JP6941018B2

JP6941018B2 - 固化材

Info

Publication number: JP6941018B2
Application number: JP2017187446A
Authority: JP
Inventors: 智佳岸森; 隆人野崎; 康秀肥後
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2017-09-28
Filing date: 2017-09-28
Publication date: 2021-09-29
Anticipated expiration: 2037-09-28
Also published as: JP2019059886A; JP2021183699A; JP7116228B2

Description

本発明は、固化材に関する。

環境保全や建設事業のコスト低減等の観点から、建設発生土の再利用が求められている。
建設発生土のうち、浚渫土等の含水比の高い土壌は、高い流動性を有するため、運搬を行う際にダンプトラック等の荷台に山積みにすることが困難である。
このため、早期に場外へ運搬可能な程度に強度を付与することを目的として、セメント系固化材や高分子系水溶性ポリマー等の固化材を用いて浚渫土等を固化改良することが知られている。
固化材として、例えば、特許文献１には、水硬率が１．０〜３．５、珪酸率が０．１〜０．８および鉄率が５〜２５であって、無水石膏を４０〜７０質量％含有する無水石膏含有焼成物を含む固化材が記載されている。また、上記無水石膏含有焼成物は、アウインを１５〜４０質量％含有することが記載されている。
また、特許文献２には、ビーライト（２ＣａＯ・ＳｉＯ₂）、アウイン（３ＣａＯ・３Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＳＯ₄）、ＩＩ型無水石こう及びフェライト相（４ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｆｅ₂Ｏ₃）を必須成分とし、フリーライム（ｆ・ＣａＯ）量が２重量％未満である建設汚泥用速硬型固化材が記載されている。

特開２０１１−５１８７６号公報特開２００２−２２４６９４号公報

浚渫土等の含水比の高い土壌に固化材を添加し混練して（以下、「固化処理」ともいう。）、土壌が場外に運搬可能な程度の強度を有するまで固化改良するためには、数日等の長時間を要することも少なくない。運搬作業の効率化の観点から、固化材は、短時間で強度を発現させうるものであることが好ましい。
一方、速硬型の固化材を用いた場合、土壌の固化処理後、短時間で固化処理後の土壌（以下、「土壌固化体」ともいう。）が急結し、ダンプトラックの荷台に土壌固化体を搬送するための配管が閉塞する等の問題がある。
また、土壌の固化処理後から長時間（例えば、１日）経過した後も、土壌固化体の強度が増進する場合、土壌固化体の強度が過度に大きくなり、土壌固化体を場外へ運搬した後、盛土等として再利用を行うための土壌固化体の取扱いが困難になるという問題がある。
そこで、本発明の目的は、土壌に対して用いることで、短時間（例えば、３時間）で土壌の強度を発現しうるが、固化処理後に十分な可使時間（例えば、１時間）を確保することができ、かつ、長時間（例えば、１日）経過後は、土壌固化体の強度の増加の程度が小さい固化材を提供することである。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、アウイン−ビーライト系クリンカ粉砕物、早強ポルトランドセメントクリンカ粉砕物、および石膏を含む固化材によれば上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［６］を提供するものである。
［１］アウイン−ビーライト系クリンカ粉砕物、早強ポルトランドセメントクリンカ粉砕物、および石膏を含むことを特徴とする固化材。
［２］上記アウイン−ビーライト系クリンカ粉砕物、早強ポルトランドセメントクリンカ粉砕物、および石膏（ＳＯ₃換算）の合計量（１００質量％）中、上記アウイン−ビーライト系クリンカ粉砕物の割合は、２５〜４５質量％であり、上記早強ポルトランドセメントクリンカ粉砕物の割合は、２０〜４０質量％であり、上記石膏（ＳＯ₃換算）の割合は、２５〜４５質量％である前記［１］に記載の固化材。
［３］上記固化材に含まれている鉱物中のアウイン、ビーライトおよびフェライト相の合計量（１００質量％）中、アウインの割合は、５０〜８０質量％であり、ビーライトの割合は、１０〜４０質量％であり、フェライト相の割合は、５〜２５質量％である前記［１］又は［２］に記載の固化材。
［４］前記［１］〜［３］のいずれかに記載の固化材を、土壌に添加して混練し、土壌固化体を形成させることを特徴とする土壌の固化処理方法。
［５］「ＪＩＳＲ５２０１：２０１５（セメントの物理試験方法）」に準拠して測定した上記固化体のフロー値（１５打ち）が、上記混練の終了時から１時間経過後の時点で１００ｍｍ以上であり、かつ、上記混練の終了時から３時間経過後の時点で５０ｍｍ以下となるように、上記固化材の添加量を定める前記［４］に記載の土壌の固化処理方法。
［６］上記土壌が、浚渫土、泥炭、またはロームである前記［４］又は［５］に記載の土壌の固化処理方法。

