(57)【要約】【課題】土壌の強度を向上させることができ、土壌のｐＨ上昇を抑制することが可能であり、かつ低コストである土壌固化材と、この土壌固化材を用いた土壌固化方法とを提供する。【解決手段】（Ａ）半水石膏と、（Ｂ）軽焼ドロマイト、生石灰、及び消石灰の１種又は２種以上からなる成分と、（Ｃ）硫酸マグネシウム無水物とを含む土壌固化材。上記の土壌固化材を、土壌に添加する土壌固化方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）半水石膏と、
（Ｂ）軽焼ドロマイト、生石灰、及び消石灰の１種又は２種以上からなる成分と、
（Ｃ）硫酸マグネシウム無水物と
を含む土壌固化材。
【請求項２】
（Ａ）半水石膏が６５〜９０質量％であり、（Ｂ）成分の含有量に対する（Ｃ）硫酸マグネシウム無水物の含有量の質量比（Ｃ／Ｂ）が１以上である請求項１に記載の土壌固化材。
【請求項３】
（Ａ）半水石膏が６５〜８７質量％、（Ｂ）成分が１〜３０質量％、及び、（Ｃ）硫酸マグネシウム無水物が３〜３０質量％である請求項２に記載の土壌固化材。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の土壌固化材を、土壌に添加する土壌固化方法。
【請求項５】
前記土壌固化材を、土壌１ｍ3当り５０〜４００ｋｇの量添加する請求項４に記載の土壌固化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は土壌固化材及び土壌固化方法に関し、特に土壌の強度を向上させることができ、かつ添加に伴う土壌のｐＨ上昇を抑制することが可能な土壌固化材と、この土壌固化材を用いた土壌固化方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
軟弱な地盤を強化し、安定化する方法として、土壌に対して固化材を添加して撹拌混合し、固化処理することが行なわれている。この目的で使用する固化材としては、一般に、生石灰やポルトランドセメントが用いられている。これらの固化材によると、ポゾラン反応などにより土壌が固化される。しかしながら、これらの固化材を用いた場合、水酸化カルシウムが生じることにより、土壌のｐＨが１２前後に上昇して強アルカリ性になる。このような強アルカリ性となった土壌に雨水や地下水が滲透したとき、そこからの滲出水も当然に強アルカリ性となることから、周辺の環境や植生に対して悪影響を及ぼす懸念がある。
一方、ｐＨの上昇を抑制するために、固化材として石膏を用いることが提案されている。この石膏として、石膏系建築廃材を用いることにより、廃材の有効利用を図ることもできる。しかしながら、石膏は、生石灰やポルトランドセメントと比べて、土壌の強度の向上効果に劣るという問題がある。
このように、処理土壌のｐＨ低減と強度向上とは、従来は両立困難とされていた。よって、この問題を解決するために、種々の対策が試みられている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、軽焼ドロマイト８０〜２０重量部と、硫酸マグネシウムの無水塩ないし３水塩２０〜８０重量部とからなる土壌固化材が提案されている。軽焼ドロマイト中のＣａＯの水和反応によって生じた水酸化カルシウムが、硫酸マグネシウムと反応して二水石膏になることにより、ｐＨの上昇が緩和される。
また、特許文献２には、生石灰又は軽焼ドロマイト１００質量部に対して活性白土を５０〜１００質量部配合してなる土質改良材が提案されている。この活性白土のＨ+が土壌中に存在するＣａ2+やＭｇ2+と交換され、土壌中のＯＨ-を中和することにより、土壌のｐＨを下げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２１５８２１号公報
