JP2017155141A

JP2017155141A - 地盤改良材およびそれを用いた地盤改良工法

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Publication number: JP2017155141A
Application number: JP2016039939A
Authority: JP
Inventors: 裕太渡辺; Hirota Watanabe; 雅昭渡辺; Masaaki Watanabe; 佐々木　崇; Takashi Sasaki; 崇佐々木; 巧串橋; Takumi Kushihashi; 盛岡　実; Minoru Morioka; 実盛岡
Original assignee: Denka Co Ltd
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2016-03-02
Filing date: 2016-03-02
Publication date: 2017-09-07
Anticipated expiration: 2036-03-02
Also published as: JP6693770B2

Abstract

【課題】特定の物質をセメントと事前に混合粉砕することにより、スライム（混合土）の流動化によって施工性が改善するだけでなく、六価クロム溶出量が低減する地盤改良材およびそれを用いた地盤改良工法を提供する。【解決手段】（１）ｐＨ９．０以上であり、酸化還元電位（ＯＲＰ）が５０ｍｖ以下であり、ＭｇＯ含有量が０．５％以上である亜硫酸カルシウムとセメントの混合粉砕物である地盤改良材、（２）さらに、石膏を含有してなる（１）の地盤改良材、（３）セメント１００質量部に対し、亜硫酸カルシウムを０.０１〜１０質量部使用してなる（１）または（２）の地盤改良材、（４）亜硫酸カルシウムが石灰硫黄合剤を製造する際の副産物である（１）〜（３）のいずれかの地盤改良材、（５）（１）〜（４）のいずれかの地盤改良材を、土と混合して粘性を低下させる地盤改良工法、である。【選択図】なし

Description

本発明は、土とセメントを直接混合し、地盤を硬化、安定化させる地盤改良材およびその地盤改良工法に関する。

軟弱地盤のような不安定な地盤を改良するためには、軟弱な地盤を硬化、安定化させなければならない。その方法として、地盤改良材に水を混合したセメントスラリーを地盤に混合して固化させる方法、あるいは地盤改良材を粉体のまま直接地盤に混合して固化させる方法がある。このような工法として、地盤改良工法、山留め工法、基礎杭工法、埋め戻し工法などと呼ばれている。
地盤改良工法としては、深層混合処理工法または浅層混合処理工法などがあり、山留め工法はソイルセメント柱列壁工法、ソイルセメント地中壁工法などがあり、基礎杭工法の代表例は、鋼管ソイルセメント杭工法や鋼管の代わりにＰＨＣ杭などの既製杭を使用する合成杭工法などがある。

これらの工法は、地盤改良材を地盤に注入または混合撹拌するとセメント粒子と土の粒子とが電気的作用により互いに凝集するために、粘性が上昇し、施工し難いという課題がある。また、粘性が高いと、注入した地盤改良材と同体積の地盤と混入したスライムを排泥できず、地盤中で圧力がかかり地盤が隆起し地表面が盤膨れしてしまうという課題があった（非特許文献１参照）。

混合土の粘性を低下させるものとして、液状のものでは、ナフタレンスルホン酸塩ホルマリン縮合物、メラミンスルホン酸塩ホルマリン縮合物やポリカルボン酸系化合物等を含有する超高圧噴流注入工法用セメント添加剤が知られている（特許文献１参照）。
しかしながら、超高圧噴流注入工法用セメント添加剤は、砂質土や砂分の多いシルト地盤では、その効果がある程度認められるものの、粘性土地盤においては、粘性低下の効果が小さいために多量に添加する必要があり、強度発現性が向上しにくいという課題があった。
一方、混合土の粘性を低下させるものとして、粉体のものとしては、リン酸塩、アルカリ金属含有物（硫酸塩、亜硫酸塩、炭酸塩、重炭酸塩等）、有機酸、およびアンモニウム塩などを含有する物質を組み合わせたものが知られている（特許文献２〜７参照）。

