JP6776391B2 - 地盤改良用材料、セメントミルク、及び地盤改良方法 - Google Patents

Description

本発明は、地盤改良用材料、これを含むセメントミルク、及びこれらを用いた地盤改良方法に関する。

軟弱地盤のような不安定な地盤を改良するためには、軟弱な地盤を硬化、安定化させなければならない。その方法として、地盤改良用材料に水を混合したセメントミルク（セメントスラリー）を地盤に混合して固化させる方法、あるいは地盤改良用材料を粉体のまま直接地盤に混合して固化させる方法がある。このような方法は、地盤改良工法、山留め工法、基礎杭工法、埋め戻し工法等と呼ばれている。
地盤改良方法としては、深層混合処理工法または浅層混合処理工法等があり、山留め工法はソイルセメント柱列壁工法、ソイルセメント地中壁工法等があり、基礎杭工法の代表例は、鋼管ソイルセメント杭工法や鋼管の代わりにＰＨＣ杭等の既製杭を使用する合成杭工法等がある。

地盤改良に用いる地盤改良用材料として、特許文献１は、微粒子状の水砕スラグと、微粒子状の消石灰や生石灰と、チオ硫酸塩のような水溶性硫酸塩と、炭酸アルカリ金属塩とを含有してなる地盤固結改良剤を開示する。

また、特許文献２は、早強ポルトランドセメント、増量材及び還元剤を含む再掘削用固化材を、所定のポゾラン活性度の対象土に添加し混合する地盤改良方法を開示する。

特開平１１−２９３２４３号公報 特開２０１０−２２２７９５号公報

特許文献１、２は、施工後の固化強度についての検討はなされているが、地盤改良材の取り扱い性、セメントミルクのブリーディング率、特に施工時の粘度についての検討はなされていない。地盤改良材の粘度が高いと、作業時間の制約や流動性を保つための他の手段が必要となりコストが高くなってしまうことがある。また、セメントミルクのブリーディング率が高いと地盤と混合する際、水分が多い部分や少ない部分が生じ、均一な改良体が得られないことやポンプ圧送性が悪くなる場合がある。

以上から、本発明は、セメントミルクとした際のブリーディング率が低く、地盤改良施工時に低い粘度を有しながら、施工後に高い強度発現性を発揮し得る地盤改良用材料を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決すべく種々検討を行った結果、特定の地盤改良用混和剤を含有させ、かつ、地盤改良用材料中の塩素量を特定の範囲にすることで、上記課題を解決できることを見出した。すなわち本発明は下記のとおりである。

［１］ 地盤改良用混和剤と、セメントとを含む地盤改良用材料であって、前記地盤改良用混和剤がチオ硫酸塩を含み、前記地盤改良用材料に含まれる塩素の量が、４０ｐｐｍ〜２０００ｐｐｍである、地盤改良用材料。
［２］ 前記地盤改良用混和剤のｐＨが６〜９、酸化還元電位が−５０〜０ｍＶ、固形分濃度が２０〜６０％である［１］に記載の地盤改良用材料。
［３］ 前記チオ硫酸塩がチオ硫酸ナトリウムである［１］又は［２］に記載の地盤改良用材料。
［４］ 前記セメント１００質量部に対し、前記地盤改良用混和剤が０．３〜５質量部である、［１］〜［３］のいずれかに記載の地盤改良用材料。
［５］ ［１］〜［４］のいずれかに記載の地盤改良用材料と、水とを含むセメントミルク。
［６］ ［５］に記載のセメントミルクを地盤中に注入し、前記地盤の土と混合して硬化させる地盤改良方法。

本発明によれば、地盤改良施工時に低い粘度を有しながら、施工後に高い強度発現性を発揮し得る地盤改良用材料を提供することができる。

以下、本発明の実施形態（本実施形態）について詳細に説明する。なお、本明細書で使用する部や％は特に規定のない限り質量基準である。

［１．地盤改良用材料］
本実施形態の地盤改良用材料は、地盤改良用混和剤と、セメントとを含む。そして、地盤改良用混和剤がチオ硫酸塩を含み、地盤改良用材料に含まれる塩素の量が、４０ｐｐｍ〜２０００ｐｐｍである。

