JP7248257B1

JP7248257B1 - 土質改良材及びその製造方法、並びに土壌の改良方法

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Publication number: JP7248257B1
Application number: JP2022084671A
Authority: JP
Inventors: 一貴井出; 俊彦三浦; 尚哉高田; 正文富田; 達彦足立; 博久保
Original assignee: Obayashi Corp; Tachibana Material Co Ltd
Current assignee: Obayashi Corp; Tachibana Material Co Ltd
Priority date: 2022-05-24
Filing date: 2022-05-24
Publication date: 2023-03-29
Anticipated expiration: 2042-05-24
Also published as: JP2023172695A

Abstract

【課題】発塵を抑えつつ、土壌を低粘性に改質できる土質改良材の提供。【解決手段】吸水性高分子と、砂質土とを含む土質改良材であって、砂質土の含水比が、３０％以下であり、砂質土のＥＣ（電気伝導度）が、９０ｍＳ／ｍ以下である土質改良材である。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、土質改良材及びその製造方法、並びにそれを用いた土壌の改良方法に関する。

土木工事などにより掘削した土壌は、産業廃棄物として処理されたり、建設発生土として利用される。

土壌を埋め立てる前に、減容化や廃棄物等の除去や土壌に含まれる有機物（草木等）の腐敗による影響を防止することを目的として、篩により分別する作業が行われる。

土木工事は粘性が低い土壌だけではなく、水田及び畑のような粘性が高い土壌においても行われることがある。このような粘性が高い土壌は、そのままでは篩による分別作業が困難な場合も多い。

このような土壌に対しては、土質改良材を添加し、土壌に含まれる水分を除去してサラサラの状態（篩によって土と有機物などの異物とを分別できる粘性が低い状態）にする。

土質改良材としては、石膏を主成分とするものが存在する。しかし、このような土質改良材は、有機物とともに還元状態となることで硫化水素ガスを発生する可能性があるため、使用できる土質や場所が限定される。

一方、硫化水素ガスが発生することのない土質改良材として、生石灰、セメント、及びマグネシウム系の土質改良材等が存在する。或いは、除去土壌に対し、特許文献１に記載された、吸水性高分子と高膨潤性粘土と水溶性高分子とを含む土質改良材料を適用することで土壌を粘性の低い状態にできる。

特開２００２－１２９１６０号公報

しかし、上述の土質改良材は、反応効率や混合精度を上げるために微粒子状態とすることが多く、土質改良材と撹拌混合する際に粉塵が発生しやすいという問題があった。
このため、土質改良材には、攪拌混合時の土壌の発塵を抑えることも求められるようになってきた。

本発明は、発塵を抑えつつ、土壌を低粘性に改質できる土質改良材を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、吸水性高分子と、砂質土とを含む土質改良材であって、前記砂質土の含水比が、３０％以下であり、前記砂質土のＥＣ（電気伝導度）が、９０ｍＳ／ｍ以下である土質改良材である。
また、本発明の土質改良材は、前記砂質土の含水比が６％～２０％であることが好ましい。
また、本発明の土質改良材は、前記砂質土における粒径０．０７５ｍｍ以下の粒子の割合が、５％以下であることが好ましい。
また、本発明の土壌の改良方法は、本発明の土質改良材を土壌に添加する。
また、本発明の土質改良材の製造方法は、含水比が３０％以下であり、かつＥＣ（電気伝導度）が、９０ｍＳ／ｍ以下である砂質土と、吸水性高分子と、を混合させる。
また、本発明の土質改良材の製造方法は、砂質土を乾燥する乾燥工程を有さないことが好ましい。

本発明によれば、発塵を抑えつつ、土壌を低粘性に改質できる土質改良材を提供できる。

図１Ａは、実施例及び比較例において、発塵の評価に用いた装置を正面から見た概略図である。図１Ｂは、実施例及び比較例において、発塵の評価に用いた装置を側面から見た概略図である。図２は、実施例２０－１の土質改良材を用いた場合のコーン指数の測定結果である。

