(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブレーン値が8,000cm2/g以上の高炉スラグ、カルシウムアルミネート、及び石膏を含有してなる植生用土壌固化組成物であって、その配合割合が、前記高炉スラグ100部に対して、カルシウムアルミネート10〜20部、石膏10〜30部であることを特徴とする植生用土壌固化組成物。
【請求項２】
ブレーン値が8,000cm2/g以上の高炉スラグ、カルシウムアルミネート、石膏、及び凝結調整剤を含有してなる植生用土壌固化組成物であって、その配合割合が、前記高炉スラグ100部に対して、カルシウムアルミネート10〜20部、石膏10〜30部であることを特徴とする植生用土壌固化組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、植物の成長に影響の少ない植生用土壌固化組成物に関する。
なお、本発明でいう部や％は特に規定のない限り質量基準である。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
従来、セメントの一部は軟弱地盤の強化や止水などを目的として使用されており、セメントを土壌に混合又は注入することにより、土壌の固化強度を高くしたり、止水したりすることが可能となっている。
しかしながら、セメントの水和反応により水酸化カルシウムが生成するため、セメントを混合又は注入した土壌のｐＨ値は13以上の強いアルカリ性を示す。
このように、セメントを混合又は注入した土壌は強アルカリ性土壌となり、植物の育成が妨げられるという課題があった。
【０００３】
その対策として、高炉スラグ又はシリカフューム中のシリカ成分が、セメントの水和反応で生成した水酸化カルシウムと反応（ポゾラン反応）し、ケイ酸カルシウム水和物として固定することでｐＨ値を低下できることから、セメントに、高炉スラグ又はシリカフュームを混入することが提案されている（特開平４−２９５０３８号公報）。
しかしながら、ポゾラン反応は、セメントの水和後に長期間をかけて進行するものであり、ポゾラン反応が進行するまでに植物の成長は低下してしまうのが現状である。
【０００４】
また、セメントに天然ゼオライトを添加することにより、ゼオライトに吸着した炭酸ガスが水酸化カルシウムと反応しｐＨ値を低下させる方法が提案されている（特開平７−３１５９０３号公報、特開平７−３２４３３４号公報）。
しかしながら、セメント水和物がゼオライトの表面を被覆するため、ゼオライトが空気中の炭酸ガスを吸着する量は極めて小さく、ｐＨ値を充分に低下することができないという課題があった。
【０００５】
さらに、セメントに過リン酸石灰を併用した組成物が提案されている（特開平１０−８０７２５号公報、特開平１０−３３８８７５号公報）。
しかしながら、生成した水酸化カルシウムをリン酸カルシウム水和物として固定するためには多量の過リン酸石灰を添加する必要があり、過リン酸石灰を多量添加した場合、固化強度が小さくなり実用的ではないという課題があった。
【０００６】
以上のように、セメントを土壌固化組成物として使用する限りは、固化強度を確保し、土壌固化組成物を混合した土壌のｐＨ値を10以下に低減することは困難であった。
本発明者は、セメントの代わりに特定の材料を使用することにより、その材料を混合した土壌のｐＨ値が10以下となり、しかも、硬化時間を任意に調整でき、強度の発現性に優れ、固化強度が高い植生用土壌固化組成物を得ることができるという知見を得て本発明を完成するに至った。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、ブレーン値が8,000cm2/g以上の高炉スラグ、カルシウムアルミネート、及び石膏を含有してなる植生用土壌固化組成物であって、その配合割合が、前記高炉スラグ100部に対して、カルシウムアルミネート10〜20部、石膏10〜30部であることを特徴とする植生用土壌固化組成物であり、さらに凝結調整剤を含有してなる植生用土壌固化組成物である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００９】
本発明で使用するブレーン値が8,000cm2/g以上の高炉スラグ（以下、本スラグという）とは、製鉄所の高炉により鉄鉱石、コークス、及び石灰石等を用いて銑鉄を製造する過程で副産物として生成するものを微粉砕したもので、溶融状態のスラグを急冷するため、大部分が非晶質となったものである。
本スラグのブレーン値は、8,000cm2/g以上であり、10,000cm2/g以上が好ましい。本スラグはそれ自体は水硬性が無いが、ブレーン値を8,000cm2/g以上とすることにより、カルシウムアルミネートと石膏とを併用することで、土壌を固化することが可能となる。ブレーン値が8,000cm2/g未満では、カルシウムアルミネートと石膏を併用しても固化強度が極端に低下する場合がある。
【００１０】
