(57)【要約】【課題】六価クロムの溶出を抑えつつ、従来に比べてより低アルカリでありながら、リサイクル成分の配合を多くできる土壌固化材を提供する。【解決手段】本発明の土壌固化材は、高炉セメント、ペーパースラッジ灰、廃石膏（廃棄石膏ボードから採取）、及び、硫酸第一鉄、を含有する。また、高炉セメントを５０質量部とした場合に、ペーパースラッジ灰は２５〜３５質量部、廃石膏は１５〜３０質量部、硫酸第一鉄は１〜２質量部、とすることができる。加えて、軽焼マグネシアを含有できる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉セメント、ペーパースラッジ灰、廃石膏、及び、硫酸第一鉄、を含有することを特徴とする土壌固化材。
【請求項２】
前記高炉セメントを５０質量部とした場合に、前記ペーパースラッジ灰が２５〜３５質量部、前記廃石膏が１５〜３０質量部、前記硫酸第一鉄が１〜２質量部である請求項１に記載の土壌固化材。
【請求項３】
更に、軽焼マグネシアを含有する請求項１又は２に記載の土壌固化材。
【請求項４】
前記高炉セメントは、Ｂ種の高炉セメントである請求項１乃至３のうちのいずれかに記載の土壌固化材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土壌固化材に関し、更に詳しくは、廃石膏を利用した土壌固化材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、廃棄物をリサイクル利用する試みが各分野において進められており、土壌改良の分野においては、建築解体等に伴い排出される石膏ボードから採取される廃石膏と、製紙工場等から排出されるペーパースラッジの焼却灰であるペーパースラッジ灰と、をセメント系土壌改良材に配合する技術が注目されている。これら２種が配合されたセメント系土壌改良材では、セメントの水和反応の際に、廃石膏とペーパースラッジ灰とが作用してエトリンガイトが形成される。エトリンガイトが形成されることで、土壌中の水分がその水和水として取り込まれて土壌の水分量を低下させるとともに、土壌を固化できる。この廃石膏とペーパースラッジ灰とを併用したセメント系土壌改良材としては、下記特許文献１及び特許文献２が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１８５２２０号公報
【特許文献２】特開２００５−３４４０３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１及び上記特許文献２のいずれの技術も、ポルトランドセメントをセメント成分として用いるものであって、六価クロムの溶出量を十分に小さく保ったまま、廃石膏を１０質量％を超えて配合することが困難であるという問題がある。また、ポルトランドセメントの配合が多いために、強アルカリ性に傾きがちであり、より低いｐＨでありながら、六価クロムの溶出を抑えることができ、廃石膏及びペーパースラッジ灰等のリサイクル成分の配合割合をより大きくした、環境特性に優れた土壌固化材が求められている。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、六価クロムの溶出を抑えつつ、従来に比べてより低アルカリでありながら、リサイクル成分の配合を多くできる土壌固化材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】
【０００５】
上記問題を解決するために、請求項１に記載の土壌固化材は、高炉セメント、ペーパースラッジ灰、廃石膏、及び、硫酸第一鉄、を含有することを要旨とする。
