(57)【要約】【課題】  軟弱土の土質改良に際して、強度発現に要する養生期間を短縮する。【解決手段】  製紙スラッジ灰と酸化マグネシウムとから土質改良材を構成する。製紙スラッジ灰、酸化マグネシウムのそれぞれが重金属溶出抑制効果を有するため、酸化マグネシウム単独使用に比べて所要の重金属溶出抑制効果に必要とする材料コストの高い酸化マグネシウムの混合量の低減を図ることができる。併せて、酸化マグネシウム単体のみでは強度発現養生期間が長くなるが、製紙スラッジ灰を混ぜることで実質的にかかる養生期間を不要とし、軟弱土の土質改良における施工性を向上させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
製紙スラッジ灰等のスラッジ灰を、土質改良対象の土壌中の重金属の溶出抑制材として有することを特徴とする土質改良材。
【請求項２】
製紙スラッジ灰等のスラッジ灰を、酸化マグネシウムを含む土質改良材を土質改良対象の土壌に混合した後の改良土壌の強度発生養生期間の短縮材として有することを特徴とする土質改良材。
【請求項３】
製紙スラッジ灰等のスラッジ灰と、酸化マグネシウムとを土質改良の有効成分として有することを特徴とする土質改良材。
【請求項４】
請求項３記載の土質改良材において、
前記酸化マグネシウムは、前記スラッジ灰１００重量部に対して、１重量部以上、５０重量部以下の範囲で含まれていることを特徴とする土質改良材。
【請求項５】
泥土等の軟弱土に、製紙スラッジ灰等のスラッジ灰を有する土質改良材を混合して、土質改良対象の土壌中の重金属の溶出抑制を図ることを特徴とする土質改良方法。
【請求項６】
泥土等の軟弱土に、製紙スラッジ灰等のスラッジ灰を有する土質改良材を混合して、土質改良対象の土壌に前記土質改良材を混合した場合における所定強度の発現までに要する養生期間の短縮を図ることを特徴とする土質改良方法。
【請求項７】
請求項５または６に記載の土質改良方法において、
前記土質改良材には、有効成分として酸化マグネシウムが含まれていることを特徴とする土質改良方法。
【請求項８】
製紙スラッジ灰等のスラッジ灰を、土質改良対象の土壌に混合することで、前記土壌に含まれる重金属の溶出を抑制することを特徴とする土壌内重金属溶出抑制用スラッジ灰。
【請求項９】
製紙スラッジ灰等のスラッジ灰を、酸化マグネシウムを含む土質改良材を土質改良対象の土壌に混合した後の改良土壌の強度発生に要する養生期間の短縮材として使用することを特徴とする強度発生養生期間短縮用スラッジ灰。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は土質改良技術に関し、特に、泥土等の含水量の多い土壌に関して、その土質改良と併せて土壌汚染物質の重金属の不溶化等の溶出抑制処置を合わせて行うのに有効な技術である。
【背景技術】
【０００２】
泥土、汚泥等の含水量が多く流れ易い性状の土壌における土質改良では、固化材を用いた固化処理が施され、元の流れ易い状態を、運搬、材料使用等の目的に合わせて、コーン指数ｑｃ等で示される所望の強度が得られるようにそれぞれ扱い易い状態に調整される。
【０００３】
従って、土質改良材には、それぞれの使用目的に適った強度等を発揮できる性能、かかる性能が発揮されるまでの時間等の性能発揮速度、さらには土質改良材自体の周辺環境への悪影響を及ぼさない等の特性が要求されることとなる。
【０００４】
かかる目的で使用される土質改良材には、大別してセメント系、石灰系、酸化マグネシウム系がある。特許文献１にはセメント系を使用した発明の開示が、特許文献２には石灰系を使用した発明の開示が、特許文献３には酸化マグネシウム系を使用した場合の発明の開示がそれぞれなされている。
【０００５】
一方、汚染物質に侵された汚染土壌対策としては、上記土質改良材の大別区分のそれぞれにおいて、封じ込め、浄化、掘削削除、不溶化等の処理がなされ、処理後の土地利用目的等に応じて、適切な汚染対策工法が選定される。
【０００６】
封じ込めにおいては、例えば特許文献４にも開示されているように、遮水壁で汚染土壌を封じ込め、さらにセメント等の固化材や塩化第二鉄等の安定材を添加、混合し安定化させる処理が行われる。浄化においては、汚染土壌を電気分解や熱処理することにより、汚染物質を分離回収の処理が行われる。
【０００７】
掘削除去においては、汚染土壌そのものを回収し、中間処理を経て処分場等に搬出する処理が行われる。また、不溶化においては、例えば特許文献５、６、７に開示されているように、塩化第二鉄等の薬剤を利用して化学的に安定させる処理方法、セメントや酸化マグネシウム等の固化材を利用して水和物中に汚染物質を取り込む処理方法等が適宜に採用されている。
【特許文献１】特開２０００−１７８８５６号公報
【特許文献２】特開平１０−０５７９９１号公報
