JP5011207B2

JP5011207B2 - 土質改良材、および土質改良方法

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Publication number: JP5011207B2
Application number: JP2008131627A
Authority: JP
Inventors: 誠前田; 準一羽田
Original assignee: Chiyoda Ute Co Ltd
Current assignee: Chiyoda Ute Co Ltd
Priority date: 2008-05-20
Filing date: 2008-05-20
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2023-04-16
Also published as: JP2008255360A

Description

本発明は、土質改良材、および土質改良方法に関するものである。

工事現場で発生する建設汚泥や浚渫泥土、下水道処理場で発生する活性汚泥等（以下、「泥土」と称する）を改良する土質改良材は、一般にセメントから構成され、必要に応じて高炉スラグ等が混合されて使用されている。

ところが、このようなセメント系の土質改良材を用いると、溶出したカルシウムイオン等により処理泥土は強いアルカリ性を示し、そのままでは、盛土材、埋戻し材、園芸用土等には適さない。

この問題を解決する技術の一つとして中性の半水石膏と高炉スラグを含む土質改良材が知られている。この土質改良材を用いると二段階の反応により泥土が固化される。すなわち、まず、半水石膏が硬化してある程度の強度を持つ処理泥土が得られ、その後、高炉スラグのポゾラン反応によって処理泥土の強度が増加していく。
特開平８−３１１４４６号公報

しかしながら、この土質改良材を使用した場合に、処理してから数日経過後の処理泥土の強度（以下、「長期強度」と称する）がそれ程高くなかったため、処理泥土の取り扱いや、再利用に不都合であった。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、処理泥土の長期強度を良好とすることができる土質改良材、および土質改良方法を提供することにある。

本発明者らは、長期強度の高い処理泥土を生産できる土質改良材、および土質改良方法を開発すべく鋭意研究してきたところ、所定の割合の半水石膏と高炉スラグを含有した土質改良材に、さらに微量の消石灰を添加することにより、長期強度が良好となることを見出した。本発明は、かかる新規な知見に基づいてなされたものである。

すなわち、本発明は、半水石膏、及び高炉スラグを含有した土質改良材であって、前記半水石膏と前記高炉スラグの重量混合比が５０：５０〜７０：３０であり、前記高炉スラグに対して消石灰が、０．２〜２．０重量％添加され、前記半水石膏の粒径は、平均粒径１μｍ〜５ｍｍであり、前記高炉スラグの粒径は、平均粒径５．１μｍ以下であることを特徴とする土質改良材である。また、本発明の土質改良方法は、この土質改良材を泥土に混合して固化させることを特徴とする土質改良方法である。

ここで、本発明の土質改良材、または土質改良方法を適用可能な泥土としては、例えば、トンネル工事、上水道や下水道工事、掘削工事、建築工事、造成現場等の建設・工事現場で発生した泥土、湖沼、河川、港湾等における浚渫泥土、浄水場における泥土、下水処理場等における活性汚泥、工場廃水の泥土、ヘドロ、各種工事現場における湧水や濁水、ボーリング泥水、廃ベントナイト泥水、セメントミルク、骨材製造に伴う濁水を挙げることができ、広くは、工場廃水等の処理後に残る泥状のもの及び各種製造工程において生ずる泥状のものであって、有機質を多量に含有した泥のみを指すのではなく、有機性及び無機性のものの全てを含む。

本発明の半水石膏（ＣａＳＯ_４・１／２Ｈ_２Ｏ）としては、二水石膏を、バッチ式あるいは連続式にて焼成して得られる半水石膏（β型半水石膏）、あるいは、燐酸製造時の副産物であるα型半水石膏、天然産品等のいずれも使用でき、また、使用される半水石膏は純度１００％のものを用いる必要はなく、無水石膏、二水石膏等の不純物が１０重量％以内で混入されていてもよい。また、半水石膏は、所望に応じて粉砕し、粒径を調整してもよい。粒径を調整することによって、固化に要する時間のある程度の制御を行うことができる。

