(57)【要約】【課題】短時間かつ、省スペースで土砂の含水比を効率良く低下させることができる土砂の含水比低下装置及びその方法を提供することを目的としている。【解決手段】本発明の土砂の含水比低下装置１０は、土砂の連続搬送ライン上に取付け可能とし、上部に前記土砂の導入口及び下部に前記土砂の排出口を備えた縦型円筒状のケーシング２０と、前記ケーシング２０の内部で落下する前記土砂に対して回転打撃体４９で衝撃を与えて粉砕する粉砕手段３０と、前記ケーシング２０の内部で落下する前記土砂に温風を供給する温風供給手段５０と、を備えたことを特徴としている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
土砂の連続搬送ライン上に取付け可能とし、上部に前記土砂の導入口及び下部に前記土砂の排出口を備えた縦型円筒状のケーシングと、
前記ケーシングの内部を落下する前記土砂に対して回転打撃体で衝撃を与えて粉砕する粉砕手段と、
前記ケーシングの内部で落下する前記土砂に温風を供給する温風供給手段と、
を備えたことを特徴とする土砂の含水比低下装置。
【請求項２】
前記ケーシングは、前記土砂に添加材を添加する添加材供給手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の土砂の含水比低下装置。
【請求項３】
前記ケーシングは、内側壁に付着した前記土砂の掻き取り手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の土砂の含水比低下装置。
【請求項４】
土砂の連続搬送ライン上に配置可能なケーシングの上部から前記土砂を供給して、
前記ケーシング内を落下する前記土砂に対して回転打撃体で衝撃を与えて粉砕しながら、前記ケーシング内に温風を送風することを特徴とする土砂の含水比低下方法。
【請求項５】
前記土砂の土塊の径を１０ｍｍよりも小さくなるまで粉砕することを特徴とする請求項４に記載の土砂の含水比低下方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に土木分野の土質の含水比を低下することによって土砂を改質する土砂の含水比低下装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
道路工事、公共事業工事、埋立て浚渫工事、宅地造成工事などの土木工事において、盛土を行う場合、高含水比の粘性土を用いると、こね返しによって著しく強度が低下したり、トラフィカビリティー（建設機械の走行可能な度合い）が低下して作業効率の低下につながったりする。
【０００３】
そこで、従来の土砂の土質改良について、以下のような技術が知られている。
特許文献１に開示の埋め立て材製造システムは、土砂のフィーダ装置と、セメントの供給装置と、土砂とセメントを混合して土砂混合物を形成する混合装置と、土砂混合物に分離防止剤溶解液を噴霧するノズルスプレーと、制御装置とを備え、土砂及びセメントの合計重量からセメント供給装置に設定したセメントの供給量を差し引いて土砂の含水重量を算出し、含水重量と土砂の含水比とから土砂の乾燥重量を算出し、乾燥重量とセメントの供給量との比率が一定となるように土砂の量を調整している。これにより、土砂やセメントを計量する機器や所定比率で混同する制御を簡略化することができる。
【０００４】
特許文献２に開示の土砂改質装置は、送風室と、送風室内で土砂を連続搬送する搬送ベルトと、搬送ベルトの始端部分に土砂を所定の厚さで供給する供給敷設手段と、送風室に温風を送風する温風送風手段と、を備え、土砂の搬送方向と反対の方向へ送風している。これにより、高含水比の土砂の含水比を効率良く低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２０９６６０号公報
【特許文献２】特開２００６−２００８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のような改良材を混合する方法は、改良材にセメント、セメント系固化材、石灰などを用いるため、大量の土砂を改良する場合には事業費が高くなり、高コスト化するという問題があった。
