JP6845399B1

JP6845399B1 - 両性高分子凝集剤の使用方法

Info

Publication number: JP6845399B1
Application number: JP2020065626A
Authority: JP
Inventors: 好太寺尾; 歩梅原
Original assignee: テクニカ合同株式会社
Priority date: 2019-10-11
Filing date: 2020-04-01
Publication date: 2021-03-17
Anticipated expiration: 2040-04-01
Also published as: JP2021062364A; JP2021062370A

Abstract

【課題】土木建築工事によって発生する流動性を有する土砂のトラフィカビリティ及び自立性を改善するために用いることができる両性高分子凝集剤の使用方法を提供することを提供すること。【解決手段】土木建築工事によって発生する流動性を有する土砂のトラフィカビリティ及び自立性を改善するための両性高分子凝集剤の使用方法であって、アニオンリッチ両性高分子凝集剤に、必要量のカチオン性材料を併用する。【選択図】なし

Description

本発明は、土木建築工事によって発生する高含水泥土や気泡含有泥土等の流動性を有する土砂のトラフィカビリティ及び自立性を改善するために用いられる両性高分子凝集剤の使用方法に関するものである。

従来、シールド工事、推進工事、地中連壁工事、浚渫工事等の土木建築工事（本明細書において、単に、「土木建築工事」という。）によって発生する汚泥や残土等のうち、高含水泥土や気泡含有泥土等の流動性を有する土砂（本明細書において、単に、「流動性を有する土砂」又は「土砂」という。）のトラフィカビリティ及び自立性を改善するために、アニオン性高分子凝集剤、カチオン性高分子凝集剤及びノニオン性高分子凝集剤が用いられ、さらには、アニオン性高分子凝集剤とカチオン性凝集剤を併用することも行われてきた（例えば、特許文献１参照。）。

ところで、カチオン性高分子凝集剤が、気泡シールド工事によって発生する土砂に高い効果を示すことは、従来から知られている技術であるが（例えば、特許文献２参照。）、魚毒性を有するカチオン分の溶出による環境への影響の問題が指摘されてきた（例えば、特許文献３参照。）。

アニオン性高分子凝集剤やカチオン性凝集剤を用いて行われる土砂のトラフィカビリティ及び自立性の改善は、土砂が本来有する程度の強度にまで改善するものであるが、土砂の粒度分布や含水比、また、高分子凝集剤のイオン性の適合や添加量の過剰や過少による改善の不具合等が発生することがたびたび発生することが問題とされてきた。

ところで、水処理の分野において、土粒子の表面電荷の中和がフロック（土粒子の造粒物）を大きくするための必須検討項目であり、高分子凝集剤に土粒子のアニオン表面電荷を中和しながらフロックを増大する機能性を有する両性高分子凝集剤が開発され、使用されてきている（例えば、特許文献４参照。）。

水処理の分野で用いられる両性高分子凝集剤は、カチオンの成分を大きくし、その結果として薬剤をｐＨ４以下の酸性に寄せていることが多く、また、分子量も１０００万以下となるようなものが一般的である（例えば、非特許文献１参照。）。

一方、土砂のトラフィカビリティ及び自立性を改善するために、両性高分子凝集剤を用いようとした場合、アニオンとカチオンの比率に加えて、分子量が重要になることが考えられるが、従来、これについて検討した事例はなかった。

特開２００２−３３６６７１号公報特開平３−１００２９５号公報特開２００６−２６５８８５号公報特開２０１３−２１５７０８号公報

川村和明、「高分子凝集剤の開発と今後の展望」、２００２年７月、高分子、ｐ．５０４〜５０７

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トラフィカビリティ及び自立性を有する土砂への改善が困難な泥土等の流動性を有する土砂、カチオン性高分子凝集剤では魚毒性等の環境問題が発生してしまう施工条件、一般的な両性高分子凝集剤では分子量が足りず泥土のトラフィカビリティや自立性を改善できないという改質処理方法に伴う問題点に鑑み、高含水汚泥や掘削添加材混合土砂等の流動性を有する土砂を、高分子凝集剤を単独添加することによってトラフィカビリティ及び自立性を有する土砂への改善するに当たり、アニオン性高分子凝集剤による改質不良に伴う再塑性流動化の問題、魚毒性を有するカチオン分の溶出による環境への影響、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できるようにした、土木建築工事によって発生する流動性を有する土砂のトラフィカビリティ及び自立性を改善するために用いることができる両性高分子凝集剤の使用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、本発明の高分子系改良剤の使用方法は、土木建築工事によって発生する流動性を有する土砂のトラフィカビリティ及び自立性を改善するための両性高分子凝集剤の使用方法であって、アニオンリッチ両性高分子凝集剤に、カチオン性材料を併用することを特徴とする。

