JP3229972B2 - 短繊維混合土砂の造成方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は集束繊維を短繊維に切
断、解繊し、これを土砂補強用として使用する短繊維混
合土砂の造成方法とその方法を実施する装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、引張強度の大なる合成繊維の
短繊維を土砂に混合することにより、該土砂の強度を増
加させることが行われている。そして、このような短繊
維は、通常、集束繊維を一定の長さ毎に切断して得られ
る短繊維束を使用し、これを土砂に投入して攪拌するこ
とにより土砂内に混入させている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、短繊維
束を土砂に混入した際に、短繊維の太さが50デニール以
上のものでなければ、短繊維束を解繊して多数の短繊維
に分離させることができず、50デニール以下では短繊維
束がファイバーボール状の塊状態のまゝ土砂と混合して
均一な分散が行われないために所望の強度に増加させる
ことができないものである。従って、従来から土砂に混
合させる短繊維としては太さが50デニール以上のものを
用いているが、このような大径の短繊維は一般の衣料用
などに使用される細径の繊維を用いることができず、特
別に加工する必要があって高価につくものである。

【０００４】また、一般に、土砂と短繊維とを同じ重量
比で混合した場合、太い繊維は細い繊維に比べて土砂と
の接触面積が少ないので有効な土砂の補強作用を充分に
発揮させることができず、混合した繊維の割りには土砂
を増強させることが困難となるものである。そのため、
土砂に混入させる短繊維として解繊した小径の短繊維が
要望されている。本発明はこのような問題点に鑑みてな
されたもので、集束繊維を切断することにより得られる
一定長さの短繊維束を簡単且つ確実に解繊し得ると共
に、土砂に対して均一に分散、混合する短繊維混合土砂
の造成方法とその方法と、その方法を実施するための装
置の提供を目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の短繊維混合土砂の造成方法は、集束繊維を
所定長さ毎に切断することにより得られた未解繊の短繊
維束を、前記短繊維束の長さよりも小さい内径に形成し
ていると共に内周面を粗面に形成している小径空気流通
路内に供給し、該小径空気流通路の側面上流側から圧縮
空気を供給することにより発生する小径空気流通路の外
周側が遅くかつ中心側が速い流れの高速空気流によって
短繊維束を解繊したのち、解繊された多数本の短繊維を
連続的に攪拌している土砂攪拌装置内に供給して土砂と
攪拌、混合することを特徴とするものであり、また、上
記請求項３に記載しているように、この方法によって短
繊維の土砂に対する混合比が高率の短繊維混合土砂を調
製し、この短繊維の高比率混合土砂を地表面に散布して
適宜な手段により該混合土砂と地表面の土砂とを攪拌す
ることを特徴とするものである。

【０００６】上記方法を実施するための装置としては、
気密に形成された函体内部に集束繊維を一定長さ毎に切
断する切断機構を設けていると共に切断された短繊維束
の排出口を有する集束繊維切断部と、この集束繊維切断
部に集束繊維を供給する供給部と、前記短繊維束の長さ
より小さい内径に形成していると共に内周面を粗面に形
成した垂直な小径筒体の上端を前記排出口の下部に連通
させてなる空気流通路と、該流通路の側面上部からこの
流通路内に圧縮空気を供給して流通路内に外周側が遅く
かつ中央部側が速い流れとなる下向きの高速空気流を形
成する圧縮空気供給手段と、高速空気流により解繊され
て流通路から排出される短繊維を連続的に土砂に混合さ
せるミキサーとから構成してなるものである。

【０００７】

【作用】多数本の長繊維を集束させてなる長い集束繊維
を切断機構に連続供給して該切断機構により一定長さ毎
に切断すると、集束した状態の短繊維束が順次、連続的
に得られ、該短繊維束はそのまゝ小径空気流通路内に落
下する。小径空気流通路内には下向きに高速空気流が流
通しており、その空気流の速度は、小径空気流通路の内
壁により抵抗力を受ける外周側では遅く、通路中心側
程、速い流れとなる。従って、小径空気流通路内を繊維
長方向に落下する短繊維束が中心部側から外周方向に膨
張しようとする作用力を受けて繊維間がほぐされると共
に引き剥がされ、多数の短繊維に解繊するものである。

