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1. (WO2006038278) 固化材
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固化材

技術分野

[0001] 本発明は、地盤改良用の固化材に関し、特に、高含水土や高有機質土等の固化 処理に適した固化材に関する。

背景技術

[0002] 従来、土木'建設の分野では、河川、湖沼、海等の近くの汚泥等よりなる軟弱地盤 を有効利用するために、それらを固化材で固化することが行われている。また、河川 、湖沼、海等で行われる土木建設工事の過程で生じる建設汚泥の再汚泥化を防止 するためにも、固化材が使用されている。

[0003] この種の固化材の一例として、 800— 900°Cで焼成した製紙スラッジ灰を原料とし、 50— 70質量%、高炉スラグ微粉末 10質量%と、石灰もしくは生石灰 10— 20質量% 、無水石膏もしくは半水石膏 10— 20質量%を混合してなる土壌固化材が提案され ている(例えば、特許文献 1)

し力しながら、このような土壌固化材では、土の種類 (例えば、高含水土や高有機 質土等)によっては、多量に使用しても目標強度を得ることが困難な場合があったり、 固化処理した土の耐久性が低、場合があった。

特許文献 1:特開 2002-88362号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] 従って、本発明の目的は、高含水土や高有機質土等の軟弱土の固化処理に適す る固化材を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0005] 力かる実情において、本発明者らは、鋭意検討した結果、特定の水硬率、ケィ酸率 及び鉄率を有する焼成物の粉砕物と、石膏を組み合わせて用いれば、高含水土や 高有機質土等の軟弱土の固化処理に適した固化材が得られることを見出し、本発明 を完成した。

[0006] すなわち、本発明は、水硬率(H. M. )が 1. 8-2. 3、ケィ酸率(S. M. )が 1. 3— 2. 3、鉄率 (I. M. )が 1. 3-2. 8である焼成物 Aの粉砕物と、石膏を含有する固化 材を提供するものである。

発明の効果

[0007] 本発明の固化材は、高含水土や高有機質土等の軟弱土に使用した場合でも、高 い強度を得ることができる。また、固化処理した土も耐久性に優れるものとすることが できる。

さらに、産業廃棄物、一般廃棄物、建築発生土を原料とした焼成物を用いることも できるので、廃棄物の有効利用を促進させることができる。

発明を実施するための最良の形態

[0008] 本発明で用いる焼成物 Aは、水硬率 (H. M. )が 1. 8-2. 3、好ましくは 2— 2. 2 のものである。水硬率が 1. 8未満では、焼成物中の 3CaO ' SO 2 (C 3 S)の含有量が 少なくなり、固化処理した土の初期強度発現性が低下し、また、焼成物 Aの焼成も困 難となる。水硬率が 2. 3を超えると、固化処理した土の初期強度発現性は向上する 力 長期強度の伸びが鈍くなる。

[0009] 焼成物 Aは、ケィ酸率(S. M. )が 1. 3-2. 3、好ましくは 1. 5— 2のものである。ケ ィ酸率が 1. 3未満では、焼成物 Aの焼成が困難となる。ケィ酸率が 2. 3を超えると、 固化処理した土の強度発現性が低下し、また、焼成物中の 3CaO 'Al 2 O 3 (C 3 A)と 4

CaO -Al 2 O 3 -Fe 2 O 3 (C 4 AF)の含有量が少なくなり、焼成物 Aの焼成が困難になる。

[0010] また、焼成物 Aは、鉄率 (I. M. )が 1. 3-2. 8、好ましくは 1. 5-2. 6のものである 。鉄率が 1. 3未満では、焼成物 Aの粉砕性が低下し、また、固化処理した土の初期 強度発現性が低下する。鉄率が 2. 8を超えると、焼成物中の C 3 Aの含有量が多くな り、所要の固化性能を発現するために添加すべき石膏量が増加し、経済的に不利で ある。

[0011] なお、水硬率(H. M. ; hydraulic modulus)、ケィ酸率(S. M. ; silica modul us)、及び鉄率(L M. ; iron modulus)は、次式により表わされるものである。

[0012] [数 1]

CaO - 0. 7 X SO,

水硬率 (H. M. ) =

Si02 + A1203 + Fe203

Si02

ケィ酸率(S. M. ) =

A1203 + Fe203

A1203

鉄率 (I. M. ) =

Fe203

[0013] 焼成物 Aは、一般のポルトランドセメントクリカー原料、すなわち、石灰石、生石灰、 消石灰等の CaO原料、珪石、粘土等の SiO 2原料、粘土等の Al 2 O 3原料、鉄滓、鉄 ケーキ等の Fe o

