JP2018178679A

JP2018178679A - 刃金土の製造方法及び刃金土

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Publication number: JP2018178679A
Application number: JP2017091459A
Authority: JP
Inventors: 安泰山根; Yasuhiro Yamane
Original assignee: Isk Solution Co Ltd
Current assignee: Isk Solution Co Ltd
Priority date: 2017-04-13
Filing date: 2017-04-13
Publication date: 2018-11-15

Abstract

【課題】農業用等に造成された「ため池」、「貯水池」などは、老朽化による改修工事、貯水量を増やすための堤体の嵩上げ工事、また提体崩壊を防止するための整備工事等に使用される材料として、土の締め付け強度が大きく、遮水効果が大きく、表面が雨水等で流されないような硬さを持ち、周辺の環境に優しく、簡単に入手できる等の特徴を有する刃金土を提供する。【解決手段】粒径２２ｍｍ以下の真砂土と、花崗岩粉砕物から得られる粒径０．０７５ｍｍ以下の微粒子分を所定の割合で配合し、高密度で遮水性機能を発現できるような粒度構成にすることにより、粒子間の結合を強くし、敷均と転圧の作業性にも適した可塑性を有する刃金土の製造方法。さらに、日本の伝統的技術である「たたき」技術を応用して消石灰を適量混合して機能を高めた刃金土の製造方法。【選択図】図１

Description

本発明は、ため池や貯水池の堤防盛土材及び遮水材用の刃金土とその製造方法に関する。

農業用水確保のために人工的に造成された「ため池」、また生活用水源である「貯水池」などでは、永年の間に堤防の老朽化が進み、堤防・盛土等の崩壊防止や堤防斜面の浸食・漏水防止などの改修工事が必要となっている。また、貯水量を増やすために、堤防のカサ上げなどの整備工事も必要になっている場合がある。（ため池は全国に約２０万箇所存在。）尚、これ等のため池、貯水池は多種多様な生物の生息地であり、周辺の豊かな自然環境の保全にも貢献している。

一般に、ため池、貯水池等の築堤工事に使用される材料となる刃金土は、修復工事で発生する土砂やため池、貯水池の底に堆積した土砂、また工事現場周辺の土石採掘場で発生する土砂が使用される。これら土砂に遮水性能を高めるために漏水効果のあるベントナイトや固化材としてセメントを添加する工法が実用化されている。

しかし、堆積粘土や工事現場で発生する土砂等には有機物や有害金属類が含まれている可能性がある。固化材として使用されるセメントも量が多いと、配合土のｐＨを高めて周囲の環境に悪影響を及ぼす恐れがあり、さらに工費が高くなるなどの問題がある。

刃金土に適した土砂や岩石を新しく見つけ出して、採掘・粉砕・分級加工して提供することは、採掘するまでには土地の確保や法的続きが必要であり、短時間での入手は出来なく、また自然破壊にも繋がる等の問題がある。

一方、日本各地に産する花崗岩起源の真砂土は、石英と長石（正長石、微斜長石等）及び少量の有色鉱物（黒雲母、磁鉄鉱、角閃石等）と長石が風化して生成した粘土鉱物で構成されているが、分布地域や採取場所によって鉱物の組合せが異なること、風化程度によって粒径、土の強さ、透水性が異なるため、刃金土の品質を一定に保つことが困難である。

また、真砂土は、一般的に透水係数が１×１０−３ｃｍ／ｓｅｃよりも大きいことが多く、透水性がある。真砂土だけでため池や貯水池の堤防盛土材及び遮水材として利用するとことは出来ないため、他の材料で補強する必要がある。

真砂土を固化する方法として、日本には古くから「たたき」（三和土）と云われる真砂土と消石灰で人造石を造るに技術が伝わっている。この技術を刃金土製造に応用すればより土質工学的に優れた刃金土に改良できる。

特開２００５−１２０６３６公報特開２００５−３２５６１６公報特開平０７−０５１６９８公報特開２０１４−５５４３３公報特開２０１２−４１６７９公報特開２００６−２１４１４５公報

