WO2019244856A1 - 重金属不溶化固化材及び汚染土壌類の改良工法 - Google Patents

重金属不溶化固化材及び汚染土壌類の改良工法 Download PDF

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cement
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智彦 金沢
奈那 西川
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D3/00—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
    • E02D3/12—Consolidating by placing solidifying or pore-filling substances in the soil

Definitions

  • the present invention can suppress the elution of heavy metals contained in soft soil such as construction sludge and dredged soil, and can improve the heavy metal insolubilized solidifying material that can be improved to soil of appropriate strength, particularly the amount of heavy metal elution from soft soil containing arsenic and lead.
  • the present invention relates to an insolubilized solidified material capable of reducing the solidification.
  • soft soil such as construction sludge and dredged soil contains heavy metal harmful substances such as arsenic and lead.
  • Heavy metals such as arsenic and lead are pollutants regulated by environmental standards and may affect the human body if taken directly or ingested eluted water. It is necessary to take measures such as insolubilization, adsorption, and shielding.
  • soft soil such as construction sludge or dredged soil, it is necessary to improve the soil to a predetermined strength by a solidification treatment in order to reuse the soil.
  • Patent Document 1 As a method of insolubilizing soil contaminated with arsenic or lead, for example, a method of adding a Ca / Mg-based basic substance and then adding a sulfate / hydrochloride of iron (Patent Document 1), calcined gypsum and an Al compound It has been proposed to insolubilize and solidify in a neutral region by a method of using and mixing a Ca / Mg-containing compound with a compound (Patent Document 2).
  • Patent Literatures 1 and 2 can suppress the elution of arsenic and lead from soil, but have low strength expression of improved soil after insolubilization, and recycle soft soil. Is not enough.
  • Patent Document 3 With respect to the treatment of arsenic-containing sludge, a three-step treatment method (Patent Document 3) comprising an insolubilization treatment step using an insolubilizing agent, a solidification treatment step using a solidifying material, and a drying treatment step using a desiccant has been proposed. It is not suitable for on-site construction.
  • Patent Document 4 a treatment method in which arsenic-contaminated soil is heated at 200 to 700 ° C. and then a Ca compound and water are added (Patent Document 4), but such a high-temperature heating treatment is not suitable for construction on site. .
  • cement is widely used as a cement-based solidifying material for soft soil, and is also effective in insolubilizing heavy metals.
  • conventional cement-based solidification materials are not sufficient for insolubilizing arsenic and lead.
  • the addition amount of the solidifying agent is increased, the strength of the improved soil becomes excessive, and there is a concern that the recycling of the soft soil is hindered.
  • Patent Documents 5 to 9 disclose various cement-based solidifying materials or insolubilizing materials. That is, Patent Literature 5 discloses a contaminated soil insolubilizing material including a main material obtained by mixing gypsum, quicklime or cement, and blast furnace slag fine powder, and a pH adjuster for suppressing strong alkalinization of the soil by the main material. Disclose. Patent Literature 6 discloses an additive for a cement-based solidification material obtained by mixing slaked lime and lightly burned dolomite in a predetermined ratio with a cement-based solidification material for a soil, and a volcanic ash soil improvement method.
  • Patent Document 7 discloses that, in a soil solidifying material containing cement clinker, gypsum and slaked lime, slaked lime containing 5 to 40% by volume of particles having a particle diameter of 30 ⁇ m or more is used as slaked lime.
  • Patent Document 8 discloses a cement-based treatment material for heavy metal-contaminated soil containing Portland cement, blast furnace slag, and gypsum at a predetermined ratio, and a method for solidifying and insolubilizing heavy metal-contaminated soil.
  • Patent Literature 9 discloses a ground improvement method using a cement-based solidified material mixed with a cement raw material powder (preheater raw material) extracted from a cement firing furnace preheater. The preheater raw material contains a lot of quicklime produced by thermal decomposition of limestone in the cement raw material.
  • the present invention provides a heavy metal insolubilized solidified material capable of suppressing the arsenic and lead elution amount of softly contaminated soil containing arsenic and lead and exhibiting appropriate strength development as an improved soil, and an improved method for contaminated soils.
  • the purpose is to do.
  • the present inventor has found that in order to solve the above problems, the above problems can be solved by combining slaked lime with a specific cement-based solidifying material.
  • the present invention is a heavy metal-insolubilized solidified material that solidifies soft soil or sludge containing arsenic and lead as heavy metals to improve soil and suppresses elution of arsenic and lead from the improved soil, including cement, blast furnace It contains a cement-based solidification material consisting of slag and gypsum, and slaked lime or lightly burnt dolomite.
  • the blended amount of slaked lime is 10 to 55% by mass based on the total of the cement-based solidification material and slaked lime or lightly burnt dolomite.
