JP7465052B2

JP7465052B2 - 高含水比泥土の改質土の製造方法

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Publication number: JP7465052B2
Application number: JP2018034605A
Authority: JP
Inventors: 裕一田中; 信介浜谷
Original assignee: Penta Ocean Construction Co Ltd
Current assignee: Penta Ocean Construction Co Ltd
Priority date: 2018-02-28
Filing date: 2018-02-28
Publication date: 2024-04-10
Anticipated expiration: 2038-02-28
Also published as: JP2019148144A; JP2024045574A

Description

本発明は、高含水比泥土を改質した改質土を製造する方法に関する。

浚渫土に転炉系製鋼スラグを混合した材料（カルシア改質土）は、たとえば、特許文献１や非特許文献１から公知であり、強度発現、濁り発生抑制、アルカリ抑制等の特徴を有し、航路や泊地の浚渫工事で発生する浚渫土と鉄鋼の生産過程において副産物として発生する転炉系製鋼スラグとを有効活用する技術として開発され、埋立材や浅場・干潟の基盤材、藻場造成材、深掘跡の埋戻し材等に幅広く使用されている。

カルシア改質土で使用する浚渫土は、含水比が浚渫土の液性限界（wL）の1.2～2倍程度のものを対象とするのが一般的であり、浚渫土の含水比が高くなると強度が低下することが知られている（非特許文献１、附2-2～2-3）。

特開2009-121167号公報特開2016-215191号公報

「港湾・空港・海岸等におけるカルシア改質土利用技術マニュアル」（沿岸技術研究センター、平成29年2月発行）

浚渫土に対し製鋼スラグの容積混合率が20～30vol％のカルシア改質土の場合、浚渫土の含水比が液性限界の2倍を超えると、比重の大きい製鋼スラグが混合材料の中で沈降し、さらに発現強度が低下するおそれがある。また、カルシア改質土の混合を土運船とバックホウ等で行う場合、高含水比の浚渫土では、投入した製鋼スラグが土槽内に沈降し、十分な混合を行うことが困難となる。また、浚渫土を海上施工する場合、浚渫土の水切りが困難なため浚渫土が高含水比のままとなることがあり、かかる高含水比の浚渫土によるカルシア改質土を地盤材料等として使用し、目標強度が設定されている場合には、発現強度の低下は品質管理上の問題となる。

高含水比の浚渫土を仮置きし、表面に浮いた水を除去して含水比を下げる方法もあるが、一定の静置期間が必要となるため施工効率が低下し、このため、大量施工に適用することが困難になってしまう。

また、強度不足を補うために、製鋼スラグの他に高炉スラグ微粉末を浚渫土重量の1～3％添加する方法がある（非特許文献１、附2-11）。しかし、かかる方法は強度を発現しにくい浚渫土や製鋼スラグを使用する場合に有効であるが、高含水比の浚渫土に対する粘性の改善効果は小さく、材料分離の抑制や施工性の改善は期待できない。

一般的なカルシア改質土の製鋼スラグの混合量は20～30vol％であるのに対し、製鋼スラグの混合量を40vol％や50vol％に増やすことにより強度不足を補う方法もある（非特許文献１、附2-7）。しかし、製鋼スラグの容積混合率を増やした場合、製鋼スラグは高アルカリであるため、高含水比の浚渫土と混合した場合、pH緩衝作用のある土粒子の量が減少するため、pHが上昇しやすくなる。このため、人工海水を溶媒としたpH試験方法（非特許文献１、附属書-1～2）での排水基準pH9超過や海域投入時の白色沈殿（水酸化マグネシウム）の発生等の問題が生じてしまう。

特許文献２は、カルシア改質土の強度増進を目的として石膏を添加する方法を開示するが、実施例（表１，表２）における浚渫土の含水比は、1.4×wL、1.3×wLであり、高含水比の浚渫土を対象としたものではない。