一般的に真砂土を刃金土として利用する際の問題点としては、風化程度によって粒径、土の強さ、透水性が異なること、透水性が高く遮水効果が悪いこと、粘結性、展性を殆ど有していないことがあげられる。

また、風化花崗岩をもとにして製造する従来の刃金土は、安定した品質を確保することが困難である。

本発明は、上記の課題を解決するためのものであり、その目的は、ため池や貯水池の堤防盛土材及び遮水材として利用するための高品質かつ一定の品質を保った刃金土の製造方法および刃金土を提供するものである。

発明が解決するための手段

本発明は、刃金土の製造方法において、含有鉱物の粒径を２２ｍｍ以下に粒度調整した真砂土に、花崗岩から細骨材を生産する工程で発生する粒径０．０７５ｍｍ以下の微粒子分を一定の比率で配合・撹拌して製造することを特徴とする。

また、刃金土の製造方法において、真砂土と微粒子分の配合割合が、重量比で微粒子分が１に対して真砂土が１．７〜１．８の範囲に入ることを特徴とする。

また、本発明は、刃金土において、含有鉱物の粒径が２２ｍｍ以下である真砂土と、花崗岩から細骨材を生産する工程で得られる粒径０．０７５ｍｍ以下の微粒子分を、重量比で微粒子分が１に対して真砂土が１．７〜１．８の割合で混合したことを特徴とする。

また、刃金土において、真砂土と微粒子分を配合した材料の粒度組成が礫・砂分が２５〜２６重量％、シルト分が４１〜４３重量％、粘土分が７〜８重量％、含水量が２５〜２６重量％であることを特徴とする。

また、刃金土において、真砂土と微粒子分に消石灰を添加し、全体を１００重量％とした場合、真砂土と微粒子分の合計の含有率が８５〜９５重量％で消石灰の含有率が１５〜５質量％であることを特徴とする。

発明の効果

本発明は、粒度組成を調整した花崗岩の風化物から製造する真砂土と花崗岩を粗粉砕し人工砂を製造する工程で発生する微粒子分をもとにして、含有する粘土鉱物量と粒度組成を細密充填となるよう調整して製造する刃金土を提供するものである。本発明の刃金土は、敷圧・転圧後の圧縮強度、透水性等の品質が従来品と比較し高性能でありかつ品質が安定していることが特徴である。これまで熟練者の経験によって調合し、提供されていた刃金土の種々の課題を解消する刃金土を提供するものである。

人工珪砂（細骨材）を製造工程の中の一つ水洗・分級工程で発生する微粒子分の量は、花崗岩又は真砂土の２０〜１８重量％を占めている。フィルタープレスで脱水された微粒子分（シルト分や粘土分）は、通常残土として花崗岩や真砂土の採掘跡に埋め戻される。本発明は、この残土の再資源化である。

なお、天然に産する細骨材となる浜砂はほとんど掘り尽されおり、各地で人工珪砂が製造されている。国内には花崗岩は広く分布しており、何時でも、どこでも簡単に入手でき、工事費の低減に繋がることが特徴である。

本発明の刃金土は、国内に広く産する真砂土と、花崗岩から人工珪砂を製造する工程で発生する微粒子分を混合して製造されたもので、ため池、貯水池等の改修、補強、水漏れ防止に優れた機能を有し役立し、自然に優しい刃金土であり、原料が比較的簡単に入手できるのが特徴である。

人工珪砂を製造する工程で発生する微粒子分は、従来残土として真砂土の採掘跡に埋め戻されており、刃金土原料の一部として利用されることは資源の有効利用となり、人工珪砂製造業にとっては大きなメリットとなる。

刃金土に少量の消石灰を添加する場合には、消石灰が大気中の炭酸ガスを吸着して固化し、土質強度を大きくするため、大気環境の保全・改善に役立つと考えられる。また、本刃金土の使用は工事費の削減につながるため、社会的にも企業にとっても有利な材料と云える。

花崗岩から刃金土を製造する工程図である。真砂土の粉末Ｘ線回折図（図中の記号は各々同定された鉱物を示す）。人工珪砂製造中に発生する微粒子分の粉末Ｘ線回折図（図中の記号は各々同定された鉱物を示す）。真砂土と人工珪砂製造中に発生する微粒子分の熱減量曲線図。堤防盛土材及び遮水材の使用例を示す図である。

