JP5565123B2

JP5565123B2 - セメント系固化材用添加材および該添加材を用いた火山灰質土壌改良方法

Info

Publication number: JP5565123B2
Application number: JP2010133695A
Authority: JP
Inventors: 裕二玉田; 雅彦吉田; 恭子高田
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2010-06-11
Filing date: 2010-06-11
Publication date: 2014-08-06
Anticipated expiration: 2030-06-11
Also published as: JP2011256324A

Description

本発明は、セメント系固化材用添加材および該添加材を用いた火山灰質土壌改良方法に関し、特に任意の市販のセメント系固化材に後添加して用いることができ、火山灰質土壌に対して優れた強度発現性を有する、セメント系固化材用添加材および該添加材を用いた火山灰質土壌改良方法に関する。

従来より、地盤改良方法として、地盤中にセメントなどの固化材スラリー等を注入し、これを水和硬化させて、土壌を固化して強度を発現させる方法が用いられている。
しかし、このような地盤改良方法を用いても、土壌の種類によってその固化程度はさまざまであり、土壌の種類に応じて、特定の組成を有する地盤改良材や特定の地盤改良方法が開発されてきている。

例えば、関東ローム土壌のような火山灰や軽石を多く含む土壌の地盤では、従来の地盤改良を行っても、地盤の硬化が有効になされず、強度が上がらなかった。これは、関東ローム土壌には、アロフェン（Ａｌ_２Ｏ_３・（１〜２）ＳｉＯ_２・ｎＨ_２Ｏ）等の粘土鉱物が多量に含有されているからである。
このことは、セメント成分から供給されるカルシウムの一部が、アロフェンから溶出したＡｌ_２Ｏ_３成分に吸着してしまい、セメント成分の硬化反応を阻害することにより、水和物生成量が減少するため、改良対象である土壌の固化が有効に発現できなくなり、強度発現が低くなってしまうからである。

従って、従来では、このような土壌における地盤改良には、多量のセメント成分を添加する必要があった。しかし、このように必要以上のセメント成分の添加は、セメント成分を多量に使用するため、施工コストの高騰を招き、また多量の添加にもかかわらず、所望する強度の向上が有効に図られていなかった。さらに、セメント成分を多量に注入すると、注入量と同等の余剰分が発生し、これは後に掘削除去するため更にコストの高騰を招くことになる。

また、対象土壌が関東ロームの場合には、関東ローム中に含まれるアロフェンが、エーライト（Ｃ３Ｓ）から溶出するカルシウムと容易に反応してＣ−Ｓ−Ｈ系やＣ−Ａ−Ｈ系の水和物を生成することから、エーライト（Ｃ３Ｓ）や水酸化カルシウムの多いものが強度発現性の面で好ましく、これより、普通ポルトランドセメントよりは、早強ポルトランドセメントや消石灰が適したものとして用いられている。

特開２０００−１２００５９号公報（特許文献１）では、土壌にセメント系固化材を混合して固化させる地盤改良工法において、該セメント系固化材に消石灰及び／又は生石灰を混合して用いることを特徴とする地盤改良工法が記載されている。
また、特開２００９−１８５１５９号公報（特許文献２）には、生石灰または軽焼ドロマイト１００質量部に対して活性白土を５０〜１００質量部配合してなり、土壌に添加したときの土壌を固化させるとともに、そのｐＨの上昇を抑制することができる土質改良材や、生石灰または軽焼ドロマイト１００質量部に対して活性白土を５０〜１００質量部、半水石膏を５０質量部以下配合してなり、土壌に添加したときの土壌を固化させるとともに、そのｐＨの上昇を抑制することができる土質改良材、及び、前記土壌改良材を土壌１ｍ^３あたり２００ｋｇ以下の量で配合する土質改良方法が記載されている。

しかし、上記のような地盤改良方法では、所望する強度の改善を図ることは不十分であり、関東ローム土壌のような土質に有効な地盤改良固化技術の開発が望まれている。

特開２０００−１２００５９号公報特開２００９−１８５１５９号公報

本発明の目的は、任意のセメント系固化材に後添加することで、得られる火山灰質土壌改良材が火山灰質土壌に対して、優れた早期強度増進改良を有することができる、セメント系固化材用添加材を提供することである。
さらにまた、上記目的に加えて改良土壌からの六価クロム等の重金属の溶出がほとんどない、セメント系固化材用添加材を提供することである。
また本発明の他の目的は、前記本発明のセメント系固化材用添加材を任意のセメント系固化材に後添加して得られた火山灰質土壌改良材を用いて火山灰質土壌の早期強度増進改良を図ることができる、火山灰質土壌改良方法を提供することである。
また前記目的に加えて、改良土壌から六価クロム等の重金属の溶出がほとんどない、火山灰質土壌改良方法を提供することである。