【０００７】
また特許文献２に開示の土砂をベルトコンベアで搬送しながら通気、乾燥する方法では、搬送前や搬送中に土砂が塊状となり、土砂と風との接触面積が狭くなったり、水分が蒸発する領域が狭くなったりする。そのため、含水比の低下率は数％程度であり、土砂を効率よく乾燥させることができるとはいい難い。
【０００８】
また、含水比の低下量を大きくするには、ベルトコンベアを長尺化して温風と土砂の接触時間を長くする必要がある。このためベルトコンベアを室内に多段に形成しなければならず、設備が大型化するという問題があった。
【０００９】
そこで本発明は、上記従来技術の問題点を解決するため、短時間、かつ省スペースで土砂の含水比を効率良く低下させることができる土砂の含水比低下装置及びその方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の土砂の含水比低下装置は、土砂の連続搬送ライン上に取付け可能とし、前記土砂の導入口と排出口を備えたケーシングと、前記ケーシングの内部で落下する前記土砂に対して回転打撃体で衝撃を与えて粉砕する粉砕手段と、前記ケーシングの内部で落下する前記土砂に温風を供給する温風供給手段と、を備えたことを特徴としている。
【００１１】
上記構成により、ケーシング中を落下する土砂の土塊を回転打撃体で破砕、撹拌して塊を細かくしながら（以下、本実施形態では細粒化という）、大量の温風と接触させることにより、土砂の含水比を短時間かつ省スペースで低減することができる。
前記ケーシングには、前記土砂に添加材を添加する添加材供給手段を備えたことを特徴としている。
【００１２】
上記構成により、温風による土砂の含水率低下に加えて、添加材による土砂の含水率を低下させることにより、従来に比べて添加材の添加量を大幅に低減することができる。よって、土砂の含水比低下を低コストで行うことができる。
【００１３】
また、前記ケーシングは、内側壁に前記土砂の掻き取り手段を備えたことを特徴としている。
上記構成により、ケーシングの内側壁に付着した土砂を掻き落としながら、土砂の含水比を効率的に低下させることができる。
【００１４】
本発明の土砂の含水比低下方法は、土砂の連続搬送ライン上に配置されたケーシングの上方から前記土砂を供給して、前記ケーシング内を落下する前記土砂に対して回転する打撃体で衝撃を与えて粉砕しながら、前記ケーシング内に温風を送風して粉砕された前記土砂の含水比を低下させることを特徴としている。
【００１５】
上記構成により、ケーシング中を落下する土砂の土塊を回転打撃体で破砕、撹拌して細粒化しながら、大量の温風と接触させることにより、土砂の含水比を短時間かつ省スペースで低減することができる。
【００１６】
前記土砂の土塊の径を１０ｍｍよりも小さくなるまで粉砕することを特徴としている。
上記構成の土砂の粒径の範囲により、土砂の含水比を短時間かつ、大幅に低減することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の土砂の含水比低下装置及びその方法によれば、ケーシング中を落下する土砂の土塊を回転打撃体で破砕、撹拌して細粒化しながら、大量の温風と接触させることにより、土砂の含水比を短時間かつ省スペースで低減することができる。また、装置は搬送ラインから容易に着脱可能な構成であり、現場への持ち運びが可能であり、現地での作業性が良くなる。また、添加材の添加量を低減することができる。このため、土砂の含水比低下を低コストで行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態の土砂の含水比低下装置の構成概略図である。
【図２】含水比低下量と回転数の関係を示すグラフである。
【図３】第２実施形態の土砂の含水比低下装置のケーシングの説明図であり、（ａ）は側面の概略断面図、（ｂ）は平面の概略断面図である。
【図４】第３実施形態の土砂の含水比低下装置の構成概略図である。
