JP6363281B1

JP6363281B1 - 一剤型の中性固化剤

Info

Publication number: JP6363281B1
Application number: JP2017167775A
Authority: JP
Inventors: 好太寺尾; 歩梅原
Original assignee: テクニカ合同株式会社
Priority date: 2017-08-31
Filing date: 2017-08-31
Publication date: 2018-07-25
Anticipated expiration: 2037-08-31
Also published as: JP2019044054A

Abstract

【課題】処理方法を簡略化できる一剤型の固化剤でありながら、泥状の含水土に混ぜ込むだけで、短時間の処理によって、取り扱い容易で高強度の粒状物に固化させることができる中性固化剤を提供すること。
【解決手段】多孔性物質であるゼオライト、マグネシウム化合物、ｐＨ調整剤としてアルミニウム化合物又は鉄化合物、及び高分子凝集剤を含む、一剤型の中性固化剤。好ましくは、前記ゼオライトの含量が４０〜９８重量％、前記マグネシウム化合物の含量が０．５〜５０重量％、前記ｐＨ調整剤の含量が０．１〜２０重量％、及び前記高分子凝集剤の含量が０．１〜１０重量％である。
【選択図】なし

Description

本発明は、泥土を固化するのに用いられる、一剤型の中性固化剤に関する。

現代都市土木における工事で発生する建設排泥としては、シールド工事や推進工事などから発生する泥状土のほかに、浚渫工事などから発生する高含水の軟弱土がある。これら建設排泥はいずれも高含水であり、運搬作業時に支障があるため、運搬を効率的に行なうために、これら排泥に、セメント系固化材や生石灰、石膏などの無機系材料を添加して排泥を固化することが行なわれてきた。

しかし、上述した無機系材料を使用する場合、添加量が多く必要であり、粉塵の発生や、固化後の土が強アルカリ性を示すことが問題となっていた。さらに、添加後、固化するまでに養生時間を設ける必要があり、都市土木の作業を妨げる要因となっていた。

さらに、固化した土を再利用する際には、当該固化土が、例えばコーン指数で２００ｋＮ／ｍ^２を超える強度を示すことが求められる。

特許文献１では、高含水率の土壌を中性領域で迅速に固体化するための中性固体化剤として、無水石膏または半水石膏５５〜９５重量％と、ベントナイトまたはクレー５〜４５重量％とからなる中性固体化剤が記載されている。

特許文献２では、高含水比泥土を改質して、中性で、強度が高く、取り扱いが容易な処理土を得るために、高含水比泥土に、石膏などの固化剤を添加して撹拌した後、高分子凝集剤を添加して撹拌し、さらに吸水剤を添加して撹拌することで処理土を得る、各材料を別々に添加、撹拌する処理方法が記載されている。

特開２００２−３２２４７５号公報特開２００５−２１８９５９号公報

特許文献１に開示された固体化剤は、一剤型の中性固化剤であり、これを泥土に混ぜ込むだけで泥土を固体化できるが、これにより固体化された泥土は塊状のものであり、高強度の改良体が得られず、固体化後の取り扱いが困難になるという問題が指摘されていた。

特許文献２に記載された処理方法によれば、泥土を、強度が高く、取り扱いが容易な造粒物に固化させることができるが、各剤を順番に泥土に投下して処理を行なう必要があるため、大型の処理装置を導入して手間がかかる処理を行なう必要があった。

本発明は、上記現状に鑑み、処理方法を簡略化できる一剤型の固化剤でありながら、泥状の含水土に混ぜ込むだけで、短時間の処理によって、取り扱い容易で高強度の粒状物に固化させることができる中性固化剤を提供することを課題とする。