本発明は、上記課題を解決するために、セメント系固化材用添加材について種々検討した結果、特定の材料を組み合わせ、これらの材料を一定範囲量で配合することにより、任意のセメント系固化材に後添加して火山灰質土壌を充分に固化することができる、セメント系固化材用添加材を見出したものである。また六価クロム等の重金属の溶出も少ない、セメント系固化材用添加材を見出したものである。

本発明のセメント系固化材用添加材は、火山灰質土壌用セメント系固化材に添加する添加材であって、消石灰と軽焼ドロマイトとを質量比で１：９〜５：５で配合してなることを特徴とする、セメント系固化材用添加材である。

また、本発明の火山灰質土壌改良方法は、上記本発明のセメント系固化材用添加材をセメント系固化材及び水と混合して火山灰質土壌改良材を調製し、該火山灰質土壌改良材を火山灰質土壌に混練後固化させることを特徴とする、火山灰質土壌改良方法である。

好適には、上記本発明の火山灰質土壌改良方法において、火山灰質土壌改良材は、前記セメント系固化材と前記セメント系固化材用添加材とを質量比で９５：５〜５０：５０の割合で混合されてなることを特徴とする。
さらに好適には、上記本発明の火山灰質土壌改良方法において、火山灰質土壌は、関東ローム土壌である。

本発明のセメント系固化材用添加材は、セメント系固化材に後添加することで、関東ローム土壌等の火山灰質土壌を十分に固化することができるため、事前に混合する必要がなく、任意のセメント系固化材に容易に適用することができ、汎用性が広範な添加材である。
また、本発明のセメント系固化材用添加材をセメント系固化材に後添加して得られた火山灰質土壌改良材を火山灰質土壌に適用することで、該土壌を十分に固化することができる。特に、同量の消石灰または軽焼ドロマイトを単独で用いた場合と比べて、得られる強度（一軸圧縮強度）は著しく高くなる。また消石灰または軽焼ドロマイトを単独で用いた場合と比較して、本発明の添加材は少量の添加で、同程度の強度発現性を得ることができる。またさらに、六価クロム等の重金属がほとんど溶出することもない。
これにより、本発明の火山灰質土壌改良方法は、関東ローム土壌等の火山灰質土壌の強度発現性を良好にすることができ、また六価クロム等の重金属がほとんど溶出することもなく、火山灰質土壌を十分に固化改良することが可能となる。

セメント系固化材のみ、及び、消石灰または軽焼ドロマイトをセメント系固化材に種々の割合で配合して得られた火山灰質土壌改良材を関東ローム土壌に混練した改良土の７日後及び２８日後の一軸圧縮強度を示す棒グラフである。セメント系固化材に、消石灰及び軽量ドロマイトを種々の配合割合で混合して得られた添加材を、質量比で９５：５の割合で配合して得られた火山灰質土壌改良材を関東ローム土壌に混練した改良土の７日後及び２８日後の一軸圧縮強度を示す棒グラフである。セメント系固化材に、消石灰及び軽量ドロマイトを種々の配合割合で混合して得られた添加材を、質量比で９３：７の割合で配合して得られた火山灰質土壌改良材を関東ローム土壌に混練した改良土の７日後及び２８日後の一軸圧縮強度を示す棒グラフである。セメント系固化材に、消石灰及び軽量ドロマイトを種々の配合割合で混合して得られた添加材を、質量比で９０：１０の割合で配合して得られた火山灰質土壌改良材を関東ローム土壌に混練した改良土の７日後及び２８日後の一軸圧縮強度を示す棒グラフである。セメント系固化材に、消石灰及び軽量ドロマイトを種々の配合割合で混合して得られた添加材を、質量比で８５：１５の割合で配合して得られた火山灰質土壌改良材を関東ローム土壌に混練した改良土の７日後及び２８日後の一軸圧縮強度を示す棒グラフである。セメント系固化材に、消石灰及び軽量ドロマイトを種々の配合割合で混合して得られた添加材を、質量比で８０：２０の割合で配合して得られた火山灰質土壌改良材を関東ローム土壌に混練した改良土の７日後及び２８日後の一軸圧縮強度を示す棒グラフである。

