JP4172762B2 - 粘性土用硬化材組成物 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、軟弱地盤を改良するためミルク状で混入する硬化材に関するものであり、特に粘性土を改良対象土壌とした場合、高強度と良好な作業性を得ることができる硬化材に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
セメントは硬化する性質があるため、セメント単味あるいはセメントをベース材料とした硬化材が、地盤・土壌・ヘドロ等の硬化を目的として広く使用されている。この硬化材の主作用については、セメント中の成分であるC3A(3CaO・Al2O3)が水和初期に硫酸イオンと反応してエトリンガイト(3CaO・Al2O3・3CaSO4・32H2O)を生成し、該エトリンガイトが長い針状結晶を発達させて土粒子を拘束するとされている。
【0003】
硫酸イオンの濃度が増加するとC3Aと硫酸イオンとの水和反応性が大きくなることから、該エトリンガイトの生成を促進させる目的で硫酸塩をセメント単味あるいはセメントをベース材料とした硬化材に混合する方法が用いられている。例えば、特許文献1にはポルトランドセメント系クリンカー100〜700重量部に対し石膏を50〜200重量部混合し、粉末度を6000〜14000cm2/gまで高めた水硬性微粉末の固化材が開示されている。該固化材は高い強度を発現することができるものの、早強性が大きすぎて該固化材と混合した改良地盤の粘性が短時間の内に高くなり作業性に難があった。
【0004】
また、特許文献2には不溶性II型無水石膏もしくは二水石膏を2〜20重量%含有したセメント系固化材を使用する軟弱土地盤の深層混合処理による固化法が開示されている。該固化材は、凝結時間を長くするために固化材主原料をスラグ微粉末としているが、砂質土に比べて強度発現性が小さい粘性土を対象土壌とした場合、初期強度の大きさが満足できるものではなかった。
【0005】
【特許文献1】
特開昭63−199283号公報(請求項1)
【特許文献2】
特開平3−121189号公報(請求項1)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、高強度と良好な作業性を得ることができる粘性土用硬化材は未だ見出されていなかった。
【0007】
したがって、本発明の目的は、軟弱粘性土を改良するためミルク状で混入した場合、高強度と良好な作業性を得ることができる硬化材を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記の課題に鑑み、無機硫酸塩粉末の配合量、粒度分布に着目して鋭意研究を重ねてきた。その結果、微粒子含有量及び比表面積が特定範囲である無機硫酸塩粉末をセメントに特定量配合することによって高強度と良好な作業性の両立が達成されることを見出し、本発明を提案するに到った。
【0009】
即ち、本発明は、粘性土である軟弱地盤を対象土とする硬化材であって、セメント粉末100重量部に対して無機硫酸塩粉末2〜20重量部を含有し、該無機硫酸塩が粒子径10μm以下の粒子を45〜70体積%含有し、かつ該無機硫酸塩粉末の単位重量当りの比表面積が0.5〜1.0m2/gであることを特徴とする粘性土用硬化材組成物を提供する。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【0011】
本発明の粘性土用硬化剤組成物が対象とする粘性土である軟弱地盤とは、粒子径75μm以下の細粒分を50重量%以上含み、粘着力Cが0.08MPa未満の地盤を言う。
【0012】
本発明で用いられるセメント粉末は、公知の方法により調製されたものを何ら制限なく用いることができ、普通ポルトランドセメント、早強セメント、超早強セメント、中庸熱セメント、あるいは高炉セメント、等が使用できる。中でも、六価クロムの還元作用がある高炉セメントが好ましく、高炉セメントB種であれば六価クロム還元性が強くかつ高強度を保持できる点でさらに好ましい。また、セメント粉末の粒度は、ブレーン比表面積が市販品のレベル、即ち3000〜5000cm2/gのものを使用することができ、特別な粉砕は要しない。
