JP7260968B2

JP7260968B2 - 土質調整用液剤、土質調整用液剤を用いた土質調整方法、並びに、土質調整用液剤の取り扱い方法

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Publication number: JP7260968B2
Application number: JP2018121246A
Authority: JP
Inventors: 惠梨谷口; 孝道中村; 正美遠藤; 龍之介目時
Original assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Current assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Priority date: 2018-06-26
Filing date: 2018-06-26
Publication date: 2023-04-19
Anticipated expiration: 2038-06-26
Also published as: JP2020002216A

Description

本発明は、微生物の代謝作用（微生物反応）を利用した土質調整用液剤等に関する。

地盤（土壌）中の微生物の代謝作用により生成される炭酸イオンと多価金属イオンとを反応させて析出される炭酸塩により地盤を固結させる地盤改良方法（土質調整方法）が知られている（例えば、特許文献１乃至３等参照）。
例えば、微生物は次式に示されるとおり、代謝活動において栄養源（グルコース）から二酸化炭素を生じる。
Ｃ_６Ｈ_１２Ｏ_６＋６Ｏ_２→６ＣＯ_２＋６Ｈ_２Ｏ（好気性条件）
Ｃ_６Ｈ_１２Ｏ_６→２ＣＯ_２＋２Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ（嫌気性条件）
このとき地盤中のカルシウム（多価金属イオン）と微生物の代謝作用により生成される二酸化炭素（炭酸イオン）とが反応し、次式のとおり、土粒子間に炭酸カルシウム（炭酸塩）が析出・沈澱し、地盤が硬化する。
Ｃａ^２＋＋ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ→ＣａＣＯ_３＋２Ｈ^＋
この場合、カルシウムを含む地盤中に微生物を投入した場合でも地盤が硬化するが（特許文献１参照）、地盤中のカルシウム溶解量が少ない場合や地盤を高強度に改良する場合においては、地盤にカルシウムを注入することにより、炭酸カルシウムの析出量を多くすることができる（特許文献２参照）。
また、微生物の代謝作用（微生物反応）を活性化させるためには、ｐＨを例えば弱酸性から弱アルカリ性付近に保持することが必要であることも知られており、固化対象の地盤にｐＨ調整剤（ｐＨ緩衝剤）を注入するようにしている（特許文献３，２参照）。

特許第４６２１６３４号公報特許第４６０８６６９号公報特許第４５９９６１１号公報

上述した従来の微生物の代謝作用を利用した土質調整方法において、栄養源と多価金属イオンとｐＨ調整剤とを混合した溶液を用いている。例えば、特許文献３では、グルコースならびに硝酸カルシウムを含むトリス水溶液に酵母を懸濁させた懸濁液を用いた実験例が開示されている。即ち、ｐＨ調整剤としてトリス緩衝剤を用いている。
しかしながら、ｐＨ調整剤としてのトリス緩衝剤は高価であり、従来の微生物の代謝作用を利用した土質調整方法では、コストが高くなりすぎて、当該微生物の代謝作用を利用した土質調整方法を採用し難いという問題点があった。
本発明は、微生物の代謝作用を利用した土質調整方法の低コスト化を実現可能な土質調整用液剤等を提供することを目的とする。

本発明に係る土質調整用液剤は、土質調整対象場所の土表面に散布されて土表面側の土を硬化させるための土質調整用液剤であって、土質調整対象場所の土表面に別々に散布される別々の水溶液で構成され、別々の水溶液は、微生物と微生物の栄養源とを含有した水溶液である微生物液と、スラグ肥料と二価金属イオンを持つ硝酸カルシウムとを含有してｐＨ値が８～９となるように調整された液剤であるｐＨ調整液とで構成されたことを特徴とする。
また、スラグ肥料は、転炉石灰肥料と鉱さい珪酸質肥料とを混合した混合肥料、又は、転炉石灰肥料、又は、鉱さい珪酸質肥料であることを特徴とする。
また、ｐＨ調整液は、転炉石灰肥料の量が０．５～１０％、鉱さい珪酸質肥料の量が１～１０％、二価金属を持つ硝酸カルシウムの量が１～５％の液剤であり、微生物液は、水１リットル当り、微生物の量が３～１０ｇ、微生物を活性化させるための栄養源の量が３～１０ｇの水溶液であり、微生物液とｐＨ調整液との体積比は、１：１であることを特徴とする。
本発明に係る土質調整用液剤によれば、安価なスラグ肥料を用いているため、微生物の代謝作用を利用した土質調整方法の低コスト化を実現できるようになる。
また、本発明に係る土質調整方法は、上述した土質調整用液剤を土質調整対象場所の土表面に散布して当該土質調整対象場所の土質を調整する土質調整方法であって、土質調整用液剤を構成する微生物液とｐＨ調整液とを土質調整対象場所の土表面に別々に連続して散布したことを特徴とするので、安価な土質調整方法を提供できる。
また、本発明に係る土質調整用液剤の取り扱い方法は、上述した土質調整用液剤の取り扱い方法であって、土質調整対象場所の土表面に散布する直前に、微生物を水中に投入して微生物液を作製することを特徴とするので、土質調整対象場所に供給される微生物の寿命が長くなり、微生物反応を促進させることができて、土質調整対象場所の土質調整効果の高い土質調整用液剤を提供できるようになる。

