JP4473300B2

JP4473300B2 - セメント系混合処理改良体の劣化低減方法及び劣化低減材

Info

Publication number: JP4473300B2
Application number: JP2007277062A
Authority: JP
Inventors: 利夫福田; 尚史細見
Original assignee: 利夫福田; 尚史細見
Priority date: 2007-10-25
Filing date: 2007-10-25
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2027-10-25
Also published as: JP2009102925A

Description

本発明は、地盤にセメント系改良材を注入混合してセメント系混合処理改良体を構築する混合処理工法において、セメント系改良材に改良体劣化低減材を添加して、改良体周辺部の劣化を低減し、劣化を原因とした対象箇所および周辺地盤への重金属類による地盤の汚染を防止するセメント系混合処理改良体の劣化低減方法及び劣化低減材に関するものである。

軟弱地盤上に、道路基礎、住宅地盤基礎、河川堤防基礎、防波堤基礎、護岸基礎、岸壁基礎、橋脚基礎、タンク基礎、建物基礎、擁壁基礎、地下構造壁などの構造物を構築するに際して、安定性の確保、沈下防止、側方移動防止、液状化防止、止水壁、地下構造壁等を目的として、セメント系改良材で地盤を固化して強固な基礎を確保するために様々な混合処理工法が行なわれている。
混合処理工法により得られた改良体は現位置で確実に所要の強度が確保できる等品質面での優れた特性を生かして、あらゆる用途に適用されてきている。混合処理工法には、表層処理工法、深層混合処理工法、中層混合処理工法、柱状コラム工法、ソイルセメント柱列壁工法、地下連続壁工法等があるが、これらの工法において構築された改良体が長期に亘りその機能を果たすためには、改良体内部の各部の強度は材齢経過に伴い、増加することはあっても設計時に設定した材料強度を下回ってはならない。
しかし、強固な改良地盤を造成しても、セメント系改良地盤の境界部は、周辺の地盤や地下水に暴露されることによって、改良体の表面、即ち周辺地盤と接している部分が徐々に化学反応を起こし、改良体周辺部が侵食を受け、劣化し、強度が低下することが確認されている。これらの劣化が進めば、最悪の場合には構造的安定性も失う危険性がある。

セメント系混合処理改良体の力学的特性は、これまで３０年に亘り詳細に調べられてきているが、長期耐久性に関する研究は限られている。改良体の長期健全性については、実工事で２０年経過後の一軸圧縮強度は長期的に強度増加傾向を示しており、施工後９３日から２０年の間に１．６倍〜２．６倍の強度増加を示していることが確認されたという報告がある一方で、改良体表面は確実に劣化が進むとする報告もあり、安全で確実な構造物の建設のために、劣化の進行を抑え、抑制する技術が望まれている。

改良体の劣化について具体的に記述すると、図５に示すように、固化処理された改良体２６の長期健全性に関して、改良体周辺部においては施工後に材齢が経過するに従って、改良体２６の強度低下現象が生じ、その部分は改良体が劣化している。混合処理工法において改良された改良体の周辺部は、実際の工事で測定した結果、施工後数ヶ月〜１年で数ｍｍ
〜１０ｍｍ、施工後２０年経過して３０ｍｍ〜５０ｍｍという劣化領域が測定されている。
改良体２６の直径Ｄは、長期間劣化しないことが健全性のために望ましいが、改良体２６周辺の地盤３１の土壌に改良体２６内のＣａ量の流出が起こり、改良体周辺劣化部３３が発生し、この改良体周辺劣化部３３の厚さｄは、次第に進み、それにともなって、改良体周辺劣化部３３の強度は極端に低くなり、改良体２６の一部として構築された改良体周辺劣化部３３で不溶化されていた六価クロムなどの重金属類が溶出する恐れが生じてくる。
そこで、本発明者等は、固化された改良体から溶出される六価クロム等の重金属や、改良体の劣化による重金属類の溶出を低減する方法及びその装置を既に提案した（特許文献１）。
特許第３６９８７１４号公報

しかし、それでも若干の問題があることが判明したので、固化された改良体から溶出される六価クロム等の重金属や、改良体の劣化による重金属類の溶出を低減するために種々検討したところ、セメント系改良材に、改良体劣化低減材を添加し、地盤に混合することにより、固化された改良体周辺部の劣化を低減できることを見出した。
本発明が解決しようとする第１の課題は、改良体を強固に固化すると共に、固化された改良体周辺部の劣化を可能な限り低減する方法を提供することである。
本発明が解決しようとする第２の課題は、簡単で経済的に第１の課題を解決する方法を提供することである。

