(57)【要約】【課題】含水土壌中の水に速やかに溶け、しかも、少量で含水土壌を粒状化することのできる含水土壌処理剤およびその製造方法を提供することを課題として掲げた。【解決手段】含水土壌を再利用可能な粒状物にするための含水土壌処理剤であって、１種以上の水溶性重合体と、２５℃の水に０．５質量％以上溶解し、かつ、１０％濃度（質量基準）の水との混合液の２５℃の粘度が３ｍＰａ・ｓ以下である有機化合物とを含む。【特許請求の範囲】
【請求項１】
含水土壌を再利用可能な粒状物にするための含水土壌処理剤であって、１種以上の水溶性重合体と、２５℃の水に０．５質量％以上溶解し、かつ、１０％濃度（質量基準）の水との混合液の２５℃の粘度が３ｍＰａ・ｓ以下である有機化合物とを含むことを特徴とする含水土壌処理剤。
【請求項２】
上記有機化合物の重量平均分子量が１万以下である請求項１に記載の含水土壌処理剤。
【請求項３】
請求項１または２に記載の含水土壌処理剤を製造する方法であって、上記水溶性重合体を１種以上の単量体の重合により合成する際に、上記有機化合物と前記単量体とを予め混合しておくことを特徴とする含水土壌処理剤の製造方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載の含水土壌処理剤を製造する方法であって、上記水溶性重合体と上記有機化合物を水に溶解させた後、乾燥および粉砕することを特徴とする含水土壌処理剤の製造方法。
【請求項５】
請求項１または２に記載の含水土壌処理剤を製造する方法であって、上記水溶性重合体の粉体に、上記有機化合物の溶液または分散液を噴霧することを特徴とする含水土壌処理剤の製造方法。
【請求項６】
請求項１または２に記載の含水土壌処理剤を製造する方法であって、上記水溶性重合体の粉体と上記有機化合物の粉体とを混合することを特徴とする含水土壌処理剤の製造方法。
【請求項７】
請求項１または２に記載の含水土壌処理剤を含水土壌に混合することを特徴とする含水土壌の粒状化方法。
【請求項８】
請求項１または２に記載の含水土壌処理剤によって、粒状化されたことを特徴とする粒状土。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、掘削土や浚渫土等の含水土壌を粒状化して、砂等の代替品として埋め戻し材等に再利用を図る際に好適な含水土壌処理剤およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
土木工事等で発生する建設発生土のうち、掘削工事で発生する発生土は、掘削部へ水を流し込んで泥土として外部へ排出することがあり、このような泥土は含水量が高いため、そのままでは通常のトラックやダンプカーで運搬することすらできず、当然、埋め戻し材として使用することができない。このため、泥土に対し、脱水処理または固化処理等を行って運搬可能な状態とすることが行われている。
【０００３】
しかし、脱水処理を行っても、その後、適切な改良方法を行わない限り、再利用ができず、さらに、固化処理を行う場合は、得られた固化土壌をどうするか、という点で、発生する泥土量と見合うだけの固化土壌の廃棄場所がそれほどない、という問題を抱えていた。
【０００４】
こういった観点から、泥土等の含水土壌をさらさらの砂粒のような粒状物にして、埋め戻し材に利用する検討がなされている。粒状化方法としては、例えば、カルボキシル基含有水溶性重合体粉末を添加混合し、次に、石灰を添加混合して、養生を経て、粒状化する方法がある（特開平６−１７０５２号）。また、カルボキシル基含有水溶性重合体粉末が含水土壌に溶けにくいという問題を解決した方法として、カルボキシル基とスルホン基とを含有する水溶性重合体を用いて粒状化する方法がある（特開２０００−１３６３８３号）。さらに、特開平１０−１５２６８２号には、アクリルアミドとアクリル酸との共重合体とアルギン酸ナトリウムとを泥土に混ぜて粒状化する方法が開示されている。
【０００５】
