を添加し, 連続ミキサーで短時間 ( 約 2~ 秒 ) 間攪拌するのみで, 効率的に土質材料として再利用可能な粒状体 ( 改良土 ) を連続的に生成する技術である. 産業廃棄物として処分するよりも安価となる技術を目指しており, 類似工法と比べ経済性に優れている. 写真 -1, 図 -1に粒状固化装置

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1 建設汚泥を建設資材に再資源化 所属名 : 飛島建設株式会社名古屋支店土木部野口真一 依然として向上しない建設汚泥リサイクルに対し, 環境省は平成 17 年 7 月に 建設汚泥処理物の廃棄物該当性の判断指針について の通知により利用形態の緩和を図った. これを受け土工協は平成 18 年 1 月に同通知の解説を作成し, 理解促進を図った. 一方, 国交省においても平成 18 年 6 月に 建設汚泥の再生利用に関するガイドライン を策定し, 建設汚泥処理土利用技術基準, リサイクル原則化ルールも改定するなど, 建設汚泥リサイクル向上 を目指し一層の取り組み 環境整備が行われ始めている. しかしながら, 建設汚泥を再資源化するためには技術上の課題のみならず運用上の諸問題についてもまだまだ議論する必要がある. 泥土処理に携わる排出事業者, 材料 機械メーカー, 産業廃棄物処理業者等がそれぞれ立場から問題提起を行い, 土木工学や応用化学の専門家等の意見を多面的に取り込むことにより技術の革新を行うことが重要である. 本論文では, これらに鑑み開発された, 汚泥再資源化システムである イーキューブシステム ( 粒状固化工法 ) ( 以下, 本技術という ) について述べる. 本技術は, 建設汚泥や浚渫土等の流動性を呈する高含水比の泥土に, 高分子凝集剤及び要求品質に適合した固化材を添加 混練し, 数十秒で粒状の土質材料として再資源化する技術である. キーワード : 建設汚泥, リサイクル, 建設資材, 廃棄物, 安定処理, 粒状固化 1. 建設汚泥リサイクルとその効果建設汚泥とは国土交通省監修の 建設汚泥リサイ クル指針 によると 掘削工事から生じる泥状の掘 削物および泥水を泥土といい, このうち廃棄物処理 法に規定する産業廃棄物として取り扱われるものを 建設汚泥という としている. 具体的には標準仕様 ダンプトラックに山積みできず, その上を人が歩け ないような流動性を呈する状態 ( コーン指数がおお むね 2kN/m 2 以下または一軸圧縮強さがおおむね kn/m 2 以下 ) のものであるが, 標準仕様ダンプ トラックに山積みできるものであっても, 運搬中に 流動性を呈するものは建設汚泥に該当するとしてい る. なお,1 泥土に該当する浚渫土,2 泥水などを 使用しない地山掘削から発生した泥土,3 そのまま の状態で他者に売却するもの ( 余剰泥水の再利用, スラリー化安定処理の調整泥水等 ) は除外されてい る. 以下に建設汚泥の具体例を示す. 地盤改良工事排泥 ( 高圧噴射攪拌系 ) SMW 工事排泥 ( セメントスラリーと現位置土砂の混合 ) アンカー工事排泥 ( セメントスラリーと現位置土砂の混合 ) 基礎杭工事排泥 ( 泥水などを使用しない工法は除く ) 泥土圧シールド工事排泥 ( 泥土圧 気泡 泥水式 ) 推進工事排泥 ため池, 調整池浚渫土 ( 農業用水の確保等の利水事業目的で利用さ れるもので, 人為的に作られた池から発生し た土砂 ) オープンケーソン掘削土 ( 水中掘削 ) 従来の処理形態は, これらの高含水の土は建設汚 泥 ( 産業廃棄物 ) として処理されている一方で, 立 坑の埋戻しや盛土するために必要な土量は全て良質 な現場発生土や購入土でまかなわれている. 本技術は, 建設汚泥を改質し良質な現場発生土と 同等のものにして再利用することでコスト縮減はも とより, 環境負荷低減に寄与できるものである. こ の工法は,1 固化材として石炭フライアッシュ等の 建設副産物を有効利用すること,2 処理装置がコン パクトで可動式のため現場環境の制約が少ないこと, 3 多様な泥土に対応でき使用目的に応じた強度の粒 状体が生産できるので改良土の用途範囲が広いこと 等, 他の類似工法には見られない特徴を有している. 2. イーキューブシステム ( 粒状固化工法 ) 2-1 概要高含水の建設汚泥や泥土 ( 浚渫土など ) を, 移動式 泥土粒状固化装置に投入後, 高分子凝集剤と固化材 1

