廃棄発泡スチロールと低品質建設発生土の

岡田園

長 崎 大 学 工 学 部 研 究 報 告 第30巻 第54号 平 成12年1月 75 

廃棄発泡スチロールと低品質建設発生土の

軽量積層擁壁裏込め材としての再利用に関する基礎的研究

棚 橋 由 彦 * 陣 野 晃 ‑ 茂 山 史 憲 日 清 水 裕 介 ‑ 長 野 車川*

Experimental Study on Reuse of Expanded Polystyrene Wastes  and Low Quality Construction Surplus Soils  as  Lightweight  Fi

l 1  

Materials behind Retaining Wa

l 1  

by 

Yoshihiko T ANABASHI*，  Akira JINNO*ホ

Fuminori SHIGEYAMA**， Yusuke SHIMIZU** 

and Taku NAGANO* *本

ABSTRACT 

Expanded polystyrene wastes are accumulated in  huge amounts. The lack of reclamation sites has acc‑ elerated the need to find methods of reuse these wastes as construction materials. It is very serious issue  to  reuse of low quality construction surplus soi1s because the  law wi11 be prepared that 90% surplus  soils  sho‑ uld  be reused at the site in  the near future. 

In this  paper， a new attempt was made to  investigate  the efficiency of the expanded polystyrene wast‑ es  with surplus soils as  lightweight fill  materials behind retaining wall.  For this purposes the physical chara‑ cteristics  of the expanded polystyrenes and surplus soi1s were examined respectively. Furtherrnore， retaining  wall  model tests  were conducted by alternately  sandwiching the polystyrene between the surplus soil  layers  The stability and deformation behavior of the ful  were eva1uated. 

1.はじめに

生活廃棄物の代表格である廃棄発泡スチロールは， 梱包緩衝材，生鮮食糧輸送，弁当箱等々，生活のあらゆ る場面で目にする最も一般的な廃棄物である しかしな がら，廃棄発泡スチロールを焼却処分する場合には， 多くの資源・エネルギーが必要になるばかりか，周辺に ダイオキシン等有害物質を発生させる可能性も高い.ま た現在，廃棄物処分場の確保が困難となってきており，

埋立て処理量にも限界がある.こうした廃棄発泡スチロー ルをリサイクルし，新たな製品として再利用する技術の 開発が急務となっている しかし，現状の再利用技術は，

多くの場合，多大な資源・エネルギーが必要になり，社 会全体からみればむしろマイナス要素になることが多い

平成11年10月26日受理

・社会開発工学科(CivilEngineering Department) 

一方，近年，都市開発の活発化や地下利用の増大に 伴い，建設現場から発生する低品質な建設発生土の増 加も問題となっている.特に土工や波諜工事等の建設 現場から発生する低品質な軟弱土や粘性土は増加の一 途を辿っている.このような建設発生土は処分する適 地の確保が困難な状況にあり，処分費用も急騰している ため，社会的要請として有効利用促進が求められている 本研究の目的は，廃棄発泡スチロールの軽量性に着 目し，低品質建設発生土と積層することにより，軽量 盛土材，擁壁裏込め材としての再利用を図るための研 究開発を行うことにある.すなわち，砕片状に破砕し た廃棄発泡スチロールと低品質建設発生土をサンドイツ チ状に撒き出し，転圧することにより，軽量盛土を構

修士課程 (社会開発工学専攻)(Graduated Student， Civil Engineering Specialty) 

H ・4年次学生(社会開発工学科)(Undergraduate Student， Givil Engineering Department) 

76  ^{棚 橋 由 彦・}陣 野 晃 ・ 茂山 史憲 清 水 裕 介‑長 野 卓

築する工法を開発する本軽量盛土を軟弱地盤上に施 工すれば，地盤の圧密沈下を大幅に軽減することが可 能 と な る ま た，擁護の裳込め材として使用すること により，土庄の低減を図り，擁壁の駆体をスリム化で き，コスト縮減が可能となる また，本工法は施工的 にも比較的簡便であることから，土木構造物の工事費 の低減に様々な場面で寄与するものと考えられるーさ らに本工法は経済的効果だけでなく，環境面からみて も有用な技術である.

