JP2009209283A - 地盤改良用固化材 - Google Patents
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Abstract
【課題】粘性土に適した配合の地盤改良用固化材を提供する。
【解決手段】軟弱地盤と混合されて前記軟弱地盤を固化する地盤改良用固化材である。
そして、高炉スラグ１００重量部に対して、消石灰２５〜１００重量部と、二水石膏１２．５〜３７．５重量部と、が配合される。
また、高炉スラグ１００重量部に対して、消石灰２５〜１００重量部と、半水石膏１２．５〜５０重量部と、が配合される。
【選択図】図１
【解決手段】軟弱地盤と混合されて前記軟弱地盤を固化する地盤改良用固化材である。
そして、高炉スラグ１００重量部に対して、消石灰２５〜１００重量部と、二水石膏１２．５〜３７．５重量部と、が配合される。
また、高炉スラグ１００重量部に対して、消石灰２５〜１００重量部と、半水石膏１２．５〜５０重量部と、が配合される。
【選択図】図１
Description
本発明は、構造物の基礎地盤が軟弱な場合に、その強度向上や沈下防止のために土壌に混練する地盤改良用固化材に関するものである。
従来、構造物の基礎地盤が軟弱である場合、地盤強度の改良や不同沈下の防止などのために、セメント系の固化材が使用されてきた。
しかしながら、セメント系の固化材を粘性土に用いた場合には、砂質土に用いた場合とは異なり、固化材を十分に混練できずに発現強度が低くなるため、必要な強度を得るために多量の固化材が必要であった。
また、セメント系の固化材を用いた場合には、セメントに含有される六価クロムが溶出する環境汚染リスクもあった。
このような問題のあるセメント系の固化材を用いない地盤固結改良材として、例えば、特許文献１の地盤固結改良材が知られている。
この特許文献１では、微粒子状の水砕スラグと微粒子状の消石灰や生石灰と水溶性硫酸塩及び炭酸アルカリ金属塩とを含有することで、ゲル化せずに液体として存在できる時間が長く、ブリージング率が低く、短時間固結信頼性とを兼ね備えることが開示されている。
特開平１１−２９３２４３号公報
しかしながら、上記した特許文献１に開示された地盤固結改良材は、フミン酸を多く含む砂質土を対象とした配合に調整されており、粘性土に適した配合ではなかった。
そこで、本発明は、粘性土に適した配合の地盤改良用固化材を提供することを目的としている。
前記目的を達成するために、本発明の地盤改良用固化材は、軟弱地盤と混合されて前記軟弱地盤を固化する地盤改良用固化材であって、高炉スラグ１００重量部に対して、消石灰２５〜１００重量部と、二水石膏１２．５〜３７．５重量部と、が配合されることを特徴とする。
また、本発明の地盤改良用固化材は、軟弱地盤と混合されて前記軟弱地盤を固化する地盤改良用固化材であって、高炉スラグ１００重量部に対して、消石灰２５〜１００重量部と、半水石膏１２．５〜５０重量部と、が配合されることを特徴とする。
さらに、本発明の地盤改良土は、カオリン系の粘性土と地盤改良用固化材とが混練されて水和反応を生じて形成される地盤改良土であって、前記カオリン系の粘性土１００重量部に対して、上記の地盤改良用固化材６．５〜２５重量部が配合されることを特徴とする。
そして、本発明の地盤改良方法は、カオリン系の粘性土と地盤改良用固化材とを混練する地盤改良方法であって、前記カオリン系の粘性土１００重量部に対して、上記の地盤改良用固化材６．５〜２５重量部を混入し、撹拌することを特徴とする。
また、本発明の地盤改良土は、アロフェン系の火山灰質粘性土と地盤改良用固化材とが混練されて水和反応を生じて形成される地盤改良土であって、前記アロフェン系の火山灰質粘性土１００重量部に対して、上記の地盤改良用固化材５５〜７０重量部が配合されることを特徴とする。
さらに、本発明の地盤改良方法は、アロフェン系の火山灰質粘性土と地盤改良用固化材とを混練する地盤改良方法であって、前記アロフェン系の火山灰質粘性土１００重量部に対して、上記の地盤改良用固化材５５〜７０重量部を混入し、撹拌することを特徴とする。
このように、本発明の地盤改良用固化材は、高炉スラグ１００重量部に対して、消石灰２５〜１００重量部と、二水石膏１２．５〜３７．５重量部と、が配合されている。
