JP2001335778A - 土質改良剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】水と接触したときの吸水固化に伴う発熱反応の
速度が大きい土質改良剤を提供する。 【解決手段】薄片状焼石膏結晶が層状に積み重なって１
つの粒子を形成し、その粒子形状が針状である薄片積層
状焼石膏を含有する土質改良剤とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【本発明の属する技術分野】本発明は、水分を多量に含
有する汚泥に添加し、固化することにより汚泥を再利用
可能なものとすることのできる土質改良剤に係わる。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば建設工事、浚渫工事で排出
される泥土、泥水などの汚泥の有効利用策として、この
ものを固化して、埋め立て用に利用することが提案され
ている。汚泥を固化するための固化剤としては、セメン
トやセメント系の固化剤が広く使用されている。また、
一部には石灰系の固化剤も使用されている。セメントや
セメント系の固化剤は安価ではあるものの泥土と混合し
た場合、固化するまでに３日程度を要し、固化させる為
の広い場所を確保する必要がある。更にはセメントやセ
メント系の固化剤を使用して得られる固化物は、ｐＨが
９.０以上のアルカリ性を呈し、埋立場所が制限され
る。一方、石灰系の固化剤はセメント系の固化剤に比べ
固化時間を短縮できるものの、固化時の発熱が大きく、
臭気が発生するために作業場周辺の環境が悪化する。更
にはセメント系固化剤と同様にｐＨが９.０以上のアル
カリ性を呈し、埋立場所が制限される。また、近年、石
膏を主原料とした固化材が発表されているが、有害な硫
化水素が発生する土壌の処理には不適当で、埋め立てた
際、状況によっては硫化水素の発生源となる場合があ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術の
問題点を克服し、水と接触したときの吸水固化に伴う発
熱反応の速度が大きい土質改良剤を提供するものであ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、薄片状焼
石膏結晶が層状に積み重なって１つの粒子を形成し、そ
の粒子形状が針状である薄片積層状焼石膏は、水と接触
したときの吸水固化に伴う発熱反応の速度が速く、この
ものを含有することを特徴とする土質改良剤は、水分を
多量に含有する汚泥に添加すると速やかに固化し、汚泥
を埋め立て、埋め戻し等に再利用可能なものとすること
ができることを見出した。更に、この焼石膏にが鉄化合
物を含有させると、硫化水素の処理も可能であることを
見出し本発明を完成した。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明は、薄片状結晶が層状に積
み重なって１つの粒子を形成し、その形状が針状である
薄片積層状焼石膏を含有することを特徴とする土質改良
剤である。本発明において焼石膏とは、主成分が半水石
膏（化学式ＣａＳＯ₄・０．５Ｈ₂Ｏ）及び／又はIII型
無水石膏（ＣａＳＯ₄）で表される化合物であり、一部
２水石膏（ＣａＳＯ₄・２Ｈ₂Ｏ）及び／又はII型無水石
膏（ＣａＳＯ₄）が含まれていてもよい。

【０００６】本発明の土質改良剤に含有する薄片積層状
焼石膏は、薄片状結晶が層状に積み重なって１つの粒子
を形成し、その形状が針状であることにより、水との接
触面積が大きく、その結果、水と接触したときの吸水固
化に伴う発熱反応の速度が大きくなると考えられる。薄
片積層状焼石膏粒子は、比表面積は２ｍ^２/ｇ〜７０ｍ
^２/ｇであることが好ましく、浮遊粒子粒子の抑制等、
作業環境の点で、より好ましくは６ｍ^２/ｇ〜３０ｍ^２/
ｇである。一般的に使用されている焼石膏は天然石膏や
排脱石膏等であるが、これらは薄片積層状焼石膏と比べ
ると水和開始時間が同等であっても吸水固化に伴う発熱
速度が遅かったり、水和開始時間が遅く、固化時間が長
いものであった。従って本発明の土質改良剤と同等の土
質改良処理能力を持たせるには、発熱物質を添加し固化
を促進するか、処理設備を大型化する必要があり、何れ
もコストを増大する要因となる。

