JP2006008765A

JP2006008765A - 土壌強化材及び土壌強化方法

Info

Publication number: JP2006008765A
Application number: JP2004184883A
Authority: JP
Inventors: Akira Ono; 晃大野; Takao Koide; 貴夫小出; Kensuke Kanai; 謙介金井; Shingo Hebimi; 眞悟蛇見
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2004-06-23
Filing date: 2004-06-23
Publication date: 2006-01-12

Abstract

【課題】水和阻害物質の存在にもかかわらず、地盤の強度を高めることができる土壌強化材を提供する。
【解決手段】セメント系固化材及びＢＥＴ比表面積３０ｍ²／ｇ以上の多孔質粉体を含む土壌強化材であって、かつ、有機物を含む土壌に用いられることを特徴とする土壌強化材及び土壌強化方法に係る。
【選択図】なし

Description

本発明は、新規な土壌強化材及び土壌強化方法に関する。

道路、建物等の構造物を地盤上に構築する場合、その地盤の強度が問題となる。特に、構造物の基礎となる地盤が軟弱である場合には、予め地盤を強化しておく必要がある。地盤を強化する方法としては、一般的にはセメント系固化材が使用されている（特許文献１）。ところが、セメントの水和反応を阻害する物質（以下「水和阻害物質」ともいう。）が土壌中に多く存在する場合には、セメントの硬化が進まず、所望の強度を得ることができない。

なお、土壌に含まれる水和阻害物質の典型として、フミン酸のような腐植を代表とする有機物質が挙げられる。また、これら有機物質を多く含む土壌は、高有機質土壌と呼ばれている。

これに対し、水和阻害物質による影響を受けにくい固化材として、ＣａＯ源、Ａｌ₂Ｏ₃源、ＣａＳＯ₄源の原料を調合し、これを焼成して得られる、4ＣａＯ・3Ａｌ₂Ｏ₃・ＳＯ₃と、１１ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＸ₂（Ｘはハロゲン）、ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃、１２ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃のうちの少なくとも１種とが共存するカルシウム・アルミネートを主成分とし、このカルシウム・アルミネートに水硬性材料が添加混合されていることを特徴とする高有機質土壌用固化材が開示されている（特許文献２）。

また、高炉水砕スラグ、転炉水砕スラグ等の潜在水硬性を示すスラグ粉末を主剤としたいわゆるスラグ系地盤改良剤も多数提案されている（特許文献３〜５）。
特開平１−１３３９６５号公報特公平６−７８５２４号公報特開平６−２１９７９６号公報特開平６−２２８５５８号公報特開平７−１１９１３８号公報

しかしながら、前記の高有機質土壌用固化材では、水と接触した場合には、瞬時に反応して硬化したり、あるいは２次粒子を形成してしまう。このため、取扱いが難しいという問題がある。

また、前記のスラグ系地盤改良剤では、潜在水硬性を顕在化させるためにアルカリ刺激剤が必要となる。アルカリ刺激剤を添加したスラグ系懸濁型グラウト材の多くは、地盤改良硬化速度や固結速度を高めようとすればするほど、それ自体のゲルタイムは短くなる。これは、１液化しても長い液ライフを期待することはできない。しかも、地盤中に存在する水和阻害物質（特に、フミン酸等の有機物質）が、アルカリ刺激剤によって中和され、水溶化されて溶脱するため、スラグ粒子の硬化阻害がかえって顕著となる場合がある。

従って、本発明の主な目的は、水和阻害物質の存在にもかかわらず、地盤の強度を高めることができる土壌強化材を提供することにある。

本発明者は、従来技術の問題に鑑みて研究を重ねた結果、特定の組成を有する材料を採用することによって上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、下記に示す土壌強化材及び土壌強化方法に係る。

１．セメント系固化材及びＢＥＴ比表面積３０ｍ²／ｇ以上の多孔質粉体を含む土壌強化材であって、かつ、有機物を含む土壌に用いられることを特徴とする土壌強化材。

２．多孔質粉体の一部又は全部が、ケイ酸カルシウム水和物の粉体である前記項１に記載の土壌強化材。

３．セメント系固化材の一部又は全部が、ポルトランドセメントである前記項１又は２に記載の土壌強化材。

４．有機物が土壌中５重量％以上含まれる前記項１〜３のいずれかに記載の土壌強化材。

５．有機物を含む土壌に対し、セメント系固化材及びＢＥＴ比表面積３０ｍ²／ｇ以上の多孔質粉体を添加混合することを特徴とする土壌強化方法。

６．ＢＥＴ比表面積３０ｍ²／ｇ以上の多孔質粉体を添加混合した後、セメント系固化材を添加混合する前記項５に記載の土壌強化方法。

７．多孔質粉体の一部又は全部が、ケイ酸カルシウム水和物の粉体である前記項５又は６に記載の土壌強化方法。

８．セメント系固化材の一部又は全部が、ポルトランドセメントである前記項５〜７のいずれかに記載の土壌強化方法。

９．セメント系固化材及び／又はＢＥＴ比表面積３０ｍ²／ｇ以上の多孔質粉体の添加混合前及び／又は添加混合後に水を土壌に加える前記項５〜８のいずれかに記載の土壌強化方法。