  • Heavy metal insolubilized solidified material is a heavy metal-insolubilized solidified material that solidifies soft soil or sludge containing arsenic and lead as heavy metals to improve soil and suppresses elution of arsenic and lead from the improved soil, including cement, blast furnace It contains a cement-based solidification material consisting of slag and gypsum, and slake
  • the slaked lime those having an average particle diameter of 20 ⁇ m or less and containing CaO of 72.5% by mass or more are suitable.
  • the lightly fired dolomite contains 93.0% by mass or more of CaO.MgO and has a fineness of 5,000 cm 2 / g to 7000 cm 2 / g.
  • the cement-based solidifying material those containing 25 to 90% by mass of cement, 5 to 50% by mass of blast furnace slag, and 5 to 25% by mass of gypsum are suitable.
  • the heavy metal-insolubilized solidified material contains 2 to 20 parts by mass of an alkali metal and / or alkaline earth metal chloride and / or sulfate based on 100 parts by mass of the cement solidified material and slaked lime or lightly burnt dolomite in total. can do.
  • the heavy metal-insolubilized solidified material is used to convert soft soil or sludge into an improved soil having an unconfined compressive strength of 100 to 3000 kN / m 2 , in which the arsenic and lead elution amounts are each 0.01 mg / L or less. It is preferably used for
  • the present invention is an improved method for improving soft soil or sludge containing arsenic and lead, improving the strength of the soil and suppressing the elution of the heavy metal while increasing the strength.
  • it is a method for improving soft soil or sludge characterized by mixing with sludge. Suitable when soft soil or sludge is used as an improved soil with a uniaxial compressive strength of 100 to 3000 kN / m 2 or an improved soil with an arsenic elution amount of 0.01 mg / l or less or a lead elution amount of 0.01 mg / l or less. It is a simple construction method.
  • soft soil or sludge containing arsenic and lead can be easily solidified into an improved soil of appropriate strength, and the elution amount of arsenic and lead is below the environmental specification standard. Can be suppressed.
  • the heavy metal insolubilized solidified material of the present invention solidifies soft soil or sludge containing arsenic and lead as heavy metals (hereinafter, both are also referred to as soft soils or soil) to obtain improved soil, and arsenic from the improved soil. And a heavy metal insolubilized solidified material that suppresses the elution of lead and lead.
  • the heavy metal insolubilized solidified material contains, as main components, a cement solidified material and slaked lime or lightly burnt dolomite (hereinafter also referred to as slaked limes).
  • the compounding ratio of the cement-based solidifying material and the slaked lime is such that the compounding amount of the slaked lime is 10 to 55% by mass, and preferably 20 to 50% by mass, based on the total of both.
  • the amount of slaked lime is less than 10% by mass, the strength of the improved soil becomes excessive, and the insolubilization of arsenic and lead tends to be insufficient, which may hinder the recycling. If the amount of slaked lime exceeds 55% by mass, not only the strength of the improved soil becomes insufficient, but also the elution amount of lead increases because the pH increases.
  • the cement-based solidifying material is a solidifying material containing cement as a base material and is obtained by adding blast furnace slag or gypsum as an active ingredient to cement in order to stabilize soft soils efficiently. More preferably, the cement-based solidification material contains 100% by mass of cement, 25 to 90% by mass of cement, 5 to 50% by mass of blast furnace slag, and 5 to 25% by mass of gypsum.
  • JIS standard products JIS R 5210 to 5214
  • clinker which is an intermediate material for producing Portland cement
  • blast furnace slag examples include gradually cooled slag and granulated slag, and granulated slag having latent hydraulic property is suitable.
  • gypsum anhydrous gypsum is suitable.
  • blast furnace slag and gypsum exist in cement such as blast furnace cement, it is understood that blast furnace slag and gypsum to be added to cement as a cement-based solidifying material of the present invention are amounts added separately from this. You. In the production of the cement-based solidification material, either of the powders can be mixed or mixed and pulverized.
  • the Blaine specific surface area is 4000 cm 2 / g or more, preferably 5000 cm 2 / g or more.
  • the particle diameter of the heavy metal insolubilized solidified material obtained by mixing slaked lime or lightly burned dolomite with a cement-based solidified material has a specific surface area of 7000 cm 2 / g or more, preferably 8000 cm 2 / g or more when slaked lime is mixed.
  • Blaine specific surface area of 5000 cm 2 / g or more, preferably 6000 cm 2 / g or more.
  • the upper limit is not particularly limited, but is about 12000 cm 2 / g from the viewpoint of the pulverization limit.
  • the mixing ratio of slaked lime or lightly burnt dolomite is preferably in the range of 10 to 55% by mass in the heavy metal insolubilized solidified material.
  • slaked lime JIS standard products (JIS R 9001) can be used. It is preferably a special name, and those containing 72.5% by mass or more of CaO are suitable.
  • slaked lime contains a compound that can become slaked lime when mixed with soil. Preferably, it is quicklime.
  • the average particle size (d50) of slaked lime is preferably 20 ⁇ m or less, more preferably 10 ⁇ m or less.
  • JIS standard products (JIS R 9001) can be used as lightly fired dolomite.
  • the fineness (specific surface area) is preferably 5000 to 7000 cm 2 / g.
