JP2016037567A - 地盤改良用組成物及び地盤改良用組成物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造時における二酸化炭素の排出量が削減され、初期強度及び長期強度のいずれもが安定した地盤改良体を形成しうる地盤改良用組成物、及びその製造方法を提供する。【解決手段】高炉スラグ８０質量％〜９５質量％と、セッコウ５質量％〜２０質量％と、を含み、高炉スラグとセッコウとの合計含有量が１００質量％である混合物１００質量部に対して、刺激剤２質量部〜２０質量部を含有する地盤改良用組成物であり、前記地盤改良用組成物１００質量部と水３０質量部との混合物における水酸化カルシウムの含有量が１．５質量部〜５．０質量部である地盤改良用組成物。【選択図】なし

Description

本発明は地盤改良用組成物及び地盤改良用組成物の製造方法に関する。

ポルトランドセメントの製造によって発生する二酸化炭素は、セメント１トン（１トン＝１０００ｋｇ）当り焼成エネルギーで約３５０ｋｇ／トン、原料の石灰石から約４５０ｋｇ／トン、合計約７５０ｋｇ／トンであり膨大な量となっている。近年、二酸化炭素排出量の削減が求められているが、現在の鉄筋コンクリート構造物はポルトランドセメントの水和によって生ずる高いアルカリ性がもたらす鋼材の防食作用を不可欠の要件としているために、ポルトランドセメントの大幅な使用抑制による二酸化炭素の削減が困難な状態ではあるが、高アルカリ性を必要としない使用態様であれば、高炉スラグを主体とした二酸化炭素排出量の低いセメントを利用することができる。即ち、鉄筋を含まないセメント硬化体やコンクリート硬化体の製造、或いは、山留工事、地下止水工事、軟弱地盤の改良工事などの地盤改良用途などに有用である。

高炉スラグ微粉末を用いたセメントとしては、既に日本工業規格ＪＩＳ Ｒ５２１１に高炉セメントが規格化されている。これによれば、高炉セメントＡ種では高炉スラグ微粉末の含有量が５質量％〜３０質量％、Ｂ種では３０質量％〜６０質量％、Ｃ種では６０質量％〜７０質量％と定められており、実際に流通し、使用されているのは、高炉スラグ微粉末の含有量が５０質量％前後の高炉セメントＢ種が大半を占める。
セメント製造時の二酸化炭素を削減する目的からは、前記高炉セメントＡ種は不十分である。高炉セメントＢ種も十分ではない。さらに、高炉セメントＢ種は普通ポルトランドセメントを用いたコンクリートに比べて中性化が速く、乾燥収縮が大きいといった課題がある。高炉セメントＣ種においては二酸化炭素削減効果はより大きくなるものの、上記のＢ種における中性化、乾燥収縮の問題がさらに強く発現するため、ほとんど利用されていないのが現状である。一方、高炉セメントを中性化の問題が少ない用途に使用する可能性については、種々の検討がなされている。

地盤改良においては、前記ポルトランドセメントを用いた場合には、構造体で利点とされる水和によるアルカリ性の発現が土壌に影響を与える可能性、製造時の二酸化炭素排出量等の問題があり、地盤改良用組成物においても、ポルトランドセメントの含有量を低減させて、且つ、必要な性能を得ることが求められている。
高炉スラグを用いた地盤改良用組成物の例としては、例えば、本願出願人等が先に提案した、高炉スラグとセッコウ、ポルトランドセメントとを特定の比率で含有する地盤改良用スラリー組成物（例えば、特許文献１参照）、高炉スラグ８０質量部〜９５質量部、セッコウ５質量部〜２０質量部の混合物１００質量部に対してアルカリ刺激剤０．５質量部〜１．５質量部又は５質量部〜４５質量部を使用した高炉スラグ含有地盤改良用スラリー組成物（例えば、特許文献２参照）、及び、高炉スラグ８０質量部〜９５質量部、セッコウ５質量部〜２０質量部の混合物１００質量部に対してアルカリ刺激剤として解体コンクリート微粉末３質量部〜１５質量部を使用した地盤改良用スラリー組成物（例えば、特許文献３参照）が挙げられる。
これらの地盤改良用スラリー組成物は、高炉スラグとセッコウ、所定のアルカリ刺激剤との併用により、地盤改良体へ適用した場合、一定の強度と二酸化炭素の削減を達成した。

特開２０１０−２８５４６５号公報 特開２０１０−２８５４６６号公報 特開２０１０−２８５４６４号公報

しかしながら、二酸化炭素排出について、より高度な削減が求められている現状を考慮した場合、さらなる改良が望まれており、例えば、特許文献１の地盤改良用スラリー組成物では、ポルトランドセメントを多く使用しており、組成物製造時の二酸化炭素排出量の削減において改良の余地がある。
引用文献２に記載の地盤改良用スラリー組成物では、アルカリ刺激剤が少ないと初期強度が安定せず、アルカリ刺激剤を多く含むと二酸化炭素排出量の削減が不十分であるという問題がある。また、引用文献３に記載の地盤改良用スラリー組成物においても、刺激剤として使用する解体コンクリート微粉末の種類によっては、初期強度が安定しないという懸念があり、得られる地盤改良用組成物の性能を考慮すれば、なお改良の余地があるといえる。

本発明の課題は、製造時における二酸化炭素の排出量が削減され、初期強度及び長期強度のいずれもが安定した地盤改良体を形成しうる地盤改良用組成物、及びその製造方法を提供することにある。