【図５】第４実施形態の土砂の含水比低下装置の構成概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の土砂の含水比低下装置及びその方法の実施形態を添付の図面を参照しながら、以下詳細に説明する。図１は、第１実施形態の土砂の含水比低下装置の構成概略図である。この実施形態の構成要素（部品・部材）で材質ないし材料を説明しないものは金属製である。そのような金属としては耐衝撃性などの機械的特性の優れた鋼がよく採用される。なお、材質や材料について説明しないもののうちには、例外として、金属性でないことが自明の周知部品や周知部材もある。
【００２０】
図示のように、本発明の土砂の含水比低下装置１０は、土砂の連続搬送ライン上に取付け可能とし、上部に前記土砂の導入口と下部に前記土砂の排出口を備えた縦型円筒状のケーシング２０と、前記ケーシング２０の内部で落下する前記土砂に対して回転打撃体４９で衝撃を与えて粉砕する粉砕手段３０と、前記ケーシング２０の内部で落下する前記土砂に温風を供給する温風供給手段５０と、を主な基本構成としている。本実施形態の土砂の含水比低下装置１０で処理する土砂１２は、道路工事、公共事業工事、埋立て浚渫工事、宅地造成工事などの土木工事において扱う、高含水比の土砂であり、砂よりも粒径が大きく、土塊が含まれた土砂を対象としている。
【００２１】
ケーシング２０は、縦型の円筒形状、換言すれば両端面を上下に配置した処理容器である。ケーシング２０は支持台１４に取り付けられている。ケーシング２０は、上部に土砂導入口２２が形成され、下部に土砂排出口２４が形成されている。土砂導入口２２は、土砂１２をケーシング２０内に落とし込むようにシュート状に形成されている。ケーシング２０は、土砂１２の連続搬送ライン上に取付け可能であり、本実施形態では、土砂搬入コンベア６２の終端がケーシング２０の土砂導入口２２の上方に配置され、土砂排出コンベア６４の始端がケーシング２０の土砂排出口２４の下方に配置されている。またケーシング２０は、上部に後述の温風供給手段５０の温風供給ダクト５２が接続し、下部に排気ダクト５４が接続している。ケーシング２０は内部に後述の粉砕手段３０の回転打撃体４９が取り付けられている。ケーシング２０の内部容積は、内部で回転打撃体４９が回転自在に取り付けられればよく、処理する土砂に応じて任意に設定することができる。このような構成のケーシング２０は、土砂導入口２２、土砂排出口２４、温風供給ダクト５２、排気ダクト５４以外は開口しておらず密閉されている。
【００２２】
粉砕手段３０は、回転軸３２と、軸受３４と、連結部４０と、モーター４８と、回転打撃体４９とを主な基本構成としている。
回転軸３２は、縦型円筒状のケーシング２０の中心に配置して、軸芯に沿って回動自在に取り付けられたシャフトである。回転軸３２の中心軸はケーシング２０内で垂直方向に配置されている。回転軸３２の下端は、ケーシング２０内の軸受３４によって軸支されている。軸受３４は、ケーシング２０の下方に支持部材３６を介して支持台１４に固定されている。一方、回転軸３２の上端は、後述する連結部４０の従動輪４２に接続している。
【００２３】
連結部４０は、従動輪４２と、原動輪４４と、エンドレス体４６とを主な基本構成としている。従動輪４２は、回転軸３２の上端に取り付けている。原動輪４４は、後述するモーター４８の回転シャフトに取り付けている。そしてエンドレス体４６は、従動輪４２と原動輪４４にわたって掛け回されている。従動輪４２と原動輪４４は、プーリー、タイミングプーリー、スプロケットホイールのいずれかを用いることができる。エンドレス体４６は、従動輪４２と原動輪４４の双方に対応する動力伝達用ベルト、タイミングベルト、チェーンのいずれかを用いることができる。このような連結部４０の構成によれば、モーター４８の動力を回転軸３２に伝達することができる。
【００２４】
モーター４８は、連結部４０を介して回転軸３２と接続し、回転軸３２を回転させるための動力源となる。モーター４８は、支持台１４上にケーシング２０と併設している。
【００２５】
