圧縮強さ」の欄に測定結果を示す。
〔一軸圧縮強さ換算値＝４００（コーン指数）／１０（一軸換算係数）／０．５（現場室内強度比）／０．５（ときほぐし・締固めによる強度低下）〕

（５）改良土壌の評価：ｐＨ測定
上記（３）で得られた改良土壌について材齢７日で、地盤工学会基準ＪＧＳ０２１１−２０００「土懸濁液のｐＨ試験方法」に則りｐＨを測定した。ｐＨ値については、一般に中性の指標とされる排水基準５．８〜８．６の範囲内に在ることを目標とした。表４の「改良土のｐＨ」の欄に測定結果を示す。

（６）改良土壌の評価：重金属溶出量の測定
上記（３）の（ii）で得られた改良土壌について材齢７日で、環告第４６号の方法に則り溶出操作を行った後、六価クロム、鉛、砒素、セレン量を測定した。表６の「溶出量」の欄に測定結果を示す。なお、例えば「＜０．０２」とあるのは、溶出量が０．０２ｍｇ／Ｌ未満であったことを示す。

（７）改良土壌の評価：脱水時間及び脱水ケーキのコーン指数の測定
脱水時間として、上記（３）の(iii)における脱水開始から脱水終了までの時間を測定した。表８の「脱水時間」の欄にその結果を示す。また、得られた脱水ケーキを解きほぐし、９．５ｍｍ篩を通した後、直径１０ｃｍ、容量１リットルのモールドに締固め、ＪＩＳ Ａ １２２８「締固めた土のコーン指数試験方法」に則った方法でコーン指数を測定した。コーン指数については、第３種改良土相当であるコーン指数４００ｋＮ／ｍ^２以上を目標とした。表８の「コーン指数」の欄にその測定結果を示す。

（８）改良土壌の評価：有機物溶出量の測定
上記（３）の(iii)で得られた濾水をＪＩＳ Ｋ ０１０２ １７「工業排水試験方法（１００℃における過マンガン酸カリウムによる酸素消費量（ＣＯＤ_Ｍｎ））」にてＣＯＤを測定した。表８の「濾水ＣＯＤ」の欄にその測定結果を示す。

（９）濾布への目詰まり評価：目視観察
上記（３）の(iii)の脱水操作を５０回繰返し、その後、濾布を水で洗浄し、濾布の目詰まり状況を観察した。表８の「目詰まり状況」の欄にその観察結果を示す。

[ 固化試験について ]
（３）（i）で述べたように、水硬性アルミナ、炭酸リチウム及び炭酸カルシウムより成る固化材を調製し、土質の異なる２種の粘性土Ａ，Ｂを対象とした場合の固化試験結果を表４に示している。

比較例１に示すように、水硬性アルミナ単独で構成される固化材を用いた供試体の一軸圧縮強さ、すなわち圧壊強度は、３２ｋＮ／ｍ^２と低い値を示した。一方、実施例１〜６に示すように、固化助剤である炭酸リチウムが添加、混合された水硬性アルミナを土壌固化材として使用した場合、得られた供試体の一軸圧縮強さは、目標とする１６０ｋＮ／ｍ^２を十分超えていた。そのうえ、実施例１〜６で用いた粘性土Ａと同じ粘性土を半水石膏で固化した供試体（比較例２）の一軸圧縮強さ４３ｋＮ／ｍ^２に比較して、実施例１〜６の供試体は、より高い強度が得られた。

また、実施例２についてはギブサイト（結晶質）を焼成して得られた水硬性アルミナ（参考例１）と同程度の固化強度を示した。さらに炭酸カルシウムを併用することにより、実施例７〜９の一軸圧縮強さが向上し、実施例８にいたっては、比較対象としたセメント系固化材である宇部三菱セメント（株）社製ユースタビラー１０（比較例３）と同程度の強度が得られた。また、改良土のｐＨ値は何れも７．４〜８.６の中性領域であった。