本発明者らは、鋭意検討の結果、高炉スラグとセッコウとを含有し、高炉スラグを多く含む混合物に対し、含有させる刺激剤の添加量と、組成物中における水酸化カルシウムの含有量の双方を制御することにより上記課題を解決しうることを見出した。

本発明の第１の実施形態は、高炉スラグ８０質量％〜９５質量％と、セッコウ５質量％〜２０質量％と、を含み、高炉スラグとセッコウとの合計含有量が１００質量％である混合物１００質量部に対して、刺激剤２質量部〜２０質量部を含有する地盤改良用組成物であり、前記地盤改良用組成物１００質量部と水３０質量部との混合物における水酸化カルシウムの含有量が１．５質量部〜５．０質量部である地盤改良用組成物である。
本発明の第２の実施形態は、前記水酸化カルシウムが、消石灰に含まれる水酸化カルシウム、解体コンクリート微粉末に含まれる水酸化カルシウム、焼成ドロマイトに由来する水酸化カルシウム、ポルトランドセメントに由来する水酸化カルシウム、及び生石灰に由来する水酸化カルシウムから選択される少なくとも１種を含む前記第１の実施形態に記載の地盤改良用組成物である。
本発明の第３の実施形態は、前記地盤改良用組成物１００質量部に対して、水４０質量部〜２５０質量部を添加し、地盤に注入する、前記第１の実施形態又は第２の実施形態に記載の地盤改良用組成物である。
本発明の第４の実施形態は、前記解体コンクリート微粉末が、解体コンクリート微粉末１質量部と水１００質量部とを容器に入れ、３０秒間撹拌し、撹拌終了後、１時間静置して得た上澄み液のｐＨを測定したとき、ｐＨが１１以上である解体コンクリート微粉末である、前記第２の実施形態に記載の地盤改良用組成物である。

本発明の第５の実施形態は、高炉スラグ８０質量％〜９５質量％と、セッコウ５質量％〜２０質量％とを含み、高炉スラグとセッコウとの合計含有量が１００質量％である混合物を調製すること、及び、得られた混合物１００質量部に対して、刺激剤を２質量部〜２０質量部を添加した地盤改良用組成物において、前記地盤改良用組成物１００質量部と水３０質量部との混合物における水酸化カルシウムの含有量が１．５質量部〜５．０質量部となるように、刺激剤の種類と添加量とを調整すること、を含む地盤改良用組成物の製造方法である。

本発明の地盤改良用組成物は、高炉スラグが高い含有率を占め、高炉スラグとセッコウとを併用することで性能を向上させ、ポルトランドセメントを必要とせず、安定な強度を発現することができ、製造時における二酸化炭素排出量をも削減することができる。
さらに、アルカリ刺激剤の含有量と、水酸化カルシウムの含有量とを特定の範囲とすることで、高炉スラグとセッコウとの混合物に対し、十分な硬化性を付与しうるため、従来よりも安定な初期強度及び長期強度を発現する地盤改良体を形成することができるものと考えている。

本発明によれば、製造時における二酸化炭素の排出量が削減され、初期強度及び長期強度のいずれもが安定した地盤改良体を形成しうる地盤改良用組成物、及びその製造方法を提供することができる。
従って、本発明の地盤改良用組成物は、山留工事、地下止水工事、軟弱地盤の改良工事などのいずれの地盤改良用途にも好適に使用しうる。

以下、本発明を詳細に説明する。
本明細書において「〜」は、その前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示すものとする。
本明細書において組成物中の各成分の量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。

＜地盤改良用組成物＞
本発明の地盤改良用組成物は、高炉スラグ８０質量％〜９５質量％と、セッコウを５質量％〜２０質量％とを含み、高炉スラグとセッコウとの合計含有量が１００質量％である混合物〔以下、適宜、混合物（Ａ）と称する〕１００質量部に対して、刺激剤２質量部〜２０質量部を含有する地盤改良用組成物であり、前記地盤改良用組成物１００質量部と水３０質量部との混合物における水酸化カルシウムの含有量が１．５質量部〜５．０質量部である地盤改良用組成物である。
即ち、本発明の地盤改良用組成物に用いられる混合物（Ａ）は、高炉スラグとセッコウとを上記の含有量で含有する混合物であり、両者の含有比率が上記範囲であることを要する。
このような混合物（Ａ）１００質量部に対して、刺激剤を含有させることで、地盤改良用組成物に硬化性を付与しうる。刺激剤の含有量を、混合物（Ａ）１００質量部に対して、２質量部〜２０質量部の範囲とし、且つ、前記地盤改良用組成物１００質量部と水３０質量部との混合物における水酸化カルシウムの含有量を１．５質量部〜５．０質量部とすることで、製造時における二酸化炭素の排出量が低減され、また、得られる地盤改良体は優れた強度を発現しうる。

本発明の地盤改良用組成物における製造時の二酸化炭素排出量は、地盤改良用組成物を構成する個々の原料における製造時の二酸化炭素排出量と、地盤改良用組成物における当該原料の配合量から算出できる。

