JP2001254078A - 含水土壌の固化処理剤及び含水土壌の固化処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 取り扱いが容易で、かつ土壌への分散性の良
い土壌改良剤の提供。 【解決手段】 イオン性高分子分散剤を共存させたアニ
オン性水溶性高分子の水系媒体中分散液からなる含水土
壌の固化処理剤。上記分散剤は、カチオン性あるいはア
ニオン性高分子のいずれも使用可能である。上記固化処
理剤は、（メタ）アクリル酸５〜１００モル％とアクリ
ルアミド０〜９５モル％との単量体混合物をイオン性高
分子分散剤共存下の塩水溶液中で分散重合させて得られ
る。上記固化処理剤と含水土壌とを混練し、埋めもどし
可能な土壌とすることを特徴とする含水土壌の固化処理
方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、含水土壌の固化処
理剤及び含水土壌の固化処理方法に関するものであり、
イオン性高分子分散剤を共存させたアニオン性水溶性高
分子の水系媒体中分散液からなる含水土壌の固化処理剤
に関する。

【０００２】

【従来の技術】場所打杭工法や泥水シ−ルド工法等を採
用した掘削工事に伴う建設廃材の処理においては、掘削
孔に掘削泥水を供給することにより、掘削時に発生する
発生土を該掘削泥水とともに外部に排出している。上記
の発生土は土砂が分離され、工事現場の切り盛り等に再
利用されるため、廃棄物処理法に定める産業廃棄物には
該当しない。しかし、泥状の状態、より詳しくは、粘土
とともに水を多量に含んだスラリ−状をゆうし流動性を
呈する掘削泥水は、標準仕様ダンプトラックには山積が
できず、、例えばその上を人が歩けない状態を呈してい
る。したがって、上記の掘削泥水は、そのままでは埋め
戻し材料等に使用することができず廃棄物処理法に則っ
た産業廃棄物として処理しなければならない。このた
め、上記の掘削泥水は運搬等が行えるよう脱水プレスす
る等して固液分離を行った後、必要に応じて、脱水ケ−
キ等として得られる汚泥、即ち含水土壌に、セメントや
重合体等が混合されて固化（改良）される。そして、こ
れらの改良方法により改良された含水土壌は、例えば埋
め立て処分場等の所定の廃棄場所に廃棄されるか、ある
いは掘削孔の埋め戻しが必要な土木工事においては、改
良された含水土壌を掘削孔に注入することが行われてい
る。

【０００３】このような重合体を添加する改良方法とし
て、特開平１−１７６４９９号公報、特開平１１−３２
３３３３号公報、特開平１１−３２３３３２号公報が提
案されている。また、アルカリ性物質と重合体を併用す
る方法として特開平１１−１０１９７号公報が開示され
ている。さらに、掘削泥水に分散性が良いという処方が
特開平１０−３１６９６８号公報に開示されているが、
重合体の分子量がやや低く改質剤としての性能が十分で
はなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、取り
扱いが容易で、重合度的にも十分で高性能であるうえ泥
水中への分散性の良い土壌改良剤を提供することであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決するため鋭意検討を行った結果、特定の形態を有し
溶解液の粘性が非常に低い高分子分散液からなるアニオ
ン性水溶性重合体を用いることにより課題を達成できる
ことがわかり、本発明に到達した。すなわち本発明の請
求項１の発明は、イオン性高分子分散剤を共存させたア
ニオン性水溶性高分子の水系媒体中分散液からなる含水
土壌の固化処理剤である。

【０００６】請求項２の発明は、アニオン性水溶性高分
子が（メタ）アクリル酸を含有する単量体の共重合物で
あることを特徴とする請求項１に記載の含水土壌の固化
処理剤である。

【０００７】請求項３の発明は、アニオン性水溶性高分
子が（メタ）アクリル酸５〜１００モル％とアクリルア
ミド０〜９５モル％との単量体混合物をイオン性高分子
分散剤共存下の塩水溶液中で分散重合させた高分子分散
液からなることを特徴とする請求項１あるいは２に記載
の含水土壌の固化処理剤である。