したがって、粘性土に混練された際には、セメント系固化材と比べて少ない配合量で同程度の強度を得ることができる地盤改良用固化材となる。
また、本発明の地盤改良用固化材は、高炉スラグ１００重量部に対して、消石灰２５〜１００重量部と、半水石膏１２．５〜５０重量部と、が配合されている。
したがって、粘性土に混練された際には、セメント系固化材と比べて少ない配合量で同程度の強度を得ることができる地盤改良用固化材となる。
さらに、本発明の地盤改良土は、カオリン系の粘性土１００重量部に対して、地盤改良用固化材６．５〜２５重量部が配合されている。
したがって、セメント系固化材と比べて少ない配合量で同程度の強度を得ることができるうえに、六価クロムの溶出量の少ない地盤改良土となる。
そして、本発明の地盤改良方法は、カオリン系の粘性土１００重量部に対して、地盤改良用固化材６．５〜２５重量部を混入し、撹拌する。
したがって、カオリン系の粘性土を、セメント系固化材と比べて少ない配合量で同程度の強度を得ることができるうえに、六価クロムの溶出量の少ない地盤に改良することができる。
また、本発明の地盤改良土は、アロフェン系の火山灰質粘性土１００重量部に対して、地盤改良用固化材５５〜７０重量部が配合されているため、必要な強度を得ることができるうえに、六価クロムの溶出量の少ない地盤改良土となる。
さらに、本発明の地盤改良方法は、アロフェン系の火山灰質粘性土１００重量部に対して、地盤改良用固化材５５〜７０重量部を混入し、撹拌するため、必要な強度を得ることができるうえに、六価クロムの溶出量の少ない地盤に改良することができる。
以下、本実施の形態の地盤改良用固化材のそれぞれの成分について説明する。
本実施の形態の地盤改良用固化材は、軟弱地盤と混合されて水和反応を生じて前記軟弱地盤を固化する地盤改良用固化材であって、高炉スラグと、消石灰と、二水石膏と、の混合物を基本成分としている。
ここにおいて、本発明で対象とする軟弱地盤とは、泥土と呼ばれている支持力の非常に小さい軟弱な一般粘性土である。
そして、後述する実施例２に示した室内試験では、カオリナイトを含有するカオリン系の沖積粘性土としてのカオリン粘土を泥土と想定して、液性限界付近に調整したものを用いた。
さらに、後述する実施例３に示した室内試験では、アロフェンを含有するアロフェン系の火山灰質粘性土としての関東ロームを採取したものを用いた。
高炉スラグは、鉄鉱石をコークスで還元する過程で、鉄分以外の鉄鉱石中の岩石分と成分 調整のための石灰が融合してできるものであり、酸化カルシウムや二酸化ケイ素（シリカ（ＳｉＯ２））や酸化アルミニウム（アルミナ（Ａｌ２Ｏ３））などを主成分とする常温で固体の粉末である。
また、本実施の形態では、この高炉スラグとして、潜在水硬性を有する水砕スラグを乾燥微粉末化した高炉スラグ微粉末４０００を使用している。すなわち、比表面積（ブレーン）が４０００（ｃｍ２／ｇ）に調整されたものを用いている。
また、消石灰は、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）を基本成分とする常温で固体の物質であり、六価クロム（Ｃｒ６＋）を微量に含有している。この消石灰は、後述する生石灰（酸化カルシウム）に、水を加えることによって生成される。
なお、この消石灰の代わりに、酸化カルシウム（ＣａＯ）を基本成分とする生石灰を用いてもよい。この生石灰は、常温で固体の白色粉末であり、六価クロム（Ｃｒ６＋）を微量に含有している。この生石灰は、一般には、石灰石を摂氏約９００度で焼成して得ることができる。
そして、これらの消石灰や生石灰は、その製造方法や粉砕方法などによって特に制約を受けることはなく、広く公知の方法で製造されたものの中から選定して使用することができる。
また、二水石膏は、硫酸カルシウム２水和物（ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ）を基本成分とする常温で固体の白色粉末であり、いわゆる石膏といわれるものである。この二水石膏は、摂氏１６０度〜１７０度に加熱することによって、水分を失い、半水石膏（ＣａＳＯ４・１／２Ｈ２Ｏ）となる。
なお、この二水石膏は、その製造方法や粉砕方法などによって特に制約を受けることはなく、広く公知の方法で製造されたものの中から選定して使用することができる。