【特許文献２】特開２００９−１８５１５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の土壌固化材は、石膏を含有していないため、石膏系建築廃材を有効利用することができずコスト高であり、また、土壌の高強度化とｐＨ上昇の低減の両立を十分に達成することができない。特許文献２の土壌固化材も、高価な活性白土を用いるためにコスト高である。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、土壌の強度を向上させることができ、土壌のｐＨ上昇を抑制することが可能であり、かつ低コストである土壌固化材と、この土壌固化材を用いた土壌固化方法とを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、半水石膏と、軽焼ドロマイト、生石灰、及び消石灰の少なくとも１種と、硫酸マグネシウム無水物とを含有する土壌固化材が、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成した。
【０００７】
すなわち本発明は以下の［１］〜［５］を提供するものである。
［１］（Ａ）半水石膏と、（Ｂ）軽焼ドロマイト、生石灰、及び消石灰の１種又は２種以上からなる成分と、（Ｃ）硫酸マグネシウム無水物とを含む土壌固化材。
［２］（Ａ）半水石膏が６５〜９０質量％であり、（Ｂ）成分の含有量に対する（Ｃ）硫酸マグネシウム無水物の含有量の質量比（Ｃ／Ｂ）が１以上である［１］に記載の土壌固化材。
［３］（Ａ）半水石膏が６５〜８７質量％、（Ｂ）成分が１〜３０質量％、及び、（Ｃ）硫酸マグネシウム無水物が３〜３０質量％である［２］に記載の土壌固化材。
［４］［１］〜［３］のいずれかに記載の土壌固化材を、土壌に添加する土壌固化方法。
［５］前記土壌固化材を、土壌１ｍ3当り５０〜４００ｋｇの量添加する［４］に記載の土壌固化方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の土壌固化材及び土壌固化方法によると、土壌の強度を向上させることができ、土壌のｐＨ上昇を抑制することが可能であり、かつ低コストである土壌固化材と、この土壌固化材を用いた土壌固化方法とを提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［土壌固化材］
本発明に係る土壌固化材は、（Ａ）半水石膏と、（Ｂ）軽焼ドロマイト、生石灰、及び消石灰の１種又は２種以上からなる成分と、（Ｃ）硫酸マグネシウム無水物とを含むものである。
【００１０】
＜（Ａ）半水石膏＞
本発明の土壌固化材は、（Ａ）半水石膏を含む必要がある。この半水石膏が土壌中の水と反応して二水石膏として硬化する。これら半水石膏の吸水作用及び硬化作用により、土壌が固化される。また、この半水石膏は、セメント系や石灰系の土質改良材のように土壌のｐＨを上げることがないため、環境や植生にも適した低塩基性での土質改良が可能である。更に、固化速度が速いため、含水比が高い土壌を短時間で搬出可能な状態に改良することができる。また、半水石膏の原料として後述する石膏系建築廃材を用いることにより、低コスト化を図ることができる。
【００１１】
半水石膏（ＣａＳＯ4・０．５Ｈ2Ｏ）を供給する原料としては、上記のとおり石膏系建築廃材を用いることが好ましい。これにより、石膏系建築廃材の有効利用が図られ、かつコスト安である。この石膏系建築廃材としては、固体板状の石膏ボード、石膏プラスター、石膏系接着剤、目地処理剤等が挙げられる。
ここで、石膏ボードとは、ＪＩＳ  Ａ６９０１に規定されている表面が紙等の表面材で被覆されてなる一般的なものの他、かかる表面材で被覆されていない板状物、繊維強化石膏板や石膏木毛板等の板状石膏系建材をいうものとする。また、石膏プラスターとはＪＩＳ  Ａ６９０４に規定されているものを示し、目地処理剤とはＪＩＳ  Ａ６９１４に規定されているものを示す。
これら石膏系建築廃材は、一般に、半水石膏の他に二水石膏（ＣａＳＯ4・２Ｈ2Ｏ）を含んでいる。よって、これら石膏系建築廃材を粉砕後、加熱処理して、半水石膏の含有割合を高くすることが好ましい。
この粉砕は、公知の粉砕機を用いて行うことができる。
【００１２】
上記の加熱処理における加熱温度は、好ましくは１２０〜２００℃である。１２０℃以上であると、二水石膏を短時間で効率よく半水石膏に変化させることができる。２００℃以下であると、加熱処理で消費されるエネルギー量を少なくすることができる。この観点から、加熱温度は、より好ましくは１３０〜１８０℃であり、更に好ましくは１４０〜１７０℃である。