本発明の固化材によれば、土壌に対して用いることで、短時間（例えば、３時間）で土壌（固化後の土壌固化体）の強度を、十分な大きさで発現することができる。その一方で、固化処理後、１時間程度は良好な流動性を維持することができ、十分な可使時間を確保することができる。また、長時間（例えば、１日）経過後の、土壌固化体の強度の増加の程度を小さくすることができ、盛土等として利用される土壌固化体の取扱いが容易である。

本発明の固化材は、アウイン−ビーライト系クリンカ粉砕物、早強ポルトランドセメントクリンカ粉砕物、および石膏を含むものである。
アウイン−ビーライト系クリンカ粉砕物は、アウイン（３ＣａＯ・３Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＳＯ₄）、および、ビーライト（２ＣａＯ・ＳｉＯ₂）を含むものである。
アウイン−ビーライト系クリンカ粉砕物中のアウインの含有率は、好ましくは４０〜８０質量％である。該含有率が４０質量％以上であれば、固化処理後、短時間（例えば、３時間）経過後の土壌固化体の強度をより大きくすることができる。該含有率が８０質量％以下であれば、固化材の強度発現性をより向上することができる。
アウイン−ビーライト系クリンカ粉砕物中のビーライトの含有率は、好ましくは２０〜４０質量％である。該含有率が２０質量％以上であれば、固化材の強度発現性をより向上することができる。該含有率が４０質量％以下であれば、固化処理後、長時間（例えば、１日）経過した後の土壌固化体の強度の増加の程度をより小さくすることができる。

アウイン−ビーライト系クリンカ粉砕物は、フェライト相（４ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｆｅ₂Ｏ₃）を含んでいてもよい。
アウイン−ビーライト系クリンカ粉砕物中のフェライト相の含有率は、好ましくは２〜３０質量％である。該含有率が２質量％以上であれば、アウイン−ビーライト系クリンカを製造する際に、得られたクリンカが粉状化することを防ぐことができる。該含有率が３０質量％以下であれば、融着によってアウイン−ビーライト系クリンカの製造が困難になることを防ぐことができる。

アウイン−ビーライト系クリンカ粉砕物、早強ポルトランドセメントクリンカ粉砕物、および石膏（ＳＯ₃換算）の合計量（１００質量％）中、アウイン−ビーライト系クリンカ粉砕物の割合は、好ましくは２５〜４５質量％、より好ましくは２８〜４２質量％、特に好ましくは３０〜４０質量％である。該割合が２５質量％以上であれば、固化処理後、短時間（例えば、３時間）経過後の土壌固化体の強度をより大きくすることができる。該割合が４５質量％以下であれば、固化材の強度発現性をより向上することができる。

アウイン−ビーライト系クリンカ粉砕物、早強ポルトランドセメントクリンカ粉砕物、および石膏（ＳＯ₃換算）の合計量（１００質量％）中、早強ポルトランドセメントクリンカ粉砕物の割合は、好ましくは２０〜４０質量％、より好ましくは２３〜３７質量％、特に好ましくは２５〜３５質量％である。該割合が２０質量％以上であれば固化処理後、短時間（例えば、３時間）経過後の土壌固化体の強度をより大きくすることができる。該割合が４０質量％以下であれば、固化処理後の可使時間をより長くすることができる。

