JP6489936B2

JP6489936B2 - 埋戻し材の製造方法

Info

Publication number: JP6489936B2
Application number: JP2015105259A
Authority: JP
Inventors: 寿博宮谷; 勇治関
Original assignee: Nippon Steel Engineering Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Engineering Co Ltd
Priority date: 2015-05-25
Filing date: 2015-05-25
Publication date: 2019-03-27
Anticipated expiration: 2035-05-25
Also published as: JP2016216315A

Description

本発明は、埋戻し材の製造方法に関し、特に、液状化せず再掘削が可能な埋戻し材の製造方法に関する。

近年、日本では、大型地震に起因する液状化現象によって下水道管路やマンホール等が浮き上がったり、路面が沈下したりする被害が多発している。一方、これら被害箇所の周辺では、液状化の痕跡が見られないことが報告されている。従って、これらの被害は、管路施設埋設時の埋戻し土が液状化したことが原因であると考えられている。
学識経験者等からなる下水道地震対策技術検討委員会による「管路施設の本復旧にあたっての技術的緊急提言」では、埋戻し土にセメントあるいはセメント系固化剤（セメント系固化材）を添加することにより液状化の発生を防止する場合には、一軸圧縮強度（２８日強度）が１００ｋＰａ以上２００ｋＰａ以下、現場強度が５０ｋＰａ以上１００ｋＰａ以下となるようにすることが提言されている。また、採用に当たっては再掘削の必要性もあわせて検討することとされている。

このように、管路施設等の埋戻しに使用される埋戻し材（埋戻し土）には、液状化の発生を防止することに加え、再掘削が可能な一軸圧縮強度を有することが求められている。
流動性と自硬性を有する流動化処理土を製造して埋戻しに使用する技術が開発されてはいるが（例えば特許文献１参照）、一軸圧縮強度の調整が難しいという問題がある。

そこで、特許文献２では、無機汚泥に固化材を添加して造粒処理を行い、造粒物を形成する工程と、材齢２８日における埋戻し材の一軸圧縮強度が１００ｋＰａ以上２００ｋＰａ以下となるように設定した混合比で、廃棄物溶融スラグと前記造粒物を混合処理して埋戻し材を製造する工程とを備える埋戻し材の製造方法が開示されている。この方法によれば、現地で手間をかけずに、液状化せず再掘削が可能な一軸圧縮強度を有する埋戻し材を製造することができる。

特開昭６３−２３３１１５号公報特開２０１４−７０００７号公報

しかしながら、特許文献２に記載されている埋戻し材の製造方法の場合、無機汚泥に固化材を添加して造粒処理を行う工程と、廃棄物溶融スラグと生成された造粒物とを混合処理して埋戻し材を製造する工程の２工程が必要であることに加え、無機汚泥の性状が変動するため、固化材の添加量をその都度調整しなければならないという課題があった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、液状化せず再掘削が可能な一軸圧縮強度を有し、使用する原材料の性状が安定しており製造も容易な埋戻し材の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る埋戻し材の製造方法は、材齢２８日における埋戻し材の一軸圧縮強度が１００ｋＰａ以上２００ｋＰａ以下となるように設定した混合比で、５ｍｍふるい目を通過したコンクリート再生路盤材、５ｍｍふるい目を通過した鉄鋼スラグ路盤材、及び生コン残コンのいずれかからなる再生砂と一般廃棄物溶融スラグとを混合処理して埋戻し材を製造することを特徴としている。

ここで、「一般廃棄物溶融スラグ」は、一般廃棄物（産業廃棄物以外の廃棄物）や下水汚泥、それらの焼却灰等を約１３００℃以上で高温溶融した後、冷却固化させることで生成する生成物のことである。
また、「生コン残コン」は、生コン工場の生コン貯槽や生コン車のドラムに残存する生コンを洗浄水と共に生コン貯槽やドラムから排出した排出物を指す。

本発明では、性状が安定している一般廃棄物溶融スラグ及び再生砂を使用するので、その混合比を一定とすることができるだけでなく、製造工程も混合処理の１工程のみで良い。なお、前記再生砂にはフリーライム（カルシウム）が含まれており、一般廃棄物溶融スラグと相性が良い。
加えて、従来、再利用が難しかった、コンクリート再生路盤材の微粒分、鉄鋼スラグ路盤材の微粒分、生コン残コンの有効活用が可能となる。

また、本発明に係る埋戻し材の製造方法では、前記一般廃棄物溶融スラグと前記再生砂を混合処理する際に固化材を添加してもよい。

摩砕処理をせず破砕処理のみ施した一般廃棄物溶融スラグは、表面がツルツルしており再生砂との馴染みがそれほど良くない。そのため、混合処理時にセメント等の固化材を少量添加することが好ましい。

