(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
含水率５０重量％以上の高含水率泥土、泥水又は汚泥に、含水率５０重量％以上の高含水率泥土、泥水又は汚泥１ｍ3に対し、含水率５０重量％以下の土若しくは砂を５００〜１,５００ｋｇ添加し、これに、高分子系改質剤を添加して、調泥、前処理することにより、静的貫入抵抗の測定が可能な処理土を得ることを特徴とする高含水率泥土、泥水又は汚泥の改質固化方法。
【請求項２】
含水率５０重量％以上の高含水率泥土、泥水又は汚泥に、含水率５０重量％以上の高含水率泥土、泥水又は汚泥１ｍ3に対し、含水率５０重量％以下の土若しくは砂を５００〜１,５００ｋｇ添加し、これに高分子系改質剤並びに植物由来の吸水性物質、繊維状物質、無機多孔性物質及び膨潤性粘土物質から選ばれた１種又は２種以上を添加して、調泥、前処理することにより、静的貫入抵抗の測定が可能な処理土を得ることを特徴とする高含水率泥土、泥水又は汚泥の改質固化方法。
【請求項３】
高含水率泥土の含水率が９０重量％以上であることを特徴とする請求項１または２記載の高含水率泥土、泥水又は汚泥の改質固化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高含水率泥土、泥水又は汚泥の改質固化方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、浚渫工事、建設工事、トンネル工事などの工事現場で発生する高含水率泥土、泥水や、ヘドロ、スラッジ類、あるいは上・下水処理場などで発生する高含水率汚泥を、処理土の容積増加が少ない状態で、短時間で再利用又は廃棄が容易な形態の処理土に改質することができる高含水率泥土、泥水又は汚泥の改質固化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石油井、ガス井、地熱井、トンネル工事や、ダム、湖沼、河川、海底などの浚渫工事、建設工事、その他の工事現場で発生する泥土、泥水や、ヘドロ、スラッジ類、あるいは上・下水処理場などで発生する汚泥は、含水量が多く流動性に富むために、通常のダンプカーやトラックなどによる運搬作業を困難なものとしている。このため、従来はこれらの泥土、泥水又は汚泥に、石灰あるいはセメント系の固化剤を混合して処理したり、水溶性高分子化合物又は高吸水性樹脂を混合して処理したり、天日乾燥による圧密、自然乾燥処理を行ったり、脱水処理機械により泥土を強制脱水する処理などが行われてきた。
しかし、これらの方法には、含水率が極めて高い泥土、泥水、汚泥を改質することができない、処理に長時間を要する、処理土がアルカリ性となって再利用が制限される、処理土の強度が低い、特殊な設備を要するなど、さまざまな問題があった。このため、含水率が９９重量％に達するような高含水率の泥土、泥水や、汚泥も、短時間で移送可能な形態とし、処理土の容積増加も少ない状態で、再利用又は廃棄が容易な形態の処理土とすることができる改質固化方法が求められていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、高含水率泥土、泥水又は汚泥を、処理土の容積増加が少ない状態で、短時間でその流動性を失わせ、強度が大きく再利用又は廃棄の容易な処理土とすることができる高含水率泥土、泥水又は汚泥の改質固化方法を提供することを目的としてなされたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、高含水率泥土、泥水又は汚泥に、含水率が５０重量％以下の土又は砂を添加して調泥、前処理することにより、改質固化が容易になり、さらに高分子系改質剤、セメント系改質剤又は石灰系改質剤を添加することにより、短時間で移送可能な、再利用又は廃棄が容易な形態の処理土となし得ることを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
（１）含水率５０重量％以上の高含水率泥土、泥水又は汚泥に、含水率５０重量％以上の高含水率泥土、泥水又は汚泥１ｍ3に対し、含水率５０重量％以下の土若しくは砂を５００〜１,５００ｋｇ添加し、これに、高分子系改質剤を添加して、調泥、前処理することにより、静的貫入抵抗の測定が可能な処理土を得ることを特徴とする高含水率泥土、泥水又は汚泥の改質固化方法、