回転打撃体４９は、一部又は全部が金属製の剛体である。回転打撃体４９は、一例として、ピン（不図示）を介して回転軸３２に取り付けることができる。そして、回転打撃体４９は、回転軸３２の外周に同一平面上であって放射状に取り付けられている。このような回転打撃体４９は回転軸３２に一段又は上下複数段で取付けることができる。本実施形態の回転打撃体４９は、粉砕時における打撃体自身の衝撃を緩和するために、一部又は全部が水平方向に屈伸できるものであることが望ましい。そのため回転打撃体４９は一部又は全部が可撓性を具備したり、屈伸自在に連結したりする構成とすることができる。回転打撃体４９は、例えば、チェーン、短冊形の金属性厚板ないし金属性ブロックからなるインパクト部材を先端に連結したチェーン、フレキシブルワイヤー、先端部から両側部にわたってナイフエッジを有する金属製の細長いブレードなどを用いることができる。そして回転打撃体４９の長さは、回転時にケーシング２０と接触しない長さに設定されている。このような構成の粉砕手段３０は、回転打撃体４９にチェーンを用いた場合、回転前に自重で垂れ下がっていたものが回転軸３２の回転に伴って水平浮揚するようになる。円筒状のケーシング２０内で高速回転する回転打撃体４９により、土砂を粉砕するものである。そして、落下する土砂を回転打撃体４９でヒットすると、土砂に対する剪断作用が大きくなり、効率的に土砂を所定の最大径まで粉砕することができる。
【００２６】
温風供給手段５０は、外部空気を加熱して製造した大量の温風をケーシング２０内へ供給するジェットヒーターである。温風供給手段５０は、温風供給ダクト５２を介してケーシング２０の上部に接続している。第１実施形態の温風供給ダクト５２は、ケーシング２０の上部であって、土砂導入口２２付近に接続させている。また温風供給手段５０で製造される温風の温度は、処理する土砂の含水比に応じて任意に設定することができる。なお、温風供給手段は、ケーシングの下部に温風供給ダクトを形成して、ケーシングの上部に排気ダクトを形成して、ケーシングの下部から上部へ向けて温風を供給するように構成してもよい。また、温風供給手段は、ケーシング上部の温風供給ダクト側に加熱コイルなどの発熱体を取り付けて、ケーシング下部の排気ダクト側に吸引ファンを設けて、ケーシング内の空気を吸引する構成としてもよい。このような構成により、温風供給ダクトからケーシング内へ導入される外気は、発熱体で加温されて温風とすることができる。
【００２７】
搬送手段６０は、土砂１２を搬送するベルトコンベアである。具体的な第１実施形態の搬送手段６０は、土砂搬入コンベア６２と、土砂排出コンベア６４とから構成されている。土砂搬入コンベア６２の終端は、ケーシング２０上部の土砂導入口２２から土砂１２をケーシング２０の内部へ供給可能な位置に取り付けている。土砂排出コンベア６４の始端は、ケーシング２０下部の土砂排出口２４から土砂１２を外部へ排出可能な位置に取り付けている。搬送手段６０の搬送速度は任意に設定することができる。このような構成の搬送手段６０により、土砂１２は、ケーシング２０へ連続導入されて、ケーシング２０内を落下して通過した後、外部へ連続排出されている。なお、搬送手段６０は、土砂を搬送する構成であればよく、この他にもスクリューコンベア等を用いることができる。
【００２８】
上記構成による第１実施形態の土砂の含水比低下装置１０は、以下のように作用する。土砂搬入コンベア６２により連続搬送された土砂１２は、土砂導入口２２からケーシング２０内部へと導入される。ケーシング２０内部では、連結部４０を介して動力源となるモーター４８と接続した回転軸３２が回転している。そして、回転軸３２の外周に取り付けられた複数の回転打撃体４９は、回転前に自重で垂れ下がっていたものが回転軸３２の回転に伴って水平浮揚するようになる。また温風供給手段５０によって加温された外部空気が温風として、温風供給ダクト５２を介してケーシング２０の内部へ供給される。そして、ケーシング２０内部では、土砂導入口２２から導入された土砂１２が落下しながら回転打撃体４９と接触して粉砕される。この粉砕と同時に土砂はケーシング２０内を流れる温風によって水分が乾燥除去される。含水比が低下した土砂は、ケーシング２０の下部の土砂排出口２４から土砂排出コンベア６４上へ落下して、外部へ連続排出される。また、ケーシング内を通過した温風は、排気ダクト５４から外部へ排気される。本実施形態の土砂の含水比低下装置１０は、ケーシング内を落下する土砂を細粒化しながら大量の温風で水分除去を短時間で処理することができる。また、このような土砂の含水比低下処理を連続的に行うことができる。
