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技術 塩分及び水分を含有する堆積土の土質を改良する土質改良材、及び、土質改良方法

出願人 株式会社大林組日本製紙株式会社
発明者 杉本英夫大島義徳前田章宮岡修二佐藤貴之
出願日 2013年12月16日 (7年0ヶ月経過) 出願番号 2013-259225
公開日 2015年6月22日 (5年6ヶ月経過) 公開番号 2015-113459
状態 特許登録済
技術分野 固体収着剤及びろ過助剤 土壌改良剤および土壌安定剤 固体廃棄物の処理
主要キーワード 試験ケース 塑性限界 水はけ性 多孔質粒状体 ペーパースラッジ焼却灰 PS灰 突固め 未改良土
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (14)

課題

塩分及び水分を含有する堆積土の土質を改良するに際し、作業中における土質改良材飛散を抑制するとともに強度を早期に発現させ、かつ、土粒子の流出を抑制する。

解決手段

本発明に係る土質改良材は、カルシウムイオン及び硫酸イオン供給源となる水溶性成分を、吸水性を有する多孔質粒状体に保持させたことを特徴としている。この多孔質粒状体は、PS灰造粒物であることが好ましい。なお、多孔質粒状体として珪藻土焼成して得られた多孔質粒子使用可能と解される。

概要

背景

津波が発生すると沿岸部には、海水混じり土砂堆積されて津波堆積土となる。この津波堆積土は、塩分及び水分を含んだ粘土状をしており、ゴミを含むことも少なからずある。水分を含んだ粘土状であることから、津波堆積土を盛土材料等に再資源化しようとしても、水が染み出して自立しなかったり、締固めができなかったりして、再資源化が困難であった。特に、ゴミに付着した津波堆積土は、ゴミからの分離が困難であり、再資源化を一層困難にしていた。

津波堆積土の再資源化に関しては、生石灰セメントを混合して土中の水分を減少させ、土の強度を高めることや、や砂を混合することで土の粒度を変えて締固めができる性状にすることが一般的に行われていた。しかしながら、生石灰やセメントを混合すると土がアルカリ性を呈し、特定有害物質溶出を促進してしまう可能性がある。特に、含水量が多い土の場合、生石灰等の混合量を増やさざるを得ず、高アルカリとなって溶出が一層促進される虞がある。加えて、生石灰やセメントは粉体であるので作業中に飛散する可能性があり、脱水反応固化反応のための仮置き期間が必要であった。一方、礫や砂を混合する方法では、礫や砂の必要量が多くなり、専用の土質改良機が必要となることが懸念される。

ここで、特許文献1には、PS灰ペーパースラッジ焼却灰)と各種の薬剤とを、水底の土砂である底質に混合することで、盛土材料等の土工材量を製造する技術が記載されている。また、特許文献2には、PS灰を含む造粒固化体土壌表面土壌中に敷設することで、雑草生長を抑制する技術が記載されている。

概要

塩分及び水分を含有する堆積土の土質を改良するに際し、作業中における土質改良材の飛散を抑制するとともに強度を早期に発現させ、かつ、土粒子の流出を抑制する。 本発明に係る土質改良材は、カルシウムイオン及び硫酸イオン供給源となる水溶性成分を、吸水性を有する多孔質粒状体に保持させたことを特徴としている。この多孔質粒状体は、PS灰造粒物であることが好ましい。なお、多孔質粒状体として珪藻土焼成して得られた多孔質粒子使用可能と解される。

目的

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、塩分及び水分を含有する堆積土の土質を改良するに際して、作業中における土質改良材の飛散を抑制するとともに強度を早期に発現させ、かつ、土粒子の流出を抑制することにある

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

この技術が所属する分野

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請求項1

塩分及び水分を含有する堆積土の土質を改良する土質改良材であって、カルシウムイオン及び硫酸イオン供給源となる水溶性成分を、吸水性を有する多孔質粒状体に保持させたことを特徴とする土質改良材。

請求項2

請求項1に記載の土質改良材であって、前記多孔質粒状体は、PS灰造粒物であることを特徴とする請求項1に記載の土質改良材。

請求項3

塩分及び水分を含有する堆積土の土質を改良する土質改良方法であって、カルシウムイオン及び硫酸イオンの供給源となる水溶性成分を吸水性を有する多孔質粒状体に保持させてなる土質改良材を、前記堆積土に混合することを特徴とする土質改良方法。

請求項4

前記土質改良材の前記堆積土への混合量を、重量比1の乾燥混合土に対して重量比5の純水を添加した際の液中硫酸イオン濃度が124mg/L以上となるように定めたことを特徴とする請求項3に記載の土質改良方法。

