JP4482411B2 - 流動化処理土の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、建設工事や浚渫工事等で発生するスラリー状の泥水や発生土に関して、流動化処理土としての再利用又は残土処理を好適に行うための、流動化処理土の製造方法に関する。

建設工事や浚渫工事等で発生した残土に関して、固化材と水又は泥水とを混合して流動化処理した後、埋め戻し材、裏込め材、充填材として流動化処理工法に利用することにより、再利用化する場合がある。このような、流動化処理工法では、固化材と水又は泥水の混合量を調整することにより、周辺地盤の地山と同じような強度に調整しているが、発生残土の種類により、その品質が安定しないという問題点を有している。また、流動化処理土の圧縮強度の調整のために、水を多く添加することにより、混合状態が悪化し、ブリージングが大きくなる場合がある。

ここで、ブリージングとは、コンクリートや流動化処理土や泥水等の粘性材料内の水分が上昇する現象をいい、ブリージング率が大きいと固化強度の低下や亀裂が生じる場合がある。また、ブリージングにより分離した水分は除去するため、水分の除去により生じた体積の減少分の増し打ち等が必要となるため、施工に手間がかかる。

そのため、本発明者等は、対象となる残土に対して、フロー値、ブリージング率、粒度分布、含水比等の特性を調べ、その結果に基づいて土、固化材及び水又は泥水の最適な配合を決定する、地盤改良土の製造方法を開発し、実用化に至っている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１８０４４９号公報（［００１５］−［００４０］、図１−図３）

しかしながら、従来の技術による地盤改良土の製造方法は、フロー試験、ブリージング試験、粒度試験等の複数の試験を現場において行う必要があり、作業に手間がかかる場合があるという問題点を有していた。また、従来の地盤改良土の製造方法は、セメント等の固化材を含めた管理方法であるため、固化材を投入して粘性を増加させることにより、ブリージングや材料分離の抑制を行うことが可能となるが、その一方で、その流動性が低下する場合がある。また、固化材の量が少なく、十分な粘性を有していない場合は、流動性には優れているものの、養生時に材料分離やブリージングが進行する場合があるという問題点を有していた。さらに、セメント等の固化材により付与される粘性は、固化材の水和反応によるものであるため、その流動性を確保するためにミキサー等により撹拌した状態では、水和反応による結合を破壊して粘性が付与されていない状態となり、ブリージングや材料分離が進行する場合がある。

本発明は、前記の問題点を解決するためになされたものであり、簡易な方法により材料分離やブリージングを抑止し、流動性が確保されるようにスラリー状の泥水を管理する、流動化処理土の製造方法を提案することを課題とする。
ここで、スラリー状とは、固体である土粒子と液体とが混合された状態をいい、以下、本明細書においては、「スラリー状の泥水」を「スラリー泥水」という。

このような課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、スラリー泥水の状態でブリージングや材料分離を起こさない品質を確保するように当該スラリー泥水の粘性係数を調整した後に、固化後の処理土に必要な強度を付与する固化材を投入することを特徴としている、流動化処理土の製造方法である。

かかる流動化処理土の製造方法は、固化材を投入する前の、スラリー泥水の状態で、その粘性が調整されて、ブリージングや材料分離が生じることがなく、流動性も確保されているため、安定した品質の流動化処理土を製造することが可能となる。また、固化材の投入は、ブリージングや材料分離等を抑制するという目的は有しておらず、固化後の処理土に必要な強度を付与することが可能な量を投入すればよいため、必要最小限の添加量ですみ、経済的に優れている。

また、スラリー泥水の状態でブリージングや材料分離を起こさない品質を確保するように当該スラリー泥水の粘性係数を２５０ｍＰａ・ｓ以上、７０００ｍＰａ・ｓ以下に調整した後に、固化後の処理土に必要な強度を付与する固化材を投入すれば、スラリー泥水自体がブリージング及び材料分離を抑止し、且つ流動性を確保する性質を有しているため、安定した品質の流動化処理土を製造することが可能となる。

また、粘性係数が、排出口の口径が調節された簡易粘性測定器に投入されたスラリー泥水が、前記排出口から排出されるのに要する時間を測定することにより算出されてもよい。

かかる方法は、対象となるスラリー泥水を簡易粘性測定器に投入して、その排出口から排出される時間を測定するのみで、スラリー泥水の粘性係数を測定することが可能なため、経験や熟練した技術などを要することなく、測定誤差が少ない一定の水準で粘性の測定を行うことが可能となる。そして、この測定値を利用して、スラリー泥水の粘性を調整すれば、簡易に所定の粘性係数に調整することが可能なため、容易にスラリー泥水の品質を管理することが可能となる。