前記特許文献１記載の改良体中の重金属類の溶出を低減する方法およびその装置は、セメント系の地盤改良材に、重金属類と結合して難溶性の化合物を生成し地盤の改良体中に沈殿・固定する作用を強化するためのアルカリ性を呈する硬化剤を付加混合する液状硬化剤の混合工程と、この液状硬化剤の付加混合されたセメント系改良材を軟弱地盤又はゆるい砂質地盤に注入しつつ撹拌翼で撹拌して改良体を構築する混合処理工程とからなり、前記硬化剤は、アルカリ性を呈した液状であり、７０重量％以上の溶液に、炭酸ナトリウムと塩化ナトリウムを主成分とするナトリウム塩と、含有率をそれぞれ１〜１０重量％の範囲で調整した塩素イオン及びナトリウムイオンと、含有率が０．０１〜１．０重量％のコバルトと、含有率が２重量％以下のアンモニウム塩と、含有率が０．１重量％以下のカルシウムイオンとを含み、この液状硬化剤の添加量は、混合処理工法における改良対象土の性状に応じてセメント系改良材に対して０．３〜１５重量％（Ｃ×ｗｔ％）の範囲内で設定するようにしたことを特徴とする。
しかしながら、上記技術によれば、一軸圧縮強度、重金属類の溶出量について一応の成果が見られているものの、含有成分であるコバルトは化学物質排出移動量届出制度（ＰＲＴＲ制度）対象品であり、実質的に扱いが難しい面もあり、本発明ではコバルト以外のアルカリ成分の調整を行って種々実験を行った結果、塩化カリウムその他有効な材料を紛体状で扱い、液体状にして添加することで改良体の劣化を低減する方法を知見し、本発明を完成するに至った。

本発明は、地盤にセメント系改良材を注入混合してセメント系混合処理改良体を構築する混合処理工法において、セメント系改良材に改良体劣化低減材を添加して、固化された改良体周辺部の劣化を低減する方法である。
前記改良体劣化低減材は、具体的には、アルカリ性を呈した粉体状であり、次の範囲で調整した材料である。
炭酸ナトリウム２０〜５０重量％
塩化ナトリウム２０〜５０重量％
炭酸カリウム１０〜４０重量％
塩化カリウム４０重量％以下
塩化アンモニウム１５重量％以下
その他０〜３０重量％

セメント系改良材に付加混合する改良体劣化低減材は、混合処理工法における改良対象土の性状に応じてセメント系改良材１に対して、０．３〜５重量％、好ましくは０．５〜３重量％の範囲内で添加するように設定する。この結果、簡単で経済的に本発明の方法を実現することができる。大深度の混合処理のような大量かつ広範囲での工事にも、住宅地盤の基礎に使用される柱状コラム工法などの少量の工事においても効果的であり、トータルコストを安くすることができる。
さらに詳しくは、改良体劣化低減材は、炭酸ナトリウムと塩化ナトリウムを主成分とするナトリウム塩を含む。炭酸ナトリウムは、改良体劣化低減材をセメント系改良材に添加して固化する場合に、固化された改良体のアルカリ性を助長して中性化による機械的強度の低下を防止する。塩化ナトリウムは、改良体劣化低減材をセメント系改良材に添加して固化する場合に、炭酸ナトリウムとともにセメント水和の促進を図り、改良体の劣化を低減し六価クロム等の重金属類やホルモン阻害化学物質が溶出されて拡散されることを確実に防止できる。
また、本発明では、改良体のｐＨが周辺土壌より高くなるように炭酸ナトリウム及び塩化ナトリウムの含有率をそれぞれ２０〜５０重量％の範囲で調整したので、塩素イオン、ナトリウムイオンにより、カルシウムの溶出を低減し、ひいては六価クロム等の重金属類が土壌に吸着する作用を進行させず、改良体により強く吸着することにより周辺未改良地盤へ溶出しにくくなる。
改良体劣化低減材における炭酸カリウムの含有率を１０〜４０重量％の範囲とし、塩化カリウムの含有率を４０重量％以下としたのは、炭酸カリウムは無機イオンの結晶であり水に対する溶解度が高く、ｐＨ１１程度の強いアルカリを示し、塩化カリウムは水溶液中では電離してカリウムイオン(Ｋ^＋)と塩化物イオン(ＣＬ⁻)になる。この強アルカリ電解水により改良体のｐＨコントロールができ、改良体は水和反応を促進し、イオン濃度の変化に応じてイオン荷電が修正され、それぞれの吸着力を強めて、硬化を促進させる。即ち、改良体の機械的強度を上昇させ、また、重金属類や有害物質を保持し、劣化をより一層低減することができる。
また、改良体劣化低減材に１５重量％以下のアンモニウム塩を含有したので、改良体劣化低減材をセメント系改良材へ添加して改良体とする場合に、炭酸ナトリウムと同様に改良体のアルカリ性を助長して中性化による機械的強度の低下を防止している。