そして、本実施の形態の地盤改良用固化材は、高炉スラグ１００重量部に対して、消石灰２５〜１００重量部と、二水石膏１２．５〜３７．５重量部と、が配合されている。
ここにおいて、消石灰を１００重量部より多く配合すると、消石灰に含有される六価クロムの量も多くなるため、消石灰は１００重量部より少ないことが好ましい。
加えて、二水石膏は上記範囲だけ配合することで、より発現強度が大きくなるため、上記範囲内であることが好ましい。
さらに、高炉スラグ１００重量部に対して、好ましくは消石灰２５〜５０重量部を、さらに好ましくは消石灰２５重量部程度を配合することが好ましい。このように配合することで、より発現強度を大きくすることができる。
同様に、上記の配合として、高炉スラグ１００重量部に対して、好ましくは二水石膏２５重量部程度を配合することが好ましい。このように配合することで、より発現強度を大きくすることができる。
次に、本実施の形態の地盤改良用固化材が地盤を固化する作用について説明する。
本実施の形態の地盤改良用固化材は、軟弱地盤と混合されて水和反応を生じて前記軟弱地盤を固化する地盤改良用固化材であって、高炉スラグと、消石灰又は生石灰と、二水石膏と、の混合物を基本成分としている。
したがって、軟弱地盤に添加され、混合された際には、以下のような化学反応を生じる。
ここにおいて、軟弱地盤に地盤改良用固化材を添加し、混合する方法としては、撹拌翼などによって原地盤を撹拌する機械撹拌工法や、ジェットによる高圧噴射や、掘削土を取り出して改良して再利用する方法などがあるが、これらに限定されるものではなく、軟弱地盤に添加されて混合されるものであればどのような方法であってもよい。
まず、土にカルシウムイオンＣａを加えると、土との間のイオン交換反応により、土粒子が凝集されて団粒化する。
また、消石灰（Ｃａ（ＯＨ）２）と石膏（ＣａＳＯ４）の共存下で、酸化カルシウム（ＣａＯ），アルミナ（Ａｌ２Ｏ３），三酸化硫黄（ＳＯ３）と、多量の水が反応して水和反応を起こし、安定した針状鉱物であるエトリンガイトを生成する。
その後、土の粘土鉱物と水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）とが反応するポゾラン反応が起こる。このポゾラン反応は、シリカ（ＳｉＯ２），アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などの粘土鉱物が、消石灰（Ｃａ（ＯＨ）２）と反応することで、不溶性の水和物を生成するもので、高い固化強度を得ることができる。
ここにおいて、高炉スラグは、高アルカリ環境のもとで潜在水硬性を示すため、ｐＨの高い消石灰と併用することで強度を発現しやすくなる。また、この高炉スラグは、消石灰や石膏に比べて、ポゾラン反応に必要なシリカ（ＳｉＯ２）やアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を多く含んでいる。
また、石膏を多く使用すると、酸化カルシウム（ＣａＯ）が多量に供給されることで、水和反応は進行しやすくなるが、それに伴う水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）の多量の消費によって、ポゾラン反応が進行しにくくなるため、長期強度が出にくくなることがある。
一方、石膏による多量の三酸化硫黄（ＳＯ３）の供給は、周囲の土壌に脱水効果をもたらし、固化強度を高めることになる。なお、一般に、セメント系固化材に三酸化硫黄（ＳＯ３）が増量されるのは、この効果を期待したものである。
このように、本実施の形態の地盤改良用固化材は、高炉スラグと、消石灰と、二水石膏と、の混合物を基本成分とすることを特徴としている。
したがって、粘性土に適するうえに、六価クロムの溶出リスクが低い地盤改良用固化材となる。
すなわち、粘性土と混練した場合にも、セメント系固化材と比べて少ない添加量で同等の発現強度を得ることができる。
そして、このように少ない添加量で同等の発現強度を得ることができれば、コストを安くすることもできる。
さらに、本実施の形態の地盤改良用固化材は、従来のセメント系固化材と比べて六価クロムの含有量が少ないうえに、高炉スラグが六価クロムの溶出を抑制することで、全体の六価クロムの溶出リスクが低くなる。