【特許文献３】特開２００４−２７８１３３号公報
【特許文献４】特開２００２−０１８４１３号公報
【特許文献５】特開２００２−２３３８５８号公報
【特許文献６】特開２００１−３２１７５６号公報
【特許文献７】特開２００３−３３４５２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、本発明者は、泥土、汚泥等の含水量の多い軟弱土壌のこれまでの土質改良技術においては、以下の課題があることを見出した。
【０００９】
すなわち、前記土質改良技術では、例えば、セメント系や石灰系を用いる場合には、主成分であるセメント、生石灰、消石灰等が強アルカリであるため、処理後の改良土は極めてアルカリ性が高くなる。ｐＨ値で約１２〜１３となり、土質改良域が浸水等を受けた場合には、上記アルカリ成分が周辺域に流れ出し、その影響により植生等の周辺環境を悪化させる可能性が高い。
【００１０】
さらにセメント系の使用では、セメント自体に毒性の強い六価クロムが含有されるため、環境変化に伴う溶出の懸念があり、それ自体の使用が危ぶまれる状況もある。また、かかるセメント系の使用に際しては、改良対象の土壌に腐葉等の有機物が含まれている場合には固化不良を生じ、所望の強度が得られないとの問題もある。
【００１１】
酸化マグネシウム系の使用においては、それ自体のｐＨ値は９〜１０と比較的低いため、上記セメント系の使用に比べて、アルカリ公害の懸念は少ない。しかし、反面、硬化速度が遅く、改良対象の土壌に混合した後、ある程度の流動性が抑えられ取り扱いが可能となる初期の強度発現までの養生に時間がかかる。このように酸化マグネシウムを用いた場合には、強度発生養生期間が長いためその施工性に問題があった。
【００１２】
一方、汚染土壌対策としては、例えば、封じ込めにおいては、汚染の拡散はないものの、施工費用が高くなる。さらにかかる封じ込め対策では、汚染域内の汚染状況の改善はなされずに、汚染域を周囲から遮蔽することとなるため、汚染域内の土地の再利用が極めて制限されることとなる。さらに、周辺住民からも、汚染域内から周辺域への汚染拡散が将来発生するのではとの懸念が払拭されず、かかる対策の理解が得難い等の問題もある。
【００１３】
浄化処理においても、その施工費用は高くなり、併せて、浄化処理の効果を確認するための浄化処理前後の吟味が必要となり、必然的に工期が長くなる等の問題が発生する。掘削除去の処理においても、その施工費用は高く、且つ掘削後の汚染土壌の受入施設が少ない等の問題がある。不溶化処理においては、化学的固定化とセメント固定化のそれぞれの方法が考えられるが、双方とも施工費用は上記封じ込め対策等に比べて安価ではある。しかし、再溶出の可能性という観点からは、長期的な安定性に疑問があるとの指摘もある。
【００１４】
本発明の目的は、大量の泥土・汚泥等の軟弱土を、環境を考慮した形態で土木材料として使用可能な土壌に改良し、併せて土壌中の汚染物質の溶出抑制を行うことにある。
【００１５】
本発明の目的は、泥土、汚泥等の軟弱土における汚染物質の溶出抑制を含む土質改良において、改良土の強度発現時間の短縮化を図ることにある。
【００１６】
本発明の上記ならびにその他の目的は、さらに、本明細書の記述および添付図面から明らかにする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、本発明者が鋭意研究を重ねた結果その解決に至ったものである。
【００１９】
すなわち、本発明の土質改良材は、製紙スラッジ灰等のスラッジ灰を、土質改良対象の土壌中の重金属の溶出抑制材として有することを特徴とする。あるいは、製紙スラッジ灰等のスラッジ灰を、酸化マグネシウムを含む土質改良材を土質改良対象の土壌に混合した後の改良土壌の強度発生養生期間の短縮材として有することを特徴とする。
【００２０】
本発明の土質改良材は、製紙スラッジ灰等のスラッジ灰と、酸化マグネシウムとを土質改良の有効成分として有することを特徴とする。かかる構成において、前記酸化マグネシウムは、前記スラッジ灰１００重量部に対して、１重量部以上、５０重量部以下の範囲で含まれていることを特徴とする。
【００２１】
本発明の土質改良方法は、泥土等の軟弱土に、製紙スラッジ灰等のスラッジ灰を有する土質改良材を混合して、土質改良対象の土壌中の重金属の溶出抑制を図ることを特徴とする。本発明の土質改良方法は、泥土等の軟弱土に、製紙スラッジ灰等のスラッジ灰を有する土質改良材を混合して、土質改良対象の土壌に前記土質改良材を混合した場合における所定強度の発現までに要する養生期間の短縮を図ることを特徴とする。以上の土質改良方法の構成において、前記土質改良材には、有効成分として酸化マグネシウムが含まれていることを特徴とする。
【００２２】