  • the fineness is a value obtained by mixing and pulverizing lightly burned dolomite with a cement solidifying material or the like.
  • the heavy metal-insolubilized solidification material of the present invention further comprises, in addition to the cement-based solidification material and slaked lime, chlorides and / or sulfates of alkali metals and / or alkaline earth metals in order to suppress the leaching of arsenic and lead. Should be blended.
  • Chloride is preferably calcium chloride or sodium chloride
  • sulfate is preferably magnesium sulfate, sodium sulfate or calcium sulfate, and these can be used alone or in combination of two or more.
  • the chloride and / or sulfate is preferably used in an amount of 2 to 20 parts by mass, and more preferably 7 to 15 parts by mass, based on 100 parts by mass of the cement-based solidifying material and slaked lime.
  • the heavy metal insolubilized solidified material of the present invention may optionally contain other components such as a concrete admixture and inorganic powder.
  • the heavy metal insolubilized solidified material may be mixed in advance with the compounding component or may be mixed at the construction site at the same time, but if mixed in advance, the quality stability of the product is excellent.
  • the heavy metal insolubilized solidified material of the present invention is used for treating soft soil or sludge to obtain improved soil.
  • the soft soil commonly referred to as mud
  • the soft soil there is a state exhibiting fluidity of the soil caused by the construction or dredging such as the strength, or less than the cone index 200 kN / m 2, or uniaxial compression
  • Some soils have a strength of about 50 kN / m 2 or less.
  • the soil having a water content of 10 to 200% by mass, preferably 20 to 50% by mass is good.
  • appropriate moisture is required, but if it is excessive, the effect of improving strength is poor.
  • soil having a wet density of 1 to 3 g / cm 3 preferably 1.5 to 2.50 g / cm 3 .
  • soft soils containing arsenic and lead as heavy metals are also targeted.
  • the contents of arsenic and lead are not particularly limited, but may be 1.0 mg or more, preferably 10.0 mg or more, per kg of soil.
  • the solidified material and the improved method of the present invention are effective.
  • Soil is usually composed of clay and sand, but soil with a lot of clay is called cohesive soil, and soil with a lot of sand is called sandy soil.
  • INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is effective for treating clayey soil containing 50% by mass or more of clay with respect to the total amount of clay and sand, or sandy soil containing 30% by mass or more of clay.
  • the heavy metal insolubilized solidification material of the present invention is 10 to 300 kg, preferably 30 to 200 kg, particularly preferably 1 m 3 of the soft soil to be treated. It is preferable to use 50 to 150 kg. Further, the addition amount of slaked lime metals contained in the heavy metal insolubilization solidifying material, to soft soils such 1 m 3, preferably in the range of 5 ⁇ 55 kg. More preferably, it is in the range of 10 to 55 kg.
  • the heavy metal insolubilized solidified material of the present invention enables soft soils to be improved soils having a uniaxial compressive strength of 100 to 3000 kN / m 2 . In particular, it becomes possible to obtain an improved soil having a uniaxial compressive strength of 300 to 2,000 kN / m 2 , and further an improved soil having an 800 to 1800 kN / m 2 .
  • the heavy metal insolubilized solidified material of the present invention can solidify soft soils to a predetermined strength as described above, and can reduce the leaching of arsenic and lead.
  • at least one of the elution amounts of arsenic or lead can be set to an environmental standard value (0.01 mg / L or less). The measurement of the elution amount is in accordance with the conditions of the examples.
  • the OPC alone was used as a cement-based solidification material (I). Also called cement (I). 57.0 parts by mass of the OPC, 34.7 parts of blast furnace slag and 8.3 parts of gypsum were mixed and pulverized to obtain a cement-based solidified material (II) having a Blaine specific surface area of 6310 cm 2 / g. Also called cement (II).
  • Table 1 shows the composition, soil quality, water content, density, and heavy metal content of the soils A to E.
  • the unit of wet density is (g / cm 3 )
  • the unit of arsenic and lead content is (mg / kg)
  • the unit of arsenic and lead elution amount is (mg / L).
  • the amounts are parts.
  • the measurement of the elution amount prepared the test solution based on the notification of Ministry of the Environment No. 46, and measured it by ICP emission spectroscopy.
  • Examples 9 to 14 The simulated soil E was mixed with a heavy metal insolubilized solidified material obtained by mixing chloride in addition to the cement-based solidifying material (II) and slaked lime, and the elution amount and uniaxial compressive strength after 7 days were measured. Table 4 shows the results. In addition, Table 4 also shows the Blaine specific surface area of the heavy metal insolubilized solidified material.
  • Examples 15 to 20 The simulated soil E was mixed with a heavy metal insolubilized solidified material obtained by mixing a sulfate in addition to the cement solidified material (II) and slaked lime, and the elution amount and uniaxial compressive strength after 7 days were measured. Table 5 shows the results. In addition, Table 5 also shows the Blaine specific surface area of the heavy metal insolubilized solidified material.
