(57)【要約】【課題】本発明の目的は、シールド工事等で発生する含水率が２５％を超える含水土砂を工事現場内で処理する際に、含水土砂からの離水を促進させるための離水促進剤を得る。【解決手段】カチオン系高分子化合物とノニオン系界面活性剤とから離水促進剤を構成する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド工事等で発生するアニオン系水溶性高分子掘削添加剤を含む含水土砂からの離水を促進させる薬剤であって、カチオン系高分子化合物とノニオン系界面活性剤とから構成されることを特徴とする離水促進剤。
【請求項２】
離水促進剤を構成するカチオン系高分子化合物が、ジアリルアミン４級塩から成る高分子化合物であることを特徴とする請求項１記載の離水促進剤。
【請求項３】
離水促進剤を構成するノニオン系界面活性剤のＨＬＢが、７〜１６の範囲内であることを特徴とする請求項１及び２記載の離水促進剤。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土木、建築等の工事現場で発生する含水土砂を、その工事現場から搬出処分するに際して、前記工事現場で、前記含水土砂の水を除去処理するための離水促進剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トンネルを構築するシールド工事等で発生する含水土砂は、掘削部位の地山土砂に、塑性流動性を付与するために添加されたアニオン系水溶性高分子掘削添加剤を含有しており、一般的にスランプ値が５〜１８ｃｍ、含水率は２５〜４０％の性状である。前記含水土砂を工事現場からダンプカーで搬出処分するためには従来セメント系（例えば特許文献１及び２参照。）、石灰系（例えば特許文献３参照。）、石膏系、吸水性樹脂系（例えば特許文献４参照。）、液体高分子系（例えば特許文献５及び６参照。）の固化改良剤を使用しなければならない。
【０００３】
一方、固化改良剤を使用することなく、現場の含水土砂にアニオン性高分子を添加混合した後、水溶性多価金属塩を添加混合し、ベルトプレス、フィルタープレス等により機械的に脱水する処理方法（例えば、特許文献７参照。）、さらには、浚渫泥にアニオン性高分子を添加混合した後、カチオン性高分子を添加混合して浚渫泥を凝集させ、次いで脱水する浚渫泥の処理方法（例えば、特許文献８参照。）がある。
【０００４】
また、塑性流動性を付与するための高吸水性高分子掘削添加剤を含有している含水土砂については、カチオン、アニオン又はノニオン性の高分子系改良剤を添加混合し、吸水膨張した高吸水性高分子から水を脱水し高吸水性高分子を収縮させ、排出された水を高分子改良剤に拘束させ、含水土砂の流動性を低下させる処理方法（例えば、特許文献９参照。）がある。
【０００５】
【特許文献１】
特公昭６２−４２００号公報
【特許文献２】
特公昭６０−８７８１３号公報
【特許文献３】
特公昭６２−３１８号公報
【特許文献４】
特開昭５９−１５５４８８号公報
【特許文献５】
特公平６−４９２００号公報
【特許文献６】
特開平９−３０２３３８号公報
【特許文献７】
特開平１０−１２８０１０号公報
【特許文献８】
特開平７−１０００号公報
【特許文献９】
特開平７−３４７８２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、固化改良剤を使用する場合は、例えば、セメント系や石灰系の場合、改良後の土砂のｐＨがアルカリ性になる等の理由から環境に対する問題があり、高分子系の場合は、ｐＨは中性で問題ないが、盛土に利用した場合土砂の締め固めが期待できず、盛土の上を作業用車両や重機が走行するのに、支障を来す等の問題がある。更に、石膏系中性固化剤では固化剤を多量に必要とし、粉塵の問題、処理コスト上の問題がある。しかもこれら固化改良剤により処理された土砂は産業廃棄物であり、地山を掘削する過程で添加された掘削添加剤（アニオン系水溶性高分子の水溶液）をそのまま保持しているため、結果的に産業廃棄物を増加させることになる。従って、固化改良剤を使用する方法には多くの課題がある。
【０００７】
一方、含水土砂にアニオン性高分子を添加混合した後、水溶性多価金属塩又はカチオン性高分子を添加混合し、機械的に脱水を行う方法は、廃棄土砂の減量化を図ることができるものの、粘土・シルト・砂質土の小粒径から砂礫土の大粒径までの応用範囲に、汎用的に適用できず、どのような現場においても汎用的に使用できる技術が得られていないのが実情である。
【０００８】
また、塑性流動性を付与するための高吸水性高分子掘削添加剤を含有している含水土砂に、カチオン、アニオン又はノニオン性の高分子系改良剤を添加混合し、吸水膨張した高吸水性高分子から水を脱水し高吸水性高分子を収縮させ、排出された水を高分子改良剤に拘束させ、含水土砂の流動性を低下させる処理方法は、高吸水性高分子から排出された水は高分子改良剤により結局土砂内に拘束されるため、廃棄土砂の減量化を図ることができない。
【０００９】
