特開 2021-183662 土壌改質材、土壌改質方法、改質土壌、及び、土壌改質処理工法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2021-183662(P2021-183662A)

(43)【公開日】2021年12月2日

(54)【発明の名称】土壌改質材、土壌改質方法、改質土壌、及び、土壌改質処理工法

(51)【国際特許分類】

   C09K 17/06 20060101AFI20211105BHJP

   C09K 17/10 20060101ALI20211105BHJP

   C09K 17/20 20060101ALI20211105BHJP

   C09K 17/42 20060101ALI20211105BHJP

   C04B 11/30 20060101ALI20211105BHJP

   E02D 3/12 20060101ALI20211105BHJP

   C09K 103/00 20060101ALN20211105BHJP

【ＦＩ】

   C09K17/06 P

   C09K17/10 P

   C09K17/20 P

   C09K17/42 P

   C04B11/30

   E02D3/12

   C09K103:00

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2020-88966(P2020-88966)

(22)【出願日】2020年5月21日

(71)【出願人】

【識別番号】000183266

【氏名又は名称】住友大阪セメント株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】598015084

【氏名又は名称】学校法人福岡大学

(74)【代理人】

【識別番号】110002734

【氏名又は名称】特許業務法人藤本パートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】植田 竜也

(72)【発明者】

【氏名】小堺 規行

(72)【発明者】

【氏名】吉田 雅彦

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 研一

(72)【発明者】

【氏名】藤川 拓郎

【テーマコード（参考）】

2D040

4H026

【Ｆターム（参考）】

2D040AA01

2D040CA01

2D040CA03

2D040CA10

2D040CC00

4H026CA01

4H026CA02

4H026CB08

4H026CC02

(57)【要約】

【課題】材齢が経過した後で練り返されても、発現する強度が低下するのを抑制することができる土壌改質材を提供することを課題とする。
【解決手段】土壌と混合されて改質土壌を形成する土壌改質材であって、二水石膏と、アルミナセメントと、吸水剤とを含んでおり、二水石膏１００質量部に対し、アルミナセメントを５．３質量部以上４２．９質量部以下、吸水剤を１．２質量部以上、含む。
【選択図】なし

【特許請求の範囲】

【請求項1】

土壌と混合されて改質土壌を形成する土壌改質材であって、
二水石膏と、アルミナセメントと、吸水剤とを含んでおり、
二水石膏１００質量部に対し、アルミナセメントを５．３質量部以上４２．９質量部以下、吸水剤を１．２質量部以上、含む、
土壌改質材。

【請求項2】

吸水剤を２．１質量部以上、含む、
請求項１に記載の土壌改質材。

【請求項3】

吸水剤は、アニオン型ポリアクリルアミド系高分子材料、カチオン型ポリアクリルアミド系高分子材料、及び、ノニオン型ポリアクリルアミド系高分子材料からなる群から選択される少なくとも一つである、
請求項１又は２に記載の土壌改質材。

【請求項4】

土壌と、二水石膏と、アルミナセメントと、吸水剤とを混合して改質土壌を形成する土壌改質方法であって、
二水石膏１００質量部に対し、アルミナセメントを５．３質量部以上４２．９質量部以下、吸水剤を１．２質量部以上で混合し、
二水石膏と、アルミナセメントと、吸水剤との合計量１００質量部に対し、土壌を１４００質量部以上２００００質量部以下で混合する、
土壌改質方法。

【請求項5】

土壌と、二水石膏と、アルミナセメントと、吸水剤とを含む改質土壌であって、
二水石膏１００質量部に対し、アルミナセメントを５．３質量部以上４２．９質量部以下、吸水剤を１．２質量部以上、含んでおり、
二水石膏と、アルミナセメントと、吸水剤との合計量１００質量部に対し、土壌を１４００質量部以上２００００質量部以下、含む、
改質土壌。

【請求項6】

請求項５に記載の改質土壌を地盤中で硬化させて硬化体を形成することで地盤の改質を行う、
土壌改質処理工法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、土壌改質材、土壌改質方法、改質土壌、及び、土壌改質処理工法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、環境負荷を低減する観点、最終処分場の許容量の観点等から、建設工事、土木工事の現場等で発生する土壌を、最終処分場で埋め立てることなく、再利用することが望まれている。しかし、発生する土壌の性状によっては、そのままの状態で再利用することができない場合がある。
このような場合、土壌と土壌改質材とを混合して改質土壌を形成し、該改質土壌を種々用途で利用する検討が行われている（特許文献１参照）。
土壌改質材としては、セメント系材料、生石灰、半水石膏、又は、これらを組み合わせたもの等が利用されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００２−００１３９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記のような土壌改質材を用いて形成された改質土壌は、運搬や転圧によって練り返されると、発現する強度が、練り返されなかった場合よりも低下することが知られている。

