JP6864778B1 - 地盤改良材、及び、地盤の固化処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】改良地盤の強度（例えば、一軸圧縮強さ）を大きくすることができ、かつ、改良地盤からの六価クロム化合物等の重金属類の溶出を抑制することができる地盤改良材、及び、該地盤改良材を用いた地盤の固化処理方法を提供する。【解決手段】セメント系固化材と、硫酸第一鉄を主成分とする不溶化材を含む地盤改良材であって、上記不溶化材中、マグネシウムの酸化物（ＭｇＯ）換算の割合が０．４２〜１．６２質量％であり、鉄の酸化物（Ｆｅ２Ｏ３）換算の割合と硫酸のＳＯ３換算の割合の合計が９６．２質量％以上である地盤改良材。【選択図】なし
Description
本発明は、地盤改良材、及び、それを用いた地盤の固化処理方法に関する。
地盤の改良方法として、地盤にセメント等の固化材を添加し、混合することで地盤の強度（例えば、一軸圧縮強さ）を高める方法が知られている。
一方、セメント系固化材を用いて地盤の固化処理を行った場合等、セメントに微量の６価クロム化合物が含まれていることがある等の理由により、改良後の地盤から、六価クロム化合物が溶出することがあるという問題がある。
六価クロム化合物を含有するセメントを用いても、ブリージング水中に溶解する六価クロムの還元能力が低下することがないセメント添加剤として、特許文献１には、硫酸第一鉄の無水塩及び／又は一水塩を含有することを特徴とするセメント添加剤が記載されている。
また、焼却灰に含まれる、鉛と、カドミウム、砒素、セレン、六価クロム及び総水銀から選ばれる１種以上の金属とを含む重金属類の溶出量を埋立処分判定基準値未満に低減できる重金属類の溶出防止剤として、特許文献２には、カルシウムアルミネート１００質量部、硫酸アルミニウム５〜１００質量部、硫酸第一鉄２０〜２００質量部、及びアルカリ金属リン酸塩０．５〜１０質量部を含有することを特徴とする焼却灰からの鉛とカドミウム、砒素、セレン、六価クロム及び総水銀から選ばれる１種以上の金属とを含む重金属類の溶出防止剤が記載されている。
一方、セメント系固化材を用いて地盤の固化処理を行った場合等、セメントに微量の６価クロム化合物が含まれていることがある等の理由により、改良後の地盤から、六価クロム化合物が溶出することがあるという問題がある。
六価クロム化合物を含有するセメントを用いても、ブリージング水中に溶解する六価クロムの還元能力が低下することがないセメント添加剤として、特許文献１には、硫酸第一鉄の無水塩及び／又は一水塩を含有することを特徴とするセメント添加剤が記載されている。
また、焼却灰に含まれる、鉛と、カドミウム、砒素、セレン、六価クロム及び総水銀から選ばれる１種以上の金属とを含む重金属類の溶出量を埋立処分判定基準値未満に低減できる重金属類の溶出防止剤として、特許文献２には、カルシウムアルミネート１００質量部、硫酸アルミニウム５〜１００質量部、硫酸第一鉄２０〜２００質量部、及びアルカリ金属リン酸塩０．５〜１０質量部を含有することを特徴とする焼却灰からの鉛とカドミウム、砒素、セレン、六価クロム及び総水銀から選ばれる１種以上の金属とを含む重金属類の溶出防止剤が記載されている。
本発明の目的は、改良地盤の強度（例えば、一軸圧縮強さ）を大きくすることができ、かつ、改良地盤からの六価クロム化合物等の重金属類の溶出を抑制することができる地盤改良材、及び、該地盤改良材を用いた地盤の固化処理方法を提供することである。
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、セメント系固化材と、硫酸第一鉄を主成分とする不溶化材を含み、不溶化材中、マグネシウムの酸化物換算の割合が０．４２〜１．６２質量％であり、鉄の酸化物換算の割合と硫酸のＳＯ３換算の割合の合計が９６．２質量％以上である地盤改良材によれば、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［４］を提供するものである。