本願の目的は、例えば、含水率２５％を超える掘削土砂から、環境に負荷を与えることなく水を除去し、土砂の減量化を図り、工事現場から前記掘削土砂を良好に搬出することができ、さらには汎用性に富み、多くの作業工数や処理費用を費やすことなく処理を行うことができる技術を確立することにある。この場合、含水土砂に離水促進剤を添加し、土砂からの離水を促し、効果的に排水することが可能な土砂状態とし、上記目的を達成することが望ましい。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは前記含水土砂から効果的に離水を促進させることのできる離水促進剤を鋭意検討し、下記方法により目的を達成できることを発見し、本発明に至った。
【００１１】
本発明の請求項１の発明は、シールド工事等で発生するアニオン系水溶性高分子掘削添加剤を含む含水土砂からの離水を促進させる薬剤であって、カチオン系高分子化合物とノニオン系界面活性剤とから構成されることを特徴とする離水促進剤である。
【００１２】
本発明の請求項２の発明は、離水促進剤を構成するカチオン系高分子化合物が、ジアリルアミン４級塩から成る高分子化合物であることを特徴とする請求項１記載の離水促進剤である。
【００１３】
本発明の請求項３の発明は、離水促進剤を構成するノニオン系界面活性剤のＨＬＢが、７〜１６の範囲内であることを特徴とする請求項１及び２記載の離水促進剤である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明は、シールド工事等で発生する、掘削土砂の塑性流動を促進する目的でアニオン系水溶性高分子化合物から成る掘削添加剤が添加され掘削された含水土砂に、カチオン系高分子化合物とノニオン系界面活性剤とから構成されることを特徴とする薬剤を添加・混合することにより、前記アニオン系水溶性高分子化合物の水に対する拘束力を消滅させ、効果的に前記アニオン系水溶性高分子化合物を含んだ前記含水土砂からの離水を促進することを目的とする離水促進剤である。本願の離水促進剤を含水土砂に添加・混合させる方法や、前記離水促進剤の効果で含水土砂から分離した水の排水方法については、特に制約するものではない。
【００１５】
カチオン系高分子化合物としては、請求項２に記載されているように、ジアリルアミン４級塩から成る高分子が有効で、ジアリルジメチルアンモニウム塩の単独重合物が特に好ましいが、ジアリルジメチルアンモニウム塩と（メタ）アクリルアミドとの共重合物等も挙げる事ができる。４級アンモニウム塩としては、フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物、メチル硫酸化物などが挙げられ、なかでも塩化物が特に好ましい。カチオン系高分子化合物の分子量としては、分子量１００万以下であることが好ましい。１００万を超えると土砂への拡散性が低下するので好ましくない。
【００１６】
離水促進剤を構成するノニオン系界面活性剤としては、請求項３に記載されているように、そのＨＬＢが７〜１６の範囲内であるポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ポリオキシアルキレンアルキルフェノールエーテル、ポリオキシアルキレンアルキルエステル、ソルビタンアルキルエステル、ポリオキシアルキレンソルビタンアルキルエステル、ポリオキシアルキレングリコール、アルキルポリグルコシド等を挙げることができる。これらは単独で、あるいは適宜組み合わせて用いることができる。離水促進剤を構成するノニオン系界面活性剤の添加率としては、含水土砂に対して０．００１〜０．１％の範囲内であることが好ましい。０．００１％未満では界面活性剤による水の表面張力を低下させる効果が減少し、結果的に脱水効率が低下するので好ましくない。０．１％以上では泡立ちが目立ち、効果の向上も認められず、コストが増大するのみで好ましくない。
【００１７】
離水促進剤の添加量としては、離水促進剤中のカチオン単位が、前記掘削添加剤中のアニオン単位に対して０．３〜３．０の範囲内の比率となるように添加することが好ましい。カチオン単位がアニオン単位に対して０．３モル当量未満の場合は離水効果が低下するので好ましくない。又、カチオン単位がアニオン単位に対して３．０モル当量を超える場合は土砂粒子が分散し、分散した土粒子が濾布を通過し、濾液のＳＳ成分が多くなるので好ましくない。
【００１８】
【作用】
