JP2004115999A

JP2004115999A - 低強度表層地盤改良方法

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Publication number: JP2004115999A
Application number: JP2002276352A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Kuroda; 黒田　泰弘; Shin Uchiyama; 内山　伸
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2002-09-20
Filing date: 2002-09-20
Publication date: 2004-04-15

Abstract

【課題】コンクリート廃材のリサイクル利用を実現するとともに、低強度で均質な改良地盤を実現する。
【解決手段】コンクリート廃材を加熱、磨砕して分級して再生骨材とともに得られた微粉末と原位置土とを混合し、あるいは微粉末に水を添加して得られたスラリーを、対象表層地盤にて原位置土と混合攪拌して地盤改良することで、比較的低強度の地盤改良を行う。また、改良地盤の要求強度に応じて微粉末に所定配合割合でセメントを混合して固化材とし、この固化材に水添加してスラリー化して原位置土との混合攪拌を行って対象表層地盤を地盤改良する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は低強度表層地盤改良方法に係り、特にコンクリート廃材から得た微粉末あるいはスラリーとして用い、地盤改良位置の現場土と混合して比較的低強度の改良地盤を得るようにした低強度表層地盤改良方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、軟弱地盤の比較的浅い範囲に固化材を添加し、原位置土とともに混合して改良地盤を構築する地盤改良工法として表層混合処理工法が知られている。この表層混合処理工法は、仮設作業地盤や埋め戻し復旧地盤のみならず、近年では構造物の基礎としても用いられる。施工は一般に、粉体固化材あるいはスラリー状の固化材と原位置土とをバックホウ、スタビライザー等の重機で混合撹拌して行われる。このとき固化材を多く混合すれば、得られる改良地盤の強度は高くなる。しかし、埋め戻し復旧地盤としては、たとえば原地盤以上の強度が得られれば十分であり、あまり高強度になると将来的な再掘削や原地盤との境界での連続性に支障をきたすなどのおそれもある。
【０００３】
従来、低強度（例えば、一軸圧縮強さｑｕ＝１００〜５００ｋＮ／ｍ^２）の改良材料を得るためには、少量の固化材と原位置土とを混合していた。しかし、固化材が粉体状であるかスラリー状であるかに関わらず、均一に混合し均質な改良地盤（改良材料）を得るためには、原位置土１．０ｍ^３当たり少なくとも１００ｋｇ程度の固化材を添加しなければならなかった。
【０００４】
従来この種の固化材としてはセメント、セメント系固化材が使用されているが、固化材として１００ｋｇ程度のセメントを原地盤土に添加し混合すると、粘性土では十分撹拌できず不均質になる一方、部分的にｑｕ＝４００〜５００ｋＮ／ｍ^２以上の改良強度が得られる。また砂質土ではｑｕ＝１０００ｋＮ／ｍ^２以上の強度が発現することがある。このように、従来の固化材を用いた表層混合処理工法では、低強度で均質な改良地盤を構築することは難しく、目的に応じた地盤改良材料を用いた低強度の表層地盤改良方法が望まれていた。
【０００５】
ところで、近年、建設廃棄物処理の問題がクローズアップされており、出願人はコンクリート廃材をコンクリート構造物等へ再度適用するために、コンクリート廃材から、バージン骨材と同等の品質を有する再生骨材や微粉末の再生材料を製造するシステム（コンクリート資源循環システム）を開発し、そのシステムを通じて得られた再生材料を適用可能な技術分野を種々検討している（たとえば非特許文献１参照）。
