JP6412691B2 - 塩分及び水分を含有する堆積土の土質を改良する土質改良材、及び、土質改良方法 - Google Patents

Description

本発明は、塩分及び水分を含有する堆積土の土質を改良する土質改良材、及び、土質改良方法に関する。

津波が発生すると沿岸部には、海水混じりの土砂が堆積されて津波堆積土となる。この津波堆積土は、塩分及び水分を含んだ粘土状をしており、ゴミを含むことも少なからずある。水分を含んだ粘土状であることから、津波堆積土を盛土材料等に再資源化しようとしても、水が染み出して自立しなかったり、締固めができなかったりして、再資源化が困難であった。特に、ゴミに付着した津波堆積土は、ゴミからの分離が困難であり、再資源化を一層困難にしていた。

津波堆積土の再資源化に関しては、生石灰やセメントを混合して土中の水分を減少させ、土の強度を高めることや、礫や砂を混合することで土の粒度を変えて締固めができる性状にすることが一般的に行われていた。しかしながら、生石灰やセメントを混合すると土がアルカリ性を呈し、特定有害物質の溶出を促進してしまう可能性がある。特に、含水量が多い土の場合、生石灰等の混合量を増やさざるを得ず、高アルカリとなって溶出が一層促進される虞がある。加えて、生石灰やセメントは粉体であるので作業中に飛散する可能性があり、脱水反応や固化反応のための仮置き期間が必要であった。一方、礫や砂を混合する方法では、礫や砂の必要量が多くなり、専用の土質改良機が必要となることが懸念される。

ここで、特許文献１には、ＰＳ灰（ペーパースラッジ焼却灰）と各種の薬剤とを、水底の土砂である底質に混合することで、盛土材料等の土工材量を製造する技術が記載されている。また、特許文献２には、ＰＳ灰を含む造粒固化体を土壌表面や土壌中に敷設することで、雑草の生長を抑制する技術が記載されている。

特開２０１３−１２７０３０号公報 特開２０１２−１７３２３号公報

特許文献１の技術ではＰＳ灰を混合していることから水分をＰＳ灰に吸収させることで土の強度を高められるものの、粉体であることから作業中に飛散してしまう虞がある。また、特許文献２の技術は、ＰＳ灰の造粒固化体であることから飛散の問題は生じ難いものの、雑草の生長抑制材であることから堆積土の土質改良に用いるための動機付けが得られない。

さらに、津波堆積土には、塩分が洗い流されて塩濃度が低下すると、土粒子が分散してしまう性質がある。このため、生石灰やＰＳ灰等を混合して盛土に利用したとしても、雨水等で盛土の塩濃度が低下し、濁水として土粒子が流出してしまう虞がある。土粒子の流出については、前述の一般的な技術や各特許文献の記載技術において特に考慮されていない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、塩分及び水分を含有する堆積土の土質を改良するに際して、作業中における土質改良材の飛散を抑制するとともに強度を早期に発現させ、かつ、土粒子の流出を抑制することにある。

前述の目的を達成するため、本発明は、塩分及び水分を含有する堆積土の土質を改良する土質改良材であって、カルシウムイオン及び硫酸イオンの供給源となる水溶性成分が、吸水性を有する多孔質粒状体に保持されてなり、前記多孔質粒状体は、ＰＳ灰造粒物、又は珪藻土を焼成して得られた多孔質粒子であることを特徴とする。

また、本発明は、塩分及び水分を含有する堆積土の土質を改良する土質改良方法であって、カルシウムイオン及び硫酸イオンの供給源となる水溶性成分が吸水性を有する多孔質粒状体に保持されてなり、前記多孔質粒状体は、ＰＳ灰造粒物、又は珪藻土を焼成して得られた多孔質粒子である土質改良材を、前記堆積土に混合することを特徴とする。

これらの発明によれば、多孔質粒状体が吸水性を有しているので、堆積土に含まれる水分が速やかに吸収される。そして、多孔質粒状体の周囲には水の通り道が生じ易くなり、改良後の土壌における水はけ性が良好になる。これらによって、強度を早期に発現させることができる。また、粒状体であることから、粉体よりも作業中に飛散し難くなって作業性が向上する。加えて、土壌（モンモリロナイト）に保持されている塩分（ナトリウムイオン）が、水溶性成分由来のカルシウムイオンに置換されるので、土壌の膨潤を抑制できる。さらに、堆積土の水分における硫酸イオン濃度が上昇されるので、ナトリウムイオンからカルシウムイオンへの置換を促進できる。これらによって、土粒子の流出を抑制することができる。

前述の土質改良材において、前記多孔質粒状体が、ＰＳ灰に固化材と水を添加及び混合して造粒されたＰＳ灰造粒物であることが好ましい。この構成では、ＰＳ灰の有効活用が図れる。

