(57)【要約】【課題】改質された土壌の強アルカリ化を有効に回避するとともに、比較的少量の固化材の使用で土壌の強度を向上させ、さらには体積膨張を生じることなく、耐水性にも優れた改質土壌を得ることが可能な土質の改良方法を提供する。【解決手段】シリカゾルを泥土に混合した後、石膏を泥土に混合することを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリカゾル及び石膏の何れか一方を泥土に混合した後、シリカゾル及び石膏の他方を泥土に混合することを特徴とする土質改良方法。
【請求項２】
シリカゾルを先に泥土に混合した後、石膏を泥土に混合する請求項１に記載の土質改良方法。
【請求項３】
前記シリカゾルとして、ｐＨが１．０乃至３．０の範囲にあり且つＳｉＯ２濃度が１００〜２５０ｇ／Ｌの範囲にあるものを使用する請求項１または２に記載の土質改良方法。
【請求項４】
前記シリカゾルを、前記泥土の固形分１００質量部当り、該シリカゾル中のＳｉＯ２量が０．１乃至１０質量部となる量で泥土に混合し、前記石膏を、前記泥土の固形分１００質量部当り、３乃至８０質量部となる量で泥土に混合する請求項１乃至３の何れかに記載の土質改良方法。
【請求項５】
シリカゾル及び石膏以外に、さらにフライアッシュを、石膏と同時、石膏を泥土に混合する直前、または石膏を泥土に混合した直後に、泥土に混合する請求項１乃至４の何れかに記載の土質改良方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土質改良方法に関するものであり、より詳細には、水分等を多く含む軟弱地盤を固化し、地盤を強化する土質改良方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
道路工事、造成工事、埋立工事などに際しては、水分を多く含む軟弱地盤を固化する土質改良が行われており、一般に、コーン指数（JIS  A  1228：2000）が２００ＫＮ／ｍ２以上の強度となるように固化が行われ、地盤の用途（例えば宅地造成など）によって、さらに高強度の地盤が得られるように土質改良が行われている。
【０００３】
上記のような土質改良法として、セメント系固化材を泥土に混合する方法が従来から採用されているが、かかる方法では、改質された土壌のｐＨが強アルカリ性となってしまい、植生などに対する土壌環境が悪化してしまい、改質土壌の用途が大きく制限されてしまうという問題がある。
【０００４】
このような問題を回避するために、石膏を固化材として泥土に混合する方法が提案されている（特許文献１，２参照）。かかる方法は、半水石膏（ＣａＳＯ４・１／２Ｈ２Ｏ）を泥土に混合することにより、泥土中の水と反応させて２水石膏（ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ）を形成させて泥土の固化を図るものであり、一般に、石膏成分とともに、ポリ塩化アルミニウムなどの凝集剤や流動床灰（フライアッシュ）などが併用され、泥土の粒子を凝集させた状態で固化した２水石膏を生成させることにより、泥土の固化が行われる。
【特許文献１】特許第３８２４８４４号
【特許文献２】特開２００４−９９８７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の特許文献１，２の方法によれば、改質された土壌の強アルカリ化は有効に回避できるが、改質された土壌の強度を所定の値に高めるためには、多量の固化材（石膏）を使用しなければならないという問題や、改質された土壌の耐水性が低く、例えば水に浸漬したときの強度低下が生じたり、或いは泥土を固化したときの体積膨張が大きいなど、未だ改善すべき問題がある。
【０００６】
従って本発明の目的は、改質された土壌の強アルカリ化を有効に回避するとともに、比較的少量の固化材の使用で土壌の強度を向上させ、さらには体積膨張を生じることなく、耐水性にも優れた改質土壌を得ることが可能な土質の改良方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、シリカゾル及び石膏の何れか一方を泥土に混合した後、シリカゾル及び石膏の他方を泥土に混合することを特徴とする土質改良方法が提供される。
【０００８】
本発明の土質改良方法においては、
（１）シリカゾルを先に泥土に混合した後、石膏を泥土に混合すること、
（２）前記シリカゾルとして、ｐＨが１．０乃至３．０の範囲にあり且つＳｉＯ２濃度が１００〜２５０ｇ／Ｌの範囲にあるものを使用すること、