また、劣化低減材には、その他の含有材料として、ケイ酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸カルシウム、燐酸カルシウム、硫酸マグネシウム、燐酸マグネシウム等から選ばれるアルカリ金属化合物なども加えることができる。

なお、本発明においては、さらに重金属固定化剤を併用することも出来、この場合併用できる重金属固定材としては、キレート系重金属固定化剤、粘土鉱物系重金属固定化剤、高分子化合物系重金属固定化剤、セメント系重金属固定化剤、硫酸アルミニウムのような酸性のアルミニウム化合物などが挙げられる。これらの含有率は（０００９）とともに０〜３０重量％の範囲で使用することができるが、上記重金属固定化剤は高価であるため３０％を超える場合には、ランニングコストが高くなり好ましくない。いずれにしても本発明の効果を損なわない範囲で添加することも差し支えない。本発明はセメント系改良材と改良体劣化低減材に重金属固定材とを加えて化学的に非常に安定したセメント水和物結晶固化体となるので、改良体の劣化を低減し、改良体からの重金属の溶出を防止することができる。

本発明に使用するセメント系改良材は、普通ポルトランドセメント、高炉セメントＢ種、一般軟弱土用・特殊土用・高有機質土用・六価クロム溶出抑制用などのセメント系固化材、シリカセメント、フライアッシュセメント、急硬性セメント等、いわゆる水硬性物質と呼ばれるものであれば良く、これらを単体で用いても、２種以上を併用しても良い。一般的にセメントの使用量は、対象となる地盤１m³に対して５０〜３００kg／m³であり、可及的に少量のセメントを用いて圧縮強度が大きく、改良体の劣化を低減し、有害物質を溶出しない固化物を得ることが望ましい。

一方、セメント系混合処理改良体が地盤に及ぼしうる影響としては、高アルカリの溶出、およびセメント系改良材自体に含まれる六価クロムもしくはセメント系改良材によって固化された改良体に含まれる重金属類の溶出の２つが挙げられる。
固化により改良体中の重金属類はマトリックスの緻密化による物理的封じ込め、難水溶性物質の生成、水和生成物による吸着、固定化といった作用により大幅に抑制されるが、セメント自体には、その原材料に起因して六価クロムや鉛等の重金属類が含まれることが既に認識されている。例えば、セメント系改良材の主構成材料であるポルトランドセメントは、その原料の大半が石灰石、粘土、ケイ石等の天然資源であることから、主構成成分（Ｃａ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｆｅ）のほかにクロム（Ｃｒ）等の微量成分を含んでいる。自然界のクロムは三価の状態で存在しており、セメント原料中の三価クロムはセメントの焼成過程においてその一部が六価クロムに酸化されセメント中に存在し、各セメント会社のセメントには平均で約１０ｍｇ／ｋｇの六価クロムが含有されているという報告がある。
一方で、セメントの製造過程においては、その設備や焼成技術を活用することで、他産業からの多量の廃棄物・副産物を受け入れている。汚泥、スラッジ、建設発生土などは原料代替として、木屑、廃プラスチック、廃タイヤなどは熱エネルギーとして、高炉スラッグ、石炭灰などは混合材料として使用されている。最近では、セメント１トンを製造するのに４００ｋｇの廃棄物・副産物を活用しているという現状でもある。

セメント水和物による六価クロムなどの重金属の固定機構は、エトリンガイト（3Ca0・Al₂O₃・3CaSO₄・32H₂0）やモノサルフェート等の水和物への固定や、ケイ酸カルシウム水和物（Ｃ-Ｓ-Ｈ）への表面吸着及び生成した水和物が間隙を埋めることによる組織の緻密化などの複合的な作用によるものである。セメント系混合処理改良体の場合には、改良の対象となる地盤の粘土鉱物や有機成分の影響により水和物の生成が阻害され、その結果水和物により固定されなかった六価クロムが溶出する。水和反応の主体であるべきカルシウムイオンが周辺部の他の反応系に持ち去られたのでは、水和反応の化学バランスが崩れる。よって本発明の劣化低減材を混合することにより、改良体が石灰含有量を増大し、アルカリ性の組成となること、さらには急速な水和反応によって水和阻止効果の及ぶ前に固化を達成することで、アルミン酸石灰水和物の水和反応を促進しエトリンガイトの生成をより多くするもので、これら塩基は改良体の劣化を低減し、重金属を含む有害物を固定し、溶出させない状態にするものである。

