JP6679030B1 - 掘削添加剤混合土砂等の泥土の改質処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】アニオン性界面活性剤又はアニオン性増粘剤やベントナイト等を含有する混合土砂等の泥土を、高分子凝集剤を添加することによって自立性を有する土砂への改質処理するに当たり、起泡剤を構成するアニオン性界面活性剤の溶出に伴う二次的問題やカチオン性高分子凝集剤の使用による魚毒性の問題を解消でき、さらに、離水を起こさず、十分なトラフィカビリティが得られる混合土砂等の泥土の改質処理方法を提供すること。【解決手段】混合土砂等の泥土に、両性高分子凝集剤を添加撹拌し、イオンコンプレックスによって水不溶性物質を生成させる混合土砂等の泥土の改質処理方法であって、前記混合土砂等の泥土に、アニオン性高分子凝集剤及び／又は無機系固化材を添加撹拌することで、混合土砂等の泥土を、自立性を有する土砂に改質する。【選択図】なし
Description
本発明は、掘削添加剤混合土砂等の泥土の改質処理方法に関するものである。
従来、シールド工事、推進工事、浚渫工事のような建設工事等で発生する泥土、すなわち、高含水比の軟弱な土砂は、産業廃棄物として脱水処理した後、最終処分場に埋立てて廃棄処理されている。こうした泥土の処理は、脱水処理に経費がかかる上、脱水処理した泥土も、産業廃棄物として再利用することなく廃棄しなければならないため、著しく非経済的である。また、このように泥土を処理して廃棄するにしても、最近は、産業廃棄物の最終処分地の立地難が深刻化している。
こうしたことを背景にして建設工事等で発生する泥土のリサイクルの必要性が高まっている。こうした要請から、これまで利用価値のなかった泥土について、施工業者自らが泥土の発生現場で改質剤を混合して改質処理を施すことにより、これを強度の高い一般建設残土と同等の土砂に改質して利用価値を創出し、改質処理現場から再利用先へと直接搬送して、路盤材、埋め戻し土、宅地造成土、盛土等の種々の用途に再利用する技術の開発が進められている（例えば、特許文献１参照。）。
ところで、泥土の改質処理に用いる改質剤の代表的なものとして、アニオン性高分子凝集剤を挙げることができるが、シールド工事、推進工事等で用いられる掘削添加剤（界面活性剤やアニオン性の高分子系加泥材やカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等のアニオン性増粘剤やベントナイト）が多量に含まれる掘削土等では、アニオン性高分子凝集剤のみでは十分な改質ができず、搬送が可能な自立性を有する土砂への改質が困難な場合があった。
また、高濃度の掘削添加剤が注入された土砂に、アニオン性高分子凝集剤を用いて改質した土砂は、降雨等により起泡剤を構成するアニオン系界面活性剤が溶出し、泡立ちが問題になる場合や塑性流動性が発生する場合があった。
また、高濃度の掘削添加剤が注入された土砂に、アニオン性高分子凝集剤を用いて改質した土砂は、降雨等により起泡剤を構成するアニオン系界面活性剤が溶出し、泡立ちが問題になる場合や塑性流動性が発生する場合があった。
また、アニオン性高分子凝集剤のみによって改質された土砂は、降雨等により起泡剤を構成する界面活性剤の溶出により、泡立ちのあるろ水が河川や地下水に流れ込むおそれや、海上埋立地での泡立ち、中間処理場での排土の分級処理等の中間処理時の泡の発生に伴う歩掛の低下等の二次的問題を引き起こすおそれがあった。
また、アニオン性高分子凝集剤のみによって改質された土砂は、高濃度の掘削添加剤が注入された高含水の汚泥では、運搬中に再泥化する運搬上の問題や降雨等による含水上昇によって塑性流動化によるトラフィカビリティの低下等による作業性の悪化を引き起こすおそれがあった。
このような場合、アニオン性高分子凝集剤に代えて、カチオン価の高い、カチオン性高分子凝集剤を用いることによって改質を行うことができることが知られている（例えば、特許文献２参照。）が、カチオン価が高く、分子量の大きいカチオン性高分子凝集剤は、魚毒性が高く、改質後の土砂を再利用する場合にカチオン性高分子凝集剤が溶出することが問題視されていた。
