JP5563749B2 - 土壌改質用組成物及びそれを用いた土壌改質方法 - Google Patents

Description

本発明は、土壌改質用組成物及びそれを用いた土壌改質方法に関する。

建設残土や浚渫汚泥などの土壌改質には主にセメント系固化材が用いられているが、高アルカリによる二次汚染を発生させるおそれがある。このため、環境への配慮より、植物の発生に支障のない中性での土壌改質が望まれており、その一つの手段として石膏系土壌改質材の利用が期待されている。

しかし、実際の土壌改質工事において、特に、建設汚泥や浚渫汚泥などのように対象土壌の含水率が高い場合には、改質に焼石膏のみを使用したのでは添加量が増えてしまい経済的でないという問題があった。この問題に対処するために、焼石膏とポリ（メタ）アクリル酸のような高分子凝集剤を併用することが提案されており（例えば、特許文献１参照）、実施もされている。この場合、対象土壌に高分子凝集剤を先に混ぜて土粒子の凝集を図り、その後、焼石膏をまぶして含水率を下げるという、２段階で処理する方法が一般的である。

特開平１０−２７９９４０号公報

しかしながら、２段階で処理する方法では、焼石膏用と高分子凝集剤用に２系統の添加設備を設置する必要があり、また、土壌改質作業も煩雑になるという問題があった。経済的な処理を第一とする建設残土や浚渫汚泥などの土壌改質については、これらのことは極めて重大な問題である。この問題に対して、焼石膏用と高分子凝集剤の２種類の資材を一材化（プレミックス）することも考えられるが、この場合には、下記のような問題があった。すなわち、焼石膏と高分子凝集剤とを均一に混合することは困難であり、また、一材化したとしても、輸送や圧送中に材料が分離するなどして、品質が不安定になるという問題もあった。また、高分子凝集剤はそれ自体が水分の影響を受け易いため、一材化した場合に安定した品質を保つのが難しいという問題もあった。さらに、これまでの土壌改質用組成物は、特に土壌の固化時間がほぼ一定であり、作業時間の調整が難しく、この点でも改良の余地があった。

したがって、本発明の目的は、土壌改質用組成物を一材化することで、土壌改質設備や作業を効率的に行うことができ、しかも、成分が均一に混合され、混合したことによる各資材の機能の劣化がなく、輸送や保存後においても安定した品質が保たれる土壌改質用組成物を提供することにある。また、本発明の目的は、上記の優れた土壌改質用組成物を使用することで、作業効率のよい経済的な土壌改質方法を提供することである。さらに、本発明の目的は、土壌の固化時間を適宜に調整できる、作業効率及び処理効率に優れたより経済的な土壌改質方法を提供することである。

上記目的は、以下の本発明によって達成される。すなわち、本発明は、（Ａ）平均粒径１０〜１００μｍの焼石膏１００質量部に対して、（Ｂ）平均粒径３０〜１８０μｍの微粒子の高分子凝集剤が０．１〜５質量部の範囲で含有されており、且つ、これらの成分は、（Ｂ）の平均粒径／（Ａ）の平均粒径の比が０．５〜５の範囲となるように粒度が調整されていて、上記焼石膏と上記高分子凝集剤が均一な状態に一材化されていることを特徴とする土壌改質用組成物である。

本発明の好ましい形態としては、さらに、材料中に、（Ａ）の焼石膏１００質量部に対して、（Ｃ）凝結時間調整剤が０．０１〜２０質量部の範囲で添加混合されて、固化時間の調整がなされている土壌改質用組成物が挙げられる。

より具体的には、上記（Ｃ）凝結時間調整剤が、金属塩、カルボン酸及びカルボン酸塩から選ばれる少なくとも１つの成分である土壌改質用組成物、（Ｃ）凝結時間調整剤の少なくとも１つの成分が、硫酸カリウム、硫酸アルミニウム及び酸化マグネシウムから選ばれる金属塩である土壌改質用組成物、（Ｃ）凝結時間調整剤の少なくとも１つの成分が、クエン酸、グルコン酸ソーダ、Ｌ−酒石酸から選ばれるカルボン酸或いはこれらのカルボン酸塩である土壌改質用組成物が挙げられる。

