Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
# 再生半水石膏より改良された土質材料の力学特性

福岡大学 学生会員 ○松崎数馬 伊藤恵輔

福岡大学 正会員 佐藤研一 押方利郎

ふくおか石膏ボードリサイクル研究会 非会員 大山勝寿 坂本晃一 森田博史

1. はじめに 石膏ボードとは、石膏を主成分とした素材を板状にして、両面をボード用原紙で被覆成型した建築用内装材料である。耐火性、遮音性、断熱性、施工性に優れており、経済的にも低廉なことから建築物の壁や天井に広く用いられている。しかしながら、建築現場からは、新築及び解体時に廃棄物として発生する廃石膏ボードの排出量が年々増加しており、2013年には廃石膏ボードの年間総排出量は約200万トンになると言われている $ ^{1} $ 。そこで本研究では、廃石膏ボードから分離した二水石膏を焼成して得られる再生半水石膏を地盤改良材として有効利用することを目的とし、再生半水石膏混合材料の力学特性の検討を行った結果について報告する。

### 2. 実験概要

2-1 実験試料 本研究では土質材料として、福岡市内で採取されたまさ土と建設発生土を洗浄し再利用する過程で発生する脱水ケーキを使用した。また、再生半水石膏として間接焼成方式で焼成された再生半水石膏(以下、石膏A)とIH焼成方式で焼成された再生半水石膏(以下、石膏B)の2種類を使用し、補助固化材として高炉セメントB種(以下、高炉B種)を使用した。凡例の記号はそれぞれ$\mathrm{P}_{\mathrm{A}}$:石膏A、$\mathrm{P}_{\mathrm{B}}$:石膏B、C:高炉B種を示している。図-1に粒径加積曲線を、表-1に物理特性値を示す。まさ土は、粒径幅の広い良く締固められる材料であることがわかる。また、脱水ケーキは細粒分含有率が高く、強熱減量の結果から有機分の多い試料である。

図-1 試料の粒径加積曲線

表-1 試料の物理特性値

2-2 検討内容 実験は、表-2 に示す実験条件により一軸圧縮試験から検討を行った。ここで試料の配合は絶乾状態の土質材料に対する重量比(%)である。まず、各混合材料の締固め試験(A-a 法)を行い最大乾燥密度及び最適含水比を求めた(図-2)。一軸圧縮試験の供試体については、含水比を最適含水比に調整し、締固め試験結果から締固め密度D( $ p_{d}/p_{dmax} $ )=95%とし、直径 $ \phi=5cm $ 、高さ h=10cm のモールドに5層で突き固めて作製した。養生は、恒温室(室温 $ 20\pm2^{\circ}C $ )で所定期間(7、28、56日)行った。

まさ土	脱水ケーキ
土粒子密度ρs(g/cm³)	2.642	2.620
細粒分含有率Fc(%)	34.40	100.00
液性限界W(%)	-	58.54
塑性限界Wp(%)	-	37.56
塑性指数Ip(%)	-	20.98
強熱減量(%)	3.66	18.40

表-2 実験条件

### 3. 実験結果及び考察

土質材料	半水石膏	補助固化材(高炉B種)	養生日數(day)
種類	添加率(%)	添加率(%)
貴さ土	石膏A	0	0	0
脱水ケーキ	石膏B	10	3	7
15	5	28
56

3-1 一軸圧縮試験結果 図-3 に再生半水石膏により改良されたまさ土と脱水ケーキの一軸圧縮試験結果を示す。結果からわかるように再生半水石膏混合後に締固めた材料の一軸圧縮強さは土質材料の影響を受け、まさ土より脱水ケーキの方の改良効果が大きい事がわかる。また、いずれの土質材料も半水石膏添加に伴ってせん断強度は増加しており、P=15% 混合させたものは、材料の初期剛性の増加も確認できる。また、いずれの土質材料ともに破壊時の圧縮ひずみが大きくなっていることから、半水石膏の添加によって粘り強い材料になっていることも確認できる $ ^{2} $ 。しかし結果より、大きな材料強度の増加は望めない改良材である事もわかる。図-4 に再生半水石膏にさらに補助固化材を混合した供試体の一軸圧縮試験結果を示す。結果から補助固化材を混合させることによって

(a)まさ土

図-2 締固め曲線(石膏 A10%)

(b)脱水ケーキ
(a)まさ土

(b)脱水ケーキ

図-3 一軸圧縮試験結果(7日養生 石膏のみ)

材料の強度増加が見込める事がわかる。またその傾向は、まさ士の方が強度増加は顕著である。これに対し、脱水ケーキは土中の有機分によってセメントによる強度発現効果を阻害していることが推測される。図-5に補助固化材添加率と破壊ひずみの関係を示す。補助固化材の添加率の増加に伴い破壊ひずみが減少していることがわかる。したがって補助固化材を添加することにより大幅な強度と材料剛性の増加は見込めるが、半水石膏の特性である粘り強さを減少させることを示している。

3-2 養生日数と一軸圧縮強さの関係 図-6、7 に両土質材料の養生日数と一軸圧縮強さの関係を示す。石膏のみの添加に着目すると、土質材料の種類によらず、混合直後の一軸圧縮強さと養生日数の経過に伴う一軸圧縮強さはほぼ一定値を示していることがわかる。このように半水石膏の添加によって土質材料の種類に関係なく、混合直後に土質材料の強度増加が見込まれる。したがって、軟弱土壌の施工現場における半水石膏の利用は、早期にトラフィカビリティーが改善され、工期の短縮が望める改良材である。一方、補助固化材の効果は、養生日後において一軸圧縮強さが増加し、養生日数が経過するごとに徐々にその増加が緩やかになる傾向が見られる。まさ土では養生日数の経過に伴い大きな強度増加が見られるが、脱水ケーキではまさ土ほどの強度増加は見られなかった。これは先述したように脱水ケーキの土中の有機分に起因すると考えられる。