〔高炉スラグ８０質量％〜９５質量％と、セッコウ５質量％〜２０質量％とを含有する混合物：混合物（Ａ）〕
本発明に係る混合物（Ａ）に含まれる各成分について順次説明する。
（１）高炉スラグ
本発明に用いられる高炉スラグは、公知の高炉スラグを特に制限なく使用することができる。
高炉スラグとしては、地盤改良用組成物スラリーとして用いるときの作業性等を考慮すれば、粉末度が２５００ｃｍ^２／ｇ以上１３０００ｃｍ^２／ｇ以下のものが好ましく、３０００ｃｍ^２／ｇ以上７０００ｃｍ^２／ｇ以下のものがより好ましい。
高炉スラグの粉末度はＪＩＳ Ｒ ５２０１（１９９７年）記載のセメントの粉末度の測定方法に準じて測定することができる。粉末度は、高炉水砕スラグを粉砕する時の粉砕方法、粉砕条件や粉砕後の分級により制御することができる。
高炉スラグの粉末度が上記範囲であれば、地盤改良用組成物のスラリーの流動性、強度発現性がより良好となる。

混合物（Ａ）中の高炉スラグの含有量は、９５質量％を超えると、相対的にセッコウの含有量が低下し、十分な強度を得るのが難しく、特に強度の発現速度が遅くなる傾向にあり好ましくない。また、高炉スラグの含有量が８０質量％未満では、相対的にセッコウの含有量が増加するが、含有量の増加により硬化反応に関与しない未反応のセッコウが残存し、形成された地盤改良体の強度、及び耐久性低下の原因となる懸念がある。このため、高炉スラグの含有量は８０質量％以上とすることが好ましい。
混合物に対する高炉スラグの含有量は８０質量％〜９５質量％の範囲であり、好ましくは８５質量％〜９０質量％の範囲である。

（２）セッコウ
本発明に用いられるセッコウとしては、二水セッコウ、無水セッコウ、半水セッコウを挙げることができる。これらの中でも、スラリーの流動性、得られる地盤改良体の強度発現性の観点からは、無水セッコウであることが好ましい。
また、本発明におけるセッコウとして、無水セッコウを使用する場合、必ずしも純粋な無水セッコウではなくても、無水セッコウ成分を９０質量％以上の純度で含有するものであれば使用することができる。無水セッコウ以外の成分を含有するセッコウとしては、例えば、天然無水セッコウ、副産無水セッコウ等が挙げられ、これらのセッコウも、本発明に使用することができる。
セッコウとしては、組成物を調製する際の取り扱い性が良好であるという観点から、粉末度が２，５００ｃｍ^２／ｇ以上８，０００ｃｍ^２／ｇ以下のセッコウであることが好ましく、粉末度は、３０００ｃｍ^２／ｇ以上６０００ｃｍ^２／ｇ以下のものがより好ましい。なお、セッコウの粉末度は高炉スラグにおける粉末度測定方法と同様の方法で測定しうる。

本発明の地盤改良用組成物には、セッコウを１種のみ含有してもよく、２種以上を併用してもよい。
混合物（Ａ）中のセッコウの含有量は、５質量％〜２０質量％であることを要し、好ましくは５質量％〜１０質量％の範囲である。
混合物（Ａ）における無水セッコウの含有量が５質量％未満であると、特に初期強度の発現性が低下するため好ましくない。また、セッコウの含有量が２０質量％を超えると、地盤改良体の強度発現に十分寄与しない未反応のセッコウが残存し、残存したセッコウが水分などの影響で膨張し、地盤改良体にクラック等が生じる可能性があることから好ましくない。

即ち、混合物は（Ａ）は、高炉スラグとセッコウとを、質量比で８０：２０〜９５：５の割合で含有することを要し、８５：１５〜９０：１０の範囲で含有することが好ましい。

＜刺激剤＞
本発明の地盤改良用組成物は、刺激剤を含有する。
本発明に用いうる刺激剤としては、アルカリ性化合物であって、混合物（Ａ）の硬化反応に寄与しうる化合物であれば特に制限なく使用することができる。
本発明に使用しうる刺激剤としては、水酸化カルシウム、水酸化カルシウムを含有する成分である消石灰、解体コンクリート由来微粉末、及び、水を加えることで水酸化カルシウムが形成される成分である焼成ドロマイト、ポルトランドセメント、生石灰等が挙げられる。
刺激剤の含有量は、既述の混合物（Ａ）１００質量部に対して、刺激剤を２質量部〜２０質量部であることを要する。刺激剤が多いほど得られる地盤改良体の硬化性が向上するが、刺激剤を、２０質量部を超えて含有すると、相対的に硬化に関与する混合物（Ａ）の含有率が低くなり、地盤改良用組成物から得られる地盤改良体の特に長期強度が低下する懸念があり、刺激剤の含有量が２質量部未満であると、硬化性、特に地盤改良体の初期強度発現に影響を及ぼすため、いずれも好ましくない。

刺激剤として使用しうる解体コンクリート由来の微粉末（以下、再生微粉末と称することがある）は、コンクリート硬化体から充填材料である骨材などを分離回収した後に発生する粉末の分級品であり、セメント由来成分を多く含有する。
再生微粉末は、平均粒径が２．０μｍ以上２０．０μｍ以下であり、且つ、累積９０％粒径が１００．０μｍ以下である微粉末であることが好ましい。
平均粒径（以下、単に「粒径」と称することがある）が上記範囲であれば、水を加えた場合において容易に均一分散され、骨材など、セメント由来成分以外の不純物が少ないため、刺激剤として有効である。粒径は、好ましくは、３．０μｍ以上１５．０μｍ以下であり、より好ましくは、３．０μｍ以上１０．０μｍ以下である。

