地盤工学ジャーナル Vol.7,No.4, 廃石膏ボードから再生した半水石膏の流動化処理土への適用に関する基礎的研究矢島寿一 1, 武藤優 2, 亀井健史 3 1 明星大学理工学部総合理工学科 2 日本コンクリート工業株式会社 3 宮崎大学工学部都市環境工学科概要近年, 建設現場

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れいなうづき
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1 地盤工学ジャーナル Vol.7,No.4,17-2 廃石膏ボードから再生した半水石膏の流動化処理土への適用に関する基礎的研究矢島寿一 1, 武藤優 2, 亀井健史 3 1 明星大学理工学部総合理工学科 2 日本コンクリート工業株式会社 3 宮崎大学工学部都市環境工学科概要近年, 建設現場から発生する廃石膏ボードの処分方法が問題となっているまた, 建設発生土の処分方法も従来からの問題であるそこで本研究では, 廃石膏ボードから再生した半水石膏と建設発生土の両者を流動化処理という方法を用いて有効利用できないかと考え, 関東ローム, 高炉セメント B 種, 半水石膏, 水を混合した流動化処理土を作製し, フロー試験による流動特性, 一軸および三軸圧縮試験による力学特性を検討しているさらに, この流動化処理土の地盤環境への適用を考え, 六価クロム, フッ素, ホウ素の溶出特性を検討しているその結果, 流動特性は練混ぜ後 1 時間までは十分な流動性を確保することができ, 力学特性についても配合条件により 2kN/m 2 以上の強度を有することが判明したそして, 環境面でも六価クロム, フッ素, ホウ素の溶出量は土壌環境基準値以下であることが明らかとなったキーワード : 半水石膏, 流動化処理土, フロー試験, 力学的性質, 地盤環境はじめに建築物の内壁や天井の建築資材として使用されている石膏ボードは, 耐用年数が経過した建築物の解体により廃材として発生しており, この廃石膏ボードの発生量は年々増加する傾向にある 1) 廃石膏ボードの処理については, 石膏と紙に分離して再利用しているものもあるが, ほとんどが管理型処分場で処分されているしたがって, 廃石膏ボードのリサイクルはさまざまな分野で検討 2) が進められているがまだまとまった量をリサイクルできる実績のある用途や工法は存在しない現在, 廃石膏ボードのリサイクルの実績としては, 石膏ボード原材料として 3 万トン / 年, 土壌固化材料として数万トン / 年であり, 全体の数 % にすぎない 1) このことから廃石膏ボードのリサイクル率を上げるには安定して大量に使用する用途や工法を検討することが重要である本研究で使用する石膏は廃石膏ボードから生成される半水石膏である半水石膏は廃石膏ボードから得られる石膏を 13 ~1 程度で加熱生成した材料であるこの半水石膏は水を加えると水和反応を起こし短時間で硬化するという性質を有している一方, 建設発生土の有効利用技術として流動化処理工法 3) が普及している流動化処理土とは, 建設発生土, 水, 固化材を混合し, 流動性を持ち, かつ自硬性を有した材料であるこの流動化処理工法は, 埋設管や擁壁等の埋め戻し材として利用されているそして, 流動化処理工法は, 建設発生土の有効利用技術として一般的な工法となっており, 平成 22 年度の総施工量は約 3 万 m 3 である 4) 本研究は近年建設業界で問題となっている建設発生土と廃石膏ボードという 2 つの建設産業からの発生材を同時に有効利用できないかという発想から出発したものであるそして, 建設発生土と廃石膏ボードを同時に有効利用する技術として, 近年普及工法となりつつある流動化処理工法を選定した半水石膏を地盤改良材として適用した研究は鵜飼ら ) の研究に始まり, 亀井ら 6) の研究では, 豊浦標準砂や MC クレーに低配合普通ポルトランドセメントと半水石膏を混合し, 締固め特性, 一軸圧縮特性を明らかにしているさらに亀井ら 7)8) は, 高含水比の MC クレーに低配合高炉セメント B 種と半水石膏を混合し, 一軸圧縮特性や養生期間の影響を明らかにしている一方, 矢島ら 9) も高含水比の MC クレーに低配合高炉セメント B 種と半水石膏を混合したセメント安定処理土の三軸圧縮特性を明らかにしている亀井ら 1) はこのような半水石膏を用いたセメント安定処理土の内部構造は, エトリンガイトの構造が発達することからセメント安定処理土の強度発現に大きく関与していることを確認しており, 半水石膏の地盤改良材としての有効性を示唆しているまた, 亀井ら 11) は高含水比の MC クレーに低配合高炉セメント B 種と半水石膏を混合した安定処理土のフッ素溶出について検討を行い, セメント固化によるフッ素不溶出を確認しており, 半水石膏は地盤工学的な側面だけではなく地盤環境工学的な側面からも有望な材料として研究が進んでいる原稿受理日 :212 年 3 月 3 日, 採用決定日 :212 年 1 月 26 日 17