（土質改良材）
本実施形態に係る土質改良材は、吸水性高分子、及び砂質土を含有し、更に必要に応じてその他の成分を含有する。

＜吸水性高分子＞
吸水性高分子は、土壌中に含まれる水分を吸収し、保水する物質である。
吸水性高分子は、土壌中に含まれる水分を吸収することができれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、合成ポリマー系、天然多糖類などが挙げられる。これらは、１種単独で使用しても、２種以上を併用してもよい。
合成ポリマー系は、例えば、ポリアクリル酸塩系、ポリスルホン酸系、ポリビニルアルコール及びポリアクリル酸塩の共重合系、無水マレイン酸塩系、ポリアクリルアミド系、ポリビニルアルコール系、ポリエチレンオキシド系などが挙げられる。
天然多糖類は、例えば、デンプン系、セルロース系（グラフト重合系及びカルボキシメチル系）、ポリアスパラギン酸塩系、ポリグルタミン酸塩系、ポリアルギン酸塩系などが挙げられる。

＜砂質土＞
砂質土は、本実施形態に係る土質改良材における母材となる物質である。
砂質土とは、地盤工学会基準「地盤材料の工学的分類方法」（ＪＧＳ００５１－２００９）に基づき、分類された土である。具体的には、「土の粒度試験方法」（ＪＩＳＡ１２０４）などの試験により分類されたものである。
砂質土は、石分が０％である土質材料のうち、粗粒分（粒径が０．０７５ｍｍ～７５ｍｍ）が５０％超であり、礫分（粒径２ｍｍ～７５ｍｍ）より砂分（粒径０．０７５ｍｍ～２ｍｍ）の方が多い土のことである（地盤材料試験の方法と解説－二分冊の１－、地盤工学会室内試験規格・基準委員会編、丸善出版、平成２５年、ｐｐ．５４～５６）。
砂質土は、２ｍｍ以上の礫を実用上の障害にならない程度に含む（例えば、粒径数ｍｍの礫が数％～２０％程度混在する）ものであってもよい。

砂質土の含水比は、３０％以下の場合に使用可能であり、６％～２０％が好ましい。砂質土の含水比が、この範囲に含まれると、土壌の改質と発塵の防止とを両立できる。なお、含水比が３０％以下とは、含水比が０％～３０％であることを意味する。

砂質土の含水比の測定方法は、「土の粒度試験方法」（ＪＩＳＡ１２０４）に基づき測定できる。

砂質土のＥＣ（電気伝導度）は、９０ｍＳ／ｍ以下であり、６０ｍＳ／ｍ以下が好ましく、３０ｍＳ／ｍ以下がより好ましい。砂質土の電気伝導度が、この範囲に含まれると、土壌の改質と発塵の防止とを両立できる。

砂質土のＥＣの測定方法は、地盤工学会基準「土懸濁液の電気伝導率試験方法」（ＪＧＳ０２１２－２００９）に基づく。土の乾燥質量に対して水（土に含まれる水も含む）の質量比が５倍になるように水を加えて懸濁状態にして３０分間経過後に電気伝導率計を用いて測定する。

砂質土における粒径０．０７５ｍｍ以下の粒子の割合は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、土塊を解砕する手間を減らす点で、３０％以下が好ましく、５％以下がより好ましい。
なお、０．０７５ｍｍ以下の粒子の割合が３０％を超えると、土塊を多く含むので、この土塊を解砕する手間がかかることがある。

砂質土における０．０７５ｍｍ以下の粒子の割合の測定方法は、「土の粒度試験方法」（ＪＩＳＡ１２０４）に基づき、測定することができる。

＜＜質量比（吸水性高分子：砂質土）＞＞
本実施形態に係る土質改良材における吸水性高分子と砂質土との質量比は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、吸水性高分子：砂質土＝５：９５～２５：７５が好ましく、７．５：９２．５～２０：８０がより好ましい。

＜その他の成分＞
その他の成分は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できる。その他の成分は、例えば、ゼオライト、炭酸カルシウム粉末、半水石膏、二水石膏、無水石膏、粘土、廃ガラス破砕粉（人造砂）などが挙げられる。これらは、１種単独で使用しても、２種以上を併用してもよい。
ゼオライトを添加した場合、除染土壌中の放射性物質や鉛等の重金属を更に吸着できるようになる。炭酸カルシウム粉末、半水石膏、二水石膏、無水石膏、粘土などは、増量材、又は補強材として添加できる。

