JP2015224503A - 流動化処理土とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】長い時間にわたって流動性を維持でき、強度も確保できる流動化処理土を提供する。
【解決手段】被処理土の組成に対応して、選択、調整した、粘土、シルト、ベントナイト程度の細粒土を含む泥水と、固化後の処理土に必要な強度を付与する固化材と、固化材総質量の内３０〜５０％の質量を固化材に置き換えたフライアッシュとで構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は流動化処理土とその製造方法に関するものである。

特許文献１に示すように、２０年以上前から「流動化処理土」と称する材料が知られている。
この流動化処理土とは、水とセメント系あるいは石灰系の固化材とを、建設残土などの被処理土に混合して流動化した材料である。
そして例えば図８に示すように、この流動化処理土１を、地下構造物２の外側の周囲の埋め戻しや裏込め、空隙への充填などに使用する。
この流動化処理土は裏込や空隙への充填に際して、狭く凹凸が多く空隙であっても十分にその空隙にも流れ込んで高い充填効率を備えていることが特徴であり広く利用されている。

特許第２７２８８４６号公報。

流動化処理土が上記のような高い充填効率を維持するために、次のような問題がある。
＜１＞流動性だけを考えれば、水に近い粘度の低い流動化処理土を使用すればよいことになるが、それでは単なる泥水であって、材料の分離が避けられず、所定の強度も維持できない。
＜２＞粘度を高くすると、材料分離などの問題は生じないが、狭い空隙の隅々まで充填する、という初期の目的を達成することができない。
＜３＞これをフロー値でいうと、単なる泥水のようなフロー値が大きく広がり過ぎる材料では材料分離が避けられず、反対に粘土の塊のようなフロー値の小さいものでは狭い間隙への充填性が期待できない、ということになる。
＜４＞この流動性の維持は、プラントで材料を混合して製造した直後だけではなく、遠距離を運搬して現場で打設し、狭い空隙への隅々まで充填が完了するまでの時間は維持していなければならない。
＜５＞このように、プラントで混練を開始してから現場まで運搬して打設した後に、さらにある程度の時間が経過しても狭い空隙の隅々まで十分に充填できる高い流動性を維持し、同時に材料の分離が生じることなく、所定の強度を備え、その上に経済性を備えた新たな流動化処理土の開発が求められていた。

上記のような課題を解決する本発明の流動化処理土は、建設残土などの被処理土を、その流動性を高めた状態で、埋め戻し、構造物への裏込め、空洞部への充填に供するための材料であって、上記被処理土の組成に対応して、選択、調整した、粘土、シルト、ベントナイト程度の細粒土を含む泥水と、固化後の処理土に必要な強度を付与する固化材と、固化材総質量の内３０〜５０％の質量を固化材に置き換えたフライアッシュとで構成したことを特徴とする、流動化処理土を特徴とするものである。

また本発明の流動化処理土の製造方法は、建設残土などの被処理土を、その流動性を高めた状態で、埋め戻し、構造物への裏込め、空洞部への充填に供するための材料の製造方法であって、上記被処理土の組成に対応して、選択、調整した、粘土、シルト、ベントナイト程度の細粒土を含む泥水に、固化後の処理土に必要な強度を付与する固化材と、固化材総質量の内３０〜５０％の質量を固化材に置き換えたフライアッシュとを、上記被処理土に混合して行う、流動化処理土の製造方法を特徴とするものである。