また、生石灰を使用した場合には、その水和反応によって土壌中の水分を消費するため、改良強度をより大きくすることができる。
つまり、生石灰は土壌の水分と水和反応して消石灰となるが、この際に、水分子を分子構造に取り込むため、土壌の粒子間などにある水分子の数を減少させることができる。
加えて、上記した反応においては、消石灰の添加によって、ｐＨが上昇するため、高炉スラグの潜在水硬性がより発揮されやすくなっている。
そして、より多くの石膏を配合することで短期的な強度を増大させることができ、より多くの高炉スラグを配合することで長期的な強度を増大させることができる。これは、石膏は主に水和反応によって、高炉スラグは主にポゾラン反応によって硬化するためである。
以下、前記実施の形態とは別の配合を備える地盤改良用固化材について説明する。
本実施例の地盤改良用固化材は、高炉スラグと、消石灰と、半水石膏と、の混合物を基本成分している。つまり、前記実施の形態とは異なり、二水石膏ではなく、半水石膏を含有している。
この半水石膏は、硫酸カルシウム１／２水和物（ＣａＳＯ４・１／２Ｈ２Ｏ）を基本成分とする常温で固体の物質であり、二水石膏を摂氏１６０度〜１７０度に加熱することによって得られるほか、天然にバサニ石として産出される。
なお、この半水石膏は、その製造方法や粉砕方法などによって特に制約を受けることはなく、広く公知の方法で製造されたものの中から選定して使用することができる。
したがって、粘性土に適するうえに、六価クロムの溶出リスクが低い地盤改良用固化材となる。
また、生石灰を使用した場合には、その水和反応によって土壌中の水分を消費するため、改良強度をより大きくすることができる。
加えて、上記した反応においては、消石灰の添加によって、ｐＨが上昇するため、高炉スラグの潜在水硬性がより発揮されやすくなっている。
さらに、地盤改良用固化材は、高炉スラグ１００重量部と、消石灰２５〜１００重量部と、半水石膏１２．５〜５０重量部と、の混合粉末とすることで、発現強度を大きくすることができる。
ここにおいて、消石灰を１００重量部より多く配合すると、消石灰に含有される六価クロムの量も多くなるため、消石灰は１００重量部より少ないことが好ましい。
加えて、半水石膏は上記範囲だけ配合することで、より発現強度が大きくなるため、上記範囲内であることが好ましい。
さらに、高炉スラグ１００重量部に対して、好ましくは消石灰２５〜５０重量部を、さらに好ましくは消石灰２５重量部程度を配合することが好ましい。このように配合することで、より発現強度を大きくすることができる。
同様に、上記の配合として、高炉スラグ１００重量部に対して、好ましくは半水石膏２５重量部程度を配合することが好ましい。このように配合することで、より発現強度を大きくすることができる。
そして、より多くの石膏を配合することで短期的な強度を増大させることができ、より多くの高炉スラグを配合することで長期的な強度を増大させることができる。
加えて、この半水石膏は、水と反応して固体の二水石膏となるため、軟弱地盤中の水分を消費して地盤改良強度を増大させることもできる。
なお、この他の構成および作用効果については、前記実施の形態と略同様であるため説明を省略する。
以下、前記実施の形態及び実施例１に記載した地盤改良用固化材の最適な配合を求めるためにおこなった実験について説明する。
まず、実験条件について説明する。
本実施例では、改良の対象となる粘性土として、表１に示す物性値のカオリン粘土を用いた。このカオリン粘土は、一般的な粘性土として代表的なものである。また、表２には、実験に用いたセメント系固化材、高炉スラグ、消石灰、半水石膏の成分を示す。
本実施例の一軸圧縮試験は、カオリン粘土に液性限界まで加水したものを用いた。
具体的には、計量した試料に所定量の固化材を添加し、手で均一に混合し、φ５ｃｍ×１０ｃｍモールドに処理土を充填した。
ここにおいて、処理土が軟弱で、そのままではモールドに充填できない場合には、安定処理土の締固めをしない供試体作成方法（ＪＳＦ Ｔ８２１−１９９０）に従っておこなった。
一方、締固めできる場合には、処理土の突固めによる供試体作成方法（ＪＳＦ Ｔ８１１−１９９０）に従っておこなった。モールドはφ５ｃｍ×１０ｃｍのもの、ランマーは質量１．５ｋｇで落下高２０ｃｍのものを用い、３層に分けてそれぞれ１２，１２，１３回突固めした。なお、この場合には、突固めエネルギーＥｃは０．５５ｍ／ＭＮ／ｍ３である。供試体は、それぞれの配合で養生日数ごとに５本作成した。