本発明に係る流動化処理土の製造方法により、簡易に、流動性を確保しつつ、材料分離やブリージングの進行を抑制した流動化処理土を提供することが可能となった。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略する。
ここで、図１は、本実施の形態に係る簡易粘性測定器の斜視図である。

本実施の形態に係る流動化処理土の製造方法及びスラリー泥水の品質管理方法は、スラリー状の泥水の粘性係数を２５０ｍＰａ・ｓ〜７０００ｍＰａ・ｓの範囲内、好ましくは１５００ｍＰａ・ｓ〜４０００ｍＰａ・ｓの範囲内に調整することにより、ブリージング及び材料分離を抑止するとともに、流動性に優れたスラリー泥水を、固化材を混入することなく作成するものである。そして、このようにして品質が管理されたスラリー泥水に固化材を投入すれば、ブリージング及び材料分離を抑止するとともに、流動性に優れた流動化処理土が製造される。

まず、建設工事や浚渫工事等により発生した発生残土に、水や泥水を添加してスラリー状の泥水とした後、その粘性係数を測定する。そして、粘性係数が前記の所定の範囲以下の場合は、水又は泥水を添加し、所定の範囲以上の場合は粘土等を添加することにより、その粘性係数を調整する。

ここで、スラリー泥水の粘性係数の測定は、図１に示す簡易粘性測定器１により行うものとする。

図１に示すように、簡易粘性測定器１は、外見はいわゆるＰロートと同様の形状を示し、円筒状の上部１１と下方向に先細りした円錐状の下部１２とが一体となって漏斗状に形成されている。そして、その上部１１の上面は開口されており、粘性材量を投入する投入口１３が形成されている。また、その円錐状の下部１２の先端には、粘性材料を排出する排出口１４が形成されている。なお、簡易粘性測定器１の排出口１４の口径は、Ｐロートの排出口の口径（通常１３ｍｍ）よりも小さく、８ｍｍまたは１０ｍｍに形成されている。ここで、Ｐロートとは、セメントミルク等の流動性を図る試験機のひとつである。

また、簡易粘性測定器１は、図１に示すように、その上面の投入口１３を遮蔽する遮蔽蓋１５が設置されている。当該遮蔽蓋１５には、細孔１６が貫通されており、この細孔１６から空気を供給することで、簡易粘性測定器１の内部が負圧状態になることにより粘性材料が排出口１４から排出しなくなることを防止する。また、測定時には、この細孔１６から発生する空気の音により、流下完了のタイミングが把握しやすくなっている。なお、細孔１６の内径は、適宜設定するものとし、本実施の形態では２．５ｍｍ〜４．０ｍｍに設定する。また、流下完了のタイミングをより把握しやすくするために、細孔１６に笛を取り付けてもよい。

上記の簡易粘性測定器１を使用することにより、スラリー泥水の流下時間の測定が容易且つ正確になり、測定誤差が小さくなるため、熟練した技術等を要することなく、粘性係数を測定することが可能となる。

上記の方法によりスラリー泥水の品質を管理することにより、固化材等の添加を要することなく、ブリージング及び材料分離を起こさない安定した品質を有し、かつ、所定の流動性を確保したスラリー泥水を簡易に作成することが可能となる。
このため、流動化処理土として建設発生土や浚渫土を再利用する際に、上記の方法により粘性係数が調整されたスラリー泥水に固化材を添加するのみで、ブリージングや材料分離が生じることがなく、流動性も有した、安定した品質の材料を提供することが可能となる。

なお、当該スラリー泥水の品質管理方法は、流動化処理土以外にも、さまざまな工法に用いることが可能である。例えば、原位置において地山に固化材を混練したソイルセメントにより連続地中壁や地盤改良体を構築する工法に適用すれば、材料分離やブリージングが生じない、安定した品質の構造体を構築することが可能であるため好適である。また、泥水式シールドや泥水式推進工において使用する泥水に、当該スラリー泥水の品質管理方法により管理されたスラリー泥水を使用すれば、送泥管内において、材料が沈下することがなく、作業性に優れている。さらに、埋め戻しや残土処理等においても、当該スラリー泥水の品質管理方法により品質を管理すれば、埋め立て後の地盤を所定の強度を有した安定した品質に保つことが可能となり好適である。

以下、本発明に係る流動化処理土の製造方法について行った、実証実験の結果について記載する。

（１）粘性係数とブリージング
まず、スラリー泥水の粘性係数とブリージングとの関係について、実証実験を行った。ここで、図２は、本実証実験に使用した材料沈降試験装置を示す概略図であり、図３は、図２の材料沈降試験装置を用いてスラリー泥水の粘性係数とブリージングとの関係について、実証実験を行った結果を示す折れ線グラフであり、（ａ）はスラリー泥水の粘性係数が２１ｍＰａ・ｓ、（ｂ）はスラリー泥水の粘性係数が１７２０ｍＰａ・ｓの場合を示している。また、図４は、他の方法により粘性係数とブリージングとの関係について実証実験を行った結果を示す折れ線図である。

