JP7627182B2

JP7627182B2 - 改質土壌の製造方法

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Publication number: JP7627182B2
Application number: JP2021111796A
Authority: JP
Inventors: 浩司長澤
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 2021-07-05
Filing date: 2021-07-05
Publication date: 2025-02-05
Anticipated expiration: 2041-07-05
Also published as: JP2023008326A

Description

本発明は、改質土壌の製造方法、盛土の構築方法、及び軟弱土壌用添加剤に関する。

土壌のうち、川や湖沼に堆積したヘドロ、高有機質土、腐植土、水害により生じた土砂、建設汚泥などの含水量が多いものは、いわゆる軟弱土壌として知られている。軟弱土壌は、一般に泥状で強度が極めて小さいため、そのままの状態では運搬や再利用が困難である。そこで、軟弱土壌の強度を向上させて取り扱い性を向上させるために、固化材を用いた固化処理を行うことが知られている。固化材としては、従来、セメント、生石灰、消石灰などの無機材料が用いられているが、高分子化合物などの有機材料を用いることも提案されている。

特許文献１には、含水率が広範囲の含水排土に適用可能で、短時間に改質でき、しかも改質された被処理土に振動を加えても元の性状に戻らない含水排土の改質方法として、含水排土に吸水性樹脂と水溶性高分子化合物とを添加する含水排土の改質方法が記載されている。そして、実施例では含水率６５％の排土に吸水性樹脂としてポリアクリル酸ナトリウム架橋体とジメチルアミノメタクリレートのメチルクロライド化合物を用いて改質された排土の浸出水量が少なく及びフロー値が小さいことが開示されている。

特許文献２には、石灰系硬化剤を用いずに環境に適合し、土壌強度が得られる含水土壌硬化剤として、吸水性繊維物質と親水性高分子化合物を主成分とする含水土壌の硬化剤が記載されている。また、含水土壌を硬化、安定化させる従来の技術として、吸水性高分子化合物、更には石灰と吸水性高分子化合物との複合物などが硬化剤として使用されていることが開示されている。

特許文献３には、高含水土壌を造粒して、土壌造粒物を調製するための土壌造粒用添加材であって、土壌造粒物の運搬や再利用等の際の取り扱いが容易であり、かつ、土壌造粒物のｐＨを、環境基準値である５．８～８．６の範囲内に収めることのできる土壌造粒用添加材として、９０％重量累積粒径が４００μｍ以下であるノニオン性高分子凝集剤を含む土壌造粒用添加材が記載されている。

特開平２－３８６１５号公報特開平８－３０２３４７号公報特開２０１９－１８２８８４号公報

軟弱土壌を固化させる技術は、従来、種々提案されているが、含水比がより高い、例えば含水比が１００質量％以上の軟弱土壌は固化させることが極めて困難であり、仮に固化できたとしても粘性を持つ粗大な塊状物として得られることが多く、取り扱い性のよい、さらさらした粒状の改質土壌として得ることはできなかった。また、軟弱土壌を固化させた土を、例えば盛土などとして再利用する場合は、使用形態において高い強度を示すことが望まれる。

本発明は、含水比が高い軟弱土壌から、取り扱い性がよく、且つ再利用時の強度が高い改質土壌を得ることができる改質土壌の製造方法を提供する。

本発明は、含水比が１００質量％以上の軟弱土壌に、水による膨潤時のタッピングフロー値が９０ｍｍ以下の吸水性粒子（Ａ）と生石灰（Ｂ）とを添加する、改質土壌の製造方法に関する。

また、本発明は、含水比が１００質量％以上の軟弱土壌に、水による膨潤時のタッピングフロー値が９０ｍｍ以下の吸水性粒子（Ａ）と生石灰（Ｂ）とを添加して、改質土壌を得、得られた改質土壌を用いて盛土を構築する、盛土の施工方法に関する。

また、本発明は、水による膨潤時のタッピングフロー値が９０ｍｍ以下の吸水性粒子（Ａ）と、生石灰（Ｂ）とを含有する、軟弱土壌用添加剤に関する。

本発明によれば、含水比が高い軟弱土壌から、取り扱い性がよく、且つ再利用時の強度が高い改質土壌を得ることができる改質土壌の製造方法が提供される。本発明により製造された改質土壌を用いて強度に優れた盛土を構築することができる。