### 4. 結論 実験の結果、以下の結論を得ることができた。

①土質材料に再生半水石膏を混合し、締固めることによって、混合材料の強度を増加させることができ、粘り強い材料となる。また、この改良効果は、材料混合直後に発揮され、養生に伴って変化しないことも明らかとなった。②補助固化材の

(a)まさ

(b)脱水ケーキ

図-4 一軸圧縮試験結果（7日養生 補助固化材あり）

(a)まさ土

(b)脱水ケーキ

図-5 補助固化材添加率と破壊ひずみの関係

(a)まさ土

(b)脱水ケーキ

図-6 養生日数と一軸圧縮強さの関係(石膏のみ)

(a)まさ土

(b)脱水ケーキ

図-7 養生日数と一軸圧縮強さの関係(補助固化材あり)

添加によって、混合材料の強度増加が期待でき、さらに、有効利用時に必要な強度を設定することが可能であることが示された。また、脱水ケーキにおいて高炉セメント B 種の効果は、有機分の含有によって阻害されるものの、養生による強度増加が見込まれることも示された。
7. 武下俊宏，三浦麻，押方利朗，桶口壮太郎

リサイクル石膏を用いた土木資材の硫化水素発生試験方法の検討と安全評価

第 31 回 全国都市清掃研究・事例発表会 講演論文集, pp. 104-106, 2010 年 1 月
# リサイクル石膏を用いた土木資材の硫化水素発生試験方法の検討と安全性評価

福岡大学 ☐武下俊宏，三浦麻，押方利郎，樋口壯太郎

## はじめに

廃石膏ボードの埋立処分は硫化水素発生問題が顕著化したため次第に規制強化され，平成18年6月1日以降は石膏ボードから紙を除去した石膏部分についても管理型産業廃棄物とされ，管理型処分場への埋立処分が義務化された $ ^{1} $ ．廃石膏ボード排出量の推計 $ ^{2} $ によると，廃石膏ボードの総排出量は今後増加すると見込まれている．さらにその内訳を見てみると，新築系廃石膏ボードの排出量は微減すると見込まれているものの，今後多くの建物が建て替え需要の時期を迎えることから，解体系廃石膏ボードの排出量は増加すると見込まれている．廃石膏ボード総排出量の増加は将来的な最終処分場逼迫の要因ともなるため，廃石膏ボードのリサイクル技術開発および用途開発が必要とされている．様々なリサイクルが検討されているが，このうちリサイクル石膏を土壌改良材や地盤改良材などの土木資材として使用する場合，廃石膏ボードの埋立処分において問題となった硫化水素の発生が懸念され，施工後の安全性について疑問視されてきた．そこで，本研究は廃石膏ボードから製造されたリサイクル石膏およびリサイクル石膏を混合した土木資材について硫化水素発生試験方法を検討し，同方法を用いて硫化水素発生の状況を確認することを目的とした．

本研究では、まず容易に入手可能な実験器具を用い、リサイクル石膏およびリサイクル石膏を含む土木資材を対象とした硫化水素発生試験方法を検討した。さらに本方法を用いて、二水石膏と半水石膏の硫化水素発生試験、解体系二水石膏と新築系二水石膏の硫化水素発生試験、植菌の有無による硫化水素発生の影響、半水石膏により改良した無機污泥の硫化水素発生試験、等について検討を行った。

## 実験方法

本実験では, 共同研究者である「ふくおか石膏ボードリサイクル研究会」より提供の半水石膏, 二水石膏および無機污泥を使用した. このうち二水石膏については本実験のために新築系と解体系に分けて準備した試料を使用した. 無機污泥については土木工事現場より発生した泥土の一部を回収保管したものを使用した. 土壌改良試料については無機污泥1kgに対して半水石膏200～400gを加えて混合し, 7日間養生した固化物を使用した. 各試料は粉砕の後目開き2mmの篩で篩分し, その篩下を硫化水素発生試験用の試料とした. 硫化水素の発生試験は, 洗浄した500ml容の肉厚ガラス容器(デュラン瓶)に前述の試料50gと純水200mlを添加し, ヘッドスペースガスを窒素置換してシリコン栓で密封し, 35℃の恒温庫に静置して行った. 用いたガラス容器や試料, 水等については殺菌操作を行わずそのまま使用した. また, 植菌についても特に断らない限り行っていない. なお, 比較のため植菌を行った実験については, 硫化水素の発生履歴のある当研究所敷地内の大型実験槽の浸透水を採取し, その1mlを容器に添加した. ガラス容器内に発生した硫化水素の濃度は, ヤナコ製のFPDガスクロマトグラフィーで分析した.

## 実験結果

### 1. 二水石膏および半水石膏の硫化水素発生試験結果

図1, 2に二水石膏および半水石膏を用いて硫化水素発生試験を行った結果を示す. 図1はA社提供の試料を用いた場合, 図2はB社提供の試料を用いた場合の結果をそれぞれ示している. なお, 用いた試料の詳細は以下の通りである;

① : 廃石膏ボードからボード紙を除去した石膏部分を粉砕した焼成前の二水石膏.

②:①の二水石膏を焼成炉で焼成し粉砕した半水石膏.

③ :②に最適含水比(A社;143%, B社116%)となるように加水して固化形成し, 材令7日目に粉砕した二水石膏.