【０００８】請求項４の発明は、イオン性高分子分散剤
がカチオン性であることを特徴とする請求項１〜３のい
ずれかに記載の含水土壌の固化処理剤である。

【０００９】請求項５の発明は、イオン性高分子分散剤
がアニオン性であることを特徴とする請求項１〜３のい
ずれかに記載の含水土壌の固化処理剤である。

【００１０】請求項６の発明は、イオン性高分子分散剤
のイオン当量が１．５〜１５ｍｅｑ／ｇであることを特
徴とする請求項１〜５に記載含水土壌の固化処理剤であ
る。

【００１１】請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれ
かに記載のアニオン性水溶性高分子からなる含水土壌の
固化処理剤を含水比２０〜２００％の含水土壌に、該含
水土壌１m３あたり０．１〜５Ｋｇを混練し、埋め戻し
可能な土壌とすることを特徴とする含水土壌の固化処理
方法である。

【００１２】請求項８の発明は、請求項１〜６のいずれ
かに記載のアニオン性水溶性高分子を石灰及び／または
セメントと併用して含水土壌に添加、混練し、埋め戻し
可能な土壌とすることを特徴とする含水土壌の固化処理
方法である。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明で使用するアニオン性水溶
性高分子は、原料として使用する（メタ）アクリル酸の
１０〜２０モル％を中和し、アクリルアミド２−メチル
プロパンスルホン酸及び／またはその塩の（共）重合体
などの共存下、攪拌しながら重合することにより製造で
きる。カチオン性水溶性高分子を重合する場合は、単量
体水溶液温度を３０〜３５℃に設定し、溶液濃度２０〜
３５重量％で、２、２−アゾビス［２−（５−メチル−
２−イミダゾリン−２−イル）プロパン］ニ塩化水素化
物などを体単量体当たり５０〜１５０ｐｐｍ添加し、重
合を開始することができる。しかし、（メタ）アクリル
酸／アクリルアミドの場合、この条件で開始させると重
合の制御は難しく、急激な温度上昇や重合液の塊状化な
どが起きて、高重合度で安定な分散液は生成しない。そ
のため本発明では、開始温度を５〜３５℃、好ましくは
１０〜３０℃に設定し、低温でも開始可能なレドックス
系開始剤を使用する。この開始剤の添加量は、対単量体
当たり５〜３０ｐｐｍ、好ましくは５〜１５ｐｐｍ添加
する。通常単量体濃度が低い場合、この開始剤添加量と
温度では、重合は開始しない。しかし、本発明では、塩
水溶液中の分散重合法を用いるので単量体濃度は２０〜
３５重量％であり、比較的高濃度のため開始するものと
推定される。しかし、添加量レベルが低いため一度の添
加では、重合率がきわめて低くなる。そのため数度に分
けて添加する。添加回数としては、３〜６回、好ましく
は３〜５回である。レドックス系開始剤としては、酸化
性物質と還元性物質を組み合わせる。酸化性物質の例と
しては、ペルオクソニ硫酸アンモニウム、ペルオクソニ
硫酸カリウム、過酸化水素などであり、還元性物質の例
としては、亜硫酸ナトリウム、亜硫酸水素ナトリウム、
硫酸第一鉄、チオ硫酸ナトリウム、シュウ酸ナトリウ
ム、トリエタノ−ルアミンあるいはテトラメチルエチレ
ンジアミンなどであるが、このうちペルオクソニ硫酸ア
ンモニウムと亜硫酸水素ナトリウムの組み合わせが最も
好ましい。このようにして、比較的低温で、開始剤の添
加量レベルを低く抑えることにより、重合速度を制御し
高重合度で安定した高分子分散液を製造することができ
る。このようにして製造したアニオン性水溶性高分子の
分子量は、通常５００万以上であり、条件を選択するこ
とにより、５００万〜１５００万のものが生成し、凝集
剤として十分使用に耐えるものである。

【００１４】使用するアニオン性単量体としては、メタ
クリル酸やアクリル酸である。さらにこの高分子分散液
からなるアニオン性水溶性高分子は、他の非イオン性の
単量体との共重合体でも良い。例えば（メタ）アクリル
アミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、酢酸ビニ
ル、アクリロニトリル、アクリル酸メチル、（メタ）ア
クリル酸２−ヒドロキシエチル、ジアセトンアクリルア
ミド、Ｎ−ビニルピロリドン、Ｎ−ビニルホルムアミ
ド、Ｎ−ビニルアセトアミドなどがあげられ、これら一
種または二種以上との共重合が可能である。最も好まし
い組み合わせとしては、アクリル酸とアクリルアミドで
ある。高分子分散液を構成する高分子中の（メタ）アク
リル酸のモル比としては、５〜１００モル％であるが、
１０〜１００モル％がより好ましい。

