JP7330050B2

JP7330050B2 - セメント量の推定方法

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Publication number: JP7330050B2
Application number: JP2019183056A
Authority: JP
Inventors: 侑也依田; 美治浅香
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2019-10-03
Filing date: 2019-10-03
Publication date: 2023-08-21
Anticipated expiration: 2039-10-03
Also published as: JP2021059851A

Description

本発明は、例えば地盤改良工事等で施工されるソイルセメントに含まれるセメント量の推定方法に関するものである。

従来、地盤改良工事等では、ポルトランドセメント・石膏・高炉スラグ微粉末などで構成される水硬性粉体（以下、固化材という。）を使用しているが、その種類は多数あるのが現状である。そのため、原位置から改良体を採取し、固化材量（セメント量）の推定を実施する場合、固化材の反応特性や固化特性が異なるため、迅速かつ正確にセメント量を推定することは難しい。

一方、従来の地盤改良体の強度推定方法として、例えば特許文献１～７に示すような方法が知られている。特許文献１および特許文献２は、温度などによる促進養生から約１日後強度を推定するものであるが、管理供試体とは養生方法が異なるため、様々な補正を行わなければならず、促進養生装置なども必要である。このため、手間や費用が掛かるといった問題があった。

特開２００２－９７６３０号公報特開２０１０－２５５３１８号公報特開２０１８－１９９９３５号公報特開２０１７－８９１５９号公報特開２０１７－８２５３３号公報特開２０１０－２５６１９１号公報特開平８－７５６７９号公報

このため、手間や費用を掛けることなく迅速かつ安価にセメント量を推定することができる技術が求められていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、迅速かつ安価に実施することができるセメント量の推定方法を提供することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るセメント量の推定方法は、セメントを含有する材料中のセメント量を推定する方法であって、材料と酸を接触させるステップと、材料中のセメントと酸を中和反応させた際の少なくとも初期のｐＨの時間変化特性を取得するステップと、取得した時間変化特性に基づいてセメント量を推定するステップとを有することを特徴とする。

また、本発明に係る他のセメント量の推定方法は、上述した発明において、土質材料と、セメントを含む固化材とを所定の割合で混合して、セメントを含有する材料の試料を作製し、作製した試料を酸で中和反応させた際のｐＨの時間変化特性が所定の基準特性となるような酸の基準量を固化材の種類ごとに求めるステップをさらに有し、土質材料と酸の基準量が求められた所定の固化材とを混合して作製された材料であるソイルセメントを、酸の基準量に応じた量の酸で中和反応させた際の少なくとも初期のｐＨの時間変化特性を取得し、取得した時間変化特性と基準特性とに基づいてセメント量を推定することを特徴とする。

また、本発明に係る他のセメント量の推定方法は、上述した発明において、取得した時間変化特性が基準特性に適合する場合の酸の量と、酸の基準量の割合に応じてセメント量を推定することを特徴とする。

また、本発明に係る他のセメント量の推定方法は、上述した発明において、基準特性は、ｐＨが２．０の酸で中和反応させた際の１分後のｐＨが４±２で、３０分後のｐＨが８．０±１で、６０分後のｐＨが９．０±０．５であることを特徴とする。

本発明に係るセメント量の推定方法によれば、セメントを含有する材料中のセメント量を推定する方法であって、材料と酸を接触させるステップと、材料中のセメントと酸を中和反応させた際の少なくとも初期のｐＨの時間変化特性を取得するステップと、取得した時間変化特性に基づいてセメント量を推定するステップとを有するので、迅速かつ安価にセメント量を推定することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他のセメント量の推定方法によれば、土質材料と、セメントを含む固化材とを所定の割合で混合して、セメントを含有する材料の試料を作製し、作製した試料を酸で中和反応させた際のｐＨの時間変化特性が所定の基準特性となるような酸の基準量を固化材の種類ごとに求めるステップをさらに有し、土質材料と酸の基準量が求められた所定の固化材とを混合して作製された材料であるソイルセメントを、酸の基準量に応じた量の酸で中和反応させた際の少なくとも初期のｐＨの時間変化特性を取得し、取得した時間変化特性と基準特性とに基づいてセメント量を推定するので、ソイルセメントに使用する固化材の種類に応じてセメント量を推定することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他のセメント量の推定方法によれば、取得した時間変化特性が基準特性に適合する場合の酸の量と、酸の基準量の割合に応じてセメント量を推定するので、容易にセメント量を推定することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他のセメント量の推定方法によれば、基準特性は、ｐＨが２．０の酸で中和反応させた際の１分後のｐＨが４±２で、３０分後のｐＨが８．０±１で、６０分後のｐＨが９．０±０．５であるので、中和反応させてから短時間でセメント量を推定することができるという効果を奏する。