本発明は、製紙スラッジ灰等のスラッジ灰の新規な用途に関するものであり、製紙スラッジ灰等のスラッジ灰を、土質改良対象の土壌に混合することで、前記土壌に含まれる重金属の溶出を抑制することを特徴とする土壌内重金属溶出抑制用スラッジ灰である。あるいは、製紙スラッジ灰等のスラッジ灰を、酸化マグネシウムを含む土質改良材を土質改良対象の土壌に混合した後の改良土壌の強度発生に要する養生期間の短縮材として使用することを特徴とする強度発生養生期間短縮用スラッジ灰である。
【００２３】
本発明に係る土質改良技術の一つでは、前記構成の如く、製紙スラッジ灰等のスラッジ灰を、土質改良対象の土壌に混合して、土壌中のヒ素等の重金属の溶出抑制目的に使用する。かかる製紙スラッジ灰等のスラッジ灰の上記用途での利用は、本発明者により初めて見出された製紙スラッジ灰等のスラッジ灰の重金属の溶出抑制効果に基づくものである。
【００２４】
本発明に係る土質改良材の一つでは、製紙スラッジ燃焼残渣物である製紙スラッジ灰等のスラッジ灰に酸化マグネシウムを添加することで構成され、土質改良対象の土壌に混合後、これまでの酸化マグネシウムを有する土質改良材とは異なり、極めて短時間で改良後の土壌に施工可能な強度を発現させることができる。併せて、改良土に長期的に安定した強度を付与し、さらには汚染物質に汚染された土壌を固化して汚染物質の不溶化をも図ることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００２６】
本発明により、泥土等の軟弱土における土質改良に際して、軟弱土中の重金属の溶出抑制を図るとともに、軟弱土の改良後の強度発生期間をこれまでよりも短くすることができ、土質改良における施工性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００２８】
本発明は、土質改良、及び改良対象の土壌中の汚染物質の固化、不溶化等の溶出抑制に関する技術である。より詳しくは、軟弱土を土質改良の対象とし、製紙スラッジ燃焼残渣物である製紙スラッジ灰等のスラッジ灰の持つ吸水性能に着目し、かかる特性を利用することにより、土質改良材を混合した後の改良土壌の所定強度発現までの養生期間を、例えば分単位にまで短縮する技術である。
【００２９】
すなわち、これまでの土質改良技術とは異なり、いわば瞬時にその改良効果を得ることができる技術である。このように、瞬時に環境を考慮した改良を行うことによって、土質改良材混合後の直後の良好な施工性を確保することができる。例えば、酸化マグネシウムを用いた土質改良技術では、特にその強度発現までの養生期間が長く、その施工性が問題視されていたが、かかる製紙スラッジ灰等のスラッジ灰を併用することで、酸化マグネシウム使用の土質改良材における上記養生期間の格段の短縮を図ることができる。例えば、分単位、さらには秒単位にまでその短縮化が図れる技術である。
【００３０】
さらに、酸化マグネシウムはそれ自体の原料コストが高く、大量に土質改良材を用いる施工場面では、酸化マグネシウムを高濃度で含む土質改良材の使用は実際的対応として採用し難かった。しかし、本発明では、それ自体にヒ素等の重金属の溶出抑制効果を有する製紙スラッジ灰等のスラッジ灰を併用しているので、酸化マグネシウムの含有量をコスト的に使用可能な範囲まで低減させることも可能となり、酸化マグネシウム使用の土質改良材の利用に際しての実効性を高めることができる。
【００３１】
本発明に係る土質改良材における製紙スラッジ燃焼残渣物である製紙スラッジ灰と酸化マグネシウムとの割合は、製紙スラッジ燃焼残渣物１００重量部に対して、酸化マグネシウム１重量部以上、５０重量部以下とすることが望ましい。酸化マグネシウムが、１重量部未満では、実質的に、酸化マグネシウムに担わせる重金属の溶出抑制効果が十分に得られない場合が想定される。
【００３２】
一方、重金属の溶出抑制効果を得る分には５０重量部以上でも構わないが、土質改良材としてコスト面からは、５０重量部を超えると土質改良材のコストが上がり、十分に利用され得ない場面も想定される。本発明者は、技術的な面とコスト的な面との兼ね合いで、酸化マグネシウムの上記混合割合を決定した。
【００３３】
使用する酸化マグネシウムは、特に限定されるものではないが、軽質酸化マグネシウムで細粒度のものが望ましい。これは、表面活性力をより大きくするためで、効率よく水和反応に基づく固化効果が得られ易いためである。
【００３４】
本発明に係る土質改良材は製紙スラッジ燃焼残渣物と酸化マグネシウムによる２粉体混合物として構成することができ、既存の混合方法、例えばパドルミキサー、スクリューコンベア等で混合して調製を行えばよい。しかし、事前混合が困難な場合においても、対象土壌に個別に添加し、バックホウ、スダビライザー等で適宜混合して使用するように構成することもできる。
【００３５】