前述の土質改良方法において、前記土質改良材の前記堆積土への混合量を、重量比１の乾燥混合土に対して重量比５の純水を添加した際の液中硫酸イオン濃度が１２４ｍｇ／Ｌ以上となり、かつ、カルシウムイオン濃度が５２ｍｇ／L以上となるように定めることが好ましい。また、前記土質改良材を前記堆積土に対し、曝気しつつ混合することが好ましい。

本発明によれば、塩分及び水分を含有する堆積土の土質を改良するに際して、作業中における土質改良材の飛散を抑制するとともに強度を早期に発現させ、かつ、土粒子の流出を抑制することができる。

実施例及び比較例の土質改良材と、ポータブルコーン貫入試験に用いた供試土の粒度分布と、土粒子の密度を説明する図である。 盛土の斜視図及び断面図である。 盛り立て直後及び６ヶ月経過後の各試料（供試土，混合土）の性状分析結果を説明する図である。 ６ヶ月経過後の盛土（各試験区）に対するポータブルコーン貫入試験の結果を説明する図である。 ふるい分け試験に用いた供試土の初期性状の分析結果を説明する図である。 ふるい分け試験の手順を模式的に説明する図である。 ふるい分け試験の結果を表形式で示す図である。 懸濁液分散試験の手順を説明するフローチャートである。 供試土Ｃに対する性状試験の結果を表形式で示す図である。 供試土Ｄに対する性状試験の結果を表形式で示す図である。 静置後の有栓シリンダーを説明する写真である。 硫酸イオンとカルシウムイオンの作用を模式的に説明する図である。 ＰＳ灰資材改良区と石膏改良区の懸濁分散試験を説明する写真である。

以下、本発明の実施形態について説明する。まず、土質改良材について説明する。図１（ａ）に示すように、本実施形態では２種類の土質改良材を試験した。１つは生石灰（ＣａＯ）であり、他の１つはＰＳ灰資材である。

生石灰は比較例の土質改良材であり、水分を含有する土壌の土質改良材として汎用されていることから選定した。生石灰は水に可溶であり、水と化学反応して水酸化カルシウムを生成する。このため、土質改良に使用すると改良後の土壌がアルカリ性に大きく振れることとなる。

なお、予備試験により、含水比２０〜５０％の対象土壌であれば、対象土壌の１．２〜５重量％となる量の生石灰を添加することで土質改良が行えることを確認した。そして、生石灰を用いる場合には、改良対象となる土壌の水分量に応じて添加量を調整する必要がある。

ＰＳ灰資材は本発明の実施例であり、吸水性を有する多孔質粒状体によって構成されている。このＰＳ灰資材は、ＰＳ灰に固化材と水を添加及び混合し、粒径が１ｍｍ〜５ｃｍ程度となるように造粒されたものである。このため、ＰＳ灰資材を堆積土に混合すると、ＰＳ灰資材の周囲には水の通り道が生じ易くなり、改良後の土壌における水はけ性が良好になる。また、粒状体であることから、粉体よりも作業中に飛散し難い。

後述するように、このＰＳ灰資材には、カルシウムイオン及び硫酸イオンの供給源となる水溶性成分が含まれている。このようなＰＳ灰資材として、例えば日本製紙株式会社の商品名「雑草とめるくん」（登録商標，以下同じ）や株式会社予州興業の商品名「アッシュストーン」がある。

これらの土質改良材を評価すべく、本実施形態では、ポータブルコーン貫入試験、ふるい分け試験、及び、懸濁分散試験からなる３つの試験を行った。

ポータブルコーン貫入試験は、盛土のコーン貫入抵抗を測定するものであり、土質改良材による改良堆積土の強度を確認する目的で行った。ふるい分け試験は、供試土に土質改良材を添加及び混合し、ふるい分けを行うものであり、改良堆積土のハンドリング性を確認する目的で行った。懸濁分散試験は、土質改良材を添加及び混合した改良土を水中に分散させ、静置観察するものであり、改良堆積土における土粒子の保持力を確認する目的で行った。以下、各試験について詳細に説明する。

まず、ポータブルコーン貫入試験について説明する。ポータブルコーン貫入試験では、まず供試土に土質改良材を混合して混合土を作製した。次に、供試土及び混合土を盛り立てて盛土を形成した。６ヶ月経過後、盛土に対してコーン貫入抵抗を測定した。

図１（ｂ）は、供試土の粒度分布を表形式で示した図である。この試験では、津波を受けた水田から堆積土を採取して供試土とした。この供試土は粘性土質砂であり、扱い難いものであった。具体的には、粘性土分（粒径０．０７５ｍｍ未満の細粒分）が４８．４％と５０％弱を占めていた。また、砂分（粒径０．０７５ｍｍ以上２ｍｍ未満）が４７．８％、礫分（粒径２ｍｍ以上７５ｍｍ未満）が３．８％であった。