［１］ セメント系固化材と、硫酸第一鉄を主成分とする不溶化材を含む地盤改良材であって、上記不溶化材中、マグネシウムの酸化物（ＭｇＯ）換算の割合が０．４２〜１．６２質量％であり、鉄の酸化物（Ｆｅ２Ｏ３）換算の割合と硫酸のＳＯ３換算の割合の合計が９６．２質量％以上であることを特徴とする地盤改良材。
［２］ 上記セメント系固化材と上記不溶化材の合計量（１００質量％）中、上記セメント系固化材の割合が９５．０〜９９．５質量％であり、上記不溶化材の割合が０．５〜５．０質量％である前記［１］に記載の地盤改良材。
［３］ 前記［１］又は［２］に記載の地盤改良材を、地盤に添加し、混合することを特徴とする地盤の固化処理方法。
［４］ 上記不溶化材の不溶化の対象が、六価クロム化合物、フッ素、及び、フッ素の化合物からなる群より選ばれる一つ以上である、前記［３］に記載の地盤の固化処理方法。
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［４］を提供するものである。
［１］ セメント系固化材と、硫酸第一鉄を主成分とする不溶化材を含む地盤改良材であって、上記不溶化材中、マグネシウムの酸化物（ＭｇＯ）換算の割合が０．４２〜１．６２質量％であり、鉄の酸化物（Ｆｅ２Ｏ３）換算の割合と硫酸のＳＯ３換算の割合の合計が９６．２質量％以上であることを特徴とする地盤改良材。
［２］ 上記セメント系固化材と上記不溶化材の合計量（１００質量％）中、上記セメント系固化材の割合が９５．０〜９９．５質量％であり、上記不溶化材の割合が０．５〜５．０質量％である前記［１］に記載の地盤改良材。
［３］ 前記［１］又は［２］に記載の地盤改良材を、地盤に添加し、混合することを特徴とする地盤の固化処理方法。
［４］ 上記不溶化材の不溶化の対象が、六価クロム化合物、フッ素、及び、フッ素の化合物からなる群より選ばれる一つ以上である、前記［３］に記載の地盤の固化処理方法。
本発明の地盤改良材、及び、地盤の固化処理方法によれば、改良地盤の強度（例えば、一軸圧縮強さ）を大きくすることができ、かつ、改良地盤からの六価クロム化合物等の重金属類の溶出を抑制することができる。
ここで、重金属類とは、カドミウム及びその化合物、六価クロム化合物、シアン、水銀及びその化合物、セレン及びその化合物、鉛及びその化合物、ひ素及びその化合物、フッ素及びその化合物、及び、ホウ素及びその化合物（土壌汚染対策法（平成１５年）において第二種特定有害物質として挙げられているもの）のいずれかである。なお、フッ素及びホウ素は重金属ではないが、フッ素及びその化合物、及び、ホウ素及びその化合物は重金属類に含まれるものとする。
ここで、重金属類とは、カドミウム及びその化合物、六価クロム化合物、シアン、水銀及びその化合物、セレン及びその化合物、鉛及びその化合物、ひ素及びその化合物、フッ素及びその化合物、及び、ホウ素及びその化合物（土壌汚染対策法（平成１５年）において第二種特定有害物質として挙げられているもの）のいずれかである。なお、フッ素及びホウ素は重金属ではないが、フッ素及びその化合物、及び、ホウ素及びその化合物は重金属類に含まれるものとする。
本発明の地盤改良材は、セメント系固化材と、硫酸第一鉄を主成分とする不溶化材を含む地盤改良材であって、上記不溶化材中、マグネシウムの酸化物（ＭｇＯ）換算の割合が０．４２〜１．６２質量％であり、鉄の酸化物（Ｆｅ２Ｏ３）換算の割合と硫酸のＳＯ３換算の割合の合計が９６．２質量％以上であるものである。
本明細書中、セメント系固化材とは、セメントを材料（通常、２０質量％以上）として含み、かつ、任意に配合可能な混和材を含みうるものをいう。