また、本発明に係る埋戻し材の製造方法では、前記一般廃棄物溶融スラグと前記再生砂の混合比が６０体積％：４０体積％〜９０体積％：１０体積％であることを好適とする。

一般廃棄物溶融スラグの割合が６０体積％未満、再生砂の割合が４０体積％超であると、材齢２８日における埋戻し材の一軸圧縮強度が２００ｋＰａ超となり、再掘削が困難となる。一方、一般廃棄物溶融スラグの割合が９０体積％超、再生砂の割合が１０体積％未満であると、材齢２８日における埋戻し材の一軸圧縮強度が１００ｋＰａ未満となり、液状化しやすくなる。

本発明に係る埋戻し材の製造方法では、性状が安定している一般廃棄物溶融スラグ及び再生砂を使用して、液状化せず再掘削が可能な一軸圧縮強度を有する埋戻し材を製造するので、その混合比を一定とすることができるだけでなく、製造工程も１工程のみで良い。その結果、液状化せず再掘削が可能な一軸圧縮強度を有する埋戻し材を容易に製造することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る埋戻し材の製造方法のフロー図である。本発明の第２の実施の形態に係る埋戻し材の製造方法のフロー図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。

［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態に係る埋戻し材の製造方法について、図１のフロー図を用いて説明する。なお、埋戻し材１３の製造は、工場あるいは現地のいずれで実施しても良い。

一般廃棄物溶融スラグ１０と再生砂１１を、ミキサー（図示省略）に投入して混合処理ＳＴ１し、埋戻し材１３を製造する。混合処理ＳＴ１における一般廃棄物溶融スラグ１０と再生砂１１の混合比は、材齢２８日における埋戻し材１３の一軸圧縮強度が１００ｋＰａ以上２００ｋＰａ以下となるように予め決定しておく。
一般廃棄物溶融スラグ１０と再生砂１１の混合比は、使用する一般廃棄物溶融スラグ１０及び再生砂１１の種類にもよるが、一般廃棄物溶融スラグ：再生砂＝６０体積％：４０体積％〜９０体積％：１０体積％とすればよい。

なお、一般廃棄物溶融スラグ１０と再生砂１１の混合比は、使用する一般廃棄物溶融スラグ１０及び再生砂１１の種類に依存するため、ＪＩＳＡ１２１６「土の一軸圧縮試験方法」に従って、一般廃棄物溶融スラグ１０と再生砂１１の混合比が異なるサンプルを数種類作製し、当該サンプルの一軸圧縮強度試験結果に基づいて決定することが望ましい。

一般廃棄物溶融スラグ１０は、前述したように、一般廃棄物や下水汚泥、それらの焼却灰等を、ガス化溶融炉や灰溶融炉などの溶融炉で高温溶融した後、冷却固化させることで生成される生成物である。
一般廃棄物溶融スラグ１０の粒度は、例えば、ＪＩＳＡ５０３２「一般廃棄物、下水汚泥又はそれらの焼却灰と溶融固化した道路用溶融スラグ」に規定する「溶融スラグ細骨材」（呼び名ＦＭ−２．５）の粒度程度とすればよい。

溶融炉から排出される一般廃棄物溶融スラグ１０の多くは、水砕スラグであるため、ガラス質で角張った形状をしており、再生砂１１との馴染みがそれほど良くない。そのため、一般廃棄物溶融スラグ１０に摩砕又は破砕処理を施すことにより、スラグ表面に無数の凹凸が形成され、再生砂１１との混合性が向上する。

再生砂１１には、５ｍｍふるい目を通過したコンクリート再生路盤材、５ｍｍふるい目を通過した鉄鋼スラグ路盤材、及び生コン残コンのいずれかを使用する。
５ｍｍふるい目を通過したコンクリート再生路盤材は、０〜４０ｍｍの粒度を有するコンクリート再生路盤材ＲＣ４０を５ｍｍふるい目にかけ、ふるい下を再生砂としたものである。
５ｍｍふるい目を通過した鉄鋼スラグ路盤材は、０〜４０ｍｍの粒度を有する鉄鋼スラグ路盤材ＣＳ４０を５ｍｍふるい目にかけ、ふるい下を再生砂としたものである。
生コン残コンは、生コン工場の生コン貯槽や生コン車のドラムから洗浄水と共に排出した残コンの水分を除去し再生砂としたものである。

