JP2018100374A - 土壌改質材、土壌改質材キット、及び土壌の改質方法 - Google Patents

Abstract

【課題】軟弱粘性土を改質対象として、材料の調達が比較的容易であり、早期に強度発現することができる土壌改質材又は土壌改質材キットを提供する。
【解決手段】液性指数が０．７以上である軟弱粘性土を改質する土壌改質材である。この土壌改質材は、早強セメント及びスラグをそれぞれ３５〜８０質量％及び２０〜６５質量％の相対質量で含有する混合物を含む。この土壌改質材は、早強セメント及びスラグが互いに分離された土壌改質材キットとしてもよい。
【選択図】なし

Description

本発明は、土壌改質材、土壌改質材キット、及び土壌の改質方法に関する。

含水比が高い軟弱地盤は、車両が走行すると強度が低下し、走行が不安定となる。特に、重機の出入りが激しい工事現場等においては、仮設道路の状況が悪化すると工事の進捗にも影響するため、安定した走路を確保することが望ましい。そこで従来、地面に鉄板を敷設したり、生石灰やセメント系固化材を用いて浅層の地盤強度を高めたりして、重機の走行性を確保することが行われている（例えば、非特許文献１〜３参照）。

日本石灰協会、『石灰による地盤改良事例集（Ｉ）』、２０１１年７月、１〜１３頁 セメント協会、『セメント系固化材による地盤改良マニュアル』、１９８５年４月、２０３〜２０９頁 セメント協会、『セメント系固化材による地盤改良マニュアル（第３版）』、２００３年９月、２２７〜２３３頁

しかしながら、鉄板を敷設する方法では降雨時に鉄板表面が滑りやすくなるため、危険防止の観点から重機の稼働率が低下してしまう。また、生石灰は工事等の突発的な需要に対して、供給が期待できない場合がある。そして、セメント系固化材を用いる場合は、工期スケジュールの観点から、より早期に強度を発現して車両の走行を可能とすることが求められる。

そこで本発明は、軟弱粘性土を改質対象として、材料の調達が比較的容易であり、早期に強度発現することができる土壌改質材又は土壌改質材キットを提供することを目的とする。また、当該土壌改質材又は土壌改質材キットを用いる土壌の改質方法を提供することを目的とする。

本発明は、軟弱粘性土を改質する土壌改質材であって、早強セメント及びスラグをそれぞれ３５〜８０質量％及び２０〜６５質量％の相対質量で含有する混合物を含み、軟弱粘性土は、液性指数が０．７以上である、土壌改質材を提供する。

この土壌改質材によれば、液性指数が０．７以上である軟弱粘性土の強度を早期に高めることができる。また、早強セメント及びスラグは調達が容易であるので、現場からの急な需要にも対応することができる。

この土壌改質材では、スラグは高炉水砕スラグであることが好ましい。

また、本発明は、軟弱粘性土を改質する土壌改質材キットであって、互いに分離されている早強セメント及びスラグを含み、早強セメント及びスラグは、それぞれ３５〜８０質量％及び２０〜６５質量％の相対質量を有し、軟弱粘性土は、液性指数が０．７以上である、土壌改質材キットを提供する。

上述した土壌改質材は、早強セメントとスラグとが互いに分離された状態のキットとしても、これらを液性指数が０．７以上である軟弱粘性土に適用して、その強度を早期に高めることができる。

この場合、スラグは製鋼スラグであることが好ましい。そして、製鋼スラグは、均等係数が３以上の粒度分布を有することが好ましい。

本発明は、軟弱粘性土を改質する土壌の改質方法であって、軟弱粘性土は、液性指数が０．７以上であり、早強セメント及びスラグをそれぞれ３５〜８０質量％及び２０〜６５質量％の相対質量で含有する混合物を軟弱粘性土に撒き、撒いた混合物と軟弱粘性土とを互いに混合する、土壌の改質方法を提供する。

この改質方法によれば、液性指数が０．７以上である軟弱粘性土の強度を早期に高めることができる。

この場合、スラグは高炉水砕スラグであることが好ましい。

また、本発明は、軟弱粘性土を改質する土壌の改質方法であって、軟弱粘性土は、液性指数が０．７以上であり、早強セメント及びスラグのうちの一方を軟弱粘性土に撒き、次いで早強セメント及びスラグのうちの他方を軟弱粘性土に撒き、撒いた早強セメント及びスラグと、軟弱粘性土とを互いに混合し、早強セメント及びスラグは、それぞれ３５〜８０質量％及び２０〜６５質量％の相対質量で撒く、土壌の改質方法を提供する。

