JPS6043389B2 - 硫酸変成高炉滓を用いる含水軟弱土の強度増加方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、硫酸により変成された微細急冷高炉滓とボル
トランドセメントを強度増加剤に用い、含水軟弱土の強
度増加を経済的にかつ効率よく行う方法に関するもので
ある。

従来、海、港湾、河川、湖沼などに堆積した含水軟弱土
を改良するために、あるいは浚渫して埋− 一゛ 、±
Ｌココ霊３Ｌ匍ｔＭ＾ ！ バ、−ｌｉｉ二゛、υを：
ル朽扶セ±ｎ、ゼ匹１ ホ（日丁能となるように、それ
ら含水軟弱土を強度増加させることは一般に知られてい
る。

このような軟弱士の強度増加方法の中で、比較的短時間
て大きな強度増加を達成し得る方法として強度増加剤あ
るいは固化剤を用いる方法が行われている。この場合、
強度増加剤としては、セメント、生石灰、水ガラス、ア
スファルト、有機高分子物質などが提案されているが、
いずれも強度増加の点で劣つたり、経済性の点で採算が
合わなかつたりなどの欠”点を有し、満足すべきもので
はない。殊に、ヘドロなどの含水比の大きな軟弱士の処
理の場合、その１回当りの処理量は数万〜数十万イにも
達することから、適用する強度増加剤量も必然的に多量
になり、従つて、この強度増加剤は可能な限り安・価で
かつ少量で大きな強度増加を示すものでなければならな
い。本発明者らは、先に安価で効果的な含水軟弱±の強
度増加法を提案した（特願昭５４−８９１５号、特願和
５５−４３９５号、以下先願技術と言う）。

これらフの先願技術は、含水軟弱士の強度増加において
、公知の通常の方法より添加剤使用量を減少させ、かつ
含水軟弱土の所要強度に達するまでの時間を短縮させる
ことに成功したものである。即ち、これらの方法は、ボ
ルトランドセメント・高炉滓・５石コウ系の強度増加剤
を２種の添加剤に分け、それらの添加剤の添加順序割合
及び添加剤粒度までも特定することによつて、各添加成
分の相互の反応及びそれら各成分と土壌成分との反応な
どの含水軟弱土の強度増加に関与する反応を効率よく円
滑に生起させるものである。本発明者らは、これらの一
連の技術について更に研究を重ねた結果、産業廃棄物を
資源として有効利用し、エコロジカルな面及び経済的な
面で更に優れた本発明に到達した。即ち、本発明は、含
水軟弱土に硫酸により変成された粒径３００μ以下の微
細急冷高炉滓とボルトランドセメントを添加混合するこ
とからなり、該硫酸により変成された微細急冷高炉滓は
、高炉滓１０鍾量部あたり硫酸３〜５唾量部を用いて変
成されたものであることを特徴とする含水軟弱土の強度
増加方法を提供するものである。

本発明においては、強度増加剤の成分の１つとして、硫
酸により変成された微細急冷高炉滓を用いることを特酸
とする。

本発明者らの研究によれば、この硫酸変成急冷高炉滓は
強度増加成分として、極めて顕著な効果を示すことが見
出された。即ち、微細急冷高炉滓を硫酸と接触させて反
応させた場合、（ａ）高炉滓は酸により分解して、その
表面のシリカやアルミナ成分は活性化されると同時に、
高炉滓の比表面積は著しく増大する。（ｂ）硫酸は最終
的に高炉滓に含まれているカルシウム成分と作用し、２
水石コウの結晶として変成高炉滓に残る。従つて、前記
したような硫酸処理効果により、この硫酸変成高炉滓は
、全体的には強度増加剤成分として著しく高められた反
応性を示す。本発明における硫酸変成高炉滓は、微細急
冷高炉滓を反応器中でかきまぜながら硫酸と反応させて
得ることができる。この場合、微細急冷高炉滓は、製鉄
高炉から副生する高炉滓（スラグ）を急冷して得た粗粒
状のものを更に粒径３００ｐ以下に！粉砕したものであ
る。高炉滓の急冷は、水で粒状化急冷する湿式法、少量
の水ど空気を利用した半乾式法、空気のみを利用した乾
式法により行われる。一般的には、湿式法による、所謂
、高炉水滓と呼ばれているものが原料として好適である
。こ１れは、製鉄高炉の副生物であるスラグを水で急冷
して１〜５７ｎｍぐらいの砂状ないしは粒状に砕いた水
滓である。この組成は、鉄鉱石の成分やその高炉や操作
方針によつて若干異なるが、およそ次の様なものである
。ＳｌＯ２３Ｏ〜３５％，Ａｌ２Ｏ３ｌ３〜１８％，Ｃ
ａＯ３８〜４５％，Ｆｅ２Ｏ３Ｏ．５〜１．０％，Ｍｇ
Ｏ３〜６％，ＳＯ．５〜１．０％，ＭｎＯＯ．５〜１．
５％，ＴｉＯ２Ｏ．５〜１．５％。本発明において用い
る微細急冷高炉滓はアルカリなどの刺激作用により水硬
性を発揮し得る潜在水硬性を有するものである。