矢島他 (a) 関東ローム (b) 高炉セメント B 種表 1 フロー試験の配合条件 W/S (%) C/S (%) B/S (%) 練混ぜ時間 :(min) 1 1 1 2 12 2 3 2 4 1 3 3 6 4 B/S=% B/S=% B/S=1% B/S=1% B/S=2% B/S=2% B/S=3% B/S=3% B/S=4% (c) 半水石膏写真 1 使用材料フロー値 :

2 矢島他 (a) 関東ローム (b) 高炉セメント B 種表 1 フロー試験の配合条件 W/S (%) C/S (%) B/S (%) 練混ぜ時間 :(min) B/S=% B/S=% B/S=1% B/S=1% B/S=2% B/S=2% B/S=3% B/S=3% B/S=4% (c) 半水石膏写真 1 使用材料フロー値 : FL (mm) C/S=% 練混ぜ時間 :t (min) 通過質量百分率 : (%) 関東ローム半水石膏粒径 :(mm) 図 1 関東ロームと半水石膏の粒径加積曲線フロー値 : FL (mm) (a) C/S=% B/S=% B/S=% B/S=1% B/S=1% B/S=2% B/S=2% B/S=3% B/S=3% B/S=4% C/S=1% 練混ぜ時間 :t (min) (b) C/S=1% 図 2 フロー値と練混ぜ時間の関係本研究では建設発生土として関東ロームを採用し, 高炉セメント B 種と半水石膏を流動化処理土の地盤改良材として適用できるか検討を行っているまず, 流動化処理土は混合後, ある程度の時間流動性を確保しなければならないそこで, この半水石膏を混合した流動化処理土の流動特性についてフロー試験を行い検討している次に, 半水石膏を用いた流動化処理土の強度変形特性について一軸および三軸圧縮試験を行い検討しているそして最後に, この半水石膏を用いた流動化処理土に対して地盤環境の面から環境への適用性を検討することを目的として, 六価クロム, フッ素, ホウ素の溶出試験を行い検討している使用材料今回, 本研究で使用した材料は写真 1 に示すような明星大学構内より採取した関東ローム (ρ s =2.68Mg/m 3 ), 高炉セメント B 種 (ρ s =3.4Mg/m 3 ), 半水石膏 (ρ s =2.71Mg/m 3 ) であるまた, 粒径加積曲線を図 1に示す半水石膏を混入した流動化処理土の流動特性フロー試験方法フロー試験はエアモルタル及びエアミルクの試験方法 (JHS ) シリンダー法に準じて試験を行ったなお, フロー値の測定時間は今回現位置撹拌混合を想定していることから, 最大で 6 分までとしたフロー値の測定を行う配合を表 1 に示す ( 表 1 に示す数値は重量比である ) 含水比(w=W/S)=12% 一定とし, セメント添加率 (C/S) および半水石膏混入率 (B/S) を変化させて行った目標とするフロー値は流動性が高く, 材料分離の少ないフロー値 (FL)=18±2mm とした練混ぜは 2lのホバート型ミキサーを使用した練混ぜ方法は, 始めに設定した含水比の 18

3 半水石膏のリサイクル表 2 一軸圧縮試験での配合条件 W/S (%) 12 C/S (%) 1 B/S (%) 表 3 三軸圧縮試験での配合条件 W/S (%) 12 C/S (%) 1 B/S (%) 一軸圧縮強さ : q u (kn/m 2 ) C/S=%, B/S=1% C/S=%, B/S=2% C/S=%, B/S=3% C/S=%, B/S=3% C/S=%, B/S=4% C/S=1%, B/S=1% 系列 11 C/S=1%, B/S=2% C/S=1%, B/S=3% C/S=1%, B/S=3% C/S=1%, B/S=4% 材令 :t (days) 図 3 一軸圧縮強さと材令の関係 6 割程度の水と関東ロームを撹拌し, 次に残り 4 割程度の水とセメントを 1 分間撹拌した後に始めに撹拌した水 + 関東ローム, 次に撹拌した水 +セメントを混合し, さらに 1 分間撹拌した最後に半水石膏を混入し, 均一に混ざるように 1 分間撹拌したフロー試験は練り上がり直後を分として練混ぜし続け,,1,2,3,4,,6 分ごとにフロー値を計測し, 時間経過に伴う流動性の変化を観察したフロー値と練混ぜ時間セメント添加率 (C/S)=% のフロー値 (FL) と練混ぜ時間 (t) の関係を図 2(a) に C/S=1% のフロー値と練混ぜ時間の関係を図 2(b) に示すこれより, フロー値は C/S=,1% とも半水石膏混入率 (B/S) が B/S=~2% の範囲では練混ぜ時間分程度で若干低下するが, その後のフロー値の低下率は小さいしかし, 半水石膏混入率が B/S=3% 以上となると, フロー値は練混ぜ時間 2 分程度まで大きく低下し, その後フロー値は若干大きくなり, 練混ぜ時間 6 分まであまり変化は見られないこのことから, 半水石膏混入率が B/S=2% 以下では, 練混ぜ直後に若干の流動性の低下は見られるが, それ以降はあまり流動性の低下は見られない