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図面 (3)

課題

剤型泥土処理剤、及びそれを用いた泥土処理方法を提供すること。

解決手段

本発明の泥土処理剤は、粉末状の天然高分子と、比表面積が8,200cm2/g以下である粉末状の無機系固化剤とを有する。

概要

背景

シールド工法(例えば、気泡シールド工法泥土圧シールド工法等)を行う作業現場では、水分を多く含んだ泥土掘削泥土)が発生する。このような泥土は、そのままの状態では運搬時等において扱い難いため、ある程度の硬さとなるように処理されている。

従来は、例えば、気泡シールド工法で発生した泥土に、先ずグアガム等の天然高分子が添加、混合されて泥土が造粒され、その後、その掘削泥土に石膏等の無機系固化剤が添加、混合されて泥土が固化されていた(特許文献1参照)。

概要

剤型泥土処理剤、及びそれを用いた泥土処理方法を提供すること。本発明の泥土処理剤は、粉末状の天然高分子と、比表面積が8,200cm2/g以下である粉末状の無機系固化剤とを有する。なし

目的

本発明の目的は、1剤型の泥土処理剤、及びそれを用いた泥土処理方法を提供する

効果

実績

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請求項1

粉末状の天然高分子と、比表面積が8,200cm2/g以下である粉末状の無機系固化剤とを有する泥土処理剤。

請求項2

前記天然高分子は、グアガムである請求項1に記載の泥土処理剤。

請求項3

前記無機系固化剤は、焼石膏である請求項1又は請求項2に記載の泥土処理剤。

請求項4

前記無機系固化剤の前記比表面積が2,200cm2/g以下である請求項1〜3の何れか一項に記載の泥土処理剤。

請求項5

硫酸第一鉄を有する請求項1〜4の何れか一項に記載の泥土処理剤。

請求項6

中和剤を有する請求項5に記載の泥土処理剤。

請求項7

シールド工法で発生した掘削泥土に、請求項1〜6の何れか一項に記載の泥土処理剤を添加して、前記掘削泥土を処理する工程を有し、前記掘削泥土を1工程で処理可能な泥土処理方法

技術分野

0001

本発明は、泥土処理剤、及び泥土処理方法に関する。

背景技術

0002

シールド工法(例えば、気泡シールド工法泥土圧シールド工法等)を行う作業現場では、水分を多く含んだ泥土掘削泥土)が発生する。このような泥土は、そのままの状態では運搬時等において扱い難いため、ある程度の硬さとなるように処理されている。

0003

従来は、例えば、気泡シールド工法で発生した泥土に、先ずグアガム等の天然高分子が添加、混合されて泥土が造粒され、その後、その掘削泥土に石膏等の無機系固化剤が添加、混合されて泥土が固化されていた(特許文献1参照)。

先行技術

0004

特開2006−265885号公報

発明が解決しようとする課題

0005

上記のように、従来の泥土処理は、天然高分子を添加して泥土を造粒する工程と、その後の泥土に無機系固化剤を添加して泥土を固化する工程の2工程に分かれていた。つまり、泥土処理に利用される添加剤(天然高分子、無機系固化剤)は、2剤に分けて使用されていた。そのため、従来の泥土処理は煩雑であり、しかも、処理設備が大型化する問題もあった。

0006

本発明の目的は、1剤型の泥土処理剤、及びそれを用いた泥土処理方法を提供することである。

課題を解決するための手段

0007

本発明に係る泥土処理剤は、粉末状の天然高分子と、比表面積が8,200cm2/g以下である粉末状の無機系固化剤とを有する。

0008

前記泥土処理剤において、前記天然高分子は、グアガムであることが好ましい。

0009

前記泥土処理剤において、前記無機系固化剤は、焼石膏であることが好ましい。

0010

前記泥土処理剤において、前記無機系固化剤の前記比表面積が2,200cm2/g以下であることが好ましい。

0011

前記泥土処理剤において、硫酸第一鉄を有してもよい。

0012

前記泥土処理剤において、中和剤を有してもよい。

0013

また、本発明に係る泥土処理方法は、シールド工法で発生した掘削泥土に、前記何れかに記載の泥土処理剤を添加して、前記掘削泥土を処理する工程を有し、前記掘削泥土を1工程で処理可能である。