本発明者らは、処理方法を簡略化できる一剤型の固化剤を構成するにあたって、特許文献１に記載されているような石膏ではなく、ゼオライトを含む多孔性物質を中心に、マグネシウム化合物を含む無機鉱物と、該無機鉱物を中性にするためのｐＨ調整剤と、高分子凝集剤を一剤型にすることで薬剤の使用が容易であり、特殊な設備を用いずにバックホウや各種ミキサー系混練機を用いることで、短時間の処理でも、泥土を、取り扱い容易で高強度の粒状物に固化させることができることを見出し、本発明に至った。

すなわち本発明は、多孔性物質であるゼオライト、マグネシウム化合物、ｐＨ調整剤としてアルミニウム化合物又は鉄化合物、及び高分子凝集剤を含む、一剤型の中性固化剤に関する。好ましくは、前記マグネシウム化合物が酸化マグネシウムを含む無機鉱物の混合物である。好ましくは、前記高分子凝集剤がポリカルボン酸塩系物質（アクリルアミドとの共重合物を含む）。好ましくは、前記ゼオライトの含量が４０〜９８重量％、前記マグネシウム化合物の含量が０．５〜５０重量％、前記ｐＨ調整剤の含量が０．１〜２０重量％、及び前記高分子凝集剤の含量が０．１〜１０重量％である。
に関する。

本発明の一剤型の中性固化剤は、これを泥土に混ぜ込むだけで、短時間の処理によって、取り扱いが容易な高強度の粒状土に改質することができる。

本発明によれば、泥土の改質に要する時間が短くて済み、養生時間を設ける必要がなく、少量の添加で、現場で即時に改質することが可能である。改質後の泥土は、強度の高い粒状の土となり、取り扱いが容易で、再泥土することがなく安定性に優れている。また、本発明の中性固化剤は有害物質を含有しておらず、中性域での処理を実現することができる。さらに、本発明の中性固化剤の適用範囲は広く、一般的には改質が困難とされている高泥水の泥土や、有機物を含む汚泥さえも改質することができる。

以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。

本発明の中性固化剤は、泥土に混ぜ込むことで、泥土を、取り扱いが容易な高強度の粒状土に改質するために使用されるものであり、一剤型の薬剤である。また、得られる粒状土は、中性付近を示し、雨水等に曝されても再泥土が抑制されている。ここで、中性付近とは、特に限定されないが、例えば、ｐＨで５．０〜９．０、好ましくは５．５〜８．６を指す。

本発明の中性固化剤は、必須成分として、多孔性物質であるゼオライト、マグネシウム化合物、ｐＨ調整剤としてアルミニウム化合物又は鉄化合物、及び、高分子凝集剤を含有する薬剤である。

本発明の中性固化剤は、多孔性物質として、ゼオライトを含有する。ゼオイライトとは、アルミノケイ酸塩を指し、その結晶構造中に比較的大きな空隙を持つものである。ゼオライトは、本発明の中性固化剤において、泥土の水分を吸収すると共に、改質後の土の強度を高める役割を果たし、副次的に有害物質の吸着などにも寄与する。ゼオライトは、粉体状のものを用いることが好ましく、粉体の粒子径としては２ｍｍ以下が好ましい。さらに、粒子径が７５μｍ以上の粒子を１０重量％以上含む粉体が好ましい。ゼオライト以外の多孔性物質として、例えば、フライアッシュ、パーライト、珪藻土、バーミキュライト等を併用することができる。

本発明の中性固化剤は、少なくとも、マグネシウム化合物を含有する。マグネシウム化合物は、本発明の中性固化剤において、改良された土の強度を高める効果と共に、カチオンを放出して、後述する高分子凝集剤に起因する粘着性を解消し、粒状土の接着を防止して分離を促進する役割を果たす。マグネシウム化合物としては、例えば、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウムが挙げられる。なかでも酸化マグネシウムが好ましい。酸化マグネシウムは粉体状のものを用いることが好ましく、粉体の粒子径としては１ｍｍ以下の微粉が好ましい。また、マグネシウム化合物は、酸化マグネシウムを含む無機鉱物の混合物であることが好ましく、この場合、マグネシウム化合物と共に、炭酸カルシウムや珪酸カルシウム等のカルシウム化合物や、ペーパースラッジ灰などを併用することもできる。

