(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭灰または製紙スラッジの焼却灰からなる灰成分１００重量部に対して、高炉スラグ微粉末１〜３９重量部、消石灰２〜４２重量部、水酸化マグネシウム０．１〜２５重量部を混合したことを特徴とする土壌安定用混和材料。
【請求項２】
石炭灰または製紙スラッジの焼却灰からなる灰成分１００重量部に対して、高炉スラグ微粉末１〜３９重量部、消石灰２〜４２重量部、水酸化マグネシウム０．１〜２５重量部、硫酸カルシウム０．１〜２５重量部を混合したことを特徴とする土壌安定用混和材料。
【請求項３】
請求項１または２記載の土壌安定用混和材料１００重量部に対して、更に増粘剤０．１〜２．０重量％添加したことを特徴とする土壌安定用混和材料。
【請求項４】
増粘剤が、高分子系増粘剤または無機質系増粘剤であることを特徴とする請求項３記載の土壌安定用混和材料。
【請求項５】
請求項１、２または３記載の土壌安定用混和材料を、泥状土壌１００重量部に対して１〜２０重量部混合、攪拌して、これを地面に敷いて締め固めることを特徴とする土壌安定化工法。
【請求項６】
乾燥した土壌に対して、土壌の含水率が１０〜３００％になるように水を混合して、攪拌し、この含水した土壌１００重量部に対して、請求項１、２または３記載の土壌安定用混和材料を１〜２０重量部混合、攪拌して、これを地面に敷いて締め固めることを特徴とする土壌安定化工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は構成成分にセメントを含まない非セメント系の土壌安定用混和材料およびこれを用いた土壌安定化工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から土壌改良材としては、石灰系やセメント系のものが開発されている。これらの土  壌改良材は、泥状土壌と混和すると、土壌中の水分と反応して石灰やセメントが硬化することによって土壌を固化させることを目的として使用されている。このため、石灰系やセメント系の土壌改良材で改質した土壌を再度、攪拌すると、固化した石灰やセメントの骨格が破壊され、しかも、一度水分を含んだ石灰やセメントは再硬化することがないため、再攪拌した後においては、安定した土壌が得られない問題がある。更に、セメント系の土壌改良材は、植物に対して悪影響を及ぼすことから環境上も、その使用が問題となってきている。
【０００３】
またこの他の土壌改良材として、ポリマー系のものもあるが、その主成分が水溶性ポリマーであることから、土壌中からの水分の蒸発がその硬化を促すため、硬化速度が遅い欠点がある。更に、従来の焼却灰を主成分とする土壌改良材もセメントを含んでいるため上述の問題がある。
【０００４】
また乾燥した土壤で形成されている校庭や公園、駐車場などは、雨が降ると泥状にぬかるみ、また晴天が続いて乾燥すると、風が吹いて砂塵が舞い上がり、周辺環境に悪影響を及ぼす問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑み、セメントを全く含まず、泥状土壌や乾燥した土壌を短時間で自然状態の安定した土壌に改質し、改良土壌が再攪拌された場合でも、その後の締め固めによって再度、固化させることができる土壌安定用混和材料およびこれを用いた土壌安定化工法を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の土壌安定用混和材料は、石炭灰または製紙スラッジの焼却灰からなる灰成分１００重量部に対して、高炉スラグ微粉末１〜３９重量部、消石灰２〜４２重量部、水酸化マグネシウム０．１〜２５重量部を混合したことを特徴とするものである。
【０００７】