請求項5

前記土質改良材を前記堆積土に対し、曝気しつつ混合することを特徴とする請求項3又は4に記載の土質改良方法。

技術分野

0001

本発明は、塩分及び水分を含有する堆積土の土質を改良する土質改良材、及び、土質改良方法に関する。

背景技術

0002

津波が発生すると沿岸部には、海水混じり土砂が堆積されて津波堆積土となる。この津波堆積土は、塩分及び水分を含んだ粘土状をしており、ゴミを含むことも少なからずある。水分を含んだ粘土状であることから、津波堆積土を盛土材料等に再資源化しようとしても、水が染み出して自立しなかったり、締固めができなかったりして、再資源化が困難であった。特に、ゴミに付着した津波堆積土は、ゴミからの分離が困難であり、再資源化を一層困難にしていた。

0003

津波堆積土の再資源化に関しては、生石灰セメントを混合して土中の水分を減少させ、土の強度を高めることや、や砂を混合することで土の粒度を変えて締固めができる性状にすることが一般的に行われていた。しかしながら、生石灰やセメントを混合すると土がアルカリ性を呈し、特定有害物質溶出を促進してしまう可能性がある。特に、含水量が多い土の場合、生石灰等の混合量を増やさざるを得ず、高アルカリとなって溶出が一層促進される虞がある。加えて、生石灰やセメントは粉体であるので作業中に飛散する可能性があり、脱水反応固化反応のための仮置き期間が必要であった。一方、礫や砂を混合する方法では、礫や砂の必要量が多くなり、専用の土質改良機が必要となることが懸念される。

0004

ここで、特許文献1には、PS灰ペーパースラッジ焼却灰)と各種の薬剤とを、水底の土砂である底質に混合することで、盛土材料等の土工材量を製造する技術が記載されている。また、特許文献2には、PS灰を含む造粒固化体土壌表面土壌中に敷設することで、雑草生長を抑制する技術が記載されている。

先行技術

0005

特開2013−127030号公報
特開2012−17323号公報

発明が解決しようとする課題

0006

特許文献1の技術ではPS灰を混合していることから水分をPS灰に吸収させることで土の強度を高められるものの、粉体であることから作業中に飛散してしまう虞がある。また、特許文献2の技術は、PS灰の造粒固化体であることから飛散の問題は生じ難いものの、雑草の生長抑制材であることから堆積土の土質改良に用いるための動機付けが得られない。

0007

さらに、津波堆積土には、塩分が洗い流されて塩濃度が低下すると、土粒子が分散してしまう性質がある。このため、生石灰やPS灰等を混合して盛土に利用したとしても、雨水等で盛土の塩濃度が低下し、濁水として土粒子が流出してしまう虞がある。土粒子の流出については、前述の一般的な技術や各特許文献の記載技術において特に考慮されていない。

0008

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、塩分及び水分を含有する堆積土の土質を改良するに際して、作業中における土質改良材の飛散を抑制するとともに強度を早期に発現させ、かつ、土粒子の流出を抑制することにある。

課題を解決するための手段

0009

前述の目的を達成するため、本発明は、塩分及び水分を含有する堆積土の土質を改良する土質改良材であって、カルシウムイオン及び硫酸イオン供給源となる水溶性成分を、吸水性を有する多孔質粒状体に保持させたことを特徴とする。

0010

また、本発明は、塩分及び水分を含有する堆積土の土質を改良する土質改良方法であって、カルシウムイオン及び硫酸イオンの供給源となる水溶性成分を吸水性を有する多孔質粒状体に保持させてなる土質改良材を、前記堆積土に混合することを特徴とする。

0011

これらの発明によれば、多孔質粒状体が吸水性を有しているので、堆積土に含まれる水分が速やかに吸収される。そして、多孔質粒状体の周囲には水の通り道が生じ易くなり、改良後の土壌における水はけ性が良好になる。これらによって、強度を早期に発現させることができる。また、粒状体であることから、粉体よりも作業中に飛散し難くなって作業性が向上する。加えて、土壌(モンモリロナイト)に保持されている塩分(ナトリウムイオン)が、水溶性成分由来のカルシウムイオンに置換されるので、土壌の膨潤を抑制できる。さらに、堆積土の水分における硫酸イオン濃度が上昇されるので、ナトリウムイオンからカルシウムイオンへの置換を促進できる。これらによって、土粒子の流出を抑制することができる。

0012

前述の土質改良材において、前記多孔質粒状体がPS灰造粒物であることが好ましい。この構成では、PS灰の有効活用が図れる。

0013

前述の土質改良方法において、前記土質改良材の前記堆積土への混合量を、重量比1の乾燥混合土に対して重量比5の純水を添加した際の液中硫酸イオン濃度が124mg/L以上となるように定めることが好ましい。また、前記土質改良材を前記堆積土に対し、曝気しつつ混合することが好ましい。