両図に示すように，①の試料からは高濃度の硫化水素が発生する事が確認された．一方，A社②の試料からも硫化水素の発生が確認されたが，①の試料の発生濃度と比較しても低濃度で推移し，いったん硫化水素濃度
度が上昇したがその後は減少した．B社②の試料からは硫化水素の発生は確認されなかった．さらに，A社③の試料についてはA社②の試料よりさらに硫化水素濃度が低濃度で推移する傾向が見られた．B社③の試料についてはB社②の試料同様，硫化水素の発生は確認されなかった．

図1. A 社の二水石膏(◆)，半水石膏(■)および半水石膏に加水固化した二水石膏(▲)の硫化水素発生結果.

図2. B社の二水石膏(◆)，半水石膏(■)および半水石膏に加水固化した二水石膏(▲)の硫化水素発生結果.

### 2. 新築系二水石膏と解体系二水石膏の硫化水素発生試験結果

図3, 4に新築系二水石膏と解体系二水石膏からの硫化水素の発生結果を示す. 図3はA社提供の試料を用いた場合, 図4はB社提供の試料を用いた場合の結果をそれぞれ示している. 両図に示すように, 解体系の二水石膏からは高濃度の硫化水素が発生することが確認された. 一方, 新築系の二水石膏からも硫化水素の発生が確認されたが, いずれの場合も発生濃度は解体系二水石膏よりも低濃度で推移する事が確認された.

図3. A 社の新築系二水石膏(●)および解体系二水石膏(■)の硫化水素発生結果.

図4. B 社の新築系二水石膏(●)および解体系二水石膏(■)の硫化水素発生結果.

### 3. 植菌の有無による硫化水素発生試験結果

図5, 6に植菌の有無による新築系二水石膏からの硫化水素発生試験結果を示す. A社の新築系二水石膏は, 植菌により硫化水素の発生が促進され, 約30日経過時点において最大5000ppm近い硫化水素が発生した. 植菌なしの試料についても同時期の30日経過時点において500ppm程度の濃度の硫化水素発生が確認され, その後硫化水素濃度が増加した. 一方, B社の新築系二水石膏は植菌の有無にかかわらず硫化水素の発生はほとんど確認されなかった.

次に, 解体系二水石膏についても植菌の有無の影響を確認した. 図7, 8に植菌の有無による解体系二水石膏からの硫化水素発生試験結果を示す. A社の解体系二水石膏については植菌を行わない場合でも6000ppm 近い濃度の硫化水素が発生し, 植菌によりさらに高濃度の硫化水素が発生することが確認された. 一方, B社の解体系二水石膏からも2000ppmを超える硫化水素が発生したが, 植菌の有無による硫化水素発生への影響は頭著には現れていない.
図5. 植菌の有無による A 社の新築系二水石膏の硫化水素発生結果.

図6. 植菌の有無によるB社の新築系二水石膏の硫化水素発生結果.

図7. 植菌の有無による A 社の解体系二水石膏の硫化水素発生結果.

図8. 植菌の有無によるB社の解体系二水石膏の硫化水素発生結果.

### 4. 半水石膏の添加により改良した無機污泥の硫化水素発生試験結果

無機污泥(含水率62.8%)1kgにA社およびB社の半水石膏を200g, 300g, 400g混合した固化試料を作製し, これらの試料について硫化水素の発生試験を行った. 本実験では植菌を施した. しかし, 14日経過時点では硫化水素の発生は確認されていない(データは示さない). 蛍光X線分析の結果, この無機污泥には10.6%のFeが含まれていることが明らかとなり, 発生した硫化水素がFeと反応して硫化物として固定されたことも考えられる. しかし, 硫化物の生成による試料の黒色変化は確認できていない. 今後, 本試験を継続して硫化水素の発生を追跡調査し, 試験終了時には濃塩酸を添加して硫化物として固定された硫化水素を遊離させる方法で, 硫化水素が検出されるかについても確認する予定である.

## まとめ

石膏ボードからボード紙を除去した二水石膏からは硫化水素の発生が顕著であったが，二水石膏を新築系と解体系に分別した場合には解体系二水石膏から高濃度の硫化水素が発生した．二水石膏を焼成して製造した半水石膏からも硫化水素の発生が確認されたが，二水石膏ほど高濃度に発生することはなかった．また，本実験の範囲内では半水石膏を無機污泥と混合した試料からは硫化水素の発生は確認されなかった．

## 謝辞

本研究は「平成21年度 北九州市環境未来技術開発助成」により行われた．また，本研究は「ふくおか石膏ボードリサイクル研究会」より提供された試料を用いて行われた．ここに記して関係各位に深く感謝の意を表する．

## 引用

1)環境省HP;廃石膏ボードから付着している紙を除去したものの取扱いについて（通知）.

2)(社)石膏ボード工業会HP.
## 查読付論文

1. 佐藤研一，吉田英史，押方利郎，武下俊宏，大山勝久：再生半水石膏を用いた地盤改良効果と環境安全性の検討，日本材料学会, 第9回地盤改良シンポジウム論文集，pp.81-86，2010.

