JPH01158106A - 複合軽量材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は主として建設工事に用いられる複合材料に関し
、特に、種々の好ましい特性を有する新規な複合軽量材
料を提案するものである。

（従来の技術） 従来より、発泡スチロール樹脂そのものより成る成型体
ブロック、いわゆるＥＰＳ材を盛土材料として使用して
軟弱地盤上の盛土または掘削埋戻しを行う工法が知られ
ており、我国でも実用に供されている。その基本的な発
想は、土とＥＰＳ材との単位体積Ｎ量差を利用し、掘削
前の土かぶり荷重に等しい分だけＥＰＳ材により置換盛
土を行い、交通相当荷重を含む上載荷重により地盤内に
発生する応力増加を防止し又は緩和する点にある。

上述したＥＰＳ材を使用する工法は、ＥＰＳ材自体の特
性に由来する以下のごとき問題点があるため、その応用
範囲が限定されている。すなわち、第１に、ＥＰＳ材は
単位体積重量を自由に変化させることができない。した
がって、例えば地下水位以下において施工すると過大な
浮力が作用するので、浮き上がり防止策を講じる必要が
ある。

第２に、ＥＰＳ材では機械的強度を広範囲に調整するこ
とができない。しかも、発泡スチロール樹脂成型体は熱
または溶媒による一体性の消失によって所要の容積およ
び支持力を保持し得な（なる傾向を呈する。

第３に、ＥＰＳ材の諸特性は従来の土質工学的試験方法
および評価方法で用いられているインデックスにより表
現しうるちのでなく、新たな試験方法および評価方法が
必要とされ、施工現場における土質に良好に適合し得る
か否かの判別には複雑かつ高度な手順と試験評価が必要
とされている。

（発明の課題およびその解決手段） 本発明は、ＥＰＳ材を用いる盛土または佃戻し工法の利
点を維持しつつ、上述の諸問題点を一挙に解消すること
のできる新規な複合材料を提案することを目的としてい
る。

かかる目的を達成するため、本発明の要旨は、発泡性合
成樹脂の小片を山砂等の土砂に混合し、これにセメント
等の固化材料を添加してなることを特徴とする複合軽量
材料にある。

本発明による複合軽量材料は、発泡性合成樹脂小片、土
砂および固化材料を組合わせたものであるため、単位体
積重量および強度を広い範囲内で自由に設定することが
でき、また、材料の特性を従来の土質工学的試験方法お
よび評価方法におけるインデックスを用いて簡便に表現
しうるちのである。

なお、本発明の複合軽量材料は、施工現場における土質
に応じて所要の機能的特性を発現させるべく、例えば短
繊維を混入して引張り強さを高めることができ、また、
細粒土、ベントナイト等の材料を混入して難透水性を付
与することもできる。

（実施例） 以下、本発明を実施例について説明する。

本発明の複合軽量材料は、前述のとおり、発泡性合成樹
脂小片、土砂および固化材料を組合わせたものである。

その典型的な一例においては、先ず発泡スチロール材料
を適宜手段により、例えば散開程度の小片とする。次に
、その小片を山砂等の土砂に対し０．５〜３．０＋１の
容積比をもって混合し、この混合物に数重量％のセメン
ト等よりなる固化材料を添加するものである。

本発明による複合軽量材料の諸特性について詳述すれば
、下記のとおりである。

区鼠方迭 材料試験に供した試験片は、館山産、江戸崎産Ａ、Ｂお
よび稲城症の山砂を用いて作成したちのである。館山産
の山砂は、細粒分の少ない粗砂のモデルとするために予
め水洗し、一定の細粒分を除去して用いた。第１図は、
これら山砂の粒度を示すものである。江戸崎産Ｂの山砂
については粒度試験を行っていないが、その粒度分布は
江戸崎産Ａに類似すると推定される。発泡スチロール片
としては、φｌ〜２−の粒状体をモデル的に用いた。

山砂を最適含水比に調整し、発泡スチロール片と容積比
１：ｌ〜３で混合した。容積の基準を、山砂はＪＩＳ締
固め第１法の５０％Ｅｃで締固めた状態、発泡スチロー
ル片は緩詰め状態とした。

普通ポルトランドセメントを乾燥質量比で２〜６％添加
し、ＪＩＳ締固め第１法の５０％Ｅｃで締固めて試験片
を作成し、−軸圧縮試験、圧密試験および透水試験を湿
空７日養生後、またＣＢＲ試験は湿空３日水浸４日養生
後、それぞれ実施した。