また、本件出願人は、先に、両性高分子凝集剤を用いることによって、泥土の改質を行い、改質後の土砂の自立性の改善を行うことを提案している（特許文献３参照。）が、土質によっては、離水が発生したり、十分なトラフィカビリティの改善が得られない等の問題があった。
本発明は、上記のアニオン性高分子凝集剤の単独添加による自立性を有する土砂への改質が困難な泥土等の流動性を有する土砂、特に、アニオン性の高分子系加泥材やアニオン性気泡混合土砂等の泥土の改質処理方法に伴う問題点に鑑み、アニオン性高分子系加泥材やアニオン性増粘剤やベントナイト等を含有する掘削添加剤混合土砂等の泥土を、高分子凝集剤を添加することによって自立性を有する土砂への改質処理するに当たり、アニオン性の高分子系加泥材や起泡剤を構成するアニオン性界面活性剤の溶出に伴う二次的問題やカチオン性高分子凝集剤の使用による魚毒性の問題を解消でき、さらに、離水を起こさず、十分なトラフィカビリティが得られる掘削添加剤混合土砂等の泥土の改質処理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、本発明の混合土砂等の泥土の改質処理方法は、掘削添加剤混合土砂等の泥土に、両性高分子凝集剤を添加撹拌し、イオンコンプレックスによって水不溶性物質を生成させる掘削添加剤混合土砂等の泥土の改質処理方法であって、前記掘削添加剤混合土砂等の泥土に、アニオン性高分子凝集剤及び／又は無機系固化材を添加撹拌することで、掘削添加剤混合土砂等の泥土を、自立性を有する土砂に改質することを特徴とする
ここで、掘削添加剤混合土砂等の泥土への両性高分子凝集剤と、アニオン性高分子凝集剤及び／又は無機系固化材との添加撹拌の順序には特に制約はない。例えば、両性高分子凝集剤とアニオン性高分子凝集剤は、掘削添加剤混合土砂等の泥土に、個別に添加することも、同時に添加、具体的には、混合して１液化したものを添加することもできる。
ここで、掘削添加剤混合土砂等の泥土への両性高分子凝集剤と、アニオン性高分子凝集剤及び／又は無機系固化材との添加撹拌の順序には特に制約はない。例えば、両性高分子凝集剤とアニオン性高分子凝集剤は、掘削添加剤混合土砂等の泥土に、個別に添加することも、同時に添加、具体的には、混合して１液化したものを添加することもできる。
この場合において、前記両性高分子凝集剤には、ｐＨ６〜８の中性域においてカチオンモル数がアニオンモル数を下回る重合比の両性高分子凝集剤を用いることができる。
また、前記掘削添加剤混合土砂等の泥土は、アニオン性の高分子系加泥材及び／又はアニオン性界面活性剤を含有するものであったり、アニオン性増粘剤及び／又はベントナイトを含有するものを対象とすることができる。
本発明の混合土砂等の泥土の改質処理方法によれば、掘削添加剤混合土砂等の泥土に、両性高分子凝集剤を添加撹拌し、イオンコンプレックスによって水不溶性物質を生成させるとともに、アニオン性高分子凝集剤及び／又は無機系固化材を添加撹拌することで、アニオン性の高分子系加泥材、アニオン性界面活性剤、アニオン性増粘剤、ベントナイト等の掘削添加剤を含有する掘削添加剤混合土砂等の泥土を自立性を有する土砂に改質することができ、併せて、イオンコンプレックスによる水不溶化により、カチオン成分の溶出を抑制し、魚毒性の問題や起泡剤を構成する界面活性剤の溶出に伴う二次的問題を解消することができ、さらに、離水を起こさず、十分なトラフィカビリティを得ることができる。
以下、本発明の混合土砂等の泥土の改質処理方法の実施の形態を、具体的な実施形態に基づいて説明する。
本発明の掘削添加剤混合土砂等の泥土の改質処理方法は、掘削添加剤混合土砂等の泥土に、両性高分子凝集剤を添加撹拌し、イオンコンプレックスによって水不溶性物質を生成させるとともに、アニオン性高分子凝集剤及び／又は無機系固化材を添加撹拌することで、アニオン性の高分子系加泥材、アニオン性界面活性剤（起泡剤）、アニオン性増粘剤、ベントナイト等の掘削添加剤を含有する掘削添加剤混合土砂等の泥土を、自立性を有する土砂に改質することができ、併せて、水不溶化により、カチオン成分の溶出を抑制し、掘削添加剤を構成するアニオン成分の溶出に伴う二次的問題やカチオン性高分子凝集剤の使用による魚毒性の問題を解消するようにし、さらに、離水を起こさず、十分なトラフィカビリティを得ることができるようにしたものである。
