(57)【要約】【課題】軽量盛土等の土木工事に使用される充填材、及び「地中連続壁工法」において使用されるソイルセメント用硬化液を製造するに際して、６価クローム等が土壌環境基準を超えず、かつモルタル強度（特に初期強度）低下を抑制する配合を提示する。  【解決手段】セメント、焼却灰、発泡剤、ペーパースラッジ、水を混合してモルタルを製造する方法において、セメント及び／又は焼却灰の一部、あるいは全部を、酸で洗浄して不純物を除去した焼却灰と置換する。また、セメント、ベントナイト、ペーパースラッジ、水を混合してモルタルを製造する方法において、セメント及び／又はベントナイトの一部、あるいは全部を、酸で洗浄して不純物を除去した焼却灰と置換する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント、焼却灰、発泡剤、ペーパースラッジ、水を混合してモルタルを製造する方法において、セメント及び／又は焼却灰の一部、あるいは全部を、酸で洗浄して不純物を除去した焼却灰と置換することを特徴とする、モルタル製造方法。
【請求項２】
セメント、ベントナイト、ペーパースラッジ、水を混合してモルタルを製造する方法において、セメント及び／又はベントナイトの一部、あるいは全部を、酸で洗浄して不純物を除去した焼却灰と置換することを特徴とする、モルタル製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軽量盛土、地下壕埋戻し、廃棄管充填、上下水道の管路充填、トンネル裏込め、家屋床下充填、タンク底盤充填、パイプルーフ等の土木工事において使用される、エアミルク、エアモルタルと呼ばれる充填材としてのモルタルの製造方法に関する。
【０００２】
また、「地中連続壁工法」と称し、掘削機により硬化液を用いて掘削された溝に、リサイクル材としての発生掘削土を主材料として製造されたソイルセメントを、再度埋め戻すことにより地中連続壁を構築する大深度の地下工事において使用される、セメントミルクと呼ばれる硬化液としてのモルタルの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
軽量盛土、地下壕埋戻し、廃棄管充填、上下水道の管路充填、トンネル裏込め、家屋床下充填、タンク底盤充填、パイプルーフ等の土木工事において使用される充填材は、充填中に水とモルタルが分離せず、かつ固化したときに相応の強度を必要とする。これらの性状を具備させるために、セメント、細骨材、原料土、水及び起泡剤の材料を配合し、スラリー状のモルタルに気泡を混入して作られたエアモルタル、あるいは原料土を使用しないエアミルクと呼ばれる、発泡モルタルが使用されている。
【０００４】
また、掘削土と硬化液を撹拌して製造したソイルセメントの柱体を地中に重ね合わせ、柱列壁を施工する工法である「地中連続壁工法」において使用される硬化液は、発生掘削土と混合してソイルセメントを製造するために、水とセメントを配合したものを使用し、セメントミルクと呼ばれている。
【０００５】
しかし、軽量盛土等の土木工事に使用されるエアミルク、エアモルタルは、長距離の輸送、広範囲の充填時に水とモルタルが分離し、充填物中に空洞が形成されるため、結果として充填物が固化したときに十分な強度が得られない場合が起こる。
【０００６】
これを解決するために、特許第４０６４３２７号広報に示すように、セメント、細骨材（土壌、灰分等）、水及び起泡剤の材料配合に加えて、繊維状物質（紙片等）を添加した発泡モルタルを製造して使用することにより、繊維状物質が水とモルタルの分離を抑制し、かつモルタルの強度を高く維持することが可能な材料が提案されている。
【０００７】
さらに、繊維状物質として、特開２００６−３３４５６０号広報に示すように、製紙会社から排出されるペーパースラッジを使用することにより、水とモルタルの分離抑制、モルタルの強度向上が得られる材料となることが提案されている。
【０００８】
しかしこの配合においても、セメントを多量に配合してモルタル強度維持をはかるため、ポルトランドセメントを用いる場合は、含有される６価クローム等が土壌環境基準を超える可能性がある。このため、６価クローム等の含有量の少ない高炉セメントを使用するが、モルタル強度（特に初期強度）低下の問題があり、理想的な配合とはなっていない。
【０００９】
また、ポルトランドセメントを焼却灰（石炭を燃焼したときに発生するフライアッシュと呼ばれる石炭灰等）と一部代替することも行われているが、焼却灰中に含有される重金属類を中心とした不純物（砒素、ホウ素、フッ素、セレン等）が土壌環境基準を超える可能性があるため、やはり多量には配合できない。
