JP2011032826A5 - - Google Patents

Description

流動化処理土の製造方法

本発明は、流動化処理土の製造方法に関する。

建設工事や浚渫工事や土砂採掘工事等で発生した建設汚泥を含む発生土（原料土）を、流動化処理土の主材として再利用する場合がある（例えば、特許文献１参照）。

従来、流動化処理土の配合設計は、建設発生土等から生成された泥土の密度を測定し、この泥土の密度を一定固化材量における一軸圧縮強さの関係からなる配合設計基準図に照らし合わせることで行われていた。
なお、配合設計基準図は、所定の密度の泥土に対して固化材の添加量を変化させて試験を行うことで求められた「固化材添加量と一軸圧縮強さとの関係」と、所定の固化材添加量に対する泥土の密度を変化させて試験を行うことで求められた「泥土の密度と一軸圧縮強さとの関係」と、をまとめることで作成されている。

特開２００６−７７５２２号公報

ところが、室内配合試験に使用される試料泥土は比較的均一であるのに対し、建設発生土や建設汚泥などは、その粒度構成にばらつきがあり、粗粒土と細粒土との構成比率に変動がある。
したがって、室内配合試験により設定された泥土固化材比により流動化処理土を製造すると、一軸圧縮強さに変動が生じ、流動化処理土の品質が低下する場合があった。これは、粗粒土は一軸圧縮強さへの寄与が少ないため、泥土中の粗粒土と細粒土との比率が変動すると、一軸圧縮強さにも変動が生じるためである。

また、泥土の粒度構成にばらつきがあると、一軸圧縮強さにばらつきが生じ、結果的に強度不足が発生する場合がある。粒度構成にばらつきがある場合でも、固化材の添加量を割り増しておけば、強度不足を回避することができるが、必要以上に固化材の添加量を割り増すと、再掘削が困難になるほど流動化処理土の固化強度が高くなってしまう。

このような観点から、本発明は、主材である原料土の粒度構成のばらつきを調整し、高品質な流動化処理土を生成することを可能とした流動化処理土の製造方法を提案することを課題とする。

このような課題を解決する本発明の流動化処理土の製造方法は、配合設計で設定した割合で原料土に水を加えて混練して得た泥土或いは原料土から直接得た泥土から採取した試料泥土の細粒分含有率を測定する細粒分含有率測定工程と、前記細粒分含有率を利用して、前記試料泥土から粗粒土を除いた試料泥土の密度に相当する細粒土泥土密度を算出する密度算出工程と、前記細粒土泥土密度が予め設定された基準細粒土泥土密度となるように前記泥土の細粒土泥土密度を調整する密度調整工程と、前記細粒土泥土密度が調整された泥土に固化材を添加混合する混合工程と、を備えることを特徴としている。

また、第２の流動化処理土の製造方法は、配合設計で設定した割合で原料土と水とを混練して得た泥土から採取した試料泥土の細粒分含有率を測定する細粒分含有率測定工程と、前記細粒分含有率を利用して、前記試料泥土から粗粒土を除いた試料泥土の密度に相当する細粒土泥土密度を算出する密度算出工程と、前記細粒土泥土密度が予め設定された基準細粒土泥土密度となるように前記泥土の細粒土泥土密度を調整する密度調整工程と、前記細粒土泥土密度が調整された泥土に固化材を添加混合する混合工程と、を備える流動化処理土の製造方法であって、前記密度調整工程において、前記細粒土泥土密度が前記基準細粒土泥土密度よりも小さい場合には前記原料土を増量し、前記細粒土泥土密度が前記基準細粒土泥土密度よりも大きい場合には前記水を増量することで前記細粒土泥土密度を調整することを特徴としている。

かかる流動化処理土の製造方法は、細粒土泥土密度が調整された泥土により流動化処理土を製造するため、流動化処理土の強度の管理を的確に行うことができる。
粗粒土は、流動化処理土の一軸圧縮強さと流動性への寄与が少ないため、細粒土と水の状態で泥土を管理するのが望ましい。ここで、本明細書における「粗粒土」とは、泥土に含まれる粒子のうち、「レキ」や「砂」等の比較的粒径が大きなものをいい、「細粒土」とは、「シルト」や「粘土」等の比較的粒径が小さいものをいう。
なお、本明細書における原料土には、建設発生土、建設汚泥、浚渫土、土砂採掘残渣等を含むものとする。