本発明によるセメント系混合処理改良体の劣化を低減する方法は、次のような構成からなる。
（１）セメント系改良材は、その水和反応の過程で水酸化カルシウム（Ca(OH)₂）を生成し、アルカリ性となる。この（Ca(OH)₂）から解離した水酸基（OH⁻）が重金属類と難溶性の水酸化物沈澱を生成し、改良体中に沈殿・固定する。
改良体が劣化する部分では、カルシウム量の低下、ｐＨの低下、強度の低下が見られる。この事実からセメント系改良土の劣化の機構は、MgCl₂等の塩化物とCa(OH)₂との反応によるCaCl₂の生成と溶出及びこれに伴う改良土の硬化体組織の多孔化、Ca(OH)₂の溶解に伴うセメント硬化体の多孔化などが考えられる。本発明の方法及び装置には、特有な改良体劣化低減材が添加されることにより、前記改良体中への沈殿・固定作用を効果的に行なわせる。

（２）セメント系改良材は、その水和反応によりさまざまな水和物を生成する。水和反応はセメントと水とが反応して不溶性のセメント水和物を作り凝結固化する。セメントの水和反応は複雑で、長い年月にわたって変化し、セメントのクリンカ鉱物であるエーライト、ビーライト、アルミネート相、フェライト相が水と反応し水和物を形成、水和反応が進むとエトリンガイトやモノサルフェートといった水和物も形成される。これらの水和物が置換固溶や表面吸着により重金属類を固定する能力を有する。
ｐＨが高いセメント混合処理改良体中のカルシウムが、改良体より周辺未改良地盤に溶出し、ひいては、六価クロム等の重金属類がセメント混合処理改良体より周辺未改良地盤に溶出するのは、周辺未改良地盤は、一般にセメント混合処理改良体よりｐＨが低いため、地盤に吸着しやすい状態になるためである。
本発明に用いられる改良体劣化低減材は、この吸着作用を進行させない。すなわち、改良体劣化低減材の存在により、改良体周辺部の劣化を低減させ、ひいては、六価クロム等の重金属類が周辺地盤に吸着される割合を減少させる。

（３）セメント系改良材に添加された改良体劣化低減材は、材齢の経過に伴う水和作用の進行により生成した水和物が空隙を充填し、硬化体組織を緻密化する。この組織の緻密化により改良体周辺部の劣化を低減させ重金属類を物理的に封じ込める作用を示す。

改良体劣化低減材を添加したセメント系改良材は、（１）、（２）及び（３）の相乗効果により、物理・化学的に改良体の劣化を低減し、重金属類の有害物質に対して安定な固化・不溶化効果を持つ。この改良体劣化低減材は、液状でも紛体状であってもよいが、工場から出荷時には粉体状であり、輸送を経て、現地でミキシングタンクにおいて液体状にするのが輸送コストの観点から望ましい。
以下の実施例では、改良体劣化低減材が用いられる。

この改良体劣化低減材の最良の配合の一例は、次の通りである。
・炭酸ナトリウム２０〜５０重量％、具体的には平均２７重量％
・塩化ナトリウム２０〜５０重量％、具体的には平均３６重量％
・炭酸カリウム１０〜４０重量％、具体的には平均２７重量％
・塩化カリウム４０重量％以下
・塩化アンモニウム１５重量％以下、具体的には平均６重量％
・その他０〜３０重量％、具体的には平均４重量％
以上のような配合とした理由は前述しているとおりである。

前記改良体劣化低減材の前記配合による作用効果をさらに詳しく説明する。
改良体劣化低減材に含まれるナトリウム塩の主成分は、炭酸ナトリウム及び塩化ナトリウムである。炭酸ナトリウムは、改良体劣化低減材をセメント系改良材に添加して固化する場合に、固化された改良体のアルカリ性を助長して中性化による機械的強度の低下を防止することを主目的として添加される成分である。塩化ナトリウムは、改良体劣化低減材をセメント系改良材に添加して固化する場合に、炭酸ナトリウムとともにセメント水和の促進を図る目的で添加される成分である。したがって、改良体からの劣化を確実に低減できる。

