JP5249828B2 - 濃縮泥土、濃縮泥土の製造方法および流動化処理土の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、濃縮泥土、濃縮泥土の製造方法および流動化処理土の製造方法に関する。

建設工事や浚渫工事等で発生した建設発生土を、流動化処理土の主材として再利用する場合がある（例えば、特許文献１参照）。
このような流動化処理土は、水または泥水と固化材の混合量により強度の調整を行っている。

特開２００６−７７５２２号公報

流動化処理土の原料となる土は、物理的性質および化学的性質が一定であれば流動化処理土としての品質を安定して確保することができる。そのため原料土を、主にシルトを主成分とすることにすれば、品質の安定化の目的が達成される。

しかしながら、建設工事や浚渫工事等において発生する建設発生土は、複数の地層に跨って掘削しているため、土の物理的性質および化学的性質が一定であることは少ない。また、自然に生成された地盤や地層からシルト分を主成分とする土を採取することは困難であった。

そのため、従来の流動化処理土は、土の物理的性質および化学的性質が一定であること、主にシルト分を主成分とすること、という条件を満足する主材を人為的に生成する必要があり、この作業に手間を要していた。

このような観点から、本発明は、流動化処理土の主材となる濃縮泥土であって、簡易に高品質な流動化処理土を生成することを可能とした濃縮泥土を提供することを課題とし、さらには、この濃縮泥土の製造方法およびこの濃縮泥土を利用した流動化処理土の製造方法を提案することを課題とする。

このような課題を解決する本発明の濃縮泥土は、表面活性や界面化学的性質の強い粘土を除いて、化学的性質が安定したシルトを主成分とするよう、採掘土砂から礫砂を取り除いた後に残る残渣を濃縮して得たことを特徴としている。

濃縮泥土は、採掘土砂から礫、砂利、砂等を取り除いた後に残る残渣を主成分としている。この残渣は、砂分以下の粒径からなる細粒土（シルト分）を主成分としているため、土の物理的性質および化学的性質が安定している。したがって、残渣を濃縮するのみで、流動化処理土の主成分となる濃縮泥土を生成することが可能となる。
また、廃棄物として処分されていた残渣を有効利用するため、経済的であるとともに、環境保護の面でも好適である。

また、濃縮泥土は、水等の液体と固化材を混合されるのみで流動化処理土を構成するため、利用者は、特別なプラント等を要することなく、簡易に流動化処理土を生成し、使用することができる。
また、濃縮泥土は、加水量を設定するのみで、需要に応じた密度に調整することが可能なため、特殊な設備や手間を要することがなく、安価である。

また、本発明の濃縮泥土の製造方法は、シルト質泥土を採取する採取工程と、前記シルト質泥土をタンクに投入する投入工程と、前記タンクに投入されたシルト質泥土のブリージング水を排除して濃縮することで濃縮泥土を生成する濃縮工程と、を備えることを特徴としている。

前記シルト質泥土は、例えば、採掘土砂から礫砂を取り除いた後に残る残渣や、湿式分級機を利用して礫砂を製造する際に得られた液体状または半固体状の残渣からなる。

かかる濃縮泥土の製造方法によれば、流動化処理土の主材に適した濃縮泥土を簡易かつ安価に生成することが可能となる。

なお、前記濃縮泥土の製造方法において、前記残渣に凝集剤を添加することで残渣の濃縮を早期に行うものとしてもよい。

また、前記タンクの内側底部に配設された圧力センサにより測定された前記残渣の圧力と、前記圧力センサから水面までの高さと、前記圧力センサから濃縮泥土の上面までの高さと、を利用して前記濃縮泥土の密度を測定すれば、濃縮泥土の密度を簡易かつ正確に測定することができ、高品質な濃縮泥土を製造することが可能となる。

また、本発明の流動化処理土の製造方法は、採掘土砂から礫砂を取り除き、シルト分を主成分とする残渣を採取する工程と、前記残渣を濃縮して濃縮泥土を作成する工程と、前記濃縮泥土に固化材を添加混合して流動化処理土を作成する工程と、を備えることを特徴としている。

