JP3760371B2 - 水中土工材およびその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、浚渫土、建設残土、山砂等の土砂を水中土工用に改良した水中土工材とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、浚渫、建設、トンネル掘削等の大規模工事が進む中、工事現場から大量の土砂が発生し、最近の環境や用地事情からその処理、処分が大きな社会問題になっている。
一方、海洋を含めた水中工事においては、盛土材、傾斜堤の築堤材、海洋・港湾構造物の裏込材、石材等の被覆材、遮水材、充填材等の需要が大量にあり、このような水中土工材として上記した土砂を有効活用できれば、環境保全、土地の有効利用などの面で大いに役立つものとなる。
【０００３】
ところで、上記した浚渫土、建設残土、山砂等の土砂を水中土工材として用いる場合は、水中不分離性が大きな問題となり、このため、従来一般には、前記した土砂にソイルモルタル用増粘結材やポリアクリルアミドなどの分離防止材を添加していた。しかし、このような分離防止材は高価であり、水中土工材として汎用的に使用される石材に比べて著しくコストが高くなる、という問題があった。
【０００４】
そこで、例えば、特開２０００−２１２９３７号公報には、土砂に、石炭灰と、水硬性結合材（固化材）と水とを添加し、かつスランプ値が０.５ｃｍ以上２.０ｃｍ以下である水中土工材が開示されており、そこでは、石炭火力発電所から多量に発生する廃棄物としての石炭灰が分離防止材として機能するので、コスト低減を図ることができる、としている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記石炭灰を添加した水中土工材について、図２に示す水中落下法を利用した濁度試験（JIS K0101に準拠）を行ったところ、水中不分離性の指標となる濁度はほぼ５００前後かそれ以上となっており、理想的な濁度１００以下と比べてかなり悪く、水中不分離性が不十分であることが分かった。
なお、水中落下法は、内径Ｄが８０ｍｍ、高さＬが１００ｃｍの大きさを有する塩化ビニル製の透明円筒管１に深さＨが９０ｃｍとなるように水を収容し、この水中に、供試材としての水中土工材から、アイスクリーム用ディッシャーを用いて採取して丸めた直径４５〜５０ｍｍの球体２を１個ずつ６個投入し、投入終了後、直ちにガラス管１内の中間位置に排水ホース３を挿入して、水面よりの深さｈが約５０ｃｍの位置から被検液をフラスコ４に採取するものである。
【０００６】
なお、一部では、高含水比の軟弱粘性土を原泥とする水中土工材をスラリー状として用いることが行われているが、このものでは、水中不分離性は高いが未硬化時における波浪侵食に対する抵抗力が小さく、自然投入も不可能なこともあって、適用範囲に著しく制限を受けることになる。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、その課題とするところは、分離防止材に頼ることなく十分なる水中不分離性を確保できることはもちろん、十分なる耐侵食性も確保できる適用範囲の広い水中土工材を提供し、併せてこのような水中土工材を効率よく製造できる製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る水中土工材は、砂質土と、粘性土と、石炭灰と水との混合物からなり、粒径５μｍ以下の粘土分を１０重量％以上、粒径２μｍ以下の粘土分を４.５重量％以上それぞれ含有し、かつ均等係数Ｕｃ（Ｄ₆₀／Ｄ₁₀）が４０以上であることを特徴とする。
本水中土工材は、スランプ値が０.５〜１.０ｃｍであることが望ましい。
本水中土工材はまた、固化材を含有させるようにしてもよいものである。
【０００９】
本発明に係る水中土工材の製造方法は、解泥した粘性土を砂質土に添加混合して原泥を製造した後、前記原泥に石炭灰を添加混合して含水比を調整することを特徴とする。
本製造方法においては、上記原泥に、さらに固化材を添加混合するようにしもよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１１】
本発明に係る水中土工材は、砂質土と、粘性土と、石炭灰と水との混合物からなるが、ここで用いる砂質土および粘性土の種類は任意であり、砂質土および粘性土としては浚渫土、建設残土等を用いることができる。また、石炭灰は、その発生源を特に問うものではないが、石炭火力発電所から廃棄物として多量に発生するので、これを用いるのが経済的である。また、水の種類も任意であり、海水であっても淡水であってもよい。本水中土工材は、所望により固化材を加えてもよいものであるが、この固化材の種類も任意であり、普通ポルトランドセメントはもちろん、高炉セメント等を用いることができる。
