(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）ポリアクリルアミド、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリル酸ソーダおよびグアガムからなる群から選ばれた少なくとも１種の水溶性高分子および／またはアクリル酸塩重合体の架橋物が０．２〜１０．０重量部、
（Ｂ）アルカリ金属イオンを含有するケイ酸塩、ハロゲン化物、炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩、アルミン酸塩および酢酸塩からなる群から選ばれた少なくとも１種が０．２〜２０．０重量部、および
（Ｃ）セメントが１０〜２００重量部、
からなる残土改良剤。
【請求項２】
前記セメントが、ポルトランドセメント、混合セメント、特殊セメント、固化処理用特殊セメントおよび改良セメントからなる群から選ばれた少なくとも１種である、請求項１に記載の残土改良剤。
【請求項３】
（Ａ）ポリアクリルアミド、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリル酸ソーダおよびグアガムからなる群から選ばれた少なくとも１種の水溶性高分子および／またはアクリル酸塩重合体の架橋物が０．２〜１０．０重量部、
（Ｂ）アルカリ金属イオンを含有するケイ酸塩、ハロゲン化物、炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩、アルミン酸塩および酢酸塩からなる群から選ばれた少なくとも１種が０．２〜２０．０重量部、および
（Ｃ）セメントが１０〜２００重量部、
からなる残土改良剤を、残土１ｍ３に対して１０〜２３０ｋｇの割合で添加して混合することを特徴とする残土の改良方法。
【請求項４】
（Ａ）ポリアクリルアミド、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリル酸ソーダおよびグアガムからなる群から選ばれた少なくとも１種の水溶性高分子および／またはアクリル酸塩重合体の架橋物を０．２〜１０．０重量部と、
（Ｂ）アルカリ金属イオンを含有するケイ酸塩、ハロゲン化物、炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩、アルミン酸塩および酢酸塩からなる群から選ばれた少なくとも１種を０．２〜２０．０重量部と、
（Ｃ）セメントを１０〜２００重量部と、
を残土１ｍ３に対して合計で１０〜２３０ｋｇとなるように添加して混合することを特徴とする残土の改良方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、残土改良剤および残土の改良方法、特に、残土を搬送や再利用に適した状態に改良するための残土改良剤および残土の改良方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
泥水加圧シールド工法や泥土圧シールド工法などの地下利用を目的としたトンネル掘削工事において発生する高含水掘削汚泥、基礎杭工法などの基礎工事で発生する軟弱汚泥、浚渫工事などで発生する軟弱土砂、および下水処理場や浄水場で発生する汚泥のような多量の水分を含んだ残土は、そのままでは搬送・搬出したり再利用するのが困難である。このため、これらの残土は、通常、短時間で搬出可能とするために、あるいは再利用可能な強度および形状にするために、改良剤を用いて改良される場合が多い。
【０００３】
従来、このような残土の改良方法としては、例えば、次の方法が採用されている。
【０００４】
（１）生石灰および／またはセメントなどの無機系固化剤を添加混合して、その水和作用および凝結作用を利用して固化処理を行う方法。
【０００５】
（２）水溶性高分子等の凝集作用を利用して凝集固化させる方法（例えば、特開平１−１７６４９９号）。
【０００６】
（３）吸水性樹脂等の吸水作用を利用して残土を固化処理する方法（例えば、特開昭５６−９９２８１号）。
【０００７】
（４）（１）の方法と（２）の方法とを併用する方法（例えば、特開昭５３−１００６５３号）。
【０００８】
（５）（１）の方法と（３）の方法とを併用する方法（例えば、特公平３−６６３５５号）。
【０００９】
（６）水性高分子、２価以上の陽イオンを含有する塩類および水硬性セメントからなる改良剤を用いて処理する方法（例えば、特公平４−１５０３８号）。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