また、累積９０％粒径が１００．０μｍ以下であるとは、再生微粉末における粒径１００．０μｍを超える粉末の含有量が１０％以下であることを示すものである。平均的な粒径が２．０μｍ以上２０．０μｍ以下であっても、１００．０μｍを超える比較的大きな粒径の粒子を多く含有する場合には、再生微粉末が水添加時における均一な分散性、混合物（Ａ）の良好な硬化性等に寄与し難いため好ましくない。

なお、本明細書において、累積９０％粒径及び平均粒径は、体積を基準として、以下の条件で測定したものであり、本発明においては、この条件にて測定した値を用いている。
粉末０．０５ｇを、セメント用ポリカルボン酸系分散剤の０．０３％水溶液に混ぜて、３０秒間超音波分散させた後、レーザー回折・散乱式粒度分布測定装置（マイクロトラックＭＴ３３００ＥＸII：日機装（株）製）にて測定を行った。

なお、得られた再生微粉末の物性に注目すれば、解体コンクリートから粗骨材と細骨材とを回収した後に発生する解体コンクリート粉末の分級品であって、平均粒径が２．０μｍ以上２０．０μｍ以下である再生微粉末の組成として、解体コンクリート中のセメント由来成分を、多く含むことが好ましい。
好ましい粒径を有する再生微粉末は、例えば、コンクリート硬化体から、充填材料である骨材を除去する工程において、粗骨材回収工程では、竪型偏心ロータ式再生粗骨材製造装置を用い、粗骨材と５ｍｍ以下の細粒（解体コンクリート細粒）とを分離し、粗骨材回収後に残存する解体コンクリート細粒からの細骨材回収には遊星ミル型解体コンクリート細粒処理装置を用いて得ることができる。また、細骨材を回収した後に、所望の粒径の微粉末を得るための分級方法としては、密封された循環路に気体を循環させることができる遠心式風力分級装置を用いる分級方法が、刺激剤として有用な粒径と物性とを有する再生微粉末を得られるという観点からは好ましい。また、分級方法として、７５μｍふるいを用いる方法が、刺激剤として有用な粒径を有する再生微粉末をさらに効率よく得られるという観点からは好ましい。
刺激剤として有用な再生微粉末及びその好適な製造方法については、例えば、特開２０１２−６８１１号公報、特開２０１２−１２１７６４号公報、及び、特開２００３−１０４７６３公報に詳細に記載され、当該公報に記載の再生微粉末を本発明の地盤改良用組成物に好適に用いることができる。

各種の解体コンクリート由来の微粉末から刺激剤として有用な再生微粉末を選択する方法として、再生微粉末水分散物上澄み液のｐＨを測定する方法が挙げられる。詳細な方法を以下に示す。
再生微粉末１質量部と水１００質量部とを容器に入れ、３０秒間撹拌して水分散物を調製する。再生微粉末を含む水分散物は、撹拌終了後、１時間静置する。１時間静置した後、上澄み液のｐＨを測定し、ｐＨが１１以上であれば、十分なアルカリ刺激性を有する刺激剤として有用であると判定できる。従って、再生微粉末の上澄み液のｐＨを測定することで、刺激剤として有用な再生微粉末を選択することができる。
上澄み液のｐＨは、１１．２以上であることが地盤改良用組成物の硬化性と安定性の観点から好ましく、１１．４以上であることがより好ましい。上澄み液のｐＨの上限には特に制限はないが、解体コンクリートから得られる微粉末であることから、上澄み液のｐＨは一般に１２．７を超えることはない。
上澄み液のｐＨの測定は、公知のｐＨメータなどを用いて常法により行なうことができる。本明細書においては、測定装置として、ｐＨメータＦ−５３（商品名：（株）堀場製作所製）を用いて２０℃で測定した値を採用している。

本発明の地盤改良用組成物には、刺激剤を１種のみ含有してもよく、２種以上を併用してもよい。
２種以上を併用する場合には、その組み合わせは任意であり、必要な物性、使用目的に応じて適宜選択することができる。例えば、水酸化カルシウムの試薬のみを用いてもよく、水酸化カルシウムと再生微粉末などの他の刺激剤とを併用してもよく、水酸化カルシウムを多く含む消石灰、水を加えることで水酸化カルシウムが形成される焼成ドロマイト、ポルトランドセメント、生石灰等と再生微粉末とを併用してもよい。
本発明においては、既述の混合物（Ａ）１００質量部に対して、刺激剤を２質量部〜２０質量部の範囲で含有するが、刺激剤を２種以上併用する場合、その合計量が上記範囲となる量に含有量を調整すればよい。

＜水酸化カルシウム＞
本発明の地盤改良用組成物は、地盤改良用組成物１００質量部と水３０質量部との混合物における水酸化カルシウムの含有量が１．５質量部〜５．０質量部である。
水酸化カルシウムは、試薬、工業用原料などの純品を用いてもよく、水酸化カルシウムを多く含有する消石灰、解体コンクリート微粉末、及び、水を加えると水酸化カルシウムが形成される焼成ドロマイト、ポルトランドセメント、生石灰からなる群より選択される１種以上に由来する水酸化カルシウムを用いてもよい。

