JP5907246B2 - 固化体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、原料に浚渫土を用いた固化体の製造方法に関するものであり、製造される固化体は、特に土木用石材の代替材などとして好適なものである。

港湾の航路浚渫などの浚渫工事で発生する浚渫土は、一般に非常に軟弱で強度がないため、そのままの状態では、土木材料などとして有効利用することが困難である。従来、浚渫土を有効利用するために、土としての特性を改善し、良質な土と同じように利用できるようにするための技術が、数多く提案されている（例えば、特許文献１〜４）。
一方、特許文献５，６には、浚渫土にセメントなどの固化材を混合し、固化させてブロック材（固化体）とする方法が示されている。

特開２００６−３３４５１８号公報 特開２００６−１５２１５０号公報 特許第３９２４７３８号公報 特許第３３７５９２９号公報 特開２００８−１８２８９８号公報 特開平１０−１２７２０１号公報

しかし、本発明者らによる検討の結果、特許文献５，６のような浚渫土を用いた固化体の製造プロセスでは、浚渫土の含水比が低い場合、浚渫土と固化材との混合物の粘性が高くなり、混合物の運搬（ポンプなどによる移送）や打設・養生する際の取扱いが難しくなるとともに、製造される固化体の強度にバラツキが生じやすい問題があることが判った。また、固化体を土木材料、特に石材の代替材として利用するためには、所定の強度（例えば、準硬石相当では圧縮強度９．８Ｎ／ｍｍ^２以上）が必要であり、また、特に港湾工事用の石材などとして利用する場合には、ある程度の重さ（高比重、例えば、準硬石相当では見掛比重が約２．０〜２．５ｇ／ｃｍ^３）が必要であるが、特許文献５，６の方法では、十分な強度や重さ（高比重）を有する固化体は得られないことが判った。

したがって本発明の目的は、以上のような従来技術の課題を解決し、原料に浚渫土を用いた固化体の製造方法であって、製造時における混合物の取扱いが容易で、しかも強度のバラツキが少ない固化体を製造することができる固化体の製造方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、さらに十分な強度と重さ（高比重）を備えた固化体を製造することができる固化体の製造方法を提供することにある。

本発明者らは、上記のような従来技術の課題を解決すべく検討を重ねた結果、浚渫土の含水比を最適化することにより、製造時における混合物の取扱いが容易で、強度のバラツキも少ない固化体を製造できることを見出した。また、骨材として製鋼スラグを用いることにより、さらに十分な強度と重さ（高比重）を備えた固化体が製造できることを見出した。また、結合材としては、特に高炉スラグ微粉末に対してアルカリ刺激材を複合添加することが、固化体の強度確保および製造コストの面から好ましいことが判った。

本発明はこのような知見に基づきなされたもので、以下を要旨とするものである。
［1］含水比が１９０％超３００％以下の浚渫土、骨材および結合材を混合し、それらの配合量が混合物中の容積率で、浚渫土（水分を含む）：４０〜６０％、結合材：９．６〜３０％、骨材：１０〜５０％である混合物とし、この混合物を結合材による水和反応により固化させて固化体を得る固化体の製造方法であって、浚渫土、骨材および結合材を混合する混合工程（Ａ）と、該混合工程（Ａ）で得られた混合物を結合材による水和反応により固化させる固化工程（Ｂ）と、該固化工程（Ｂ）で得られた固化体を破砕処理する破砕工程（Ｃ）を有することを特徴とする固化体の製造方法。
［2］上記［1］の製造方法において、結合材が高炉スラグ微粉末とアルカリ刺激材からなることを特徴とする固化体の製造方法。

［3］上記［2］の製造方法において、アルカリ刺激材が、普通ポルトランドセメント、高炉セメント、消石灰、石灰ダストの中から選ばれる１種以上であることを特徴とする固化体の製造方法。
［4］上記［1］〜［3］のいずれかの製造方法において、浚渫工事で発生した浚渫土を、一旦浚渫土置場に貯泥し、該浚渫土置場に貯泥された浚渫土を用いて固化体を製造することを特徴とする固化体の製造方法。

浚渫土の含水比を最適化することにより、製造時における混合物の取扱いが容易で、強度のバラツキも少ない固化体を製造することができる。また、骨材として製鋼スラグを用いることにより、さらに十分な強度と重さを備えた固化体を製造することができる。また、結合材として、高炉スラグ微粉末とともにアルカリ刺激材を用いることにより、固化体の強度を確保しつつ、低コストに固化体を製造することができる。