B/S=3% 以上では, 練混ぜ 2 分程度まで流動性の低下が見られるが, それ以降はあまり流動性の低下はみられないことが判明したしたがって, 練混ぜ時間 6 分までフロー値が 18±2mm となる配合は,C/S=% では B/S=3%, C/S=1% では B/S=3% であることがわかった半水石膏を混入した流動化処理土の力学特性試験方法 1) 配合条件と供試体作製方法試験に供した半水石膏を用いた流動化処理土の配合条件は, 一軸圧縮試験ではフロー試験の結果からフロー値が 18±2mm に近づく半水石膏混入率 (B/S)=1% 以上とし, 三軸圧縮試験では一軸圧縮試験の結果から一軸圧縮強さ (q u )=2kN/m 2 以上となるセメント添加率 (C/S)=1% とした一軸圧縮試験での配合条件を表 2, 三軸圧縮試験での配合条件を表 3に示す ( 表 2,3 に示す数値は重量比である ) 供試体を作製するための練混ぜ方法はフロー試験と同じ手順とし, 供試体作製方法は, 一軸および三軸圧縮試験用供試体とも同様に, 練り上がり直後に直径 φ=mm, 高さ H=1mm の型枠に打設した打設後 24 時間後に脱型しラップで密閉した後,2±2 の恒温室で所定の材令まで養生した 2) 一軸圧縮試験方法一軸圧縮試験は,JIS A 1216 土の一軸圧縮試験方法に準じて行った試験を行った材令は 1,3,7,14,28 日とし, 同一配合条件の供試体を各材令につき 3 本に対して試験を行った 3) 三軸圧縮試験方法三軸圧縮試験は,JGS 24 2 土の圧密排水(CD) 三軸圧縮試験方法および JGS 23 2 土の圧密非排水 ( CU ) 三軸圧縮試験方法に準じて行った試験を行った材令は密閉養生 28 日以降で供試体の強度増加が収束すると考え, 材令 28 日以降に同一配合条件の供試体について各拘束圧 1 本の試験を行った材令 28 日を経過した供試体は両端面をストレートエッジにてトリミングし供試体 (φ=mm,h=1mm) として使用した三軸圧縮試験に使用した供試体の飽和度 (S r ) は S r =92% 以上であったそこでこの供試体の飽和度を上げるために十分な通水を行い, 試験開始時には背圧 (σ BP ) を 2kPa 作用させ,B 値が.9 以上となることを確認した後に試験を行ったまた CU および CD 試験せん断時のひずみ速度は.mm/min で行った CD 試験時のひずみ速度.mm/min についてはせん断時に発生する過剰間隙水圧 ( u) が.kPa 以下であることを確認している一軸圧縮特性 1) 一軸圧縮強さと材令の関係 19

4 矢島他材令 28 日での一軸圧縮強さ : q u (kn/m 2 ) 変形係数 : E (MN/m 2 ) C/S=% C/S=1% 半水石膏混入率 :B/S (%) 図 4 一軸圧縮強さと半水石膏混入率の関係関東ローム ( 母材 ) クレイサンド ( 母材 ) E =.17q u r 2 = 一軸圧縮強さ :q u (kn/m 2 ) E =.7q u r 2 =.924 図変形係数と一軸圧縮強さの関係一軸圧縮強さ (q u ) と材令 (t) の関係を図 3 に示すこれより, 全ての配合条件で一軸圧縮強さは材令の経過とともに増加していることがわかるそして, セメント添加率 (C/S)=% の場合, 半水石膏混入率 (B/S)=3% 以下では材令 28 日となっても一軸圧縮強さ (q u )=kn/m 2 以下であり, 一軸圧縮強さは小さいことがわかる一方,C/S=1% の場合, 材令 1~3 日では一軸圧縮強さにあまり変化はみられないが, 材令 3~14 日にかけて大きく増加し, 材令 14~28 日ではやや増加していることがわかるそして,C/S=1% では全ての半水石膏混入率で材令 28 日での一軸圧縮強さが 2kN/m 2 以上となった 2) 一軸圧縮強さと半水石膏混入率の関係材令 28 日での一軸圧縮強さ (q u ) と半水石膏混入率 (B/S) の関係を図 4 に示す材令 28 日での一軸圧縮強さ (q u ) はセメント添加率 (C/S)=,1% のどちらでも半水石膏混入率 (B/S) の増加に伴い増加していることがわかる C/S=% の場合, 半水石膏混入率 (B/S) の増加に伴い材令 28 日での一軸圧縮強さ (q u ) の値は大きくなるが q u =1kN/m 2 以下であった一方,C/S=1% の場合, 材令 28 日での一軸圧縮強さ (q u ) の値は q u =2kN/m 2 以上であり, 半水石膏混入率 (B/S) の増加とともに増加し, 特に B/S=3% 以上での増加率が大きいこれは, 水分量の多い流動化処理土に対しては, 半水石膏混入率を B/S=3% 以上としないと固化作用が明確にみられないことを示しており, 半水石膏を多く消費するためには有効的であると考えられる軸差応力 : q =(σ 1 σ 3) (kn/m 2 ) 体積ひずみ : ε v (%) 軸差応力 : q =(σ 1 σ 3) (kn/m 2 ) 体積ひずみ : ε v (%) C/S=1% B/S=1% σ'c=1kpa σ'c=2kpa σ'c=3kpa σ'c=4kpa σ'c=kpa q u=23kn/m C/S=1% B/S=1% σ'c=1kpa σ'c=2kpa σ'c=3kpa σ'c=4kpa σ'c=kpa 1 1 C/S=1% B/S=4% (a) C/S=1%, B/S=1% σ'c=1kpa σ'c=2kpa σ'c=3kpa σ'c=4kpa σ'c=kpa q u=399kn/m C/S=1% B/S=4% σ'c=1kpa σ'c=2kpa σ'c=3kpa σ'c=4kpa σ'c=kpa 1 1 (b) C/S=1%, B/S=4% 図 6 排水せん断特性 3) 変形係数と一軸圧縮強さの関係セメント添加率 (C/S)=,1% で材令 28 日の一軸圧縮試験結果から求まる変形係数 (E ) と一軸圧縮強さ (q u ) との関係を図に示す図中には母材をクレイサンドとした半水石膏を用いたセメント安定処理土の E ~q u 関係 8) も併記してあるこの図より, 今回の関東ロームを母材とした半水石膏を用いた流動化処理土の E ~q u 関係も変形係数は一軸圧縮強さの増加に伴い増加し,E と q u には (1) 式に示すような関係が得られた E (MN/m 2 )=.7q u (kn/m 2 ) (1) 2

5 半水石膏のリサイクル間隙水圧 : u (kn/m 2 ) 軸差応力 : q =(σ 1 σ 3) (kn/m 2 ) 間隙水圧 : u (kn/m 2 ) 軸差応力 : q =(σ 1 σ 3) (kn/m 2 ) C/S=1% B/S=1% σ'c=1kpa σ'c=3kpa σ'c=kpa σ'c=2kpa σ'c=4kpa q u=23kn/m C/S=1% B/S=1% σ'c=1kpa σ'c=2kpa σ'c=3kpa σ'c=4kpa σ'c=kpa 1 1 (a) C/S=1%, B/S=1% q u=399kn/m 2 C/S=1% B/S=4% σ'c=1kpa σ'c=2kpa σ'c=3kpa σ'c=4kpa σ'c=kpa 1 1 C/S=1% B/S=4% 1kpa 2kpa 3kpa 4kpa kpa 1 1 (b) C/S=1%, B/S=4% 図 7 非排水せん断挙動 q =(σ 1 σ 3) (kn/m 2 ) q =(σ 1 σ 3) (kn/m 2 ) C/S=1% B/S=1% q=1.12p' p'=(σ' 1+2σ' 3)/3 (kn/m 2 ) C/S=1% B/S=4% (a) C/S=1%, B/S=1% p'=(σ' 1+2σ' 3)/3 (kn/m 2 ) (b) C/S=1%, B/S=4% 図 8 有効応力経路 q=1.13p'+79.1 セメント添加率 (C/S)=1%, 半水石膏混入率 (B/S)=1,4% の排水せん断時の軸差応力 (q), 体積ひずみ (ε v ) と軸ひずみ (ε a ) の関係を図 6(a),(b) に示す q~ε a 関係を全体的にみてみると, どちらの半水石膏混入率 (B/S) でも q ~ε a 関係は軸ひずみの増加に伴い軸差応力も増加し, ε a =1% 時の残留応力に至り, 残留応力の大きさは拘束圧 (σ c ) の大きなものほど大きな値を示していることがわかるしかし,q~ε a 関係におけるε a =1% 以下の初期ひずみ領域で低い拘束圧 (σ c ) であると q~ε a 関係の初期勾配が大きくなる傾向がみられ, この傾向は B/S=4% が顕著であるこれは, 拘束圧 (σ c ) と一軸圧縮強さ (q u ) の大小関係が影響しているものと考えられ,σ c <q u では供試体の固化状態が圧密時の拘束圧によって降伏せず, この状態でせん断過そして, 母材をクレイサンド, 関東ロームとしたことにより,E ~q u 関係の勾配に約 2 倍の差異が生じたのは, 母材をクレイサンド, 関東ロームと異なることはもとより, 供試体の作製方法が打撃を伴う作製方法 ( 撹拌混合処理 ) と打撃を伴わない作製方法 ( 流動化処理 ) であるため, 打撃を伴わない供試体作製方法の方が大きな間隙比を持つ材料となり勾配が低くなったものと考えられる三軸圧縮特性 1) 圧密排水せん断特性程となるため q~ε a 関係の立ち上がりが高くなり,σ c >q u では供試体の固化状態が圧密時の拘束圧によって降伏し, この状態でせん断過程となるため q~ε a 関係の立ち上がりが低くなるためと考えられるこのように,σ c と q u の大小関係によって q~ε a 関係の挙動が異なるのはセメント改良土の挙動と同様であり, セメント改良土の排水せん断特性は拘束圧が圧密降伏応力以下であるとひずみ硬化軟化型, 拘束圧が圧密降伏応力以上となるとひずみ硬化型となり, 拘束圧と圧密降伏応力の大小関係によって異なるせん断挙動を示すと言われている 12) したがって, 体積ひずみ (ε v ) と軸ひずみ (ε a ) の関係においても, 拘束圧 (σ c ) の状態が 21