2. Kenichi Sato and Toshiro Oshikata : Mechanical and Leaching Characteristics of Soil Materials Improvement with Bassanaite, Proceedings of the 6th International Congress on Environmental Geotechnics (6ICEG), pp. 1451-1456, 2010

## 学会発表論文

3. 伊藤惠輔，佐藤研一，押方利郎：再生半水石膏により改良された土質材料の基本特性の検討，第 45 回地盤工学研究発表会，pp. 96-97，2010 年 8 月

4. 佐藤研一，押方利郎，伊藤恵輔，大山勝寿，坂本晃一，森田博史：再生半水石膏により改良された土質材料の環境安全性の検討，土木学会平成22年度全国大会第65回年次学術講演会，pp.437-438，2010年9月

5. 武下俊宏, 酒田雅央, 大山勝寿, 森田博史, 押方利郎, 佐藤研一, 樋口壯太郎: リサイクル石膏を混合した土木資材の硫化水素発生に関する研究, 第21回廃棄物資源循環学会研究発表会, pp. 197-198, 2010年11月

6. 佐藤研一，押方利郎，武下俊宏：再生半水石膏により改良された土質材料の力学・溶出特性，第21回廃棄物資源循環学会研究発表会，pp.201-202，2010年11月

7. 吉田英史, 松崎裕太, 佐藤研一, 押方利朗, 武下俊宏, 大山勝寿, 森田博史: 再生半水石膏を用いた軟弱地盤改良におけるフッ素溶出特性, 平成22年度土木学会西部支部研究発表会, pp. 351-352, 2011年3月

8. 松崎裕太，吉田英史，佐藤研一，藤川拓朗，押方利朗，廣田武次，山崎伸幸：再生半水石膏による軟弱地盤改良技術の検討，平成22年度土木学会西部支部研究発表会，pp.353-354，2011年3月
1. 佐藤研一，吉田英史，押方利郎，武下俊宏，大山勝久

再生半水石膏を用いた地盤改良効果と環境安全性の検討

日本材料学会, 第9回地盤改良シンポジウム論文集, pp. 81-86, 2010.
# 再生半水石膏を用いた地盤改良効果と環境安全性の検討

佐藤研一 $ ^{1} $ ·○吉田英史 $ ^{2} $ ·押方利郎 $ ^{3} $ ·武下俊宏 $ ^{1} $ ·大山勝久 $ ^{4} $

$ ^{1} $ 福岡大学・ $ ^{2} $ 福岡大学大学院・ $ ^{3} $ 福岡大学大牟田産学連携推進室・ $ ^{4} $ 福岡石膏ボードリサイクル研究会

### 1. はじめに

石膏ボードは，耐火性，遮音性，機密性，断熱性等の特徴を有しており，経済的にも低廉なことから住宅から超高層ビルまで建築物の種類に限定されない建築材料として幅広く利用されている $ ^{1} $ 。そのため，建築現場からは，新築及び解体時に大量の廃石膏ボードが発生している。しかし，廃石膏ボードの処理処分状況は，一部リサイクルされているものの，大部分は管理型の産業廃棄物最終処分場に処分され，

2013年には磨石膏ボードの年間総排出量は約200万トンと言われている。このような背景から，磨石膏ボードのリサイクル・有効利用が実施されはじめてきている。磨石膏ボードから分離した石膏（二水石膏）を焼成して得られる再生半水石膏は亀井ら $ ^{1)} $ ， $ ^{2)} $ の研究によって，締固が材料や地盤改良材として十分に適用できる可能性がある程度明らかになっている。そこで本研究では，磨石膏ボードのリサイクルを推進するため，磨石膏ボードから分離した石膏（二水石膏）を焼成して得られる再生半水石膏を建設用資材（中性固化材）として有効に利用する技術システムの確立を目指し，研究開発を行っている。本報告では再生半水石膏を用いた地盤改良材の開発のために研究を行った結果について報告する。

### 2. 再生半水石膏

再生半水石膏を焼成する方法は，直接焼成方式，間接焼成方式，IH焼成方式の3種類がある。現在では，間接及びIH焼成方式が主流となっている。そこで本研究では，間接焼成方式で焼成された再生半水石膏(以下，石膏A)とIH焼成方式で焼成された再生半水石膏(以下，石膏B)の2種類の再生半水石膏を使用した。凡例の記号はそれぞれ $ P_{A} $ ：石膏A， $ P_{B} $ ：石膏B，C：高炉セメントB種を示している。

### 3. 地盤改良効果の検討

図-1 実験に用いた試料の粒径加積曲線

物理特性	主土	脱水一斗
土粒子密度ρg(g/cm³)	2.64	2.62
初期含水比(%)	3.0	15.0
细粒分含有率Fc(%)	34.4	100.0
塑性指数Ip	-	21.0
强热减量(%)	3.7	18.4

表-1 試料の物理特性値

## 3 -1 実験に用いた試料

再生半水石膏による地盤改良効果の検討では図-1に示す試料の中から福岡市内で採取されたまさ土，建設発生土を洗浄し再利用する過程で発生する脱水ケーキを使用した。表-1に試料の物理特性値を示す。脱水ケーキは細粒分含有率が高く，有機物を多く含んでいる材料である。一方，まさ土は粒径幅が広く，粒度分布の良い試料であることがわかる。

## 3 –2 実験概要

表-2 配合条件

表-2 に配合条件を示す。実験では補助固化材として高炉セメントB種を用

土質材料	再生半水石膏	補助固化材
種類	種類	添加率(%)	種類	添加率(%)
主さ土脱水ケーキ	石膏A石膏B	10,15	高炉B種	0,3,5

(a) まさ土

(b)脱水ケーキ

図-2 締固め曲線(石膏 A10%)
ゆった。締固めが可能な土質材料に対し，一軸圧縮試験を行い強度・変形特性の把握を行った。まず，各混合材料の締固め試験(A-a法)を行い最大乾燥密度及び最適含水比を求めた(図-2)。一軸圧縮試験の供試体については，含水比を最適含水比に調整し，締固め試験結果から締固め密度D(ρd/ρdmax)=95％とし，直径φ=5cm，高さh=10cmのモールドに5層で突き固めて作製した。養生は，恒温室(室温20±2℃)で所定期間(0,7,28,56日)行った。さらに，脱水ケーキに関しては，再泥化試験，変水位透水試験も行った。