石膏の例としては、２水石膏、半水石膏及び無水石膏等が挙げられる。これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。中でも、強度発現性の観点から無水石膏が好ましい。
アウイン−ビーライト系クリンカ粉砕物、早強ポルトランドセメントクリンカ粉砕物、および石膏（ＳＯ₃換算）の合計量（１００質量％）中、石膏（ＳＯ₃換算）の割合は、好ましくは２５〜４５質量％、より好ましくは２８〜４２質量％、特に好ましくは３０〜４０質量％である。該割合が２５質量％以上であれば、固化処理後の可使時間をより長くすることができる。該割合が４５質量％以下であれば、固化材の強度発現性をより向上することができる。

本発明の固化材に含まれている鉱物中のアウイン、ビーライトおよびフェライト相の合計量（１００質量％）中、アウインの割合は、好ましくは５０〜８０質量％、より好ましくは５５〜７５質量％、特に好ましくは６０〜７０質量％である。該割合が５０質量％以上であれば、固化処理後、短時間（例えば、３時間）経過後の土壌固化体の強度をより大きくすることができる。該割合が８０質量％以下であれば、固化材の強度発現性をより向上することができる。
本発明の固化材に含まれている鉱物中のアウイン、ビーライトおよびフェライト相の合計量（１００質量％）中、ビーライトの割合は、好ましくは１０〜４０質量％、より好ましくは１５〜３５質量％、特に好ましくは２０〜３０質量％である。該割合が１０質量％以上であれば、固化材の強度発現性をより向上することができる。該割合が４０質量％以下であれば、固化処理後、長時間（例えば、１日）経過後の土壌固化体の強度の増加の程度をより小さくすることができる。
本発明の固化材に含まれている鉱物中のアウイン、ビーライトおよびフェライト相の合計量（１００質量％）中、フェライト相の割合は、製造の容易性等の観点から、好ましくは５〜２５質量％、より好ましくは７〜２０質量％、特に好ましくは８〜１５質量％である。

本発明の土壌の固化処理方法は、上述した固化材を、土壌に添加して混練し、土壌固化体を形成させるものである。
固化処理の対象となる土壌の例としては、浚渫土、泥炭、ローム、または有機質土等が挙げられる。
また、固化処理の対象となる土壌の含水比は、好ましくは４０％以上、より好ましくは５０％以上、特に好ましくは６０％以上である。
本発明の固化材によれば、含水比が４０％以上の土壌を対象とした場合であっても、短時間（例えば、３時間）で強度を発現することができ、固化処理後、１時間程度は流動性を維持することができる。また、固化処理後、長時間（例えば、１日）経過後は、土壌固化体の強度の増加の程度を小さくすることができる。上記含水比の上限値は、特に限定されないが、通常、１，２００％である。
なお、「含水比」（単位：％）とは、土壌の絶対乾燥状態の質量に対する、土壌に含まれている水の質量の百分率（［水の質量］×１００／［絶対乾燥状態の土壌の質量］）をいう。

本発明において、固化材を土壌に添加して混練する方法の例としては、土壌に固化材を粉体のまま添加して混合するドライ添加方法や、固化材に水を加えてスラリーとした後に、該スラリーを土壌に添加して混合するスラリー添加方法等が挙げられる。
固化材の添加量は、「ＪＩＳＲ５２０１：２０１５（セメントの物理試験方法）」に準拠して測定した土壌固化体のフロー値（１５打ち）が、混練の終了時から１時間経過後の時点で１００ｍｍ以上であり、かつ、上記混練の終了時から３時間経過後の時点で５０ｍｍ以下となるように定めることが好ましい。
上記フロー値が、混練の終了時から１時間経過後の時点で、１００ｍｍ以上（好ましくは１０５ｍｍ以上、より好ましくは１１０ｍｍ以上）であれば、混練後、１時間程度は、土壌固化体が高い流動性を有していることから、ダンプトラックの荷台に土壌固化体を搬送する等の作業性が良好となる。
また、上記フロー値が、混練の終了時から３時間経過後の時点で、５０ｍｍ以下（好ましくは４０ｍｍ以下、より好ましくは３０ｍｍ以下）であれば、混練後、短時間（例えば、３時間）で土壌固化体の流動性が低下することから、ダンプトラックの荷台に積み上げられた土壌固化体の取扱いが容易になる。