（２）含水率５０重量％以上の高含水率泥土、泥水又は汚泥に、含水率５０重量％以上の高含水率泥土、泥水又は汚泥１ｍ3に対し、含水率５０重量％以下の土若しくは砂を５００〜１,５００ｋｇ添加し、これに高分子系改質剤並びに植物由来の吸水性物質、繊維状物質、無機多孔性物質及び膨潤性粘土物質から選ばれた１種又は２種以上を添加して、調泥、前処理することにより、静的貫入抵抗の測定が可能な処理土を得ることを特徴とする高含水率泥土、泥水又は汚泥の改質固化方法、及び、
（３）高含水率泥土の含水率が９０重量％以上であることを特徴とする第(１)項または第(２)項記載の高含水率泥土、泥水又は汚泥の改質固化方法、
を提供するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の高含水率泥土、泥水又は汚泥の改質固化方法は、石油井、ガス井、地熱井、トンネル工事や、ダム、湖沼、河川、海底などの浚渫工事、建設工事、その他の工事現場で発生する泥土、泥水や、ヘドロ、スラッジ類、あるいは上・下水処理場などで発生する汚泥に適用することができる。泥土などの粒径が大きいほど、水分がとりこまれにくく、処理しにくくなるが、本発明方法において、高含水率泥土、泥水又は汚泥とは、含水率が５０重量％程度以上である泥土、泥水又は汚泥をいう。本発明方法によって処理することのできる泥土、泥水又は汚泥の含水率の上限は特に問わず、例えば、含水率が９９重量％以上に達するような、極めて含水率の高い泥土、泥水又は汚泥も処理することができる。なお、含水率とは、泥土、泥水又は汚泥の全重量に占める水分の重量比であり、土木分野で一般に含水量を表すために使われる含水比では、含水率５０重量％が含水比１００％に相当する。
本発明の高含水率泥土、泥水又は汚泥の改質固化方法においては、高含水率泥土、泥水又は汚泥に、含水率が５０重量％以下の土又は砂を添加して調泥、前処理する。本発明方法に使用する含水率が５０重量％以下の土又は砂には特に制限はなく、例えば、建設発生土、採取土、山砂などを挙げることができる。建設発生土としては、「建設発生土利用技術マニュアル」（建設省大臣官房技術調査室監修、財団法人土木研究センター発行）に規定される第一種建設発生土から第四種建設発生土までのいずれの性状の建設発生土も使用することができる。また、建設発生土に該当しない土であっても、含水率が５０重量％以下の土であれば、本発明方法に使用することができる。本発明方法に使用する土又は砂には特に制限はなく、砂利、砂、山砂、シルト、粘土など通常の地盤を形成している土や砂や砕石などを使用することができる。これらの中で、含水率が２５重量％以下の建設発生土、採取土及び山砂を特に好適に使用することができる。本発明方法においては、含水率が５０重量％以下の土又は砂は、１種を単独で使用することができ、あるいは２種類以上を組み合わせて使用することもできる。
【０００６】
本発明方法において、含水率が５０重量％以下の土又は砂の添加量は、高含水率泥土、泥水又は汚泥１ｍ3に対して、１００〜５,０００kgであることが好ましく、５００〜１,５００kgであることがより好ましい。含水率が５０重量％以下の土又は砂の添加量が、高含水率泥土、泥水又は汚泥１ｍ3に対し１００kg未満であると、高含水率泥土、泥水又は汚泥に対する調泥、前処理効果が不十分となり、固化処理が困難となるおそれがある。含水率が５０重量％以下の土又は砂の添加量は、通常は高含水率泥土、泥水又は汚泥１ｍ3に対し５,０００kg以下で、高含水率泥土、泥水又は汚泥を十分に調泥、前処理することができる。また、含水率が５０重量％以下の土又は砂の添加量が、高含水率泥土、泥水又は汚泥１ｍ3に対して１,５００kg以下であれば、処理土の体積増加を１.２倍ないし１.３倍以下に抑えることができる。
本発明方法においては、必要に応じて、調泥、前処理後の高含水率泥土、泥水又は汚泥に、高分子系改質剤、セメント系改質剤又は石灰系改質剤を添加することができる。高分子系改質剤、セメント系改質剤又は石灰系改質剤を添加し、混練することにより、改質固化効果を高め、処理土の強度を増大することができる。
【０００７】