発明の効果

0014

本発明によれば、塩分及び水分を含有する堆積土の土質を改良するに際して、作業中における土質改良材の飛散を抑制するとともに強度を早期に発現させ、かつ、土粒子の流出を抑制することができる。

図面の簡単な説明

0015

実施例及び比較例の土質改良材と、ポータブルコーン貫入試験に用いた供試土粒度分布と、土粒子の密度を説明する図である。
盛土の斜視図及び断面図である。
盛り立て直後及び6ヶ月経過後の各試料(供試土,混合土)の性状分析結果を説明する図である。
6ヶ月経過後の盛土(各試験区)に対するポータブルコーン貫入試験の結果を説明する図である。
ふるい分け試験に用いた供試土の初期性状分析結果を説明する図である。
ふるい分け試験の手順を模式的に説明する図である。
ふるい分け試験の結果を表形式で示す図である。
懸濁液分散試験の手順を説明するフローチャートである。
供試土Cに対する性状試験の結果を表形式で示す図である。
供試土Dに対する性状試験の結果を表形式で示す図である。
静置後の有栓シリンダーを説明する写真である。
硫酸イオンとカルシウムイオンの作用を模式的に説明する図である。
PS灰資材改良区と石膏改良区の懸濁分散試験を説明する写真である。

実施例

0016

以下、本発明の実施形態について説明する。まず、土質改良材について説明する。図1(a)に示すように、本実施形態では2種類の土質改良材を試験した。1つは生石灰(CaO)であり、他の1つはPS灰資材である。

0017

生石灰は比較例の土質改良材であり、水分を含有する土壌の土質改良材として汎用されていることから選定した。生石灰は水に可溶であり、水と化学反応して水酸化カルシウムを生成する。このため、土質改良に使用すると改良後の土壌がアルカリ性に大きく振れることとなる。

0018

なお、予備試験により、含水比20〜50%の対象土壌であれば、対象土壌の1.2〜5重量%となる量の生石灰を添加することで土質改良が行えることを確認した。そして、生石灰を用いる場合には、改良対象となる土壌の水分量に応じて添加量を調整する必要がある。

0019

PS灰資材は本発明の実施例であり、吸水性を有する多孔質粒状体によって構成されている。このPS灰資材は、PS灰に固化材と水を添加及び混合し、粒径が1mm〜5cm程度となるように造粒されたものである。このため、PS灰資材を堆積土に混合すると、PS灰資材の周囲には水の通り道が生じ易くなり、改良後の土壌における水はけ性が良好になる。また、粒状体であることから、粉体よりも作業中に飛散し難い。

0020

後述するように、このPS灰資材には、カルシウムイオン及び硫酸イオンの供給源となる水溶性成分が含まれている。このようなPS灰資材として、例えば日本製紙株式会社の商品名「雑草とめるくん」(登録商標,以下同じ)や株式会社予州興業の商品名「アッシュストーン」がある。

0021

これらの土質改良材を評価すべく、本実施形態では、ポータブルコーン貫入試験、ふるい分け試験、及び、懸濁分散試験からなる3つの試験を行った。

0022

ポータブルコーン貫入試験は、盛土のコーン貫入抵抗を測定するものであり、土質改良材による改良堆積土の強度を確認する目的で行った。ふるい分け試験は、供試土に土質改良材を添加及び混合し、ふるい分けを行うものであり、改良堆積土のハンドリング性を確認する目的で行った。懸濁分散試験は、土質改良材を添加及び混合した改良土を水中に分散させ、静置観察するものであり、改良堆積土における土粒子の保持力を確認する目的で行った。以下、各試験について詳細に説明する。

0023

まず、ポータブルコーン貫入試験について説明する。ポータブルコーン貫入試験では、まず供試土に土質改良材を混合して混合土を作製した。次に、供試土及び混合土を盛り立てて盛土を形成した。6ヶ月経過後、盛土に対してコーン貫入抵抗を測定した。

0024

図1(b)は、供試土の粒度分布を表形式で示した図である。この試験では、津波を受けた水田から堆積土を採取して供試土とした。この供試土は粘性土質砂であり、扱い難いものであった。具体的には、粘性土分(粒径0.075mm未満の細粒分)が48.4%と50%弱を占めていた。また、砂分(粒径0.075mm以上2mm未満)が47.8%、礫分(粒径2mm以上75mm未満)が3.8%であった。

