JP4452780B2

JP4452780B2 - 岩ズリとゴミ溶融スラグと安定材の混合による地盤および路盤改良材

Info

Publication number: JP4452780B2
Application number: JP2008165259A
Authority: JP
Inventors: 雅己対馬; 秀雄佐藤; 智秋花田
Original assignee: Institute of National Colleges of Technologies Japan
Current assignee: Institute of National Colleges of Technologies Japan
Priority date: 2008-06-25
Filing date: 2008-06-25
Publication date: 2010-04-21
Anticipated expiration: 2028-06-25
Also published as: JP2010007273A

Description

本発明は、都市ゴミの溶融施設から排出される溶融物を粉砕したゴミ溶融スラグと粉砕した岩ズリを利用した地盤および路盤改良材に関する。

従来、都市ゴミの溶融施設から排出される溶融物を微粉砕したゴミ溶融スラグと消石灰の混合による路盤改良材が知られている（特許文献１を参照）。
この公知技術では、都市ゴミの溶融施設から排出される溶融物を急冷凝固した後、微粉砕した粒径４２５〜１０μｍの範囲のゴミ溶融スラグ５０重量％と土材料５０重量％とからなる混合土に消石灰５〜１５重量％添加した路盤改良材である。
その他に都市ごみの焼却灰の再利用に着目し、地下水位が高く緩い砂質土地盤の液状化防止用の地盤改良材が知られている（特許文献２を参照）。
この公知技術では、前記地盤改良材は、都市ごみの焼却灰を溶融して得られたスラグと、硬焼生石灰と、セメントと、透水性材料と、石膏を適宜配合した組成からなるものである。
一般に、対象となる土に対して、生石灰、消石灰、セメントなどの安定材を添加して改良を行っている。安定材を添加して処理した土、すなわち安定処理土の効果は、通常、水の存在の元に、安定材がそれ自身及び土粒子との間で化学反応して水和物を生成し、これが未反応の土粒子・安定材の間隙を埋めることによってなされる。
特許３９３６９９２号公報特開平１０−１３０６４５号公報

本発明は、都市ゴミの溶融施設から排出される溶融物を粒径２５０μｍ以下に微粉砕したゴミ溶融スラグと粒径２５０μｍ以下に微粉砕した岩ズリ（採石場で発生する廃石）の混合土の重量に対して消石灰またはセメントの混合による、実用上十分な圧縮強度を得る地盤及び路盤改良材を提供することを目的とする。

本発明のゴミ溶融スラグは、都市ゴミの溶融施設から排出される溶融物を急冷凝固した後、微粉砕した粒径２５０μｍ以下のゴミ溶融スラグ２５重量％以上と微粉砕した粒径２５０μｍ以下の岩ズリとからなる混合土の重量に対して消石灰５〜１５重量％またはセメント２〜１０重量％を添加したものである。

一般住宅地の地盤に要求される地耐力は３０〜５０ｋN/m²であるから、本発明の微粉砕した岩ズリ７５重量％とゴミ溶融スラグ２５重量％の配合のみで８０ｋN/m²の強度が得られる。このことから、一般住宅用の建設に際して、地耐力のない地盤に十分地盤改良材として活用できる。

本発明の微粉砕したゴミ溶融スラグと岩ズリと安定材の混合による地盤および路盤改良材は、微粉砕したゴミ溶融スラグと岩ズリの混合土が微粉砕による比表面積の増加と、これに伴う潜在水硬性が発揮され、強度が増大する。
微粉砕したゴミ溶融スラグと岩ズリ、さらに安定材として消石灰およびセメントを添加した混合土は、スラグの潜在水硬性と消石灰およびセメントによる硬化が複合的に発揮され、とりわけ微粉砕粒径２５０μｍでは、上層路盤、下層路盤さらに路床の改良に、十分活用できる。
特に経済性の観点から、消石灰を添加したケースについて要求される下層路盤の強度(700kN/m²)を検討すると消石灰の添加率５重量％以上およびスラグと岩ズリの配合でスラグ２５重量％以上、かつ養生期間１０日以上であれば十分下層路盤材として適用できる。
さらに消石灰の添加率５重量％以上およびスラグと岩ズリの配合でスラグ２５重量％以上、かつ養生期間１５日以上であれば十分上層路盤材として適用できる。