【０００８】解繊された無数の短繊維は、流通路の開口
下端からミキサー内に落下し、ミキサーの攪拌作用によ
って土砂と均一に混合して短繊維混合土砂に造成され
る。また、この方法によって土砂に対する短繊維の混合
比が高率の短繊維混合土砂を調製しておけば、該高比率
混合土砂を地表面に散布して適宜な手段により該混合土
砂と地表面の土砂とを攪拌することにより、地表面の地
盤の改良を図ることができる。この際、該短繊維混合土
砂を袋詰め等して現地にまで運搬してもよいが、上記短
繊維混合土砂の造成方法を実施する装置全体を自走式に
構成しておけば、現地の補強対象地盤を直接、補強する
ことができる。

【０００９】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面について説明す
ると、図１において、１は集束繊維切断部で、気密に形
成された函体２内に切断機構３を配設していると共に、
該切断機構３の上方近傍部に集束繊維Ａの案内ローラ４
を回転自在に設けてあり、さらに、函体２の底壁を中央
部に向かって円錐形状に窪ませていると共にその中央部
に小径の排出口５を設けてなるものである。

【００１０】上記切断機構３は、外周面に一定ピッチの
歯3bを突設してなる左右一対の回転歯車体3a、3aを集束
繊維Ａが通過可能な間隔を存して互いに噛合させている
と共に、少なくともいずれか一方の歯車体3aにおいて、
図２に示すように、１つ置き毎の歯3bの先端に集束繊維
Ａを一定長さの短繊維束Ｂ毎に切断するカッター刃６を
突設してなるものである。なお、カッター刃６の間隔
は、切断すべき集束繊維Ａの切断長に応じて適宜に設定
すればよい。又、上記左右一体の回転歯車体3a、3aは函
体２内に配設したモータ等の回転駆動機構（図示せず）
によって集束繊維Ａを下方に送り出す方向に一定の周速
度で回転させられるものである。

【００１１】７はその開口上端を上記排出口５に連結、
連通させている適宜長さの小径筒体で、排出口５から垂
直に垂設されてあり、その内部を内周壁が粗面に形成さ
れた空気の流通路８としていると共に、該内径寸法を上
記短繊維束Ｂの長さよりも小さくしてある。さらに、こ
の小径筒体７は上記排出口５に対して揺動自在に連結し
てある。この揺動動作は偏心カム等の適宜な機構によっ
て強制的に行うように構成している。

【００１２】９は小径筒体７の上端一側部にその先端を
連結、連通させている圧縮空気供給管で、コンプレッサ
（図示せず）に接続して上記空気流通路８内に上流側か
ら下向きの圧高速空気流を形成する圧縮空気供給手段を
構成しているものである。また、上記函体１の上面に中
間案内ローラ10を配設すると共に該中間案内ローラ10の
下方における函体１の上壁中央部に、函体１内の上記案
内ローラ４に集束繊維Ａを供給する開口部11を設けて集
束繊維供給部を構成している。なお、この開口部11は集
束繊維Ａを気密的に函体１内に導入させるようにしてい
る。

【００１３】集束繊維Ａは、太さが50デニール以下の長
い合成繊維を多数本、油剤または糊剤によって集束して
なるもので、函体１の外部適所に配設したボビン12に巻
層されてあり、該ボビン12から上記回転歯車体3a、3aの
回転速度に応じた速度で繰り出される。13は上記小径筒
体７の下方に設置するミキサーで、支持台14上に固定し
たケーシング15内に土砂Ｃの回転攪拌翼16を設けてなる
ものである。