土質調整用液剤の作製方法を示す図。土質調整用液剤を用いた土質調整方法を示す図。土質調整対象場所の土表面の一例である、型枠の代替とする土表面に対する土質調整方法を示す図。

実施形態１
図１，２に示すように、実施形態に係る土質調整用液剤１は、土質調整対象場所１０に供給されて当該土質調整対象場所１０の土質を調整するための液剤であって、微生物と微生物の栄養源とを含有した微生物液２と、スラグ肥料と二価金属イオンとを含有したｐＨ調整液３とが混合された液剤である。

微生物液２は、例えば、水１リットル当り、微生物としての例えばドライイーストを３～１０ｇ、微生物を活性化させるための栄養源としての例えばグルコースを３～１０ｇ含有した水溶液である。

ｐＨ調整液３は、ｐＨ調整液３中に含まれるスラグ肥料としての例えば転炉石灰肥料の量が０．５～１０％、ｐＨ調整液３中に含まれるスラグ肥料としての例えば鉱さい珪酸質肥料の量が１～１０％、ｐＨ調整液３中に含まれる二価金属イオンを持つ例えば硝酸カルシウム（硝酸カルシウム四水和物（一級）、和光純薬工業株式会社製（尚、同じ成分である商品名「カル・パック」等を用いても良い））の量が１～５％であって、かつ、ｐＨ値が８～９となるように調整された水溶液である。

転炉石灰肥料としては、例えば商品名「くみあいミネカル（以下、ミネカルという）」、産業振興株式会社製を使用した。
当該ミネカルの成分値は、石灰（ＣａＯ）４０．０、ケイ酸（ＳｉＯ_２）１４．０、苦土（ＭｇＯ）１．５、酸化鉄（ＦｅＯ）１８．０、マンガン（ＭｎＯ）０．５、リン酸（Ｐ_２Ｏ_５）１．５、その他２４．５（ホウ酸（Ｈ_３ＢＯ_３）等）である。

鉱さい珪酸質肥料としては、例えば商品名「くみあいケイカル（以下、ケイカルという）」、村樫石灰工業株式会社製を使用した。
当該ケイカルの成分値は、石灰（ＣａＯ）４８．０、ケイ酸（ＳｉＯ_２）３０．０、苦土（ＭｇＯ）５．０、その他１７．０（マンガン（ＭｎＯ）等）である。

実施形態１に係る土質調整用液剤１は、例えば、図１（ａ）に示すように、容器４内で水中に微生物と栄養源とを上述した所定量だけ投入して微生物液２を作製するとともに、容器５内で水中にスラグ肥料と二価金属イオンとを上述した所定量だけ投入してｐＨ調整液３を作製し、その後、図１（ｂ）;（ｃ）に示すように、作製した微生物液２とｐＨ調整液３とを液体噴射器６の容器７内に入れて混合することによって、ｐＨ値が例えば８となる土質調整用液剤１を作製する。
その後、図２に示すように、液体噴射器６の噴射装置８の操作レバー９を操作することにより、当該土質調整用液剤１を土質調整対象場所１０の土表面１１に散布して供給する。

実施形態１に係る土質調整用液剤１が土質調整対象場所１０の土表面１１に散布されて供給された場合、所謂、バイオミネラリゼーションによって土質調整対象場所１０の土表面１１側の土が硬化する。
即ち、土質調整用液剤１が供給された土質調整対象場所１０の土表面１１側の土中において、微生物が栄養源を代謝すること（微生物反応）により発生する炭酸イオンと硝酸カルシウム中の二価金属イオンとが反応（鉱物化反応）して土粒子間に析出される炭酸塩により土質調整対象場所１０の土表面１１側の土が硬化する。

実施形態１に係る土質調整用液剤１によれば、安価なスラグ肥料を用いているため、微生物の代謝作用を利用した土質調整方法の低コスト化を実現できるようになる。
また、実施形態１に係る土質調整用液剤１を用いた土質調整方法によれば、土質調整用液剤１を土質調整対象場所１０の土表面１１に散布して供給するだけなので、簡単、かつ、安価な土質調整方法を提供できる。