上記の加熱処理における加熱時間は、好ましくは１２〜２４時間である。
土壌固化材中における半水石膏の含有量は、好ましくは６５〜９０質量％である。半水石膏の含有量が６５質量％以上であると、土壌固化材が低コストなものとなり、また、ｐＨの上昇が抑制される。一方、半水石膏の含有量が９０質量％以下であると、相対的に（Ｃ）成分の含有量が多くなり、土壌強度の向上効果により優れたものとなる。上記の観点から、半水石膏の含有量は、より好ましくは６５〜８７質量％であり、更に好ましくは７０〜８５質量％であり、特に好ましくは７５〜８５質量％、とりわけ好ましくは７７〜８３質量％である。
【００１３】
＜（Ｂ）成分＞
本発明の土壌固化材は、（Ｂ）成分として、軽焼ドロマイト、生石灰、及び消石灰の１種又は２種以上からなる成分を含むことを必要とする。これら（Ｂ）成分を含むことにより、半水石膏のみの場合と比べて、少量の土壌固化材で同等の土壌強度の向上効果を得ることができる。
ここで、軽焼ドロマイトとしては、ＪＩＳ  Ｒ９００１に規定する特号または１号の軽焼ドロマイトが好適であり、生石灰としては、ＪＩＳ  Ｒ９００１に規定する特号、１号又は２号の生石灰が好適であり、消石灰としては、ＪＩＳ  Ｒ９００１に規定する特号、１号又は２号の消石灰が好適である。
【００１４】
生石灰を用いた場合、次のようにして土質が改良されるものと推測される。すなわち、生石灰は土中で水和されて消石灰となり、このときに土中の水分が蒸発する。また、生石灰や消石灰が土中のシリカやアルミナと反応してケイ酸カルシウムやエトリンガイト等が生成すること等（ポゾラン反応）により、土粒子を架橋する。これらの効果により、土壌強度が向上すると考えられる。
軽焼ドロマイトを用いた場合、軽焼ドロマイト中のＣａＯが生石灰と同様の作用を果たすことにより、土質が改良されるものと推測される。また、軽焼ドロマイトを用いた場合、土中のｐＨの上昇を良好に抑制することができる。その理由は、軽焼ドロマイト中のＭｇＯの水和によって生成した水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）2）が、低塩基性であるためと考えられる。このｐＨ上昇抑制効果を有する点において、軽焼ドロマイトは他の（Ｂ）成分よりも好ましい。
消石灰を用いた場合も、ポゾラン反応等によって土質が改良されると考えられる。
【００１５】
土壌固化材中における（Ｂ）成分の含有量は、好ましくは１〜３０質量％である。１質量％以上であると、土壌固化材がより土壌強度向上効果に優れたものとなる。３０質量％以下であると、土壌のｐＨが高くなり過ぎることが防止される。この観点から、この（Ｂ）成分の含有量は、より好ましくは３〜２５質量％であり、更に好ましく５〜２０質量％であり、特に好ましくは１０〜１５質量％である。
【００１６】
＜（Ｃ）硫酸マグネシウム無水物＞
本発明の土壌固化材は、（Ｃ）硫酸マグネシウム無水物を含む必要がある。この（Ｃ）硫酸マグネシウム無水物は、上記の（Ｂ）成分とともに使用することにより、（Ｂ）成分中に予め含まれているＣａ（ＯＨ）2や（Ｂ）成分中のＣａＯ成分の水和によって生じたＣａ（ＯＨ）2と、次の反応を生じる。
Ｃａ（ＯＨ）2＋ＭｇＳＯ4＋２Ｈ2Ｏ→ＣａＳＯ4・２Ｈ2Ｏ＋Ｍｇ（ＯＨ）2  （１）
この反応により、アルカリ性のＣａ（ＯＨ）2が消費されて二水石膏（ＣａＳＯ4・２Ｈ2Ｏ）となり、土壌のｐＨの上昇が抑制される。なお、二水石膏（ＣａＳＯ4・２Ｈ2Ｏ）は中性である。また、このように無水硫酸マグネシウムには吸湿性があり、更に水との反応により発熱して土中の水分を蒸発させるため、土壌の強度向上効果に優れる。
なお、硫酸マグネシウムが結晶水を含む場合、土壌固化材中に占めるＭｇＳＯ4の割合が低下し、また、土壌中の含水率が高くなるため、土壌の強度が低下する。よって、土壌固化材中に（Ｃ）硫酸マグネシウム無水物を含む必要があり、また、硫酸マグネシウム全体に占める硫酸マグネシウムの水和物の割合は小さいほうが好ましい。
【００１７】
（Ｂ）成分の含有量に対する（Ｃ）硫酸マグネシウム無水物の含有量の質量比（Ｃ／Ｂ）は、好ましくは１以上である。これにより、（Ｂ）成分によるｐＨの上昇を良好に抑制することができる。この観点から、当該質量比（Ｃ／Ｂ）は、より好ましくは１．５以上であり、更に好ましくは２以上である。
