專利名稱：固化材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及地基改良用的固化材料，特別涉及適合于高含水量土和高有機質(zhì)土等的固化處理的固化材料。
背景技術：
一直以來，在土木和建設領域中，為了有效利用河流、湖泊、海洋等附近的由污泥等構成的軟地基，以固化材料對它們進行固化。此外，為了防止在河流、湖泊、海洋等中進行的土木建設工程的過程中產(chǎn)生的建設污泥的再污泥化，也使用固化材料。
作為這種固化材料的一例，提出有如下的土壤固化材料以在800～900℃下燒結而成的造紙漿灰為原料，將50～70質(zhì)量％造紙漿灰、10質(zhì)量％高爐礦渣微粉、10～20質(zhì)量％石灰或生石灰、10～20質(zhì)量％無水石膏或熟石膏混合而成(例如專利文獻1)。
然而，這樣的土壤固化材料因土的種類(例如高含水量土和高有機質(zhì)土等)不同，可能會有即使大量使用也難以獲得目標強度的情況，或者經(jīng)固化處理的土的耐久性低。
專利文獻1日本專利特開2002-88362號公報發(fā)明的揭示因此，本發(fā)明的目的在于提供適合于高含水量土和高有機質(zhì)土等軟土的固化處理的固化材料。
在所述的實際情況下，本發(fā)明人認真研究后發(fā)現(xiàn)，如果組合具有特定的水硬率、硅酸率和鐵率的燒結物的粉碎物與石膏使用，則可以獲得適合于高含水量土和高有機質(zhì)土等軟土的固化處理的固化材料，從而完成了本發(fā)明。
即，本發(fā)明提供含有水硬率(H.M.)為1.8～2.3、硅酸率(S.M.)為1.3～2.3、鐵率(I.M.)為1.3～2.8的燒結物A的粉碎物和石膏的固化材料。
本發(fā)明的固化材料在用于高含水量土和高有機質(zhì)土等軟土時也可以獲得高強度。此外，經(jīng)固化處理的土的耐久性也良好。
另外，也可以使用以工業(yè)廢棄物、一般廢棄物、工程建設廢土為原料的燒結物，所以可以促進廢棄物的有效利用。
實施發(fā)明的最佳方式本發(fā)明中所用的燒結物A的水硬率(H.M.)為1.8～2.3，較好是2～2.2。水硬率不到1.8時，燒結物中的3CaO·SO2(C3S)的含量少，經(jīng)固化處理的土的早期強度表現(xiàn)性下降，而且燒結物A的燒結也困難。若水硬率超過2.3，雖然經(jīng)固化處理的土的早期強度表現(xiàn)性提高，但長期強度的持續(xù)性變差。
燒結物A的硅酸率(S.M.)為1.3～2.3，較好是1.5～2。硅酸率不到1.3時，燒結物A的燒結變得困難。若硅酸率超過2.3，則經(jīng)固化處理的土的強度表現(xiàn)性下降，而且燒結物中的3CaO·Al2O3(C3A)和4CaO·Al2O3·Fe2O3(C4AF)的含量減少，燒結物A的燒結變得困難。
此外，燒結物A的鐵率(I.M.)為1.3～2.8，較好是1.5～2.6。鐵率不到1.3時，燒結物A的粉碎性下降，而且經(jīng)固化處理的土的早期強度表現(xiàn)性下降。若鐵率超過2.8，則燒結物中的C3A含量增多，為了表現(xiàn)出所需的固化性能而要添加的石膏量增加，在成本方面是不利的。
另外，水硬率(H.M.；hydraulic modulus)、硅酸率(S.M.；silica modulus)、鐵率(I.M.；iron modulus)以下式表示。
燒結物A可以使用一般的硅酸鹽水泥熟料的原料進行制造，即石灰石、生石灰、消石灰等CaO原料，硅石、粘土等SiO2原料，粘土等Al2O3原料，鐵礦渣、鐵塊等Fe2O3原料。
此外，本發(fā)明中，作為燒結物A的原料，可以使用選自工業(yè)廢棄物、一般廢棄物和工程建設廢土的1種以上。作為工業(yè)廢棄物，可以例舉新制混凝土淤渣、各種污泥(例如下水道污泥、凈水污泥、建筑污泥、制鐵污泥等)、建筑廢料、混凝土廢料、鉆探廢棄土、各種焚燒灰、鑄型砂、石棉、廢玻璃、高爐二次灰等。作為一般廢棄物，可以例舉下水道污泥干粉、都市垃圾焚燒灰、貝殼等。作為工程建設廢土，可以例舉由建筑工地和工程工地等產(chǎn)生的泥土和殘渣以及廢棄土壤等。