離水促進剤の作用機構は定かではないが、次のように推察される。土圧系シールド掘削等で掘削土砂の塑性流動促進を目的に添加されるアニオン系水溶性高分子掘削添加剤はマイナスに荷電した水溶性の高分子化合物であり、この高分子化合物を水に添加混合すると、高分子化合物のアニオン部分と水分子との間にイオン−双極子相互作用による静電気的引力が働き、周囲の水分子を束縛するため、水は粘性液体となる。地山土砂に前記掘削添加剤の水溶液を添加混合すると、粘性液体が土粒子を取り囲み土粒子間の滑りを良くする。通常土砂はマイナスに帯電しているので、マイナスに荷電した水溶性高分子化合物は泥水中で静電気的反発力により土砂に吸着されない。したがって、水分子との相互作用を保持し粘性状態を保っているので、この状況では土砂は外見上スランプ値１０ｃｍ程度の流動性を示している。離水促進剤はプラスに荷電した水溶性の高分子化合物であり、上記土砂にこの高分子化合物を添加混合すると、マイナスに荷電した水溶性高分子化合物とイオン結合を形成し、これによりそれまで高分子化合物と水分子との間に働いていたイオン−双極子相互作用による静電気的引力が消滅し、束縛されていた水は自由水となる。また、プラスに荷電した水溶性の高分子化合物は、マイナスに帯電した土粒子に吸着し土粒子の電荷を中和すると共に土粒子間を架橋するので、土粒子を凝集させる作用がある。したがって、清浄な水を土砂から簡単に搾り出すことができる。界面活性剤は水の表面張力を下げる作用があるので、毛細管現象により微細土粒子間に入り込んだ水が排出され易い状態となり、脱水効率を向上させる。
【００１９】
【実施例】
本発明の有益な効果を立証するための実験例を挙げて説明を行うが、本発明はこれらの実験例の方法に限定されるものではない。
【００２０】
縦２０ｃｍ×横１０ｃｍ×深さ１０ｃｍ、内容積２０００ｍｌの土砂収納容器を用意した。この土砂収納容器は含水土砂より分離された分離水を土砂収納空間から排出する多数のφ６ｍｍ排水孔を土砂収納空間を区画する仕切り部材に備え、仕切り部材の土砂収納空間側の内面に透水係数０．２ｃｍ／ｓｅｃのテトロン製濾布からなる内張り材を配設してある。
土砂試料として土圧系シールドの現場からシルト・砂質土砂及び、砂礫質土砂を採取し、砂礫質土砂は５ｍｍ目のふるいで粗大礫を除きそれぞれ試料土砂とした。更に固形分０．１５重量％水溶液に調整したアニオン系水溶性高分子掘削添加剤（アクリルアミド・アクリル酸ソーダ共重合物、アニオン化度５．１ｍｅｑ／ｇ）を試料土砂に対して１５％添加・混合し、塑性流動状態となった土砂をモデル含水土砂とした。それぞれの土砂組成を表１、表２にまとめた。
実施例及び比較例で使用した離水促進剤の構成例を表３にまとめた。表中の記号Ｐ、Ｓ１、Ｓ２は以下のものを示す。
Ｐ  ：ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド
Ｓ１：ポリオキシエチレンラウリルエーテル（ＨＬＢ６．３）
Ｓ２：ポリオキシエチレンラウリルエーテル（ＨＬＢ１２．１）
【００２１】
【表１】
2005008842.tif 000002
【００２２】
【表２】
2005008842.tif 000003
【００２３】
【表３】
2005008842.tif 000004
【００２４】
（実験例１）
表１に示す組成のモデル含水土砂１０００ｍｌを用いて脱水試験を実施した。表３に示した離水促進剤の１０％希釈液をモデル含水土砂に対して１．４％添加混合し、試験用土砂収納容器に移し、土砂の上から０．０２Ｎ／ｍｍ２の重力で１２０秒間加圧し、含水土砂からの脱水量を測定した。脱水後の土砂量、土砂の減量率、脱水後の含水率は、共に離水促進剤添加後の土砂量を基準に算定した。表４に結果を示す。
【００２５】
【表４】
2005008842.tif 000005
【００２６】
（実験例２）
表２に示す組成のモデル含水土砂１０００ｍｌを用いて脱水試験を実施した。表３に示した離水促進剤の１０％希釈液をモデル含水土砂に対して１．４％添加混合し、試験用土砂収納容器に移し、土砂の上から０．０２Ｎ／ｍｍ２の重力で１２０秒間加圧し、含水土砂からの脱水量を測定し、離水促進剤添加後の土砂量を基準に脱水後の土砂量、土砂の減量率、脱水後の含水率を算定した。表５に結果を示す。
【００２７】
【表５】
2005008842.tif 000006
【００２８】
（実験例３）
表１に示す組成のモデル含水土砂１０００ｍｌを用いて脱水試験を実施した。表３に示した試料Ｎｏ．４の離水促進剤の１０％希釈液をモデル含水土砂に対して０．２０％、０．７０％、１．４０％、２．８０％添加、混合し、試験用土砂収納容器に移し土砂の上から０．０２Ｎ／ｍｍ２の重力で１２０秒間加圧した。含水土砂からの脱水量を測定し、離水促進剤添加後の土砂量を基準に脱水後の土砂量、土砂の減量率、脱水後の含水率、含水比を算定した。表６に結果を示す。表中の記号Ｃ／Ａはアニオン単位に対するカチオン単位の比率を示す。
【００２９】
【表６】
2005008842.tif 000007
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、シールド工事等で発生する含水率が２５％を超える含水土砂から効果的に水を除去することができ、含水土砂の固化改良を不要とさせること、又は固化改良の必要を大きく軽減させることで、土砂を工事現場から搬出するための従来の固化改良処理から発生する諸々の課題を解決し、付随的に含水土砂から水を除去することにより廃棄土砂の減容化ができる方向となり、このことはシールド工事等の工事現場の合理化と環境改善に大きく貢献できるものである。更に、微細粒土から砂礫土まで幅広く本離水促進剤を活用できること、含水土砂から除去した水を現場内の作業用水として再利用が可能であることの合理化の助成等、多くの有益な効果を発揮できる。