JP3496769B2 - 掘削土の固化材 - Google Patents

掘削土の固化材

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  • Soil Conditioners And Soil-Stabilizing Materials (AREA)
  • Consolidation Of Soil By Introduction Of Solidifying Substances Into Soil (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、地盤を掘削し、杭や電
柱などを設置するにあたり、掘削した、粘性土、シル
ト、砂質土、及び腐植土等を水と一緒に混合し、流動性
や早期強度発現性が良好な改良土にする、掘削土の固化
材(以下、「土質固化材」ともいう。)に関する。
【0002】
【従来の技術とその課題】従来、杭や電柱等を設置する
工事等で、掘削で発生した掘削土は、ほとんど処分して
おり、処分する際の輸送コストが高く、経済的ではなか
った。
【0003】また、設置工事終了後、発生した掘削土を
埋戻し材として用いて、埋戻し、締固めを行っても十分
な支持力が得にくく、さらに、使用する材料の流動性が
ないと、掘削深度が1m以上ある場合、最深部の間隙ま
で緻密に充填されない等の課題があった。さらに、埋戻
し材として、発泡スチロール等の軽量材料、セメント系
固化材、水、及び土砂等を使用することが提案されてい
る(特開平4−15380号公報)。しかしながら、このような
方法では、十分な締固めができず、早期に人が乗れる程
度までの強度発現性がなく、施工速度が遅くなる傾向が
あった。
【0004】また、カルシウムサルホアルミネートを主
成分とする土質用固化材を用い、短期間に人が乗れる状
態まで強度を発現させる方法が提案されている(特開平1
-299913号公報、特開平5-17771号公報)。しかしなが
ら、これらの方法では長期強度が過剰に発現し、再掘削
の必要が生じた場合、人間の手掘りが容易な程度の強
度、2kgf/cm2前後の強度になりにくい等の課題があっ
た。
【0005】本発明者は、掘削土が発生するこれら工事
等での、前記課題を解決すべく種々検討を行った結果、
特定の土質固化材を使用することによって、前記課題が
解決でき、流動性や早期強度発現性に優れ、再掘削性が
良好となる改良土にすることができる知見を得て本発明
を完成するに至った。
【0006】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、セメン
ト、カルシウムアルミネート、無機硫酸塩、及びトリポ
リリン酸ナトリウム又はヘキサメタリン酸ナトリウムか
らなるリン酸塩を含有してなる掘削土の固化材(土質固
化材)である。また、本発明は、セメント、カルシウム
アルミネート、無機硫酸塩、トリポリリン酸ナトリウム
からなるリン酸塩、及びアルカリ金属炭酸塩とオキシカ
ルボン酸類との混合物を含有してなる掘削土の固化材
(土質固化材)である。
【0007】以下、本発明を詳細に説明する。
【0008】本発明で使用するセメントとしては、普
通、早強、超早強、及び中庸熱等の各種ポルトランドセ
メント、これらポルトランドセメントに、高炉スラグや
フライアッシュなどを混合した各種混合セメント、さら
には、市販されている微粒子セメント等が挙げられる。
【0009】また、本発明で使用するカルシウムアルミ
ネートとは、CaO、及びAl2O3を有効成分として含有する
ものであり、CaOをC、 Al2O3をAとすると、C3A、C2A、C
12A7、C11A7・CaF2、及びCA等のカルシウムアルミネート
類であり、結晶質、非晶質いずれも使用可能である。さ
らには、本発明では、アルカリ金属を含むカルシウムア
ルミネート焼成物、SiO2を多く含む冶金スラグ等のアル
ミノ珪酸カルシウムの使用も可能である。カルシウムア
ルミネートの粒度は、特に限定されるものではないが、
ブレーン比表面積で3,000cm2/g以上が好ましく、4,000
〜8,000cm2/gがより好ましい。3,000cm2/g未満では反応
性が低下する傾向がある。カルシウムアルミネートの使
用量は、セメント100重量部に対して、5〜50重量部が
好ましく、10〜30重量部がより好ましい。5重量部未満
では早期強度発現性を期待することが難しく、50重量部
より多いと作業時間がとりづらくなる傾向がある。
【0010】本発明で使用する無機硫酸塩としては、硫
酸カルシウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、及び硫
酸マグネシウム等が挙げられ、これらのうちの一種又は
二種以上の混合物の使用が可能である。そのうち、硫酸
カルシウムの使用が好ましく、なかでも、無水セッコウ
の使用は強度発現性の面からより好ましい。無機硫酸塩
の粒度は、特に限定されるものではないが、ブレーン比
表面積で2,000cm2/g以上が好ましく、3,000〜9,000cm2/
gがより好ましい。2,000cm2/g未満では溶解性や反応性
が低下する傾向がある。無機硫酸塩の使用量は、セメン
