固化剤
【課題】 ほぼ中性でありかつ重金属やＦの溶出が防止され、土壌を固化処理する際の作業性に優れる固化剤を提供する。
【解決手段】 土壌を固化改良する固化剤は、製鋼スラグと固化を促進する固化促進剤とを含む。製鋼工程１で生成され、選鉱工程３を経て固化剤製造工程４の粉砕工程４１で微粉砕される微粉状製鋼スラグ８は、塩基度を０．８〜１．６、組成を（Ｆ）：０．４％未満、（ＣａＯ）：３５〜６５％、（ＳｉＯ２）：２０〜５５％、（Ａｌ２Ｏ３）：４〜９％、Ｆ溶出量を０．８ｍｇ／Ｌ未満、６価Ｃｒ溶出量を０．０５ｍｇ／Ｌ未満、粒度を１７００〜４０００ブレーン、とする。
【解決手段】 土壌を固化改良する固化剤は、製鋼スラグと固化を促進する固化促進剤とを含む。製鋼工程１で生成され、選鉱工程３を経て固化剤製造工程４の粉砕工程４１で微粉砕される微粉状製鋼スラグ８は、塩基度を０．８〜１．６、組成を（Ｆ）：０．４％未満、（ＣａＯ）：３５〜６５％、（ＳｉＯ２）：２０〜５５％、（Ａｌ２Ｏ３）：４〜９％、Ｆ溶出量を０．８ｍｇ／Ｌ未満、６価Ｃｒ溶出量を０．０５ｍｇ／Ｌ未満、粒度を１７００〜４０００ブレーン、とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば軟弱な建設土壌などに混合して土壌を固化改良する固化剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
低湿地などで建設工事を行う場合や河川の浚渫泥土などを再生処理する場合、軟弱な土壌を固化改良することが行われる。従来、土壌を固化改良する固化剤としてセメント系の固化剤が用いられている。セメント系固化剤は、高アルカリであるため、固化剤で処理された土壌に接触した雨水などが高アルカリ水として流出し、周辺の植栽などに悪影響を及ぼすことがある。またセメント系固化剤には、鉄鋼生産の副産物として生成する高炉スラグを有効利用する高炉セメントを主材料とするものがある。このような高炉セメントを用いるセメント系固化剤では、セメント材料に由来する６価Ｃｒ（Ｃｒ６＋）およびセレン（Ｓｅ）などの重金属やフッ素（Ｆ）が雨水によって溶出し、周辺環境に悪影響を及ぼすおそれがある。
【０００３】
セメント系固化剤の高アルカリの問題を解決する一つの方法として、アルカリを中和する中和剤を含有させることが提案されている（たとえば特許文献１参照）。また他の方法として、たとえば石膏を成分とする非セメント系の固化剤が提案されている（たとえば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００２−２８２８９４号公報
【特許文献２】特開２００４−３２３５９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、主材が高炉セメントであるセメント系固化剤に中和剤を含有させて高アルカリの問題を解消するとしても、セメント材料に由来する重金属やＦの溶出を十分に防止することができないという問題がある。また非セメント系固化剤は、高アルカリの問題および重金属等の溶出の問題を解消することができるけれども、土壌を固化改良する施工に際して固化反応が急速に進むので、施工時の作業性が良くないという問題やコスト高となる問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、土壌を固化改良する固化剤において、ほぼ中性でありかつ重金属やＦの溶出が防止され、固化処理をする施工時の作業性に優れる固化剤を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、土壌を固化改良する固化剤において、
製鋼スラグと、土壌の固化を促進する固化促進剤と、を含み、
製鋼スラグは、
塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ２）が、０．８〜１．６、
組成が、質量％で、（Ｆ）：０．４％未満、（ＣａＯ）：３５〜６５％、（ＳｉＯ２）：２０〜５５％、（Ａｌ２Ｏ３）：４〜９％、
Ｆおよび６価Ｃｒの水に対する溶出量が、それぞれＦ：０．８ｍｇ／Ｌ未満、６価Ｃｒ：０．０５ｍｇ／Ｌ未満、
粒度が、１７００〜４０００ブレーン、であることを特徴とする固化剤である。
【０００７】
また本発明で、前記固化促進剤は、半水石膏および高分子凝集剤のうち少なくともいずれか一方を含むことを特徴とする。
【０００８】
また本発明で、前記固化促進剤は半水石膏であり、前記製鋼スラグと半水石膏とを混合して得られる混合物中に占める半水石膏の含有比率は、２０〜５０質量％であることを特徴とする。
【０００９】
また本発明で、前記固化促進剤は高分子凝集剤であり、前記製鋼スラグと高分子凝集剤とを混合して得られる混合物中に占める高分子凝集剤の含有比率は、２〜１０質量％であることを特徴とする。
【００１０】
また本発明で、前記固化促進剤は半水石膏および高分子凝集剤であり、前記製鋼スラグと半水石膏および高分子凝集剤とを混合して得られる混合物中に占める半水石膏および高分子凝集剤の含有比率は、半水石膏が１０〜５０質量％、高分子凝集剤が２〜１０質量％であることを特徴とする。
【００１１】
また本発明で、前記製鋼スラグは、ステンレス鋼を溶製する製鋼工程で発生するスラグから地金を回収し、地金回収後の塊状のスラグを粉砕して得られる製鋼スラグであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、固化剤の成分である製鋼スラグについて、塩基度および組成を調整することによって固化剤をほぼ中性にすることができ、６価ＣｒおよびＦの水に対する溶出量を制限することによって環境に対する安全性を高めることができる。また、製鋼スラグの粒度を調整することによって硬化性を良好に発揮して十分な土壌強度を発現することができる。また、製鋼スラグで長期的強度を得るとともに、固化促進剤で土壌の固化を促進することにより作業性の良好な初期強度を発現することができる。
【００１３】
また本発明によれば、固化促進剤として含まれる半水石膏や高分子凝集剤は、固化剤をほぼ中性に保つとともに、土壌の固化を促進することにより作業性の良好な初期強度を発現する。
【００１４】
また本発明によれば、固化促進剤である半水石膏および高分子凝集剤のうち少なくともいずれか一方、または両方の固化剤中での含有比率を調整することによって、固化処理施工時に土壌の取り扱いが容易な土壌硬さを得ることができ、作業性が向上する。
【００１５】