可以將這些原料混合，使其達到規(guī)定的水硬率、硅酸率、鐵率，較好是在1200～1550℃、更好是1350～1450℃的溫度下進行燒結，從而制造燒結物A。
混合各原料的方法沒有特別限定，可以使用慣用的裝置等。此外，燒結所用的裝置也沒有特別限定，可以使用例如轉(zhuǎn)爐等。用轉(zhuǎn)爐進行燒結時，可以使用替代燃料的廢棄物，例如廢油、廢輪胎、廢塑料等。
作為本發(fā)明中所用的石膏，沒有特別限定，可以例舉生石膏、α型或β型熟石膏、無水石膏等，可以使用1種，或2種以上組合使用。特別是從經(jīng)固化處理的土的強度表現(xiàn)性和耐久性等角度來看，較好是使用無水石膏。
本發(fā)明的固化材料中，從經(jīng)固化處理的土的強度表現(xiàn)性和耐久性等角度來看，石膏的含量相對于100質(zhì)量份燒結物A的粉碎物以SO3換算較好是1～15質(zhì)量份，特別好是3～10質(zhì)量份。
本發(fā)明的固化材料可以通過例如(1)同時粉碎燒結物A和石膏來進行制造的方法，(2)粉碎燒結物A后在該粉碎物中混合石膏來進行制造的方法等進行制造。
(1)的情況下，燒結物A和石膏較好是粉碎至布萊恩比表面積為2500～4500cm2/g，特別好是3000～4500cm2/g。
(2)的情況下，燒結物A較好是粉碎至布萊恩比表面積為2500～4500cm2/g，特別好是3000～4500cm2/g，石膏較好是使用布萊恩比表面積為2500～7000cm2/g、特別好是3000～6000cm2/g的材料。
另外，從經(jīng)固化處理的土的強度表現(xiàn)性和耐久性以及固化材料的成本等角度來看，本發(fā)明的固化材料的布萊恩比表面積較好是2500～4500cm2/g，特別好是3000～4500cm2/g。
本發(fā)明的固化材料可以含有選自高爐礦渣粉末、粉煤灰、石灰石粉末、硅石粉末和硅粉的1種以上的無機粉末。通過含有這些無機粉末，可以使經(jīng)固化處理的土的長期強度進一步增大。
從經(jīng)固化處理的土的強度表現(xiàn)性和耐久性以及固化材料的成本等角度來看，高爐礦渣粉末、粉煤灰、石灰石粉末、硅石粉末的布萊恩比表面積較好是3000～10000cm2/g，特別好是4000～9000cm2/g。此外，硅粉的BET比表面積較好是5～25m2/g，特別好是5～20m2/g。
從經(jīng)固化處理的土的強度表現(xiàn)性和耐久性等角度來看，固化材料中的無機粉末含量在例如采用高爐礦渣粉末的情況下，相對于100質(zhì)量份燒結物A的粉碎物，較好是在150質(zhì)量份以下，特別好是20～100質(zhì)量份。粉煤灰、石灰石粉末、硅石粉末相對于100質(zhì)量份燒結物A的粉碎物，較好是在10～100質(zhì)量份，特別好是20～80質(zhì)量份，硅粉相對于100質(zhì)量份燒結物A的粉碎物，較好是在1～50質(zhì)量份，特別好是5～30質(zhì)量份。
含有無機粉末的固化材料可以通過例如(3)在由燒結物A和石膏構成的固化材料中混合無機粉末來進行制造的方法，(4)在燒結物A和無機粉末的同時粉碎物中混合石膏來進行制造的方法，(5)在燒結物A的粉碎物中混合石膏和無機粉末來進行制造的方法，(6)將燒結物A、石膏和無機粉末同時粉碎來進行制造的方法等進行制造。
從經(jīng)固化處理的土的強度表現(xiàn)性和耐久性等角度來看，含無機粉末的固化材料的布萊恩比表面積較好是2500～5000cm2/g，特別好是3000～4500cm2/g。
