(57)【要約】【課題】  土壌汚染対策、軟弱地盤対策およびコンクリート対策に有効な土壌改良固化方法を提供する。【解決手段】  土壌改良固化方法は、炭酸ナトリウムおよび塩化ナトリウムを主成分とするナトリウム塩と、塩化アンモニウムを主成分とするアンモニウム塩と、コバルト化合物とを、７０重量％以上の液体に配合して、塩素イオンおよびナトリウムイオンの含有率をそれぞれ１〜１０重量％に調整し、かつコバルトの含有率を０．０１〜０．１重量％に調整すると共に、蒸発残留物を１０〜２０重量％の範囲に設定し、かつカルシウムイオンの含有率を０．１重量％以下の範囲に設定した液状硬化剤を、セメントに混合して土壌固化材を作り、この土壌固化材を土壌へ圧送すると共に撹拌して土壌を改良固化することを特徴とするものである。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭酸ナトリウムおよび塩化ナトリウムを主成分とするナトリウム塩と、塩化アンモニウムを主成分とするアンモニウム塩と、コバルト化合物とを、７０重量％以上の液体に配合して、塩素イオンおよびナトリウムイオンの含有率をそれぞれ１〜１０重量％に調整し、かつコバルトの含有率を０．０１〜０．１重量％に調整すると共に、蒸発残留物を１０〜２０重量％の範囲に設定し、かつカルシウムイオンの含有率を０．１重量％以下の範囲に設定した液状硬化剤を、セメントに混合して土壌固化材を作り、この土壌固化材を土壌へ圧送すると共に撹拌して土壌を改良固化することを特徴とする土壌改良固化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、軟弱地盤の改良や汚染土壌からの有害物質の溶出防止に利用可能な土壌改良固化方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
産業廃棄物や一般廃棄物等の廃棄物、この廃棄物を焼却した焼却灰および飛灰には、砒素（Ａｓ）、カドミウム（Ｃｄ）、六価クロム等のクロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉛（Ｐｂ）、水銀（Ｈｇ）等の重金属や、ポリ塩化ベンゾ・パラ・ダイオキシンに代表される非常に毒性の強いホルモン阻害化学物質が僅かながら含まれている。このため、現在、廃棄物対策として、上記廃棄物等はセメント等と混合し、固化して埋め立て処分されている。
【０００３】
近年、土壌が重金属やホルモン阻害化学物質等の有害物質で汚染されていることが認知され、社会問題化している。このため、汚染土壌は、土壌汚染対策として、セメント等で固化して有害物質を封じ込めることで、有害物質の溶出、拡散を防止している。
【０００４】
さらに、近時、セメント自体にも、その原材料に起因して六価クロムや鉛等の重金属が含まれることが認識され、問題化している。このことは、上記廃棄物対策や土壌汚染対策にセメントを使用できないことを意味するばかりでなく、建設現場等で汎用されている砂利等の骨材とセメントとを混合して製造されるコンクリート製の建造物や土台等からも六価クロム等の有害物質が溶出することになると、環境を著しく害することを意味するものであり、早期のコンクリート対策が望まれる状況にある。
また、軟弱地盤あるいはゆるい砂層に、セメント系改良材を注入して撹拌翼で撹拌して改良体を作る地盤の混合処理工法においても、セメント自体に含まれる六価クロム等の有害物質が溶出するおそれがあることが問題視されており、何らかの対策が必要になってきている。
【０００５】
このような問題に対して特許文献１では、セメント類に、鉄やアルミニウム等の還元性金属を添加してなる廃棄物処理材が提案されている。この廃棄物処理材は、上記飛灰またはセメント自体に含まれる有害金属イオンを還元性金属により還元することで有害金属をセメント固化体中に安定化させることが可能である。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−１８５４９９号公報
【特許文献２】特開２００２−２４１１６６号公報
【特許文献３】特許第３００５６１７号公報
【特許文献４】特開２００４−２０９３７２号公報
【特許文献５】特開２００４−１０５９００号公報
【特許文献６】特開平１０−２７２４３５号公報
【特許文献７】特開昭６３−２８４３１０号公報