また請求項２記載の土壌安定用混和材料は、石炭灰または製紙スラッジの焼却灰からなる灰成分１００重量部に対して、高炉スラグ微粉末１〜３９重量部、消石灰２〜４２重量部、水酸化マグネシウム０．１〜２５重量部、硫酸カルシウム０．１〜２５重量部を混合したことを特徴とするものである。
【０００８】
また請求項３記載の土壌安定用混和材料は、請求項１または２記載の土壌安定用混和材料１００重量部に対して、更に増粘剤０．１〜２．０重量％添加したことを特徴とするものである。
【０００９】
また請求項４記載の土壌安定用混和材料は、増粘剤が高分子系増粘剤または無機質系増粘剤であることを特徴とするものである。
【００１０】
また請求項５記載の土壌安定用混和材料は、請求項１、２または３記載の土壌安定用混和材料を、泥状土壌１００重量部に対して１〜２０重量部混合、攪拌して、これを地面に敷いて締め固めることを特徴とするものである。
【００１１】
また請求項６記載の土壌安定化工法は、乾燥した土壌に対して、土壌の含水率が１０〜３００％になるように水を混合して、攪拌し、この含水した土壌１００重量部に対して、請求項１、２または３記載の土壌安定用混和材料を１〜２０重量部混合、攪拌して、これを地面に敷いて締め固めることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の土壌安定用混和材料は、その主成分が灰成分である。この灰成分としては、例えば石炭灰または製紙スラッジの焼却灰を用いる。この灰成分は、例えばＳｉＯ２  、Ａｌ２  Ｏ３  、ＣａＯを構成成分とするポゾラン物質であり、潜在水硬性を有し、添加剤である消石灰または水酸化マグネシウムの少なくとも一方を混合することにより水と反応して水和物に転じる。
【００１３】
また、灰成分の硬化は、その表面でのポゾラン反応によるため、従来のセメント系や石灰系のような速硬性で強固な硬化反応でないため、固化した改質土壌は自然の状態にあるような空隙を十分に含んだ組織構造を持つことになり、改質土壌を植栽用土壌として利用することが可能になる。
【００１４】
また高炉スラグ微粉末も潜在水硬性を有するポゾラン物質であり、かつ灰成分よりも粒径が小さく反応も速いことから、灰成分の間隙を充填しながら早期に灰成分と同様に水和物に転じる。これらの成分は、改質土壌の固化における骨格を形成する。
【００１５】
更に、灰成分は多孔質で吸水性に富むため、泥状土壌中の水分吸収剤としても働き、泥状土壌を適度な多孔質組織を有する土壌に改良する。また灰成分は吸収した水を容易には排出しないので、土壌の保水性を改善し、改良土壌を植栽用土壌として利用することが可能になる。ここで、灰成分と高炉スラグ微粉末のポゾラン反応は、その表面で生じ、その表層部にエトリンジャイトやケイ酸カルシウムのような鉱物質水和化合物を形成することによって土壌の固化材として作用する。この結果、改質土壌を再度攪拌して締め固めた場合においても、それらの新しい表面で同様の反応が生じるため、再攪拌後においても、攪拌前と同様の改良土壌を得ることができる。
【００１６】
なお高炉スラグ微粉末としては各種のものが利用できるが、比表面積４０００ｃｍ２  ／ｇのものが入手し易く、材料コストも安いので、好ましい。
【００１７】
しかし、灰成分や高炉スラグ微粉末のポゾラン反応は、ポルトランドセメントのような速硬性を有していないことから、そのポゾラン反応を迅速に生じさせるためのアルカリ刺激剤として消石灰を添加して用いる。この、消石灰は土壌気相に多く含まれる二酸化炭素と反応して灰成分や高炉スラグ微粉末と共に改良土壌の固化材としても機能する。
【００１８】
また消石灰は、灰成分や高炉スラグ微粉末よりも速硬性を有しているが、その迅速な硬化を促進するために水酸化マグネシウムを添加して用いる。水酸化マグネシウムは、消石灰の硬化を促進する作用を有し、このことがセメントの使用を不要にすることに大いに役立っている。なお消石灰や水酸化マグネシウムは工業用の汎用のものを用いることができる。