上述した改質方法は、早強セメントとスラグとを順番に撒いた場合でも、液性指数が０．７以上である軟弱粘性土の強度を早期に高めることができる。

この場合、スラグは製鋼スラグであることが好ましい。そして、製鋼スラグは、均等係数が３以上の粒度分布を有することが好ましい。

本発明の改質方法では、軟弱粘性土１ｍ^３あたり、早強セメント及びスラグを合計で５０〜３００ｋｇ混合することが好ましい。

本発明によれば、軟弱粘性土を改質対象として、材料の調達が比較的容易であり、早期に強度発現することができる土壌改質材又は土壌改質材キットを提供することができる。また、当該土壌改質材又は土壌改質材キットを用いる土壌の改質方法を提供することができる。

土壌改質の結果を示すグラフである。 土壌改質の結果を示すグラフである。

以下、本発明の好適な実施形態について説明する。本実施形態の土壌改質材は、軟弱粘性土を改質するためのものである。軟弱粘性土は具体的には液性指数が０．７以上のものであり、０．８以上のものであってもよく、０．９以上のものであってもよい。また、軟弱粘性土は関東ローム層のような火山灰質粘性土であってもよい。

軟弱粘性土は、自然含水比が９０％以上であってもよく、１００％以上であってもよく、１１０％以上であってもよい。含水比の上限としては、例えば１２０％、１４０％、１６０％等が挙げられる。

（土壌改質材）
土壌改質材は、早強セメント及びスラグを含有する混合物を含む。ここで早強セメントは、早強セメントのほかに超早強セメントを含む概念であり、早強セメント及び超早強セメントは、ＪＩＳ Ｒ ５２１０に規定されているものをいう。

スラグとしては、高炉水砕スラグ、高炉徐冷スラグ、製鋼スラグ、電炉スラグ等が挙げられる。水和反応の速度の面からは、高炉水砕スラグが好ましい。ここで高炉水砕スラグとは、ＪＩＳ Ａ ６２０６：２０１３に規定されているものをいう。また、製鋼スラグとは、製鉄所における製鋼工程（高炉で製造された溶銑やスクラップを靱性及び加工性のある鋼にする工程）で発生するスラグであり、粗鋼１ｔあたり約１００〜１２０ｋｇ発生するものである。なお、製鋼スラグは水が付着しやすく、製造過程で水が付着する。上記質量％の表示は、含まれている水を含めた質量として表示している。

混合物に含有されている早強セメント及びスラグは、それぞれ３５〜８０質量％及び２０〜６５質量％の相対質量で含有されている。早強セメントの相対含有量は４０〜７５質量％であってもよく、４５〜７０質量％であってもよい。これに合わせて、スラグの相対含有量は２５〜６０質量％であってもよく、３０〜５５質量％であってもよい。

土壌改質材は、上記混合物の質量を１００質量％としたとき、混合物に対して０．１〜１０質量％の混和材を含んでいてもよい。混和材としては、酸化マグネシウム、生石灰、消石灰、ドロマイト又はそれらの混合物等が挙げられる。混和材の役割としては、土壌の性質によっては、より早期の強度発現に寄与する等が挙げられる。

（土壌改質材キット）
上記土壌改質材は、早強セメント及びスラグを互いに分離させた状態とした土壌改質材キットとして提供してもよい。この場合、早強セメント及びスラグをそれぞれ個別の包装とする。混和材を併せて提供する場合は、早強セメント及びスラグの一方又は両方に混合した状態としてもよく、両包装とは別に包装してもよい。

土壌改質材キットを構成する場合、スラグは製鋼スラグであることが好ましい。製鋼スラグは上述したとおり、他のスラグと比べて水を含んでいる場合が多く、あらかじめ早強セメントとの混合物として提供した場合には、対象土壌に添加する前に水和反応が進行している可能性がある。従って、スラグとして製鋼スラグを用いる場合は、早強セメントとは別個の包装とするキットの形態で提供することが特に好ましい。

（土壌改質方法）
上記土壌改質材及び土壌改質材キットを用いた土壌の改質方法について説明する。強度発現の目標値としては、重機の度重なる走行に耐えうる強度、例えばコーン指数１２００ｋＮ／ｍ^２以上、一軸圧縮強度２４０ｋＮ／ｍ^２を目指す。

・土壌改質材を使用する場合
土壌改質材を使用する場合、軟弱粘性土からなる地面に対して土壌改質材を撒き、ブルドーザ等を用いて敷き均す。ここで、土壌改質材の添加量は、軟弱粘性土１ｍ^３あたり、早強セメント及びスラグの合計で５０〜３００ｋｇ混合することが好ましく、９０〜２５０ｋｇ撒くことがより好ましい。添加量が少なすぎると強度発現が不十分となりやすく、添加量が多すぎるとコスト面で不利となりやすい。

