JP3035765B2 - 土質安定材およびこの土質安定材を用いた自然土の安定処理法 - Google Patents
土質安定材およびこの土質安定材を用いた自然土の安定処理法Info
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Description
酸化鉄に、都市下水の端末処理工程で副生される汚泥焼
却灰と消石灰とを混合した石灰系安定材を添加した土質
安定材およびこの土質安定材を自然土等に添加混合する
ことによって、処理土の強度および粘弾性を増進し得る
自然土の安定処理法に関するものである。
率でいうと一般道路の実延長約 111万kmの約70%とされ
ており、その95%以上がアスファルト系舗装(アスファ
ルトコンクリートを表層とする舗装)である。アスファ
ルトコンクリート(以下、アスコンという。)の剪断強
度は、その混合物が所定の空隙率(3 〜 7%)を保つこ
とによって維持されるが、アスファルトの粘性抵抗は、
温度依存性が極めて大きく、夏期高温時にはこれが低下
するため、交通荷重によってアスコンが締固められて空
隙率が減少する。アスコンの空隙率が 2%以下になる
と、剪断抵抗が急激に低下して、流動わだち掘れを生じ
て舗装機能を失う。反対に、アスコンの空隙率が大きい
と、混合物中のアスファルトが酸素と反応し硬化して粘
性を失うために、冬期低温時にたわみ性を失ってひびわ
れ破壊を起こす。
標高差の激しい地形であるため、冬は北日本や山間部で
は大量の積雪、そして夏は外気温度が30℃となり、表層
アスコンの温度は60℃に達するというアスファルト舗装
の適用には極めて厳しい気象条件である。また、交通条
件についても、我が国の大型車保有台数はヨーロッパ主
要国のほぼ10倍とされており、舗装に大きな破壊作用を
及ぼす。このため、我が国の舗装道路は、設計耐用年数
を10年として整備されているが、それにも拘らず、重交
通路線では夏期高温時の安定度不足による流動わだち掘
れを起こし、また、比較的交通量の少ない道路ではアス
ファルトの老化によって、冬期低温時のたわみ性不足に
よるひびわれによって舗装機能を失う。したがって、一
般地域における重交通路線では、供用後 3〜 4年で流動
わだち掘れが供用限界に達して、補修を余儀なくされて
いる。アスファルトの感温性を改質する等の流動わだち
掘れ対策があるが、反面ひびわれが発生し易い等の問題
点もあって現時点で十分な対応策が確立されていないと
するのが実情である。
古くから行われてきており、その反応機構は、粘土粒
子の表面におけるイオン交換反応による土粒子の団粒
化、炭酸石灰の生成に基く固結作用によると説明され
てきた。しかし、最近の研究によると、土中の粘土や
コロイドを形成しているシリカ(SiO2)やアルミナ(Al
2O3 )等の非晶質物は、土中で石灰との水和反応によっ
て、硅酸石灰水和物やアルミン酸石灰水和物が生成す
る。これらの単独または複合物が結合材となって、強度
の増進と耐久性が維持される。これを一般にポゾラン反
応と呼んでおり、石灰安定処理工法の適否は、土がこの
ポゾラン反応を起こすか否かによるといわれている。
ントを添加した安定処理土を用いる場合、その強度と粘
弾性は一方の特性を改良すると他方の特性が悪化する二
律背反の関係にあって、例えば最大応力時の歪みが 1.