本發(fā)明的固化材料還可以含有燒結物B，燒結物B中相對于100質(zhì)量份2CaO·SiO2(C2S)含有10～2000質(zhì)量份2CaO·Al2O3·SiO2(C2AS)，且3CaO·Al2O3(C3A)的含量在20質(zhì)量份以下。通過含有燒結物B，可使經(jīng)固化處理的土的長期強度增大。
燒結物B含有C2S和C2AS，相對于100質(zhì)量份C2S，含有10～2000質(zhì)量份、較好是10～200質(zhì)量份、特別好是10～100質(zhì)量份C2AS。C2AS含量不到10質(zhì)量份時，燒結變得困難，而且生成的C2S為不具有水合活性的γ型C2S的可能性升高，無法使經(jīng)固化處理的土的長期強度充分增大。另一方面若C2AS含量超過2000質(zhì)量份，則無法充分獲得使經(jīng)固化處理的土的長期強度增大的效果。
此外，燒結物B中，C3A相對于100質(zhì)量份C2S的含量在20質(zhì)量份以下，較好是10質(zhì)量份以下。若C3A的含量超過20質(zhì)量份，則無法使經(jīng)固化處理的土的長期強度充分增大。
燒結物B可以使用一般的硅酸鹽水泥熟料的原料進行制造，即石灰石、生石灰、消石灰等CaO原料，硅石、粘土等SiO2原料，粘土等Al2O3原料，鐵礦渣、鐵塊等Fe2O3原料。
此外，燒結物B可以使用例如選自工業(yè)廢棄物、一般廢棄物和工程建設廢土的1種以上作為原料。作為工業(yè)廢棄物，可以例舉煤灰；新制混凝土淤渣、下水道污泥、凈水污泥、建筑污泥、制鐵污泥等各種污泥；鉆探廢棄土、各種焚燒灰、鑄型砂、石棉、廢玻璃、高爐二次灰、建筑廢料、混凝土廢料等。作為一般廢棄物，可以例舉下水道污泥干粉、都市垃圾焚燒灰、貝殼等。此外，作為工程建設廢土，可以例舉由建筑工地和工程工地等產(chǎn)生的泥土和殘渣以及廢棄土壤等。
另外，根據(jù)燒結物B的原料組成，特別是使用前述選自工業(yè)廢棄物、一般廢棄物和工程建設廢土的1種以上作為原料時，會生成4CaO·Al2O3·Fe2O3(C4AF)，燒結物B中，C2AS的一部分、較好是C2AS的70質(zhì)量％以下可以被C4AF置換。如果C4AF的置換超出該范圍，則燒結的溫度范圍變窄，燒結物B的制造變得難以管理。
燒結物B的礦物組成可以根據(jù)使用原料中的CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的各含量(質(zhì)量％)由下式求得。
C4AF＝3.04×Fe2O3C3A＝1.61×CaO-3.00×SiO2-2.26×Fe2O3C2AS＝-1.63×CaO+3.04×SiO2+2.69×Al2O3+0.57×Fe2O3C2S＝1.02×CaO+0.95×SiO2-1.69×Al2O3-0.36×Fe2O3可以將如上所述的原料以規(guī)定的組成進行混合，較好是在1000～1350℃、更好是1150～1350℃的溫度下進行燒結，從而制造燒結物B。
混合各原料的方法沒有特別限定，可以使用慣用的裝置等。此外，燒結所用的裝置也沒有特別限定，可以使用例如轉(zhuǎn)爐等。用轉(zhuǎn)爐進行燒結時，可以使用替代燃料的廢棄物，例如廢油、廢輪胎、廢塑料等。
從經(jīng)固化處理的土的強度表現(xiàn)性和耐久性等角度來看，燒結物B的粉碎物的含量相對于100質(zhì)量份燒結物A的粉碎物較好是10～100質(zhì)量份，特別好是20～60質(zhì)量份。
含有燒結物B的粉碎物的固化材料可以通過例如(7)將燒結物A、燒結物B和石膏同時粉碎來進行制造的方法，(8)將燒結物A和燒結物B同時粉碎后在該粉碎物中混合石膏來進行制造的方法，(9)將燒結物A和石膏同時粉碎后在該粉碎物中混合燒結物B的粉碎物來進行制造的方法，(10)將燒結物B和石膏同時粉碎后在該粉碎物中混合燒結物A的粉碎物來進行制造的方法，(11)分別粉碎燒結物A、燒結物B后將該粉碎物和石膏混合來進行制造的方法，