本水中土工材は、粒径５μｍ以下の粘土分を１０重量％以上、粒径２μｍ以下の粘土分を４.５重量％以上それぞれ含有し、かつ均等係数Ｕｃ（Ｄ₆₀／Ｄ₁₀）が４０以上であることを特徴とするが、このような粒度組成を得るには、前記した原材料としての砂質土、粘性土、石炭灰および固化材について、事前に粒径加積曲線を求め、それぞれの粒径加積曲線に基づいて配合量を決定するようにする。この場合、含水比は、スランプ値０.５〜１.０ｃｍが得られるように調整するのが望ましい。
【００１２】
本水中土工材は、上記したように砂質土と、粘性土と、石炭灰と水との混合物からなり、しかも、微細粒の粘性分を適当量含有しかつ粒径分布が適当となっているので、微細粒の粘性分が適当量の水分と結合して水中不分離性の向上に大きく寄与すると共に、砂質分が、強度および密度を向上させて未硬化時における耐侵食性の向上に寄与する。因みに、前記水中落下法（図２）を利用した濁度試験によれば、濁度１００以下が得られるようになる。ただし、粒径５μｍ以下の粘土分が１０重量％未満、粒径２μｍ以下の粘土分が４.５重量％未満で、かつ均等係数Ｕｃ（Ｄ₆₀／Ｄ₁₀）が４０未満では、前記した効果は小さいので、これらは、上記した条件を満足するように含有させる必要がある。この場合、粒径５μｍ以下および粒径２μｍ以下の粘土分の上限は、均等係数Ｕｃ（Ｄ₆₀／Ｄ₁₀）を４０以上とすることで、また、均等係数Ｕｃ（Ｄ₆₀／Ｄ₁₀）の上限は、粒径５μｍ以下の粘土分を１０重量％以上、粒径２μｍ以下の粘土分を４.５重量％以上とすることで、それぞれ相補的に抑えられるので、粘土分、均等係数Ｕｃの上限を特定する必要はない。
【００１３】
本水中土工材は、上記したようにスランプ値を０.５〜１.０ｃｍとするのが望ましいが、この範囲にスランプ値を抑えることで、所望の水中不分離性を安定的に確保できるようになり、その上、適度の流動性が付与されて施工性が向上する。ただし、スランプ値が０.５ｃｍ未満では流動性が不足し、また、１.０ｃｍを超えると、水中不分離性を低下させるので、上記範囲０.５〜１.０ｃｍとする。本水中土工材はまた、上記したように固化材を含有させるようにしてもよいもので、この場合は、硬化後の強度、密度が十分となり、重力構造体としての使用が可能になって、適用範囲が拡大する。
【００１４】
本水中土工材を製造する方法は任意であるが、図１に示す方法を採用することができる。すなわち、先ず、砂質土と粘性土とを所定の割合で混合機１１に供給し、攪拌混合して原泥を製造する。この時、粘性土は、通常塊状で提供されるので、汎用のバックホウまたは混練装置付きのバックホウを用いて加水しながら解泥する。この場合の加水の量は、解泥のし易さを優先させて決定し、最終の含水比に必要な水量よりも多めに加えてもよい。次に、前記原泥を振動スクリーン１２に通してごみ等の粗大物を除去し、続いて、固化処理機１３に供給する。固化処理機１３には、石炭灰と固化材とを所定量供給し、前記原泥と良く攪拌混合する。この時、石炭灰は、原泥中に占める水分の量を考慮して、所定の含水比が得られるように適当量添加する。このように石炭灰を含水比調整に用いるので、解泥時に多めに加水しても脱水の必要がなく、製造は容易となる。なお、粘性土が十分なる水分を含んでいる場合は、当然のこととして加水は行わない。
【００１５】
【実施例】
実施例１
砂質土、粘性土および石炭灰として表１に示す粒度組成を有するものを用い、砂質土と粘性土との混合比を１：１，２：１，３：１と変化させた原泥を製造し、各混合比の原泥に対する石炭灰の添加量を、発生地の異なる石炭灰Ａ，Ｂごとに１００kg/m³，２００kg/m³，３００kg/m³，４００kg/m³の４水準に設定し、これら原泥、石炭灰、固化材（高炉セメント）および海水を表２乃至表４に示すように配合し、スランプ値が１.０ｃｍとなるように含水比を調整して、各種水中土工材を製造した。
そして、得られた各種水中土工材について、JSF T131-1990 による土の粒度試験を行って粒径加積曲線を求め、各粒径加積曲線から、粒径５μｍ以下の粘土分および粒径２μｍ以下の粘土分の含有量を求めると共に、均等係数Ｕｃ（Ｄ₆₀／Ｄ₁₀）を求めた。また、各種水中土工材について、図２に示した水中落下法を利用した濁度試験（JIS K0101に準拠）を行って濁度を測定し、併せてこの濁度と前記粘土分または均等係数との関係を調査した。
これら粘土分の含有量および濁度の測定結果を表２乃至表４に示すと共に、濁度と粘土分または均等係数との関係を図３乃至図５に示す。
【００１６】
【表１】