  • Examples 21 to 27 The above-mentioned soil E (soil under the same conditions as in Table 3) was subjected to a mixing treatment with a heavy metal insolubilized solidified material obtained by mixing cement-based solidified material (II) and lightly burned dolomite, and the elution amount and uniaxial compressive strength after 7 days was measured. Table 6 shows the results. Table 6 also shows the Blaine specific surface area of the heavy metal insolubilized solidified material.
  • soft soil or sludge containing arsenic and lead can be easily solidified into an improved soil having an appropriate strength, and the elution amounts of arsenic and lead can be suppressed below the environmental specification standard. Therefore, it is very useful as a heavy metal insolubilized solidified material capable of improving the strength of soft soil contaminated with heavy metals and suppressing the elution amount of arsenic and lead, and a method for improving soft soil or sludge.

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Abstract

重金属で汚染された軟弱土壌類の強度を向上させると共に、ヒ素及び鉛の溶出量を抑制し得る重金属不溶化固化材、及び軟弱土壌又は汚泥の改良工法を提供する。　重金属を含有する軟弱土壌又は汚泥を固化して改良土壌にする共に改良土壌からのヒ素及び鉛の溶出を抑制する重金属不溶化固化材であって、セメント、高炉スラグ及び石膏からなるセメント系固化材と、消石灰又は軽焼ドロマイトを含み、セメント系固化材と消石灰又は軽焼ドロマイトの合計に対し、消石灰又は軽焼ドロマイトの配合量が１０～５５質量％であることを特徴とする重金属不溶化固化材、及びその重金属不溶化固化材を使用する軟弱土壌又は汚泥の改良工法。

Description

重金属不溶化固化材及び汚染土壌類の改良工法
　本発明は、建設汚泥や浚渫土等の軟弱土壌に含まれる重金属の溶出を抑制でき、適切な強度の土壌に改良可能な重金属不溶化固化材、特にヒ素や鉛を含有する軟弱土壌の重金属溶出量を低減し得る不溶化固化材に関する。
　現場工事において、建設汚泥や浚渫土等の軟弱土壌に、ヒ素や鉛等の重金属有害物質が含まれていることが報告されている。ヒ素や鉛等の重金属は、環境基準で規制された汚染物質であり、直接摂取することや溶出した水を摂取することで人体に影響を及ぼすおそれがあり、溶出基準値を上回ると、土壌の不溶化処理や吸着工法、遮蔽処理等の措置を行う必要がある。
　加えて、建設汚泥や浚渫土等の軟弱土壌の場合、再生利用するために、固化処理によって所定強度の土壌に改良する必要がある。
　ヒ素や鉛に汚染された土壌の不溶化処理方法として、例えば、Ca／Mg系塩基性物質を添加した後、鉄の硫酸塩／塩酸塩を添加する方法（特許文献１）、焼石膏とAl化合物とCa／Mg含有化合物を混合使用する方法（特許文献２）によって、中性域で不溶化固化することが提案されている。
　しかし、特許文献１，２に記載されている方法は、土壌からのヒ素や鉛の溶出を抑制することは可能であるものの、不溶化後における改良土壌の強度発現性が低く、軟弱土壌の再生利用には不十分である。
　ヒ素含有汚泥の処理について、不溶化剤による不溶化処理工程、固化材による固化処理工程、及び乾燥剤による乾燥処理工程からなる三工程の処理方法（特許文献３）が提案されているが、工程が煩雑であり、現場施工に不向きである。また、ヒ素汚染土壌を200～700℃で加熱処理した後、Ca化合物と水を添加する処理方法（特許文献４）も提案されているが、こうした高温加熱処理も、現場での施工に適さない。