本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、高含水比の泥土を改質し、混合した製鋼スラグの材料分離を抑制し発現強度を増大可能な高含水比泥土の改質土の製造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の高含水比泥土の改質土の製造方法は、高含水比の泥土を改質した改質土を製造する方法であって、含水比が2.0～2.9×wLの泥土に対し、吸水性のある添加材料として製紙スラッジ焼却灰を添加し混合する工程と、製鋼スラグを混合する工程と、を有し、前記添加材料の混合工程の後に前記製鋼スラグの混合工程を行う、または、前記添加材料の混合工程と前記製鋼スラグの混合工程とを同時に行い、前記泥土1m ^３に対し前記製紙スラッジ焼却灰を50～100kgの範囲内で添加し、前記改質土の一軸圧縮強さ（材令28日）を30～510ｋN/m^２とする。ただし、wL：前記泥土の液性限界である。

この高含水比泥土の改質土の製造方法によれば、含水比が少なくとも2.0×wLの泥土に、吸水性のある添加材料を添加し混合することで、材料のフロー値を小さくし、混合した製鋼スラグの材料分離を抑制できる。これにより、含水比が少なくとも2.0×wLの高含水比泥土を改質し、発現強度を増大させることができる。

上記高含水比泥土の改質土の製造方法において、前記添加材料は、製紙スラッジ焼却灰であり、この材料を添加することで、高含水比泥土のフロー値を小さくできる。また、この材料は、セメントよりもpHが上昇し難い点でも好ましい。

また、前記泥土と前記製鋼スラグとの混合物に占める前記製鋼スラグの容積混合率が10～30vol％の範囲内となるように前記製鋼スラグを混合することが好ましい。

本発明の高含水比泥土の改質土の製造方法によれば、高含水比の泥土を改質し、混合した製鋼スラグの材料分離を抑制し発現強度を増大させることができる。

本実施形態による高含水比泥土の改質土の製造方法の主要な工程Ｓ０１～Ｓ０４を説明するためのフローチャートである実施例１における改質土の一軸圧縮試験（材令28日）の結果を示すグラフである。実施例１における改質土のフロー試験（混合直後）と一軸圧縮試験（材令28日）の結果を示すグラフである。実施例２において製鋼スラグの混合量を20vol％（ａ）および30vol％（ｂ）とした場合の改質土のフロー試験（混合直後）の結果を示すグラフである。実施例２において製鋼スラグの混合量を20vol％（ａ）および30vol％（ｂ）とした場合の改質土の一軸圧縮試験（材令28日）の結果を示すグラフである。実施例３における添加材料の種類（なし、製紙スラッジ焼却灰、石膏、高分子ポリマー）を変えた場合の改質土のpH（ａ）、フロー値（ｂ）、一軸圧縮強さ（ｃ）の試験結果を示すグラフである。

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。図１は本実施形態による高含水比泥土の改質土の製造方法の主要な工程Ｓ０１～Ｓ０４を説明するためのフローチャートである。

本実施形態による高含水比泥土の改質土の製造方法は、図１のように、高含水比の泥土を改質した改質土を製造するもので、まず、高含水比の泥土を解泥する（Ｓ０１）。ここで、高含水比の泥土とは、泥土の液性限界をwLとすると、含水比が2.0～2.9×wLの範囲内のものをいう。

次に、泥土に製紙スラッジ焼却灰を添加し混合する（Ｓ０２）。この混合方法は、たとえば、土運船内の高含水比の泥土に製紙スラッジ焼却灰を投入しバックホウを用いて混合する。製紙スラッジ焼却灰は、吸水性を有し高含水比の泥土のフロー値を改善し、泥土1m³に対し25～100kgの範囲内で添加する。なお、製紙スラッジ焼却灰の代わりに、同様の吸水性のある石炭灰または石膏を添加してもよい。製紙スラッジ焼却灰、石炭灰および石膏は、セメントよりも材料のpHが上昇し難い点でも好ましい。

次に、泥土に製紙スラッジ焼却灰を添加し混合した材料に製鋼スラグを混合する（Ｓ０３）。この混合方法は、空気圧送船を使用した管中混合やリクレーマ船を使用した落下混合やバックホウによる混合等であってよい。製鋼スラグは、泥土と製鋼スラグとの混合物に占める製鋼スラグの容積混合率が10～30vol％の範囲内となるように混合される。

上述のようにして、高含水比の泥土を改質し、材料のフロー値を小さくし、製鋼スラグの材料分離を抑制するとともに発現強度を増大させた改質土を得る（Ｓ０４）。かかる改質土は、たとえば、埋立材や浅場・干潟の基盤材、藻場造成材、深掘跡の埋戻し材等に使用することができる。