発明の効果

0014

本発明によれば、1剤型の泥土処理剤、及びそれを用いた泥土処理方法を提供することができる。

図面の簡単な説明

0015

焼石膏A1(粉砕前)の粒度分布測定結果を示すグラフ
焼石膏A2(粉砕後)の粒度分布の測定結果を示すグラフ
焼石膏A3(2分粉砕)の粒度分布の測定結果を示すグラフ

0016

〔泥土処理剤〕
本実施形態の泥土処理剤は、少なくとも、凝集・増粘作用を有する粉末状の天然高分子と、比表面積が8,200cm2/g以下である粉末状の無機系固化剤とを混合したものからなる。つまり、泥土処理剤は、1剤型であり、少なくとも、所定量の前記天然高分子と、所定量の前記無機系固化剤とがプレミックスされたものからなる。

0017

泥土処理剤は、水分を含んだ掘削泥土等の処理対象物に添加されて、処理対象物の流動性を低下させ、かつ処理対象物をある程度の硬さ以上に固化する。泥土処理剤は、例えば、泥土等の処理対象物を、運搬・搬出可能な硬さ(初期強度)に調整する。

0018

なお、泥土処理剤で処理された処理対象物(処理土)の硬さ(初期強度)は、処理対象物の種類や状態等によっても異なるものの、少なくとも、コーン指数(1時間後)で200kN/m2以上とされ、好ましくは250kN/m2以上、より好ましくは350kN/m2以上とされる。

0019

天然高分子は、主として、水分を含んだ泥土等の処理対象物を凝集し、増粘させる凝集剤増粘剤)として機能する。このような天然高分子は、処理対象物の水分を吸収し、かつ処理対象物を造粒化する。天然高分子としては、グアガム等の天然多糖類等を利用することができる。グアガムは、ガラクトマンノースを主成分とするノニオン系の天然多糖類である。グアガムは、例えば、海水(塩)、金属イオンセメント等を含む地山掘削土砂を処理する場合でも、凝集効果は低下せず、安定しているため好ましい。また、グアガムは、凝集効果の出現が速く、固化時間の短縮が可能となり、工程短縮にもつながるため好ましい。

0020

天然高分子は、粉末状であり、その粒径は、本発明の目的を損なわない限り、特に制限はないが、例えば、200メッシュ(目開き74μm)のを、80%以上(好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上)通過する天然高分子が利用される。

0021

無機系固化剤は、例えば、主成分が焼石膏(CaSO4・1/2H2O)である粉末状の物質からなる。焼石膏は、中性固化剤であり、セメント系や石灰系等のアルカリ性の固化剤よりも好ましい。無機系固化剤の比表面積は、8,200cm2/g以下であり、好ましくは、4,000cm2/g以下であり、より好ましくは2,200cm2/g以下である。

0022

無機系固化剤の比表面積が、このような範囲であると、無機系固化剤と、天然高分子とが、互いに混合された状態で処理対象物(例えば、泥土)に添加されても、天然高分子の方が無機系固化剤よりも、優先的に、処理対象物に対して反応することができると推測される。つまり、比表面積が小さいことで無機系固化剤(例えば、焼石膏)が、処理対象物中の水分を吸収するのが遅くなり、天然高分子(例えば、グアガム)による吸水・造粒化の働きが助長されるものと推測される。このように、天然高分子による処理対象物の吸水・造粒化が確実に行われた上で、無機系硬化剤が反応するため、泥土処理剤は、1剤型であっても、処理対象物を固化させることができる。

0023

泥土処理剤において、無機系固化剤と天然高分子の配合割合は、本発明の目的を損なわない限り、特に制限はないが、例えば、無機系固化剤の配合量は、天然高分子の配合量に対して、質量比で、2〜20倍に設定される。

