JP4663999B2 - 土壌中性固化材及び土壌中性固化改良法 - Google Patents

Description

本発明は、土壌を固化する固化材及び土壌を固化する改良法に関し、詳細には、土壌を中性化して固化する固化材及び土壌を中性化して固化する改良法に関する。

建設泥土や湖沼河川の浚渫泥土などの軟弱な土壌は、従来、産業廃棄物として処理されていたが、近年、環境保全や処分コストの低減化などの観点より、固化材を用いて固化処理された改良土を、水田の嵩上げ、法面補強材、埋立用土壌などとして有効に活用することがなされている。しかし、石灰系固化材やセメント系固化材で製造される改良土は、アルカリ性が強くなるため、植生に不向きなど用途に大きな制約があった。そのため、従来、石灰系固化材やセメント系固化材で製造される改良土には中性化の工夫がなされている。このようなものとして、建設泥土、浚渫泥土等の排泥にセメント系材料又は石灰系材料を主成分とする固化材が添加されてなる処理土を撹拌しながら該処理土に所定の薬剤を添加して前記処理土の土粒子又は土壌の表面に結晶被膜を形成してなることを特徴とする改良土（特許文献１参照）の提案がある。一方、従来、土壌をアルカリ化しない石膏系固化材がある。このようなものとして、半水石膏７０〜９０重量％と高炉スラグ１０〜３０重量％とからなる中性固化材（特許文献２参照）、固化材全体を１００重量部としたとき、７〜６５重量部のアルミナセメントと、２〜３０重量部の硫酸アルミニウムまたは硫酸鉄と、残部が石膏からなり、石膏含有量が２０重量部以上である含水土壌用固化材（特許文献３参照）の提案がある。

しかし、特許文献１に記載される改良土は、排泥に固化材を添加して一旦処理土を製造し、次いで薬剤でアルカリ性の処理土を中和するという二つの工程が必要なため作業が煩雑で、人的面、コスト面あるいは工期面で負担があるという問題があった。また、特許文献２及び特許文献３に記載の石膏系固化材は、改良土をアルカリ性にしないという利点はあるものの、石膏による固化は経時変化や雨水等により強度低下や再泥化を招きやすいことや、環境に悪影響を及ぼすほどの大量の添加が必要となるという問題があった。さらに、特許文献３に記載のようにセメントを固化成分として含む固化材やセメント系固化材は、近年、有害物質の六価クロムの土壌中への溶出を考慮し、その使用が避けられるようになっている。したがって、土壌を中性化して固化できる石灰系固化材が望まれていた。
特開２００３−５５９４８号公報 特開平０９−２６３７５８号公報 特開平１０−２７３６６３号公報

本発明は、上記の事情に鑑みなされたもので、簡単な作業で土壌を中性化して固化する石灰系固化材を提供することを課題とする。また、本発明は優先的に土壌の固化を促進し、土壌を中性化する石灰系固化材を提供することを課題とする。さらに、本発明は簡単な作業で土壌を中性化して固化する改良法を提供することを課題とする。

本発明者は、上記の課題を解決するために検討を重ね、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、生石灰と、土壌を中性化する固体状の中和剤の過リン酸石灰又は重過リン酸石灰と、乾燥土、高炉スラグ、焼却灰、シリカゲル、煉瓦の粉砕物、セメントとからなる群から選ばれた１以上の固化助剤と、石膏とからなり、生石灰と中和剤を合わせた重量が全体重量の５０％以上で、残部が固化助剤及び石膏である土壌中性固化材を要旨とする。ここで、中性とは略中性をも含む。

上記の発明において、中和剤の添加量を生石灰１００重量部に対して１００〜２００重量部としても良い。このような中和剤を粒状のものとしても良い。ここに、固化助剤とは、シリカ（ＳｉＯ_２）及び／又はアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を供給することにより生石灰による固化反応を補完、促進する物質をいう。

上記のいずれかの土壌中性固化剤で土壌を処理する土壌中性固化改良法を要旨とする。

上記のいずれかの土壌中性固化剤で土壌を処理し、該処理土壌を空気又は二酸化炭素と接触させる土壌中性固化改良法を要旨とする。この発明において、処理土壌を撹拌しながら空気又は二酸化炭素と接触させても良い。