なお、発泡スチロール片は、取扱い」二および撹拌効率
向上のため緩詰め容積に対して１０％加水した。

区狭精里 上述の試験片を用いて得られた試験結果につき、第２図
〜第８図を参照して説明すれば次のとおりである。図示
の繁雑化を避けるため、第８図を除き、セメント添加量
４％時の結果のみを示した。

湿潤密度ρｔは、第２図に示すとおり、発泡スチロール
片の混合により館山症で１．２〜Ｇ、　６５ｔ／ｍ　３
、江戸崎産Ａおよび稲城産では１．２５〜０．７ｔ／ｍ
３と低下した。

一軸圧縮強度ｑｕは、第３図に示すとおり、館山症で０
．７〜０．１５ｋｇｆ／ｃｒｎ″、江戸崎産Ａでは１．
３５〜０、２５ｋｇ　ｒ／ｃｍ　”、稲城産では２．０
〜０．３５ｋｇ　Ｉ’／ｃｍ　’となった。第４１図は
一軸圧縮試験における応力・ひずみ曲線を例示している
。破壊ひずみは２．０〜３．０％の範囲内であった。

第５図および第６図は、圧密試験の結果を示すものであ
る。発泡スチロール片の混合量が少ない範囲では、圧密
降伏応力Ｐｃは明確には求まらないがかなり大きく、圧
縮指数Ｃｃは１．０程度と小さい。混合量が増加すると
、圧密降伏応力Ｐｃは明確化し１．０ｋｇｆ／ｃｍ”程
度となり、圧縮指数Ｃｃは３．０〜４．７となった。粘
性土の圧密と異なり、圧縮の進行はいずれの場合も速い
ことが確認された。

第７図は透水係数を示すものである。発泡スチロール片
の混合量に対して館山症では２Ｘ１０−”ｃｍ／ｓ前後
でほぼ一定であるが、江戸崎産Ａでは４Ｘ１０−’〜２
Ｘ１０−”ｃｍ／ｓと大きな変化が認められ、稲城産で
も７Ｘ１０−’〜４Ｘ１０−３ｃｍ／ｓと変化が認めら
れた。

第８図は、江戸崎産ＢのＣＢＲと一軸圧縮強度ｑｕとの
関係を示している。試料の一軸圧縮試験は、湿空６日水
浸１日養生後実施した。山砂およヒ発泡スチロール片の
混合比１：１ではセメント添加量２〜６％でＣＢＲ７〜
１６％、同じく混合比１：１．５では５〜９％であった
。ＣＢＲと一軸圧縮強度ｑｕとの関係は、概ねＣＢＲ＝
７Ｘｑｕとなった。セメントの添加による強度増加は、
４％までは大きく、６％に達すると若干低下する。

以上の説明から明らかなとおり、本発明による複合軽量
材料は、発泡スチロール小片と土砂との配合比を上記範
囲内で変化させることにより、その単位体積重量を約０
．８〜１．３ｔ／ｍ’の範囲内で任意に設定することが
でき、例えば地下水位以下において施工する場合であっ
ても単位体積重量を増加させることによって周辺地盤の
単位体積重量とほぼ一致させて過大な浮力の作用を的確
に防止することが可能となる。他方、その機械的強度は
、固化材料の添加率を変化させて約０．５ｋｇ　ｆ　／
ｃｍ　”以上の所要の値に容易に調整することが可能で
ある。

すなわち、固化材料の添加によって発泡スチロール小片
が熱または溶媒の作用下で消失したとしても、残余の土
砂および固化材料が三次元的架橋構造を呈するものであ
るため、その固結強さに基づく一定の支持力および剪断
強度を確保することが可能となるからである。

軟弱地盤上に一般的な盛土材料を用いて盛土を行う場合
には、残留沈下防止、すべり破壊防止等の目的で基礎地
盤の改良、すなわち深層混合処理、サンドパイル、プリ
ロード等による圧密促進および強度向上が必要となり、
その改良工事に多大なコストと長期間を必要とすること
があるが、本発明による複合軽量材料を用いれば基礎地
盤の改良が不要となり又は著しく軽減されるものである
。

本発明による複合軽量材料を軟弱地盤上の盛土に用いた
場合、材料が軽量なため重力に起因するすべり力（剪断
力）は著しく低減でき、すべりに対する安全度を高める
ことが可能である。また、基礎地盤への伝播応力を一般
の土質材料による盛土に比べて大幅に低減できるので、
圧密沈下を的確に抑制することが可能となる。

本発明による複合軽量材料は、耐震性においても優れて
いる。すなわち、一般的な盛土材料と対比して本発明の
盛土材料は極めて軽量であり、地震に対する応答が効果
的に緩和されるからである。