本発明方法に使用する高分子系改質剤には特に制限はなく、例えば、合成高分子系化合物の例としては、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリ(メタ)アクリルアミド、ポリ(メタ)アクリル酸又はそのナトリウム塩、ポリ(メタ)アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド、ポリエチレンオキサイド、ポリビニルメチルエーテルなどを挙げることができる。半合成高分子系化合物の例としては、ビスコース、メチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カチオン化セルロース、α化デンプン、カルボキシルデンプン、ジアルデヒドデンプン、カチオン化デンプン、デキストリン、ブリティシュゴム、カチオン化グアーガム、アニオン化グアーガム、メチルグリコールキトサンなどを挙げることができる。また、天然高分子系化合物としては、デンプン、マンナン、アルギン酸ナトリウム、ローカストビーンガム、グアーガム、ペクチン、キタンサンガム、デキストラン、ゼラチン、ラムザンガム、ジェランガムなどを挙げることができる。高吸水性樹脂系の高分子化合物の例としては、ポリアクリル酸塩、イソブチレン／マレイン酸塩共重合物、デンプン／アクリル酸グラフト重合物、ビニルアルコール／アクリル酸塩共重合物、アクリル繊維の表層加水分解物、ポリビニルアルコール、デンプン／アクリロニトリルの加水分解物などを挙げることができる。これらの高分子系改質剤および高分子物質は、１種を単独で使用することができ、あるいは２種以上を組み合わせて使用することもできる。
【０００８】
本発明方法において使用するセメント系改質剤には特に制限はなく、例えば、ポルトランドセメント、アルミナセメント、高炉セメントなどの各種のセメントや、ポルトランドセメント系、アルミナセメント系、高炉セメント系などの各種のセメント系改質剤などを挙げることができる。これらのセメント系改質剤は、１種を単独で使用することができ、あるいは２種以上を組み合わせて使用することもできる。
本発明方法において使用する石灰系改質剤には特に制限はなく、例えば、生石灰、消石灰などの各種の石灰や、生石灰系、消石灰系などの各種の石灰系改質剤などを挙げることができる。これらの石灰系改質剤は、１種を単独で使用することができ、あるいは２種以上を組み合わせて使用することもできる。
また、高分子系改質剤、セメント系改質剤及び石灰系改質剤は、それぞれ１種を単独で使用することができ、あるいは２種以上を組み合わせて使用することもできる。
【０００９】
本発明方法においては、必要に応じて、植物由来の吸水性物質、繊維状物質、無機多孔性物質及び膨潤性粘土鉱物から選ばれた１種又は２種以上の物質を添加することができる。本発明方法に用いる植物由来の吸水性物質としては、例えば、パルプ、麻、綿、椰子屑（Ｃｏｉｒ Ｐｉｔｈ）、藁、おがくず、ピートモス、バークなどを挙げることができる。植物由来の吸水物質は、その特性として吸水効果を有し、また繊維構造によって補強効果を発揮する。高含水率泥土、泥水又は汚泥に植物由来の吸水物質を添加することにより、急速に高含水率泥土、泥水又は汚泥中の水分が吸収され、処理土は繊維によって補強されるので、強度の大きい、取り扱いやすい固化した処理土が得られる。
本発明方法に用いる繊維状物質としては、アクリル、ポリエステルなどの合成繊維、ウール、綿、絹、麻などの天然繊維、カーボンファイバーなどの化学繊維、アセテートなどの半合成繊維、ビスコースレーヨン、銅アンモニアレーヨンなどの再生繊維、アスベスト、アタパルジャイトなどの繊維状鉱物、パルプ、粉砕した古紙などを挙げることができる。これらの中で、粉砕した古紙を好適に使用することができる。新聞古紙や雑誌古紙などの低密度の古紙粉砕物が、効果上有利であるが、上質紙、中質紙、未晒系古紙などその種類を問わず使用することができる。
本発明方法に用いる無機多孔性物質としては、例えば、ゼオライト、パーライト、珪藻土焼成物、粘土鉱物多孔質焼成物、ケイ酸カルシウム焼成物などを挙げることができる。無機多孔性物質は、空孔による吸水効果、粒径による補強効果などにより、高含水率泥土、泥水又は汚泥の固化に効果を発揮する。
【００１０】