6 矢島他粘着力 : c' (kn/m 2 ) せん断抵抗角 : φ ' ( ) 半水石膏混入率 :B/S (%) 図 9 せん断抵抗角と半水石膏混入率の関係半水石膏混入率 :B/S (%) 図 1 粘着力と半水石膏混入率の関係 σ c <q u では過圧密傾向となるため,σ c <q u の体積ひずみはσ c >q u のε v ~ε a 関係に比べ体積ひずみが小さくなる傾向がみられる 2) 圧密非排水せん断特性セメント添加率 (C/S)=1%, 半水石膏混入率 (B/S)=1,4% の非排水せん断時の軸差応力 (q), 間隙水圧 ( u) と軸ひずみ (ε a ) の関係を図 7(a),(b) に示す q~ε a 関係を全体的にみてみるとどの半水石膏混入率 (B/S) でも q~ε a 関係は軸ひずみの増加に伴い軸差応力も増加し,ε a =1~3% 付近で最大応力を示し, 後にε a =1% 時の残留応力に至ることがわかるそして, 軸差応力の大きさは拘束圧 (σ c ) の大きなものほど大きな値を示している一方, この時の u ~ε a 関係は軸ひずみの増加に伴い間隙水圧も増加し, ε a =% 付近で間隙水圧は拘束圧の約 8 割程度の値を示した後, 一定の値となる 3) 半水石膏混入率がせん断抵抗角, 粘着力に及ぼす影響セメント添加率 (C/S)=1%, 半水石膏混入率 (B/S)=1,4% の有効応力経路 (q~p 関係 ) を図 8(a),(b) に示すこれより, どちらの配合条件とも排水せん断の場合にはせん断が進むにつれて軸差応力 (q) は増加し, 軸ひずみ (ε a )=1% 時の残留応力に至り, 非排水せん断の場合にはせん断が進むにつれて軸差応力は増加し最大応力を示した後,ε a =1% 時の残留応力に至ることがわかるそこでここでは, 軸ひずみ (ε a )=1% 時の残留応力状態を限界状態線六価クロム濃度 : (mg/l) 表 4 六価クロム溶出結果配合条件濃度 :(mg/l) No. 1 No. 2 No. 3 関東ローム 1% N.D. N.D. N.D. 高炉セメントB 種 1% N.D. N.D. N.D. 半水石膏 1% N.D. N.D. N.D. C/S=1%, B/S=1% N.D. N.D. N.D. C/S=1%, B/S=3% N.D. N.D. N.D. C/S=1%, B/S=4% N.D. N.D. N.D 関東ローム 1% No.1 No.2 No.3 高炉セメント B 種 1% 半水石膏 1% C/S=1%,B/S=1% C/S=1%,B/S=3%.mg/L 図 11 各配合の六価クロム溶出量 (C.S.L) と定義して図中に示した C/S=1%,B/S=4% この C.S.L より各配合条件でのせん断抵抗角 (φ ) と粘着力 (c ) を求め, 半水石膏混入率 (B/S) との関係で示すと図 9,1 となるこれより, せん断抵抗角 (φ ) と半水石膏混入率 (B/S) の関係をみてみると,φ は B/S によらずほぼ 28 一定となっているこれは今回, せん断抵抗角は軸ひずみ (ε a )=1% 時を限界状態と定義した C.S.L より求めており, 限界状態では関東ロームに半水石膏を 4% 混合しても母材である関東ロームの影響が大きいため, せん断抵抗角が半水石膏混入率に影響されず一定となるためと考えられるまた, 今回使用した関東ロームと半水石膏がほぼ同様な粒度を持つこともせん断抵抗角が変化しなかった一要因であると考えられるこのせん断抵抗角が半水石膏混入率に影響されず一定であることは, 半水石膏とクレイサンドを混合した安定処理土 (B/S=~2%) においても同様の結果が得られている 8) また, 粘着力 (c ) と半水石膏混入率 (B/S) の関係をみてみると, 粘着力は半水石膏混入率の増加に伴い増加している粘着力は一軸圧縮強さと相関関係があることから, この c ~B/S 関係と図 4 に示した一軸圧縮強さと半水石膏混入率の関係を見てみると,q u は B/S の増加と伴に増加し, B/S=3% を境に急に変化しているしかし, 図 1 の c ~ B/S 関係では B/S=3% からの急変は見られなかったこれは今回, 粘着力を求める方法としてせん断抵抗角と同様に軸ひずみ (ε a )=1% 時を限界状態と定義した C.S.L より求めており, 最大応力を考慮していないためと考えられる半水石膏を用いた流動化処理土の環境特性 22