2 を添加し, 連続ミキサーで短時間 ( 約 2~ 秒 ) 間攪拌するのみで, 効率的に土質材料として再利用可能な粒状体 ( 改良土 ) を連続的に生成する技術である. 産業廃棄物として処分するよりも安価となる技術を目指しており, 類似工法と比べ経済性に優れている. 写真 -1, 図 -1に粒状固化装置を示す. 写真 -1 粒状固化装置 ( セパレート型 ) 全景 2, 7, 各部名称番号機械名 特殊連続ミキサー 2 油圧ユニット 3 泥土定量供給機 3 泥土ホッパー 1 固化材 A 供給機 6 固化材 C 供給機 7 平面図固化材 B 供給機 8 プラント操作盤 を伴う. 本技術のミキサーは, 移動翼と攪拌翼から なり, 汚泥と固化材を混練しながら搬送する. この 過程で, 固化体は粉砕 分散されるので処理効率と 混練の均質性が向上し連続的な処理が可能である 固化材のバリエーション類似技術では, 上記したミキサーの欠陥 ( 処理効 率が低く, 均質性に欠けること ) により, 往々にし て固化材 ( セメント系 ) を必要以上に投入すること となる. 固化材の経済性は添加量と効果の関係によ り評価される. 従って, 材料費自体が廉価であって も効果が希薄で有れば添加量を増す必要があり, 必 ずしも安価な固化材を選定することが有利になる訳 ではない. 本技術では, 石炭灰, 製紙スラッジ焼却灰等の産 業副産物を主成分とする固化材に着目している. こ れは普通ポルトランドセメントよりは高いものの, 軟弱地盤用の土質改良材よりは安価であり, 循環型 社会構築の観点からも意義の高いものである. また, 農地土壌などに配慮した土質改良材に改質 する場合は中性化固化材を使用するなど, 要求品質 に対し, フレキシブルに対応できる汎用性の高い技 術である. 1 7, 側面図 ,7 ホッパー図 図 -1 移動式泥土粒状固化装置 ( ユニット型 ) 2-2 本技術の特徴本技術と類似の建設汚泥改良技術との相違点を以 下に示す 混練機 ( ミキサー ) の構造類似技術で用いられるミキサーは, 二軸並列パド ルミキサー型式が主である. 二軸並列パドルミキサ ーは 2 本のシャフト ( 軸 ) とシャフトに取り付けら れたパドルで構成されており, 軸は互いに反対方向 に回転する. 混合精度は, 攪拌翼の回転数 形状と 処理時間により決定されるが, 汚泥の性状によって はトラブルの原因となる塊 ( ダマ ) が発生し均質に 混合する事ができない. また, 一連の混練は所定量 の汚泥を対象とするバッチ式が主であり, 混練は非 連続的な処理となることから能力に劣るうえ, サイ クルタイムの厳密な管理を必要とするなど煩わしさ ハンドリング性改質された泥土が改良直後に流動性を呈している 改良土では, その運搬が直ちに行えず, 所定の期間 を待ってから流用することとなる. また, その場合, 塊状で固化しているため破砕作業等が必要となる. 本技術で改質された泥土は, 乾燥速度が速く, 短 時間 (2~3 時間 ) に発生土と同様に普通ダンプに 積み込み, 運搬できる状態となる 再泥化機械脱水であるフィルタープレス工法の最終工程 から排出されるマッドケーキは脱水処理の方法によ りかなりの強度を持ったものとなる. しかし, この マッドケーキに再び水分が補給されると元の状態, つまり, 泥土 泥水に戻ってしまう. 同様の現象例 として, 土層の中から掘り起こされる固結シルトや 泥岩等も, 水が存在しないときは相当の強度を有す るが, ひとたび水が浸透していくと極端に強度低下 を起こした, ドロドロの状態を呈することがあるが, このように見かけ上の品質が低下していくことは周 知のことである. この現象を 再泥化 と呼んでお り, 本技術では改質土は再泥化しないことを確認し ている. 2