【００２９】
ここで、回転打撃体４９の回転数と土砂１２の最大径の関係について、以下説明する。回転打撃体４９の回転数が増加するにつれて、土砂は細粒化する傾向にある。これは回転打撃体４９と土砂の接触回数が増加して細粒化が進行するためである。一例として、最大径が２６．５ｍｍの土砂原料を回転打撃体４９で粉砕すると、回転数が５００ｒｐｍのとき、粉砕処理後の土砂の最大径は２６．５ｍｍであり、回転数が７５０ｒｐｍのとき、粉砕処理後の土砂の最大径は９．５ｍｍであり、回転数が９００ｒｐｍのとき、粉砕処理後の土砂の最大径は４．７５ｍｍであった。この結果、回転数が５００ｒｐｍのときには、土砂の最大径が処理前と同じ数値を示しており、細粒化がほとんど進行していない。しかし、回転数が７５０ｒｐｍ以上では、土砂の細粒化が進行している。
【００３０】
図２は、含水比低下量と回転数の関係を示すグラフであり、（ａ）は土砂を示し、（ｂ）は初期含水比が８％の砂を示している。いずれのグラフも縦軸は、含水比低下量（％）を示し、横軸は粉砕手段の回転数（ｒｐｍ）を示している。（ｂ）に示すように、初期含水比が８％の砂を回転数が５００ｒｐｍ、７５０ｒｐｍ、９００ｒｐｍで粉砕したときの含水比低下量は、６．０％、６．７％、６．２％であり、いずれの場合も殆ど水分がなくなっている。これは、砂の性質上、土塊ができ難く、もともと土中の含水比が低いからである。一方、（ａ）に示すように、土塊ができ易い土砂の場合、回転打撃体の回転数が５００ｒｐｍのとき、含水比低下量は０％で、殆ど変化していない。また回転数が７５０ｒｐｍのとき、含水比低下量は１６．２％となり、さらに回転数が９００ｒｐｍのとき、含水比低下量は２８．４％となり、土砂の含水比が大幅に低下している。このように回転数が７５０ｒｐｍ以上では、土砂の含水比が数十％以上低下している。また土塊ができ易い土砂は、回転数が増加するほど含水比が低下する傾向にある。従って、土塊を回転打撃体で細粒化しつつ、温風を通過させることで含水比の低下を、従来の含水比低下手段に比べて、大幅に促進できることが分かる。また土砂の土塊の径を１０ｍｍよりも小さく砂よりも大きい径となるまで粉砕手段で粉砕すれば、土砂の含水比を大幅に低下させることができる。
【００３１】
このような第１実施形態の土砂の含水比低下装置によれば、ケーシング中を落下する土砂の土塊を回転打撃体で破砕、撹拌して細粒化しながら、大量の温風と接触させることにより、土砂の含水比を短時間かつ省スペースで低減することができる。また装置は搬送ラインから容易に着脱可能な構成であり、現場への持ち運びが可能であり、現地での作業性が良くなる。
【００３２】
図３は第２実施形態の土砂の含水比低下装置のケーシングの説明図であり、（ａ）は側面の概略断面図、（ｂ）は平面の概略断面図である。第２実施形態の土砂の含水比低下装置１０Ａは、ケーシング２０の内壁に土砂の掻き取り手段７０を取り付けている。その他の構成は第１実施形態の土砂の含水比低下装置１０と同一の構成であり、同一符号を付して詳細な説明を省略する。掻き取り手段７０は、ケーシング２０の内壁に沿って摺動可能な長尺のブレードである。掻き取り手段７０は、ケーシング２０の内壁に沿って摺動できるような可撓性を備えていることが望ましく、少なくともケーシング２０と接触する箇所の材質にゴム樹脂、プラスチック樹脂などの弾性体を用いることが望ましい。第２実施形態の掻き取り手段７０は、回転軸３２を中心として、回転軸３２を通る直線上に２つ形成している。また掻き取り手段７０の下端は連結部材７２によって互いに連結している。掻き取り手段７０は図示しない駆動源によって、回転軸３２を中心として回転自在に構成している。このような構成の第２実施形態の土砂の含水比低下装置１０Ａは、土砂をケーシング２０内で微細化しながら、大量の温風と接触させることにより、土砂の含水比を低下させることができる。そして、ケーシング２０の内壁を摺動する掻き取り手段７０によって、粉砕手段で細粒化した際に内壁に付着した土砂を掻き落とすことができる。従って、含水比が低下した土砂の回収率が上がり、効率的に含水比低下処理を行うことができる。