【0005】

そこで、本発明は、材齢が経過した後で練り返されても、発現する強度が低下するのを抑制することができる土壌改質材、土壌改質方法、改質土壌、又は、土壌改質処理工法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る土壌改質材は、土壌と混合されて改質土壌を形成する土壌改質材であって、二水石膏と、アルミナセメントと、吸水剤とを含んでおり、二水石膏１００質量部に対し、アルミナセメントを５．３質量部以上４２．９質量部以下、吸水剤を１．２質量部以上、含む。

【0007】

斯かる構成によれば、改質土壌を形成して材齢が経過した後で、改質土壌を練り返しても、改質土壌が発現する強度が低下するのを抑制することができる。

【0008】

本発明に係る土壌改質材は、吸水剤を２．１質量部以上、含むことが好ましい。

【0009】

斯かる構成によれば、改質土壌を形成して材齢が経過した後で、改質土壌を練り返しても、発現する強度が比較的高い改質土壌を形成することができる。

【0010】

吸水剤は、アニオン型ポリアクリルアミド系高分子材料、カチオン型ポリアクリルアミド系高分子材料、及び、ノニオン型ポリアクリルアミド系高分子材料からなる群から選択される少なくとも一つである、ことが好ましい。

【0011】

斯かる構成によれば、改質土壌を形成して材齢が経過した後で、改質土壌を練り返しても、改質土壌が発現する強度が低下するのをより効果的に抑制することができる。

【0012】

本発明に係る土壌改質方法は、土壌と、二水石膏と、アルミナセメントと、吸水剤とを混合して改質土壌を形成する土壌改質方法であって、二水石膏１００質量部に対し、アルミナセメントを５．３質量部以上４２．９質量部以下、吸水剤を１．２質量部以上で混合し、二水石膏と、アルミナセメントと、吸水剤との合計量１００質量部に対し、土壌を１４００質量部以上２００００質量部以下で混合する。

【0013】

本発明に係る改質土壌は、土壌と、二水石膏と、アルミナセメントと、吸水剤とを含む改質土壌であって、二水石膏１００質量部に対し、アルミナセメントを５．３質量部以上４２．９質量部以下、吸水剤を１．２質量部以上、含んでおり、二水石膏と、アルミナセメントと、吸水剤との合計量１００質量部に対し、土壌を１４００質量部以上２００００質量部以下、含む。

【0014】

本発明に係る土壌改質処理工法は、上記の改質土壌を地盤中で硬化させて硬化体を形成することで地盤の改質を行う。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、材齢が経過した改質土壌が練り返されても、該改質土壌の発現する強度が低下するのを抑制することができる。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施形態について、説明するが、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。

【0017】

本実施形態に係る土壌改質材は、土壌と混合されて改質土壌を形成するものである。また、土壌改質材は、二水石膏と、アルミナセメントと、吸水剤とを含む。

【0018】

二水石膏としては、天然のもの、化学合成されたもの、他の物質の副生成物として得られるもの等であってもよく、二水石膏を含む廃棄物を粉砕し、且つ、熱処理していないもの（所謂、再生二水石膏）等であってもよい。
また、二水石膏としては、ブレーン比表面積が５００ｃｍ^２／ｇ以上６０００ｃｍ^２／ｇ以下、好ましくは１０００ｃｍ^２／ｇ以上３０００ｃｍ^２／ｇ以下であるものを用いることができる。
また、土壌改質材全体の質量に対する二水石膏の質量の割合としては、特に限定されるものではなく、例えば、６９．３質量％以上９４．１質量％以下であってもよく、３５．０質量％以上４７．５質量％以下であってもよい。

【0019】

アルミナセメントは、主要成分としてＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３、ＣａＯ・２Ａｌ_２Ｏ_３、１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３などのアルミン酸カルシウムを含む。また、アルミナセメントは、Ａｌ_２Ｏ_３を含む鉱物として、Ｃ_３Ａ，Ｃ_１２Ａ_７，ＣＡ，ＣＡ_２，Ｃ_４ＡＦ等を含む。先述の「Ａ」はＡｌ_２Ｏ_３を表し、「Ｃ」はＣａＯを表し、「Ｆ」はＦｅ_２Ｏ_３を表す。
また、アルミナセメントとしては、ブレーン比表面積が２０００ｃｍ^２／ｇ以上６０００ｃｍ^２／ｇ以下であるものを用いることができる。具体的には、アルミナセメントとしては、ＪＩＳ Ｒ ２５２１−１９９５に規定された「耐火物用アルミナセメントの物理試験方法」に記載されたものを用いることができる。
また、アルミナセメントの含有量は、二水石膏１００質量部に対し、５．３質量部以上４２．９質量部以下あり、好ましくは１１．１質量部以上１７．６質量部以下である。
また、土壌改質材全体の質量に対するアルミナセメントの質量の割合としては、特に限定されるものではなく、例えば、５．０質量％以上２９．７質量％以下であってもよく、２．５質量％以上１５．０質量％以下であってもよい。

