JPS58194977A - 深層混合処理用地盤改良材 - 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】 本発明は、海底の軟弱土などを対象として深層混合処理
をおこなう際に使用する地ａ改良材に関する。

一般にこの槌の深層混合処理は、改良船（地盤改良用特
殊船ンから回転翼を海底の軟弱土などの被改良土に挿入
し、回転翼を回転させながら地盤改良材を吐出して、攪
拌、混合し、所望の改良土層を得るようにしたものであ
る。

この深層混合処理において、連続した改良土層を得るた
めには、すでに改良した部分と未改良部分の境界部分を
一部重複しながら回転翼を回転させ、上Ｆ左右に移動さ
せる必要がある。

しかし従来この撞の地盤改良材には、初期強度が過大な
普通ポルトランドセメント又は高炉セメントが使用され
ている。このため回転翼がすでに改良した部分を一部重
複して移動する際ここがすでに硬化しており、この結果
回転翼が損耗するおそれがある。また極肩な場合には、
回転翼がシャフトごと回収不能となり、あるいは回転翼
そのものの買入が困難、不可能となる事態も起こり得る
・　　１．、、。

このため従来は、すで、（改良した部分の強度が増加し
ない５ちに次々１ニド短時間のうちに深層混合処理をお
こなわなけ・ｉばならず、昼夜兼行の工事を余儀なくさ
れ施工、工事上問題があった。

更に従来の地盤改良材では、短期間で改良土層の強度が
高くなるため、改良土層に鋼管ぐい等のパイルを打ち込
む工法をとることができず、例えば改良土層の上にケー
ソンを取付けるという工法をとらざるをえず、改良後の
工法が著しく制限される問題がある。

このような問題に鑑入、本発明者は初期強度を低く保ち
かつ長期的には強度増加の保証ができるものとして、ガ
ラス質高炉スラグ−石灰−石膏系地盤改良材に着目した
。この地盤改良材は、主に石灰による土粒子の凝集作用
、生に石膏、石灰とアルミナとの反応によるカルＶウム
サルホアルミネート水和物（王にエトリンガイト）４）
生成による強度増大効果、ガラス質高炉スラグのアルカ
リ（石灰）刺激による水和硬化作用、土中のビリ力やア
ルミナと石灰によるポゾラン反応による硬化作用により
改良土の硬化１１１１１・・・ を図るもので’Ｊｉ、る。また他の改良作用として、水
利ゲルに付着して固体化した水分子の水素と、スラグや
土粒子を構成する酸化物表層の酸素との水素結合による
強度発現、丈には、粗粒化した土粒子間の摩擦力などに
よる剪断抵抗の増大なども考えられる。

もちろん実際の硬化反応は非常に複雑であり、不明な点
も多い。

ここで主材となるガラス質高炉スラグは、アルカリ刺激
剤と呼ばれるアルカリ物質が作用しないと、実用上の硬
化強度を発現しない。

本発明者は、この点に着目し水和初期にスラグの水和硬
化に必要な遊離のアルカリ量を最小に抑えることにより
、改良土の初期強度を低く抑えることができることを知
見した。しかも長期材令では、アルカリ量を最小に抑え
てもスラグから連続的に溶出してくるアルカリ分により
、反応系のｐＨが上り、スラグの水利や、土のポゾラン
反応による硬化反応が促進され、改良土を実用上十分な
硬化強度とすることができることを知見した。

すなわちアルカリ分である石灰は、土中の粘土分、土壌
コロイドによる吸着、土中水に含まれる有機物との反応
、更には、土中の遊離水酸基、粘土鉱物中の未中和結合
による陽イオン２＋ （Ｃａ）吸着などにより消費される。そしてこれら遊離
旧訳の消費は、実質的にスラグの水和反応よりも早い時
期におこる。このためこれらの石灰消費が起っている間
は、スラグへのアルカリ刺激は実漬的に起こらない。

この点を錨認するために、ガラス製カラムに充填した試
料土に所定濃度の消石灰溶液を通し、カラムから流下し
た水の中に含まれるカルシウム仁オン濃度を測定した。

この結果試料土の種類によってかなりの違いはあるもの
の、流下しまた水の中に宮まれるカルシウムイオン濃度
は、供給されたカルシクムイオン濃度よりもはるかに低
い０このことから試料土にかなりの量のカルシウムイオ
ンが吸着、あるいは他のかたちで拘束されることがわか
った。

またスラグ中のアルカリは、徐々にではあるが、土中水
の中に溶出し、長期的に改良上のｐＨ値を上昇させ、ア
ルカリ刺激効果を発揮する。この結果長期材令軽った後
にスラグの水和が急激に起こり、急激に強度増加すると
考えられる。