本発明の流動化処理土とその製造方法は以上説明したようになるから次のような効果を得ることができる。
＜１＞固化後の処理土に必要な強度を付与する固化材の総質量のうち、３０〜５０％の質量をフライアッシュで置き換えたから、流動化処理土の水和反応の促進を抑制することができる。
＜２＞そのために、２時間以上でも設計時の所要の流動性を確保することができる。その結果、地下構造物と地山との間の狭い間隙であってもその隅々まで十分に流動性を確保した状態の流動化処理土を充填することができる。
＜３＞水和反応の抑制が可能なので、プラントから遠く離れた現場への長距離運搬、あるいは数キロにわたる配管を使った長距離圧送が可能になり、工法の選択の幅が広い。
＜４＞粘土分の多い原料土の流動性を高めるためだけであれば、水によって希釈する方法が簡単である。しかしそのような対処では材料分離などの品質が低下してしまう。その点本発明の配合の流動化処理土では、水による希釈を行う必要がないから、密実で安定した高い品質の流動化処理土を確保することが可能になる。
＜５＞従来の流動化処理土では採用が敬遠されている粘土分の多い原料土も積極的に原料土として使うことが出来るので、土のリサイクルの促進が可能になる。
＜６＞セメント系固化材の価格よりもフライアッシュの方が低価格である。したがってセメントをフライアッシュに置き換える量によっては流動化処理土の製造原価を大幅に低減することができる。
＜７＞流動化処理土は打設後の表面が水と接触すると水酸化カルシウムが溶出して劣化することが知られている。しかし本発明の流動化処理土ではフライアッシュが固化材と長期間、水和反応を継続させるので、耐久性が向上する。
＜８＞原料土の細粒分含有量の変動に対して製造現場での原料土と水の添加に一定の許容量が確保されているので変形性能や流動性、ブリージングの発生や粗粒分の分離、のリスクが低下する。
＜９＞フライアッシュ自体が本来は廃棄される物である。本発明の流動化処理土ではそのような材料に対して再利用の用途を新たに確保することができ、循環型社会への貢献が期待できる。
＜１０＞元来、建設現場から発生する発生土のリサイクル技術として発展した流動化処理土であるが、さらにフライアッシュの特性を有効に利用することで、両者のリサイクルをより発展させることができ、最適の組み合わせによる環境負荷低減への効果は、他のリサイクル技術への参考事例となる。

本発明の流動化処理土：密度1.150ｇ/cm³で撹拌を継続した場合のフロー値の実験結果を示す図。 本発明の流動化処理土：密度1.200ｇ/cm³で撹拌を継続した場合のフロー値の実験結果を示す図。 本発明の流動化処理土：密度1.225ｇ/cm³で撹拌を継続した場合のフロー値の実験結果を示す図。 撹拌を継続した場合の２８一軸圧縮強度の実験結果の説明図。 本発明の流動化処理土：密度1.150ｇ/cm³で撹拌をしない場合のフロー値の実験結果を示す図。 本発明の流動化処理土：密度1.200ｇ/cm³で撹拌をしない場合のフロー値の実験結果を示す図。 撹拌せず静置した場合の２８一軸圧縮強度の実験結果の説明図。 流動化処理土の使用状態の実施例の説明図。

以下図面を参照にしながら本発明の流動化処理土とその製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。

＜１＞流動化処理土の基本的配合。
まず、すでに広く採用されている流動化処理土の基本的な配合について説明する。

＜１−１＞調整泥水。
これは細粒分の多い粘性土を清水と混合して解泥した「泥水」や、有害な汚染物質を含まない「建設汚泥」、あるいはそれらにさらに適切な細かい粒度の土を添加、配合して比重などを調整した「泥状土」のことである。

＜１−２＞建設発生土。
これは流動化処理土が、前記の「調整泥水」に必要に応じて、さらに添加、混合する粗粒分からなる土質材料のことである。
その目的は、流動化処理土が、地盤の一部として、あるいは土構造物として持つべき所要の工学的性質を満たすために添加するものである。

＜１−３＞固化材。
これはセメント、セメント系固化材、石灰、セメントと石灰の複合材のことである。
必要に応じて添加する「混和材」もこれに含む。

＜２＞フライアッシュ。
上記の配合が従来の流動化処理土の配合の基本であるが、本発明の、いわば改良型の流動化処理土ではさらにフライアッシュを添加、混合することを特徴とする。
フライアッシュの混合比率は、所定の強度を得るために配合で決めた固化材の総質量のうち、３０〜５０％の質量をフライアッシュで置き換えたものである。
そのような数値を限定した根拠について、実験結果をもとに説明する。

＜３＞実験の対象。
本発明の実験では、３種類の泥土密度の流動化処理土を作成した。
ここで３種類の流動化処理土とは、次のものである。
すべての配合において、固化材は９０ｋｇ／ｍ³であるが、これは流動化処理土において一般的な配合である。
１）細粒土泥土密度が１．１５０（ｔｏｎ／ｍ³）。
２）１．２００（同）。
３）１．２２５（同）。
なお、流動化処理土のフロー値には砂や礫の存在は無関係なので、ここではそれらを除去して粘土とシルトのみを混合した状態である。
そして上記の材料を混練して３種類の流動化処理土を製造し、その後、撹拌を継続して撹拌時間ごとに採取してそのフロー値を計測した。
製造後にさらに撹拌を与えたのは、実際の打設工程では流動化処理土の製造プラントから現場までミキサー車で運搬中に撹拌を続けるからである。