【０００７】本発明の土質改良剤に含有する薄片積層状
焼石膏は鉄化合物を含有したものであることが好まし
い。鉄化合物を含有することによって、固化速度に若干
の遅れが出るものの、有害な硫化水素が発生する土壌に
混合すると、含有される鉄化合物が硫化水素を吸着して
固定化することで無害化することができる。含有される
鉄化合物としては、含水酸化鉄、酸化鉄、水酸化鉄など
種々の化合物が挙げられる。また、鉄化合物の好ましい
含有量はＦｅ_２Ｏ_３として焼石膏の重量基準で０．２〜
５０重量％であるが、固化速度の点からより好ましくは
０．６〜３０重量％、更に好ましくは０．６〜１０重量
％であり、硫化水素の処理の点ではより好ましくは１０
〜５０重量％、さらに好ましくは３０〜５０重量％であ
る。又、副次的な効果として、固化処理して得られる固
化物を埋め立てに利用することにより、その土壌での生
物の生育に良好な結果をもたらすことができる。

【０００８】本発明の土質改良剤に含有する薄片積層状
焼石膏は、鉄分を含有する硫酸、例えば硫酸法酸化チタ
ン製造過程から発生する使用済み硫酸に石灰乳を加えて
中和して２水石膏を得る第１の工程、得られた２水石膏
を例えばロータリーキルン、平釜炉、流動炉を用いて加
熱脱水して焼石膏を得る第２の工程を含む方法により製
造することができる。

【０００９】加熱脱水温度は、好ましくは９７℃〜２５
０℃であり、より好ましくは１１０℃〜１９０℃であ
る。加熱脱水時間は、石膏の付着水が完全に脱水し、結
晶水が必要量脱水するまでとするのが望ましい。

【００１０】本発明の土質改良剤は、薄片状結晶が層状
に積み重なって１つの粒子を形成し、その形状が針状で
ある薄片積層状焼石膏を含有しているため、水分を多量
に含有する汚泥、例えば建設汚泥、浚渫汚泥等に添加す
ると速やかに固化し、土壌を再利用可能なものとするこ
とができる。

【００１１】本発明の土質改良剤に含まれる薄片積層状
焼石膏の含有量は、処理対象の汚泥の種類によって適宜
設定することができるが、通常は土質改良剤重量基準で
２０〜１００重量％、好ましくは３０〜９９重量％、よ
り好ましくは５０〜９０重量％である。

【００１２】さらに、本発明の土質改良剤には、薄片積
層状焼石膏に加えて、フライアッシュ、ベントナイト、
アルミニウム化合物、二酸化ケイ素を適宜含有させるこ
とが好ましい。

【００１３】本発明の土質改良剤にフライアッシュ及び
／又はベントナイトを含有させることにより、混合初期
に大量の水分を吸収するため、汚泥の取扱いを容易にす
る効果がある。又、フライアッシュ及び／又はベントナ
イトは薄片積層状焼石膏と反応してエトリンガイト等の
水和結晶を生成することにより、吸水量を増加させて固
化強度を上げる効果がある。フライアッシュとは石炭灰
とも呼ばれ、火力発電設備のボイラー内等で石炭の燃焼
によって生成するものである。ベントナイトとは超微細
な粘土で、火山灰のガラス質部分が分解してできたもの
である。化学組成は一定でなく、石灰、長石、雲母、硫
黄鉱などを夾雑する。フライアッシュ及び／又はベント
ナイトの含有量は土質改良剤重量基準で５〜５０重量％
の範囲が好ましく、１０〜３０重量％がより好ましい範
囲である。

【００１４】本発明の土質改良剤にアルミニウム化合物
を含有させることにより、アルミニウム化合物が水と反
応して発熱するために固化反応を更に促進することがで
きる。又、本発明の土質改良剤にアルミニウム化合物と
フライアッシュ等のアルカリ成分を含有させると、アル
ミニウム化合物が中和剤の役目を果たすことから中性化
を保持できることとなる。アルミニウム化合物として
は、例えばアルミニウムミョウバンや硫酸アルミニウム
等の発熱性のある化合物が用いられる。又、製造コスト
低減の面から、安価である反応性アルミニウムを含有す
る工業副産物を用いることもできる。アルミニウム化合
物の含有量は土質改良剤重量基準で１〜４０重量％の範
囲が好ましく、１〜１０重量％がより好ましい範囲であ
る。