実施例１－１で得られた粒状の土を示す写真比較例１－１で得られた塊状の土を示す写真

（Ａ）成分のタッピングフロー値は、水で膨潤させた吸水性粒子の流動性を示す指標であり、この指標は吸水性粒子の架橋度と相関があると考えられ、タッピングフロー値が小さいほど吸水性粒子の架橋度が大きいと推定される。吸水性粒子の架橋度が大きいことにより、軟弱土壌中の水分を吸収しても吸水性粒子が膨潤しにくくなる。本発明では、特定のタッピングフロー値の吸水性粒子を用いることにより、軟弱土壌中の水分を減少させつつ吸水後の粒子による改質土壌の粘性の増加が抑制されるため、突き固め性が向上し、養生後に強度を発現すると考えられる。また、（Ｂ）成分の生石灰は水と反応し水酸化カルシウムとなるが、その際に大きく発熱する。（Ｂ）成分は、化学反応としての水の取り込み及び発熱による水の蒸散促進によって、含水土中の水分量を減少させ、（Ａ）成分により向上した突き固め性を更に相乗的に向上させると考えられる。

［改質土壌の製造方法］
本発明では、含水比が１００質量％以上の軟弱土壌に、（Ａ）成分と（Ｂ）成分とを添加して改質土壌を製造する。本発明で得られる改質土壌は、例えば、軟弱土壌を脱水作用により土壌の含水比を低下させ、粘性や付着性を低下させた土壌であり、運搬・再利用時の利便性の観点から、粒状化させた土壌（粒状土）であることが好ましい。

本発明の対象とする軟弱土壌は、含水比が１００質量％以上である。以下、軟弱土壌という場合、特記しない場合は、含水比が１００質量％以上の土壌をさす。土壌の含水比とは土壌の固形分に対する水分の質量比率である。軟弱土壌の含水比は、例えば、１００質量％以上、好ましくは１１０質量％以上、更に好ましくは１１５質量％以上、そして、１０００質量％以下、好ましくは８００質量％以下、更に好ましくは６００質量％以下、更に好ましくは１５０質量％以下であってよい。含水比が１００質量％以上の軟弱土壌は、例えば、浚渫土、泥炭土、掘削土砂、水害土砂などの土壌に見いだすことができる。また、土壌を乾燥させて、あるいは湿潤させて（例えば水を添加して）含水比を調整しても良い。

本発明で用いる（Ａ）成分は、水による膨潤時のタッピングフロー値が９０ｍｍ以下の吸水性粒子である。（Ａ）成分のタッピングフロー値は、実施例に記載の方法で測定する。（Ａ）成分のタッピングフロー値は、取り扱い性のよい、例えば粒状の形状の改質土壌を得る観点から、好ましくは８５ｍｍ以下、より好ましくは８０ｍｍ以下であり、そして、再利用時の強度が高い改質土壌を得る観点から、好ましくは５１ｍｍ以上、より好ましくは６０ｍｍ以上、更に好ましくは７０ｍｍ以上である。以下、特記しない限り、（Ａ）成分のタッピングフローとは、水による膨潤時のタッピングフローをいう。

また、（Ａ）成分の吸水性粒子とは、水と接触するとほぼ瞬時に吸水・膨潤して、水全体をゲル状にする性質を持つ粒子である。吸水性粒子の性質を示す指標として、その粒子が自身の質量に対して粒子内に保持できる水の質量を表す「保水量（ｇ／ｇ）」がある。本発明では、保水量が１０（ｇ／ｇ）以上である粒子を吸水性粒子という。

（Ａ）成分のメジアン径（Ｄ_５０）は、例えば、１００μｍ以上、更に２００μｍ以上、そして、２０００μｍ以下、更に１０００μｍ以下、更に５００μｍ以下であってよい。（Ａ）成分のメジアン径（Ｄ_５０）は、実施例に記載の方法で測定する。

（Ａ）成分は、吸水性樹脂粒子が挙げられる。樹脂は、アクリル樹脂、ポリアクリルアミド樹脂、アクリルアミド－アクリル酸系樹脂などが挙げられる。（Ａ）成分は、これらの中でもアクリル樹脂系吸水性粒子が好ましい。
（Ａ）成分は、市販品を用いることができる。吸水性樹脂粒子の市販品としては、例えば三洋化成株式会社製の「サンウェット」シリーズ、日本触媒株式会社製の「アクアリック」シリーズなどがあり、これらの中から、吸水性粒子が水によって膨潤した時のタッピングフロー値が９０ｍｍ以下のものを選択して（Ａ）成分として使用することができる。