（３）前記シリカゾルを、前記泥土の固形分１００質量部当り、該シリカゾル中のＳｉＯ２量が０．１乃至１０質量部となる量で泥土に混合し、前記石膏を、前記泥土の固形分１００質量部当り、３乃至８０質量部となる量で泥土に混合すること、
（４）シリカゾル及び石膏以外に、さらにフライアッシュを、石膏と同時、石膏を泥土に混合する直前、または石膏を泥土に混合した直後に、泥土に混合すること、
が好適である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、シリカゾルと石膏とを固化材として使用するものであるが、液状のシリカゾルを泥土中に混合することにより、シリカゾルが泥土の全体に分散し、そのゲル化によって寒天状の固化物が形成され、この寒天状の固化物内に石膏が分散されて強度が向上した改質土壌が得られるというものである。
【００１０】
このような本発明の方法によれば、シリカゾル（シリカの水分散液）のｐＨが酸性サイドにあり、石膏は中性であるから、改質された土壌のｐＨが強アルカリ化されることはなく、また、土粒子を凝集させるための凝集剤を使用する必要がない。
【００１１】
また、石膏は、補強材として機能するものであり、石膏の固化能を利用して固化物を形成するものではないため、半水石膏のみならず、水硬性機能を有していない２水石膏を使用することもでき、しかも、従来法に比して、石膏の使用量を少なくして高強度の改質土壌を形成させることができる。
【００１２】
さらに、後述する実施例の実験結果からも明らかなように、本発明によれば、体積膨張を有効に抑制しながら泥土の改質を行うことができ、しかも形成される改質土壌は、優れた耐水性を示し、水が浸漬したときの強度低下も有効に防止されている。
【００１３】
即ち、シリカゾルのゲル化により固化物が形成されるため、石膏の固化のみを利用する場合に比して、固化に際しての体積膨張が有効に抑制され、また、このような体積膨張の抑制が、改質土壌の高強度化をもたらし、従来法に比して少ない量での石膏の使用により、高強度の改質土壌が形成されるものと信じられる。また、改質土壌は、シリカゾルのゲル化物をマトリックス（連続相）としているため、優れた耐水性が得られ、水に浸漬された場合にも、水分の土壌中への浸透が抑制され、強度低下を回避できるものと思われる。
【００１４】
また、本発明においては、シリカゾルと石膏とは、別個に泥土中に混合することが必要であり、例えば、両者を混合して、同時に泥土中に混合することはできない。シリカゾルと石膏との混合により、ゲル化を生じるため、シリカゾルを土壌中に分散させてゲル化させることが困難となってしまい、均質に土質を改良することができなくなってしまうからである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
＜泥土＞
本発明において、対象となる泥土は、特に制限されるものではないが、例えば、トンネル工事、上水道や下水道工事、掘削工事、建築工事、造成現場等の建設・工事現場で発生した泥土、湖沼、河川、港湾等における浚渫等の浚渫泥土を挙げることができる。
【００１６】
また、泥土の含水比は、土の性質、排出される場所等により変化するものであり、特に制限されるものではないが、本発明の方法によれば、含水比が２０％乃至２００％、好ましくは、２０乃至１５０％のものを効率よく改質することができる。場合によっては、含水比の高い泥土を予め公知の手段、例えば、フィルタープレス、ベルトプレス、ローラプレス、ドラムプレス、オリバーフィルター等によって脱水した後、本発明の方法を適用することができる。この泥土の含水比は、乾燥前の泥土の全質量をW１、乾燥後の泥土（固形分の質量）をW２とした際、下記の式で表すことができる。
含水比＝（（Ｗ１−Ｗ２）／Ｗ２）×１００    （％）
【００１７】
＜シリカゾル＞
本発明において使用するシリカゾルは、例えばケイ酸ソーダ（水ガラス）水溶液と、塩酸、硫酸等の鉱酸（好適には硫酸）の水溶液とを混合し、微細なシリカを析出させることによって形成されたシリカ分散液であり、シリカがゲル化する前の状態のものである。
【００１８】
