(57)【要約】【課題】セメントなどの加水硬化性無機材料を用いて、地盤の補強や産業廃棄物を固化し重金属成分などの溶出を防止する際に、該加水硬化性無機材料の硬化速度を速め、硬化体の圧縮強度を高め、白化を防止するために添加する液状硬化剤と、地盤の補強や産業廃棄物の固化の工法の提供。【解決手段】コバルトイオンおよびアルカリ金属イオンを含有する酸性水溶液であることを特徴とする加水硬化性無機材料用液状硬化剤と、該硬化剤を加水硬化性無機材料と併用して、地盤の補強や産業廃棄物の固化をする工法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
コバルトイオンおよびアルカリ金属イオンを含有する酸性水溶液であることを特徴とする加水硬化性無機材料用液状硬化剤。
【請求項２】
液状硬化剤が有機酸を含有することを特徴とする請求項１に記載の加水硬化性無機材料用液状硬化剤。
【請求項３】
有機酸がオキシカルボン酸であることを特徴とする請求項２に記載の加水硬化性無機材料用液状硬化剤。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の液状硬化剤を加水硬化性無機材料と併用して、該無機材料を硬化することを特徴とする地盤の補強工法。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかに記載の液状硬化剤を加水硬化性無機材料と併用して、該無機材料を硬化することを特徴とする産業廃棄物の固化工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セメントなどの加水硬化性無機材料に添加され、該無機材料の硬化、固化に有効な酸性液状硬化剤、特に、該加水硬化性無機材料により地盤を補強する際、または該加水硬化性無機材料により産業廃棄物を固化する際に有効な酸性液状硬化剤に関し、さらには地盤補強工法および産業廃棄物の固化工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
道路、鉄道や建造物などを支える地盤は、一般的にそれらを支えるための設計強度に比べ弱く、また水の影響を受けやすく、セメントなどによる補強が必要な場合が極めて多い。これまでも、補強材の硬化剤、硬化促進剤として固体状、液状のものが各種提案されている。例えば、塩化コバルトのアンモニア水溶液にアルカリ金属を加えた土壌硬化剤（特許文献１）、アルカリ金属塩水溶液に塩化コバルト錯化合物を含有させたアルカリ性の土壌硬化処理剤（特許文献２）が提案されている。
【０００３】
また、フライアッシュ、オイルスラッジ、下水汚泥などの固体状、液状の産業廃棄物を、その焼却前または後に、あるいはその焼却灰を、セメントを用いて固化し、資材として利用する、または無害化する手段が各種提案されている。例えば、アルカリ金属塩水溶液に塩化コバルト錯化合物を含有させたアルカリ性土壌硬化処理剤（特許文献３）、アルカリ金属塩・アンモニウム塩混合水溶液に２価コバルトイオンを含有させたアルカリ性処理剤（特許文献４、５）、アルカリ金属塩・アンモニウム塩混合水溶液に２価コバルトイオンと炭酸塩または重炭酸塩を含有させた処理剤（特許文献６）が提案されている。
【０００４】
また、アルカリ金属塩のアルカリ性水溶液Ａと、コバルトアンミン錯体の酸性ないし中性溶液Ｂとの組合せからなる二液型産業廃棄物処理剤と、産業廃棄物を該Ａ液で処理した後、該Ｂ液で処理し、セメントで固化する産業廃棄物の二段処理方法（特許文献７、８）も提案されている。具体的には、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウムを含有するアルカリ性水溶液Ａと、塩化アンモニウム、塩化コバルト、塩酸を含有する酸性水溶液Ｂとの組合せが提案されている。