また、第３の流動化処理土の製造方法は、配合設計で設定した割合で原料土に水を加えて混練して得た泥土或いは原料土から直接得た泥土から採取した試料泥土の細粒分含有率を測定する細粒分含有率測定工程と、配合設計により予め求めた基準細粒分含有率となるように前記泥土の細粒分含有率を調整する含有比調整工程と、前記細粒分含有率を調整することで細粒土泥土密度が調整された泥土に固化材を添加混合する混合工程と、を備えることを特徴としている。

さらに、第４の流動化処理土の製造方法は、配合設計で設定した割合で原料土と水とを混練して得た泥土から採取した試料泥土の細粒分含有率を測定する細粒分含有率測定工程と、配合設計により予め求めた基準細粒分含有率となるように前記泥土の細粒分含有率を調整する含有比調整工程と、前記細粒分含有率を調整することで細粒土泥土密度が調整された泥土に固化材を添加混合する混合工程と、を備える流動化処理土の製造方法であって、前記含有比調整工程において、前記細粒分含有率が基準細粒分含有率より大きい場合には前記原料土を増量し、前記細粒分含有率が基準細粒分含有率より小さい場合には前記水を増量することで前記細粒土泥土密度を調整することを特徴としている。

かかる流動化処理どの製造方法は、細粒分含有率を調整することで細粒土泥土密度が調整された泥土により流動化処理土を製造するため、流動化処理土の強度の管理をより簡易に行うことができる。

また、前記混合工程において、前記細粒土泥土密度が調整された泥土の量と前記固化材の量とからなる泥土固化材比が、予め設定された基準比となるように、前記泥土の量を増減させてもよい。

かかる流動化処理土の製造方法によれば、流動化処理土の一軸圧縮強さは、粗粒土を除いた泥土の量と固化材の量により決定するので、固化材量を一定にして泥土密度を加減することで強度を調節することができる。これにより、固化材の添加量を削減する配合設計が可能となり、コスト削減効果を得ることができる。また泥土密度の調整で固化材の絶対量を抑制すことが可能となることで、数年間続く固化材の水和反応を抑制することができ、不要な固化強度の上昇を抑える効果もある。

前記細粒分含有率測定工程において、前記泥土に水を加えて所定量の泥水を生成し、前記泥水を貯留して沈降した粗粒土の体積を測定することで前記細粒分含有率を測定してもよい。

かかる流動化処理土の製造方法によれば、簡易に粗粒土の体積を測定することができるため、作業性に優れている。なお、泥水を貯留する容器としては、容易に入手可能なメスシリンダーを使用することができる。

本発明の流動化処理土の製造方法によれば、泥土の粒度構成のばらつきを抑え、簡単な製造管理をおこなうだけで高品質な流動化処理土を生成することが可能となる。

泥水の構成を示す模式図である。 細粒土の量を変化させた泥土の密度と一軸圧縮強さの関係を示したグラフ図である。 品質管理図の一例を示すグラフ図である。

本発明の好適な実施の形態について説明する。
本実施形態の流動化処理土の製造方法は、細粒分含有率測定工程と、密度算出工程と、密度調整工程と、混合工程と、を備えている。

細粒分含有率測定工程は、配合設計で設定した割合で発生土（建設発生土、建設汚泥、浚渫土、土砂採掘残渣を含む原料土）と水とを混練して得た泥土の細粒分含有率を測定する工程である。なお、泥土として、発生土（原料土）から直接得たものを使用してもよい。
まず、体積Ｖ_ｖが既知のメスシリンダーに、泥土から採取した試料泥土に水を加えて混合することで体積Ｖ_ｖの泥水を生成する。このとき、泥水の質量Ｍ_ｖを計測して泥水の密度ρ_ｖを求めておく（図１参照）。

