(57)【要約】【課題】高含水砂質粘性土、高含水シルト質粘性土や高含水粘性土などを迅速に適度な強度に固化することにより重機のトラフィカビリティーを改善すると共に、改良後の土壌がＣｒ６＋等の重金属に汚染されない環境にやさしく安定で、再掘削性を容易とする土壌固化剤を提供する。【解決手段】本発明の土壌固化剤は、生石灰を２５〜６０質量％、石膏粉を２５〜４５質量％、製紙スラッジ焼却灰又は／及びフライアッシュを２５〜４５質量％含有する。【選択図】            なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
生石灰を２５〜６０質量％、石膏粉を２５〜４５質量％、製紙スラッジ焼却灰又は／及びフライアッシュを２５〜４５質量％含有する土壌固化剤。
【請求項２】
前記石膏粉が、産業廃棄物として廃棄され、且つ加熱処理されていない二水石膏粉であることを特徴とする請求項１に記載の土壌固化剤。
【請求項３】
前記二水石膏粉が、石膏ボードを破砕し、３ｍｍ以下に篩分けして紙と分離したものであることを特徴とする請求項２に記載の土壌固化剤。
【請求項４】
前記製紙スラッジ焼却灰が、産業廃棄物として排出され、且つ加熱処理されていないことを特徴とする請求項１ないし３いずれかに記載の土壌固化剤。
【請求項５】
原料として生石灰、石膏粉、製紙スラッジ又は／及びフライアッシュを用意する工程と、
前記各原料を順番に土壌に散布する工程と、
散布された各原料を土壌と共に混合する工程と、を備えることを特徴とする土壌固化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高含水砂質粘性土、高含水シルト質粘性土、あるいは粘性土等に配合され、土壌を固化させる土壌固化剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高含水砂質粘性土、高含水シルト質粘性土、あるいは粘性土等の土壌は、従来は良質な土壌と置き換える置換工法により改良されていた。昨今では、セメント系固化剤を中心に石灰系固化剤をこれらの土壌に混合して固化する工法が知られている。
【０００３】
この他にも、製紙スラッジ焼却灰、フライアッシュ、高炉スラグ等の産業廃棄物をあらかじめミキサー等で混合した土壌固化剤も知られている。
【０００４】
例えば特許文献１には、８００〜９００℃で焼成した製紙スラッジ灰を５０〜７０質量％、高炉スラグ微粉末を１０質量％、石灰もしくは生石灰を１０〜２０質量％、無水石膏もしくは半水石膏を１０〜２０質量％混合してなる土壌固化剤が示されている（特許文献１、請求項１参照）。また特許文献２には、フライアッシュ又は製紙スラッジ焼却灰を主成分とし、この焼却灰に石膏、シリカヒューム、アルミナ・けい酸塩を主体とする天然鉱物を配合し、配合原料を団粒化した後、強度維持のために団粒化剤１００重量部に対してセメント３０〜１００重量部を均一混合した土壌固化剤が示されている（特許文献２、２頁参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−８８３６２号公報
【特許文献２】
特開平１０−１６５９２０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
セメント系固化剤を使用した場合、土壌を固化させるために１日から２日養生期間が必要になる。養生後の強度は高いが、固化剤添加後、数時間経過したときの強度が不足するので、固化剤添加直後には改良土壌上での重機による作業や土壌の運搬は一般には行われていない。また、セメント系固化剤で改良された土地は強度が高くなりすぎる傾向があり、土地の再開発時等において通常の工事現場で利用されている重機類では再掘削が困難になる。さらに、環境的にもセメントの製造工程に由来するＣｒ６＋の溶出が避けられず、高含水土壌に必要な配合量に限界（例えば約５０〜１００ｋｇ／ｍ３）がある。
【０００７】
石灰系固化剤は、その特性から土壌への添加直後には脱水効果（化学反応ＣａＯ＋Ｈ２Ｏ⇒Ｃａ（ＯＨ）２による脱水）は非常に優れているものの、石灰自体では固化機能がなく、添加数時間後の重機のトラフィカビリティーを改善するほどの強度が得られない。強度確保のためには長時間にわたる土壌とのポゾラン反応を待たなければならず、作業効率が極めて悪く経済的でない。また発熱量が多いことにより悪臭の原因にもなりかねない。
【０００８】
特許文献１に記載の土壌固化剤にあっては、各種産業廃棄物を有効利用できるが、後述する実施例に示されるように添加数時間後の重機のトラフィカビリティーを改善するほどの強度が得られない。また石膏原料が二水石膏に比べ高価な無水石膏又は半水石膏であるので、土壌固化剤の製造コスト及び現場での使用コストとも高価にならざるをえない。廃棄物である二水石膏から約１００〜２００℃で加熱製造する方法もあるが、焼成工程が必要であり、土壌固化剤の製造コストが高価になるのみならず、省エネルギーの観点からも望ましくない。
【０００９】
特許文献２に記載の土壌固化剤にあっては、配合した原料を団粒化する工程と、その後の強度維持のためセメントを配合する２つの工程があり、手間と時間を要しコスト高となる。また、強度を上げる常套手段としてセメントを混合するのでＣｒ６＋の汚染への配慮が必要になる。