一方セメントを添加したケースについて、下層路盤の強度(980kN/m²)を検討すると、セメントの添加率２重量％以上およびスラグと岩ズリの配合でスラグ２５重量％以上、かつ養生期間１０日以上であれば十分下層路盤材として適用できる。
さらに上層路盤の強度(2900kN/m²)を検討すると、セメントの添加率５重量％以上およびスラグと岩ズリの配合でスラグ２５重量％以上、かつ養生期間７日程度で上層路盤材として適用できる。

本発明の微粉砕したゴミ溶融スラグと岩ズリと安定材の混合による地盤および路盤改良材について、以下に説明する。
一般家庭や事業所から排出される可燃性ゴミは、各自治体の焼却施設により焼却処分されているが、近年ダイオキシン等の除去のため、高温還元雰囲気１８００℃の高温で焼却する溶融炉、例えばシャフト炉式ガス化溶融炉で多様なゴミを溶融するようになっている。
このような都市ゴミの溶融施設から排出される溶融物は、年間数万トンも排出され、
その再資源化が望まれている。
本発明は、この溶融施設から排出されるゴミ溶融スラグを微粉砕することによって生じる潜在水硬性に着目し、これに砕石場で発生する微粉砕した岩ズリを混合し、さらに安定材を添加して地盤および路盤改良材を生成して安定処理を行い、改質を図るものである。

ゴミ溶融スラグ
使用したスラグは秋田市総合環境センターの溶融施設からの排出されたゴミ溶融スラグであり、物理的性質および化学成分を表１、表２に示す。またスラグ単体による溶出量試験と含有量試験の結果は、いずれも土壌環境基準を満たしている。

岩ズリ
使用した岩ズリは秋田県男鹿市寒風山の採石場で採取したものでその物理的性質および化学成分を表３、表４に示す。

社団法人日本道路協会、舗装施工便覧によると、下層路盤は各路盤材を所定の仕上がり厚さが得られるように均一に敷きならし、所定の締固め度が得られるまで締め固め、かつ所定の形状に平坦に仕上げるものである。
下層路盤の築造工法には、粒状路盤工法、セメント安定処理工法及び石灰安定処理工法があり、セメント安定処理の一軸圧縮強さの基準が９８０ｋＮ／ｍ^２（０．９８ＭＰａ）、石灰安定処理の一軸圧縮強さの基準が７００ｋＮ／ｍ^２（０．７０ＭＰａ）である。
なお、養生期間はセメント安定処理では７日、石灰安定処理で１０日である。

溶融施設から直接排出されるゴミ溶融スラグと岩ズリにより供試体(直径５ｃｍ、高さ１０ｃｍ)を作成し、実施した試験はすべて一軸圧縮試験であって、以下の４種類の実験条件に基づいて行った。なお、供試体は３層に分け、各層２５回ずつ突固めたものである。また、ゴミ溶融スラグおよび岩ズリはすべて微粉砕し、粒径２５０μｍとした。
１）岩ズリとゴミ溶融スラグの混合土による一軸圧縮試験。
岩ズリとスラグの混合割合をそれぞれ乾燥重量比で２５、５０、７５重量％とした無添加の一軸圧縮試験を行う。
２）岩ズリとゴミ溶融スラグの混合土に消石灰を添加し、所定の養生期間後の一軸圧縮試験。
岩ズリとスラグの混合割合をそれぞれ乾燥重量比で、２５、５０、７５重量％とした。また消石灰の添加率はそれぞれ５、１０、１５重量％とし、これらの添加した混合土に対してそれぞれ養生期間を３、７、１０、２８、９０日とした。
３) 岩ズリとゴミ溶融スラグの混合土にセメントを添加し、所定の養生期間後の一軸圧縮試験。
岩ズリとスラグの混合割合をそれぞれ乾燥重量比で２５、５０、７５重量％とした。またセメントの添加率はそれぞれ２、５、１０重量％とし、これらの添加した混合土に対してそれぞれ養生期間を１、３、７、２８、９０日とした。

図１〜２は、一例として岩ズリとスラグの混合割合５０重量％の混合土であって、これらに安定材として消石灰５〜１５重量％およびセメント２〜１０重量％をそれぞれ添加し、養生２８日のケースについて、一軸圧縮試験おける応力と軸ひずみの関係を示したものである。またこれらの図には同じ混合割合での無処理の混合土についても併示している。