メスシリンダー内で泥水をよく撹拌したのち、メスシリンダーを静置させて沈降した粗粒土ｓｓの体積Ｖ_ｓｓ’を測定する。粗粒土の体積Ｖ_ｓｓ’の測定は、メスシリンダーの底部に沈降した粗粒土ｓｓの上面に対応する目盛りを読むことで行う。

計測された粗粒土の体積Ｖ_ｓｓ’と、体積Ｖ_ｖを利用して、粗粒土の体積率αを、式２により算出する。

α＝Ｖ_ｓｓ’／Ｖ_ｖ・・・式２

粗粒土の体積率αを利用して、式３により泥水１ｍ^３当たりの粗粒土の体積Ｖ_ｓｓが算出できる。

Ｖ_ｓｓ＝α×１（ｍ^３） ・・・式３

細粒分含有率Ｆｃは、式４に示すように、粗粒土含有比θで表すことができる。
粗粒土含有比θは、式５に示すように、粗粒土の体積Ｖ_ｓｓと、土粒子全体の体積Ｖ_ｓと、の関係により算出する。このとき粗粒土含有比θは、粗粒土の質量Ｍ_ｓｓと、土粒子全体の質量Ｍ_ｓと、の含有比でもある。

なお、土粒子の比重Ｇ_ｓは、予め土質試験により求めた値を用いてもよいし、２．６５から２．７５の範囲内から任意の値を仮定して用いてもよい。

密度算出工程は、細粒分含有率測定工程において求められた粗粒土含有比θを利用して試料泥土から粗粒土を除いた場合の泥土密度である細粒土泥土密度ρ^＊を算出する工程である。

細粒土泥土密度ρ^＊は、式６により算出する。式６は、既知である泥土の密度ρと粗粒土含有比θを利用して細粒土泥土密度ρ^＊を算定するための式である。

密度調整工程は、密度算出工程において算出された細粒土泥土密度ρ^＊と予め設定された基準細粒土泥土密度ρ_０とを比較して、試料泥土の採取元である泥土の細粒土泥土密度ρ^＊が基準細粒土泥土密度ρ_０と同等となるように調整する工程である。
比較の結果、細粒土泥土密度ρ^＊が基準細粒土泥土密度ρ_０と比較して小さい場合には、泥土の素となる発生土（原料土）を増量して細粒土の不足を補うか、発生土に加水する水の量を減らして相対的に細粒土の密度を上げるように調整する。一方、細粒土泥土密度ρ^＊が基準細粒土泥土密度ρ_０よりも大きい場合には、発生土の量を少なくするか、発生土に加水する水の量を多くして相対的に細粒土泥土密度ρ^＊を下げるように調整する。

基準細粒土泥土密度ρ_０は、配合試験または計算式を用いて決定する。
配合試験による基準細粒土泥土密度ρ_０の決定は、試料泥土から粗粒土を取り除いた後、固化材の添加量を変化させて試験を行うことで求められた「固化材添加量と一軸圧縮強さとの関係」と、所定の固化材添加量に対する泥土の密度を変化させて試験を行うことで求められた「泥土の密度と一軸圧縮強さとの関係」と、をまとめることで作成されたグラフ（図３参照）から選択することにより行う。

計算式による基準細粒土泥土密度ρ_０の決定は、式１０を利用する。式１０は、泥土の密度ρと粗粒土含有比θを知って粗粒土を除いた基準細粒土泥土密度ρ_０を算定するための式であり、式７および式８に示す泥土の算定式を、以下に示すように修正変換することにより導くことができる。