【0020】

吸水剤としては、水との接触によって水を取り込み、比較的粘度の高い液体を形成する有機高分子材料を用いることができる。具体的には、吸水剤は、水と混合した際の全量（混合液の全量）に対して０．２５質量％の濃度となるように水と混合した際に、該混合液の粘度が３００ｍＰａ・ｓ以上となるものを用いることができる。
混合液の粘度は、下記の実施例に記載の方法で測定することができる。
また、吸水剤としては、アニオン型、カチオン型、又は、ノニオン型の有機高分子材料を用いることができる。具体的には、吸水剤としては、上記何れかの型のポリアクリルアミド系高分子材料、ポリアクリル酸エステル系高分子材料、ポリアクリル酸塩系高分子材料、ポリメタクリル酸エステル系高分子材料、ポリメタクリル酸塩系高分子材料、ポリアミジン塩酸塩系高分子材料、ポリビニルアルコール系高分子材料、ポリオキシエチレン系高分子材料、アクリルアミド−メタクリル酸エステル共重合体材料、及び、アクリルアミド−アクリル酸塩共重合体系高分子材料等からなる群から選択される少なくとも１つが挙げられる。好ましくは、吸水剤としては、解離基として、カルボキシル基（―ＣＯＯ⁻）又はスルホ基（―ＳＯ_３⁻）を有するアニオン型ポリアクリルアミド系高分子材料、解離基として、アンモニウム基（―ＮＨ_３^＋）又はトリメチルアンモニウム基（―Ｎ^＋（ＣＨ_３）_３）を有するカチオン型ポリアクリルアミド系高分子材料、及び、ノニオン型ポリアクリルアミド系高分子材料からなる群から選択される少なくとも一つを用いることができる。
また、吸水剤の重量平均分子量としては、３００万以上２０００万以下のものを用いることができる。吸水剤としてアニオン型、又は、ノニオン型の有機高分子材料を用いる場合、該吸水剤の重量平均分子量としては、１５００万以上２０００万以下であってもよい。また、吸水剤としてカチオン型の有機高分子材料を用いる場合、該吸水剤の重量平均分子量としては、３００万以上１０００万以下であってもよい。重量平均分子量が上記の範囲であることで、材齢が経過した改質土壌が練り返されても、該改質土壌の発現する強度が低下するのをより効果的に抑制することができる。
また、吸水剤の含有量は、二水石膏１００質量部に対し、１．２質量部以上であり、好ましくは２．１質量部以上であり、より好ましくは３．３質量部以上５．９質量部以下である。

【0021】

上記のように構成される土壌改質材と混合される土壌としては、特に限定されるものではなく、例えば、含水比が２０質量％以上３０質量％以下であるものが挙げられる。土壌の含水比は、「土壌中の水の質量／土壌中の固形分の質量」を「質量％」で表したものであり、地盤工学会のＪＧＳ ０１２１−２００９「土の含水比試験方法」により測定することができる。
また、上記の土壌としては、特に限定されるものではなく、例えば、コーン指数が１００ｋＮ／ｍ^２以上３００ｋＮ／ｍ^２以下であるものが挙げられる。コーン指数は、後述の実施例と同じ方法で測定することができる。

【0022】

上記のように構成される土壌改質材を用いた土壌改質方法では、該土壌改質材と土壌とを混合して改質土壌を形成する。具体的には、二水石膏と、アルミナセメントと、吸水剤との合計量１００質量部に対し、土壌を１４００質量部以上２００００質量部以下、好ましくは２８００質量部以上８０００質量部以下混合する。
なお、土壌改質材を構成する各成分は、同時に、土壌と混合されてもよく、各成分が別々に土壌と混合されてもよい。
また、土壌改質材と土壌とを混合する際には、土壌の含水比に応じて、追加で水を混合してもよく、追加で水を混合しなくてもよい。
土壌の含水比としては、特に限定されるものではなく、好ましくは１０％以上、５０％以下、より好ましくは１５％以上、３５％以下である。
また、改質土壌のコーン指数としては、特に限定されるものではなく、例えば、３９０ｋＮ／ｍ^２以上であってもよく、４００ｋＮ／ｍ^２以上であってもよく、１０００ｋＮ／ｍ^２以上であってもよい。コーン指数は、後述の実施例と同じ方法で測定することができる。
また、改質土壌のｐＨとしては、特に限定されるものではなく、例えば、１０未満であってもよく、５．８以上８．６以下であってもよい。ｐＨは、後述の実施例と同じ方法で測定することができる。
そして、上記のように形成される改質土壌を地盤中で硬化させて硬化体を形成することで地盤の改質を行うことができる（土壌改質処理工法）。