半水石膏の粒径は、初期強度への影響を鑑みて、平均粒径を１μｍ〜５ｍｍの範囲内とするのが望ましい。粒径が５ｍｍより大きい場合には、硬化反応後の空隙が大きくなり、初期強度が低くなる。一方、１μｍ未満の場合には、粉砕が困難となるため好ましくない。

本発明の高炉スラグは、銑鉄を製造する高炉で生じる灰分を主体とし、Ａｌ、Ｃａのケイ酸塩を主成分とするものであり、水砕スラグ、徐冷スラグのいずれも用いることができる。

高炉スラグの粒径は、長期強度への影響を鑑みて、平均粒径を５．１μｍ以下とすることが望ましい。

本発明の土質改良材における半水石膏と高炉スラグの重量混合比は、５０（半水石膏）：５０（高炉スラグ）〜７０（半水石膏）：３０（高炉スラグ）であり、好ましくは、５０（半水石膏）：５０（高炉スラグ）〜６０（半水石膏）：４０（高炉スラグ）である。５０（半水石膏）：５０（高炉スラグ）〜７０（半水石膏）：３０（高炉スラグ）の範囲内で、長期強度が良好となるからである。

本発明では、土質改良材にさらに消石灰が、０．２〜２．０重量％添加されている。このように消石灰が添加されることにより処理泥土の長期強度が向上する機構については明らかではないが以下のように推測される。本発明の土質改良材では、高炉スラグ中のＡｌ、Ｃａのケイ酸塩がポゾラン反応によって長期的に硬化する。この際に、消石灰が石膏の硫酸基とともに触媒的に関与するため長期強度が向上するものと考えられる。

また、消石灰の添加量は、高炉スラグに対して、０．２〜２．０重量％でなければならず、好ましくは０．５〜１．５重量％であり、さらに好ましくは０．８〜１．２重量％である。添加量が０．１重量％より少ないと、消石灰の触媒的機能が十分に働かずに処理泥土の長期強度が向上しないからである。一方、２．０重量％よりも多くなると、消石灰はアルカリ性であるから、中性域の石膏硬化反応を阻害し、初期強度が低下するからである。

また、本発明の土質改良材には、必要に応じてｐＨ調整剤、凝固剤、固化促進材、凝結遅延剤（リターダー）、高吸水性ポリマー等が含まれていてもよい。

本発明において、泥土に土質改質材を混合する方法としては特に制限はなく、例えばモルタルミキサー、セメントミキサー、ワールミキサー、パドルミキサー、スクリューミキサー、ニーダー、ラインミキサー（スタティックミキサー）等のミキサーを用いて行うことができる。ミキサーは、バッチ式（回分式）であっても、連続式であってもよい。このとき、半水石膏と高炉スラグと消石灰をあらかじめ所定の割合で混合してから泥土に混入してもよく、別々に混入しても構わない。また、混合中にミキサー内部の加熱、減圧等を行ってもよい。

本発明の土質改良材、および土質改良方法によれば、処理泥土の長期強度を良好とすることができる。

＜実施例＞
以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。

＜参考例１−１＞
１．試料
半水石膏は、チヨダウーテ（株）製「半水石膏」（商品名）を使用した。高炉スラグは、新日鉄中部エスメント株式会社製「エスメント」（商品名）を使用した。消石灰は、矢橋工業株式会社製「消石灰」（商品名）を使用した。

２．固化処理方法
半水石膏５０重量部と高炉スラグ５０重量部を混合して、さらに、消石灰０．０５重量部を加え土質改良材を調製した。なお、この土質改良材において消石灰は高炉スラグに対して０．１重量％添加されていることとなる。

温度２０℃、相対湿度６０％の恒温室内で、土質改良材に対して混練水７０重量％を添加してスラリーを調製した。このスラリーをセメントモルタルミキサー中に投入して１０秒間混合を行い、所定時間静置して試験体を得た。