刃金土の製造ラインを図１に従って具体的に説明する。採掘場で採掘した花崗岩、風化花崗岩（１）を、採掘場に設置した一次破砕機（７）、二次破砕機（８）で段階的に細かく砕き、選別機（９ａ）で一定のサイズに整え、更に水洗・分級（１０）する。水洗・分級して得た砕石（以下、「人工珪石」とする。）は細骨材（５）として市場に出荷する。一方、水洗で発生した濁水は沈殿槽（１１）において固液分離処理し、沈殿槽底で発生する沈殿物はフィルタープレス（１２）で脱水、固形化し、微粒子分（４）として受け入れホッパー（１３ａ）にストックする。

真砂土は、選別機（９ｂ）で粒径が２２ｍｍ以下に粒度調整され、真砂土専用の受け入れホッパー（１３ｂ）にストックされる。

真砂土を優れた機能を有する刃金土に改質するためには、真砂土と微粒子分との配合比が最も重要な要素であり、それを決定するために真砂土については「ふるい分け試験」及び熱減量測定を、微粒子分についても熱減量測定を行い、粘土鉱物含有量を推測する。それらの測定値から真砂土と微粒子分の配合比を算出し、その配合比に基づいて試験体を作成して粘結性、密着性、乾燥強度などを確認する。

即ち、各々の受け入れホッパー（１３）にストックされている真砂土、微粒子分を各々小量サンプリングして、上記した方法で真砂土と人工珪砂製造中に発生する微粒子分に含まれる粘土鉱物含有量を推定する。その値をもとにし、配合比を算出する。

真砂土と微粒子分の粒度構成を、ふるい分け試験及び比重計による粒度試験によって求めた結果、含水率１２．５重量％の真砂土の粒度構成は、礫・砂分（２２〜０．０７５ｍｍ）がほぼ７０重量％、シルト分１４．９重量％、粘土分２．６重量％である。一方、含水率３２．５重量％の微粒子分の粒度構成はシルト分５７．４重量％、粘土分１０．１重量％である。尚、上記粒度成分の各重量％は水分を含んだ真砂土又は微粒子分を１００％とした場合の重量％である。

真砂土と微粒子分を任意の配合比で混合撹拌して作成したサンプルの粘結性、密着性や試験片の乾燥強度について鋭意研究した結果、含水率３２．５重量％の微粒子分１に対し、含水率１２．５重量％の真砂土を重量比で１．７〜１．８配合したものが刃金土として適していることを見出した。

含水率３２．５重量％の微粒子分１に対し、含水率１２．５重量％の真砂土を重量比で１．７と１．８で配合した刃金土の粒度構成及び含水量は、下記の通りである。

なお、図２の真砂土の粉末Ｘ線回折図と図３の人工珪砂製造中に発生する微粒子分の粉末Ｘ線回折図で真砂土と微粒子分に含まれる鉱物を示しているが、真砂土と微粒子分に含まれる粘土鉱物は、カオリナイト、スメクタイト、雲母粘土鉱物である。

なお、真砂土と微粒子分に含まれる粘土鉱物（カオリナイト、スメクタイト、雲母粘土鉱物）の量は、粘土鉱物の有する結晶水の量から推算する。即ち、粘土鉱物を加熱すると結晶水は、ほぼ４００〜８００℃の間で放出されるので、その温度領域での重量減から粘土含有量を推定した。図４参照。

００３１に示す刃金土に、消石灰を添加し、遮水性能と締固め強度を高める。なお、工事にあたっては、適度な粘性、展性、密着性、可塑性が発現できるように水分調整をすることは可能である。

人工珪砂製造中に発生する微粒子分と真砂土を配合比１：１．７〜１：１．８で配合（１４）、水分調整を行いながら撹拌機（１５）で均一になるよう撹拌して刃金土（６）とする。

００３４に記載する刃金土について、更に土質強度が求められる工事の場合には、消石灰（３）を消石灰供給機（１６）から適量配合（１４）し、攪拌機（１５）で撹拌混合し刃金土（６）とする。