請求項２に記載の土壌固化材は、請求項１において、前記高炉セメントを５０質量部とした場合に、前記ペーパースラッジ灰が２５〜３５質量部、前記廃石膏が１５〜３０質量部、前記硫酸第一鉄が１〜２質量部であることを要旨とする。
請求項３に記載の土壌固化材は、請求項１又は２において、更に、軽焼マグネシアを含有することを要旨とする。
請求項４に記載の土壌固化材は、請求項１乃至３のうちのいずれかに、前記高炉セメントが、Ｂ種の高炉セメントであることを要旨とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の土壌固化材によれば、高炉スラグ、ペーパースラッジ灰及び廃石膏という３種もの廃棄物を有効に活用することができ、リサイクル成分の配合割合の高い土壌固化材とすることができる。更に、六価クロムの溶出を抑えつつ、従来に比べてより低アルカリとすることができる。即ち、対環境特性に優れた土壌固化材とすることができる。
高炉セメントを５０質量部とした場合に、ペーパースラッジ灰が２５〜３５質量部、廃石膏が１５〜３０質量部、硫酸第一鉄が１〜２質量部である場合には、特にペーパースラッジ灰及び廃石膏の配合割合が高く、リサイクル成分の割合が大きい土壌固化材とすることができる。即ち、優れた対環境性能を得ることができる。
更に、軽焼マグネシアを含有する場合には、六価クロムの溶出を抑えつつ、更に、ペーパースラッジ灰にフッ素が含有される場合であっても、そのフッ素の溶出を抑制することができる。
高炉セメントがＢ種の高炉セメントである場合には、ペーパースラッジ灰及び廃石膏の配合割合を高くできるとともに、高炉スラグ量の多い高炉セメントを利用することとなり、更にリサイクル成分の割合が大きい土壌固化材とすることができる。即ち、優れた対環境性能を有する土壌固化材とすることができる。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の土壌固化材は、（１）高炉セメント、（２）ペーパースラッジ灰、（３）廃石膏、及び、（４）硫酸第一鉄、を含有することを特徴とする。
【０００８】
上記「（１）高炉セメント」は、高炉スラグが配合されたセメントである。この高炉セメントは、高炉スラグによる潜在水硬性が発現され、ポルトランドセメントに比べて、強度特性、化学的耐久性及び水密性に優れた硬化組織（土壌中の土粒子が団粒化を促進する組織）を得ることができる。本発明に用いる高炉セメントの種類は特に限定されず、高炉セメント全体を１００質量％とした場合に、高炉スラグの配合割合は５〜７０質量％とすることができるが、なかでも、３０〜７０質量％であることが好ましく、４０〜７０質量％であることがより好ましい。高炉スラグの割合が３０質量％以上（更には４０質量％以上）であることによってアルカリシリカ反応が抑制されて特に耐久性に優れた硬化組織を得ることができる。この高炉セメントとしては、具体的には、Ｂ種の高炉セメント（高炉スラグ３０〜６０質量％）又はＣ種（高炉スラグ６０〜７０質量％）の高炉セメントであることが好ましく、なかでも、Ｂ種の高炉セメントがより好ましい。
【０００９】
上記「（２）ペーパースラッジ灰」は、ペーパースラッジの焼却灰である。ペーパースラッジは、製紙過程における主として古紙再生を行う際に発生した汚泥であり、短繊維、顔料及びタルク等が含まれる。このペーパースラッジを焼却した残渣がペーパースラッジ灰である。ペーパースラッジ灰は、ケイ素系成分（特にＳｉＯ２）、アルミニウム系成分（特にＡｌ２Ｏ３）、カルシウム系成分（特にＣａＯ）を多く含む。そして、ペーパースラッジ灰は、後述の廃石膏とともに水和反応によって、結晶水量が多いエトリンガイト（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・３ＣａＳＯ４・３２Ｈ２Ｏ）を形成できる。このため、水分量の多い土中においても土粒子の団粒化を促進しつつ、土中の水分をエトリンガイトの結晶水として取り込み、土中水分量を低下させて、土壌を高強度化することができる。