また本発明によれば、製鋼スラグは、ステンレス鋼の製鋼工程で発生するスラグから地金を回収した後の塊状のスラグを粉砕したものであり、このようなステンレス鋼製造の副産物を利用することによって、処理土壌の長期的強度に優れ、安価で汎用性に優れる固化剤を得ることができる。ここで塊状は、粒状を含む意味に用いる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施の形態である固化剤は、製鋼スラグと土壌の固化を促進する固化促進剤とを含む。製鋼スラグは、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ２）が、０．８〜１．６、組成が、質量％で、（Ｆ）：０．４％未満、（ＣａＯ）：３５〜６５％、（ＳｉＯ２）：２０〜５５％、（Ａｌ２Ｏ３）：４〜９％、Ｆおよび６価Ｃｒの水に対する溶出量が、それぞれＦ：０．８ｍｇ／Ｌ未満、６価Ｃｒ：０．０５ｍｇ／Ｌ未満、粒度が、１７００〜４０００ブレーン、である。以後、組成等を表す含有比率は、特に断らない限り質量％を表すものとする。
【００１７】
以下、製鋼スラグの塩基度等の範囲限定理由について説明する。
塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ２）：０．８〜１．６
製鋼スラグの塩基度は、溶鋼の脱硫に大きな影響をおよぼす。塩基度が０．８未満であると、十分な脱硫反応が得られない。塩基度が１．６を超えると、製鋼スラグの流動性が低下し、溶鋼と製鋼スラグとの接触界面が減少して脱硫反応が促進されない。また、後述する（Ｆ）＜０．４％を達成するには、従来スラグの流動性確保のために添加していた蛍石（ＣａＦ２）の使用量を抑制しなければならない。そこで、蛍石を用いずに製鋼スラグの流動性を確保するには、塩基度を１．６以下にすることが必要になる。したがって、塩基度を０．８〜１．６とする。
【００１８】
（Ｆ）：０．４％未満
製鋼スラグを土壌の固化剤の成分として使用する場合、Ｆ含有量は、土壌環境基準である０．４％未満を満足しなければならない。従来スラグの流動性確保のために使用していた蛍石の使用を制限し、蛍石以外の原料から不可避的に混入する許容量である０．４％未満とする。
【００１９】
（ＣａＯ）：３５〜６５％
ＣａＯは、脱硫反応に必須の成分であり、溶鋼を十分に脱硫するには３５％以上が必要である。６５％を超えると、原料から発生するＳｉＯ２および還元剤による脱酸反応生成物として発生するＳｉＯ２に対するＣａＯの比、すなわち塩基度が高くなり、製鋼スラグの流動性を低下させる。したがって、ＣａＯを３５〜６５％とする。
【００２０】
（ＳｉＯ２）：２０〜５５％
ＳｉＯ２は、原料から発生し、また還元剤による脱酸反応生成物として発生する。２０％未満では、塩基度を高くして製鋼スラグの流動性を低下させる。逆に、５５％を超えると、製鋼スラグの流動性を確保することができるけれども、塩基度が低下して十分な脱硫反応が得られない。したがって、ＳｉＯ２を２０〜５５％とする。
【００２１】
（Ａｌ２Ｏ３）：４〜９％
Ａｌ２Ｏ３は、耐火レンガや原料からの混入が避けられない成分である。しかし、Ａｌ２Ｏ３は、スラグの流動性を確保するために従来使用していた蛍石の役割を補う成分として必要なものであり、その含有量が低過ぎても高過ぎても、スラグの融点が上昇し、スラグの流動性の確保が困難になる。したがって、Ａｌ２Ｏ３を４〜９％とする。
【００２２】
Ｆの溶出量：０．８ｍｇ／Ｌ未満および６価Ｃｒの溶出量：０．０５ｍｇ／Ｌ未満
製鋼スラグは、土壌の固化剤の成分として使用されるので、固化処理後の土壌に含まれて土壌環境基準を満たさなければならない。土壌環境基準の溶出元素の基準を満たすには、それぞれＦの溶出量＜０．８ｍｇ／Ｌ、６価Ｃｒの溶出量＜０．０５ｍｇ／Ｌであることを必要とする。
【００２３】
粒度：１７００〜４０００ブレーン
ここで、ブレーンとは、日本工業規格（ＪＩＳ）Ｒ５２０１に規定される比表面積試験により求められる粉末度のことであり、その単位は、［ｃｍ２／ｇ］である。粒度が１７００未満であると、製鋼スラグの粒子が粗く、土壌粒子の表面積に対する製鋼スラグ粒子の表面積が不足するので、土壌の固化反応を十分に発現することができない。粒度のブレーン値の上限を限定する理由は特にない。しかし、製鋼スラグの粒度を極めて微粉にするには、長時間を必要とするので、工業的な生産性を考慮すると上限を４０００程度とするのが妥当である。したがって、粒度を１７００〜４０００ブレーンとする。
【００２４】
固化促進剤は、半水石膏および高分子凝集剤のうち少なくともいずれか一方を含む。固化剤に含まれる製鋼スラグは、その自硬性によって土壌を固化改良し、土壌の長期的な強度を発現する。しかし、製鋼スラグが土壌を固化する反応は遅効性であるため、製鋼スラグで処理された土壌が十分な強度を発現するには長時間を要する。一方、固化促進剤は、土壌を固化することに速効性があり、初期強度を発現することができる。したがって、固化促進剤は、土壌の固化処理作業中に軟弱な土壌に強度を付与することができるので、土壌の取り扱いを容易にして作業性を向上することができる。
【００２５】
半水石膏は、ほぼ中性であり固化剤に含有させても高アルカリ化することがない。ここで、ほぼ中性とは、ｐＨが５．０〜９．０の範囲にあることをいう。半水石膏は、土壌中の水分と反応して比較的短時間の間に硬化し、軟弱な土壌に初期強度を発現させる。高分子凝集剤としては、たとえばアクリル塩化ポリマーや天然系水溶性高分子カルシウム塩などを用いることができる。これらの高分子凝集剤は、ほぼ中性であり固化剤に含有させても高アルカリ化することがなく、土壌中の水分と反応して比較的短時間の間に硬化し、軟弱な土壌に初期強度を発現させる。
【００２６】
以下、固化剤中の半水石膏および高分子凝集剤のうちのいずれか一方、または両方の含有比率の範囲限定理由について説明する。固化促進剤が半水石膏である場合、製鋼スラグと半水石膏とを混合して得られる混合物中に占める半水石膏の含有比率は、２０〜５０％である。２０％未満であると、土壌の固化処理時の初期強度が十分でなく、作業性の向上効果を十分に得ることができない。逆に５０％を超えると、土壌の固化処理時の固化が急速に進み初期強度が高くなりすぎるので、かえって作業性が低下する。
【００２７】
固化促進剤が高分子凝集剤である場合、製鋼スラグと高分子凝集剤とを混合して得られる混合物中に占める高分子凝集剤の含有比率は、２〜１０％である。２％未満であると、土壌の固化処理時の初期強度が十分でなく、作業性の向上効果を十分に得ることができない。逆に１０％を超えると、土壌の固化処理時の土壌の固化処理時の固化が急速に進み初期強度が高くなりすぎるので、かえって作業性が低下する。また、コストも大幅にアップする。
【００２８】
固化促進剤が半水石膏および高分子凝集剤である場合、製鋼スラグと半水石膏および高分子凝集剤とを混合して得られる混合物中に占める半水石膏および高分子凝集剤の含有比率は、半水石膏が１０〜５０％、高分子凝集剤が２〜１０％である。半水石膏および高分子凝集剤それぞれの範囲の限定理由は、単独で含有される場合と同じである。しかし、複合で含有される場合、半水石膏と高分子凝集剤とを加算した含有比率は、２０〜５０％であることがより好ましい。