本発明の土壌中性固化材は、土壌に添加して混和するという簡単な作業のみで土壌を中性化して固化できるので、人的面、コスト面あるいは工期面で有利である。また、本発明の土壌中性固化材は、土壌の固化を優先的に進行させて土壌を中性化するので、改良土の強度を十分に確保して中性化させることができる。さらに、本発明の土壌中性固化改良法は、簡単な作業のみで土壌を中性化して固化できる。

生石灰は、市販されるものを特に制限なく用いることができるが、生石灰の水和反応で生成する水酸化カルシウムが寄与する土壌の固化反応を促進し、また、土壌の中和反応を促進するためには、微粉末状のものが好ましく、１００メッシュ以下がより好ましい。

中和剤は、固体状であるため、固化材として土壌に混和後に水酸化カルシウムを中和できる。中和剤を生石灰と混合すると同時に水酸化カルシウムの中和反応が進行すると、水酸化カルシウムが土壌中のアルミナ、石膏、水と反応するエトリンガイト反応や水酸化カルシウムが土壌中のシリカ、アルミナと反応するポゾラン反応の進行が不十分となり、ひいては改良土の土粒子間の固結が不十分となり、強度発現が低減するからである。このような中和剤としては、固体状の酸、水溶液中で酸性となる塩が挙げられる。また、これらの中でも過リン酸石灰、重過リン酸石灰又は硫酸アルミニウムが好ましく、これらのいずれか１以上を併用することもできる。過リン酸石灰、重過リン酸石灰又は硫酸アルミニウムは、１週間〜１ヶ月かけて中和反応が起こるため、改良土の強度発現に影響が少ないからである。

過リン酸石灰、重過リン酸石灰又は硫酸アルミニウムの添加量は、土壌中性固化材により固化された改良土の養生期間を考慮して増減できるが、通常、生石灰１００重量部に対して１００〜２００重量部が好ましい。１００重量部より少ないと十分な中和反応を行えなくなるおそれがあり、また、２００重量部より多いと環境への負荷が大きくなるからである。

中和剤は、土壌に混和後、叙述のエトリンガイト反応やポゾラン反応がある程度進行するまで中和反応を遅延するよう制御するものが好ましい。生石灰による土壌の固化は、アルカリ性雰囲気の早い段階でエトリンガイト反応が進行し、経時的にポゾラン反応が進行することにより行われるため、中和反応が早期に進行するのは好ましくないからである。 この中和剤は、土壌の固化反応を優先的に進行させ、他方、土壌のアルカリ化の原因となる固化反応にあずからない余剰の水酸化カルシウムを中和し、ひいては土壌中性固化材の添加量の低減化により環境への負荷の低減化ができるからである。このような中和剤としては、粒状の中和剤が好ましい。粉状の中和剤は、表面積が大きく、固化反応に寄与すべき水酸化カルシウムをも中和してしまうことがあるのに対し、粒状の中和剤は表面積が粉状のものより小さく、中和反応が徐々に進行するからである。粒状の中和剤の平均粒径は、１ｍｍ以上が好ましい。平均粒径が１ｍｍより小さいと、中和反応を十分に制御できないからである。なお、改良土の養生に時間的余裕がない場合、より微粉末の中和剤を用いれば、固化材の使用量は小過剰となるものの、改良土の中性化を早期に行える。