【0013】
本発明において添加される無機硫酸塩には公知の無機硫酸塩が何ら制限なく使用できるが、エトリンガイト生成の促進効果の点から石膏を用いるのが好ましく、無水石膏であることがさらに好ましい。
【0014】
本発明では、無機硫酸塩粉末は粒子径10μm以下の粒子を40〜80体積%含有していなければならない。10μm以下の粒子が40体積%未満であると強度の発現が不十分となり好ましくない。一方、10μm以下の粒子が80体積%を超えると早強性が大きくなり、作業性が悪くなるのでこれも好ましくない。さらには、10μm以下の粒子が45〜70体積%の範囲で含有されていればより好ましい。
【0015】
また、本発明の無機硫酸塩粉末は、その単位重量当りの比表面積が0.5〜1.0m2/gの範囲にあることが必要である。ここで、該比表面積は、粒度分布の測定により得られる、測定された粒子径をもとに無機硫酸塩粉末を真球とみなして算出される単位体積当りの比表面積SV(m2/cm3)を無機硫酸塩の真密度ρで除して得られる、単位重量当りの比表面積SW(m2/g)である。
【0016】
SW=SV/ρ
該比表面積SWが0.5m2/g未満であると強度発現が十分でなく好ましくない。また、該比表面積SWが1.0m2/gを超えると短時間の内に改良地盤の粘度が高くなって作業性が悪くなるのでこれも好ましくない。さらに好ましい該比表面積の範囲は、0.6〜0.9m2/gである。
【0017】
本発明において添加される無機硫酸塩粉末の配合量は、セメント粉末100重量部に対して2〜20重量部である。該無機硫酸塩粉末の配合量が2重量部未満であると無機硫酸塩の添加効果が発揮されずに強度が大きくならないので好ましくない。また、20重量部を超えるとセメント粉末の配合量が相対的に少なくなり、これも強度発現が十分でなくなるので好ましくない。さらに、該無機硫酸塩粉末の配合量が3〜10重量部であればより好ましい。
【0018】
また、本発明の硬化材組成物には、本発明の効果を損なわない範囲で他のセメント混和材などを配合することができる。該混和材としては例えば、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウムなどが挙げられる。さらには、高圧噴射攪拌工法などに用いる場合でブリーディング(固液分離)が起こることが予想されるときには、それを抑える目的でベントナイトやセルロース系の増粘剤などを加えることができる。例えばベントナイトならば硬化材組成物の1〜20重量%、セルロース系増粘剤ならば1重量%前後添加するのが好ましい。
【0019】
本発明の硬化材組成物の製造方法は、微粒子含有量及び比表面積が特定範囲となるよう無機硫酸塩粉末を粉砕して、市販のセメント粉末及び必要あれば混和材を公知の方法により混合すれば良い。該無機硫酸塩粉末の粉砕は、公知の方法を採用することができる。粉砕機には、例えばボールミル、攪拌ミル、高速攪拌微粉砕機、ジェット粉砕機、剪断ミル、コロイドミル等を挙げることができ、中でもボールミルが好ましい。また、必要に応じてジエチレングリコールなどの粉砕助剤を添加することができる。一方、市販品で特定範囲の微粒子含有量及び比表面積を有する無機硫酸塩粉末があれば、粉砕を実施することなくそれを使用することもできる。セメント粉末、無機硫酸塩粉末及び/または混和材の混合方法は特に制限されず、例えば、二軸ミキサーや傾胴ミキサーなどの混合機を用いることができる。
【0020】
