JP7190687B2

JP7190687B2 - 流動化処理土の製造方法

Info

Publication number: JP7190687B2
Application number: JP2018073809A
Authority: JP
Inventors: 元規細井; 誠二神保; 正弘古井; 則幸大阿久; 真啓飯田; 孝広渡; 朝陽小野; 以和彦藤田
Original assignee: Fujiki Co Ltd; Onoda Chemico Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Fujiki Co Ltd; Onoda Chemico Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2018-04-06
Filing date: 2018-04-06
Publication date: 2022-12-16
Anticipated expiration: 2038-04-06
Also published as: JP2019181351A

Description

本発明は、建設工事で発生する建設汚泥を原料とする流動化処理土の製造方法に関し、特に泥水式シールド工法で排出される二次処理土を再利用した流動化処理土の製造方法に関するものである。

従来、泥水式シールド工法の泥水処理では一般に、一次処理（分級処理）によって礫・砂の粗粒分とシルト・粘土の細粒分に分離している。分離した粗粒分は一次処理土として処理し、細粒分を含む余剰泥水は二次処理（凝集・脱水処理）している。この二次処理によって建設汚泥である二次処理土（脱水ケーキ）が発生する。一般に、細粒分には重金属等が吸着することから、二次処理土は重金属等に汚染された産業廃棄物として処理される。

一方、埋め戻し土等として使用される流動化処理土の製造方法として、建設発生土や建設汚泥の処理時に発生する脱水ケーキに、水とセメント等の固化材を混合して流動化処理土を製造する方法が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００５－２６２０２４号公報

しかしながら、泥水式シールド工法の泥水処理で排出される二次処理土（脱水ケーキ）を原料とした場合、上記の従来の特許文献１の製造方法では、流動化処理土が所定の要求品質を満たさないおそれがある。このため、泥水式シールド工法の泥水処理で排出される二次処理土を再利用するのに好適な流動化処理土の製造方法が求められていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、泥水式シールド工法の泥水処理で排出される二次処理土を原料とする流動化処理土の製造方法を提供することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る流動化処理土の製造方法は、泥水式シールド工法の泥水処理で排出される脱水ケーキからなる二次処理土に、第一の固化材を添加して粉砕および混合するステップと、粉砕および混合した材料に第二の固化材を添加して混練することにより、人工骨材を作製するステップと、人工骨材と水と第三の固化材を混合して流動化処理土を作製するステップとを備えることを特徴とする。

また、本発明に係る他の流動化処理土の製造方法は、上述した発明において、人工骨材を作製するステップにおいて、粉砕および混合した材料に第二の固化材を添加せずに混練することにより、人工骨材を作製することを特徴とする。

また、本発明に係る他の流動化処理土の製造方法は、上述した発明において、人工骨材に対する第三の固化材の質量比が１／９～１／１２であり、水に対する第三の固化材の質量比が１／３．５～１／６であり、作製される流動化処理土の比重が１．５０～１．６０、フロー値が２００～３００ｍｍ、ブリージング率が１％未満、材齢２８日の一軸圧縮強度が１Ｎ／ｍｍ^２以上であることを特徴とする。

本発明に係る流動化処理土の製造方法によれば、泥水式シールド工法の泥水処理で排出される脱水ケーキからなる二次処理土に、第一の固化材を添加して粉砕および混合するステップと、粉砕および混合した材料に第二の固化材を添加して混練することにより、人工骨材を作製するステップと、人工骨材と水と第三の固化材を混合して流動化処理土を作製するステップとを備えるので、泥水式シールド工法の泥水処理で排出される二次処理土を原料とする流動化処理土の製造方法を提供することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の流動化処理土の製造方法によれば、人工骨材を作製するステップにおいて、粉砕および混合した材料に第二の固化材を添加せずに混練することにより、人工骨材を作製するので、泥水式シールド工法の泥水処理で排出される二次処理土を原料とする流動化処理土の製造方法を提供することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の流動化処理土の製造方法によれば、人工骨材に対する第三の固化材の質量比が１／９～１／１２であり、水に対する第三の固化材の質量比が１／３．５～１／６であり、作製される流動化処理土の比重が１．５０～１．６０、フロー値が２００～３００ｍｍ、ブリージング率が１％未満、材齢２８日の一軸圧縮強度が１Ｎ／ｍｍ^２以上であるので、所定品質の流動化処理土を製造することができるという効果を奏する。