本発明の土壌中性固化材は、固化助剤及び石膏を含ませることができる。このような固化助剤として、乾燥土、高炉スラグ、焼却灰、シリカゲル、煉瓦の粉砕物、セメントからなる群から選ばれた１以上を挙げることができる。乾燥土は、さば目土などの一般的な乾燥土、乾燥粘土（カオリナイト、パイロフィライト、陶石、セリサイト、頁岩、泥岩、テラロッサ、ロームなど）、キラ粘土、石灰石や砕石を採掘した際の微細粘土（水洗ケーキの乾燥物）、軽石の粉砕物などを例示できる。高炉スラグは、急冷スラグ、水砕スラグ、徐冷スラグなどを例示できる。焼却灰は、下水汚泥焼却灰、製油時に発生する大豆粕の焼却灰、製紙スラッジ焼却灰、浚渫汚泥やその他の廃棄物の焼却灰、フライアッシュ、クリンカアッシュなどを例示できる。これらの中でも、乾燥粘土、焼却灰あるいは高炉スラグが好ましい。また、セメントは六価クロムの含有、溶出の危険性があり使用を回避するのが好ましい。また、石膏は無水石膏が好ましい。石膏の水和物は、土壌中性固化材の他の成分と混ぜた段階で生石灰の水和反応を開始してしまうからである。固化助剤及び石膏の割合は、生石灰と中和剤を合わせた重量を全体重量の５０％以上とした場合の残部とするのが好ましい。生石灰と中和剤を合わせた重量を全体重量の５０％以上としないと、土壌の固化と中和がバランス良くできなくなるからである。

上記で説明した生石灰、中和剤、固化助剤、石膏などをミキサー等の公知の混合用機器を用いて均等に混合し、本発明の土壌中性化固化材を調製できる。

次いで、本発明の土壌中性固化改良法について説明する。本発明の土壌中性固化材を湖沼河川の浚渫土などの泥土に添加し十分に混和する。その際、バックホウやスタビライザーなど公知の装置を用いることにより効率的な混和ができる。混和後、所定期間養生することにより中性化され、固化された改良土を製造できる。このように、本発明の土壌中性固化改良法は、土壌中性固化材を泥土に添加、混和するという１の工程のみの簡単な作業で行うことができる。また、過リン酸石灰、重過リン酸石灰あるいは硫酸アルミニウムは、水酸化カルシウムの炭酸化反応を促進する傾向があり、養生に時間的余裕がある場合は改良土を空気又は二酸化炭素と接触させて養生することにより酸化カルシウムや水酸化カルシウムの炭酸化により土壌の中和をより効率良く行うことができる。この炭酸化による中和を併用することにより、中和剤の配合量を減少させ、材料コストを低減化できる。また、改良土を空気又は二酸化炭素と接触させる場合、改良土を撹拌するのが好ましい。中性化を改良土全体に均等に行うことができるからである。なお、本発明の土壌中性固化材は、特に浚渫土や建設泥土など軟弱な土壌に好適である。

次いで、本発明を実施例を挙げて説明するが、本発明は以下の実施例に制限されるものではない。

実施例１〜実施例８は、表１に示す配合割合で各成分を組み合わせて調製した本発明に係る土壌中性化固化材である。また、比較例１及び比較例２は、中和剤が無添加の石灰系固化材で、比較例３は中和剤が無添加の石膏系固化材である。これらの実施例と比較例を泥土に添加し、ｐＨ試験、コーン指数試験、再泥土化の有無により固化材の中性化と固化を評価した。なお、表１の固化助剤Ａは、ＳｉＯ_２６１％、Ａｌ_２Ｏ_３２９％、Ｆｅ_２Ｏ_３４％、ＣａＯ３％、ＳＯ_３１％、ig.loss及び微量成分２％（重量％）を含む焼却灰、固化材ＢはＳｉＯ_２３０％、Ａｌ_２Ｏ_３２５％、Ｆｅ_２Ｏ_３１０％、ＣａＯ２５％、ＭｇＯ５％、ＳＯ_３２％、ig.loss及び微量成分３％（重量％）を含む焼却灰、固化材ＣはＳｉＯ_２３２％、Ａｌ_２Ｏ_３１９％、Ｆｅ_２Ｏ_３１％、ＣａＯ４１％、ＭｇＯ５％、ＳＯ_３１％、ig.loss及び微量成分１％（重量％）を含む高炉スラグである。また、表１中の各成分の配合割合は、重量部である。

供試した泥土の性状は、以下に示す通りである。
含水比：１５９％、湿潤密度：１．２７ｇ／ｃｍ^３、乾燥密度：０．４９ｇ／ｃｍ^３
ｐＨ：５．２、一軸圧縮強さ：１２ｋＮ／ｍ^２