かかる流動化処理土の製造方法によれば、高品質な流動化処理土を簡易に製造することを可能となる。

本発明の濃縮泥土、濃縮泥土の製造方法および流動化処理土の製造方法によれば、簡易に高品質な流動化処理土を生成することが可能となる。

本発明の好適な実施の形態に係る流動化処理土の一軸圧縮強さと固化材添加量との関係を示したグラフである。 本発明の好適な実施の形態に係る濃縮泥土の製造方法を示すフローチャートである。 本発明の好適な実施の形態に係る流動化処理土の製造方法に使用する装置の模式図である。

本発明の好適な実施の形態について説明する。
本実施形態の濃縮泥土は、自然状態にある地山の地層から礫、砂利、砂を採掘する現場において発生した残渣を濃縮して得られたものである。なお、残渣の採取方法は限定されるものではなく、例えば、地山から採掘された岩石等をクラッシャーなどにより破砕して礫砂等を採取する場合に発生する残渣、ダム上流部で自然分級が行われている河川敷や海流の影響で自然分級が行われている海岸部の砂礫層等から礫、砂利、砂等を採掘する際に発生した残渣であってもよい。

このような残渣は、同一の地層から採取された採掘土砂により生成されたものであるため、土の物理的・化学的な性質が一定である。また、礫砂を製造する際に発生した土砂のため、礫砂が除去されており、表１に示すように、一般的に砂分以下の細粒土であって、シルト分を主成分としている。また、残渣は、礫砂を洗浄して生成されるため、液体状および半固体状である。

したがって、採掘土砂から礫砂を取り除いた残土が、土の物理的性質および化学的性質が一定で、シルト分を主成分としていることがわかる。

前記残渣により生成された濃縮泥土は、細粒土が主体で、固化材の強度発現を阻害する粘土や有機物の含有量が少ないので、濃縮泥土の密度（含水量）と固化材の添加量との関係のみでその性能が決まる。つまり、泥土の固化材を加えたときの固化強度は、一種類の土に対して固有の固化強度反応が対応するため、物理的・化学的な性質が一定の残渣を使用すれば、図１に示すように、固化材の添加量と強度との関係が略直線を呈することとなる。このように、濃縮泥土を利用することで、濃縮泥土の密度と固化材の添加量のみで流動化処理土の性質を決定することが可能となる。

故に、残渣を濃縮することで生成された濃縮泥土を貯蔵しておけば、この濃縮泥土に液体（水）と固化材を添加混合するのみで、所望の強度を満たす流動化処理土を生成することが可能となる。濃縮泥土の密度が１．５を上回ると、流動性が悪化するおそれがあり、１．２５を下回ると材料分離がおきやすくなるので、濃縮泥土の密度は１．２５以上、１．５以下とするのが望ましい。

本実施形態では、密度が１．３、１．４、１．５の濃縮泥土について、固化材の添加量と２８日強度との関係を測定し、図１に示す固化強度配合図に整理した。

図１を使用すれば、所望の強度を得るための固化材添加量を容易に求めることが可能となる。

固化強度配合図は、所定量加水することで所定の密度に調整された濃縮泥土に固化材量を添加して一軸圧縮試験を行った結果をプロットすることで作成する。

例えば、密度が１．４ｔ／ｍ^３の濃縮泥土１ｍ^３に対し、固化材を例えば６０，８０，１００，１２０ｋｇ添加し、２８日後の濃縮泥土に対して一軸圧縮試験を行い、結果をプロットすればよい。
試験結果を整理すると、図１に示すように直線状にプロットされる。

同様に、濃縮泥土の密度が１．５ｔ／ｍ^３の場合と、１．３ｔ／ｍ^３の場合とについて一軸圧縮試験を行い、試験結果を整理する。
なお、一軸圧縮試験は２８日強度に限定されるものではなく、例えば７日強度を測定してもよい。また、測定する濃縮泥土の密度は上記の３種類に限定されるものではない。