0024

また、泥土処理剤の添加量は、本発明の目的を損なわない限り、特に制限はないが、例えば、泥土等の処理対象物(1m3当たり)に対して、20〜300kgの割合で添加される。

0025

本実施形態の泥土処理剤は、更に、処理対象物中のヒ素不溶化させる等の目的で、粉末状の硫酸第一鉄(硫酸鉄(II)一水和物)が添加されてもよい。つまり、泥土処理剤には、硫酸第一鉄(硫酸鉄(II)一水和物)がプレミックスされてもよい。従来のヒ素分離技術は、掘削土砂を水に溶解したのち、鉄粉を加えて、その鉄粉にヒ素を吸着させ、磁力遠心力を利用して、ヒ素を吸着した鉄粉を掘削土砂から分離するものであった。そして、ヒ素を吸着した鉄粉は酸やアルカリ化学処理されて、ヒ素のみが分離されていた。したがって、従来のヒ素分離技術では、機械設備等が大規模となってしまう。これに対し、本実施形態の泥土処理剤では、硫酸第一鉄が配合されることにより、処理対象物中のヒ素が硫酸第一鉄によって吸着され、不溶化される。なお、処理対象物中のヒ素の濃度は、不溶化により、0.01mg/L以下にされることが好ましい。

0026

また、硫酸第一鉄は、無機系固化剤である焼石膏と天然高分子(例えば、グアガム)の混合物が、バクテリアによって分解されて、硫化水素を発生するのを抑制する機能も備えている。

0027

硫酸第一鉄の配合比は、本発明の目的を損なわない限り、特に制限はないが、例えば、無機系固化剤100質量部に対し、5〜50質量部の割合で配合される。硫酸第一鉄が、このような割合で配合されると、泥土処理剤中の無機系固化剤(焼石膏)から硫化水素が発生することが抑制される。

0028

また、硫酸第一鉄の処理対象物(1m3当たり)に対する添加量は、本発明の目的を損なわない限り、特に制限はなく、処理対象物中に含まれるヒ素の含有量等に応じて、適宜、設定され、例えば、3〜30kgの割合で添加される。

0029

本実施形態の泥土処理剤は、必要に応じて、中和剤が添加されてもよい。中和剤としては、酸化マグネシウム等を含有する軽焼ドロマイトが好ましい。中和剤は、泥土処理剤の他の成分と同様、粉状のものが使用される。

0030

泥土処理剤中に、硫酸第一鉄が含まれていると、処理対象物のpHが酸性側に傾くため、上記のような中和剤を、硫酸第一鉄と共に、泥土処理剤として使用することが好ましい。

0031

中和剤の配合比は、本発明の目的を損なわない限り、特に制限はないが、例えば、硫酸第一鉄100質量部に対し、50〜200質量部の割合で配合される。

0032

泥土処理剤の処理対象物は、シールド工法で発生する掘削泥土に限られず、その他の建設現場等で発生する残土等であってもよい。

0033

〔泥土処理剤を使用した泥土処理方法〕
本実施形態の泥土処理方法は、例えば、気泡シールド工法等のシールド工法で発生した掘削泥土(処理対象物)に上記泥土処理剤を添加し、バックホウ等を利用して、泥土処理剤が添加された掘削泥土(処理対象物)を混合、撹拌して処理する工程(混練り工程)を備える。この処理工程により、処理対象物である掘削泥土は、所定の硬さ以上に固化され、また、処理対象物にヒ素が含まれている場合には、この処理工程により、処理対象物中のヒ素が不溶化される。

0034

本実施形態の泥土処理剤は、土砂等の処理対象物に対して添加された後、その処理対象物を混練りする工程(混練り工程)を1回に簡略化することができる。つまり、1工程で処理対象物を処理することができる。本実施形態の泥土処理剤が添加された土砂等の処理対象物は、短時間(例えば、1時間程度)で、搬出可能な程度の強度(硬さ)を発現する。そのため、処理対象物を、泥土処理剤で処理した後から搬出するまでの時間を、従来技術(2剤型の泥土処理剤)と比べて大幅に短縮することが可能であり、しかも、泥土処理剤で処理された処理対象物(処理済み対象物)を、搬出までの間、一時的に保管するスペースを小さくすることができる。したがって、本実施形態の泥土処理剤を使用すれば、全体として、工事費用を低く抑えることができる。