但し、製紙スラッジ燃焼残渣物に、例えば、スラリー状の酸化マグネシウムを添加した場合、製紙スラッジ燃焼残渣物の吸水性能を阻害するため、本発明による土質改良材の適用に当たっては、当初より両者を粉体混合しておくか、あるいは両者別々に粉体のまま対象土壌に添加し、混合する等のドライ添加が好ましい。
【００３６】
また、その際の対象土壌に対する本発明による改良材の添加量は、対象土壌の性状（例えば、含水量、有機物量）や、施工条件、要求強度、対象土壌中の汚染物質量等により変化するが、一般的に土壌１ｍ３に対して１００ｋｇ〜５００ｋｇ程度を目安として添加すればよい。
【００３７】
一方、製紙スラッジ灰等のスラッジ灰では、土質改良対象の土壌に混合して得られる強度に関して、その発現時期は極めて短時間であるが、しかし、最終的に得られる強度自体は酸化マグネシウムの場合よりも小さい。そこで、土質改良材として、製紙スラッジ灰等のスラッジ灰と酸化マグネシウムとを併有させることで、土質改良材を混合した改良直後の強度は主に製紙スラッジ灰等のスラッジ灰に担わせるが、最終的強度を酸化マグネシウムに担わせるようにして、土質改良材の混合直後から、中、長期的にかけて所要の強度が確保できるようにすることができる。すなわち、製紙スラッジ灰等のスラッジ灰を併有させる構成を採用することで混合後初期の強度確保を行い、併せて酸化マグネシウムの持つ水和による硬化反応を利用して中長期的な強度の確保を可能にするものである。
【００３８】
さらに、土質改良材の構成成分として使用する酸化マグネシウム自体は、前述の如く、アルカリ性がセメント系等の使用に比べて比較的に小さく、有害物質に汚染された土壌においては、植物成長に支障のないｐＨ領域で汚染土壌を固化し、且つ固化土壌中に有害物質を再溶出の虞なく封鎖することができる。
【００３９】
本発明に係る土質改良材は、軟弱土を改良対象とし、河川底泥、湖沼底泥、海底底泥、沈殿底泥、道路側溝底泥等の建設や農業分野で発生する水分を多量に含む泥土、汚泥または泥水等の軟弱性の土壌の土質改良に利用でき、瞬時に環境を配慮した改良を行うことができる。
【００４０】
また、本発明に係る土質改良材を用いて改良土は、国土交通省令（平成１３年３月２９日  国交令５９、６０）にて、建設発生土利用の土質区分にあるコーン指数ｑｃを満たすまでの改良が可能であり、土質材料として取り扱いが容易となる。
【００４１】
一方、本発明では、製紙スラッジ燃焼残渣物である製紙スラッジ灰を、土質改良材の有効成分として使用するため、これまではその殆どが産業廃棄物として埋め立て処分されていた製紙スラッジ灰の産業廃棄物としての大量発生を抑制し、且つその有効利用の促進を図ることができる。併せて、建設発生土としての軟弱土の産業廃棄物としての大量発生をも抑制し、適切な土質改良を図ることで土質材料としての有効利用の促進も図れる。
【００４２】
上記説明の本発明にかかる土質改良材を用いると、製紙スラッジ燃焼残渣物の持つ瞬時に軟弱土壌中の余剰水を吸水する吸水機能と、酸化マグネシウムの持つ長期的に安定した強度を保つ固化機能とに加え、酸化マグネシウムの固化過程において汚染物質を不溶化する封じ込め機能により、改良直後〜長期に亘り安定した強度を有する施工し易い改良土を得ることができ、同時に汚染物質の不溶化もできる。
【００４３】
本発明で用いられる製紙スラッジ灰とは、製紙スラッジ燃焼残渣物のことで、製紙加工工程にて発生する再利用不可能なパルプ繊維や、古紙から原料となるパルプ繊維を取り出した後の紙に不向きな短繊維及び粘土分（主にカオリン）または、炭酸カルシウムが主体の水分を多量に含んだ泥状物を焼結した残渣灰、さらに残存未燃カーボンを減容化する目的で再燃焼した焼成灰である。
【００４４】
これらの製紙スラッジ灰は、化学的組成としては、CaO、SiO2、Al2O3、MgO等を成分として含有し、例えば、SiO2とAl2O3、CaOとSiO2、SiO2とAl2O3とCaOが結合した結晶物、若しくはそれら化合物と結晶物の混合物からなる材料である。
【００４５】
本発明の土質改良材の有効成分として使用できるスラッジ灰は、上記製紙スラッジ灰のみではなく、例えば、焼却灰や石炭灰等のスラッジ灰も使用することができる。但し、土質改良材として使用するためには、スラッジ灰自体に環境汚染物質を基準以上に含むのは好ましくないことは言うまでもない。改良土壌に混合した際にスラッジ灰自体からの溶出が、場合により考えられるからである。
【００４６】
また、この製紙スラッジ灰の粒子表面には、無数の微細孔が存在しておりポーラスな性状を呈している。この微細孔中に水分等を吸着、吸水することにより、泥土、泥水等の軟弱土を改良することができる。前記のような物理的改良原理を利用しているため、化学的な反応原理を用いている改良材の特徴である養生期間（反応が完了するまでの時間）を一切必要とせず、軟弱土に添加、混合した直後に、例えば分単位で建設発生土利用の土質区分にあるコーン指数ｑｃを満たすまでの強度改良を図ることができる。