本発明を以下の好適例を例示しつつ説明するが、これらに限定されるものではない。
本発明のセメント系固化材用添加材は、火山灰質土壌用セメント系固化材に添加する添加材であって、消石灰と軽焼ドロマイトとを質量比で１：９〜５：５で配合してなる、セメント系固化材用添加材である。
該添加材は、上記構成を有することで、関東ローム土壌等の火山灰質土壌に対して、改良した土壌からの六価クロム等の重金属の溶出がほとんどなく、良好な強度発現性を有することができる。

該添加材は、消石灰と軽焼ドロマイトのみを質量比で１：９〜５：５、好ましくは１：９〜３：７で配合してなるものであり、予め消石灰と軽焼ドロマイトを配合して添加材を調製し、該添加材を任意のセメント系固化材に後添加して用いることができる。
または、任意のセメント系固化材に上記配合割合で消石灰と軽焼ドロマイトを直接後添加配合して用いてもよい。
これにより任意の市販のセメント系固化材に、添加材として後添加することで、火山質土壌改良材を容易に得ることが可能になる。

消石灰と軽焼ドロマイトの配合割合は質量比で１：９未満であると、消石灰または軽焼ドロマイトを単独で用いた場合と同等の強度発現性となる。また５：５を超えると消石灰または軽焼ドロマイトを単独で用いた場合よりは強度発現性は良好であるが、強度の伸びが少なくなってしまう。

前記本発明のセメント系固化材用添加材と配合されるセメント系固化材としては、市販されている任意のセメント系固化材を適用することができ、例えば、セメント、セメント及び石膏、その他のスラグ等の混和材を添加してなるものが例示できる。
ここで、セメントとしては、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、普通ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント、フライアッシュセメント、高炉セメント、シリカセメント等から選ばれる少なくとも１種類を用いることができる。
その粉末度などの物理的性質は、規格値に拘束されるものではないが、好適には、２０００〜６０００ｃｍ^２／ｇの粉末度ブレーン値を有するものを好適に使用できる。かかる範囲であると、土壌固化作用が良好であるとともに、ポンプ圧送も容易である。

また石膏の種類には、特に限定はなく、市場で入手できる種々の二水石膏、半水石膏、または無水石膏などから選ぶことができるが、特に二水石膏が好適に使用することができ、かかる二水石膏としては、天然石膏、排脱石膏、リン酸石膏、チタン酸石膏、フッ酸石膏等のいずれの石膏も利用することができる。
また石膏の粉末度は、特に限定されず、ブレーン比表面積１０００〜４０００ｃｍ^２／ｇ程度の粉末度のものを用いることが好ましい。
ブレーン比表面積がかかる範囲であると、土壌改良の工期が長期になることもなく、配合する際の粉砕コストを上昇させることもないからである。

また、スラグは、ポゾラン反応による強度増進に寄与する機能を有し、例えば製鉄所の高炉から副成する高炉スラグが例示され、従来の前記地盤改良方法に用いられているスラグを使用することができる。
かかるスラグの粉末の粉末度ブレーン比表面積は３０００〜５０００ｃｍ^２／ｇ、特に３５００〜４５００ｃｍ^２／ｇであることが好ましく、かかる範囲であると改良対象土壌の強度発現性が良好であるとともに、経済的である。

本発明の火山灰質土壌改良方法は、上記本発明のセメント系固化材用添加材を上記セメント系固化材及び水と混合して火山灰質土壌改良材（スラリー）を調製し、該火山灰質土壌改良材を火山灰質土壌と混練して固化させる。
好適には、セメント系固化材とセメント系固化材用添加材とは質量比で９５：５〜５０：５０の割合で、好適には９５：５〜８０：２０の割合で混合される。
かかる範囲でセメント系固化材と添加材とを混合することで、強度発現性に優れ、六価クロム等の重金属の溶出も少ない土壌改良体を構築できる。
また水は、得られる火山灰質土壌改良材の調製に特に格別の制限はないが、一般に水セメント質量比が４０％〜１００％となるように調製される。