図１は、本発明に係るセメント量の推定方法の実施の形態で使用する基準曲線を示す図である。図２は、基準曲線を得られる酸の量（基準量）を示すテーブル図である。図３は、実験水準を示すテーブル図である。図４は、実験結果を示す時間変化特性を示す図である。

以下に、本発明に係るセメント量の推定方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

本発明のセメント量の推定には、施工現場で使用する固化材と土を混合したソイルセメントを酸で中和した際のｐＨの変化速度（時間変化特性）を利用する。酸は、例えばｐＨ＝２．０程度に調整した一定濃度の酸を用いることができ、例えば塩酸や有機酸などの酸を使用することができる。

次に、本発明の基本原理について説明する。
（１）基準曲線
まず、施工現場で使用する一定量の固化材と酸を反応させた際の、ｐＨの時間変化特性（基準特性）を作成する。ここでは、施工現場で実際に用いる湿潤土９．０ｇ（この例では関東ローム層の土）と固化材１．０ｇをよく混合させ、約１００ｍｌの水中で酸を用いて中和させる場合を例にとり説明する。なお、時間変化特性（基準特性）は、ｐＨ＝２．０の酸を水中に入れてから１分でのｐＨ＝４±２、３０分でのｐＨ＝８．０±１、６０分でのｐＨ＝９．０±０．５となるような基準曲線の酸の基準量を取得することが望ましいが、本発明はこれに限るものではない。基準曲線（基準特性）を取得した一例を図１に示す。

（２）酸の基準量
さまざまな種類の固化材で、例えば湿潤土９．０ｇと固化材１．０ｇをよく混合させ、約１００ｍｌの水中で酸を用いて中和させ、固化材ごとに基準曲線となるような酸の基準量を把握しておく。施工現場では、この中から使用する固化材を選択し、酸の基準量を把握する。図２に、ｐＨ＝２．０程度の一定濃度の酸を使用した際に、基準曲線を取得した酸の基準量を示す。この酸の基準量は、固化材ごとに、さまざまな値となることが確認できる。

（３）セメント量の推定
ソイルセメントを模擬した試料を作製し、この試料と基準曲線を得る酸の基準量からセメント量の推定が可能かを調べる実験を実施した。試料は、図３に示すように、セメントと土（湿潤土）を各調合で混合したもの（試料１～４）を使用した。試料１～４のセメント量は、それぞれ質量比で５％、１０％、２０％、３０％である。固化材は、図２のＨを使用し、１００ｍｌの水中で酸を用いて中和させる実験を実施した。Ｈの酸の基準量は、図２から７０ｇであるから、各試料１～４に対して図３に示す量の酸を入れた際に、それぞれのｐＨの時間変化特性を示す曲線が、基準曲線とほぼ同等となれば、セメント量を推定できていると判断できる。

実験結果を図４に示す。全ての試料１～４において、ｐＨ＝２．０の酸を入れてから１分でのｐＨ＝４±２、３０分でのｐＨ＝８．０±１、６０分でのｐＨ＝９．０±０．５の時間変化特性となることが確認できた。すなわち、取得した時間変化特性を示す曲線が基準曲線とほぼ同等となることが確認できた。このことから、ｐＨの基準曲線を使用する本発明によって、任意の固化材・土で構成されたソイルセメントに含まれるセメント量を推定することができる。

次に、本発明の実施の形態について説明する。
本実施の形態は、上記の基本原理を用いてソイルセメント（材料）中のセメント量を推定する方法である。ソイルセメントは、地盤改良工事などの施工現場で実際に用いる湿潤土（土質材料）と、セメントを含む固化材とを所定の割合（例えば質量比９：１）で混合して作製した材料を想定している。

まず、ソイルセメントの試料を酸で中和反応させた際のｐＨの時間変化特性を示す曲線が、事前に設定した基準曲線（基準特性）となるような酸の基準量を、固化材の種類ごとに求めておく（例えば図２を参照）。例えば、湿潤土９．０ｇと固化材１．０ｇを混合した試料を、約１００ｍｌの水中で酸を用いて中和させる場合の基準曲線としては、ｐＨ＝２．０の酸を水中に入れてから１分でのｐＨ＝４±２、３０分でのｐＨ＝８．０±１、６０分でのｐＨ＝９．０±０．５となるような基準曲線を用いることができる。

次に、施工現場などで、酸の基準量が既知の固化材を使用したソイルセメントを任意の箇所から少量採取し、これを試料とする。この少量の試料を、酸の基準量に応じた量の酸で中和反応させて、ｐＨの時間変化特性を示す曲線を取得する。そして、取得した曲線と基準曲線とに基づいてセメント量を推定する。具体的には、取得した曲線が基準曲線に適合する場合の酸の量と、酸の基準量の割合に応じてセメント量を推定する。