さらに本発明の複合軽量材料は、従来の土質工学的試験
方法および評価方法におけるインデックスを用いて所要
の材料特性を表現しうるちのであり、施工現場における
基礎地盤の土質に対する適合性を容易に判別しうる利点
を有している。

本発明による複合軽量材料は、軟弱層上に設置された橋
梁のアバツト部に適用することもできる。

かかるアバツト部では、背後の盛土重量による沈下およ
び剪断変形が生じ、アバツト自体が変形すると同時に盛
土部とアバツト、橋梁部との境界に段差が生じ易い。こ
こに本発明の複合軽量材料を施工すると、橋台側へのす
べりを防止し、剪断変形を著しく低減でき、また、基礎
地盤の圧密沈下（残留沈下も含む。）を著しく低減でき
るため、完成後の残留沈下に起因する段差の発生を抑制
することが可能となる。

さらに、本発明による複合軽量材料は、掘削後の埋戻し
にも適用しうるちのである。掘削工事によって地中構造
物を築造した後、周辺または上部を埋戻すに際しては、
一般に良好な砂質土または砂礫を用いることとされてい
る。軟弱地盤内での埋戻しの場合、単位体積重量は、在
来地盤が１．１〜１．５ｔ／ｍ’（地下水位以下では０
．１〜０．５ｔ　７ｍ３）であり、良好な砂等が１．７
〜２．　Ｏｔ　７ｍ３（地下水位以下では０．７〜１．
Ｏｔ／ｍ３）である。したがって、埋戻しによる重量の
増加に起因して下位の地層が圧密沈下を生じ、これに伴
って地下構造物との境界部に段差が生じて地表面に障害
を与え名のみならず、道路放向では不陸による事故また
は舗装の損傷等が生じる。ここに本発明の複合盛土材料
を用いると、重量の増加が殆ど解消され、強度的にも良
質の砂等と同等以上の埋戻しが可能となる。

本発明による複合軽量材料の作用効果を確認するため、
高圧縮性のビートおよび有機質粘土層が広範囲に厚（分
布する地域における管渠築造工事（ミニシールド工法φ
０．９ｍ、　　Ｌ　＝３５９．３ｍ　；推進工法φ０．
８ｍ、　　Ｌ　＝１３０．６ｍ）の発進立坑２ケ所およ
び到達立坑１ケ所で下記のごとき実証試験を行った。

地盤条件 施工場所は、幅員６ｍの道路放向であり、表層より道路
舗装材、路床材、埋土が１ｍ程度あり、その下にビート
層や有機質粘土層、細砂等が分布している。ビート層お
よび有機質粘土層は、はぼ正規圧密状態にあり、圧縮指
数Ｃｃ・２．８５〜３．５６と高圧縮性であり、単位体
積重ＬＴｊ　７　ｔ’；１．１２５ｋｇｆ／ｃｍ’と軽
い。また地下水位はＧ　Ｌ　−０，５〜−１，２ｍと高
い。

使用盛土材料 盛土材料は、第１表Ａ−Ｃに示す配合のものを使用し、
その−軸圧縮強度Ｑｕは０．５〜１．０ｋｇｆ／ｃｍ’
。

単位体積重量γｔはビートの１．１２５ｋｇｆ／ｃｍ’
を目標に調整した。山砂は茨城産であり、細粒分１１．
５〜１７．０％、最適含水比Ｗ。Ｐ７１４．８％、最大
乾燥密度ρｄ、、、１．５３〜１．６３ｇｆ／ｃｍ３の
性状を示した。さらに、適切な混合によって均等な品質
を確保すべく材料の混合は撹拌羽根を用いない拡散混合
方式の特殊ミキサを使用した。

第１表Ａ：設計配合（湿潤密度１．１２５ｋｇｆ／ｃｍ
”）第１表■３：現場へ合（１ｍ　２当たり）第１表Ｃ
：現場配合（ｌバッチ６′当たり）注１）山砂および発
泡スチロールの混合比は。

次の状態での容積比とする。

山砂・・・ＪＩＳ第１法に規定する締固めエネルギの５
０％で締固めた状態 発泡スチロール・・・緩詰め状態（２５ｋｇ／　（１）
での粒度１　ｍｍ前後 注２）セメント添加量は、山砂の乾燥質量に対する質量
％とする。