このポータブルコーン貫入試験では、ＰＳ灰資材として前述の「雑草とめるくん」を使用した。そして、予備試験により、通常含水比の対象土壌であれば、ＰＳ灰資材を対象土壌の１５重量％となる量を添加することで土質改良が行えることを確認した。

試験ケースに関し、この試験では、供試土をそのまま用いたケース、土質改良材として生石灰を混合した比較例のケース、及び、土質改良材としてＰＳ灰資材を混合した実施例のケースを設定した。生石灰は供試土１ｍ^３あたり２０ｋｇとなる量を混合した。なお、供試土の土粒子の密度が２．６９３ｇ／ｃｍ^３であるため、生石灰と供試土の重量比は、２６９３：２０＝１：０．００７４３である。また、ＰＳ灰資材は供試土１ｍ^３あたり２００ｋｇとなる量を混合した。この場合におけるＰＳ灰資材と供試土の重量比は２６９３：２００＝１：０．０７４３である。

土質改良材の供試土への混合は、バックホウを用いて行った。具体的には、地面に敷き均した供試土に対し、バケットを用いて土質改良材を供試土の表面に散布した。そして、バケットで供試土を土質改良材とともにすくい取って高所から落下させた。供試土及び土質改良材のすくい取りと落下とを繰り返し行うことで、土質改良材を供試土へ混合した。

土質改良材の供試土への混合時において、ＰＳ灰資材は生石灰よりも早期に供試土がほぐれる傾向が見られた。すなわち、ＰＳ灰資材では、混合直後から供試土の水分量低下が確認できた。これに対し、生石灰では、水分量低下が確認されるまでの時間がＰＳ灰資材を用いた場合よりも長くなることが確認できた。これは、ＰＳ灰資材が水を吸収することで物理的に脱水を行っているのに対し、生石灰が水と化学反応をすることで脱水を行っているためと考えられる。

また、ＰＳ灰資材に含まれる水溶性成分により、供試土にはカルシウムイオンが溶け出すが、前述のすくい取りと落下とを繰り返し行うことで曝気と混合が行われ、カルシウムイオンの炭酸化が促進される。これにより、ｐＨの過度な低下に起因する植生への悪影響を抑制できる。さらに、土の表面が乾くことから、混合土の性状を砂のようなさらさらした状態にすることができる。一方、生石灰を同じように混合しても、このような乾いた状態にはならなかった。

混合土の作製後、図２（ａ）に示すように、この混合土を縦長の四角錐台状に盛り立てて盛土１を形成した。盛土１の高さＨは約１ｍであり、長さＬは底の部分で約７ｍである。そして、図２（ａ）における左側部分が生石灰による混合土で盛り立てた生石灰改良区２であり、右側部分がＰＳ灰資材による混合土で盛り立てたＰＳ灰資材改良区３である。さらに、中央部分は供試土で盛り立てた未改良区４である。このため、中央部分が供試土をそのまま用いたケース、左側部分が生石灰を混合したケース、右側部分がＰＳ灰資材を混合したケースに相当する。なお、右側部分及び左側部分の長さを約３ｍとし、中央部分の長さを約１ｍとした。

盛り立て直後（締固め直後）の混合土と６ヶ月を経過した混合土のそれぞれについて性状を分析した。以下、性状分析の結果について説明する。

図３（ａ）には盛り立て直後の混合土の分析結果を、図３（ｂ）には６ヶ月経過後の混合土の分析結果をそれぞれ示す。なお、これらの図において、未改良土とは、供試土をそのまま用いた試験ケースに相当し、土質改良材が混合されていない供試土を意味する。生石灰改良土とは、生石灰を混合した比較例の試験ケースに相当し、ＰＳ灰資材改良土とは、ＰＳ灰資材を混合した実施例の試験ケースに相当する。

なお、盛り立て直後の混合土に関し、コーン指数の測定は乱した土を締め固めることで実施した。その際、締固め回数は２５回とした。また、６ヶ月経過後の混合土に関し、図２（ｂ）に示す表層土５を分析の対象とした。

まず、図３（ａ）を参照し、盛り立て直後における各試験ケースの性状について説明する。盛り立て直後において、各試験ケースの試料は塑性状態であった。すなわち、未改良土の含水比が３５．３％であり、生石灰改良土の含水比が３７．４％であり、ＰＳ灰資材改良土の含水比が４０．８％であった。いずれの試料も液性限界より低く、塑性限界よりも高い含水比であった。