【特許文献８】特公平６−９９０４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明の目的は、廃棄物対策、軟弱地盤対策、土壌汚染対策およびコンクリート対策に有効な土壌改良固化方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の請求項１記載の発明は、土壌改良固化方法であって、炭酸ナトリウムおよび塩化ナトリウムを主成分とするナトリウム塩と、塩化アンモニウムを主成分とするアンモニウム塩と、コバルト化合物とを、７０重量％以上の液体に配合して、塩素イオンおよびナトリウムイオンの含有率をそれぞれ１〜１０重量％に調整し、かつコバルトの含有率を０．０１〜０．１重量％に調整すると共に、蒸発残留物を１０〜２０重量％の範囲に設定し、かつカルシウムイオンの含有率を０．１重量％以下の範囲に設定した液状硬化剤を、セメントに混合して土壌固化材を作り、この土壌固化材を土壌へ圧送すると共に撹拌して土壌を改良固化することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明の土壌改良固化方法によれば、このアルカリ性を呈する液状硬化剤とセメントと水とを混合して土壌固化材を製造して、この土壌固化材を土壌に圧送すると共に撹拌して改良固化する場合に、液状硬化剤に含ませたナトリウム塩としての炭酸ナトリウムおよび塩化ナトリウムにより改良固化された土壌をアルカリ性に維持し、これにより当該土壌の機械的強度を保持することができると共に、上記炭酸ナトリウムおよび塩化ナトリウムによりセメントと水との水和反応を促進し、その水和物により六価クロム等の重金属やホルモン阻害化学物質等の有害物質の溶出や拡散を確実に防止することができるという効果がある。
【００１０】
また、この発明の土壌改良固化方法によれば、液状硬化剤の蒸発残留物を１０〜２０重量％の範囲に設定することにより、液状硬化剤に７０重量％以上の液体を含めることができ、液状硬化剤とセメントと水とを混合して土壌固化材を製造する際に、水の添加量を少なくすることができ、改良固化された土壌の強度を高めることができ、混合作業の効率化を図ることができるという効果がある。
【００１１】
さらに、この発明の土壌改良固化方法によれば、液状硬化剤のコバルトを０．０１〜０．１重量％に調整することにより、改良固化された土壌の機械的強度を上昇させ、また重金属や有害物質を保持し溶出を防止することができるという効果がある。
【００１２】
また、この発明の土壌改良固化方法によれば、液状硬化剤のカルシウムイオンが０．１重量％以下の範囲に設定することにより、ナトリウム塩としての炭酸ナトリウムとの反応で生成される炭酸カルシウムによる改良固化された土壌の性状への悪影響を最小限に抑えることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１による土壌改良固化方法に用いる液状硬化剤は、炭酸ナトリウムおよび塩化ナトリウムを主成分とするナトリウム塩と、塩化アンモニウムを主成分とするアンモニウム塩と、コバルト化合物とを、７０重量％以上の液体に配合して、塩素イオンおよびナトリウムイオンの含有率をそれぞれ１〜１０重量％に調整し、かつコバルトの含有率を０．０１〜０．１重量％に調整すると共に、蒸発残留物を１０〜２０重量％の範囲に設定し、かつカルシウムイオンの含有率を０．１重量％以下の範囲に設定したものである。
【００１４】
この液状硬化剤に含まれる液体は、通常水であり、例えば液状硬化剤のアルカリ性を維持するものであれば、水道水、純水、蒸留水、湧き水、井戸水等の種類を問わず、いずれも使用可能である。液状硬化剤において液体の含有率を７０重量％とした理由は、７０重量％未満の場合には、液状硬化剤の流動性が低下してしまい、後述のセメント及び水への液状硬化剤の添加時に、作業効率の低下を招く不都合が生じるからである。
【００１５】
この液状硬化剤に含まれるナトリウム塩の主成分は炭酸ナトリウムおよび塩化ナトリウムである。炭酸ナトリウムは、液状硬化剤をセメントに混合して土壌固化材を製造し、後述の土壌固化材を土壌の改良固化に用いる場合に、改良固化された土壌のアルカリ性を助長して中性化による機械的強度の低下を防止することを主目的として添加される成分であり、塩化ナトリウムは、液状硬化剤をセメントに混合して土壌固化材を製造し、後述の土壌固化材を土壌の改良固化に用いる場合に、炭酸ナトリウムと共にセメント水和の促進を図る目的で添加される成分である。したがって、セメント水和が促進されることにより、後述の改良固化された土壌から六価クロム等の重金属やホルモン阻害化学物質等の有害物質が溶出され、拡散されることを確実に防止できる。
【００１６】