３．一軸圧縮強度試験
得られた試験体について、ＪＩＳＡ１２１６（土の一軸圧縮試験）に準じた一軸圧縮強度試験を行った。この試験では、直径４ｃｍ、高さ８ｃｍのモールドを用いて供試体を作製し、温度２０℃、相対湿度６０％の恒温室内で養生して用いた。他の条件については、ＪＩＳＡ１２１６に従った。

＜実施例１−１＞
半水石膏５０重量部と高炉スラグ５０重量部を混合して、さらに、消石灰０．１重量部を加え土質改良材を調製した。なお、この土質改良材において消石灰は高炉スラグに対して０．２重量％添加されていることとなる。その他の条件は、参考例１−１と同様にして一軸圧縮強度試験を行った。

＜実施例１−２＞
半水石膏５０重量部と高炉スラグ５０重量部を混合して、さらに、消石灰０．２５重量部を加え土質改良材を調製した。なお、この土質改良材において消石灰は高炉スラグに対して０．５重量％添加されていることとなる。その他の条件は、参考例１−１と同様にして一軸圧縮強度試験を行った。

＜実施例１−３＞
半水石膏５０重量部と高炉スラグ５０重量部を混合して、さらに、消石灰０．５重量部を加え土質改良材を調製した。なお、この土質改良材において消石灰は高炉スラグに対して１．０重量％添加されていることとなる。その他の条件は、参考例１−１と同様にして一軸圧縮強度試験を行った。

＜実施例１−４＞
半水石膏５０重量部と高炉スラグ５０重量部を混合して、さらに、消石灰１．０重量部を加え土質改良材を調製した。なお、この土質改良材において消石灰は高炉スラグに対して２．０重量％添加されていることとなる。その他の条件は、参考例１−１と同様にして一軸圧縮強度試験を行った。

＜比較例１−１＞
半水石膏５０重量部と高炉スラグ５０重量部を混合して、土質改良材を調製した。その他の条件は、参考例１−１と同様にして一軸圧縮強度試験を行った。

＜比較例１−２＞
半水石膏５０重量部と高炉スラグ５０重量部を混合して、さらに、消石灰２．５重量部を加え土質改良材を調製した。なお、この土質改良材において消石灰は高炉スラグに対して５．０重量％添加されていることとなる。その他の条件は、参考例１−１と同様にして一軸圧縮強度試験を行った。

＜比較例１−３＞
半水石膏５０重量部と高炉スラグ５０重量部を混合して、さらに、消石灰５．０重量部を加え土質改良材を調製した。なお、この土質改良材において消石灰は高炉スラグに対して１０．０重量％添加されていることとなる。その他の条件は、参考例１−１と同様にして一軸圧縮強度試験を行った。

＜参考例２−１＞
半水石膏７０重量部と高炉スラグ３０重量部を混合して、さらに、消石灰０．０３重量部を加え土質改良材を調製した。なお、この土質改良材において消石灰は高炉スラグに対して０．１重量％添加されていることとなる。その他の条件は、参考例１−１と同様にして一軸圧縮強度試験を行った。

＜実施例２−１＞
半水石膏７０重量部と高炉スラグ３０重量部を混合して、さらに、消石灰０．０６重量部を加え土質改良材を調製した。なお、この土質改良材において消石灰は高炉スラグに対して０．２重量％添加されていることとなる。その他の条件は、参考例１−１と同様にして一軸圧縮強度試験を行った。

＜実施例２−２＞
半水石膏７０重量部と高炉スラグ３０重量部を混合して、さらに、消石灰０．１５重量部を加え土質改良材を調製した。なお、この土質改良材において消石灰は高炉スラグに対して０．５重量％添加されていることとなる。その他の条件は、参考例１−１と同様にして一軸圧縮強度試験を行った。