近年、セメント産業が各方面の産業副産物を原料として受け入れており、産業副産物に由来する微量成分が、セメントの品質に大きな影響を及ぼし、六価クロムの溶出量などにも大きな違いが出てくる。
特許文献８は、ＣａとＳを含む化合物である多硫化カルシウムに生石灰などの固定化材に担持させて、改良処理土の強度の低下をもたらすことなく、有害重金属溶出を著しく抑制する機能を付加した地盤改良材を提供することを目的としている。この文献には、固定化材である生石灰に担持させた後、セメントやセッコウと混合する技術が開示されている。
特許文献９は、Ｃａ_８Ｓ_５（Ｓ_２Ｏ_３）（ＯＨ）_１２・２０Ｈ_２Ｏおよび水酸化カルシウムを主成分とする重金属固定化剤であり、多硫化カルシウムとして市販の石灰硫黄合剤を用いることが記載されている。
しかしながら、これら文献には、混合土の粘性を低下させることについて記載はない。

坪井直道、薬液注入工法の実際、第５〜９頁、昭和５６年３月２５日、鹿島出版会、改訂版第２刷発行

特開平０６−１２７９９３号公報特開平０５−２５４９０３号公報特開平０６−２０６７４７号公報特開平０７−２０６４９５号公報特開平０７−０６９６９５号公報特開２００４−１４３０４１号公報特開平０９−１９４８３５号公報特開２００１−３４２４６１号公報特開２００４−３３８３９号公報

従来の技術では、混合土の粘性を低下させる効果が少なく、高い粘性低減効果の付与と六価クロムの溶出量を抑えることが難しかった。
本発明は、特定の物質をセメントと事前に混合粉砕することにより、スライム（混合土）の流動化によって施工性が改善するだけでなく、六価クロム溶出量が低減する地盤改良材およびそれを用いた地盤改良工法を提供する。

すなわち、本発明は、（１）ｐＨ９．０以上であり、酸化還元電位（ＯＲＰ）が５０ｍｖ以下であり、ＭｇＯ含有量が０．５％以上である亜硫酸カルシウムとセメントの混合粉砕物である地盤改良材、（２）さらに、石膏を含有してなる（１）の地盤改良材、（３）セメント１００質量部に対し、亜硫酸カルシウムを０.０１〜１０質量部使用してなる（１）または（２）の地盤改良材、（４）亜硫酸カルシウムが石灰硫黄合剤を製造する際の副産物である（１）〜（３）のいずれかの地盤改良材、（５）（１）〜（４）のいずれかの地盤改良材を、土と混合して粘性を低下させる地盤改良工法、である。

本発明の地盤改良材および地盤改良工法により、スライムの流動化によって施工性が改善するだけでなく、六価クロム溶出量が低減するなどの効果を奏する。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で使用する部や％は特に規定のない限り質量基準である。

本発明で使用する亜硫酸カルシウムは、ｐＨは９．０以上である。ｐＨは９．０以上の亜硫酸カルシウムとしては、石灰硫黄合剤を製造する際の副産物がある。
農薬の１種である石灰硫黄合剤は、主に果樹の農薬として用いられ、生石灰と硫黄と水を原料とし、オートクレーブで反応させる。固液分離した液体が石灰硫黄合剤となる。石灰硫黄合剤を製造する際の副産物として亜硫酸カルシウム半水和物があり、ｐＨは９．０以上であることが知られている。
一方、試薬の亜硫酸カルシウム半水和物のｐＨは８．０以下の中性塩であり、石炭火力発電の排煙脱硫工程から生成する亜硫酸カルシウム半水和物を含む石膏が得られるが、この物質のｐＨは酸性領域にある。

本発明で使用する亜硫酸カルシウムのｐＨがアルカリ性領域であることは、極めて重要である。ｐＨが９．０未満では、本発明の効果、すなわち、流動性の向上や六価クロムの還元効果、さらには強度発現性が十分に得られない場合がある。
なお、本発明で云うｐＨとは、石灰硫黄合剤の副産物などの亜硫酸カルシウム１０ｇに純水１００ｍｌを加え、撹拌した後の上澄み液のｐＨを意味し、イオン電極式ｐＨ計を用いることで測定することが出来る。