このような潜在水硬性は、高炉滓を急冷し、その結晶化
を回避して、結晶化エネルギーを内部に保存した非結晶
（ガラフス状）のものとすることによつて得ることがで
きる。高炉滓を徐冷して得た結晶質のものは、メリライ
ト（ゲーレナイトＣａ２Ａｌ。ＳｌＯ７・オケルマナイ
トＣａ２ＭｇＳｉ２Ｏ７系固溶体）とオルトケイ酸カル
シウムを主要構成物とする緻密の結晶質てあり、７潜在
水硬性がないので不適当である。また、この急冷高炉滓
は、反応剤として利用するため、できるだけ微細な状態
で用いることが必要である。通常の１〜５？の粗粒状の
ものは、硫酸変成における硫酸との反応及び変成高炉滓
の土壌やセメントＬとの反応に寄与する表面積が小さす
ぎ、反応性が著しく低下するので不適当である。本発明
の場合、３００ｐ以下、殊に１００〜１ｐの微細急冷高
炉滓を用いるのが好ましい。本発明に適用される微細急
冷高炉滓の工業的に好ましい硫酸処理方法は次の２種類
は次の２種類に大別される。

（１）微細急冷高炉滓に硫酸を直接に作用させる。（２
）排煙脱硫処理に於て、排ガス中のＳＯＯを吸収酸化し
て得られる硫酸分を微細急冷高炉滓に作用させる。（１
）の方法において用いられる硫酸は、市販の硫酸でもよ
いが、経済性及びエコロジイの面からは、各種化学工場
から排出される廃硫酸の使用が好適である。

この硫酸処理は種々の方法で行うことができ、例えば、
（ａ）硫酸水溶液に高炉滓を添加・混合したり、（ｂ）
硫酸処理高炉滓の分離した母液に、高炉滓を分散させ、
これに所定の硫酸を添加・混合したり、（ｃ）高炉滓に
硫酸を１回又は多数回に分けて添加混合したり、また、
（ｄ）高炉滓に過剰の硫酸を添加混合し、これに高炉滓
を１回又は多数回に分けて添加混合する方法などがある
。この場合、添加する硫酸量は特に制約されないが、強
度増加剤として好ましい変成高炉滓を得るには、高炉滓
１０鍾量部に対し、硫酸（１００％硫酸換算）を３〜５
鍾量部、好ましくは５〜３哩量部の割合で作用させる。
添加する硫酸濃度は、高炉滓に所定量の硫酸が均一に分
散混合するような液量を形成する濃度であればよい。高
炉滓に硫酸を接触させると、前記した様にシリカとアル
ミナ成分は活性化され、硫酸の大部分は最終的に２水石
コウとなる。

この場合、高炉滓のアルカリ成分は１部硫酸と反応し溶
解するが、硫酸カルシウムの溶解度が他の硫酸塩より小
さいので、最終的には２水石コウの結晶に変り、変成高
炉滓に残る。従つて、この硫酸変成高炉滓の製造に当り
、製品を分離した母液を硫酸の希釈溶液に繰り返し用い
ることが好ましい。この母線を用いることにより、高炉
滓からＭｇＯやＡＩ２Ｏ３分の溶出を抑制し、さらに処
理により生ずる２水石コウの溶解によるロス（室温でＣ
ａｓＯ４換算量で水に約０．２％溶解）を防ぐことがで
きる。尚、本発明では硫酸変成高炉滓のスラリー溶液と
共にＢ剤（ボルトランドセメント）を含水軟弱土に添加
・混合する場合がある。この時には、最終的にスラリー
溶液の濃度が所定の値となるように配慮する。また、前
記（２）の方法を実施する具体的手法としては次の２通
りがある。（ａ）排煙脱硫工程で得られた希硫酸を高炉
滓に添加し、反応させる。

（ｂ）高炉滓を水中に懸濁させた懸濁液に、懸濁液のＰ
Ｈを１．５〜４．０の範囲に保持するように高炉滓を外
部から添加しながら、ＳＯＯ含有排煙と接触させ、得ら
れた懸濁液を口過し、変成高炉滓を回収する。