【００１８】
また、土壌固化材中における（Ｃ）硫酸マグネシウム無水物の含有量は、好ましくは３〜５０質量％である。３質量％以上であると、土中のｐＨを良好に抑制することができる。５０質量％以下であると、相対的に前記半水石膏や（Ｂ）成分の使用量を多くすることができ、土壌の強度向上効果に優れる。この観点から、この硫酸マグネシウム無水物の含有量は、より好ましくは３〜４０質量％であり、更に好ましくは３〜３０質量％であり、特に好ましくは７〜３０質量％であり、とりわけ好ましくは１０〜２０質量％である。
【００１９】
＜その他の成分＞
上記の土壌固化材には、通常用いられる各種の添加剤が含まれていてもよい。例えば、フライアッシュ、ベントナイト等を吸水剤として、アルミニウムミョウバン、硫酸アルミニウム等のアルミニウム化合物等を固化促進剤として添加してもよく、汚泥と均一に固化するように、シリカバルーン、コロイダルシリカ、シラス、シラスバルーン等のケイ素化合物を添加することもできる。また、有機系吸収剤等と併用してもよい。
【００２０】
［土壌固化方法］
本発明の土壌固化方法は、上記の土壌固化材を土壌に添加するものである。
この土壌固化材の土壌への添加量は、好ましくは５０〜４００ｋｇ／ｍ3である。土壌固化材の添加量が５０ｋｇ／ｍ3以上であると、土壌の強度を十分に向上させることができる。土壌固化材の添加量が４００ｋｇ／ｍ3以下であると、土壌中のｐＨの上昇が抑制されて低塩基性に維持されるとともに、土壌固化材の使用量が低減され、また土壌固化材を土壌へ添加してソイルミキサー等で混合する場合の手間及びコストが低減される。この観点から、土壌固化材の添加量は、より好ましくは６０〜２００ｋｇ／ｍ3であり、更に好ましくは７０〜１５０ｋｇ／ｍ3であり、特に好ましくは８０〜１００ｋｇ／ｍ3である。
土壌固化材の添加後における土壌固化材は、環境負荷を低減し、植生に適した土壌にするという観点からは、ｐＨが１１未満であることが好ましく、１０．５未満であることがより好ましく、１０未満であることが更に好ましい。
【実施例】
【００２１】
次に、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれによって制限されるものではない。
【００２２】
＜原料等＞
（１）  対象土としては、三峰ローム（栃木県栃木市、湿潤密度１７２２ｋｇ／ｃｍ3、含水比５０．１質量％、一軸圧縮強度９４ｋＮ／ｍ2、土懸濁液のｐＨ８．２６）を用いた。
（２）  半水石膏としては、関東化学製の半水石膏（焼石膏）を用いた。
（３）  軽焼ドロマイトとしては、栃木県葛生産の焼成ドロマイトを粉砕・分級し、０．２１ｍｍのフルイを通過したものを用いた。
（４）  生石灰としては、栃木県葛生産の生石灰を粉砕・分級し、０．２１ｍｍのフルイを通過したものを用いた。
（５）  消石灰としては、栃木県葛生産の消石灰を粉砕・分級し、０．２１ｍｍのフルイを通過したものを用いた。
（６）  硫酸マグネシウム無水物としては、関東化学製（特級）のものを用いた。
【００２３】
＜実施例１〜７及び比較例１〜６＞
原料を表１のとおりに配合し、土壌固化材を得た。
対象土に対して、各土壌固化材を表１に示す添加量にて添加して撹拌混合した。
このように土質改良材の添加量を異ならせた各対象土について、次の操作を行って円柱状の供試体を作製した。すなわち、対象土３００ｇを４等分し、４回に分けて円筒形モールド（内径：５０ｍｍ、高さ：１００ｍｍ）内に詰めて供試体とした。その際、１．５ｋｇのランマーを使用し、１回目の対象土を１０回締め固めることにより第１層とし、その上から２回目の対象土を入れて２５回締め固めることにより第２層とし、更にその上から３回目の対象土を入れて２５回締め固めることにより第３層とし、その上から４回目の対象土を入れて４０回締め固めることにより第４層とした。
各供試体は２０℃、８０％ＲＨの恒温恒湿室で７日間気中養生した。
養生後の各供試体について、ＪＩＳ  Ａ１２１６に準じて一軸圧縮強度を測定した。また、地盤工学会ＪＧＳ−０２１１に従って土懸濁液のｐＨを測定した。これらの結果を表１に示す。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