　他方、セメントは、軟弱土壌のセメント系固化材として汎用されており、重金属の不溶化にも有効である。しかし、粘土分の多い土壌や重金属含有量の多い土壌に対しては、従来のセメント系固化材ではヒ素や鉛の不溶化には十分とはいえず、重金属の溶出環境基準を満たすためにセメント系固化材の添加量を多くすると、改良土壌の強度が過剰になり軟弱土壌の再生利用に支障を来す懸念がある。
　特許文献５～９は、各種のセメント系固化材又は不溶化材を開示する。すなわち、特許文献５は、石膏と、生石灰又はセメントと、高炉スラグ微粉末とを混合した主材と、主材による土壌の強アルカリ化を抑制するｐＨ調整剤とからなる汚染土壌の不溶化材を開示する。特許文献６は、土壌用セメント系固化材に、消石灰と軽焼ドロマイトとを所定比で配合してなるセメント系固化材用添加材、及び火山灰質土壌改良方法を開示する。特許文献７は、セメントクリンカ、石膏及び消石灰を含んでなる土壌固化材において、消石灰として粒子径３０μｍ以上の粒子を５～４０体積％含有する消石灰を用いることを開示する。特許文献８は、ポルトランドセメントと高炉スラグと石膏とを所定割合で含む重金属汚染土壌用セメント系処理材、及び重金属汚染土壌の固化不溶化処理方法を開示する。特許文献９は、セメント系固化材にセメント焼成炉プレヒーターから抽出されたセメント原料粉末（プレヒーター原料）を混合して用いる地盤改良工法を開示する。プレヒーター原料中には、セメント原料中の石灰石が熱分解して生成した生石灰が多く含まれる。
特開２００６－２０５１６９号公報 特開２０１０－２０７６５９号公報 特開２００５－１０３４２９号公報 特開２００６－１６７６１７号公報 特開２０１２－０５５８１９号公報 特開２０１１－２５６３２４号公報 特開２０１０－１５９３４７号公報 特開２００７－２２２６９４号公報 特開２０００－１２００５９号公報
　本発明は、ヒ素及び鉛を含有する軟弱汚染土壌のヒ素及び鉛の溶出量を抑制し、かつ改良土壌として適切な強度発現性を示し得る重金属不溶化固化材、及び汚染土壌類の改良工法を提供することを目的とする。
　本発明者は、上記課題を解決するために、特定のセメント系固化材に消石灰を組み合わせることによって、上記課題を解決し得ることを見出した。
　すなわち、本発明は、重金属としてヒ素及び鉛を含有する軟弱土壌又は汚泥を固化して改良土壌にする共に改良土壌からのヒ素及び鉛の溶出を抑制する重金属不溶化固化材であって、セメント、高炉スラグ及び石膏からなるセメント系固化材と、消石灰又は軽焼ドロマイトを含み、セメント系固化材と消石灰又は軽焼ドロマイトの合計に対し、消石灰の配合量が１０～５５質量％であることを特徴とする重金属不溶化固化材である。
　上記消石灰としては、平均粒径が２０μｍ以下であり、ＣａＯを７２．５質量％以上含有するものが適する。上記軽焼ドロマイトとしては、ＣａＯ・ＭｇＯを９３．０質量％以上含有するものであり、粉末度は５０００ｃｍ２／ｇ～７０００ｃｍ２／ｇが適する。また、上記セメント系固化材としては、セメントを２５～９０質量％、高炉スラグを５～５０質量％、石膏を５～２５質量％含有するものが適する。
　上記重金属不溶化固化材は、上記セメント系固化材と消石灰又は軽焼ドロマイトの合計１００質量部に対し、アルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属の塩化物及び／又は硫酸塩を２～２０質量部配合することができる。
　上記重金属不溶化固化材は、軟弱土壌又は汚泥を、一軸圧縮強さ１００～３０００ｋＮ／ｍ２の改良土壌にするために、ヒ素と鉛の溶出量を各０．０１ｍｇ／Ｌ以下の改良土壌にするために好適に使用される。
　また、本発明は、ヒ素及び鉛を含有する軟弱土壌又は汚泥を改良して強度を高める共に上記重金属の溶出を抑制する軟弱土壌又は汚泥の改良工法であって、上記の重金属不溶化固化材を土壌又は汚泥に混合することを特徴とする軟弱土壌又は汚泥の改良工法である。
　軟弱土壌又は汚泥を、一軸圧縮強さ１００～３０００ｋＮ／ｍ２の改良土壌にしたり、ヒ素溶出量０．０１ｍｇ／ｌ以下、又は鉛溶出量０．０１ｍｇ／ｌ以下の改良土壌にする場合に好適な工法である。
　本発明の重金属不溶化固化材によれば、簡易に、ヒ素及び鉛を含有する軟弱土壌又は汚泥類を適切な強度の改良土壌に固化でき、かつ、ヒ素及び鉛の溶出量を環境指定基準以下に抑制できる。
　本発明の重金属不溶化固化材は、重金属としてヒ素及び鉛を含有する軟弱土壌又は汚泥（以下、両者を軟弱土壌類又は土壌ともいう。）を固化して改良土壌にする共に、改良土壌からのヒ素と鉛の溶出を抑制する重金属不溶化固化材である。この重金属不溶化固化材は主成分としてセメント系固化材と消石灰又は軽焼ドロマイト（以下、消石灰類ともいう。）を含む。
　セメント系固化材と消石灰類の配合割合は、両者の合計に対し、消石灰類の配合量が１０～５５質量％であり、好ましくは２０～５０質量％である。消石灰類が１０質量％未満では、改良土壌の強度が過剰となり、ヒ素や鉛の不溶化も不十分となり易く、再生利用に支障を来す懸念がある。消石灰類の添加量が５５質量％を超えると改良土壌の強度が不充分となるだけでなく、ｐＨが高くなることから、鉛の溶出量が増加する。