【００１７】
【表２】

【００１８】
【表３】

【００１９】
【表４】

【００２０】
表２乃至表４および図３乃至図５に示す結果より、濁度と粘土分または均等係数とは密接な相関があり、粒径５μｍ以下の粘土分が約１０％以上（図３）、粒径２μｍ以下の粘土分が約４.５％以上（図４）、均等係数Ｕｃ（Ｄ₆₀／Ｄ₁₀）が約４０％以上（図５）で、濁度がほぼ１００以下となり、水中不分離性が著しく向上することが確認できた。
【００２１】
実施例２
砂質土と粘性土とを２：１の割合で混合した原泥を用い、表３に示すように必要な材料を配合すると共に、含水比を調整してスランプ値が０.５ｃｍ,１.０ｃｍ,１.５ｃｍとなる３種類の水中土工材を製造した。そして、各種水中土工材について、図２に示した水中落下法を利用した濁度試験（JIS K0101に準拠）を行って濁度を測定し、併せてこの濁度と前記スランプ値との関係を調査した。
これら濁度の測定結果を表５に示すと共に、濁度とスランプ値との関係を図６および図７に示す。
【００２２】
【表５】

【００２３】
表５、図６および図７に示す結果より、濁度とスランプ値とは密接な相関があり、スランプ値が１.０以下で濁度がほぼ１００以下となり、水中不分離性が著しく向上することが確認できた。
【００２４】
比較例
砂質土および石炭灰として表１に示す粒度組成を有するものを用い、前記砂質土を原泥として、この原泥に対する石炭灰の添加量を、発生地の異なる石炭灰Ａ，Ｂごとに１００kg/m³，２００kg/m³，３００kg/m³，４００kg/m³の４水準に設定し、これら原泥（砂質土）、石炭灰、固化材（高炉セメント）および海水を表６に示すように配合し、スランプ値が１.０ｃｍとなるように含水比を調整して、各種水中土工材を製造した。
そして、得られた各種水中土工材について、図２に示した水中落下法を利用した濁度試験（JIS K0101に準拠）を行って濁度を測定し、併せてこの濁度と石炭灰添加量との関係を調査した。
これら濁度の測定結果を表６に示すと共に、濁度と石炭灰添加量との関係を図８に示す。
【００２５】
【表６】

【００２６】
表６および図８に示す結果より、各石炭灰添加量で、濁度は４００〜６００あるいはそれ以上となり、砂質土に単に石炭灰を加えただけでは、特定の粒子径の粘性分を加えた本実施例１および実施例２のような水中不分離性が得られないことが明らかとなった。
【００２７】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明に係る水中土工材によれば、砂質土と、粘性土と、石炭灰と水との混合物からなり、しかも、微細粒の粘性分を適当量含有しかつ粒径分布が適当となっているので、水中不分離性に優れると共に未硬化時における耐侵食性にも優れたものとなり、各種水中施工に有効に利用できる。また、砂質土に加えて粘性土の大量使用が可能になるので、各種工事現場から発生する土砂の処理に極めて有用となり、高価な分離防止材を含まないこともあって、その利用価値は大なるものがある。
また、本発明に係る水中土工材の製造方法によれば、石炭灰を含水比調整に用いるので、解泥時に多めに加水して解泥を効率よく行うことができ、特別の脱水も不要になるので、その製造は容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る水中土工材の製造の一つの実施形態を示す工程図である。
【図２】水中不分離性の指標となる濁度の試験に供する被検液を得るための水中落下法を示す模式図である。
【図３】本発明の実施例１で得られた水中土工材の濁度と５μｍ以下粘土分含有率との相関を示すグラフである。
【図４】本発明の実施例１で得られた水中土工材の濁度と２μｍ以下粘土分含有率との相関を示すグラフである。
【図５】本発明の実施例１で得られた水中土工材の濁度と均等係数Ｕｃとの相関を示すグラフである。
【図６】本発明の実施例２で得られた水中土工材の濁度とスランプ値との相関を示すグラフである。
【図７】本発明の実施例２で得られた水中土工材の濁度とスランプ値との相関を示すグラフである。
【図８】比較例で得られた水中土工材の濁度と石炭灰添加量との相関を示すグラフである。
【符号の説明】
１１ 混合機
１２ 振動スクリーン
１３ 固化処理機

Claims (5)

1. 砂質土と、粘性土と、石炭灰と水との混合物からなり、粒径５μｍ以下の粘土分を１０重量％以上、粒径２μｍ以下の粘土分を４.５重量％以上それぞれ含有し、かつ均等係数Ｕｃ（Ｄ₆₀／Ｄ₁₀）が４０以上であることを特徴とする水中土工材。
2. スランプ値が０.５〜１.０ｃｍであることを特徴とする請求項１に記載の水中土工材。
3. 固化材を含有させたことを特徴とする請求項１または２に記載の水中土工材。
4. 解泥した粘性土を砂質土に添加混合して原泥を製造した後、前記原泥に石炭灰を添加混合して含水比を調整することを特徴とする水中土工材の製造方法。
5. 原泥に、さらに固化材を添加混合することを特徴とする請求項４に記載の水中土工材の製造方法。

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