3 2-3 施工方法施工フローを図 -2 に示す. 程度である. 写真 - は所定の強度が発現している か確認するための改質土コーン指数試験の状況を示 したものである. 1 貯泥 ( 固液分離 ) 2 調泥 攪拌 3 泥土投入, 固化材等添加, 混練 3 写真 -2 改質前泥土 6 積込 運搬 図 -2 施工フロー 1 貯泥汚泥をピット等に貯留して固液分離を行う. 2 調泥沈澱した汚泥を再攪拌してスラリー状にする ( 混練の均質化を図る ). 3 泥土投入調泥した汚泥を, バックホウ等により泥土定量供給装置に投入する. 固化材等添加スクリューコンベア内を搬送されている汚泥に, 高分子凝集剤と固化材を添加する. 混練移動翼と攪拌翼を兼ね備えた特殊連続ミキサーにより汚泥と固化材等を混練しながら搬送する. 6 積込 運搬装置端末に備え付けたベルコンから排出された改質土をバックホウ等でダンプトラックに積込み, 使用場所に運搬する. 写真 -3 泥土投入状況 写真 - 搬出状況 写真 -2 に改質前の泥土を, 写真 -3, 写真 - に泥土の投入状況と改質土の搬出状況を示した. 泥 土投入と改質土搬出の間に要する時間は 2~ 秒 写真 - 改良土のコーン指数試験状況 3

4 3. 実務への適用 3-1 発生泥土の物理的特性表 -1 は, 本工法を実務で適用した泥土の物理的 性質を示したものである. 発生時の泥土の含水比は 液性限界より高く, いずれもスラリー状 ~ 泥水状を 呈するものであり, 細粒分が 7 割以上占めるものや 水素イオン濃度 ph が高いもの, 有機分が多い ( 強 熱減量が高い ) もの等, 性状の異なる泥土に対して 本工法の適用性の評価を行った. 同表に示すフロー値及びスランプは, 発生泥土に 対し日本道路公団規格 (JHS A ) エアモル タル及びエアミルクの試験方法 ( シリンダー法 ), コンクリートのスランプ試験法 (JIS A111:1998) により測定した値である 粒度特性発生泥土の粒度組成は表 -1 及び図 -3( 三角座標 ) に示すとおりであり, 粒度曲線を図 -に示す. 図 -3には改質土の粒度組成も併記したが, いずれも日本統一分類のSF~SGに属する砂質土に改質されていることが分かる 原泥 8 礫分 (2~7 mm ) (%) 改質土 細粒分 (~.7 mm )(%) 通過質量百分率 (%) 6 凡例 名称 記号 土の分類 工法排泥 細粒分質砂 TRD 河川浚渫土 細粒分質砂 造成地沈砂池堆積土 2 シルト 泥土圧シールド工法排泥 シルト * SJM 工法排泥 シルト RJP 工法排泥 シルト - 港湾浚渫土 1 シルト 図 -3 三角座標 粒 径 (mm) 図 - 泥土の粒度曲線 港湾浚渫土 2 粘土 採石場沈砂池堆積土粘土 + 基礎杭発生泥土粘土 処分場沈砂池堆積土粘土 表 -1 泥土の物理特性 分 類 非自硬性汚泥 自硬性汚泥 試料名称 泥土圧処分場造成地港湾河川 RJP 工法 SJM 工法 TRD 工法シールト 工法沈砂池沈砂池浚渫土浚渫土排泥排泥排泥排泥堆積土堆積土 土粒子密度 (g/cm 3 ) 湿潤密度 (g/cm 3 ) 含水比 (%) フロー値 (mm) スランプ (cm) 液性限界 (%) NP 塑性限界 (%) NP 塑性指数 礫 分 (%) 砂 分 (%) シルト分 (%) 粘土分 (%) 細粒分 (%) 分類名 シルト 粘土 シルト 粘土 細粒分質砂 シルト シルト 細粒分質砂 分類記号 ML CH ML CH SF M M SF 強熱減量 (%) ph