本発明の硬化材組成物は、底盤改良・先行地中梁の造成、人工基礎地盤の造成、液状化防止、土留欠損部防護、既設大型構造物防護など、軟弱粘性土地盤の改良に用いられる。本発明の硬化材組成物を用いて軟弱粘性土地盤を改良する施工方法としては、硬化材をミルク状で地盤に混入する施工方法であれば従来公知の方法が制限なく採用される。ここで混入とは、水によりミルク状にした硬化材を地盤に注入すると共に土壌と混合することをいう。例えば、機械攪拌工法や高圧噴射攪拌工法などの深層混合処理工法を挙げることができる。
【0021】
本発明の硬化材組成物をミルク状にするために使用する水の量は、硬化材がミルク状になれば特に制限されるものではないが、例えば、硬化材組成物100重量部に対して70〜200重量部の範囲で使用することが好ましい。
【0022】
【発明の効果】
本発明の硬化材組成物を軟弱粘性土地盤改良のためのミルク状で混入する施工方法に適用すれば、改良地盤の高い強度と良好な作業性を両立することができる。
【0023】
【実施例】
以下、実施例および比較例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に制限されるものではない。
【0024】
尚、実施例および比較例における測定値は次に示す方法により測定されたものである。
【0025】
(1)無機硫酸塩粉末の粒子径10μm以下の粒子の含有率
エタノールを溶媒としてMICROTRAC社製粒度分布計9220FRAにて測定した粒度分布から無機硫酸塩粉末の10μm以下の粒子の含有率を求めた。
【0026】
無機硫酸塩粉末を超音波発生装置BRANSON社製SONIFIER250を用い、
プローブ径 12mmφ
プローブ浸入深さ 30mm
OutputControl 3
超音波照射時間 4分間
の条件にてエタノールに分散させた。このときの分散スラリーの濃度は0.1〜1重量%であった。この分散スラリーを上記粒度分布計を使用して、
溶媒の屈折率 1.36
粒子の屈折率 1.57
の設定で粒度分布を測定した。
【0027】
粒子径10μm以下の粒子の含有率は、粒度分布測定により得られた数値データから直接読み取った。
【0028】
(2)無機硫酸塩粉末の比表面積
無機硫酸塩粉末の単位重量当りの比表面積SW(m2/g)は、前記粒度分布測定において粒度分布計により得られた無機硫酸塩粉末を真球と仮定して計算された単位体積当りの比表面積SV(m2/cm3)を、無機硫酸塩の真密度ρで除して求めた。なお、II型無水石膏の真密度ρの値としては、2.96g/cm3を用いた。
【0029】
(3)硬化材混合土の粘性試験及び一軸圧縮試験
粘性試験及び一軸圧縮試験は、硬化材組成物と水を混合して硬化材ミルクを調製し、該硬化材ミルクを粘性土に混合して行った。硬化材ミルクは水/硬化材比(以下、W/Sともいう)を150%とした。また、混合する粘性土としては、細粒分(シルトおよび粘土)61%、含水比35%の粘性土を用いた。硬化材ミルクと粘性土の混合は、硬化材ミルク:粘性土=0.5:1(体積比)で硬化材ミルクと粘性土をソイルミキサー(ホバート社製、MODEL N−50 MIXER)で混練して行った。
【0030】
硬化材混合土の粘性試験は、混練直後と30分後の粘度を回転円筒形粘度計(東京計器製造所、BH型粘度計)を用い、ローターNo.6、回転数20rpmにて粘度を測定することにより行った。
【0031】
また、一軸圧縮強度試験は、混練直後の硬化材混合土を型枠(50mmφ×100cmH)に充填して7日間及び28日間養生した後、得られた試験体についてJIS A 1216で規定された方法に準拠して圧縮試験機(前川試験機製作所製ACD−100A)により7日養生後及び28日養生後の一軸圧縮強度を測定することにより行った。
【0032】
実施例1
セメント粉末としてブレーン比表面積3520cm2/gの高炉セメントB種(トクヤマ社製)100重量部と無機硫酸塩としてII型無水石膏(旭硝子株式会社製無水石膏)6重量部とをヘンシェルミキサーにより混合して硬化材組成物を製造した。表1に使用した無水石膏の性状を示した。
【0033】