【００２９】
図１は、固化剤を製造する工程を簡略化して示す。固化剤を製造する工程は、材料となる製鋼スラグを生成する製鋼工程１と、製鋼スラグの冷却工程２と、生成された製鋼スラグから地金を回収する選鉱工程３と、地金回収後の塊状の製鋼スラグを微粉砕し、固化促進剤と混合して固化剤を製造する固化剤製造工程４とを含む。
【００３０】
製鋼スラグとしては、ステンレス鋼を溶製する製鋼工程１で発生するスラグが好適に用いられる。ステンレス鋼溶製時に得られる製鋼スラグには、電気炉で溶解されるステンレス溶鋼を脱硫処理する工程で生成されるスラグ、および脱硫処理後のステンレス溶鋼を真空脱ガス処理などの二次精錬する工程で生成されるスラグがある。
【００３１】
原料の配合比およびスラグと溶鋼との間の元素分配比についての経験則に基づき、溶製する鋼種ごとにスラグ原料の種類と配合量とを調整して、製鋼スラグの塩基度および組成を前述の限定範囲とすることができる。製鋼スラグ中の（Ｆ）含有量を０．４％未満とすることによって、Ｆの溶出量＜０．８ｍｇ／Ｌを実現することができる。塩基度を低く抑えてスラグの流動性を確保することによって、蛍石の使用を制限し製鋼スラグ中の（Ｆ）含有量を０．４％未満に低減することができる。なお、塩基度を低くすると脱硫反応が弱まるけれども、溶鋼とスラグとを効果的に撹拌し、溶鋼とスラグとの接触頻度および接触界面積を増大させて脱硫反応を促進することにより、低塩基度での十分な脱硫を実現することができる。
【００３２】
６価Ｃｒの溶出量＜０．０５ｍｇ／Ｌを、次のようにして実現することができる。製鋼工程１で脱硫処理後にスラグに還元処理を施す。還元処理によりスラグ中の６価Ｃｒが３価Ｃｒに還元され、またＣｒ酸化物そのものが還元されて金属Ｃｒとなり溶鋼中へ移行する。また、電気炉や二次精錬炉から製鋼スラグを取り出して薬剤により還元処理をしても良い。このような還元処理により、製鋼スラグ中の６価Ｃｒを低減し、６価Ｃｒの溶出量を０．０５ｍｇ／Ｌ未満にすることができる。還元処理が施された後の製鋼スラグは、電気炉や二次精錬炉からノロポットと呼ばれる耐熱容器へと取り出されて冷却工程２で冷却される。冷却後、（Ｆ）＜０．４％を満足する製鋼スラグは、選鉱工程３へと送られる。
【００３３】
図２は、選鉱工程３内での地金と製鋼スラグとを分別する処理を示す。製鋼スラグには、有用な金属成分が比較的多く含有される。そこで、選鉱工程３では、溶製の副原料として再使用するために製鋼スラグ中に含まれる金属成分である地金を回収する。製鋼スラグは、ロッドミル破砕工程３１で、おおまかな大きさに破砕される。破砕された製鋼スラグは、篩い分級工程３２で所定の大きさ以下のものに選り分けられて、湿式の地金回収工程に送られる。なお、篩い分級工程３２で篩いを通過しなかった製鋼スラグは、再びロッドミル破砕工程３１へ戻される。分級された製鋼スラグは、比重選鉱工程３３および磁力選鉱工程３４で地金５のみが選鉱されて回収される。地金５が選鉱された後の製鋼スラグは、シックナー工程３５で、パウダー状の製鋼スラグ６と塊状の製鋼スラグとに分離される。塊状製鋼スラグは、さらにエーキンス分級工程３６で、おおよそ５ｍｍ程度の塊状製鋼スラグ７に分級される。シックナーで分離されたパウダー状製鋼スラグ６を固化剤の材料として用いることができる。しかし、選鉱工程３で既にパウダー状にまで破砕されている製鋼スラグ６は、製鋼スラグの中でも軟質であることが多く、また湿式処理により、塊状スラグに比べて水分により反応がある程度既に進んでいる。したがって、固化改良後の土壌に十分な長期的強度を発現させるには、塊状製鋼スラグ７を固化剤の材料にする方が好ましい。
【００３４】
図１に戻って、固化剤製造工程４では、まずローラーミル粉砕工程４１で塊状製鋼スラグ７を、粒度が１７００〜４０００ブレーンの微粉になるように粉砕する。ローラーミル粉砕工程４１での粒度の調整は、経験則で得られるローラーミルの押圧力と粉砕スラグの粒度との関係に基づき、粒度が１７００〜４０００ブレーンの範囲になるように粉砕条件を調整する。次に、ローラーミルで粉砕された製鋼スラグにガス気流を吹き付け、ガス気流で吹き飛ばされた微粉状製鋼スラグ８をセパレーターで分級して捕集機４２で捕集する。分級に際し、圧力およびセパレーター回転数を調整して１７００〜４０００ブレーンの範囲内にある微粉状製鋼スラグ８のみを捕集機４２へ導くようにする。微粉状製鋼スラグ８と、半水石膏および高分子凝集剤のうち少なくともいずれか一方を含む固化促進剤９とを、前述した限定範囲の含有比率になるように準備し、微粉状製鋼スラグ８と固化促進剤９とを混合機３３で混合して固化剤１０を製造する。
【００３５】
（実施例）
以下、本発明の実施例について説明する。本実施例では、軟弱な土壌を固化剤で固化処理し、処理後の土壌について特性を評価した。供試材とした実施例の固化剤には、前述の図１に示す工程で製造したものを使用した。実施例の固化剤の材料として使用した製鋼スラグの塩基度、組成および溶出量を表１に示す。この製鋼スラグの粒度は、１８００〜３８５０ブレーンであった。
【００３６】
【表１】
【００３７】
表１に示す製鋼スラグと、固化促進剤として半水石膏および高分子凝集剤のうち少なくともいずれか一方とを混合機４３で混合して４種類の固化剤を準備した。これらの固化剤を実施例１、実施例２、実施例３および実施例４と呼ぶ。実施例１の固化剤は、固化促進剤が半水石膏である。実施例１で製鋼スラグと半水石膏とを混合して得られる混合物中に占める半水石膏の含有比率は、３３．３％である。実施例２の固化剤は、固化促進剤が高分子凝集剤である。実施例２の高分子凝集剤にはアクリル塩化ポリマーを使用した。実施例２で製鋼スラグと高分子凝集剤とを混合して得られる混合物中に占める高分子凝集剤の含有比率は、２．０％である。実施例３の固化剤は、固化促進剤が高分子凝集剤である。実施例３の高分子凝集剤には天然系水溶性高分子カルシウム塩を使用した。実施例３で製鋼スラグと高分子凝集剤とを混合して得られる混合物中に占める高分子凝集剤の含有比率は、４．８％である。実施例４の固化剤は、固化促進剤が半水石膏および高分子凝集剤である。実施例４の高分子凝集剤には天然系水溶性高分子カルシウム塩を使用した。実施例４で製鋼スラグと固化促進剤とを混合して得られる混合物中に占める半水石膏の含有比率は、４８．１％であり、高分子凝集剤の含有比率は、３．８％である。比較例の固化剤として、市販のセメント系固化剤であるポルトランドセメントを用いた。固化処理の対象である土壌１ｍ３に対して使用した実施例および比較例の固化剤の配合量を表２に示す。
【００３８】
【表２】
【００３９】
実施例１ないし実施例３の固化剤および比較例の固化剤を用いて軟弱な建設土壌の固化処理を行った。また、実施例４の固化剤を用いて浚渫土の固化処理を行った。固化処理後の土壌について、強度、ｐＨおよび各種元素の溶出量を測定した。