塩素イオンの含有率を１〜１０重量％に調整した理由は、１重量％未満の場合には、塩化ナトリウム等で供給される塩素イオンの添加効果が後述の改良固化された土壌において発揮されず、１０重量％を超える場合には、塩素イオンが過剰となり、後述の改良固化された土壌への添加効果が頭打ちとなるからである。したがって、この塩素イオンの含有率は、この液状硬化剤が後述の改良固化された土壌中に添加されることを想定した上で、その改良固化された土壌における液状硬化剤の添加効果を加味して適宜決められることが望ましく、例えば、後述の改良固化された土壌における液状硬化剤の添加率が比較的高い場合には液状硬化剤中への塩素イオンの含有率を上記範囲の下限側に設定し、逆に後述の改良固化された土壌における液状硬化剤の添加率が比較的低い場合には液状硬化剤中への塩素イオンの含有率を上記範囲の上限側に設定することが望ましい。
【００１７】
ナトリウムイオンの含有率を１〜１０重量％に調整した理由は、１重量％未満の場合には、塩化ナトリウムや炭酸ナトリウム等で供給されるナトリウムイオンの添加効果が後述の改良固化された土壌において発揮されず、１０重量％を超える場合には、塩素イオンが過剰となり、後述の改良固化された土壌への添加効果が頭打ちとなるからである。したがって、このナトリウムイオンの含有率は、上記塩素イオンの含有率の場合と同様に、液状硬化剤が後述の改良固化された土壌中に添加されることを想定した上で、その改良固化された土壌における液状硬化剤の添加効果を加味して適宜決められることが望ましく、例えば、後述の改良固化された土壌における液状硬化剤の含有率が比較的高い場合には液状硬化剤中へのナトリウムイオンの含有率を上記範囲の下限側に設定し、逆に後述の改良固化された土壌における液状硬化剤の添加率が比較的低い場合には液状硬化剤中へのナトリウムイオンの含有率を上記範囲の上限側に設定することが望ましい。
【００１８】
この液状硬化剤には、液状硬化剤とセメントと水とを混合して土壌固化材を製造し、後述の土壌固化材を土壌の改良固化に用いる場合に、炭酸ナトリウムと同様に改良固化された土壌のアルカリ性を助長して中性化による機械的強度の低下を防止する目的で添加されるアンモニウム塩が含まれている。このアンモニウム塩の含有率は２重量％以下であることが好ましい。また、アンモニウム塩は例えば塩化アンモニウムであることが好ましい。
【００１９】
この液状硬化剤の蒸発残留物を１０〜２０重量％の範囲に設定とした理由は、１０重量％未満の場合には、上記塩素イオンおよびナトリウムイオンの添加効果を期待できる合計含有率を確保することができず、逆に、２０重量％を超える場合には、上記塩素イオンおよびナトリウムイオンの添加効果が頭打ちになるばかりでなく、液状硬化剤の流動性を十分に確保することができないからである。
【００２０】
この液状硬化剤のコバルトを０．０１〜０．１重量％に調整した理由は、錯体を形成するコバルト化合物を含有することにより、改良固化された土壌の機械的強度を上昇させ、また重金属や有害物質を保持し溶出を防止することができるためである。
【００２１】
この液状硬化剤におけるカルシウムイオンの含有率が０．１重量％以下の範囲に設定した理由は、カルシウムイオンが含まれる場合には、上記ナトリウム塩としての炭酸ナトリウムとの反応で生成される炭酸カルシウムの量が無視できない程度になり、この炭酸カルシウムが後述の改良固化された土壌の性状に悪影響を与え、結果として上記有害物質の溶出、拡散を有効に防止できないからである。したがって、カルシウムイオンは液状硬化剤中には０．１重量％以下でなければならない。
【００２２】
このような液状硬化剤には、これを例えば後述の土壌改良固化方法の一構成要素として、他の構成要素と混合して改良固化する、廃棄物対策、土壌汚染対策、軟弱地盤対策およびコンクリート対策としての用途がある。
【００２３】
以上のように、この実施の形態１によれば、アルカリ性を呈する液状硬化剤とセメントと水とを混合して土壌固化材を製造し、この土壌固化材を土壌の改良固化に用いる場合に、ナトリウム塩としての炭酸ナトリウムにより改良固化された土壌をアルカリ性に維持し、これにより改良固化された土壌の機械的強度を保持することができると共に、上記炭酸ナトリウムおよび塩化ナトリウムによりセメントと水との水和反応を促進し、その水和物により六価クロム等の重金属やホルモン阻害化学物質等の有害物質の溶出や拡散を確実に防止することができるという効果がある。
【００２４】