【００１５】本発明の土質改良剤に二酸化ケイ素を含有
させることにより、汚泥と固化剤が部分的に固化するこ
とを防止して、全体的に均一に固化させることができ
る。二酸化ケイ素は無水ケイ酸、シリカとも呼ばれる。
ニ酸化ケイ素を含有するものとしては、例えばシリカバ
ルーン、コロイダルシリカ、シラス、シラスバルーン等
が用いられる。又、製造コスト低減の面から、安価であ
るシリカを多量に含有する鋳物砂、製紙スラッジ焼却灰
等の工業副産物を用いることができる。二酸化ケイ素の
含有量は土質改良剤重量基準で１〜１０重量％の範囲が
好ましく、１〜５重量％がより好ましい範囲である。

【００１６】本発明の土質改良剤は本発明の目的を害さ
ない範囲で、公知の石膏、石灰、セメント、有機系吸収
剤等を併用することができる。石灰やセメントは各々を
単独で使用すると使用後の土質がアルカリ性を呈する。
しかし、本発明の土質改良剤と併用して使用することに
より、使用後の土質は、時間の経過と共に中性となり、
リサイクル可能なものとなる。有機系吸収剤は単独で使
用すると使用後の土質強度が不足する。しかし、本発明
の土質改良剤と併用して使用することにより、使用後の
土質は、強度が上がり、リサイクル可能となる。

【００１７】

【実施例】次に実施例によって本発明をさらに説明する
が、これらは本発明を限定するものではない。

【００１８】実施例１〜３ 硫酸法酸化チタン製造過程から発生する使用済み硫酸に
石灰乳を加えて中和して２水石膏を得て、それを流動炉
で１２０℃で１時間焼成して薄片積層状焼石膏（試料
ａ）を得た。試料ａのＢＥＴ比表面積値は１０ｍ^２／ｇ
であり、成分はIII型無水石膏６１重量％、半水石膏３
６重量％、２水石膏２重量％であった。また、鉄化合物
の含有量はＦｅ_２Ｏ_３として１重量％であった。尚、こ
の薄片積層状焼石膏（試料ａ）の粒子形状を示す電子顕
微鏡写真を図１に示す。薄片積層状焼石膏（試料ａ）、
アルミニウム化合物としての焼ミョウバン及び二酸化ケ
イ素としてのシリカを多量に含有する焼却灰を下記表１
に示した比率で配合して本発明の土質改良剤（試料Ａ、
Ｂ及びＣ）を得た。

【００１９】

【表１】

【００２０】比較例１〜３ 天然石膏、排脱石膏及び燐酸石膏をそれぞれ流動炉で１
２０℃の温度で１時間焼成して比較試料の焼石膏を得た
（試料Ｄ、Ｅ及びＦ）。試料Ｄ、Ｅ及びＦの組成を表２
に示す。また、試料Ｄの粒子形状を示す電子顕微鏡写真
を図２に示す。

【００２１】

【表２】

【００２２】比較例４〜５ 消石灰及びセメントを比較試料（試料Ｇ及びＨ）とし
た。

【００２３】評価１ 採石工場で発生する汚泥(乾量基準含水率３０％、ｐＨ
７．５)について、表３に示すように含水率を調整して
本発明の土質改良剤（試料Ａ）を添加し、添加直後に混
合を行い、その後混練機より取り出した後、恒温室内に
１日放置し、得られた固化物を突き固めた。得られた固
化物の１時間後のコーン指数を表３に示す。固化物のｐ
Ｈを測定したところ、すべてｐＨ７．３〜７．７の中性
領域のものであった。ｐＨの試験方法は土質工学会基準
の土のｐＨ試験方法（ＪＳＦ Ｔ ２１１−１９９０）を
用いた。尚、添加、混合、放置、測定は何れも恒温室内
で行った。又、混合はソイルミキサーを用い、５分間混
合した。恒温室の室内条件は温度２０℃、湿度６０％Ｒ
Ｈであった。

【００２４】

【表３】

【００２５】採石現場で通常発生する汚泥は乾量基準で
含水率３０％のものである。このもので産業廃棄物規制
値であるコーン指数２００ｋＮ／ｍ²以上を満たすため
には、本発明の土質改良剤（試料Ａ）の添加量はわずか
２重量％で十分である。水を加えて汚泥の含水率を６０
％に調整した場合でも、上記産業廃棄物規制値を満たす
ためには、添加量は５重量％で十分である。この添加量
は、セメントや石灰系の固化剤の添加量と同等である。
さらには、本発明の土質改良剤はｐＨを中性に保てる利
点があり、固化後の汚泥のリサイクル用途が広がるた
め、有利であると考える。