火山灰質土壌改良材を火山灰質土壌に混練する方法は特に限定されず、公知の方法を適用することができ、通常５〜３０℃の温度、０〜２００ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力下において注入が行なわれ、機械オーガー撹拌装置又は高圧噴射装置などを用いることができる。

上記火山灰質土壌改良材の火山灰質土壌への注入量は特に制限はないが、改良対象火山灰質土壌１ｍ^３あたり、１５０〜５００ｋｇの割合で注入することが、関東ローム土壌等の火山灰質土壌の地盤改良を有効に進行させることができるので好ましい。

本発明のセメント系固化材用添加材を任意のセメント系固化材に後添加して土壌改良材に混練することで、火山灰質土壌の水和硬化が有効に進行し、これにより地盤に所望の強度を得ることができ、また六価クロム等の重金属の溶出も抑制することができる。特に、本発明のセメント系固化材を、消石灰または軽焼ドロマイトを単独で用いた場合と比較すると、少量の添加量で、同程度の２８日材齢一軸圧縮強さを得ることが可能となり、経済的である。

本発明を次の実施例及び比較例により説明するが、これらに限定されるものではない。
使用材料
・セメント系固化材：商品名タフロック３Ｅ住友大阪セメント株式会社製
・消石灰：商品名園芸用消石灰赤坂共同石灰化工株式会社製
・軽焼ドロマイト：栃木県葛生地方産出のドロマイト（住友大阪セメント株式会社唐沢鉱業所産、ブレーン値２５００ｃｍ^２／ｇ）より、８００℃の電気炉で６０分軽焼したもの。

（実施例１〜１５、比較例１〜１７）
上記各材料を使用して、次の表２に示す配合割合で、セメント系固化材に、消石灰および軽焼ドロマイトを添加してパン型強制ミキサ（型番ダマカットミキサー、岡三機工（株））を用いて空練し、次いで水を水／セメント（Ｗ／Ｃ）が８０質量％となるように添加して、更に均質に混合して、各火山灰質土壌改良材（スラリー）を得た。
得られた実施例１〜１５、比較例１〜１７の各火山灰質土壌改良材を、下記表１の関東ローム土壌に対して、各火山灰質土壌改良材を３００ｋｇ／ｍ^３配合混練して固化させた。

上記各火山灰質土壌改良材を配合混練した各改良土を、常温（２５℃）で気中養生して、ＪＩＳＡ１２１６の「土の一軸圧縮試験方法」に準じて改良土の一軸圧縮強度（ｋＮ／ｍ^２）を材齢７日後及び２８日後に測定した。
その結果を表３に示す。

更に上記いくつかの火山灰質土壌改良材を配合混練した改良土中の六価クロムの溶出量を環境庁告示第４６号方法で試験して測定した。その結果を表４に示す。

これらの結果より、本発明の実施例の、消石灰及び軽焼ドロマイトを特定の割合で配合したセメント系固化材用添加材を用いることで、同量の消石灰又は軽焼ドロマイトを単体で添加した改良土に比べて、関東ローム土壌等の火山灰質土壌の強度増進を図ることができる。

本発明のセメント系固化材用添加材は、火山灰質土壌を改良するために用いる市販のセメント系固化材に後添加して火山灰質土壌改良材を得ることができ、強度増進を図ることができるので、関東ローム土壌のような火山灰質土壌に適用することができる。

Claims

火山灰質土壌用セメント系固化材に後添加する添加材であって、消石灰と軽焼ドロマイトとを質量比で１：９〜５：５で配合してなることを特徴とする、セメント系固化材用添加材。
請求項１記載のセメント系固化材用添加材をセメント系固化材及び水と混合して火山灰質土壌改良材を調製し、該火山灰質土壌改良材を火山灰質土壌に混練し固化させることを特徴とする、火山灰質土壌改良方法。
請求項２記載の火山灰質土壌改良方法において、火山灰質土壌改良材は、セメント系固化材とセメント系固化材用添加材とを質量比で９５：５〜５０：５０の割合で混合されてなることを特徴とする、火山灰質土壌改良方法。
請求項２又は３記載の火山灰質土壌改良方法において、火山灰質土壌は、関東ローム土壌であることを特徴とする、火山灰質土壌改良方法。