(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．２重量％水分散液の曳糸性指数が１．０〜３．０秒の高分子重合体よりなる含水掘削土の固化剤であって、該高分子共重合体はアクリル酸もしくはその塩とアクリルアミドを、架橋性モノマーと連鎖移動剤の存在下に重合して得られるものである固化剤。
【請求項２】
架橋性モノマーの量がアクリル酸もしくはその塩とアクリルアミドに対して重量比で１ｐｐｍ〜１００ｐｐｍである請求項１の固化剤。
【請求項３】
重合体は油中水型逆相エマルションである請求項１の固化剤。
【請求項４】
含水掘削土に請求項１から３のいずれかの固化剤を添加して流動性を失わせることを特徴とする含水掘削土の処理方法。
【請求項５】
さらに、生石灰、石膏またはセメントを添加することを特徴とする請求項４の処理方法。
【請求項６】
請求項４または５の処理工法により改良した改良土を再利用に適するように粉砕、分級処理する工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は含水掘削土の固化剤及び処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地下のトンネル工事現場、石油井、ガス井、地熱井、その他の土木工事で発生する掘削土砂は含水掘削土の場合が多い。含水掘削土とは、土木、トンネル工事等において排出される高含水比の排土であり、含水比２０〜２００重量％、特に含水比３０〜１２０重量％にのぼる。これらの含水掘削土の場合、そのまま搬出するには水がたれたり、流動化してこぼれたりする問題がある。特に、ベルトコンベアやダンプトラック等による搬出作業を困難なものにしている。
【０００３】
このため従来から固化処理させる材料や方法が検討されている。例えばこれらの含水掘削土に、（１）（メタ）アクリルアミド（共）重合体および石コウからなる固化剤を添加する方法（特公平３ー２４７８）、（２）分子量１００万以上で粒径１００μｍ以下の微粒子分散液であるアクリル系水溶性高分子を添加する方法（特公平６ー９１９９８）、などの短時間で搬送可能な程度にまでに含水掘削土を団粒状に処理する方法が提案されている。また、（３）アルカリ金属の炭酸塩などと水溶性ポリアクリル酸塩、必要に応じて粘土等を添加して処理物のべたつき生じないようにする方法（特開平６ー２７７６９８）が提案されている。
【０００４】
しかしながら、（１）の技術においてはアクリル系高分子凝集剤のような高分子量の重合体を粉末の状態で含水掘削土に添加するのでママコ状となって均一に分散することができない。（２）の技術においては水溶性高分子を微粒子の分散液として添加するので含水掘削土中に容易に混合できるものの、含水掘削土が次第に流動性を失って団粒状態にまで処理が進むと粘りが生じ、混練り装置内の攪拌羽根に付着して取り出し作業が困難となる。また、混練した処理土は滑りやすく、搬出途中のベルトコンベア上やダンプトラック内に付着すると作業時に滑って危険である。（３）の技術においては、塩類によって高分子の親水性が低下し、さらに粘土類を併用した場合には付着性が低下するが、含水掘削土の処理効果が低下してコスト高となる上に、粘土類を添加すると排出土量を増加させることになる、などの問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記のような問題がないこと、就中処理土の粘り、付着牲および滑り易さが改良され、機器への付着が少なく作業性に優れた含水掘削土の固化剤および処理工法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らはこれらの点を考慮して鋭意研究した結果、処理土の粘り、付着牲および滑り易さは高分子重合体の曳糸性に大きく依存することを見出し本発明を完成した。
即ち、本発明は以下に定義する曳糸性指数が１．０〜３．０秒の高分子重合体よりなる含水掘削土の固化剤および該固化剤を含水掘削土に添加して流動性を失わせることを特徴とする含水掘削土の処理方法である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