上記従来技術は、それぞれ特色があり、それなりの効果を発揮しているが、粉状の土壌処理剤を含水率の高い土壌に使う場合、土壌処理剤がママコになって、土壌の粒状化がうまくできないことがあり、含水土壌への溶解性をさらに高める必要があった。さらに、建設泥土等の含水土壌の排出量は、近年、増加の一途をたどっており、少ない使用量で粒状化できる低コストの含水土壌処理剤が求められていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明では、含水土壌中の水に速やかに溶け、しかも、少量で含水土壌を粒状化することのできる含水土壌処理剤およびその製造方法を提供することを課題として掲げた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の含水土壌処理剤は、含水土壌を再利用可能な粒状物にするための含水土壌処理剤であって、１種以上の水溶性重合体と、２５℃の水に０．５質量％以上溶解し、かつ、１０％濃度（質量基準）の水との混合液の２５℃の粘度が３ｍＰａ・ｓ以下である有機化合物とを含むところに要旨を有する。
【０００８】
上記有機化合物を水溶性重合体と併用することにより、ママコになることなく、水へ速やかに溶けるようになり、水溶性重合体の使用量の低減も図れたため、低コストで土壌を粒状化することができた。この有機化合物は、重量平均分子量が１万以下であることが好ましく、２５℃・大気圧下で固体のものでも液体のものでもいずれでも、上記粘度の要件を満たせば使用可能である。
【０００９】
本発明の含水土壌処理剤を製造するには、上記水溶性重合体を１種以上の単量体の重合により合成する際に、上記有機化合物と前記単量体とを予め混合しておく方法、上記水溶性重合体と上記有機化合物を水に溶解させた後、乾燥および粉砕する方法、上記水溶性重合体の粉体に、上記有機化合物の溶液または分散液を噴霧する方法等を採用することができる。さらに、有機化合物が固体の場合には、上記水溶性重合体の粉体と、上記有機化合物の粉体を混合する方法も採用可能である。
【００１０】
なお、本発明には、上記含水土壌処理剤を含水土壌に混合することを特徴とする含水土壌の粒状化方法および上記含水土壌処理剤によって粒状化されたことを特徴とする粒状土も包含される。
【００１１】
【発明の実施の態様】
本発明の含水土壌処理剤は、１種以上の水溶性重合体と、低粘度の水溶液を形成することのできる比較的低分子量の有機化合物を必須成分とし、含水土壌をさらさらの砂のように粒状化処理するための処理剤である。粒状化のメカニズムとしては、水溶性重合体が含水土壌に添加混合されると、水溶性重合体が水に溶けながら水と結合することで水を取り込み、このような水を取り込んだ状態で水溶性重合体の分子鎖が幾つかの土壌粒子に吸着し、土壌粒子同士を付着固定することによって粒状化されると考えられる。本発明の含水土壌処理剤に用いられる有機化合物は、水溶性重合体を含水土壌中の水に速やかに溶解させる溶解助剤的な働きをすると考えられ、このため、水溶性重合体がママコになったりせずに、使用した分のほぼ全量が水に溶解し、土壌の粒状化に有効に作用して、土壌に対する水溶性重合体の使用量を低減させることができたものと考えられる。以下、本発明を詳細に説明する。
【００１２】
本発明の含水土壌処理剤に用いられる水溶性重合体は、２５℃の水に１質量％以上溶けることができる重合体であれば、特に限定されない。具体例としては、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル型重合体；ポリアクリルアミド、ポリメタクリルアミド等のアミド型重合体；ポリビニルピロリドン等のラクタム含有重合体；ポリビニルアルコール等の水酸基含有重合体；ビーガム、ヒドロキシエチルセルロース等の天然のノニオン型水溶性重合体；ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリマレイン酸等のカルボキシル基含有重合体；ポリスチレンスルホン酸、ポリイソプレンのスルホン化物等のスルホン基含有重合体；アルギン酸ソーダ、カルボキシメチルセルロース等のアニオン性水溶性重合体またはこれらの金属塩等；ポリエチレンイミン等のアミン型重合体；ポリビニルピリジン等のピリジン含有重合体；ポリジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート等の第４級アンモニウム塩含有重合体；キトサン等のカチオン性水溶性重合体またはこれらの塩等が挙げられる。