本発明の地盤改良用組成物は、後述するように、水と混合して地盤改良用スラリーを調製し、スラリーの状態で地盤に注入、混合して用いられる。地盤改良用スラリーが地盤中に混合され、硬化することで地盤改良体が形成される。
地盤改良用組成物において刺激剤に由来する水酸化カルシウムの量が、地盤改良用組成物の硬化性に寄与する。刺激剤としては、既述のように、水酸化カルシウムをそのまま含有させる態様の他、水酸化カルシウムを多く含有する消石灰、解体コンクリート微粉末を含有させる態様、水を加えると水酸化カルシウムが形成される焼成ドロマイト、ポルトランドセメント、生石灰からなる群より選択される１種以上に由来する水酸化カルシウムを含有させる態様、及び、これらを２種以上組み合わせる態様をとることができる。焼成ドロマイト、ポルトランドセメント、生石灰は、水酸化カルシウムを含有する成分ではないが、水と接触して水酸化カルシウムが生成され、生成された水酸化カルシウムが地盤改良用組成物の硬化性に寄与する。
従って、本発明の地盤改良用組成物における有効な水酸化カルシウムの量を検知するため、水酸化カルシウム含有量を測定する際に、地盤改良用組成物１００質量部と水３０質量部との混合物を調製し、混合物における水酸化カルシウム含有量を測定することで、硬化性に有効な水酸化カルシウム含有量を測定し、混合物中の水酸化カルシウムの含有量が本発明に規定される範囲内であることで、良好な硬化性が発現されることが確認できる。

地盤改良用組成物と水との混合物における水酸化カルシウムの含有量は、熱重量分析法により測定することができる。本明細書においては、測定装置として示差熱重量分析装置 Ｔｈｅｒｍｏ ｐｌｕｓ ＴＧ８１２０（商品名：（株）リガク製）を用いて測定した値を採用している。
地盤改良用組成物と水との混合物における水酸化カルシウムの含有量が、１．５質量部未満では、地盤改良用組成物に水を加えた地盤改良用スラリー組成物の硬化物性が十分に得られず、得られる地盤改良体の初期強度が安定しない。一方、含有量が５．０質量部を超えても、地盤改良用組成物の硬化性はそれ以上改良されず、二酸化炭素排出量の抑制効果も低下するため、好ましくない。

既述の混合物（Ａ）に対する刺激剤の含有量と、地盤改良用組成物と水との混合物における水酸化カルシウムの含有量の双方を満たすことで、本発明の地盤改良用組成物は優れた硬化性を発現する。

本発明の地盤改良用組成物には、上記必須成分に加えて、本発明の効果を損なわない限りにおいて、公知のセメント組成物用添加剤を併用することができる。
セメント組成物用の添加剤としては、例えば、混和剤、流動性改良材、分散材、消泡剤等が挙げられる。

〔地盤改良用組成物の製造方法〕
本発明の地盤改良用組成物の製造方法は、高炉スラグ８０質量％〜９５質量％と、セッコウ５質量％〜２０質量％とを含み、高炉スラグとセッコウとの合計含有量が１００質量％である混合物を調製すること、及び、得られた混合物１００質量部に対して、刺激剤を２質量部〜２０質量部を添加し、刺激剤中に含まれる水酸化カルシウムの含有量を、前記地盤改良用組成物１００質量部と水３０質量部との混合物における水酸化カルシウムの含有量が１．５質量部〜５．０質量部となるように、刺激剤の種類と添加量とを調整すること、を含む。

まず、高炉スラグとセッコウとを、８０：２０〜９５：５の範囲の所定量で混合して、混合物（Ａ）を調製する。
粉体の混合は常法により行うことができる。
次に、得られた混合物（Ａ）に、刺激剤を２質量部〜２０質量部を添加するが、このとき、刺激剤中に含まれる水酸化カルシウムの含有量を、地盤改良用組成物全量に対して水酸化カルシウムの含有量が１．５質量部〜５．０質量部となるように、刺激剤の種類と添加量とを調整する。
本発明の地盤改良用組成物は、混合物（Ａ）に対する刺激剤の含有量と、地盤改良用組成物と水との混合物における水酸化カルシウムの含有量の双方について上記範囲を満たすことで、本発明の効果を発現することから、地盤改良用組成物における刺激剤の種類と添加量との調整が重要となる。

地盤改良用組成物の硬化性のみを考慮すれば、水酸化カルシウムの含有量が重要ではあるが、地盤改良用組成物、及び、それを用いて作製した地盤改良用スラリーに対し、好ましい流動性などの物性を付与したり、硬化時間を制御したり、製造時の二酸化炭素排出量を低減したりする目的で他の刺激剤を併用することも好ましい態様である。

刺激剤の種類と量の調製方法としては、例えば、刺激剤として水酸化カルシウムのみを用いる場合には、地盤改良用組成物における水酸化カルシウムの含有量のみを調整すればよい。また、目的に応じて複数の刺激剤を併用する場合には、刺激剤の総含有量と、地盤改良用組成物と水との混合物に含まれる、刺激剤に由来する水酸化カルシウムの含有量の双方を、本発明に規定する範囲に調整することが必要である。水酸化カルシウム含有量の調整は、それぞれの刺激剤に含まれる水酸化カルシウムの含有量、或いは、刺激剤が水と混合された場合に生成される水酸化カルシウムの量を予め測定することで容易に行うことができる。