また本発明の中性固化剤は、ｐＨ調整剤として、アルミニウム化合物、又は、鉄化合物を含有する。これらｐＨ調整剤は、マグネシウム化合物やペーパースラッジ灰などが示すアルカリ性を中和する役割と、カチオンを放出して、土粒子の表面電荷を中和し、凝結作用を起こす効果と後述する高分子凝集剤に起因する粘着性を解消し、粒状土の接着を防止して分離を促進する役割を果たす。アルミニウム化合物と鉄化合物は併用してもよい。アルミニウム化合物としては、硫酸バンド（硫酸アルミニウム）、ポリ塩化アルミニウム、アルミン酸ナトリウム等が挙げられる。鉄化合物としては、例えば、ポリ塩化第二鉄、硫酸第一鉄、ポリ硫酸第二鉄、ポリシリカ鉄等が挙げられる。好ましいｐＨ調整剤は、硫酸バンド、及びポリ塩化アルミニウムである。

さらに本発明の中性固化剤は、高分子凝集剤を含有する。高分子凝集剤は、泥土を凝集させて粒状にする役割を果たす。高分子凝集剤としては従来公知のものを使用することができ、例えば、アクリル酸ナトリウム等のカルボン酸塩系の重合体、カルボン酸塩とアクリルアミドとの共重合体、スルホン酸塩とアクリルアミドとの共重合体、アルキルアミノアクリレート塩とアクリルアミドとの共重合体、アルキルアミノメタクリレート塩とアクリルアミドとの共重合体等が挙げられる。このうち、ポリカルボン酸塩系物質、すなわち、カルボン酸塩の重合体、及び、カルボン酸塩とアクリルアミドとの共重合体が好ましい。

前記カルボン酸塩とアクリルアミドとの共重合体におけるポリカルボン酸としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、カルボキシメチルセルロース等を挙げることができる。

前記スルホン酸塩とアクリルアミドとの共重合体におけるスルホン酸としては、例えば、アクリルアミド２−メチルプロパンスルホン酸、ビニルスルホン酸、スチレンスルホン酸等を挙げることができる。

前記アルキルアミノアクリレート塩とアクリルアミドとの共重合体におけるアルキルアミノアクリレート塩としては、アクリル酸ジメチルアミノエチル、ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロリド、アクリロイルアミノプロピルトリメチルアンモニウムクロリド、アクリロイル２−ヒドロキシプロピルリド等を挙げることができる。

前記アルキルアミノメタクリレート塩とアクリルアミドとの共重合体におけるアルキルアミノメタクリレート塩としては、メタアクリル酸ジメチルアミノエチル、ジメチルアミノプロピルメタアクリルアミド、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クロリド、メタアクリロイルアミノプロピルトリメチルアンモニウムクロリド、メタアクリロイル２−ヒドロキシプロピルリド等を挙げることができる。

高分子凝集剤の分子量は特に限定されないが、例えば、粘度法により測定した固有粘度から算出される分子量が１０００万〜２０００万の範囲にあるものであってもよい。

また、高分子凝集剤は粉体状のものを使用することが好ましい。その粒径は特に限定されないが、例えば、２００メッシュのふるいを通過した粒径７５μｍ以下のものや、１００メッシュのふるいを通過した粒径１５０μｍ以下のもの、６０メッシュのふるいを通過した粒径２５０μｍ以下のものを使用することができる。より短時間で泥土の改質を実現できることから、高分子凝集剤の粒径は小さいほうが好ましい。従って、２５０μｍ以下が好ましく、１５０μｍ以下がより好ましく、７５μｍ以下がさらに好ましい。