尚、微生物は、環境や寿命により減少する。例えば、ドライイーストの場合、乾燥させて休眠状態としてから真空パックされたものを用いるが、真空パックを開封した後はドライイーストが空気に触れるためにドライイーストの休眠状態が解けてしまい、ドライイーストの寿命が早まる。
そこで、実施形態１では、土質調整対象場所１０に土質調整用液剤１を供給する直前に、ドライイーストの真空パックを開封して微生物液２を作製し、当該作製した微生物液２とｐＨ調整液３とを混合することによって、土質調整用液剤１を作製するようにした。
即ち、土質調整対象場所１０に対する土質調整作業を行う直前に、ドライイーストの真空パックを開封してドライイーストを水中に投入して土質調整用液剤１を作製し、当該土質調整用液剤１を土質調整対象場所１０の土表面１１に散布するようにしたので、当該土質調整対象場所１０に供給されるドライイーストの寿命が長くなり、ドライイーストによる微生物反応を促進させることができて、土質調整対象場所１０の土表面１１側の土を硬化させることができる土質調整効果の高い土質調整用液剤１を提供できるようになる。

また、微生物反応により発生する炭酸イオンと二価金属イオンとが反応する鉱物化反応を促進させるためのｐＨ環境は、ｐＨ値が８～９程度であることが好ましく、ｐＨ値が１０以上になると、微生物にとって、好ましくない環境となり、微生物反応が促進されない可能性がある。
実施形態１においては、ｐＨ値が８に調整された土質調整用液剤１を、土質調整対象場所１０に散布して供給した直後に、当該土質調整対象場所１０のｐＨ値を測定した所、ｐＨ値は７程度であることを確認した。その後、一週間経過した後に、当該土質調整対象場所１０のｐＨ値を測定した所、ｐＨ調整液３の元のｐＨ値と同程度のｐＨ値に戻っていることを確認した。
即ち、ｐＨ値が８に調整された実施形態１の土質調整用液剤１を用いた場合、土質調整用液剤１を土質調整対象場所１０に散布して供給した後、少なくとも、一週間経過するまでの間、土質調整対象場所１０においてバイオミネラリゼーションが行われて、土質調整対象場所１０の土表面１１側の土を硬化させることができることを確認した。
このように、土質調整対象場所１０に供給する前は、ｐＨ値が８程度であり、土質調整対象場所１０に散布して供給した直後には、当該土質調整対象場所１０のｐＨ値が７程度になり、かつ、その後、一週間後に、当該土質調整対象場所１０のｐＨ値が８程度に戻る土質調整用液剤１を使用することにより、少なくとも、土質調整対象場所１０に散布後一週間経過するまでの間に、土質調整対象場所１０の土表面１１側の土を硬化させることができることがわかった。

土質調整対象場所１０の土表面１１としては、型枠の代替とする土表面、仮設の盛土や切土の土表面、畑の盛土や切土の土表面、運動競技場のグランドの土表面等が考えられる。
このような土質調整対象場所１０の土表面１１に土質調整用液剤１を散布して供給することにより、土質調整対象場所１０の土表面１１側の土がバイオミネラリゼーションによって硬化する。

例えば、図３に示すように、型枠の代替とする土表面１１とは、地盤を掘削した掘削地盤１２の上に建物の基礎コンクリートを打設する前に所謂捨てコンクリートを打設する際において、当該掘削地盤１２の周囲を囲む壁となる土質調整対象場所１０としての地盤の土表面１１の事である。
従来、掘削地盤１２の上に捨てコンクリートを打設する際においては、当該掘削地盤１２を囲む壁となる地盤の土表面が崩れないように木製の型枠（捨て型枠と呼ばれる）を設置したり、バックホー等の重機を用いて当該土表面を固めるようにしていたが、当該土表面１１に実施形態１の土質調整用液剤１を散布して供給することにより、当該土表面１１側の土を硬化させることができるので、当該硬化させた土表面１１を型枠の代わりとできる。
即ち、掘削地盤１２の上に捨てコンクリートを打設する際において当該掘削地盤１２の周囲を囲む壁となる地盤の土表面が崩れないようにするためには、従来は、木製の型枠やバックホー等の重機が必要となり、施工コストが嵩むという課題があったが、実施形態１によれば、図３に示すように、当該型枠の代替とする土表面１１に土質調整用液剤１を散布するだけなので、木製の型枠やバックホー等の重機を不要とでき、捨てコンクリートを打設する際に型枠構築作業を簡単に行えるともに、施工コストを抑えることができるようになる。