【００４０】
以下、評価指標である強度、ｐＨおよび溶出量の測定方法について説明する。強度については、ＪＩＳ−Ａ１２２８に従ってコーン指数を測定した。コーン指数は、その値が大きいほど土壌の強度が高いことを表す。初期強度として、固化処理後１日〜３日経過時のコーン指数を測定して評価した。また、固化処理後７日経過する時点までのコーン指数を測定して、強度の経時変化を求めるとともに、製鋼スラグによる長期的強度発現の状態を評価した。初期強度と作業性との関係は、予め表２に示す以外の種々の固化剤についても、固化処理後１日〜３日経過時点で盛土作業を行い、体感によって作業性を評価し、そのときのコーン指数を測定して求めた。初期強度としては、４００〜２０００ｋＮ／ｍ２である場合、土壌を取り扱い易く作業性が良好であった。また、長期的強度については、８００ｋＮ／ｍ２以上であれば、建設土などとして十分な恒久的強度であると評価した。
【００４１】
土壌のｐＨについては、地盤工学会基準（ＪＧＳ）Ｔ２１１に規定される「土懸濁液のｐＨ試験方法」に従って測定した。ｐＨは、５．０〜９．０の範囲内にある場合、ほぼ中性であると評価した。なお、ｐＨは、水質汚濁防止法に定められる「海域以外の公共用水域に排水されるもの」についての排水基準である５．８〜８．６を満足することが一層好ましい。
【００４２】
溶出量については、環境庁告示第４６号「土壌の汚染に係る環境基準について」に従って測定した。溶出量を測定した元素は、カドミウム（Ｃｄ）、鉛（Ｐｂ）、６価Ｃｒ、ヒ素（Ａｓ）、総水銀（ｔ．Ｈｇ）、セレン（Ｓｅ）、フッ素（Ｆ）およびホウ素（Ｆ）である。これらの元素の溶出量が環境庁告示第４６号に示される基準値以下である場合、固化剤を使用する上で問題なしと評価した。
【００４３】
土壌のコーン指数を測定した結果を表３に示す。表３中で空白の欄は未測定であることを表し、横棒（━）で示す欄は強度が高すぎて測定不能であったことを表す。固化処理後１日〜３日経過時の初期強度についてみると、実施例１〜４では、いずれも上記作業性の良好な強度の範囲を満足する。固化処理後の日数経過とともに強度は増大し、７日経過時の強度についてみると、実施例１ないし実施例４のいずれも８００ｋＮ／ｍ２を超える強度であり、十分な恒久的土壌強度が得られた。初期強度は、前述の限定範囲の含有比率になるように調整した固化促進剤により発現されたものであり、７日経過時の長期的強度は、固化反応を発揮するのに時間を要するが固化強度に優れる製鋼スラグにより発現されたものである。
【００４４】
【表３】
【００４５】
ｐＨの測定結果を表４に示す。表４中で、空白の欄は未測定であることを表す。実施例１ないし実施例４のｐＨは、７日経過時点で最小８．１７、最大８．３１であり、中性と評価する５．０〜９．０の範囲を満足し、さらに水質汚濁防止法の排水基準である５．８〜８．６の範囲をも満足する。ただし、実施例１および実施例２では、固化処理後１日経過時のｐＨが９．０を超え、ややアルカリであった。しかし、実施例１は、２日経過した時点でｐＨ９．０以下を満足し、以降日数経過とともにｐＨはさらに減少し、７日経過時には前述のように中性と評価する範囲を十分に満足する値になる。実施例２については、３日経過後および７日経過後についての測定結果のみであるが、３日経過時および７日経過時のｐＨ測定値が実施例１の測定値と同水準であることから、実施例１と同様なｐＨ推移挙動を示すと考えられる。したがって、実施例２も固化処理後数日経過すれば、実施例１と同様ｐＨ９．０程度の中性になるものと思われる。一方、比較例のセメント系固化剤では、固化処理後１日経過時では、ｐＨ１１．９の高アルカリであった。セメント系固化剤は、その後日数経過してもｐＨはほとんど低下せず、７日経過時点でもｐＨ１１．２と高アルカリであった。
【００４６】
【表４】
【００４７】
溶出量の測定結果を表５に示す。表５中で、ＮＤで示す欄は、各元素についての溶出量が検出限界値以下であったことを示す。実施例１および実施例２では、ＦおよびＢの溶出が認められたけれども、いずれも基準値以下の検出量であり問題がない。実施例１および実施例２のＦおよびＢ以外の元素については検出限界値以下であり、また実施例３および実施例４については、すべての元素が検出限界値以下であった。したがって、溶出量の観点から、実施例１ないし実施例４を固化剤として使用することに全く問題がない。なお、比較例のセメント系固化剤でも重金属等の溶出は基準値以下であった。
【００４８】
【表５】
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】固化剤を製造する工程を簡略化して示す図である。
【図２】選鉱工程３内での地金と製鋼スラグとを分別する処理を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１ 製鋼工程
２ 冷却工程
３ 選鉱工程
４ 固化剤製造工程
７ 塊状製鋼スラグ
８ 微粉状製鋼スラグ
９ 固化促進剤
１０ 固化剤
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば軟弱な建設土壌などに混合して土壌を固化改良する固化剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
低湿地などで建設工事を行う場合や河川の浚渫泥土などを再生処理する場合、軟弱な土壌を固化改良することが行われる。従来、土壌を固化改良する固化剤としてセメント系の固化剤が用いられている。セメント系固化剤は、高アルカリであるため、固化剤で処理された土壌に接触した雨水などが高アルカリ水として流出し、周辺の植栽などに悪影響を及ぼすことがある。またセメント系固化剤には、鉄鋼生産の副産物として生成する高炉スラグを有効利用する高炉セメントを主材料とするものがある。このような高炉セメントを用いるセメント系固化剤では、セメント材料に由来する６価Ｃｒ（Ｃｒ６＋）およびセレン（Ｓｅ）などの重金属やフッ素（Ｆ）が雨水によって溶出し、周辺環境に悪影響を及ぼすおそれがある。
【０００３】
セメント系固化剤の高アルカリの問題を解決する一つの方法として、アルカリを中和する中和剤を含有させることが提案されている（たとえば特許文献１参照）。また他の方法として、たとえば石膏を成分とする非セメント系の固化剤が提案されている（たとえば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００２−２８２８９４号公報