図１は、人工骨材作製実験１の概略手順図である。図２は、人工骨材作製実験１の測定結果を示す図である。図３は、人工骨材作製実験１の再泥化確認結果を示す図である。図４は、人工骨材作製実験２の概略手順図である。図５は、人工骨材作製実験２の試験体１～３の説明図である。図６は、人工骨材作製実験２の測定結果を示す図である。図７は、人工骨材作製実験２の再泥化確認結果を示す図である。図８は、人工骨材作製実験２の改質土を示す図である。図９は、流動化処理土の配合実験の要求品質事項を示す図である。図１０は、流動化処理土の配合実験の概略手順図である。図１１は、流動化処理土の配合実験の配合および測定結果を示す図である。図１２は、流動化処理土の配合実験の測定結果を示す図であり、（１）はフロー値と比重の関係、（２）はブリージング率とフロー値の関係である。

以下に、本発明に係る流動化処理土の製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

本発明の実施の形態に係る流動化処理土の製造方法は、泥水式シールド工法の泥水処理で排出される二次処理土（脱水ケーキ）に、第一の固化材を添加して粉砕および混合するステップと、粉砕および混合した材料に第二の固化材を添加して混練することにより、人工骨材を作製するステップと、人工骨材と水と第三の固化材を混合して流動化処理土を作製するステップとを備える。

なお、上記の人工骨材を作製するステップにおいて、粉砕および混合した材料に第二の固化材を添加せずに混練することにより、人工骨材を作製してもよい。

二次処理土には、泥水式シールド工法の泥水処理の二次処理によって排出される脱水プレスケーキを用いることができる。

第一の固化材には、例えば後述する人工骨材作製実験２に記載の固化材１の地盤改良用セメント系固化材（ジオセット２００：太平洋セメント社製）のようなセメント系固化材を使用することができる。添加量は、例えば２００ｋｇ／ｍ^３程度とすることができる。

第二の固化材には、例えば後述する人工骨材作製実験２に記載の固化材３の加泥材（ＳＰ－α：太平洋シールドメカニクス社製）を使用することができる。添加量は、例えば１．５ｋｇ／ｍ^３程度とすることができる。

第三の固化材には、例えば後述する流動化処理土の配合実験に記載の固化材の地盤改良用セメント系固化材（ジオセット２００：太平洋セメント社製）や高炉Ｂ種セメントのようなセメント系固化材を使用することができる。添加量は、例えば１００ｋｇ／ｍ^３程度とすることができる。

二次処理土に第一の固化材を添加して粉砕および混合する破砕・混合機械には、例えばビッグバン（ＢＢ－２５０：株式会社冨士機製）を用いることができる。粉砕および混合した材料に第二の固化材を添加して混練する混練機械には、例えばＦＢＥ固化ユニット（ＦＢＥ－３０００：株式会社冨士機製）を用いることができる。

人工骨材と水と第三の固化材を混合して流動化処理土を作製するステップにおいて、人工骨材に対する第三の固化材の質量比は１／９～１／１２であることが好ましい。つまり人工骨材９００～１２００質量部に対して、第三の固化材が１００質量部であることが好ましい。また、水に対する第三の固化材の質量比は１／３．５～１／６であることが好ましい。つまり水３５０～６００質量部に対して、第三の固化材が１００質量部であることが好ましい。なお、水の代わりに泥水を用いてもよい。このような配合で作製すれば、比重が１．５０～１．６０、フロー値が２００～３００ｍｍ、ブリージング率が１％未満、材齢２８日の一軸圧縮強度が１Ｎ／ｍｍ^２以上という品質を満たす流動化処理土を作製することができる。

このように、本実施の形態によれば、泥水式シールド工法の泥水処理で排出される二次処理土を原料として、所定品質の流動化処理土を製造することができる。

また、本発明によって製造される流動化処理土は、本発明の効果を阻害しない範囲であれば、さらにその他の成分を含有しても構わない。例えば、上述した固化材以外のセメント系固化材や重金属の溶出を抑制するための不溶化材などを含有してもよい。

［実施例］
本発明者は、泥水式シールド工法の泥水処理で排出される二次処理土（脱水ケーキ）を再利用するのに好適な流動化処理土の製造方法について下記の実験を通じて検討し、上述した本発明を考案するに至った。以下に、本発明の実施例として、人工骨材作製実験、流動化処理土の配合実験について具体的に説明する。

（人工骨材作製実験）
まず、人工骨材作製実験について説明する。
本実験は、脱水プレスケーキを原料として作製した人工骨材（改質土）が、流動化処理土の骨材として使用できるか否かを確認するために行った。本実験は、添加する固化材の種類や作製工程を変えて以下の実験１と実験２により行った。