本実施形態においては、地盤改良用混和剤であるチオ硫酸塩と、セメントとを含むことで初期強度発現性を向上させることができるため、地盤改良の施工後に高い強度が得られる。また、本発明では、地盤改良用材料に含まれる塩素の量に着目し、主に地盤改良用材料の粘度及び施行後の強度に塩素量が影響することを突き止めた。すなわち、地盤改良用材料に含まれる塩素の量が、４０ｐｐｍ未満だと、地盤改良用材料の粘度が高くなってしまい、また、強度の低下をもたらしてしまう。塩素の量が、２０００ｐｐｍを超えると、強度の低下をもたらしてしまう。
地盤改良用材料に含まれる塩素の量は、５０〜１５００ｐｐｍであることが好ましく、１００〜１０００ｐｐｍであることがより好ましい。

地盤改良用材料に含まれる塩素の量は、例えば、地盤改良用材料を作製する際に塩素を含有する混和剤、例えば、塩化ナトリウムを添加して調整することができる。また、塩素の量は後述の実施例に記載の方法で測定することができる。

（地盤改良用混和剤）
本実施形態に係る地盤改良用混和剤はチオ硫酸塩を含み、地盤改良用材料に添加して、主にセメントミルクのブリーディング率の低減、粘度の低減及び地盤改良の施工後に高い強度発現に寄与する混和剤をいう。
ここで、ブリーディング率とは、後述する実施例に記載する方法で測定される材料分離の割合をいう。

地盤改良用混和剤におけるチオ硫酸塩の含有量は、上記の効果を十分に発揮する観点から、９０質量％以上であることが好ましく、９５質量％以上であることがより好ましい。
チオ硫酸塩以外に含有し得るものとしては、塩素、フッ素、硫黄等が挙げられる。
なお、地盤改良用混和剤はそれ単独でも使用できるが、水等と混合した混合物として使用に供することもできる。

また、セメントミルクのブリーディング率の低減、粘度の低減及び地盤改良の施工後に高い強度発現に寄与する観点から、地盤改良用混和剤のｐＨは５〜１０であることが好ましく、６〜９であることがより好ましい。
ここで、地盤改良用混和剤のｐＨとは、地盤改良用混和剤３０ｇに純水１００ｍｌを加え撹拌して混合物とした後の上澄み液のｐＨを意味し、ｐＨ計を用いることで測定することができる。そして、ｐＨを５〜１０とするには、当該混合物に対して酸又はアルカリ等を添加して調整することができる。

さらにセメントミルクのブリーディング率の低減、粘度の低減及び地盤改良の施工後に高い強度発現に寄与する観点から、地盤改良用混和剤の酸化還元電位は−６０〜０ｍＶであることが好ましく、−５０〜０ｍＶであることがより好ましい。
ここで、地盤改良用混和剤の酸化還元電位とは、地盤改良用混和剤３０ｇに純水１００ｍｌを加え撹拌して混合物とした後の上澄み液の酸化還元電位を意味し、酸化還元電位（ＯＲＰ）計を用いることで測定することができる。そして、酸化還元電位を−６０〜０ｍＶとするには、当該混合物に対して酸素をバブリングさせることで調整することができる。

チオ硫酸塩としては、チオ硫酸ナトリウム、チオ硫酸カルシウム、チオ硫酸カリウム、チオ硫酸リチウム、チオ硫酸アンモニウム等が挙げられ、なかでもチオ硫酸ナトリウム、チオ硫酸カルシウムであることが好ましく、チオ硫酸ナトリウムがより好ましい。チオ硫酸塩は１種又は２種以上を用いることができる。

水を混合して混合物した地盤改良用混和剤における固形分濃度は、液体の安定性の観点から、２０〜７０％であることが好ましく、３０〜５０％であることがより好ましい。

地盤改良用混和剤は、セメント１００部に対し、０．２〜８部であることが好ましく、０．３〜５部であることがより好ましく、０．４〜２部であることがさらに好ましく、なかでも、０．４〜１部であることが好ましい。上記範囲であることで、セメントミルクのブリーディング率の低減、粘度の低減及び地盤改良の施工後に高い強度発現に寄与することができる。