2 3原料を用いて製造することができる。

また、本発明においては、焼成物 Aの原料として、産業廃棄物、一般廃棄物及び建 設発生土力も選ばれる 1種以上を用いることができる。産業廃棄物としては、生コンス ラッジ、各種汚泥 (例えば下水汚泥、浄水汚泥、建設汚泥、製鉄汚泥等)、建設廃材 、コンクリート廃材、ボーリング廃土、各種焼却灰、铸物砂、ロックウール、廃ガラス、 高炉 2次灰等が挙げられる。一般廃棄物としては、下水汚泥乾粉、都市ごみ焼却灰 、貝殻等が挙げられ、建設発生土としては、建設現場や工事現場等から発生する土 壌や残土、更に廃土壌等が挙げられる。

[0014] これらの原料を、所定の水硬率、ケィ酸率、鉄率となるように混合し、好ましくは 120 0— 1550°C、より好ましくは 1350— 1450°Cで焼成することにより、焼成物 Aを製造 することができる。

各原料を混合する方法は、特に制限されず、慣用の装置等を用いて行うことができ る。また、焼成に使用する装置も特に制限されず、例えばロータリーキルン等を使用 することができる。ロータリーキルンで焼成する際には、燃料代替廃棄物、例えば廃 油、廃タイヤ、廃プラスチック等を使用することができる。

[0015] 本発明で用いる石膏としては、特に制限されず、 2水石膏、 α型又は β型半水石 膏、無水石膏等が挙げられ、 1種又は 2種以上を組み合わせて用いることができる。 特に、固化処理した土の強度発現性や耐久性等の点から、無水石膏を用いるのが 好ましい。

[0016] 本発明の固化材において、石膏の含有量は、焼成物 Αの粉砕物 100質量部に対

して、 SO 3換算で 1一 15質量部、特に 3— 10質量部であるの力固化処理した土の 強度発現性や耐久性等の点力好まし、。

[0017] 本発明の固化材は、例えば、

(1)焼成物 Aと石膏を同時に粉砕して製造する方法、

(2)焼成物 Aを粉砕し、該粉砕物に石膏を混合して製造する方法、

等により製造することができる。

(1)の場合、焼成物 Aと石膏は、ブレーン比表面積 2500— 4500cm2Zg、特に 30 00— 4500cm2Zgに粉砕するのが好ましい。

また、(2)の場合、焼成物 Aは、ブレーン比表面積 2500— 4500cm2Zg、特に 30 00— 4500cm2/gに粉砕するのが好ましぐ石膏としては、ブレーン比表面積 2500 一 7000cm2/g、特に 3000— 6000cm2/gのものを使用するの力好まし!/ヽ。

なお、本発明の固化材は、ブレーン比表面積が 2500— 4500cm2/g、特に 3000 一 4500cm2Zgであるの力固化処理した土の強度発現性や耐久性、更には固化 材のコスト等の点力好まし、。

[0018] 本発明の固化材は、高炉スラグ粉末、フライアッシュ、石灰石粉末、珪石粉末、及 びシリカフュームカも選ばれる 1種以上の無機粉末を含有することができる。これらの 無機粉末を含有することにより、固化処理した土の長期強度をより増大させることがで きる。

[0019] 高炉スラグ粉末、フライアッシュ、石灰石粉末、珪石粉末は、ブレーン比表面積が 3 000— 10000cm2/g、特に 4000— 9000cm2/gであるの力固ィ匕処理した土の 強度発現性や耐久性、更には固化材のコスト等の点力好ましい。また、シリカフユ ームは、 BET比表面積が 5— 25m2/g、特に 5— 20m2/gであるのが好ましい。

[0020] 固化材における無機粉末の含有量は、例えば高炉スラグ粉末の場合、焼成物 Aの 粉砕物 100質量部に対して、 150質量部以下、特に 20— 100質量部であるの力固 化処理した土の強度発現性や耐久性等の点力好ましい。フライアッシュ、石灰石粉 末、珪石粉末は、焼成物 Aの粉砕物 100質量部に対して、 10— 100質量部、特に 2 0— 80質量部であるのが好ましぐシリカフュームは、焼成物 Aの粉砕物 100質量部 に対して、 1一 50質量部、特に 5— 30質量部であるのが好ましい。

