JP5099515B2

JP5099515B2 - 固化処理土の製造方法

Info

Publication number: JP5099515B2
Application number: JP2008224613A
Authority: JP
Inventors: 正人清田
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2008-09-02
Filing date: 2008-09-02
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2028-09-02
Also published as: JP2010059640A

Description

本発明は、地すべりやのり面崩落が発生しやすいせん断抵抗力が小さい蛇紋岩地帯の土質を改良して、粘着力や内部摩擦角が改良された固化処理土を製造する方法に関する。

近年では、セメント系固化材を使用した地盤改良工事が増加し、さまざまな土質の改良に利用されている。その中で、日本各地に分布している蛇紋岩を原石とする土質（蛇紋岩質粘性土）は、クリソタイルやスメクタイト（モンモリロナイト）を主要鉱物とし、タルクやクロライトを伴う。上記スメクタイトは、膨潤性を有する内部摩擦角の小さい粘土鉱物であり、蛇紋岩の崩壊しやすい性質と相まって、蛇紋岩地帯では地すべりやのり面崩落が発生しやすいことが知られている。また、膨張性クロライトも同様な性質がある（非特許文献１参照）。

この様な蛇紋岩地帯の土は、改良後の強度発現性が悪いため、地すべりやのり面崩落の発生を防止するための土質改良においては、固化材の使用量を増すなどの対策が必要である。一方、固化材を使用しない方法として、地表から地すべり面下部まで鋼管杭を設置する杭工法（特許文献１参照）、さらにはその内部に鉄筋コンクリートを施工（特許文献２，３参照）、または鉄筋コンクリート製ブロックを挿入する工法（特許文献４）が開示されている。
また、従来、蛇紋岩質粘性土ではないが、火山成粘性土に固化材を混合して強度を保持しつつ六価クロムの溶出を抑制する溶出防止方法が提案されている（特許文献５参照）。

横田公忠他、蛇紋岩の風化粘性土に起因した切土のり面の崩壊に関する一考察、「土木学会論文集」、Ｎｏ．５４１／ＩＩＩ−３５（１９９６）、ｐ５７〜６５特開平８−１８４０５８号公報特開２００３−１８４０９９号公報特開２００３−１８４１００号公報特開２００６−１０４７６１号公報特開２０００−３０８８６３号公報

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、上記特許文献１〜４に記載の技術では、杭工法などの大掛かりな対策を施す必要があり、工費や施工期間等が増大してしまう不都合がある。
また、蛇紋岩地帯の土は、改良後の強度発現性が悪く、固化材の使用量を増やしても、地すべり防止の指標となる粘着力や内部摩擦角を同時に改善するのは難しい。例えば、上記特許文献５には、火山成粘性土の固化処理に関して記載があるが、六価クロムの溶出を抑制する技術であって、内部摩擦角が小さくかつ強度発現性が悪い蛇紋岩質粘性土の固化処理にそのまま転用できる技術ではない。
なお、上記特許文献５には、火山成粘性土を含む固化処理物の一軸圧縮強度の測定値が開示されているが、地すべり防止のためには強度発現性が不十分であり、また、指標となる三軸圧縮試験の粘着力や内部摩擦角に関しても全く開示されていない。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、蛇紋岩質粘性土に適した固化材を用い、地すべり安定性に優れた固化処理土の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の固化処理土の製造方法は、早強ポルトランドセメント３０〜５５重量部と、高炉スラグ粉末，フライアッシュ，シリカ質混和材から選ばれる一種または二種以上のセメント・コンクリート用混和材４５〜７０重量部と、を混合粉砕して比表面積をブレーン値で４５００ｃｍ^２／ｇ以上とした固化材を、蛇紋岩質粘性土に１００〜２００ｋｇ/ｍ^３添加して混合し、材齢２８日において、一軸圧縮強さ１０００ｋＮ/ｍ^２以上、三軸圧縮強さの粘着力Ｃが３００ｋＮ/ｍ^２以上、三軸圧縮強さの内部摩擦角φが２０°以上の固化処理土とすることを特徴とする。

この固化処理土の製造方法では、早強ポルトランドセメント、高炉スラグ粉末，フライアッシュ，シリカ質混和材から選ばれる一種または二種以上のセメント・コンクリート用混和材を上記所定割合で混合粉砕して比表面積をブレーン値で４５００ｃｍ^２／ｇ以上とした固化材を、せん断抵抗力が小さい土質である蛇紋岩質粘性土に混合するので、単純混合よりも粒子同士の混ざり具合が良好な混合粉砕により上記ブレーン値以上に比表面積が高くされた固化材を使用することで、蛇紋岩質粘性土を粘着力および内部摩擦角が大きい固化処理土とすることができる。