ここで、未改良土とＰＳ灰資材改良土とを比較すると、液性限界に関し、未改良土は４４．６％であったのに対し、ＰＳ灰資材改良土は５７．７％であった。このことから、ＰＳ灰資材改良土では、含水比が未改良土より１３％程度高くなっても塑性状態を維持できるといえる。また、塑性限界に関し、未改良土は２５．３％であったのに対し、ＰＳ灰資材改良土は３２．４％であった。そして、液性限界と塑性限界の差を求めると、未改良土は１９．３％であったのに対し、ＰＳ灰資材改良土は２５．３％であった。このことから、ＰＳ灰資材改良土では、塑性状態を維持可能な含水比の幅が未改良土よりも広いといえる。

同様に、生石灰改良土とＰＳ灰資材改良土とを対比すると、液性限界に関して生石灰改良土は４９．０％であった。すなわち、ＰＳ灰資材改良土は、含水比が生石灰改良土より９％程度高くなっても塑性状態を維持できるといえる。また、塑性限界に関して生石灰改良土は２８．５％であり、液性限界と塑性限界の差は２０．５％であった。ＰＳ灰資材改良土では２５．３％であったことから、ＰＳ灰資材改良土は塑性状態を維持可能な含水比の幅が生石灰改良土よりも広いといえる

コーン指数に関し、未改良土は１５５ｋＮ／ｍ^２，生石灰改良土は１８５ｋＮ／ｍ^２であったのに対し、ＰＳ灰資材改良土は５６５ｋＮ／ｍ^２であった。この結果から、ＰＳ灰資材改良土では盛り立て直後から高い強度が得られることが確認された。また、ｐＨに関し、未改良土はｐＨ６〜７で弱酸性から中性を示し、生石灰改良土はｐＨ１２で強アルカリ性を示し、ＰＳ灰資材改良土はｐＨ８〜９で弱アルカリ性を示した。電気伝導率に関し、未改良土は７０ｍＳ／ｍ，生石灰改良土は９０ｍＳ／ｍ，ＰＳ灰資材改良土は８０ｍＳ／ｍであった。

次に、図３（ｂ）を参照し、６ヶ月経過後における各試料の性状について説明する。６ヶ月経過後の密度に関し、各試料に大きな違いは見られなかった。すなわち、湿潤密度に関し、未改良土は１．６９１ｇ／ｃｍ^３，生石灰改良土は１．６０８ｇ／ｃｍ^３，ＰＳ灰資材改良土は１．５９７ｇ／ｃｍ^３であった。乾燥密度に関し、未改良土は１．２８５ｇ／ｃｍ^３，生石灰改良土は１．２３０ｇ／ｃｍ^３，ＰＳ灰資材改良土は１．２１２ｇ／ｃｍ^３であった。

また、含水比及びｐＨに関しても、各試料に大きな違いは見られなかった。すなわち、含水比に関し、未改良土は３１．６％，生石灰改良土は３０．７％，ＰＳ灰資材改良土は３１．８％であった。ｐＨに関し、未改良土はｐＨ７．７，生石灰改良土はｐＨ８．３，ＰＳ灰資材改良土はｐＨ７．８であり、生石灰改良土のｐＨが他の試料にくらべて若干高い程度であった。

一方、電気伝導率に関しては、各試料の間で有意の差が見られた。すなわち、電気伝導率に関し、未改良土は１７ｍＳ／ｍ，生石灰改良土は３１ｍＳ／ｍ，ＰＳ灰資材改良土は５１ｍＳ／ｍであった。ここで、電気伝導率は土壌中に含まれるイオンの量に比例し、土粒子の表面は負に帯電していることから、電気伝導率が低いということは、土粒子が雨水等によって流出したと考えられる。

そして、盛り立て直後の各試料と、６ヶ月経過後の各試料とで電気伝導率を比較すると、未改良土は７０ｍＳ／ｍから１７ｍＳ／ｍへと最も大きく低下し、生石灰改良土は９０ｍＳ／ｍから３１ｍＳ／ｍまで大きく低下している。一方、ＰＳ灰資材改良土は８０ｍＳ／ｍから５１ｍＳ／ｍと低下度合いが最も小さい。このことから、ＰＳ灰資材改良土は、生石灰改良土や未改良土に比べて土粒子の保持力が強いといえる。

次に、盛土に対するポータブルコーン貫入試験の結果について説明する。この試験は、地盤工学会基準ＪＧＳ１４３１に従い、前述したように６ヶ月経過後の盛土に対して行った。

図４は、各試験区（未改良区４，生石灰改良区２，ＰＳ灰資材改良区３）のコーン貫入抵抗を深さ毎に示したグラフである。同図において、記号×は未改良区４のコーン貫入抵抗を示し、記号□は生石灰改良区２のコーン貫入抵抗を示し、記号○はＰＳ灰資材改良区３のコーン貫入抵抗を示す。同図に示すように、ＰＳ灰資材改良区３の貫入最大深が０．３５ｍであったのに対し、未改良区４及び生石灰改良区２については０．９５ｍまで貫入できた。