【０００６】
【非特許文献１】
黒田泰弘他３名，“コンクリート資源循環システムを適用した建築工事−サステイナブルコンクリートの施工−”，「コンクリート工学」，（社）日本コンクリート工学協会，２００２年２月，ｐｐ．６４−７０
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
出願人は、好ましい地盤改良材料の選定の段階で、上述の再生材料の適用することを想定し、以下のような課題を抽出し、その解決手段を求めた。すなわち、地盤改良材料としての固化材を選定する際、実施工ではセメント系固化材を粉体供給して混合攪拌により所定強度を確保するが、この場合セメント系固化材を１００ｋｇ／ｍ^３程度以上添加しないと均質な表層改良地盤が得られない。また、ときとして従来の改良地盤は想定強度の５倍以上の過度な改良強度が発現することもあり、過剰な地盤改良が行われたケースも多い。
【０００８】
上述の再生材料のうちの微粉末は、セメント水和物を主成分とするため、比較的緩やかな水硬性を有する。また、比表面積が４，０００ｃｍ^２／ｇ以上の安定した品質を有している。出願人はこの点に着目し、微粉末を地盤改良材の固化材として原位置土と混合攪拌したり、微粉末に水を添加してスラリーとして原位置土との混合攪拌を行うことで、改良地盤の実用的な低強度地盤の達成、施工性、品質安定性を確保することが可能で、また必要に応じてその他の固化材を適宜所定の割合で用いることで要求強度も得ることができるという知見を得た。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明はコンクリート廃材を加熱、磨砕して分級して再生骨材とともに得られた微粉末と原位置土とを混合して対象表層地盤を地盤改良することを特徴とする。
【００１０】
他の発明として、コンクリート廃材を加熱、磨砕して分級して再生骨材とともに得られた微粉末に水を添加して得られたスラリーを、対象表層地盤にて原位置土と混合攪拌して地盤改良することを特徴とする。
【００１１】
前記他の発明において、前記微粉末にセメントを混合して固化材とし、該固化材に水を添加してスラリーを得るようにすることが好ましい。
【００１２】
また、前記水と前記微粉末の質量比を０．５〜１．０の範囲とすることが好ましい。
【００１３】
さらに、前記セメントの添加量を原位置土１ｍ^３当たり１５０ｋｇ以下とすることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の低強度表層地盤改良方法の一実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
［微粉末の製造］
本発明の低強度表層地盤改良方法の地盤改良材（固化材）に用いる微粉末の製造工程について説明する。本発明ではコンクリート廃材から、コンクリート材料として利用可能な粗骨材、細骨材等の所望の再生材料を得ることが可能な、公知の再生骨材製造プラントで「加熱すりもみ法」を採用している。この加熱すりもみ法では、まず破砕したコンクリート廃材（いわゆるコンクリートがら）を加熱塔の炉内に投入し、約３００℃程度に加熱する。その後、特殊磨砕設備により物理的にすりもむ（擦り揉む）ことで磨砕し、さらに公知の分級装置を介して分級し、所望の骨材の他、副生成物として微粉末を得ることができる。この加熱すりもみ法によって製造される微粉末は、たとえば平均粒径が０．１５ｍｍ以下で、比表面積が４，０００〜１０，０００ｃｍ^２／ｇ程度あり、通常のセメントより極めて細かい粒子である。また組成としてはＣａＯを単位質量当たり１０〜３０％含有することから、使用時において安定したゆるやかな水硬性が得られることが確認されている。
【００１５】
［微粉末の硬化メカニズム］