本発明の中性固化剤は、上述した四成分を必須成分とし、他の成分を含有してもよいし、含有しなくともよいが、従来の土壌改良剤に使用されている、セメント、石膏、生石灰のいずれも含有することなく、泥土を粒状土に改質することができる。

本発明の中性固化剤における各成分の含有量は、泥土の改質の度合いを考慮して適宜設定可能であるが、具体的には、中性固化剤全体を１００重量％として、前記ゼオライトの含量が４０〜９８重量％、前記マグネシウム化合物の含量が０．５〜５０重量％、前記ｐＨ調整剤の含量が０．１〜２０重量％、及び高分子凝集剤の含量が０．１〜１０重量％であることが好ましい。前記ゼオライトの含量は５０〜９８重量％がより好ましく、６０〜９７重量％がさらに好ましく、７０〜９６重量％がよりさらに好ましく、８０〜９５重量％が特に好ましい。前記マグネシウム化合物の含量は０．８〜４０重量％がより好ましく、１．０〜３０重量％がさらに好ましく、１．０〜２０重量％がよりさらに好ましい。前記ｐＨ調整剤の含量は０．１〜２０重量％がより好ましく、０．５〜１５重量％がさらに好ましく、１．０〜１０重量％がよりさらに好ましい。高分子凝集剤の含量は０．５〜１０重量％がより好ましく、０．８〜８重量％がさらに好ましく、１．０〜５重量％がよりさらに好ましい。

本発明の中性固化剤は、各成分を混合して製造することができる。各成分はそれぞれ個別の材料であってよいが、そのうち２成分があらかじめ混合されたものを使用してもよい。特に前記マグネシウム化合物と前記ｐＨ調整剤は、これらがあらかじめ混合されて市販されている、中性化された酸化マグネシウムを使用することができる。各成分を混合するにあたっては、特に限定されないが、リボン式、パドル式、回転ドラム式等の任意の方式の混合機器を使用すればよい。

本発明の中性固化剤は、対象となる泥土に混ぜ合わさることで泥土を固化するために使用される。泥土に混ぜ合わせる方法は特に限定されないが、特殊な装置を用いる必要はなく、例えば、排泥が発生した現場において、バックホウや各種ミキサー系混練機などの重機を用いて泥土と中性固化剤を混合するだけで、泥土を、高い強度を備え、取り扱いが容易な粒状土に改質することができる。

本発明の中性固化剤の使用量は、泥土の含水量や、有機物の含量などにより左右され、特に限定されないが、改質の程度を考慮して当業者は適宜設定可能である。しかし、例えば、含水土１００重量部に対して０．１〜１０重量部程度、好ましくは１〜５重量部程度使用すればよい。本発明の中性固化剤には、セメント系固化材や石膏系固化材と比較して少量の使用であっても泥土の改質が可能という利点がある。

本発明によって改質できる泥土としては、特に限定されないが、泥状の掘削物や泥水からなる泥土であってよく、改良を必要とする泥状土が対象となる。より具体的には、シールド工事や推進工事などから発生する泥状土、浚渫工事などから発生する含水比８０重量％以上の高含水の軟弱土等が挙げられる。本発明によると、このような泥土を、中性で、コーン指数が２００ｋＮ／ｍ^２以上と強度が改善されて、再泥化が防止され、しかも、取り扱いが容易な粒状土に改質することができる。

以下に実施例を掲げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

（試験例）
［試験目的］
高分子凝集剤について、粒度による改質時間の差を確認することで改質に最適な粒度を確認することを目的とする。

［試験方法］
試験対象土：水田採取粘土（京都市）
高分子凝集剤：アクリル酸塩−アクリルアミド共重合体の粉体品。粒度を７５μｍ（２００メッシュ）、１５０μｍ（１００メッシュ）、又は２５０μｍ（６０メッシュ）に調節したもの。
試験機材：ホバートミキサー、ストップウォッチ