図１から分かるように、消石灰の添加率が多いほど強度発現が大きく、消石灰５重量％と１５重量％の添加率で強度を比較すると、消石灰１５重量％添加率の方が４倍程度も増加することが認められる。また図２で示されるように、セメント添加のケースでは図１と同様な傾向が認められる。さらに、安定材として添加した消石灰とセメ
ントについて、同じ添加率１０重量％で強度比較を行うとセメントを混合した混合土では消石灰の混合土と比べて２．４倍程度の強度差がみられる。しかしながら、かならずしも強度のみに注目して混合材料の良否を判断すべきではなく現場の環境や要求される設計強度に対応すべきものと考えられる。

図３〜６は、岩ズリとゴミ溶融スラグを３種類の混合割合で混合した材料に消石灰およびセメントを添加し、２８日および９０日の長期養生期間毎に示したものである。これらの試験結果から分かるように、スラグの含有割合が大きいほど、また消石灰およびセメントの添加率が増加に伴って強度が増大する傾向が認められる。これは、安定材の他に微粉砕することによってスラグ自体の潜在水硬性が大きく関与しているものと考えられる。

図３の消石灰および図５のセメント添加率１０重量％を基準にして、長期養生期間毎に強度を比較すると、養生期間２８日では顕著な強度の相違が認められるが、養生期間９０日程度(図４、６)になると、さほど大きな強度差は見られないようである。
したがって、長期的な環境問題を考慮すると混合材料に添加する安定材として、消石灰は環境に対する負荷が最も少ないものと考えられる。

図７〜１２は、岩ズリとゴミ溶融スラグを３種類の混合割合で混合した材料に所定の消石灰およびセメントを添加し、強度と養生期間の関係を示したものである。図７〜９において３種類の混合土にそれぞれ消石灰５、１０、１５重量％を添加した一軸圧縮強度quと養生期間の関係を示したものであって、これらの図から分かるようにいずれも養生期間の増加に伴って強度はほぼ比例的に増大する傾向を示す。また、これらの傾向はスラグの配合が多いほど強度が大きくなることが認められる。これは、微粉砕することによってスラグ自体の潜在水硬性が大きく関与しているものと考えられる。
図１０〜１２は３種類の混合土にそれぞれセメント２、５、１０重量％を添加した一軸圧縮強度quと養生期間の関係を示したものである。前述した消石灰の添加における強度と養生日数の関係と同様な傾向を示す。

図１３〜１４は、岩ズリ２５重量％とゴミ溶融スラグ７５重量％の混合割合で混合した材料に所定の消石灰およびセメントを添加し、長期養生期間における強度の推移を示したものである。これらの図から分かるように、これらの強度は上記の配合割合で長期養生を実施することによって安定材の種類にかかわらず、強度差は小さい。したがって、長期的な環境問題を考慮すると環境に対して負荷が小さい消石灰を添加して地盤の改良を行うべきものと考えられる。

上記の結果から経済性を考慮して地盤および路盤材料としてこれらの混合土が適用
できるかどうか検証してみる。
まず、一般住宅地の地盤の地耐力について検討してみると、地盤の要求される強度は３０〜５０ｋN/m²であるから、微粉砕した岩ズリ７５重量％とゴミ溶融スラグ２５重量％の配合のみで十分地盤の強度(80ｋN/m²)が確保できる（図７の岩ズリ75重量％とゴミ溶融スラグ２５重量％の配合で消石灰０重量％を参照）。
次に、消石灰を添加したケースについて、要求される下層路盤の強度(700kN/m²)を検討すると、消石灰の添加率５重量％以上およびスラグと岩ズリの配合でスラグ２５重量％以上、かつ養生期間１０日以上であれば、十分下層路盤材料として適用できる。さらに上層路盤の強度(980kN/m²)を検討すると、消石灰の添加率５重量％以上およびスラグと岩ズリの配合でスラグ２５重量％以上、かつ養生期間１５日程度で上層路盤材料として適用できる。

一方、セメントを添加したケースについて、要求される下層路盤の強度(980kN/m²)を検討すると、セメントの添加率２重量％以上およびスラグと岩ズリの配合でスラグ２５重量％以上、かつ養生期間１０日以上であれば、十分下層路盤材料として適用できる。さらに上層路盤の強度(2900kN/m²)を検討すると、セメントの添加率５重量％以上およびスラグと岩ズリの配合でスラグ２５重量％以上、かつ養生期間7日程度で上層路盤材料として適用できる。