得られた硬化材組成物と水をW/S=150%で3分間スリーワンモーターにて混練し、硬化材ミルクを調合した。さらに得られた硬化材ミルクと粘性土とを体積比0.5:1の割合でソイルミキサーにて3分間混練した後、硬化材混合土の粘性試験及び一軸圧縮試験を行った。粘性試験及び一軸圧縮試験の結果を表1に示した。
【0034】
実施例2
無機硫酸塩として用いたII型無水石膏を森田化学株式会社製の無水石膏に変えた他は実施例1と同様にして硬化材組成物を製造した。表1に使用した無水石膏の性状を示した。
【0035】
得られた硬化材組成物を用い、実施例1と同様に硬化材ミルクを調合して、硬化材混合土の粘性試験及び一軸圧縮試験を行った。粘性試験及び一軸圧縮試験の結果を表1に示した。
【0036】
実施例3
無機硫酸塩として用いたII型無水石膏をステラケミファ株式会社製の無水石膏(粉砕品)に変えた他は実施例1と同様にして硬化材組成物を製造した。表1に使用した無水石膏の性状を示した。
【0037】
得られた硬化材組成物を用い、実施例1と同様に硬化材ミルクを調合して、硬化材混合土の粘性試験及び一軸圧縮試験を行った。粘性試験及び一軸圧縮試験の結果を表1に示した。
【0038】
実施例4及び5
無機硫酸塩として用いたII型無水石膏の配合量を表1に示したように変えた以外は実施例1と同様にして硬化材組成物を製造した。
【0039】
得られた硬化材組成物を用い、実施例1と同様に硬化材ミルクを調合して、硬化材混合土の粘性試験及び一軸圧縮試験を行った。粘性試験及び一軸圧縮試験の結果を表1に示した。
【0040】
比較例1
無機硫酸塩粉末を添加しなかった他は実施例1と同様にして硬化材組成物を製造した。
【0041】
得られた硬化材組成物を用い、実施例1と同様に硬化材ミルクを調合して、硬化材混合土の粘性試験及び一軸圧縮試験を行った。粘性試験及び一軸圧縮試験の結果を表1に示した。
【0042】
比較例2
ステラケミファ株式会社製の無水石膏(未粉砕品)を鉄製ボールを入れた遊星型ボールミルにてジエチレングリコール1%添加の下で粉砕し、無機硫酸塩として用いたII型無水石膏をこの粉砕物に変えた他は実施例1と同様にして硬化材組成物を製造した。表1に使用した無水石膏の性状を示した。
【0043】
得られた硬化材組成物を用い、実施例1と同様に硬化材ミルクを調合して、硬化材混合土の粘性試験及び一軸圧縮試験を行った。粘性試験及び一軸圧縮試験の結果を表1に示した。
【0044】
比較例3
無機硫酸塩として用いたII型無水石膏の配合量を表1に示したように変えた以外は実施例1と同様にして硬化材組成物を製造した。
【0045】
得られた硬化材組成物を用い、実施例1と同様に硬化材ミルクを調合して、硬化材混合土の粘性試験及び一軸圧縮試験を行った。粘性試験及び一軸圧縮試験の結果を表1に示した。
【0046】
比較例4
実施例3で用いたものと同様の無水石膏を鉄製ボールを入れた遊星型ボールミルにてジエチレングリコール1%添加の下で粉砕し、無機硫酸塩として用いたII型無水石膏をこの粉砕物に変えた他は実施例1と同様にして硬化材組成物を製造した。表1に使用した無水石膏の性状を示した。
【0047】
得られた硬化材組成物を用い、実施例1と同様に硬化材ミルクを調合して、硬化材混合土の粘性試験及び一軸圧縮試験を行った。粘性試験及び一軸圧縮試験の結果を表1に示した。
【0048】
【表1】
Claims (3)
- 粘性土である軟弱地盤を対象土とする硬化材であって、セメント粉末100重量部に対して無機硫酸塩粉末2〜20重量部を含有し、該無機硫酸塩が粒子径10μm以下の粒子を45〜70体積%含有し、かつ該無機硫酸塩粉末の単位重量当りの比表面積が0.5〜1.0m2/gであることを特徴とする粘性土用硬化材組成物。
- 無機硫酸塩粉末が石膏粉末であることを特徴とする請求項1記載の粘性土用硬化材組成物。
- 無機硫酸塩粉末が無水石膏粉末であることを特徴とする請求項2記載の粘性土用硬化材組成物。
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