【００１４】このように構成した実施例における装置に
よって短繊維束を解繊する方法を次に述べると、ボビン
12に巻回されている長尺の集束繊維Ａを切断機構３の回
転歯車体3a、3aの回転周速度に同調させて繰り出し、中
間案内ローラ10から開口部11を通じて気密函体１内の案
内ローラ４に供給し、該案内ローラ４を介して左右一対
の回転歯車体3a、3a間に導入する。

【００１５】この回転歯車体3a、3a間に集束繊維Ａが導
入されると、一方の回転歯車体3aの歯3bに突設している
カッター刃６によって回転方向に隣接するカッター刃
６、６間の長さ間隔毎（２〜10cm) に集束繊維Ａが切断
される。さらに、収束繊維Ａが両回転歯車体3a、3a間を
通過する際に、図２に示すように互いに噛合する歯3b、
3bによってジグザグ状に屈折させられて繊維間が離間さ
せられる作用を受け、収束している繊維間がほぐされて
繊維間に空気が入り、全体的に膨径した状態となる。

【００１６】このように、回転歯車体3a、3aの噛合歯に
よって集束繊維Ａが捕捉されながらほぐされ、該歯車体
3a、3aの回転によって集束繊維Ａは引っ張られてボビン
12から連続的に繰り出され、カッター刃６によって一定
長さの短繊維束Ｂに順次、切断される。切断された短繊
維束Ｂはそのまゝ落下して小径筒体７内に入る。この
時、小径筒体７の内径は短繊維束Ｂの長さよりも小寸法
に形成されているので、短繊維束Ｂは該小径筒体７内に
その長さ方向を筒体７の長さ方向に平行させて落下す
る。

【００１７】小径筒体７内の流通路８には、その上方部
から供給管９を通じて圧縮空気が供給されており、該圧
縮空気は気密函体２内に充満すると共に小径筒体７の流
通路８の開口下端に向かって所定の流速で流下してい
る。この空気流中に上記短繊維束Ｂが落下するものであ
るが、小径筒体７内の流通路８中を流下する空気流は、
小径筒体７の内壁により抵抗力を受けて流通路８の外周
側では流速が遅く、通路中心側程、速い流れとなり、小
径筒体７の内壁を粗面に形成しておくことによってその
差が一層大きくなる。従って、流通路８内を短繊維束Ｂ
が通過中に、該空気流によってその中心部側から外周方
向に膨張させられる作用力を受けて、図３に示す集束状
態から図４に示すように繊維間が引き剥がされ、多数の
短繊維ｂに解きほぐされる。

【００１８】こうして、解繊された短繊維ｂは、少量ず
つ定量的に小径筒体７の開口下端からミキサー13内に落
下し、回転攪拌翼16によって土砂Ｃに混合、攪拌される
ものである。この際、小径筒体７を揺動させることによ
って、該小径筒体７の開口下端から短繊維ｂを平面方向
に均一に撒き散らすことができ、ミキサー13上に均一に
散布し得るものである。

【００１９】上記のように、小径筒体７の流通路８内を
流下する空気流によって短繊維束を解繊するには、高圧
空気を流通路８中に供給して高速空気流とするのが有効
であることが実験の結果、判明したが、これは、小径筒
体７の側面側から該筒体７内に供給される圧縮空気は気
密函体２側へは流れず、下端が開口した筒体７内に流入
したのち下方にのみ屈折しながら図５に示すように乱流
状態で流下し、この乱流状態における筒体７内では中心
部と内周壁面部において空気の流速が異なり、上記のよ
うに短繊維束Ｂが解繊されるものと思われる。

【００２０】また、図６に示すように、圧縮空気を筒体
７の上端開口部から長さ方向に供給した場合には、乱流
が生じないが、この場合でも筒体７内の中心部と内壁面
部とにおいても空気の流速が異なり、その差が一定値以
上になった時に短繊維束がほぐれて解繊されるものと考
えられる。