0025

このポータブルコーン貫入試験では、PS灰資材として前述の「雑草とめるくん」を使用した。そして、予備試験により、通常含水比の対象土壌であれば、PS灰資材を対象土壌の15重量%となる量を添加することで土質改良が行えることを確認した。

0026

試験ケースに関し、この試験では、供試土をそのまま用いたケース、土質改良材として生石灰を混合した比較例のケース、及び、土質改良材としてPS灰資材を混合した実施例のケースを設定した。生石灰は供試土1m3あたり20kgとなる量を混合した。なお、供試土の土粒子の密度が2.693g/cm3であるため、生石灰と供試土の重量比は、2693:20=1:0.00743である。また、PS灰資材は供試土1m3あたり200kgとなる量を混合した。この場合におけるPS灰資材と供試土の重量比は2693:200=1:0.0743である。

0027

土質改良材の供試土への混合は、バックホウを用いて行った。具体的には、地面に敷き均した供試土に対し、バケットを用いて土質改良材を供試土の表面に散布した。そして、バケットで供試土を土質改良材とともにすくい取って高所から落下させた。供試土及び土質改良材のすくい取りと落下とを繰り返し行うことで、土質改良材を供試土へ混合した。

0028

土質改良材の供試土への混合時において、PS灰資材は生石灰よりも早期に供試土がほぐれる傾向が見られた。すなわち、PS灰資材では、混合直後から供試土の水分量低下が確認できた。これに対し、生石灰では、水分量低下が確認されるまでの時間がPS灰資材を用いた場合よりも長くなることが確認できた。これは、PS灰資材が水を吸収することで物理的に脱水を行っているのに対し、生石灰が水と化学反応をすることで脱水を行っているためと考えられる。

0029

また、PS灰資材に含まれる水溶性成分により、供試土にはカルシウムイオンが溶け出すが、前述のすくい取りと落下とを繰り返し行うことで曝気と混合が行われ、カルシウムイオンの炭酸化が促進される。これにより、pHの過度な低下に起因する植生への悪影響を抑制できる。さらに、土の表面が乾くことから、混合土の性状を砂のようなさらさらした状態にすることができる。一方、生石灰を同じように混合しても、このような乾いた状態にはならなかった。

0030

混合土の作製後、図2(a)に示すように、この混合土を縦長の四角錐台状に盛り立てて盛土1を形成した。盛土1の高さHは約1mであり、長さLは底の部分で約7mである。そして、図2(a)における左側部分が生石灰による混合土で盛り立てた生石灰改良区2であり、右側部分がPS灰資材による混合土で盛り立てたPS灰資材改良区3である。さらに、中央部分は供試土で盛り立てた未改良区4である。このため、中央部分が供試土をそのまま用いたケース、左側部分が生石灰を混合したケース、右側部分がPS灰資材を混合したケースに相当する。なお、右側部分及び左側部分の長さを約3mとし、中央部分の長さを約1mとした。

0031

盛り立て直後(締固め直後)の混合土と6ヶ月を経過した混合土のそれぞれについて性状を分析した。以下、性状分析の結果について説明する。

0032

図3(a)には盛り立て直後の混合土の分析結果を、図3(b)には6ヶ月経過後の混合土の分析結果をそれぞれ示す。なお、これらの図において、未改良土とは、供試土をそのまま用いた試験ケースに相当し、土質改良材が混合されていない供試土を意味する。生石灰改良土とは、生石灰を混合した比較例の試験ケースに相当し、PS灰資材改良土とは、PS灰資材を混合した実施例の試験ケースに相当する。

0033

なお、盛り立て直後の混合土に関し、コーン指数の測定は乱した土締め固めることで実施した。その際、締固め回数は25回とした。また、6ヶ月経過後の混合土に関し、図2(b)に示す表層土5を分析の対象とした。

0034

まず、図3(a)を参照し、盛り立て直後における各試験ケースの性状について説明する。盛り立て直後において、各試験ケースの試料は塑性状態であった。すなわち、未改良土の含水比が35.3%であり、生石灰改良土の含水比が37.4%であり、PS灰資材改良土の含水比が40.8%であった。いずれの試料も液性限界より低く、塑性限界よりも高い含水比であった。

0035

ここで、未改良土とPS灰資材改良土とを比較すると、液性限界に関し、未改良土は44.6%であったのに対し、PS灰資材改良土は57.7%であった。このことから、PS灰資材改良土では、含水比が未改良土より13%程度高くなっても塑性状態を維持できるといえる。また、塑性限界に関し、未改良土は25.3%であったのに対し、PS灰資材改良土は32.4%であった。そして、液性限界と塑性限界の差を求めると、未改良土は19.3%であったのに対し、PS灰資材改良土は25.3%であった。このことから、PS灰資材改良土では、塑性状態を維持可能な含水比の幅が未改良土よりも広いといえる。

