JP2011038104A - 土の工学的性質を改良するための化学薬品 - Google Patents
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Abstract
【課題】地盤の沈下、亀裂を防止し、建設物を支持することになる区域の土を安定化処理するための化学薬品およびこれを土と混合して製造する低価格住宅建設用の建築部材を提供する。
【解決手段】セメント質ポザラン（５から６０重量％）、硫酸カルシウム（２０から８０重量％）、カルシウムの酸化物（１５から５０重量％）および酸化ケイ素（１から３０重量％）の混合物を含む、土の工学的性質を改良するための化学薬品。この化学薬品は、モノフィランメント繊維を含んでもよい。
【選択図】なし
【解決手段】セメント質ポザラン（５から６０重量％）、硫酸カルシウム（２０から８０重量％）、カルシウムの酸化物（１５から５０重量％）および酸化ケイ素（１から３０重量％）の混合物を含む、土の工学的性質を改良するための化学薬品。この化学薬品は、モノフィランメント繊維を含んでもよい。
【選択図】なし
Description
［発明の属する技術分野］
本発明は土の工学的性質を改良するための化学薬品に関する。
本発明は土の工学的性質を改良するための化学薬品に関する。
［従来の技術］
土木工学では多くの場合、現場の土の工学的性質を建設作業に使用する前に改良しておくことが不可欠である。これは、地盤を適切に安定処理しておかないと使用中に道路の沈下および／または亀裂が起こりうる道路建設ではとりわけ重要である。
土木工学では多くの場合、現場の土の工学的性質を建設作業に使用する前に改良しておくことが不可欠である。これは、地盤を適切に安定処理しておかないと使用中に道路の沈下および／または亀裂が起こりうる道路建設ではとりわけ重要である。
土質を改良する最も簡単な方法はそれを締固めることである。しかし土は砂質のものから粘土質のものまで様々であるので、単に土を締固めるだけでは必ずしもその上に建設されるものを支えるほど十分にその工学的性質が改良されるとは限らない。そのため、土に化学薬品を混ぜ込んでそれを改良することが提案され、ポリマーに基づく多くの安定剤が使用されてきた。これらは土質を首尾よく改良するが、それは比較的短期間しか持続しない。そのポリマーは最終的には土から浸出されて、その効果を失う。
本発明の化学薬品は特に建設物を支持することになる区域を安定処理しようとするものであるが、これを土と混合し、得られた混合物を型に圧入して、低価格住宅建設用の建築部材を形成させることもできる。
［課題を解決するための手段］
本発明によれば、土の工学的性質を改良するための化学薬品であって、
５から６０重量％のセメント質ポザラン（pozzalan）と、
２０から８０重量％の硫酸カルシウムと、および
１５から５０重量％のカルシウムの酸化物とを含むものが提供される。
本発明によれば、土の工学的性質を改良するための化学薬品であって、
５から６０重量％のセメント質ポザラン（pozzalan）と、
２０から８０重量％の硫酸カルシウムと、および
１５から５０重量％のカルシウムの酸化物とを含むものが提供される。
土の工学的性質を改善するための化学薬品は、
１５から３５重量％のセメント質ポザランと、
４０から６０重量％の硫酸カルシウムと、および
２０から４０重量％のカルシウムの酸化物とを含むことが好ましい。
１５から３５重量％のセメント質ポザランと、
４０から６０重量％の硫酸カルシウムと、および
２０から４０重量％のカルシウムの酸化物とを含むことが好ましい。
さらにもう一つの好ましい形態として、本化学薬品は、
２５から３０重量％のセメント質ポザランと、
３０から４０重量％の硫酸カルシウムと、および
２５から３５重量％のカルシウムの酸化物とを含む。
２５から３０重量％のセメント質ポザランと、
３０から４０重量％の硫酸カルシウムと、および
２５から３５重量％のカルシウムの酸化物とを含む。
好ましいポザランは（好ましくは等重量の）普通ポルトランドセメントと混合された高炉スラグである。高炉スラグは一般にスラグメント（slagment）と呼ばれる。
本化学薬品は普通ポルトランドセメント（当業界ではＯＰＣと呼ばれる）、耐硫酸塩セメント、ポルトランドセメント１５ＳＬ、ポルトランドセメント１５ＦＡ、普通ポルトランドセメントとフライアッシュの混合物、およびメーソンリーセメントから選択される追加のポザランを含んでもよい。