試験手順：
（１）試験対象土に加水を行い、電子レンジ法（ＪＩＳ１２０３：２００９／ＪＧＳ０１２１−２００９）にて含水比を測定した。
（２）１Ｌすり切りビーカーにて、ボウルに加水対象土を１Ｌ量り取った。
（３）加水対象土に試験高分子凝集剤を１ｋｇ／ｍ^３（１ｇ／Ｌ）添加して、ホバートミキサーを用いて混合し、加水対象土が造粒するまでの時間（改質時間）をストップウォッチにて測定した。得られた結果を表１に示す。

［試験結果］
表１より、高分子凝集剤の粒度や、対象土の含水比に関わらず、いずれの試験においても、対象土を造粒化することができた。しかし、最も粒度の細かい粒度７５μｍの粉体品が、最も短時間で対象土を造粒化することができた。この結果に基づき、以下の実施例では、高分子凝集剤として、粒度が７５μｍのものを使用した。

（実施例及び比較例）
［試験方法］
試験対象土：
（１）水田採取粘土（京都市）と市販川砂を混合したもの。
含水比４０．２％、ｐＨ５．６６、湿潤密度１．７８。
礫分２．５％、砂分７４．０％、シルト分２０．０％、粘土分３．５％（細粒分２３．５％）。

（２）水田採取粘土（京都市）：砂質粘性土：ＣｓＳ。
含水比６０．３％、ｐＨ５．６３、湿潤密度１．５６、土粒子の密度２．４９６ｇ／ｃｍ^３（有機物を多く含む）。
礫分２．９％、砂分３５．０％、シルト分５７．７％、粘土分４．４％（細粒分６２．１％）。

（３）前記（２）に加水して、含水比７６．９％としたもの。

ゼオライト：天然ゼオライト
中性化酸化マグネシウム：（内訳）炭酸カルシウム３０〜３５％、酸化マグネシウム２５〜３０％、非晶質系珪酸カルシウム２０〜３０％、硫酸バンド１５〜２５％。
高分子凝集剤：アクリル酸塩−アクリルアミド共重合体の粉体品。粒度を７５μｍ以下（２００メッシュ）に調節したもの。

試験手順：
（１）試験対象土を１．５Ｌ秤量した。
（２）秤量した土砂に対して、各表に示す土質改良材を、各表に示す添加量で添加した後、１分間の混合撹拌（機械）を行った。なお、添加量は、試験対象土の体積当たりの重量とした。
（３）混合撹拌後の土砂性状を確認し、コーン指数及びｐＨ（混合撹拌直後、養生１日後、３日後及び７日後）を測定した。養生は、モールドに詰めてそのまま室温にて行った。

表２に示した実施例と比較例では、試験対象土として（１）を使用した結果をまとめた。表２中の実施例１〜３では、本発明の実施形態に係る中性固化剤として、ゼオライト９４重量％、中性化酸化マグネシウム５重量％（すなわち、酸化マグネシウム約１．３〜１．５重量％、硫酸バンド約０．８〜１．３重量％）、高分子凝集剤１重量％を配合したものを使用した。

比較例１〜３では、石膏と高分子凝集剤とからなる改良剤を試験対象土に混ぜ込んだ結果、試験対象土はある程度改質されたが、粒状土にはならず、容器の壁面にも貼りつき、取り扱いが困難なものであった。また、改質された土の強度は、試験対象土と比較とすると向上したものの、その向上の度合いは十分なものではなかった。

これに対し、本発明の中性固化剤を試験対象土に混ぜ込んだ実施例１〜３では、試験対象土が粒状の土に改質され、容器の壁面にも貼りつかず、取り扱いが極めて容易なものとなった。改質された土は、１分間の混合撹拌直後でコーン指数が２００ｋＮ／ｍ^２を超えることとなり、高い強度を示すものとなった。