ト100重量部に対して、2〜100重量部が好ましく、10〜
50重量部がより好ましい。2重量部未満ではセメントの
凝結を防ぐことが難しく、100重量部より多いと早期強
度発現性が不良になる傾向がある。
【0011】本発明において、大幅に流動性を改善する
ために、また、作業時間を長期化するために、リン酸塩
を併用する。
【0012】 本発明で使用するリン酸塩は、トリポリ
リン酸ナトリウム又はヘキサメタリン酸ナトリウムであ
る。早期強度発現性の面からトリポリリン酸ナトリウム
が好ましい。リン酸塩の粒度は、特に限定されるもので
はなく、一般に市販されている製品粒度のものであれば
問題なく使用可能であるが、溶解性を考慮すると、0.3m
m以下の使用が好ましい。リン酸塩の使用量は、セメン
ト100重量部に対して、0.1〜20重量部が好ましく、0.3
〜10重量部がより好ましい。0.1重量部未満ではセメン
トの凝結を防ぐことが難しく、20重量部より多いと長短
期強度発現性が不良となる可能性がある。
【0013】
【0014】 本発明の土質固化材は、セメント、カル
シウムアルミネート、無機硫酸塩、及びトリポリリン酸
ナトリウム又はヘキサメタリン酸ナトリウムからなるリ
ン酸塩からなるものであるが、このリン酸塩をトリポリ
リン酸ナトリウムとするとともに、さらに、アルカリ金
属炭酸塩とオキシカルボン酸類の混合物を併用すること
は、強度発現性の面から好ましい。
【0015】ここで、アルカリ金属炭酸塩としては、炭
酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウム、及び炭酸
水素ナトリウム等のいずれも使用可能であり、これらの
中で、溶解性や早期強度発現性の面から、炭酸ナトリウ
ムや炭酸カリウムの使用が好ましい。
【0016】本発明では、アルカリ金属炭酸塩は、適切
な凝結遅延性を発現させるため、オキシカルボン酸類と
混合して用いる。
【0017】ここで、オキシカルボン酸類としては、ク
エン酸、酒石酸、グルコン酸、及びリンゴ酸又はそれら
のナトリウムやカリウム塩等のいずれも使用可能であ
り、これらの中で、強度発現性を阻害しにくいクエン酸
の使用が好ましい。オキシカルボン酸類の使用量は、ア
ルカリ金属炭酸塩100重量部に対して、5〜100重量部が
好ましく、10〜70重量部の使用がより好ましい。5重量
部未満ではセメントの凝結を防ぐことが難しく、5重量
部より多いと長短期強度発現性が不良となる可能性があ
る。アルカリ金属炭酸塩とオキシカルボン酸の混合物の
使用量は、セメント100重量部に対して、0.1〜10重量部
が好ましく、0.2〜5重量部の使用がより好ましい。0.1
重量部未満ではセメントの凝結を防ぐことが難しく、10
重量部より多いと長短期強度発現性が不良となる可能性
がある。
【0018】また、本発明においては掘削土の状態によ
り、ベントナイトや減水剤等のセメント混和剤も使用可
能である。
【0019】本発明の土質固化材の使用量は、強度発現
性や経済性の面から、土の乾燥重量100重量部に対し
て、30〜200重量部が好ましく、40〜150重量部がより好
ましい。30重量部未満では強度発現性が低下する傾向が
あり、200重量部を超えると長期強度が過剰発現し、再
工事等で、後に掘削することが必要になった際に、掘削
が困難になり、作業性が悪化し、コストが高騰する傾向
がある。
【0020】 本発明の土質固化材を使用したスラリー
状改良土は、流し込む方法や、ポンプで連続的に流し込
む方法などによって、掘削箇所に充填される。
【0021】本発明で使用する水の量は、掘削土の含水
比によって異なってくるが、十分な流動性や強度発現性
を考慮すると、例えば、土質固化材100重量部に対し
て、50〜300重量部が好ましく、100〜200重量部がより
好ましい。50重量部未満では十分な流動性を得ることが
困難であり、300重量部を越えると強度発現性が不良と
なる可能性がある。
【0022】
【実施例】以下、実施例に基づき詳細に説明する。
【0023】実施例1 セメント100重量部に対して、無機硫酸塩A15重量部と
リン酸塩a2重量部を配合し、さらに、カルシウムアル
ミネートの種類と使用量を表1に示すように変化して混
合し、土質固化材を作製した。作製した土質固化材100
重量部に対して、火山灰質粘性土を乾燥重量で140重量
部、水を160重量部をミキサーに投入し、1分間混合
し、スラリー状改良土を作成した。作成したスラリー状
改良土の流動性を評価するためのフロー値、硬化時間、
及び圧縮強度を、20℃、80%の恒温恒湿室で測定した。
結果を表1に併記する。
【0024】<使用材料> セメント :電気化学工業社製普通ポルトランドセメン
ト カルシウムアルミネートα:12CaO・7Al2O3、CaO50%、
非晶質、ブレーン値5,100cm2/g カルシウムアルミネートβ:11CaO・7Al2O3・CaF2、CaO
48%、結晶質、ブレーン値6,000cm2/g 無機硫酸塩A:森田化学社製II型無水セッコウ、ブレー
ン値5,800cm 2 /g リン酸塩a:米山化学社製トリポリリン酸ナトリウム 火山灰質粘性土:含水比108%、湿潤密度1.389g/cm