【００１３】
水溶性重合体の合成に際しては、上記水溶性重合体を構成する単量体を２種以上併用したり、その他の単量体、例えば、（メタ）アクリルアミド、ジメチルアクリルアミド、（メタ）アクリロニトリル、スチレン、アルキル（メタ）アクリレート（例えばメチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート等）、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、酢酸ビニル等の単量体を水溶性に影響が出ない程度に一部併用してもよい。
【００１４】
これらのうち、（メタ）アクリル酸等のカルボキシル基含有単量体を重合して得られる水溶性重合体またはこれらの塩、あるいは（メタ）アクリルアミドを重合して得られる水溶性重合体は、安全でかつ粘ついた感じがなく、常温、常湿下でさらっとした粉末であることから好ましく用いられる。
【００１５】
また、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、アクリル酸／メタクリル酸共重合体等のカルボキシル基含有水溶性重合体のカルボキシル基の一部または全部が中和して塩となっていてもよい。中和のために利用できるアルカリとしては、ナトリウム、カリウム、リチウム等のアルカリ金属の水酸化物や炭酸塩；アンモニア；モノメチルアミン、ジエチルアミン、トリメチルアミン、モノエチルアミン、ジメチルアミン、トリエチルアミン等のアルキルアミン類；モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、イソプロパノールアミン、第２級ブタノールアミン等のアルカノールアミン類等を挙げることができるが、ナトリウムが一般的である。
【００１６】
水溶性重合体の重量平均分子量は、５万〜５０００万が好ましい。また、重量平均分子量が５０００万を超えると、水への溶解性が悪くなり、含水土壌処理剤として利用しにくくなる。重量平均分子量のより好ましい下限は５０万、上限は２０００万である。
【００１７】
水溶性重合体の重合方法は特に限定されず、水溶液重合法や、逆相懸濁重合法等を採用し、適宜、溶媒、開始剤等を選択して行えばよい。
【００１８】
本発明の含水土壌処理剤のもう一つの必須成分である有機化合物は、２５℃の水に０．５質量％以上溶解し、かつ、１０％濃度（質量基準）の水との混合液の２５℃での粘度が３ｍＰａ・ｓ以下であることが必要である。
【００１９】
含水土壌に土壌処理剤を添加したときに、水溶性高分子が溶解して高粘度となるため、有機化合物の溶解による粘度上昇は極力抑制する必要があり、また、粘度が３ｍＰａ・ｓを超える有機化合物は、水溶性重合体を速やかに水に溶解させるという溶解助剤としての効果を発揮しないため、上記粘度の上限を定めた。また、２５℃の水に０．５質量％以上溶ける有機化合物でないと、溶解助剤としての作用が不充分となるため好ましくない。なお、高分子量の重合体は本発明の有機化合物として使うことはできない。高分子量の重合体であれば、上記粘度の範囲を超えてしまうからである。有機化合物の具体的な分子量の目安としては、重量平均分子量で１万以下の化合物が好ましい。
【００２０】