0036

同様に、生石灰改良土とPS灰資材改良土とを対比すると、液性限界に関して生石灰改良土は49.0%であった。すなわち、PS灰資材改良土は、含水比が生石灰改良土より9%程度高くなっても塑性状態を維持できるといえる。また、塑性限界に関して生石灰改良土は28.5%であり、液性限界と塑性限界の差は20.5%であった。PS灰資材改良土では25.3%であったことから、PS灰資材改良土は塑性状態を維持可能な含水比の幅が生石灰改良土よりも広いといえる

0037

コーン指数に関し、未改良土は155kN/m2,生石灰改良土は185kN/m2であったのに対し、PS灰資材改良土は565kN/m2であった。この結果から、PS灰資材改良土では盛り立て直後から高い強度が得られることが確認された。また、pHに関し、未改良土はpH6〜7で弱酸性から中性を示し、生石灰改良土はpH12で強アルカリ性を示し、PS灰資材改良土はpH8〜9で弱アルカリ性を示した。電気伝導率に関し、未改良土は70mS/m,生石灰改良土は90mS/m,PS灰資材改良土は80mS/mであった。

0038

次に、図3(b)を参照し、6ヶ月経過後における各試料の性状について説明する。6ヶ月経過後の密度に関し、各試料に大きな違いは見られなかった。すなわち、湿潤密度に関し、未改良土は1.691g/cm3,生石灰改良土は1.608g/cm3,PS灰資材改良土は1.597g/cm3であった。乾燥密度に関し、未改良土は1.285g/cm3,生石灰改良土は1.230g/cm3,PS灰資材改良土は1.212g/cm3であった。

0039

また、含水比及びpHに関しても、各試料に大きな違いは見られなかった。すなわち、含水比に関し、未改良土は31.6%,生石灰改良土は30.7%,PS灰資材改良土は31.8%であった。pHに関し、未改良土はpH7.7,生石灰改良土はpH8.3,PS灰資材改良土はpH7.8であり、生石灰改良土のpHが他の試料にくらべて若干高い程度であった。

0040

一方、電気伝導率に関しては、各試料の間で有意の差が見られた。すなわち、電気伝導率に関し、未改良土は17mS/m,生石灰改良土は31mS/m,PS灰資材改良土は51mS/mであった。ここで、電気伝導率は土壌中に含まれるイオンの量に比例し、土粒子の表面は負に帯電していることから、電気伝導率が低いということは、土粒子が雨水等によって流出したと考えられる。

0041

そして、盛り立て直後の各試料と、6ヶ月経過後の各試料とで電気伝導率を比較すると、未改良土は70mS/mから17mS/mへと最も大きく低下し、生石灰改良土は90mS/mから31mS/mまで大きく低下している。一方、PS灰資材改良土は80mS/mから51mS/mと低下度合いが最も小さい。このことから、PS灰資材改良土は、生石灰改良土や未改良土に比べて土粒子の保持力が強いといえる。

0042

次に、盛土に対するポータブルコーン貫入試験の結果について説明する。この試験は、地盤工学会基準JGS1431に従い、前述したように6ヶ月経過後の盛土に対して行った。

0043

図4は、各試験区(未改良区4,生石灰改良区2,PS灰資材改良区3)のコーン貫入抵抗を深さ毎に示したグラフである。同図において、記号×は未改良区4のコーン貫入抵抗を示し、記号□は生石灰改良区2のコーン貫入抵抗を示し、記号○はPS灰資材改良区3のコーン貫入抵抗を示す。同図に示すように、PS灰資材改良区3の貫入最大深が0.35mであったのに対し、未改良区4及び生石灰改良区2については0.95mまで貫入できた。

0044

この結果から、PS灰資材改良区3は他の試験区2,4よりも高い強度の盛土であることが確認された。これは、土質改良材としてPS灰資材を用いると、粘性土質砂の供試土(水田から採取した堆積土)から速やかに水分が吸収されるためと考えられる。

0045

すなわち、過剰な水分を含む粘性土質砂では締固めが困難であり、盛土の強度を高めることができない。また、土質改良材として生石灰を用いると、化学反応であることから脱水に時間を要し、締固め時点では過剰な水分を含んでいると考えられる。これに対し、PS灰資材は、過剰な水分を多孔質粒状体へ物理的に吸収することから、締固め時点における粘性土質砂の水分を締固めに適した量に調整できると考えられる。その結果、盛土の強度を高めることができたと解される。