## 3 -3 一轴压缩特性

図-3に再生半水石膏のみ添加した材料の7日養生後の応力ひずみ曲線を示す。結果からわかるように、いずれの土質材料も半水石膏添加に伴ってせん断強度は増加し、材料の初期剛性の増加も確認できる。しかし結果より、大きな材料強度の増加は望めない改良材である事もわかる。図-4に再生半水石膏にさらに補助固化材を混合した供誌体の一軸圧縮誌戦結果を示す。結果から補助固化材を混合させることによって材料の強度増加が見込める事がわかる。またその傾向は、主さ土の方が強度増加は顕著である。これに対し、脱水ケーキは土中の有機分によってセメントに上る強度発現効果を阻害していることが推測される。図-5に再生半水石膏のみ添加した材料の養生日数と一軸圧縮強さの関係を示す。図中の黒線は、一般盛土材の目標強度(q_{m}=100kPa)を示す。結果からわかるように、土質材料の種類によらず、混合増後の一軸圧縮強さと養生日数の経過に伴う一軸圧縮強さはほぼ一定値を示し、一般盛土材の目標強度も満足していることがわかる。この上うに半水石膏の添加によって土質材料の種類に関係なく、混合増後に土質材料の強度増加が見込まれる。したがって、施工現場における半水石膏の利用は、早期にトラフィカビリ

(a) まさ土

(b)脱水ケーキ

図-3 一軸圧縮試験結果(7日養生 石膏のみ)

(a) まさ土

(b)脱水ケーキ

図-4 一軸圧縮試験結果（7日養生 補助固化材あり）

(a) まさ土

(b)脱水ケーキ

図-5 養生日数と一軸圧縮強さの関係(石膏のみ)

ディーが改善され，工期の短縮が望める改良材である。図-6に補助固化材を添加した材料の養生日数と一軸圧縮強さの関係を示す。補助固化材の效果は，養生日後において一軸圧縮強さが増加し，養生日数が経過するごとに徐々にその増加が緩やかになる傾向が見られる。まさ土では養生日数の経過に伴い大きな強度増加が見られるが，脱水ケーキでは主さ土ほどの強度増加は見られなかった。これは先述したように脱水ケーキの土中の有機分に起因すると考えられる。3-4 再汚化特性

再泥化試験は供試体作製後7日間気中養生を行った後、蒸留水(1500g)に供試体を水浸させ、1,2,5,10,15,30,60,120,
240分, 1日, 7日後に観察, 記録し, 表-3に示す再泥化区分に従い分類を行った。図-7に再泥化試験結果を示す。図上り, 脱水ケーキ単体では, 水浸直後に再泥化が開始し, 水浸10分後には完全に再泥化していることがわかる。再生半水石膏のみ添加した材料では, 石膏添加率の増加に伴い, 再泥化するまでの時間が増加していることがわかる。また, 水浸直後に角が崩れ, 水浸1日後までには全て再泥化していることがわかる。一方, 補助固化材を添加した材料では, 周囲にひび割れが見られるものもあったが, 水浸7日後でも完全な再泥化は見られなかった。したがって, 補助固化材として高炉セメントB種を添加することで再泥化を抑制する事が可能であることが示された。

## 3 -5 透水特性

柔壁型変水位透水試験(ASTM D 5084)を用いて, $ \phi=10cm\times h=3cm $ のモールドに3層に突き固めて供試体

(a) まさ土

(b)脱水ケーキ

図-6 養生日数と一軸圧縮強さの関係(補助固化材あり)

表-3 再泥化区分

区分	1	2	3	4	5	6
形状
状態	変化をし	角の脇れ程度	周囲のUの割れの顔箸	再現化開始	半分の再現化	完全に再現化

(a)再生半水石膏のみ

(b) 辅助固化材添加

图-7 再呢化试验结果

图-8 透水試驗結果

を作製し、養生7日間気中養生後、柔壁型変水位透水誠験機を用いて測定した。図-8に透水誠験結果を示す。図中の色枠は、刃金土及び遮水シートの透水保数の目標値を示している。図上り、脱水ケーキに再生半水石膏及び補助固化材を添加した材料は、刃金土及び処分場の遮水土としての要求性能を満たしている。また、補助固化材による影響はほとんどなく、再生半水石膏及び補助固化材を添加した材料において十分に難透水性を示していることがわかる。

## 4 -1 実験に用いた試料

本節では土質材料として①まさ土，②脱水ケーキに加えて，③しらす，④博多粘土，⑤黒ボク，⑥風化土の九州各地で発生し使用が予想される6種類の土質材料を使用した。引

表-5 試料の物理特性値

物理特性	土芯土	脱衣一午	几与宁	博多粉土	黑尔宁	黑化土
土粒子密度ρ(g/cm³)	2.64	2.62	2.42	2.76	2.39	2.72
初钢含水比(%)	3.0	15.0	12.0	83.3	22.0	45
细粒分含有率Pc(%)	34.4	1000	43.0	90.0	79.9	72.2
塑性指数Ib	-	21.0	-	41.6	-	38.5
强热减量(%)	3.7	18.4	5.6	43.0	23.7	10.8
き続き，石膏A，石膏B，高炉セメントB種を使用した。図-1に粒径加積曲線を，表-5に物理特性値を示す。脱水ケーキ，博多粘土，黒ボク及び風化土は細粒分含有率が70％以上と高く有機物を多く含んでいる材料である。一方，まさ土としらすは粒径幅が広く，粒度分布の良い試料であることがわかる。