[0021] 無機粉末を含有する固化材は、例えば、

(3)焼成物 Aと石膏とからなる固化材に、無機粉末を混合して製造する方法、

(4)焼成物 Aと無機粉末の同時粉砕物に、石膏を混合して製造する方法、

(5)焼成物 Aの粉砕物に、石膏と無機粉末を混合して製造する方法、

(6)焼成物 Aと石膏と無機粉末を同時に粉砕して製造する方法、

等により製造することができる。

無機粉末を含有する固化材は、ブレーン比表面積が 2500— 5000cm2Zg、特に 3000— 4500cm2Zgであるの力固化処理した土の強度発現性や耐久性等の点 力 好ましい。

[0022] 本発明の固化材は、更に、 2CaO ' SiO 2 (C 2 S) 100質量部に対して、 2CaO -Al 2 O

3 •SiO 2 (C 2 AS)を 10— 2000質量部含有し、かつ 3CaO .Al 2 O 3 (C 3 A)の含有量が 2

0質量部以下である焼成物 Bを含有することができる。焼成物 Bを含有することにより 、固化処理した土の長期強度を増大させることができる。

[0023] 焼成物 Bは、 C 2 S及び C 2 ASを含有するもので、 C 2 S 100質量部〖こ対して、 C 2 ASを

10— 2000質量部、好ましくは 10— 200質量部、特に好ましくは 10— 100質量部含 有するものである。 C 2 AS含有量が 10質量部未満では、焼成が困難になり、また、生 成する C 2 Sが水和活性のない γ型 C 2 Sである可能性が高くなり、固化処理した土の 長期強度を十分増大させることができない。一方、 C 2 AS含有量が 2000質量部を超 えると、固化処理した土の長期強度を増大させる効果が十分に得られない。

[0024] また、焼成物 Bは、 C 2 S100質量部に対する C 3 Aの含有量が 20質量部以下、好ま しくは 10質量部以下のものである。 C 3 Aの含有量が 20質量部を超えると、固化処理 した土の長期強度を十分増大させることができな!/、。

[0025] 焼成物 Bは、一般のポルトランドセメントクリカー原料、すなわち、石灰石、生石灰、 消石灰等の CaO原料、珪石、粘土等の SiO 2原料、粘土等の Al 2 O 3原料、鉄滓、鉄 ケーキ等の Fe 2 o 3原料を用いて製造することができる。

また、焼成物 Bは、例えば産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる 1種以上を原料として用いることができる。産業廃棄物としては、例えば石炭灰;生コ ンスラッジ、下水汚泥、浄水汚泥、建設汚泥、製鉄汚泥等の各種汚泥;ボーリング廃

土、各種焼却灰、铸物砂、ロックウール、廃ガラス、高炉 2次灰、建設廃材、コンクリー ト廃材などが挙げられ;一般廃棄物としては、例えば下水汚泥乾粉、都市ごみ焼却灰 、貝殻等が挙げられる。また、建設発生土としては、建設現場や工事現場等から発生 する土壌や残土、さらには廃土壌等が挙げられる。

[0026] なお、焼成物 Bの原料組成によっては、特に、前記産業廃棄物、一般廃棄物及び 建設発生土力も選ばれる 1種以上を原料として用いた場合、 4CaO'A1 203 -Fe 2 O 3 (

C 4 AF)が生成することがあるが、焼成物 Bにおいては、 C 2 ASの一部、好ましくは C 2

ASの 70質量%以下が C 4 AFで置換されても良い。 C 4 AFがこの範囲を超えて置換さ れると、焼成の温度範囲が狭くなり、焼成物 Bの製造の管理が難しくなる。

[0027] 焼成物 Bの鉱物組成は、使用原料中の CaO、 SiO 2、 Al 2 O 3、 Fe 2 O 3の各含有量( 質量%)から、次式により求めることができる。

C 4 AF = 3. 04 X Fe 2 O 3

C 3 A= l. 61 X CaO-3. 00 X SiO 2 2. 26 X Fe 2 O 3

C 2 AS=-1. 63 X CaO + 3. 04 X SiO 2 + 2. 69 XA12 O 3 +0. 57 X Fe 2 O 3

C 2 S = l. 02 X CaO + 0. 95 X SiO 2 1. 69 XA12 O 3—0. 36 X Fe 2 O 3

[0028] 上記のような原料を、所定の組成になるように混合し、好ましくは 1000— 1350°C、 より好ましくは 1150— 1350°Cで焼成することにより、焼成物 Bを製造することができ る。

各原料を混合する方法は、特に制限されず、慣用の装置等を用いて行うことができ る。また、焼成に使用する装置も特に制限されず、例えばロータリーキルン等を使用 することができる。ロータリーキルンで焼成する際には、燃料代替廃棄物、例えば廃 油、廃タイヤ、廃プラスチック等を使用することができる。