【００１０】
そこで本発明は、上述の各種固化剤がもつ課題を解決し、高含水砂質粘性土、高含水シルト質粘性土や高含水粘性土などを迅速に適度な強度に固化することにより重機のトラフィカビリティーを改善すると共に、改良後の土壌がＣｒ６＋等の重金属に汚染されない環境にやさしく安定で、再掘削性を容易とする土壌固化剤を提供することを目的とする。
【００１１】
また本発明の他の目的は、原料の混合方法も簡素化することにより低コスト化とリサイクル化を実現できる土壌固化方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の土壌固化剤は、生石灰を２５〜６０質量％、石膏粉を２５〜４５質量％、製紙スラッジ焼却灰又は／及びフライアッシュを２５〜４５質量％含有する。
【００１３】
前記石膏粉は、産業廃棄物として廃棄され、且つ加熱処理されていない二水石膏粉であることが望ましい。
【００１４】
前記二水石膏粉が、石膏ボードを破砕し、３ｍｍ以下に篩分けして紙と分離したものであることが望ましい。
【００１５】
前記製紙スラッジ焼却灰が、産業廃棄物として排出され、且つ加熱処理されていないことが望ましい。
【００１６】
また本発明の土壌固化方法は、原料として生石灰、石膏粉、製紙スラッジ又は／及びフライアッシュを用意する工程と、前記各原料を順番に土壌に散布する工程と、散布された各原料を土壌と共に混合する工程と、を備える。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本実施形態では、生石灰、石膏粉及び製紙スラッジ焼却灰の３種類の原料を使用する。原料の配合比率は、生石灰２５〜６０質量％、石膏粉２５〜４５質量％、残部が製紙スラッジ焼却灰２５〜４５質量％である。以下に原料配合比率の範囲に関する技術的考察を述べる。
【００１８】
脱水、強度向上効果について説明する。生石灰［ＣａＯ］と改良しようとする土壌中の水分［Ｈ２Ｏ］との発熱反応を伴う消石灰［Ｃａ（ＯＨ）２］生成反応により添加直後の脱水及び強度向上効果と、消石灰生成後のＣａイオンと二水石膏［ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ］及びこれらの配合により土壌水分のアルカリ化に伴う製紙スラッジ焼却灰または土壌からのＡｌやＳｉイオン溶出によるエトリンガイト［一般セメントの強度発現の主要な反応生成物３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４・３２Ｈ２Ｏ］の生成やポゾラン反応生成物［例：２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２・８Ｈ２Ｏ、ＣａＯ・ＳｉＯ２・Ｈ２Ｏ等多種類の化合物］による脱水により強度向上効果が付加され効果を発現するものと考えられる。すなわち、本実施形態の土壌固化剤は、石灰系固化剤とセメント系固化剤の特徴をともに具え、発熱反応を伴う消石灰生成反応とエトリンガイト生成およびポゾラン反応をうまく組み合わせた新しい土壌固化剤といえる。
【００１９】
（１）二水石膏粉は土壌等の天然には存在しない上にエトリンガイト生成の重要な添加物である。配合量２５〜４５％の最適配合において、２５％以下だと初期強度、７日養生後の強度とも不足し土壌改良後の一般土木工事には適さない。また４５％以上だと強度が高すぎてセメント系固化剤と同様に、再掘削が容易でなく通常土木現場で使用しない重機、装置が必要となる。
【００２０】
また石膏には、無水石膏［ＣａＳＯ４］、半水石膏［ＣａＳＯ４・１／２Ｈ２Ｏ］、二水石膏［ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ］があるが、本実施形態では二水石膏［ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ］を用いる。この二水石膏粉は、建物の廃材である石膏ボードを破砕し、３ｍｍ以下に篩い分けして紙と分離したものであり、加熱処理されることなく、そのまま原料として利用される。
【００２１】
（２）生石灰の配合量も同様に発熱反応を伴う消石灰生成、エトリンガイト生成及びエトリンガイト生成およびポゾラン反応には不可欠な原料であり、２５％以下だと発熱反応を伴う消石灰生成反応量の不足により初期強度の強度不足を生じ、６０％以上だと二水石膏粉との共存下では初期強度、７日強度とも満足するが再掘削が容易でなく通常土木現場で使用しない重機、装置が必要となる。
【００２２】
（３）製紙スラッジ焼却灰は、製紙産業で発生する製紙スラッジの焼却灰であり、その主要成分がＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３である。土壌と同様に土壌水分のアルカリ化に伴いＡｌやＳｉイオンが溶出しエトリンガイト生成およびポゾラン反応に有効に寄与する原料である。二水石膏粉、生石灰に比較し土壌との置換えが可能な化合物を有するが、２５％以下だと二水石膏粉、生石灰の多配合となりいずれも再掘削が容易でなく通常土木現場で使用しない重機、装置が必要となる。４５％以上だと二水石膏粉、生石灰の配合が少なくなり、二水石膏粉が少ない場合は初期強度、７日養生後の強度とも不足し、生石灰の場合は発熱反応を伴う消石灰生成反応量の不足により初期強度の強度不足を生じる。