表３に示した実施例と比較例では、試験対象土として（２）を使用した結果をまとめた。表３中の実施例４〜６では、本発明の実施形態に係る中性固化剤として、ゼオライト４５重量％、中性化酸化マグネシウム４５重量％（すなわち、酸化マグネシウム約１１〜１４重量％、硫酸バンド約６．８〜１１重量％）、高分子凝集剤１０重量％を配合したものを使用した。

石膏を用いた比較例４〜６では、いずれも高いコーン指数は達成されず、また、粒状土を得ることもできなかった。生石灰を３％用いた比較例７では、高いコーン指数は達成されず、また、粒状土を得ることもできなかった。生石灰を５％用いた比較例８ではある程度のコーン指数は達成できたが、粒状土を得ることはできなかった。生石灰を１０％用いた比較例９では、高いコーン指数は達成できたが、粒状土を得ることができず、また、処理後の土がアルカリ性を示し、好ましいものではなかった。

本発明の中性固化剤を試験対象土に混ぜ込んだ実施例４〜６では、試験対象土が粒状の土に改質され、容器の壁面に貼りつくこともなく、取り扱いが極めて容易な粒状土を得ることができた。改質された土は、１分間の混合撹拌直後でコーン指数が２００ｋＮ／ｍ^２を超えることとなり、高い強度を示すものとなった。

石膏と高分子凝集剤とからなる改良剤を３％用いた比較例１０では、比較的高いコーン指数が達成され、また、粒状土を得ることもできたが、改良剤の添加量が同じ実施例６と比較すると明らかに効果が劣るものであった。

表４に示した実施例と比較例では、試験対象土として（３）を使用した結果をまとめた。表４中の実施例７〜９では、本発明の実施形態に係る中性固化剤として、ゼオライト４５重量％、中性化酸化マグネシウム４５重量％（すなわち、酸化マグネシウム約１１〜１４重量％、硫酸バンド約６．８〜１１重量％）、高分子凝集剤１０重量％を配合したものを使用した。

石膏を用いた比較例１１〜１３では、いずれも高いコーン指数は達成されず、また、粒状土を得ることもできなかった。生石灰を用いた比較例１４〜１６でも、いずれも高いコーン指数は達成されず、また、粒状土を得ることもできなかった。加えて、生石灰を１０％用いた比較例１６では、処理後の土がアルカリ性を示し、好ましいものではなかった。

本発明の中性固化剤を試験対象土に混ぜ込んだ実施例７〜９のうち、中性固化剤の使用量がわずか１％と少ない実施例７では、改質土の強度が比較的低かったものの、使用量が２％又は３％の実施例８及び９では、試験対象土が粒状の土に改質され、容器の壁面に貼りつくこともなく、取り扱いが極めて容易な粒状土を得ることができた。改質された土は、１分間の混合撹拌直後でコーン指数が２００ｋＮ／ｍ^２を超えることとなり、高い強度を示すものとなった。

石膏と高分子凝集剤とからなる改良剤を１．５％又は３％用いた比較例１７及び１８では、粒状土を得ることができず、改質剤の添加量が同程度の実施例８及び９と比較して、明らかに効果が劣るものであった。

Claims

多孔性物質であるゼオライト、
マグネシウム化合物、
ｐＨ調整剤としてアルミニウム化合物又は鉄化合物、及び
カルボン酸塩とアクリルアミドとの共重合体である高分子凝集剤を含み、
前記ゼオライトの含量が４０〜９８重量％、前記マグネシウム化合物の含量が０．５〜５０重量％、前記ｐＨ調整剤の含量が０．１〜２０重量％、及び前記高分子凝集剤の含量が０．１〜１０重量％である、一剤型の中性固化剤。
前記マグネシウム化合物が酸化マグネシウムを含む無機鉱物の混合物である、請求項１に記載の中性固化剤。
前記マグネシウム化合物の含量が０．８〜４０重量％である、請求項１又は２に記載の中性固化剤。
請求項１〜３のいずれかに記載の中性固化剤を泥土に混ぜ合わせて、粒状の土に改質することを含む、泥土の固化方法。