0035

以下、実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。なお、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。

0036

気泡添加土1の作製〕
以下に示される条件1の気泡添加土1を用意した。なお、下記特殊起泡剤として、商品名「OK−1」(アルファオレフィンスルホン酸ソーダ35%液、第一化成産業株式会社製)を使用した。
<条件1>
原土軟岩)1L 1,976g
含水比20%
特殊起泡剤 3%溶液
発泡倍率10倍
気泡添加率85%
スランプ値4.2cm

0037

〔泥土処理剤の作製〕
(実施例1)
焼石膏A1、グアガムB1及び硫酸第一鉄を、表1に示される配合量で添加・混合して、実施例1の泥土処理剤を作製した。

0038

(実施例2)
焼石膏A1、グアガムB2及び硫酸第一鉄を、表1に示される配合量で添加・混合して、実施例2の泥土処理剤を作製した。

0039

(実施例3)
焼石膏A2、グアガムB1及び硫酸第一鉄を、表1に示される配合量で添加・混合して、実施例3の泥土処理剤を作製した。

0040

(実施例4)
焼石膏A2、グアガムB2及び硫酸第一鉄を、表1に示される配合量で添加・混合して、実施例4の泥土処理剤を作製した。

0041

焼石膏A1としては、商品名「エコハードA−II(粉砕前)」(チヨダウーテ株式会社製、灰色粉末嵩比重:0.7〜0.9、pH:6.0〜8.5、比表面積:2,165cm2/g、メジアン径:29.59μm、平均粒径:42.48μm)を使用した。なお、焼石膏A1の粒度分布を測定した結果を、図1に示した。粒度分布の測定は、レーザ回折散乱式粒度分布測定装置(「LA−910」、株式会社堀場製作所)を用いて行った。図1横軸は、粒子径(μm)を表し、左側の縦軸は、頻度(%)を表し、右側の縦軸は、累積(%)ふるい上を表す。以降に示される粒度分布の測定も、同様の方法で測定した。

0042

焼石膏A2としては、商品名「エコハードA−II」(チヨダウーテ株式会社製、灰色粉末、嵩比重:0.7〜0.9、pH:6.0〜8.5、比表面積:8,150cm2/g、メジアン径:24.61μm、平均粒径:95.85μm)を使用した。焼石膏A2の粒度分布を測定した結果を、図2に示した。なお、焼石膏A2は、焼石膏A1を、ボールミルを利用して、20分間粉砕して製造されたものである。

0043

グアガムB1は、ガラクトマンノースを主成分とする白黄色粉末であり、真比重が1.25〜1.45、pHが6.5〜7.5、200MESパスが85%である。

0044

グアガムB2は、ガラクトマンノースを主成分とする白黄色粉末であり、真比重が1.25〜1.45、pHが6.5〜7.5、200MESHパスが94%である。

0045

硫化第一鉄は、白色粉末であり、真比重が1.895、pHが3〜4(5%水溶液、20℃の場合)である。

0046

〔泥土処理〕
所定の容器内に入れられた気泡添加土1に対して、実施例1〜4の各泥土処理剤を、それぞれ3.98質量%の割合で添加し、その後、5分間混合した。各泥土処理剤を添加してから1時間経過した後の処理土のコーン指数(kN/mm2)と、pHを測定した。結果は、表1に示した。