本発明で使用するカルシウムアルミネート（以下、ＣＡという）とは、カルシアを含む原料と、アルミナを含む原料とを混合して、キルンでの焼成や電気炉での溶融などの熱処理をして得られ、CaOとAl2O3とを主たる成分とし水和活性を有する物質の総称であり、CaO及び／又はAl2O3の一部が、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化鉄、アルカリ金属ハロゲン化物、アルカリ土類金属ハロゲン化物、アルカリ金属硫酸塩、及びアルカリ土類金属硫酸塩等と置換した化合物、又は、CaOとAl2O3とを主成分とするものにこれらが固溶した物質である。
鉱物形態としては、結晶質、非晶質いずれであっても良いが、初期強度を向上させる面から非晶質カルシウムアルミネートが好ましい。
また、ＣＡとしては、市販されているアルミナセメントやアーウィン（3CaO・3Al2O3・CaSO4）を使用することも可能である。
ＣＡの粒度は、ブレーン値で5,000cm2/g以上が好ましく、8,000cm2/g以上がより好ましく、10,000cm2/g以上が最も好ましい。ブレーン値が5,000cm2/g未満では初期強度が低下する場合がある。
ＣＡの使用量は、本スラグ100部に対して、５〜50部が好ましく、10〜20部がより好ましい。５部未満では初期強度が小さくなる場合があり、50部を越えると長期強度が小さくなる場合がある。
【００１１】
本発明で使用する石膏とは、無水石膏、半水石膏、及び二水石膏が挙げられ、これらの中では、初期の強度発現性の面から無水石膏が好ましい。
石膏の粒度は、ブレーン値で5,000cm2/g以上が好ましく、8,000cm2/g以上がより好ましく、10,000cm2/g以上が最も好ましい。ブレーン値が5,000cm2/g未満では初期強度が低下する場合がある。
石膏の使用量は、本スラグ100部に対して、５〜80部が好ましく、10〜30部がより好ましい。５部未満では初期強度が小さくなる場合があり、80部を越えると長期強度が小さくなる場合がある。
【００１２】
本発明で使用する凝結調整剤は、本スラグ、ＣＡ、及び石膏を含有してなる植生用土壌固化組成物の固化時間を促進又は遅延するものである。
凝結調整剤とは、具体的には、アルミン酸ナトリウムやアルミン酸カリウムなどのアルミン酸塩、炭酸ナトリウムや炭酸カリウムなどの炭酸塩、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、及び水酸化カルシウム等の水酸化物、硫酸アルミニウム、硫酸鉄、及びみょうばん等の硫酸塩、ケイ酸ナトリウムやケイ酸カリウムなどのケイ酸塩、並びに、ケイフッ化ナトリウムやケイフッ化マグネシウムなどのケイフッ化物等の無機塩類、クエン酸、グルコン酸、リンゴ酸、及び酒石酸又はこれらのナトリウム塩、カリウム塩、及びカルシウム塩等の有機酸類が挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能であり、これらの中では、初期の強度発現性の面から、硫酸アルミニウムと有機酸を併用したものが好ましい。
凝結調整剤の使用量は、必要とする凝結時間によって調整することが可能であるが、一般的には、本スラグ100部に対して、10部以下が好ましく、１〜５部がより好ましい。10部を越えると長期の強度が低下する場合がある。
【００１３】
本発明の植生用土壌固化組成物（以下、本組成物という）は、本スラグ、ＣＡ、及び石膏、さらに必要に応じ、凝結調整剤を含有するものである。
本組成物の使用量は、対象となる土壌の種類、含水量、また、必要とする強度によって一律に決定されるものではないが、一般的には、土壌１ｍ3に対して、20〜300kgが好ましく、50〜150kgがより好ましい。20kg未満では固化強度が小さい場合があり、300kgを越えると固化強度が大きくなりすぎる場合がある。
【００１４】
本組成物を懸濁液として使用する場合の水量は、懸濁液がポンプで圧送可能な粘性であれば特に限定されるものではない。例えば、本スラグ、ＣＡ、石膏、及び凝結調整剤の合計100部に対して、100〜1,000部が好ましく、200〜500部がより好ましい。100部未満では粘性が高くなりすぎる場合があり、1,000部を越えると固化強度が低下する場合がある。
【００１５】
本発明の本組成物を懸濁液として使用する場合、懸濁液の粘性を低減するために、分散剤を併用することが好ましい。
分散剤としては、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物の塩系、リグニンスルホン酸塩系、メラミンスルホン酸ホルマリン縮合物の塩系、ポリカルボン酸塩系、及びポリエーテル系等が挙げられ、これらの中では、強度発現性の面からポリカルボン酸塩系やポリエーテル系の分散剤が好ましい。
分散剤の使用量は、本スラグ100部に対して、0.1〜10部が好ましく、１〜５部がより好ましい。0.1部未満では懸濁液の粘性が高くなる場合があり、10部を越えると初期の強度発現性が小さくなる場合がある。
【００１６】