ｐＨ試験は、以下のように行った。上記の泥土１．２７ｋｇに対して実施例と比較例の各固化材をそれぞれ１２０ｇ混合した混合土を、空気との接触を避けるため１個の塊にしてポリ袋に入れたもの（以下、密封系という）と１ｃｍ以下の粒状にし、ステンレスバットに敷き均したもの（以下、開放系という）を所定期間（１週間、６週間）養生し試料土とした。ｐＨの測定方法は、地盤工学会基準「土懸濁液のｐＨ試験方法」（ＪＧＳ−０２１１−２０００）に準拠し、予め試料土の含水比を日本工業規格「土の含水比試験方法」（ＪＩＳ Ａ １２０３：１９９９）に従って測定し、その含水比をもとにして試料の乾燥質量が３０ｇとなるように前記の試料土を採取し、乾燥重量に対する水（試料中の水を含む）の質量比が５になるように水を加えて懸濁液を作製した。この懸濁液を１時間静置して測定する直前に撹拌して試料液とし、ガラス電極式水素イオン濃度計（東亜DDK社製、HM-12P）の電極をこの試料液に浸漬してｐＨを測定した。

コーン指数試験は、以下のように行った。上記の泥土１．２７ｋｇ当たり実施例３、５、８及び比較例１〜３の各固化材をそれぞれ５０ｇ、１００ｇ、１５０ｇ加えて混合し試料土とした。この試料土をＪＩＳ Ａ１２２８に準拠し、直径１０ｃｍのモールドに突き固めて供試体を作製し、大気中で３日間養生してコーン指数を測定した。得られたデータからコーン指数５００ｋＮ／ｍ^２を得るための固化材の添加量を算出した。なお、固化材の添加量の単位は、ｋｇ／ｍ^３である。

再泥土化の有無は、以下のように行い評価した。上記の泥土１．２７ｋｇに対して実施例と比較例の各固化材をそれぞれ１２０ｇ混合した混合土を直径５ｃｍ、高さ１０ｃｍのモールドに充填し、突き固めた後、大気中で１週間養生し供試体を作製した。得られた供試体をモールドから取り出し、２Ｌの水に浸し、その後３日間形状を保持するか、又は３日間以内に崩壊するかをもって再泥化の有無を評価した。

表１に示すように、土壌のｐＨはいずれの実施例も比較例に比べて低い数値で、中性化されていた。また、実施例において、密封系でｐＨが高いものでも開放系ではｐＨが低くなり、水質汚濁防止法で定められている水素イオン濃度（ｐＨ）の許容限度ｐＨ８．６以下をすべて満足していた。過リン酸石灰を中和剤として用いる実施例において、粒状のものは粉状のものに比べ、僅かではあるがｐＨが低く抑制されていた（実施例１と実施例２及び実施例３と実施例５を参照）。また、粒状のものの方が粉状のものに比べて少ない添加量でコーン指数５００ｋＮ／ｍ^２を得ることができた（実施例３と実施例５を参照）。 比較例３の石膏系固化材は、コーン指数５００ｋＮ／ｍ^２を得るために大量を添加しているにも拘わらず、土壌の強度発現が弱く再泥土化がみられた。

Claims (6)

1. 生石灰と、土壌を中性化する固体状の中和剤の過リン酸石灰又は重過リン酸石灰と、乾燥土、高炉スラグ、焼却灰、シリカゲル、煉瓦の粉砕物、セメントとからなる群から選ばれた１以上の固化助剤と、石膏とからなり、生石灰と中和剤を合わせた重量が全体重量の５０％以上で、残部が固化助剤及び石膏である土壌中性固化材。
2. 中和剤の添加量が生石灰１００重量部に対して１００〜２００重量部である請求項１に記載の土壌中性固化材。
3. 中和剤は、粒状である請求項１又は請求項２に記載の土壌中性固化材。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の土壌中性固化材で土壌を処理する土壌中性固化改良法。
5. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の土壌中性固化材で土壌を処理し、該処理土壌を空気又は二酸化炭素と接触させる土壌中性固化改良法。
6. 処理土壌を撹拌しながら空気又は二酸化炭素と接触させる請求項５に記載の土壌中性固化改良法。