そして、実施例１〜１１によれば、固化材には、水硬性アルミナが５０質量％〜９８質量％、炭酸リチウムが２質量％〜２０質量％、炭酸カルシウムが０質量％〜３０質量％程含まれていることがわかった。

[ 重金属溶出試験について ]
（３）（ii）で述べたように、粘性土Ａに所定量の各種重金属を添加して作製した模擬汚染土に、水硬性アルミナ及び炭酸リチウムより成る固化材を添加し、材齢７日で溶出試験を行った結果を表６に示す。この結果、水硬性アルミナ及び炭酸リチウムより成る固化材を用いた改良土からの重金属溶出量は、いずれの重金属においても環境基準値を下回った（実施例１２〜１５）。

[ 脱水・固化試験について ]
表７に示すように含水比４００質量％の浚渫底泥に固化材を添加した後、機械で脱水した場合の脱水時間、ケーキ強度、濾水ＣＯＤ、ｐＨ試験及び目詰まりの目視観察結果を表８に示す。実施例１６の水硬性アルミナ及び炭酸リチウムを含有する固化材を浚渫底泥に添加して試製した供試体は、比較例７のセメント系固化材を浚渫底泥に添加して試製した供試体と同等の脱水時間で、コーン指数は５１０ｋＮ／ｍ^２であり、目標とする４００ｋＮ／ｍ^２を十分超えていた。さらに、実施例１６の濾水ＣＯＤの測定値は、浚渫底泥に固化材を添加していない未処理土（比較例８）の濾水ＣＯＤと同等であることから、固化材添加による有機物の溶出はないことが確認された。また、実施例１６における繰返し脱水試験後の濾布付着物は水で簡単に除去されることから目詰まりがないことが確認された。

副生水酸化アルミニウムの焼成前におけるＸ線回折測定結果を示したグラフである。 副生水酸化アルミニウムを焼成温度３００℃、焼成時間０．３６秒で焼成した後のＸ線回折測定結果を示したグラフである。 副生水酸化アルミニウムを焼成温度３００℃、焼成時間０．０９秒で焼成した後のＸ線回折測定結果を示したグラフである。 副生水酸化アルミニウムを焼成温度３００℃、焼成時間１２秒で焼成した後のＸ線回折測定結果を示したグラフである。 ギブサイトのＸ線回折測定結果を示したグラフである。 ギブサイトを３００℃で焼成した後のＸ線回折測定結果を示したグラフである。

符号の説明

Ａ…Ａｌ_２Ｏ_３、Ｇ…Ａｌ（ＯＨ）_３、Ｂ…ベースライン。

Claims (5)

1. アルミニウムの陽極酸化処理工程の中和・凝集により副生した非晶質の水酸化アルミニウムを主成分とするアルミニウム化合物を、２００℃〜９００℃で０．１秒〜１５秒間焼成することで製造されることを特徴とする含水土中性固化材用の水硬性アルミナ組成物。
2. 請求項１に記載の水硬性アルミナ組成物を５０質量％〜９８質量％、炭酸リチウムを２質量％〜２０質量％、及び炭酸カルシウムを０質量％〜３０質量％含むことを特徴とする含水土用中性固化材。
3. アルミニウムの陽極酸化処理工程の中和・凝集により副生した非晶質の水酸化アルミニウムを主成分とするアルミニウム化合物を、２００℃〜９００℃で０．１秒〜１５秒間焼成することで水硬性アルミナ組成物を製造することを特徴とする含水土中性固化材用の水硬性アルミナ組成物の製造方法。
4. 重金属を含有する汚染土１ｍ^３当たり、請求項２に記載の含水土用中性固化材を５０ｋｇ〜３５０ｋｇ混合することにより、前記汚染土からの前記重金属の溶出を防止することを特徴とする重金属溶出防止方法。
5. 含水比１００質量％以上の高含水土に対し、請求項２に記載の含水土用中性固化材を、前記高含水土の固形成分１ｔ当たり５０ｋｇ〜２００ｋｇ混合した後、脱水機により脱水してケーキとすることを特徴とする高含水土の脱水固化処理方法。

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