次に、供試体をモールドから脱型後、乾燥を防ぐためにポリエチレンフィルムで密封し、密封容器に入れて、所定日数だけ恒温室（２０度）で気中養生した。
そして、所定の養生日数の経過後、ＪＩＳＡ１２１６，ＪＧＳＴ５１１１に準じて、一軸圧縮試験をおこなった。
また、六価クロムの溶出試験に用いる検液は、環境庁告示第４６号試験に従って抽出した。すなわち、試料を風乾し、土塊、団粒を粗砕した後に、非金属製の２ｍｍのふるいを通過させ、試料（ｇ）と溶媒（ｍｌ）とを１：１０の割合で混合した混合液を毎分振とう回数２００回で６時間連続振とうし、メンブレンフィルターでろ過することで得る。
検液に含まれる六価クロム濃度の定量は、分析操作が簡単で一般によく用いられるジフェニルカルバジド吸光光度法（ＪＩＳ Ｋ０１０２ ６５．２．１）によっておこなった。
次に、それぞれの配合例について説明する。
＜配合例Ａ〜Ｄ＞
まず、本実施例の地盤改良用固化材と比較するために、従来のセメント系固化材をカオリン粘土に混合した配合例Ａ〜Ｄの配合及び結果を表３に示す。
まず、本実施例の地盤改良用固化材と比較するために、従来のセメント系固化材をカオリン粘土に混合した配合例Ａ〜Ｄの配合及び結果を表３に示す。
この配合例Ａ〜Ｄでは、セメント系固化材の量を６〜２０％に変化させて一軸圧縮強度を測定することで、改良に必要なセメント量を推定した。なお、以下の表３〜６において、記号Ｓは高炉スラグ、Ｌは消石灰、Ｇ半は半水石膏、Ｇ二は二水石膏、Ｃはセメント、を示している。
表３の結果によると、配合例Ａを除く配合例Ｂ，Ｃ，Ｄにおいて、４週強度が８００ｋＮ／ｍ２を超えている。
そして、配合例Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄと配合量が増加するのに比例して、４週強度も増加している。そこで、配合例Ａと配合例Ｂとを線形補完すると、セメント系固化材の量が７．３％で、４週強度が８００ｋＮ／ｍ２となる。
したがって、セメント系固化材を７．３％以上配合すれば、実験室と建築現場との土質のばらつきや、混合の方法などの違いを考慮しても、４週強度６０ｋＮ／ｍ２を確保できるといえる。
＜配合例１〜６＞
次に、配合例１〜６の配合及び結果を表４に示す。
次に、配合例１〜６の配合及び結果を表４に示す。
この配合例１〜３では、消石灰の配合量を５％に固定し、半水石膏の配合量を２．５％に固定したうえで、高炉スラグの配合量を５〜１５％に変化させて、一軸圧縮強度を測定することで、最適な高炉スラグの配合量を推定した。
同様に、配合例４〜６では、消石灰の配合量を５％に固定し、半水石膏の配合量を５．０％に固定したうえで、高炉スラグの配合量を変化させて、一軸圧縮強度を測定することで、最適な高炉スラグの配合量を推定した。
表４の結果によると、配合例１，４，５を除く配合例２，３，６において、４週強度が８００ｋＮ／ｍ２を超えている。
したがって、半水石膏の軟弱地盤に対する配合量を２．５％に抑えて、高炉スラグを１０％以上配合すれば、実験室と建築現場との土質のばらつきや、混合の方法などの違いを考慮しても、４週強度６０ｋＮ／ｍ２を確保できるといえる。
＜配合例７〜１３＞
次に、配合例７〜１３の配合及び結果を表５に示す。
次に、配合例７〜１３の配合及び結果を表５に示す。
この配合例７，８では、高炉スラグの配合量を１０％に固定し、半水石膏の配合量を５．０％に固定したうえで、消石灰の配合量を７．５％又は１０％に変化させて、一軸圧縮強度を測定することで、最適な消石灰の配合量を推定した。
同様に、配合例９，１０では、高炉スラグの配合量を７．５％に固定し、半水石膏の配合量を２．５％に固定したうえで、消石灰の配合量を５．０％又は２．５％に変化させて、一軸圧縮強度を測定することで、最適な消石灰の配合量を推定した。
さらに、配合例１１，１２，１３では、高炉スラグの配合量を１０％に固定し、消石灰の配合量を２．５％に固定したうえで、半水石膏の配合量を１．２５％，２．５％又は３．７５％に変化させて、一軸圧縮強度を測定することで、最適な半水石膏の配合量を推定した。