この場合において、前記アニオンリッチ両性高分子凝集剤に、重合比がアニオン基３０ｍｏｌ％〜４５ｍｏｌ％の範囲において、カチオン基０．１ｍｏｌ％〜４ｍｏｌ％の範囲であって、分子量が１０００万以上のアニオンリッチ両性高分子凝集剤を用いることができる。

また、前記カチオン性材料に、重合比がアニオン基１０ｍｏｌ％〜２０ｍｏｌ％の範囲において、カチオン基３０ｍｏｌ％〜４０ｍｏｌ％の範囲であるカチオンリッチ両性高分子凝集剤を用いることができる。
ここで、カチオンリッチ両性高分子凝集剤は、アニオンリッチ両性高分子凝集剤と併用しても、カチオン価がアニオン価を上回らない使用量とする限りにおいて、相対的な重合比に制限はなく、また、分子量も制限はないが、土質による適合性から選択することができる。

また、前記カチオン性材料に、アルミニウム系の無機凝結剤、鉄系の無機材、アンモニウム系の有機凝結剤、カルシウムイオンを放出する消石灰や塩化カルシウム、マグネシウムイオンを放出する酸化マグネシウムや塩化マグネシウムの１種又は２種以上を用いることができる。

本発明の高分子系改良剤の使用方法によれば、アニオン性高分子凝集剤の単独添加によってはトラフィカビリティ及び自立性の改善ができず、カチオン性高分子凝集剤単独では魚毒性の問題が発生し、分子量が１０００万以下の両性高分子凝集剤ではトラフィカビリティ及び自立性の改善ができない問題を解決することができる。

以下、本発明の高分子系改良剤の実施の形態を説明する。

本発明の高分子系改良剤の使用方法は、土木建築工事によって発生する流動性を有する土砂のトラフィカビリティ及び自立性を改善するための両性高分子凝集剤の使用方法であって、アニオンリッチ両性高分子凝集剤に、カチオン性材料を併用することを基本とする。

アニオンリッチ両性高分子凝集剤は、土木建築工事によって発生する流動性を有する土砂のトラフィカビリティ及び自立性を改善するために用いられる両性高分子凝集剤である。
そして、重合比が、アニオン基が３０ｍｏｌ％〜４５ｍｏｌ％の範囲にあり、より望ましくは、３５ｍｏｌ％〜４２ｍｏｌ％であり、カチオン基が０．１ｍｏｌ％〜４．０ｍｏｌ％の範囲にあり、より望ましくは、０．１ｍｏｌ％〜２．０ｍｏｌ％であり、残りがノニオン基でランダム共重合してなるものである。
また、分子量が、１０００万以上、より具体的には、１０００万〜２２００万の範囲にあり、より望ましくは、１８００万〜２０００万の範囲にあるものである。

また、カチオン性材料として用いられる、カチオンリッチ両性高分子凝集剤は、アニオン基が１０ｍｏｌ％〜２０ｍｏｌ％、カチオン基が２０ｍｏｌ〜４０ｍｏｌ％であり、残りがノニオン基でランダム共重合してなるものであって、分子量が約３００万〜７００万の範囲にあるものである。
ここで、カチオンリッチ両性高分子凝集剤は、アニオンリッチ両性高分子凝集剤と併用しても、カチオン価がアニオン価を上回らない使用量とする限りにおいて、相対的な重合比に制限はなく、また、分子量も制限はないが、土質による適合性から選択することができる。

また、カチオン性材料には、カチオンリッチ両性高分子凝集剤のほか、ＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）などのアルミニウム系の無機凝結剤（凝集剤）、硫酸第一鉄やポリ硫酸第二鉄などの鉄系の無機材、アンモニウム系の有機凝結剤（凝集剤）、カルシウムイオンを放出する消石灰や塩化カルシウム、マグネシウムイオンを放出する酸化マグネシウムや塩化マグネシウムの１種又は２種以上を用いることができる。
この場合、通常これらの材料は別添加のみとなるが、例えば、アルミニウム系の無機凝結剤（凝集剤）であるＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）やアンモニウム系の有機凝結剤（凝集剤）である４級アンモニウム塩などのカチオン性凝結剤（凝集剤）を用いることで、有機汚泥においても改良が可能となり、魚毒性の問題を低減できることを見出した。

上記の両性高分子凝集剤は、土木建築工事に用いるため、粉塵等が発生しない液体状態で提供できるものが望ましく、ディスパージョンやエマルジョンの剤型をもち、より好ましくは、高濃度で乳化されているＷ／Ｏエマルジョンが望ましい。