この結果から、ＰＳ灰資材改良区３は他の試験区２，４よりも高い強度の盛土であることが確認された。これは、土質改良材としてＰＳ灰資材を用いると、粘性土質砂の供試土（水田から採取した堆積土）から速やかに水分が吸収されるためと考えられる。

すなわち、過剰な水分を含む粘性土質砂では締固めが困難であり、盛土の強度を高めることができない。また、土質改良材として生石灰を用いると、化学反応であることから脱水に時間を要し、締固め時点では過剰な水分を含んでいると考えられる。これに対し、ＰＳ灰資材は、過剰な水分を多孔質粒状体へ物理的に吸収することから、締固め時点における粘性土質砂の水分を締固めに適した量に調整できると考えられる。その結果、盛土の強度を高めることができたと解される。

また、ＰＳ灰資材が多孔質粒状体であることから、粒状体同士の間に隙間が形成されて水はけを良好にすることができる。これにより、盛土内に過剰な水分が滞留せず、盛土の軟弱化を抑制していると考えられる。

次に、ふるい分け試験について説明する。前述したように、このふるい分け試験では、がれき混じりの供試土に対して、土質改良材を添加及び混合して改良土を得た。その後、改良土と未改良土のそれぞれに対してふるい分けを行った。

図５（ａ）は、ふるい分け試験に用いた供試土の初期性状の分析結果を説明する図である。この試験では２種類の供試土Ａ，Ｂを用いた。これらの供試土Ａ，Ｂは、農地の表土を剥いで仮置きした砂質土（細粒分質土）であり、含水比の高いものであった。

供試土Ａは、密度が２．５４６ｇ／ｃｍ^３、自然含水比が４６．３％、強熱減量が９．４であった。粒度分布に関し、礫分が１．２％、砂分が５３．１％、シルト分が２９．１％、粘土分が１６．６％であった。そして、最大乾燥密度が１．３４７ｇ／ｃｍ^３、最適含水比が３０．３％であった。一方、供試土Ｂは、密度が２．６３１ｇ／ｃｍ^３、自然含水比が３８．１％、強熱減量が７．９であった。粒度分布に関し、礫分が０．６％、砂分が７０．８％、シルト分が１６．４％、粘土分が１２．２％であった。そして、最大乾燥密度が１．５８６ｇ／ｃｍ^３、最適含水比が２０．４％であった。

各供試土Ａ，Ｂに対して生石灰とＰＳ灰資材とを混合した。図５（ｂ）に示すように、生石灰に関し、供試土Ａに対しては重量比で１．２５％（２１ｋｇ／ｍ^３）、供試土Ｂに対しては重量比で４．７５％（８１ｋｇ／ｍ^３）を添加した。混合後のｐＨは供試土ＡがｐＨ１１．５、供試土ＢがｐＨ１２．５であった。また、ＰＳ灰資材に関し、各供試土Ａ，Ｂに対して重量比で１５％（２５５ｋｇ／ｍ^３）を添加した。混合後のｐＨは供試土ＡがｐＨ９．１、供試土ＢがｐＨ１０．６であった。

また、図５（ｃ）に示すように、締固め土のコーン指数（突固め回数２５回）に関し、供試土Ａでは、未改良土が１２３ｋＮ／ｍ^２、生石灰改良土が１９１ｋＮ／ｍ^２、ＰＳ灰資材改良土が２９０ｋＮ／ｍ^２であった。また、供試土Ｂでは、未改良土が４０ｋＮ／ｍ^２、生石灰改良土が１５７ｋＮ／ｍ^２、ＰＳ灰資材改良土が１７３ｋＮ／ｍ^２であった。

これらの結果より、ＰＳ灰資材改良土は、生石灰改良土よりも高い強度が得られ、ｐＨの上昇も抑えられることが確認された。なお、その理由については、ポータブルコーン貫入試験で説明した理由と同様であると考えられる。

図６に示すように、このふるい分け試験では、がれき混じりの各供試土Ａ，Ｂに対して、土質改良材として生石灰（比較例）とＰＳ灰資材（実施例）のそれぞれを添加及び混合し、土質の改良を行った。その後、各改良土と未改良土のそれぞれに対して、ふるいと往復振とう機を用いてふるい分けを行った。ふるいは、１９ｍｍと９．５ｍｍの２種類使用した。