＜実験１＞
まず、実験１について説明する。
改質土に対する試験項目は、含水比、湿潤密度、コーン指数、ｐＨ測定、再泥化確認である。含水比は、地盤工学会基準（ＪＧＳ０１２２－２０００）「電子レンジを用いた土の含水比試験方法」に準じて測定した。湿潤密度は、単位容積マスに充填した質量を容積で除算して求めた。コーン指数は地盤工学会基準（ＪＧＳＴ７１６）に、ｐＨ測定は地盤工学会基準（ＪＧＳ０２１１－２００９）に準拠して測定した。再泥化確認方法は、透明な蓋付き容器に改質土と清水を１：３の割合で投入した後、攪拌して静止後の再泥化を目視にて確認した。

図１に、本実験の概略手順を示す。この図に示すように、まず、原料としての脱水プレスケーキを作成する（ステップＳ１）。これに中性固化材を添加した後、破砕・混合機械により粉砕・混合する（ステップＳ２）。こうして得られた改質土の性状を確認する（ステップＳ３）。ここで、中性固化材には、重金属類の溶出を抑制する中性改質不溶化材（デナイトＭＰ：太平洋セメント社製）を使用した。添加量は８０ｋｇ／ｍ^３、１２０ｋｇ／ｍ^３とした。破砕・混合機械には、ビッグバンＢＢ－２５０（株式会社冨士機製）を用いた。

図２に測定結果を示す。また、図３に再泥化の結果を示す。なお、中性固化材の添加量に応じて試験体Ａ、Ｂを設定し、これらの改質土について測定を行っている。図２中、σ１ｄという表記は一日後を意味する。湿潤密度の単位はｇ／ｃｍ^３である。

＜実験２＞
次に、実験２について説明する。
改質土に対する試験項目は、含水比、湿潤密度、コーン指数、再泥化確認である。含水比は、地盤工学会基準（ＪＧＳ０１２２－２０００）「電子レンジを用いた土の含水比試験方法」に準じて測定した。湿潤密度は、単位容積マスに充填した質量を容積で除算して求めた。コーン指数は地盤工学会基準（ＪＧＳＴ７１６）に準拠して測定した。再泥化確認方法は、透明な蓋付き容器に改質土と清水を１：３の割合で投入した後、攪拌して静止後の再泥化を目視にて確認した。

図４に、本実験の概略手順を示す。この図に示すように、まず、原料としての脱水プレスケーキを作成する（ステップＳ１１）。これに後述の固化材１を添加した後、破砕・混合機械により粉砕・混合する（ステップＳ１２）。これに後述の固化材２、固化材３を添加した後、混練機械により混練する（ステップＳ１３）。材料投入後混練時間を６０秒とした。こうして得られた改質土の性状を確認する（ステップＳ１４）。ここで、固化材１には、地盤改良用セメント系固化材（ジオセット２００：太平洋セメント社製）を使用した。固化材２には、中性固化材（ＳＴロック：太平洋シールドメカニクス社製）を使用した。固化材３には、加泥材（ＳＰ－α：太平洋シールドメカニクス社製）を使用した。また、破砕・混合機械には、ビッグバン（ＢＢ－２５０：株式会社冨士機製）を用い、混練機械には、ＦＢＥ固化ユニット（ＦＢＥ－３０００：株式会社冨士機製）を用いた。

図５に、添加した固化材の種類と試験体の組み合わせを示す。この図に示すように、脱水プレスケーキに固化材１（ジオセット２００）のみを添加したものを試験体１、固化材１（ジオセット２００）と固化材２（ＳＴロック）を添加したものを試験体２、固化材１（ジオセット２００）と固化材３（ＳＰ－α）を添加したものを試験体３とした。固化材１の添加量は２００ｋｇ／ｍ^３、固化材２の添加量は１．０ｋｇ／ｍ^３、固化材３の添加量は１．５ｋｇ／ｍ^３とした。

図６に測定結果を示す。また、図７に再泥化の結果を、図８に改質土の状態を示す。

本実験結果より、上記の破砕・混合機械による脱水プレスケーキの粉砕・混合と、固化材の添加と、上記の混練機械による混練によって、団粒化した人工骨材（改質土）を作製できることが実証された。また、作製された人工骨材は採取直後に水中へ投入しても再泥化するような性状は見られなかった。