　セメント系固化材は、セメントを母材とする固化性の材料であって、軟弱土壌類を効率良く安定化するために、セメントに高炉スラグや石膏を有効成分として添加したものである。セメント系固化材１００質量％中に、セメントを２５～９０質量％、高炉スラグを５～５０質量％、及び石膏を５～２５質量％含有することがより好ましい。
　セメントとしては、JIS規格品（JIS R 5210～5214）あるいは、ポルトランドセメントを製造する際の中間原料であるクリンカーを使用できる。すなわち、ポルトランドセメント、高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメント、エコセメント及び混合セメントが挙げられるが、好ましくはポルトランドセメント、高炉セメントである。
　高炉スラグとしては、徐冷スラグ、水砕スラグが挙げられるが、潜在水硬性を有する水砕スラグが適する。
　石膏としては、無水石膏が適する。
　なお、高炉セメントなどセメント中に高炉スラグや石膏を含むものも存在するが、本発明のセメント系固化材としてセメントに配合される高炉スラグや石膏は、これとは別に加える量であると理解される。
　セメント系固化材の製造は、それぞれの粉末を混合、あるいは混合粉砕のいずれも使用できる。セメント系固化材の粒径は、ブレーン比表面積が４０００ｃｍ２／ｇ以上、好ましくは５０００ｃｍ２／ｇ以上である。
　セメント系固化材に消石灰又は軽焼ドロマイトを配合した重金属不溶化固化材の粒径は、消石灰を配合する場合、ブレーン比表面積が７０００ｃｍ２／ｇ以上、好ましくは８０００ｃｍ２／ｇ以上である。軽焼ドロマイトを配合する場合、ブレーン比表面積が５０００ｃｍ２／ｇ以上、好ましくは６０００ｃｍ２／ｇ以上である。上限は特に限定されないが、粉砕限界の観点から、１２０００ｃｍ２／ｇ程度である。
　消石灰又は軽焼ドロマイトの配合割合は、重金属不溶化固化材において１０～５５質量％の範囲とすることがよい。
　消石灰としては、JIS規格品（JIS R 9001）を使用できる。好ましくは特号であり、ＣａＯ分を７２．５質量％以上含有するものが適する。また、消石灰には、土壌と混合した際に消石灰となり得る化合物を含む。好ましくは生石灰である。
　また、消石灰の平均粒径（ｄ５０）は、好ましくは２０μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以下である。
　軽焼ドロマイトとしては、JIS規格品（JIS R 9001）を使用できる。好ましくは特号であり、ＣａＯ・ＭｇＯ分を９３．０質量％以上、ＭｇＯ分を３０．０質量％以上含有するものが適する。
　粉末度（比表面積）は、好ましくは５０００～７０００ｃｍ２／ｇである。ここで、粉末度は、軽焼ドロマイトをセメント固化材等と混合、粉砕した後の数値である。
　本発明の重金属不溶化固化材は、ヒ素、鉛の溶出量を抑制するために、上記セメント系固化材と消石灰類に加えて、アルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属の塩化物及び／又は硫酸塩を配合するとよい。
　塩化物としては、好ましくは塩化カルシウム、又は塩化ナトリウムが挙げられ、硫酸塩としては、好ましくは硫酸マグネシウム、硫酸ナトリウム、又は硫酸カルシウムが挙げられ、これらを単独又は二種以上を混合して使用できる。
　塩化物及び／又は硫酸塩は、上記セメント系固化材と消石灰類の合計１００質量部に対し、２～２０質量部を配合することがよく、好ましくは７～１５質量部である。
　本発明の重金属不溶化固化材には、必要によりコンクリート混和材や無機粉末などその他の成分を配合し得る。また、重金属不溶化固化材は配合成分を事前に混合してもよく、施工現場で同時に混合してもよいが、事前に混合しておけば、製品の品質安定性が優れる。
　本発明の重金属不溶化固化材は、軟弱土壌又は汚泥を処理して改良土壌とするために使用される。
　軟弱土壌としては、一般に泥土と言われ、建設ないし浚渫等により発生する土壌のうち流動性を呈する状態のものであって、強度としては、コーン指数２００kN/m2未満であるか、あるいは一軸圧縮強さが概ね５０kN/m2以下の土壌がある。
　汚泥としては水槽、川、池、湖沼、海底等に堆積したものがあるが、これらは水分量が多く、流動性が大きいので、陸地に放置してある程度乾燥させるか、水分量の少ない土壌と混合して事前処理して含水量を調整することがよい。
　土壌の状態としては、含水比が１０～２００質量％、好ましくは２０～５０質量％の土壌であることがよい。重金属不溶化固化材が固化して強度を発現するためには適当な水分が必要であるが、過剰であると強度向上効果が劣る。