【００４７】
一方、酸化マグネシウムは、土壌中水分との水和反応により、水酸化マグネシウムとなり、さらには土壌中のリン酸や、空気中の炭酸ガスと徐々に反応してリン酸マグネシウムや、塩基性炭酸マグネシウムとなり、強度を増大する機能を有する。
【００４８】
この固化機能を利用することにより、改良土の長期的に安定した強度を確保する。さらには、酸化マグネシウムと土壌中水分の水和反応生成物である水酸化マグネシウムは、高い錯体形成能力を有しており、周辺土粒や有機物等を取り込んだ形で結合体を形成する。その際に、存在する汚染物質も取り込んで不溶性の結合体を形成する。結果として、汚染土壌の不溶化が可能となる。
【実施例】
【００４９】
上記説明の本発明に係る土質改良技術について、以下、実施例でより具体的に説明する。しかし、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
【００５０】
図１は、本発明に係る土質改良方法における作業手順を示すフロー図である。図１に示すように、本発明に係る土質改良方法では、ステップＳ１００で、土質改良材の有効成分としての例えば製紙スラッジ灰を用意する。製紙スラッジ灰は、図１に示すように、主に、その吸水性能に着目して、土質改良材を土質改良対象の土壌に混合した場合における混合直後の強度発現を速やかに起こさせるためである。
【００５１】
すなわち、製紙スラッジ灰は、土質改良対象の土壌に混合する酸化マグネシウムを含む土質改良材の改良土壌の強度発生養生期間の短縮材として使用することとなる。かかる製紙スラッジ灰の使用により、従来の土質改良材とは異なり、改良対象の土壌に混合直後から、例えば、分単位で取り扱い可能な程に、前記説明の泥土等の水分含有量の多い軟弱土を硬化させ、混合直後から取り扱い可能な程度に初期の強度確保を確保することができる。
【００５２】
併せて、ステップＳ２００では、土質改良材の有効成分としての酸化マグネシウムを用意する。かかる酸化マグネシウムとしては、例えば、土質改良材の混合直後の強度発現時間をより短縮させるべく、その強度発現速度を上げるためには、軽質酸化マグネシウムで細粒度のものの使用が好ましい。
【００５３】
かかる酸化マグネシウムの使用は、主に、土質改良対象の土壌に混合することで、改良土壌を固化させる固化機能、及び土壌中の重金属等の汚染物質の不溶化効果を目的として使用する。上記固化機能に基づく改良土壌の長期的強度の安定化を、不溶化効果に基づく改良土壌からの汚染物質の溶出を封じ込めるためである。
【００５４】
このようにしてステップＳ１００、Ｓ２００でそれぞれ用意した製紙スラッジ灰、酸化マグネシウムのそれぞれを、ステップＳ３００で混合する。混合に際しては、前記説明のように、それぞれを粉体の状態で混合するドライ混合が好ましい。混合に際しては、例えばパドルミキサー、スクリューコンベア等で混合を行えばよい。
【００５５】
ステップＳ４００で、ステップＳ３００で製紙スラッジ灰と酸化マグネシウムとを混合して調製された土質改良材を、土質改良対象の土壌に所定割合で混合して、例えば、軟弱土の土壌中の汚染物質の溶出抑制を伴う土質改良を行う。すなわち、汚染土壌の不溶化と、汚染土壌の強度確保による土質材料としての有効利用を図ることができる。
【００５６】
改良対象の土壌に対する土質改良材の添加量は、改良対象土壌の性状（例えば、含水量、有機物量）や、施工条件、要求強度、汚染物質量等によりそれぞれ異なるが、大体の添加量の目安としては、一般的に改良対象の土壌１ｍ３に対して土質改良材として１００ｋｇ〜５００ｋｇ程度添加すればよい。しかし、かかる添加量は、大体の目安であり、係る添加量に本発明の適用を限定する必要はなく、使用状況に合わせて、適宜に変化させればよい。
【００５７】
このようにしてステップＳ４００では、土質改良材の混合直後から長期に亘って、改良対象土壌の強度的、環境的に安定した改良が行われ、併せて、改良土壌中の汚染物質の不溶化が可能にされる。
【００５８】
図１に示す場合は、ステップＳ３００で、製紙スラッジ灰、酸化マグネシウムを予め混合して土質改良材を調製しておき、かかる土質改良材をステップＳ４００で改良対象の土壌に混合する方式を採用したが、場合によっては、すなわち事前混合が困難な場合においては、改良対象土壌に、製紙スラッジ灰、酸化マグネシウムをそれぞれ個別に添加し、バックホウ、スダビライザー等で適宜混合して構わない。
【００５９】
図２には、本発明に係る土質改良材に使用される製紙スラッジ灰の性状を例示した。図２に示す場合には、製紙スラッジ灰として、製紙スラッジ灰を再度高温で燃焼した製紙スラッジ灰再焼成物も示してある。本発明で言う製紙スラッジ灰には、かかる製紙スラッジ灰を再焼成したものも含んで構わない。