本実施形態に係る土質改良材は、吸水性高分子及び砂質土が土壌中の水分を吸収することにより、土壌をサラサラな状態（低粘性の状態。具体的には、篩によって土壌と有機物とを分別できる粘性が低い状態）とすることができる。従って、粘性が高い土壌であっても、土質改良材を添加することにより低粘性となり、土壌が篩の目を通過できる。結果として、レキや有機物（草木、木片、布、樹脂など）を含む土壌であっても、篩にかけることにより、レキや有機物と分別することが可能となる。
なお、本発明において、篩の目の粗さは、２０ｍｍ目とする場合が多いが、工事目的に応じて３７．５ｍｍ目、１０ｍｍ目、５ｍｍ目などとする場合もある。

また、本実施形態に係る土質改良材は、土壌のｐＨに影響を与えない成分で構成されている。従って、土質改良材により改質された土壌（原土壌のｐＨは中性）は中性（ｐＨ７前後）の状態を保つことができる。

また、本実施形態に係る土質改良材により改質された土壌は、所定の土質強度が確保されている。従って、埋立時や再掘削時の取り扱いが簡便になる。なお、本実施形態に係る所定の土質強度は、コーン指数で２００ｋＮ／ｍ^２以上が好ましく、４００ｋＮ／ｍ^２以上がより好ましい。なお、コーン指数は、土質改良材の添加量が増すほど、また対象土の含水比が低いほど、増大する。

更に、吸水性高分子は一般に高価であるため使用量を抑えることが望まれる。一方で、吸水性高分子の使用量が少ない場合には土壌に均一に混合することが難しく、吸水能力の点で問題が生じる。ここで、本実施形態に係る土質改良材は、吸水性高分子の割合を多くても５０質量％に抑制してコストの低減化を図りつつ、安価な砂質土を混合することによって、土壌をサラサラな状態にできるだけの吸水能力を保っている。

また、本実施形態に係る土質改良材は、吸水性高分子及び砂質土を混合することにより、吸水性高分子または砂質土単体に比べ、土壌との混合性が良好で、かつ高い吸水力によって土壌を均等に改良する特長を有する。

＜土質改良材の製造方法＞
本実施形態に係る土質改良材の製造方法は、吸水性高分子と砂質土を混合するものである。
土質改良材の製造方法では、砂質土の含水比が高くて砂質土に含まれる自由水が自然に浮き出てくる、あるいはメッシュ上に載せて水分が分離落下するほどの状態の場合には自由水を除去する処理を行うが、そこまでの高含水比でない場合には乾燥工程を有さないことが好ましい。
乾燥工程は、砂質土の含水比を低下させることであり、例えば、天日乾燥、熱風乾燥などが挙げられる。
本発明の土質改良材の製造方法は、含水比が最大３０％の砂質土であっても、乾燥工程を通すことなく、砂質土に吸水性高分子を直接投入混合して土質改良材を製造できる。つまり、吸水性高分子が砂質土に含まれる水分を吸水して適度な水分状態（防塵にも役立つ）となって一体化し、土質改良材を形成する。

（土壌の改良方法）
土壌の改良方法は、上述の土質改良材を土壌に添加することによって行われる。具体的には、例えば、土壌に直接添加し、短時間（たとえば１分間～数分間）の攪拌を行うことにより行うことができる。
実際の作業現場では、土壌に土質改良材を添加し、重機によって攪拌することでもよい。本実施形態に係る土質改良材を用いる場合、攪拌後の養生時間が不要となるため、効率的な分別処理が可能となる。

また、土壌に対する土質改良材の添加量は特に限定されるものではないが、従来の土質改良材よりも少量で効果を得ることができる。例えば、生石灰は、土壌に対して８０ｋｇ／ｔｏｎの添加量で養生時間が１２時間必要であった。一方、本実施形態に係る土質改良材は、土壌に対して３０ｋｇ／ｔｏｎの添加量で養生時間が不要である。

本実施形態に係る土質改良材を用いる対象は、災害廃棄物（土混じり）の分別、河川や湖沼の底泥（泥土）、又はシールド工事や打ち杭工事等の際に発生する建設泥土の改良等を挙げることができる。

以下、開示の技術の実施例を説明するが、開示の技術は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。

模擬土壌として、荒木田土（株式会社刀川平和農園製）、黒土（株式会社刀川平和農園製）、及び珪砂７号（瑞浪）を４：４：２の割合（乾燥質量比）にて混合し、含水比を５５％に調整したものを用いた。