表５の結果によると、消石灰の配合量が２．５％の配合例１０において、４週強度が最も大きくなっている。したがって、消石灰の配合量を２．５％にすることで、最も効率よく強度を発現させることができる。
そして、半水石膏の量が２．５％の配合例１２において、４週強度が最も大きくなっている。したがって、半水石膏の配合量を２．５％にすることで、最も効率よく強度を発現させることができる。
また、高炉スラグ１００重量部に対して、半水石膏１２．５〜５０重量部を配合することで十分な強度を得られることがわかる。
さらに、高炉スラグ１００重量部に対して、消石灰２５〜１００重量部を配合することで十分な強度を得られることがわかる。なお、半水石膏と二水石膏は水分子の数のみが異なるものであるため、次に示す配合例１４〜２１の場合でもこれと同様のことがいえる。
＜配合例１４〜２１＞
次に、配合例１４〜２１の配合及び結果を表６に示す。
次に、配合例１４〜２１の配合及び結果を表６に示す。
この配合例１４，１５，１６では、高炉スラグの配合量を１０％に固定し、消石灰の配合量を２．５％に固定したうえで、二水石膏の配合量を１．２５％，２．５％又は３．７５％に変化させて、一軸圧縮強度を測定することで、最適な二水石膏の配合量を推定した。
同様に、配合例１７，１８，１９では、高炉スラグの配合量を１０％に固定し、消石灰の配合量を２．５％に固定したうえで、建設廃材から採取した二水石膏（以下、廃二水石膏という。）の配合量を１．２５％，２．５％又は３．７５％に変化させて、一軸圧縮強度を測定することで、最適な廃二水石膏の配合量を推定した。
さらに、配合例２０，２１では、上記した配合例から、最も強度が大きくなる高炉スラグと消石灰と二水石膏との比を４：１：１．５と推定したうえで、全体の配合量を５．２％及び６．５％の２通りに変えて、一軸圧縮強度８００ｋＮ／ｍ２を満足するために必要な軟弱地盤に対する地盤改良用固化材の配合量を推定した。
表６の結果によると、配合例１４〜１９のいずれにおいても、４週強度が８００ｋＮ／ｍ２を大きく超えているため、実験室と建築現場との土質のばらつきや、混合の方法などの違いを考慮しても、４週強度６０ｋＮ／ｍ２を確保できるといえる。
また、配合例２０では４週強度が８００ｋＮ／ｍ２を超えていないが、配合例２１では４週強度が８００ｋＮ／ｍ２を超えている。そこで、配合例２０と配合例２１とを線形補完すると、地盤改良用固化材の量が５．５％で、４週強度が８００ｋＮ／ｍ２となる。
さらに、高炉スラグ１００重量部に対して、二水石膏１２．５〜３７．５重量部を配合することで十分な強度を得られることがわかる。
図１には、表３の配合例Ａ，Ｂから線形補完して推定した４週強度が８００ｋＮ／ｍ２となるセメント系固化材の１週強度及び４週強度と、表６の配合例２０，２１から線形補完して推定した４週強度が８００ｋＮ／ｍ２となる本実施の形態の地盤改良用固化材の１週強度及び４週強度を示した。
本実施の形態の地盤改良用固化材は、軟弱地盤に対して、従来のセメント系固化材よりも少ない配合量で、同程度の強度が得られることがわかる。さらに、本実施の形態の地盤改良用固化材は、セメント系固化材と比べて、長期的な強度増加の割合が大きいことがわかる。
このように、本実施例の地盤改良用固化材は、高炉スラグ１００重量部に対して、消石灰２５〜１００重量部と、二水石膏１２．５〜３７．５重量部と、が配合されている。
したがって、粘性土に混練された際には、セメント系固化材と比べて少ない配合量で同程度の強度を得ることができる地盤改良用固化材となる。
また、本実施例の地盤改良用固化材は、高炉スラグ１００重量部に対して、消石灰２５〜１００重量部と、半水石膏１２．５〜５０重量部と、が配合されている。
したがって、粘性土に混練された際には、セメント系固化材と比べて少ない配合量で同程度の強度を得ることができる地盤改良用固化材となる。
また、本実施の形態の地盤改良土は、カオリン系の粘性土１００重量部に対して、上記した地盤改良用固化材６．５〜２５重量部が配合されている。
したがって、セメント系固化材と比べて少ない配合量で同程度の強度を得ることができるうえに、六価クロムの溶出量の少ない地盤改良土となる。
すなわち、強度８００ｋＮ／ｍ２となるセメント系固化材の配合量は７３ｋｇ／ｍ３であるのに対して、本実施の形態の地盤改良用固化材の配合量は５５ｋｇ／ｍ３であるから、より少ない配合量で同程度の強度を得ることができるといえる。