【００１０】
本発明で用いるペーパースラッジ灰は、どのようなペーパースラッジ灰であってよいが、ペーパースラッジ灰にはフッ素が溶出されるものと、フッ素の溶出が実質的に無いものとがある。このうち、フッ素を溶出する性質を有するペーパースラッジ灰を用いる場合には、「（５）軽焼マグネシア」を本発明の土壌固化材に配合することが好ましい。
【００１１】
この軽焼マグネシアは、炭酸マグネシウム系鉱物や水酸化マグネシウム等を仮焼（例えば、６００〜９００℃で加熱）して得られる成分であり、酸化マグネシウムを含む（通常、４０〜８５質量％、１００質量％であってもよい）。軽焼マグネシアを配合することで、これを配合しない場合に比べて六価クロムの溶出をより高度に抑制するとともに、フッ素の溶出を同時に抑制できる。更に、軽焼マグネシアを配合した場合には、軽焼マグネシア自体も硬化特性を発現できる。即ち、水和反応によって炭酸マグネシウムへと変化するとともにポラゾン反応等によって土壌成分と硬化組織を形成できる。尚、本発明で用いる軽焼マグネシアは、それ自体が廃棄物であってよい。例えば、排煙脱硫に利用された廃軽焼マグネシア等を用いることができる。
【００１２】
また、軽焼マグネシアに換えて、ドロマイト又はその加工品（軽焼ドロマイト、ドロマイトクリカーなど）を用いることもできる。軽焼ドロマイトは、ドロマイトを仮焼（例えば、１５００〜１８００℃）して得られる成分であり、また、ドロマイトクリンカーもドロマイトを仮焼（例えば、１３００〜１４５０℃）して得られる成分であり、酸化マグネシウムを含む。軽焼ドロマイトも軽焼マグネシアと同様に作用させることができ、六価クロムの溶出をより高度に抑制するとともに、フッ素の溶出を同時に抑制できる。更に、ポラゾン反応等を伴って硬化特性を発現させることができる。また、本発明でドロマイト又はその加工品を用いる場合は、それ自体が廃棄物であってよい。
【００１３】
上記「（３）廃石膏」は、石膏製品の廃棄物から採取された石膏（硫酸カルシウム・二水和物）や、その石膏の焼成物（硫酸カルシウム・半水和物）である。具体的には、廃石膏ボードから採取された石膏、各種石膏製品及びその製造過程で生じる廃棄された石膏、更には、これらの石膏の焼成物等が挙げられる。これらは１種のみを用いてもよく２種以上を併用してもよい。本発明の土壌固化材では、石膏の配合割合を従来に比べて高くすることができるために、高炉セメントによる収縮挙動を抑制することができる。
【００１４】
上記「（４）硫酸第一鉄」は、アルカリ環境下においても還元剤として機能され、クロムイオンが六価へ酸化されることを抑制して三価クロムとして安定化させることができる。本発明の土壌固化材においては、セメント成分を、セメント成分よりもアルカリ度の低い各リサイクル成分（高炉スラグ、ペーパースラッジ灰及び廃石膏）を利用することで、セメント成分の割合を抑え、本来的に含有されるクロム量を低減するとともに、アルカリ度を低く抑えることができる。これによって、硫酸第一鉄による還元作用を十分に発揮させることができ、六価クロムの溶出を著しく低く抑制できる。また、上記の通り、アルカリ度を低く抑えることができるために、本土壌固化材を用いて得られる改良土壌はｐＨの回復が早く（ｐＨ５．５〜８．５の中性域にまで回復する間での期間が短い）、得られた改良土壌において早期に植生回復を行うことができる。