本発明で用いる（Ｂ）成分は、生石灰である。生石灰は、工業的に入手できるものが使用できる。（Ｂ）成分は、メジアン径（Ｄ_５０）が１０μｍ以上、１０００μｍ以下のものが好ましい。

本発明では、軟弱土壌１ｍ^３に対して、（Ａ）成分を、好ましくは１０ｋｇ以上、更に好ましくは１５ｋｇ以上、更に好ましくは２０ｋｇ以上、そして、好ましくは６０ｋｇ以下、更に好ましくは５０ｋｇ以下、更に好ましくは３０ｋｇ以下の割合で添加することができる。

本発明では、軟弱土壌１ｍ^３に対して、（Ｂ）成分を、好ましくは３０ｋｇ以上、更に好ましくは４０ｋｇ以上、そして、好ましくは２００ｋｇ以下、更に好ましくは１００ｋｇ以下、更に好ましくは７５ｋｇ以下の割合で添加することができる。

本発明では、（Ａ）成分の添加量と（Ｂ）成分の添加量との質量比である（Ａ）／（Ｂ）が、好ましくは０．０５以上、更に好ましくは０．１以上、更に好ましくは０．３以上、そして、好ましくは２以下、更に好ましくは１．７以下、更に好ましくは１．０以下、更に好ましくは０．５以下であってよい。

本発明では、本発明の効果を損なわない範囲で、（Ａ）成分、（Ｂ）成分以外の成分を、任意に軟弱土壌に添加することもできる。そのような成分としては、土の凝集をほぐし、凝集内部に取り込まれている水を自由水として排出させる粘土粒子用分散剤が挙げられる。一般的な粘土粒子用分散剤としてポリアクリル酸ナトリウムやナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物が挙げられる。ただし、（Ａ）成分に該当するものは除かれる。

（Ａ）成分と（Ｂ）成分の軟弱土壌への添加方法は特に限定はないが、（Ａ）成分と（Ｂ）成分をそれぞれ粉体の状態で軟弱土壌に添加し、必要に応じて公知の撹拌手段で撹拌して、混合すればよい。

また、（Ａ）成分と（Ｂ）成分の軟弱土壌への添加を簡便にするために、成分（Ａ）と成分（Ｂ）とを含有する軟弱土壌用添加剤を予め調製し、前記添加剤を軟弱土壌に添加して用いることができる。本発明により、（Ａ）成分と、（Ｂ）成分とを含有する、軟弱土壌用添加剤が提供される。本発明の軟弱土壌用添加剤は、例えば、軟弱土壌用改質剤であってよい。本発明の軟弱土壌用添加剤は、（Ａ）成分の含有量と（Ｂ）成分の含有量との質量比である（Ａ）／（Ｂ）が、好ましくは０．０５以上、更に好ましくは０．１以上、更に好ましくは０．３以上、そして、好ましくは２以下、更に好ましくは１．７以下、更に好ましくは１．０以下、更に好ましくは０．５以下であってよい。

（Ａ）成分と（Ｂ）成分が添加された軟弱土壌は、例えば添加量が前記範囲であれば、比較的短時間で粘性や付着性を低下させた改質土壌となり、また、取り扱い性がよい形状、好ましくは粒状となる。
本発明により得られた改質土壌は、例えば、嵩密度が１．１ｇ／ｃｍ^３以上１．５ｇ／ｍ^３以下である。

本発明により得られた改質土壌は、粘性が低い状態、好ましくはさらさらした状態の粒状であるので、運搬などの取り扱い性がよいものとなる。また、締固めなどにより圧縮した後の強度が高いため、この性質が好ましい分野での利用価値が高いものとなる。
本発明により得られた改質土壌は、各種分野で利用できる。なかでも土木分野での土として、更には盛土として好適に利用できる。

本発明により得られた改質土壌は、用途にもよるが、締固め後の土壌強度が、例えば、１５０ｋＮ／ｍ^２以上、更に２００ｋＮ／ｍ^２以上であってよい。また、撤去を前提とした一時的な盛土のように、ある程度の強度が発現すればよい用途に本発明により得られた改質土壌を利用する場合は、前記土壌強度の上限値は、例えば、１５００ｋＮ／ｍ^２以下、更に５００ｋＮ／ｍ^２以下であってよい。この締固め後の土壌強度は、実施例記載の方法による土壌強度である。