これらの（ａ），（ｂ）のいずれの方法においても、前
記（１）の場合と同様に、高炉滓に反応させる硫酸量を
適当範囲に調節する。

本発明において用いる強度増加剤の他方の成分はボルト
ランドセメント（以下Ｂ剤という）である。

通常一般的に用いられるものは日本工業規格ＪＩＳＲ５
２ｌＯｒポルトランドセメントョに於ける普通セメント
に準するものであるが、含水軟弱土処理の条件によつて
は、中庸熱セメント、早強セメント及び超早強セメント
などの規格に準するボルトランドセメントの単独または
これらを混合したものを使用することもある。本発明の
方法は、含水軟弱土に対し、前記したＡ剤及びＢ剤を強
度増加剤の必須成分として添加混合するものである。

この場合、脱臭性、親和性、早強性を一層高めるために
適当な他の添加剤を補助成分として添加することもでき
る。本発明に於いてＡ剤とＢ剤の添加重量比Ａ／Ｂは７
０／３０〜３５／６５の範囲である。

本発明に用いる添加剤Ａと添加剤Ｂの含水軟弱土への添
加重口比Ａ／Ｂは、７Ｖ３０〜３Ｖ６５の範囲に保持す
ることが含水軟弱土の強度増加を効率よく円滑に達成す
るのに重要である。

即ち、添加重量比Ａ／Ｂ比が７０／３０より大きいと含
水軟弱土中に於ける諸反応の誘発が不十分で、一方、３
５／６５より小さいと総合的最適組成物のバランス比外
となり、含水軟弱土の強度増加の効果が小さくなる。ま
た、Ｂ剤の添加量比が大きすぎると、即ち、Ａ／Ｂが小
さすぎると、強度増加効果が小さくなる弊害の他に次の
（ａ）〜（ｄ）如き問題を生じる。（ａ）強度増加処理
に際し発熱が大きくなつて処理土中に内部ヒズミが発生
するなどの問題を生じたりする。（ｂ）処理土には水酸
化カルシウムが多量に含まれるようになることから処理
土がアルカリ性の強いものになる。（ｃ）下水や海水に
よつて容易に侵食されやすくなる。（ｄ）添加剤のコス
トが高くなる。本発明を好ましく実施するには、ます、
含水軟弱土に対しＡ剤を添加混合する。

この添加混合により、含水軟弱土の作業性は改善され、
後続のＢ剤の混合が均一かつ容易に行え得るようになる
。また、Ａ剤中の石コウ質は、水１００Ｖに対し無水物
ＣａｓＯ４換算として約０．２ｇも溶解するために、゛
Ｂ剤が加えられた場合にはＡ剤とＢ剤及び土壌成分との
反応でエトリンガイド（３Ｃａ０−Ａｌ．Ｏ３・３Ｃａ
Ｓ０４・３２Ｈ２０）が生成しやすい条件となつている
。次に、このような反応性の高められた含水軟弱、土に
対し、Ｂ剤を添加混合する。

このＢ剤の添加により、その水和反応が始まると、Ｂ剤
とＡ剤中の各成分との反応、及びこれら添加剤ＡとＢの
各々の成分と微細土壌の成分との反応が誘発され、含水
軟弱土の強度は増加される。この場合、ノ上記の如く、
添加剤Ａが加えられた含水軟弱土は、誘発される諸反応
が生起し易い土壌基盤に改質され、さらに作業性も向上
しているために、後続の添加剤Ｂの添加・混合は均一か
つ容易に行なわれ、含水軟弱土中の強度増加反応は極め
て効率良く進行する。本発明においては、前記のように
、含水軟弱土の強度増加処理を行う場合、Ａ剤とＢ剤の
成分及び土壌との間で陽イオン交換反応エトリンガイド
生成反応、ポゾラン反応等の諸反応が起るが、第１添加
処理に於て、Ａ剤と含水軟弱土が均一に混合されるので
、第２添加処理のＢ剤の添加により、これらの強度増反
応に関与する諸反応は、含水軟弱土全体にわたつて均一
かつ円滑に進行し、含水軟弱土の迅速な強度増加が達成
される。