さらに、このように配合量を少なくすることによって、地盤改良用固化材に含まれる六価クロムの含有量も少なくなるため、地球環境に配慮した地盤改良用固化材となる。
加えて、配合量を少なくすることができれば、より安いコストで同程度の強度を得ることができるため、コストパフォーマンスが高くなる。
さらに、本実施の形態の地盤改良方法は、カオリン系の粘性土１００重量部に対して、上記した地盤改良用固化材６．５〜２５重量部が配合される地盤改良用固化材を混入し、撹拌する。
したがって、軟弱地盤を、セメント系固化材と比べて少ない配合量で同程度の強度を得ることができるうえに、六価クロムの溶出量の少ない地盤に改良することができる。
そして、配合例１７，１８，１９に示すように、建設廃材から採取した廃石膏を用いても、必要な発現強度を得ることができるため、地球環境に配慮した地盤改良用固化材となる。
以下、前記実施例２の実験によって各成分の配合が決められた地盤改良用固化材を、アロフェン系の火山灰質粘性土としての関東ロームに適用した実験について説明する。
まず、実験条件について説明する。
本実施例では、改良の対象となる試料粘性土として、表７に示す物性値の関東ロームを用いた。
この実験に用いた試料は、採取地で分類すると下末吉ロームに分類されるが、試料の自然含水比が武蔵野ロームの含水比に近いことや、採取地が武蔵野ロームの層にも近接していることなどから、下末吉ロームと武蔵野ロームの中間的な性状を有していると考えられる。
また、実験に用いたセメント系固化材、高炉スラグ、消石灰、二水石膏の成分は、実施例２と略同様であるから説明は省略する。
なお、一軸圧縮試験や六価クロムの溶出試験については、前記実施例２と略同様であるから説明は省略する。
以下、配合例について説明する。
＜配合例２２〜２９，配合例Ｅ＞
表８に、配合例２２〜２９の配合及び結果を示す。
表８に、配合例２２〜２９の配合及び結果を示す。
この配合例２２〜２５では、高炉スラグの配合量を３０％に固定し、消石灰の配合量を１０，１５％に固定したうえで、二水石膏の配合量を１０，１５％に変化させて、一軸圧縮強度を測定した。
同様に、配合例２６〜２９では、高炉スラグの配合量を４０％に固定し、消石灰の配合量を１０，１５％に固定したうえで、二水石膏の配合量を１０，１５％に変化させて、一軸圧縮強度を測定した。
そして、比較のための配合例Ｅとして、従来のセメント系固化材を４０％配合して一軸圧縮強度及び六価クロムの溶出量を測定した。
表８の結果によると、配合例２３，２４，２６，２８，２９において、４週強度が目標とする一軸圧縮強度４２５ｋＮ／ｍ２を超えている。
なお、この目標強度４２５ｋＮ／ｍ２は、住宅地盤の許容応力度目標値を３ｔｆ／ｍ２、安全率を３として、抜き取りコアの平均一軸圧縮強度ｑｕｆを逆算し、さらに（現場／室内）強さ比を０．５と設定して求めたものである。
したがって、高炉スラグ１００重量部に対して、二水石膏２５〜５０重量部を配合することで十分な強度を得られることがわかる。
また、高炉スラグ１００重量部に対して、消石灰２５〜５０重量部を配合することで十分な強度を得られることがわかる。なお、二水石膏と半水石膏は水分子の数のみが異なるものであるため、半水石膏を用いても同様のことがいえる。
さらに、アロフェン系の火山灰質粘性土としての関東ローム１００重量部に対して、地盤改良用固化材５５〜７０重量部を配合することで、必要な強度を得られることがわかる。
そして、配合例２２〜２５と配合例２６〜２９とを比較することで、関東ローム１００重量部に対して高炉スラグ４０重量部を配合すればより強度が安定することがわかる。
また、配合例２２〜２９からわかるように、消石灰や二水石膏の添加量については、関東ローム１００重量部に対して、１０重量部より多い１５重量部を添加することで、強度も増加するとは必ずしもいえない。
したがって、コストの面を考慮すると、関東ローム１００重量部に対して消石灰及び二水石膏１０重量部を配合することが好ましい。
そして、配合例２２〜２９のいずれにおいても、六価クロムの溶出量は、０．００５（ｍｇ／ｌ）未満となり、六価クロムの溶出量がきわめて少ないことがわかる。