【００６０】
尚、図２に示す製紙スラッジ灰の性状は、あくまである製紙工場から出された製紙スラッジ灰に関しての例示であって、製紙スラッジ灰が廃棄される製紙工場毎にその性状に変動があることは勿論である。
【００６１】
かかる図２に示す構成の製紙スラッジ灰、あるいは製紙スラッジ灰再焼成物に、前記所定割合で酸化マグネシウムを混合することで、本発明に係る土質改良材を調製することができる。
【００６２】
以下の実施例では、図２に示す製紙スラッジ灰（シリカ含量が３５重量％）に、酸化マグネシウムを所定割合で混合してなる土質改良材を用いた。製紙スラッジ灰に対する酸化マグネシウムの混合割合は、製紙スラッジ灰１００重量部に対して、１重量部以上、５０重量部以下となるように混合した。例えば、本実施例では、酸化マグネシウム（関東化学社製、特級）を、製紙スラッジ灰１００重量部に対して５重量部、製紙スラッジ灰１００重量部に対して１０重量部となるように混合し、上記製紙スラッジ灰に対する酸化マグネシウムの混合割合の範囲内に収まるように２種の土質改良材を調製した。調製に際しては、製紙スラッジ灰に酸化マグネシウムを所定割合で添加し、その後ヘンシェルミキサーにて２分間混合し、本発明に係る土質改良材を調製した。
【００６３】
上記要領で調製した土質改良材を、実際の泥土に混合して改良効果を検証した。土質改良対象の軟弱土壌として、例えば、図３に示す４種の泥土１〜４を用いた。泥土１〜４までを、土粒子の密度、液性限界、組成限界、含水比、湿潤密度、ｐＨ等で示した。泥土３、４においては、含水比がともに１００％を超えており、共に泥水状態である。
【００６４】
図３の泥土物理特性値は、次に示す試験方法で測定した。すなわち、土粒子の密度に関しては、土粒子の密度試験（ＪＩＳ  Ａ  １２０２）により、液性限界、塑性限界については、土の液性限界・塑性限界試験（ＪＩＳ  Ａ  １２０５）により行った。含水比については、土の含水比試験（ＪＩＳ  Ａ  １２０３）により、湿潤密度については容積が既知である容器に泥土を空隙のないように充填したときの単位体積重量の測定により、ｐＨについては土懸濁液のｐＨ試験（ＪＧＳ  ０２１１）に準拠してそれぞれ行った。
【００６５】
かかる泥土１〜４に対して、図４に示すように、前記要領で製紙スラッジ灰１００重量部に対して酸化マグネシウム１０重量部を混合した土質改良材を、コーン指数ｑｃが２００、４００、８００となるようにそれぞれ所定の割合で混合した。泥土１〜４のそれぞれに対応して、実施例１〜４として示した。
【００６６】
泥土１〜４に対して、図４に示す添加量（kg/m3）で土質改良材を添加、スクリューコンベアにて５分間混合して、改良土壌の評価サンプルを作成した。
【００６７】
このようにして作成した改良土壌の評価サンプルの評価は、泥土に土質改良材を所定割合上記混合要領で混合した混合直後の、すなわち混合後５分以内のコーン指数ｑｃを測定して示した。コーン指数ｑｃは、締め固めた土のコーン指数試験（ＪＩＳ  Ａ  １２２８）に準拠して測定した。測定結果を、図４に示す。
【００６８】
尚、国土交通省令（建設業に属する事業を行う者の再生資源の利用に関する判断の基準となるべき事項を定める省令（平成１３年３月２９日  国交令５９）、建設業に属する事業を行う者の指定副産物に係る再生資源の利用の促進に関する判断の基準となるべき事項を定める省令（平成１３年３月２９日  国交令６０）においては、区分として第１種から第４種建設発生土が規定されている。
【００６９】
因みに、第４種建設処理土はコーン指数ｑｃ＝２００ｋＮ／ｍ２以上の性状に改良したもの、第３種建設処理土はコーン指数ｑｃ＝４００ｋＮ／ｍ２以上の性状に改良したもの、第２種建設処理土はコーン指数ｑｃ＝８００ｋＮ／ｍ２以上の性状に改良したものである。
【００７０】
図４からは、本発明に係る土質改良材を使用すると、改良対象の土壌に混合した直後であっても、第４種、第３種、第２種にそれぞれ示されるコーン指数ｑｃ表示の初期強度が確保できることが分かる。改良土壌の使用目的に合わせて、土質改良材の混合量を調節すれば、含水比が１００％を超えているような泥水状態の改良対象土壌でも、改良直後から作業が行える強度の確保ができるのである。
【００７１】
これまでは、初期強度確保に至る養生発生時間が長いため、土質改良材を混合したものを強度発現まで広げておく養生ヤードが必要となり、現場周辺に場合によっては広大なヤード確保が求められ、施工上の大きな障害となっていた。しかし、本発明にかかる土質改良材では、かかる養生期間が、実質的に無いに等しい状態で、いわば瞬時に所定の強度確保が可能となるため、かかる施工性の問題が格段に改善され、その分施工期間の短縮、併せて施工コストの低減が図れることとなる。極めて有意義な発明である。
【００７２】