前記（１）の方法のうち、セメントを用いる場合は、軟弱な残土がセメントの水和反応などにより搬出可能或いは再利用可能な強度に達するまでには数日から数か月といった長時間の養生が必要になる。このため、残土発生現場からの搬出（搬送）を行うためには、セメントの水和作用が十分に進行するまで敷地内に養生中の残土を保管する必要があり、そのための保管場所の確保が必要になる。また、固化後の状態がコンクリート塊のような塊状になるので搬送しにくく、再利用を目的とする場合には当該塊を再粉砕しなければならない欠点がある。
【００１１】
一方、前記（１）の方法のうち、生石灰を用いる場合は、生石灰の水和作用のために残土を短時間で固化処理することが可能であるが、固化強度がセメントを用いた場合に比べて低い。また、固化処理された残土のｐＨが長期間にわたって高くなるので、透過水が環境に影響を与える可能性がある。さらに、生石灰を残土に添加する際に、作業環境の安全性或いは衛生性に悪影響を与えるおそれがある。
【００１２】
前記（２）の方法または前記（３）の方法のように、水溶性高分子や吸水性樹脂等の高分子系の残土固化処理剤を用いる場合は、前記（１）の方法のように無機系の固化剤を用いる場合に比べて残土を短時間で固化処理することができ、しかも、固化処理土による環境汚染のおそれは少ない。ところが、これらの方法の場合は、処理後の残土の強度が小さく、また、処理土の状態が塊状になる。したがって、この方法により処理された残土を再利用する場合は、塊状の残土を乾燥して解砕する必要がある。
【００１３】
前記（４）の方法の場合は、例えばセメント、ノニオン性ポリマー（例えば、ポリエチレンオキサイド）およびアニオン性ポリマー（例えば、ポリアクリル酸ナトリウム共重合体）を改良剤として残土に添加すると、残土を団粒化することができるが、再利用可能な強度に達するまでには１日以上を要する。
【００１４】
前記（５）の方法の場合は、例えばポルトランドセメントと高吸水性樹脂粉末とを併用すれば液状の土壌でも速やかに固化処理することができるが、（４）の方法の場合と同様に、再利用可能な強度に達するまでには１日以上を要する。また、固化処理後の残土の状態が（２）または（３）の方法の場合と同様に塊状になってしまうので、再利用する場合は解砕する必要がある。
【００１５】
さらに、前記（６）の方法の場合は、２価以上の陽イオンを含有する塩類を無機系の凝集剤として用いているため、短時間で、しかも十分な強度に残土を固化処理できるが、処理後の残土の状態が粉状にはなり難く、むしろ再利用し難い団粒化された塊状になる場合が多い。
【００１６】
本発明の目的は、短時間で、しかも高強度に、搬送・搬出や再利用に適した取り扱い易い砂状の状態に残土を改良することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
従来より、塩化カルシウムや塩化第２鉄などの無機系の水可溶性塩やトリエタノールアミンなどの有機アミン類からなる添加物をセメントに添加するとセメントの硬化が促進され、また、これらの添加物の添加量によってはセメントが急結することが知られていた。そこで、本発明者等は、水溶性高分子とともに上述の添加物とセメントとを併用して残土の改良処理に要する時間を短縮すべく研究した。その結果、セメントへの添加物としてアルカリ金属イオンを含有する塩類を用いた場合において特異的に、極めて短時間に、しかも高強度に、搬送・搬出や再利用し易い砂状に残土を改良できることを見い出した。
【００１８】
本発明者等は、これらの状況に鑑みてさらに鋭意検討したところ、残土１ｍ３に対して、特定の水性高分子を０．２〜１０ｋｇ、１価の陽イオンを含有する特定のアルカリ金属塩類を０．２〜２０ｋｇ、およびセメントを１０〜２００ｋｇ必須成分として含む残土改良剤を添加混合すると、極めて短時間に、即ち、後記実施例に示すように、通常６時間以内で、しかも高強度に、搬送・搬出や再利用し易い砂状に残土を改良できることを見い出し、本発明を完成するに至った。
【００１９】
すなわち、本発明に係る残土改良剤は、（Ａ）ポリアクリルアミド、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリル酸ソーダおよびグアガムからなる群から選ばれた少なくとも１種の水溶性高分子および／またはアクリル酸塩重合体の架橋物が０．２〜１０．０重量部、（Ｂ）アルカリ金属イオンを含有するケイ酸塩、ハロゲン化物、炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩、アルミン酸塩および酢酸塩からなる群から選ばれた少なくとも１種が０．２〜２０．０重量部、および（Ｃ）セメントが１０〜２００重量部からなるものである。