１０．有機物が土壌中５重量％以上含まれる前記項５〜９のいずれかに記載の土壌強化方法。

本発明の土壌強化材によれば、フミン酸のような腐植を代表とする水和阻害物質が土壌中に含まれている場合でも、所定の土壌強化作用を得ることができる。これにより、有機物が比較的多量に含まれる軟弱地盤の改良に幅広く貢献することができる。

１．土壌強化材
本発明の土壌強化材は、セメント系固化材及びＢＥＴ比表面積３０ｍ²／ｇ以上の多孔質粉体を含む土壌強化材であって、かつ、有機物を含む土壌に用いられることを特徴とする。

セメント系固化材
セメント系固化材は、公知又は市販のセメント系固化材として使用されている材料を使用することができる。例えば、ポルトランドセメント（普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中よう熱ポルトランドセメント等）、高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメント、アルミナセメント、ジェットセメント等を挙げることができる。これらの中でも、ポルトランドセメントをセメント系固化材の一部又は全部として用いることが望ましい。

セメント系固化材は、通常は粉体の形態であり、そのブレーン比表面積は１０００〜１００００ｃｍ²／ｇ程度とすることが望ましい。

多孔質粉体
多孔質粉体は、ＢＥＴ比表面積が３０ｍ²／ｇ以上（好ましくは５０ｍ²／ｇ以上）のものであれば良く、一般的な無機材料の多孔質粉体を用いることができる。例えば、ケイ酸カルシウム水和物、ゼオライト、活性アルミナ等を用いることができる。これらの中でも、ケイ酸カルシウム水和物を多孔質粉体の一部又は全部として用いることが望ましい。

セメント系固化材と多孔質粉体との配合割合は、用いるセメント系固化材の種類、適用される土壌等に応じて適宜設定することができるが、両者の合計１００重量％に対して多孔質粉体が０．５〜２０重量％程度、特に１〜１０重量％とすることが好ましい。かかる範囲に設定することによって、より優れた土壌強化作用を得ることができる。

本発明の土壌強化材では、これらの成分のほか、必要に応じて各種の添加材を適宜配合することができる。例えば、消石灰、生石灰、高炉スラグ等を使用することができる。

適用される土壌
本発明の土壌強化材は、特に有機物を含む土壌に適用されるものである。有機物を含む場合には、セメント系固化材の水和反応が阻害される場合があるが、本発明の土壌強化材はその影響をほとんど受けることなく、所望の土壌強化作用を得ることができる。

有機物としては、土壌中に存在するものであれば限定されない。特に、水和阻害物質になる有機物が挙げられる。このような有機物としては、フミン酸、リグニン等をはじめとする腐植類が例示される。本発明では、水和阻害物質となる有機物が土壌中に存在する場合においても、所望の土壌強化作用を得ることができる。

土壌中における有機物の含有量は制限されず、いずれの含有量の土壌にも適用できるが、特に有機物の含有量が土壌中５重量％以上（さらには１０重量％以上）となる場合であっても、優れた効果を得ることができる。

なお、本発明において、土壌中の有機物含有量は、土質工学会基準「土の強熱減量試験方法」（ＪＳＦＴ２２１）に準拠して測定した値を示す。

本発明の土壌強化材を使用する場合は、これを土壌に添加混合すれば良い。添加量は、土壌強化材の組成、土壌の質等に応じて適宜設定することができるが、通常は土壌１ｍ³に対して固形分換算で１０〜１０００ｋｇ、特に１００〜５００ｋｇとすることが望ましい。より具体的な使用方法は、例えば後記の土壌強化方法に従って実施することができる。
２．土壌強化方法
本発明の土壌強化方法は、有機物を含む土壌に対し、セメント系固化材及びＢＥＴ比表面積３０ｍ²／ｇ以上の多孔質粉体を添加混合することを特徴とする。

セメント系固化材及び多孔質粉体としては、本発明の土壌強化材で使用される成分をそれぞれ用いることができる。両者の添加順序は限定されず、同時に添加しても良いし、あるいは順次に添加しても良い。特に、本発明では、多孔質粉体を添加混合した後、セメント系固化材を添加混合することが望ましい。このように添加することによって、まず多孔質粉体によって水和阻害物質が吸着除去された後、セメント系固化材が添加されることになるため、セメント系固化材本来の性能がより効果的に発揮される。