セメント系固化材に用いられるセメントの例としては、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント等の各種ポルトランドセメントや、高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメント等の混合セメントや、エコセメントや、白色セメントや、超速硬セメント等が挙げられる。
中でも、入手の容易性の観点からは、ポルトランドセメントが好ましい。また、セメント系固化材が六価クロム化合物を含んでいても、改良地盤からの六価クロム化合物の溶出を抑制することができるという本発明の効果の観点からは、エコセメントが好ましい。
本明細書中、セメント系固化材とは、セメントを材料（通常、２０質量％以上）として含み、かつ、任意に配合可能な混和材を含みうるものをいう。
セメント系固化材に用いられるセメントの例としては、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント等の各種ポルトランドセメントや、高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメント等の混合セメントや、エコセメントや、白色セメントや、超速硬セメント等が挙げられる。
中でも、入手の容易性の観点からは、ポルトランドセメントが好ましい。また、セメント系固化材が六価クロム化合物を含んでいても、改良地盤からの六価クロム化合物の溶出を抑制することができるという本発明の効果の観点からは、エコセメントが好ましい。
セメント系固化材に用いられる混和材の例としては、高炉スラグ微粉末、フライアッシュ、シリカフューム、石灰石微粉末、及び石膏等が挙げられる。これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。なお、混和材として挙げられている石膏は、セメントに含まれている石膏とは別に配合されるものである。
セメント系固化材中のセメントの割合は、改良地盤の強度をより大きくする観点から、好ましくは２０質量％以上、より好ましくは３０質量％以上、さらに好ましくは４０質量％以上、特に好ましくは５０質量％以上である。
なお、セメントが高炉セメント等の混合セメントである場合、混合セメントに含まれている高炉スラグ微粉末等のセメント混和材の量は、上記セメントの割合の中に含めないものとする。
なお、セメントが高炉セメント等の混合セメントである場合、混合セメントに含まれている高炉スラグ微粉末等のセメント混和材の量は、上記セメントの割合の中に含めないものとする。
硫酸第一鉄を主成分とする不溶化材中、鉄の酸化物（Ｆｅ２Ｏ３）換算の割合と硫酸のＳＯ３換算の割合の合計は、９６．２質量％以上、好ましくは９６．４質量％以上、より好ましくは９６．５質量％以上、特に好ましくは９６．６質量％以上である。上記合計が９６．２質量％未満であると、改良地盤からの六価クロム化合物やフッ素等の重金属類の溶出量が大きくなる。また、上記合計は、上記不溶化材の入手の容易性やコストの観点から、好ましくは９９．５質量％以下、より好ましくは９９．０質量％以下、特に好ましくは９８．６質量％以下である。
硫酸第一鉄を主成分とする不溶化材中、マグネシウムの酸化物（ＭｇＯ）換算の割合は、０．４２〜１．６２質量％、好ましくは０．４５〜１．６０質量％、より好ましくは０．４６〜１．５９質量％、特に好ましくは０．４８〜１．５８質量％である。上記割合が０．４２質量％未満であると、改良地盤の強度（例えば、一軸圧縮強さ）が小さくなる。また、改良地盤からの六価クロム化合物の溶出量が大きくなる。上記割合が１．６２質量％を超えると、上記不溶化材にかかるコストが大きくなる。また、改良地盤からの六価クロム化合物の溶出量が大きくなる。