## 4 -2 改良土からのフッ素溶出特性

表-6 に配合条件を示す。ここで，石膏の添加率は乾燥状態の土質材料に対する重量比(%)，混水量は，JIS R 9112 により規定された石膏の固化に最適な水の量のことで，石膏に対する重量比(%)である $ ^{3} $ 。試料作製方法は，土質材料と石膏と水をミキサーで1分間混合攪拌したのち，チャック付の袋に入れ，恒温室(室温20±2℃)に所定期間養生(1,7,28日)を行った。その後，各養生後に環境庁告示第46号法試験に従い，イオンクロマトグラフによりフッ素(F)の測定を行った。固化試料からのフッ素溶出特性についての試料は一軸圧縮試験と同一の供試体を用い，恒温室(室温20±2℃)で28日間気中養生した後，環告46号法試験を行いオンクロマトグラフによりフッ素(F)の測定を行った。なお，脱水ケーキについてのみ実験を行った。

## 4 -2-1 フッ素溶出特性に及ぼす土質

## 材料の影響

図-9に1日養生後の石膏添加率とフッ素溶出量の関係を示す。図より，石膏添加率の増加に伴いフッ素溶出量が増加している。これは，表-7の試料の溶出試験結果に示すように，もともと石膏自体が土壌環境基準値の5～6倍に相当するフッ素の溶出が認められることに起因しているものと考えられる。また，土質材料の種類によってフッ素溶出量に違いが見られる。図-10に$\mathrm{P}_{\mathrm{A}}=20\%$の各土質材料における養生日数とフッ素溶出量の関係を示す。図より，脱水ケーキとまさ土では養生日数の経過に伴いフッ素の溶出量が低下していることがわかる。これ

表-6 配合条件

表-7 試料の溶出試験結果

土質材料	半水石膏	混水量(%)
種類	添加率(%)
まさ土脱水ケーキしらす博多粘土黒ボク風化土	石膏A	10	143
15
20
石膏B	10	116
15
20

試料	pH	F(mg/l)
まさ土	6.81	N.D
脱水ケーキ	8.57	0.54
しらす	4.03	N.D
博多粘土	7.71	1.23
黒ボク	6.00	0.56
風化土	5.03	N.D
石膏A	6.97	4.84
石膏B	7.46	5.94
土壤環境基準値	-	0.80

表-8 溶出試験結果

土質材料	半水石膏	補助固化材	46号法試驗
種類	添加率(%)	添加率(%)
pH	F
脱水ケーキ	石膏A	15	0	8.65	1.235
3	11.11	1.040
5	11.35	N.D
石膏B	0	7.85	0.722
3	11.20	0.640
5	11.45	0.216

図-9 石膏添加率とフッ素溶出量の関係

餐生日数(日)

図-10 養生日数とフッ素溶出量の関係 $ (P_{A}=20\%) $

図-11 Fc とフッ素溶出量の関係
に対し，それ以外の土質材料では，養生日数に関係なくフッ素溶出量はほぼ一定値を示している。図-11に1日養生後における細粒分含有率 $ F_{c} $ とフッ素溶出量の関係を示す。このフッ素の溶出量は，表-7の結果より土質材料そのものの溶出も含まれる。しかしながら， $ F_{c} $ の増加より溶出量が減少していることがわかる。これは，細粒分がフッ素を吸着したことに起因するものと考えられる。

## 4 -2-2 固化試料からのフッ素溶出特性

表-8 に養生 28 日後の P=15% の溶出試験結果を示す。表より，補助固化材を添加したことによりフッ素溶出量が低下していることがわかる。これは，フッ素イオンをエトリンガイトに固定することでフッ素の溶出を抑制するものと考えられる $ ^{2)} $ 。したがって，補助固化材を添加することによりフッ素の溶出抑制が可能であることが明らかとなった。

## 4 -3 改良土からの硫化水素発生特性に及ぼす土質材料の影響

4-3 改良土からの硫化水素発生特性に反対する土質材料の影響

硫化水素発生試験用の試料(28日間養生)は，一軸圧縮強度を測定した後の破壊断片を回収して粉砕し，目開き2mm篩を通過したものを用いた。なお，篩い分けした試料は試験に供するまでの間，チャック付きのビニール袋に一時保存した。試験方法は、試料50gを秤取った物と純水200mlを500ml容器のデュラン瓶に入れ，種菌として大型実験槽(安定型廃棄物充填)の浸透水1mlを添加する。次に、内部のガスを高純度窒素で置換(2L/分で1分)、シリコン栓で密栓、そしてよく攪拌した後、容器を35℃の恒温槽に静置する。その後、シリンジで内部のガスを0.5ml採取し、ガスクロマトグラフを用いて，硫化水素発生の検証を行った。また，内部に発生した硫化水素ガスの濃度を均一にするため，サンプリングの前に内容物をよく攪拌した。表-9に配合条件を示す。以後，各試料の表記を簡略化するため，例えばCase1試料の表記は#1と示す。図-13～15に脱水ケーキ（#7～12），図-14にシラス（#13～18），図-15に赤土（#31～36）を半水石膏を用いて改良した材料からの硫化水素試験結果について示す。脱水ケーキの半水石膏改良物については130日間，シラスの半水石膏改良物については80日間，赤土の半水石膏改良物については30日間の試験期間中一度も硫化水素の発生は確認されなかった。次に，図-16，17にまさ土（#1～6）と，博多粘土（#19～24）の結果を示す。いずれの試料についても測定開始後10～20日の間に硫化水素の発生が確認された。しかし，その後は発生した硫化水素ガスの濃度が維持される事なく消失する傾向が見られた。図-18に黒ボクの半水石膏改良物（表-9の#25～30）の結果を示す。これらの試料については実験開始14～35日の間に硫化水素の発生が確認され，さらにその後，発生した硫化水素ガスの濃度が維持される傾向が見られた。以上の実験の結果から，本試験方法を用いて土壌の半水石膏改良土から硫化水素ガスが発生する場合，実験開始から一月以内にガスが発生していることから，一月間硫化水素ガスの発生を調べることでガス発生の有無を判定可能と考えた。また，土壌の半水石膏改良物からの硫化水素発生は，その特徴から次の3つに分類されることが明らかとなった。