【００２６】評価２ 池の浚渫現場で発生した泥土(乾量基準含水率１００
％、ｐＨ７．５)について、表４に示すように汚泥１ｍ
^３当たり本発明の土質改良剤（試料Ａ）及び消石灰（比
較試料Ｇ）を各々所定量添加し、添加直後に混合を行
い、その後混練機より取り出した後、恒温室内に１日放
置し、得られた固化物を突き固めし、７日間養生した後
の一軸圧縮強度及びｐＨを測定した。その結果を表４に
示す。尚、添加、混合、放置、測定は何れも恒温室内で
行った。又、混合はソイルミキサーを用い、５分間混合
した。恒温室の室内条件は温度２０℃、湿度６０％ＲＨ
であった。

【００２７】

【表４】

【００２８】本発明の土質改良剤（試料Ａ）は添加量１
００ｋｇ／ｍ³で消石灰（比較試料Ｇ）の場合の２００
ｋｇ／ｍ³添加量にほぼ匹敵する一軸圧縮強度を発揮す
ることがわかった。さらに、消石灰は添加量を増しても
強度が変わらないものの、本発明の土質改良剤では一軸
圧縮強度は添加量とともに飛躍的に増大し、添加量２０
０ｋｇ／ｍ³では７５kＮ/m²の一軸圧縮強度を発揮する
ことがわかった。これは、本発明の土質改良剤は、汚泥
中の水分と反応しながらその周りの土を取り込んで固化
するため添加量が増せば強度は上がるが、消石灰の場合
は短期間に水分と反応することはなく、１ヶ月以上の長
期を要さないと強度は上がらないと考えられる。ｐＨは
消石灰が高アルカリを示すのに対し、本土質改良剤は中
性を保つことがわかった。

【００２９】評価３ 建設現場で発生した泥土(乾量基準含水率６０％、ｐＨ
８．０)について、表５に示すように汚泥に対し本発明
の土質改良剤（試料Ｃ）２０重量％及びセメント（比較
試料Ｈ）７重量％を各々添加し、添加直後に混合を行
い、その後混練機より取り出した後、水分の蒸発を防ぐ
為、ビニール袋に密閉し、恒温室内に放置し、得られた
固化物の１時間後、３日後及び1週間後のコーン指数、
１時間後、３日後及び1週間後のｐＨを測定した。その
結果を表５に示す。尚、添加、混合、放置、測定は何れ
も恒温室内で行った。又、混合はソイルミキサーを用
い、目視で固化が確認できるまで混合した。恒温室の室
内条件は温度２０℃、湿度６０％ＲＨであった。

【００３０】

【表５】

【００３１】建設省令で規定される利用範囲の広い第２
種改良土のコーン指数８００ｋＮ／ｍ²を固化３日後の
目安とした場合、本発明の土質改良剤（試料Ｃ）は固化
１時間後から目標数値に近くなり、１週間後でもあまり
変わらない。セメントでは３日後に目標数値近くになる
ものの、１週間後では上がり過ぎる。このことは、改良
した土地を利用するために再掘削することが多いが、そ
の場合セメントを用いた土地では再掘削が困難となって
再利用に多大な費用が必要となる問題が起こることを示
唆している。一方、本発明の土質改良剤を用いた土地は
容易に掘削できる為、土地再利用の施工に有利であると
考えられる。

【００３２】評価４ 建設現場で発生した泥土(乾量基準含水率３０％、ｐＨ
７．５)について、本発明の土質改良剤（試料Ｂ）、天
然石膏（比較試料Ｄ）、排脱石膏（比較試料Ｅ）及び燐
酸石膏（比較試料Ｆ）を汚泥に対し各々２０重量％添加
し、添加直後に混合を行い、その後混練機より取り出し
た後、恒温室内に放置し、得られた固化物の３０分後及
び１日後のコーン指数、３０分後及び１週間後のｐＨを
測定した。その結果を表６に示す。尚、添加、混合、放
置、測定は何れも恒温室内で行った。又、混合はソイル
ミキサーを用い、目視で固化が確認できるまで混合し
た。恒温室の室内条件は温度２０℃、湿度６０％ＲＨで
あった。