硫酸第一鉄を主成分とする不溶化材中、鉄、硫酸及びマグネシウム以外の成分の割合は、改良地盤からの六価クロム化合物やフッ素等の重金属類の溶出量を小さくする観点から、好ましくは４．０質量％以下、より好ましくは３．５質量％以下、特に好ましくは３．０質量％以下である。
また、上記不溶化材の不溶化の対象は、重金属類の溶出を抑制する効果がより大きくなる観点から、六価クロム化合物、フッ素、及び、フッ素の化合物からなる群より選ばれる一つ以上が好ましく、六価クロム化合物がより好ましい。
また、上記不溶化材の不溶化の対象は、重金属類の溶出を抑制する効果がより大きくなる観点から、六価クロム化合物、フッ素、及び、フッ素の化合物からなる群より選ばれる一つ以上が好ましく、六価クロム化合物がより好ましい。
硫酸第一鉄を主成分とする不溶化材に含まれている硫酸第一鉄は水和物であってもよい。また、上述した硫酸第一鉄を主成分とする不溶化材中、鉄の酸化物（Ｆｅ２Ｏ３）換算の割合、硫酸のＳＯ３換算の割合、マグネシウムの酸化物（ＭｇＯ）換算の割合、並びに、鉄、硫酸及びマグネシウム以外の成分の割合は、各々、上記不溶化材に含まれている水（水和物を構成する水分子を含む。）を除外したものである。
セメント系固化材と上記不溶化材の合計量（１００質量％）中、セメント系固化材の割合は、好ましくは９５．０〜９９．５質量％、より好ましくは９６．０〜９９．０質量％、特に好ましくは９７．０〜９８．５質量％である。上記割合が９５．０質量％以上であれば、改良地盤の強度をより大きくすることができる。上記割合が９９．５質量％以下であれば、六価クロム化合物等の重金属類の溶出量をより小さくすることができる。
セメント系固化材と上記不溶化材の合計量（１００質量％）中、上記不溶化材の割合は、好ましくは０．５〜５．０質量％、より好ましくは１．０〜４．０質量％、特に好ましくは１．５〜３．０質量％である。上記割合が０．５質量％以上であれば、六価クロム化合物等の重金属類の溶出量をより小さくすることができる。上記割合が５．０質量％以下であれば、材料にかかるコストをより小さくすることができる。また、改良地盤の強度をより大きくすることができる。
なお、セメント系固化材と上記不溶化材の合計量中、セメント系固化材の割合、及び、上記不溶化材の割合は、各々、上記不溶化材中に含まれている水（水和物を構成する水分子を含む。）を除外していないものである。
セメント系固化材と上記不溶化材の合計量（１００質量％）中、上記不溶化材の割合は、好ましくは０．５〜５．０質量％、より好ましくは１．０〜４．０質量％、特に好ましくは１．５〜３．０質量％である。上記割合が０．５質量％以上であれば、六価クロム化合物等の重金属類の溶出量をより小さくすることができる。上記割合が５．０質量％以下であれば、材料にかかるコストをより小さくすることができる。また、改良地盤の強度をより大きくすることができる。
なお、セメント系固化材と上記不溶化材の合計量中、セメント系固化材の割合、及び、上記不溶化材の割合は、各々、上記不溶化材中に含まれている水（水和物を構成する水分子を含む。）を除外していないものである。
本発明の地盤の固化処理方法は、上述した地盤改良材を、地盤に添加し、混合する方法である。
固化処理の対象となる地盤（土壌）は、特に限定されるものではないが、改良地盤からの六価クロム化合物等の重金属類の溶出を抑制することができるという本発明の効果から、重金属類を含むものであってもよい。
地盤改良材を地盤に添加し、混合する方法としては、対象となる地盤に地盤改良材を粉体のまま添加し、混合するドライ添加や、地盤改良材に水を加えてスラリーとし、該スラリーを添加し、混合するスラリー添加等が挙げられる。スラリー添加の場合の水／地盤改良材の質量比は、好ましくは０．６〜１．５、より好ましくは０．８〜１．２である。
固化処理の対象となる地盤（土壌）は、特に限定されるものではないが、改良地盤からの六価クロム化合物等の重金属類の溶出を抑制することができるという本発明の効果から、重金属類を含むものであってもよい。