【特許文献２】特開２００４−３２３５９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、主材が高炉セメントであるセメント系固化剤に中和剤を含有させて高アルカリの問題を解消するとしても、セメント材料に由来する重金属やＦの溶出を十分に防止することができないという問題がある。また非セメント系固化剤は、高アルカリの問題および重金属等の溶出の問題を解消することができるけれども、土壌を固化改良する施工に際して固化反応が急速に進むので、施工時の作業性が良くないという問題やコスト高となる問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、土壌を固化改良する固化剤において、ほぼ中性でありかつ重金属やＦの溶出が防止され、固化処理をする施工時の作業性に優れる固化剤を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、土壌を固化改良する固化剤において、
製鋼スラグと、土壌の固化を促進する固化促進剤と、を含み、
製鋼スラグは、
塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ２）が、０．８〜１．６、
組成が、質量％で、（Ｆ）：０．４％未満、（ＣａＯ）：３５〜６５％、（ＳｉＯ２）：２０〜５５％、（Ａｌ２Ｏ３）：４〜９％、
Ｆおよび６価Ｃｒの水に対する溶出量が、それぞれＦ：０．８ｍｇ／Ｌ未満、６価Ｃｒ：０．０５ｍｇ／Ｌ未満、
粒度が、１７００〜４０００ブレーン、であることを特徴とする固化剤である。
【０００７】
また本発明で、前記固化促進剤は、半水石膏および高分子凝集剤のうち少なくともいずれか一方を含むことを特徴とする。
【０００８】
また本発明で、前記固化促進剤は半水石膏であり、前記製鋼スラグと半水石膏とを混合して得られる混合物中に占める半水石膏の含有比率は、２０〜５０質量％であることを特徴とする。
【０００９】
また本発明で、前記固化促進剤は高分子凝集剤であり、前記製鋼スラグと高分子凝集剤とを混合して得られる混合物中に占める高分子凝集剤の含有比率は、２〜１０質量％であることを特徴とする。
【００１０】
また本発明で、前記固化促進剤は半水石膏および高分子凝集剤であり、前記製鋼スラグと半水石膏および高分子凝集剤とを混合して得られる混合物中に占める半水石膏および高分子凝集剤の含有比率は、半水石膏が１０〜５０質量％、高分子凝集剤が２〜１０質量％であることを特徴とする。
【００１１】
また本発明で、前記製鋼スラグは、ステンレス鋼を溶製する製鋼工程で発生するスラグから地金を回収し、地金回収後の塊状のスラグを粉砕して得られる製鋼スラグであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、固化剤の成分である製鋼スラグについて、塩基度および組成を調整することによって固化剤をほぼ中性にすることができ、６価ＣｒおよびＦの水に対する溶出量を制限することによって環境に対する安全性を高めることができる。また、製鋼スラグの粒度を調整することによって硬化性を良好に発揮して十分な土壌強度を発現することができる。また、製鋼スラグで長期的強度を得るとともに、固化促進剤で土壌の固化を促進することにより作業性の良好な初期強度を発現することができる。
【００１３】
また本発明によれば、固化促進剤として含まれる半水石膏や高分子凝集剤は、固化剤をほぼ中性に保つとともに、土壌の固化を促進することにより作業性の良好な初期強度を発現する。
【００１４】
また本発明によれば、固化促進剤である半水石膏および高分子凝集剤のうち少なくともいずれか一方、または両方の固化剤中での含有比率を調整することによって、固化処理施工時に土壌の取り扱いが容易な土壌硬さを得ることができ、作業性が向上する。
【００１５】
また本発明によれば、製鋼スラグは、ステンレス鋼の製鋼工程で発生するスラグから地金を回収した後の塊状のスラグを粉砕したものであり、このようなステンレス鋼製造の副産物を利用することによって、処理土壌の長期的強度に優れ、安価で汎用性に優れる固化剤を得ることができる。ここで塊状は、粒状を含む意味に用いる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施の形態である固化剤は、製鋼スラグと土壌の固化を促進する固化促進剤とを含む。製鋼スラグは、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ２）が、０．８〜１．６、組成が、質量％で、（Ｆ）：０．４％未満、（ＣａＯ）：３５〜６５％、（ＳｉＯ２）：２０〜５５％、（Ａｌ２Ｏ３）：４〜９％、Ｆおよび６価Ｃｒの水に対する溶出量が、それぞれＦ：０．８ｍｇ／Ｌ未満、６価Ｃｒ：０．０５ｍｇ／Ｌ未満、粒度が、１７００〜４０００ブレーン、である。以後、組成等を表す含有比率は、特に断らない限り質量％を表すものとする。
【００１７】
以下、製鋼スラグの塩基度等の範囲限定理由について説明する。
塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ２）：０．８〜１．６
製鋼スラグの塩基度は、溶鋼の脱硫に大きな影響をおよぼす。塩基度が０．８未満であると、十分な脱硫反応が得られない。塩基度が１．６を超えると、製鋼スラグの流動性が低下し、溶鋼と製鋼スラグとの接触界面が減少して脱硫反応が促進されない。また、後述する（Ｆ）＜０．４％を達成するには、従来スラグの流動性確保のために添加していた蛍石（ＣａＦ２）の使用量を抑制しなければならない。そこで、蛍石を用いずに製鋼スラグの流動性を確保するには、塩基度を１．６以下にすることが必要になる。したがって、塩基度を０．８〜１．６とする。
【００１８】
（Ｆ）：０．４％未満
製鋼スラグを土壌の固化剤の成分として使用する場合、Ｆ含有量は、土壌環境基準である０．４％未満を満足しなければならない。従来スラグの流動性確保のために使用していた蛍石の使用を制限し、蛍石以外の原料から不可避的に混入する許容量である０．４％未満とする。
【００１９】
（ＣａＯ）：３５〜６５％
ＣａＯは、脱硫反応に必須の成分であり、溶鋼を十分に脱硫するには３５％以上が必要である。６５％を超えると、原料から発生するＳｉＯ２および還元剤による脱酸反応生成物として発生するＳｉＯ２に対するＣａＯの比、すなわち塩基度が高くなり、製鋼スラグの流動性を低下させる。したがって、ＣａＯを３５〜６５％とする。
【００２０】
（ＳｉＯ２）：２０〜５５％
ＳｉＯ２は、原料から発生し、また還元剤による脱酸反応生成物として発生する。２０％未満では、塩基度を高くして製鋼スラグの流動性を低下させる。逆に、５５％を超えると、製鋼スラグの流動性を確保することができるけれども、塩基度が低下して十分な脱硫反応が得られない。したがって、ＳｉＯ２を２０〜５５％とする。
【００２１】
（Ａｌ２Ｏ３）：４〜９％
Ａｌ２Ｏ３は、耐火レンガや原料からの混入が避けられない成分である。しかし、Ａｌ２Ｏ３は、スラグの流動性を確保するために従来使用していた蛍石の役割を補う成分として必要なものであり、その含有量が低過ぎても高過ぎても、スラグの融点が上昇し、スラグの流動性の確保が困難になる。したがって、Ａｌ２Ｏ３を４〜９％とする。