粘度を測定する場合には、ビーカー等の容器を用いて、有機化合物の９倍質量の水を有機化合物に添加・混合して、１０％濃度の水との混合液を作製する。この混合液を２５℃の恒温槽で２時間以上放置した後、Ｂ型粘度計で粘度を測定し、３分後の値を採用する。ここで、有機化合物が水に１０質量％も溶けない場合であっても、有機化合物の９倍質量の水を有機化合物に添加・混合して作製した混合液（沈殿物があっても構わない）、すなわち飽和水溶液の粘度が上記要件を満足していれば、本発明の有機化合物として採用可能である。含水土壌中の水に対して有機化合物を１０質量％も添加することは極めて稀であり、全ての有機化合物が１０質量％も溶ける必要がなく、前記したように２５℃の水に０．５質量％以上溶解すれば、溶解助剤としての効果が発揮されるためである。
【００２１】
有機化合物は、上記溶解度および粘度の要件を満足すれば、２５℃・大気圧下で固体であっても液体であっても構わない。具体的には、ショ糖（サッカロース）、トレハロース、イソトレハロース、ラクトース、麦芽糖（マルトース）等の二糖類；グルコース、ガラクトース、マンノース、フルクトース等の単糖類；シクロデキストリン；ショ糖と炭素数１０以下の脂肪酸とのエステル類；酢酸、酪酸、コハク酸、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸、フマル酸、シュウ酸、アジピン酸等の有機酸類；分子量１万以下のポリエチレングリコール等の低分子量ポリアルキレングリコール；ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエーテルの硫酸エステルアンモニウム塩、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、高級アルコール硫酸エステル塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルカンスルホン酸塩等の界面活性剤が挙げられ、これらの１種または２種以上を利用することができる。中でも、好ましいものは、安価で、水へ速やかに溶解するショ糖等の糖類である。なお、上記有機化合物の一部には、上記粘度要件を満足しないか、２５℃の水に０．５質量％も溶けない化合物が含まれ得るが、そのような化合物は本発明の有機化合物としては不適であり、除かれる。
【００２２】
代表的な有機化合物の溶解度を示すと、ショ糖（６７％；２５℃）、トレハロース（６８．９％；２０℃）、マルトース（４８．２％；３０℃）、グルコース（６７％；３０℃）、コハク酸（７．５％；２５℃）、クエン酸（３６％；２５℃）、リンゴ酸（５８％；２５℃）、酒石酸（５９％；２５℃）、フマル酸（０．７％；２５℃）、シュウ酸（１０％；２５℃）、アジピン酸（２．４％；２５℃）である。
【００２３】
次に本発明の含水土壌処理剤の製造方法について説明する。本発明の含水土壌処理剤は、水溶液の形で使用してもよいが、水溶性重合体の水溶液はかなり粘度が高いこと、含水土壌にさらに水を添加するのは好ましくないこと、本発明の特徴である溶解助剤として添加した有機化合物の効果を発揮させるためには、水溶性重合体を粉状物として添加するのが好ましいこと、等の理由により、粉体として含水土壌に添加することが好ましい。水溶性重合体と有機化合物の混合物を粉体化するには、以下の製造方法を採用することが好ましい。
【００２４】
第１の製造方法は、水溶性重合体を１種以上の単量体の重合により合成する際に、上記有機化合物と前記単量体とを予め混合しておく方法である。すなわち、水溶性重合体を重合する際に、有機化合物と単量体とを混合しておけば、重合終了時には、有機化合物と水溶性重合体の混合物が得られることとなる。例えば、水溶液重合を用いて水溶性重合体を重合する場合は、重合終了時には、水溶性重合体と有機化合物の混合液が得られるので、この混合液から水を蒸発させ、乾燥固化物を適宜公知の方法で粉砕することにより、粉体状の含水土壌処理剤を得ることができる。なお、水溶性重合体は公知の逆相懸濁重合法等でも得ることができ、この場合も有機化合物と単量体を混合して重合を行えば、得られた重合体を乾燥し、粉砕することで、有機化合物が含まれた含水土壌処理剤を得ることができる。また、水溶性重合体と有機化合物を容器内で水溶液化し、その後、乾燥・粉砕を行う方法（第２の製造方法）でもよい。これら第１および第２の方法では、水溶性重合体と有機化合物の比率を、１：０．０５〜１：５（質量比）とすることが好ましい。