　また、湿潤密度としては、１～３ｇ／ｃｍ３、好ましくは１．５～２．５０ｇ／ｃｍ３の土壌に適する。
　加えて、重金属としてヒ素と鉛を含む軟弱土壌類が対象である。ヒ素と鉛の含有量は特に限定されないが、土壌１ｋｇ当たり、各１．０ｍｇ以上、好ましくは１０．０ｍｇ以上含むことがよい。上限には制限はないが、２００ｍｇ程度以下であれば、固化後の改良土壌において、排出基準値（０．０１以下）の溶出量に低減できる。
　特に、粘土を多く含む軟弱土壌において、本発明の固化材や改良工法は有効である。土壌は通常、粘土と砂とから構成されるが、粘土が多い土壌は粘性土、逆に砂が多い土壌は砂質土と言われる。本発明は、粘土と砂の合計量に対して粘土を５０質量％以上含む粘性土、又は粘土を３０質量％以上含む砂質土を処理するのに有効である。
　本発明の重金属不溶化固化材を使用して軟弱土壌類の不溶化固化処理する場合、処理対象の軟弱土壌類１ｍ３に対し、重金属不溶化固化材を、１０～３００ｋｇ、好ましくは３０～２００ｋｇ、特に好ましくは５０～１５０ｋｇ使用することがよい。また、重金属不溶化固化材に含まれる消石灰類の添加量としては、軟弱土壌類１ｍ３に対し、５～５５ｋｇの範囲が好ましい。より好ましくは１０～５５ｋｇの範囲である。
　本発明の重金属不溶化固化材は、軟弱土壌類を一軸圧縮強さ１００～３０００ｋＮ／ｍ２の改良土壌にすることが可能となる。特に、一軸圧縮強さ３００～２０００ｋＮ／ｍ２の改良土壌、さらに８００～１８００ｋＮ／ｍ２の改良土壌にすることが可能となる。
　本発明の重金属不溶化固化材は、上述のとおり軟弱土壌類を所定強度に固化できると共に、ヒ素と鉛の溶出量を低減できる。好ましくはヒ素又は鉛の溶出量の少なくともいずれかを環境基準値（０．０１ｍｇ／Ｌ以下）にすることも可能となる。なお、溶出量の測定は実施例の条件に従う。
　以下、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。なお、特に断りのない限り部は質量部であり、％は質量％である。
　重金属不溶化固化材に使用した材料を次に示す。
　普通ポルトランドセメント（ＯＰＣ）　日鉄セメント社製、ブレーン比表面積3340 cm2/g
　高炉スラグ　日本製鉄社製
　無水石膏　タイ産
　消石灰特特選　北海道石灰化工社製　（CaO：73.5％，平均粒径：4.8μｍ）
　軽焼ドロマイト　黒崎播磨社製　（CaO・MgO：97.0％、MgO：39.5％、粉末度：6140 cm2/g）
　上記ＯＰＣ単体をセメント系固化材（I）とした。セメント（I）とも言う。
　上記ＯＰＣ57.0質量部、高炉スラグ34.7部及び石膏8.3部を、混合、粉砕して、ブレーン比表面積6310cm2/gのセメント系固化材（II）とした。セメント（II）とも言う。
　下記の土壌材料及び重金属化合物（試薬）を使用し、温度５０度で２日間乾燥させた土と蒸留水に重金属試薬を溶解させたものを、ソイルミキサーで３分間混合することで、含水比、重金属量を調整した模擬汚染土壌を作成した（土壌Ａ～Ｅ）。
　荒木田土　あかぎ園芸製
　砕砂　白老産
　8号珪砂　東北珪砂社製
　ひ酸水素二ナトリウム七水和物（特級）　関東化学社製
　硝酸鉛（II）　関東化学社製
　土壌Ａ～Ｅの配合組成、土質、含水比、密度及び重金属含有量を表１に示す。
　表１において、湿潤密度の単位は(g/cm3)であり、ヒ素、鉛の含有量（上段）の単位は(mg/kg)であり、ヒ素、鉛の溶出量（下段）の単位は(mg/L)である。配合量は部である。
　なお、溶出量の測定は、環境省告示４６号に準拠して検液を作製し、ＩＣＰ発光分光分析法によって測定した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
参考例１～４　
　土壌Ａ～Ｄに、セメント系固化材（II）を100kg/m3となるように混合して、７日後及び28日後のヒ素溶出量と一軸圧縮強さを測定した。結果を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２から、土壌中の砂の量が増えるほどヒ素の溶出量は減少し、参考例４の土壌Ｄでは、セメント系固化材においても環境基準値以下までヒ素の不溶化が可能であることが分かる。しかし、粘土（荒木田土）が増えるほどヒ素溶出量が増加し、セメント系固化材では不溶化が困難であることが分かる。
実施例１～８、比較例１～５
　上記土壌Ｅに対し、セメント系固化材（II）と消石灰を配合してなる重金属不溶化固化材を混合処理して、７日後の溶出量と一軸圧縮強さを測定した。結果を表３に示す。なお、表３には、重金属不溶化固化材のブレーン比表面積も示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３から、消石灰を配合しないと、ヒ素の不溶化が不十分となり、消石灰量が増えるとともに、ヒ素の溶出量も減少するが、鉛の溶出量が増加することが分かる。また、セメント系固化材(II)に代えて、ＯＰＣ単独のセメント系固化材（I）を使用した場合は、鉛又はヒ素の不溶化が不十分となることが分かる。このことから、セメント系固化材(II)に含まれている高炉スラグが溶出量の抑制に有効であることが分かる。すなわち、ＯＰＣ、高炉スラグ、石膏と消石灰（１０～５５質量％）とすることで、ヒ素と鉛の溶出量を環境基準値以下とすることができる。