そのための基礎資料として，廃棄発泡スチロールお よび建設発生土の物理‑力学‑強度特性ならびに小型 模型実験による擁壁裏込め材としての積層材の変形挙 動を把握する

2.材料特性'1

2. 1 実験材料

軽量積層擁壁裏込め材として使用する廃棄発泡スチ ロール破砕片は，軽量ゆえに施工時に微粉の風による 飛散や施工上の困難さが予想される 従って，廃棄発 泡スチロールの滅容化により，多少その軽量性を滅じ ても，施工性の良い滅容化した廃棄発泡スチロール砕 片 (以下ペレットと略称)を再利用する21 このペレッ トは破砕機，ストックタンク，滅容機の過程を経て生 成され，長崎魚市場協会より安定採取が約束されてい る しかしながら，滅容化の程度により形状，強度が 幾分異なることに留意する必要がある

開発する工法の特徴をこれまでに軽量盛土工法とし て確立されているEPS工法，発泡ピーズ混合軽量土工 法と比較し， Table 1に示す.軽量性としてはEPS工 法が優れていて開発する工法は発泡ビーズ混合軽量土 工法と同程度であるが，経済性を考慮、した場合ペレッ トの使用がもっとも有利である また，ペレットは滅 容機加工により砕石状となって強度を有し，非滅容E PS破砕片よりも圧縮性は小さい.さらに，建設発生 土は運搬などの諸経費は必要であるものの材料費が不 要であり経済的である.

2.2  建設発生土の特性

使用する建設発生土は長崎県諌早市大篭の工事現場 より採取したものであり，その土質工学的性質をTable 2に示す Uc，Uc'の値から判断して使用する土の粒度 分布は悪く.透水性も低い.

Table 2 Prop巴rtl巴sof surplus soils  Soil particle density  p ， (g/cm:^J)  2.61  Natural water content  wn(%)  12.9 

Gravel  (%)  56 

Sand  (%)  22 

Silt  (%)  5  Clay  (%)  17 

Effecitiv~cliameter D 10 (mm)  0.001  U niformity coefficient U  4100  Coe釘icientof curvature  U/  56  Maximum dry density  p dmaJg/cmJ:)  1.71  Optimum moisture content  W011' (%)  18.8  Coe伍cientof permeability  k (cm/s)  4.1 X 10.⁴  Cohesion  c'ikPa)  10  Internal friction angle  世，( )  14.0 

また，建設発生土の三軸圧縮試験結果をFig.1に示 すが，応力一ひずみ曲線(Fig.l(a))において，いず れの側圧においてもピークが現れず， 113=150(kPa) でも破壊時軸差応力 (σI一σ3)は最大約100(kPa)  と極めて小さい.一方，間隙水圧ーひずみ曲線 (Fig. l(b) )では，軸差応力に相反して間隙水圧は大きな 値を示している.

この建設発生土を地盤材料として用いた場合，土自 体の強度が低いにもかかわらず土圧が多大に作用する ため，実用性の低い不利益な材料である.また， c'=10  (kPa)，併'=14.0。の値 (Table2)からも，低品質 であることが理解できる.

2.3  ぺレットの特性

ペレァトの粒径は不均一であるため粒径分布を数種 類設定し，各々土質試験を行って材料の物理的，力学 的特性を明らかにする.ここでは，2，4.75，9.5， 19，  Tabl巴1Comparisons of characteristics of lightweight fill materials 3)，4).5) i， 問 問 削

EPS beads mixing  Developed method  Items  EPS block method  Constl'uction 

method  de‑aired EPS pellet 

sUl'plus soil  Lightweight  P =0.01 ~0.03 g/cm:l  p ， =0.8~ 1.5 g/cm:^J  p ， =0.423 g/cm:^J  p， =1.766 g/cm:l  Material unit price  17，000 yen/m:l(in  case  8，600 yen/m:¹  2，900 yen/m:¹  A material色e1S 

of th巴wayof foaming  ぐThe Fukuoka city  unnecessary  if  in the pattern， D ‑22)  central  wholesale  construction 

market， the  fresh  surplus  soil  is  fish  market society  used 

sellin巨price)