【００２２】
Ｆの溶出量：０．８ｍｇ／Ｌ未満および６価Ｃｒの溶出量：０．０５ｍｇ／Ｌ未満
製鋼スラグは、土壌の固化剤の成分として使用されるので、固化処理後の土壌に含まれて土壌環境基準を満たさなければならない。土壌環境基準の溶出元素の基準を満たすには、それぞれＦの溶出量＜０．８ｍｇ／Ｌ、６価Ｃｒの溶出量＜０．０５ｍｇ／Ｌであることを必要とする。
【００２３】
粒度：１７００〜４０００ブレーン
ここで、ブレーンとは、日本工業規格（ＪＩＳ）Ｒ５２０１に規定される比表面積試験により求められる粉末度のことであり、その単位は、［ｃｍ２／ｇ］である。粒度が１７００未満であると、製鋼スラグの粒子が粗く、土壌粒子の表面積に対する製鋼スラグ粒子の表面積が不足するので、土壌の固化反応を十分に発現することができない。粒度のブレーン値の上限を限定する理由は特にない。しかし、製鋼スラグの粒度を極めて微粉にするには、長時間を必要とするので、工業的な生産性を考慮すると上限を４０００程度とするのが妥当である。したがって、粒度を１７００〜４０００ブレーンとする。
【００２４】
固化促進剤は、半水石膏および高分子凝集剤のうち少なくともいずれか一方を含む。固化剤に含まれる製鋼スラグは、その自硬性によって土壌を固化改良し、土壌の長期的な強度を発現する。しかし、製鋼スラグが土壌を固化する反応は遅効性であるため、製鋼スラグで処理された土壌が十分な強度を発現するには長時間を要する。一方、固化促進剤は、土壌を固化することに速効性があり、初期強度を発現することができる。したがって、固化促進剤は、土壌の固化処理作業中に軟弱な土壌に強度を付与することができるので、土壌の取り扱いを容易にして作業性を向上することができる。
【００２５】
半水石膏は、ほぼ中性であり固化剤に含有させても高アルカリ化することがない。ここで、ほぼ中性とは、ｐＨが５．０〜９．０の範囲にあることをいう。半水石膏は、土壌中の水分と反応して比較的短時間の間に硬化し、軟弱な土壌に初期強度を発現させる。高分子凝集剤としては、たとえばアクリル塩化ポリマーや天然系水溶性高分子カルシウム塩などを用いることができる。これらの高分子凝集剤は、ほぼ中性であり固化剤に含有させても高アルカリ化することがなく、土壌中の水分と反応して比較的短時間の間に硬化し、軟弱な土壌に初期強度を発現させる。
【００２６】
以下、固化剤中の半水石膏および高分子凝集剤のうちのいずれか一方、または両方の含有比率の範囲限定理由について説明する。固化促進剤が半水石膏である場合、製鋼スラグと半水石膏とを混合して得られる混合物中に占める半水石膏の含有比率は、２０〜５０％である。２０％未満であると、土壌の固化処理時の初期強度が十分でなく、作業性の向上効果を十分に得ることができない。逆に５０％を超えると、土壌の固化処理時の固化が急速に進み初期強度が高くなりすぎるので、かえって作業性が低下する。
【００２７】
固化促進剤が高分子凝集剤である場合、製鋼スラグと高分子凝集剤とを混合して得られる混合物中に占める高分子凝集剤の含有比率は、２〜１０％である。２％未満であると、土壌の固化処理時の初期強度が十分でなく、作業性の向上効果を十分に得ることができない。逆に１０％を超えると、土壌の固化処理時の土壌の固化処理時の固化が急速に進み初期強度が高くなりすぎるので、かえって作業性が低下する。また、コストも大幅にアップする。
【００２８】
固化促進剤が半水石膏および高分子凝集剤である場合、製鋼スラグと半水石膏および高分子凝集剤とを混合して得られる混合物中に占める半水石膏および高分子凝集剤の含有比率は、半水石膏が１０〜５０％、高分子凝集剤が２〜１０％である。半水石膏および高分子凝集剤それぞれの範囲の限定理由は、単独で含有される場合と同じである。しかし、複合で含有される場合、半水石膏と高分子凝集剤とを加算した含有比率は、２０〜５０％であることがより好ましい。
【００２９】
図１は、固化剤を製造する工程を簡略化して示す。固化剤を製造する工程は、材料となる製鋼スラグを生成する製鋼工程１と、製鋼スラグの冷却工程２と、生成された製鋼スラグから地金を回収する選鉱工程３と、地金回収後の塊状の製鋼スラグを微粉砕し、固化促進剤と混合して固化剤を製造する固化剤製造工程４とを含む。
【００３０】
製鋼スラグとしては、ステンレス鋼を溶製する製鋼工程１で発生するスラグが好適に用いられる。ステンレス鋼溶製時に得られる製鋼スラグには、電気炉で溶解されるステンレス溶鋼を脱硫処理する工程で生成されるスラグ、および脱硫処理後のステンレス溶鋼を真空脱ガス処理などの二次精錬する工程で生成されるスラグがある。
【００３１】
原料の配合比およびスラグと溶鋼との間の元素分配比についての経験則に基づき、溶製する鋼種ごとにスラグ原料の種類と配合量とを調整して、製鋼スラグの塩基度および組成を前述の限定範囲とすることができる。製鋼スラグ中の（Ｆ）含有量を０．４％未満とすることによって、Ｆの溶出量＜０．８ｍｇ／Ｌを実現することができる。塩基度を低く抑えてスラグの流動性を確保することによって、蛍石の使用を制限し製鋼スラグ中の（Ｆ）含有量を０．４％未満に低減することができる。なお、塩基度を低くすると脱硫反応が弱まるけれども、溶鋼とスラグとを効果的に撹拌し、溶鋼とスラグとの接触頻度および接触界面積を増大させて脱硫反応を促進することにより、低塩基度での十分な脱硫を実現することができる。
【００３２】
６価Ｃｒの溶出量＜０．０５ｍｇ／Ｌを、次のようにして実現することができる。製鋼工程１で脱硫処理後にスラグに還元処理を施す。還元処理によりスラグ中の６価Ｃｒが３価Ｃｒに還元され、またＣｒ酸化物そのものが還元されて金属Ｃｒとなり溶鋼中へ移行する。また、電気炉や二次精錬炉から製鋼スラグを取り出して薬剤により還元処理をしても良い。このような還元処理により、製鋼スラグ中の６価Ｃｒを低減し、６価Ｃｒの溶出量を０．０５ｍｇ／Ｌ未満にすることができる。還元処理が施された後の製鋼スラグは、電気炉や二次精錬炉からノロポットと呼ばれる耐熱容器へと取り出されて冷却工程２で冷却される。冷却後、（Ｆ）＜０．４％を満足する製鋼スラグは、選鉱工程３へと送られる。
【００３３】