図７に示すように、供試土Ａのふるい透過率に関し、未改良土は１９ｍｍで６２％、９．５ｍｍで１１％であった。そして、生石灰改良土は１９ｍｍで８８％、９．５ｍｍで４７％であり、ＰＳ灰資材改良土は１９ｍｍで８４％、９．５ｍｍで４６％であった。一方、供試土Ｂのふるい透過率に関し、未改良土は１９ｍｍで２２％、９．５ｍｍで５％であり、生石灰改良土は１９ｍｍで３５％、９．５ｍｍで８％であり、ＰＳ灰資材改良土は１９ｍｍで６３％、９．５ｍｍで１５％であった。

これらの結果より、土質改良材としてＰＳ灰資材を用いると、生石灰を用いた場合と同等かそれ以上の分級効率が得られることが確認できた。この差が生じた理由についても、ＰＳ灰資材が物理的に脱水しているのに対し、生石灰が化学反応で脱水しているためと解される。

次に、懸濁分散試験について説明する。前述したように、懸濁分散試験は、土質改良材を添加及び混合した改良土を水中に分散させ、静置観察するものであり、改良堆積土における土粒子の保持力を確認する目的で行った。

図８に示すように、この試験では、供試土の作製（Ｓ１）、処理土分取（Ｓ２）、純水添加（Ｓ３）、水平振とう（Ｓ４）、静置（Ｓ５）、凝集・沈殿の確認（Ｓ６）、上水分取（Ｓ７）を行った。

供試土の作製（Ｓ１）では、採取した土に適宜土質改良材を混合し初期土を作製した。そして、初期土を盛り立てて畦畔盛土を作製した。そして、初期土を供試土Ｃとし、盛り立てから約４ヶ月半を経過した畦畔盛土から採取した表層土を供試土Ｄとした。これらの供試土Ｃ，Ｄは、未改良土、生石灰を２０ｋｇ／ｍ^３の比率で混合した生石灰改良土、ＰＳ灰資材を２００ｋｇ／ｍ^３の比率で混合したＰＳ灰資材改良土の３種類からなっている。そして、各供試土Ｃ，Ｄについては、採取後に湿潤密度、乾燥密度、及び含水比を測定した。

処理土分取（Ｓ２）では、規定量（乾土相当２０ｇ）の各供試土Ｃ，Ｄを２００ｍＬの有栓シリンダーに分取し、純水添加（Ｓ３）では純水を目盛り２００ｍＬまで添加した。水平振とう（Ｓ４）では１時間に亘って有栓シリンダーを振とうさせ、供試土を純水に分散させた。静置（Ｓ５）では２４時間静置させ、凝集・沈殿の確認（Ｓ６）では沈定容積（スラッジの読み値）を確認した。上水分取（Ｓ７）では、上水を規定量（５０ｍＬ，１００ｍＬ）分取して成分分析、電気伝導度、ｐＨ等を測定した。

図９は供試土Ｃの性状試験の結果を、図１０は供試土Ｄの性状試験の結果をそれぞれ示す。また、図１１は静置後の有栓シリンダーの様子を説明する写真である。便宜上、未改良土での試験結果を未改良区といい、生石灰改良土での試験結果を生石灰改良区といい、ＰＳ灰資材改良土での試験結果をＰＳ灰資材改良区という。また、各図に記載されたイオン濃度は、重量比１の乾燥混合土に対して重量比５の純水を添加した場合の値である。

湿潤密度、及び乾燥密度に関しては、各試験区で大きな違いはみられなかった。一方、含水比に関しては、ＰＳ灰資材改良区の保水力が、未改良区及び生石灰改良区の保水力よりも高くなる傾向が確認できた。

すなわち、図９に示すように、供試土Ｃに関しては、未改良区の湿潤密度が１．６４０〜１．７３４ｇ／ｃｍ^３、生石灰改良区の湿潤密度が１．７５１〜１．７７２ｇ／ｃｍ^３、ＰＳ灰資材改良区の湿潤密度が１．６８０〜１．８３７ｇ／ｃｍ^３であった。そして、未改良区の乾燥密度が１．２２５〜１．２６４ｇ／ｃｍ^３、生石灰改良区の乾燥密度が１．２８２〜１．２９８ｇ／ｃｍ^３、ＰＳ灰資材改良区の乾燥密度が１．２１４〜１．３８８ｇ／ｃｍ^３であった。また、未改良区の含水比が３３．９〜３８．９％、生石灰改良区の含水比が３６．３〜３６．６％、ＰＳ灰資材改良区の含水比が３２．４〜４０．０％であった。