本発明で使用する亜硫酸カルシウムの酸化還元電位（ＯＲＰ）が、５０ｍｖ以下の範囲にある。試薬の亜硫酸カルシウムのＯＲＰは、ほぼ１００ｍｖである。酸化還元電位が５０ｍｖ以下の範囲にないと、本発明の効果、すなわち、流動性の向上や六価クロムの還元効果、さらには強度発現性が十分に得られない場合がある。
なお、本発明で云うＯＲＰとは、石灰硫黄合剤の副産物などの亜硫酸カルシウム１０ｇに純水１００ｍｌを加え、撹拌した後の上澄み液のＯＲＰを意味する。

本発明の亜硫酸カルシウムには、ＭｇＯ換算で０．５〜２．０％の範囲でＭｇが含まれる。Ｍｇの含有量がＭｇＯ換算で０．５％未満であると、本発明の効果、すなわち、流動性の向上や六価クロムの還元効果、さらには強度発現性が十分に得られない場合がある。

本発明の亜硫酸カルシウムの使用量は、特に限定されるものではないが、通常、セメント１００部に対し、０．０１〜１０部が好ましく、０．１〜５部がより好ましい。亜硫カルシウムの使用量が０．０１部より少ないと、本発明の効果、すなわち、スライムの流動性の向上や六価クロムの還元効果が十分に得られない場合がある。

本発明で使用するセメントとしては、普通、早強、超早強、低熱、および中庸熱などの各種ポルトランドセメントや、これらポルトランドセメントに、高炉スラグ、フライアッシュまたはシリカを混合した各種混合セメント、石灰石粉末や高炉徐冷スラグ微粉末などを混合したフィラーセメント、ならびに、都市ゴミ焼却灰や下水汚泥焼却灰を原料として製造された環境調和型セメント（エコセメント）などのポルトランドセメント、ならびに、市販されている微粒子セメントなどが挙げられ、これらのうちの一種または二種以上が使用可能である。また、通常セメントに使用されている成分量を増減して調整されたものも使用可能である。

本発明で使用する石膏としては、無水石膏、半水石膏および二水石膏が上げられ、また、天然石膏やリン酸副生石膏、排脱石膏及びフッ酸副生石膏等の化学石膏、またはこれらを熱処理して得られる石膏などが挙げられる。これらの中では、強度発現性が大きい点で、無水石膏が好ましい。

本発明に使用する石膏のブレーン比表面積（以下、ブレーン値と云う）は、３，０００ｃｍ^２／ｇ以上が好ましく、４，０００〜７，０００ｃｍ^２／ｇがより好ましい。石膏のブレーン値が３，０００ｃｍ^２／ｇより小さいと、強度発現が十分に得られない場合がある。
本発明に使用する亜硫酸カルシウムとセメントの混合粉砕物である地盤改良材に対し、石膏の使用量は、セメント１００部に対し、１〜３５部が好ましい。この範囲外の添加量では、強度発現が十分に得られない場合がある。

本発明の地盤改良材は、特定の亜硫酸カルシウムとセメント、または、さらに石膏を加えて、混合粉砕して地盤改良材を調製する。
本発明で使用する混合粉砕の方法は、特に限定されるものではなく、例えば、ボールミル、ジェットミル、振動ミル、遊星ミル、ローラーミルを使用することが可能である。
混合粉砕した地盤改良材は、ブレーン値で、３０００〜６０００ｃｍ^２／ｇとすることが好ましい。３０００ｃｍ^２／ｇ未満では本発明の効果、すなわち六価クロムの還元効果、さらには強度発現性が十分に得られない場合がある、６０００ｃｍ^２／ｇを超えるとスライムの粘性が増加する場合がある。