0046

また、PS灰資材が多孔質粒状体であることから、粒状体同士の間に隙間が形成されて水はけを良好にすることができる。これにより、盛土内に過剰な水分が滞留せず、盛土の軟弱化を抑制していると考えられる。

0047

次に、ふるい分け試験について説明する。前述したように、このふるい分け試験では、がれき混じりの供試土に対して、土質改良材を添加及び混合して改良土を得た。その後、改良土と未改良土のそれぞれに対してふるい分けを行った。

0048

図5(a)は、ふるい分け試験に用いた供試土の初期性状の分析結果を説明する図である。この試験では2種類の供試土A,Bを用いた。これらの供試土A,Bは、農地表土を剥いで仮置きした砂質土(細粒分質土)であり、含水比の高いものであった。

0049

供試土Aは、密度が2.546g/cm3、自然含水比が46.3%、強熱減量が9.4であった。粒度分布に関し、礫分が1.2%、砂分が53.1%、シルト分が29.1%、粘土分が16.6%であった。そして、最大乾燥密度が1.347g/cm3、最適含水比が30.3%であった。一方、供試土Bは、密度が2.631g/cm3、自然含水比が38.1%、強熱減量が7.9であった。粒度分布に関し、礫分が0.6%、砂分が70.8%、シルト分が16.4%、粘土分が12.2%であった。そして、最大乾燥密度が1.586g/cm3、最適含水比が20.4%であった。

0050

各供試土A,Bに対して生石灰とPS灰資材とを混合した。図5(b)に示すように、生石灰に関し、供試土Aに対しては重量比で1.25%(21kg/m3)、供試土Bに対しては重量比で4.75%(81kg/m3)を添加した。混合後のpHは供試土AがpH11.5、供試土BがpH12.5であった。また、PS灰資材に関し、各供試土A,Bに対して重量比で15%(255kg/m3)を添加した。混合後のpHは供試土AがpH9.1、供試土BがpH10.6であった。

0051

また、図5(c)に示すように、締固め土のコーン指数(突固め回数25回)に関し、供試土Aでは、未改良土が123kN/m2、生石灰改良土が191kN/m2、PS灰資材改良土が290kN/m2であった。また、供試土Bでは、未改良土が40kN/m2、生石灰改良土が157kN/m2、PS灰資材改良土が173kN/m2であった。

0052

これらの結果より、PS灰資材改良土は、生石灰改良土よりも高い強度が得られ、pHの上昇も抑えられることが確認された。なお、その理由については、ポータブルコーン貫入試験で説明した理由と同様であると考えられる。

0053

図6に示すように、このふるい分け試験では、がれき混じりの各供試土A,Bに対して、土質改良材として生石灰(比較例)とPS灰資材(実施例)のそれぞれを添加及び混合し、土質の改良を行った。その後、各改良土と未改良土のそれぞれに対して、ふるいと往復振とう機を用いてふるい分けを行った。ふるいは、19mmと9.5mmの2種類使用した。

0054

図7に示すように、供試土Aのふるい透過率に関し、未改良土は19mmで62%、9.5mmで11%であった。そして、生石灰改良土は19mmで88%、9.5mmで47%であり、PS灰資材改良土は19mmで84%、9.5mmで46%であった。一方、供試土Bのふるい透過率に関し、未改良土は19mmで22%、9.5mmで5%であり、生石灰改良土は19mmで35%、9.5mmで8%であり、PS灰資材改良土は19mmで63%、9.5mmで15%であった。

0055

これらの結果より、土質改良材としてPS灰資材を用いると、生石灰を用いた場合と同等かそれ以上の分級効率が得られることが確認できた。この差が生じた理由についても、PS灰資材が物理的に脱水しているのに対し、生石灰が化学反応で脱水しているためと解される。

0056

次に、懸濁分散試験について説明する。前述したように、懸濁分散試験は、土質改良材を添加及び混合した改良土を水中に分散させ、静置観察するものであり、改良堆積土における土粒子の保持力を確認する目的で行った。

0057

図8に示すように、この試験では、供試土の作製(S1)、処理土分取(S2)、純水添加(S3)、水平振とう(S4)、静置(S5)、凝集沈殿の確認(S6)、上水分取(S7)を行った。

0058

供試土の作製(S1)では、採取した土に適宜土質改良材を混合し初期土を作製した。そして、初期土を盛り立てて畦畔盛土を作製した。そして、初期土を供試土Cとし、盛り立てから約4ヶ月半を経過した畦畔盛土から採取した表層土を供試土Dとした。これらの供試土C,Dは、未改良土、生石灰を20kg/m3の比率で混合した生石灰改良土、PS灰資材を200kg/m3の比率で混合したPS灰資材改良土の3種類からなっている。そして、各供試土C,Dについては、採取後に湿潤密度、乾燥密度、及び含水比を測定した。