①. 脱水ケーキ，シラス，赤土の半水石膏改良物の様に，硫化水素の発生が確認されないもの。

②．まさ土，博多粘土の半水石膏改良物の様に，一度硫化水素が発生するがその後消失するもの。

表-9 配合条件

Case #	土質材料	半水石膏	混水量(%)
穩穩	添加率(%)
1	主土	石膏A	10	143
2	15
3	20
4	石膏B	10	116
5	15
6	20
7	脱水一斗	石膏A	10	143
8	15
9	20
10	石膏B	10	116
11	15
12	20
13	乚乚	石膏A	10	143
14	15
15	20
16	石膏B	10	116
17	15
18	20
19	博多粘土	石膏A	10	143
20	15
21	20
22	石膏B	10	116
23	15
24	20
25	黑苏	石膏A	10	143
26	15
27	20
28	石膏B	10	116
29	15
30	20
31	赤土	石膏A	10	143
32	15
33	20
34	石膏B	10	116
35	15
36	20

図-13 硫化水素発生濃度(脱水ケーキ)

図-14 硫化水素発生濃度(シラス)
図-15 硫化水素発生濃度(赤土)

図-16 硫化水素発生濃度(まさ土)

図-17 硫化水素発生濃度(博多粘土)

図-18 硫化水素発生濃度(黒ボク)

③. 黒ボクの半水石膏改良物の様に，一度硫化水素が発生しその後も硫化水素の濃度が維持されるもの。

これらの硫化水素の発生パターンは，①発生した硫化水素が直ちに硫化物として固定されたり，アルカリ性の水溶液に吸収されてガスとして発生しない場合，②硫化水素の発生が硫化水素の固定や吸収に追いつかず一時的にガスとして発生する場合，③発生した硫化水素に対し硫化水素の固定や吸収の能力が低い場合などの原因が考えられる。これには土壌の重金属（鉄）含有量，粒度分布（粒子径や比表面積），pH，水分含量などが影響していると考えられるため，さらに詳細な関連性を調べる必要がある。一方，硫化水素ガスが発生しなくても硫化水素が硫化物や水に吸収されていることがあるため，硫化水素ガス発生試験終了後に試料に塩酸等の強酸を添加して、弱酸の硫化水素を遊離させ硫化水素ガス発生の有無を確認する必要がある。また，硫化水素ガスの発生が一時的，あるいは継続的に観察された土壌試料（まさ土，博多粘土，黒ボク）については鉄材の添加やpH調整等で発生抑制される可能性があり，安全利用の面からも今後の課題としたい。加えてフッ素の溶出対策を施した試料についても硫化水素の発生試験を行いガス発生の有無を確認する事としたい。

### 5. 結論

実験の結果，以下の結論を得ることができた。①土質材料に再生半水石膏を混合し，締固めることによって，混合材料の強度を増加させることができる。また，この改良効果は，材料混合直後に発揮され，養生に伴って変化しないことも明らかとなった。②補助固化材の添加によって，混合材料の強度増加が期待でき，さらに，有効利用時に必要な強度を設定することが可能であることが示された。③再生半水石膏のみ添加した材料では，水浸1日後に再泥化してしまうが，補助固化材を添加することで再泥化抑制が可能である。④脱水ケーキに再生半水石膏及び補助固化材を添加した材料は，刃金土及び遮水材料の要求性能を満たすことができ，難透水性を示す。⑤土質材料の違いによってフ素溶出特性は異なり，細粒分含有率とフ素の吸着量は高い相関性が見られた。⑥セメント系の補助固化材を添加することによって，フ素の溶出抑制が可能である。⑦硫化水素の発生は混合する土質材料により発生形態が変化することが示された。

謝辞 本研究は，環境省平成21年度循環型社会形成推進科学研究費(No.K2144)および文部科学省化学研究費(No.21560527)の一部として実施された研究である。関係各位に心より感謝申し上げます。
2. Kenichi Sato and Toshiro Oshikata

Mechanical and Leaching Characteristics of Soil Materials Improvement with Bassanaite

pp. 1451-1456, 2010

Proceedings of the 6th International Congress on Environmental Geotechnics (6ICEG)
# Mechanical and Leaching Characteristics of Soil Materials Improved with Bassanite

Kenichi Sato

Faculty of Engineering, Fukuoka University (sato@fukuoka-u.ac.jp)

Toshiro Oshikata

Ohmuta Industry-University Liaison Office, Fukuoka University

(oshikata@adm.fukuoka-u.ac.jp)

## ABSTRACT
The plaster board is classified into a construction supply has characteristics such as fire endurance, sound insulation, air-tightness and thermal insulation properties and is inexpensiveness. It is, therefore, extensively-utilized as a construction supply without limitation to the kind of buildings such as house and towering building. For such reasons, utilization of bassanite obtained from waste plasterboard. This paper describes the results of examination in terms of following 3 points: (1) Consideration of solidification characteristics, (2) Effect of the difference of soil materials, (3) Evaluation of heavy metal elution characteristics.

### 1. INTRODUCTION

It is considered that in the future, the cost of processing waste gypsum boards will increase greatly due to the shift from stable disposal facilities to managed-type disposal facilities, and the quantity of building waste associated with renewal of housing and social capital stock. Therefore, the development of recycling and reuse technologies for waste gypsum boards from building sites is an urgent task. Kamei and the author have investigated the use of regenerated bassanite obtained by calcinated gypsum separated from waste plasterboard as a geotechnical material (Kamei et al. 2009, Ito et al. 2009). The results indicated that there is an improvement effect soon after mixing into comparatively high-water-content soil materials. In this paper, we report on the results of Ministry of the Environment Notification No. 46 tests, which were carried out to investigate the leaching characteristics of soil improved by bassanite. Unconfined compression tests were carried out to investigate the material improvement effect of mixing bassanite as a hardener into high-water-content and high-organic-content soil generated from construction.