【００２０】
この残土改良剤において、セメントは、例えばポルトランドセメント、混合セメント、特殊セメント、固化処理用特殊セメントおよび改良セメントからなる群から選ばれた少なくとも１種である。
【００２１】
また、本発明に係る残土の改良方法は、（Ａ）ポリアクリルアミド、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリル酸ソーダおよびグアガムからなる群から選ばれた少なくとも１種の水溶性高分子および／またはアクリル酸塩重合体の架橋物が０．２〜１０．０重量部、（Ｂ）アルカリ金属イオンを含有するケイ酸塩、ハロゲン化物、炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩、アルミン酸塩および酢酸塩からなる群から選ばれた少なくとも１種が０．２〜２０．０重量部、および（Ｃ）セメントが１０〜２００重量部からなる残土改良剤を、残土１ｍ３に対して１０〜２３０ｋｇの割合で添加して混合することを特徴としている。
【００２２】
さらに、本発明に係る他の残土の改良方法は、（Ａ）ポリアクリルアミド、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリル酸ソーダおよびグアガムからなる群から選ばれた少なくとも１種の水溶性高分子および／またはアクリル酸塩重合体の架橋物を０．２〜１０．０重量部と、（Ｂ）アルカリ金属イオンを含有するケイ酸塩、ハロゲン化物、炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩、アルミン酸塩および酢酸塩からなる群から選ばれた少なくとも１種を０．２〜２０．０重量部と、（Ｃ）セメントを１０〜２００重量部とを、残土１ｍ３に対して合計で１０〜２３０ｋｇとなるように添加して混合することを特徴としている。
【００２３】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００２４】
本発明で用いられる水性高分子としては、凝集剤として用いられる水溶性高分子や自重の５〜１，０００倍の吸水能を有する吸水性樹脂などが挙げられる。
【００２５】
本発明において用いられる水溶性高分子は、粘土成分等の微細粒子の凝集性能の点で、ポリアクリルアミド、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリル酸ソーダおよびグアガムからなる群から選ばれた少なくとも１種である。なお、２種以上の水溶性高分子を併用する場合、好ましい組合わせとしては、例えばポリアクリルアミドとグアガムとの組合わせが挙げられる。
【００２６】
一方、本発明において用いられる吸水性樹脂は、吸水速度、吸水量および吸水後の保水能力の点で、アクリル酸塩重合体の架橋物である。
【００２７】
本発明では、水性高分子として、上述の水溶性高分子または吸水性樹脂のいずれかを用いてもよいし、水溶性高分子と吸水性樹脂とを併用してもよい。
【００２８】
本発明で用いられるアルカリ金属イオンを含有する塩類は、例えば、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属イオンを含有するケイ酸塩、ハロゲン化物、炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩、アルミン酸塩および酢酸塩からなる群から選ばれた少なくとも１種である。より具体的には、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム、アルミン酸ナトリウム、酢酸ナトリウム、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムが例示できる。
【００２９】
本発明で用いられるセメントとしては、例えば、普通ポルトランドセメント，早強ポルトランドセメント，超早強ポルトランドセメント，その他の改良されたポルトランドセメントなどのポルトランド系セメント、高炉セメント，シリカセメント，フライアッシュセメントなどの混合セメント、超速硬セメント，アルミナセメント，微粒子セメントなどの特殊セメント、およびこれらの各種セメントに混和材としてスラグ、シリカ、フライアッシュなどを混合した改良セメントなどが挙げられる。これらのセメントは、２種以上が併用されてもよい。また、セメントとしては、上述の各種セメントに生石灰を予め混合した、固化材用のセメント系または石灰系の特殊セメントを用いることもできる。