次いで、バックホウ、スタビライザ等を用いて、土壌改質材と軟弱粘性土の浅層部分とを互いに混合する。ここで、軟弱粘性土は、表面から２０〜１００ｃｍ程度の深さまでを土壌改質材と混合することが好ましい。

混合後、振動ローラ、タイヤローラ等の転圧機を用いて転圧し、養生期間に入る。本実施形態の土壌改質材によれば、材齢一日程度でも十分な強度が発現する。

・土壌改質材キットを使用する場合
土壌改質材キットを使用する場合は、軟弱粘性土からなる地面に対して、早強セメント及びスラグのうちの一方を先に撒いて敷き均す。その後、他方をその上に重ねるようにして撒いて敷き均す。ここで、撒く順番に関し、軟弱粘性土に含まれている水との水和反応が緩やかなほう（水和反応の速度が小さいほう）を先に撒くことが好ましい。例えば、スラグとして製鋼スラグを用いる場合は、早強セメントよりも製鋼スラグのほうが水和反応が遅いため、製鋼スラグを先に撒くほうが好ましい。

スラグとして製鋼スラグを用いる場合、製鋼スラグは最大粒径が１００ｍｍ以下のものが全体の８０質量％以上を占めていることが好ましく、９０質量％以上を占めていることがより好ましく、９５質量％以上を占めていることが更に好ましい。また、製鋼スラグは最大粒径が８０ｍｍ以下のものが全体の８０質量％以上を占めていることが好ましく、９０質量％以上を占めていることがより好ましく、９５質量％以上を占めていることが更に好ましい。また、製鋼スラグは最大粒径が４０ｍｍ以下のものが全体の８０質量％以上を占めていることが好ましく、９０質量％以上を占めていることがより好ましく、９５質量％以上を占めていることが更に好ましい。粒径が大き過ぎると、軟弱粘性土との混合が困難となりやすい。

また、製鋼スラグの粒度分布としては、均等係数が３以上であることが好ましく、５以上であることがより好ましく、８以上であることが更に好ましい。均等係数とは、粒径加積曲線から算出される値であって、Ｄ_６０／Ｄ_１０で示される値である。ここでＤ_６０は通過質量百分率が６０％である粒径（ｍｍ）であり、Ｄ_１０は通過質量百分率が１０％である粒径（ｍｍ）である。均等係数が大きいことは粒度分布が広いことを意味し、粒径にばらつきが生じている製鋼スラグを用いることができることを意味している。

撒いた早強セメント及びスラグと、軟弱粘性土の浅層部分とを互いに混合する。その後、土壌改質材を使用する場合と同様に、軟弱粘性土との混合及び転圧を行う。

以上の手順によれば、土壌改質材を使用する場合、及び、土壌改質材キットを使用する場合のいずれにおいても、土壌が早期に改質され、強度が発現する。なお、スラグが有する還元作用によって、土壌からの六価クロムの溶出を抑えることもできる。

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明する。なお、本発明は下記実施例に限定されるものではない。

栃木県における土壌Ａ、及び、東京都における土壌Ｂを改質対象とした。それぞれから採取したサンプルを分析した結果、これらの土壌の性状は表１に示したとおりであった。

土壌Ａ及び土壌Ｂを改質する実験を行った。用いた土壌改質材は以下のとおりである。

・生石灰…栃木県佐野市葛生地区で産出したもの。
・生石灰焼成残渣…生石灰の生産過程で生じる未焼成粉塵である。栃木県佐野市葛生地区で産出したもの。
・高炉セメントＢ種…ＪＩＳ Ｒ ５２１１で規定されているものである。
・“早強高炉セメント”…上記高炉セメントＢ種を構成する普通ポルトランドセメントを早強セメントに置き換えたものである。すなわち、早強セメントと高炉水砕スラグとを混合したセメントである。事前混合した割合は、早強セメント５５質量％：高炉水砕スラグ４５質量％とした。高炉水砕スラグは、ＪＩＳ Ａ ６２０６に定められたものを用いた。
・“早強製鋼スラグ”…早強セメントと製鋼スラグとを互いに独立して包装したキットである。現場で混合する割合は、早強セメント５５質量％：製鋼スラグ４５質量％、早強セメント７０質量％：製鋼スラグ３０質量％、及び、早強セメント３０質量％：製鋼スラグ７０質量％の三通りである。製鋼スラグは、試験条件の都合上９．５ｍｍ篩を通過したものを使用し、その均等係数（Ｄ_６０／Ｄ_１０）は、粒径加積曲線から求めると８．７であった（Ｄ_６０＝３．０５ｍｍ、Ｄ_１０＝０．３５ｍｍ）。また、ここでいう製鋼スラグの質量は水を含んだ値であり、含水比は約７％であった。