本発明は、上述した知見にもとづいてなされたもので、
その目的とするところは、あらかじめ配合された石灰又
は／および普通ポルトランドセメントの水和で生成する
石灰量が、改良土の石灰吸着量を超えないよプに石灰又
は／および普通ポルトランドセメントを配合し更には被
改良土に対する添加量を限定することにより、初期強度
を低く保ち、かつ長期的には強度増加の保証ができる深
層混合処理用地盤改良材な得んとするものである〇 すなわち本発明は、ガラス・質高炉スラグ６゜〜９０重
量−と、石灰又は普通ポルトランド七メ７　）の１種Ｊ
ｉは２１１１０−”４　ｏｘ量＊と、必要に応じて配合
する石膏１５パ重量饅以下との配置１す１ 合物からなり、被改良±１．．４に対し１６０Ｉｃ９〜
２００権　添加するようにした深層混合処理用地盤改良
材である。また本発明の実施態様は、ガラス質高炉スラ
グとしてプレーン比表面積１５００〜５０００ｃｆｌ／
９　　のものを用い、又乾式粉砕したものあるいは湿式
粉砕したものを用いる。

更に配合物として粉末状又はスラリー状のものを用い、
スラリー状の場合ガラス質高炉スラグ等の組成物１００
ム蓋部に対して水５０〜１００重量部とするのが好適で
ある。

以Ｆ本発明を図面を参照して説明する。

本発明に係る地盤改良材は深層混合処理用に係るもので
ある・一般にスラグ系セメントは、その硬化強度が長期
材令では普通ポルトランドセメントを凌駕するものの、
水利初期の強度がやや低いという特徴をもつため、スラ
グ系セメントに関する公知の技術の目的とするところは
おしなべて初期強度の向上にあった。

また地盤改良材においても、前述のように普通ポルトラ
ンド蒼、メントあるいは高炉セメントなどが用いられ・
４ｘ、ｌきたごとから、浅層処理用と１：（。

しては満足できるものであったが、深層混合処理用とし
ては、前述のように、欠点の多いものであった。また＃
＆混合処理用として水砕スラグを主材とする改良材を用
いる場合も、従来技術は、普通ポルトランドセメント及
び高炉セメントと同様の特性をもたせるために、石灰等
をスラグ麓に対し工十分に配合し、水砕スラグの水硬性
を早い時期に引き出すことにそのねらいがあった。本発
明はその問題点を改善し理想的な深層混合処理用地盤改
良材を与えるものであるＯ 本発明に係る地盤改良材は、ガラス質高炉スラグと石灰
又は普通ポルトランドセメントの１種又は２種と、必ｆ
ｆＫ応じて配合する石膏とからなる。ガラス質高炉スラ
グ（水砕スラグ以外のガラス質高炉スラグもあるが以下
簡単のため水砕スラグ、あるいは単にスラグと称する・
）は、水砕スラグ等で、石灰によるアルカリ刺激により
水利硬化するものである。水砕スラグの組成の一例を挙
げれば下記の通りである。

（単位：ｓ） 水砕スラグの配合量は、被改良土の土質、施工方法等に
より適宜選定されるが、その範囲は６０〜９０Ｘｊ１％
である。これは６０重量％より少ないと長期強度の増大
が少なく・又９０重重量上越えると相対的に石灰量が減
少し長期強度の増大を図ることができないためである。

水砕スラグは、粉末度（プレーン比表面積）　１５００
〜５０００ｃＩ／ｌ／ｇの範囲で、土質又は施工方法に
より選択する。例えば粗いスラグな用いれは、改良土の
強度が高くなるのに期間がかかり、細いスラグな用いれ
ばこの逆となる。また水砕スラグは、これと混合するセ
メントが水分との接触を忌避するので、通常乾式粉砕し
た乾燥粉末を用いる。ただし地盤改良材をスラリー状で
使用する場合、水砕スラグは必ずしも乾燥粉末である必
要はなく、湿式粉砕されたものでもよい。

この場合乾燥工程が不賛となる・例えば高炉水砕スラグ
粒は、高炉スラグな水で破砕急冷することによって生成
され、強制脱水したものでもｌＯ〜１５重量％程度の水
を含有しており、これを乾燥するため、たとえば水砕ス
ラグ１トン当り約１７／の重油が必要である。また湿式
粉砕のコストは乾式粉砕コストの約半分程度であるうえ
に乾式粉砕のよ５に防塵対策をとる必要がなくなる。