また、本発明の固化処理土の製造方法は、石膏１〜２０重量部及び石灰類１〜３０重量部の少なくとも一方を外割りで添加して前記固化材を混合粉砕することを特徴とする。すなわち、この固化処理土の製造方法では、石膏１〜２０重量部及び石灰類１〜３０重量部の少なくとも一方を外割りで添加して固化材を混合粉砕するので、粘着力および内部摩擦角を低下させずに、強度を向上させることができる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る固化処理土の製造方法によれば、早強ポルトランドセメント、上記セメント・コンクリート用混和材を上記所定割合で混合粉砕して比表面積をブレーン値で４５００ｃｍ^２／ｇ以上とした固化材を、蛇紋岩質粘性土に混合するので、粘着力および内部摩擦角が大きい固化処理土となる。したがって、本発明によれば、地すべり安定性に優れた固化処理土を得ることができ、杭工法などの大掛かりな対策を施すことなく、地すべりやのり面の崩壊を防止することが可能となる。

以下、本発明に係る固化処理土の製造方法の一実施形態を、図１及び図２を参照しながら説明する。

本実施形態の固化処理土の製造方法は、まず、早強ポルトランドセメント３０〜５５重量部と、高炉スラグ粉末，フライアッシュ，シリカ質混和材から選ばれる一種または二種以上のセメント・コンクリート用混和材４５〜７０重量部と、を混合粉砕して比表面積をブレーン値で４５００ｃｍ^２／ｇ以上とした固化材を作製する。
また、必要に応じて、石膏１〜２０重量部及び生石灰もしくは消石灰等の石灰類１〜３０重量部の少なくとも一方を外割りで添加して上記固化材を混合粉砕する。

上記早強ポルトランドセメントは、特に限定されるものではなく、公知の方法で製造されたものを使用する。一般に、早強ポルトランドセメントは、初期強度の発現性に優れるエーライトＣ_３Ｓの含有率を高めてＣ_２Ｓを少なくしてあり、より粉末度（細かさ）も高いセメント粒子により短期間で高い強度を発現するようにしたセメントである。なお、後に混合粉砕するので、粉砕前のクリンカの状態で使用することも可能である。

上記高炉スラグ粉末は、溶鉱炉で銑鉄を製造する際に副産物として生じるスラグであり、溶融している高炉スラグを水を用いて急冷、粉砕したガラス質の粉状スラグである。これを混和材としてセメントに加えることで、セメントの水和反応で生じた水酸化カルシウムやアルカリ塩類に刺激されると水和反応を起こす性質（潜在水硬性）を有している。なお、後に混合粉砕するので、通常市販されている粉末度・品質のもので良い。

上記フライアッシュおよびシリカ質混和材に関しても、コンクリート用混和材として通常使用されているものを使用する。
また、必要に応じて添加する石膏は、天然または化学石膏いずれも使用可能である。
さらに、必要に応じて添加する石灰類は、市販の塊状または粉状の生石灰のほか、消石灰粉末が使用可能である。

本実施形態では、上記各材料が混合粉砕されることにより、別々に粉砕して混合する場合よりも均一に分散されており、改良土の強度発現性が向上する。さらには、混和材を単独で粉砕した場合に粉砕ミルの内部に付着して粉砕困難になること、または過度に粉砕されて発塵量が増えてしまうことを防止する利点もある。なお、混合粉砕のための装置は限定されるものではなく、公知のものを使用する。また、混合粉砕物である固化材の粉末度は、ブレーン値で４５００ｃｍ^２／ｇ以上とされる。

上記蛇紋岩質粘性土は、粉末Ｘ線回折で少なくともスメクタイトが検出される土質であって、その他にクロライトおよびタルク等も検出される土質も含まれる。例えば、ジエチレングリコール処理物の粉末Ｘ線回折において、２θ＝６°付近にスメクタイトのピークが検出された場合、このピーク強度が４０ｋＶ−１００ｍＡの測定条件で１００ｃｐｓ以上、特に３００ｃｐｓ以上の蛇紋岩質粘性土に対して本実施形態は有効である。