【００１０】
また、「地中連続壁工法」においては、特許第２５８９２７４号広報、特許第２６８８７１５号広報、特許第２７００７６５号広報、特許第２７００７８１号広報に示すように、廃棄物としての発生掘削土を減少させる工法が提案されている。
【００１１】
この工法で使用されるセメントミルクも、水とセメントだけではなく、ベントナイト、繊維状物質を添加して、水とモルタルの分離を抑制し、ソイルセメントの強度を維持することが行われている。
【００１２】
しかしこの配合においても、セメントを多量に配合してソイルセメント強度維持をはかるため、ポルトランドセメントを用いる場合は、含有される６価クローム等が土壌環境基準を超える可能性がある。６価クローム等の含有量の少ない高炉セメントはソイルセメント強度低下が起こるため使用できず、理想的な配合とはなっていない。
【００１３】
また、ポルトランドセメントを焼却灰（石炭を燃焼したときに発生するフライアッシュと呼ばれる石炭灰等）と一部代替することも行われているが、焼却灰中に含有される重金属類を中心とした不純物（砒素、ホウ素、フッ素、セレン等）が土壌環境基準を超える可能性があるため、やはり多量には配合できない。
【００１４】
【特許文献１】特許第４０６４３２７号広報
【特許文献２】特開２００６−３３４５６０号広報
【特許文献３】特許第２５８９２７４号広報
【特許文献４】特許第２６８８７１５号広報
【特許文献５】特許第２７００７６５号広報
【特許文献６】特許第２７００７８１号広報
【特許文献７】特開２００３−３２０３４２号広報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上述したように、軽量盛土等の土木工事に使用される充填材は、６価クローム等が土壌環境基準を超えず、かつモルタル強度（特に初期強度）低下を抑制する配合を提示する必要がある。本発明においては、この課題を解決する製造方法を提供することを目的とする。
【００１６】
また、「地中連続壁工法」において使用されるソイルセメント用硬化液としてのセメントミルクは、６価クローム等が土壌環境基準を超えず、かつソイルセメント強度を維持する配合を提示する必要がある。本発明においては、この課題を解決する製造方法をも提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上述目的を達成するために、請求項１に記載した発明のモルタル製造方法は、セメント、焼却灰、発泡剤、ペーパースラッジ、水を混合してモルタルを製造する方法において、セメント及び／又は焼却灰の一部、あるいは全部を、酸で洗浄して不純物を除去した焼却灰と置換することを特徴とする。
【００１８】
請求項２に記載した発明のモルタル製造方法は、セメント、ベントナイト、ペーパースラッジ、水を混合してモルタルを製造する方法において、セメント及び／又はベントナイトの一部、あるいは全部を、酸で洗浄して不純物を除去した焼却灰と置換することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明にて提案するモルタル製造方法によると、軽量盛土等の土木工事に使用される充填材の配合では、ポルトランドセメントを減らして、酸で洗浄して不純物を除去した焼却灰と置換するため、元々焼却灰中に含有されている重金属類を中心とした不純物（砒素、ホウ素、フッ素、セレン等）が少なく、土壌環境基準を超えることはなく、かつ焼却灰の持つ特性が有効に作用して、モルタル強度（特に初期強度）低下を抑制することができる。
【００２０】
また本発明にて提案するもう1つのモルタル製造方法によると、「地中連続壁工法」において使用される硬化液の配合では、ポルトランドセメントを減らして、酸で洗浄して不純物を除去した焼却灰と置換するため、元々焼却灰中に含有される重金属類を中心とした不純物（砒素、ホウ素、フッ素、セレン等）が少なく、土壌環境基準を超えることはなく、かつ焼却灰の持つ特性が有効に作用して、ソイルセメント強度を維持することができる。
【００２１】
本発明にて使用する、酸で洗浄して不純物を除去した焼却灰は、特開２００３−３２０３４２号広報に提案されている方法を用いて製造したものを使用する。以下これを「酸洗浄灰」と称する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２３】