【０００５】
従来の液状硬化剤（硬化処理剤、処理剤）は、可溶性のコバルトイオンを含有させるところに特徴があるが、アルカリ性の水溶液では、コバルトイオンが加水分解を起こしやすく、不安定なため、それを防止するために錯化剤としてアンモニウムイオンを添加している。また、液状硬化剤をアルカリ性にするために、高価な炭酸塩が使用されるが、炭酸イオンは、産業廃棄物などの表面および内部に含有される有機物を除去し、水中に分散させる作用をするものと推定される。しかし、炭酸塩は高価であるという問題があった。
また、従来の液状硬化剤は、硬化速度が遅く、セメント硬化体の圧縮強度を十分高くすることができず、またセメント硬化体を白化させる欠点があった。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭５４−１４６４１０号公報
【特許文献２】
特開昭６０−２３４７５号公報
【特許文献３】
特開昭６０−２３４７０号公報
【特許文献４】
特開昭６２−５９７０５号公報
【特許文献５】
特開平５−２３７４６６号公報
【特許文献６】
特開平５−３１７４５３号公報
【特許文献７】
特開平８−５２４４５号公報
【特許文献８】
特開平８−５７４４３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、コバルトイオン、アンモニウムイオン、炭酸イオンを含有する従来のアルカリ性の一液型硬化剤による、セメントなどの加水硬化性無機材料の硬化・固化の際に生じる白化がなく、該無機材料の硬化速度が速く・硬化時間が短く、かつ硬化後の土壌・産業廃棄物などの圧縮強度が大きい、各種土壌、各種産業廃棄物などに広く適用可能な一液型の加水硬化性無機材料用液状硬化剤を提供することを目的とする。また、該液状硬化剤を加水硬化性無機材料と併用して、土壌・地盤を補強する工法、産業廃棄物を固化する工法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、アルカリ金属イオンおよびコバルトイオンを含有する酸性水溶液であることを特徴とする加水硬化性無機材料用液状硬化剤である。
【０００９】
本発明の加水硬化性無機材料用液状硬化剤は、有機酸を含有することが好ましい。
【００１０】
本発明の加水硬化性無機材料用液状硬化剤は、有機酸がオキシカルボン酸であることが好ましい。
【００１１】
また、本発明は、前記の液状硬化剤を、加水硬化性無機材料と併用して、該無機材料を硬化することを特徴とする地盤の補強工法である。
【００１２】
また、本発明は、前記の液状硬化剤を、加水硬化性無機材料と併用して、該無機材料を硬化することを特徴とする産業廃棄物の固化工法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の液状硬化剤は、コバルトイオンおよびアルカリ金属イオンを含有する酸性水溶液であるが、アルカリ土類金属イオンを含有していてもよい。
【００１４】
コバルトは、可溶性の塩として水に添加するのが好ましく、特に、入手の容易さ、コストの点から塩化物などのハロゲン化物として添加するのが好ましい。アルカリ金属、アルカリ土類金属も、同様に可溶性の塩として水に添加するのが好ましく、特に、入手の容易さ、コストの点から塩化物などのハロゲン化物として添加するのが好ましい。これらの金属の可溶性の塩として炭酸塩を使用した場合は、所望のｐＨ（酸性）を得るための酸の使用量が増大する問題、炭酸ガスが発生する問題などがある。