本発明の固化剤は特定の曳糸性指数を持つ高分子重合体よりなる。曳糸性とは高分子重合体を水分散液としたときの糸曵きの程度を表す指数である。具体的には高分子重合体を純分で０．２０重量％の水分散液とし、その中に直径１８．８５ｍｍ、長さ６５．１５ｍｍのステンレス製円柱を深さ５５ｍｍに浸し、速度５．２８ｃｍ／ｓｅｃで垂直上方に引き上げたときの高分子重合体分散液が円柱から垂れている時間で表す。本発明者はこの曳糸性指数が含水掘削土を高分子重合体で処理したときの処理土の粘り、付着牲および滑り易さと相関することを初めて見出したのである。
【０００８】
曳糸性指数は１．０〜３．０秒、好ましくは１．５〜２．５秒である。１．０秒未満では凝集固化が不十分である。３．０秒を越えると処理土の付着性を十分に改善することができない。
上記のような曳糸性指数を有する重合体としては一部水不溶性の重合体を挙げることができる。
このような重合体は、例えば水溶性ビニルモノマーと少量の架橋牲モノマーを共重合することによって得られる。
【０００９】
水溶性ビニルモノマーとしては、（ａ）アニオン性、（ｂ）ノニオン性でいずれも水溶性のものが用いられる。その具体例は次のとうりである。
（ａ）アニオン性モノマー
（メタ）アクリル酸、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸、ビニルスルホン酸、スチレンスルホン酸、イタコン酸、マレイン酸、フマール酸、アリールスルホン酸およびこれらの塩。
（ｂ）ノニオン性モノマー
（メタ）アクリルアミド、ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、Ｎ−ビニルピロリドン、ヒドロキシエチルメタクリレート等。
【００１０】
架橋性モノマーの具体例としては、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスメタアクリルアミド、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、プロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、グリセリントリ（メタ）アクリレート、ジアリルフタレート、ジアリルマレート、トリアリルイソシアヌレート、トリアリルフォスフェート、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、脂肪族アルコールのジまたはポリグリシジルエーテル、Ｎ−メチロールアクリルアミド、グリシジルメタアクリレート等の化合物が例示できる。
【００１１】
本発明の重合体は、例えば上記例示の水溶性ビニルモノマーの１種または２種以上と架橋性モノマーとを重合原料とし、公知のラジカル重合法、例えば熱重合、触媒重合、紫外線重合、放射線重合等により得ることができる。
これらの重合体の重合形態は、水溶液重合、懸濁重合、油中水型逆相エマルション重合などがあるが、好ましくは油中水型逆相エマルション重合法により調製するものである。これらの製法は例えば特公昭５２ー３９４１７号公報において紹介されていて既知のものである。
【００１２】
架橋性モノマーの使用量は、水溶性ビニルモノマー全量に対して好ましくは１〜１００ｐｐｍ（重量比）、更に好ましくは、５〜３０ｐｐｍ（重量比）の割合である。架橋性モノマーが１ｐｐｍ未満では完全な水溶性高分子と同等程度の強い曳糸性となり、処理土の付着牲が大きくなる。また、１００ｐｐｍを超えると曳糸性が小さくなり、水膨潤性の重合体となって固化処理の効果が低下して添加量が多くなり、また、含水掘削土中に含まれるアルカリ性塩類の影響で処理効果が著しく低下する場合がある。
【００１３】
架橋あるいは鎖分岐の程度は、例えば特開平２−２１９８８７号公報で開示されているように、架橋性モノマーと連鎖移動剤を組み合わせて重合させることによってコントロールすることもできる。連鎖移動剤は架橋剤と組み合わせると架橋よりも分岐を促進する傾向にある。従って、これらのことを勘案して、最終的に重合体の曳糸性指数が目的の範囲に入るように、連鎖移動剤を適当量使用する必要がある。連鎖移動剤としては、例えばｔ−ドデシルメルカプタン、イソプロピルアルコール、α−メチルスチレンダイマー等が挙げられる。