以上の如く、含水軟弱土の強度増加処理を行うに際し、
Ａ剤を添加混合した後にＢ剤を添加混合することが最も
望ましいが、次に望ましいのが、Ａ剤とＢ剤を含水軟弱
土に同時に添加混合することである。含水軟弱土の強度
増加に於て、Ｂ剤を添加混合した後にＡ剤を添加混合す
ると、その作業性が悪くあるので、この楊合は特殊の施
工機械を用いることが必要となる。含水軟弱土に、まず
Ｂ剤を加えると、含水軟弱土の粘性、ゲルトレングス及
びＰＨ値に著しい悪影響を与える。これに起因し、必然
的に操作処理の作業性が悪くなり、含水軟弱土の均一混
合操作がむずかしくなる。これに伴い後続のＡ剤の添加
混合による均一分散及びその反応にも悪影響を与えて含
水軟弱土の強度増加の発現が悪くなる。Ｂ剤を加えるこ
とによる含水軟弱土の粘性、ゲルストレングス及びＰＨ
値に及ぼす悪影響の原因は、セメン■中のＣａ２＋と０
Ｈ−である。このＣａ２＋と０Ｈ−に起因する悪影響も
前記したように、Ａ剤とＢ剤の添加順序を特定すること
によつて克服され、その結果、含水軟弱土の．強度増加
の操作の作業性は改善され、しかも、その化学的諸特性
を効果的に利用することができる。本発明の大きな特長
は、前記したように、強度増加剤の必須成分の１つとし
て、硫酸によ″り変成こされた微細急冷高炉滓を用いる
ことである。

この硫酸変成高炉滓は、硫酸との反応により高炉滓中の
カルシウム分は石コウ分に変換され、同時に高炉滓中の
シリカ分及びアルミナ分は活性状態に変換され、さらに
高炉滓中の他の微量成分は１時的ηに硫酸塩となつて表
面部から溶出し、再び高炉滓中のカルシウム分の作用に
よりその表面に固体とし付着されるなどの複雑化学変化
を受けているため、その含水軟弱土の強度増加反応に対
する反応性は極めて大きく、単に高炉滓と石コウとを混
合して得られるものよりも、その強度増加の発現効果は
著しく大きい。この硫酸変成高炉滓は、それ自身では格
別の水硬性は示さないが、含水軟弱土中でのボルトラン
ドセメントの水和反応により生じる消石灰分により効果
的に刺激されて水硬性を示す。本発明による含水軟弱土
の強度増加処理においては、適用する硫酸変成高炉滓の
すぐれた反応性により、含水軟弱土の強度増加に関与す
る土ノ壌の陽イオン交換反応、エトリンガイト形成反応
及びポゾラン反応が効率よく起り、含水軟弱土の迅速か
つ効率的な強度増加発現が達成される。本発明を実施す
る場合、Ａ剤及びＢ剤はいずれも粉末またはスラリー状
で添加することができ・る。処理対象土は、一般的に、
粘土鉱物の種類、細粒分の含有量、有機分の含有量及び
ＰＨ値によりその反応性は異なり、さらに初期含水比に
よつてもその反応性の影響を受ける。しかし、通常の所
要強度の目的達成のために用いる本発明による強・度増
加剤の添加量は、含水軟弱土１ｄ当り、Ａ剤及びＢ剤の
乾燥総量で通常５０〜１００ｋ９程度である。また含水
軟弱土に有機質を多量に含む場合、通常の方法ではその
影響により含水軟弱土の強度増加作用に弊害を受けるが
、本発明の方法ではその弊害は比較的に少ない。この有
機質を多量に含む含水軟弱土を処理する場合は、本発明
の方法てはＡ剤とＢ剤の添加総量を通常の場合より約５
０％程度増加すればその目的は達成し得る。しかし、含
水軟弱土に反応性が高い粘土鉱物を多く含み強度増加反
応に適している場合には、有機質を多量に含んでもその
添加総量の増加は小さくてすむ。本発明の方法は、含水
軟弱土の含水比によつて制約されることはなく、含水比
５０〜２００％の軟弱土はもちろん、５００〜１０００
％という極めて高い含水比の軟弱土に対しても適用する
ことができる。含水比が高い軟弱土に対して本発明を適
用した場合、一定量以上の水はプリージングにより処理
土から分離し表面に浮上する。本発明によれば、前記し
たように、含水軟弱土の効率のよい強度増加を達成する
ことが可能であるが、この場合、Ｂ剤として用いたセメ
ントの添加量は比較的少量であるから、その水和反応に
より生じる発熱は著しく抑制され、処理土にヒズミが発
生するようなこともなく、その上、処理土中の残留アル
カリ量が少ないことから処理土のアルカリ上昇も見られ
ず、また下水や海水によつて処理土が侵食されるような
こともない。

また、本発明の場合、総添加剤使用量が少なく、しかも
セメントの添加量を少なくし、その上Ａ剤が廃棄物から
構成される硫酸変成高炉滓として用いることから経済的
にもすぐれたものである。次に、本発明を実施例により
詳細に説明する。