【００１９】
更に、硫酸カルシウム（せっこう）を添加することにより、土壌中の土粒子を凝集して団粒化し、再度含水しても泥状化しにくく、排水性に優れた改良土壌を得ることができる。この硫酸カルシウムとしては、工業用の汎用のものを用いることができるが、せっこうボードの端材を粉砕したものや、排煙脱硫せっこうから副生したものを用いることができる。
【００２０】
また増粘剤を添加することにより、改質土壌にチクソトロピックな性質を付与することができ、改良土壌を法面などに施工した後においても、その土壌を長期間にわたって安定した状態で施工面に付着させることが可能になる。この増粘剤ととしては、メチルセルロース、ポリビニルアルコールなどの高分子系増粘剤またはシリカフュームなどの無機質系増粘剤が好適である。
【００２１】
なお本発明において、高炉スラグ微粉末を、灰成分１００重量部に対して、１〜３９重量部に規定したのは、１重量部未満では灰成分の間隙充填効果が少なく、また３９重量部を超えると、迅速な硬化反応が得られないからである。また消石灰を、灰成分１００重量部に対して、２〜４２重量部に規定したのは、２重量部未満では、灰成分や高炉スラグ微粉末のポゾラン反応を促進させる効果が少なく、また４２重量部を超えると改質土壌が過度に固化するので好ましくない。
【００２２】
また水酸化マグネシウムを、灰成分１００重量部に対して、０．１〜２５重量部に規定したのは、０．１重量部未満では、消石灰の硬化促進作用が少なく、また２５重量部を超えて添加すると、改質土壌が過度に固化するので好ましくない。
【００２３】
また硫酸カルシウムを、灰成分１００重量部に対して、０．１〜２５重量部に規定したのは、０．１重量部未満では、土粒子の凝集作用が少なく、また２５重量部を超えて添加すると、硫酸カルシウムの硬化反応が生じて改質土壌を過度に固化し、植生土壌としては好ましくない。
【００２４】
また改良土壌の状態により、チクソトロピック性を付与するために必要に応じて添加する増粘剤を、請求項１または２記載の土壌安定用混和材料１００重量部に対して、０．１〜２．０重量部に規定したのは、０．１重量部未満では、増粘剤としての効果が少なく、また２．０重量部を超えると改質土壌が粘土状になるので好ましくない。
【００２５】
また本発明の土壌安定用混和材料を用いて泥状土壌を安定化する方法としては、請求項１、２または３記載の土壌安定用混和材料を、泥状土壌１００重量部に対して１〜２０重量部混合して、攪拌し、地面に敷いて締め固めることにより施工する。この場合、施工現場の泥状土壌を建設用バックホウで掘削して、ここに土壌安定用混和材料を混合して、攪拌し、この後、ロードローラーなどで締め固めることにより、短時間で固化させることができる。
【００２６】
また本発明の土壌安定用混和材料を用いて乾燥した土壌を安定化する方法としては、乾燥した土壌に対して、土壌の含水率が１０〜３００％になるように水を混合して、攪拌する。この後、請求項１、２または３記載の土壌安定用混和材料を、含水した土壌１００重量部に対して１〜２０重量部混合して、攪拌し、地面に敷いて締め固めることにより施工する。この場合、施工現場の土壌を建設用バックホウで掘削して、ここに水を混合して、攪拌する。この後、土壌安定用混和材料を混合して、攪拌したのち、ロードローラーなどで締め固めることにより、短時間で固化させることができる。
【００２７】
なお土壌安定用混和材料の泥状土壌および含水した土壌に対する混合割合を上記範囲に規定したのは、１重量部未満では、改質効果が少なく、また２０重量部を超えると、改質土壌が必要以上に固化する上、施工費用が高くなるからである。
【００２８】