本発明で使用する水の使用量は、土の含水比等で異なり、特に限定されるものではないが、通常、セメント１００部に対して、３０〜５００部が好ましく、５０〜３００部がより好ましい。３０部未満ではスライムの流動性が小さく、５００部を超えると強度発現性を阻害する場合がある。

さらに、スライムの粘性を低下させるものとして、リン酸塩、アルカリ金属炭酸塩、オキシカルボン酸類があり、これらを併用することも可能である。
また、ナフタレン類、メラミン類、アミノスルホン酸類、ポリカルボン酸類またはポリエーテル類からなる１種または２種の液体減水剤を併用することでさらなる流動性の向上を図ることができる。ナフタレン類、メラミン類、アミノスルホン酸類、ポリカルボン酸類またはポリエーテル類としては、分子量や重合度など特に限定されるものではない。

軟弱地盤のような不安定な地盤を改良するためには、軟弱な地盤を硬化、安定化させなければならない。この地盤を安定化させる方法として、例えば、地盤改良材に水を混合したセメントミルクを高圧で地中深くに噴射し、土と混合して固化させる工法、あるいは地盤改良材を粉体のまま直接土と混合して固化させる工法がある。これら方法について以下に記す。
例えば、セメントミルクを高圧で噴射する工法は、地中にセメントミルクを噴射する管を挿入し、管を回転させながら管先端付近からセメントミルクを高圧噴射し、地中の土を切削すると同時に、切削された土とセメントミルクとが混合された混合土を別の管内を通して地上へ排出しながら、一定速度で管を上昇させ、地中をセメントミルクと土との混合物で置換して硬化させ、地盤を安定化させる工法、また、セメントミルクを噴射する管に撹拌翼が付属したものを地中に回転・貫入させ、回転翼付近からセメントミルクを噴射させ、土とセメントミルクを機械撹拌・混合しセメントミルクと土との混合物で置換して硬化させ、地盤を安定化させる工法である。
本発明の混合や攪拌の条件は、地中に高圧噴射する前に本地盤改良材と水とが混合されていれば特に限定するものではないが、本地盤改良材と水とを、回転数１０〜１０００rpm 程度で回転するグラウトミキサーにより混合するバッチ混合方式や、管内に羽根を設置しているラインミキサーにより混合する連続混合方式等により混合や攪拌が可能である。
地盤改良材を粉体のまま直接土と混合する工法は、地盤改良材を所望の添加量になるように地表表面に敷きならし、バックホウやスタビライザーに代表される混合施工機械を用い、土と地盤改良材の混合物で置換し、転圧・締め固めをする事で硬化させ、地盤を安定化させる工法である。

以下、実験例を挙げてさらに詳細に内容を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

「実験例１」
セメント１００部に対して、石膏１５部、ＡからＦのいずれかの亜硫酸カルシウムを２部を、ボールミルで混合粉砕してブレーン値４６３０ｃｍ^２／ｇとした地盤改良材に、水１００部を混合してスラリーを作製する。そのセメントスラリー０．５リットルに対して以下に示す土１リットルをモルタルミキサで低速１分間混合して得られたスライムの粘度、六価クロム溶出量、圧縮強度を測定した。更に、亜硫酸カルシウムを添加しないもの、亜硫酸カルシウムの替わりに液体減水剤を２部添加したもの、Ａの亜硫酸カルシウムを事前に混合粉砕していないものを比較例とした。