例えば、酸の量と基準量が一致する場合には、基準曲線を取得したときの試料に含まれていたセメント量と同じ量として推定することができる。また、例えば、酸の量が基準量の２倍の場合には、基準曲線を取得したときの試料に含まれていたセメント量の２倍のセメント量として推定することができる。こうすることで、ソイルセメントに使用する固化材の種類に応じてセメント量を容易に推定することができる。なお、取得した曲線が基準曲線に適合するか否かは、初期の段階（例えば、中和反応の開始から３０分程度）で判定可能である。

本実施の形態によれば、試料の採取から３０分程度での推定が可能である。また、高額な装置を必要としないため安価に実施することができる。したがって、迅速かつ安価にセメント量を推定することができる。また、試料の採取方法に依存しないため改良地盤の表層だけでなく、任意の深さのソイルセメントのセメント量を推定することができる。

上記の実施の形態において、施工現場から採取するソイルセメントは、一定の大きさの改良ブロックを代表する位置から採取できるように、改良ブロック内の上部・中部・下部などから採取器を用いて採取することが好ましい。通常は改良ブロックの中の一箇所で採取してもよいが、複数箇所から採取して、セメント量のばらつき具合を確認してもよい。改良ブロック内に元来異なる地層が存在するような場合には、それぞれの地層の上部・中部・下部などから改めて採取することが品質管理上望ましい。

本実施の形態を利用してソイルセメントの品質を評価する場合には、上記の推定方法で採取箇所のセメント量を推定する。その結果、例えば採取箇所の全て（もしくはある一定値以上の件数）で設計上必要なセメント量を満たしているか、採取箇所のセメント量の平均値で設計上必要なセメント量を満たしているか等でソイルセメントの品質を判定することができる。そして、設計上必要なセメント量を満たしている場合を高品質であるとして評価してもよい。

以上説明したように、本発明に係るセメント量の推定方法によれば、セメントを含有する材料中のセメント量を推定する方法であって、材料と酸を接触させるステップと、材料中のセメントと酸を中和反応させた際の少なくとも初期のｐＨの時間変化特性を取得するステップと、取得した時間変化特性に基づいてセメント量を推定するステップとを有するので、迅速かつ安価にセメント量を推定することができる。

また、本発明に係る他のセメント量の推定方法によれば、土質材料と、セメントを含む固化材とを所定の割合で混合して、セメントを含有する材料の試料を作製し、作製した試料を酸で中和反応させた際のｐＨの時間変化特性が所定の基準特性となるような酸の基準量を固化材の種類ごとに求めるステップをさらに有し、土質材料と酸の基準量が求められた所定の固化材とを混合して作製された材料であるソイルセメントを、酸の基準量に応じた量の酸で中和反応させた際の少なくとも初期のｐＨの時間変化特性を取得し、取得した時間変化特性と基準特性とに基づいてセメント量を推定するので、ソイルセメントに使用する固化材の種類に応じてセメント量を推定することができる。

また、本発明に係る他のセメント量の推定方法によれば、取得した時間変化特性が基準特性に適合する場合の酸の量と、酸の基準量の割合に応じてセメント量を推定するので、容易にセメント量を推定することができる。

また、本発明に係る他のセメント量の推定方法によれば、基準特性は、ｐＨが２．０の酸で中和反応させた際の１分後のｐＨが４±２で、３０分後のｐＨが８．０±１で、６０分後のｐＨが９．０±０．５であるので、中和反応させてから短時間でセメント量を推定することができる。

以上のように、本発明に係るセメント量の推定方法は、例えば地盤改良工事などで施工されるソイルセメントの施工管理に有用であり、特に、セメント量を迅速かつ安価に推定するのに適している。

Claims

セメントを含有する材料と酸を接触させて、前記材料中のセメントと酸を中和反応させた際の少なくとも初期のｐＨの時間変化特性を取得し、取得した時間変化特性に基づいて、前記材料中のセメント量を推定する方法であって、
土質材料と、セメントを含む固化材とを所定の割合で混合して、セメントを含有する前記材料の試料を作製し、作製した前記試料を酸で中和反応させた際のｐＨの時間変化特性が所定の基準特性となるような酸の基準量を前記固化材の種類ごとに求めるステップを有し、
前記土質材料と酸の基準量が求められた所定の前記固化材とを混合して作製された材料であるソイルセメントを、酸の基準量に応じた量の酸で中和反応させた際の少なくとも初期のｐＨの時間変化特性を取得し、取得した時間変化特性が前記基準特性に適合する場合の酸の量と、酸の基準量の割合に応じてセメント量を推定することを特徴とするセメント量の推定方法。
前記基準特性は、ｐＨが２．０の酸で中和反応させた際の１分後のｐＨが４±２で、３０分後のｐＨが８．０±１で、６０分後のｐＨが９．０±０．５であることを特徴とする請求項１に記載のセメント量の推定方法。