F 

験値に類似した値が出たこと，以上のことが挙げられ る.ここでの透水係数は変水位透水試験によるもので ある透水試験には定水位透水試験もあるが，この試 験は透水係数が10‑²̲10‑³(cm / s)程度の試料に用 いられるため.D20による推定値から有効ではない. 従って今回得られた透水係数の正当性には疑問が残る ため，信頼のおける透水係数を求めることが今後の諜 題である.

Fig.2は9.5mmふるい通過試料の三軸圧縮試験に おける応力一ひずみ曲線であり，ピーク以降に一旦軟 化し，再び硬化しているケースが見られる.これは土 質材料には見られないペレッ トの大きな特徴であり， 一時的にぺレットのインターロッキングが解除される 77  廃棄発砲スチロールと低品質建設発生土の軽量積層擁壁裏込め材としての再利用に関する基礎的研究

20 

~Iater向r…re制 10おO(作 O'( リ

‑{}ーlateralpressur 

一‑世 一一latera1prー田ーsu

10  15  Axial strain E: ，(弘)

。。

1000 

n U A U n u n u   n U A U n U A U  

8 6 4 2  

2

且ぷ )( 円b IF b)

ωo

cω

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(a) Stress‑strain curves 

~ー lateralpri essure 50 (kpa) 

‑{}ーlateralpressure 100( 11)  一世ーlateraloressure 150 ( ^，，)  1000 

のu n u n u n u A υ n υ n υ n U   0 6

3且 ρ︒4唱︒︐.

4 ) (

円bLb)

ωU

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﹄‑ 唱凶 帥O L一 百一 伺a EC

且E

‑<>ーlateralpressure 50(kPa) 

‑ 0 ーlateralpressure 1 OO( 11 )  一 合 一lateralpressure 150( 11  ) 

nυnunυ 

n U 0 8 p o   'A  

ハU A u n u

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( m且 ぷ) コ司

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EE

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止百妻@﹄O@一

5  10  15  Axial strain E 1(弛)

(b) Pore water pressure versus axial strain  relationship 

20 

‑20  0 

20  5  10  15 

Axial strain E 1 (首)

。。

Fig. 1 Stress‑strain‑pore water b巴haviorof surplus  soils under CU tri‑axial compr巴sSlon

(a) Stress‑strain curves 

100  80  60  40  20  0 

‑20  40 

‑60  0 

(aw且ぷ)コ4

ω﹄

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百年

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5  10  15  Axial strain E 1(目)

(b) Pore water pressure versus axial strain  relationship 

20 

Fig. 2 Stress‑strain‑pore water behavio~f de‑ aired EPS pellets (Dm.，.=9.5mm) under CU tri‑ axial compression 

26.5mmふるいをそれぞれ通過したペレットを対象と し，その結果をTable3に示す このとき.2m mふ るい通過試料は非滅容EPS破砕片と類似した形状の粒 子が見られるため強度を有せず.D，o. D叫 U，.U，'も他 の粒径とは異なっている 従って2mmふるい通過試 料での三軸圧縮試験は行わなかった.また， あまり大 きな粒径では三軸圧縮試験の供試体として望ましくな いため26.5mmふるい通過試料の試験も除外したー透 水係数は各粒径とも (8.3‑9.2)X 10‑³ (cm/s)の範 囲にあり，ほぼ等しい.しかしこれらの透水係数の正 当性は確かではない.その理由として. (1)粒径の相 違に関わらずほぼ一定値になっていること. (2)透水 係数は粒度試験における20%粒径D20から推定できる が， 試験値と推定値が全く異なること • (3)試料を用 いずに水のみで透水試験を行った結果，ペレットの実

Table 3 Physical and mechanical properties of de‑aired EPS pellets  Effecitive  20%diameter  Uniformity  Coe釘icient Coe伍cientof 