＜４＞フライアッシュの置き換え。
これらの３種類の流動化処理土において、固化材９０ｋｇ／ｍ³の一定量をフライアッシュに置き換えた。
そしてフライアッシュを混合しない、セメントのみの流動化処理土（Ｃ＝１００％）とのフロー値の変動の相違を観察した。
固化材としてのセメントの一部を置き換えたフライアッシュの量は、５０％、３０％、１０％の３種類である。（泥土密度１．２２５の場合のみ、置き換え量５０％と３０％。）

＜５＞フライアッシュの影響１．（図１）
図１によって、泥土密度１．１５０（ｔｏｎ／ｍ³）の場合を説明する。
まずすべてのグラフにおいて、製造直後の初期の５分程度でフロー値が大きく低下している。
この現象は、ただの泥水の状態ではフロー値がきわめて大きかったが、泥土と固化材を混練したことで、粘土粒子とセメントが凝集し急激に粘性が生じた状態を示している。
粘性が生じてから以降の変化を検討すると、撹拌の継続時間が３０分程度では、フライアッシュ置き換えの影響は表れておらず、すべての流動化処理土でフロー値が増加している。
これは撹拌によって空気粒の混合が行われ、ベアリング効果が生じた結果である。
しかし撹拌時間が４５分になると固化材の５０％をフライアッシュで置き換えた流動化処理土（Ｆ５０）はさらにそのフロー値が増加して流動性が増しているが、フライアッシュを加えない流動化処理土（Ｆ０）では、急激にフロー値が小さくなって流動性が低下している。
そして撹拌時間が６０分になると、Ｆ５０、Ｆ３０の流動化処理土と、Ｆ１０、およびＦ０の流動化処理土ではフロー値の差が大きく表れている。
その後もＦ５０、Ｆ３０ではフロー値の低下は少なく、流動性は確保されているが、Ｆ１０、Ｆ０ではフロー値は低下を続けており、９０分後では両者のフロー値の差は明確である。
このように、固化材の３０％、５０％をフライアッシュを置き換えた流動化処理土では、フライアッシュに置き換えない、セメントのみを使用した流動化処理土に比較して、撹拌が継続しても流動性が大きいままで維持されていることが明かである。

＜６＞フライアッシュの影響２．（図２）
図２によって泥土密度１．２００（ｔｏｎ／ｍ³）の場合を説明する。
ここでも従来と同様に固化材がセメントのみの流動化処理土（Ｆ０）と、固化材の一部をフライアッシュを置き換えた流動化処理土（Ｆ５０、Ｆ３０、Ｆ１０）とを使用してフライアッシュが流動化に及ぼす影響を検討した。
その影響の状態は撹拌時間が４５分程度から明確になり、９０分ではＦ０と、Ｆ５０、Ｆ３０との差がはっきりと表れている。

＜７＞フライアッシュの影響３．（図３）
図３によって泥土密度１．２２５（ｔｏｎ／ｍ³）の場合を説明する。
ここでも従来と同様に固化材がセメントのみの流動化処理土（Ｆ０）と、その一部をフライアッシュを置き換えた流動化処理土（Ｆ５０、Ｆ３０）とを使用してフライアッシュの流動化に及ぼす影響を検討した。
その影響の状態は撹拌時間が６０分程度から明確になり、９０分ではＦ０と、Ｆ５０、Ｆ３０との差がはっきりと表れている。