0059

処理土分取(S2)では、規定量(乾土相当20g)の各供試土C,Dを200mLの有栓シリンダーに分取し、純水添加(S3)では純水を目盛り200mLまで添加した。水平振とう(S4)では1時間に亘って有栓シリンダーを振とうさせ、供試土を純水に分散させた。静置(S5)では24時間静置させ、凝集・沈殿の確認(S6)では沈定容積スラッジの読み値)を確認した。上水分取(S7)では、上水を規定量(50mL,100mL)分取して成分分析電気伝導度、pH等を測定した。

0060

図9は供試土Cの性状試験の結果を、図10は供試土Dの性状試験の結果をそれぞれ示す。また、図11は静置後の有栓シリンダーの様子を説明する写真である。便宜上、未改良土での試験結果を未改良区といい、生石灰改良土での試験結果を生石灰改良区といい、PS灰資材改良土での試験結果をPS灰資材改良区という。また、各図に記載されたイオン濃度は、重量比1の乾燥混合土に対して重量比5の純水を添加した場合の値である。

0061

湿潤密度、及び乾燥密度に関しては、各試験区で大きな違いはみられなかった。一方、含水比に関しては、PS灰資材改良区の保水力が、未改良区及び生石灰改良区の保水力よりも高くなる傾向が確認できた。

0062

すなわち、図9に示すように、供試土Cに関しては、未改良区の湿潤密度が1.640〜1.734g/cm3、生石灰改良区の湿潤密度が1.751〜1.772g/cm3、PS灰資材改良区の湿潤密度が1.680〜1.837g/cm3であった。そして、未改良区の乾燥密度が1.225〜1.264g/cm3、生石灰改良区の乾燥密度が1.282〜1.298g/cm3、PS灰資材改良区の乾燥密度が1.214〜1.388g/cm3であった。また、未改良区の含水比が33.9〜38.9%、生石灰改良区の含水比が36.3〜36.6%、PS灰資材改良区の含水比が32.4〜40.0%であった。

0063

一方、図10に示すように、供試土Dに関しては、未改良区の湿潤密度が1.693〜1.722g/cm3、生石灰改良区の湿潤密度が1.622〜1.757g/cm3、PS灰資材改良区の湿潤密度が1.503〜1.692g/cm3であった。そして、未改良区の乾燥密度が1.297〜1.317g/cm3、生石灰改良区の乾燥密度が1.238〜1.348g/cm3、PS灰資材改良区の乾燥密度が1.133〜1.244g/cm3であった。また、未改良区の含水比が28.5〜32.8%、生石灰改良区の含水比が29.2〜31.0%、PS灰資材改良区の含水比が32.7〜36.0%であった。

0064

供試土Cの分散状態に関し、図11(a)に示すように、供試土Cの未改良区及び生石灰改良区では全体的に土粒子(スラッジ)が分散された状態になっていた。これに対し、PS灰資材改良区では、土粒子がシリンダー底部に沈殿した状態になっていた。供試土Dについても同様の分散状態が確認された。すなわち、図11(b)に示すように、未改良区及び生石灰改良区では全体的に土粒子が分散され、PS灰資材改良区では土粒子がシリンダー底部に沈殿していた。

0065

このように、未改良区及び生石灰改良区とPS灰資材改良区との間で土粒子の分散状態に大きな違いが確認されたことから、水溶液に含まれている成分を比較した。図9及び図10を参照すると、PS灰資材改良区では、水溶性カルシウムイオンと硫酸イオンの含有量が、未改良区及び生石灰改良区よりも特に高いことが確認できた。

0066

例えば供試土Cの水溶性カルシウムイオンは、PS灰資材改良区で220mg/Lであるが、未改良区で4.0mg/L、生石灰改良区で73mg/Lであった。供試土Cの硫酸イオンは、PS灰資材改良区で440mg/Lであるが、未改良区で21mg/L、生石灰改良区で26mg/Lであった。同様に、供試土Dの水溶性カルシウムイオンは、PS灰資材改良区で120mg/Lであるが、未改良区で5.2mg/L、生石灰改良区で44mg/Lであった。供試土Dの硫酸イオンは、PS灰資材改良区で270mg/Lであるが、未改良区で20mg/L、生石灰改良区で21mg/Lであった。

0067

また、PS灰資材改良区は、電気伝導率に関しても、未改良区及び生石灰改良区よりも高いことが確認できた。供試土Cの電気伝導率に関し、PS灰資材改良区で56mS/mであるが、未改良区で11mS/m、生石灰改良区で32mS/mであった。同様に、供試土Dの電気伝導率に関し、PS灰資材改良区で56mS/mであるが、未改良区で10mS/m、生石灰改良区で38mS/mであった。