0%以上で、一軸圧縮強さが10Kg/cm2 を越える特性と
することは、従来は不可能とされていたところ、Fe系酸
化混合物と石灰とを混和した土質安定材を用いることに
より、これが実現可能となり、一応所期の目的は達成さ
れた。
び石灰石粉末とを調合した土質安定材のことを、本明細
書において、以後、「Fe石灰」と称することがある。
そして、本出願の発明者は、このFe石灰による多くの
発明をし、すでに一定の成果を収めている。例えば、自
然土,転炉滓、酸化鉄の微粉末及び消石灰を混和したも
ので路床の中間層を形成する軟弱路盤における舗装道路
構築法(特公昭52−7256号公報参照)の発明、ま
た、路盤材層と路床との間に、中間層として、自然土に
酸化鉄の微粉末と消石灰を添加し自然土の化学反応特性
を活用して安定処理した処理土層を設け舗装する舗装道
路の簡易構築法(特公昭54−25738号公報参照)
の発明、さらに、地盤の表層を、自然土に酸化鉄の微粉
末と消石灰を添加した処理土層とし、この処理土層が構
築物の荷重に対し限界たわみ量以下となるような弾性係
数を確保できるような厚さとなるようにした軟弱路盤を
補強する圧密沈下防止法(特開昭63−134709号
公報参照)の発明がそれである。
む舗装材料に、Fe石灰を添加・混合した処理土で、原
地盤の路床の一部を置き換える工法である。締固めにそ
れほど大きな転圧を必要とせず比較的均一な強度が得ら
れることから、サンドイッチ工法として位置づけられて
いる工法である。この工法を適用すると、良質土による
置換工法と比べた場合、施工厚が著しく低減できること
と、供用寿命が極めて長いことが、経験的に分かってい
る。これについての構造力学的な解明は未だなされてい
ないが、概念的には、「Fe石灰処理層の粘弾性的特性
による交通荷重に対する緩衝作用である」と考えられ、
また、その特性は、従来の石灰による土の安定処理にお
ける反応機構に、微粉酸化鉄が消石灰と共存して起きる
鉄の形態変化が複合して得られるものであると考えられ
ている(雑誌「舗装」28−9,1993 阿部頼政ほか参
照)。
安定処理法は、Fe石灰が混和される土壌(用土)が、
例えば花崗岩質岩石の風化残積土であるマサ土である場
合は、これが反応性の高い非晶質の物質(SiO2,Al
2O3 ,Fe2O3 等)を多く含有しているため、強度特性に
おいて、ある程度の性状のものを得ることが可能であ
る。しかしながら、シリカサンドで代表されるような結
晶度の高いSiO2から成る丘砂や河川敷の土砂、粘土含有
量の少ない礫質土、あるいは、火山ガラスを主要鉱物と
する未風化の火砕流堆積物で大部分が砂及びシルト質で
あるシラスといった用土では、非晶質物質を殆ど含有し
ないため、期待する強度特性が得られないという問題点
がある。また、このFe石灰を用いた土質安定処理法
は、用土の種類いかんにかかわらず、その含水比が増大
するに伴って、所望のCBR強度が得られないという問
題点もあった。
提供するとともに、この土質安定材を砕石,自然土を含
む舗装材料に混合し、用土の種類に限定されることな
く、舗装を構成する各層で期待する強度と粘弾性が得ら
れる自然土の安定処理法を提供することを目的とする。
すなわち、本発明に係る土質安定材およびこれを用いた
自然土の安定処理法を適用することによって、従来のF
e石灰による安定処理土のたわみ性を損なうことなく、
強度を大幅に改良できる。そのために、重交通路線の上
層路盤への適用が可能となり、舗装体のたわみ量を大幅
に低減すると共に、粘弾性的挙動による緩衝作用によっ
て、舗装の構造破壊とアスコンとの流動わだち掘れを抑
制することを可能とする。そして、また、用土の含水比
が増大しても、所望のCBR強度が得られる自然土の安
定処理法を提供することを目的とするものである。
めに、本発明は、酸化鉄を主成分とする微粉のFe系酸化
混合物に、下水汚泥焼却灰と消石灰とを混合した石灰系
安定材を添加したことを特徴とする土質安定材を構成す