【００３３】
図４は第３実施形態の土砂の含水比低下装置の構成概略図である。第３実施形態の土砂の含水比低下装置１０Ｂは、ケーシング２０に断熱層８０を形成した構成である。その他の構成は第１実施形態の土砂の含水比低下装置１０と同様の構成であり、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３４】
断熱層８０は、一例としてレンガブロックを用いて、ケーシング２０の周りを囲って形成している。この他にも断熱層８０としては、ウール樹脂、発砲樹脂などの断熱効果を有する素材を用いて、ケーシングの周りを囲って形成することができる。断熱層８０は、ケーシング２０内に供給された温風の放熱を軽減するものである。
【００３５】
また断熱層８０は、温風供給手段５０及び温風供給ダクト５２を囲むように形成することもできる。このような構成により、熱エネルギーがケーシング外部へ放出されることを抑制することができる。
【００３６】
このような第３実施形態の土砂の含水比低下装置１０Ｂは、土砂をケーシング２０内で微細化しながら、大量の温風と接触させることにより、土砂の含水比を低下させることができる。そして、ケーシング２０内の温風の放熱を軽減できるため、土砂の含水比を効率的に低下させることができる。なお、第２実施形態の掻き取り手段７０を付加したケーシング２０に本実施形態の断熱層８０を適用する構成とすることもできる。
【００３７】
図５は第４実施形態の土砂の含水比低下装置の構成概略図である。第４実施形態の土砂の含水比低下装置１０Ｃは、添加材供給手段９０を備えている。その他の構成は第１実施形態の土砂の含水比低下装置１０と同様の構成であり、同一符号を付して、詳細な説明を省略する。
【００３８】
添加材供給手段９０は、土砂導入口２２の上部に取り付け、ケーシング２０内部へ添加材を供給可能に構成している。添加材供給手段９０は、具体的に添加材として、生石灰、消石灰、セメント系固化材、石灰系固化材、高分子系安定剤、土質安定用ポリマなどを用いることができる。このような構成の第４実施形態の土砂の含水比低下装置１０Ｃは、土砂をケーシング２０内で微細化しながら、大量の温風と接触させることにより、土砂の含水比を低下させることができる。また、ケーシング２０内部へ添加材を供給して混合することによって土砂の水分を低下させることもできる。従来、添加材の供給だけで土砂の含水比を低下させていた構成に比べて、本発明では、温風で含水比を大幅に低下させることができるため、添加材の供給量を低減できる。よって、土砂の含水比低下を低コストで行うことができる。なお、第２〜３実施形態の土砂の含水比低下装置に本実施形態の添加材供給手段９０を適用する構成とすることもできる。
【符号の説明】
【００３９】
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ………土砂の含水比低下装置、１２………土砂、１４………支持台、２０………ケーシング、２２………土砂導入口、２４………土砂排出口、３０………粉砕手段、３２………回転軸、３４………軸受、３６………支持部材、４０………連結部、４２………従動輪、４４………原動輪、４６………エンドレス体、４８………モーター、４９………回転打撃体、５０………温風供給手段、５２………温風供給ダクト、５４………排気ダクト、６０………搬送手段、６２………土砂搬入コンベア、６４………土砂排出コンベア、７０………掻き取り手段、７２………連結部材、８０………断熱層、９０………添加材供給手段。
【図２】
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【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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