一般廃棄物溶融スラグ１０は、汚泥や土に比べて品質変動が少ないため、性状が安定している。なかでもシャフト炉式ガス化溶融炉に副資材としてコークス、石灰石を添加して炉下部にコークスベッドが形成されるコークスベッド式溶融炉で生成される一般廃棄物溶融スラグは、年間を通じて品質が安定している。例えば、コークスベッド式直接溶融炉で生成された一般廃棄物溶融スラグは、ＳｉＯ_２を３２〜４０質量％程度、ＣａＯを３２〜４０質量％程度、Ａｌ_２Ｏ_３を１３〜１８質量％程度含み、灰溶融炉で生成された一般廃棄物溶融スラグは、ＳｉＯ_２を３０〜４０質量％程度、ＣａＯを１０〜２０質量％程度、Ａｌ_２Ｏ_３を１５〜２０質量％程度含んでいる。
また、再生砂１１も品質変動が少なく性状が安定している。コンクリート再生路盤材や生コン残コンは、セメント分としてＳｉＯ_２を２２質量％程度、ＣａＯを６４質量％程度、Ａｌ_２Ｏ_３を５質量％程度含み、鉄鋼スラグ路盤材は、高炉ＣＳ（高炉徐冷スラグ路盤材）の場合、ＳｉＯ_２を３４質量％程度、ＣａＯを４２質量％程度、Ａｌ_２Ｏ_３を１３質量％程度含んでいる。

［第２の実施の形態］
本発明の第２の実施の形態に係る埋戻し材の製造方法のフロー図を図２に示す。本実施の形態では、一般廃棄物溶融スラグ１０と再生砂１１を混合処理ＳＴ２する際に、固化材１２を添加する点が第１の実施の形態と異なっている。

一般廃棄物溶融スラグ１０の種類に応じて固化材１２を添加することで、埋戻し材１４の一軸圧縮強度を向上させることができる。特に、破砕処理のみ施した一般廃棄物溶融スラグ１０は、表面がツルツルしており再生砂１１との馴染みがそれほど良くないため、混合処理ＳＴ２時に固化材１２を添加することが好ましい。固化材１２の添加量は少量で良く、埋戻し材１４の体積１ｍ^３に対して５〜１０ｋｇ程度で良い。
なお、固化材１２には、セメントもしくはセメント系固化材（セメント系固化剤）を使用すれば良い。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、上記実施の形態では、一般廃棄物溶融スラグと再生砂とをミキサーで混合しているが、バックホウなどの重機を用いて混合してもよい。

本発明の効果について検証するために実施した検証試験について説明する。
試験ケースの一覧を表１に示す。
使用した溶融スラグは、シャフト炉式ガス化溶融炉に副資材としてコークス、石灰石を添加して炉下部にコークスベッドが形成されるコークスベッド式溶融炉で生成され、摩砕処理を施した溶融スラグ及び破砕処理を施した溶融スラグ、並びにプラズマ灰溶融炉で生成され摩砕処理を施した溶融スラグの３種類とした。コークスベッド式溶融炉で生成され摩砕処理を施した溶融スラグの粗粒率は２．２５、コークスベッド式溶融炉で生成され破砕処理のみ施した溶融スラグの粗粒率は２．７０、プラズマ灰溶融炉で生成され摩砕処理を施した溶融スラグの粗粒率は２．３５であった。

なお、粗粒率は、８０ｍｍ、４０ｍｍ、２０ｍｍ、１０ｍｍ、５ｍｍ、２．５ｍｍ、１．２ｍｍ、０．６ｍｍ、０．３ｍｍ、及び０．１５ｍｍの網ふるいを用いてふるい分けを行い、各ふるい目を通過しないふるい上の試料の質量百分率の総和を１００で割った値である。従って、試料の粒径が大きいほど粗粒率は大きくなる。

使用した再生砂は、ＲＣ砂（コンクリート再生路盤材）と高炉ＣＳ（高炉徐冷スラグ路盤材）の２種類とした。ＲＣ砂には、５ｍｍふるい目を通過したコンクリート再生路盤材を使用し、高炉ＣＳには、５ｍｍふるい目を通過したものを使用した。
固化材にはセメントを使用した。なお、固化材の添加量は、埋戻し材１ｍ^３に対する質量を示している。