Cohesion  Internal  diametel  of soil  particle  coefficient  of curvature  permeability 

ピ(kPa) friction angle  O，o(mm)  0'11 (mm)  U，  U :， k(cm/s)  ~. ("  )  O::::2mm  0.33  0.79  4.24  1.95  8.3 x 10‑' 

D三4.75mm 2.3  2.6  1.52  0.97  8.9 X 10‑'1  14  41.7  O::::9.5mm  4.1  5.0  1. 73  1.08  8.7X 10‑'1  44  44.7  0:::: 19mm  4.9  5.9  2.00  0.91  9.2X 10‑'1  123  31.3  0:::: 26.5mm  4.0  5.2  2.13  1.06  8.8X 10‑" 

'‑‑← 

一『司

卓 裕介・長野 史憲・清水

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n υ n u n u n u

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0 8 6 4 2   1( ea u‑ )(

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ω ωe b

ω

一明

O E 岳

﹄ 乱 晃・茂山

ことにより生じる現象と推察できる 9.5mmふるい通 過試料を例にとれば， c'=44 (kPa)， 手'=44.7。で あり，建設発生土と比較しそれぞれ約4倍， 3倍とかなり の強度を有する.一方， Fig.2より間隙水圧の変化はあま り見られず，その値も小さい.これはペレットが土庄の 低減に非常に有効であることを示し，ペレットの吸水性 が低く間隙中の水分自体が少ないためだ、と思われる.

由彦・陣野 78  棚橋

20  10 

Axial  strain E. ，('首) (a) Stress‑strain curves 

15 

。。

100 

80  60  40  20 

0 

~20 。

(何色

4) コ司

eL

3 mω

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2.4  積層材の特性

積層材の強度特性を把握するため，ペレット (9.5 m mふるい通過試料)と建設発生土を2，4， 6層に積層 (ペレットの上部に建設発生土を積層，積層パターン はFig.3に示す)し，三軸圧縮試験を行った.

その結果をFig.4に示す土のみの場合よりも積層 材とすることで強度の増加が図れ，しかも積層数の増 加に伴い強度も増加している更に積層材とすること で間隙水圧の低減が計れてい る ま た，Table 4から，

20 

(b) Pore  water pressure  versus  axial  strain  relationships 

10  15  Axial strain E. 1(首)

Fig. 4 Stress‑strain‑pore water behavior of  alt巴rnatelayers specimen with de‑aired EPS  pellets and surplus soils under CU tri‑axial 

compression (lateral pressureσ3=150kPa) 

3.模型実験。} 3.1 実験概要

この実験はFig.5のような実験装置において，裳込 め材の側壁を水平移動させることにより発生する主働 すべり面の形状を観察し，擁壁裳込め材としての積層 (c) 6 layers 

(a) 21ayers (b) 41ayers 

日

1 60 

Fig. 5 Apparatus of retaining wall model tests  Fig. 3 Alternate layers specimen with 

de‑aired EPS pellets and surplus soils 

層数の増加に伴いせん断強さが増加することが分かる これはペレット聞のインターロッキングとともに，ペ レットと土との摩擦にも起因するものと恩われる.こ のとき，積層材はペレットの軽量性により土のみの場 合よりも明らかに軽量であることから，積層すること

による本工法の軽量盛土工法としての有用性が十分に 立証できる.

材の変形挙動を把握することを目的とする. 実験条件をTable5に示すが，載荷重はなく地下水 による水圧も作用しないためすべりは裏込材の自重の みにより生じる

ここで， 1層， 2層， 3層， 6層構造における模型実 Table 4 Mechanical properties of alternat巴layers

with de‑aired EPS pellets and surplus soils  Wet  Cohesion  Internal  density  friction angle  ρ，(g/cm.^l)  c' (kPa) 

世'C )  9.5mm sieve 

paaisrseadg EPS e de.  0.423  44  44.7 

pellet~

Surplus soil  1.766  9  14.0  21ayers  1.036  8  25.8  41ayers  0.997  10  30.7  61ayers  1.073  18  29.7