本実験では、図２に示す円筒状のアクリル管２１に上下方向に所定の間隔で排出口２２が８箇所形成された材料沈降試験装置２に、カオリン粘土泥水を投入し、１時間、２時間、３時間経過した後、各排出口２２から泥水を採取して、その比重をそれぞれ計測することにより、細粒土の沈降状況を調べた。その結果を図３に示す。ここで、図３では、縦軸を排出口の位置、横軸を比重変動率としている。

図３（ａ）に示すように、粘性係数が２１ｍＰａ・ｓと小さい場合は、上方では比重が減少を示し、下方では増加している結果を示している。また、これは、時間の経過とともに増加する傾向を示している。この結果により、粘性係数が２１ｍＰａ・ｓと小さい場合は、細粒土が沈降して、ブリージングが発生することが実証された。一方、粘性係数が１７２０ｍＰａ・ｓの場合は、３時間が経過しても、比重の変動は殆ど見られず、ブリージングが発生しないことが実証された。

次に、１リットルメスシリンダーに粘性係数の異なる泥水を入れて、時間毎のブリージング水量を測った結果を図４に示す。ここで、図４の縦軸はブリージング率、横軸は粘性係数を示している。図４に示すように、粘性係数が２５０ｍＰａ・ｓを上回ると、急激にブリージング率が減る結果となった。そして、７００ｍＰａ・ｓ以降は安定し、１７２０ｍＰａ・ｓでは、ブリージングが殆ど生じない結果となった。

この結果、ブリージングを防止するためには、スラリー泥水の粘性係数を２５０ｍＰａ・ｓ以上、好ましくは１５００ｍＰａ・ｓ以上に調整すればよいことが推定される。

（２）粘性係数と材料分離
次に、スラリー泥水の粘性係数と材料分離の関係について実証実験を行った。ここで、図５は、図２の材料沈降試験装置２を使用して、粘性係数が２１．１ｍＰａ・ｓ、２５２ｍＰａ・ｓ、１５９０ｍＰａ・ｓのスラリー泥水について、それぞれ粗粒土の沈降を調べた結果を示す棒グラフである。ここで、図５の縦軸は計測位置、横軸は粗粒土沈降率を示している。

本実験では、泥水中に粗粒土の混合物を混入したものを材料沈降試験装置２に投入して所定の時間（５分、１０分、１５分）が経過した後、上から順に資料を採取して、粗粒分を篩で洗い出し、その重量を計測することにより、粗粒分の沈降を調べた。
図５に示すように、粘性係数が２１．１ｍＰａ・ｓのスラリー泥水は、下部に多く堆積していることが解る。一方、粘性係数が１５９０ｍＰａ・ｓのスラリー泥水は、殆ど沈降が見られず、材料分離が発生しないことが実証された。また、粘性係数が２５２ｍＰａ・ｓでは、２１．１ｍＰａ・ｓの結果に比較して、各位置における材料の沈下が大幅に削減されるが、依然として、下部に多くの粗粒分が堆積する結果となった。

この結果、材料分離を防止するためには、スラリー泥水の粘性係数を５００ｍＰａ・ｓ以上に調整すればよいことが推定され、好ましくは、１５００ｍＰａ・ｓ以上に調整すればよいことが推定される。

（３）粘性係数と流動性
スラリー泥水の粘性係数と流動性の関係について実証実験を行った。ここで、図６は、粘性係数が２１．１ｍＰａ・ｓ、２５２ｍＰａ・ｓ、１７２０ｍＰａ・ｓのスラリー泥水について、それぞれ砂の量を増加させて密度の増加に伴うフロー試験を行った結果を示す折れ線グラフである。ここで、図６において、縦軸はフロー値を示し、横軸は泥水砂混合密度を示しいている。
なお、本実証実験では、フロー試験に使用するフロー板として、極力摩擦係数をなくしたものを使用して、摩擦の影響を減らすものとした。

実験の結果、図６に示すように、粘性係数が２１．１ｍＰａ・ｓの場合は、密度増加でフロー値が低下して流動性が低下する傾向が示されたが、粘性係数が７３２ｍＰａ・ｓ及び１７２０ｍＰａ・ｓの場合は、砂の添加によるフローの変化が少ない。つまり、スラリー泥水の粘性がある程度確保されると、混合物の流動性は粘性のみに影響される結果が示されている。