各サンプルの一軸圧縮強度は、ＪＩＳＡ１２１６「土の一軸圧縮試験方法」に従って実施し、各サンプルの評価は液状化の可能性と再掘削の容易性について評価した。

同表より以下のことがわかる。
（１）シャフト炉式ガス化溶融炉（コークスベッド式溶融炉）で生成され摩砕処理を施した溶融スラグとＲＣ砂を７０：３０又は８０：２０で混合した埋戻し材は、材齢２８日における一軸圧縮強度が１００ｋＰａ以上２００ｋＰａ以下となり、液状化防止及び再掘削容易性が良好であったが（サンプル１、２参照）、シャフト炉式ガス化溶融炉で生成され摩砕処理を施した溶融スラグとＲＣ砂の混合比が６０：４０になると、材齢２８日における一軸圧縮強度が２００ｋＰａを超え、再掘削容易性に課題が残った（サンプル３参照）。
（２）シャフト炉式ガス化溶融炉（コークスベッド式溶融炉）で生成され破砕処理を施した溶融スラグとＲＣ砂を６０：４０で混合した埋戻し材は、材齢２８日における一軸圧縮強度が１００ｋＰａ未満となり、液状化の可能性があったが（サンプル４参照）、固化材を５ｋｇ／ｍ^３添加することにより材齢２８日における一軸圧縮強度が１００ｋＰａ以上２００ｋＰａ以下となり、液状化防止及び再掘削容易性が良好となった（サンプル５参照）。

（３）プラズマ灰溶融炉で生成され摩砕処理を施した溶融スラグとＲＣ砂を７０：３０で混合した埋戻し材は、材齢２８日における一軸圧縮強度が１００ｋＰａ未満となり、液状化の可能性があったが（サンプル６参照）、プラズマ灰溶融炉で生成され摩砕処理を施した溶融スラグとＲＣ砂の混合比を６０：４０にすると、材齢２８日における一軸圧縮強度が１００ｋＰａ以上２００ｋＰａ以下となり、液状化防止及び再掘削容易性が良好となった（サンプル７参照）
（４）プラズマ灰溶融炉で生成され摩砕処理を施した溶融スラグとＲＣ砂を７０：３０で混合した埋戻し材に固化材を５ｋｇ／ｍ^３添加しても、材齢２８日における一軸圧縮強度は１００ｋＰａ未満であったが（サンプル８参照）、固化材の添加量を１０ｋｇ／ｍ^３とすると、材齢２８日における一軸圧縮強度は２００ｋＰａ超となった（サンプル９参照）。従って、プラズマ灰溶融炉で生成され摩砕処理を施した溶融スラグとＲＣ砂を７０：３０で混合した埋戻し材に固化材を５ｋｇ／ｍ^３超１０ｋｇ／ｍ^３未満添加することにより、材齢２８日における一軸圧縮強度を１００ｋＰａ以上２００ｋＰａ以下にできると考えられる。

（５）再生砂が高炉ＣＳである場合、シャフト炉式ガス化溶融炉で生成され摩砕処理を施した溶融スラグ及びプラズマ灰溶融炉で生成され摩砕処理を施した溶融スラグのいずれを用いても、混合比が８０：２０又は７０：３０の条件下では、材齢２８日における一軸圧縮強度が２００ｋＰａを大幅に超える結果となった（サンプル１０、１１参照）。

（６）サンプル１〜３より、シャフト炉式ガス化溶融炉で生成され摩砕処理を施した溶融スラグとＲＣ砂を９０：１０で混合した埋戻し材は、材齢２８日における一軸圧縮強度が１００ｋＰａ以上２００ｋＰａ以下となる可能性があると推定される。仮に、材齢２８日における一軸圧縮強度が１００ｋＰａ未満となった場合でも、固化材を添加することにより１００ｋＰａ以上２００ｋＰａ以下とすることができる。

１０：一般廃棄物溶融スラグ、１１：再生砂、１２：固化材、１３、１４：埋戻し材

Claims

材齢２８日における埋戻し材の一軸圧縮強度が１００ｋＰａ以上２００ｋＰａ以下となるように設定した混合比で、５ｍｍふるい目を通過したコンクリート再生路盤材、５ｍｍふるい目を通過した鉄鋼スラグ路盤材、及び生コン残コンのいずれかからなる再生砂と一般廃棄物溶融スラグとを混合処理して埋戻し材を製造することを特徴とする埋戻し材の製造方法。
請求項１記載の埋戻し材の製造方法において、前記一般廃棄物溶融スラグと前記再生砂を混合処理する際に固化材を添加することを特徴とする埋戻し材の製造方法。
請求項１又は２記載の埋戻し材の製造方法において、前記一般廃棄物溶融スラグと前記再生砂の混合比が６０体積％：４０体積％〜９０体積％：１０体積％であることを特徴とする埋戻し材の製造方法。