JP6536215B2 - 地盤改良材及び地盤改良方法 - Google Patents
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Description
本実施形態の地盤改良材は、セメントクリンカーと、石膏と、アルミン酸カルシウム水和物を含む無機系粉末とを含む。この地盤改良材は、従来の地盤改良材では十分な固化強度を確保しにくかった土壌(例えばロームや有機質土)に対しても十分な強度発現性を発揮できる。
セメントクリンカーとして、例えば普通ポルトランドセメントクリンカー、早強ポルトランドセメントクリンカー等の各種セメントクリンカーが挙げられる。これらのセメントクリンカーとともに又は代わりに以下の環境負荷低減クリンカーを使用してもよい。環境負荷低減クリンカーを使用することで、原料の一部として廃棄物や産業副産物を十分に有効利用できるとともに製造過程におけるCO2発生量を十分に低減できる。
HM=CaO/(SiO2+Al2O3+Fe2O3)・・・(1)
SM=SiO2/(Al2O3+Fe2O3)・・・(2)
IM=Al2O3/Fe2O3・・・(3)
C3S量=(4.07×CaO)−(7.60×SiO2)−(6.72×Al2O3)−(1.43×Fe2O3)
C2S量=(2.87×SiO2)−(0.754×C3S)
C3A量=(2.65×Al2O3)−(1.69×Fe2O3)
C4AF量=3.04×Fe2O3
地盤改良材における石膏の質量割合は、セメントクリンカー100質量部に対し、好ましくは5〜30質量部であり、より好ましくは10〜25質量部であり、更に好ましくは15〜20質量部である。地盤改良材における石膏の質量割合が5質量部未満であると固化処理土の強度発現性が不十分となりやすい。なお、地盤改良材における石膏の質量割合が増えるほど、固化処理土の強度発現性は向上する傾向があるが、30質量部を超えると添加効果が飽和する。
無機系粉末はアルミン酸カルシウム水和物を含有する。アルミン酸カルシウム水和物としては、市販あるいは天然に存在するもの、液相法、水熱合成法によって合成したもの、およびこれらの混合物および粉砕物などを使用することができる。上述のとおり、無機系粉末のアルミン酸カルシウム水和物含有量は、好ましくは20質量%以上であり、より好ましくは50質量%以上であり、更に好ましくは70質量%以上である。無機系粉末が実質的にアルミン酸カルシウム水和物の粉末からなることが特に好ましい。地盤改良材の水和活性を適度な程度とするため、セメントクリンカーと石膏と高炉スラグの合計量100質量部に対するアルミン酸カルシウム水和物の含有量は好ましくは0.1〜5.0質量部であり、より好ましくは0.1〜4.0質量部であり、更に好ましくは0.1〜3.0質量部である。地盤改良材におけるアルミン酸カルシウム水和物の質量割合が0.1質量部未満であると無機系粉末の配合効果が不十分となりやすく、5.0質量部を超えると長期的な強度発現性が低下しやすくなる。
上記地盤改良材は、適度な量の高炉スラグを更に含むことが好ましい。高炉スラグの具体例として、高炉水砕スラグ、高炉徐冷スラグ等が挙げられる。地盤改良材における高炉スラグの含有量は、地盤改良材100質量部に対して好ましくは5〜80質量部であり、より好ましくは10〜70質量部であり、更に好ましくは20〜50質量部である。地盤改良材における高炉スラグの質量割合が5質量部未満では産業副産物(高炉スラグ)の有効利用が不十分となりやすく、また関東ロームのような火山灰質粘性土を処理する場合、固化処理条件によってはクロムなどの重金属の溶出量の低減効果が不十分となりやすい。他方、地盤改良材における高炉スラグの質量割合が80質量部を超えると、固化処理土の強度が不十分となりやすい。