試験に供した真砂土および微粒子分の含水量と粒度構成を表１に示す。表２に微粒子分と真砂土を１：１．７〜１：１．８の割合で混合した試験体と、さらに消石灰を添加した試験体の配合割合を示す。

表３に試験体３体の最大粒径、粒度構成、真比重、乾燥密度、含水率、透水系数の測定結果を示す。

天然地盤の砂質土の最大乾燥密度は、１．７〜１．８、盛土砂質土の場合１．９、粘性土の場合１．８前後と云われている。各試験体ともほぼ天然地盤の砂質土及び盛土砂質土に近い値を示した。

最適含水比は、試験体２と試験体３は、わずかであるが大きな値を示した。「ため池」、「貯水池」の堤防表面、内部の刃金土、堤防表面の保護盛土材として、最も重要な機能である透水係数は、両刃金土とも大きく改善されており、刃金土として十分な機能を発揮できることを示している。

００３５に記載した微粒子分と真砂土を配合（１：１．７〜１：１．８）して製造した刃金土の三軸圧縮試験結果を表４に、さらに消石灰を添加した刃金土の三軸圧縮試験結果を表５に示す。本刃金土は、転圧を繰り返すことにより土を硬く締め固めることが出来、乾燥後の亀裂も認められず、提体盛土材の選定基準をクリアーしている。

本発明の刃金土は、国内に広く産する真砂土と、花崗岩から人工珪砂を製造する工程で発生する微粒子分（０．０７５ｍｍ以下）を混合して製造されたもので、ため池、貯水池等の改修、補強、水漏れ防止に優れた機能を有し役立し、自然に優しい刃金土であり、原料が比較的簡単に入手できるのが特徴である。

人工珪砂を製造する工程で発生する微粒子分（０．０７５ｍｍ以下）は、従来残土として真砂土の採掘跡に埋め戻されており、刃金土原料の一部として利用されることは資源の有効利用となり、人工珪砂製造業に取っては大きなメリットとなる。

刃金土に少量の消石灰を添加する場合には、消石灰が大気中の炭酸ガスを吸着して固化し、土質強度を大きくするため、大気環境の保全・改善に役立つと考えられる。また、本刃金土の使用は工事費の削減につながるため、社会的にも企業にとっても有利な材料といえる。

１花崗岩、風化花崗岩
２真砂土
３消石灰
４微粒子分
５細骨材
６刃金土
７一次破砕機
８二次破砕機
９ａ選別機
９ｂ選別機
１０水洗・分級
１１沈殿槽
１２フィルタ−プレス
１３ａ受け入れポッパー
１３ｂ受け入れホッパー
１４配合
１５撹拌機
１６消石灰供給機
５１遮水ゾ―ン（粘性土）
５２ため池
５３基礎地盤
５４半透水性又は透水性材料（さや土）
５５半透水性又は透水性材料（抱土）

Claims

含有鉱物の粒径を２２ｍｍ以下に粒度調整した真砂土に、花崗岩から細骨材を生産する工程で発生する粒径０．０７５ｍｍ以下の微粒子分を一定の比率で配合・撹拌して製造する刃金土の製造方法。
真砂土と微粒子分の配合割合が、重量比で微粒子分が１に対して真砂土が１．７〜１．８の範囲に入る請求項１記載の刃金土の製造方法。
含有鉱物の粒径が２２ｍｍ以下である真砂土と、花崗岩から細骨材を生産する工程で得られる粒径０．０７５ｍｍ以下の微粒子分を、重量比で微粒子分が１に対して真砂土が１．７〜１．８の割合で混合した刃金土。
真砂土と微粒子分を配合した材料の粒度組成が礫・砂分が２５〜２６重量％、シルト分が４１〜４３重量％、粘土分が７〜８重量％、含水量が２５〜２６重量％である請求項３記載の刃金土。
真砂土と微粒子分に消石灰を添加し、全体を１００重量％とした場合、真砂土と微粒子分の合計の含有率が８５〜９５重量％で消石灰の含有率が１５〜５質量％である請求項３又は４記載の刃金土。