【００１５】分散剤は、カチオン性あるいはアニオン性
高分子のいずれでも使用可能である。カチオン性高分子
としては、カチオン性単量体である（メタ）アクリロイ
ルオキシエチルトリメチルアンモニウム塩化物、ジメチ
ルジアリルアンモニウム塩化物などが使用可能だが、こ
れらカチオン性単量体と非イオン性単量体との共重合体
も使用可能である。非イオン性単量体の例としては、ア
クリルアミド、Ｎ−ビニルホルムアミド、、Ｎ−ビニル
アセトアミド、Ｎ−ビニルピロリドン、Ｎ、Ｎ−ジメチ
ルアクリルアミド、アクリロニトリル、ジアセトンアク
リルアミド、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレ−
トのなどであるが、アクリルアミドとの共重合体が好ま
しい。

【００１６】さらにまた、アクリルアミド２−メチルプ
ロパンスルホン酸（塩）やスチレンスルホン酸（塩）な
どのアニオン性単量体の（共）重合体からなるアニオン
性高分子も使用可能である。これらアニオン性単量体の
例としては、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸な
どである。さらに非イオン性の単量体であるアクリルア
ミド、Ｎ−ビニルホルムアミド、、Ｎ−ビニルアセトア
ミド、Ｎ−ビニルピロリドン、Ｎ、Ｎ−ジメチルアクリ
ルアミド、アクリロニトリル、ジアセトンアクリルアミ
ド、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレ−トのなど
との共重合体も使用可能であるが、最も好ましい組み合
わせは、（メタ）アクリル酸とアクリルアミド２−メチ
ルプロパンスルホン酸である。

【００１７】単量体に対する分散剤の添加量としては、
単量対当たり１重量％〜１０重量％である。１重量％未
満では、分散剤としての効果が十分に発現せず、１０重
量％以上では不経済であり、また分散剤が過度に高分子
分散液に混入しくるためすでに本発明の用途には適さな
くなる。従って、好ましくは１重量％〜６重量％であ
り、特に好ましくは１．５重量％〜５重量％である。

【００１８】使用する塩類としては、ナトリウムやカリ
ウムのようなアルカリ金属イオンやアンモニウムイオン
とハロゲン化物イオン、硫酸イオン、硝酸イオン、リン
酸イオンなどとの塩であるが、多価陰イオンとの塩がよ
り好ましい。これら塩類の塩濃度としては、７重量％〜
飽和濃度まで使用できる。

【００１９】本発明で使用する分散重合法により製造さ
れた分散液からなるアニオン性水溶性高分子は、水溶液
重合法、油中水型エマルジョン重合法、油中水型分散重
合法により製造されたアニオン性高分子に較べ、水に溶
解した場合の見かけ粘度が非常に低い。たとえば、アク
リル酸ナトリウムとアクリルアミドを３０／７０のモル
比で含有する共重合体の場合、分子量約１２００万で
０．２重量％の水溶液の粘度は、水溶液重合法、油中水
型エマルジョン重合法、油中水型分散重合法による重合
物では、４００〜８００ｍＰａ・ｓであるのに対し、本
発明で使用する分散重合法により製造された分散液から
なるアニオン性水溶性高分子は、２０〜１００ｍＰａ・
ｓである。これは重合時共存させる無機塩類の影響もあ
る。また、重合時使用する単量体の酸のうち１０〜２０
モル％を中和するのみであることも一因である。しかし
これらの影響を差し引いても、これだけでは説明できな
い。この現象は、塩水溶液中で生成した高分子を析出さ
せながら重合していることも原因していると推定される
が、詳細な機構は未解明である。そのため、見かけ粘度
が低いということは、水を混合し希釈溶液とした場合で
も耕地などへの散布時、取り扱いが良く、散布状態も良
好であり、さらに土壌中に分散が良く、また土壌中での
拡散が良いことを意味する。

【００２０】本発明の含水土壌の固化処理剤によって、
通常汚泥として廃棄される含水土壌を、トラックで運搬
することが可能であり、例えば人がその上を歩ける状態
に改良された固化物、より好ましくは、十分な強度並び
に所定の粒子径を有する粒子状に細粒化された固化物に
改良することが出来る。これにより改良後の含水土壌
を、例えば砂の代替品として埋め戻しや農園芸用等に有
効に活用することが出来る。また、改良後の含水土壌を
粒状固化物にすれば、地面に埋め戻した際の通水性を向
上させることができ、より広い範囲での含水土壌の再利
用が可能となる。これにより、環境保全、省資源、及び
廃棄場所の延命を図ることができるとともに、含水土壌
の処分費を低減することが出来る。