従来、特に浚渫土を海上で施工する場合、浚渫土の水切りが困難なため高含水比のままの浚渫土を使用しなくてはならず、かかる高含水比の浚渫土に製鋼スラグを混合してカルシア改質土とする際の有効な固化対策手段がなかった。これに対し、本実施形態によれば、浚渫土に製鋼スラグを混合する前、または同時に製紙スラッジ焼却灰等の添加材料を添加し混合することにより、従来のカルシア改質土では固化が困難であった高含水比の浚渫土の処理が可能となる。

また、高含水比の泥土に製紙スラッジ焼却灰等の添加材料と製鋼スラグとを混合することにより、フロー値の改善（混合作業の施工性の改善）と強度増加を実現できる。

また、高含水比の泥土に製紙スラッジ焼却灰等を単独で使用して改質する場合、200～300kg/m³程度の添加量が必要であるが、製鋼スラグの混合前に製紙スラッジ焼却灰等を添加する場合、50kg/m³程度の添加量ですむ。また、製紙スラッジ焼却灰等の添加により、pHの顕著な上昇や重金属等の溶出量の増加は生じない。

なお、製紙スラッジ焼却灰とは、製紙産業において産業廃棄物として発生するペーパースラッジ（PS）を減容化のため焼却した際に生じる焼却灰をいい、PS灰などとも呼ばれ、以下では、「PS灰」とする場合がある。また、石炭灰とは、火力発電所等で石炭を燃焼させたときに生じる産業廃棄物で、フライアッシュやクリンカアッシュ等がある。本実施形態における添加材料として、製紙スラッジ焼却灰や石炭灰を用いることで、産業廃棄物の有効利用を図ることができる。

なお、泥土に対する製鋼スラグの容積混合率α(vol％)については、泥土の容積Vsと製鋼スラグの実容積Vc（空隙を除く容積）とにより次の式で求める。
α＝｛Vc／(Vc＋Vs)｝×100

次に、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。

（実施例１）
泥土（含水比2.0×wL、液性限界wL＝91.3％）に対し、添加材料として製紙スラッジ焼却灰（PS灰）を0kg/m³、50kg/m³、100kg/m³（泥土1m³に対し）、製鋼スラグ（最大粒径10mm）を10、20、30vol％となるように混合した材料について、フロー試験（NEXCO試験方法試験法 313）および一軸圧縮試験（JIS A1216：2009）を実施した。

実施例１における製鋼スラグの混合量を10vol％、20vol％、30vol％としてPS灰の添加量を変化させた場合（材令28日）の一軸圧縮試験の結果を図２に示す。図２から、いずれの製鋼スラグ混合量においてもPS灰の添加量が増えるに従って、一軸圧縮強さが増加することがわかる。なお、製鋼スラグの混合量10vol％でPS灰の添加量0kg/m³の材料は、固化せずに測定不能であった。

実施例１における製鋼スラグの混合量を30vol％とし、PS灰の添加量を0kg/m³、50kg/m³、100kg/m³とした場合の混合直後のフロー試験の結果と28日養生後の一軸圧縮試験（材令28日）の結果を図３に示す。図３から製鋼スラグに加えてPS灰を添加することにより、フロー値が低下する一方で一軸圧縮強さは大きく増加することがわかる。

（実施例２）
泥土（液性限界wL＝76.7％）の含水比を2.3×wL、2.6×wL、2.9×wLと変化させた各泥土に対し、添加材料として製紙スラッジ焼却灰（PS灰）を0kg/m³、25kg/m³、50kg/m³、100kg/m³（泥土1m³に対し）、製鋼スラグ（最大粒径25mm）を20vol％、30vol％となるように混合した材料について、人工海水を溶媒としたpH試験（鉄連法）、フロー試験（NEXCO試験方法試験法 313）および一軸圧縮試験（JIS A1216：2009）を実施した。また、添加材料として石膏と高分子ポリマーの添加効果を確認した。