また乾燥した土壌を安定化する方法において、乾燥した土壌に対して水を混合、攪拌して含水した状態にして、この後、土壌安定用混和材料を混合、攪拌するのは、土壌安定用混和材料に水分を供給して、土壌安定用混和材料の各成分のポゾラン反応や水和反応を促進するためである。更に、含水した土壌とすることによって、硫酸カルシウムによる土粒子の凝集効果が高まるからである。また水の混合割合を上記範囲に規定したのは、１０重量部未満では、これらの反応促進効果および凝集効果が少なく、また３００重量部を超えると、改質土壌が必要以上に泥状化して、土壌安定用混和材料による改質効果が得られなくなるからである。
【００２９】
なお、乾燥した土壌に対して土壌安定用混和材料を混合、攪拌した後、水を混合したのでは、水が土壌に急速に吸収され、土壌安定用混和材料による十分な改質効果が得られないため、乾燥した土壌に水を混合、攪拌して含水した状態にしてから、これに土壌安定用混和材料を混合、攪拌するのが好ましい。
【００３０】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。実施例に用いた材料は次のものである。  灰成分：製紙スラッジを乾燥・焼却して得た焼却灰
高炉スラグ微粉末：比表面積４０００ｃｍ２  ／ｇの市販品
消石灰：工業用消石灰
水酸化マグネシウム：工業用水酸化マグネシウム粉末
増粘剤：分子量３０００のメチルセルロース粉末
硫酸カルシウム：せっこうボードの端材を粉砕して乾燥した粉末
【００３１】
（実施例１）
灰成分１００重量部に対して、高炉スラグ微粉末８．４重量部、消石灰１３重量部、水酸化マグネシウム２．９重量部を混合して土壌安定用混和材料を製造した。製造した土壌安定用混和材料を、試験施工箇所の深さ２０ｃｍ程度までの泥状土壌に、泥状土壌１００重量部に対して３重量部の割合となるように混和して、建設用バックホウで混合、攪拌し、ロードローラーで締固めた。締固め１時間後に、降雨を想定して散水したが、改質土壌が泥状に戻ることはなかった。
【００３２】
その後、２日間放置した。その間は夜間も降雨が無く、２日後には表面が若干、湿った状態であったが、散水すると吸水し、間隙を十分に持つ土壌に改質されていることが確認された。更に、その表面５ｃｍ程度をブルドーザーで削り、固化した土壌を塊状に砕いて、再度、ロードローラーで締固めた。締固め１時間後に降雨を想定して散水したが、改質土壌が泥状に戻ることがなく硬化したままであった。
【００３３】
（実施例２）
上記実施例１において、土壌安定用混和材料に更に硫酸カルシウム１．２重量部を添加したものを用い、他は同一の条件で同様の泥状土壌に混和、攪拌、締固めた。締固め１時間後に、降雨を想定して散水した改質土壌の上を歩いても、足跡がつかない程度に硬化していた。また施工から１カ月後の状態を観察したところ、表面が滑らかな状態であった。これに対して実施例１の改質土壌は、細かい粒子が洗い流され表面が荒れた状態であり、硫酸カルシウムの添加により、細かい土粒子が凝集されて、流失を防止する効果に優れていることが確認された。
【００３４】
（実施例３）
法面を覆工するため、実施例１の土壌安定用混和材料１００重量部に対して、増粘剤としてメチルセルロースを０．５重量部添加して、別の土壌安定用混和材料を製造した。この土壌安定用混和材料を、河床に堆積した含水率３０％程度の泥状土壌１００重量部に対して、８重量部混和して攪拌し、その改質土壌を河川の傾斜３０°程度の法面に厚さ１０ｃｍ程度に盛って転圧した。その施工２時間後に、土壌が飽和状態になり、水がその表面を流れるほどに法面に散水したが、土壌の流失は認められなかった。
【００３５】
（実施例４）