上記製造方法では、蛇紋岩質粘性土に上記配合割合の固化材を混合することで、固化材の添加量１００〜２００ｋｇ/ｍ^３、材齢２８日において、一軸圧縮強さ１０００ｋＮ／ｍ^２以上、三軸圧縮試験の粘着力Ｃが３００ｋＮ／ｍ^２以上、三軸圧縮試験の内部摩擦角φ２０°以上である固化処理土とすることが可能である。すなわち、蛇紋岩質粘性土は粒径が極めて小さいことから、この蛇紋岩質粘性土に上記配合割合でブレーン値４５００ｃｍ^２／ｇ以上と粒径の細かい上記セメント系材料である固化材を混合することで、粒径の細かいセメント粒子が土粒子間に均一に混合分散され、高強度が得られる。

また、必要に応じて、石膏１〜２０重量部及び石灰類１〜３０重量部の少なくとも一方を添加して混合粉砕することで、固化処理土の粘着力および内部摩擦角を低下させずに、強度を向上させることができる。
したがって、このように製造された固化処理土では、地すべり安定性に優れ、押え盛土や抑止杭的にも活用可能となる。

本発明を実施例にて詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

本実施形態により作製した固化処理土のすべり抵抗性を評価する指標として、次のような試験を考案した。
この試験は、数種類の土（砂質土；埼玉県川口市採取，含水比３０％，湿潤密度１．８７ｇ／ｃｍ^３、粘性土；埼玉県川島町採取、含水比４８％、湿潤密度１．７１ｇ／ｃｍ^３、シルト質粘性土；埼玉県川越市採取、含水比３６％、湿潤密度１．８３ｇ／ｃｍ^３、関東ローム；埼玉県千葉県千葉市採取、含水比１３０％、湿潤密度１．３５ｇ／ｃｍ^３）に対して、固化材添加量を３水準で固化処理とし、地盤工学会基準「安定処理土の締固めをしない供試体作製方法（ＪＧＳ０８２１−２０００）」に準拠して、直径５０ｍｍ、高さ１００ｍｍの供試体を作製した。

そして、材齢１日において供試体を脱型し、水中養生させた。材齢２８日において、供試体を横向きに置き、セメント協会標準試験方法ＪＣＡＳＬ−０１−２００６「セメント系固化材による改良体の強さ試験方法」で使用される１．５ｋｇランマーで，２０ｃｍの高さから落下させて衝撃を加え、亀裂や変形が生じるかどうかを調べた。また、同じ材齢２８日において、「土の非圧密非排水（ＵＵ）三軸圧縮試験方法（ＪＧＳ０５２１−２０００）」により、粘着力と内部摩擦角を求めた。

このように求めた粘着力と内部摩擦角との関係を、図１に示す。
図１によれば、粘着力３００ｋＮ／ｍ^２以上かつ内部摩擦角２０°以上となる固化処理土において、亀裂・変形が発生し難いことがわかる。したがって、粘着力３００ｋＮ／ｍ^２以上かつ内部摩擦角２０°以上の固化処理土を得ることが、本発明の目標となる。

次に、セメントとして早強ポルトランドセメント（宇部三菱セメント（株）製；記号Ｈ）および普通ポルトランドセメント（宇部三菱セメント（株）製；記号Ｎ）、混和材として比表面積４０００ｃｍ^２／ｇの高炉スラグ粉末（千葉リバメント（株）製；記号ＳＧ）、比表面積６０００ｃｍ^２／ｇの高炉スラグ粉末（粉砕して調整）、比表面積４０００ｃｍ^２／ｇのフライアッシュ（東京電力（株）製；記号ＦＡ）、添加材として無水せっこう（旭硝子（株）製；記号Ａｎ）、生石灰（菱光石灰工業（株）製；記号ＣａＯ）、消石灰（菱光石灰工業（株）製；記号ＣＨ）を使用した実施例および比較例について説明する。

まず、試料土として、北海道深川市から採取した蛇紋岩質粘性土（含水比３１．５％、湿潤密度１．９２６ｇ／ｃｍ^３、液性限界４８．０％、塑性限界２６．４％、塑性指数２１．６、細粒分４６％、砂分４０％、礫分１６％）の粉末Ｘ線回折図を、図２に示す。
この試料土の主な回折ピークは、スメクタイト、クロライト、タルク、角閃石、カルサイト、石英であった。スメクタイトとクロライトとの回折ピークは重なるため、ジエチレングリコール処理を行った結果、２θ＝６°付近のピークが低角度側にずれてスメクタイトが同定された。

室内配合試験で、上記の試料土に水固化材比１００％のセメントスラリーを添加して、試料土とセメントスラリーとを５分間練り混ぜて固化処理土を作製した。この固化処理土を使用して「安定処理土の締固めをしない供試体作製方法（ＪＧＳ０８２１）」に準拠して、φ５０ｍｍ×高さ１００ｍｍの供試体を作製した。
作製直後にポリエチレンフィルムで供試体上面を覆い，２０℃の室内で密封養生した。材齢７、２８日において「土の一軸圧縮試験方法（ＪＩＳＡ１２１６）」および材齢２８日において「土の非圧密非排水（ＵＵ）三軸圧縮試験方法（ＪＧＳ０５２１）」に準拠して強度試験を実施した。