泥土１ｍ^３あたりの土粒子（粗粒土＋細粒土）の質量Ｍ_ｓは、式８に示す通りである。

粗粒土の含有比をθで標記すると、粗粒土の質量Ｍ_ｓｓは、式９によって示される。

よって、粗粒土を除いて修正した泥土密度である基準細粒土泥土密度ρ_０は、式１０に示す通りである。

基準細粒土泥土密度ρ_０は、室内配合試験で使用した泥土の泥土密度ρ、土粒子比重Ｇ_ｓ、粗粒土含有比θ等を式７と式８と式９を式１０に代入することにより決定する。

混合工程は、密度調整工程において細粒土泥土密度が調整された泥土に固化材を添加混合して、流動化処理土を製造する工程である。

本実施形態では、所定量の固化材に対して、泥土の量を調整することにより、予め設定された泥土固化材比ＬＳ／Ｃ（基準比）となるようにする。固化材の量の調整は、必要に応じて副次的に行えばよい。

室内配合試験において粗粒土を除いた基準細粒土泥土密度は１ｍ^３当たりの泥土量ＬＳであり、固化材添加量は泥土１ｍ^３当たりに加える外割材量Ｃなので、「泥土固化材比＝ＬＳ／Ｃ」は泥土質量と固化材質量は以下の式１１で求まる。

以上、本実施形態の流動化処理土の製造方法によれば、粗粒土含有比を簡易に測定することができるため、粗粒土を除いた細粒土泥土密度を把握することができ、現場で発生した泥土（発生土）の密度を、品質が安定するよう基準細粒土泥土密度と比較することができる。そのため、流動化処理土の強度管理を的確に行うことが可能となった。

また、粗粒土が一軸圧縮強さと流動性への寄与が少ないことを見いだし、細粒土泥土密度により管理するため、細粒土泥土密度を増加させることで、固化材の量が一定のまま、流動化処理土の強度を増加させることが可能なため、固化材の量を減らす配合設計が可能となり、コスト削減効果を得ることが可能となった。固化材の絶対量を抑制することが可能になるので付随して長期強度発現を抑える効果も期待できる。

また、メスシリンダーを利用して粗粒土含有量を測定することで、簡易の測定することが可能となった。また、粗粒土含有量の変化を一目で把握することが可能なため、泥土の品質管理を容易に行うことができる。

流動化処理土の一軸圧縮強さに粗粒土の寄与が少ないことを確認するために行った実証実験結果を示す。
「細粒土＋水」の質量と「固化材」の質量と比が一定となる配合Ｅ〜Ｈの流動化処理土に砂を加えて密度を増加させた流動化処理土について一軸圧縮試験を実施した結果を図２に示す。

図２に示すように、配合Ｅ〜Ｈにおいて、密度を変えても一軸圧縮強さに大きな変化は見られなかった。つまり「細粒土＋水」と「固化材」との質量比が一定であれば、砂（粗粒土）が増えても一軸圧縮強さが変化しないことが実証された。

また、この結果により、「細粒土＋水」の質量に対する固化材の質量が変化すると一軸圧縮強さが変化するといえる。したがって、流動化処理土の一軸圧縮強さ（固化強度）の調整は、「細粒土＋水」に対する固化材の添加量で管理することができることがわかった。

以上、本発明について、好適な実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の各実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能であることはいうまでもない。

例えば、前記実施形態では、基準細粒土泥土密度を計算式により算出するものとしたが、基準細粒土泥土密度は室内配合試験により求めてもよい。

室内配合試験による方法では、固化材の添加量を一定とし、粗粒土を除いた泥土密度と一軸圧縮強さの関係およびフロー値の関係をプロットして図３に示すような品質管理基準図を作成する。
細粒土泥土密度は、品質管理基準図に基いて、所望の一軸圧縮強さとフロー値を満足できる範囲内となるように調整すればよい。

前記実施形態では、密度算出工程において算出した細粒土泥土密度を利用して泥土の細粒土泥土密度の調整を行うものとしたが、粗粒土含有比θ（細粒土含有率Ｆｃ）を調整することで細粒土泥土密度の調整を行ってもよい。粗粒土含有比の調整は、細粒分含有率測定工程により測定された粗粒土含有比θと予め配合設計等により設定された基準粗粒土含有比θ_０とを比較して、原料土と水の追加量を調整することで粗粒土含有比θが基準粗粒土含有比θ_０と同等となるようにする。