【００３０】
本発明の残土改良剤は、上述の水性高分子を０．２〜１０．０重量部、上述のアルカリ金属イオンを含有する塩類を０．２〜２０．０重量部および上述のセメントを１０〜２００重量部含んでいる。
【００３１】
水性高分子の配合割合が上述の範囲よりも少ない場合は、十分な凝集作用や吸水作用が発揮されず、良好な固化状態に残土を改良することができない。逆に、上述の範囲よりも多い場合は、それに比例した効果が得られず不経済であるばかりではなく、固化状態が逆に悪化し、再利用等し易い砂状の改良土が得られない場合がある。
【００３２】
また、アルカリ金属イオンを含有する塩類の配合割合が上述の範囲よりも少ない場合は、残土に対する硬化促進効果が十分に発揮されにくい。逆に、上述の範囲よりも多い場合は、それに比例した効果が得られず不経済である。
【００３３】
さらに、セメントの配合割合が上述の範囲よりも少ない場合は、再利用可能な十分な固化強度を持った改良土が得られない。逆に、上述の範囲よりも多い場合は、必要以上に改良土の強度が高まり不経済である。
【００３４】
なお、本発明の残土改良剤は、例えば、水性高分子、アルカリ金属イオンを含有する塩類およびセメントを所定の割合で一括的に混合した状態で提供されるが、これらの３成分のうちの任意の２成分を混合したものと残りの１成分とを別個に、あるいは３成分全てを別個に提供して使用時に混合するようにすることもできる。なお、成分が別個に提供される場合の使用方法は、次の残土の改良方法で説明する。
【００３５】
次に、本発明に係る残土の改良方法について説明する。
【００３６】
本発明の方法により改良可能な残土は、特に限定されるものではないが、例えば、建設現場から発生する建設発生土および建設汚泥、地下利用を目的とした泥水加圧シールド工法や泥土圧シールド工法などのトンネル掘削工事で発生する含水掘削汚泥、基礎杭工法などの基礎工事で発生する軟弱汚泥、浚渫工事などで発生する軟弱土砂、下水処理場または浄水場で発生するスラッジなどの残土が挙げられる。なお、本発明の残土改良方法は、上述のような軟弱な残土に対してのみに適用されるのではなく、例えば単に含水した状態の残土や搬送可能な残土を改良するために採用することもできる。
【００３７】
本発明の方法により残土を改良する場合は、残土に対して本発明の残土改良剤を添加する。ここでは、残土改良剤を構成する成分、即ち、水性高分子（以下、成分Ａと略す）、アルカリ金属イオンを含有する塩類（以下、成分Ｂと略す）およびセメント（以下、成分Ｃと略す）を種々の形態で残土に対して添加することができる。具体的には、▲１▼成分Ａ、ＢおよびＣを予め混合してから一括して残土に添加する方法、▲２▼成分Ａと成分Ｂとを予め混合した混合物Ｄを調製し、この混合物Ｄと成分Ｃとを同時に残土に添加する方法、▲３▼混合物Ｄを残土に添加した後に成分Ｃを残土に添加する方法、▲４▼残土に成分Ｃを添加して十分に混合し、これに混合物Ｄを添加して混合する方法、および▲５▼成分Ａ、ＢおよびＣをそれぞれ別個に残土に添加する方法、を採用することができる。なお、これらの各種方法▲１▼〜▲５▼のうち、好ましい方法は、水性高分子による凝集作用、吸水作用およびセメントに対する硬化促進作用が発現され易い点で▲４▼の方法である。
【００３８】
残土に対する残土改良剤の添加量は、上述の各種方法▲１▼、▲２▼、▲３▼、▲４▼または▲５▼のいずれを採用する場合でも、通常、残土１ｍ３  に対して合計で１０〜２３０ｋｇ、好ましくは１５〜１５０ｋｇである。添加量が１０ｋｇ未満の場合は、十分な効果が得られない。逆に、添加量が２３０ｋｇを超えても、添加量に見合った効果が得られず、効率的でない。
【００３９】
残土と残土改良剤とを混合する際には、混合装置が用いられる。混合装置としては、残土と残土改良剤とが十分に混合されるものであれば、特に限定されることなく通常の混合装置を用いることができる。
【００４０】
なお、本発明の方法による残土の改良時には、粉立ち防止剤、流動性改良剤、帯電防止剤、固結防止剤、増量材、分散材などの各種添加物を添加してもよい。ここで、増量材および分散材としては、炭酸カルシウム，タルク，ベントナイト，硅砂，珪藻土，カオリン，ゼオライト，水砕スラグ，石膏，シラスバルーンなどの無機物粉末、籾殻粉末，胡桃粉末，椰子殻粉末，木粉，パルプ粉砕粉末などの有機物粉末が例示できる。なお、これらの添加物は、予め本発明の残土固化処理剤に添加されていてもよい。
【００４１】