早強ポルトランドセメントと高炉スラグまたはフライアッシュとを単純混合または混合粉砕して製造した固化材の室内配合試験結果を、以下の表１および表２に示す。また、実施例１の固化材配合に、外割りで無水石膏、生石灰（ＣａＯ）または消石灰（ＣＨ）を添加して混合粉砕して製造した固化材の室内配合試験結果を、表３に示す。なお、表中、固化材配合で「Ｎ」は普通ポルトランドセメントを示し、「Ｈ」は早強ポルトランドセメントを示し、「ＳＧ」は高炉スラグ粉末を示し、「ＦＡ」はフライアッシュを示す。

表１によれば、早強ポルトランドセメントと高炉スラグ粉末とを混合粉砕することにより、それぞれを単純混合した場合よりも一軸圧縮強さ、三軸圧縮試験の粘着力Ｃおよび三軸圧縮試験の内部摩擦角φが向上している。しかし、比表面積（ブレーン値）が４１９０ｃｍ^２／ｇ以下である比較例１〜５のいずれも、固化材添加量１００ｋｇ／ｍ^３、材齢２８日において、一軸圧縮強さが１０００ｋＮ／ｍ^２以上、三軸圧縮試験の粘着力Ｃが３００ｋＮ／ｍ^２以上、三軸圧縮試験の内部摩擦角φが２０°以上の目標を満足していない。

これに対して、本実施例１〜６では、混合粉砕して比表面積を上げると共に、混和材の配合量を増やすことによって、これらの測定値が向上している。
すなわち、早強ポルトランドセメントは３０〜５５重量部、高炉スラグは４５〜７０重量部の範囲で比表面積をブレーン値で４５００ｃｍ^２／ｇ以上とした場合、目標値に達している。

表２によれば、普通ポルトランドセメントを使用した比較例の場合は、固化材添加量を２００ｋｇ／ｍ^３と倍増しても（比較例７）、一軸圧縮強さが１０００ｋＮ／ｍ^２以上、三軸圧縮試験の粘着力Ｃが３００ｋＮ／ｍ^２以上、三軸圧縮試験の内部摩擦角φが２０°以上の目標に達していない。これに対して、早強ポルトランドセメントを使用した本実施例では、固化材添加量が１００ｋｇ／ｍ^３であっても（実施例１）、上記目標を満足していると共に、固化材添加量を増やすほど（実施例７，８）、上記粘着力及び内部摩擦角がさらに向上している。

表３によれば、石膏は２０％、生石灰（ＣａＯ）は３０％、水酸化カルシウム（ＣＨ）は３０％添加までは、無添加の実施例１と比較して、一軸圧縮強さ、三軸圧縮試験の粘着力Ｃおよび内部摩擦角φが低下せず、３０％を超えると上記目標を満足しない。したがって、これら石膏、生石灰又は消石灰等の石灰類を添加する場合は、１〜３０重量部の範囲内に限定する必要がある。
なお、これらの固化処理土からの六価クロムの溶出試験においても、土壌環境基準を満足することが確認されている。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態及び上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

本発明に係る固化処理土の製造方法の一実施形態において、固化処理土の粘着土と内部摩擦角との関係を示すグラフである。北海道深川市から採取した蛇紋岩質粘性土の粉末Ｘ線回折図である。

Claims

早強ポルトランドセメント３０〜５５重量部と、
高炉スラグ粉末，フライアッシュ，シリカ質混和材から選ばれる一種または二種以上のセメント・コンクリート用混和材４５〜７０重量部と、を混合粉砕して比表面積をブレーン値で４５００ｃｍ^２／ｇ以上とした固化材を、蛇紋岩質粘性土に１００〜２００ｋｇ/ｍ^３添加して混合し、
材齢２８日において、一軸圧縮強さ１０００ｋＮ/ｍ^２以上、三軸圧縮強さの粘着力Ｃが３００ｋＮ/ｍ^２以上、三軸圧縮強さの内部摩擦角φが２０°以上の固化処理土とすることを特徴とする固化処理土の製造方法。
請求項１に記載の固化処理土の製造方法において、
石膏１〜２０重量部及び石灰類１〜３０重量部の少なくとも一方を外割りで添加して前記固化材を混合粉砕することを特徴とする固化処理土の製造方法。