本発明によれば、土壌改質用組成物を一材化した場合に、成分が均一に混合され、混合したことによる各資材の機能の劣化もなく、輸送や保存後においても安定した品質が保たれる土壌改質用組成物が提供される。また、本発明によれば、上記の優れた土壌改質用組成物を使用することで、土壌改質設備や作業を効率的に行うことができる効率のよい経済的な土壌改質方法の提供が可能となる。本発明の好ましい形態によれば、作業時間の調整が容易で、使い勝手に優れ、より効率的な処理を行うことが可能な土壌改質用組成物が提供される。

以下、好ましい実施の形態を挙げて、本発明をさらに詳細に説明する。本発明者らは、上記した従来技術の課題を解決すべく、従来、焼石膏と高分子凝集剤とを一材化した場合に、均一のものができなかったり、品質が安定しなかった理由について詳細な検討を行った。その結果、従来、土壌改質に用いられている高分子凝集剤はザラメ状で粒度が粗く（２００〜７００μｍ）、このために、焼石膏と均一に混合することが困難であり、また、混合して土壌改質用組成物としたとしても、輸送などによる振動を与えると、粗い粒子（高分子凝集剤）が偏析して、輸送や圧送中に各資材が分離するなど、品質が不安定になるという問題があることがわかった。また、先に述べたように、高分子凝集剤はそれ自体が水分の影響を受け易く、このことも、安定した品質を保つのを難しくしている大きな原因であることもわかった。

本発明者らは、上記した知見に基づき、さらに詳細な検討を行った結果、焼石膏と高分子凝集剤とを特定の粒度のものとし、かつ、特定の配合とすることで、土壌改質用組成物を偏析などの問題のない均一な状態に一材化することが可能となることを見出して本発明に至った。特に、従来は粒度が粗くザラメ状であった高分子凝集剤の粒度を細かくし、特定の粒度範囲とすることで、焼石膏と高分子凝集剤とを均一な状態に一材化できることを見出した。

本発明の土壌改質用組成物は、焼石膏と高分子凝集剤の２種類の資材が均一な状態に一材化されたものであるため、これを使用することで、従来２工程必要であった土壌改質作業が１工程に省略でき、作業効率を格段に向上させることができる。

また、本発明の土壌改質用組成物は、吸湿性能のある焼石膏中に微粒子状の高分子凝集剤が均一に混合された状態となっている。本発明者らの検討によれば、上記のような状態となっていることから、焼石膏と高分子凝集剤の２種類の資材が各々の機能を互いに阻害することなく、むしろ、吸湿によって変質し易い高分子凝集剤の品質を安定させるので、結果として、本発明の土壌改質用組成物の品質が安定に保たれるものになったと考えている。さらに検討した結果、上記のようにして一材化した本発明の土壌改質用組成物に、凝結時間調整剤を加えることで、これまでほぼ一定であった改良土の固化時間を、適宜に調整することが可能となることを見出した。

以下、本発明の土壌改質用組成物を構成する各資材について説明する。
（焼石膏）
本発明の土壌改質用組成物を構成する焼石膏は、土壌改質用組成物に固化性能を付与する重要な成分である。焼石膏としては、β型半水石膏、α型半水石膏、III型無水石膏、又はそれらの混合物などが挙げられる。原料石膏としては、天然物、副生石膏或いは廃石膏のいずれでもよいが、経済性を考慮すると廃石膏を用いることがより好ましい。本発明の土壌改質用組成物を構成する焼石膏の粒度は、使用する原料石膏や粉砕度により多少バラツクが、平均粒径が、１０〜１００μｍ、より好ましくは２０〜８０μｍ、さらに好ましくは、３０〜６０μｍ程度のものを使用する。なお、平均粒径が１０μｍ未満のものは特に製造上及び使用上の作業性が悪くなるため、また、１００μｍを超える大きな平均粒径のものは特殊な用途の場合に限られ、本用途では実際的でないためにほとんど使用されない。