この結果、流動性を確保するためには、スラリー泥水の粘性係数が７５０ｍＰａ・ｓ〜７０００ｍＰａの範囲内とすればよいことが推定され、好ましくは１５００ｍＰａ・ｓ〜４０００ｍＰａ・ｓの範囲内に調整すればよいことが推定される。ここで、流動化処理工法の過去の実績から、流動化処理土の粘性係数が７０００ｍＰａ・ｓを超えると流動性が悪くなり、施工に支障をきたす場合があるため、スラリー泥水の流動性を確保するための粘性係数の上限値を７０００ｍＰａ・ｓとした。また、同実績から、粘性係数が４０００ｍＰａ・ｓ以下であれば、流動性が非常によく、施工性に優れているため、好ましいスラリー泥水の粘性係数の上限値を４０００ｍＰａ・ｓとした。

（４）固化材による粘性
図７は、異なる粘性係数に調整されたスラリー泥水に関して、固化材の添加量と粘性係数との関係を計測した結果を示した折れ線グラフである。ここで、図７の縦軸は粘性係数、横軸は固化材添加量である。

図７に示すように、固化材を添加しても、粘性係数の変化はあまりみられず、１時間後の固化材による水和反応が生じた後は大幅に粘性係数が増加する結果となった。したがって、スラリー泥水に固化材を投入しても、水和反応により固化が進行するまでは、粘性は増加せず、ブリージングや材料分離が生じることが実証された。このため、ブリージングや材料分離を抑制するためには、固化材を投入する前にその粘性を調整することが好ましい。

（５）簡易粘性測定器による粘性係数の測定
次に、図１に示す簡易粘性測定器１による粘性係数の測定の精度について実証実験を行った。ここで、図８は、簡易粘性測定器による粘性係数と流下時間の関係と、通常のＰロートを使用した時の粘性係数と流下時間の関係を示した図であり、簡易粘性測定器による実験結果を実線、Ｐロートによる実験結果を点線で示している。ここで、図８における縦軸は粘性係数、横軸は流下時間である。

図８に示すように、通常のＰロートによる測定では、粘性係数が１０ｍＰａ・ｓ〜１０００ｍＰａ・ｓの時間差が０．６秒程度しかなく、その間の測定が困難であったが、簡易粘性測定器によれば、２秒間まで拡大されるため、その粘性の測定を正確に行うことが可能となる。したがって、簡易粘性測定器を使用すれば、従来に比べて粘性係数を、簡易且つ正確に測定することが可能となったことが実証された。

以上、実証実験の結果を総合すると、粘性係数を２５０ｍＰａ・ｓ〜７０００ｍＰａ・ｓ、好ましくは、１５００ｍＰａ・ｓ〜４０００ｍＰａ・ｓの範囲内に調整すれば、流動性を確保しつつ、材料分離及びブリージングを抑止したスラリー泥水を作成することが可能である。

以上、本発明について、好適な実施形態について説明したが、本発明は前記各実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。
例えば、前記実施の形態では、スラリー泥水の粘性係数の測定に簡易粘性測定器を使用するものとしたが、これに限定されるものではなく、公知の粘性測定手段を適宜選定して測定すればよい。

本発明の実施の形態に係る簡易粘性測定器を示す斜視図である。 材料沈降試験装置を示す概略図である。 図２の材料沈降試験装置を用いてスラリー泥水の粘性係数とブリージングとの関係について、実証実験を行った結果を示す折れ線グラフであり、（ａ）はスラリー泥水の粘性係数が２１ｍＰａ・ｓ、（ｂ）はスラリー泥水の粘性係数が１７２０ｍＰａ・ｓの場合を示している。 他の方法により粘性係数とブリージングとの関係について実証実験を行った結果を示す折れ線図である。 図２の材料沈降試験装置を使用して、異なる粘性係数のスラリー泥水について、それぞれ粗粒土の沈降を調べた結果を示す棒グラフである。 異なる粘性係数のスラリー泥水について、砂の量を変化させて、密度の増加に伴うフロー試験を行った結果を示す折れ線グラフである 異なる粘性係数により作成されたスラリー泥水に関して、固化材の添加量と粘性係数との関係を計測した結果を示した折れ線グラフである。 簡易粘性測定器による粘性係数と流下時間の関係と、通常のＰロートを使用した時の粘性係数と流下時間の関係を示した図である。

符号の説明

１ 簡易粘性測定器
１３ 投入口
１４ 排出口

Claims (2)

1. スラリー泥水の状態でブリージングや材料分離を起こさない品質を確保するように当該スラリー泥水の粘性係数を調整した後に、固化後の処理土に必要な強度を付与する固化材を投入することを特徴とする、流動化処理土の製造方法。
2. スラリー泥水の状態でブリージングや材料分離を起こさない品質を確保するように当該スラリー泥水の粘性係数を２５０ｍＰａ・ｓ以上、７０００ｍＰａ・ｓ以下に調整した後に、固化後の処理土に必要な強度を付与する固化材を投入することを特徴とする、流動化処理土の製造方法。

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