【００２３】
この製紙スラッジ灰も、加熱処理されることなく、そのまま原料として利用される。
【００２４】
これら３種類の原料は土壌に散布される前にミキサー等の機械装置であらかじめ混合されてよいが、本実施形態では３種類の原料を原料毎に例えばフレコン（例えばポリエチレン袋等）に入れて現場に搬送する。そして、各原料を順番に土壌に層状に被せるように散布する。原料を散布する順番は特に限定されるものではないが、二水石膏粉、製紙スラッジ、生石灰の順番に散布するのが一般的である。そして、散布された原料を土壌と共に重機等で混合し、最後に土壌を転圧ローラ等で転圧する。
【００２５】
【実施例】
表１に使用する原料銘柄と代表的な化学組成を示す。ここで二水石膏はあらかじめ加熱処理されることなく産業廃棄物として排出される廃石膏であり、配合前に破砕篩分けし紙と分離され３ｍｍ以下に整粒されている。また製紙スラッジ焼却灰も同様に産業廃棄物として処理されているものをそのまま予備処理することなく配合する。
【００２６】
【表１】
2004323599.tif 000002
【００２７】
表２に土壌固化剤の原料配合率を示す。なお、比較のため高炉スラグ配合の固化剤（比較１、特許文献１に記載の配合）、セメント系固化剤（比較２）、石灰系固化剤（比較３）を併記した。
【００２８】
【表２】
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【００２９】
本実施形態の効果を富山県小杉町地区内の盛り土工事から発生する高含水粘性土を分取し、４種の固化剤を添加し室内試験を実施した。その結果を図１に示す。
【００３０】
使用した固化剤は、あらかじめミキサーにより３分間混合した固化剤３と一般市況品の固化剤比較１、比較２、比較３であり、土壌との混合量は各々含水土壌１ｍ３当たり１５０ｋｇの量を混合し添加後のコ−ン指数（試験法：ＪＧＳ  １４３３−１９９５）の変化を調査した。
【００３１】
表３の建設機械の走行に必要なコーン指数値と対比すると、本発明の固化剤３は配合後３０分には約２００ｋＮ／ｍ２の超湿地ブルドーザ、約１２０分後には約３００ｋＮ／ｍ２の湿地ブルドーザ、１８０分後には約５００ｋＮ／ｍ２の普通ブルドーザが走行可能なコーン指数が得られた。このように本発明の土壌固化剤は、配合後の数時間は他の固化剤に比較し配合後のコーン指数が高いことが判る。
【００３２】
【表３】
2004323599.tif 000004
【００３３】
また、本発明の固化剤３に比較し１８０分以降の強度が高かった比較２の改良土のＣｒ６＋の溶出試験（試験法  ＪＩＳ  Ｋ  ０１０２６５．２．１）を実施し表４に示す。
【００３４】
【表４】
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【００３５】
本発明の固化剤は、土壌環境基準（０．０５ｐｐｍ以下）を十分満足し環境にも安全な材料であることが判る。
【００３６】
本発明による各種固化剤の効果を、各種土木工事から発生する土壌を分取しコーン指数の室内試験を実施した。その結果を表５に示す。
【００３７】
【表５】
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【００３８】
各土壌とも、僅か６０分経過後のコーン指数は５００ｋＮ／ｍ２以上と非常に高く、普通ブルドーザが走行可能な強度を得た。各工事現場では、通常セメント系固化剤の配合の場合は慣例的に行われている１〜２日放置後に次の工事をおこなうが、本実施形態の固化剤を使用後の改良土壌では添加混合後１〜２時間で普通ブルドーザによる作業が可能であった。また、混合方法も現場の土壌との直接混合方式でも同様の良い結果がでることが分かり低コストでの供給が可能であることが明らかとなった。
【００３９】
本発明は以上説明した実施例から以下に記載の効果が確認された。
【００４０】
セメント系固化剤などは従来１日〜２日の養生期間を必要としていたが本発明の土壌固化剤はわずか添加混合後１〜３時間の短時間で普通ブルドーザの走行可能なトラフィカビリティーを確保し工事期間の大幅な短縮を可能とした。
【００４１】
セメント系固化剤で課題のＣｒ６＋の溶出が全くなく環境にも安全な土壌固化剤の供給が可能となった。
【００４２】
大量に発生する製紙スラッジ焼却灰や二水石膏粉を事前に加熱することなく容易にリサイクル化を可能とし資源の有効活用となるとともに逼迫する最終処分場の寿命を延ばすことに貢献できる。
【００４３】
本実施形態に使用する各原料をあらかじめ機械装置による混合しないで高含水土壌との直接混合が可能となり低コスト化を実現した。
【００４４】
なお本発明は上記実施形態に限られることなく、本発明の要旨を変更しない範囲で種々変更可能である。例えば原料として製紙スラッジ焼却灰に替えて、フライアッシュを用いてもよいし、また原料の配合比率の範囲を逸脱しない範囲で他の廃棄物を混合してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】配合後の経過時間毎のコーン指数変化を示すグラフ。
【図１】
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