先ず、軽量盛土等の土木工事に使用される充填材に関して、本発明においては、セメント、焼却灰、発泡剤、ペーパースラッジ、水を混合してモルタルを製造する際に、セメント及び／又は焼却灰の一部、あるいは全部を、酸洗浄灰と置換する。セメントとして、通常ポルトランドセメントを使用するが、この中には６価クローム等が多く含有されているため、土壌環境基準を超える可能性がある。そのため、６価クローム等の含有量が少ない高炉セメントを使用するが、モルタル強度（特に初期強度）低下を避けられず、配合条件を確定できない。
【００２４】
これを回避するために、ポルトランドセメントの一部、あるいは全部を、酸洗浄灰と置換する。また焼却灰の一部、あるいは全部を、酸洗浄灰と置換する。これにより、元々焼却灰に含有される重金属類を中心とした不純物（砒素、ホウ素、フッ素、セレン等）が、酸洗浄により除去されているため、ポルトランドセメント中の６価クローム、及びその他の重金属類を中心とした不純物（砒素、ホウ素、フッ素、セレン等）が土壌環境基準を超えることはない。
【００２５】
ポルトランドセメントを減少させることによるモルタル強度（特に初期強度）の低下は、酸洗浄灰の配合により抑制することができる。この酸洗浄灰は、軽量、粒径が細かく均一、球状、硬度が高い、という特性を持ち、モルタル強度向上の機構は、次のように説明される。
【００２６】
まず１つ目は、ポゾラン反応促進による強度向上効果である。ポゾランとは、焼却灰に含有されるシリカとアルミナを主成分とした微粉末の総称であり、ポゾラン反応とは、このポゾランと、水及びセメント中に含有される石灰のような水酸化カルシウムが、常温で反応して硬化する現象で、モルタル強度向上に寄与する。
【００２７】
２つ目は、陽イオン吸着による強度向上効果である。ポルトランドセメントを構成する岩石として安山岩を使用すると、この中に含有されるシリカが石灰等のアルカリと反応して、シリカゲルを生成してモルタル強度が低下する。酸洗浄灰に含有されるシリカは、石灰等のアルカリを吸着して、シリカゲル生成を抑制するため、モルタル強度向上に寄与する。
【００２８】
また本発明における配合では、繊維状物質（ペーパースラッジ）を添加しており、これが水とモルタルの分離を抑制し、モルタル強度向上に寄与している。また発泡剤を添加しており、これが、軽量で、長距離輸送、広範囲充填時の水とモルタルの分離を抑制している。酸洗浄灰では元々焼却灰に含有される未燃カーボンが減少しており、未燃カーボンが発泡を抑制する影響を除外していることが、３つ目の理由である。
【００２９】
さらに４つ目として、酸洗浄灰の粒径が細かく均一、球状、硬度が高いという性状は、モルタル中に均一に分散し、モルタル強度向上に寄与するとともに、モルタルの流動性向上にも寄与している。
【００３０】
最後の５つ目として、酸洗浄灰を添加することにより、その粒径が細かく均一、球状、硬度が高いという性状により、モルタルの断熱温度上昇を抑制する働きがあり、ひび割れ防止に寄与する。
【００３１】
以上述べた５つの理由の複合効果により、酸洗浄灰を置換した本発明によるモルタルの強度は向上する。
【００３２】
次に、「地中連続壁工法」において使用されるソイルセメント用硬化液としてのセメントミルクに関して、本発明においては、セメント、ベントナイト、ペーパースラッジ、水を混合してモルタルを製造する際に、セメント及び／又はベントナイトの一部、あるいは全部を、酸洗浄灰と置換する。セメントとして、通常ポルトランドセメントを使用するが、この中には６価クローム等が多く含有されているため、土壌環境基準を超える可能性がある。そのため、６価クローム等の含有量が少ない高炉セメントを使用すると、モルタル強度（特に初期強度）低下を避けられず、配合できない。
【００３３】
これを回避するために、ポルトランドセメントの一部、あるいは全部を、酸洗浄灰と置換する。またベントナイトの一部、あるいは全部を、酸洗浄灰と置換する。これにより、元々焼却灰に含有される重金属類を中心とした不純物（砒素、ホウ素、フッ素、セレン等）が、酸洗浄により除去されているため、ポルトランドセメント中の６価クローム、及びその他の重金属類を中心とした不純物（砒素、ホウ素、フッ素、セレン等）が土壌環境基準を超えることはない。
【００３４】
ポルトランドセメントを減少させることによるモルタル強度（特に初期強度）の低下は、酸洗浄灰の配合により抑制することができる。この酸洗浄灰は、軽量、粒径が細かく均一、球状、硬度が高い、という特性を持ち、モルタル強度向上は、前述したように、５つの理由の複合効果による。
【００３５】