[0029] 焼成物 Bの粉砕物は、焼成物 Aの粉砕物 100質量部に対して 10— 100質量部、 特に 20— 60質量部含有させるの力固化処理した土の強度発現性や耐久性等の 点から好ましい。

[0030] 焼成物 Bの粉砕物を含有する固化材は、例えば、

(7)焼成物 A、焼成物 B及び石膏を同時に粉砕して製造する方法、

(8)焼成物 Aと焼成物 Bを同時に粉砕し、該粉砕物に石膏を混合して製造する方法

(9)焼成物 Aと石膏を同時に粉砕し、該粉砕物に焼成物 Bの粉砕物を混合して製造 する方法、

(10)焼成物 Bと石膏を同時に粉砕し、該粉砕物に焼成物 Aの粉砕物を混合して製 造する方法、

(11)焼成物 A、焼成物 Bを別々に粉砕し、該粉砕物と石膏を混合して製造する方法

(12)上記 (7) - (11)に無機粉末を混合して製造する方法、

等により製造することができる。

[0031] (7)の場合、焼成物 A、焼成物 B及び石膏は、ブレーン比表面積 2500— 4500cm

2Zg、特に 3000— 4500cm2Zgに粉砕するのが、固化処理した土の強度発現性や 耐久性等の点力も好まし、。

(8)の場合、焼成物 Aと焼成物 Bは、ブレーン比表面積 2500— 4500cm2Zg、特 に 3000— 4500cm2Zgに粉砕するのが好ましぐ石膏としては、ブレーン比表面積 2500— 7000cm2/g、特に 3000— 6000cm2/gのものを使用するの力 ^好まし!/ヽ。

[0032] (9)の場合、焼成物 Aと石膏は、ブレーン比表面積 2500— 4500cm2Zg、特に 30 00— 4500cm2Zgに粉砕するのが好ましぐ焼成物 Bは、ブレーン比表面積 2500 一 4500cm2Zg、特に 3000— 4500cm2Zgに粉砕したものを使用するのが好まし い。

(10)の場合、焼成物 Bと石膏は、ブレーン比表面積 2500— 4500cm2Zg、特に 3 000— 4500cm2Zgに粉砕するの力 s好ましく、焼成物 Aは、ブレーン比表面積 2500 一 4500cm2Zg、特に 3000— 4500cm2Zgに粉砕したものを使用するのが好まし い。

[0033] (11)の場合、焼成物 A、焼成物 Bは、それぞれブレーン比表面積 2500— 4500c m2/g、特に 3000— 4500cm2/gに粉砕するのが好ましぐ石膏としては、ブレーン it表面積 2500— 7000cm2/g、特に 3000— 6000cm2/gのものを使用するの力 S 好ましい。

[0034] なお、焼成物 Aの粉砕物、焼成物 Bの粉砕物及び石膏を含有する固化材は、ブレ ーン it表面積力 2500— 4500cm2/g、特に 3000— 4500cm2/gであるの力固 化処理した土の強度発現性や耐久性、更には固化材のコスト等の点から好ましい。 また、焼成物 Aの粉砕物、焼成物 Bの粉砕物、石膏及び無機粉末を含有する固化 材 ίま、ブレーン it表面積力 2500— 5000cm2/g、特に 3000— 4500cm2/gであ るの力固化処理した土の強度発現性や耐久性、更には固化材のコスト等の点から 好ましい。

[0035] 本発明の固化材においては、固化処理した土の強度発現性や耐久性の向上のた めに、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、メラミン系、ポリカルボン酸系の減水剤( AE減水剤、高性能減水剤、高性能 AE減水剤を含む)等の混和剤を使用することが できる。

[0036] 本発明の固化材を用いて地盤を固化処理する際の添加量は、対象土の性状や施 ェ条件、固化処理した土の要求強度にもよる力一般には、対象土 lm3当り 50— 30 Okg力好ましく、特に 100— 250kg力好まし!/、。

本発明の固化材は、例えば 1)対象土に固化材を粉体のまま添加'混合するドライ 添加、 2)水を加えてスラリーとして添加'混合するスラリー添カ卩により使用することが できる。スラリー添加の場合には、水 Z固化材の質量比力 0. 5-1. 5、特に 0. 6— 1. 0であるのが好ましい。

実施例

[0037] 次に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに何ら制 限されるものではない。

[0038] 実施例 1一 3

(1)焼成物 Aの製造:

原料として、下水汚泥、建設発生土と、石灰石等の一般のポルトランドセメントクリン カーを用い、表 1に示す水硬率 (H. M. )、ケィ酸率(S. M. )、鉄率 (I. M. )となる よう、原料を調合した。調合原料を小型ロータリーキルンで 1400— 1450°Cで焼成し 、焼成物 Aを得た。この際、燃料として、一般的な重油のほかに、廃油や廃プラスチッ クを使用した。使用した下水汚泥、建設発生土の化学組成は、表 2に示すとおりであ る。