本発明方法に用いる膨潤性粘土鉱物としては、例えば、モンモリロナイト、バーミキュライト、クロライト、カオリナイト、蛇紋岩、パテライト、ノントロナイト、サポナイト、ヘクトライト、ソーコナイト、スチーブンサイト、膨潤性雲母などを挙げることができる。膨潤性粘土鉱物は、膨潤力による吸水効果、粘土質による増粘効果などにより、高含水率泥土、泥水又は汚泥を固化し、適度の強度を与える。
含水率が５０重量％以下の土又は砂と、高含水率泥土、泥水又は汚泥を混練、調泥する方法、及び、調泥後の泥土、泥水又は汚泥に、高分子系改質剤、セメント系改質剤又は石灰系改質剤や、その他の添加物を混練する方法には特に制限はなく、処理すべき泥土、泥水又は汚泥の性状及び量に応じて、適当な建設機械などを選択することができる。このような建設機械としては、例えば、パワーショベル、ドラグショベル、バックホウ、二軸混練機などや、バケットスタビライザーのようなバケット内に混合装置を有する掘削機械、撹拌機構を有する重機、混練機などを挙げることができる。これらの中で、バケット内に混合装置を有する掘削機械、例えば、バケットスタビライザーは、撹拌効率が高く、時間あたりの処理能力も高いため、特に好適に使用することができる。
本発明方法によれば、建設発生土、採取土、山砂などの安価な材料を用いて、従来の方法によっては改質が困難であった含水率が９０重量％を超えるような高含水率泥土、泥水、汚泥の改質固化が可能となる。本発明方法により改質固化した処理土は、元来土壌を構成しているさまざまな鉱物からなるため、雨などの自然の変化に対する対応力が高く、雨水を吸収して再泥化することがない。
【００１１】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定されるものではない。
実施例１
下水汚泥処理現場より採取した高含水率下水汚泥（含水率９４重量％）１０ｍ3に、山砂［礫分（粒径２〜７５mmの粒子）８重量％、砂分（粒径７５μｍ〜２mmの粒子）２７重量％、シルト・粘土分（粒径７５μｍ未満の粒子）６５重量％、含水率１５重量％］１０トンを添加し、油圧式ショベルで１０分間混練し、調泥した。調泥した下水汚泥に、高分子系改質剤クリサットＣ−１０１［栗田工業(株)製］５０kgを添加し、さらに油圧ショベルで１０分間混練した。処理土の強度を、混練終了１０分後に、「建設発生土利用技術マニュアル」に規定される静的貫入抵抗（コーン指数：ｑc）の測定方法に従って、コーンペネトロメータを用いて測定したところ、静的貫入抵抗（ｑc）は０.８kgf／cm2であった。
実施例２
実施例１と同様に調泥した下水汚泥に、高分子系改質剤クリサットＣ−１０１［栗田工業(株)製］５０kgと椰子屑（Ｃｏｉｒ Ｐｉｔｈ）１５０kgを添加し、油圧ショベルで１０分間混練した。処理土の強度を、混練終了１０分後に、実施例１と同様にしてコーンペネトロメーターを用いて測定したところ、静的貫入抵抗（ｑc）は２.３kgf／cm2であった。
実施例３
実施例１と同様に調泥した下水汚泥に、高分子系改質剤クリサットＣ−１０１［栗田工業(株)製］５０kgと椰子屑（Ｃｏｉｒ Ｐｉｔｈ）１５０kgを添加し、油圧ショベルで１０分間混練した。混練後さらに、セメント系改質剤ジオライト−１０［秩父小野田(株)製］１トンを添加し、油圧ショベルでさらに１０分間混練した。処理土の強度を、混練終了１０分後に、実施例１と同様にしてコーンペネトロメーターを用いて測定したところ、静的貫入抵抗（ｑc）は８.９kgf／cm2であった。
比較例１
実施例１と同じ下水汚泥１０ｍ3に、山砂を加えて調泥することなく、セメント系改質剤ジオライト−１０［秩父小野田(株)製］４トンを添加し、油圧ショベルで１０分間混練した。処理土は、混練後も流動性を示し、改質後の強度を測定することはできなかった。
比較例２
実施例１と同じ下水汚泥１０ｍ3に、山砂を加えて調泥することなく、高分子系改質剤クリサットＣ−１０１［栗田工業(株)製］５０kgと椰子屑（Ｃｏｉｒ Ｐｉｔｈ）１５０kgを添加し、油圧ショベルで１０分間混練した。混練後さらにセメント系改質剤ジオライト−１０［秩父小野田(株)製］１トンを添加し、油圧ショベルで１０分間混練した。処理土は、混練後も流動性を示し、改質後の強度を測定することはできなかった。
実施例１〜３及び比較例１〜２の結果を第１表に示す。