＜８＞強度への影響。（図４）
流動性だけを考えて材料の分離を無視すれば、通常の泥水の方がフロー値は大きいことになる。
しかしそれでは所定の強度が得られず、商品として成立しない。
本発明の場合にも固化材をフライアッシュに置き換えた結果、所定の強度が得られないのであれば意味がない。
そこで固化材の一部をフライアッシュに置き換えた本発明の流動化処理土と、固化材だけの従来の流動化処理土との一軸圧縮強さを比較する実験を行った。
その結果を図４に示す。
この図に示す通り、目標とする２８日一軸圧縮強度を１００（ｋＮ/ｍ³）とした場合にはセメントの５０％程度をフライアッシュに置き換えた場合にも、所定の強度をほぼ確保することができた。
この実験で示す目標値の２８日一軸圧縮強度１００（ｋＮ/ｍ³）は、基礎周辺を埋戻すために使用する流動化処理土に要求される数字である。
それ以外の埋戻し、裏込、充填では、２８日一軸圧縮強度２００（ｋＮ/ｍ³）が要求されるが、その場合にもセメントの３０％程度をフライアッシュに置き換えた場合に所定の強度を確保できることが明らかとなった。

＜９＞撹拌を行わない場合のフロー値。
図４に示す実験は、混練して製造した流動化処理土に、その後も撹拌を与え続けて、撹拌継続の時間ごとにサンプルを採取してそのフロー値を測定したものである。
これは上記したように流動化処理土を運搬するミキサー車が、運搬中に撹拌を継続していることを根拠としている。
しかしミキサー車ではなく、通常のトラックの荷台で運搬することを想定すると混練後は静置した実験が必要である。
そこで製造時の混練後に、撹拌を行わず、静置した場合のフロー値の変化を測定した実験を行った。その結果を図５、６に示す。
この図からも、固化材の３０％、５０％をフライアッシュに置き換えた流動化処理土では、セメントのみの流動化処理土に比較して、流動性が大きいままの状態が維持されていることが明かである。
このようにセメントの一部をフライアッシュで置き換えることによる流動性維持の効果は、製造後の撹拌の継続の有無には影響を受けない、ということができる。

＜１０＞撹拌を行わない場合の強度。（図７）
前記したように、混練して製造した後のフロー値の維持だけではなく、強度の裏付けも必要である。
その実験結果を図７に示す。
この図に示す通り、目標とする２８日一軸圧縮強度を１００（ｋＮ/ｍ³）とした場合にはセメントの５０％程度をフライアッシュに置き換えた場合にも、所定の強度をほぼ確保することができた。
なお最下段の５０％置き換えの一軸圧縮強度は多少、小さいが、これは２８日の値であって、実際の数か月、数年単位の使用ではそれ以上の数値が確保されると推定される。
この実験で示す目標値の２８日一軸圧縮強度１００（ｋＮ/ｍ³）も前記したように基礎周辺を埋戻すために使用する流動化処理土に要求される数字である。
それ以外の埋戻し、裏込、充填では、２８日一軸圧縮強度２００（ｋＮ/ｍ³）が要求されるが、その場合にもセメントの３０％程度をフライアッシュに置き換えた場合に所定の強度を確保することができることが明らかとなった。

＜１１＞まとめ。
以上の実験の結果で明らかなように、セメントの５０％までをフライアッシュに置き換えた流動化処理土では、長時間にわたって流動性が確保され、かつ１００％がセメントの場合と比較して遜色のない強度が確保できること、したがって実際の現場での要求に応えることができることが明らかとなった。
その場合には、混練して製造した後の撹拌の有無は、フロー値にも強度にも影響を与えないことも明らかとなった。

１：流動化処理土
２：地下構造物

Claims (2)

1. 建設残土などの被処理土を、その流動性を高めた状態で、埋め戻し、構造物への裏込め、空洞部への充填に供するための材料であって、
   上記被処理土の組成に対応して、選択、調整した、粘土、シルト、ベントナイト程度の細粒土を含む泥水と、
   固化後の処理土に必要な強度を付与する固化材と、
   固化材総質量の内３０〜５０％の質量を固化材に置き換えたフライアッシュとで構成したことを特徴とする、
   流動化処理土。
2. 建設残土などの被処理土を、その流動性を高めた状態で、埋め戻し、構造物への裏込め、空洞部への充填に供するための材料の製造方法であって、
   上記被処理土の組成に対応して、選択、調整した、粘土、シルト、ベントナイト程度の細粒土を含む泥水に、
   固化後の処理土に必要な強度を付与する固化材と、
   固化材総質量の内３０〜５０％の質量を固化材に置き換えたフライアッシュとを、
   上記被処理土に混合して行う、
   流動化処理土の製造方法。