濃縮泥土の購入者や使用者は、施工に必要な一軸圧縮強さを確保するための、濃縮泥土の密度と固化材の添加量を、図１から求めることができる。
例えば、濃縮泥土の密度が１．４ｔ／ｍ^３として、必要な一軸圧縮強度を３００ｋＮ／ｍ^２とすると、１ｍ^３当りの固化材添加量は約１１５ｋｇとなる。なお、必要な一軸圧縮強度や濃縮泥土のフロー値等は適宜設定すればよく、前記の値に限定されるものではない。

本実施形態に係る濃縮泥土の製造方法は、図２に示すように、採取工程Ｓ１と、投入工程Ｓ２と、濃縮工程Ｓ３と、貯泥工程Ｓ４を備えている。

採取工程Ｓ１は、採掘土砂から礫砂を取り除いた残渣（シルト質泥土）を採取する工程である。
この残渣は、採掘土砂を湿式分級機等の分級装置（図示省略）に投入し、礫、砂利、砂を製造する際に、礫砂を水洗いや空気洗浄等の作業を行うことで発生した液体状および半固体状の砂分以下（粒径２ｍｍ以下）の細粒土や汚泥や塵埃等である。なお、分級装置の形式は限定されるものではない。

採取された残渣は、残渣タンク（図示省略）に一旦貯留する。このとき、残渣が半固体状の場合は、加水して液体状にする。なお、残渣は、密度が１．３ｔ／ｍ^３未満となるように調整する。ここで、残渣タンクは必要に応じて使用すればよく、必ずしも使用する必要はない。

投入工程Ｓ２は、図３に示すように、採取工程Ｓ１において採取された残渣１を濃縮タンク１０に投入する工程である。残渣１は泥水状の状態で濃縮タンク１０に搬送される。本実施形態では泥水状の残渣１を、ポンプ等を介して輸送管により圧送し、濃縮タンク１０に搬送している。

濃縮工程Ｓ３は、濃縮タンク１０において残渣１のブリージング水３を排除することにより、残渣１を濃縮して所望の密度からなる濃縮泥土２を生成する工程である。
本実施形態では、残渣１に凝集剤を添加することにより残渣１の濃縮（分級）を早めるものとする。なお、凝集剤は必要に応じて添加すればよい。

ブリージング水３は、残渣１の濃縮の進行に応じて発生するものである。ブリージング水３は、相対的に密度が小さいため、濃縮タンク１０の上部に浮いてくる。本実施形態では、連続的に残渣１を濃縮タンク１０に供給することで、濃縮タンク１０の上部に形成された排水口１１からブリージング水３が溢れ出るように構成している。なお、ブリージング水３の除去方法は限定されるものではない。

濃縮タンク１０の底部には、図３に示すように、圧力センサＬが設けられている。この圧力センサＬにより測定された残渣１の圧力と、圧力センサＬから水面（排水口１１）までの高さ（以下、単に「水面高さ」という）Ｈと、圧力センサＬから濃縮泥土２（残渣１）の上面までの高さ（以下、単に「泥土高さ」という）ｈと、に基いて濃縮泥土１の密度を算出することで、濃縮泥土１の品質を管理する。圧力センサＬは、濃縮タンク１０の深い位置に設置されることが望ましい。

濃縮泥土１の品質の管理は、以下の手順にて行う。
分級の進行に伴う濃縮泥土２の圧力ｐの変化を圧力センサＬにより測定する。圧力ｐと高さＨを利用して、式１により濃縮タンク内の平均密度Σρ_ｆを算出する。

平均密度Σρ_ｆが十分に上昇したら、泥土高さｈを確認し、式２に代入して、濃縮泥土の密度ρ_ｆを算出する。なお、予め水面高さＨおよび泥土高さｈの位置を決めておけば、濃縮泥土２の密度ρ_ｆ算出のタイミングが決まるため、作業がより円滑になる。また、分級に使用する凝集剤の量や、種類、または分級に要する時間調整を経験的に密度ρ_ｆと関連付けておくことで、密度ρ_ｆの微調整の作業を省略することが可能となる。