【００１４】
重合体中に含まれる水溶性モノマーはアニオン性モノマーの割合が、５モル％以上であることが好ましい。５モル％未満であると、含水掘削土に対する凝集力が低下し、固化処理効果を発揮するのに必要な添加量が多くなる。アニオン牲モノマーは、原料モノマーとして重合してよいことはもちろんであるが、例えば（メタ）アクリルアミドの単独と、架橋性モノマーとを共重合で重合させた後、加水分解により、アニオン牲モノマー単位を一部重合体に導入することもできる。
【００１５】
これらの重合体の重合度は一部架橋構造、あるいは一部分岐構造であるため定かではないが、一般の水溶性重合体をわずかに架橋あるいは分岐させた重合体と考えればよい。
また、本発明の重合体は予め重合した水溶性高分子を後架橋によりわずかに架橋することによっても得られる。
【００１６】
本発明の対象となる含水掘削土とは、地下のトンネル工事現場、石油井、ガス井、地熱井、その他の土木工事で発生する高含水率の掘削土砂であり、含水比は通常２０〜２００重量％、特に含水比３０〜１２０重量％にのぼる。
【００１７】
本発明の固化剤を用いて掘削土を処理する方法としては、例えば掘削土に固化剤を添加し連続ミキサー、強制攪拌ミキサー、パワーシャベル、スクリューコンベアー等の土木機械を用いて混練すればよい。このような方法により、掘削土は容易に流動性を失い団粒状に固化する。固化剤の添加量に特に制限はないが、通常含水掘削土の重量に対して固化剤の純分として０．０２〜２重量％である。また、掘削土を埋め戻し等に再利用を図るときにその目的に応じた強度にするため等の目的で、さらに生石灰、石膏またはセメントを添加してもよい。
【００１８】
本発明により処理した処理土は粘りが少なく、機械等に対して付着することが少ない。また、従来のものに比べて滑り易くない。従って、作業性が格段に優れる。
さらに、本発明の処理土は粉砕し、所望の粒度に分級して再利用することが可能である。
【００１９】
本発明の固化剤が効果を発揮するメカニズムについては明確ではないが、次のように考えられる。
重合体は含水掘削土中の土粒子の表面に吸着被覆し、含水掘削土全体を含水状態のままで凝集状態にし、全体が流動性を失い、さらに混練を続けると次第に団粒化して、搬出作業に適した処理土にすることができる。このとき、固化処理効果を短時間で発現させるために、水溶性重合体の添加量は土粒子量に対して過剰に添加して使用するため、余剰の重合体が団粒状になった土粒子塊の表面に付着し、その結果処理土の付着性等が生じる。本発明の固化剤は、水溶性のみの重合体よりも曳糸性が低く、含水掘削土に過剰に添加しても余剰の重合体が付着性等に影響を及ぼすことが少ない。また、一部不溶性の重合体部分は水の吸着力が働いて含水掘削土の凝集固化処理時の離水を防止する。
【００２０】
【実施例】
以下に本発明を製造例、実施例で説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２１】
製造例１
アクリル酸ナトリウム３５％水溶液１２１ｇ、アクリル酸８０％水溶液４ｇ、アクリルアミド５０％水溶液３６３ｇに、架橋剤としてＮ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド０.００４５ｇ、連鎖移動剤としてイソプロピルアルコール０.３ｇ及び、ｔ−ＢＨＰ（ｔ−ブチルハイドロパーオキサイド）０.０２ｇと蒸留水１１４ｇをあらかじめ混合して水性相を作った。これにパラフィン油１９４ｇにソルビタンモノオレート１５ｇを加えた油性相を混合し、ホモジナイザーで乳化した。乳化後４つ口フラスコに移し、攪拌しながらＮ2パージし脱気した。Ｎ2パージしながらメタ重亜硫酸ナトリウム水溶液を滴下して、温度５０℃で重合させた。重合後、ポリオキシエチレンラウリルエーテルを１６ｇ添加して、重合体Ａのエマルションを得た。得られたエマルションは重合体濃度２６.４％で、平均粒子径２.３μｍであった。