［盛土の施工方法］
本発明は、含水比が１００質量％以上の軟弱土壌に、タッピングフロー値が９０ｍｍ以下の架橋度の高い吸水性粒子（Ａ）〔（Ａ）成分〕と生石灰（Ｂ）〔（Ｂ）成分〕とを添加して、改質土壌を得、得られた改質土壌を用いて盛土を構築する、盛土の施工方法を提供する。
本発明の盛土の施工方法には、本発明の改質土壌の製造方法で述べた事項を適宜適用することができる。本発明の盛土の施工方法における（Ａ）成分、（Ｂ）成分の具体例や好ましい例なども本発明の改質土壌の製造方法と同じである。本発明の盛土の施工方法では、改質土壌を得る方法は、本発明の改質土壌の製造方法によることができる。
得られた改質土壌を用いて盛土を構築する方法は、公知の盛土の構築方法に準ずることができる。本発明では、改質土壌を締固めて盛土を構築することができる。締固めの条件は、例えば、締固め度で管理され、一般的に道路盛土で９０％以上、河川堤防で８５％以上である。締固め度とは、現場で締固めた土の乾燥密度と基準の締固め試験の最大乾燥密度との比である。改質土壌の締固めは、公知の土壌の締固め方法で行うことができる。

＜評価用軟弱土壌＞
軟弱土壌として、下記物性の関東ローム（赤土）を用いた。
・湿潤密度：１．３７６ｇ／ｃｍ^３
・含水比：１１９％
・乾燥密度：０．７５３ｇ／ｃｍ^３

＜吸水性樹脂粒子＞
吸水性樹脂粒子として、下記の吸水性樹脂粒子を用いた。各吸水性樹脂粒子のタッピングフロー値とメジアン径（Ｄ_５０）は、それぞれ、以下の方法で測定した。なお、いずれも保水量は１０（ｇ／ｇ）以上であった。
・本発明品１：タッピングフロー値７９ｍｍ、メジアン径（Ｄ_５０）４００μｍ、アクリル樹脂系吸水性粒子
・本発明品２：タッピングフロー値７７ｍｍ、メジアン径（Ｄ_５０）３８０μｍ、アクリル樹脂系吸水性粒子
・比較品１：タッピングフロー値１２７ｍｍ、メジアン径（Ｄ_５０）４００μｍ、アクリル樹脂系吸水性粒子
・比較品２：タッピングフロー値１０２ｍｍ、メジアン径（Ｄ_５０）３８０μｍ、アクリル樹脂系吸水性粒子

＜吸水性粒子のタッピングフロー値の測定方法＞
（１）５００ｍＬのプラスチックカップに乾燥状態の吸水性粒子１ｇを秤量し、イオン交換水２００ｇを添加する。その後、２０℃で１０分間、静置する。
（２）膨潤後、吸水性粒子の表面に自由水があれば取り除く。
（３）タッピング台の上にフロー板を設置し、その上に内径５０ｍｍ、外径６０ｍｍ、高さ５０ｍｍの円筒形のプラスチックコーンを置き、膨潤した吸水性粒子をコーンに充填する。
（４）コーンを垂直に引き上げ、その後、１０回のタッピングを行う。
（５）吸水性粒子の拡がりの最も長い径とその垂直の径をノギスで測定し、平均値を水による膨潤時のタッピングフロー値とする。

＜吸水性粒子のメジアン径（Ｄ_５０）の測定方法＞
ＪＩＳＺ８８０１に規定するふるいから、ふるい目開きが７１０μｍ、５００μｍ、３００μｍ、１５０μｍ、受け皿（１５０μｍ以下）の金属製ふるいを選択する。乾燥状態の吸水性粒子をふるい分け、それぞれのふるい上に残った試料の質量を計測し、グラフに質量の累積分布を記載して累積が５０％になる粒子径を読み取り、メジアン径（Ｄ_５０）とする。