7 半水石膏のリサイクル表フッ素溶出結果配合条件希釈濃度 :(mg/l) 倍率 No. 1 No. 2 No. 3 関東ローム 1% x 高炉セメントB 種 1% 半水石膏 1% C/S=1%, B/S=1% x C/S=1%, B/S=3% C/S=1%, B/S=4% 表 6 ホウ素溶出結果配合条件濃度 :(mg/l) No. 1 No. 2 No. 3 関東ローム 1% N.D. N.D. N.D. 高炉セメントB 種 1% N.D. N.D. N.D. 半水石膏 1% C/S=1%, B/S=1% N.D. N.D. N.D. C/S=1%, B/S=3% N.D. N.D. N.D. C/S=1%, B/S=4% N.D. N.D. N.D. フッ素濃度 : (mg/l) No.1 No.2 No.3 関東ローム 1% 高炉セメントB 種 1% 半水石膏 1% C/S=1%,B/S=1%.8mg/L 図 12 各配合のフッ素溶出量 C/S=1%,B/S=3% C/S=1%,B/S=4% ホウ素濃度 : (mg/l) No.1 No.2.2 No.3. 関東ローム 1% 高炉セメントB 種 1% 半水石膏 1% C/S=1%,B/S=1% 1.mg/L 図 13 各配合のホウ素溶出量 C/S=1%,B/S=3% C/S=1%,B/S=4% 配合条件および試験方法 1) 配合条件および検液の作製方法今回, 六価クロム, フッ素, ホウ素の溶出試験を行った配合条件は関東ローム 1%, 高炉セメント B 種 1%, 半水石膏 1% とセメント添加率 (C/S)=1% 一定として, 半水石膏混入率 (B/S) を 1,3,4% とした 6 配合とした前節 4.1 1) 配合条件と供試体作製方法で作製した供試体を材令 28 日以上 2±2 の恒温室で密閉養生し, 固化した供試体を粉砕し,2mm ふるいを通過した試料を使用したこの試料 g と水 ml を振とう機で 6 時間振とうし, 試料液を遠心分離器で 2 分遠心分離するその後, 遠心分離した上澄み液をメンブレンフィルター ( 孔径.4 m) をセットしたろ過器を用いてろ過し, このろ過液を検液とした 2) 六価クロム溶出試験方法六価クロム溶出試験方法では, 検液をジフェニルカルバジド吸光光度法によって溶出量の測定を行ったジフェニルカルバジド吸光光度法とは検液に 1, ジフェニルカルボノヒドラジド ( ジフェニルカルバジド ) を加え, 生成する赤紫の錯体の吸光度を紫外可視分光光度計で測定し, クロム (Ⅵ) を定量する方法である 3) フッ素溶出試験方法フッ素溶出試験方法では, 検液を純水で希釈し, イオンクロマトグラフ分析によって溶出量の測定を行ったイオンクロマトグラフ分析とは検液中の各種イオン成分を分析測定する分析装置である 4) ホウ素溶出試験方法ホウ素溶出試験方法では, 検液を硝酸を加え熱処理し, 誘導結合プラズマ質量分析法 (ICP MS) によって溶出量の測定を行った誘導結合プラズマ質量分析法とは, 検液を高温 (8,~1, ) のプラズマ炎中に噴霧し, その熱エネルギーによってイオン化された元素を質量分析装置によって測定する方法である六価クロム溶出特性各配合条件での六価クロム溶出試験結果を表 4 および図 11 に示すこれより, 関東ローム, 高炉セメント B 種, 半水石膏の六価クロム溶出量は N.D.(Not Detected: 不検出 ) であり, これらを混合した今回の配合条件 (C/S=1%, B/S=1~4%) でも六価クロム溶出量は N.D. となり, 土壌環境基準で定められている.mg/L 以下の条件を満たしていることがわかる以上のことから, 六価クロム溶出に関しては, 今回の関東ローム, 高炉セメント B 種, 半水石膏とも土壌環境基準を満足しており, これら材料を流動化処理し混合した場合でも六価クロム溶出量は土壌環境基準を満足していることを確認したフッ素溶出特性各配合条件でのフッ素溶出試験結果を表および図 12 に示すこれより, 関東ロームでは約.3mg/L, 高炉セメント B 種では約.24mg/L と土壌環境基準で定められている.8mg/L 以下の条件を満たしているしかし, 半水石膏では 2.3~3.2mg/L と土壌環境基準を大きく超える結果となったこれは石膏ボードの原材料として排煙脱硫石膏 ( 化学石膏,CaSO 4 2H 2 O) が使用されているため 1) と考えられるしかし, これらを混合した配合条件でのフッ素溶出量の平均値は C/S=1%,B/S=1% では.87mg/L, C/S=1%,B/S=3% では.97mg/L,C/S=1%,B/S=4% では 23

8 矢島他.119mg/L の溶出量であり, 半水石膏混入率の増加に伴いフッ素溶出量は若干増加するがその値は土壌環境基準で定められている.8mg/L 以下の条件を満たしていることがわかる以上のことから, フッ素溶出に関しては, 今回の材料単体では関東ローム, 高炉セメント B 種のフッ素溶出量は土壌環境基準を満足するが, 半水石膏のフッ素溶出量は土壌環境基準を満足しなかったしかし, これら材料を流動化処理し混合し, 一軸圧縮強さが q u =2kN/m 2 以上の強度とすることでフッ素溶出量を抑えることができ, 土壌環境基準を満足していることを確認したホウ素溶出特性各配合条件でのホウ素溶出試験結果を表 6および図 13 に示すこれより, 関東ローム, 高炉セメント B 種のホウ素溶出量は N.D. であるが, 半水石膏のホウ素溶出量は約.147mg/L