セメント系固化材及び多孔質粉体の添加量は特に制限されない。セメント系固化材は、土壌１ｍ³に対して１０〜１００ｋｇ程度の範囲内において、土壌の質（特に有機物含有量）等に応じて適宜決定することができる。また、多孔質粉体は、土壌１ｍ³に対して０．５〜２００ｋｇ程度の範囲内において、土壌の質（特に有機物含有量）等に応じて適宜決定することができる。

セメント系固化材及び多孔質粉体を添加混合する手段は特に制限されず、公知の手段を採用することができる。例えば、土壌にセメント系固化材及び多孔質粉体を散布した後、シャンク付ローターを備えたスタビライザー等の装置によって土壌とセメント系固化材及び多孔質粉体とを攪拌混合すれば良い。セメント系固化材及び多孔質粉体を別々に散布する場合には、それぞれの散布ごとに土壌と攪拌混合すれば良い。

本発明の方法では、少なくともセメント系固化材の水和反応が必要であることから、水を存在させることが必要である。従って、適用される土壌が乾燥している場合又は水和に必要な水分量を有していない場合には、水を配合すれば良い。水を配合する時点はどの段階であっても良い。すなわち、セメント系固化材及び／又は多孔質粉体の添加混合前及び／又は添加混合後に水を土壌に加えれば良い。この場合において、土壌に加える水は、セメント系固化材及び／又は多孔質粉体に予め混合しておいても良い。水の添加量は、加えるセメント系固化材の量、土壌の水分量等に応じて適宜設定すれば良い。

なお、土壌中に所定の水分量が含まれている場合には、水を配合することなく、セメント系固化材及び多孔質粉体を土壌に添加混合すれば良い。

本発明方法で適用される土壌は、本発明の土壌強化材に適用される土壌と同様である。特に、有機物が土壌中５重量％以上含まれる場合に、より優れた効果を発揮することができる。

以下に実施例を示し、本発明の特徴とするところをより具体的に説明する。ただし、本発明の範囲は、実施例の範囲に限定されるものではない。

実施例１〜２及び比較例１
まず、模擬土を調製した。カオリンに水を加え、含水率４０重量％とした混合物にフミン酸を内割で０重量％、１０重量％及び２０重量％添加したものをそれぞれ模擬土１、模擬土２及び模擬土３とした。

土壌強化材として、普通ポルトランドセメント（ブレーン比表面積３３８０ｍ²／ｇ）にケイ酸カルシウム水和物の粉末（ＢＥＴ比表面積５０ｍ²／ｇ）を内割で３重量％及び５重量％加えたものをそれぞれ「実施例１」及び「実施例２」とした。比較のため、普通ポルトランドセメントを単独で用いたものを「比較例１」とした。

各実施例及び比較例の土壌強化材を前記の模擬土に対して３００ｋｇ／ｍ³となるように添加した。その後、各サンプルの材齢７日における圧縮強度をそれぞれ測定した。その結果を表１に示す。

フミン酸を含まない模擬土１では、いずれの場合も圧縮強度は同程度であった。一方、模擬土２及び３では、比較例１の圧縮強度が著しく低下しているのに対し、実施例１及び２では強度低下がほとんど認められなかった。このように、本発明の土壌強化材は、フミン酸のような水和阻害物質の存在にもかかわらず、優れた土壌強化作用が得られることがわかる。

Claims

セメント系固化材及びＢＥＴ比表面積３０ｍ²／ｇ以上の多孔質粉体を含む土壌強化材であって、かつ、有機物を含む土壌に用いられることを特徴とする土壌強化材。
多孔質粉体の一部又は全部が、ケイ酸カルシウム水和物の粉体である請求項１に記載の土壌強化材。
セメント系固化材の一部又は全部が、ポルトランドセメントである請求項１又は２に記載の土壌強化材。
有機物が土壌中５重量％以上含まれる請求項１〜３のいずれかに記載の土壌強化材。
有機物を含む土壌に対し、セメント系固化材及びＢＥＴ比表面積３０ｍ²／ｇ以上の多孔質粉体を添加混合することを特徴とする土壌強化方法。
ＢＥＴ比表面積３０ｍ²／ｇ以上の多孔質粉体を添加混合した後、セメント系固化材を添加混合する請求項５に記載の土壌強化方法。
多孔質粉体の一部又は全部が、ケイ酸カルシウム水和物の粉体である請求項５又は６に記載の土壌強化方法。
セメント系固化材の一部又は全部が、ポルトランドセメントである請求項５〜７のいずれかに記載の土壌強化方法。
セメント系固化材及び／又はＢＥＴ比表面積３０ｍ²／ｇ以上の多孔質粉体の添加混合前及び／又は添加混合後に水を土壌に加える請求項５〜８のいずれかに記載の土壌強化方法。
有機物が土壌中５重量％以上含まれる請求項５〜９のいずれかに記載の土壌強化方法。