【0023】

以上のように、本実施形態に係る土壌改質材、土壌改質方法、改質土壌、及び、土壌改質処理工法は、材齢が経過した改質土壌が練り返されても、該改質土壌の発現する強度が低下するのを抑制することができる。

【0024】

即ち、土壌と混合されて改質土壌を形成する土壌改質材であって、二水石膏と、アルミナセメントと、吸水剤とを含んでおり、二水石膏１００質量部に対し、アルミナセメントを５．３質量部以上４２．９質量部以下、吸水剤を１．２質量部以上、含むことで、改質土壌を形成して材齢が経過した後で、改質土壌を練り返しても、改質土壌が発現する強度が低下するのを抑制することができる。

【0025】

また、吸水剤を２．１質量部以上、含むことで、改質土壌を形成して材齢が経過した後で、改質土壌を練り返しても、発現する強度が比較的高い改質土壌を形成することができる。

【0026】

また、吸水剤は、アニオン型ポリアクリルアミド系高分子材料、カチオン型ポリアクリルアミド系高分子材料、及び、ノニオン型ポリアクリルアミド系高分子材料からなる群から選択される少なくとも一つであることで、改質土壌を形成して材齢が経過した後で、改質土壌を練り返しても、改質土壌が発現する強度が低下するのをより効果的に抑制することができる。

【0027】

なお、本発明に係る土壌改質材、土壌改質方法、改質土壌、及び、土壌改質処理工法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。また、上記した複数の実施形態の構成や方法等を任意に採用して組み合わせてもよく（１つの実施形態に係る構成や方法等を他の実施形態に係る構成や方法等に適用してもよく）、さらに、下記する各種の変更例に係る構成や方法等を任意に選択して、上記した実施形態に係る構成や方法等に採用してもよいことは勿論である。

【実施例】

【0028】

以下、実施例を用いて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

【0029】

＜土壌＞
粉末粘土（関東化成社製、品名：トチクレー）１００質量部に対して７号珪砂（瓢屋社製）を２３３質量部混合し、含水比が２５％となるように加水し、コーン指数２００ｋＮ／ｍ^２となる土壌を作製した。

【0030】

＜土壌改質材＞
１．使用材料
・再生二水石膏（中央環境開発社製）
・試薬二水石膏（関東化学社製）
・アルミナセメント
・吸水剤１：アニオン型のポリアクリルアミド系高分子材料（粘度：７００ｍＰａ・ｓ、解離基：カルボキシル基（−ＣＯＯ⁻））
・吸水剤２：カチオン型のポリアクリルアミド系高分子材料（粘度：４４０ｍＰａ・ｓ、解離基：トリメチルアンモニウム基（−Ｎ^＋（ＣＨ_３）_３））
・吸水剤３：ノニオン型のポリアクリルアミド系高分子材料（粘度：３５５ｍＰａ・ｓ）
・硫酸アルミニウム（関東化学社製）

【0031】

上記の粘度は、吸水剤と水とを混合した混合液の全量に対して吸水剤が０．２５質量％となる混合液の粘度であり、ＪＩＳ Ｋ ７１１７−１：１９９９「プラスチック−液状、乳濁状又は分散状の樹脂−ブルックフィールド型回転粘度計による見掛け粘度の測定方法」に基づき、Ｂ型回転粘度計（製品名：Ｂ型粘度計 ＢＬ２、東機産業社製）によって測定することができる。

【0032】

上記の粘度の測定では、水４９８．７５ｇを計量した１０００ｍＬビーカー内に、吸水剤１．２５ｇを投入し、プロペラミキサにて１０００ｒｐｍで１時間撹拌して混合液を得た。

【0033】

また、上記の粘度の測定では、上記のように作製した混合液を５００ｍＬビーカーに移して上記の粘度計に設置し、回転ローター（２号ローター）を混合液に浸し、回転数を１分あたり３０回転として測定した。測定では、読み値を記録し、２回測定の平均値を換算表に従い粘度（ｍＰ・ｓ）を算出した。