地盤改良材を地盤に添加し、混合する方法としては、対象となる地盤に地盤改良材を粉体のまま添加し、混合するドライ添加や、地盤改良材に水を加えてスラリーとし、該スラリーを添加し、混合するスラリー添加等が挙げられる。スラリー添加の場合の水／地盤改良材の質量比は、好ましくは０．６〜１．５、より好ましくは０．８〜１．２である。
地盤への地盤改良材の添加量は、対象となる地盤の性状、地盤に含まれている重金属類の種類及びその量、施工条件、並びに、固化処理後に得られる改良地盤に求められる強度等によっても異なるが、固化処理の対象となる地盤１ｍ３当たり、好ましくは１０〜４００ｋｇ、より好ましくは１００〜３００ｋｇ、特に好ましくは１５０〜２８０ｋｇである。該量が１０ｋｇ以上であれば、改良地盤の強度をより大きくし、重金属類の溶出をより抑制することができる。該量が４００ｋｇ以下であれば、コストの過度な増加を防ぐことができる。
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
［使用材料］
（１）セメント系固化材（普通ポルトランドセメントを含む高有機質土用の市販品；普通ポルトランドセメントの含有率：５０質量％以上）
（２）硫酸第一鉄・一水和物を主成分とする不溶化材１〜９（詳細を表１に示す。表１中の化学組成は、水和物の水分子を除外したものである。）
（３）火山灰質粘性土（含水比：８２％；湿潤密度：１．４６ｇ／ｃｍ３）
［使用材料］
（１）セメント系固化材（普通ポルトランドセメントを含む高有機質土用の市販品；普通ポルトランドセメントの含有率：５０質量％以上）
（２）硫酸第一鉄・一水和物を主成分とする不溶化材１〜９（詳細を表１に示す。表１中の化学組成は、水和物の水分子を除外したものである。）
（３）火山灰質粘性土（含水比：８２％；湿潤密度：１．４６ｇ／ｃｍ３）
［実施例１〜６、比較例１〜３］
上記セメント系固化材と表２に示す種類の不溶化材を混合して地盤改良材を得た。なお、地盤改良材中、セメント系固化材の割合は９８質量％、上記不溶化材の割合は２質量％とした。
上記火山灰質粘性土に、地盤改良材を火山灰質粘性土１ｍ３当たり、２５０ｋｇとなる量で添加し、ホバート社製のミキサを用いて３分間混合した。得られた混合物について、２０℃の条件下で、７日または２８日間封緘養生を行なった。
［比較例４］
地盤改良材として、上記セメント系固化材のみからなるものを使用する以外は、上述した実施例等と同様にして、混合物を得た後、封緘養生を行なった。
上記セメント系固化材と表２に示す種類の不溶化材を混合して地盤改良材を得た。なお、地盤改良材中、セメント系固化材の割合は９８質量％、上記不溶化材の割合は２質量％とした。
上記火山灰質粘性土に、地盤改良材を火山灰質粘性土１ｍ３当たり、２５０ｋｇとなる量で添加し、ホバート社製のミキサを用いて３分間混合した。得られた混合物について、２０℃の条件下で、７日または２８日間封緘養生を行なった。
［比較例４］
地盤改良材として、上記セメント系固化材のみからなるものを使用する以外は、上述した実施例等と同様にして、混合物を得た後、封緘養生を行なった。
実施例１〜６、比較例１〜４の各々について、混合後、７日経過時点、及び２８日経過時点における、上記混合物の一軸圧縮強さを、「ＪＩＳ Ｒ １２１６：２００９（土の一軸圧縮試験方法）」に準拠して測定した。
また、養生後の混合物について、平成１５年３月６日環境省告示第１８号「土壌溶出量調査に係る測定方法を定める件」に記載されている方法に準拠して、混合物の六価クロム化合物、並びに、フッ素及びその化合物の溶出試験を行い、六価クロム化合物の溶出量（表１中、「六価クロム」と示す。）、並びに、フッ素及びその化合物の溶出量（表１中、「フッ素」と示す。）を測定した。