（実施例１－１～２８－３、比較例１－１～１３－３）
下記の表に記載の砂質土を用いた。砂質土の０．０７５ｍｍ以下の粒子の割合は、「土の粒度試験方法」（ＪＩＳＡ１２０４）に基づき測定し、ＥＣは、地盤工学会基準の「土懸濁液の電気伝導率試験方法」（ＪＧＳ０２０１）に基づき測定した。

表１に記載の各砂質土の含水比を０％、３％、６％、１４％、２０％、２５％、３０％、３５％に調節した。そして、吸水性高分子（ＳＴ－５００Ｄ、三洋化成工業株式会社製）と各砂質土との質量比が、７．５：９２．５、１５：８５、２０：８０となるように容器に入れ、撹拌し、土質改良材を得た。
含水比は、「土の含水比試験方法」（ＪＩＳＡ１２０３）に基づいて測定した。

２，０００ｇの模擬土壌に６０ｇの各土質改良材を添加し、ホバートミキサーで３０秒攪拌、数秒間の手混ぜ補助後、更にホバートミキサーで３０秒攪拌した。撹拌した後の土壌を評価に用いた。
撹拌した後の土壌のそれぞれについて、改質及び発塵の有無について下記のようにして評価した。評価結果を表２～４に示す。

＜改質の判定＞
撹拌した後の土壌を２０ｍｍ目篩により篩分けし、篩下に通過した質量を測定し、下記のようにして残存率を計算した。
残存率＝（篩にのせた土壌の質量―篩下に通過した土壌の質量）／篩にのせた土壌の質量×１００
上記の残存率から、下記の判定基準に基づき改質を評価した。なお、評価が◎、〇であれば土質改良材により土壌を低粘性に改質できたと言える。
－判定基準―
◎：残存率が、５％以下
〇：残存率が、５％超１０％以下
×：残存率が、１０％超

＜発塵の測定＞
発塵の有無については、図１Ａ及び図１Ｂに示した専用の装置１を用いて、一定量の土壌を降下させ、巻き上がった粉塵量を粉塵計で測定することにより評価した。
装置１は、正面が解放されている一方、両側面及び背面が囲いシート１５で囲われている。また、装置１は、正面の下部手前からブロワー１４（送排風機Ｆ３００－ＫＮ、静岡製機株式会社製）によって送風できるようになっている。風向は、図１Ｂ中の矢印方向である。風速は、スライダック（電圧可変器、図示せず）により、投入用ロート１２の下が１．４ｍ／ｓとなるように調節した。装置内の試料落下中心線と風向中心線との交点から上方向に２００ｍｍ、手前水平方向に５００ｍｍの位置にデジタル粉塵計１３（ＬＤ－３Ｋ２、柴田科学株式会社製）を置いた。粉塵量は、試料投入時間の累積粉塵個数（粉塵１個について１ｃｏｕｎｔ）として表示される。

各配合の改良材（５０ｇ）を投入用ロートの中に少量ずつ落下させるようにして５０秒間かけて装置に投入した。発塵量は、各配合の改良材を投入する前５０秒間に測定した粉塵量をブランク値として、測定した値からブランク値を引いた値を発塵量とした。
発塵量の値から、下記の判定基準に基づき発塵を評価した。なお、評価が◎、〇であれば土質改良材により発塵を防止できると言える。土質改良材を必要とする土壌は、含水比が高い土壌であり、この土壌に土質改良材を混合させる時が、最も発塵しやすくなる。このため、土質改良材そのものが発塵しにくいと、改良した土壌の発塵を防止できることになる。
－判定基準―
◎：発塵量が、２００ｃｏｕｎｔ／５０秒以下
〇：発塵量が、２００ｃｏｕｎｔ／５０秒超～１０００ｃｏｕｎｔ／５０秒以下
×：発塵量が、１０００ｃｏｕｎｔ／５０秒超

実施例１－１～２８－１の結果から、本発明の土質改良材により発塵抑制及び改質ができたことが明らかになった。更に、実施例１－１～２８－１、１－２～２８－２、１－３～２８－３から、吸水性高分子と砂質土との割合を変化させた土質改良材であっても、すべて同程度に改質できることが明らかになった。