土壌１ｍ^３当たりの固化材の添加量は、土壌の種類や含水比によっても異なるが、土壌固化体の強度をより大きくする観点からは、好ましくは５０ｋｇ以上、より好ましくは６０ｋｇ以上、特に好ましくは８０ｋｇ以上である。該添加量は、固化処理のコストの低減の観点からは、好ましくは５００ｋｇ以下、より好ましくは４００ｋｇ以下である。

得られた土壌固化体の、「ＪＩＳＡ１２２８：２００９（締固めた土のコーン指数試験方法）」に準拠して測定した、混練の終了時から３時間経過後の時点におけるコーン指数は、好ましくは３８０ｋＮ／ｍ^２以上、より好ましくは３８５ｋＮ／ｍ^２以上、さらに好ましくは３９０ｋＮ／ｍ^２以上、特に好ましくは４００ｋＮ／ｍ^２以上である。
該コーン指数が３８０ｋＮ／ｍ^２以上であれば、土壌固化体が十分な強度を有することから、ダンプトラックの荷台に積み上げられた土壌固化体の取扱いが容易になる。

得られた土壌固化体は、混練の終了後から１日経過以降の強度の増加の程度が小さいものである。
得られた土壌硬化体の、「ＪＩＳＡ１２１６：２００９（土の一軸圧縮試験方法）」に準拠して測定した、混練の終了時から１日経過後の時点における一軸圧縮強さと混練の終了時から７日経過後の時点における一軸圧縮強さから算出される、一軸圧縮強さの増加率（（７日経過後の時点における一軸圧縮強さ−１日経過後の時点における一軸圧縮強さ）／１日経過後の時点における一軸圧縮強さ×１００％）は、好ましくは８０％以下、より好ましくは７０％以下、特に好ましくは５０％以下である。該増加率が８０％以下であれば、土壌固化体の強度が時間の経過とともに過度に大きくならず、土壌固化体を場外へ運搬した後、該土壌固化体を盛土等として再利用する目的で行われる土壌固化体の取扱いが容易になる。

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
［使用材料］
（１）土壌Ａ〜Ｇ；詳細は表１に示す。
（２）アウイン−ビーライト系クリンカ粉砕物；アウイン：４０〜８０質量％、ビーライト：２０〜４０質量％、フェライト相：２〜３０質量％の条件を満たすもの
（３）早強ポルトランドセメントクリンカ粉砕物；太平洋セメント社製
（４）石膏；無水石膏
（５）セメント系固化材；汎用型のセメント系固化材

［固化材の作製］
アウイン−ビーライト系クリンカ粉砕物、早強ポルトランドセメントクリンカ粉砕物および石膏を、合計量（１００質量％）中、アウイン−ビーライト系クリンカ粉砕物の割合が３５質量％、早強ポルトランドセメントクリンカ粉砕物の割合が３０質量％、無水石膏の割合がＳＯ₃換算で３５質量％となる量で混合して、固化材を得た。
得られた固化材に含まれている鉱物中のアウイン、ビーライトおよびフェライト相の合計量（１００質量％）中、アウイン、ビーライト、及びフェライト相の割合をＸＲＤ／リートベルト法を用いて、各々、解析したところ、アウイン：６５質量％、ビーライト：２５質量％、フェライト相：１０質量％であった。