上記の両性高分子凝集剤について、以下、実施例を用いて、本発明の高分子系改良剤の使用方法をより具体的に説明する。

表１に、使用する材料（（ａ）アニオンリッチ両性高分子凝集剤、（ｂ）カチオン性材料（カチオンリッチ両性高分子凝集剤・４級アンモニウム塩））のアニオン基とカチオン基の比率を示す。
ここで、表１（ｂ）の併用材料２の４級アンモニウム塩は、アンモニウム系の有機凝結剤（凝集剤）である。

表２〜表５に、表１の材料を用いて、以下に記載する気泡混合土砂の改質処理の比較試験を行った結果をそれぞれ示す。
ここで、表５の併用例１は、表１（ａ）の材料と表１（ｂ）の併用材料１を、併用例２は、表１（ａ）の材料と表１（ｂ）の併用材料２を、それぞれ併用した結果をそれぞれ示す。
なお、試験方法は作成した模擬土砂をホバートミキサーを用いて２分間の撹拌を行った結果をミニスランプ値及びコーン指数より評価した。
トラフィカビリティの改善評価については、ミニスランプ値の０〜１ｃｍを◎（使用可）、１〜３ｃｍを○（使用可）、３〜６ｃｍを△（使用不可）、それ以下を×（使用不可）と判断する。また、コーン指数は土質や含水比によって相性が変わると考えられるため、参考値とし、評価対象から外した。

［気泡混合土砂］
アニオン性増粘剤（カルボキシメチルセルロース塩）入り起泡剤（ラウリルエーテル硫酸塩）１％水溶液を１０倍発泡
川砂３０％、粘土７０％、含水比３０％
気泡注入量１０％

［有機質土砂］
川砂３０％、有機質土７０％、含水比４５％

［気泡混合土砂］
アニオン性増粘剤（カルボキシメチルセルロース塩）入り起泡剤（ラウリルエーテル硫酸塩）１％水溶液（０．５％高分子増粘剤添加）を５倍発泡
川砂１００％、含水比１２％
気泡注入量１５％

上記の試験結果より、アニオンリッチ両性高分子凝集剤に、カチオン性材料を併用することによって、土木建築工事によって発生する流動性を有する土砂のトラフィカビリティ及び自立性を改善できることを確認した。

本発明は、両性高分子凝集剤を土木建築工事によって発生する土砂のトラフィカビリティ及び自立性の改善を行うために用い、かつ、魚毒性の問題や作業の煩雑さを解消するために、カチオン価がアニオン価を上回らず、かつ、ｐＨが２〜４付近に調整されている限りアニオンリッチ両性高分子凝集剤とカチオンリッチ両性高分子凝集剤を混合し、一液として扱うこともできる。

本発明の両性高分子凝集剤によれば、１つの分子鎖に含まれるカチオン基を微量とすることで、アニオン基同士の電荷密度の反発によりエマルジョン状態ではイオンコンプレックスを作らず、土砂や水と撹拌することでイオン架橋や共有結合を電気陰性度に従い作ることで、掘削添加材やアニオン性の界面活性剤との結びつきを作ると考えられる。

ところで、本発明の両性高分子凝集剤の使用方法で用いるアニオンリッチ両性高分子凝集剤に含まれるカチオン成分については、０．１〜４．０ｍｏｌ％と微量なため、従来、定量分析法として汎用されている滴定法では、アニオン性を示す結果となり、ＩＲ分析法でも、他の成分のピークの中にアクリル酸エステルやトリメチルアンモニウムなどのカチオン成分が示すピークが隠れてしまうことがある。

このため、カチオン成分が存在しているかを確認する手法として、蛍光Ｘ線分析法を用いて塩素分を測定する方法を見出した。
表６に、その測定結果を示す。

以上、本発明の両性高分子凝集剤の使用方法について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成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。

本発明の両性高分子凝集剤の使用方法は、土木建築工事によって発生する流動性を有する土砂のトラフィカビリティ及び自立性を改善するために用いることができることから、シールド工事、推進工事、地中連壁工事、浚渫工事等の土木建築工事によって発生する汚泥や残土等の流動性を有する土砂のトラフィカビリティ及び自立性を改善するために好適に用いることができる。

Claims

土木建築工事によって発生する流動性を有する土砂のトラフィカビリティ及び自立性を改善するための両性高分子凝集剤の使用方法であって、重合比がアニオン基３０ｍｏｌ％〜４５ｍｏｌ％の範囲において、カチオン基０．１ｍｏｌ％〜４ｍｏｌ％の範囲であって、分子量が１０００万以上のアニオンリッチ両性高分子凝集剤に、カチオン性材料として、重合比がアニオン基１０ｍｏｌ％〜２０ｍｏｌ％の範囲において、カチオン基３０ｍｏｌ％〜４０ｍｏｌ％の範囲であるカチオンリッチ両性高分子凝集剤を併用することを特徴とする両性高分子凝集剤の使用方法。