一方、図１０に示すように、供試土Ｄに関しては、未改良区の湿潤密度が１．６９３〜１．７２２ｇ／ｃｍ^３、生石灰改良区の湿潤密度が１．６２２〜１．７５７ｇ／ｃｍ^３、ＰＳ灰資材改良区の湿潤密度が１．５０３〜１．６９２ｇ／ｃｍ^３であった。そして、未改良区の乾燥密度が１．２９７〜１．３１７ｇ／ｃｍ^３、生石灰改良区の乾燥密度が１．２３８〜１．３４８ｇ／ｃｍ^３、ＰＳ灰資材改良区の乾燥密度が１．１３３〜１．２４４ｇ／ｃｍ^３であった。また、未改良区の含水比が２８．５〜３２．８％、生石灰改良区の含水比が２９．２〜３１．０％、ＰＳ灰資材改良区の含水比が３２．７〜３６．０％であった。

供試土Ｃの分散状態に関し、図１１（ａ）に示すように、供試土Ｃの未改良区及び生石灰改良区では全体的に土粒子（スラッジ）が分散された状態になっていた。これに対し、ＰＳ灰資材改良区では、土粒子がシリンダー底部に沈殿した状態になっていた。供試土Ｄについても同様の分散状態が確認された。すなわち、図１１（ｂ）に示すように、未改良区及び生石灰改良区では全体的に土粒子が分散され、ＰＳ灰資材改良区では土粒子がシリンダー底部に沈殿していた。

このように、未改良区及び生石灰改良区とＰＳ灰資材改良区との間で土粒子の分散状態に大きな違いが確認されたことから、水溶液に含まれている成分を比較した。図９及び図１０を参照すると、ＰＳ灰資材改良区では、水溶性カルシウムイオンと硫酸イオンの含有量が、未改良区及び生石灰改良区よりも特に高いことが確認できた。

例えば供試土Ｃの水溶性カルシウムイオンは、ＰＳ灰資材改良区で２２０ｍｇ／Ｌであるが、未改良区で４．０ｍｇ／Ｌ、生石灰改良区で７３ｍｇ／Ｌであった。供試土Ｃの硫酸イオンは、ＰＳ灰資材改良区で４４０ｍｇ／Ｌであるが、未改良区で２１ｍｇ／Ｌ、生石灰改良区で２６ｍｇ／Ｌであった。同様に、供試土Ｄの水溶性カルシウムイオンは、ＰＳ灰資材改良区で１２０ｍｇ／Ｌであるが、未改良区で５．２ｍｇ／Ｌ、生石灰改良区で４４ｍｇ／Ｌであった。供試土Ｄの硫酸イオンは、ＰＳ灰資材改良区で２７０ｍｇ／Ｌであるが、未改良区で２０ｍｇ／Ｌ、生石灰改良区で２１ｍｇ／Ｌであった。

また、ＰＳ灰資材改良区は、電気伝導率に関しても、未改良区及び生石灰改良区よりも高いことが確認できた。供試土Ｃの電気伝導率に関し、ＰＳ灰資材改良区で５６ｍＳ／ｍであるが、未改良区で１１ｍＳ／ｍ、生石灰改良区で３２ｍＳ／ｍであった。同様に、供試土Ｄの電気伝導率に関し、ＰＳ灰資材改良区で５６ｍＳ／ｍであるが、未改良区で１０ｍＳ／ｍ、生石灰改良区で３８ｍＳ／ｍであった。

以上の結果より、水溶性カルシウムイオンと硫酸イオンが土粒子の分散抑制（凝集促進）に寄与していると考えられた。例えば、図１２（ａ）に示すように、粘土の主成分であるモンモリロナイトＭは多層構造をしている。そして、図１２（ｂ）に示すように、ナトリウム型のものは層間にナトリウムイオンと水分子とが入り込んでいる。層間に多くの水分子が入り込むことで層同士の間隔が開き、土粒子が膨潤して盛土表層から流出すると考えられる。ここで、図１２（ｃ）に示すように、水溶性カルシウムイオンが存在すると、ナトリウムイオンがカルシウムイオンに置き換わり、カルシウム型のモンモリロナイトとなる。カルシウム型は、ナトリウム型よりも層間に保持する水分子の量が少ない。これにより、土粒子の膨潤が抑制され、盛土表層からの流出量も低減される。

このことを確認すべく、ＰＳ灰資材を混合したＰＳ灰資材改良土と二水石膏を混合した石膏改良土について、懸濁分散試験を行った。二水石膏を選定した理由は、水溶性カルシウムイオンと硫酸イオンとを含有しているからである。この試験において、ＰＳ灰資材資材や二水石膏の堆積土への混合比率は０．２ｇ／ｋｇ，０．５ｇ／ｋｇ，１ｇ／ｋｇ，２ｇ／ｋｇ，５ｇ／ｋｇ，１０ｇ／ｋｇ，２０ｇ／ｋｇとした。