＜結果＞
比較例１は、土壌固化材として半水石膏のみを含有したものを用いたものである。比較例１では、土壌の一軸圧縮強度が３００ｋＮ／ｍ3以上、ｐＨが１０未満であり、ともに良好な値であった。しかし、この土壌固化材の土壌中への添加量が４００ｋｇ／ｍ3と多量であるため、土壌固化材の土壌への添加・混合作業に手間がかかる等、施工上問題と考えられる。
【００２６】
比較例２〜４は、土壌固化材の添加量の低減を目的として、それぞれ、土壌固化材中に軽焼ドロマイト、生石灰、及び消石灰を１０質量％含有させたものである（よって、半水石膏の含有量は９０質量％）。比較例２〜４では、土壌中への土壌固化材の添加量を２００ｋｇ／ｍ3に低減しても、土壌の一軸圧縮強度を３００ｋＮ／ｍ3以上に向上させることができた。しかしながら、土壌のｐＨを１０未満に抑制することができなかった。
【００２７】
実施例１〜３は、ｐＨの上昇抑制を目的として、比較例２〜４において、更に土壌固化材中に硫酸マグネシウム無水物を１０質量％含有させたものである（よって、半水石膏の含有量は８０質量％）。実施例１〜３では、土壌中への土壌固化材の添加量を２００ｋｇ／ｍ3に低減しても、土壌の一軸圧縮強度を３００ｋＮ／ｍ3以上に向上させることができ、かつ土壌のｐＨを１０未満に抑制することができた。このようにｐＨの上昇を抑制できた理由は、前述のとおり、土壌固化材中に予め含まれているＣａ（ＯＨ）2や土壌固化材中のＣａＯ成分の水和によって生じるＣａ（ＯＨ）2と、硫酸マグネシウム無水物とが、前記の式（１）のとおりに反応することによると考えられる。
【００２８】
実施例１〜３を比較すると、生石灰を配合した実施例２が、一軸圧縮強度が最も高くなっている。この理由は、生石灰が土中で水和されて消石灰となり、このときに土中の水分が蒸発するためと考えられる。また、生石灰や消石灰が土中のシリカやアルミナと反応してケイ酸カルシウムやエトリンガイト等が生成すること等（ポゾラン反応）により、土粒子を架橋するためと考えられる。
また、実施例１〜３を比較すると、実施例１の土壌固化材（軽焼ドロマイトを含有）を用いた場合に土壌中のｐＨの上昇が最も抑制される。その理由は、実施例１が実施例２，３と比べて、ＣａＯ及びＣａ（ＯＨ）2の合計含有量が最も少ないことや、軽焼ドロマイト中のＭｇＯが水和してなるＭｇ（ＯＨ）2が低塩基性であることによると考えられる。
【００２９】
実施例４，５は、実施例１と同一配合の土壌固化材を用い、当該土壌固化材の土壌に対する添加量を、それぞれ、１５０ｋｇ／ｍ3及び１００ｋｇ／ｍ3に低減したものである。添加量が少なくなるほどｐＨの上昇が抑制された。また、土壌固化材の添加量が１００ｋｇ／ｍ3であっても、土壌の一軸圧縮強度を３００ｋＮ／ｍ3に近い値に維持することができた。
【００３０】
実施例６は、実施例１〜５よりも（Ａ）半水石膏の含有割合を小さくし、（Ｂ）成分及び（Ｃ）硫酸マグネシウム無水物の含有割合を大きくしたものである。実施例６の土壌固化材も、土壌の一軸圧縮強度を３００ｋＮ／ｍ3に近い値に維持しつつ、ｐＨを１０未満に抑制することができた。
一方、実施例７は、実施例１〜６よりも（Ａ）半水石膏の含有割合を大きくし、（Ｂ）成分及び（Ｃ）硫酸マグネシウム無水物の含有割合を小さくしたものである。実施例７の土壌固化材は、土壌の一軸圧縮強度が実施例１〜６と比べると若干小さいが依然として３００ｋＮ／ｍ3に近い値であり、またｐＨを１０未満に抑制することもできた。
【００３１】
一方、比較例５の土壌固化材は、軽焼ドロマイト３０質量％及び硫酸マグネシウム無水物７０質量％のみが配合されており、半水石膏が配合されていない。このように半水石膏を含有しない土壌固化材は、硫酸マグネシウム無水物を７０質量％も配合しているにもかかわらず、土壌のｐＨを１０未満に抑制することができなかった。また、軽焼ドロマイトを３０質量％も配合しているにもかかわらず、一軸圧縮強度を３００ｋＮ／ｍ3以上に向上させることができなかった。
以上の結果より、半水セッコウと、軽焼ドロマイト、生石灰及び消石灰の１種又は２種以上と、硫酸マグネシウム無水物とを配合した土壌固化材は、少ない添加量で、ｐＨの上昇を抑制しつつ、土壌の強度を十分に向上させることが可能である。