【００２５】
第３の製造方法は、予め、水溶性重合体を粉体化し、この粉体に有機化合物の溶液または分散液を噴霧し、その後、乾燥する方法である。水溶性重合体の表面に有機化合物がコーティングされた状態の粉体を得ることができる。この方法では、水溶性重合体と有機化合物の比率を１：０．０５〜１：１（質量比）とすることが好ましい。
【００２６】
第４の製造方法は、水溶性重合体の粉体と、有機化合物の粉体を混合する方法である。有機化合物が２５℃で固体の場合は、粉体同士を混合する方法が簡単で好ましい。この方法では、水溶性重合体と有機化合物の比率は、１：０．０５〜１：２０（質量比）が好ましい。
【００２７】
いずれの製造方法を採用する場合でも、含水土壌処理剤粉体の平均粒径は、１０〜３００μｍの範囲が好ましい。この範囲であれば、ママコになりにくく、取扱い性もよいためである。粒径を揃えるために篩分け等の分級手段を用いてもよい。なお、いずれかの製造方法で得られた粉体と、別の製造方法で得られた粉体とを混ぜて使用することも可能である。
【００２８】
含水土壌処理剤、特にそのうちの水溶性重合体の使用量をなるべく減らすのが低コスト化のために好ましく、本発明の含水土壌処理剤は溶解助剤である有機化合物を併用して水溶性重合体の使用量を減らすことができたため、例えば、含水土壌１００質量部に対して、水溶性重合体が０．０４〜０．２０質量部となるように含水土壌処理剤を使用することが好ましい。なお、水溶性重合体の使用量は、含水土壌の含水比、含水土壌の成分や要求される土の改良状態に応じて、適宜増減させることが好ましい。
【００２９】
含水土壌処理剤を使用するに当たっては、含水土壌に上記範囲の量の含水土壌処理剤を添加して、混合すればよい。混合に当たっては、撹拌翼を備えた縦型混合装置等、公知の混合装置を用いることができる。撹拌時間は含水土壌の量にもよるが、通常、３０秒〜数分である。撹拌によって、前記メカニズムで含水土壌はさらさらの砂状の粒状土になる。粒状土の粒径は、大体０．０５〜２５ｍｍ程度である。
【００３０】
上記粒状土はそのまま埋め戻し材として利用することができる。また、石灰やセメント等の水硬性物質を添加してから埋め戻し材として利用してもよい。
【００３１】
【実施例】
以下実施例によって本発明をさらに詳述するが、下記実施例は本発明を制限するものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施することはすべて本発明に含まれる。なお、下記実施例において「部」は「質量部」を、「％」は特に限定しない限り「質量％」を意味するものとする。
【００３２】
製造例１
ポリアクリル酸ソーダ（中和率１０モル％）粉末９部とショ糖１部を１４４０部の水に溶かし、６０℃で１５時間乾燥した後、粉砕・分級を行って、平均粒径１００μｍの含水土壌処理剤Ｎｏ．１を製造した。
【００３３】
製造例２
平均粒径１２０μｍのポリアクリル酸ソーダ（中和率１０モル％）粉末１部と平均粒径１９０μｍのショ糖１８部を粉末のまま混合して、含水土壌処理剤Ｎｏ．２を得た。
【００３４】
製造例３
ポリアクリル酸ソーダ（中和率１００モル％）粉末５部とショ糖２．５部を８００部の水に溶かし、６０℃で１５時間乾燥した後、粉砕・分級を行って、平均粒径９５μｍの含水土壌処理剤Ｎｏ．３を製造した。
【００３５】
製造例４
平均粒径６５μｍのポリアクリル酸ソーダ（中和率１００モル％）粉末１部と平均粒径１９０μｍのショ糖１８部を粉末のまま混合し、含水土壌処理剤Ｎｏ．４を得た。
【００３６】
製造例５
製造例３で作製した含水土壌処理剤粉末１部と、平均粒径１９０μｍのショ糖１２部を粉末のまま混合し、含水土壌処理剤Ｎｏ．５を得た。
【００３７】