実施例２６－２～２８－２及び実施例２６－３～２８－３に示すように、砂質土の含水比２０％、２５％、３０％の場合でも砂質土の種類によっては使用可能である。しかし、砂質土の含水比が３５％である比較例１－１、１－２では、改質ができなかったことが明らかになった。このことから、砂質土の含水比が３０％以下であることが好ましい。
更に、砂質土の電気伝導度（ＥＣ）が、９０ｍＳ／ｍを超えるＮｏ．８～１０の砂質土を用いた比較例２－１～比較例１３－３は、吸水性高分子と砂質土との割合を変化させたとしても改質することができなかった。このことから、砂質土の電気伝導度が９０ｍＳ／ｍ以下であることが、改質において重要であることを示している。

次に、含水比６％、１４％である実施例１９－１、２０－１、２１－１などは、発塵、及び改質の評価がどちらも「◎」であるのに対し、含水比０％、３％である実施例１７－１、１８－１などは、発塵の評価結果が「〇」であった。評価結果が「〇」であっても用途目的、適用現場条件によっては土質改良材として使用可能であるが、含水比を６％～２０％とすることで、発塵及び改質の効果を更に良好にすることができるため、好ましい。

粒径０．０７５ｍｍ以下の粒子の割合については、表２～４に示すように、砂質土Ｎｏ．７の２９．２％であっても、発塵防止と改質とを両立させることができることが明らかになった。
また、粒径０．０７５ｍｍ以下の粒子の割合が５％以下である砂質土Ｎｏ．１を用い、かつ砂質土の含水比が６％～１４％である実施例３－１、４－１は、発塵、及び改質の評価がどちらも「◎」であるのに対し、粒径０．０７５ｍｍ以下の粒子の割合が６．４％である砂質土Ｎｏ．６を用い、かつ砂質土の含水比が６％～２０％である実施例２２－１、２３－１は、発塵の評価結果が「〇」であった。評価結果が、「〇」であっても用途目的、適用現場条件によっては使用可能な場合がある。好ましくは、砂質土における０．０７５ｍｍ以下の粒子の割合が５％以下である砂質土を用いることで、発塵及び改質の効果を更に良好にすることができることが明らかになった。

実施例２０－１（砂質土Ｎｏ．５）の土質改良材を用いた場合のコーン指数の測定結果を図２に示した。ｗ＝５５％（含水比５５％）のグラフが、上述の模擬土壌を用いて測定した結果である。コーン指数の測定試験は、「締固めた土のコーン指数試験方法」（地盤工学会基準ＪＧＳ０７１６－２００９）に基づいて行った。図２から、土質改良材を入れない場合の模擬土壌のコーン指数が約１５０ｋＮ／ｍ^２であるのに対し、土質改良材を１０ｋｇ／ｔ混合した模擬土壌のコーン指数は、約５５０ｋＮ／ｍ^２であった。これらのことから、土質改良材を添加することで、コーン指数が飛躍的に向上することが明らかになった。したがって、本発明の土質改良材を添加することで、発塵を防止し、改質できるだけではなく、所定の土質強度をも担保できるようになる。

Claims

吸水性高分子と、地盤工学会基準の「土懸濁液の電気伝導率試験方法」（ＪＧＳ０２０１）に基づき測定したＥＣ（電気伝導度）が、９０ｍＳ／ｍ以下である砂質土とを含む土質改良材であって、
前記砂質土の含水比が、６％～２０％であり、前記砂質土における粒径０．０７５ｍｍ以下の粒子の割合が、３０％以下であることを特徴とする土質改良材。
請求項１に記載の土質改良材を土壌に添加することを特徴とする土壌の改良方法。
吸水性高分子と、地盤工学会基準の「土懸濁液の電気伝導率試験方法」（ＪＧＳ０２０１）に基づき測定したＥＣ（電気伝導度）が、９０ｍＳ／ｍ以下である砂質土と、を混合させ、
前記砂質土を乾燥する乾燥工程を有さない土質改良材の製造方法であって、
前記砂質土の含水比が６％～２０％であり、前記砂質土における粒径０．０７５ｍｍ以下の粒子の割合が、３０％以下であることを特徴とする土質改良材の製造方法。