＜実施例２−３＞
半水石膏７０重量部と高炉スラグ３０重量部を混合して、さらに、消石灰０．３重量部を加え土質改良材を調製した。なお、この土質改良材において消石灰は高炉スラグに対して１．０重量％添加されていることとなる。その他の条件は、参考例１−１と同様にして一軸圧縮強度試験を行った。

＜実施例２−４＞
半水石膏７０重量部と高炉スラグ３０重量部を混合して、さらに、消石灰０．６重量部を加え土質改良材を調製した。なお、この土質改良材において消石灰は高炉スラグに対して２．０重量％添加されていることとなる。その他の条件は、参考例１−１と同様にして一軸圧縮強度試験を行った。

＜比較例２−１＞
半水石膏７０重量部と高炉スラグ３０重量部を混合して、土質改良材を調製した。その他の条件は、参考例１−１と同様にして一軸圧縮強度試験を行った。

＜比較例２−２＞
半水石膏７０重量部と高炉スラグ３０重量部を混合して、さらに、消石灰１．５重量部を加え土質改良材を調製した。なお、この土質改良材において消石灰は高炉スラグに対して５．０重量％添加されていることとなる。その他の条件は、参考例１−１と同様にして一軸圧縮強度試験を行った。

＜比較例２−３＞
半水石膏７０重量部と高炉スラグ３０重量部を混合して、さらに、消石灰３．０重量部を加え土質改良材を調製した。なお、この土質改良材において消石灰は高炉スラグに対して１０．０重量％添加されていることとなる。その他の条件は、参考例１−１と同様にして一軸圧縮強度試験を行った。

＜比較例３−１＞
半水石膏９０重量部と高炉スラグ１０重量部を混合して、土質改良材を調製した。その他の条件は、参考例１−１と同様にして一軸圧縮強度試験を行った。

＜比較例３−２＞
半水石膏９０重量部と高炉スラグ１０重量部を混合して、さらに、消石灰０．０１重量部を加え土質改良材を調製した。なお、この土質改良材において消石灰は高炉スラグに対して０．１重量％添加されていることとなる。その他の条件は、参考例１−１と同様にして一軸圧縮強度試験を行った。

＜比較例３−３＞
半水石膏９０重量部と高炉スラグ１０重量部を混合して、さらに、消石灰０．０２重量部を加え土質改良材を調製した。なお、この土質改良材において消石灰は高炉スラグに対して０．２重量％添加されていることとなる。その他の条件は、参考例１−１と同様にして一軸圧縮強度試験を行った。

＜比較例３−４＞
半水石膏９０重量部と高炉スラグ１０重量部を混合して、さらに、消石灰０．０５重量部を加え土質改良材を調製した。なお、この土質改良材において消石灰は高炉スラグに対して０．５重量％添加されていることとなる。その他の条件は、参考例１−１と同様にして一軸圧縮強度試験を行った。

＜比較例３−５＞
半水石膏９０重量部と高炉スラグ１０重量部を混合して、さらに、消石灰０．１重量部を加え土質改良材を調製した。なお、この土質改良材において消石灰は高炉スラグに対して１．０重量％添加されていることとなる。その他の条件は、参考例１−１と同様にして一軸圧縮強度試験を行った。

＜比較例３−６＞
半水石膏９０重量部と高炉スラグ１０重量部を混合して、さらに、消石灰０．２重量部を加え土質改良材を調製した。なお、この土質改良材において消石灰は高炉スラグに対して２．０重量％添加されていることとなる。その他の条件は、参考例１−１と同様にして一軸圧縮強度試験を行った。

＜比較例３−７＞
半水石膏９０重量部と高炉スラグ１０重量部を混合して、さらに、消石灰０．５重量部を加え土質改良材を調製した。なお、この土質改良材において消石灰は高炉スラグに対して５．０重量％添加されていることとなる。その他の条件は、参考例１−１と同様にして一軸圧縮強度試験を行った。