となったまた, これらを混合した今回の配合条件 (C/S=1%,B/S=1~4%) でもホウ素溶出量は N.D. (Not Detected: 不検出 ) であり, 土壌環境基準で定められている 1mg/L 以下の条件を満たしている以上のことから, ホウ素溶出に関しては, 今回の関東ローム, 高炉セメント B 種, 半水石膏とも土壌環境基準を満足しており, これら材料を流動化処理し混合した場合でもホウ素溶出量は土壌環境基準を満足していることを確認したまとめ 1) 半水石膏を混入した流動化処理土の流動特性は, 半水石膏混入率 (B/S)=2% 以下では, 練混ぜ直後に若干流動性は低下するが, それ以降はあまり低下しない半水石膏混入率 (B/S)=3% 以上では, 練混ぜ 2 分程度まで流動性は低下するが, それ以降はあまり低下しない 2) 半水石膏を混入した流動化処理土の材令 28 日の一軸圧縮強さ (q u ) は, セメント混入率 (C/S)=% の場合, 半水石膏混入率 (B/S) の増加に伴い大きくなるが,q u =kn/m 2 以下であった一方,C/S=1% の場合,q u の値は q u =2kN/m 2 以上となり,B/S=3% 以上での増加率が大きい 3) 三軸圧縮試験の結果, せん断抵抗角 (φ ) と半水石膏混入率 (B/S) の関係においてφ は B/S によらずφ = 約 28 一定であったこれは, 今回の配合条件では, 関東ロームに半水石膏を 4% 混合しても母材である関東ロームの影響が大きいためせん断抵抗角が変化せず一定となったためと考えられるまた, 半水石膏混入率 (B/S) と粘着力 (c ) の関係において c は B/S の増加に伴い増加する 4) 六価クロム溶出については, 関東ローム, 高炉セメント B 種, 半水石膏とも土壌環境基準を満足しており, これら材料を流動化処理し混合した今回の配合条件 ( セメント添加率 (C/S)=1% で, 半水石膏混入率 (B/S)=1,3,4%) でも六価クロム溶出量は土壌環境基準を満足している ) フッ素溶出については, 関東ローム, 高炉セメント B 種のフッ素溶出量は土壌環境基準を満足するが, 半水石膏のフッ素溶出量は土壌環境基準を満足しないしかし, これら材料を流動化処理し混合した今回の配合条件 (C/S=1% で,B/S=1,3,4%) では固化することによりフッ素溶出量を抑えることができ, 土壌環境基準を満足している 6) ホウ素溶出については, 関東ローム, 高炉セメント B 種, 半水石膏とも土壌環境基準を満足しており, これら材料を流動化処理し混合した今回の配合条件 (C/S=1% で, B/S=1,3,4%) ではホウ素溶出量は土壌環境基準を満足している参考文献 1) 社団法人石膏ボード工業会 : 廃石膏ボードの対応策について, a.or.jp/countermeasure.pdf, pp. 4 6, 21. 2) 平成 13 年度廃石膏ボードのリサイクルの推進に関する検討会 : 廃石膏ボードのリサイクルの推進に関する検討調査, /index.html, pp.2 22, 22. 3) 久野悟郎, 流動化処理工法研究機構流動化処理工法技術管理委員会 : 土の流動化処理工法 [ 第二版 ]- 建設発生土泥土の再生利用技術 -, 技報堂出版,27. 4) 流動化処理工法研究機構 HP, kiko.jp/bb/jisseki.htm ) 鵜飼恵三 : 石膏ボード廃材から再生された石膏粉末の地盤改良材としての有効性, 群馬大学地域共同センター,11p. 2 6) 亀井健史, 加藤孝明, 珠玖隆行 : 半水石膏の地盤改良材としての有効利用 - 廃石膏ボードの再利用 -, 地盤工学ジャーナル,Vol. 2, No. 3, pp.24 22, 27. 7) 亀井健史, 珠玖隆行 : 廃石膏ボードから再生した半水石膏を混入したセメント安定処理土の一軸圧縮強さ, 地盤工学ジャーナル, Vol. 2, No. 3, pp , 27. 8) 亀井健史, 小川靖弘, 志比利秀 : 半水石膏を利用したセメント安定処理土の一軸圧縮特性に及ぼす養生期間の影響 - 廃石膏ボードの有効利用 -, 地盤工学ジャーナル,Vol. 4, No. 1, pp.99 1, 29. 9) 矢島寿一, 村岡卓也, 武藤優, 亀井健史 : 半水石膏を混入したセメント安定処理土のせん断特性, 地盤工学ジャーナル,Vol. 6, No. 2, pp , ) 亀井健史, 小川靖弘, 志比利秀 : 半水石膏と石炭灰を添加したセメント安定処理土の強度変形特性とその内部構造一ハイブリッド型地盤材料の創出 -, 地盤工学ジャーナル,Vol., No. 1, pp.3 43, ) 亀井健史, 蓬莱秀人 : 高炉セメント B 種による半水石膏のフッ素不溶化技術の開発, 地盤工学ジャーナル,Vol. 4, No. 1, pp.91 98, ) 矢島寿一, 永岡高, 谷崎誠二 : 正規過圧密セメント改良土のせん断特性と破壊基準, 土木学会論文集 No.61/Ⅲ 38, pp.2 214, ( 受付 ) 24