図２は、選鉱工程３内での地金と製鋼スラグとを分別する処理を示す。製鋼スラグには、有用な金属成分が比較的多く含有される。そこで、選鉱工程３では、溶製の副原料として再使用するために製鋼スラグ中に含まれる金属成分である地金を回収する。製鋼スラグは、ロッドミル破砕工程３１で、おおまかな大きさに破砕される。破砕された製鋼スラグは、篩い分級工程３２で所定の大きさ以下のものに選り分けられて、湿式の地金回収工程に送られる。なお、篩い分級工程３２で篩いを通過しなかった製鋼スラグは、再びロッドミル破砕工程３１へ戻される。分級された製鋼スラグは、比重選鉱工程３３および磁力選鉱工程３４で地金５のみが選鉱されて回収される。地金５が選鉱された後の製鋼スラグは、シックナー工程３５で、パウダー状の製鋼スラグ６と塊状の製鋼スラグとに分離される。塊状製鋼スラグは、さらにエーキンス分級工程３６で、おおよそ５ｍｍ程度の塊状製鋼スラグ７に分級される。シックナーで分離されたパウダー状製鋼スラグ６を固化剤の材料として用いることができる。しかし、選鉱工程３で既にパウダー状にまで破砕されている製鋼スラグ６は、製鋼スラグの中でも軟質であることが多く、また湿式処理により、塊状スラグに比べて水分により反応がある程度既に進んでいる。したがって、固化改良後の土壌に十分な長期的強度を発現させるには、塊状製鋼スラグ７を固化剤の材料にする方が好ましい。
【００３４】
図１に戻って、固化剤製造工程４では、まずローラーミル粉砕工程４１で塊状製鋼スラグ７を、粒度が１７００〜４０００ブレーンの微粉になるように粉砕する。ローラーミル粉砕工程４１での粒度の調整は、経験則で得られるローラーミルの押圧力と粉砕スラグの粒度との関係に基づき、粒度が１７００〜４０００ブレーンの範囲になるように粉砕条件を調整する。次に、ローラーミルで粉砕された製鋼スラグにガス気流を吹き付け、ガス気流で吹き飛ばされた微粉状製鋼スラグ８をセパレーターで分級して捕集機４２で捕集する。分級に際し、圧力およびセパレーター回転数を調整して１７００〜４０００ブレーンの範囲内にある微粉状製鋼スラグ８のみを捕集機４２へ導くようにする。微粉状製鋼スラグ８と、半水石膏および高分子凝集剤のうち少なくともいずれか一方を含む固化促進剤９とを、前述した限定範囲の含有比率になるように準備し、微粉状製鋼スラグ８と固化促進剤９とを混合機３３で混合して固化剤１０を製造する。
【００３５】
（実施例）
以下、本発明の実施例について説明する。本実施例では、軟弱な土壌を固化剤で固化処理し、処理後の土壌について特性を評価した。供試材とした実施例の固化剤には、前述の図１に示す工程で製造したものを使用した。実施例の固化剤の材料として使用した製鋼スラグの塩基度、組成および溶出量を表１に示す。この製鋼スラグの粒度は、１８００〜３８５０ブレーンであった。
【００３６】
【表１】
【００３７】
表１に示す製鋼スラグと、固化促進剤として半水石膏および高分子凝集剤のうち少なくともいずれか一方とを混合機４３で混合して４種類の固化剤を準備した。これらの固化剤を実施例１、実施例２、実施例３および実施例４と呼ぶ。実施例１の固化剤は、固化促進剤が半水石膏である。実施例１で製鋼スラグと半水石膏とを混合して得られる混合物中に占める半水石膏の含有比率は、３３．３％である。実施例２の固化剤は、固化促進剤が高分子凝集剤である。実施例２の高分子凝集剤にはアクリル塩化ポリマーを使用した。実施例２で製鋼スラグと高分子凝集剤とを混合して得られる混合物中に占める高分子凝集剤の含有比率は、２．０％である。実施例３の固化剤は、固化促進剤が高分子凝集剤である。実施例３の高分子凝集剤には天然系水溶性高分子カルシウム塩を使用した。実施例３で製鋼スラグと高分子凝集剤とを混合して得られる混合物中に占める高分子凝集剤の含有比率は、４．８％である。実施例４の固化剤は、固化促進剤が半水石膏および高分子凝集剤である。実施例４の高分子凝集剤には天然系水溶性高分子カルシウム塩を使用した。実施例４で製鋼スラグと固化促進剤とを混合して得られる混合物中に占める半水石膏の含有比率は、４８．１％であり、高分子凝集剤の含有比率は、３．８％である。比較例の固化剤として、市販のセメント系固化剤であるポルトランドセメントを用いた。固化処理の対象である土壌１ｍ３に対して使用した実施例および比較例の固化剤の配合量を表２に示す。
【００３８】
【表２】
【００３９】
実施例１ないし実施例３の固化剤および比較例の固化剤を用いて軟弱な建設土壌の固化処理を行った。また、実施例４の固化剤を用いて浚渫土の固化処理を行った。固化処理後の土壌について、強度、ｐＨおよび各種元素の溶出量を測定した。
【００４０】
以下、評価指標である強度、ｐＨおよび溶出量の測定方法について説明する。強度については、ＪＩＳ−Ａ１２２８に従ってコーン指数を測定した。コーン指数は、その値が大きいほど土壌の強度が高いことを表す。初期強度として、固化処理後１日〜３日経過時のコーン指数を測定して評価した。また、固化処理後７日経過する時点までのコーン指数を測定して、強度の経時変化を求めるとともに、製鋼スラグによる長期的強度発現の状態を評価した。初期強度と作業性との関係は、予め表２に示す以外の種々の固化剤についても、固化処理後１日〜３日経過時点で盛土作業を行い、体感によって作業性を評価し、そのときのコーン指数を測定して求めた。初期強度としては、４００〜２０００ｋＮ／ｍ２である場合、土壌を取り扱い易く作業性が良好であった。また、長期的強度については、８００ｋＮ／ｍ２以上であれば、建設土などとして十分な恒久的強度であると評価した。
【００４１】
土壌のｐＨについては、地盤工学会基準（ＪＧＳ）Ｔ２１１に規定される「土懸濁液のｐＨ試験方法」に従って測定した。ｐＨは、５．０〜９．０の範囲内にある場合、ほぼ中性であると評価した。なお、ｐＨは、水質汚濁防止法に定められる「海域以外の公共用水域に排水されるもの」についての排水基準である５．８〜８．６を満足することが一層好ましい。
【００４２】
溶出量については、環境庁告示第４６号「土壌の汚染に係る環境基準について」に従って測定した。溶出量を測定した元素は、カドミウム（Ｃｄ）、鉛（Ｐｂ）、６価Ｃｒ、ヒ素（Ａｓ）、総水銀（ｔ．Ｈｇ）、セレン（Ｓｅ）、フッ素（Ｆ）およびホウ素（Ｆ）である。これらの元素の溶出量が環境庁告示第４６号に示される基準値以下である場合、固化剤を使用する上で問題なしと評価した。
【００４３】
土壌のコーン指数を測定した結果を表３に示す。表３中で空白の欄は未測定であることを表し、横棒（━）で示す欄は強度が高すぎて測定不能であったことを表す。固化処理後１日〜３日経過時の初期強度についてみると、実施例１〜４では、いずれも上記作業性の良好な強度の範囲を満足する。固化処理後の日数経過とともに強度は増大し、７日経過時の強度についてみると、実施例１ないし実施例４のいずれも８００ｋＮ／ｍ２を超える強度であり、十分な恒久的土壌強度が得られた。初期強度は、前述の限定範囲の含有比率になるように調整した固化促進剤により発現されたものであり、７日経過時の長期的強度は、固化反応を発揮するのに時間を要するが固化強度に優れる製鋼スラグにより発現されたものである。
【００４４】
【表３】
【００４５】