選択された刺激剤を、混合物（Ａ）を併せて十分に撹拌混合することで本発明の地盤改良用組成物が製造される。

次に、本発明の地盤改良用組成物を用いて、地盤改良体を製造する方法について説明する。
本発明の地盤改良用組成物は、地盤改良用組成物１００質量部に対して、水４０質量部〜２５０質量部を添加し、地盤に注入して地盤改良用に用いる。
即ち、地盤改良用組成物１００質量部に対して、水４０質量部〜２５０質量部を添加することで地盤改良用スラリーを調製し、得られた地盤改良用スラリーを地盤に注入して用いる。
添加する水の量は、地盤改良用組成物１００質量部に対して、４５質量部〜２３０質量部の範囲であることがより好ましく、５０質量部〜１５０質量部の範囲であることがさらに好ましい。
得られた地盤改良用スラリーを、土壌に１ｍ^３当たり１５０ｋｇ〜１２００ｋｇ加え、硬化させることで、地盤が改良され、高強度の地盤改良体が形成される。

地盤改良用組成物に対する水の含有量を上記範囲とすることで、得られる地盤改良用スラリーの流動性が良好となり、土壌への混合作業を作業性よく行うことでき、充分な地盤の強度向上効果が得られる。

地盤改良用スラリーは公知の方法で調製できる。例えば、前記本発明の地盤改良用組成物と水と、さらに所望により加えられる各種添加剤の各所定量をミキサーに投入して練り混ぜる方法により調製することができる。地盤改良用スラリーを調製する際、本発明の効果を損なわない範囲内で必要に応じて、ベントナイト、繊維等の添加材、凝結遅延剤、硬化促進剤等の添加剤を添加することもできる。

得られた地盤改良用スラリーを、求められるスラリーの流動性や地盤硬化体の強度に応じて、土と混合することで地盤改良が実施される。
地盤改良用スラリーの地盤への付与は公知の方法を適宜使用することができる。
例えば、地盤改良用スラリーを、圧送ポンプ、より具体的には、ピストンポンプ及び、スクイーズポンプなどを用いて、地盤中に輸送して付与する方法が挙げられる。
なお、地盤改良用スラリーの調整時に添加する水の量及び地盤に対する地盤改良用スラリーの添加量は、改良を目的とする地盤の含水率を考慮して適宜選択することが好ましい。

地盤改良用スラリーを添加した地盤の強度は、地盤改良用スラリー中に含まれる硬化に寄与する成分の含有量、注入する地盤改良用スラリーに含まれる水の含有量、及び地盤中に含まれる水量の比率により決まる。
例えば、含水率が高い粘性土地盤の改良に本発明の地盤改良用組成物を用いる場合、注入する地盤改良用スラリーの水量を少なくすることが望ましい。しかし、地盤改良用スラリーの水量を少なくした場合、流動性が低下するため、スラリーの添加量を多くするか、もしくは、スラリーにさらに流動化剤を添加する、等の方法をとることが好ましい。

本発明の地盤改良用組成物は、製造時の二酸化炭素の排出量が抑制され、さらに、硬化性に優れることから、本発明の地盤改良用組成物を用いることにより、地盤改良工事において、安定な初期強度、及び長期強度を発現しうる地盤改良体が形成される。

以下、本発明を、実施例等を挙げてより具体的に説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
なお、以下の実施例において、特に断らない限り、「％」は「質量％」を、また「部」は「質量部」を意味する。

以下、実施例の地盤改良用組成物に使用する成分は以下の通りである。
＜高炉スラグ＞
粉末度４１１０ｃｍ^２／ｇ、密度２．９１ｇ／ｃｍ^３、全アルカリ量０．４３質量部

＜セッコウ＞
無水セッコウ、粉末度３５１０ｃｍ^２／ｇ、密度２．９６ｇ／ｃｍ^３

＜刺激剤＞
（１）水酸化カルシウム
和光純薬工業株式会社製、粉末度４２１０ｃｍ^２／ｇ、密度２．２１ｇ／ｃｍ^３
（２）軽焼ドロマイト
焼成ドロマイト、吉澤石灰工業株式会社製、粉末度２６７０ｃｍ^２／ｇ、密度２．１６ｇ／ｃｍ^３
（３）普通セメント
普通ポルトランドセメント、太平洋セメント株式会社製、粉末度３８００ｃｍ^２／ｇ、密度３．１６ｇ／ｃｍ^３

（４）解体コンクリート微粉末（ａ）
築５２年の建物解体時に発生した解体コンクリートから、５０ｍｍアンダーに破砕した解体コンクリートを、特許第２１２８４５５号公報に記載の竪型偏心ロータ式解体骨材製造装置で処理し、粗骨材を回収した。次に、粗骨材を回収、分離して得た５ｍｍアンダーの解体コンクリート細粒を、特許第５２８３５７４号公報に記載の連続遊星ミルで処理し、細骨材を回収した。次に細骨材回収後に残留した０．６ｍｍ以下の解体コンクリート粉末を、７５μｍふるいを用いて分級し、７５μｍ以下の解体コンクリート微粉末を回収した。これを解体コンクリート微粉末（ａ）とした。
（５）解体コンクリート微粉末（ｂ）
解体コンクリート微粉末（ａ）の製造に用いた築５２年の建物解体時に発生した解体コンクリートに代えて、材齢６ケ月のコンクリート硬化体を用いた以外は、解体コンクリート微粉末（ａ）と同様にして解体コンクリート微粉末（ｂ）を得た。
（６）解体コンクリート微粉末（ｃ）
解体コンクリート微粉末（ａ）の製造に用いた築５２年の建物解体時に発生した解体コンクリートに代えて、築４２年の解体コンクリートを用いた以外は、解体コンクリート微粉末（ａ）と同様にして解体コンクリート微粉末（ｃ）を得た。
（７）解体コンクリート微粉末（ｄ）
解体コンクリート微粉末（ａ）の製造に用いた築５２年の建物解体時に発生した解体コンクリートに代えて、築６７年の解体コンクリートを用いた以外は、解体コンクリート微粉末（ａ）と同様にして解体コンクリート微粉末（ｄ）を得た。
（８）解体コンクリート微粉末（ｅ）
築６７年の建物解体時に発生した解体コンクリートから、５０ｍｍアンダーに破砕した解体コンクリートを、ジョークラッシャーを用いて、さらに５ｍｍアンダーに破砕した後、これをダブルロールクラッシャーで全量を０．６ｍｍアンダーに破砕して解体コンクリート微粉末（ｅ）を得た。