また、この実施の形態１によれば、液状硬化剤の蒸発残留物を１０〜２０重量％の範囲に設定することにより、液状硬化剤に７０重量％以上の液体を含めることができ、液状硬化剤とセメントと水とを混合して土壌固化材を製造する際に、水の添加量を少なくすることができ、改良固化された土壌の強度を高めることができ、混合作業の効率化を図ることができるという効果がある。
【００２５】
さらに、この実施の形態１によれば、液状硬化剤のコバルトを０．０１〜０．１重量％に調整したことにより、改良固化された土壌の機械的強度を上昇させ、また重金属や有害物質を保持し溶出を防止することができるという効果がある。
【００２６】
また、この実施の形態１によれば、液状硬化剤のカルシウムイオンが０．１重量％以下の範囲に設定したことにより、ナトリウム塩としての炭酸ナトリウムとの反応で生成される炭酸カルシウムによる改良固化された土壌の性状への悪影響を最小限に抑えることができるという効果がある。
【００２７】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２による土壌改良固化方法は、実施の形態１に示した液状硬化剤とセメントと水とを混合して土壌固化材を製造し、この土壌固化材を土壌に圧送すると共に撹拌して土壌を改良固化する方法である。
【００２８】
例えば、排水処理系汚泥、し尿、糞尿、食品系残渣等の有機系廃棄物、建設残土、河川湖沼海域の底泥、アスファルト、コンクリート等の無機系廃棄物、焼却場で発生する焼却灰、飛灰およびその溶融物等の焼却灰を埋め立てたことにより有害物質等に汚染された汚染土壌や軟弱土壌等の改良を要する土等の土壌を改良固化する。
【００２９】
セメントとしては、例えば特開２００２−２４１１６６号公報に記述されているように、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント等の各種ポルトランドセメント、高炉セメント、セメント系固化材およびその他セメントと同様の機能を有する接合材等の硬化材を挙げることができる。
【００３０】
セメントは、例えば、水を添加したセメントスラリー状のものを用いるか、セメントそのものを用い、混合時に水を適宜添加するか、あるいはセメントスラリーを用いた場合でも上記原料の含水率が低いなど、必要に応じて水分を補給して用いるなど、種々の使用形態で用いられる。
【００３１】
上記セメントには、上述したように、六価クロム等の重金属やホルモン阻害化学物質等の有害物質が僅かながらも含まれている蓋然性が高い。このため、土壌を改良固化する場合、セメントおよび液状硬化剤の混合割合は、土壌の種類や上記有害物質の含有率等、種々のファクタに基づいて適宜決められる。
【００３２】
以上のように、この実施の形態２によれば、実施の形態１に示した液状硬化剤とセメントと水とを混合して土壌固化材を製造し、この土壌固化材を土壌に圧送すると共に撹拌して土壌を改良固化することにより、土壌およびセメント中に含有される六価クロム等の重金属やホルモン阻害化学物質等の有害物質の溶出、拡散を確実に防止することができるという効果がある。
【００３３】
また、この実施の形態２によれば、液状硬化剤の蒸発残留物を１０〜２０重量％の範囲に設定することにより、液状硬化剤に７０重量％以上の液体を含めることができ、液状硬化剤とセメントと水とを混合して土壌固化材を製造する際に、水の添加量を少なくすることができ、改良固化された土壌の強度を高めることができ、混合作業の効率化を図ることができるという効果がある。
【００３４】
さらに、この実施の形態２によれば、液状硬化剤のコバルトを０．０１〜０．１重量％に調整したことにより、改良固化された土壌の機械的強度を上昇させ、重金属や有害物質の溶出を防止するという効果がある。
【００３５】
また、この実施の形態２によれば、液状硬化剤のカルシウムイオンが０．１重量％以下の範囲に設定したことにより、ナトリウム塩としての炭酸ナトリウムとの反応で生成される炭酸カルシウムによる上記改良固化された土壌の性状への悪影響を最小限に抑えることができるという効果がある。
【００３６】
以下、この発明の用途を実施例により具体的に説明する。
実施例１．
図１はこの発明の液状硬化剤（実施の形態１）を用いて、汚染土壌あるいは軟弱地盤を改良固化する過程を示すフローチャートである。図１に示すように、地盤改良装置１０は、回転可能な撹拌軸１１を含む掘削撹拌機１２と、この掘削撹拌機１２とは別に設けられたミキサー５からの混合物を供給する供給ポンプ１３とから概略構成されている。掘削撹拌機１２の撹拌軸１１の内部には供給ポンプ１３からの液状硬化剤とセメントと水とを混合した土壌固化材１６を先端側へ供給するための連通口（図示せず）が形成されており、撹拌軸１１の下端には撹拌翼１１ａが配設されている。なお、撹拌軸１１も撹拌翼１１ａも、状況等に応じて単数、複数を適宜選択してもかまわない。