このようなシリカゾルとしては、泥土中に速やかに分散してゲル化を生じるという観点から、一般に、ｐＨが１．０乃至３．０の範囲にあり、シリカの分散粒径（動的光散乱法による平均粒径Ｄ５０）が５ｎｍ以下、特に２乃至４ｎｍ程度であり、且つＳｉＯ２濃度が１００乃至２５０ｇ／Ｌの範囲にあるものが好適である。このような物性のシリカゾルは、例えば特開２００３−２２１２２２号公報に記載されているように、２つの原料供給管が合流し、合流部から一本の排出管が延びているＹ字型の反応装置を使用し、一方の原料供給管から鉱酸水溶液を供給し、他方の原料供給管からケイ酸ソーダ水溶液を供給し、両水溶液の接触により生成した反応生成物（シリカゾル）を、上記排出管から所定の速度（１．０ｍ／秒以上）で流出させることにより製造される。
【００１９】
即ち、かかる方法によれば、ゲル化物の生成を有効に抑制できるため、上記のような微細なシリカが分散したシリカゾルを得ることができる。しかも、かかる方法によれば、簡易的な装置により短時間で上記のような高濃度シリカゾルを得ることができるため、施工現場で直ぐにシリカゾルを製造することができ、土質を改良する際の操作性を改善することができる。
【００２０】
本発明において、上記のシリカゾルは、これを泥土中に混合することにより、泥土中に分散し、液のｐＨ変化等によりゲル化を生じるものであるが、このようなシリカゾルは、泥土に含まれる水分量によっても相違するが、一般的には、泥土の固形分１００質量部当り、該シリカゾル中のＳｉＯ２量が０．１乃至１０質量部、特に２乃至８質量部となるような量で使用されることが好ましい。即ち、シリカゾルの使用量が、この範囲よりも少ないと、泥土中の固体粒子を含んだ状態でゲル化物を形成することが困難となるため、土質の改良を均質に行うことが困難となるおそれがある。また、上記範囲よりも多量に使用しても、格別の効果は生ぜず、コスト的に不利となるばかりか、土質を改良する際に操作性が低下するおそれもある。
【００２１】
＜石膏＞
本発明において、石膏としては、所謂半水石膏（ＣａＳＯ４・１／２Ｈ２Ｏ）や無水石膏（ＣａＳＯ４）を使用することができるが、このような半水石膏や無水石膏以外にも、２水石膏（ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ）も使用することができる。半水石膏や無水石膏は、これを泥土と混合したときに、泥土中の水分と反応して硬化して２水石膏を形成するが、本発明においては、前述したシリカゾルのゲル化により固化物が形成されるため、石膏の固化能は特に必要でなく、石膏は、補強材として使用されるのであり、従って、２水石膏の使用も可能となるわけである。本発明において、改質土壌の体積膨張を抑制し、且つ強度を向上させるという点では、石膏として、２水石膏を使用することが特に好適である。
【００２２】
また、本発明においては、上記の通り、半水石膏、無水石膏および２水石膏を使用することができるため、天然石膏、化学石膏、排煙脱硫副生石膏及び工場で副生する副生石膏を用いることができる。更に、従来では、埋め立て処分されていた建築廃材である石膏ボード廃材から回収された石膏を使用することも可能である。
【００２３】
上記のような石膏の使用量は、泥土の性質、含水量、石膏の種類、使用するシリカゾルの濃度、ｐＨ、量等に応じて適宜決定してやればよい。本発明において、改質土壌の強度、耐水性等の効果、操作性、およびコスト等を考慮すると、一般的な泥土の処理において、石膏の使用量は、泥土の固形分１００質量部当たり、３乃至８０質量部、特に１０乃至６０質量部となる量で使用することが好ましい。また、本発明において、最も効果的に土壌の改質を行なうためには、石膏の使用量を上記範囲内とするとともに、シリカゾル中のＳｉＯ２量１００質量部に対し、石膏の使用量が１００乃至１００００質量部以下とすることが好ましく、更に、５００乃至６０００質量部以下とすることが好適である。
【００２４】
尚、上記の石膏は、泥土と均一に混合し易くするために、通常、その粒径が３００μｍ以下程度に粉砕された粒状物の形態で使用されることが好適である。
【００２５】
＜フライアッシュ＞
本発明においては、上述したシリカゾルや石膏とともに、フライアッシュを使用することができる。このフライアッシュは、石炭火力発電所の微粉炭燃焼ボイラーから発生するものであり、シリカを４５％以上含み、さらにアルミナや酸化カルシウムなどを含む弱アルカリ性の粉末である。即ち、前述したシリカゾルは、泥土に混合したとき、ｐHの増大によりゲル化を生じるが、改質すべき土壌である泥土のｐHが酸性サイド、特にシリカゾルのｐHに近いような場合には、ゲル化が有効に生じない場合がある。従って、このような場合には、フライアッシュを使用し、泥土中の水分のｐHを高めることにより、シリカゾルを効果的にゲル化させることができる。また、このようなフライアッシュは、微細な粉末であり、泥土への均一分散が容易であり、且つ改質された土壌の強度を低下させることはない。