また、養生後の混合物について、平成１５年３月６日環境省告示第１８号「土壌溶出量調査に係る測定方法を定める件」に記載されている方法に準拠して、混合物の六価クロム化合物、並びに、フッ素及びその化合物の溶出試験を行い、六価クロム化合物の溶出量（表１中、「六価クロム」と示す。）、並びに、フッ素及びその化合物の溶出量（表１中、「フッ素」と示す。）を測定した。
また、比較例４で得られた一軸圧縮強さを１００％とした場合の、実施例１〜６、比較例１〜３の一軸圧縮強さの比（％）を、各々、算出した。
同様に、比較例４の六価クロム化合物の溶出量を１００％とした場合の、実施例１〜６、比較例１〜３の六価クロムの溶出量の比（％；表２中、「溶出比」と示す。））、比較例４のフッ素及びその化合物の溶出量を１００％とした場合の、実施例１〜６、比較例１〜３のフッ素及びその化合物の溶出量の比（％）を、各々、算出した。
それぞれの結果を表２に示す。
同様に、比較例４の六価クロム化合物の溶出量を１００％とした場合の、実施例１〜６、比較例１〜３の六価クロムの溶出量の比（％；表２中、「溶出比」と示す。））、比較例４のフッ素及びその化合物の溶出量を１００％とした場合の、実施例１〜６、比較例１〜３のフッ素及びその化合物の溶出量の比（％）を、各々、算出した。
それぞれの結果を表２に示す。
表２から、本発明の地盤改良材を用いた混合物（実施例１〜６）の一軸圧縮強さ（７日：３４７〜４０２ｋＮ／ｍ２、２８日：６４１〜７２３ｋＮ／ｍ２）は、セメント系固化材のみからなる地盤改良材を用いた混合物（比較例４）の一軸圧縮強さ（７日：３３７ｋＮ／ｍ２、２８日：６３０ｋＮ／ｍ２）よりも大きいことがわかる。
また、本発明の地盤改良材を用いた混合物（実施例１〜６）からの、六価クロム化合物の溶出量、並びに、フッ素及びその化合物の溶出量は、各々、環境基準値（六価クロム化合物：０．０５ｍｇ／リットル以下、フッ素及びその化合物：０．８ｍｇ／リットル以下）を満たしていることがわかる。
一方、比較例１及び４において得られた混合物からの、六価クロム化合物の溶出量、並びに、フッ素及びその化合物の溶出量は、各々、環境基準値を満たしていないことがわかる。また、比較例２及び３において得られた混合物からの、六価クロム化合物の溶出量は、環境基準値を満たしていないことがわかる。
また、本発明の地盤改良材を用いた混合物（実施例１〜６）からの、六価クロム化合物の溶出量、並びに、フッ素及びその化合物の溶出量は、各々、環境基準値（六価クロム化合物：０．０５ｍｇ／リットル以下、フッ素及びその化合物：０．８ｍｇ／リットル以下）を満たしていることがわかる。
一方、比較例１及び４において得られた混合物からの、六価クロム化合物の溶出量、並びに、フッ素及びその化合物の溶出量は、各々、環境基準値を満たしていないことがわかる。また、比較例２及び３において得られた混合物からの、六価クロム化合物の溶出量は、環境基準値を満たしていないことがわかる。
Claims (4)
- セメント系固化材と、硫酸第一鉄を主成分とする不溶化材を含む地盤改良材であって、
上記不溶化材中、マグネシウムの酸化物（ＭｇＯ）換算の割合が０．４２〜１．６２質量％であり、鉄の酸化物（Ｆｅ２Ｏ３）換算の割合と硫酸のＳＯ３換算の割合の合計が９６．２質量％以上であることを特徴とする地盤改良材。 - 上記セメント系固化材と上記不溶化材の合計量（１００質量％）中、上記セメント系固化材の割合が９５．０〜９９．５質量％であり、上記不溶化材の割合が０．５〜５．０質量％である請求項１に記載の地盤改良材。
- 請求項１又は２に記載の地盤改良材を、地盤に添加し、混合することを特徴とする地盤の固化処理方法。
- 上記不溶化材の不溶化の対象が、六価クロム化合物、フッ素、及び、フッ素の化合物からなる群より選ばれる一つ以上である、請求項３に記載の地盤の固化処理方法。
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