9 半水石膏のリサイクル Basic study on application to Liquefied stabilized soils containing bassanite produced from waste plasterboard Juichi YAJIMA 1, Yuu MUTO 2 and Takeshi KAMEI 3 1 Department of Interdisciplinary Science and Engineering, Meisei University 2 Nippon Concrete Industries Co., Ltd. 3 Department of Civil and Environmental Engineering, Miyazaki University It has been discussed recently what is the effective way to dispose of the waste plasterboard produced at the construction sites. The disposal method of construction generated soil is another issue to be discussed. In this study, as it was assumed that bassanite produced from waste plasterboard and construction generated soil could be effectively utilized through liquefied stabilization method, the flow properties with a flow test and the mechanical properties in unconfined and triaxial compression tests were examined in the liquefied stabilized soil made from Kanto loam, slag cement B class, bassanite, and water. Furthermore, the leaching properties of hexavalent chromium, fluorine, and boron were examined, as it was assumed that application of liquefied stabilized soil into geo environment could be utilized. The test results showed that the consistency properties were kept enough fluidity for an hour after mixture of the above mentioned materials and that the mechanical properties had unconfined compression strength by more than 2kN/m 2 in a certain condition of material mixture. In terms of the environment aspect, it proved that the leachated amount of hexavalent chromium, fluorine, and boron was complied with the environmental quality standards for soil pollution. Key words: bassanite, liquefied stabilized soil, flow test, mechanical property, geoenvironment 2

<4D F736F F D208E9197BF31302D F4390B3816A96FB899890F A E8F8DC58F4994C55F8CC589BB8DDE8B5A8F705F202D208

<4D F736F F D208E9197BF31302D F4390B3816A96FB899890F A E8F8DC58F4994C55F8CC589BB8DDE8B5A8F705F202D208 セメント系固化材による油含有土の固化処理に関する基礎検討 ( 社 ) セメント協会セメント系固化材技術専門委員会 1. はじめに工場やガソリンスタンドの跡地をセメント系固化材を用いて固化処理する際油類を含有した土に遭遇する場合があるしかしながらこのような油含有土をセメント系固化材により固化処理した報告 1) 2) は少なく油種や油の含有レベルが改良効果に及ぼす影響は明らかとなっていないまた