貯泥工程Ｓ４は、所望の密度ρ_ｆに生成された濃縮泥土２を、貯泥タンク２０に輸送して貯留する工程である。なお、濃縮泥土２は、濃縮タンク１０で貯留してもよい。また、濃縮泥土２を貯留することなく流動化処理土を作成する場合は、貯泥工程Ｓ４を省略してもよい。本実施形態ではポンプＰを介して濃縮タンク１０から貯泥タンク２０へ濃縮泥土２を圧送するが、濃縮タンク１０から貯泥タンク２０への輸送方法は限定されるものではない。

本実施形態の流動化処理土は、前記した濃縮泥土２の製造方法により製造された濃縮泥土２に固化材と添加混合することにより作成する。

本実施形態では、図３に示すように、混練機３１と、固化材サイロ３２と、貯水槽３３と、を備える混練装置３０により流動化処理土を製造する。

まず、配合に応じた量の濃縮泥土２を、混練機３１に投入する。
濃縮泥土２が投入された混練機３１に、貯水槽３３から水等の液体４を供給して混練することで、濃縮泥土２を希釈する。濃縮泥土２および液体４の輸送は、流量計Ｆにより流量を監視しつつポンプＰ，Ｐを介して行う。このとき起動スイッチＳを介して、各ポンプの起動および停止を制御する。なお、濃縮泥土２および水の輸送方法は限定されるものではない。

次に、固化材サイロ３２の固化材を混練機３１に添加し、混合することで流動化処理土を生成する。このとき、固化材の量は質量計量機Ｍを介して計量しながら投入する。

なお、濃縮泥土２と固化材との混練は、混練機３１に換えてミキサー車を利用して行ってもよい。この場合は、固化材と水が予め混合されたセメントミルクを利用することで、濃縮泥土２の希釈と固化材の混合とを行うものとする。
また、濃縮泥土２は、混練機３１に輸送される際に、水により希釈されていてもよい。

以上、本実施形態の濃縮泥土、濃縮泥土の製造方法および流動化処理土の製造方法によれば、濃縮泥土に水を混合して所望の密度にすることと、この密度に対応する量の固化材を添加するのみで、高品質の流動化処理土を生成することが可能となる。

また、濃縮泥土は、同一の地層や岩盤等から採取された残渣により生成されているため、土の物理的性質および科学的性質が一定であり、また、シルト分を主成分としているため、流動化処理土の主材料として適している。なお、従来の建設発生土等から、このような性質の土を人為的に製造することは、手間がかかり、多額のコストが発生する。一方、本実施形態では、採掘現場等において発生する残渣を使用するため、安価に生成することができる。

発生時点で含水量が不安定な残渣を、濃縮することで所望の密度に調整するため、一定の品質を確保することが可能となる。
また、残渣を濃縮することで、容積を小さくすることができるため、保存時の省スペース化が可能となる。

また、含水量が不安定な残渣に固化材を添加して流動化処理土を生成する場合は、試験施工等を行い、品質の確認を行う必要があるが、濃縮状態で保存された濃縮泥土に加水して流動化処理土を生成する場合は、一定の品質の流動化処理土を生成することができるため、施工時の手間を大幅に削減することができる。

濃縮泥土は、密度の下限値を１．３ｇ／ｃｍ^３とすることで、材料分離抑制の品質を確保する。

また、濃縮泥土は、各地に点在する採掘現場において製造することができる。流動化処理土の打設現場に近い採掘現場で濃縮泥土を製造できれば打設現場への運搬の手間を縮減することができるため、運搬に伴うコストの削減および環境負荷の削減も可能となる。

また、濃縮泥土は、汚染物質を含んでいないため、自然環境に悪影響を及ぼす可能性が低い。

一般に、泥状土の流動性は、泥状土の粘性と相関し、粘性は泥状土中の細粒土と水の割合と相関する。泥状土の流動性は、一般的にフロー試験にてフロー値を測定するか、Ｐロート試験にて流下時間を測定することで泥状土の流動性の定量的な評価を行う。しかしながら、本実施形態に係る濃縮泥土は、土の種類が１種類により構成されているため、含水量を変化させると固有の流動性の変動パターンが得られる。したがって、濃縮泥土の密度とフロー値やＰロート試験の流下時間の関係を整理しておけば、そのデータをその後も利用することができる。