石灰は、上述した如く土粒子の凝集作用、スラグの反応
促進作用更には土粒子中のシリカやアルミ　とのポゾラ
ン反応作用により、改良土を硬化する。石灰としては、
消石灰、生石灰のいずれでもよいが、消石灰は、生石灰
に比べて初期強度を低く抑えることができ消石灰が好ま
しい。また生石灰が消防法の危険物第３類に属する物質
で取扱いに制限があることからも消石灰が好ましい〇 普通ポルトランドセメントは、石灰と同様のアルカリ刺
激作用を有す；芯。すなわち普通ポルトランドセメント
の鉱物）ｉ成の一例を挙げれば１、　−□ Ｃｍ　Ｓ４３，３　％　　−Ｃｔ　８　３１．０　タロ
　　、　　ＣｓＡ３，５　　タロ、Ｃ，ノー１’９．４
　ｔｓ　。

Ｃａ５０．３．２％である。ただしＣはＣａ０　、８は
Ｓｉｎ、。

ＡはＡ／、０．　、　ＦはＦｅ、０．を示す＠この普通
ポルトランドセメントは、ＣｓＳ及びＣ１Ｓが１式の如
く反応して消石灰を生成する（ＨはＨ２Ｏを示す）。

２Ｃ，８＋　６Ｈ，Ｏ−＋Ｃ，８，Ｈｍ＋　３Ｃａ（Ｏ
Ｈ）。

２ＣｔＳ　　＋　　４Ｈ，０→Ｃ，ｓ、Ｈ，十　Ｃａ（
ＯＨ）を本発明者らの試験によると、この普通ポルトラ
ンドセメントのアルカリ刺激作用の強さは、同重量添加
した場合石灰ＩＫ対してｏ、ｓｓｉである。

石灰、普通ポルトランドセメントの配合鴛は、１０〜４
０重量％である一１０重量−未満では、改良土の硬化強
度が十分ではなく、又４０３に量チを越えると初期強度
が高くなりすぎるためである・ 必要に応じ干配合する石膏の配合割合は、１５重量％以
、、下とする。これを越えて配合する、初期強度ヵ８．
−１．ヶＩＪ　ｔぎえり、あ、い、よ、□：１′１ したり、改良土の特性を不安定にするためである。なお
、通常は天然または工業副生の三水石膏が好適である。

−これら水砕スラグ、石灰、普通ポルトランドセメント
等を配合した配合物は、通常スラリー化したものを用い
る。スラリー化した場合、攪拌混合性が良くなるのみな
らず搬送性も向上する。この場合配合物１００重量部に
対して水５０〜１００重重部が追歯である・またスラリ
ー化せず乾燥粉末状で用いても良い。

更に水砕スラグ、石灰、普通ポルトランドセメント等の
配合物の被改良土に対する添加量は、被改良土の土質、
施工方法により適宜選択されるが、被改良土、ｌ−に対
し１６０へ〜２００Ｉｃ９添加する。これは１６０に９
７ｍ”未満では、長期打金の強度が不足し、又２００に
９／１ｉを越えると紡述したような石灰の檀々の作用に
よる硬化作用や普通ポルトランドセメント自身の水利反
応等による改良作用により、初期強度が高くなりすぎる
ためである。

実施例 次に本発明に係る地盤改良材を用いた土質改良実験につ
き説明する。

ガラス質高炉スラグとして、実機ボールミルにてプレー
ン比表面積３５６０〜ａｓｓｏｄ／ｇに粉砕した高炉水
砕スラグを用い、石灰として工業用消石灰１号を、普通
ポルトランドセメントとして市販品を用いた。又石膏と
して試薬二本石膏を用い、これらを第１表に示す割合に
配合し、／１６１〜／１６５の改良材を試作した。

これと比較するために１００％普通ポルトランドセメン
トからなる地盤改良材（／％６　）を作った０ なお改良材スラリーの水／改良材比（Ｗ／Ｃ％）は、比
較改良材（４６）のＷ／Ｃ−６０％　の際のスラリー粘
度と同一となるように決定した・第　　　−表 これら改良材を第２表に示す物性値の被改良±（東京湾
内横浜港粘性土）ｌｙｊｉ対して乾燥１１ｔ（（Ｘ）−
Ｃ−１２０＃　、１６０＃　、２００匈、２２Ｍ′！。