【００３３】

【表６】

【００３４】試料Ｂは薄片積層状焼石膏のみを含有する
本発明の土質改良剤であるが、比較試料の焼石膏に比べ
固化時間が半分から３分の１程度まで早くなることがわ
かった。混合装置を用いて汚泥を処理する時には滞留時
間を長くとることなく、装置出口で既に固化状態となっ
ているため養生することなく直ちに埋め戻し等の作業が
できる。従って、現場作業がより効率的、経済的に実施
可能となる点で優れた効果を発揮できる。本発明の薄片
積層状焼石膏のみを含有する土質改良剤（試料Ｂ）は、
比較試料の焼石膏より３０分後のコーン指数が高く、１
日後ではその差はさらに広がっていくことがわかった。
これは本発明の土質改良剤を構成している薄片積層状焼
石膏が薄片状の結晶の積層状態で１つの粒子をなしてい
るために水分と反応する実効面積が大きくなることか
ら、固化反応が速く、強度が増しているものと考えられ
る。

【００３５】評価５ 港湾浚渫現場で発生した泥土に玉葱を粉砕して混合し、
作成した硫化水素発生泥土（乾燥基準含水率１１０％、
ｐＨ８.３）に本発明の土質改良剤（試料Ｂ）及び燐酸
石膏（比較試料Ｆ）を汚泥に対し各々２０重量％添加
し、添加直後に混合を行い、その後混練機より取り出し
た後、十分に湿潤させてガラス容器に密閉し、恒温装置
内に放置し、ガラス容器内の３日後及び１週間後の硫化
水素濃度を測定した。又、混合はソイルミキサーを用
い、５分間混合した。恒温室の室内条件は温度３５℃、
湿度６０％ＲＨであった。硫化水素濃度の測定は目盛範
囲２〜２０ｐｐｍの検知管を用い、１分間１００ｃｃ吸
引して測定した。

【００３６】

【表７】

【００３７】土質改良剤を添加しなかったもの及び比較
試料Ｆを添加したものは時間の経過とともに硫化水素濃
度が増加しているのに対し、本発明の土質改良剤（試料
Ｂ）を添加したものは硫化水素が発生しないことがわか
った。このことは、本発明の土質改良剤を構成する薄片
積層状焼石膏に含有されている鉄化合物が硫化水素と反
応し、硫化鉄となって安定化する為と考えられる。これ
は現場で発生する泥土の硫化水素の発生を抑制すること
ができ、作業環境保全に有利である。

【００３８】

【発明の効果】本発明の土質改良剤は、水と接触したと
きの吸水固化に伴う発熱反応の速度の大きい薄片積層状
焼石膏を含有しているため、水分を多量に含む土壌に添
加した場合、固化が速やかに進行するので、固化させる
ための広い場所を必要とせず、作業場を有効に使用でき
る。また、あらゆる汚泥に対し、本発明の土質改良剤を
用いた場合の土質改良後の土は中性であり、直ちにリサ
イクル可能な強度を有する土質となるので、埋め立て場
所を制限されず、しかも再利用が可能である。また、鉄
化合物を有する薄片積層状焼石膏を含有する本発明の土
質改良剤は、硫化水素を発生する土壌に用いると、その
発生を抑制することができ作業環境保全に有利である。
さらに、土質改良後の土壌での生物の生育にも適したも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】試料ａの粒子形状を示す電子顕微鏡写真 （倍
率１，０００倍）である。

【図２】比較試料Ｄの粒子形状を示す電子顕微鏡写真
（倍率５００倍）である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｃ０９Ｋ 103:00 Ｃ０９Ｋ 103:00

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】薄片状結晶が層状に積み重なって１つの粒
   子を形成し、粒子形状が針状である薄片積層状焼石膏を
   含有することを特徴とする土質改良剤。
2. 【請求項２】薄片積層状焼石膏が鉄化合物を含有したも
   のであることを特徴とする請求項１に記載の土質改良
   剤。
3. 【請求項３】鉄化合物の含有量が薄片積層状焼石膏の総
   量に対してＦｅ_２Ｏ _３として０．２〜５０重量％である
   ことを特徴とする請求項２に記載の土質改良剤。
4. 【請求項４】薄片積層状焼石膏が２ｍ^２/ｇ〜７０ｍ^２/
   ｇの比表面積を有するものであることを特徴とする請求
   項１に記載の土質改良剤。
5. 【請求項５】フライアッシュ及び／又はベントナイトを
   含有する請求項１に記載の土質改良剤。
6. 【請求項６】アルミニウム化合物を含有する請求項１に
   記載の土質改良剤。
7. 【請求項７】二酸化ケイ素を含有する請求項１に記載の
   土質改良剤。