注３）加水量は、発泡スチロールの容積に対する容積％
とする。

注４）山砂の締固め後の密度１．８ｇ／ｃｍ’（最適含
水比１５％時） 注５′山砂の含水比の変化により発泡スチロールに対す
る水の添加量を調整した。

注６）　ミキサ能力１５０１２／バッチ施工手順および
管理 この工事では、第９図に示すように、ＧＬ−４ｍ前後を
掘削し、人孔構築後に埋戻したが、舗装面から１．８ｍ
迄は後の工事との関係から山砂で埋戻し、それ以深に前
述の配合の複合軽量材料を用いた。使用量は３ケ所の立
坑の総理戻しｆｆ１２１１ｍ３の約１／２である９５ｍ
３、水中重量による荷重軽減は約１、２７ｔｆ／ｍ　”
に相当している。なお、施工後の降雨対策を兼ねて、養
生中１大シートを被せ又は砂を上部に薄く敷くこととし
た。加水量の設定は、基準配合を砂の最適含水比１５％
と設定し、砂の含水比の測定結果に応じて毎日調整を行
った。敷均し及び転圧は、−層の厚さを２５ｃｍとし、
プレートコンパクタによる２回転圧を標準とした。

他方、品質管理は原料の計量および混合状況に着目し、
ミキサからの排出５〜ｌＯバツチ毎に試料を採取し、採
取試料によって突固め試験を行い、湿潤密度が±５％以
内となることを目安とした。

これを連続して逸脱したり、±１０％を越えるのは、主
として砂の含水比の変動に由来するものであり、したが
って加水量を調節した。また、埋戻し後の締固め密度は
１日２〜３回、砂置換法で計測した。

材料強度は直径５０価、長さ１００ｍｍの供試片を作成
し、この供試片につき１週・４週湿空養生後に一軸圧縮
強度を計測した。沈下量は沈下板を材料の底部および頂
部に設置して、約半年にわたって測定を行った。

上述の施工手順および品質管理を要約すれば、第１０図
に示すとおりである。

区挾植里 （１）材料の湿潤密度は、第１１図に示すように、原料
の計量管理を砂の含水比に基づいて適切に行えば±ｌＯ
％以内で容易に管理しうろことが確認された。原料の混
合の点からは少量でも加水を行うのが望ましく、含水比
１８％迄は加水を行った。

（２）材料の締固め特性は、第１２図に示すように、埋
戻し後の密度が締固め試験値の約９７．６％、相関係数
も０．８と大であるため、埋戻し後の密度は締固め試験
で容易に管理しうろことが確認された。

（３）材料強度は、材料試験結果からは１．０ｋｇｆ／
ｃｍ”程度と考えていたが、第１３図に示すとおり、１
週強度で１．６ｋｇｆ／ｃｍ″、４週強度では１．９ｋ
ｇｆ／ｃｍ″となっている。１週強度に対して４週強度
があまり増大していないが、セメントの添加は発泡スチ
ロール粒の周囲の砂粒子の結合を目的としており、セメ
ント添加量そのものも多量でないことに由来するものと
思われる。強度のバラツキは、第１４図に示すとおり、
原材料における山砂の細粒含有量に関係があるものと思
われる。強度は、山砂および発泡スチロールの配合比に
よっても変化し、発泡スチロール量の増加に伴って低下
するが、セメント添加量が４％程度の場合には単位体積
重量γｔ＝１．０ｋｇｆ／ｃｍ’前後で関東ローム層と
同等以上の値を確保しうることが確認された。

（４）埋戻し後の沈下量は、Ｎｏ、　１．　Ｎｏ、　２
の立坑で継続的に測定した。沈下量は、第１５図Ａ、Ｈ
に示すとおり、道路開放後でも１５ｍｍ前後であり、現
在でも殆ど変化なく安定している。また、盛土材料の圧
縮は４ＩＩＩＩＴ１前後と考えられるが、密度は埋戻し
後、初期に発生している。さらに、沈下から見た材料の
均質性は、計測位置の相違による差が２１１１１１１程
度と極めて小さい。なお、山砂だけで埋戻した場合には
、計算上から９０ｍｍ程度の沈下が見込まれる。

本発明による複合軽量材料の好適な例において、山砂粒
子および発泡スチロール片に長さが１〜１０鵬程度の引
張り強さを有する繊維を接着しておき、これらを固化材
料と混合撹拌することによりランダムな方向に補強を施
すことができる。この場合、繊維が山砂の粒子および固
化材料を緊密に結合するので、繊維補強が施されない場
合と対比して複合軽量材料に２〜１０倍の引張り強さを
付加しうるのみならず、粒子と同化材料との分離および
繰返し荷重による疲労破壊をいずれも効果的に抑制する
ことが可能となる。また、引張り強度が大であることに
より土圧係数が著しく高まり、擁壁や橋梁アバツトの裏
込めに用いた場合には安定性を著しく向上することがで
き、法面の盛土に際して傾斜角を大きく設定しうるので
法面によって占められる用地の無駄を低減することがで
きる。さらに、前述した地震時の応答についても、繊維
による引張り強さの増大に伴って靭性が著しく高まり、
より一層粘り強く抵抗しうるため耐震性を大幅に向上す
ることが可能となる。