5 3-1-2 含水比とフロー値, スランプの関係図 -, 図 -6は含水比とフロー値及びスランプの関係を示したものである. 含水比とフロー値及びスランプの間には, いずれも有意な線形関係が認められ, 直線の勾配は細粒分の多い泥土ほど小さく, 逆に細粒分の少ない泥土ほど大きい. すなわち, 細粒分の少ない泥土の流動性は含水比の変化に対し鋭敏に反応する. 泥土の改質に必要とされる固化材添加量の多少が, 細粒分含有量に支配されることは周知の事実である. 含水比の変化に鋭敏に反応する細粒分の少ない泥土が, 細粒分の多い泥土に比べ固化材が少なくて済むことは, 流動性と含水比の関係からも理解される. フロー値 (mm) RJP 工法排泥 河川浚渫土 造成地沈砂池堆積土 1 TRD 工法排泥 泥土圧シールド工法排泥 港湾浚渫土 造成地沈砂池堆積土 2 処分場沈砂池堆積土 SJM 工法排泥 含水比 (%) 図 - 含水比とフロー値の関係 3-2 室内配合試験泥土の改質に当たっては, 汚泥の性状, 要求品質を考慮し適切な配合設計を行う必要がある. 一般に品質判定のための試験項目には, コーン指数, 一軸圧縮強さ及びCBR 等が用いられる. また, 改質土の品質区分はコーン指数を指標としていることが多く, 試験方法も簡易であることから本工法の配合試験でもこの方法を採用した. 改質時における固化材の添加量は, 当然のことながら含水比が高く流動性に富む状態にあるほど多く必要とする. 前述したように流動性と含水比は高い相関関係を示し, 泥土の状態はフロー値もしくはスランプを指標として判断できると考えられる. 図 - 7は, 河川浚渫土の室内配合試験結果を示したものである. この現場では, 改質土を河川堤防の築堤用土として流用する計画であり, 品質要求は第 3 種処理土 (qc kn/m 2 ) 相当とされた. そこで, 泥土の含水比を W=3,,% に調整し, それぞれのフロー値, スランプを測定した上で, 1m 3 当たり 1kg の高分子凝集剤 (S-1T) と固化材 (8, 1,12kg/m 3 ) を添加しコーン指数を把握した. 品質強度を満足する固化材の添加量は含水比 ( フロー値, スランプ ) と指数的な関係にあり,W=% の状態にある泥土では, 添加量の多少により得られるコーン指数の差は小さい. このことは, 経済的な改質を行う上で,2 章の (1) で述べた貯泥及び固液分離による調泥作業や, 如何に含水比を押さえた泥土を採取するかが重要な課題であることを示唆するものである. 3-3 現場強度と室内強度の比較地盤改良マニュアル 8) によれば, バックホウやスタイビライザー等を用いた原位置混合では, 現場と室内で得られる強度比 ( 現場 / 室内 ) は, 平均的に コーン指数 qc (kn/m2) 固化材添加量 P (kg/m3) スランプ (cm) , 1,2 1, 河川浚渫土 港湾浚渫土 採石場沈砂池堆積土 造成地沈砂池堆積土 含水比 (%) 図 -6 含水比とスランプの関係 第 2 種処理土 第 3 種処理土 第 種処理土 要求品質 改質翌日に第 3 種処理土以上.73x y=3.6178e 2 (R =.979) 図 -7 室内配合試験例 含水比 (%) フロー値 (mm) スランプ (cm)

6 . 程度であるとしている. これは, 攪拌性能によ る混合程度の相違と養生温度の相違に起因する強度 の差, 及び改良区域での土質のバラツキや含水比の 相違による現場強さの変動により生じるものと考え られており, 室内配合試験時には,( 現場 / 室内 ) 強度比の逆数を割り増し係数とし, 添加量を決定す るよう規定している. 図 -8 は, 河川浚渫土の改質 土におけるコーン指数の経時変化を, 実機による結 果 ( 実線 ) と室内配合試験の結果 ( 破線 ) を対比し 示したものである. 同図に示すとおり, 本工法にお ける ( 現場 / 室内 ) 強度比は, ほぼ 1. に近い結果 が得られており, 混練性能の高いミキサーの使用, 調泥作業にる土質性状のバラツキの抑制, フロー管 理による固化材添加量の適正化等による成果と考え られる. コーン指数 (kn/m 2 ) 1, 1,2 1, 室内配合試験 ( 8kg/m3) 室内配合試験 (12kg/m3) 室内配合試験 (1kg/m3) 実機 (8kg/m3) 12 2 改質後経過時間 (h) 図 -8 改質土の qc 経時変化 フロー値 :12mm. 