本化学薬品は補強繊維（例えば合成プラスチック材料の繊維）を含んでもよい。好ましい繊維はポリプロピレンのモノフィラメントである。
化学薬品各１００キログラムに１キログラムから１０キログラムの繊維を添加できる。
カルシウムの酸化物は酸化カルシウム（ＣａＯ）または水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）の形をとりうる。硫酸カルシウムは天然石こうまたは半水石こう（ＣａＳＯ４・１／２Ｈ２Ｏ）でありうる。
一形態として、本化学薬品は１から３０重量％の酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を含む。
道路表面の性質を改良する用途にとりわけ適した化学薬品の具体的一形態は以下を含む。
天然石こう（ＣａＳＯ４） ３５重量％
ケイ砂 １２重量％
酸化カルシウムまたは水酸化カルシウム ２５重量％
ポルトランド高炉セメント ２８重量％
本発明のさらにもう一つの局面によれば、土の工学的性質を改良する方法であって、土を破砕または粉砕するためにその土を掘り起こし、その土に上述の化学薬品を添加し、その土と化学薬品を混合した後、その土を締固めることからなる方法が提供される。
ケイ砂 １２重量％
酸化カルシウムまたは水酸化カルシウム ２５重量％
ポルトランド高炉セメント ２８重量％
本発明のさらにもう一つの局面によれば、土の工学的性質を改良する方法であって、土を破砕または粉砕するためにその土を掘り起こし、その土に上述の化学薬品を添加し、その土と化学薬品を混合した後、その土を締固めることからなる方法が提供される。
本発明のさらにもう一つの局面によれば、土から建築用ブロックを製造する方法であって、その土を破砕し、それを化学薬品と混合し、混合された土と化学薬品を型に圧入し、その混合された土と化学薬品を固まらせ硬化させることからなる方法が提供される。
［発明の実施の形態］
実施例１
本発明の化学薬品は、コンクリート舗装、タール舗装、煉瓦舗装または瀝青表面舗装材で瀝青舗装される砂利道または未舗装道路の土質を改良するために、以下に記述する方法で使用できる。しかしその道路は、改良後にタール舗装やコンクリート舗装を行なわないで使用することも可能であり、その場合、改良された土は、その上を交通が往来する表面を形成する。
実施例１
本発明の化学薬品は、コンクリート舗装、タール舗装、煉瓦舗装または瀝青表面舗装材で瀝青舗装される砂利道または未舗装道路の土質を改良するために、以下に記述する方法で使用できる。しかしその道路は、改良後にタール舗装やコンクリート舗装を行なわないで使用することも可能であり、その場合、改良された土は、その上を交通が往来する表面を形成する。
既存の砂利道を安定処理が必要な深さまで掘り起こす。掘り起こしによって既存の路面層を破壊し粉砕した後、現場の土をグレーダーや回転式耕耘機を使って十分に混合する。
次に、下記の成分を持つ化学薬品が、実験室テストによって決定された所定の適用量で、掘り返した表面に層として広げられる。そのようなテストについては、実施例２などを参照して後述する。
天然石こう（ＣａＳＯ４） ３５重量％
ケイ砂 １２重量％
酸化カルシウム（ＣａＯ）または ２５重量％
水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）
ポルトランド高炉セメント ２８重量％
天然石こうとケイ砂はプレミックスとして入手できる。その混合物は「クリートストーン（Cretestone）」という商品名で販売されている。使用されるクリートストーンの総量は４７重量％である。ポルトランド高炉セメントは、破砕されて等重量のＯＰＣ（普通ポルトランドセメント）と混合されたスラグメント（高炉から得られる鉱滓）を含む。上記の混合物１００キログラムにつき１キログラムの補強繊維を加えることができる。使用できる他の製品はＣＢプラスター（CB Plaster）とハイドロストーン（Hydrostone）であり、これらはそれぞれに天然石こうとケイ砂を含有している。
ケイ砂 １２重量％
酸化カルシウム（ＣａＯ）または ２５重量％
水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）