土壌改質材として生石灰、生石灰焼成残渣、高炉セメントＢ種、又は早強高炉セメントを用いた場合は、土壌Ａ又は土壌Ｂに対して、表２又は表３に示した添加量にて土壌改質材を敷き均した。次いで、バックホウを用いて土壌改質材と土壌Ａ又は土壌Ｂの浅層部分とを互いに混合し、ブルドーザ及びタイヤローラを用いて転圧した。

材齢一日時点におけるコーン指数を測定した。コーン指数の測定方法としては、ＪＩＳＡ １２２８「締固めた土のコーン指数試験方法」等を適用した。
測定して求められたコーン指数を表２及び表３に示した。

土壌改質材として早強製鋼スラグを用いた場合（キットの場合）は、土壌Ａ又は土壌Ｂに対して表２又は表３に示した添加量のうち、製鋼スラグを先に敷き均した。次いで、早強セメントを敷き均し、バックホウを用いてこれらと土壌Ａ又は土壌Ｂの浅層部分とを互いに混合し、ブルドーザ及びタイヤローラを用いて転圧した。

転圧した部分の土壌について、材齢一日時点におけるコーン指数を測定した。コーン指数の測定方法としては、ＪＩＳ Ａ １２２８「締固めた土のコーン指数試験方法」等を適用した。測定して求められたコーン指数を表２及び表３に示した。

表２及び表３の結果を図１及び図２としてグラフ化した。表２及び表３における「内挿値」は、各グラフをコーン指数の管理目標値（１２００ｋＮ／ｍ^２）へ内挿したときの土壌改質材の添加量を示している。

これらの実験によれば、所定の混合比を有する早強高炉セメント及び早強製鋼スラグが、１５０ｋｇ／ｍ^３以上の添加量において、材齢一日時点でコーン指数が１２００ｋＮ／ｍ^２に達することが分かった。また、これらの早強高炉セメント及び早強製鋼スラグは、添加量を低減する観点からはコストが高い生石灰には及ばないものの、生石灰は土壌の性状によっては改質効果が劣る場合があるが（参考例１−１と参考例２−１との比較）、所定の混合比を有する早強高炉セメント及び早強製鋼スラグでは、その場合でも早期に強度発現することが分かった。また、早強製鋼スラグでも、早強セメントの含有比が小さい場合は強度発現が不十分となることが分かった（比較例１−２及び比較例２−２）。

Claims (11)

1. 軟弱粘性土を改質する土壌改質材であって、
   早強セメント及びスラグをそれぞれ３５〜８０質量％及び２０〜６５質量％の相対質量で含有する混合物を含み、
   前記軟弱粘性土は、液性指数が０．７以上である、土壌改質材。
2. 前記スラグは、高炉水砕スラグである、請求項１記載の土壌改質材。
3. 軟弱粘性土を改質する土壌改質材キットであって、
   互いに分離されている早強セメント及びスラグを含み、
   前記早強セメント及び前記スラグは、それぞれ３５〜８０質量％及び２０〜６５質量％の相対質量を有し、
   前記軟弱粘性土は、液性指数が０．７以上である、土壌改質材キット。
4. 前記スラグは、製鋼スラグである、請求項３記載の土壌改質材キット。
5. 前記製鋼スラグは、均等係数が３以上の粒度分布を有する、請求項４記載の土壌改質材キット。
6. 軟弱粘性土を改質する土壌の改質方法であって、
   前記軟弱粘性土は、液性指数が０．７以上であり、
   早強セメント及びスラグをそれぞれ３５〜８０質量％及び２０〜６５質量％の相対質量で含有する混合物を前記軟弱粘性土に撒き、
   撒いた前記混合物と前記軟弱粘性土とを互いに混合する、土壌の改質方法。
7. 前記スラグは、高炉水砕スラグである、請求項６記載の土壌の改質方法。
8. 軟弱粘性土を改質する土壌の改質方法であって、
   前記軟弱粘性土は、液性指数が０．７以上であり、
   早強セメント及びスラグのうちの一方を前記軟弱粘性土に撒き、
   次いで前記早強セメント及び前記スラグのうちの他方を前記軟弱粘性土に撒き、
   撒いた前記早強セメント及び前記スラグと、前記軟弱粘性土とを互いに混合し、
   前記早強セメント及び前記スラグは、それぞれ３５〜８０質量％及び２０〜６５質量％の相対質量で撒く、土壌の改質方法。
9. 前記スラグは、製鋼スラグである、請求項８記載の土壌の改質方法。
10. 前記製鋼スラグは、均等係数が３以上の粒度分布を有する、請求項９記載の土壌の改質方法。
11. 前記軟弱粘性土１ｍ^３あたり、前記早強セメント及び前記スラグを合計で５０〜３００ｋｇ撒く、請求項６〜１０のいずれか一項記載の土壌の改質方法。

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