（セメント）
セメントとしては、普通、早強、超早強、低熱、及び中庸熱等の各種ポルトランドセメントや、これらポルトランドセメントに、高炉スラグ、フライアッシュ又はシリカを混合した各種混合セメント、石灰石粉末や石膏や高炉徐冷スラグ微粉末等を混合したフィラーセメント、ならびに、都市ゴミ焼却灰や下水汚泥焼却灰を原料として製造された環境調和型セメント（エコセメント）等のポルトランドセメント、ならびに、市販されている地盤改良工事で用いられるセメント系固化材、市販されている微粒子セメント等が挙げられ、これらのうちの１種又は２種以上が使用可能である。また、通常セメントに使用されている成分量を増減して調整されたものも使用可能である。

地盤改良用材料は、例えば、地盤改良用混和剤とセメントとを混合して作製することができる。
また、このときの酸化還元電位は、セメントミルクのブリーディング率の低減、粘度の低減及び地盤改良の施工後に高い強度発現の観点から、−１００〜２０ｍＶであることが好ましく、−５０〜１０ｍＶであることがより好ましい。
なお、酸化還元電位の測定は既述のとおりに行う。

［２．セメントミルク］
本実施形態のセメントミルクは、本発明の地盤改良用材料と、水とを含む。
本実施形態で使用する水の使用量は、土の含水比等で異なり、特に限定されるものではないが、通常、セメント１００部に対して、３０〜５００部が好ましく、５０〜３００部がより好ましい。３０〜５００部であることで、良好な流動性と強度発現性とが得られやすくなる。

さらに、粘度を低下させるものとして、リン酸塩、アルカリ金属炭酸塩、オキシカルボン酸類があり、これらを併用することも可能である。また、ナフタレン類、メラミン類、アミノスルホン酸類、ポリカルボン酸類またはポリエーテル類からなる１種または２種の液体減水剤を併用することでさらなる流動性の向上を図ることができる。ナフタレン類、メラミン類、アミノスルホン酸類、ポリカルボン酸類またはポリエーテル類としては、分子量や重合度など特に限定されるものではない。

［３．地盤改良方法］
本実施形態の地盤改良方法は、本発明のセメントミルクを地盤中に注入し、地盤の土と混合して硬化させることを含む方法である。すなわち、地盤の土と混合してスライムとした後、これを硬化させて地盤改良を行う方法である。本発明のセメントミルクは、本発明の地盤改良用材料を含むため、地盤改良施工時のスライムが低粘度化し、施工後には高い強度発現性を発揮される。
地盤改良方法における注入箇所としては、軟弱な地盤の改良であれば特に限定されるものではなく、例えば、港湾、護岸、空港等の構造物、地盤の悪い都市部や山間部等の各種構造物が立地している地盤に適用でき、止水や遮水グラウト、ヒービング防止グラウト、沈下防止グラウト、ブロー防止グラウト、土圧軽減グラウト、支持力増加グラウト、吸出し防止グラウト等を目的として使用できる。粘度が低いため浸透性が良好となり、礫を含むような砂質土地盤への適用も可能であり、液状化防止対策としても有効に機能する。特に、礫質地盤又は粗砂地盤に注入する場合、地下水や海水の動きがあっても薬液の逸流や希釈を防止しつつ注入することができるので、上記現場での使用が好ましい。

本実施形態における施工設備については特に限定されるものではなく、通常の薬液注入で使用している施工設備を用いることができ、通常実施している注入設計と施工方法に準拠すればよい。例えば、ミキサーで調製した懸濁溶液をポンプでホースを介して圧送し、地中に配置したロッドを介して注入材を注入する方法が挙げられる。その際に使用するロッドは特に限定されるものではないが、単管ロッド、単管ストレーナロッド、二重管ロッド、二重管のダブルパッカー方式ロッドなどが使用できる。