ソイルセメント用硬化液の場合は、前述した５つの理由に加えて、次に述べる６つ目の理由も、硬化液の性状改善に寄与する。すなわち、硬化液の配合において、セメント、ベントナイト、ペーパースラッジ、水を混合するが、ベントナイトとペーパースラッジの同時混合は、ベントナイトがペーパースラッジの水を過剰に吸収するために好ましくなく、別途混合している。酸洗浄灰の添加により、ベントナイト配合量が減少するとともに、酸洗浄灰の粒径が細かく均一、球状、硬度が高いという性状により、この制約が解除される。また、ベントナイト含有廃土も減少する。
【００３６】
さらに、７つ目の理由として、繊維状物質（ペーパースラッジ）の添加、発泡剤の添加、
酸洗浄灰の添加により、硬化液と掘削土で製造するソイルセメントの性状が、凍結融解に対する耐久性、及び乾湿劣化に対する耐久性が向上する。
【実施例】
【００３７】
以下、本発明のモルタル製造方法の実施例について、さらに詳細に説明する。
【００３８】
実施例１
トンネル裏込め、廃棄管充填の土木工事において使用される充填材の、従来配合及び本発明による配合（本配合１〜３）と、充填材の流動性、モルタル強度を図１に示す。図１において、充填材の流動性を示すフロー値は、ＪＨＳ  Ａ  ３１３「エアモルタル及びエアミルクの試験方法」のうち「シリンダー法」により、内径８０ｍｍ×高さ８０ｍｍの硬質プラスチック製シリンダーを用いて実施した。また、モルタル強度を示す１軸圧縮強度は、ＪＩＳ  Ａ  １１０８「コンクリートの圧縮強度試験方法」により、径５０ｍｍ×高さ１００ｍｍの型枠に充填したモルタルを２０℃で養生して、２８日経過後の試料を用いて実施した。
【００３９】
図１において、従来配合では高炉セメントを５５０ｋｇ／ｍ３使用する。この理由は、ポルトランドセメントに含有される６価クロームを低減するとともに、モルタル強度として１Ｎ／ｍｍ２を確保できれば良いことによる。この従来配合に対して、高炉セメントを減らして酸洗浄灰と置換したのが、本発明による本配合１〜３である。流動性を確保するために、水セメント比（水とセメントの割合）を、酸洗浄灰の置換量が多くなるにつれて、従来配合よりも高く設定している。
【００４０】
本配合１〜３ともに、モルタル強度は１Ｎ／ｍｍ２を確保できており、流動性は本配合１〜２の場合は、従来配合の範囲に入っている。しかし、本配合３においては、流動性が低下しており、本発明において、セメントを減らして酸洗浄灰と置換できる量には限界のあることが分かる。
【００４１】
実施例２
パイプインパイプ工法と称する、２重管パイプの外側パイプの内側と内側パイプの外側の空間を充填する中込め材として使用される充填材の、従来配合及び本発明による配合（本配合１〜６）と、充填材の流動性、モルタル強度を図２に示す。
【００４２】
図２において、従来配合では高炉セメントを４８８ｋｇ／ｍ３使用する。この理由は、ポルトランドセメントに含有される６価クロームを低減するとともに、モルタル強度として１Ｎ／ｍｍ２を確保できれば良いことによる。この従来配合に対して、新たにポルトランドセメントを少量添加して、さらに酸洗浄灰を添加したのが、本発明による本配合１〜３である。また、従来配合に対して、高炉セメントを減らして酸洗浄灰と置換したのが、本発明による本配合４〜６である。流動性を確保するために、水セメント比（水とセメントの割合）を、酸洗浄灰の添加量、または置換量が多くなるにつれて、従来配合よりも高く設定している。
【００４３】
本配合１〜６ともに、モルタル強度は１Ｎ／ｍｍ２を確保できており、流動性は本配合１〜２の場合、及び本配合４〜６の場合は、従来配合の範囲に入っている。しかし、本配合３においては、流動性が低下しており、本発明において、ポルトランドセメントを使用する場合、ポルトランドセメントを減らして酸洗浄灰と置換できる量には限界のあることが分かる。また、本発明において、高炉セメントを使用する場合は、高炉セメントを減らして酸洗浄灰と置換できる量は、図２の配合の範囲では使用限界に達していないことが分かる。
【００４４】
さらに、本配合１〜３（ポルトランドセメント配合）と本配合４〜６（高炉セメント配合）を比較すると、高炉セメント配合のほうがモルタル強度は高くなっており、高炉セメント配合による強度低下を酸洗浄灰添加により確保できていることが分かる。
【００４５】
またさらに、パイプインパイプ工法においては、モルタルの断熱温度上昇を抑制する必要があるが、この現象も、本発明による酸洗浄灰の添加あるいは置換により抑制されていることが確認できている。
【００４６】
実施例３
「地中連続壁工法」においてソイルセメント用硬化液として使用される充填材の、従来配合及び本発明による配合（本配合１〜５）と、充填材の流動性、水と充填材との分離性、モルタル強度を図３に示す。図３において使用した掘削土は砂質土である。水と充填材との分離性を示すブリーディング率は、ＪＳＣＥ−Ｆ５２２「プレパックドコンクリートの注入モルタルのブリーディング率及び膨張試験方法（ポリエチレン袋方法）」により実施した。また、モルタル強度を示す１軸圧縮強度は、７日経過後の試料を用いて実施した。