製造例６
平均粒径７５μｍのポリアクリルアミドの粉末１部と平均粒径１９０μｍのショ糖１８部を粉末のまま混合し、含水土壌処理剤Ｎｏ．６を得た。
【００３８】
実験例１
モデル的に、豊浦標準砂７００部、粘土３００部、水３００部を良く混合して含水比３０％の含水土壌を作製した。釣鐘式のフック型撹拌翼を備えた混合機に、上記含水土壌を１００部仕込み、１６０ｒｐｍで撹拌しながら、含水土壌処理剤Ｎｏ．１を０．０７２部（中和率１０％のポリアクリル酸ソーダが含水土壌に対して０．０６５部となる）添加して９０秒撹拌したところ、粒子径が０．１〜２０ｍｍの粒状土が得られた。中和率１０％のポリアクリル酸ソーダのみを用いて同様の実験を行ったところ、含水土壌に対し０．０７０部添加しなければ粒状土が得られなかった。従って、溶解助剤であるショ糖の併用によって、ポリアクリル酸ソーダの使用量を７．１％（１−０．０６５／０．０７０；以下「低減率」という）減らすことができた。
【００３９】
実験例２
含水土壌処理剤Ｎｏ．２を用いて、実験例１と同様にして上記含水土壌の粒状化処理を行ったところ、含水土壌処理剤Ｎｏ．２が１．１４部（中和率１０％のポリアクリル酸ソーダが含水土壌に対して０．０６０部となる）のときに粒状土が得られた。この処理剤Ｎｏ．２では、ポリアクリル酸ソーダの使用量の低減率は１４．３％（１−０．０６０／０．０７０）と大きいことがわかった。
【００４０】
実験例３
含水土壌処理剤Ｎｏ．３を用いて、実験例１と同様にして上記含水土壌の粒状化処理を行ったところ、含水土壌処理剤Ｎｏ．３が０．１５部（中和率１００％のポリアクリル酸ソーダが含水土壌に対して０．１０部となる）のときに粒状土が得られた。中和率１００％のポリアクリル酸ソーダのみを用いて同様の実験を行ったところ、含水土壌に対し０．１２部添加しなければ粒状土が得られなかった。従って、溶解助剤であるショ糖の併用によって、ポリアクリル酸ソーダの使用量を１６．７％（１−０．１０／０．１２）減らすことができた。
【００４１】
実験例４
含水土壌処理剤Ｎｏ．４を用いて、実験例３と同様にして上記含水土壌の粒状化処理を行ったところ、含水土壌処理剤Ｎｏ．４が１．９部（中和率１００％のポリアクリル酸ソーダが含水土壌に対して０．１０部となる）のときに粒状土が得られた。従って、実験例３の場合と同様に、ショ糖の併用によってポリアクリル酸ソーダの使用量を１６．７％（１−０．１０／０．１２）減らすことができた。
【００４２】
実験例５
含水土壌処理剤Ｎｏ．５を用いて、実験例３と同様にして上記含水土壌の粒状化処理を行ったところ、含水土壌処理剤Ｎｏ．５が１．３７部（中和率１００％のポリアクリル酸ソーダが含水土壌に対して０．０７部となる）のときに粒状土が得られた。従って、ショ糖の併用によってポリアクリル酸ソーダの使用量を４１．７％（１−０．０７／０．１２）も減らすことができた。
【００４３】
実験例６
含水土壌処理剤Ｎｏ．６を用いて、実験例３と同様にして上記含水土壌の粒状化処理を行ったところ、含水土壌処理剤Ｎｏ．５が１．２３５部（ポリアクリルアミドが含水土壌に対して０．０６５部となる）のときに粒状土が得られた。ポリアクリルアミドのみを用いて同様の実験を行ったところ、含水土壌に対し、０．０７０部添加しなければ粒状土が得られなかった。従って、溶解助剤であるショ糖の併用によって、ポリアクリルアミドの使用量を７．１％（１−０．０６５／０．０７０）減らすことができた。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の含水土壌処理剤は、水溶性重合体と、この水溶性重合体の水への溶解性を速める溶解助剤として、特定の有機化合物を必須成分として含むものであるため、ママコ等の不都合を起こすことなく、含水土壌を速やかにさらさらの粒状土に処理することができた。また、溶解助剤の併用によって、水溶性重合体の使用量を低減することにも成功したため、低コストで掘削土等の含水土壌を処理することができるようになった。