【００１５】
本発明に用いる硫酸第一鉄は、どのような水和状態のものであってよい。即ち、無水和物（ＦｅＳＯ４）、一水和物（ＦｅＳＯ４・Ｈ２Ｏ）、四水和物（ＦｅＳＯ４・Ｈ２Ｏ）、五水和物（ＦｅＳＯ４・５Ｈ２Ｏ）、七水和物（ＦｅＳＯ４・７Ｈ２Ｏ）のいずれをも用いることができ、これらは１種のみを用いてもよく２種以上を併用してもよい。更に、本発明に用いる硫酸第一鉄は、高純度な硫酸第一鉄を用いてもよいが、いわゆる工業用の硫酸第一鉄（以下、単に「工業硫酸鉄」という）を用いてもよい。工業硫酸鉄とは製鉄過程等で排出される酸洗排水から回収される硫酸第一鉄を含む成分などである。尚、工業硫酸鉄を用いる場合、硫酸第一鉄の含有量は特に限定されないが、通常、４５〜９５質量％である。
【００１６】
本発明において、（１）高炉セメント、（２）ペーパースラッジ灰、（３）廃石膏、及び、（４）硫酸第一鉄の含有割合は特に限定されないが、通常、本発明の土壌固化材全体を１００質量％とした場合に、（１）高炉セメント、（２）ペーパースラッジ灰、（３）廃石膏、及び（４）硫酸第一鉄を合計で９０〜１００質量％含有するものである。
【００１７】
更に、本発明において、（１）高炉セメント、（２）ペーパースラッジ灰、（３）廃石膏、及び、（４）硫酸第一鉄の配合割合は、特に限定されないが、（１）高炉セメントを５０質量部とした場合に、（２）ペーパースラッジ灰が２５〜３５質量部、（３）廃石膏が１５〜３０質量部、（４）硫酸第一鉄（純度１００％のＦｅＳＯ４として換算した場合に）が１〜２質量部であることが好ましい。この配合量は、更に、（１）高炉セメントを５０質量部とした場合に、（２）ペーパースラッジ灰が２７〜３２質量部、（３）廃石膏が１７〜２１質量部、（４）硫酸第一鉄（純度１００％のＦｅＳＯ４として換算した場合に）が１〜１．５質量部であることがより好ましい。
更に、前述のように（５）軽焼マグネシアが含有される場合、（１）高炉セメントを５０質量部とした場合に（５）軽焼マグネシア（純度１００％のＭｇＯとして換算した場合に）が０．１〜１．５質量部であることが好ましく、０．２〜１．２質量部であることがより好ましく、０．３〜０．７質量部であることがより好ましい。
【実施例】
【００１８】
以下、この発明を実施例を用いて具体的に説明する。
［１］土壌固化材の調製
〈実施例１〉
（１）高炉セメント５０質量部、（２）ペーパースラッジ灰（フッ素の溶出がない）３０質量部、（３）廃石膏１９質量部、（４）硫酸第一鉄（純度１００％のＦｅＳＯ４として換算した場合に）１．２質量部となるように、各成分を秤量のうえ混合を行い、実施例１の土壌固化材を得た。
【００１９】
〈実施例２〉
（２）高炉セメント５０質量部、（２）ペーパースラッジ灰（フッ素の溶出がある）３０質量部、（３）廃石膏１９質量部、（４）硫酸第一鉄（純度１００％のＦｅＳＯ４として換算した場合に）１．２質量部、（５）軽焼マグネシア（宇部興産株式会社製、品名「マグガードＳ」）１質量部となるように、各成分を秤量のうえ混合を行い、実施例２の土壌固化材を得た。
【００２０】
［２］一軸圧縮試験
（１）一軸圧縮試験（実施例１の土壌固化材を使用）
補強土壌（含水比１７．０８％、湿潤密度２．１３４ｇ／ｍ３の粘土）に対して、上記［１］で得られた実施例１の土壌固化材を５０ｋｇ／ｍ３の割合、８０ｋｇ／ｍ３の割合、１１０ｋｇ／ｍ３の割合、で混合（ソイルミキサーで十分に撹拌混合し、直径５ｃｍモールドにて１２回３層突き固め）した３種の試験体を各々３体成形して、７日間養生したうえで、ＪＩＳ  Ａ１２１６に準拠して一軸圧縮試験に供した。その結果、各配合による試験体の平均一軸圧縮強度は、５０ｋｇ／ｍ３配合において１４９ｋＮ／ｍ２、８０ｋｇ／ｍ３配合において４１３ｋＮ／ｍ２、１１０ｋｇ／ｍ３配合において１２４４ｋＮ／ｍ２であり、優れた補強効果を示した。