【００２１】このように短繊維束の解繊が可能な空気流
の速度を実験によって求めた場合、５Kg／cm² で１m³／
sec の圧縮空気を直径25mmの筒体内に供給した際に、該
筒体内を流通する空気流の平均流速は100 ｍ／sec 以上
であり、この平均流速が20ｍ／sec 以上であれば、短繊
維束の解繊を行うことができた。

【００２２】一方、土砂の強度を効果的に増強させるに
は、土砂に対する短繊維の混合割合は、重量比で0.1 〜
2.0 ％が望ましく、実験の結果、0.2 ％が最適であっ
た。さらに、混合する土砂は砂質土であるよりも粘土質
の方が短繊維との混合状態が均一となる。これは、ミキ
サー13による攪拌時に粘性土の粘着力によって短繊維と
土砂とが結合し、その強度が繊維間の結合力よりも大き
いからであるものと思われる。

【００２３】このような短繊維混合土砂の強度実験例を
比較例と共に具体的に述べれば、実験例１として、６デ
ニール、250 本のポリエステル集束繊維を上記方法によ
って長さが5cm の多数本の短繊維に切断、解繊し、この
短繊維を粘土質砂に重量比で0.1 ％、均一に混合して短
繊維混合土砂Ｄを作成した。又、実験例２として上記実
験例１と同一の短繊維を粘土質砂に重量比で0.2 ％、均
一に混合して短繊維混合土砂Ｅを作成した。一方、比較
例として短繊維を混合していない上記粘土質砂Ｆを使用
した。

【００２４】これらの短繊維混合土砂Ｄ、Ｅと無混合土
砂Ｆとを一軸圧縮試験を行った結果を図８に示す。この
図からも明らかなように、短繊維混合土砂Ｄ、Ｅは、無
混合土砂Ｆに比べて歪み量が大きくなっても強度の減少
が殆ど生じないものであり、また、短繊維の混合比が多
い方が最大強度が大きかった。なお、この最大強度につ
いては、比較例の無混合土砂Ｆよりも短繊維混合土砂
Ｄ、Ｅの方が小さくなっているが、これは、粘土は攪拌
することによってその強度が低下する性質を有するため
であり、このような問題点は短繊維の混合比を大きくす
ることによって改善されるものと考えられる。

【００２５】次に、上記のようにして作成される短繊維
混合土砂を補強対象地盤の現地において該地盤に混合す
ることにより、地盤の補強に供する場合について説明す
る。この場合、多量の土砂に細かい短繊維を均等に混合
するには攪拌装置が大型になること、攪拌エネルギーが
多く必要として不経済であること、などの問題点があ
る。このため、工場内の定置式ミキサーで短繊維の混合
割合が2.0 〜5.0 重量％の高混合土砂を作成しておき、
この高混合土砂を袋詰めなどして補強対象地盤の現地ま
で運搬し、該対象地盤に散布しながら適宜な混合機を使
用して地盤の土砂に混合するものである。

【００２６】又、図７に示すように、解繊機構と攪拌手
段とを備えた自走式の装置を用いれば、地盤に対する土
砂補強作業が一層能率良く行うことができる。即ち、こ
の装置は、キャタピラ等の走行機構18を備えた台車19の
前端部上に、函体２の内部に集束繊維Ａを一定長さ毎に
切断する切断機構３と該切断機構３によって切断された
短繊維束Ｂの排出口５とを有する集束繊維切断部１を配
設すると共に、この集束繊維切断部１に集束繊維Ａを供
給するボビン12を回転自在に設けてなる集束繊維供給部
を台車19の後端部上に配設してある。