他の例として、本発明による複合軽量材料は、自然粘土
、細粒土、ベントナイト等の難透水性材料を２〜５％混
入して難透水性複合軽量盛土材料とすることができる。

発泡スチロール片自体、本来的に難透水性であり、これ
を砂に混入しただけで透水性を約半減させることができ
、これに加えて自然粘土、細粒土、ベントナイト等の難
透水性材料を混入する場合には所要の強度を有する難透
水性複合軽量材料を容易に実現することができる。

本例による難透水性複合軽量材料は、堤防の補強、樋門
や樋管等の築造時の埋戻しに際して漏水を効果的に防止
しうるちのである。

以上詳述したところから明らかなとおり、本発明によれ
ば、従来技術の諸問題点を一挙に解決しうる新規な複合
軽量材料を実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の軽量複合材料に用いる山砂の粒度を示
すグラフ、 第２図は山砂および発泡スチロール片の混合比に対する
湿潤密度の変化を示すグラフ、第３図は山砂および発泡
スチロール片の混合比に対する一軸圧縮強度の変化を示
すグラフ、 第４図は一軸圧縮試験における応力・ひずみ曲線を例示
するグラフ、 第５図は山砂および発泡スチロール片の混合比に対する
圧密降伏応力の変化を示すグラフ、 第６図は山砂および発泡スチロール片の混合比に対する
圧縮指数の変化を示すグラフ、第７図は山砂および発泡
スチロール片の混合比に対する透水係数の変化を示すグ
ラフ、第８図はセメント添加量に対するＣＢＲの変化を
示すグラフ、 第９図は本発明による軽量複合材料の作用効果を確認す
るために行った試験の工事断面図、 第１Ｏ図は施工および管理手順をしめずフローチャート
、 第１１図は軽量複合材料の湿潤密度を示すヒストグラム
、 第１２図は軽量複合材料の締固め特性を示すグラフ、 第１３図は軽量複合材料の材令と強度との関係を示すグ
ラフ、 第１４図は山砂の含有量と軽量複合材料の強度との関係
を示すグラフ、 第１５図Ａ、Ｂは路面沈下の経口変化を示すグラフであ
る。 特許出願人　久保田建設株式会社 同　　　　長　　　坂　　　勇　　　二第１図 第２図 山砂・発泡スチロール片テ昆合え 第３図 第４図 圧壊１ａず洲　ε　（％） 第５図 第６図 山砂・肩ε包スチロール片り毘合比 第９図 第１１図 ｉ’Ａ３Ｍ　＠／Ｎ　（３／ｃｍ２） 第１２図 第１３図 ネオ／＋（日）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、発泡性合成樹脂の小片を山砂等の土砂に混合し、こ
   れにセメント等の固化材料を添加してなることを特徴と
   する複合軽量材料。 ２、特許請求の範囲第１項記載の複合軽量材料において
   、土砂と発泡性合成樹脂の小片の混合比が、容積比で約
   １：０．５〜３．０であることを特徴とする複合軽量材
   料。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項記載の複合軽量
   材料において、前記固化材料の添加量が約２〜６重量％
   であることを特徴とする複合軽量材料。 ４、特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれか一項に記
   載の複合軽量材料において、単位体積重量が約０．８〜
   １．３ｔ／ｍ＾３、圧縮強度が約０．５〜３．０ｋｇｆ
   ／ｃｍ＾２、破壊ひずみが約２〜４％であることを特徴
   とする複合軽量材料。 ５、特許請求の範囲第１項〜第４項のいずれか一項に記
   載の複合軽量材料において、所要の引張強度を有する短
   繊維を更に混入し、ランダムな方向に補強してなること
   を特徴とする複合軽量材料。 ６、特許請求の範囲第１項〜第５項のいずれか一項に記
   載の複合軽量材料において、細粒土、ベントナイト等の
   難透水性材料を更に混入してなることを特徴とする複合
   軽量材料。 ７、特許請求の範囲第６項記載の複合軽量材料において
   、難透水性材料の混入量が約２〜５重量％であることを
   特徴とする複合軽量材料。