つまり、比較の結果、粗粒土含有率θが基準含有比θ_０より大きい場合には、泥土の素となる発生土（原料土）を増量して細粒土の不足を補うか、発生土に加水する水の量を減らして相対的に細粒土の密度を上げるように調整する。一方、粗粒土含有率θが基準含有比θ_０より小さい場合には、発生土の量を少なくするか、発生土に加水する水の量を多くして相対的に細粒土泥土密度ρ^＊を下げるように調整する。

このように細粒土泥土密度の管理を、粗粒土含有比（細粒土含有率）を利用して行えば、密度算出工程を省略することが可能となり、より簡易に作業を行うことができる。

Ｍ 質量
Ｖ 体積
ｓｆ 細粒土

Claims (6)

1. 配合設計で設定した割合で原料土と水とを混練して得た泥土或いは原料土から直接得た泥土から採取した試料泥土の細粒分含有率を測定する細粒分含有率測定工程と、
   前記細粒分含有率を利用して、前記試料泥土から粗粒土を除いた試料泥土の密度に相当する細粒土泥土密度を算出する密度算出工程と、
   前記細粒土泥土密度が予め設定された基準細粒土泥土密度となるように前記泥土の細粒土泥土密度を調整する密度調整工程と、
   前記細粒土泥土密度が調整された泥土に固化材を添加混合する混合工程と、を備えることを特徴とする、流動化処理土の製造方法。
2. 配合設計で設定した割合で原料土と水とを混練して得た泥土から採取した試料泥土の細粒分含有率を測定する細粒分含有率測定工程と、
   前記細粒分含有率を利用して、前記試料泥土から粗粒土を除いた試料泥土の密度に相当する細粒土泥土密度を算出する密度算出工程と、
   前記細粒土泥土密度が予め設定された基準細粒土泥土密度となるように前記泥土の細粒土泥土密度を調整する密度調整工程と、
   前記細粒土泥土密度が調整された泥土に固化材を添加混合する混合工程と、を備える流動化処理土の製造方法であって、
   前記密度調整工程において、前記細粒土泥土密度が前記基準細粒土泥土密度よりも小さい場合には前記原料土を増量し、前記細粒土泥土密度が前記基準細粒土泥土密度よりも大きい場合には前記水を増量することで前記細粒土泥土密度を調整することを特徴とする、流動化処理土の製造方法。
3. 前記混合工程において、前記細粒土泥土密度が調整された泥土の量と前記固化材の量とからなる泥土固化材比が、予め設定された基準比となるように、前記泥土の量を増減させることを特徴する、請求項１または請求項２に記載の流動化処理土の製造方法。
4. 前記細粒分含有率測定工程において、前記泥土に水を加えて所定量の泥水を生成し、前記泥水を貯留して沈降した粗粒土の体積を測定することで前記細粒分含有率を測定することを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の流動化処理土の製造方法。
5. 配合設計で設定した割合で原料土と水とを混練して得た泥土或いは原料土から直接得た泥土から採取した試料泥土の細粒分含有率を測定する細粒分含有率測定工程と、
   配合設計により予め求めた基準細粒分含有率となるように前記泥土の細粒分含有率を調整する含有比調整工程と、
   前記細粒分含有率を調整することで細粒土泥土密度が調整された泥土に固化材を添加混合する混合工程と、を備えることを特徴とする、流動化処理土の製造方法。
6. 配合設計で設定した割合で原料土と水とを混練して得た泥土から採取した試料泥土の細粒分含有率を測定する細粒分含有率測定工程と、
   配合設計により予め求めた基準細粒分含有率となるように前記泥土の細粒分含有率を調整する含有比調整工程と、
   前記細粒分含有率を調整することで細粒土泥土密度が調整された泥土に固化材を添加混合する混合工程と、を備える流動化処理土の製造方法であって、
   前記含有比調整工程において、前記細粒分含有率が基準細粒分含有率より大きい場合には前記原料土を増量し、前記細粒分含有率が基準細粒分含有率より小さい場合には前記水を増量することで前記細粒分含有率を調整することを特徴とする、流動化処理土の製造方法。