【００２７】さらに、台車19の前端下部に水平回転軸20
を回転自在に配設し、この水平回転軸20に地盤Ｇの地表
部土砂を掘り起こすようにしながら攪拌する複数本の攪
拌翼21を放射状に突設し、これらの攪拌翼21の上周部を
被覆したカバー体22を通じて上記排出口５に上端を連通
させた小径筒体７よりなる空気流通路８の開口下端を該
攪拌翼21に臨ませてある。また、流通路８内に上流側か
ら圧縮空気を供給して流通路内に下向きの高速空気流を
形成する圧縮空気供給管は、函体２から台車19上を後方
に延設し、台車19の適所に配設したコンプレッサ23に連
結してある。

【００２８】このように構成した装置は、集束繊維Ａを
ボビン12から繰り出しながら函体２内の切断機構３によ
って上記のように順次一定長さの短繊維束Ｂに切断さ
れ、流通路８を通過中に高速空気流によって多数の単一
短繊維に解繊されながら攪拌翼21上に散布される。そし
て、台車19を補強対象地盤Ｇ上で適宜な速度でもって移
動させながら該地盤Ｇの土砂を回転攪拌翼21によって攪
拌し、その上に短繊維ｂを定量的に供給して土砂と均一
に攪拌混合させるものである。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、集束繊維
を所定長さ毎に切断することにより得られた未解繊の短
繊維束を、前記短繊維束の長さよりも小さい内径に形成
していると共に内周面を粗面に形成している小径空気流
通路内に供給し、該小径空気流通路の側面上流側から圧
縮空気を供給することにより発生する小径空気流通路の
外周側が遅くかつ中心側が速い流れの高速空気流によっ
て短繊維束を解繊したのち、解繊された多数本の短繊維
を連続的に攪拌している土砂攪拌装置内に供給して土砂
と攪拌、混合するものであるから、小径空気流通路の内
径を短繊維束の長さよりも小さく形成しているので、未
解繊の短繊維束を、その長さ方向を小径空 気流通路の長
さ方向に向けた状態にして該小径空気流通路内を確実に
通過させることができると共にこの小径空気流通路の内
周面を粗面に形成しているので、小径空気流通路内に外
周側が遅くかつ中心側が速い流れの高速空気流を確実に
発生させることができ、上記短繊維束がこの小径空気流
通路内をその長さ方向を小径空気流通路の長さ方向に向
けて通過中に該空気流によってその中心部側から外周方
向に膨張させられる作用力を受けて繊維間がほぐされ、
従って、短繊維束を多数の短繊維に確実に且つ能率よく
解繊することができるものであり、このように解繊され
た短繊維を定量的に土砂との攪拌装置に連続して供給す
ることができて、短繊維により増強された土砂を能率よ
く作成することができるものである。

【００３０】さらに、上記高速空気流により太さが50デ
ニール以下の細径の繊維の解繊が可能となり、この短繊
維を土砂の増強用として混入することによって均一な混
合が可能となると共に土砂との接触面積が大きくなって
土砂の増強効果を著しく増大させることができ、その
上、上記土砂として粘土質のものを用いることによって
一層均一な混合が可能となるものである。

【００３１】また、予め、短繊維の土砂に対する混合比
が高率の短繊維混合土砂を作成しておくことができ、こ
の短繊維の高比率混合土砂を対象地盤の土砂に混合して
品質の高い且つ歪み量の大きい補強土砂を得ることがで
きるものであり、細径の短繊維を混合させた場合におけ
る顕著な補強効果と相まって従来方法では得ることので
きない優れた強度を有する土砂を造成し得るものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】装置全体の簡略縦断正面図。

【図２】切断機構の一部拡大断面図。

【図３】短繊維束の正面図。

【図４】短繊維束が解繊された状態の正面図。

【図５】流通路を流下する空気流の状態を示す説明図。

【図６】流通路に対する圧縮空気の別な供給手段を示す
簡略縦断正面図。

【図７】装置全体を自走式とした場合の簡略側面図。

【図８】実験例で得られた土砂の強度を示す線図。

【符号の説明】

１ 集束繊維切断部 ２ 気密函体 ３ 切断機構 3a 回転歯車体 ６ カッター刃 ７ 小径筒体 ８ 流通路 ９ 圧縮空気供給管 Ａ 集束繊維 Ｂ 短繊維束 ｂ 短繊維 12 ボビン 13 ミキサー 16 回転攪拌翼