アルカリ金属としてはナトリウム、カリウムが好ましく、アルカリ土類金属としては、カルシウムが好ましい。アルカリ金属、アルカリ土類金属は、それぞれ２種以上を併用することができる。
【００１５】
コバルト塩の水溶液は、コバルトイオンの加水分解作用により、それ自体弱酸性を呈するが、本発明においては、酸を積極的に添加して、液状硬化剤をｐＨ１〜３、好ましくは１〜２の強酸性ないし弱酸性に調整する。これにより、後述するように、従来のアルカリ性水溶液からなる液状硬化剤とは異なる、速い硬化速度、満足できる圧縮強度を有する硬化体を得ることができる。
本発明の液状硬化剤の各成分の濃度は質量％で、コバルトイオンは０．５〜２．０％、好ましくは０．８〜１．２％、アルカリ金属イオンは２０〜３０％、好ましくは２６〜２８％、アルカリ土類金属イオンは４０〜４６％、好ましくは４２〜４４％である。
【００１６】
酸は、有機酸でも無機酸でも差支えないが、有機酸であるのが好ましい。有機酸は、コバルトイオンと可溶性の錯体を形成し、処理の際にｐＨ上昇が起こっても、コバルトイオンを安定に保つ。また、ｐＨ緩衝能があるので、処理の際の局所的なｐＨ上昇を阻止して、硬化を均一にする。オキシカルボン酸はコバルトとの配位能力が高い。なお、有機酸は完全解離しなくてもよい。また、コバルトイオンは、可溶性錯体の形態を含む。アンモニウムイオンはコバルトの錯化剤なので、含有されても差し支えない。
有機酸としては、カルボン酸、スルホン酸、オキシカルボン酸などが好ましく、オキシカルボン酸が特に好ましい。カルボン酸としては、酢酸、シュウ酸、オキシカルボン酸としては、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸、乳酸、グリコール酸などの脂肪族系のもの、サリチル酸、没食子酸、ピクリン酸などの芳香族系のものが挙げられるが、クエン酸、ピクリン酸、酒石酸が好ましい。
【００１７】
本発明の液状硬化剤に含有される各成分は、例えば、コバルトのハロゲン化物、アルカリ金属のハロゲン化物、アルカリ土類金属のハロゲン化物などの形態で水性溶媒に添加され、溶解される。
各成分は任意の順序で水性溶媒に添加され、混合液を攪拌すれば、容易に均一な水溶液として調製することができる。もちろん加熱すれば、溶解速度が上昇するので、好ましい。
【００１８】
本発明の液状硬化剤には、セメント増強剤、膨張剤、凝結剤、減水剤などを添加する必要はないが、勿論添加してもよい。
本発明の液状硬化剤は、一般的に、さらに数倍〜十数倍量の水性溶媒が追加され、各用途に好適な濃度に希釈され、使用される。希釈水として、塩水、海水を使用することもできる。
【００１９】
本発明の液状硬化剤が適用される加水硬化性無機材料は、水により硬化する無機材料であり、セメント（ポルトランドセメント、スラグセメント、フライアッシュセメント、急硬性セメント、中庸熱セメント）、石灰、石膏、モルタルなどであるが、セメントまたは石灰が好ましい。
【００２０】
本発明の液状硬化剤は、セメントなどの加水硬化性無機材料に対し、好ましくは０．０５〜２．５質量％、特に好ましくは１〜２質量％の少量使用するだけで、十分な硬化促進効果を発揮することができる。なお、加水硬化性無機材料は、補強すべき地盤や固化すべき産業廃棄物に対し、従来の工法の場合と同程度の割合で配合される。
【００２１】