0068

以上の結果より、水溶性カルシウムイオンと硫酸イオンが土粒子の分散抑制(凝集促進)に寄与していると考えられた。例えば、図12(a)に示すように、粘土の主成分であるモンモリロナイトMは多層構造をしている。そして、図12(b)に示すように、ナトリウム型のものは層間にナトリウムイオンと水分子とが入り込んでいる。層間に多くの水分子が入り込むことで層同士の間隔が開き、土粒子が膨潤して盛土表層から流出すると考えられる。ここで、図12(c)に示すように、水溶性カルシウムイオンが存在すると、ナトリウムイオンがカルシウムイオンに置き換わり、カルシウム型のモンモリロナイトとなる。カルシウム型は、ナトリウム型よりも層間に保持する水分子の量が少ない。これにより、土粒子の膨潤が抑制され、盛土表層からの流出量も低減される。

0069

このことを確認すべく、PS灰資材を混合したPS灰資材改良土と二水石膏を混合した石膏改良土について、懸濁分散試験を行った。二水石膏を選定した理由は、水溶性カルシウムイオンと硫酸イオンとを含有しているからである。この試験において、PS灰資材資材や二水石膏の堆積土への混合比率は0.2g/kg,0.5g/kg,1g/kg,2g/kg,5g/kg,10g/kg,20g/kgとした。

0070

図13(a)に示すように、PS灰資材改良土によるPS灰資材改良区では、混合比率を20g/kgとした試験ケースでシリンダー底部への土粒子の沈殿が確認された。一方、図13(b)に示すように、石膏改良土による石膏改良区では、混合比率を2g/kgとした試験ケースでシリンダー底部への土粒子の沈殿が確認された。同様に、混合比率を5〜20g/kgとした試験ケースでも沈殿が確認された。すなわち、PS灰資材には、二水石膏相当成分(カルシウムイオン及び硫酸イオンの供給源となる水溶性成分)が担持されていると解され、その担持量は二水石膏の0.1重量%と解される。

0071

ここで、二水石膏2g/kgの試験ケースにおける硫酸イオン濃度は124mg/Lであり、水溶性カルシウムイオン濃度は52mg/Lである。また、二水石膏20g/kgの試験ケースにおける硫酸イオン濃度は1240mg/Lであり、水溶性カルシウムイオン濃度は520mg/Lである。そして、図13(b)並びに図9及び図10の結果を考慮すると、20g/kgよりも高い比率で二水石膏を堆積土に混合しても、土粒子の沈殿が生じると解される。従って、硫酸イオンが124mg/L以上,水溶性カルシウムイオン濃度は52mg/L以上の濃度で存在すれば、土粒子の沈殿が生じると解される。

0072

以上説明した各実験総括すると、次のことがいえる。

0073

まず、土質改良材としてPS灰資材を用いることにより、一般的な土質改良材である生石灰を用いた場合に比べ、堆積土中の水分量を早期に低減させることができ、締固め強度を高めることができる。そして、PS灰資材を用いると、速やかに堆積土を粒子状にほぐすことができ、ハンドリング性を高めることができる。これは、生石灰が化学反応によって脱水しているのに対し、PS灰資材では多孔質粒状体の内部に水分を物理的に吸着及び保持しているためと解される。また、PS灰資材の粒径が1mm〜5cm程度であるので、粉体よりも飛散し難く作業性を向上させることができる。

0074

さらに、PS灰資材は、硫酸イオンと水溶性カルシウムイオンの供給源となる水溶性成分を含有しているので、ナトリウムイオンをカルシウムイオンに効率よく置換でき、雨水等による土粒子の流出、すなわち盛土からの濁り水の発生を抑制することができる。

0075

以上の実施形態の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれる。例えば、次のように構成してもよい。

0076

前述の実施形態では、土質改良材としてPS灰資材を例示したが、これに限定されるものではない。すなわち、カルシウムイオン及び硫酸イオンの供給源となる水溶性成分を、吸水性を有する多孔質粒状体に保持させたものであれば、PS灰資材と同様な作用効果が得られると解される。例えば、珪藻土焼成して得られた多孔質粒子(商品名「イソライト」〔登録商標〕)に、カルシウムイオン及び硫酸イオンの供給源となる水溶性成分として石膏を保持させたものであってもよい。

0077

1…盛土,2…生石灰改良区,3…PS灰資材改良区,4…未改良区,5…盛土の表層土,H…盛土の高さ,L…盛土の長さ,M…モンモリロナイト

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