【００２６】
従って、上記のフライアッシュは、シリカゾルや石膏が混合された泥土のｐHが中性域(ｐＨ６．５〜８．５)となるような量で使用される。
【００２７】
＜その他の材料＞
上述したように、本発明の土壌の改質方法においては、シリカゾル、石膏、及び必要によりフライアッシュを泥土に混合するものであるが、シリカゾルのゲル化を妨げず、さらには改質土壌のｐHを強アルカリ側に増大させない限り、ポリ塩化アルミニウム等の無機凝集材、アクリルアミド等の有機凝集材を適宜使用することもできるし、或いはベントナイトなどの水膨潤性粘土鉱物や高炉スラグなどを補強材として使用することもできる。
【００２８】
＜土壌の改質＞
本発明にしたがって土壌を改質するには、前述した量のシリカゾル及び石膏を改質すべき土壌、即ち泥土に混合するが、両者を、別個に泥土に混合する必要がある。同時に混合すると、シリカゾルのゲル化が直ちに生じてしまい、泥土中にゲル化物の塊りが形成されてしまい、改質された土壌の特性にムラが生じてしまい、安定した特性を確保することが困難となってしまうからである。
【００２９】
本発明において、シリカゾルと石膏とは、別個に泥土に混合される限り、何れを先に泥土に混合してもよいが、一般的には、シリカゾルを泥土に混合し、シリカゾルを泥土中に均質に分散させた後に、石膏を泥土に混合することが好適である。このような順序でシリカゾルと石膏とを泥土に混合することにより、石膏粒子を取り込んだ形でシリカゾルのゲル化物を確実に形成することができ、安定した改質を行なうことができる。
【００３０】
また、フライアッシュを使用する場合には、これも、シリカゾルと別個に泥土に混合する必要がある。先にも述べたように、フライアッシュは弱アルカリ性であるため、シリカゾルとフライアッシュとを混合するとゲル化を生じてしまうためである。従って、フライアッシュを使用する場合には、これを、石膏と同時、石膏を泥土に混合する直前、または石膏を泥土に混合した直後に、泥土に混合するのがよい。
【００３１】
また、その他の材料を使用する場合、シリカゾルをゲル化せしめるような材料の場合には、石膏やフライアッシュと同様に、シリカゾルと別個に、特に好ましくは、シリカゾルを泥土に混合した後に、泥土に混合するのがよい。また、シリカゾルをゲル化させないような材料を使用する場合には、シリカゾルと同時に泥土に混合してもよいし、シリカゾルと別個に泥土に混合することもできるが、一般的には、シリカゾルを泥土に混合した後に、泥土に混合するのがよい。
【００３２】
上述した各種材料の泥土への混合は、バックホウ等の混合攪拌機械を用いておこなうことができ、各種成分を混合した後、泥土を締め固めた後、約１日〜３日程度養生することにより、改質され、強度の高い土壌を形成することができる。
【実施例】
【００３３】
本発明を、次の実験例で説明する。
尚、実験に用いた土壌及び土壌に添加した各種材料、並びに、改質された土壌の特性評価の方法は、以下の通りである。
【００３４】
＜土壌＞
藤森粘土Ａ：
含水量；７．９質量％
含有水分のｐＨ；３．１１
藤森粘土Ｂ：
含水量；４．７質量％
含有水分のｐＨ；３．１５
まさ土：
含水量；３６．１質量％
含有水分のｐＨ；６．６８
＜シリカゾル＞
シリカゾルは、以下の方法により製造した。
先ず、市販の珪酸ソーダを水で希釈して、ＳｉO２濃度２８．８０（ｇ／１００ｍｌ）、モル比（ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏ）３．１７の水溶液とし、この水溶液と希釈硫酸（Ｈ２ＳＯ４濃度２０．９９（ｇ／１００ｍｌ））を原料とし、特開２００３−２２１２２２号に示したようなＹ字形の反応器を使用してシリカゾルを製造した。Ｙ字形の反応器の原料供給管（珪酸ソーダ水溶液側（ノズル径１．４ｍｍ）、硫酸側（ノズル径１．２ｍｍ））へ珪酸ソーダ水溶液を１．０８（Ｌ／分）、希釈硫酸を０．９２（Ｌ／分）の流量となるように供給し、両者を瞬時に反応（衝突）させた後、排出管（ノズル径６ｍｍ、長さ２７ｍｍ）から２（Ｌ／ｍｉｎ）の流量（速度：１．１８（ｍ／秒）)で排出し、ＳｉO２濃度１５．５（ｇ／１００ｍｌ）、ｐＨ１．３９のシリカゾル２Ｌを１分で製造した。得られたシリカゾル中のシリカの粒径（Ｄ５０）は３ｎｍであった。
シリカゾル  ＳｉＯ２濃度；１５．５（ｇ／１００ｍｌ）