0047

前記コーン指数は、JIS A 1228「締固めた土のコーン指数試験方法」に準拠して測定した。なお、以降に示されるコーン指数の測定も同様の方法で行った。

0048

0049

表1に示されるように、実施例1〜4は、何れも処理土のコーン指数が400kN/mm2以上であり、処理対象物を十分、固化することができた。特に、比表面積が2165cm2/gである焼石膏A1を利用した実施例1,2は、比表面関が8150cm2/gである焼石膏A2を利用した実施例3,4よりも、処理土のコーン指数が高く、優れていることが確かめられた。これは、無機系固化剤である焼石膏の比表面積が小さい程、グアガムと処理対象物(気泡添加土1)の反応が優先され易く、天然高分子(グアガム)が、確実に処理対象物(気泡添加土1)と反応し、それに続いて焼石膏が反応するためと推測される。なお、実施例1〜4の処理土のpHは、何れも中性(pH=7)付近であった。

0050

また、粒径が小さいグアガムB2を使用した場合(実施例2,4)、粒径が大きいグアガムB1を使用した場合(実施例1,3)と比べて、処理土のコーン指数が高くなることが確かめられた。これは、粒径が小さい程、泥土処理剤中のグアガムが、速やかに処理対象物(気泡添加土1)に対して反応するためと推測される。

0051

〔泥土処理剤の作製〕
(実施例5)
焼石膏A1、グアガムB1及び硫酸第一鉄を、表2に示される配合量で添加・混合して、実施例5の泥土処理剤を作製した。

0052

(実施例6)
焼石膏A1、グアガムB2及び硫酸第一鉄を、表2に示される配合量で添加・混合して、実施例6の泥土処理剤を作製した。

0053

(実施例7)
焼石膏A2、グアガムB1及び硫酸第一鉄を、表2に示される配合量で添加・混合して、実施例7の泥土処理剤を作製した。

0054

(実施例8)
焼石膏A2、グアガムB2及び硫酸第一鉄を、表2に示される配合量で添加・混合して、実施例8の泥土処理剤を作製した。

0055

〔泥土処理〕
所定の容器内に入れられた気泡添加土1に対して、実施例5〜8の各泥土処理剤を、それぞれ3.5質量%の割合で添加し、その後、5分間混合した。各泥土処理剤を添加してから1時間経過した後の処理土のコーン指数(kN/mm2)と、pHを測定した。結果は、表2に示した。

0056

0057

表2に示されるように、実施例5〜8は、何れも処理土のコーン指数が300kN/mm2以上であり、処理対象物を十分、固化することができた。特に、比表面積が2165cm2/gである焼石膏A1を利用した実施例5,6は、比表面関が8150cm2/gである焼石膏A2を利用した実施例7,8よりも、処理土のコーン指数が高く、優れていることが確かめられた。なお、実施例5〜8の処理土のpHは、何れも中性(pH=7)付近であった。また、粒径が小さいグアガムB2を使用した場合(実施例6,8)、粒径が大きいグアガムB1を使用した場合(実施例5,7)と比べて、処理土のコーン指数が高くなることが確かめられた。

0058

〔気泡添加土2の作製〕
以下に示される条件2の気泡添加土2を用意した。なお、特殊起泡剤は、上述したものと同じものを使用した。
<条件2>
原土(土丹)1L 1,960g
含水比20%
特殊起泡剤 3%溶液
発泡倍率10倍
気泡添加率150%
加水0%
原土ヒ素濃度0.042mg/L
スランプ値2.0cm

0059

〔泥土処理剤の作製〕
(実施例9)
焼石膏A1、グアガムB3及び硫酸第一鉄を、表3に示される配合量で添加・混合して、実施例9の泥土処理剤を作製した。

0060

(実施例10)
焼石膏A2、グアガムB3及び硫酸第一鉄を、表3に示される配合量で添加・混合して、実施例10の泥土処理剤を作製した。

0061

(比較例1)
グアガムB3からなる第1剤と、焼石膏A2、及び硫酸第一鉄からなる第2剤とを、表3に示される配合量で調製して、2剤型の泥土処理剤を作製した。

0062

グアガムB3は、ガラクトマンノースを主成分とする白黄色粉末であり、真比重が1.25〜1.45、pHが6.5〜7.5であり、200MESHパスは85%である。

0063

〔泥土処理〕
所定の容器内に入れられた気泡添加土2に対して、実施例9,10の各泥土処理剤を、それぞれ3.0質量%の割合で添加し、その後、5分間混合した。各泥土処理剤を添加してから1時間経過した後の処理土のコーン指数(kN/mm2)と、ヒ素溶出量を測定した。結果は、表3に示した。