改良体劣化低減材における炭酸ナトリウム及び塩化ナトリウムの含有率を２０〜５０重量％の範囲としたのは、２０重量％未満では、塩化ナトリウム等で供給される塩素イオン、ナトリウムイオンの添加効果が改良体において発揮されず、５０重量％を超えると、塩素イオン、ナトリウムイオンが過剰となり、改良体への添加効果が頭打ちとなるからである。したがって、この炭酸ナトリウム、および塩化ナトリウムのセメント系改良材への添加量は、添加効果を加味して適宜決められる。

改良体劣化低減材における炭酸カリウムの含有率を１０〜４０重量％の範囲としたのは、１０重量％未満では、炭酸カリウムで供給されるカリウムイオンの添加効果が改良体において発揮されず、４０重量％を超えると、カリウムイオンが過剰となり、改良体への添加効果が頭打ちとなるからである。また、塩化カリウムの含有率を４０重量％以下としたのは、４０重量％以上ではカリウムイオンが過剰となり、改良体への添加効果が頭打ちとなるからである。したがって、このカリウムイオンのセメント系改良材への添加量は、添加効果を加味して適宜決められる。

改良体劣化低減材には、この改良体劣化低減材をセメント系改良材へ添加して改良体とする場合に、炭酸ナトリウムと同様に改良体のアルカリ性を助長して中性化による機械的強度の低下を防止することを主目的として添加されるアンモニウム塩が含まれている。このアンモニウム塩の含有量は、１５重量％以下であることが好ましい。また、アンモニウム塩は、塩化アンモニウムであることが好ましい。

上記改良体劣化低減材は、最良の形態の一つであり、その性状は次のようなものである。
改良体劣化低減材の色調は透明色を呈し、溶解した場合のｐＨは９〜１２でアンモニア臭を呈し、比重は１．２０〜１．２４である。
セメント系混合処理改良体に改良体劣化低減材を添加することにより、改良体の一軸圧縮強度を高め、原料およびセメント系改良材中に含有される有害物質の溶出、拡散が確実に防止され、改良体の劣化が低減できるので環境への影響を最小限にすることができる。

セメント系改良材に、改良体劣化低減材を付加混合してセメントスラリー液とする混合槽と、前記セメントスラリー液を地盤へ注入圧送する圧送管と、この圧送管から供給されるセメントスラリー液を地盤に注入しつつ撹拌する混合処理機と、前記セメントスラリー液を地盤へ注入圧送する圧送管に連結され、改良体劣化低減材の付加混合されたセメント系改良材としてのセメントスラリー液が得られ、このセメントスラリー液が地盤へ注入される。このとき、掘削翼で地盤を掘削しつつ、セメントスラリー液を注入・撹拌し、改良体が構築される。

地盤を撹拌翼で撹拌して改良体を構築する混合処理工法は、地盤の表層の１ｍから２ｍを対象とする場合には表層処理工法、３ｍから６５ｍを対象とする場合には深層混合処理工法と称し、表層と深層の中間を対象とする場合は浅層・中層混合処理工法と称する場合もある。柱状の改良を実施する工法はソイルセメントコラム工法、又は柱状コラム工法と称しており、他方、地中に連続した壁体を構築する工法としてはソイルセメント柱列壁工法、地下連続壁工法等がある。
また、いずれの工法の場合においても、水平攪拌方式、垂直攪拌方式、斜め攪拌方式があり、攪拌軸は単軸から複数軸、多い場合は８軸のものもあり、攪拌方式には機械攪拌式と高圧噴射式、又、両者の併用方式がある。機械攪拌式にはスラリー状のセメント系改良材を地盤に注入攪拌して改良体を造成するスラリー系と、粉体状のセメント系改良材を地盤に圧送し攪拌混合する粉体系がある。改良体劣化低減材はいずれの方式においても用いることができ、これらの工法において構築された改良体の周辺部の劣化を低減し、ひいては改良体劣化を原因とした重金属類による地盤の汚染を防止するために改良体劣化低減材を使用し、また、改良体中の重金属類の溶出を低減することができる。

混合処理工法は、様々な機械設備が用いられており、一般的な混合処理工法、すなわち、地盤にセメント系改良材を注入しつつ撹拌翼で撹拌して改良体を構築する混合処理工法を図１に基づき説明する。４は混合槽で、この混合槽４には、セメント系改良材ホッパー１からセメント系改良材が投入され、水供給部ホッパー２から水和反応のための水が投入され、必要な場合には遅効性硬化剤などの添加剤が添加剤ホッパー３より供給され、混合槽４の中で均質なセメントスラリー状になるまで回転攪拌翼５により撹拌される。