（高分子凝集剤）
本発明の土壌改質用組成物を構成する高分子凝集剤は、処理対象とする建設残土や建設汚泥や浚渫汚泥などの土壌の水分を吸収して土壌の含水率を低下させる成分である。本発明の土壌改質用組成物に配合する高分子凝集剤としては、その粒度を、従来の製品より微細にして、平均粒径を３０〜１８０μｍ、より好ましくは５０〜１５０μｍ、さらに好ましくは、７０〜１２０μｍ程度のものを使用する。平均粒径が３０μｍ未満のものは未だ入手が困難であり、また平均粒径が１８０μｍを超えるものは一材化に適さない。さらに、本発明者らの検討によれば、焼石膏の粒径よりも高分子凝集剤の粒径を同等或いは若干大きいものとすることが好ましいことがわかった。より具体的には、高分子凝集剤の平均粒径／焼石膏の平均粒径＝０．５〜５．０、より好ましくは０．８〜３．０、最も好ましくは１．０〜２．０程度とすることが好ましい。

高分子凝集剤としては、従来より土壌改良剤として用いられているいずれのものも使用することができる。具体的には、アニオン系、ノニオン系、カチオン系のいずれの高分子凝集剤も使用できるが、中でもアニオン系或いはノニオン系の高分子凝集剤を使用することが好ましい。特に、産業廃水の凝集沈澱に用いられているようなものであればいずれも使用できる。より具体的には、ポリアクリルアミドやアクリルアミド・アクリル酸ナトリウム共重合物からなるものが好適である。先に述べたように、本発明の特徴は、これらの高分子凝集剤の平均粒径を３０〜１８０μｍの微粒子状として、焼石膏に混合させた点にある。

本発明の土壌改質用組成物は、上記した焼石膏１００質量部に対して、上記した微粒子状の高分子凝集剤が０．１〜５質量部、より好ましくは、１〜３質量部の範囲で添加混合されてなる材料を一材化したことを特徴とする。なお、焼石膏１００質量部に対して微粒子の高分子凝集剤を０．１質量部より少なく混合したものは高分子凝集剤の凝集効果が充分でなく、一方、５質量部より多く混合したものは材料コストが高くなって経済的でない。

（凝結時間調整剤）
さらに、本発明の土壌改質用組成物には、適量の凝結時間調整剤を加えることができる。このように構成することで、これまでほぼ一定であった改良土の固化時間を、適宜に調整することが可能となる。このように構成することで、固化時間が異なるように、種々に設計された土壌改質用組成物が得られる。したがって、上記構成の土壌改質用組成物を用いれば、対象土壌の固化時間を、従来のものに比べて促進させることや、逆に遅延させることができるようになる。このことは、作業工程に合わせた固化時間の本発明の土壌改質用組成物を選択できるので、土壌改質用組成物の固化時間によって作業工程が決定されていた従来のものに比べ、作業効率の点で非常に有用であることを意味する。

本発明で使用できる凝結時間調整剤としては、金属塩、カルボン酸及びカルボン酸塩から選ばれる少なくとも１つの成分が挙げられる。金属塩としては、例えば、硫酸カリウム、硫酸アルミニウム及び酸化マグネシウムが挙げられる。カルボン酸及びカルボン酸塩としては、例えば、クエン酸、グルコン酸ソーダ、Ｌ−酒石酸から選ばれるカルボン酸或いはこれらのカルボン酸塩が挙げられる。これらの添加量としては、焼石膏１００質量部に対して、凝結時間調整剤を０．０１〜２０質量部、より好ましくは、０．０５〜５質量部の範囲で添加混合させればよい。また、固体で添加すればよく、その粒径は、高分子凝集剤と同程度とすればよい。

本発明の土壌改質用組成物は、上記したような成分を均一に混合して一材化してなるが、一材化させる方法としては、例えば、下記のような方法が挙げられる。まず、原料石膏を焼成し、所定の粒度に粉砕した後、焼石膏の貯蔵タンクに格納する。また、高分子凝集剤および凝結時間調整剤を各々オートフィーダーに格納する。上記のようにして準備した３種類の資材をパドルミキサーに所定量ずつ投入する。例えば、パドルミキサーに１バッチ約１．２ｔとして、５分間混合して一材化させ、その後、製品タンクに格納する。