＜比較例３−８＞
半水石膏９０重量部と高炉スラグ１０重量部を混合して、さらに、消石灰１．０重量部を加え土質改良材を調製した。なお、この土質改良材において消石灰は高炉スラグに対して１０．０重量％添加されていることとなる。その他の条件は、参考例１−１と同様にして一軸圧縮強度試験を行った。

＜結果と考察＞
図１に固化処理から１日経過した時点での供試体の一軸圧縮強度（初期強度）と、土質改良材中の高炉スラグに対する消石灰配合量（％）との関係をグラフに示す。図２に固化処理から１週間経過した時点での供試体の一軸圧縮強度（１週間長期強度）と、土質改良材中の高炉スラグに対する消石灰配合量（％）との関係をグラフに示す。また、図３に固化処理から２週間経過した時点での供試体の一軸圧縮強度（２週間長期強度）と、土質改良材中の高炉スラグに対する消石灰配合量（％）との関係をグラフに示す。また、図４に固化処理から４週間経過した時点での供試体の一軸圧縮強度（４週間長期強度）と、土質改良材中の高炉スラグに対する消石灰配合量（％）との関係をグラフに示す。
なお、これらの図において、実線は５０（半水石膏）：５０（高炉スラグ）の参考例１−１、実施例１−１〜１−４、及び比較例１−１〜１−３の測定結果を、破線は７０（半水石膏）：３０（高炉スラグ）の参考例２−１、実施例２−１〜２−４、及び比較例２−１〜２−３の測定結果を、一点鎖線は９０（半水石膏）：１０（高炉スラグ）の比較例３−１〜３−８の測定結果を、それぞれ示す。

また、表１、表２、及び表３に実施例及び比較例の土壌改質材の組成を示す。

図１〜図４より、半水石膏と高炉スラグの重量混合比が、５０（半水石膏）：５０（高炉スラグ）、７０（半水石膏）：３０（高炉スラグ）のいずれの場合であっても、消石灰の配合量が高炉スラグに対して０．２〜２．０重量％の範囲内で、固化処理後の時間の経過とともに一軸圧縮強度が上昇することが分かった。すなわち、この範囲内では、図１に示された１日経過後の一軸圧縮強度（初期強度）、図２に示された１週間経過後の一軸圧縮強度（１週間長期強度）、図３に示された２週間経過後の一軸圧縮強度（２週間長期強度）、図４に示された２週間経過後の一軸圧縮強度（４週間長期強度）の順で上昇していることが分かった。一方、この範囲を外れると固化処理後、時間をおいても一軸圧縮強度はそれ程上昇しないことが分かった。

この結果から、半水石膏と高炉スラグの重量混合比が５０：５０〜７０：３０であり、高炉スラグに対して消石灰が、０．２〜２．０重量％添加されている土質改良材は長期強度を発現するために有用であることが分かった。

固化処理から１日経過した時点での試験体の一軸圧縮強度と、高炉スラグに対する消石灰配合量（％）との関係を示すグラフ固化処理から１週間経過した時点での試験体の一軸圧縮強度と、高炉スラグに対する消石灰配合量（％）との関係を示すグラフ固化処理から２週間経過した時点での試験体の一軸圧縮強度と、高炉スラグに対する消石灰配合量（％）との関係を示すグラフ固化処理から４週間経過した時点での試験体の一軸圧縮強度と、高炉スラグに対する消石灰配合量（％）との関係を示すグラフ

Claims

半水石膏、及び高炉スラグを含有した土質改良材であって、
前記半水石膏と前記高炉スラグの重量混合比が５０：５０〜７０：３０であり、
前記高炉スラグに対して消石灰が、０．２〜２．０重量％添加され、
前記半水石膏の粒径は、平均粒径１μｍ〜５ｍｍであり、
前記高炉スラグの粒径は、平均粒径５．１μｍ以下であることを特徴とする土質改良材。
泥土に請求項１に記載の土質改良材を混合して固化させることを特徴とする土質改良方法。