前記混合槽４の中で均質なセメントスラリー状になったセメント系改良材を主材とするセメントスラリー液は、アジテータ６に蓄えられ、このセメントスラリー液がグラウトポンプ７から圧送管８を通して圧送される。この圧送管８内のセメントスラリー液量は、流量計で計測され、また、地盤１４への注入圧力は、圧力計で計測される。
セメントスラリー液の注入時には、混合処理機９の撹拌軸１０にセメントスラリー液を圧送し、撹拌軸１０の先端の吐出孔１３から地盤１４に注入する。このとき、混合処理機９の駆動部により回転する撹拌軸１０の先端に掘削翼１２と撹拌翼１１が設けられ、掘削翼１２で地盤１４を下向きに掘削し、セメントスラリー液が混合するように撹拌翼１１で地盤１４を撹拌する。セメントスラリー液の注入後、材齢の経過で、地盤１４の内部では水和作用が進行し改良体２６が形成される。
なお、吐出孔１３からのセメントスラリー液は、地盤１４を下向きに掘削している下降時に注入しても良いし、撹拌軸１０の上昇時に注入するようにしても良い。下降時と上昇時にともに注入するようにしても良い。また、前記撹拌軸１０は、単軸でも２軸以上であっても良い。

また、本発明の方法に用いられる改良体劣化低減材１７の供給は、改良体劣化低減材１７を液状に混合された改良体劣化低減材ミキシングタンク２１から供給ポンプ２３により混合槽４に投入混合されて撹拌される。

改良体劣化低減材１７は、重金属以外の金属塩を主体とした材料からなっており、前述の通り、混合槽４においてセメントスラリー状にして地盤１４に注入することから、工場において液体状に製造し輸送のうえ混合槽４に投入する方法もある。しかし、製造時、輸送時、使用時に原材料が析出しない混合条件は、水１に対して改良体劣化低減材は０．２５重量％以下であるため、改良体劣化低減材を液体状で扱うよりも、粉体状で製造し、輸送し、改良体劣化低減材を現地において液体状にし、セメント系改良材に付加混合する方がはるかに輸送コストを削減できる。改良体劣化低減材が粉体の場合の概略輸送コストは、それが液体状に比べて４分の１に抑えることができる。

次に改良体劣化低減材を粉体状で製造、輸送し、改良体劣化低減材を現地において液体状にした上でセメント系改良材に付加混合する方法について記述する。
図−１において、紛体状で輸送されてきた改良体劣化低減材は投入口１５より、ホッパー１６に貯蔵され、貯蔵された改良体劣化低減材１７は落下投入口１８からミキシングタンク２１に入れられる。改良体劣化低減材は、水に溶かして完全にスラリー化するには２、３分の時間を要し、一度に水に溶解しようとした場合には、団子状になる傾向があり、団子状になった改良体劣化低減材をさらに溶解するのには困難を極める。
従って、本発明では、改良体劣化低減材は落下投入口１８より規定量ずつ徐々に混合層に投入されなければならない。その方法として、投入された改良体劣化低減材１７をフィーダ１９によりミキシングタンク２１に満遍なく散布し、ポンプ２４から供給される水２５と一緒に、モータ２２の回転により攪拌機構２０により、ミキシングされる。
改良体劣化低減材１７の各素材がミキシングにより充分に混合されるために、例えば次のような性状のものが用いられる。
素材名粒子径μｍ比重（密度）水への溶解度％
炭酸ナトリウム 20〜200 1.0〜1.3 21.0(20℃)
塩化ナトリウム 150〜600 2.16 26.4(20℃)
炭酸カリウム 500〜1000 2.43 52.6(20℃)
塩化カリウム 5〜100 1.98 34.2(20℃)
塩化アンモニウム 30〜600 1.53 28.3(20℃)
改良体劣化低減材の粒子径は、１０００μｍより大きいと溶解に時間がかかり、また５μｍより小さいと飛散しやすくなり、取り扱いが難しくなる。改良体劣化低減材は、炭酸ナトリウム、塩化ナトリウム、炭酸カリウム、塩化カリウム、塩化アンモニウムを少なくとも含む材料からなるが、これらの原料成分がすべて粉体であり、粉体状の粒子径が５μｍ〜１０００μｍであることを特徴とする。場合によっては、今後、安価な材料を探索していく場合に、粒子径が１〜１０ｍｍ程度のフレーク状のものも対象になってくる可能性がある。
また、前記ミキシングタンク２１により充分に混合された改良体劣化低減材１７は供給ポンプ２３により混合槽４に圧送され、こうして得られたセメントスラリー液を地盤に注入しつつ撹拌し、混合することを特徴とするセメント系混合処理改良体の劣化低減方法である。