【００２１】上記含水土壌としては、地中連続へ着工
法、泥水シ−ルド工法等を採用した掘削工事での掘削時
に発生する土を、土砂と泥水に分離し、該泥水を脱水プ
レスする等して固液分離した後脱水ケ−キ等として得ら
れる汚泥、あるいは建設作業に伴って発生する泥水を沈
殿槽に静置し、沈殿として得られる汚泥、さらに掘削残
土、軟弱残土、採石場並びに砕石場にて発生する含水石
粉の汚泥等が挙げられる。

【００２２】本発明の含水土壌の固化処理剤を含水土壌
中に混合する装置としては、例えば、水平軸型混合機や
垂直型混合機が挙げられる。そして、水平軸型混合機と
しては、例えば一軸および複数軸パドル型混合機が好ま
しい。垂直型混合機トしては、例えばパンミキサ型混合
機が好ましく、遊星型混合機がより好ましく、さらに該
遊星型混合機のうちソイルミキサ、モリタルミキサ、お
よびアイリッヒ混合機がさらに好ましい。上記の混合機
を用いて含水土壌と固化処理剤とを混合するとともに攪
拌機によって生ずるせん断力を用いることにより、混合
物を粒子径が０．１〜５０ｍｍの範囲に細粒化すること
が出来る。尚、含水土壌と固化処理剤との混合方法は特
に限定されるものではない。

【００２３】本発明の含水土壌の固化処理方法は、得ら
れた改良土に水硬化静物質を添加して混合することが出
来る。上記水硬化静物質としては、水中で硬化が進行す
る物質であれば良く、石灰及び／又はセメントである。
石灰としては、消石灰あるいは生石灰である。又、セメ
ントとしては、公知の各種セメントを採用することが出
来る。該セメントは、普通ポルトランドセメント、早強
ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、
高炉セメント、アルミナセメント、カルシウムセメン
ト、フライアッシュセメント等が挙げられるが特に限定
はされない。

【００２４】

【実施例】以下本発明を実施例及び比較例により具体的
に説明するが、本発明はこれら実施例によって限定され
るものではない。

【００２５】（合成例１）攪拌機、還流冷却管、温度計
および窒素導入管を備えた４つ口５００ｍｌセパラブル
フラスコに脱イオン水：１０７．７ｇ、硫酸アンモニウ
ム２６．８ｇ、硫酸ナトリウム１７．９ｇ、６０％アク
リル酸：３２．７ｇ、５０％アクリルアミド：９０．３
ｇを加え、３０重量％の水酸化ナトリウム５．８ｇによ
りアクリル酸の１６モル％を中和した。また１５重量％
のメタクリル酸／アクリルアミド２-メチルプロパンス
ルホン酸＝３／７（モル比、酸の９０モル％を中和）共
重合体水溶液（溶液粘度４２、６００ｍＰａ・ｓ）１
８．９ｇを添加した。その後、攪拌しながら窒素導入管
より窒素を導入し溶存酸素の除去を行う。この間恒温水
槽により３０℃に内部温度を調整する。窒素導入３０分
後、０．１重量％のペルオキソニ硫酸アンモニウム及び
亜硫酸水素アンモニウムの０．１重量％水溶液をそれぞ
れこの順で０．６ｇ添加し重合を開始させた。重合開始
後３時間たったところで前記開始剤をそれぞれ同量追加
し、さらに６時間後にそれぞれ３．０ｇ追加し１５時間
で反応を終了した。この試作品を試作−１とする。この
試作−１のアクリル酸とアクリルアミドのモル比は３
０：７０であり、粘度は２００ｍＰａ・ｓであった。な
お、顕微鏡観察の結果、５〜３５μｍの粒子であること
が判明した。また、静的光散乱法による分子量測定機
（大塚電子製ＤＬＳ−７０００）によって重量平均分子
量を測定した。結果を表１に示す

【００２６】（合成例２）高分子分散剤をアクリロイル
オキシエチルトリメチルアンモニウム塩化物ホモ重合体
（２０重量％粘度８３００ｍＰａ・ｓ、２５℃）に代え
た他は、合成例１と同様にアクリル酸とアクリルアミド
のモル比１０：９０の試作−２を合成した。この試作品
の粘度は２５０ｍＰａ・ｓであった。なお、顕微鏡観察
の結果、１０〜３０μｍの粒子であることが判明した。
また、合成例−１と同様に分子量を測定した。結果を表
１に示す。