ると共に、酸化鉄を主成分とする微粉のFe系酸化混合物
に、下水汚泥焼却灰と消石灰とを混合した石灰系安定材
を添加して得た土質安定材を、砕石,自然土を含む舗装
材料に混合することを特徴とする自然土の安定処理法を
構成した。この場合、下水汚泥焼却灰は、CaO,SiO2,A
l2O3 ,P 2 O 5 を主成分として含み、800℃で焼成されて
いることが有効であり、また、下水汚泥焼却灰と消石灰
との混合物に対するFe系酸化混合物の混合率は、15〜35
(重量)%の範囲であることが有効である。
と、対象となる自然土等の土壌中に含まれるポゾラン成
分、つまり非晶質物質であるシリカ(SiO2)やアルミナ
(Al2O3)等が、土壌中で消石灰との水和反応によっ
て、珪酸石灰水和物やアルミン酸石灰水和物を形成する
前記したポゾラン反応を生ずる。
て消石灰が土壌水分に溶解して、強いアルカリ性の状態
となり、図17に示す反応が生ずる。すなわち、アルカ
リ状態において、Al−Fe系酸化混合物は水和され、活性
なアルミ鉄加水酸化物〔1〕を形成して、骨材粒子間に
ゲル状態で分散されたのち、加圧等の物理的要因および
酸素共存下で不可逆的な化学変化を受けて、時間的な経
過に伴って結晶度が発達して、アルミ特有の珪酸との強
い結合力を示すアルミ−酸素結合鎖と、鉄特有の粘弾性
的挙動を示す鉄−酸素結合鎖を形成し、これらがポゾラ
ン反応によって形成された珪酸石灰水和物とも複合し
て、複合結晶状態〔2〕となって、構造的に安定する。
を土に添加・混合したときの反応機構は、ポゾラン反応
と図17に示す反応とが複合して機能するものである。
なお、下水汚泥焼却灰に含まれる焼成されたCaO および
SiO2は、この土質安定材中に分散された形で存在するの
で、土と混合すると、土壌中の水分を吸収して、消石灰
となる(CaO →Ca(OH)2)ため、両者が直接反応して水硬
性を呈することはないことから、SiO2は、土壌中の非晶
質な珪酸(SiO2)と同様な形で、上記の水和反応に組み
込まれるために、処理土の強度増進に有効に作用する。
て浄化するために、都市下水の端末処理場(浄水場)
で、石灰系・塩化鉄系・ポリ塩化アルミ系等の凝集剤を
加えて、フィルタープレスで脱水し、更に焼却炉で焼却
(約 800℃)して副生した、平均粒径約20ミクロンの微
粉末である。その化学的成分組成は、表−1に示すよう
に、CaO ≒30%,SiO2≒25%,Al2O3 ≒11%, P2O5 ≒
8%,T.Fe≒ 7.5%であり、約 800℃で焼成されている
ので、水と混ぜられると、ポルトランドセメントのよう
に、化学反応を起こして硬化する性質、つまり水硬性
(セメンテーション)を有する。
ダストであって、その化学的成分組成は、表−2に示す
ように、Fe2O3 ≒95%,T.Fe≒67%の酸化鉄を主体とす
る混合物である。また、消石灰は、一般に市販されてい
る試料であって、その化学的成分組成は、表−3に示し
てある。
表−3に示す成分組成の消石灰とはあらかじめ混合して
均一に分散せしめた後、その混合物に表−2に示す成分
組成の微粉Fe系酸化混合物を混合し、土質安定材を製造
した。その化学的主要成分組成は表−4に示すとおりで
ある。すなわち、下水汚泥焼却灰と消石灰とは、その混
合率が、実施例1で40:60,実施例2で20:80となるよ
うに配合され、下水汚泥焼却灰と消石灰の混合物に対す
る微粉Fe系酸化混合物の混合率は、本実施例では25%
(乾燥重量百分率)一定とした。実施例1〜2に示す成
分組成の土質安定材を、本明細書では、Fe(Ash −石
灰)として表示する。なお、表−4中に比較例として示
したFe石灰は、微粉Fe系酸化混合物と消石灰とを混合
した公知の土質安定材である。
いて、CBR試験および一軸圧縮試験を行って、その力
学的特性を比較検討した。この用土に対し、表−4に示
す土質安定材を、用土に対する土質安定材の添加率5
%、7%、9%(乾燥重量配合)の配合比率で添加混合