【００４７】
図３において、従来配合では高炉セメントを２００ｋｇ／ｍ３、ベントナイトを５ｋｇ／ｍ３使用する。高炉セメント配合なので、６価クローム含有量が土壌環境基準を超えることはない。モルタル強度としては０．７Ｎ／ｍｍ２を確保できれば良い。この従来配合に対して、酸洗浄灰を添加したのが、本発明による本配合１〜２である。また、従来配合に対して、ベントナイトをカットして酸洗浄灰と置換したのが、本発明による本配合３〜４である。本配合５は、本配合４において水セメント比を小さくした配合である。
【００４８】
本配合１〜５ともに、モルタル強度は０．７Ｎ／ｍｍ２を確保できており、かつ従来配合よりも高い。流動性は従来配合に比べて、本配合１〜４の場合は良好となっている。しかし、本配合５においては、流動性が低下しており、本発明において、ベントナイトをカットする場合、酸洗浄灰と置換し、かつ水セメント比を小さくし過ぎない配合とする必要がある。酸洗浄灰添加により、従来配合におけるベントナイト使用量を減少させることのできることが分かる。
【００４９】
また、ブリーディング率は、従来配合に対して、本配合１〜４では大きくなっており、水と充填材の分離がやや促進されているが、ブリーディング率が８％未満であれば施工上問題はない。この場合でも、酸洗浄灰の添加量を増加すると、ブリーディング率を小さくすることができる。
【００５０】
また、「地中連続壁工法」においては、硬化液の凍結融解に対する耐久性、及び乾湿劣化に対する耐久性が要求されるが、この現象も、本発明による酸洗浄灰の添加あるいは置換により達成されていることが確認できている。
【００５１】
実施例４
「地中連続壁工法」においてソイルセメント用硬化液として使用される充填材の、従来配合及び本発明による配合（本配合１〜４）と、充填材の流動性、水と充填材との分離性、モルタル強度を図４に示す。図４において使用した掘削土は粘性土である。
【００５２】
図４において、従来配合では高炉セメントを２００ｋｇ／ｍ３、ベントナイトを５ｋｇ／ｍ３使用する。高炉セメント配合なので、６価クローム含有量が土壌環境基準を超えることはない。モルタル強度としては０．２５Ｎ／ｍｍ２を確保できれば良い。この従来配合に対して、酸洗浄灰を添加したのが、本発明による本配合１〜２である。また、従来配合に対して、ベントナイトをカットして酸洗浄灰と置換したのが、本発明による本配合３〜４である。
【００５３】
本配合１〜４ともに、モルタル強度は０．２５Ｎ／ｍｍ２を確保できており、かつ従来配合よりも高い。流動性も本配合１〜４ともに、従来配合よりも良好である。本発明において、ベントナイトをカットする場合、酸洗浄灰と置換することにより流動性を確保できる。酸洗浄灰添加により、従来配合におけるベントナイト使用量を減少させることのできることが分かる。
【００５４】
また、ブリーディング率は、本配合１〜４において、いずれも従来配合よりも低くなっており、酸洗浄灰添加又は置換効果が出ている。
【００５５】
また、「地中連続壁工法」においては、硬化液の凍結融解に対する耐久性、及び乾湿劣化に対する耐久性が要求されるが、この現象も、本発明による酸洗浄灰の添加あるいは置換により達成されていることが確認できている。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】トンネル裏込め、廃棄管充填の土木工事において使用される充填材の、従来配合及び本発明による配合（本配合１〜３）と、充填材の流動性、モルタル強度を示す図。
【図２】パイプインパイプ工法で、パイプ間の空間を充填する中込め材として使用される充填材の、従来配合及び本発明による配合（本配合１〜６）と、充填材の流動性、モルタル強度を示す図。
【図３】砂質土における「地中連続壁工法」においてソイルセメント用硬化液として使用される充填材の、従来配合及び本発明による配合（本配合１〜５）と、充填材の流動性、水と充填材との分離性、モルタル強度を示す図。
【図４】粘性土における「地中連続壁工法」においてソイルセメント用硬化液として使用される充填材の、従来配合及び本発明による配合（本配合１〜４）と、充填材の流動性、水と充填材との分離性、モルタル強度を示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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