図１３（ａ）に示すように、ＰＳ灰資材改良土によるＰＳ灰資材改良区では、混合比率を２０ｇ／ｋｇとした試験ケースでシリンダー底部への土粒子の沈殿が確認された。一方、図１３（ｂ）に示すように、石膏改良土による石膏改良区では、混合比率を２ｇ／ｋｇとした試験ケースでシリンダー底部への土粒子の沈殿が確認された。同様に、混合比率を５〜２０ｇ／ｋｇとした試験ケースでも沈殿が確認された。すなわち、ＰＳ灰資材には、二水石膏相当成分（カルシウムイオン及び硫酸イオンの供給源となる水溶性成分）が担持されていると解され、その担持量は二水石膏の０．１重量％と解される。

ここで、二水石膏２ｇ／ｋｇの試験ケースにおける硫酸イオン濃度は１２４ｍｇ／Ｌであり、水溶性カルシウムイオン濃度は５２ｍｇ／Ｌである。また、二水石膏２０ｇ／ｋｇの試験ケースにおける硫酸イオン濃度は１２４０ｍｇ／Ｌであり、水溶性カルシウムイオン濃度は５２０ｍｇ／Ｌである。そして、図１３（ｂ）並びに図９及び図１０の結果を考慮すると、２０ｇ／ｋｇよりも高い比率で二水石膏を堆積土に混合しても、土粒子の沈殿が生じると解される。従って、硫酸イオンが１２４ｍｇ／Ｌ以上，水溶性カルシウムイオン濃度は５２ｍｇ／Ｌ以上の濃度で存在すれば、土粒子の沈殿が生じると解される。

以上説明した各実験を総括すると、次のことがいえる。

まず、土質改良材としてＰＳ灰資材を用いることにより、一般的な土質改良材である生石灰を用いた場合に比べ、堆積土中の水分量を早期に低減させることができ、締固め強度を高めることができる。そして、ＰＳ灰資材を用いると、速やかに堆積土を粒子状にほぐすことができ、ハンドリング性を高めることができる。これは、生石灰が化学反応によって脱水しているのに対し、ＰＳ灰資材では多孔質粒状体の内部に水分を物理的に吸着及び保持しているためと解される。また、ＰＳ灰資材の粒径が１ｍｍ〜５ｃｍ程度であるので、粉体よりも飛散し難く作業性を向上させることができる。

さらに、ＰＳ灰資材は、硫酸イオンと水溶性カルシウムイオンの供給源となる水溶性成分を含有しているので、ナトリウムイオンをカルシウムイオンに効率よく置換でき、雨水等による土粒子の流出、すなわち盛土からの濁り水の発生を抑制することができる。

以上の実施形態の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれる。例えば、次のように構成してもよい。

前述の実施形態では、土質改良材としてＰＳ灰資材を例示したが、これに限定されるものではない。すなわち、カルシウムイオン及び硫酸イオンの供給源となる水溶性成分を、吸水性を有する多孔質粒状体に保持させたものであれば、ＰＳ灰資材と同様な作用効果が得られると解される。例えば、珪藻土を焼成して得られた多孔質粒子（商品名「イソライト」〔登録商標〕）に、カルシウムイオン及び硫酸イオンの供給源となる水溶性成分として石膏を保持させたものであってもよい。

１…盛土，２…生石灰改良区，３…ＰＳ灰資材改良区，４…未改良区，５…盛土の表層土，Ｈ…盛土の高さ，Ｌ…盛土の長さ，Ｍ…モンモリロナイト

Claims (5)

1. 塩分及び水分を含有する堆積土の土質を改良する土質改良材であって、
   カルシウムイオン及び硫酸イオンの供給源となる水溶性成分が、吸水性を有する多孔質粒状体に保持されてなり、前記多孔質粒状体は、ＰＳ灰造粒物、又は珪藻土を焼成して得られた多孔質粒子であることを特徴とする土質改良材。
2. 前記多孔質粒状体が、ＰＳ灰に固化材と水を添加及び混合して造粒されたＰＳ灰造粒物であることを特徴とする請求項１に記載の土質改良剤。
3. 塩分及び水分を含有する堆積土の土質を改良する土質改良方法であって、
   カルシウムイオン及び硫酸イオンの供給源となる水溶性成分が吸水性を有する多孔質粒状体に保持されてなり、前記多孔質粒状体は、ＰＳ灰造粒物、又は珪藻土を焼成して得られた多孔質粒子である土質改良材を、前記堆積土に混合することを特徴とする土質改良方法。
4. 前記土質改良材の前記堆積土への混合量を、重量比１の乾燥混合土に対して重量比５の純水を添加した際の液中硫酸イオン濃度が１２４ｍｇ／Ｌ以上となり、かつ、カルシウムイオン濃度が５２ｍｇ／L以上となるように定めたことを特徴とする請求項３に記載の土質改良方法。
5. 前記土質改良材を前記堆積土に対し、曝気しつつ混合することを特徴とする請求項３又は４に記載の土質改良方法。