上述した微粉末を地盤改良材として用いた場合、微粉末の吸水反応および微粉末の示すポゾラン活性により、所定の硬化メカニズムが確認された。この地盤改良材を原位置土と粉体混合して改良を行う方法、あるいは地盤改良材に水を添加してスラリーとして原位置土とを混合攪拌して改良を行う方法によっても所定の硬化が発現する。この結果、微粉末と原位置土とを混合して地盤改良された地盤は、必要な範囲の低強度で、かつ改良地盤内での強度のばらつきがなく高い構造的安定性を示す。本発明では、通常の改良地盤においては、微粉末あるいはスラリー化した微粉末と原位置土との混合改良のみで十分な強度を期待できるが、微粉末のみで所定の改良強度が確保できない場合や、構造物の目的により高い改良強度を必要とする場合には、各種のセメント（たとえば高炉セメントＢ種）や、その他のセメント系固化材、固化添加材を所定割合で混合し、所望の改良強度を確保することが好ましい。
【００１６】
［微粉末及び微粉末スラリーの使用態様］
本発明では、微粉末を地盤改良材として用いる態様として、粉体微粉末と原位置土とを粉体混合する方法、微粉末をスラリー化（以下、微粉末スラリーと呼ぶ。）して原位置土とを混合攪拌する方法のいずれかを採用する。
【００１７】
（微粉末添加量）
微粉末の添加量は、改良効果を考慮して改良対象の原位置土１．０ｍ^３当たり１００〜５００ｋｇとする。添加量が１００ｋｇ／ｍ^３以下の場合、均質な改良地盤が得られないおそれがあり、改良効果も低い。一方、実用強度の上限として見込まれる一軸圧縮強さｑｕ＝１０００ｋＮ／ｍ^２を得る上限添加量として５００ｋｇ／ｍ^３程度を想定している。
（微粉末スラリーの配合）
微粉末スラリーの配合は、水微粉末比Ｗ／Ｐ＝０．５〜１．００とすることが好ましい。Ｗ／Ｐ＝０．５以下では、スラリーのハンドリングが難しく、施工性が悪くなる。他方、Ｗ／Ｐ＝１．００より大きくなると改良強度が不足する。また、強度増加を図るためにセメントを添加する場合、セメント（Ｃ）の添加割合は、得られる改良強度と材料コストの観点から外割りでＣ＝１５０ｋｇまでを添加することが好ましい。添加セメント種類としては、普通ポルトランドセメント、高炉セメントＢ種等が好ましい。
【００１８】
（配合設計）
配合設計は、概略設計フロー（図１）に示したように、まず地盤改良材料を適用する構造物用途、施工条件等から改良範囲での改良地盤強度レベル等の要求性能を設定する。次に、使用微粉末の配合試験基本データに基づいた配合を決定する。このとき微粉末の硬化性状は、コンクリート資源循環システムに供給されるコンクリート廃材の種類、状態に依存するため、あらかじめ求められている配合試験基本データを参考にすることが好ましい。この基本データとしては水微粉末比−強度（材齢１，３，７，２８日）関係が得られているので、それらを用いた設計を行う。また、混合土としては、一例として粘性土としてカオリン粘土、砂質土として豊浦標準砂を用いて試験を行う。現場ごとに想定する配合および現場採取土（原位置土）とを用いた室内混合試験を行い、改良土の一軸圧縮強さ（材齢３，７日）を求め、基本データと比較して最終配合を決定する。
【００１９】
なお、微粉末スラリーによる改良を行う場合、微粉末スラリーの施工性の評価を、フロー値（ＪＨＳ　Ａ３１３）をもとに行うことが好ましい。規定フロー値としては、ポンプ施工の場合、１００〜５００ｍｍの範囲が好ましい。１００ｍｍ以下の場合、粘性が高く圧送が困難となる場合がある。他方、５００ｍｍ以上のフロー値を示す場合もスラリーが材料分離して圧送が困難になる。
【００２０】
【実施例】
以下の実施例を通じて微粉末を用いた地盤改良材の性状確認を行う。
［強度試験：セメント添加率と強度との関係］
（使用微粉末の諸特性、混合土種類）
使用する微粉末は、もととなるコンクリート廃材の種類、状態により、その諸特性に多少の幅がある。本実施例では以下の特性を有する微粉末を用い、水微粉末比（Ｗ／Ｐ）をパラメータとして、材齢と強度発現の関係についての確認を行った。