(12)在上述(7)～(11)中混合無機粉末來進行制造的方法等進行制造。
(7)的情況下，從經(jīng)固化處理的土的強度表現(xiàn)性和耐久性等角度來看，燒結物A、燒結物B和石膏的布萊恩比表面積較好是2500～4500cm2/g，特別好是3000～4500cm2/g。
(8)的情況下，燒結物A和燒結物B較好是粉碎至布萊恩比表面積為2500～4500cm2/g，特別好是3000～4500cm2/g，石膏較好是使用布萊恩比表面積為2500～7000cm2/g、特別好是3000～6000cm2/g的材料。
(9)的情況下，燒結物A和石膏較好是粉碎至布萊恩比表面積為2500～4500cm2/g，特別好是3000～4500cm2/g，燒結物B較好是使用布萊恩比表面積為2500～4500cm2/g、特別好是3000～4500cm2/g的材料。
(10)的情況下，燒結物B和石膏較好是粉碎至布萊恩比表面積為2500～4500cm2/g，特別好是3000～4500cm2/g，燒結物A較好是使用布萊恩比表面積為2500～4500cm2/g、特別好是3000～4500cm2/g的材料。
(11)的情況下，燒結物A、燒結物B較好是分別粉碎至布萊恩比表面積為2500～4500cm2/g，特別好是3000～4500cm2/g，石膏較好是使用布萊恩比表面積為2500～7000cm2/g、特別好是3000～6000cm2/g的材料。
另外，從經(jīng)固化處理的土的強度表現(xiàn)性和耐久性以及固化材料的成本等角度來看，含有燒結物A的粉碎物、燒結物B的粉碎物和石膏的固化材料的布萊恩比表面積較好是2500～4500cm2/g，特別好是3000～4500cm2/g。
此外，從經(jīng)固化處理的土的強度表現(xiàn)性和耐久性以及固化材料的成本等角度來看，含有燒結物A的粉碎物、燒結物B的粉碎物、石膏和無機粉末的固化材料的布萊恩比表面積較好是2500～5000cm2/g，特別好是3000～4500cm2/g。
為了經(jīng)固化處理的土的強度表現(xiàn)性和耐久性的提高，本發(fā)明的固化材料可以使用木素類、萘磺酸類、三聚氰胺類、聚羧酸類的減水劑(包括AE減水劑、高性能減水劑、高性能AE減水劑)等混合劑。
使用本發(fā)明的固化材料對地基進行固化處理時的添加量也根據(jù)作為對象的土的性狀和施工條件、經(jīng)固化處理的土的要求強度而不同，一般每1m3作為對象的土較好是50～300kg，特別好是100～250kg。
本發(fā)明的固化材料可以通過例如1)在作為對象的土中以粉體的狀態(tài)直接添加混合的干法添加、2)加水制成漿料而進行添加混合的漿料添加來使用。漿料添加的情況下，水/固化材料的質(zhì)量比值較好是0.5～1.5，特別好是0.6～1.0。
實施例以下，例舉實施例，對本發(fā)明進行更詳細的說明，但本發(fā)明并不局限于這些實施例。
實施例1～3(1)燒結物A的制造作為原料，使用下水道污泥、工程建設廢土和石灰石等一般的硅酸鹽水泥熟料，調(diào)合原料，使其達到表1所示的水硬率(H.M.)、硅酸率(S.M.)、鐵率(I.M.)。將調(diào)合原料用小型轉(zhuǎn)爐在1400～1450℃進行燒結，得到燒結物A。這時，作為燃料，除了一般的重油之外，使用了廢油和廢塑料。使用的下水道污泥、工程建設廢土的化學組成如表2所示。
另外，各燒結物中的游離石灰量為0.6～1質(zhì)量％。
(燒結物A)


(2)固化材料的制造將表1的各燒結物A用間歇式球磨機粉碎至布萊恩比表面積為3250±50cm2/g。相對于100質(zhì)量份該粉碎物，添加無水石膏(布萊恩比表面積5800cm2/g)，使其以SO3換算達到7質(zhì)量份，制成固化材料。
(3)單軸壓縮強度試驗對于按照“JGS 0821(穩(wěn)定處理土的不進行壓實的試件制作方法)”制成的試件，按照“JIS A 1216(土的單軸壓縮試驗方法)”測定壓縮強度(7天和28天)。結果示于表3。