（流動化処理土の配合実験）
次に、流動化処理土の配合実験について説明する。
上記の実験２により、脱水プレスケーキに固化材１および固化材３を添加し、上記の破砕・混合機械および上記の混練機械にて破砕・混合、混練することで一定品質の人工骨材（改質土）を作製できることが実証された。そこで、本実験では、上記の実験２で作製した２種類の人工骨材（試験体１および試験体３）を原料とする流動化処理土について、所定の要求品質事項を満足する配合を検討した。

図９に、本実験で適用した流動化処理土の要求品質事項を示す。この図に示すように、品質として要求される流動化処理土の比重を１．５０～１．６０、フロー値を２００～３００ｍｍ、ブリージング率を１％未満、一軸圧縮強度（材齢２８日）を１Ｎ／ｍｍ^２以上に設定した。

図１０に、本実験の概略手順を示す。この図に示すように、まず、作液装置に所定の泥水を投入し（ステップＳ１０１）、続いて上記の人工骨材を投入して６０秒混合した後（ステップＳ１０２）、これに固化材（高炉Ｂ種セメントまたはジオセット２００）を投入して６０秒混合する（ステップＳ１０３）。こうして得られる流動化処理土の性状を確認する（ステップＳ１０４）。

図１１に、流動化処理土の配合および測定結果を示す。また、図１２に、図１１の測定結果をプロットしたグラフを示す。これらの図においては、上記の要求品質事項を満たすものを四角枠で囲ってある。なお、本実験では、上記の実験２で作製した２種類の人工骨材（試験体１および試験体３）を用いて流動化処理土を作製して性状確認を行った。図１１中のケース１（Ｎｏ．１～６）が試験体１（ジオセット２００のみ添加）を用いた場合に、ケース２（Ｎｏ．７～１２）が試験体３（ジオセット２００とＳＰ－αを添加）を用いた場合に相当する。また、図１１、図１２には、ステップＳ１０３で固化材を添加しないで作製した流動化処理土の結果（Ｎｏ．４およびＮｏ．６）も示している。一軸圧縮強度については、材齢７日（σ７）、材齢２８日（σ２８）の測定結果を示している。

試験体１、試験体３のいずれの人工骨材においても流動化処理土の要求品質事項を満足できる配合を選定できることがわかる。ただし、ジオセット２００添加のみの人工骨材（試験体１：ケース１）においては、流動化処理土の比重を１．６０に設定した場合、要求品質事項を満足することができなかった。一方、ジオセット２００とＳＰ－αを添加した人工骨材（試験体３：ケース２）は流動化処理土の比重を１．６０および１．５０に設定した場合でも要求品質事項を満足することができた。

以上説明したように、本発明に係る流動化処理土の製造方法によれば、泥水式シールド工法の泥水処理で排出される脱水ケーキからなる二次処理土に、第一の固化材を添加して粉砕および混合するステップと、粉砕および混合した材料に第二の固化材を添加して混練することにより、人工骨材を作製するステップと、人工骨材と水と第三の固化材を混合して流動化処理土を作製するステップとを備えるので、泥水式シールド工法の泥水処理で排出される二次処理土を原料とする流動化処理土の製造方法を提供することができる。

また、本発明に係る他の流動化処理土の製造方法によれば、人工骨材を作製するステップにおいて、粉砕および混合した材料に第二の固化材を添加せずに混練することにより、人工骨材を作製するので、泥水式シールド工法の泥水処理で排出される二次処理土を原料とする流動化処理土の製造方法を提供することができる。

また、本発明に係る他の流動化処理土の製造方法によれば、人工骨材に対する第三の固化材の質量比が１／９～１／１２であり、水に対する第三の固化材の質量比が１／３．５～１／６であり、作製される流動化処理土の比重が１．５０～１．６０、フロー値が２００～３００ｍｍ、ブリージング率が１％未満、材齢２８日の一軸圧縮強度が１Ｎ／ｍｍ^２以上であるので、所定品質の流動化処理土を製造することができる。

以上のように、本発明に係る流動化処理土の製造方法は、建設工事で発生する建設汚泥を原料とする流動化処理土の製造方法に有用であり、特に、泥水式シールド工法で排出される二次処理土を再利用して流動化処理土を製造するのに適している。

Claims

泥水式シールド工法の泥水処理で排出される脱水ケーキからなる二次処理土に、第一のセメント系固化材を添加して粉砕および混合する第一のステップと、前記第一のステップで粉砕および混合した材料に、第一のセメント系固化材および加泥材を添加して混練することにより、人工骨材を作製する第二のステップと、前記第二のステップで作製した前記人工骨材と水と第二のセメント系固化材を混合して流動化処理土を作製する第三のステップとを備えることを特徴とする流動化処理土の製造方法。