コンクリート廃材：１９７０年代築鉄筋コンクリート造建物の解体廃材
微粉末密度：ρｓ＝２．７３ｇ／ｃｍ^３
比表面積　：５６６０ｃｍ^２／ｇ
使用する混合土種類として、粘性土としてカオリン粘土、砂質土として豊浦標準砂を使用した。
（添加セメント種類、添加率）
本実施例では、添加セメント種類として、高炉セメントＢ種を使用し、微粉末Ｐに対するセメントＣの添加量として４ケース（０，３０，７０，１００ｋｇ／ｍ^３）について、微粉末量として４ケース（０，１５０，３００、５００ｋｇ／ｍ^３）での、カオリン粘性土、豊浦砂との混合後の一軸圧縮強さ試験（材齢：２８日、水微粉末比：一定Ｗ／Ｐ＝０．５）を行った。
（試験結果）
高炉セメントＢ種を所定添加率で混合した上記４ケースの混合土の材齢２８日強度の圧縮強さ試験結果を図２，図３に示した。図２に示したように、セメント添加によりカオリン粘性土、豊浦砂のいずれも混合土の強度増加が確認されるが、図３に示したように、豊浦砂においてはセメントベースで微粉末量の添加量を増加させた場合、添加量差に有意な増加傾向は見られない。
【００２１】
［施工例］
本発明の低強度表層地盤改良方法の施工手順について図４のフローチャートを参照して簡単に説明する。
対象となる表層地盤の改良範囲を決定し、原位置土の土質および含水状態に応じて地盤改良材としての微粉末と原位置土とを粉体混合するか、あるいは微粉末スラリーと原位置土とを混合攪拌するか改良方法を決定する。微粉末スラリーを製造してスラリー・原位置土混合攪拌を行う場合、改良位置でスラリーと原位置土とを混合攪拌するか、他の場所で微粉末スラリーを製造し、改良位置にスラリー搬送して混合攪拌するかを決定する。現場混合する場合、改良位置の地山を所定深さに掘削し、現場ピットを掘削し、その内部に所定配合を実現するための微粉末を投入するとともに、水を添加してスラリーを製造するとともに、原位置土混合攪拌を行う。一方、スラリー製造を他所で行って改良位置にスラリー搬送する場合には、水槽等を利用し、その内部に所定配合を実現するための微粉末を投入するとともに、水を添加してスラリーを製造し、改良位置までスラリー搬送を行い、原位置土と混合攪拌することで改良地盤を造成する。
【００２２】
【発明の効果】
以上に述べたように、コンクリート廃材をもとに生成された再生材料のうちの微粉末を主材として地盤改良材料として地盤改良を行うようにしたことにより、従来の固化材を利用した表層混合処理による地盤改良に比べて、低強度の安定した安定した品質の改良地盤を提供でき、また副生成物である再生微粉末を有効利用することで、環境負荷低減に効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】微粉末を用いた低強度表層地盤改良方法の配合設計フローチャート。
【図２】地盤改良材料としての微粉末量と改良土の強度との関係を示したグラフ。
【図３】地盤改良材料としての微粉末へのセメントの添加量と強度との関係を示したグラフ。
【図４】低強度表層地盤改良方法の施工手順を示した概略フローチャート。

Claims

コンクリート廃材を加熱、磨砕して分級して再生骨材とともに得られた微粉末と原位置土とを混合して対象表層地盤を地盤改良することを特徴とする低強度表層地盤改良方法。
コンクリート廃材を加熱、磨砕して分級して再生骨材とともに得られた微粉末に水を添加して得られたスラリーを、対象表層地盤にて原位置土と混合攪拌して地盤改良することを特徴とする低強度表層地盤改良方法。
前記微粉末にセメントを混合して固化材とし、該固化材に水を添加してスラリーを得るようにした請求項２記載の低強度表層地盤改良方法。
前記水と前記微粉末の質量比が０．５〜１．０であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の低強度表層地盤改良方法。
前記セメントの添加量が原位置土１ｍ^３当たり１５０ｋｇ以下であることを特徴とする請求項３記載の低強度表層地盤改良方法。