［実施例１〜７］
表２に示す種類の土壌に、上記固化材を表１に示す固化材添加量で添加した後、ソイルミキサを用いて低速で９０秒間混練し、さらに高速で９０秒間混練を行い、土壌固化体を得た。
「ＪＩＳＲ５２０１：２０１５（セメントの物理試験方法）」に準拠して、得られた土壌固化体の、混練直後、混練の終了時から１時間経過後、および、混練の終了後から３時間経過後のフロー値（１５打ち）を測定した。
また、得られた土壌固化体を用いて、「ＪＧＳ０８２１−２００９（安定処理土の静的締固めによる供試体作製方法）」に準拠して供試体を作製した。得られた供試体を用いて、「ＪＩＳＡ１２２８：２００９（締固めた土のコーン指数試験方法）」に準拠して、混練の終了時から３時間経過後、及び、６時間経過後のコーン指数を測定した。
さらに、上記供試体を用いて、「ＪＩＳＡ１２１６：２００９（土の一軸圧縮試験方法）」に準拠して、混練の終了時から１日経過後、および、混練の終了後から７日経過後の一軸圧縮強さを測定した。得られた一軸圧縮強さから、一軸圧縮強さの増加率（（７日経過後の一軸圧縮強さ−１日経過後の一軸圧縮強さ）／１日経過後の一軸圧縮強さ×１００％）を算出した。

［比較例１〜７］
上記固化材の代わりにセメント系固化材を使用する以外は実施例１と同様にして土壌固化体を得た。該土壌固化体を用いて、フロー値（１５打ち）等を実施例１と同様にして測定した。
それぞれの結果を表２に示す。

表２から、本発明の固化材を用いた場合（実施例１〜７）、混練の終了時から１時間経過後の時点のフロー値は１１０〜１３６ｍｍであり、かつ、混練の終了時から３時間経過後の時点のフロー値は測定不能である（流動性がない）ことがわかる。すなわち、固化処理後、１時間程度の可使時間を確保でき、かつ、３時間経過した後、土壌固化体は流動性を有しないことがわかる。
一方、セメント系固化材を用いた場合（比較例１〜５、７）、混練の終了時から３時間経過後の時点のフロー値は１０６〜１４５ｍｍであり、３時間経過した後であっても、土壌固化体は流動性を有していることがわかる。
また、本発明の固化材を用いた場合（実施例１〜７）、混練の終了時から３時間経過後の時点のコーン指数は３９１〜８３６ｋＮ／ｍ^２であり、固化処理後、短時間で土壌固化体の強度を搬送可能な程度にしうることがわかる。
一方、セメント系固化材を用いた場合（比較例１〜７）、混練の終了時から３時間経過後の時点のコーン指数は１８〜３７４ｋＮ／ｍ^２であり、土壌固化体が搬送可能な程度の強度を有していないことがわかる。
また、実施例１〜７及び比較例１〜７から、使用する固化材の種類以外の条件が同一である場合において、本発明の固化材を用いた場合における一軸圧縮強さの増加率は、本発明の固化材の代わりにセメント系固化材を用いた場合よりも小さくなることがわかる。

Claims

アウイン−ビーライト系クリンカ粉砕物、早強ポルトランドセメントクリンカ粉砕物、および石膏を含み、
上記アウイン−ビーライト系クリンカ粉砕物、早強ポルトランドセメントクリンカ粉砕物、および石膏（ＳＯ ₃ 換算）の合計量（１００質量％）中、上記アウイン−ビーライト系クリンカ粉砕物の割合は、２５〜４５質量％であり、上記早強ポルトランドセメントクリンカ粉砕物の割合は、２０〜４０質量％であり、上記石膏（ＳＯ ₃ 換算）の割合は、２５〜４５質量％であることを特徴とする固化材。
上記固化材に含まれている鉱物中のアウイン、ビーライトおよびフェライト相の合計量（１００質量％）中、アウインの割合は、５０〜８０質量％であり、ビーライトの割合は、１０〜４０質量％であり、フェライト相の割合は、５〜２５質量％である請求項１に記載の固化材。
請求項１又は２に記載の固化材を、土壌に添加して混練し、土壌固化体を形成させることを特徴とする土壌の固化処理方法。
上記土壌が、浚渫土、泥炭、またはロームである請求項３に記載の土壌の固化処理方法。