本発明のセメントミルクは、地盤を構成する粘性土等の土成分１００容量部に対して２０〜２００容量部注入することが好ましく、４０〜１００容量部注入することが好ましい。

以下、実施例、比較例を挙げてさらに詳細に内容を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

＜使用材料＞
実施例及び比較例で使用した材料を以下に記す。
（チオ硫酸塩）
・チオ硫酸ナトリウム：一級試薬
・チオ硫酸カルシウム：一級試薬

（セメント）
・セメント系固化材：デンカ社製の「ＳＰ−２０」

（粘性土）
・東京湾産粘性土、含水率４５．６％、湿潤密度１．３２ｇ／ｃｍ^３

［実施例１］
（地盤改良混和剤の調製）
表１に示すチオ硫酸塩を純水に所定の固形分濃度となるように入れ、スターラーで１０分間攪拌させ、地盤改良混和剤を調製した。ｐＨは水酸化ナトリウム水溶液を用いて調整し、ＯＲＰは酸素でバブリングさせ調整した。

（地盤改良用材料の調製）
次いで、セメント１００部に対して、調製した混和剤を０．５部と、塩素含有混和剤（材質名：塩化ナトリウム）を混合し、表１に示す塩素量の地盤改良用材料を調製した。

（セメントミルクの調製）
調製した地盤改良用材料にさらに、セメント１００部に対して、水１５０部を添加し、モルタルミキサーを用いて２分間混合してセメントミルクを調製した。

（スライムの調製）
得られたセメントミルクを、含水率４５．６％の粘性土と、容積比で１：２の割合でモルタルミキサーを用いて３分間混合し、混合してスライムを得た。

＜地盤改良用材料中の塩素濃度＞
作製した地盤改良用材料について、ＪＩＳ Ｒ ５２０２に準拠して塩素濃度を測定した。結果を下記表１に示す。

＜ブリーディング率＞
土木学会標準示方書（ＪＳＣＥ−Ｆ５４２）「充てんモルタルのブリーディング率および膨張率試験方法」に準じてブリーディング率を測定した。
なお、ブリーディングの発生は材料分離の発生を意味し、品質安定の観点から当該ブリーディング率は、３０％以下が好ましい。

＜圧縮強度＞
得られたスライムを４ｃｍ×４ｃｍ×１６ｃｍの型枠に流し込み、硬化後脱型して得た供試体を、温度２０℃で封緘養生し、材齢２８日における圧縮強度を測定した。圧縮強度は１Ｎ／ｍｍ^２以上であることが好ましい。結果を下記表１に示す。

＜粘度測定＞
得られたスライムを温度２０℃、湿度８０％、回転数２０ｒｐｍの条件下でＢ型粘度計により練混ぜ直後の粘度値を測定した。粘度は５０００ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましい。結果を下記表１に示す。

［実施例２〜９、比較例１〜３］
表１に示す配合、ｐＨ、酸化還元電位とした以外は実施例１と同様にして地盤改良用混和材を作製した。実施例１と同様にして塩素濃度を測定した。また、セメントと地盤改良用混和材との配合割合を表１に示すとおりとした以外は実施例１と同様にして地盤改良用材料を作製した。実施例１と同様にして粘度測定及び圧縮強度の測定を行った。これらの結果を表１に示す。
なお、塩素濃度は、塩化ナトリウムを添加して調整した。

Claims (6)

1. 地盤改良用混和剤と、セメントとを含む地盤改良用材料であって、
   前記地盤改良用混和剤がチオ硫酸塩を含み、
   前記地盤改良用材料に含まれる塩素の量が、４０ｐｐｍ〜２０００ｐｐｍである、地盤改良用材料。
2. 前記地盤改良用混和剤のｐＨが６〜９、酸化還元電位が−５０〜０ｍＶ、固形分濃度が２０〜６０％である請求項１に記載の地盤改良用材料。
3. 前記チオ硫酸塩がチオ硫酸ナトリウムである請求項１又は２に記載の地盤改良用材料。
4. 前記セメント１００質量部に対し、前記地盤改良用混和剤における前記チオ硫酸塩が０．３〜５質量部である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の地盤改良用材料。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の地盤改良用材料と、水とを含むセメントミルク。
6. 請求項５に記載のセメントミルクを地盤中に注入し、前記地盤の土と混合して硬化させる地盤改良方法。