本発明の方法により改良された残土は、そぼろのような状態（砂粒状）になり、再利用可能な強度を有する改良土となる。すなわち、本発明の残土改良方法によれば、これまでは再利用が困難であった軟弱残土や高含水汚泥などを、単に搬送可能な塊状に処理するだけではなく、搬送や埋め戻しなどの再利用に適した砂状に改良することができる。
【００４２】
【実施例】
以下に実施例および比較例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
実施例および比較例において使用した原料は下記の通りである。
【００４３】
◎水溶性高分子
・ポリアクリルアミド：住友化学工業株式会社製のスミフロックＦＡ−５０
・グアガム：小原化工株式会社製のＦＦＨ２００
◎吸水性樹脂
・アクリル酸塩重合体の架橋物：住友精化株式会社製のアクアキープＳＡ−６０
【００４４】
◎セメント
・普通ポルトランドセメント：不二セメント株式会社製
・アルミナセメント：日本セメント株式会社製
・フライアッシュセメント：住友大阪セメント株式会社製
【００４５】
実施例１〜２２
含水率が３０％の砂質土（粘度１２重量部、シルト分７重量部、砂分８１重量部）１ｍ３  に対して、水溶性高分子、アルカリ金属イオン含有塩およびセメントを表１に示す配合比で混合し、株式会社ダルトン製の２５リットルモルタルミキサーを用いて３分間混練した。
【００４６】
【表１】
0003549129.tif 000002
【００４７】
得られた改良土について、固化状態および固化強度を調べた。固化状態は、目視および手触り感により観察し、評価した。また、固化強度は、その経時変化をコーン指数により評価した。コーン指数は、土質工学会基準の「絞め固めた土のコーン指数試験測定方法（ＪＳＦ  Ｔ  ７１６）」に準拠して求めた。具体的には、４．７５ｍｍの標準ふるい通過試料を内径が１００ｍｍ、高さが１２７．３ｍｍのモールドに３層に分けて充填し、この際、各層について３０ｃｍの高さから２．５ｋｇのランマーを２５回落下して突き固めたものを供試体として用いた。そして、この供試体に先端角が３０度で低面積が３．２４ｃｍ２  のコーンを約１ｃｍ／秒の貫入速度で貫入させ、コーンの先端が５ｃｍ、７．５ｃｍおよび１０ｃｍ貫入したときの貫入抵抗力を平均して平均貫入抵抗力を得た。この平均貫入抵抗力をコーンの低面積である３．２４ｃｍ２  で除し、コーン指数を求めた。なお、コーン指数が２ｋｇｆ／ｃｍ２  以上であれば、一般的に再利用可能な改良土と考えることができる。結果を表２に示す。
【００４８】
【表２】
0003549129.tif 000003
【００４９】
比較例１〜１０
含水率が３０％の砂質土（粘度１２重量部、シルト分７重量部、砂分８１重量部）１ｍ３  に対して、水溶性高分子、陽イオンを含有する塩類およびセメントを表３に示す配合比で混合し、実施例の場合と同様に改良土を得た。
【００５０】
【表３】
0003549129.tif 000004
【００５１】
この改良土について、実施例の場合と同様に固化状態および固化強度を調べた。結果を表４に示す。
【００５２】
【表４】
0003549129.tif 000005
【００５３】
表２および表４から、本発明の方法によれば、セメント単独で、または水溶性樹脂とセメントとを併用して改良した場合（比較例）に比べて短時間で、再利用等が容易な高強度の砂状に残土を改良できることがわかる。また、比較例６および７と実施例とを比較すると、アルカリ金属イオンを含有する塩類を用いた場合において特異的に、残土が砂状に改良されることがわかる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明の残土改良剤は、ポリアクリルアミド、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリル酸ソーダおよびグアガムからなる群から選ばれた少なくとも１種の水溶性高分子および／またはアクリル酸塩重合体の架橋物、アルカリ金属イオンを含有するケイ酸塩、ハロゲン化物、炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩、アルミン酸塩および酢酸塩からなる群から選ばれた少なくとも１種並びにセメントを含んでいるため、短時間で、通常６時間以内で、しかも高強度に、搬送・搬出や再利用に適した取り扱い易い砂状の状態に残土を改良することができる。
【００５５】
また、本発明の残土の改良方法は、上述の本発明に係る残土改良剤を用いているため、短時間で、しかも高強度に、搬送・搬出や再利用に適した取り扱い易い砂状の状態に残土を改良することができる。