「使用材料」
土：新潟県長岡市産粘性土、密度１.７ｇ/ ｃｍ³、含水比４６％
セメント：普通ポルトランドセメント、デンカ社製
石膏：二水石膏、神岡鉱業社製、ブレーン値４２２０ｃｍ^２／ｇ
亜硫酸カルシウムＡ：石灰硫黄合剤の副産物、亜硫酸カルシウム半水和物の含有量８２％、ｐＨが１０．５、酸化還元電位３０ｍｖ、ＭｇＯ含有量が１．０％、ブレーン値２４２０ｃｍ^２／ｇ。
亜硫酸カルシウムＢ：石灰硫黄合剤の副産物、亜硫酸カルシウム半水和物の含有量８０％、ｐＨが１０．０、酸化還元電位３５ｍｖ、ＭｇＯ含有量が１．０％、ブレーン値２３８０ｃｍ^２／ｇ。
亜硫酸カルシウムＣ：石灰硫黄合剤の副産物、亜硫酸カルシウム半水和物の含有量７９％、ｐＨが９．５、酸化還元電位４５ｍｖ、ＭｇＯ含有量が１．０％、ブレーン値２４５０
ｃｍ^２／ｇ。
亜硫酸カルシウムＤ：石灰硫黄合剤の副産物、亜硫酸カルシウム半水和物の含有量８８％、ｐＨが９．０、酸化還元電位５０ｍｖ、ＭｇＯ含有量が１．０％、ブレーン値２６１０
ｃｍ^２／ｇ。
亜硫酸カルシウムＥ：石灰硫黄合剤の副産物、亜硫酸カルシウム半水和物の含有量７６％、ｐＨが１０．０、酸化還元電位３５ｍｖ、ＭｇＯ含有量が０．５％、ブレーン値２５７０ｃｍ^２／ｇ。
亜硫酸カルシウムＦ：試薬１級の亜硫酸カルシウム半水和物、ｐＨが７．７、酸化還元電位１００ｍｖ、ＭｇＯ含有量が０．１％未満、ブレーン値２９１０ｃｍ^２／ｇ。
液体減水剤：ナフタレンスルホン酸塩系減水剤、デンカ社製、商品名「ＦＴ−５００Ｖ」、ナフタレンスルホン酸含有率４０％

「試験方法」
粘度：混合したスライムの直後の粘度をＢ型粘度計で測定
六価クロム溶出量：混合したスライムをφ５×１０ｃｍの型枠に詰めて、水が飛ばないようにビニール袋で封緘にして２０℃で材齢７日まで養生する。その後、環境庁第４６号法に従って測定した。
圧縮強度：混合したスライムをφ５×１０ｃｍの型枠に詰めて、水が飛ばないようにビニール袋で封緘にして２０℃で材齢２８日まで養生後、ＪＩＳＡ１２１６の方法に準拠して圧縮強度試験機にて測定した。

表１より、本発明の地盤安定化材を使用することで、スライムの粘性を低減させ、六価クロム溶出量を減らしながら、さらに強度性状が良好であることが分かる。

「実験例２」
本発明の地盤改良材Ａを使用し、亜硫酸カルシウムの使用量を表２に示すように変化したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表２に示す。

表２より、本発明の地盤改良材を使用することにより、スライムの粘度が低減し、六価クロム溶出量を減らしながら、さらに強度性状が良好であることが分かる。

「実験例３」
セメント１００部に対して、亜硫酸カルシウム２部、石膏量を表３に示すように変化させ、事前混合・粉砕したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表３に示す。

表３より、本発明の地盤改良材を使用することにより、強度性状が良好であることが分かる。

本発明の地盤改良材、および地盤安定化工法により、スライムの流動化によって施工性が改善するだけでなく、六価クロム溶出量が低減するので、環境に配慮した材料を提供することが可能となり、土木、建築分野に好適である。

Claims

ｐＨ９．０以上であり、酸化還元電位（ＯＲＰ）が５０ｍｖ以下であり、ＭｇＯ含有量が０．５％以上である亜硫酸カルシウムとセメントの混合粉砕物である地盤改良材。
さらに、石膏を含有してなる請求項１に記載の地盤改良材。
セメント１００質量部に対し、亜硫酸カルシウムを０.０１〜１０質量部使用してなる請求項１または請求項２に記載の地盤改良材。
亜硫酸カルシウムが石灰硫黄合剤を製造する際の副産物である請求項１〜３のいずれか１項に記載の地盤改良材。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の地盤改良材を、土と混合して粘性を低下させる地盤改良工法。