ポルトランド高炉セメント ２８重量％
天然石こうとケイ砂はプレミックスとして入手できる。その混合物は「クリートストーン（Cretestone）」という商品名で販売されている。使用されるクリートストーンの総量は４７重量％である。ポルトランド高炉セメントは、破砕されて等重量のＯＰＣ（普通ポルトランドセメント）と混合されたスラグメント（高炉から得られる鉱滓）を含む。上記の混合物１００キログラムにつき１キログラムの補強繊維を加えることができる。使用できる他の製品はＣＢプラスター（CB Plaster）とハイドロストーン（Hydrostone）であり、これらはそれぞれに天然石こうとケイ砂を含有している。
添加する薬品の量は土壌型の性質に伴って変動し、またその土壌型にとって最も経済的な適用量の関数としても変動するが、一般的には改良しようとする土の２重量％から１０重量％の範囲にある。
次いで、掘り返した層に化学薬品を均一な層が得られるまで十分に混ぜ込む。実験により、回転式耕耘機が最も満足できる形で化学薬品を土と完全に混合することが示された。
ここで水が添加され、混合物全体に均等に分布されるまで、また実験室で事前に決定された安定処理土のＯＭＣ（最適含水比）に達するまで混合される。
次に、安定処理された層を、道路コンパクターを使って、指定された層密度に達するまで締固める。最後に、安定処理された層を最終的な路面の高さまで地ならしし、平坦な表層が得られるまで締固める。
使用された化学薬品は薬品の固化後に土から浸出しないことが、実験によって示された。
実施例２
土をマレーシアで試験した。その土はＡ２−６に分類されるシルト質（粘土質）の砂だった。これを標準的な一軸圧縮強さ（ＵＣＳ）試験とカリフォルニア支持力比（ＣＢＲ）試験で試験した。使用した化学薬品は実施例１に記述したものである。
土をマレーシアで試験した。その土はＡ２−６に分類されるシルト質（粘土質）の砂だった。これを標準的な一軸圧縮強さ（ＵＣＳ）試験とカリフォルニア支持力比（ＣＢＲ）試験で試験した。使用した化学薬品は実施例１に記述したものである。
この土壌サンプルは次の特徴を持っていた：
塑性指数 １２（＜０．４２５ｍｍの材料で）
ＭＤＤ（最大乾燥密度） ２０３９Ｋｇ／ｍ３
ＯＭＣ（最適含水比） ９．２％
塑性指数 １２（＜０．４２５ｍｍの材料で）
ＭＤＤ（最大乾燥密度） ２０３９Ｋｇ／ｍ３
ＯＭＣ（最適含水比） ９．２％
この試験から、処理された材料の強度は元の強度と比較して３から４倍に増加したと結論できる。
実施例３
２つの試料がイスラエル規格協会（Standard Institute of Israel）によってイスラエルで試験された。試料１は軟石灰岩礫だった。試料２は緑炭酸粘土（green carbonated clay）だった。図１の表に、これら２つの試料の性質を示す。
２つの試料がイスラエル規格協会（Standard Institute of Israel）によってイスラエルで試験された。試料１は軟石灰岩礫だった。試料２は緑炭酸粘土（green carbonated clay）だった。図１の表に、これら２つの試料の性質を示す。
試験は直径３５ｍｍ、高さ８０ｍｍの試料シリンダーで行なった。測定と試料の調製方法は、ＡＳＴＭＤ２８５０−８７「三軸圧縮での粘着性土壌の非圧密非排水圧縮強さの標準試験法（Standard Test Method for Unconsolidated, Undrained CompressiveStrength of Cohesive Soils in Triaxial Compression）」に従って選択した。
図２と図３は、それぞれ試料１と試料２に対する実施例１の化学薬品の効果を示している。すなわち、図２は、圧縮強さに対するＲＢＩ濃度の効果（単位：Ｍｐａ）（軟石灰岩）、図３は、圧縮強さに対するＲＢＩ濃度の効果（単位：Ｍｐａ）（炭酸粘土）をそれぞれ示す。また、図４と図５は、試料１と試料２に関するＣＢＲ試験の結果を示している。本発明化学薬品の割合が増加するにつれて、試料の性質が著しく強化されることがわかるだろう。ＲＢＩという用語は、実施例１に記載の組成を持つ化学薬品を意味する。
実施例４
煉瓦またはブロックなどの建築部材の生産に使用する場合は、実施例１の化学薬品を土と混合する。例えば、建物の基礎を形成させるために取り除いた土と混合できる。次にその混合物を型に入れ、その型に圧入する。混合物が十分に固化したら、その建築部材を型から取り出し、建築用途に使用する前に固化させる。