0064

また、比較例1の泥土処理剤については、所定の容器内に入れられた気泡添加土2に対して、先ず、グアガムCからなる第1剤を添加して、10分間混合した。その後、続いて、焼石膏A2、及び硫酸第一鉄からなる第2剤を添加して、5分間混合した。第1剤を添加してから1時間経過した後の処理土のコーン指数(kN/mm2)と、ヒ素溶出量を測定した。結果は、表3に示した。

0065

0066

比較例1の泥土処理剤は、2剤型であり、グアガムB3からなる第1剤と、焼石膏A2と硫酸第一鉄とを含む第2剤とからなる。第1剤を投入してから、10分後に、第2剤を投入することで、表3に示されるように、コーン指数の高い処理土が得られている。

0067

これに対し、実施例9,10は、表3に示されるように、何れも処理土のコーン指数が340kN/mm2以上であり、比較例1の結果には及ばないものの、処理対象物を十分、固化できることが確かめられた。特に、比表面積が2165cm2/gである焼石膏A1を利用した実施例9は、比表面関が8150cm2/gである焼石膏A2を利用した実施例10よりも、処理土のコーン指数が高く、優れていることが確かめられた。また、実施例9,10の処理土のヒ素溶出量は、何れも0.01mg/L以下であった。

0068

〔気泡添加土3の作製〕
以下に示される条件3の気泡添加土3を用意した。なお、特殊起泡剤は、上述したものと同じものを使用した。
<条件3>
原土(土丹)1L 1,960g
含水比20%
特殊起泡剤 3%溶液
発泡倍率10倍
気泡添加率50%
加水25%
原土ヒ素濃度0.051mg/L
スランプ値2.0cm(加水後値

0069

〔泥土処理剤の作製〕
(実施例11)
焼石膏A1、グアガムB3及び硫酸第一鉄を、表4に示される配合量で添加・混合して、実施例11の泥土処理剤を作製した。

0070

(実施例12)
焼石膏A3、グアガムB3及び硫酸第一鉄を、表4に示される配合量で添加・混合して、実施例12の泥土処理剤を作製した。

0071

(実施例13)
焼石膏A2、グアガムB3及び硫酸第一鉄を、表4に示される配合量で添加・混合して、実施例13の泥土処理剤を作製した。

0072

焼石膏A3としては、商品名「エコハードA−II(2分間粉砕)」(チヨダウーテ株式会社製、灰色粉末、嵩比重:0.7〜0.9、pH:6.0〜8.5、比表面積:3696cm2/g、メジアン径:29.59μm、平均粒径:42.48μm)を使用した。焼石膏A3の粒度分布を測定した結果を、図3に示した。なお、焼石膏A3は、焼石膏A1(粉砕前)を、ボールミルを利用して、2分間粉砕して製造されたものである。

0073

〔泥土処理〕
所定の容器内に入れられた気泡添加土3に対して、各実施例11〜13の各泥土処理剤を、それぞれ3.5質量%の割合で添加し、その後、5分間混合した。各泥土処理剤を添加してから1時間経過した後の処理土のコーン指数(kN/mm2)と、ヒ素溶出量を測定した。結果は、表4に示した。

0074

実施例

0075

表4に示されるように、実施例11〜13は、何れも処理土のコーン指数が290kN/mm2以上であり、処理対象物を十分、固化することができた。また、使用する焼石膏の比表面積が小さくなるにつれて、処理土のコーン指数が高くなることが確かめられた。特に、比表面積が最も小さい焼石膏を使用した実施例11の結果(コーン指数)が、優れていた。また、実施例11〜13の処理土のヒ素溶出量は、何れも0.01mg/L以下であった。

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