なお、各焼成物中のフリーライム量は、 0. 6— 1質量%であった。

[0039] [表 1]

(焼成物 A)


[0040] [表 2]


[0041] (2)固化材の製造:

表 1の各焼成物 Aをバッチ式ボールミルでブレーン比表面積が 3250± 50cm2Zg となるよう粉砕した。該粉砕物 100質量部に対して、無水石膏 (ブレーン比表面積 58 00cm2/g)を、 SO 3換算で 7質量部となるように添加して、固化材を製造した。

[0042] (3)—軸圧縮強さ試験:

rjGS 0821 (安定処理土の締固めをしない供試体作成方法)」に準拠して作製し た供試体を、「JIS A 1216 (土の一軸圧縮試験方法)」に準じて圧縮強度(7日及 び 28日)を測定した。結果を表 3に示す。

なお、本試験においては、対象土として、含水率 30%の砂質土、含水率 75%の粘 性土及び含水率 175%の関東ロームを用い、固化材の添加量は、砂質土に対して は lm3当り 60kg、粘性土に対しては lm3当り 100kg、関東ロームに対しては lm3当 り 250kgとした。

[0043] [表 3]

ffi圧縮強さ(kN/m2)

焼成物 No. 砂質土 粘 fe土 関東ローム

7曰 2 8曰 7曰 2 8曰 7曰 2 8曰 実 1 1 650 995 620 735 1035 1110 施 2 2 645 1002 610 728 1040 1105 例 3 3 551 892 525 657 890 976 比較例普通ホ 'ルトラント"セメント 480 775 458 570 770 850

[0044] 表 3の結果より、本発明の固化材を用いた場合には、固化処理した土の強度発現 性が良好であり、実用的な値を超えていることが確認された。

[0045] 実施例 4一 6

(1)固化材の製造:

表 1の各焼成物 Aをバッチ式ボールミルでブレーン比表面積が 3250± 50cm2Zg となるよう粉砕した。該粉砕物 100質量部に対して、無水石膏 (ブレーン比表面積 58 00cm2Zg)を、 SO 3換算で 7質量部、高炉スラグ粉末 (ブレーン比表面積 4500cm2

Zg)を 70質量部混合して、固化材を得た。

[0046] (2)—軸圧縮強さ試験:

実施例 1一 3と同様にして、含水率 400%のへドロに対して固化処理し、圧縮強度(

7日及び 28日)を測定した。固化材の添加量は、ヘドロ lm3当り 200kgとした。結果 を表 4に示す。

[0047] [表 4]


[0048] 表 4の結果より、高炉スラグ粉末を含む本発明の固化材を使用した場合にも、固化 処理した土の強度発現性が良好であり、実用的な値を超えていることが確認された。

[0049] 実施例 7— 11

(1)焼成物 Bの製造:

原料として、石灰石、下水汚泥を用い、表 5に示す組成で調合し、小型ロータリーキ ルンで 1300°Cで焼成して、焼成物 Bを得た。この際、燃料として、一般的な重油のほ かに、廃油や廃プラスチックを使用した。焼成後、ノツチ式ボールミルでブレーン比 表面積が 3250cm2Zgとなるように粉砕した。

[0050] [表 5]

原料組成 (質量部) 鉱物組成 (質量部)

石灰石 下水汚泥 f-CaO c2s C2AS C4AF C3A

100 90 0. 4 100 33 34 12

[0051] (2)固化材の製造:

表 1の各焼成物 Aを、バッチ式ボールミルでブレーン比表面積が 3250 ± 50cm2Z gとなるように粉砕した。この粉砕物 100質量部に対して、無水石膏 (ブレーン比表面 積 5800cm2Zg)、高炉スラグ粉末 (ブレーン比表面積 4500cm2Zg)及び上記焼成 物 Bを、表 6に示す割合で混合して、固化材を得た。

[0052] (3)—軸圧縮強さ試験:

実施例 1一 3と同様にして、含水率 400%のへドロに対して固化処理し、圧縮強度(

7日及び 28日)を測定した。固化材の添加量は、ヘドロ lm3当り 200kgとした。結果 を表 6に示す。

[0053] [表 6]


*: so3換算

表 6の結果より、焼成物 Bを含む本発明の固化材を使用した場合には、固化処理し た土の強度発現性が良好であり、実用的な値を超えていることが確認された。