次に、土質改良材における製紙スラッジ灰と酸化マグネシウムの混合割合の影響について検証した。かかる検証に際しては、製紙スラッジ灰１００重量部に対して酸化マグネシウム５重量部、１０重量部との割合で混合した土質改良材を、図３に示す泥土２、３にそれぞれ混合して改良土サンプルを実施例５〜８まで作成し、かかる改良土壌サンプルについて、一軸圧縮強度試験、ｐＨを調べた。その結果を、図５に示す。
【００７３】
作成された実施例５〜８に対応する各改良土壌を、直径５０ｍｍ、高さ１００ｍｍの円柱モールドに締め固め、一軸圧縮試験用の供試体とした。尚、土質改良材の添加量、及び供試体湿潤密度は、図４におけるコーン指数ｑｃ＝４００時の値を使用した。
【００７４】
各供試体について材令（土質改良材の混合直後、７日養生後、２８日養生後）別に、一軸圧縮強度を測定した。試験方法は、土の一軸圧縮試験方法（ＪＩＳ  Ａ  １２１６）に準拠した。また、改良前の泥土２、３の有機物含有量を測定した。試験方法は、土の強熱減量試験方法（ＪＩＳ  Ａ  １２２６）に準拠して行った。その測定結果を図５に示す。
【００７５】
図５の結果より、本発明の土質改良材による改良土は、改良直後、すなわち土質改良材の混合直後から、扱い易い初期の強度を有し、その後の養生によりさらに強度の増加が起きていることが分かる。つまり、本発明にかかる土質改良材を用いた改良土壌が、例えば盛土材等の土質材料として用いられた場合、強度的に初期の施工性を有し、締め固め養生期間を経てその強度がさらに増大し、長期的に安定した構造体を形成することが可能であることが分かる。
【００７６】
図５では、一軸圧縮強度を、混合直後と、７日養生、２８日養生とに分けて示している。混合直後は製紙スラッジ灰が強度発現にその効果を発揮している部分で、７日養生、２８日養生は酸化マグネシウムが強度増加を担っている部分である。混合直後は、製紙スラッジ灰単体の混合量に大差が無いため、その強度も誤差程度の強度差で、共に施工性を有する強度が得られているのである。一方、７日養生、２８日養生では、酸化マグネシウムの添加量の差異がその強度発現に大きな影響を及ぼし、添加の増加がその強度増加に結びついていることが分かる。
【００７７】
また、図５の実施例５〜８に示すように、有機質分を約３２％、３９％等と多く含んでいるものでは、例えばセメント系の土質改良材で十分な固化はしにくく、十分に強度発現が行われないが、しかし、本発明の土質改良材を使用すれば確実に固化して十分な強度発現が得られることが分かる。つまり、セメント系固化材等で固化不良を起こすような高有機質土に対して、本発明の土質改良材の適用は極めて有効であるとも言える。
【００７８】
さらに、図５からも確認されるように、改良後のｐＨ値も７．８〜９．６の範囲に抑えられ、土壌の緩衝作用によるｐＨ降下が速やかに生じる１０以下となっており、本発明に係る土質改良材は、植生等の周辺環境に支障を生じさせることがないものであることも確認された。
【００７９】
さらに、上記一軸圧縮強度試験に供した泥土２、３は、図６に示すように、それぞれ汚染物質としてその溶出値が0.13mg/l、0.28mg/lのヒ素を含有している。図５に示す場合と同様の酸化マグネシウムの混合割合の土質改良材を泥土２、３に適用して作成した改良土壌サンプルを実施例９〜１６まで作成し、その各々に対して、ヒ素の溶出抑制効果を確認した。
【００８０】
図６の結果より、改良前に土壌環境基準値を超過していたヒ素の溶出量が改良直後から土壌環境基準値以下に抑制され、強度発現の時間の短縮化と共に、固化、不溶化効果の発現時期の早期化も確認できた。さらには養生期間を置いた７日養生、２８日養生の結果もその固化、不溶化効果を損なうことなく維持されており、本発明に係る土質改良材は改良土の長期安定化の観点からも十分な性状を有しているものと推察される。土質改良材への酸化マグネシウムの混合割合が大きい程、ヒ素の溶出抑制が大きくなることが分かる。
【００８１】
本実施例においては、土壌汚染する物質をヒ素としたが、これに限定されるものではない。鉛、ホウ素、セレン、六価クロム、カドミウム、水銀等の汚染物質に汚染された土壌を、本実施の形態と同様の固化、不溶化処理を施すことによって、同様の不溶化結合体を形成し、不溶化することができる。
【００８２】
かかるヒ素の溶出試験方法は、平成３年度環境庁告示第４６号「土壌の汚染に係る環境基準について」に従い、ＪＩＳ  Ｋ  ０１２−６１により測定した。タンクリーチング試験方法は、所定時間養生した改良土を固液比１：１０（４００ｇの改良土に対して４リットルの純水）の純水中に浸漬して密封する。純水のｐＨは５．６〜６．３で試験中の調整は実施しなかった。
【００８３】