ここで、「自立性を有する土砂」とは、ダンプトラックを使用して土砂を改質処理現場から再利用先へと直接搬送することが可能な程度の土砂を意味し、より具体的には、ミニスランプ試験によるスランプ値が１．０ｃｍ以下及び／又はコーン指数が２００ｋＮ／ｍ２以上の土砂を意味する。
また、掘削添加剤混合土砂等の泥土への両性高分子凝集剤と、アニオン性高分子凝集剤及び／又は無機系固化材との添加撹拌の順序には特に制約はない。また、同時に添加撹拌することも排除しない。
また、掘削添加剤混合土砂等の泥土への両性高分子凝集剤と、アニオン性高分子凝集剤及び／又は無機系固化材との添加撹拌の順序には特に制約はない。また、同時に添加撹拌することも排除しない。
ところで、掘削添加剤混合土砂等の泥土に、両性高分子凝集剤を添加、撹拌した場合、概ねｐＨが中性域（ｐＨ６〜８）ではカチオン部とアニオン部のどちらもイオン解離し、カチオンはアニオン性の高分子系加泥材のアニオン電荷や増粘剤などのアニオン電荷とイオン結合し、場合によっては自身のアニオン部とイオン結合してイオンコンプレックスを作りながら水不溶性物質となる。
このとき、水不溶解性物質中に起泡剤を構成するアニオン性界面活性剤やアニオン性増粘剤が水不溶性物質となることによって、気泡を構成する界面活性剤の溶出に伴う二次的問題を解消することができる。
このとき、水不溶解性物質中に起泡剤を構成するアニオン性界面活性剤やアニオン性増粘剤が水不溶性物質となることによって、気泡を構成する界面活性剤の溶出に伴う二次的問題を解消することができる。
この場合、両性高分子凝集剤は、重合させるアニオン性材料やカチオン性材料に限定はなく、ｐＨ６〜８の中性域においてカチオンモル数がアニオンモル数を下回る重合比であれば、より確実に、カチオン成分の溶出を抑制し、魚毒性の問題を解消することができる。この両性高分子凝集剤としては、より具体的には、分子量５００万〜２５００万の範囲において、アニオン部が２０モル％〜４０モル％カチオン部が０．１モル％〜２０モル％の範囲において選択的に用いることが可能であり、アニオン部とカチオン部の対比においては用いられる掘削添加剤のアニオン価に応じて、カチオン価を増減（掘削添加剤のアニオン価が高い場合はカチオン価を高めに、低い場合はカチオン価を低めに）することができる。
また、無機系固化材には、セメント、生石灰、酸化マグネシウム等のアルカリ金属やその他の金属元素の酸化物や石膏等を主成分として含む粉末を好適に用いることができる。
以下、本発明の混合土砂等の泥土の改質処理方法を、実証試験に基づいて説明する。
本試験では、両性高分子凝集剤を用いて泥土改質を行い、離水を起こさず、十分なトラフィカビリティを得るための方法を検討した。
本試験では、両性高分子凝集剤を用いて泥土改質を行い、離水を起こさず、十分なトラフィカビリティを得るための方法を検討した。
試験材料は、アニオン性高分子凝集剤１種、両性高分子凝集剤２種の合計３種で検討を行った。
１．アニオン性高分子凝集剤（４０モル％）
２．両性高分子凝集剤Ａ（アニオン：４０モル％／カチオン：１．５モル％）
３．両性高分子凝集剤Ｂ（アニオン：４０モル％／カチオン：１５モル％）
１．アニオン性高分子凝集剤（４０モル％）
２．両性高分子凝集剤Ａ（アニオン：４０モル％／カチオン：１．５モル％）
３．両性高分子凝集剤Ｂ（アニオン：４０モル％／カチオン：１５モル％）
［試験１：砂に対する増粘剤入り気泡混じり土砂の改質試験］
加泥材：アニオン性増粘剤入りアニオン性起泡剤１％水溶液
模擬土砂：川砂：１Ｌ
加水：１５％（川砂１Ｌに１５０ｍｌ）
加泥条件：気泡注入２０％（加水川砂１Ｌに２００ｍｌの気泡を注入）
加泥材：アニオン性増粘剤入りアニオン性起泡剤１％水溶液
模擬土砂：川砂：１Ｌ
加水：１５％（川砂１Ｌに１５０ｍｌ）
加泥条件：気泡注入２０％（加水川砂１Ｌに２００ｍｌの気泡を注入）
表１に、単剤使用によるコーン指数の測定値を、表２に、併用によるコーン指数の測定値を、それぞれ示す。
表１及び表２の結果から、単剤で使用するよりも、併用することでより強度が得られることがわかった。特に川砂においては、アニオンが優勢になるほど糸引きが発生する場合があり、同条件においては、カチオン度の高い両性高分子凝集剤Ｂの使用が必須であった。