さらに、ベントナイト、アロフェン、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、及びポリビニルアルコール等の材料分離抵抗材、ゼラチン、カゼイン、及び金属アルミニウム等の気泡剤、並びに、パラフィンやシリコーン等の消泡剤等を併用することも可能である。
【００１７】
本組成物を使用した土壌の改良方法としては、土壌に本組成物を混合する方法であれば特に限定されるものではない。例えば、本組成物を地面に散布し、バックホウやスタビライザーなどの重機で混合した後に、タイヤローラーや振動ローラーなどで転圧して改良する方法等が挙げられる。
また、本組成物をあらかじめ水と混合して懸濁液とし、ポンプで地盤に注入して改良する方法も可能である。
本組成物をあらかじめ水と混合して懸濁液とし、ポンプで地盤に注入する方法の場合、本スラグと水からなる懸濁液と、ＣＡ、石膏、及び凝結調整剤からなる懸濁液を別々に作製し、二種類の懸濁液をＹ字管で混合して注入する、いわゆる、1.5ショットの注入方法が、また、上記二種の懸濁液を別々に圧送し注入用二重管の先端で混合して注入する、いわゆる、２ショットで地盤に注入することが可能である。特に、２ショットで地盤に注入する方法は、二種類の懸濁液を混合するまではそれぞれの懸濁液が固化しないことから好ましい。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の実験例を示し、本発明をさらに説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００１９】
実験例１
本スラグ、表１に示すＣＡ、及び石膏を表２に示す配合で混合し本組成物を作製した。
作製した本組成物を、含水比150％に調製した新潟県産の粘性土壌１リットルに対して、表２に示す量配合し、ホバート型ミキサーで攪拌混合し、凝結時間、圧縮強度、及びｐＨ値を測定した。結果を表２に併記する。
【００２０】
＜使用材料＞
本スラグＡ：高炉スラグ粉砕品、ブレーン値6,500cm2/g
本スラグＢ：高炉スラグ粉砕品、ブレーン値8,050cm2/g
本スラグＣ：高炉スラグ粉砕品、ブレーン値10,150cm2/g
ＣＡα    ：表１に示す化学組成と鉱物組成、ブレーン値8,200cm2/g
ＣＡβ    ：表１に示す化学組成と鉱物組成、ブレーン値8,150cm2/g
石膏      ：市販の無水石膏を粉砕、ブレーン値8,100cm2/g
【００２１】
＜測定時間＞
凝結時間  ：JIS R 5201記載のビカー針装置を用いて、終結時間の測定方法に準じて測定
圧縮強度  ：JIS R 5201に準じ、4×4×16cmの鋼製型枠に詰め、材齢１日と28日、耐圧試験機で測定
ｐＨ値    ：材齢１日と28日の圧縮強度測定後の硬化体を１mm以下に粉砕して試料とし、試料10ｇを200ミリリットルのビーカーに入れ、100ミリリットルの純水を加えて攪拌し、ｐＨメーターで30分後のｐＨ値を測定
【００２２】
【表１】
0004299434.tif 000002
【００２３】
【表２】
0004299434.tif 000003
【００２４】
実験例２
本スラグＣ100部、ＣＡα15部、石膏15部、及び表３に示す凝結調整剤からなる本組成物を調製した。
調製した本組成物を、土壌１ｍ3に対して、150kg混合したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表３に併記する。
【００２５】
＜使用材料＞
凝結調整剤ア：硫酸アルミニウム、市販品
凝結調整剤イ：アルミン酸ナトリウム、市販品
凝結調整剤ウ：炭酸ナトリウム、市販品
凝結調整剤エ：クエン酸、市販品
凝結調整剤オ：酒石酸、市販品
【００２６】
【表３】
0004299434.tif 000004
【００２７】
実験例３
直径5cm×長さ30cmのポリエチレンチューブに７号珪砂を高さ20cmになるまで入れた。
一方、本スラグＣ100部、ＣＡα15部、石膏15部、凝結調整剤ア２部、及び凝結調整剤エ２部からなる本組成物100部を、水300部、表４に示す分散剤２部と混合して懸濁液を作製し、この懸濁液を砂を入れたポリエチレンチューブに静かに投入し、砂への浸透長さ、圧縮強度、及びｐＨ値を測定した。結果を表４に併記する。
【００２８】
＜使用材料＞
分散剤ａ  ：ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物の塩系、市販品
分散剤ｂ  ：ポリカルボン酸塩系、市販品
分散剤ｃ  ：ポリエーテル系、市販品
【００２９】
＜測定方法＞
浸透長さ  ：１日後にポリエチレンチューブから浸透後の供試体を取り出し、その長さを測定、最大値は20cm
圧縮強度  ：浸透後の供試体を長さ10cmに切断し、材齢１日と28日、耐圧試験機で測定
【００３０】
【表４】
0004299434.tif 000005
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、本発明の植生用土壌固化組成物は、
(1)土壌固化組成物を混合した土壌のｐＨ値が10以下となる。
(2)硬化時間を任意に調整できる。
(3)強度の発現性に優れる。
(4)浸透性に優れる。
等の効果を奏する。