浚渫土、骨材および結合材の混合物を固化させて固化体を製造する場合において、使用する浚渫土の含水比と混合物のスランプ値との関係を示すグラフ 浚渫土置場を利用した本発明の一実施形態を示す説明図

本発明の固化体の製造方法では、含水比が１９０％超の浚渫土、骨材および結合材を混合し、この混合物を結合材による水和反応により固化させて固化体を得る。
浚渫土は浚渫工事によって水底から掘り出された泥土である。この浚渫土に骨材（製鋼スラグ）および結合材（高炉スラグ微粉末＋アルカリ刺激材）を加えて混合した混合物について、使用した浚渫土の含水比と混合物のスランプ値との関係を調べた。この試験では、混合物中の浚渫土の割合（混合率）を６０容積％、５０容積％、４２容積％、４０容積％の４水準とした。その結果を図１に示す。ここで、浚渫土の含水比とは、浚渫土に含まれる水分量をＡ（質量％）、固形分量をＢ（質量％）としたとき、含水比＝（Ａ／Ｂ）×１００で求められる。

固化体の製造工程において、浚渫土、骨材および結合材の混合物の取扱いを容易にし、ひいては製造される固化体の強度のバラツキを少なくするために、混合物のスランプ値（スランプ試験で測定される値）は４．０ｃｍ以上であることが望ましい。ここで、混合物の取扱いが容易であるとは、ポンプによる移送や打設・養生の際に混合物が適正に流動すること、養生時に混合物の内部に空気が多量に含まれないことなどであり、これらの点で混合物の取扱い性が劣ると、作業性が悪くなるだけでなく、製造される固化体の強度などにバラツキが生じ、製品歩留まりも悪くなる。

図１によれば、浚渫土の含水比が１９０％超（好ましくは２００％以上）であれば、スランプ値を４．０ｃｍ以上にできることが判る。
このため本発明では、骨材および結合材と混合する浚渫土の含水比を１９０％超、好ましくは２００％以上とする。通常、浚渫土の含水比を１９０％超、好ましくは２００％以上とするために、混合工程前の浚渫土に水が加えられ、含水比の調整を行うが、元々この含水比を満足していれば、そのような調整は行わなくてもよい。
なお、浚渫土の含水比の上限は特に限定しないが、含水比が大きすぎると固化体の強度を確保するための結合材の添加量を多くする必要があるので、経済性の面から浚渫土の含水比は３００％程度を上限とすることが好ましい。

本発明で使用する骨材の種類に特別な制限はないが、特に製鋼スラグを用いることが好ましい。製鋼スラグは、天然砕石と比較して重い（比重が大きい）ため、これを骨材として用いることにより、固化体の重さ（高比重）を確保することができる。
製鋼スラグとしては、溶銑予備処理スラグ（脱燐スラグ、脱珪スラグ、脱硫スラグなど）、転炉脱炭スラグ、電気炉スラグなどが挙げられ、これらの１種以上を用いることができる。製鋼スラグは、最大粒径が２５ｍｍ以下の粒度のものが好ましい。

本発明で使用する結合材は、水和反応により混合物を固化させることができるものであればよい。例えば、セメント（普通ポルトランドセメント、高炉セメントなど）、高炉スラグ微粉末、などが挙げられ、それらの１種以上を用いることができる。
また、固化体の強度確保および製造コストの面からは、結合材として高炉スラグ微粉末とともにアルカリ刺激材を用いることが好ましい。このように結合材として、高炉スラグ微粉末とともにアルカリ刺激材を用いることにより、アルカリ環境を作り出すことで、高炉スラグ微粉末の水硬性を発揮させることができる。つまり、高炉スラグ微粉末の水和反応を促進し、固化体の強度を確保することができる。
アルカリ刺激材としては、普通ポルトランドセメント、高炉セメント、消石灰、石灰ダストなどが挙げられ、これの１種以上を用いることができる。

浚渫土、骨材、結合材の配合量は、浚渫土の含水比にもよるが、混合物中の容積率で、浚渫土（水分を含む）は４０〜６０％、結合材は１０〜３０％、骨材は１０〜５０％程度が適当である。浚渫土が４０％以上であれば、浚渫土の有効利用の観点から好ましい。一方、浚渫土は含水比にもよるが比重１．３程度であり、軽い。よって、浚渫土を６０％以下とすると固化体の重さ（高比重）を確保できるので好ましい。また、結合材が１０〜３０％程度であれば、強度確保できるので好ましい。さらに、骨材が１０〜５０％程度であれば、固化体の重さ（高比重）を確保できるので好ましい。