本発明の液状硬化剤は、自然土舗装、ダム、護岸、海底、農地などの地盤補強や海底、湖底、埋立地などの液状化防止などを目的として、赤土から腐葉土に至る各種土壌、地盤などを、セメント、石灰などの加水硬化性無機材料を加えて補強する際に、無機材料と併用または混合して使用される。例えば、仮設道路や路床工事の場合、セメントを散布し、トラクターで攪拌し、液状硬化剤を散水車で散布し、転圧し、その後養生するだけでよい。１〜３日程度経過すれば、セメントが硬化し、地盤補強がなり、建造物などの建設工事が可能になる。
【００２２】
また、本発明の液状硬化剤は、家庭ごみなどの焼却灰、工場などから排出されるスラッジや廃油、廃ガラス、廃タイヤ、廃プラスチック、ヘドロなどの産業廃棄物に、セメント、石灰などの加水硬化性無機材料を散布、混合して、産業廃棄物を固化する際に、無機材料と併用または混合使用し、必要ならば、転圧し、７〜１８日程度養生するだけでよい。固化により、産業廃棄物の体積が大幅に低減し、嵩比重が増加する。そして、産業廃棄物の中に含有されている重金属成分や、ＰＣＢ、トリクロルエチレン、ダイオキシンなどの有機ハロゲン系有害物質を、該無機材料の固化により、封じ込めることができるので、産業廃棄物の無害化に著しい効果が発現される。また、固化物を再利用することも可能である。
さらに、本発明の液状硬化剤は、おが屑、活性炭に、該無機材料と混合して加えて、抗菌性新建材とすることもできる。
【００２３】
また、本発明の液状硬化剤は、該無機材料と併用または混合して使用されるが、さらに海砂、山砂などの骨材と併用することもできる。例えば、ペーパースラッジ、焼却灰などに、山砂などとともに、該無機材料と液状硬化剤を添加してグリ石状にすることにより、新骨材に変えることもできる。
【００２４】
【実施例】
（実施例１）
塩化ナトリウム７３４ｇ、塩化カリウム１．４６７ｋｇ、塩化カルシウム９３４ｇ、塩化コバルト３３ｇおよびクエン酸１６７ｇを、水１７．５９９ｋｇに混合し、全量を２０ｋｇとし、攪拌して、溶解させて液状硬化剤（ｐＨ約１）を調製した。
海砂（嵩密度２．０ｇ／ｃｍ３  ：含水率２０質量％）１００質量部に、ポルトランドセメント（含水率２０質量％）２５質量部を満遍なく混合し、さらに、該液状硬化剤４質量部と水３００質量部を散水器を用いて散布して、約５分間攪拌した。その後、路面の不陸を調整し、圧力４０ＭＰａ  で転圧して、セメント硬化体を得た。該硬化体の一軸圧縮強度の経日変化（２８日間）を調査し、その結果を表１に示した。
一軸圧縮強度はＪＩＳ  Ａ５２０１「セメントの強さに関する試験」に準拠して測定した。
【００２５】
海砂の代わりに、堆積土（嵩密度１．５ｇ／ｃｍ３  ：含水率３０質量％）を用いて、上記と同様にセメント硬化体を得、該硬化体の一軸圧縮強度の経日変化を調査し、結果を表１に示した。
海砂の代わりに、石炭灰（嵩密度１．７ｇ／ｃｍ３  ：含水率１０質量％）１０００質量部、ポルトランドセメント（含水率２０質量％）３００質量部、該液状硬化剤６質量部を水６００質量部と混合し、攪拌して、セメント硬化体を得た。該硬化体の一軸圧縮強度の経日変化を調査し、結果を表１に示した。
【００２６】
（実施例２）
実施例１において、塩化ナトリウム７３４ｇ、塩化カリウム１．４６７ｋｇ、塩化カルシウム９３４ｇ、塩化コバルト３３ｇおよびピクリン酸１６７ｇを、水１６．８３２ｋｇに混合し、全量を２０ｋｇとし、攪拌して、溶解させて液状硬化剤（ｐＨ約１）を調製した。
該液状硬化剤を用いて、実施例１と同様にセメント硬化体を得、該硬化体の一軸圧縮強度の経日変化を調査し、結果を表１に示した。
【００２７】
（比較例１）
実施例１において、該液状硬化剤を添加する以外は、上記と同様にセメント硬化体を得、該硬化体の一軸圧縮強度の経日変化を調査し、結果を表１に示した。
【００２８】
（比較例２）