この状態で、室温２０℃にて２８日間静置養生する。軽く攪拌後、溶媒水を採水し、孔径を０．４５μｍのメンブランフィルターでろ過し、これを検液とする。検液は、ＪＩＳ  Ｋ  ０１０２−６１により濃度を測定した。環境庁告示第４６号による土壌環境基準のヒ素溶出量基準値は、0.01mg/lである。かかる試験方法の定量下限値は、0.001mg/lである。
【００８４】
また、本発明者は、上記実施例とは別に、製紙スラッジ灰単独使用における重金属の溶出抑制効果の有無について確認実験を行った。酸化マグネシウムのかかる重金属溶出抑制効果については上記の如く既に公知であるが、製紙スラッジ灰については、かかる点の検討は明らかにされておらず、本発明者が初めて調べた。その結果を、図７に示した。
【００８５】
図７に示すように、製紙スラッジ灰についても、重金属の抑制効果を有していることを確認した。かかる製紙スラッジ灰が混合した土壌中のヒ素等の重金属の溶出抑制効果を示すことについては、本発明者が初めて明らかにした事実である。
【００８６】
すなわち、ヒ素汚染が認められる泥土２、３を土質改良対象として、製紙スラッジ灰単体を図７に示すようにそれぞれ混合して、その前後におけるヒ素の溶出量変化を測定した。製紙スラッジ灰の添加量は、図４に示すコーン指数ｑｃ＝４００時の添加量を適用した。溶出試験方法は、平成３年度環境庁告示代４６号「土壌の汚染に係る環境基準について」に従い、ＪＩＳ  Ｋ  ０１０２−６１に基づき測定した。
【００８７】
図７に示すように、改良前に土壌環境基準値を超過していたヒ素の溶出量が、改良直後には、基準値の0.01mg/l付近までその溶出量が大幅に抑制されていることが分かる。これにより、製紙スラッジ灰単体でもヒ素等の重金属の抑制効果があることが、本発明者により、初めて確認された。
【００８８】
以上のように、本発明に係る土質改良材を用いると、製紙スラッジ燃焼残渣物である製紙スラッジ灰の有する瞬時に軟弱土壌中の余剰水を吸水する吸水機能と、酸化マグネシウムの有する長期的に安定した強度を保つ固化機能に加え、製紙スラッジ灰の重金属溶出抑制効果、酸化マグネシウムの固化過程において汚染物質を不溶化する封じ込め機能とにより、土質改良直後から長期に迄亘り安定した強度と、土壌中の汚染物質の溶出抑制とを有する施工性の高い改良土を得ることができる。
【００８９】
本発明の汚染土壌等の不溶化及び軟弱土の土質改良材は、前述の如く、建設及び農業分野等にて発生する水分を多量に含む泥土、泥水等の軟弱土を使用目的に適した強度に改良することができる。特に、所定の強度を得るのに養生期間を実質的に必要としないため、広大になりがちな養生ヤードや、施工可能になるまでの養生期間等の問題を解消することができる。
【００９０】
また、酸化マグネシウムの水和による硬化反応を利用して、長期的な強度の確保及び汚染物質の不溶化が可能である。したがって、本発明の改良材による改良土は、長期間にわたって、強度及び汚染物質の不溶化を維持することができる。
【００９１】
一方、本発明を視点を変えて、例えば資源の有効利用の観点から見ると、土質改良材自体の原材料である製紙スラッジ灰は、産業廃棄物として埋め立て等に使用し得る程度でその廃棄に苦慮していたが、本発明にかかる土質改良材としてその大量使用が実現すれば、製紙スラッジ灰等のスラッジ灰の産業廃棄物としての発生を大量に抑制することができる。さらには、かかる製紙スラッジ灰等のスラッジ灰を土質改良材として利用することで、従来は扱いにくくその使用が躊躇されている建設発生土としての軟弱土も、産業廃棄物とし処理するのではなく、盛土材等の土質材料として有効利用を積極的に図ることができる。
【００９２】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明は、泥土等の含水量の多い軟弱土壌の土質改良の分野、産業廃棄物としての製紙スラッジ灰等のスラッジ灰廃棄物の再利用の分野で有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明に係る土質改良方法の手順を示すフロー図である。
【図２】本発明に係る土質改良材で使用可能な製紙スラッジ灰の性状例を示す説明図である。
【図３】本発明の効果を検証するために使用する改良対象の土壌の性状例を示す説明図である。
【図４】改良土壌の発現強度と土質改良材の添加量との関係を示す説明図である。
【図５】本発明の適用による改良土の経時的強度発現を示す説明図である。
【図６】本発明の適用による改良土の重金属溶出抑制効果を示す説明図である。
【図７】製紙スラッジ灰がそれを混合した土壌中の重金属の溶出を抑制する効果を示す説明図である。
【符号の説明】
【００９５】
Ｓ１００、Ｓ２００、Ｓ３００      ステップ
【図１】
2006273921.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006273921.tif 000009