また、上述したように、仮設の盛土や切土の土表面、畑の盛土や切土の土表面等に土質調整用液剤１を散布して供給することにより、盛土の崩落や盛土表面側の土の飛散、切土の崩落や切土表面側の土の飛散を抑制できるようになる。

また、上述したように、運動競技場のグランドの表面や農地等の土の表面等に土質調整用液剤１を散布して供給することにより、例えば強風時においてグランドや農地等の表面側の土の飛散防止効果が得られるようになる。

実施形態２
土質調整対象場所１０に、微生物液２とｐＨ調整液３とを別々に連続して供給するようにしてもよい。
即ち、本発明に係る土質調整用液剤１は、微生物と微生物の栄養源とを含有した微生物液２と、スラグ肥料と二価金属イオンとを含有したｐＨ調整液３とで構成された土質調整用液剤１であってもよい。

実施形態３
実施形態１では、微生物と微生物の栄養源とを含有した微生物液２と、スラグ肥料と二価金属イオンとを含有したｐＨ調整液３とを混合することにより作製された土質調整用液剤１を例示したが、所定量の水に、この所定量の水に適した量の微生物と微生物の栄養源とスラグ肥料と二価金属イオンとを混合することにより作製された土質調整用液剤であってもよい。
即ち、本発明に係る土質調整用液剤１は、微生物と微生物の栄養源とスラグ肥料と二価金属イオンとを含有した土質調整用液剤１であればよい。

実施形態２、実施形態３においても、土質調整対象場所１０に対する土質調整作業を行う直前に、ドライイースト（微生物）の真空パックを開封してドライイーストを水中に投入することによって、微生物液２や土質調整用液剤１を作製し、作製した微生物液２や土質調整用液剤１を土質調整対象場所１０の土表面１１に散布することが好ましい。

尚、所定量の土質調整用液剤１を作製するために必要な量の微生物と微生物の栄養源とスラグ肥料と二価金属イオンとをセットにして需要者に譲渡（販売等）することで、需要者に土質調整用液剤１を作製するための材料を提供するようにしてもよい。これにより、需要者は、土質調整用液剤１を作製するための材料と水とを用いて土質調整用液剤１を作製できるようになる。

また、上記では、微生物としてドライイーストを例示したが、ドライイースト以外の微生物を使用しても良い。
また、スラグ肥料として転炉石灰肥料及び鉱さい珪酸質肥料を例示したが、転炉石灰肥料及び鉱さい珪酸質肥料以外のスラグ肥料を用いてもよい。
また、二価金属イオンを持つ物質として硝酸カルシウムを例示したが、二価金属イオンを持つ物質であればその他の物質を用いても構わない。
また、微生物を活性化させるための栄養源としてグルコースを例示したが、グルコース以外の栄養源を用いても構わない。

１土質調整用液剤、２微生物液、３ｐＨ調整液、１０土質調整対象場所。

Claims

土質調整対象場所の土表面に散布されて土表面側の土を硬化させるための土質調整用液剤であって、
土質調整対象場所の土表面に別々に散布される別々の水溶液で構成され、
別々の水溶液は、微生物と微生物の栄養源とを含有した水溶液である微生物液と、スラグ肥料と二価金属イオンを持つ硝酸カルシウムとを含有してｐＨ値が８～９となるように調整された液剤であるｐＨ調整液とで構成されたことを特徴とする土質調整用液剤。
スラグ肥料は、転炉石灰肥料と鉱さい珪酸質肥料とを混合した混合肥料、又は、転炉石灰肥料、又は、鉱さい珪酸質肥料であることを特徴とする請求項１に記載の土質調整用液剤。
ｐＨ調整液は、転炉石灰肥料の量が０．５～１０％、鉱さい珪酸質肥料の量が１～１０％、二価金属イオンを持つ硝酸カルシウムの量が１～５％の液剤であり、
微生物液は、水１リットル当り、微生物の量が３～１０ｇ、微生物を活性化させるための栄養源の量が３～１０ｇの水溶液であり、
微生物液とｐＨ調整液との体積比は、１：１であることを特徴とする請求項２に記載の土質調整用液剤。
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の土質調整用液剤を土質調整対象場所の土表面に散布して当該土質調整対象場所の土質を調整する土質調整方法であって、
土質調整用液剤を構成する微生物液とｐＨ調整液とを土質調整対象場所の土表面に別々に連続して散布したことを特徴とする土質調整方法。
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の土質調整用液剤の取り扱い方法であって、
土質調整対象場所の土表面に散布する直前に、微生物を水中に投入して微生物液を作製することを特徴とする土質調整用液剤の取り扱い方法。