煉瓦またはブロックなどの建築部材の生産に使用する場合は、実施例１の化学薬品を土と混合する。例えば、建物の基礎を形成させるために取り除いた土と混合できる。次にその混合物を型に入れ、その型に圧入する。混合物が十分に固化したら、その建築部材を型から取り出し、建築用途に使用する前に固化させる。
実施例５
次の性質を持つスリランカ産の砂利を試験した。
次の性質を持つスリランカ産の砂利を試験した。
その試料を６重量％の実施例１の化学薬品と混合した後、次のＣＢＲ試験成績が得られた。
６％化学薬品で安定処理した場合、１００％標準密度でのＣＢＲ値は２４から２１３に、すなわち安定処理前のＣＢＲ値と比較して８から９倍に著しく増加したと推論できる。これは、化学薬品で安定処理するとＣＢＲ強度の著しい増加が起こることを示している。
実施例６
この試験ではその中に砂利が分散していて下記の性質を持つシルト質粘土質砂を使用した。
この試験ではその中に砂利が分散していて下記の性質を持つシルト質粘土質砂を使用した。
ＡＡＳＨＴＯ分類によればこの土はＡ．１−ｂに分類された。
試験のためにこの土と混合した化学薬品は次の組成を持っていた。
石こう（ＣａＳＯ４） ３３重量％
生石灰（ＣａＯ） ２７重量％
ＯＰＣ／スラグメント ２７重量％
ケイ砂 １３重量％
ＣＢＲ試験により、次の成績が得られた。
生石灰（ＣａＯ） ２７重量％
ＯＰＣ／スラグメント ２７重量％
ケイ砂 １３重量％
ＣＢＲ試験により、次の成績が得られた。
土の支持強度は著しく増加した。処理した道路の維持費が著しく減少した。雨天時のポットホールの形成と表面からの砂利の損失が減った。
実施例７
褐色花崗岩礫の試料をナタール州クワズールー地方の道路から得た。その試料は下記の性質を持ち、やはりＡ．１−ｂに分類された。
褐色花崗岩礫の試料をナタール州クワズールー地方の道路から得た。その試料は下記の性質を持ち、やはりＡ．１−ｂに分類された。
使用した化学薬品の組成は次のとおりである。
ＣＢプラスター（ＣａＳＯ４） ６０重量％
消石灰（Ｃａ（ＯＨ）２） １５重量％
等量のスラグメントとＯＰＣ ２７重量％。
ＣＢＲ試験では次の成績が得られた。
消石灰（Ｃａ（ＯＨ）２） １５重量％
等量のスラグメントとＯＰＣ ２７重量％。
ＣＢＲ試験では次の成績が得られた。
処理した試料の支持強度ＣＢＲは未処理の試料と比較して劇的に増加した。最終産物は硬く、路面として十分に役立った。しかし出願人が望むほどには耐久性がなく、高価な石こうの割合が高いので一般に使用するに高価すぎた。この化学薬品は、処理された土が瀝青やコンクリートなどによって覆われる下層である場合は、十分に使用できるだろう。
実施例７
砕石骨材と土からなり砂岩または花崗岩系だと考えられるものを、住宅地域の枝道から採取した。その道路は表面排水が不十分なためにポットホール、コルゲーションおよび侵食を示していた。ＡＡＳＨＴＯ分類はやはりＡ．１−ｂだった。この土の性質は次のとおりだった。
砕石骨材と土からなり砂岩または花崗岩系だと考えられるものを、住宅地域の枝道から採取した。その道路は表面排水が不十分なためにポットホール、コルゲーションおよび侵食を示していた。ＡＡＳＨＴＯ分類はやはりＡ．１−ｂだった。この土の性質は次のとおりだった。
試料の処理に使用した薬品の組成は次のとおりだった。
石こう（ＣａＳＯ４） ６０重量％
石灰（Ｃａ（ＯＨ）２） ２０重量％
スラグメント／ＯＰＣ ２０重量％
この薬品はケイ砂を含んでいなかったことがわかるだろう。
石灰（Ｃａ（ＯＨ）２） ２０重量％
スラグメント／ＯＰＣ ２０重量％
この薬品はケイ砂を含んでいなかったことがわかるだろう。
得られた路面は硬く耐久性があったが、この製品は石こう含量が高いので一般に使用するには高価すぎた。
実施例７
Ａ．３に分類される細砂で試験を行なった。使用した薬品の化学組成は次のとおりだった：
石こう（ＣａＳＯ４） ４５重量％
石灰（Ｃａ（ＯＨ）２） ５０重量％
セメント（ＯＰＣ）と高炉スラグ ５重量％
ＣＢＲ試験は処理前の砂で３０の測定値を、また５重量％の化学薬品で処理した後の砂では１７８の測定値を与えた。しかし最終産物は、交通の往来によって過剰な圧力がかかると崩壊した。これは、このように表層として使用するには弱すぎるが、大きな負荷がかからない区域で下層として使用するには十分である。