（解体コンクリート微粉末の物性評価）
解体コンクリート微粉末について、以下の物性を評価した。結果を下記表１に示す。
１．粉末度
ＪＩＳ Ｒ ５２０１ セメントの物理試験方法（１９９７年）に記載の粉末度試験に準じて測定した。
２．密度
ＪＩＳ Ｒ ５２０１ セメントの物理試験方法（１９９７年）に記載の密度試験に準じて測定した。
３．解体コンクリート微粉末上澄み液のｐＨ
得られた解体コンクリート微粉末（ａ）〜（ｅ）それぞれ１部と純水１００部とを容器に入れ、３０秒間撹拌して水分散物を調製した。水分散物を撹拌終了後１時間静置した。１時間静置した後、上澄み液のｐＨを、ｐＨメータＦ−５３（商品名：（株）堀場製作所製）を用いて２０℃で測定した。
４．粒径
得られた解体コンクリート微粉末約０．０５ｇを、セメント用ポリカルボン酸系分散剤の０．０３％水溶液に混合し、３０秒間超音波分散させた後、レーザー回折・散乱式粒度分布測定装置（マイクロトラックＭＴ３３００ＥＸII：日機装（株）製）を用いて、解体コンクリート微粉末の粒径を測定した。なお、解体コンクリート微粉末（ａ）〜（ｅ）は、いずれも、累積９０％粒径は１００．０μｍ以下であった。

（地盤改良用組成物の調製）
下記表２に記載した成分を混合して地盤改良用組成物を調製した。調製した地盤改良用組成物１００質量部と水３０質量部との混合物における水酸化カルシウムの含有量を以下の方法で測定、算出した。結果を下記表２に併記した。
水酸化カルシウム含有量の測定、算出法：
示差熱重量分析装置Ｔｈｅｒｍｏ ｐｌｕｓ ＴＧ８１２０（商品名：株式会社リガク製）によって測定される水酸化カルシウムの脱水量から、水を含んだ刺激剤に含まれる水酸化カルシウム量を算出し、その算出値と地盤改良用組成物の配合から地盤改良用組成物１００質量部と水３０質量部との混合物における水酸化カルシウム量を得た。
下記表２における含有量の基準は以下の通りである。
＊１：高炉スラグ、及びセッコウの含有量（％）は、混合物（Ａ）における含有比率である。
＊２：刺激剤（１）、刺激剤（２）及び刺激剤合計の含有量（部）は、混合物（Ａ）１００部に対する含有量である。
＊３：水酸化カルシウムの含有量（部）は、地盤改良用組成物１００部と水３０部との混合物における含有量である。

得られた地盤改良用組成物１００部に対し、水８０部を加えて地盤改良用スラリーを調製した。表２に記載された各実施例、比較例の地盤改良用組成物による地盤改良効果を検討するため、土壌（下記表３に記載の試料土）と地盤改良用スラリーとを混合し、混合物の硬化体を地盤改良体試験体とした。

（地盤改良体試験体の評価）
地盤改良体試験体の作製に際しては、地盤改良用スラリーの添加量は試料土１ｍ^３あたり２００ｋｇとし、注入するスラリーの水／固形分比は８０％とした。
モルタルミキサーを用い、あらかじめ地盤改良用組成物と水とを３分間混合撹拌して地盤改良用スラリーを調製した後、試料土を投入し、５分間混合撹拌した。
その後、直径５０ｍｍ×高さ１００ｍｍの型枠へ気泡を除去しながら充填し、１日間、及び、２８日間、湿潤養生して地盤改良体試験体を得た。
圧縮強度試験はＪＩＳ−Ａ１１０８（２００６年）に準拠し、材齢１日の圧縮強度（以下、１日強度と称することがある）、及び材齢２８日の圧縮強度（以下、２８日強度と称することがある）を測定した。結果を下記表４に示した。表４には、地盤改良用組成物に含まれる刺激剤の総含有量、水酸化カルシウムの含有量を併記した。

下記表４における含有量の基準は以下の通りである。
＊１：高炉スラグ、及びセッコウの含有量（％）は、混合物（Ａ）における含有比率である。
＊２：刺激剤合計の含有量（部）は、既述の混合物（Ａ）１００部に対する含有量である。
＊３：水酸化カルシウムの含有量（部）は、地盤改良用組成物１００部と水３０部との混合物における含有量である。
下記表４における二酸化炭素排出量は、地盤改良用組成物を構成する個々の原料における製造時の二酸化炭素排出量と地盤改良用組成物に含まれる個々の原料の配合量から算出した値である。