＜生石灰＞
生石灰として、吉見石灰工業株式会社製、生石灰、特号を用いた。

＜評価方法＞
モルタルミキサーに、軟弱土壌（関東ローム）、表に示す（Ａ）成分、及び表に示す（Ｂ）成分を、表に示す混合量で投入し、低速で３分間混錬した。混練後、実施例では粒状の土が得られたが、比較例では粒状の土は得られず、粘性のある塊状の土が得られた。実施例で得られた粒状土は、嵩密度が１．１ｇ／ｃｍ^３以上１．５ｇ／ｍ^３以下の範囲にあった。図１に、実施例１－１で得られた粒状の土を示した。また、図２に、比較例１－１で得られた塊状の土を示した。図１に示すように、実施例１－１で得られた土は、微細な粒状で、かつさらさらした状態であった。一方、図２に示すように、比較例１－１で得られた土は、粗大で粘性の高い塊状のものであった。
得られた土をサミットモールドに３層で詰め、締固め（１．５ｋｇランマー使用。各層２５回締固め）を行った。締固め後、２０℃条件の空気中にて５時間、養生を行った。養生後、山中式土壌硬度計（株式会社藤原製作所：標準型土壌硬度計Ｎｏ．３５１）を用いて硬度指数（ばね縮長）を測定した。前記土壌硬度計の取扱説明書に従い、土壌硬度計の先端コーンを鍔と土壌サンプルの表面が当たるまで差し込み、ゆっくりと引き抜いた。その際の目盛の硬度指数（ｍｍ）を読み取り、次式にて支持力強度（ｋｇ／ｃｍ^２）に換算した。更に、支持力強度をｋＮ／ｍ^２に換算し、土壌硬度として表１、２に示した。
Ｐ＝〔１００Ｘ〕／〔０．７９５２（４０－Ｘ）^２〕
Ｐ：支持力強度（ｋｇ／ｃｍ^２）
Ｘ：硬度指数（ばね縮長）（ｍｍ）

Claims

含水比が１００質量％以上の軟弱土壌に、内径５０ｍｍ、外径６０ｍｍ、高さ５０ｍｍの円筒形のプラスチックコーンを置き、膨潤した吸水性粒子をコーンに充填し、コーンを垂直に引き上げ、その後、１０回のタッピングを行うことで得たタッピングフロー値が７０ｍｍ～８０ｍｍのメジアン径（Ｄ _５０）が２００μｍ以上５００μｍ以下である吸水性粒子（Ａ）〔以下、（Ａ）成分という〕と生石灰（Ｂ）〔以下、（Ｂ）成分という〕とを添加する、改質土壌の製造方法であって、
軟弱土壌１ｍ ^３に対して、（Ａ）成分を１０ｋｇ以上５０ｋｇ以下添加し、
（Ａ）成分の添加量と（Ｂ）成分の添加量との質量比である（Ａ）／（Ｂ）が、０．１以上１．０以下である、改質土壌の製造方法。
軟弱土壌１ｍ^３に対して、（Ｂ）成分を、４０ｋｇ以上７５ｋｇ以下添加する、請求項１に記載の改質土壌の製造方法。
（Ａ）成分が、アクリル樹脂系吸水性樹脂粒子である、請求項１又は２に記載の改質土壌の製造方法。
含水比が１００質量％以上の軟弱土壌に、内径５０ｍｍ、外径６０ｍｍ、高さ５０ｍｍの円筒形のプラスチックコーンを置き、膨潤した吸水性粒子をコーンに充填し、コーンを垂直に引き上げ、その後、１０回のタッピングを行うことで得たタッピングフロー値が７０ｍｍ～８０ｍｍのメジアン径（Ｄ _５０）が２００μｍ以上５００μｍ以下である吸水性粒子（Ａ）と生石灰（Ｂ）とを添加して、改質土壌を得、得られた改質土壌を用いて盛土を構築する、盛土の施工方法であって、
軟弱土壌１ｍ ^３に対して、（Ａ）成分を１０ｋｇ以上５０ｋｇ以下添加し、
（Ａ）成分の添加量と（Ｂ）成分の添加量との質量比である（Ａ）／（Ｂ）が、０．１以上１．０以下である、盛土の施工方法。
粒状の土を締固めて盛土を構築する、請求項４に記載の盛土の施工方法。
請求項１～３の何れか１項に記載の製造方法で改質土壌を得る、請求項４又は５に記載の盛土の施工方法。
内径５０ｍｍ、外径６０ｍｍ、高さ５０ｍｍの円筒形のプラスチックコーンを置き、膨潤した吸水性粒子をコーンに充填し、コーンを垂直に引き上げ、その後、１０回のタッピングを行うことで得たタッピングフロー値が７０ｍｍ～８０ｍｍのメジアン径（Ｄ _５０）が２００μｍ以上５００μｍ以下である吸水性粒子（Ａ）と、生石灰（Ｂ）とを質量比（Ａ）／（Ｂ）０．１以上１．０以下で含有する、軟弱土壌用添加剤。