Ａ．３に分類される細砂で試験を行なった。使用した薬品の化学組成は次のとおりだった：
石こう（ＣａＳＯ４） ４５重量％
石灰（Ｃａ（ＯＨ）２） ５０重量％
セメント（ＯＰＣ）と高炉スラグ ５重量％
ＣＢＲ試験は処理前の砂で３０の測定値を、また５重量％の化学薬品で処理した後の砂では１７８の測定値を与えた。しかし最終産物は、交通の往来によって過剰な圧力がかかると崩壊した。これは、このように表層として使用するには弱すぎるが、大きな負荷がかからない区域で下層として使用するには十分である。
土は、砂質であれ粘土質であれ、ポザラン、硫酸カルシウムおよびカルシウムの酸化物の混合物による処理に反応して、改善されたＣＢＲ値を示した。本発明化学薬品の一部、とりわけ硫酸カルシウムの割合が高いものは、道路の最上層または下層になる予定の土の工学的性質を改良するために汎用するには高価すぎる。しかしそれらは、諸性質の実質的な改良が必要な、より小さい区域を処理するために使用できる。また、他の化学薬品はＣＢＲ値を改良するが、処理された土は路面に必要な耐久性を持たない。これらの薬品で処理された土は、その上に煉瓦、コンクリート、瀝青などの層を適用する下層として適している。
化学薬品を生産するには、必要量のＣａＯとＣａＳＯ４を計量し、その混合物が均一になるまで混合する。次に必要量のケイ砂をその混合物が均一になるまで混合する。最後にそのＣａＯ、ＣａＳＯ４およびケイ砂混合物にセメント質ポザランを混合する。
様々なタイプの石灰を使用できる。以下はその例である。
マグネシウム含量は重量５％未満にすべきであり、酸化カルシウム対酸化マグネシウムの比率は１４対１より大きいべきである。
Claims (14)
- 土の工学的性質を改良するための化学薬品であって、前記薬品が、
５から６０重量％のセメント質ポザラン（pozzalan）と、
２０から８０重量％の硫酸カルシウムと、および
１５から５０重量％のカルシウムの酸化物と
を含む、土の工学的性質を改良するための化学薬品。 - １５から３５重量％のセメント質ポザランと、
４０から６０重量％の硫酸カルシウムと、および
２０から４０重量％のカルシウムの酸化物と
を含む、請求項１に記載の化学薬品。 - ２５から３０重量％のセメント質ポザランと、
３０から４０重量％の硫酸カルシウムと、および
２５から３５重量％のカルシウムの酸化物と
を含む、請求項１に記載の化学薬品。 - ポザランが高炉スラグセメントを含む、請求項１、２または３のいずれか１項に記載の化学薬品。
- 普通ポルトランドセメント、天然石こうおよび半水石こうから選択される追加のポザランをさらに含む、請求項４に記載の化学薬品。
- 等重量の高炉スラグセメントと普通ポルトランドセメントを含む、請求項４または５に記載の化学薬品。
- 補強繊維を含む、前記請求項のいずれか１項に記載の化学薬品。
- 前記繊維が合成プラスチック材料製である、請求項７に記載の化学薬品。
- 化学薬品１００ｋｇにつき１キログラムから１０キログラムの繊維が加えられる、請求項７または８に記載の化学薬品。
- カルシウムの酸化物が、酸化カルシウム（ＣａＯ）または水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）の形態である前記請求項のいずれか１項に記載の化学薬品。
- １から３０重量％の酸化ケイ素を含む前記請求項のいずれか１項に記載の化学薬品。
- 天然石こう３５重量％と、
ケイ砂１２重量％と、
酸化カルシウムまたは水酸化カルシウム２５重量％と、
ポルトランド高炉セメント２８重量％と
を含む、請求項１に記載の化学薬品。 - 土の工学的性質を改良する方法であって、
土を破砕または粉砕するためにその土を掘り起こし、
その土に請求項１から１２のいずれか１項に記載の化学薬品を添加し、
その土と化学薬品を混合した後、その土を締固めることを含む方法。 - 土から建築用ブロックを製造する方法であって、
その土を破砕し、それを請求項１から１２のいずれか１項に記載の化学薬品と混合し、
混合された土と化学薬品を型に圧入し、
その混合された土と化学薬品を固まらせ硬化させることを含む方法。
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