次に、実施例及び比較例を挙げて、本発明を具体的に説明する。なお、以下の記載で「部」及び「％」とあるのは、特に断りのない限り質量基準である。

［実施例及び比較例］
下記の焼石膏と高分子凝集剤とを混練した後、先に説明した方法で一材化して実施例及び比較例の土壌改質用組成物を作製した。焼石膏には、廃石膏を粉砕して焼成した後、所定の粒度に粉砕調整したものを使用した。また、高分子凝集剤には、その主成分が、アクリルアミド・アクリル酸ソーダ共重合物（アニオン量：３０〜３５ｍｏｌ％、アニオン度：３．６〜３．８ｍｅｑ／ｇｒ、分子量：約９００万）であり、かつ、所定の粒度に調整されたものを使用した。

焼石膏には、平均粒径を１０μｍ、３０μｍ、５０μｍ、１００μｍに調整した４種類のものを用いた。また、高分子凝集剤には、平均粒径を、３０μｍ、９０μｍ、１８０μｍ及び２００μｍに調整した４種類のものを用いた。そして、これらを組み合わせて表１の組成の各土壌改質用組成物を作製した。なお、前述したとおり、焼石膏において平均粒径が１００μｍを超えるものは実際的ではないこと、また、高分子凝集剤において平均粒径が３０μｍ未満のものはほとんど入手できない状況にあることなどの理由から、検討対象から割愛した。

＜評価＞
含水比７７％の泥土に対して、表１に示した実施例及び比較例の各土壌改質用組成物を用いて、下記のようにして土壌の改質（固化）作業を行った。すなわち、改質する対象の泥土１ｍ³に対して、各土壌改質用組成物を３００ｋｇ添加後混練して改質作業を行った。また、改質後の土壌を目視で観察し、下記の基準で改質の状況を評価した。そして、得られた結果を表１中に示した。
（評価基準）
◎：完全に均一な状態で固化されていた。
○：ほぼ均一な状態で固化されていた。
△：僅かに焼石膏のみが水和した石膏片も観察された。
×：焼石膏のみが水和した石膏片も観察された。

［比較例３］
先の評価に使用したと同様の含水比７７％の泥土１ｍ³に対して、下記の２段階の操作を行って土壌の改質（固化）作業を行い、先の一材化した土壌改質用組成物を用いて改質作業を行った場合と同様にして評価した。先ず、上記泥土に、実施例で用いた微粒子状の高分子凝集剤（平均粒径：９０μｍ）を６ｋｇ添加混練して凝集体を作った。その後に、焼石膏（平均粒径：５０μｍ）を２９４ｋｇ添加混練して改質（固化）作業を行った。なお、高分子凝集剤には、実施例と同様のものを使用した。

この結果、泥土の改質はできたが、混練物の外観は高分子凝集剤による凝集体の周囲が焼石膏によって固化された状態で、一部に焼石膏のみが水和した石膏片も観察された。これに対し、先の一材化した実施例の土壌改質用組成物を用いて改質作業を行った場合には、泥土が均一に固化しており、明らかに異なった性状になった。焼石膏と高分子凝集剤を混合し、均一に一材化された実施例の土壌改質用組成物の場合は、泥土と接触した際に、先ず高分子凝集剤が瞬間的に泥土中の水分と反応し、少し遅れて焼石膏が残存した水分と反応することで、均一な状態で固化したものと推測された。

［比較例４］
平均粒径５０μｍの焼石膏２９４ｋｇに対して、市販の平均粒径２００μｍ以上の顆粒状の高分子凝集剤を６ｋｇ混合して、実施例で行ったと同様にして一材化し、土壌改質用組成物を作製した。