以上のような混合処理工法において、ミキシングタンク２１から改良体劣化低減材１７が混合槽４に投入されて、セメント系改良材ホッパー１からのセメント系改良材と水供給部ホッパー２からの水とが一緒に撹拌混合される。
前記改良体劣化低減材１７の添加量は、混合処理工法における改良対象土の性状に応じてセメント系改良材に対して０．３〜５重量％、好ましくは０．５〜３重量％の範囲内で設定する。
この改良体劣化低減材１７のセメント系改良材への添加量は、添加効果を加味して適宜決められる。例えば、改良対象土が重金属類の含有量の多い性状を示す場合は、セメント系改良材に対する改良体劣化低減材の添加割合を多くし、含有量の少ない性状を示す場合は、セメント系改良材に対する改良体劣化低減材の添加割合を少なくする。
また、前述の通り、改良体の強度が改良体劣化を低減するために極めて重要であるが、この強度を得るためには、一般的に、改良対象土１ｍ^３あたりその地盤の性状によって、また、目標とする強度によってセメント系改良材の添加量が５０〜３００ｋｇ／ｍ^３とされている。一般的に、粘性土の場合には添加量は比較的に少なく平均的に８０〜１８０ｋｇ／ｍ^３であり、砂質土の場合には１５０〜２５０ｋｇ／ｍ^３、有機質土の場合には２００〜３００ｋｇ／ｍ^３程度である。また、住宅地盤に用いられる柱状コラム工法の場合などは安全側に見て２５０〜３００ｋｇ／ｍ^３を添加するのが一般的である。
従って、改良体劣化低減材１７の添加割合をセメント系改良材の添加量が少ないときは多くし、多いときは少なくするなど、改良対象土に対するセメント系改良材の添加量に応じて、地盤に最適な改良体劣化低減材が添加されるように調整することが必要であり、このことにより、改良体の劣化を可及的に低減することができる。

この改良体劣化低減材の配合の一例は、次の通りである。
・炭酸ナトリウム２０〜５０重量％、具体的には平均２７重量％
・塩化ナトリウム２０〜５０重量％、具体的には平均３６重量％
・炭酸カリウム１０〜４０重量％、具体的には平均２７重量％
・塩化カリウム４０重量％以下
・塩化アンモニウム１５％以下、具体的には平均６重量％
・その他０〜３０重量％、具体的には平均４重量％
以上のような配合とした理由は前述しているとおりである。

次に、改良体劣化低減材１７の性能に関する室内確認実験を行った。改良体劣化低減材１７は、４倍希釈液として使用したもので、ここでの添加率は希釈液の添加率を示している。
図２（ａ）（ｂ）は改良体劣化低減材を使用した改良体の一軸圧縮強さと材齢との関係を示す図である。
図２（ａ）から明らかなように、普通ポルトランドセメントの結果は、材齢２８日では劣化低減材無添加に比べて、添加率２％、４％の一軸圧縮強さは、それぞれ１．３６倍、１．６６倍と伸びている。しかし、６％以上では１．５倍程度となっている。また、材齢１８０日および１年では、添加率２％の一軸圧縮強さは、無添加に比べて変わらないが、添加率４％以上では、改良体劣化低減材の添加効果が顕著に出て、一軸圧縮強さが増加し、無添加に比べて１．７倍程度となっている。
図２（ｂ）から明らかなように、高炉セメントＢ種の結果は、材齢２８日では改良体劣化低減材無添加に比べて、添加率２％、４％、６％の一軸圧縮強さはそれぞれ１．０５倍、１．２０倍、１．３５倍と伸びている。ただし、６％と１２％に有意な差はみられなかった。また、材齢１８０日および１年でも６％までは改良体劣化低減材の添加による強度増加がみられ、無添加に比べて１．５〜１．７倍の強度になっている。しかし、添加率１２％では逆に６％を下回る結果を示している。
試験結果より、改良材として普通ポルトランドセメントおよび高炉セメントＢ種を用いた場合、改良体劣化低減材を添加することにより一軸圧縮強さは無添加に比べて増加することが判明した。また、その強度は、添加率に対応して増加するものの，添加率６％以上では頭打ちになる傾向がみられた。これは、改良体劣化低減材の添加率に適用範囲の存在することを示唆するものであり、最適な添加率としては、４％から６％程度、粉体に換算して１〜１．５重量％が推察された。