上記実施例３において、土壌安定用混和材料に更に硫酸カルシウム１．２重量部を添加した実施例２のものを用い、他は同一の条件で河床に堆積した泥状土壌１００重量部に対して、８重量部混和して攪拌し、その改質土壌を河川の法面に盛って転圧した。施工から１カ月後の状態を観察したところ、硫酸カルシウムの添加により、細かい土粒子が凝集されて流失が防止され、表面が滑らかで、水はけの良い状態を維持していることが確認された。
【００３６】
（実施例５）
風が吹くと砂塵が舞い上がるほど乾燥した土壌を改質するため、試験施工箇所の深さ３０ｃｍ程度までの土壌に、土壌の含水率が８０％になるように水を混合して、攪拌した。この後、実施例１の土壌安定用混和材料を、含水した土壌１００重量部に対して３重量部の割合となるように混和して、建設用バックホウで混合、攪拌し、ロードローラーで締固めた。締固め後において、３日間晴天が続いた後においても土壌の含水率はほとんど減少していなかった。また、その時に、大型送風機を用いて土壌表面に強制送風したが、砂塵が舞い上がるようなことはなかった。
【００３７】
（実施例６）
上記実施例５において、乾燥した土壌に水を混合して、攪拌した後、土壌安定用混和材料として更に硫酸カルシウム１．２重量部を添加した実施例２のものを用い、他は同一の条件で含水した土壌に混和して、攪拌、締固めを行なった。施工から１カ月後の状態を観察したところ、表面が滑らかな状態のまま固化しており、風が吹いても砂塵が舞い上がることがなく、硫酸カルシウムの添加により土粒子が凝集されて、長期間に亘って固化していることが確認された。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の請求項１記載の土壌安定用混和材料は、非セメント系であるので、セメントを含む従来の土壌改良材で懸念されるような環境汚染の恐れがなく、また一度改質した土壌を再攪拌した後においても、十分に安定した改質土壌を形成することができる。更に本発明の土壌安定用混和材料で改質した土壌は、施工が容易で、迅速に固化し、雨水などによる流出もなく、その上、自然界にあるような安定して適度の空隙があり、種子の発芽を促進できるので、各種の植栽用客土としても広く利用できる。更に灰成分として石炭灰または製紙スラッジの焼却灰を用いるので、これらの産業廃棄物をリサイクルして有効利用することができる。
【００３９】
また請求項２記載の土壌安定用混和材料は、硫酸カルシウム（せっこう）を添加することにより、土壌中の土粒子を凝集して団粒化し、再度含水しても泥状化しにくく、排水性に優れた改質土壌を得ることができる。更に硫酸カルシウムとして、現在産業廃棄物としてその処分が問題となっているせっこうボードの端材を、そのまま粉砕したものを再利用することができるので、資源のリサイクルに有効である。
【００４０】
また請求項３記載の土壌安定用混和材料は、更に増粘剤を添加することにより改質土壌にチクソトロピックな性質を付与することができ、改質土壌を法面などに施工した後においても、その土壌を長期間にわたって安定した状態で施工面に付着させることができる。
【００４１】
また請求項４記載の土壌安定用混和材料は、増粘剤としてメチルセルロース、ポリビニルアルコールなどの高分子系増粘剤、またはシリカフュームなどの無機質系増粘剤を用いるので土壌を安定化させる上で好適である。
【００４２】
更に請求項５記載の土壌安定化工法は、施工現場の泥状土壌に本発明の土壌安定用混和材料を混合、攪拌し、これを地面に敷いて、締め固めるだけなので、施工が容易で、短時間に土壌を改質することができる。
【００４３】
また更に請求項６記載の土壌安定化工法は、雨が降ると泥状にぬかるみ、乾燥して風が吹くと砂塵が舞い上がる、校庭や公園、駐車場などの乾燥した土壌に水を混合して、攪拌することによって含水した土壌を得て、この含水した土壌に本発明の土壌安定用混和材料を混合、攪拌し、これを地面に敷いて、締め固めるだけなので、風雨に対して長期間に亘って安定した土壌に改質することができる。