【0025】<測定方法> フロー値 :高さ80mm、内径80mmのシリンダーに作製し
たスラリー状改良土を入れ、混合終了時から5分静置
後、表面を平らにしてシリンダーを垂直に引き上げ、ス
ラリー状改良土の広がりを測定。 硬化時間 :混合を開始してから、スラリー状改良土
が、傾けても流れ落ちなくなるまでの時間を測定 圧縮強度 :作製したスラリー状改良土をφ5×10cmの
型枠に入れ、所定材令に達したら脱型して、一軸圧縮強
度を測定
【0026】
【表1】
【0027】 実施例2カルシウムアルミネートα(以後の実施例では、単に
「カルシウムアルミネート」と略記する。) 10重量部を
使用し、無機硫酸塩Aの使用量を表2に示すように変化
したこと以外は実施例1と同様に行った。結果を表2に
併記する。
【0028】
【表2】
【0029】実施例3 無機硫酸塩A15重量部を使用し、リン酸塩の種類と使用
量を表3に示すように変化したこと以外は実施例1と同
様に行った。結果を表3に併記する。
【0030】<使用材料> リン酸塩b :米山化学社製リン酸一ナトリウム リン酸塩c :米山化学社製ヘキサメタリン酸ナトリウ
【0031】
【表3】
【0032】実施例4 カルシウムアルミネート10重量部を使用し、アルカリ金
属炭酸塩100重量部に対して、表4に示すようにオキシ
カルボン酸類を混合し、その混合物をセメント100重量
部に対して、0.5重量部混合したこと以外は実施例1と
同様に行った。結果を表4に併記する。
【0033】<使用材料> アルカリ金属炭酸塩:旭硝子社製炭酸カリウム オキシカルボン酸類:クエン酸、試薬一級
【0034】
【表4】
【0035】実施例5 カルシウムアルミネート10重量部を使用し、アルカリ金
属炭酸塩とオキシカルボン酸類を重量比3:1で混合し
た混合物の使用量を、セメント100重量部に対して、表
5に示すように変化したこと以外は実施例1と同様に行
った。結果を表5に併記する。
【0036】
【表5】
【0037】実施例6 カルシウムアルミネート10重量部を使用し、アルカリ金
属炭酸塩とオキシカルボン酸類を重量比3:1で混合し
た混合物を0.5重量部とし、リン酸塩aの使用量を表6
に示すように変化したこと以外は実施例1と同様に行っ
た。結果を表6に併記する。
【0038】
【表6】
【0039】表から明らかなように、リン酸塩、アルカ
リ金属炭酸塩、及びオキシカルボン酸類を併用すること
で、強度発現性や流動性が良好なスラリー状改良土にす
ることができた。
【0040】実施例7 カルシウムアルミネート10重量部を使用し、アルカリ金
属炭酸塩とオキシカルボン酸類を重量比3:1で混合し
た混合物を0.5重量部使用し、土質固化材100重量部に対
する水量を表7に示すように変化したこと以外は実施例
1と同様に行った。結果を表7に併記する。
【0041】
【表7】
【0042】
【発明の効果】本発明の土質固化材を使用することで、
発生する掘削土の処分する量を低減することができ、そ
のため発生する掘削土の処分費用が低減し経済的であ
る。また、得られたスラリー状改良土が十分な流動性を
持つため、掘削箇所に充填する際、間隙への充填性にも
優れ地盤中に空隙が発生しない工事を行うことができ、
さらに、改良土を掘削箇所に充填した後の締固めを実施
しなくても、杭や電柱などを支えるのに十分な早期強度
が得られる等の効果を奏することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C09K 17/10 C09K 17/10 P 17/42 17/42 P 17/44 17/44 P 17/48 17/48 P E02D 3/12 E02D 3/12 102 102 // C09K 103:00 C09K 103:00 (56)参考文献 特開 昭58−128197(JP,A) 特開 平1−312118(JP,A) 特開 昭56−152886(JP,A) 特開 平4−211491(JP,A) 特開 平3−88755(JP,A) 特開 平2−293363(JP,A) 特開 昭58−27778(JP,A) 特公 昭57−10058(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C09K 17/00 C04B 11/30 C04B 28/14 C09K 17/06 C09K 17/08 C09K 17/10 C09K 17/42 C09K 17/44 C09K 17/48 E02D 3/12 C09K 103:00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セメント、カルシウムアルミネート、無
    機硫酸塩、及びトリポリリン酸ナトリウム又はヘキサメ
    タリン酸ナトリウムからなるリン酸塩を含有してなる
    削土の固化材
  2. 【請求項2】 セメント、カルシウムアルミネート、無
    機硫酸塩、トリポリリン酸ナトリウムからなるリン酸
    塩、及びアルカリ金属炭酸塩とオキシカルボン酸類との
    混合物を含有してなる掘削土の固化材。
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