含まれるアニオンの量によって、両性高分子凝集剤の種類を選択することが望ましいといえる。
含まれるアニオンの量によって、両性高分子凝集剤の種類を選択することが望ましいといえる。
［試験２：粘土混じり砂質土の改質試験］
加泥材：分散剤０．２％水溶液
模擬土砂：川砂７０％：粘土３０％
加水：２０％（模擬土砂１Ｌに２００ｍｌ）
加泥条件：分散剤０．２％水溶液１０％注入（加水模擬土砂１Ｌに１００ｍｌ）
加泥材：分散剤０．２％水溶液
模擬土砂：川砂７０％：粘土３０％
加水：２０％（模擬土砂１Ｌに２００ｍｌ）
加泥条件：分散剤０．２％水溶液１０％注入（加水模擬土砂１Ｌに１００ｍｌ）
表３に、単剤使用によるコーン指数の測定値を、表４に、１ｋｇ／ｍ３併用によるコーン指数の測定値を、表５に、２ｋｇ／ｍ３併用によるコーン指数の測定値を、それぞれ示す。
表３〜表５の結果から、粘性土が多く含まれる土質においては、両性高分子凝集剤の単独使用で高いコーン指数を得られることはなかった。使用する両性高分子凝集剤においても、両性高分子凝集剤を２種類併用するより、アニオン性高分子凝集剤との併用が最も望ましい結果となった。
［試験３：併用方法の検討試験］
個別に添加することで高い効果を示したアニオン性高分子凝集剤と適時選択される両性高分子凝集剤であるが、添加方法として、２液として注入する方法では、注入するための機材やタンクが複数台必要となり、経済的に不利益となることを考慮して、両性高分子凝集剤とアニオン性高分子凝集剤を１液化して添加する場合の性能を、以下の条件で検討した結果（コーン指数の測定値）を表６に示す。
加泥材：アニオン性起泡剤１％水溶液１０倍発泡
現場土砂：砂混じり粘性土（ρ＝１．９５）
含水比：２６．８％
加泥条件：気泡注入３０％（１Ｌに３００ｍｌの気泡を注入）
コーン指数：１３．８ｋＮ／ｍ２
個別に添加することで高い効果を示したアニオン性高分子凝集剤と適時選択される両性高分子凝集剤であるが、添加方法として、２液として注入する方法では、注入するための機材やタンクが複数台必要となり、経済的に不利益となることを考慮して、両性高分子凝集剤とアニオン性高分子凝集剤を１液化して添加する場合の性能を、以下の条件で検討した結果（コーン指数の測定値）を表６に示す。
加泥材：アニオン性起泡剤１％水溶液１０倍発泡
現場土砂：砂混じり粘性土（ρ＝１．９５）
含水比：２６．８％
加泥条件：気泡注入３０％（１Ｌに３００ｍｌの気泡を注入）
コーン指数：１３．８ｋＮ／ｍ２
表６の結果から、両性高分子凝集剤とアニオン性高分子凝集剤を１液化しても十分な性能が維持されること、すなわち、個別に添加した場合と比較して、同程度の強度発現が得られることを確認した。このことから、両性高分子凝集剤とアニオン性高分子凝集剤は、掘削添加剤混合土砂等の泥土に、個別に添加することも、同時に添加、具体的には、混合して１液化したものを添加することもできることを確認した。
［試験４：無機系固化材との併用］
表７に、表１及び表５より得られた改質土を使用した無機系固化材との併用試験（３日後強度）のコーン指数の測定値を示す。
表７に、表１及び表５より得られた改質土を使用した無機系固化材との併用試験（３日後強度）のコーン指数の測定値を示す。
表７の結果から、両性高分子凝集剤で改質した土砂と一般的な無機系固化材を併用することで、砂質土に対するコーン指数はさらに高くなり、また、両性高分子とアニオン性高分子を併用した土砂においても十分な強度を得られることがわかった。
以上のことから、両性高分子凝集剤の単独使用では土質の変化に弱く、場合によっては盛土等に再利用するのに適さないことがある可能性があった。
一方、アニオン性高分子凝集剤を併用することで、この問題を解決できること、また、一般的な無機系固化材（セメント系、石膏系、マグネシウム系、多孔質系等）と併用することで、さらに高い強度（第４種改良土以上）を得られる結果となった。
一方、アニオン性高分子凝集剤を併用することで、この問題を解決できること、また、一般的な無機系固化材（セメント系、石膏系、マグネシウム系、多孔質系等）と併用することで、さらに高い強度（第４種改良土以上）を得られる結果となった。