【００２７】（合成例３）合成例１と同様にアクリル酸
とアクリルアミドのモル比５０：５０の試作−３を合成
した。この試作品の粘度は１３０ｍＰａ・ｓであった。
なお、顕微鏡観察の結果、５〜２０μｍの粒子であるこ
とが判明した。また、合成例−１と同様に分子量を測定
した。結果を表１に示す。

【００２８】（合成例４）合成例１と同様にアクリル酸
とアクリルアミドのモル比７０：３０の試作−４を合成
した。この試作品の粘度は１３０ｍＰａ・ｓであった。
なお、顕微鏡観察の結果、５〜２０μｍの粒子であるこ
とが判明した。また、合成例−１と同様に分子量を測定
した。結果を表１に示す。

【００２９】

【実施例１〜４】含水比１５６％の粘土質含水土壌を、
２軸パドルを備えたミキサ−の一端より投入しポンプま
たはフィ−ダ−により各試料及び生石灰を逐次添加混練
し他端より排出し改質を行った。薬剤添加量は含水土壌
１ｍ３当たりのＫｇ数で表１に示す。試験サンプルとし
て改質土の一部を採り、目視により改質土のけ以上確認
の後、水分が飛ばないように密封して６日間養生した。
該改質土をＪＩＳ Ａ１２１０（付き固めによる土の締
め固め試験方法）に従い、内径１５ｃｍのモ−ルドに改
質土を３層に分けて、各々４．５Ｋｇのランマで９２回
つき固めて、つき固め試験を行った。次ぎにＪＩＳ Ａ
１２１１（ＣＢＲ試験方法）に従い、浸水膨張試験の準
備を行い、４日間水槽に浸漬して膨張量を追跡した。本
発明実施例のサンプルにおける浸水膨張量はすべて１％
以下であった。さらに、水槽より取り出して水を取り除
き１５分後に所定の測定を行った後ＣＢＲ試験機により
加重−貫入量曲線を求め、貫入量２．５ｍｍにおける荷
重すなわち貫入強度を測定した。結果は表２に示す。

【００３０】

【比較例１〜２】実施例１〜４と同様に試験を行った。
この場合は、土壌改良剤を添加しない場合、また表１の
比較品、アニオン性水溶性高分子の水溶液タイプ（比較
−１、アクリル酸／アクリルアミドモル比＝３０／７
０、原液粘度８．２万ｍＰａ・ｓ、７．０重量％溶
液）、マルジョンタイプ（比較−２、アクリル酸／アク
リルアミドモル比＝３０／７０、原液粘度３５６ｍＰａ
・ｓ、３０重量％分散液）についても同様な操作を行い
試験した。結果を表２に示す。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 イオン性高分子分散剤を共存させたアニ
   オン性水溶性高分子の水系媒体中分散液からなる含水土
   壌の固化処理剤。
2. 【請求項２】 アニオン性水溶性高分子が（メタ）アク
   リル酸を含有する単量体の共重合物であることを特徴と
   する請求項１に記載の含水土壌の固化処理剤。
3. 【請求項３】 アニオン性水溶性高分子が（メタ）アク
   リル酸５〜１００モル％とアクリルアミド０〜９５モル
   ％との単量体混合物をイオン性高分子分散剤共存下の塩
   水溶液中で分散重合させた高分子分散液からなることを
   特徴とする請求項１あるいは２に記載の含水土壌の固化
   処理剤。
4. 【請求項４】 イオン性高分子分散剤がカチオン性であ
   ることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の含
   水土壌の固化処理剤。
5. 【請求項５】 イオン性高分子分散剤がアニオン性であ
   ることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の含
   水土壌の固化処理剤。
6. 【請求項６】 イオン性高分子分散剤のイオン当量が
   １．５〜１５ｍｅｑ／ｇであることを特徴とする請求項
   １〜５に記載含水土壌の固化処理剤。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれかに記載のアニオ
   ン性水溶性高分子からなる含水土壌の固化処理剤を含水
   比２０〜２００％の含水土壌に、該含水土壌１m３あた
   り０．１〜５Ｋｇを混練し、埋め戻し可能な土壌とする
   ことを特徴とする含水土壌の固化処理方法。
8. 【請求項８】 請求項１〜６のいずれかに記載のアニオ
   ン性水溶性高分子に石灰及び／またはセメントを併用し
   て含水土壌に添加、混練し、埋め戻し可能な土壌とする
   ことを特徴とする含水土壌の固化処理方法。