上記地盤改良材の製造方法について説明する。この製造方法は、原料調合工程と、焼成工程と、粉砕工程とをこの順序で含む。原料調合工程と焼成工程を経ることによってセメントクリンカーが製造され、その後の粉砕工程を経ることで地盤改良材が製造される。ここでは、環境負荷低減クリンカーを製造し、これをセメントクリンカーとして使用する場合を例示するが、これに代わりに例えば購入した各種ポルトランドセメントを使用してもよい。
原料調合工程は、諸率(水硬率、ケイ酸率及び鉄率)が上記範囲であり且つボーグ式によって算定される構成化合物量(C3A量及びC4AF量)が上記範囲である環境負荷低減クリンカーが得られるように原料を調合する工程である。つまり、この工程では、所望の物性(諸率及び構成化合物量)の環境負荷低減クリンカーが得られるように原料を選択するとともにその使用量(原料原単位)を調整する。
・石灰石:800〜1300kg、より好ましくは900〜1200kg、更に好ましくは1000〜1150kg。
・珪石:0〜100kg、より好ましくは0〜50kg、更に好ましくは0〜20kg。
・粘土系廃棄物:250〜600kg、より好ましくは300〜500kg、更に好ましくは350〜450kg。
・鉄原料:0〜30kg、好ましくは0〜20kg、更に好ましくは0〜10kg、特に好ましくは0kg。
焼成工程は、原料調合工程を経て得られた原料を焼成することによって環境負荷低減クリンカーを得る工程である。この工程を実施するための設備としては、NSPキルン、SPキルンなどが挙げられる。これらの設備は、焼成温度を測定する焼点温度測定機と、f.CaO量測定機(もしくはf.CaO量分析装置)とを有していることが好ましい。
粉砕工程は、環境負荷低減クリンカーと、石膏と、無機系粉末と、必要に応じて高炉スラグとを含む混合物を粉砕することによって地盤改良材を得る工程である。この工程を実施するための設備としては、ボールミル、竪型ローラーミルなどが挙げられる。セメントクリンカーに石膏を添加する際に、高炉スラグや石炭灰を添加してもよい。
B=C/(22.7×1000)×18×100
B:地盤改良材100gあたりの水蒸気吸着量(g/100g)
C:地盤改良材1gあたりの水蒸気吸着量(cm3(STP)/g)
本実施形態の地盤改良方法は、上記の地盤改良材と、土壌とを混合する工程を備える。対象の土壌として、ローム、粘土、砂質土、有機質土などが挙げられる。本実施形態の地盤改良方法は従来の地盤改良材では十分な固化強度を確保しにくかったロームや有機質土に対しても十分な強度発現性を有する。土壌1m3にする地盤改良材の混合量は、土壌の固化強度を十分に高める観点から、好ましくは30〜500kgであり、より好ましくは50〜450kgであり、更に好ましくは200〜400kgである。土壌と地盤改良材の混合方法は、従来の地盤改良材と同様に、粉体として土壌に添加して混合する、あるいは水を混ぜてスラリーとして土壌に混合することが可能である。
表1に示す化学組成の原料と、以下の試薬とを準備した。
・二水石膏:和光純薬株式会社製、試薬特級、純度98.0%
・炭酸ナトリウム(Na2CO3):和光純薬株式会社製、試薬特級、純度99.8%
・炭酸カリウム(K2CO3):和光純薬株式会社製、試薬特級、純度99.5%
HM=CaO/(SiO2+Al2O3+Fe2O3)
SM=SiO2/(Al2O3+Fe2O3)
IM=Al2O3/Fe2O3
C3S=4.07×CaO−7.60×SiO2−6.72×Al2O3−1.43×
Fe2O3
C2S=2.87×SiO2−0.75×C3S
C3A=2.65×Al2O3−1.69×Fe2O3
C4AF=3.04×Fe2O3
セメントクリンカー(K1,K3,K4,K7)に以下の石膏、高炉スラグ及び/又はアルミン酸カルシウム水和物粉末を加え、表6及び表7に示す配合の地盤改良材を得た。粉砕処理にはボールミルを使用し、有機系粉砕助剤としてジエチレングリコール(DEG)を使用した。表6,7に示すとおり、有機系粉砕助剤の添加量は、セメントクリンカーと石膏と高炉スラグの合計量を基準(外割質量)とした。地盤改良材の粉末度はいずれもブレーン比表面積で4500±50cm2/gとした。