ｐＨの測定結果を表４に示す。表４中で、空白の欄は未測定であることを表す。実施例１ないし実施例４のｐＨは、７日経過時点で最小８．１７、最大８．３１であり、中性と評価する５．０〜９．０の範囲を満足し、さらに水質汚濁防止法の排水基準である５．８〜８．６の範囲をも満足する。ただし、実施例１および実施例２では、固化処理後１日経過時のｐＨが９．０を超え、ややアルカリであった。しかし、実施例１は、２日経過した時点でｐＨ９．０以下を満足し、以降日数経過とともにｐＨはさらに減少し、７日経過時には前述のように中性と評価する範囲を十分に満足する値になる。実施例２については、３日経過後および７日経過後についての測定結果のみであるが、３日経過時および７日経過時のｐＨ測定値が実施例１の測定値と同水準であることから、実施例１と同様なｐＨ推移挙動を示すと考えられる。したがって、実施例２も固化処理後数日経過すれば、実施例１と同様ｐＨ９．０程度の中性になるものと思われる。一方、比較例のセメント系固化剤では、固化処理後１日経過時では、ｐＨ１１．９の高アルカリであった。セメント系固化剤は、その後日数経過してもｐＨはほとんど低下せず、７日経過時点でもｐＨ１１．２と高アルカリであった。
【００４６】
【表４】
【００４７】
溶出量の測定結果を表５に示す。表５中で、ＮＤで示す欄は、各元素についての溶出量が検出限界値以下であったことを示す。実施例１および実施例２では、ＦおよびＢの溶出が認められたけれども、いずれも基準値以下の検出量であり問題がない。実施例１および実施例２のＦおよびＢ以外の元素については検出限界値以下であり、また実施例３および実施例４については、すべての元素が検出限界値以下であった。したがって、溶出量の観点から、実施例１ないし実施例４を固化剤として使用することに全く問題がない。なお、比較例のセメント系固化剤でも重金属等の溶出は基準値以下であった。
【００４８】
【表５】
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】固化剤を製造する工程を簡略化して示す図である。
【図２】選鉱工程３内での地金と製鋼スラグとを分別する処理を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１ 製鋼工程
２ 冷却工程
３ 選鉱工程
４ 固化剤製造工程
７ 塊状製鋼スラグ
８ 微粉状製鋼スラグ
９ 固化促進剤
１０ 固化剤
【特許請求の範囲】
【請求項１】
土壌を固化改良する固化剤において、
製鋼スラグと、土壌の固化を促進する固化促進剤と、を含み、
製鋼スラグは、
塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ２）が、０．８〜１．６、
組成が、質量％で、（Ｆ）：０．４％未満、（ＣａＯ）：３５〜６５％、（ＳｉＯ２）：２０〜５５％、（Ａｌ２Ｏ３）：４〜９％、
Ｆおよび６価Ｃｒの水に対する溶出量が、それぞれＦ：０．８ｍｇ／Ｌ未満、６価Ｃｒ：０．０５ｍｇ／Ｌ未満、
粒度が、１７００〜４０００ブレーン、であることを特徴とする固化剤。
【請求項２】
前記固化促進剤は、
半水石膏および高分子凝集剤のうち少なくともいずれか一方を含むことを特徴とする請求項１記載の固化剤。
【請求項３】
前記固化促進剤は半水石膏であり、
前記製鋼スラグと半水石膏とを混合して得られる混合物中に占める半水石膏の含有比率は、２０〜５０質量％であることを特徴とする請求項２記載の固化剤。
【請求項４】
前記固化促進剤は高分子凝集剤であり、
前記製鋼スラグと高分子凝集剤とを混合して得られる混合物中に占める高分子凝集剤の含有比率は、２〜１０質量％であることを特徴とする請求項２記載の固化剤。
【請求項５】
前記固化促進剤は半水石膏および高分子凝集剤であり、
前記製鋼スラグと半水石膏および高分子凝集剤とを混合して得られる混合物中に占める半水石膏および高分子凝集剤の含有比率は、半水石膏が１０〜５０質量％、高分子凝集剤が２〜１０質量％であることを特徴とする請求項２記載の固化剤。
【請求項６】
前記製鋼スラグは、
ステンレス鋼を溶製する製鋼工程で発生するスラグから地金を回収し、地金回収後の塊状のスラグを粉砕して得られる製鋼スラグであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の固化剤。
【請求項１】
土壌を固化改良する固化剤において、
製鋼スラグと、土壌の固化を促進する固化促進剤と、を含み、
製鋼スラグは、
塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ２）が、０．８〜１．６、
組成が、質量％で、（Ｆ）：０．４％未満、（ＣａＯ）：３５〜６５％、（ＳｉＯ２）：２０〜５５％、（Ａｌ２Ｏ３）：４〜９％、
Ｆおよび６価Ｃｒの水に対する溶出量が、それぞれＦ：０．８ｍｇ／Ｌ未満、６価Ｃｒ：０．０５ｍｇ／Ｌ未満、
粒度が、１７００〜４０００ブレーン、であることを特徴とする固化剤。
【請求項２】
前記固化促進剤は、
半水石膏および高分子凝集剤のうち少なくともいずれか一方を含むことを特徴とする請求項１記載の固化剤。
【請求項３】
前記固化促進剤は半水石膏であり、
前記製鋼スラグと半水石膏とを混合して得られる混合物中に占める半水石膏の含有比率は、２０〜５０質量％であることを特徴とする請求項２記載の固化剤。
【請求項４】
前記固化促進剤は高分子凝集剤であり、
前記製鋼スラグと高分子凝集剤とを混合して得られる混合物中に占める高分子凝集剤の含有比率は、２〜１０質量％であることを特徴とする請求項２記載の固化剤。
【請求項５】
前記固化促進剤は半水石膏および高分子凝集剤であり、
前記製鋼スラグと半水石膏および高分子凝集剤とを混合して得られる混合物中に占める半水石膏および高分子凝集剤の含有比率は、半水石膏が１０〜５０質量％、高分子凝集剤が２〜１０質量％であることを特徴とする請求項２記載の固化剤。
【請求項６】
前記製鋼スラグは、
ステンレス鋼を溶製する製鋼工程で発生するスラグから地金を回収し、地金回収後の塊状のスラグを粉砕して得られる製鋼スラグであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の固化剤。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−１２０９８７（Ｐ２０１０−１２０９８７Ａ）
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９３３２６（Ｐ２００８−２９３３２６）
【出願日】平成２０年１１月１７日（２００８．１１．１７）
【出願人】（０００００４５８１）日新製鋼株式会社 (1,178)
【出願人】（５０８３４１７５１）株式会社エコシステム (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月１７日（２００８．１１．１７）
【出願人】（０００００４５８１）日新製鋼株式会社 (1,178)
【出願人】（５０８３４１７５１）株式会社エコシステム (3)
【Ｆターム（参考）】
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