この結果、目視観察により、焼石膏と比較して粗い粒子の高分子凝集剤は土壌改質用組成物中に均一に分散できないことが確認された。特に、得られた組成物を容器に入れて輸送する場合と同様の振動を与えた場合や、空気輸送を行った場合に、各材料が分離し易いことが確認された。また、このような材料分離状態の土壌改質用組成物を使用して泥土の改質作業を行った場合は、固化状態が変動し、安定した改質作業ができなかった。なお、焼石膏に近い微粒子の高分子凝集剤を配合してなる先に説明した実施例の土壌改質用組成物の場合は、輸送中にも材料分離が起こらないことを確認した。

［参考試験例］
先の実施例で使用した平均粒径９０μｍの微粒子状の高分子凝集剤５０ｇと、先の実施例で使用した平均粒径５０μｍの焼石膏４９ｇに上記の高分子凝集剤１ｇを充分混合した土壌改質用組成物とを、各々時計皿の上に薄く広げ、高湿度状態に設定した恒温恒湿器（温度３０℃、相対湿度９０％）に２４時間放置して比較した。微粒子の高分子凝集剤単独では空気中の水分を吸収して膨潤したが、焼石膏中に分散混合した試料は焼石膏が吸湿するため安定しており、高分子凝集剤の膨潤は起こらなかった。

［実施例６及び７］
廃石膏ボード粉砕品をケトルで焼成した焼石膏（平均粒径：５０μｍ）２９４ｋｇに、先の実施例で使用した微粒子状の高分子凝集剤（平均粒径：９０μｍ）を６ｋｇ添加し、さらに、表２に示した凝結時間調整剤をそれぞれ所定量ずつ加え、ミキサーにて充分混合して各土壌改質用組成物を調製した。具体的には、実施例６では、凝結反応を促進させるものとしての硫酸カリウムを添加し、実施例７では、凝結反応を遅延させるものとしてクエン酸をそれぞれ表２に示した量ずつ加えた。次に、先に評価に使用したと同様の含水比７７％の泥土を用い、該泥土１ｍ³に、得られた各土壌改質用組成物をそれぞれ３００ｋｇ添加し、混練後土壌固化性能を比較した。得られた結果を表２に併せて示した。この結果、土壌改質用組成物に配合する凝結時間調整剤を適宜に選択することで、土壌改質を行う現場の状況により、泥土の固化時間（作業時間）を調整できることが確認された。対象土壌の組成や含水比などの状態にもよるが、従来約１時間程度であった固化時間を３０分程度に短くすることも、３時間以上にすることも可能になり、土壌改質作業の効率が大いに改善できることがわかった。

Claims (6)

1. （Ａ）平均粒径１０〜１００μｍの焼石膏１００質量部に対して、（Ｂ）平均粒径３０〜１８０μｍの微粒子の高分子凝集剤が０．１〜５質量部の範囲で含有されており、且つ、これらの成分は、（Ｂ）の平均粒径／（Ａ）の平均粒径の比が０．５〜５の範囲となるように粒度が調整されていて、上記焼石膏と上記高分子凝集剤が均一な状態に一材化されていることを特徴とする土壌改質用組成物。
2. さらに、材料中に、（Ａ）の焼石膏１００質量部に対して、（Ｃ）凝結時間調整剤が０．０１〜２０質量部の範囲で添加混合されて、固化時間の調整がなされている請求項１に記載の土壌改質用組成物。
3. （Ｃ）凝結時間調整剤が、金属塩、カルボン酸及びカルボン酸塩から選ばれる少なくとも１つの成分である請求項２に記載の土壌改質用組成物。
4. （Ｃ）凝結時間調整剤の少なくとも１つの成分が、硫酸カリウム、硫酸アルミニウム及び酸化マグネシウムから選ばれる金属塩である請求項３に記載の土壌改質用組成物。
5. （Ｃ）凝結時間調整剤の少なくとも１つの成分が、クエン酸、グルコン酸ソーダ、Ｌ−酒石酸から選ばれるカルボン酸或いはこれらのカルボン酸塩である請求項３に記載の土壌改質用組成物。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の土壌改質用組成物を用いることを特徴とする土壌改質方法。