泥土改良技術を比較検討する際の留意点本技術は, 建設汚泥再資源化方法の 安定処理 に区分されているため, 地盤改良工法の 安定処 理 と混同されやすい. そのためコスト比較をした 場合, 評価が著しく下がるため採用されにくい. 一般的に掘削発生土のうち軟弱な土砂 ( 高含水の 泥土ではない ) を地盤材料等として再利用するため には, 第 1~3 種建設発生土相当の品質要求性能を 満足する改良土に改質することとされている. この 改良土を生成する技術として, 土質改良 : セメント 系固化剤添加 ( スタビライザーまたは自走式土質改 良機等 ) が想定される場合が多いが, この工法は発 生土の含水状態が塑性限界 ~ 液性限界にあり, 多少 なりとも土の骨格構造を有する地盤の改良に適用さ れる技術 ( 以下, 地盤改良技術と呼ぶ ) であり, 浚 渫工事により液性限界を越えた場合や掘削に伴い骨 格が乱され流動を伴う材料 ( 泥土 ) を改良 ( 以下, 泥土改良技術と呼ぶ ) するには以下の点で適さない. 1 攪拌機の構造上, 固化剤と泥土を均質に混合す ることは困難である. 2 このため, 生成された改良土は不均質な大塊状 になり, 地盤材料として流用するには解砕等の 作業が別途必要となる. 3 塊状改良土は, 不均質で有るが故, 解砕された 粒子の品質はバラツキが多く, 強度不足や浸水 による再泥化を招来する. このように本技術は地盤改良技術とはまったく異 なる技術であることから, 建設汚泥を改良するため の技術を比較検討する場合は, 対象土の状態 ( 軟弱 な土砂か? 高含水の泥土か?) に留意されたい.. おわりに 改良したものを何に使うのか ( 使えるの か )? という質問をよく受けるが, 処理土は適用 用途に応じた要求品質が満足できれば土質材料とし て利用できるものであり, 何に使いたいか? が 重要である. つまり, 建設汚泥のリサイクルは, 利 用したい目的とその利用用途に応じた要求品質を満 足することができる技術があって初めて実現可能と なる. また 利用に当たっては, 産業廃棄物を取り扱っ ているという観点から, 関係法令の正しい解釈が必 要である. 特に利用する方法には, 自ら利用 有償売却 再生利用制度の活用 などがあり, これに従って利用しなければならないが, 建設業で は発注形態が複雑であり, これらの制度に適合しな い場合も多く, 再生利用が阻害されている. このような問題を解決し, 建設汚泥リサイクルを 促進するために, 行政ならびに排出事業者が一体と なって具体的な再生利用計画を策定し, 実施するこ とを切望する. < 参考文献 > 1) 野口真一 : 粒状固化工法による建設汚泥の再資源化システム, 環境管理 22 Vol 月号 2) 野口真一 鴇田稔 : 粒状固化工法による建設汚泥の再資源化システム, 建設の機械化 23 NOVEMBR No.6 3) 野口真一 : 粒状固化工法による建設汚泥の再資源化, 建設機械 2 Vol.. No.1 ) 永松郁生 野口真一 定岡直樹 中村吉男 奥村哲夫 成田国朝 大根義男 : 循環型社会形成を目指した泥土 ( 建設汚泥 ) の再生利用技術について, 土木学会土木建設技術シンポジウム 2 ) 野口真一 定岡直樹 : 泥土再資源化技術 イーキューブシステム, 月刊推進 26 Vol.2. No. 6) ( 財 ) 土木研究センター : 発生土改良促進のための改良工法マニュアル,1997 7) 建設省土木研究所 : 建設汚泥再生利用技術暫定マニュアル ( 案 ),1996 8) ( 社 ) セメント協会 : 地盤改良マニュアル ( 第 3 版 ), pp6-7 6

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