・石膏:フッ酸無水石膏(セントラル硝子製、SO3量:58.1%、ブレーン比表面積:3700cm2/g)
・高炉スラグ:高炉水砕スラグ微粉末(千葉リバーメント株式会社製、SO3量:0.1質量%、硫化物硫黄含有量:0.861質量%、ブレーン比表面積:3460cm2/g)
・アルミン酸カルシウム水和物粉末(無機系粉末):REMONDIS社製
対象土はローム(自然含水比:132.6%、湿潤密度:1.361g/cm3、礫分:0.1%、砂分:11.0%、細粒分:88.9%)とし、ローム1m3あたり地盤改良材の配合量が300kgとなるようにロームと地盤改良材を配合し、ホバートミキサーで3分間よく混合した後、円柱形の型枠に詰めて固化処理土供試体を作製した。
固化処理土について、20℃で7日間及び28日間の養生後、針貫入試験機(丸東製作所製、SH−70)にて針の貫入量が10mmとなるときの貫入力を測定し、貫入勾配を算出した。更に、貫入勾配から固化処理土の強度を算出した。なお、固化処理土の強度算出には以下の式を用いた。
A=94.248X1.2567
A:固化強度(N/mm2)
X:針貫入勾配(N/mm)=貫入力(N)/貫入量(mm)
表8及び表9に固化処理土の固化強度試験結果を示す。表8は表6に示す地盤改良材(高炉スラグの配合なし)の結果を示し、表9は表7に示す地盤改良材(高炉スラグの配合あり)の結果を示している。
Claims (8)
- セメントクリンカーと、
石膏と、
アルミン酸カルシウム水和物を含む無機系粉末と、
を含み、
前記アルミン酸カルシウム水和物がエトリンガイトを含み、
前記セメントクリンカーと前記石膏との合計量100質量部に対する前記アルミン酸カルシウム水和物の含有量が0.1〜5.0質量部であり、
前記アルミン酸カルシウム水和物のエトリンガイト含有量が粉末X線回折パターンのリートベルト解析による定量値で50質量%以上である、地盤改良材。 - セメントクリンカーと、
石膏と、
アルミン酸カルシウム水和物を含む無機系粉末と、
高炉スラグと、
を含み、
前記アルミン酸カルシウム水和物がエトリンガイトを含み、
前記セメントクリンカーと前記石膏と前記高炉スラグの合計量100質量部に対する前記アルミン酸カルシウム水和物の含有量が0.1〜5.0質量部であり、
前記アルミン酸カルシウム水和物のエトリンガイト含有量が粉末X線回折パターンのリートベルト解析による定量値で50質量%以上である、地盤改良材。 - 当該地盤改良材100質量部に対する前記高炉スラグの含有量が5〜80質量部であり、
当該地盤改良材100質量部に対するSO3量が1.5〜15.0質量部である、請求項2に記載の地盤改良材。 - 前記セメントクリンカーは、水硬率(HM)が1.75〜2.20、ケイ酸率(SM)が1.50以上2.50未満、鉄率(IM)が3.0〜10.0であり且つボーグ式にて算定されるC3A量が15質量%以上、C4AF量が0.5〜10質量%である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の地盤改良材。
- 前記セメントクリンカーの遊離石灰(f.CaO)含有量が8.0質量%未満である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の地盤改良材。
- 前記セメントクリンカーのモリブデン含有量が30mg/kg以下である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の地盤改良材。
- 前記セメントクリンカーは、全クロム含有量が100mg/kg以下であり且つ鉛含有量が100mg/kg以下である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の地盤改良材。
- 請求項1〜7のいずれか一項に記載の地盤改良材を用いる地盤改良方法。
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