実施例２において、含水比を2.3×wL、2.6×wL、2.9×wLとした各泥土と製鋼スラグの混合物に占める製鋼スラグの混合量を20vol％、30vol％とし、PS灰の添加量を0kg/m³、25kg/m³、50kg/m³、100kg/m³とした場合の混合直後のフロー試験の結果を図４（ａ）（ｂ）に示し、28日養生後の一軸圧縮試験（材令28日）の結果を図５（ａ）（ｂ）に示す。図４，図５から、実施例１よりも高含水比の各泥土に対し、PS灰を添加することによりフロー値が低下する傾向があること、材令28日の一軸圧縮強さが増加することを確認できる。

なお、材料の用途によって必要強度は異なるが、室内配合強度をたとえば、一軸圧縮強さで100kN/m²とした場合、泥土の含水比が2.9×wL、製鋼スラグの混合量が30vol％の条件では、図５（ｂ）からPS灰25kg/m³以上の添加量が必要となることがわかる。

また、添加材料の種類（なし、製紙スラッジ焼却灰（PS灰）、石膏、高分子ポリマー）を変えた場合のpH、フロー値、一軸圧縮強さ（材令28日）の各試験結果を図６（ａ）～（ｃ）に示す。図６（ａ）から泥土に製鋼スラグを30vol％となるように混合した場合（添加材料なし）と比較して、PS灰、石膏、高分子ポリマーを添加材料としたいずれの材料ともにpHに大きな変化は生じなかったことがわかる。なお、比較のために実施した製鋼スラグの混合量を50vol％に増やした材料ではpHが大きく増加して排水基準のpH9.0を超過した。

また、図６（ｂ）（ｃ）から、添加材料の種類により効果の程度は異なるが、添加材料の添加によりフロー値が低下すること、一軸圧縮強さが増加することを確認できる。

（実施例３）
本実施形態による改質土を埋立材として使用することを想定し、泥土と代表的な配合条件の材料について、重金属等の溶出試験を実施し、土壌溶出量基準との比較を行った。実施例２の含水比2.6×wLの泥土、この泥土に対し、製鋼スラグ30vol％を混合した材料、および、製紙スラッジ焼却灰（PS灰）50kg/m³を添加し製鋼スラグ30vol％を混合した材料についての重金属等の溶出試験結果を表１に示す。表１の結果から、含水比2.6×wLの泥土に対し、製鋼スラグを30vol％混合した材料、PS灰50kg/m³を添加し製鋼スラグ30vol％を混合した材料について、重金属等の溶出量の顕著な増加は認められず、土壌溶出量基準以下であったことがわかる。

以上のように本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。たとえば、図１の工程Ｓ０２における添加材料として、セメントよりも材料のpHが上昇し難く粘性増加作用のある高分子ポリマーを用いてもよく、その添加量は、泥土1m³に対し0.1～1.0kgの範囲内が好ましい。

また、混合ミキサーを使用して高含水比泥土の改質土の製造を行う場合には、製紙スラッジ焼却灰を添加し混合する工程（Ｓ０２）と、製鋼スラグを混合する工程（Ｓ０３）とを同時に行うようにしてもよい。

本発明の高含水比泥土の改質土の製造方法によれば、従来のカルシア改質土では不可能であった高含水比の泥土を効果的に改質でき、混合した製鋼スラグの材料分離を抑制し発現強度を増大させることができるので、高含水比の浚渫土等を改質した改質土を埋立材や浅場・干潟の基盤材、藻場造成材、深掘跡の埋戻し材等として有効利用することができる。

Claims

高含水比の泥土を改質した改質土を製造する方法であって、
含水比が2.0～2.9×wLの泥土に対し、吸水性のある添加材料として製紙スラッジ焼却灰を添加し混合する工程と、製鋼スラグを混合する工程と、を有し、
前記添加材料の混合工程の後に前記製鋼スラグの混合工程を行う、または、前記添加材料の混合工程と前記製鋼スラグの混合工程とを同時に行い、
前記泥土1m ^３に対し前記製紙スラッジ焼却灰を50～100kgの範囲内で添加し、
前記改質土の一軸圧縮強さ（材令28日）を30～510ｋN/m^２とする、高含水比泥土の改質土の製造方法。ただし、wL：前記泥土の液性限界
前記泥土と前記製鋼スラグとの混合物に占める前記製鋼スラグの容積混合率が10～30vol％の範囲内となるように前記製鋼スラグを混合する請求項１に記載の高含水比泥土の改質土の製造方法。