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 000112093 ヒロセ株式会社 大阪府大阪市西淀川区中島２丁目３番87 号 (73)特許権者 000003001 帝人株式会社 大阪府大阪市中央区南本町１丁目６番７ 号 (72)発明者 三木 博史 茨城県つくば市大字旭１番地 建設省土 木研究所内 (72)発明者 林 義之 茨城県つくば市大字旭１番地 建設省土 木研究所内 (72)発明者 千田 昌平 東京都台東区台東１丁目７番２号 財団 法人土木研究センター内 (72)発明者 増井 仁 茨城県つくば市大字大砂387 株式会社 奥村組筑波研究所内 (72)発明者 堀内 晴生 茨城県つくば市大字鬼ケ窪字下山1043番 １ 株式会社熊谷組技術研究所内 (72)発明者 森 邦夫 茨城県つくば市大字鬼ケ窪字下山1043番 １ 株式会社熊谷組技術研究所内 (72)発明者 永澤 毅 茨城県つくば市大字鬼ケ窪字下山1043番 １ 株式会社熊谷組技術研究所内 (72)発明者 熊田 哲規 東京都江東区木場２丁目17番12号 ヒロ セ株式会社補強土事業部内 (72)発明者 岡村 康弘 大阪府大阪市中央区南本町１丁目６番７ 号 帝人株式会社内 (56)参考文献 特開 昭54−78718（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−65507（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−5810（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B28C 5/40

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 集束繊維を所定長さ毎に切断することに
   より得られた未解繊の短繊維束を、前記短繊維束の長さ
   よりも小さい内径に形成していると共に内周面を粗面に
   形成している小径空気流通路内に供給し、該小径空気流
   通路の側面上流側から圧縮空気を供給することにより発
   生する小径空気流通路の外周側が遅くかつ中心側が速い
   流れの高速空気流によって短繊維束を解繊したのち、解
   繊された多数本の短繊維を連続的に攪拌している土砂攪
   拌装置内に供給して土砂と攪拌、混合することを特徴と
   する短繊維混合土砂の造成方法。
2. 【請求項２】 上記土砂が粘土質のものであることを特
   徴とする請求項１記載の短繊維混合土砂の造成方法。
3. 【請求項３】 上記短繊維の土砂に対する混合比が高率
   の短繊維混合土砂を調製し、この短繊維の高比率混合土
   砂を地表面に散布して適宜な手段により該混合土砂と地
   表面の土砂とを攪拌することを特徴とする請求項１記載
   の短繊維混合土砂の造成方法。
4. 【請求項４】 気密に形成された函体内部に集束繊維を
   一定長さ毎に切断する切断機構を設けていると共に切断
   された短繊維束の排出口を有する集束繊維切断部と、こ
   の集束繊維切断部に集束繊維を供給する供給部と、前記
   短繊維束の長さより小さい内径に形成していると共に内
   周面を粗面に形成した垂直な小径筒体の上端を前記排出
   口の下部に連通させてなる空気流通路と、該空気流通路
   の側面上部からこの流通路内に圧縮空気を供給して流通
   路内に外周側が遅くかつ中央部側が速い流れとなる下向
   きの高速空気流を形成する圧縮空気供給手段と、高速空
   気流により解繊されて流通路から排出される短繊維を連
   続的に土砂に混合させるミキサーとからなることを特徴
   とする短繊維混合土砂の造成装置。
5. 【請求項５】 上記集束繊維供給部、集束繊維切断部、
   小径筒体及び圧縮空気供給手段を移動台車に配設すると
   共に小径筒体の下端開口部の下方に複数本の攪拌翼を放
   射状に突設してなる回転水平軸を配設したことを特徴と
   する短繊維混合土砂の造成装置。