【0034】

２．土壌改質材の配合
各実施例及び各比較例の土壌改質材の配合は、下記表１〜４の通りとした。

【0035】

＜練り返し低下率＞
１．コーン指数（直後成型）
上記の土壌に対して土壌改質材を５０ｋｇ／ｍ^３添加して混合し、改質土壌を作製した。そして、作製直後の改質土壌を、ＪＩＳ Ａ １２１０：２００９「突固めによる土の締固め試験方法」に基づいて、φ１０×１２．７ｃｍの鋼製型枠に打設し、２０℃で７日間養生し、供試体を得た。つまり、斯かる供試体は、材齢が経過した後で改質土壌を型枠に打設したものではない（換言すれば、改質土壌を練り返すことなく作製したものである）。
得られた供試体（改質土壌の材齢は７日）について、ＪＩＳ Ａ １２２８：２００９「締固めた土のコーン指数試験方法」に基づいて、コーン貫入試験を行い、コーン指数を得た。コーン指数（直後成型）については、下記表１〜４に示す。

【0036】

２．コーン指数（材齢時成型）
密封養生した材齢７日の改質土壌を型枠に打設したこと以外は、上記の「１．コーン指数（直後成型）」と同じ条件で供試体を作製した。つまり、斯かる供試体は、材齢が経過した改質土壌が練り返されて型枠に打設されたものである。
そして、作製直後の供試体について、上記の「１．コーン指数（直後成型）」と同じ条件でコーン貫入試験を行い、コーン指数を得た。コーン指数（材齢時成型）については、下記表１〜４に示す。

【0037】

３．練り返し低下率
直後成型のコーン指数に対する材齢時成型のコーン指数の低下率を下記の式に基づいて算出し、「練り返し低下率」とした。練り返し低下率は、下記表１〜４に示す。

「練り返し低下率（％）」＝
｛１−（「材齢時成型のコーン指数」／「直後成型のコーン指数」）｝×１００

【0038】

＜ｐＨ＞
ＪＧＳ ０２１１−２００９「土懸濁液のｐＨ試験方法」に基づいて、密封養生した材齢７日の改質土壌１８．８ｇに蒸留水７１．２ｇを加えて撹拌し、３０分後に上澄み液のｐＨを測定した。ｐＨの測定は、ｐＨメーター（品名：Ｄ―７２、堀場製作所社製）、ガラス電極（９６１５Ｓ−１０Ｄ、堀場製作所社製）を用いた。改質土壌のｐＨについては下記表１〜４に示す。

【0039】

なお、下記表１〜４の各実施例及び各比較例について、コーン指数（材齢時成型）３９０ｋＮ／ｍ^２以上、練り返し低下率３５．０％未満、且つ、ｐＨ１０．０未満を満足したものを「〇」として評価した。また、下記表１〜４の各実施例について、コーン指数（材齢時成型）１０００ｋＮ／ｍ^２以上、練り返し低下率１５．０％未満、且つ、ｐＨ５．８〜８．６を満足したものを「◎」として評価した。また、練り返し低下率が３５．０％以上のものを「×」として評価した。

【0040】

【表1】

【0041】

【表2】

【0042】

【表3】

【0043】

【表4】

【0044】

＜まとめ＞
上記の表１〜４を見ると、各実施例の方が各比較例よりも練り返し低下率が低いことが認められる。つまり、本願発明の構成とすることで、改質土壌を作製して材齢が経過した後に、該改質土壌を練り返しても、改質土壌が発現する強度（コーン指数）が低下するのを抑制することができる。
また、上記の表１を見ると、土壌改質材中の吸水剤の含有量を、二水石膏１００質量部に対して２．１質量部以上とすることで、材齢時成型のコーン指数が高くなることが認められる。つまり、二水石膏１００質量部に対し、吸水剤を２．１質量部以上とすることで、比較的高い強度（コーン指数）を発現する改質土壌を得ることができる。
また、表４の比較例５，６を見ると、材齢時成型のコーン指数が３９０ｋＮ／ｍ^２以上であって比較的高い数値であるが、改質土壌のｐＨが１１であることが認められる。つまり、材齢時成型のコーン指数を比較的高くするために、土壌改質材中のアルミナセメントの含有量を増やすと、改質土壌がアルカリ性になることが認められる。これに対し、表１を見ると、二水石膏及びアルミナセメントと、吸水剤とを併用することで、アルミナセメントの含有量を低減しつつ、材齢時成型のコーン指数を高くできることが認められる。つまり、本願発明の構成とすることで、上記のように改質土壌が発現する強度（コーン指数）が低下するのを抑制しつつ、改質土壌のｐＨを１０未満にすることができる。