【００２１】
［３］六価クロム溶出量の評価
（１）六価クロム溶出量（実施例１の土壌固化材を使用）
上記［１］で得られた実施例１の土壌固化材について、平成３年環境庁告示第４６号「土壌の汚染に係る環境基準について」に定められた試験方法｛規格６５．２．１に定める方法（ＪＩＳ  Ｋ０１０２のジフェニルカルバジド吸光光度法）｝に基づいた六価クロムの溶出量を測定したところ、０．０１ｍｇ／Ｌ未満であった。更に、前記［２］の一軸圧縮試験に供した試験体について同様の測定を行ったところ、０．０１ｍｇ／Ｌ未満であった。
【００２２】
（２）六価クロム溶出量（実施例２の土壌固化材を使用）
上記［１］で得られた実施例２の土壌固化材について、平成３年環境庁告示第４６号「土壌の汚染に係る環境基準について」に定められた試験方法｛規格６５．２．１に定める方法（ＪＩＳ  Ｋ０１０２のジフェニルカルバジド吸光光度法）｝に基づいた六価クロムの溶出量を測定したところ、０．０１ｍｇ／Ｌ未満であった。
【００２３】
（３）六価クロム溶出量（比較例の土壌固化材を使用）
比較例の土壌固化材として、住友大阪セメント株式会社製の土壌固化材、品名「タフロック３Ｅ型（ＴＬ−３Ｅ）」について、平成３年環境庁告示第４６号「土壌の汚染に係る環境基準について」に定められた試験方法｛規格６５．２．１に定める方法（ＪＩＳ  Ｋ０１０２のジフェニルカルバジド吸光光度法）｝に基づいた六価クロムの溶出量を測定したところ、０．５５ｍｇ／Ｌであった。
【００２４】
［４］フッ素溶出量の評価
フッ素溶出量（実施例２の土壌固化材を使用）
上記［１］で得られた実施例２の土壌固化材（フッ素の溶出があるペーパースラッジ灰を用いた例）について、平成３年環境庁告示第４６号「土壌の汚染に係る環境基準について」に定められた試験方法｛規格３４．１に定める方法（ランタン−アリザリンコンプレキソン吸光光度法）｝に基づいた六価クロムの含有量を測定したところ、０．３８ｍｇ／Ｌ（試料１；０．５３ｍｇ／Ｌ、試料２；０．４３ｍｇ／Ｌ、試料３；０．１７ｍｇ／Ｌの平均値）であった。この結果は、土壌環境基準である０．８ｍｇ／Ｌを十分に下回る値である。
【００２５】
［５］ｐＨ測定試験
（１）実施例１の土壌固化材を用いた改良土のｐＨの経時測定
上記［１］で得られた実施例１の土壌固化材について、補強土壌（含水比１７．０８％、湿潤密度２．１３４ｇ／ｍ３の粘土）に対して、上記［１］で得られた実施例１の土壌固化材を３５ｋｇ／ｍ３を混合した改良土を調製した。この改良土を、容積１０００ｍＬであって底部に約５ｍｍ径の貫通孔が２２ヶ所略均等に穿孔されたプラスチック容器に投入し、２ヶ月間野外放置した。そして、下記の各期間におけるｐＨを測定平成３年環境庁告示第４６号「土壌の汚染に係る環境基準について」に定められた試験方法（規格１２．１に定める方法）した。その結果、初日ｐＨが１０．０（気温２５．０℃）、１週間後ｐＨが９．６（気温２３．６℃）、１ヶ月後ｐＨが８．８（気温２６．０℃）、２ヶ月後ｐＨが７．７（気温２４．８℃）であった。即ち、凡そ１ヶ月で中性域となる程にまでｐＨが低下し、極めてｐＨ低下が早いことが分かった。尚、このｐＨ測定の間、１週間目の測定までに０日の雨、１ヶ月目の測定までに０日の雨、２ヶ月目の測定までに１日の雨が、各々観察された。尚、上記雨日の日数については、日本気象協会の実測データに基づくが、実際には天候が不安定な日もあり、上記データ上では曇と記録された日においても降雨を観測した日もあった。