一般的なポルトランドセメントは、製造時の二酸化炭素排出量が１トン当り７５０ｋｇであり、高炉スラグ、セッコウ、再生微粉末等の製造時の二酸化炭素排出量に比べて１０倍以上高い。ポルトランドセメントの製造時の二酸化炭素排出量は、石灰石等の原料の熱分解や燃焼エネルギーに起因するため、地盤改良用組成物において、石灰石等の燃焼を由来とする水酸化カルシウム、生石灰等の使用量を削減することで、二酸化炭素の排出を大幅に抑制することができる。
なお、下記表４における「１トン当たりの二酸化炭素排出量」は、該当する地盤改良用組成物１トン当たりの製造時に排出される二酸化炭素の量を表す。また、「未硬化」とは、材齢１日後にも、地盤改良用組成物の流動性が失われず、型枠から取り出し可能な程度に硬化していない状態を指す。

表４の結果より、本発明の地盤改良用組成物である実施例１〜実施例１６は、地盤改良用組成物中の刺激剤の総含有量が、混合物（Ａ）１００部に対して２部〜２０部の範囲であり、且つ、地盤改良用組成物と水との混合物における水酸化カルシウム含有量が１．５部〜５．０部の範囲内であるため、得られた地盤改良体の１日強度、及び２８日強度のいずれもが良好であり、地盤改良体の初期強度、及び長期強度が良好であることがわかる。また、圧縮強度が実用上十分なレベルであり、且つ、地盤改良用組成物１トンを製造する際に排出する二酸化炭素量が普通ポルトランドセメント、水酸化カルシウム等の製造時に排出される二酸化炭素量よりも低いことから、実施例１〜実施例１６の地盤改良用組成物は、低環境負荷型であり、硬化性も良好であるといえる。

他方、高炉スラグとセッコウとを含有する混合物（Ａ）に対し、刺激剤を添加しない比較例１の地盤改良用組成物は、１日強度が０、即ち未硬化であり、水酸化カルシウムを含有しても、含有量が２部よりも少ない比較例２、４、７及び８の地盤改良用組成物を用いて得られた地盤改良体は、いずれも１日強度が０、即ち未硬化であり初期強度が低いことがわかる。刺激剤が２０部よりも多い比較例３、比較例４の地盤改良用組成物を用いて得られた地盤改良体は２８日強度が低く、長期強度が低いことがわかる。
混合物（Ａ）におけるセッコウ含有量が２０％よりも多い比較例５の地盤改良用組成物を用いて得られた地盤硬化体は２８日強度が低く、セッコウ含有量が５％よりも少ない比較例６の地盤改良用組成物を用いて得られた地盤硬化体は、１日強度が０、即ち未硬化であり初期強度が低く、このことから、混合物（Ａ）における高炉スラグとセッコウとの含有比率が重要であることがわかる。
また、刺激剤として水酸化カルシウムのみを用い、地盤改良用組成物と水との混合物における水酸化カルシウムの含有量が５．０質量部よりも大きい比較例９の地盤改良用組成物を用いて得られた地盤硬化体は、初期強度、長期強度共に良好ではあるものの、地盤改良用組成物を製造する際に排出する二酸化炭素量が高いため、環境負荷が大きく、本発明の効果を奏さないことがわかる。

表４の結果より、本発明の地盤改良用組成物によって得られた地盤改良体は、いずれも、初期強度、及び長期強度に優れており、製造の際に排出する二酸化炭素量が少ない低環境負荷型の材料であることが確認された。

Claims (5)

1. 高炉スラグ８０質量％〜９５質量％と、セッコウ５質量％〜２０質量％と、を含み、高炉スラグとセッコウとの合計含有量が１００質量％である混合物１００質量部に対して、刺激剤を２質量部〜２０質量部を含有する地盤改良用組成物であり、
   前記地盤改良用組成物１００質量部と水３０質量部との混合物における水酸化カルシウムの含有量が１．５質量部〜５．０質量部である地盤改良用組成物。
2. 前記水酸化カルシウムが、消石灰に含まれる水酸化カルシウム、解体コンクリート微粉末に含まれる水酸化カルシウム、焼成ドロマイトに由来する水酸化カルシウム、ポルトランドセメントに由来する水酸化カルシウム、及び生石灰に由来する水酸化カルシウムから選択される少なくとも１種を含む請求項１に記載の地盤改良用組成物。
3. 前記地盤改良用組成物１００質量部に対して、水４０質量部〜２５０質量部を添加し、地盤に注入する請求項１又は請求項２に記載の地盤改良用組成物。
4. 前記解体コンクリート微粉末が、解体コンクリート微粉末１質量部と水１００質量部とを容器に入れ、３０秒間撹拌し、撹拌終了後、１時間静置して得た上澄み液のｐＨを測定したとき、ｐＨが１１以上である解体コンクリート微粉末である、請求項２に記載の地盤改良用組成物。
5. 高炉スラグ８０質量％〜９５質量％と、セッコウ５質量％〜２０質量％とを含み、高炉スラグとセッコウとの合計含有量が１００質量％である混合物を調製すること、及び、
   得られた混合物１００質量部に対して、刺激剤２質量部〜２０質量部を添加した地盤改良用組成物において、前記地盤改良用組成物１００質量部と水３０質量部との混合物における水酸化カルシウムの含有量が１．５質量部〜５．０質量部となるように、刺激剤の種類と添加量とを調整すること、
   を含む地盤改良用組成物の製造方法。