また、結合材として、高炉スラグ微粉末とアルカリ刺激材（例えば、普通ポルトランドセメントなど）を用いる場合には、混合物中の容積率で、高炉スラグ微粉末：１０〜３０％、アルカリ刺激材：２〜１０％程度が適当である。この範囲であれば、前記した固化体の強度を確保できるので好ましい。また、特に強度発現の観点からは、高炉スラグ微粉末とアルカリ刺激材（例えば、普通ポルトランドセメントなど）の比率（容積比）は、高炉スラグ微粉末：アルカリ刺激材＝３：１〜６：１程度が望ましい。例えば、含水比が３００％の浚渫土を用いる場合、固化体の強度を確保するためにアルカリ刺激材として普通ポルトランドセメントを１０％程度配合するのが目安となる。

固化体は、２８日養生後の圧縮強度で９．８Ｎ／ｍｍ^２（ＪＩＳ−Ａ−５００６：１９９５で規定する準硬石の硬度）以上、望ましくは１５Ｎ／ｍｍ^２以上の強度を有することが好ましいが、本発明の製造方法によれば、そのような強度の固化体を容易に製造することができる。特に、骨材として製鋼スラグを用いて製造された固化体、とりわけ骨材として製鋼スラグを用い且つ結合材として高炉スラグ微粉末とアルカリ刺激材（例えば、普通ポルトランドセメント）を用いて製造された固化体は、十分な強度と重さ（高比重）を確保することができる。

次に、本発明の好ましい製造プロセスについて説明する。
この製造プロセスは、基本的な工程として、浚渫土、骨材および結合材を混合する混合工程（Ａ）と、この混合工程（Ａ）で得られた混合物を結合材による水和反応により固化させる固化工程（Ｂ）と、この固化工程（Ｂ）で得られた固化体を破砕処理する破砕工程（Ｃ）を有する。
また、混合工程（Ａ）の前に、必要に応じて、浚渫土の異物を除去する工程（a1）と、浚渫土に水を加えて水分調整を行う工程（a2）を行ってもよい。両工程を行う場合には、通常、工程（a1）、工程（a2）の順に行う。工程（a1）では、例えば、浚渫土を篩いにかけて異物除去を行う。また、工程（a2）では、浚渫土の含水比が１９０％超の所望のレベルになるように水が加えられる。

前記混合工程（Ａ）は、浚渫土、骨材および結合材を混合し、十分に混練する。混練手段としては、例えば、通常のフレッシュコンクリート用の混練設備を利用してもよいが、ショベルなどの土木工事用の重機を用いて屋外などのヤードで行ってもよい。
前記固化工程（Ｂ）では、前記混合工程（Ａ）で得られた混合物（混練物）を、例えば、適当な型枠に流し込んで固化・養生（水和硬化）させてもよいし、屋外などのヤードに層状に打設して固化・養生（水和硬化）させてもよい。この固化・養生の期間は、目標とする圧縮強度が得られるまでであり、一般には２８日程度である。特に、固化体を大量に製造する場合には、ヤードに層状に打設することが好ましい。

前記破砕工程（Ｃ）では、前記固化工程（Ｂ）で得られた固化体を用途に応じて適当な大きさに破砕処理する。この破砕処理は、破砕機を用いて行ってもよいし、また、上記のように混合物をヤードに層状に打設した場合には、ヤードの固化体をブレーカーで粗破砕し、次いで、破砕機で破砕処理してもよい。また、通常は、破砕処理された固化体（塊状物）を篩で分級し、所定のサイズの塊状物を得る。例えば、潜堤材などとして用いる場合には、１５０〜５００ｍｍ程度の大きさの塊状物を得る。