実施例９～１４
　上記模擬土壌Ｅに対し、セメント系固化材（II）と消石灰に加えて塩化物を配合してなる重金属不溶化固化材を混合処理して、７日後の溶出量と一軸圧縮強さを測定した。結果を表４に示す。なお、表４には、重金属不溶化固化材のブレーン比表面積も示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
実施例１５～２０
　上記模擬土壌Ｅに対し、セメント系固化材（II）と消石灰に加えて硫酸塩を配合してなる重金属不溶化固化材を混合処理して、７日後の溶出量と一軸圧縮強さを測定した。結果を表５に示す。なお、表５には、重金属不溶化固化材のブレーン比表面積も示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　表４、５から、セメント系固化材（II）と消石灰に加えて塩化物又は硫酸塩を配合してなる重金属不溶化固化材を使用することにより、鉛溶出量を更に抑制できることが分かる。
実施例２１～２７
　上記土壌Ｅ（表３と同条件の土壌）に対し、セメント系固化材（II）と軽焼ドロマイトを配合してなる重金属不溶化固化材を混合処理して、７日後の溶出量と一軸圧縮強さを測定した。結果を表６に示す。なお、表６には、重金属不溶化固化材のブレーン比表面積も示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　表６から、軽焼ドロマイトにおいても消石灰と同様に、ヒ素、鉛の不溶化効果が認められ、ヒ素や鉛の溶出量を抑制することができる。 
　本発明によれば、簡易に、ヒ素及び鉛を含有する軟弱土壌又は汚泥類を適切な強度の改良土壌に固化でき、かつ、ヒ素及び鉛の溶出量を環境指定基準以下に抑制できる。よって、重金属で汚染された軟弱土壌類の強度を向上させると共に、ヒ素及び鉛の溶出量を抑制し得る重金属不溶化固化材、及び軟弱土壌又は汚泥の改良工法として、非常に有用である。 

Claims (11)

  1. 　重金属としてヒ素及び鉛を含有する軟弱土壌又は汚泥を固化して改良土壌にする共に改良土壌からのヒ素及び鉛の溶出を抑制する重金属不溶化固化材であって、セメント、高炉スラグ及び石膏からなるセメント系固化材と、消石灰又は軽焼ドロマイトを含み、セメント系固化材と消石灰又は軽焼ドロマイトの合計に対し、消石灰又は軽焼ドロマイトの配合量が１０～５５質量％であることを特徴とする重金属不溶化固化材。
  2. 　消石灰が、平均粒径が２０μｍ以下であり、ＣａＯを７２．５質量％以上含有する請求項１に記載の重金属不溶化固化材。
  3. 　軽焼ドロマイトが、ＣａＯ・ＭｇＯを９３．０質量％以上含有し、粉末度が５０００～７０００ｃｍ２／ｇである請求項１に記載の重金属不溶化固化材。
  4. 　セメント系固化材が、セメント２５～９０質量％、高炉スラグを５～５０質量％及び石膏を５～２５質量％含有する請求項１又は２に記載の重金属不溶化固化材。
  5. 　セメント系固化材と消石灰又は軽焼ドロマイトの合計１００質量部に対し、アルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属の塩化物及び／又は硫酸塩を２～２０質量部配合してなる請求項１に記載の重金属不溶化固化材。
  6. 　軟弱土壌又は汚泥を、一軸圧縮強さ１００～３０００ｋＮ／ｍ２の改良土壌にするために使用される請求項１に記載の重金属不溶化固化材。
  7. 　軟弱土壌又は汚泥を、ヒ素溶出量０．０１ｍｇ／ｌ以下、又は鉛溶出量０．０１ｍｇ／ｌ以下の改良土壌にするために使用される請求項１に記載の重金属不溶化固化材。
  8. 　ヒ素及び鉛を含有する軟弱土壌又は汚泥を改良して強度を高める共に上記重金属の溶出を抑制する軟弱土壌又は汚泥の改良工法であって、請求項１に記載の重金属不溶化固化材を土壌又は汚泥に混合することを特徴とする軟弱土壌又は汚泥の改良工法。
  9. 　軟弱土壌又は汚泥に対し、消石灰又は軽焼ドロマイトの添加量が５～５５ｋｇ／ｍ３になるように、重金属不溶化固化材を土壌又は汚泥に混合する請求項８に記載の軟弱土壌又は汚泥の改良工法。
  10. 　軟弱土壌又は汚泥を、一軸圧縮強さ１００～３０００ｋＮ／ｍ２の改良土壌にする請求項８に記載の軟弱土壌又は汚泥の改良工法。
  11. 　軟弱土壌又は汚泥を、ヒ素溶出量０．０１ｍｇ／ｌ以下、又は鉛溶出量０．０１ｍｇ／ｌ以下の改良土壌にする請求項８に記載の軟弱土壌又は汚泥の改良工法。 
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