なお、後記実施例において、強度増加剤のＡ剤としては
市販の微細高炉水滓を硫酸処理したものを用い、Ｂ剤と
してはボルトランドセメントにおける普通セメント（プ
レーン法測定による比表面積３３００ａ１／ｙ）を用い
た。市販の微細高炉水滓の組成と粒径は第１表と第２表
の通りである。またこの市販の微細高炉水滓は、ほとん
どがガラス質であることを偏光顕微鏡による観察により
確認した。また、原料含水軟弱土としては、含水比２６
０％、粒度組成がＯ〜２μ１４％、２〜５μ４２％、５
〜１０μ１９％、１０〜２０ｐ２５％、含水比２６０％
に於ける密度１．２１ｇ／ｄである大阪南港浚渫底泥を
用いた。

また、所定の強度増加剤を添加混合した混合試料は、内
径５０ＴＷＬ１高さ１００瓢の円筒型モールドに注入し
、恒温恒湿養成器内でその飽和度２０±１℃、に保持し
て所定期間養生した後脱型し、その１軸強さをＪＩＳＡ
ｌ２ｌ６Ｔ，ｌ９７６（土の１軸圧縮試験法）に従い測
定した。

実施例１ ４００ｙの水（母液）に硫酸２６．８ｋｇを溶解し、こ
の室温状態下の溶液に微細高炉水滓１００ｋｇを添加し
て２時間混合した。

このスラリー溶液を遠心分離機にかけ、母液と分離し、
母液を３２．５重量％含有する硫酸変成高炉滓１９５ｋ
９を得た（空乾基準換算で１３１．７ｋｇ）。調製に用
いた水は、硫酸変成高炉滓を濾別して得られた母液に水
を加え、繰り返し、微細高炉滓の硫酸処理に使用されて
回収された母液に水を加えたものである。この生成物５
４．４ｋ９（空乾基準で３６．７ｋ９）をＡ剤として原
料軟泥土１ＴｒＩに添加して混練機て均一に混合し、次
いで、Ｂ剤３０．５ｋｇを添加し、混練機で充分混合し
た。

この試料をその１軸強さの測定に供した。また、比較の
ために、硫酸未処理の微細高炉水滓Ａ剤として用いた以
外は同様にして試験を行つた。その結果を第１表に示す
。尚、参考比較のためにＡ剤中に含まれる２水石コウの
割合が上記のものと同程度のもの、即ち、２水石コウ３
６ｋ９、微細高炉水滓６４ｋ９の割合からなる混合物を
Ａ剤の替りに用い、上記と同様な試験を行なつた。

その結果、処理土の材令１４日の一軸圧縮強さは１．３
ｋ９／ｄであつた。実施例２ 原料軟弱土１ｄに対し、硫酸処理条件の異なつた各種Ａ
剤３０．６ｋ９を用い、及びＢ剤３６．６ｋｇを用いる
以外は実施例１と同様にして試験を行つた。

得られた処理土について、その１４日目（材令１４日）
の一軸圧縮強さを第２表に示す。実施例３ 実施例１において、Ａ剤とＢ剤の重量割合を種変化させ
た以外は実施例１と同様にして試験行つた。

得られた処理土について、その１４日目２８日目の一軸
圧縮強さを第３表に示す。実施例４ ９％の硫酸水溶液８３．３ｋ９に微細高炉滓２７．９ｋ
９を加えて２時間かきまぜた後、室温迄冷却し、次いで
Ｂ剤３０．５ｋ９を添加し均一に混合してスラリー溶液
を調製する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 含水軟弱土に硫酸により変成された粒径３００μ以
   下の微細急冷高炉滓とポルトランドセメントを添加混合
   することからなり、該硫酸により変成された微細急冷高
   炉滓は、高炉滓１００重量部あたり硫酸３〜５０重量部
   を用いて変成されたものであることを特徴とする含水軟
   弱土の強度増加方法。 ２ 含水軟弱土に硫酸により変成された微細急冷高炉滓
   を添加した後にポルトランドセメントを添加混合する特
   許請求の範囲第１項の方法。 ３ 含水軟弱土に硫酸により変成された微細急冷高炉滓
   とポルトランドセメントの混合物を添加混合する特許請
   求の範囲第１項の方法。 ４ 硫酸により変成された微細急冷高炉滓Ａとポルトラ
   ンドセメントＢの重量比Ａ／Ｂが７０／３０〜３５／６
   ５である特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれかの方
   法。