これに対して、配合例Ｅでは、一軸圧縮強度は目標値を越えているものの、六価クロムの溶出量は０．１５３（ｍｇ／ｌ）となり、土壌環境基準０．０５（ｍｇ／ｌ）を大きく超えている。
このように、本実施の形態の地盤改良土は、アロフェン系の火山灰質粘性土としての関東ローム１００重量部に対して、上記した地盤改良用固化材５５〜７０重量部が配合されているため、必要な強度を得ることができるうえに、六価クロムの溶出量の少ない地盤改良土となる。
すなわち、関東ローム１００重量部に対して、高炉スラグ３０〜４０重量部、消石灰１０〜１５重量部、半水石膏１０〜１５重量部、を配合することで、消石灰や石膏に含有される六価クロムが高炉スラグによって還元されるため、六価クロムの溶出量が抑制されたと考えられる。
そして、本実施の形態の地盤改良方法は、アロフェン系の火山灰質粘性土としての関東ローム１００重量部に対して、上記した地盤改良用固化材５５〜７０重量部が配合される地盤改良用固化材を混入し、撹拌するため、必要な強度を得ることができるうえに、六価クロムの溶出量の少ない地盤に改良することができる。
つまり、関東ローム１００重量部に対して、高炉スラグ３０〜４０重量部、消石灰１０〜１５重量部、半水石膏１０〜１５重量部、を混入し、撹拌することで、消石灰や石膏に含有される六価クロムが高炉スラグによって還元されるため、六価クロムの溶出量が抑制されたと考えられる。
以上、図面を参照して、本発明の最良の実施の形態及び実施例を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態又は実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
例えば、前記実施の形態及び実施例では、地盤改良用固化材を粘性土に適用しているが、これに限定されるものではなく、試験などによって必要な強度が発現することが確認された場合には、粘性土以外の土質にも適用することが可能である。
また、前記実施の形態及び実施例１，２では、カオリン系の粘性土として工業製品化されているカオリン粘土を試料として説明したが、これに限定されるものではなく、カオリナイトを有する粘性土に広く適用することができる。
さらに、前記実施例３では、アロフェン系の火山灰質粘性土として関東ロームを試料として説明したが、これに限定されるものではなく、アロフェンを有する火山灰質粘性土に広く適用することができる。
建物を構築する際に行う地盤支持力の改良や、不同沈下の防止や、液状化の防止などに利用することができる。
Claims (6)
- 軟弱地盤と混合されて前記軟弱地盤を固化する地盤改良用固化材であって、
高炉スラグ１００重量部に対して、消石灰２５〜１００重量部と、二水石膏１２．５〜３７．５重量部と、が配合されることを特徴とする地盤改良用固化材。 - 軟弱地盤と混合されて前記軟弱地盤を固化する地盤改良用固化材であって、
高炉スラグ１００重量部に対して、消石灰２５〜１００重量部と、半水石膏１２．５〜５０重量部と、が配合されることを特徴とする地盤改良用固化材。 - カオリン系の粘性土と地盤改良用固化材とが混練されて水和反応を生じて形成される地盤改良土であって、
前記カオリン系の粘性土１００重量部に対して、請求項１又は請求項２に記載の地盤改良用固化材６．５〜２５重量部が配合されることを特徴とする地盤改良土。 - カオリン系の粘性土と地盤改良用固化材とを混練する地盤改良方法であって、
前記カオリン系の粘性土１００重量部に対して、請求項１又は請求項２に記載の地盤改良用固化材６．５〜２５重量部を混入し、撹拌することを特徴とする地盤改良方法。 - アロフェン系の火山灰質粘性土と地盤改良用固化材とが混練されて水和反応を生じて形成される地盤改良土であって、
前記アロフェン系の火山灰質粘性土１００重量部に対して、請求項１又は請求項２に記載の地盤改良用固化材５５〜７０重量部が配合されることを特徴とする地盤改良土。 - アロフェン系の火山灰質粘性土と地盤改良用固化材とを混練する地盤改良方法であって、
前記アロフェン系の火山灰質粘性土１００重量部に対して、請求項１又は請求項２に記載の地盤改良用固化材５５〜７０重量部を混入し、撹拌することを特徴とする地盤改良方法。
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