### 2. OUTLINE OF THE TEST

### 2.1 Bassanite used in the tests

The bassanite used in the tests was produced by the two manufacturing processes shown in Fig. 1. Bassanite calcined by the indirect calcining method ("Bassanite A") was calcined at about $ 300^{\circ} $ C using the kiln type-calcining device, as shown in Photo 1. Bassanite calcined by the IH calcining method ("Bassanite B") was calcined at about $ 125^{\circ} $ C using the device shown in Photo 2. In addition, in this study, slag cement type B obtained from a blast furnace was used as a comparison material.

### 2.2 Soil material used in the tests

Two types of soil were used: soil generated from construction in Maebaru City, Fukuoka Prefecture, and in Asagiri-cho, Kumamoto Prefecture. Fig. 2 shows the cumulative particle size distribution of
(a) Indirect calcining method

(b) IH calcining method

Fig. 1 Bassanite reduction process (For colour figure, refer to CD)

Photo.1 Bassanite production device using indirect calcining method (For colour figure, refer to CD)

Photo 2 Bassanite production device using IH method (For colour figure, refer to CD)

Fig. 2 Cumulative particle size distribution for different materials (For colour figure, refer to CD) (For colour figure, refer to CD)

the earth materials and Table 1 shows the physical properties of the earth materials. In both earth materials, the percentage of fine particles is high (about 80%), and it can be seen that they consist of
(a) No curing

(a) No curing

(b) Curing for 28 days

Fig. 3 Relationship between $ q_{u}/q_{i} $ and hardener percentage (Maebaru) (For colour figure, refer to CD)

was greater than that of cement. From this, it is concluded that bassanite is effective for high-water-content and high-organic-content soils, and a soil improvement effect can be expected. In addition, with 20% hardener added, the strength of the improved soil reduces, which suggests that there is an optimum hardener content for ground improvement.

(b) Curing for 28 days

Fig. 4 Relationship between $ q_{u}/q_{i} $ and hardener percentage (Asagiri) (For colour figure, refer to CD)

### 3.2 Results of leaching tests

Table 3 shows the leaching test results on the improved soil after curing for 7 days. From the table, it can be seen that in the results for the two soils and bassanite considered individually,
Table 3 Leaching test results (curing for 7 days)

Soil material	Hardener	pH	B	Cr6+	Cd	Pb
Type	Percentage
Maebaru	Bassanite A	10	7.18	0.098	N.D	N.D	N.D
Bassanite B	7.03	0.069	N.D	0.001	0.004
BFS type B	11.46	0.074	-	N.D	N.D
Bassanite A	20	7.2	0.105	N.D	N.D	N.D
Bassanite B	7.07	0.048	N.D	0.001	0.002
BFS type B	11.69	0.062	-	N.D	N.D
Asagiri	Bassanite A	10	5.74	0.044	N.D	0.002	0.007
Bassanite B	5.84	0.144	N.D	0.002	0.004
BFS type B	9.31	0.024	-	N.D	0.027
Bassanite A	20	5.86	0.104	N.D	0.001	0.005
Bassanite B	6.06	0.084	N.D	0.002	0.004
BFS type B	9.72	0.030	-	N.D	0.009
Environmental criterion value	-	1.00	0.05	0.01	0.01

(mg/l)

(a) Maebaru

(b) Asagiri

Fig. 5 Relationship between pH and hardener percentage (curing for 7 days) (For colour figure, refer to CD)

Further, leaching of heavy metals did not exceed the criteria after mixing the materials. Fig. 5 shows the relationship between pH and hardener content. The colored box in the figure indicates the uniform criterion values for waste water $ ^{3)} $ (pH = 5.8–8.3). From the figure, it can be seen that the pH of soil improved with bassanite remains in the neutral zone even if hardener content was increased, and the uniform wastewater criterion values were sufficiently satisfied. On the other hand, it can be seen that the pH of soil improved with slag cement type B obtained from blast
furnace increases rapidly as the hardener content is increased, indicating its alkalinity. Therefore, it can be seen that the effect on the surrounding environment of bassanite is smaller compared with normal hardeners.

### 4. CONCLUSIONS

The following points may be concluded from these tests:

1) Improvement effect for soil improved using bassanite as is equivalent to that obtained with no curing after adding blast furnace slag cement as hardener.

2) A valid improvement effect can be expected with bassanite for high-water-content and high-organic-content soil immediately after generation.

3) Soil improved using bassanite of pH is shown in the neutral zone.

## Acknowledgements

We wish to express our gratitude for the cooperation received from members of the “Fukuoka Plasterboard Recycling Research Group” during this research.

## REFERENCES

Ito, K., Sato, K. and Oshikata, T. (2009): The Effect of Ground Improvement of High Water Content Soil with Bassanite, $ 44^{th} $ Foundation Engineering Research Conference, pp.431-432. (in Japanese)

Kamei, K., OGAWA, y. and SHIBI, T. (2009), The Effect of Curing Period on the Uniaxial Compression Properties of Cement Stabilized Soil Using Bassanite, Japanese Geotechnical Journal, Vol.4, No.1, 99-105.
3. 伊藤惠輔，佐藤研一，押方利郎

再生半水石膏により改良された土質材料の基本特性の検討

第 45 回地盤工学研究発表会, pp. 96-97, 2010 年 8 月