表５、６に環境評価として微粉砕前のスラグ単体と、微粉砕した混合材料(消石灰およびセメント添加)の含有量試験および溶出量試験の結果を示す。スラグ含有の重金属など特定有害物質については土壌環境基準が適用されており、含有量試験(環告19号、1M塩酸抽出)は直接摂食のリスク判定、溶出量試験(環告46号、純水への溶出)は土壌や水系汚染を評価対象とするが、鉛とカドミウムおよび六価クロムについて環境基準に合格できることが確認された。

下層路盤や路床の実際の改良施工では、施工前にあらかじめ微粉砕したゴミ溶融スラグに消石灰を混合し、これを土と混合・攪拌した後、通常の施工と同様に転圧（締固め）して行うことができる。

一般住宅用の建設に際して、地耐力のない地盤にあらかじめ微粉砕したゴミ溶融スラグに消石灰５重量％程度添加し、これを土と２５重量％〜７５重量％の割合で表層から２ｍまでを混合・攪拌すれば、十分な地盤強度が得られることが予測される。

岩ズリとスラグの混合土（５０重量％）に消石灰を５〜１５重量％を添加した養生２８日の応力〜ひずみ曲線のグラフ図である。岩ズリとスラグの混合土（５０重量％）にセメントを２〜１０重量％を添加した養生２８日の応力〜ひずみ曲線のグラフ図である。岩ズリとスラグを３種類の割合で混合した材料に消石灰を５〜１５重量％添加し２８日養生した一軸圧縮強さ〜消石灰添加率のグラフ図である。岩ズリとスラグを３種類の割合で混合した材料に消石灰を５〜１５重量％添加し９０日養生した一軸圧縮強さ〜消石灰添加率のグラフ図である。岩ズリとスラグを３種類の割合で混合した材料にセメントを２〜１０重量％添加し２８日養生した一軸圧縮強さ〜セメント添加率のグラフ図である。岩ズリとスラグを３種類の割合で混合した材料にセメントを２〜１０重量％添加し９０日養生した一軸圧縮強さ〜セメント添加率のグラフ図である。岩ズリ７５重量％、スラグ２５重量％の混合土に消石灰を５〜１５重量％を添加した一軸圧縮強さ〜養生期間のグラフ図である。岩ズリ５０重量％、スラグ５０重量％の混合土に消石灰を５〜１５重量％を添加した一軸圧縮強さ〜養生期間のグラフ図である。岩ズリ２５重量％、スラグ７５重量％の混合土に消石灰を５〜１５重量％を添加した一軸圧縮強さ〜養生期間のグラフ図である。岩ズリ７５重量％、スラグ２５重量％の混合土にセメントを２〜１０重量％添加した一軸圧縮強さ〜養生期間のグラフ図である。岩ズリ５０重量％、スラグ５０重量％の混合土にセメントを２〜１０重量％添加した一軸圧縮強さ〜養生期間のグラフ図である。岩ズリ２５重量％、スラグ７５重量％の混合土にセメントを２〜１０重量％添加した一軸圧縮強さ〜養生期間のグラフ図である。岩ズリ２５重量％、スラグ７５重量％の混合土に消石灰を５〜１５重量％を添加した一軸圧縮強さ〜長期養生期間のグラフ図である岩ズリ２５重量％、スラグ７５重量％の混合土にセメントを２〜１０重量％を添加した一軸圧縮強さ〜長期養生期間のグラフ図である

Claims

都市ゴミの溶融施設から排出される溶融物を急冷凝固したゴミ溶融スラグと採石場から出る岩ズリを、それぞれ粒径２５０μｍ以下に微粉砕したものからなる混合土の重量に対して、消石灰５〜１５重量％添加したことを特徴とする地盤および路盤改良材。
都市ゴミの溶融施設から排出される溶融物を急冷凝固したゴミ溶融スラグと採石場から出る岩ズリを、それぞれ粒径２５０μｍ以下に微粉砕したものからなる混合土の重量に対して、セメント２〜１０重量％添加したことを特徴とする地盤および路盤改良材。