加えて混合攪拌し、径５ｃＩｒＬ×高さｌ０ＣＩＩの円
柱・冒 形モールドへ３層に分けて充積し、供試体を成ゎ、え。

　　　　　　　′１１叫 第　　　二　　　表 このようにして得られた供試体を各材令まで２０℃相対
湿度８５−以上の恒温恒温器内にて養生したのち、−軸
圧縮強度を測定した。その結果を第１図〜第４図に示す
・ 図示する試験結果によれば、本発明と比較して添加量の
少なイ１２０に９／ｖｔ”　（第１図）の場合、初期強
度（材令１日）を低くできるが、材令９１日でも一軸圧
縮強度が２０〜ｆ／ｃｄ未満と低、：ｊ い。また本発明と比較して添加量の多いｚｚｏ＃／ｍ”
（第４−１）の場合、材令９１日で一軸圧縮強度を２０
Ｊｃｇｆ／ｃ１１以上とすることができるが材令１日強
度が５ｉｃ９ｆ／ｃｌＩ以上のものが多くあり、深層混
合処理用として適尚ではない・これに対し添加量を１６
０に９７ｍ”　（第２図）、２００＃／ｍ”　（第３図
）とした本発明のものは、材令１日強度を５Ｊｆ／ｃＩ
Ｉ１未満とし、材令９１日で２０に９ｆ／ｄを越え、深
層混合処理用として好適である。

なお比較材（腐６）は、いづれの場合も材令１日強度が
ｘｏｋｇｔ／ｃｄ以上で、不適尚である。

以上の結果から明らかなように本発明によれば被改良土
の土質、施工方法に応じて配合量及び添加量を調整する
ことにより石灰量を被改良土の石灰吸着量を実質的に超
えない程度とし、この結果初期強度を低くするとともに
長期材令の強度を高くすることができる。

従ってこの地盤改良材によれば、従来の改良材を用いた
場合の問題点である接合不良や、施工機械の損耗、更に
は昼夜業行作業等の関越を解決することができる。また
初期強度が低いため、改良土層へ鋼管パイル等を打込む
ことができ、従来工法ではとり得なかった種々の工法を
展開することができる。

またこの地盤改良材によれば、石灰類の配合を必要最少
限としているので、改良土層雰囲気が強アルカリ性とな
ることがなく、周辺水域等への二次汚染（アルカリ汚染
ンのおそれがない。

更に本発明に停る地盤改良材を使用するに際し、被改良
土のカルシクムイオン吸着量を測定し、この吸着量にも
とづいて配合割合、添加割合を調整すれば、より有効に
使用できる−

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る配合割合の地盤改良材を被改良土
に対して本発明の添加割合より少なく添加した場合にお
ける材令と一軸圧縮強度との関係を、比較材とともに示
す図、＃！２図及び第３図はそれぞれ本発明に係る配合
割合の地盤改良材を被改良土に対して本発明の添加割合
で添加した場合における材令と一軸圧縮強度との関係を
比較材とともに示す図、第４図は本発明に係る配合割合
の地盤改良・材を被改良±に対して本発明の添加割合よ
り多く添加した場合における材令と一軸圧縮強度との関
係を比較材ととぢに示す図である。 出願人代理人　弁理±　□鈴　江武　彦”、：・ ’、ｌ：’ｌ’、’１，１１．１．．’、１１１１、、
、、、・自・。 第　１！！！！Ｉ ネ欠小（Ｆ３） 第２図 １　　　　　　　　　７　　　　　　２８　　　　９１
代＋（日） 第３図 オヤ）（Ｂ　）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＜１）　　ガラス質高炉スラグ６０〜９０重量％と、石
   灰又は普通ポルトランドセメントの１種又は２種１０〜
   ４０重量−との配合物からなり、被改良±１ぜに対し１
   ６０に９〜２００に９　添加するようにした深層混合処
   理用地盤改良材。 （２）ガラス質高炉スラグ６０〜９０重量％と、石灰又
   は普通ポルトランドセメントの１種又は２種１０〜４０
   重量％と、石膏１５重１＊以下との配合物からなり、被
   改良±１げに対し１６０に４Ｉ〜２００＃　添加するよ
   うＫした特許請求の範囲第１項記載の深層混合処理用地
   盤改良材。 （３）　　ガラス質高炉スラグは、プレーン比表面積が
   １５００−５０００ｃＩ／Ｖｇであルコとを特徴とする
   特許請求の範囲＃Ｂ１項又は第２項記載の深層混合処理
   用地盤改良材。 （４）　　ガラス質高炉スラグは、高炉水砕スラグを乾
   式粉砕又は湿式粉砕したものである特許請求の範囲第１
   項又は第２項記載の深層混合処理用地盤改良材。 （５）　　配合物は、粉末状又はスラリー状である特許
   請求の範囲第１項又は第２項記載の深１混合処理用地盤
   改良材。 （６）スラリー状配合物は、ガラス質高炉スラグ等の組
   成物１００重量部に対して水５０〜１００重量部である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第５ＪＩＪ記載の深層
   混合処理用地盤改良材。