浚渫工事で発生する浚渫土は、浚渫場所などによって含水比にバラツキがある。また、浚渫工事を行う付近において水産物（海苔、牡蠣など）の養殖などを行っている場合には、浚渫工事による海水の汚濁が水産物に影響を与える恐れがあるので、浚渫工事は年間を通じて行える訳ではなく、工事時期に制限がある（季節性がある）。このような状況において本発明を実施する場合、浚渫工事で発生した浚渫土を、一旦浚渫土置場に貯泥し、この浚渫土置場に貯泥された浚渫土を用いて固化体を製造することが好ましい。これにより、（i）浚渫場所などによって浚渫土の含水比にバラツキある場合でも、一旦浚渫土置場に貯泥することにより、浚渫土の含水比を平均化することができる、（ii）浚渫の工事時期に制限があり、年間で浚渫土を採取できない時期があるような場合でも、浚渫土置場に貯泥しておくことにより、浚渫土を固化体製造プロセスに安定供給することができる、（iii）浚渫土を浚渫土置場に貯泥することにより、含水比の評価、管理・調整を容易に行うことができる、などの効果が得られる。

図２は、浚渫土置場を利用した本発明の一実施形態を示す説明図であり、浚渫工事で発生した浚渫土は、一旦浚渫土置場に貯泥される。この浚渫土置場の形態や構造は任意であるが、例えば、ヤードに土砂やスラグなどを積み上げて環状の土手を作り、その内側に浚渫土を貯泥するようなものでもよい。浚渫工事で発生した浚渫土は、その含水比やその他の性状を問わず、浚渫土置場に運び混まれて貯泥される。この浚渫土置場から、固化体製造プロセスに浚渫土が適宜供給され、さきに述べた工程（Ａ）〜（Ｃ）（必要に応じて、工程（a1），（a2）を実施）により製品である固化体（塊状物）が得られる。

浚渫土と骨材と結合材を混合し、固化体を製造した。浚渫土は、福山港の水底から採取したものを用い、水を加えて含水比を調整した。また、骨材である製鋼スラグとしては、溶銑脱燐スラグと転炉脱炭スラグ（いずれも粒径０−２５ｍｍ）を用い、結合材としては、高炉スラグ微粉末＋普通ポルトランドセメント（アルカリ刺激材）を用いた。この実施例では、浚渫土と骨材と結合材の混合物を混練し、この混練物を型枠に打設し、常温２０℃程度で２８日間養生を行い、直径１００ｍｍ×高さ２００ｍｍサイズの固化体を製造した。なお、破砕処理は行なっていない。

浚渫土と骨材と結合材の混合物について、そのスランプ値をスランプ試験（ＪＩＳ−Ａ−１１０１：２００５）により測定した。また、製造された固化体の圧縮強度を、圧縮試験（ＪＩＳ−Ａ−１１０８：２００６）により測定した。さらに、製造された固化体の見掛比重を、割ぐり石に関するＪＩＳ−Ａ−５００６：１９９５に規定される「５．２見掛比重」により測定した。それらの結果を、浚渫土の含水比、混合物の原料配合割合とともに表１に示す。

表１に示すとおり、含水比が１９０％超の浚渫土を用いた発明例では、混合物のスランプ値が４．０ｃｍ以上となり、取扱いが容易であった。また、この発明例では、１４．２Ｎ／ｍｍ^２以上の圧縮強度と、準硬石相当となる２．２〜２．４ｇ／ｃｍ^３の高い見掛比重を有する固化体が得られた。

Claims (4)

1. 含水比が１９０％超３００％以下の浚渫土、骨材および結合材を混合し、それらの配合量が混合物中の容積率で、浚渫土（水分を含む）：４０〜６０％、結合材：９．６〜３０％、骨材：１０〜５０％である混合物とし、この混合物を結合材による水和反応により固化させて固化体を得る固化体の製造方法であって、
   浚渫土、骨材および結合材を混合する混合工程（Ａ）と、該混合工程（Ａ）で得られた混合物を結合材による水和反応により固化させる固化工程（Ｂ）と、該固化工程（Ｂ）で得られた固化体を破砕処理する破砕工程（Ｃ）を有することを特徴とする固化体の製造方法。
2. 結合材が高炉スラグ微粉末とアルカリ刺激材からなることを特徴とする請求項１に記載の固化体の製造方法。
3. アルカリ刺激材が、普通ポルトランドセメント、高炉セメント、消石灰、石灰ダストの中から選ばれる１種以上であることを特徴とする請求項２に記載の固化体の製造方法。
4. 浚渫工事で発生した浚渫土を、一旦浚渫土置場に貯泥し、該浚渫土置場に貯泥された浚渫土を用いて固化体を製造することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の固化体の製造方法。

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