同様にして、上記のうち、アクリル酸ナトリウムとアクリルアミドの割合及びＮ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミドの量を変えて表１の重合体Ｂ〜Ｉを調製した。
【００２２】
製造例２
アクリル酸ナトリウム３５％水溶液２０４５ｇ、アクリルアミド５０％水溶液２５２０ｇ、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド０．０４０ｇと蒸留水８１６ｇを混合し、Ｎ2ガスにて脱気したあと、クメンハイドロパーオキサイドを添加し、重合開始温度０℃にて断熱重合を行った。得られた重合体ゲルをミートチョパーにて粉砕し乾燥後、粉砕機にて粉砕し、粉末状の重合体Ｊを得た。
上記各重合体の組成の概略と曳糸性指数を表１に示した。
【００２３】
曳糸性指数は以下の方法により測定した。
重合体を蒸留水に分散した。分散濃度は重合体の純分として０.２０重量％とした。水分散液３００ｃｃを５００ｍｌビーカーに採り、直径１８．８５ｍｍ、長さ６５．１５ｍｍのステンレス製円柱を深さ５５ｍｍに浸し、速度５．２８ｃｍ／ｓｅｃで垂直上方に引き上げ、曳糸時間を測定した。測定は各試料について３回づつ行いその平均をとった。
【００２４】
【表１】
表１
0004015714.tif 000002
【００２５】
実施例１
笠岡粘土、豊浦標準砂及び水を重量比で１対１対１に練り混ぜ、含水比５０％、比重１．４５のモデル含水掘削土を試料とした。粘土は、予めワーリングブレンダーで水に分散してから用いた。
このモデル含水掘削土に製造例１〜２で得られた重合体を添加して混練した。混練方法は、強制練りリボン型２軸ミキサー（容量１．５リットル、回転数４０ｒｐｍ）を使用した。団粒化するまで混練した後に、処理土を型枠に締め固め直してから、引張付着試験を行った。処理土を容器内に平坦に満たし、直径５９．５ｍｍのステンレス製円盤を試料に接触させ、一定速度で引き上げたときの付着抵抗荷重と変位との曲線を測定し、最大付着応力および曲線で囲まれた面積である付着タフネスを測定した。また、処理土の強さを調べるため、ベーンせん断試験及びコーン指数試験を行った。結果を表２に示す
【００２６】
（１）ベーンせん断試験方法
室内ベーン試験方法に準じ、ベーンブレードを処理土に押し込んで、回転ねじりモーメントＭを測定した。計測したトルクＴ（ｋｇｆ・ｃｍ）＝モーメントＭ（ｋｇｆ・ｃｍ）として、次式よりせん断強さτv（ｋｇｆ／ｃｍ2）を算出した。
【００２７】
【数１】
τv＝６Ｍ／７πＤ3
Ｍ：モーメント（ｋｇｆ・ｃｍ）、Ｄ：ベーン幅（ｃｍ）。
【００２８】
（２）コーン指数試験
土質工学会基準ＪＳＦＴ７１６「締固めた土のコーン指数試験方法」に準じて行った。コーンを土中に貫入させ貫入量５ｃｍの時の最大貫入抵抗力Ｌ（ｋｇｆ）をコーンの底面積３．２４ｃｍ2で除して、コーン指数ｑｃ（ｋｇｆ／ｃｍ2）を算出した。
【００２９】
【数２】
ｑｃ  ＝  Ｌ／３．２４
また、含水掘削土に重合体添加して混練を開始してから流動性を失って団粒状に改良されるまでの時間を計測して固化時間とした。
【００３０】
実施例２
笠岡粘土、豊浦標準砂及び水を重量比で２対１対２．４に練り混ぜ、含水比８０％、比重１．２８のモデル含水掘削土を試料とした。
実施例１と同様にしたて引張付着試験及びコーン指数試験を行った。結果を表３に示す。
【００３１】
実施例３
上記実施例１と同様にしてモデル含水掘削土に重合体を添加して、団粒化した後に、生石灰をモデル含水掘削土量に対して３．０重量％添加して混練したあと、室内で７日間乾燥養生させ改良土とし、型枠に締め固め直してからコーン指数試験を行った。また、含水比を測定した。結果を表４に示す。
【００３２】
【表２】
0004015714.tif 000003
【００３３】
【表３】
0004015714.tif 000004
【００３４】
【表４】
0004015714.tif 000005
【００３５】
【表５】
0004015714.tif 000006
【００３６】
【発明の効果】
実施例で示したように本発明によれば、含水掘削土の固化処理において曳糸性が小さく、処理するときの作業性がよい固化剤である。