ｐＨ；１．３９
シリカの粒径（Ｄ５０）；３ｎｍ
尚、シリカの粒径は、ＺＥＴＡＳＩＺＥＲ  Ｎａｎｏ−ＺＳ（Ｍａｌｖｅｒｎ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  Ｌｄｔ製）を使用して測定した。
＜半水石膏＞
平均粒径５０μｍの粉末を使用した。
＜２水石膏＞
平均粒径５０μｍの粉末を使用した。
＜フライアッシュ＞
２８．６％水分散液ｐＨ：１１．５
平均粒径４０μｍの粉末を使用した。
【００３５】
＜改良土のｐＨ＞
地盤工学会基準「土懸濁液のｐＨ試験方法」(JGS  0211-2000）に準拠した。
＜供試体の作製＞
地盤工学会基準「安定処理土の突き固めによる供試体作製」（JGS  0811-2000）に準拠した。
＜強度＞
地盤工学会基準「突き固めた土のコーン指数試験」（JIS  A  1228-2000）に準拠した。
＜体積膨張＞
供試体の養生前後の体積変化を目視で判定した。
【００３６】
実施例１
藤森粘土Ａに水を混合し、含水比が６０％の泥土を調製した。ホバートミキサー（株式会社愛工舎製作所製  型式：ＡＭ−２０）を使用して、上記調整した泥土に、泥土の固形分１００質量部当たり、ＳｉＯ２量が２質量部となるようにシリカゾルを混合し、その後、泥土の固形分１００質量部当り、４０質量部となるように半水石膏を混合した。泥土と各種材料の合計混合時間は約５分とした。
上記で得られた混合物を室温（２０±３℃）で１日養生した後、粒度が４．７５ｍｍ以下となるように解きほぐして改良土を得、そのｐＨを測定した。
また、上記改良土を用いて供試体を作製し、この供試体を、空気中で３日間養生した。さらに、４日間、供試体を水中に浸漬した後、コーン指数試験により強度を測定した。また、このときの供試体作製前後の体積膨張を目視で判定した。これらの結果を表１に示す。
【００３７】
実施例２
泥土に対して、最初に半水石膏を混合し、その後、シリカゾルを混合した以外は、実施例１と同様の操作および測定を行い、その結果を表１に示した。
実施例３
泥土の固形分１００質量部当り、ＳｉＯ２量が５質量部となるようにシリカゾルを混合した以外は、実施例１と同様の操作および測定を行い、その結果を表１に示した。
【００３８】
比較例１
シリカゾルを全く混合せず、半水石膏のみを混合した以外は、実施例１と同様の操作および測定を行い、その結果を表１に示した。
【００３９】
実施例４
藤森粘土Ｂに水を混合し、含水比が６０％の泥土を調製し、この調整した泥土を使用した以外は、実施例１と同様の操作および測定を行い、その結果を表１に示した。
【００４０】
実施例５
まさ土に水を混合し、含水比が６０％の泥土を調製し、この調整した泥土を使用した以外は、実施例１と同様の操作および測定を行い、その結果を表１に示した。
【００４１】
【表１】
2008231866.tif 000002
【００４２】
実施例６
半水石膏の代わりに２水石膏を用いた以外は、実施例４と同様の操作および測定を行い、その結果を表２に示した。
【００４３】
比較例２
シリカゾルを全く混合せず、２水石膏のみを混合した以外は、実施例６と同様の操作および測定を行い、その結果を表２に示した。
【００４４】
実施例７
半水石膏の代わりに２水石膏を用いた以外は、実施例５と同様の操作および測定を行い、その結果を表２に示した。
【００４５】
比較例３
シリカゾルを全く混合せず、２水石膏のみを混合した以外は、実施例７と同様の操作および測定を行い、その結果を表２に示した。
【００４６】
【表２】
2008231866.tif 000003
【００４７】
実施例８
藤森粘土Ａを用いて調製された泥土（実施例１で使用した泥土）に、泥土の固形分１００質量部当たり、ＳｉＯ２量が２質量部となるようにシリカゾルを混合し、その後、泥土の固形分１００質量部当り、１５質量部の半水石膏と１０質量部のフライアッシュを混合した。泥土と各種材料の合計混合時間は約５分とした。その他の操作および測定は、実施例１と同様に行った。
【００４８】
実施例９
泥土の固形分１００質量部当り、ＳｉＯ２量が５質量部となるようにシリカゾルを混合した以外は、実施例８と同様の操作および測定を行い、その結果を表３に示した。
【００４９】
比較例４
シリカゾルを全く混合せず、半水石膏およびフライアッシュを混合した以外は、実施例８と同様の実験および測定を行い、その結果を表３に示した。
【００５０】
【表３】
2008231866.tif 000004