また、流動化処理土の利用者は、固化強度配合図により、流動化処理土として流動性や強度等の検討に要する専門的な知識を要することなく、流動化処理土を使用することができる。

以上、本発明について、好適な実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の各実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜設計変更が可能であることはいうまでもない。

例えば、前記実施形態では、圧力計により測定された濃縮泥土の圧力とブリージング水の水位等を利用して濃縮泥土の密度を算出するものとしたが、濃縮泥土の密度の算出方法は限定されるものではなく、適宜行うことが可能である。例えば、容積が既知の濃縮タンクを利用して、ブリージング水の水位を測定することで、濃縮泥土の体積を算出し、これを利用して密度を算出してもよい。

以下、密度が１．４の濃縮泥土を利用して一軸圧縮強度が３００ｋＮ／ｍ^２の流動化処理土を製造する場合の実施例を示す。

この場合における固化材の添加量を固化強度配合図（図１）により求めるとともに、式３から加水量を算出することで、表２に示す配合表が得られる。

このときの流動化処理土の密度は、式４により算出する。

濃縮泥土と固化材との混合は、粉体の固化材よりも液状体の固化材（セメントミルク等）を添加する方が効率的である。セメントミルクの水セメント比Ｗ／Ｃ（％）は、２５０／１１５＝２１７％となる。この場合における配合表を表３に示す。

なお、セメントミルクと水とをそれぞれ個別に添加するのは施工上好ましくないため、セメントミルクを使用する場合の濃縮泥土の密度は、セメントミルクの水セメント比に応じて、式５により算出された密度に設定（修正）する必要がある。表４にセメントミルクを使う場合における修正後の配合表を示す。

セメントミルク使用時の修正配合における流動化処理土の密度ρ_ｆの適正のチェックは、式６により流動化処理土の密度ρ_ｔ’を算出することにより検証することができる。表４に修正後の配合表を示す。

流動化処理土の利用者は、固化強度配合図（図１）と配合表（表２、表３、表４）を参照して、所望の強度を発現する高品質は流動化処理土（濃縮泥土）を得ることができる。

１ 残渣
２ 濃縮泥土
３ ブリージング水
１０ 濃縮タンク

Claims (7)

1. 流動化処理土の主材となる濃縮泥土であって、
   採掘土砂から礫砂を取り除いた後に残るシルト分を主成分とした残渣を濃縮して得たことを特徴とする濃縮泥土。
2. シルト質泥土を採取する採取工程と、
   前記シルト質泥土をタンクに投入する投入工程と、
   前記タンクに投入されたシルト質泥土のブリージング水を排除して濃縮することで濃縮泥土を生成する濃縮工程と、
   を備えることを特徴とする濃縮泥土の製造方法。
3. 前記シルト質泥土が、採掘土砂から礫砂を取り除いた後に残る残渣であることを特徴とする、請求項２に記載の濃縮泥土の製造方法。
4. 前記シルト質泥土が、湿式分級機を利用して礫砂を製造する際に得られた液体状または半固体状の残渣であることを特徴とする、請求項２に記載の濃縮泥土の製造方法。
5. 前記濃縮工程において、前記残渣に凝集剤を添加することを特徴とする、請求項２に記載の濃縮泥土の製造方法。
6. 前記タンクの内側底部に配設された圧力センサにより測定された前記残渣の圧力と、前記圧力センサから水面までの高さと、前記圧力センサから濃縮泥土の上面までの高さと、を利用して前記濃縮泥土の密度を測定することを特徴とする、請求項２乃至請求項５のいずれか１項に記載の濃縮泥土の製造方法。
7. 採掘土砂から礫砂を取り除き、シルト分を主成分とする残渣を採取する工程と、
   前記残渣を濃縮して濃縮泥土を作成する工程と、
   前記濃縮泥土に固化材を添加混合して流動化処理土を作成する工程と、
   を備えることを特徴とする流動化処理土の製造方法。

Images