【００３７】
次に、汚染土壌や軟弱地盤に対する土壌改良固化方法を説明する。まず、地盤改良装置１０を汚染土壌や軟弱地盤を含む現場１４に設置する。次に、セメント２と液状硬化剤３と水８とを所定の割合で配合し、ミキサー５内で混合し土壌固化材１６を製造して準備する。次に、掘削撹拌機１２の複数の撹拌軸１１（図１では２本）をそれぞれ回転させながら現場１４へ下降させ、その撹拌翼１１ａにより現場１４の土壌を撹拌すると共に、供給ポンプ１３により撹拌軸１１の連通口（図示せず）を経由して撹拌軸１１の先端付近から土壌固化材１６を注入し、混合撹拌部１５を形成していく。そして、土壌固化材１６が注入された混合撹拌部１５では撹拌翼１１ａにより汚染土壌または軟弱地盤と土壌固化材１６とが十分に混合される。次に、混合撹拌部１５を撹拌軸１１により所定深度まで掘り進んだら、撹拌軸１１を正転または逆転させながら掘削撹拌機１２を混合撹拌部１５から引き抜いていく。その際にも撹拌翼１１ａにより汚染土壌または軟弱地盤と土壌固化材１６とが十分に混合され、時間経過と共にセメント２の水和反応により汚染土壌または軟弱地盤は堅牢に固結する。
【００３８】
この場合、土壌固化材１６中の液状硬化剤３により土壌およびセメント中に含有される有害物質の溶出、拡散が確実に防止されるので、固結した汚染土壌または軟弱地盤の環境への影響を最小限にすることができる。
【００３９】
上記液状硬化剤３は最良の形態の一つであり、その性状は次のようなものである。液状硬化剤３の色調は赤紫色を呈し、ｐＨが１０．４でアンモニア臭を呈するものであり、蒸発残留物（１０５℃、２４時間で測定）は１６．１％であり、密度は１．１４３ｇ／ｃｍ3であり、粘度は４．２ｍ・Ｐａｓであり、強熱残渣（６００℃、３０分で測定）は９８．０重量％であり、塩素イオン量は４．６重量％であり、ナトリウムイオン量は４．８重量％であり、コバルトは０．０４重量％であり、カルシウムイオン量は０．１重量％以下で痕跡程度であった。
【００４０】
また、上記液状硬化剤３は最良の形態の一つであり、その性状は次のようなものである。液状硬化剤３の色調は赤紫色を呈し、ｐＨが１０．０でアンモニア臭を呈するものであり、蒸発残留物（１０５℃、２４時間で測定）は１６．７％であり、密度は１．１４９ｇ／ｃｍ3であり、粘度は４．４ｍ・Ｐａｓであり、強熱残渣（６００℃、３０分で測定）は９７．１重量％であり、塩素イオン量は４．１重量％であり、ナトリウムイオン量は４．４重量％であり、コバルトは０．０６重量％であり、カルシウムイオン量は０．１重量％以下であった。
【００４１】
次に、改良固化土壌７中の有害物質の溶出を確認する実験を行った。
溶出実験
有害物質に汚染土壌として湖沼底泥１ｍ3を用い、セメント２として１２０〜１８０ｋｇを用い、液状硬化剤３として１〜１５Ｌを用い、湖沼底泥中の含水率に応じて水を適宜添加して改良固化土壌７を作製した。このとき、湖沼底泥中の有害物質の含有量を定量すると共に、改良固化土壌７から有害物質の溶出量を定量する溶出実験を行った。これら湖沼底泥に含有される鉛、砒素、総水銀およびカドミウムの有害物質の含有量および改良固化土壌からの溶出量をそれぞれ定量分析した。その結果を表１に示した。
【表１】
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【００４２】
表１から明らかなように、湖沼底泥の溶出実験では、湖沼底泥に含有されていた有害物質（鉛、砒素、総水銀およびカドミウム）が０．１ｍｇ／Ｌ以下あるいは定量限界未満であり、実質的に改良固化土壌からの溶出がなかったことを確認した。なお、表１中の「−」は、含有されているが定量分析を行わなかったことを意味するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】この発明の土壌改良固化方法の実施例として、汚染土壌や軟弱地盤を改良固化する過程を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４４】
１  汚染土壌、軟弱地盤
２  セメント
３  液状硬化剤
５  ミキサー
７  改良固化土壌
８  水
１０  地盤改良装置
１１  撹拌軸
１１ａ  撹拌翼
１２  掘削撹拌機
１３  供給ポンプ
１４  現場
１５  混合撹拌部
１６  土壌固化材
【図１】
2006150341.tif 000004