以上、本発明の掘削添加剤混合土砂等の泥土の改質処理方法について、その実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
また、本発明の掘削添加剤混合土砂等の泥土の改質処理方法を実施するに当たり、掘削添加剤混合土砂等の泥土に、両性高分子凝集剤やアニオン性高分子凝集剤及び／又は無機系固化材を添加撹拌する方法としては、連続ミキサー、強制撹拌ミキサー等の混練機やパワーショベル、バックホウ、スクリューコンベア等の土木機械を用いるほか、シールド工事や推進工事においては、掘進機や推進機に付設されるスクリューコンベア等の泥土の搬送手段を利用することができる。
また、本発明の掘削添加剤混合土砂等の泥土の改質処理方法を実施するに当たり、掘削添加剤混合土砂等の泥土に、両性高分子凝集剤やアニオン性高分子凝集剤及び／又は無機系固化材を添加撹拌する方法としては、連続ミキサー、強制撹拌ミキサー等の混練機やパワーショベル、バックホウ、スクリューコンベア等の土木機械を用いるほか、シールド工事や推進工事においては、掘進機や推進機に付設されるスクリューコンベア等の泥土の搬送手段を利用することができる。
本発明の掘削添加剤混合土砂等の泥土の改質処理方法は、アニオン性の高分子系加泥材やアニオン性界面活性剤又はアニオン性増粘剤やベントナイト等を含有する掘削添加剤混合土砂等の泥土を、高分子凝集剤を添加することによって自立性を有する土砂への改質処理するに当たり、掘削添加剤を構成するアニオン性の高分子系加泥材やアニオン性界面活性剤の溶出に伴う二次的問題やカチオン性高分子凝集剤の使用による魚毒性の問題を解消でき、さらに、離水を起こさず、十分なトラフィカビリティが得られることから、アニオン性高分子凝集剤の単独添加による自立性を有する土砂への改質が困難な泥土等の流動性を有する土砂、特に、気泡混合土砂等の泥土の改質処理の用途に好適に用いることができる。
Claims (8)
- アニオン性掘削添加剤が混合された土砂に、アニオン部が２０〜４０モル％でカチオン部が０．１〜２０モル％である両性高分子凝集剤を添加撹拌し、かつ、アニオン性高分子凝集剤を添加撹拌することで、イオンコンプレックスによって水不溶性物質を生成させて、コーン指数が２００ｋＮ／ｍ ２ 以上の土砂に改質することを特徴とする掘削添加剤混合土砂の改質処理方法。
- 前記アニオン性掘削添加剤が混合された土砂に、両性高分子凝集剤とアニオン性高分子凝集剤を個別に添加することを特徴とする請求項１に記載の掘削添加剤混合土砂の改質処理方法。
- 前記アニオン性掘削添加剤が混合された土砂に、両性高分子凝集剤とアニオン性高分子凝集剤を混合して１液化したものを添加することを特徴とする請求項１に記載の掘削添加剤混合土砂の改質処理方法。
- 前記両性高分子凝集剤が、ｐＨ６〜８の中性域においてカチオンモル数がアニオンモル数を下回る重合比の両性高分子凝集剤であることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の掘削添加剤混合土砂の改質処理方法。
- 前記アニオン性掘削添加剤が混合された土砂が、アニオン性高分子系加泥材を含有することを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載の掘削添加剤混合土砂の改質処理方法。
- 前記アニオン性掘削添加剤が混合された土砂が、アニオン性界面活性剤を含有することを特徴とする請求項１、２、３、４又は５に記載の掘削添加剤混合土砂の改質処理方法。
- 前記アニオン性掘削添加剤が混合された土砂が、アニオン性増粘剤及び／又はベントナイトを含有することを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６に記載の掘削添加剤混合土砂の改質処理方法。
- 前記アニオン性掘削添加剤が混合された土砂に、さらに、無機系固化材を添加撹拌することを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６又は７に記載の掘削添加剤混合土砂の改質処理方法。
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