另外，本試驗中，作為對象的土使用含水率30％的砂質(zhì)土、含水率75％的粘性土和含水率175％的關東壚坶，固化材料的添加量對于砂質(zhì)土每1m3為60kg，對于粘性土每1m3為100kg，對于關東壚坶每1m3為250kg，[表3]

由表3的結果可知，使用本發(fā)明的固化材料的情況下，經(jīng)固化處理的土的強度表現(xiàn)性良好，超過實用所需的值。
實施例4～6(1)固化材料的制造將表1的各燒結物A用間歇式球磨機粉碎至布萊恩比表面積為3250±50cm2/g。相對于100質(zhì)量份該粉碎物，添加無水石膏(布萊恩比表面積5800cm2/g)，使其以SO3換算達到7質(zhì)量份，混合70質(zhì)量份高爐礦渣粉末(布萊恩比表面積4500cm2/g)，得到固化材料。
(2)單軸壓縮強度試驗與實施例1～3同樣地進行操作，對含水率400％的污泥進行固化處理，測定壓縮強度(7天和28天)。固化材料的添加量為每1m3污泥200kg結果示于表4。


由表4的結果可知，使用含有高爐礦渣粉末的本發(fā)明的固化材料的情況下，經(jīng)固化處理的土的強度表現(xiàn)性也良好，超過實用所需的值。
實施例7～11(1)燒結物B的制造作為原料，使用石灰石、下水道污泥，以表5所示的組成調(diào)合，用小型轉(zhuǎn)爐在1300℃進行燒結，得到燒結物B。這時，燃料除一般的重油之外，還使用了廢油和廢塑料。燒結后，用間歇式球磨機粉碎至布萊恩比表面積為3250cm2/g。


(2)固化材料的制造將表1的各燒結物A用間歇式球磨機粉碎至布萊恩比表面積為3250±50cm2/g。相對于100質(zhì)量份該粉碎物，以表6所示的比例混合無水石膏(布萊恩比表面積5800cm2/g)、高爐礦渣粉末(布萊恩比表面積4500cm2/g)和上述燒結物B，得到固化材料。
(3)單軸壓縮強度試驗與實施例1～3同樣地進行操作，對含水率400％的污泥進行固化處理，測定壓縮強度(7天和28天)。固化材料的添加量為每1m3污泥200kg結果示于表6。


*SO3換算由表6的結果可知，使用含有燒結物B的本發(fā)明的固化材料的情況下，經(jīng)固化處理的土的強度表現(xiàn)性良好，超過實用所需的值。
權利要求
1.固化材料，其特征在于，含有水硬率(H.M.)為1.8～2.3、硅酸率(S.M.)為1.3～2.3、鐵率(I.M.)為1.3～2.8的燒結物A的粉碎物和石膏。
2.如權利要求1所述的固化材料，其特征在于，還含有選自高爐礦渣粉末、粉煤灰、石灰石粉末、硅石粉末和硅粉的1種以上的無機粉末。
3.如權利要求1或2所述的固化材料，其特征在于，還含有燒結物B的粉碎物，燒結物B中相對于100質(zhì)量份2CaO·SiO2含有10～2000質(zhì)量份2CaO·Al2O3·SiO2，且3CaO·Al2O3的含量在20質(zhì)量份以下。
4.如權利要求1～3中任一項所述的固化材料，其特征在于，燒結物A以選自工業(yè)廢棄物、一般廢棄物、工程建設廢土的1種以上為原料制造。
5.如權利要求3或4所述的固化材料，其特征在于，燒結物B以選自工業(yè)廢棄物、一般廢棄物、工程建設廢土的1種以上為原料制造。
全文摘要
含有水硬率(H.M.)為1.8～2.3、硅酸率(S.M.)為1.3～2.3、鐵率(I.M.)為1.3～2.8的燒結物A的粉碎物和石膏的固化材料。該固化材料用于地基改良，特別適合于高含水量土和高有機質(zhì)土等軟土的固化處理。
文檔編號C09K103/00GK101035879SQ20048004414
公開日2007年9月12日 申請日期2004年10月4日 優(yōu)先權日2004年10月4日
發(fā)明者沢木大介, 佐野獎, 本間健一, 一坪幸輝, 松本健一, 市川牧彥 申請人:太平洋水泥株式會社