炭酸ナトリウム２．５ｇ、炭酸カリウム２．０ｇ、塩化ナトリウム２．５ｇ、塩化カリウム１．５ｇ、塩化アンモニウム２．０ｇおよび塩化コバルト０．５ｇを、水８９ｇに加え全量を１００ｇとし、攪拌して、溶解させ、液状硬化剤（ｐＨ約１０）を調製した。
該液状硬化剤を用いて、実施例１と同様にセメント硬化体を得、該硬化体の一軸圧縮強度の経日変化を調査し、結果を表１に示した。
【００２９】
（実施例３）
塩化ナトリウム７３４ｇ、塩化カリウム１．４６７ｋｇ、塩化カルシウム９３４ｇ、塩化コバルト３３ｇおよびクエン酸１６７ｇを、水１６．８３２ｋｇに混合し、全量を２０ｋｇとし、攪拌して、溶解させて液状硬化剤（ｐＨ約１）を調製した。
石炭灰（嵩密度１．６ｇ／ｃｍ３  ：含水率２０質量％：溶出カドミウム０．３ｐｐｍ  、鉛１５ｐｐｍ  、水銀０．５１ｐｐｍ  、総クロム４５ｐｐｍ  、ヒ素４５ｐｐｍ  ）１０００重量部、ポルトランドセメント（含水率２０質量％）３００重量部、該液状硬化剤６重量部、および水５００重量部をミキサーを用いて満遍なく混合して、該セメントを硬化させた。７日経過後および２８日経過後に、硬化体から溶出した重金属の分析を行った。溶出カドミウムは０．００１ｐｐｍ  以下、鉛は０．００１ｐｐｍ  以下、水銀は不検出、総クロムは０．０７ｐｐｍ  以下、ヒ素は０．００１ｐｐｍ  以下であり、溶出量は大幅に低減した。結果を表２に示した。
重金属の溶出試験は、廃棄物処理法に準拠した溶出試験を環境庁告示第１３号による検定方法に基づいて実施した。
【００３０】
（実施例４）
実施例３において、塩化ナトリウム７３４ｇ、塩化カリウム１．４６７ｋｇ、塩化カルシウム９３４ｇ、塩化コバルト３３ｇおよびピクリン酸１６７ｇを、水１６．８３２ｋｇに混合し、全量を２０ｋｇとし、攪拌して、溶解させて液状硬化剤（ｐＨ約１）を調製した。
該液状硬化剤を用いて、実施例３と同様にセメント硬化体を得、該硬化体から溶出した重金属の分析を行った。結果を表２に示した。
【００３１】
（比較例３）
炭酸ナトリウム２．５ｇ、炭酸カリウム２．０ｇ、塩化ナトリウム２．５ｇ、塩化カリウム１．５ｇ、塩化アンモニウム２．０ｇおよび塩化コバルト０．５ｇを、水８９ｇに加え全量を１００ｇとし、攪拌して、溶解させ、液状硬化剤（ｐＨ約１０）を調製した。
該液状硬化剤を用いて、実施例１と同様に石炭灰を硬化させ、硬化体を得た。該硬化体からの重金属の溶出試験を行い、結果を表２に示した。
【００３２】
【表１】
2005067901.tif 000002
【００３３】
【表２】
2005067901.tif 000003
【００３４】
【発明の効果】
本発明の液状硬化剤は、液状であるため、地盤や産業廃棄物の中に深く、かつ速やかに浸透して、加水硬化性無機材料の硬化を促進するため、工法の簡略化・省力化、工期の短縮に顕著な効果を示すばかりでなく、無機材料や液状硬化剤の使用量を減量できる。すなわち、セメントなどの溶出液はアルカリ性であり、本発明の液状硬化剤を適用すると中和熱が発生し、短時間で硬化が進行するため、養生時間が短くてすむ。また、硬化の対象物の表面が活性化されるため、処理が均一になる。
また、フライアッシュなどのアルカリ性物質の産業廃棄物を固化する場合には、液状硬化剤の使用量を少なくすることができ、かつ無機材料の添加・配合量を低減することができる。
【００３５】
さらに、工法終了後の補強地盤の強度や硬化した産業廃棄物の圧縮強度が大きく、白化がなく、かつ重金属成分などの溶出防止効果、悪臭の抑制効果、クラックの発生防止効果が大きく、環境保護にも優れている。
また、本発明の液状硬化剤は、零下２０℃でも凍結することがないので、寒冷地での使用も可能である。