図３は、この発明の改良体劣化低減材を用いて、混合処理工法を施工した場合の、材齢７日における添加量とトータルクロム（Ｔ-Ｃｒ）および六価クロムの溶出量の関係を示す図である。
図３から明らかなように、改良体劣化低減材の添加によるトータルクロムと六価クロムの溶出量の変化は、セメント添加量１００ kg/ｍ³、２００ kg/ｍ³とも改良体劣化低減材の添加率の増加に呼応して溶出量の低下がみられた。改良体劣化低減材は、添加率２％でも効果があるといえるが、４％の方がより溶出量が少ない結果となった。

図４は、この発明の改良体劣化低減材を用いて、混合処理工法を施工した場合の、材齢１８０日における添加量と劣化量との関係を示す。実験は、試料は川崎港及び東京港粘性土を用い、セメントとしては普通ポルトランドセメント及び高炉セメントＢ種を用い、セメント添加量は、７０kg/ｍ³、改良体劣化低減材の添加量は、０、３、６％において実験をした。図４の結果から明らかなように、無添加に比べて、３％および６％の劣化低減材の効果は明確に出ている。

本発明は、地盤にセメント系改良材を注入混合してセメント系混合処理改良体を構築する混合処理工法に利用でき、改良体の劣化を低減することにより周辺地盤への重金属類による地盤の汚染を防止するなど、せまられている環境対応工法として優れた効果を奏する。

地盤にセメント系改良材を注入しつつ攪拌翼で攪拌して改良体を構築する混合処理工法において、セメントスラリー混合槽に改良体劣化低減材を液状にして注入する設備を示す説明図である。改良体劣化低減材を使用した改良体の一軸圧縮強さと材齢との関係を示す特性図で、（ａ）は、普通ポルトランドセメントの例を示し、（ｂ）は、高炉セメントＢ種の例を示す。本発明の改良体劣化低減材を用いて、混合処理工法を施工した場合の材齢７日における添加量とトータルクロム及び六価クロムの溶出量の関係を示す特性図である。本発明の改良体劣化低減材を用いて、混合処理工法を施工した場合の材齢１８０日における添加量と劣化量の関係を示す特性図である。改良体中の重金属類の溶出を低減する方法の概念図である。

符号の説明

１…セメント系改良材ホッパー、２…水供給部ホッパー、３…添加剤ホッパー、４…混合槽、５…回転撹拌翼、６…アジデータ、７…グラウトポンプ、８…圧送管、９…混合処理機、１０…撹拌軸、１１…撹拌翼、１２…掘削翼、１３…吐出孔、１４…地盤、１５…投入口、１６…ホッパー、１７…改良体劣化低減材、１８…落下投入口、１９…フィーダ、２０…撹拌機構、２１…ミキシングタンク、２２…モータ、２３…供給ポンプ、２４…水ポンプ、２５…水、２６…改良体、３１…地盤、３３…改良体周辺劣化部。

Claims

地盤にセメント系改良材を注入混合してセメント系混合処理改良体を構築する混合処理工法において、前記セメント系改良材に、重金属以外の金属塩を主体とした材料からなる改良体劣化低減材を付加混合し、地盤に注入しつつ撹拌翼で撹拌して改良体を構築するセメント系混合処理改良体の劣化低減方法であって、前記改良体劣化低減材は、炭酸ナトリウムの含有率２０〜５０重量％、塩化ナトリウムの含有率２０〜５０重量％、炭酸カリウムの含有率１０〜４０重量％、塩化カリウムの含有率４０重量％以下、塩化アンモニウムの含有率１５重量％以下を含有し、これらの原料成分がすべて粒子径５μｍ〜１０００μｍの範囲内にある粉体状の混合物からなり、この改良体劣化低減材は、改良対象となる土質性状に応じて上記設定範囲内で配合するとともに、セメント系改良材に対して、０．３〜５重量％、好ましくは０．５〜３重量％の範囲内とし、この粉体状の改良体劣化低減材は、水に溶融した液体状にしてセメント系改良材に付加混合したことを特徴とするセメント系混合処理改良体の劣化低減方法。
粉体状の改良体劣化低減材を水に溶融した液体状にしてセメント系改良材に付加混合するために、改良体劣化低減材を規定量ずつミキシングタンクに投入し、投入された改良体劣化低減材をフィーダによりミキシングタンク内に散布し、モータの回転による攪拌機構で攪拌し、ミキシングタンクにより混合された改良体劣化低減材を供給ポンプによりセメントスラリー混合槽に注入し、セメント系改良材及び水と一緒に撹拌混合し、この得られた混合材を地盤に注入しつつ撹拌混合することを特徴とする請求項１記載のセメント系混合処理改良体の劣化低減方法。