【００１２】
【表１】
0003783388.tif 000002
【００１３】
第１表の結果から、実施例１〜３の下水汚泥に山砂を添加して調泥した処理土は、いずれもコーンペネトロメーターを用いた強度の測定が可能であり、高分子系改質剤のみの添加、高分子系改質剤と椰子屑の２種の添加、高分子系改質剤と椰子屑とセメント系改質剤の３種の添加の順に、添加物の種類が増加するにつれて静的貫入抵抗（ｑc）の値が増加し、処理土の強度が向上していることが分かる。これに対して、下水汚泥に山砂を添加して調泥しない場合は、比較例１のようにセメント系改質剤を多量に添加しても、また、比較例２のように実施例で最もよい結果が得られた組み合わせの添加物を添加しても、静的貫入抵抗（ｑc）の測定が可能となるほどには処理土の強度は向上しない。
実施例４
基礎工事現場より発生した排泥水（含水率９９重量％）１０ｍ3に、場内工事で発生した掘削土［礫分（粒径２〜７５mmの粒子）５重量％、砂分（粒径７５μｍ〜２mmの粒子）２１重量％、シルト・粘土分（粒径７５μｍ未満の粒子）７４重量％、含水率４０重量％］３０トンを添加し、油圧ショベルで１０分間混練し、調泥した。調泥した排泥水に、高分子系改質剤クリサットＣ−３３３Ｌ［栗田工業(株)製］３０kgを添加し、さらに油圧ショベルで１０分間混練した。処理土の強度を、混練終了１０分後に、実施例１と同様にしてコーンペネトロメーターを用いて測定したところ、静的貫入抵抗（ｑc）は０.２kgf／cm2であった。
実施例５
実施例４と同様に調泥した排泥水に、高分子系改質剤クリサットＣ−３３３Ｌ［栗田工業(株)製］３０kgと古紙粉砕物１５０kgを添加し、油圧ショベルで１０分間混練した。処理土の強度を、混練終了１０分後に、実施例１と同様にしてコーンペネトロメーターを用いて測定したところ、静的貫入抵抗（ｑc）は２.１kgf／cm2であった。
実施例６
実施例４と同様に調泥した排泥水に、高分子系改質剤クリサットＣ−３３３Ｌ［栗田工業(株)製］３０kgと古紙粉砕物１５０kgを添加し、油圧ショベルで１０分間混練した。混練後さらに消石灰１トンを添加し、油圧ショベルで１０分間混練した。処理土の強度を、混練終了１０分後に、実施例１と同様にしてコーンペネトロメータを用いて測定したところ、静的貫入抵抗（ｑc）は５.５kgf／cm2であった。
比較例３
実施例４と同じ排泥水１０ｍ3に、掘削土を加えて調泥することなく、消石灰５トンを添加し、油圧ショベルで１０分間混練した。処理土は、混練後も流動性を示し、改質後の強度を測定することはできなかった。
比較例４
実施例４と同じ排泥水１０ｍ3に、掘削土を加えて調泥することなく、高分子系改質剤クリサットＣ−３３３Ｌ［栗田工業(株)製］３０kgと古紙粉砕物１５０kgを添加し、油圧ショベルで１０分間混練した。混練後さらに消石灰１トンを添加し、油圧ショベルで１０分間混練した。処理土は、混練後も流動性を示し、改質後の強度を測定することはできなかった。
実施例４〜６及び比較例３〜４の結果を第２表に示す。
【００１４】
【表２】
0003783388.tif 000003
【００１５】
第２表の結果から、実施例４〜６の排泥水に掘削土を添加して調泥した処理土は、いずれもコーンペネトロメーターを用いた強度の測定が可能であり、高分子系改質剤のみの添加、高分子系改質剤と古紙粉砕物の２種の添加、高分子系改質剤と古紙粉砕物と消石灰の３種の添加の順に、添加物の種類が増加するにつれて静的貫入抵抗（ｑc）の値が増加し、処理土の強度が向上していることが分かる。これに対して、排泥水に掘削土を添加して調泥しない場合は、比較例３のように消石灰を多量に添加しても、また、比較例４のように実施例で最もよい結果が得られた組み合わせの添加物を添加しても、静的貫入抵抗（ｑc）の測定が可能となるほどには処理土の強度は向上しない。
【００１６】
【発明の効果】
本発明の高含水率泥土、泥水又は汚泥の改質固化方法によれば、石油井、ガス井、地熱井、トンネル工事や、ダム、湖沼、河川、海底などの浚渫工事、建設工事、その他の工事現場で発生する泥土、泥水や、ヘドロ、スラッジ類、あるいは上・下水処理場などで発生する汚泥を、短時間で移送可能な形態とし、処理土の容積増加も少ない状態で、再利用又は廃棄が容易な形態の処理土とすることができる。