し、JIS A 1211のCBR試験法に基くCBR1層20回5
層突固めによる供試体を作成した。突固め仕事量は、C
BR試験・一軸圧縮試験ともに、Ec= 9.2 cm.kgf/cm
2 で、突固め含水比は、土取場における自然含水比の用
土に所要量の土質安定材を添加・混合したときの含水比
とした。供試体の養生は、CBR試験では、突固め直後
より各材令期間を水浸養生とし、一軸圧縮試験では、突
固め直後より各材令の前日まで密封・常温空中養生の
後、脱気水による負圧吸引飽和(30分間)し、その
後、24時間水浸養生した。その他の試験法は、財団法人
日本道路協会編集発行「舗装試験法便覧」に記載の方法
に準拠して行った。
域に広く分布する。マサ土の工学的特性は、その風化度
によっては著しく粘土化したものもあるが、一般的に
は、2mm以上の礫分を10〜20%、 0.005mm以下の粘土分
を 5〜10%程度含む砂質土であることから、セメント系
・石灰系の安定処理の用土として用いられることが多
い。用土(マサ土)は、福岡市を中心とする地域で、F
e石灰工法等の安定処理の対象として用いられる代表的
な自然土であって、本例では、福岡県那珂川町豆谷地内
で採取したものを用いた。表−5にその物理的性質を、
また、表6にその化学的組成を示す。
示す土質安定材を、添加率5%,7%,9%の割合(乾
燥重量配合)で添加した処理土のCBR試験結果を、図
1、図2および図3に示した。材令は、突固め直後と4
日、7日、14日および28日とした。
例1〜2の土質安定材を混合した処理土は、いずれの添
加率の場合も、比較例のFe石灰を混合した処理土に比
べ、突固め直後から材令の進行に伴う強度の差はあまり
みられないが、このことは、従来のFe石灰を混合した
処理土に比較して優るとも劣らぬ特性を有するものであ
ることを示している。特に、添加率9%では、材令4〜
28日における強度はいずれも高い値を示し、比較例の
それに比較して約20%(材令4〜7日の初期材令では約
30%)高い値を示す。
17.0%にそれぞれ上昇した場合における処理土(土質安
定材の添加率7%)のCBR試験結果を、図4、図5お
よび図6に示した。
サ土)の各含水比における材令の進行に伴うCBR強度
の関係は、前記自然含水比(w≒9%)では、実施例1
〜2のFe(Ash −石灰)を混合した処理土と、比較例の
Fe石灰を混合した処理土との強度の差があまりみられ
なかったところ、用土の含水比が上昇するほど優れた処
理効果を示す。特に、初期材令においては、実施例1の
場合、Fe石灰に比較して、w≒11.2%で約 1.4倍、w
≒14.2%では約 1.7倍、w≒17.0%では約 2.7倍もの強
度を示す。
に、表−4に示す土質安定材を、7%の割合(乾燥重量
配合)で添加・混合した処理土についての一軸圧縮試験
結果である。
た処理土の材令と一軸強さ(kgf/cm2 )の関係は、材
令4日で約14.0で、材令の進行に伴って強度は増進し、
材令28日では21.5を示す。これを比較例のFe石灰を
混合した処理土の一軸強さと比較した場合、材令4日で
は約1.27倍の強度であり、材令28日ではほぼ同程度で
ある。比較的早強性であり、長期強度では、ほぼ同程度
の強度を示す。
に、表−4に示す土質安定材を、7%の割合(乾燥重量
配合)で添加・混合した処理土についての最大応力時の
一軸ひずみを表したものである。
材令の進行に伴う最大応力時の一軸ひずみの関係は、実
施例1〜2の土質安定材を混合した処理土と比較例のF
e石灰を混合した処理土との間に、突固め直後から材令
の進行に伴う強度の差はあまりみられない。このこと
は、従来のFe石灰を混合した処理土に比較して優ると
も劣らぬ特性を有するものであることを示している。
で、構成粒子は火山ガラスと軽石が圧倒的に多い。この
ため一般の土に比べると粒子の比重は軽く(2.30〜2.5
0)摩耗や破砕を受けやすく、2mm以上の礫分や 0.005m
m以下の粘土も僅かに含まれるが、大部分は砂及びシル
トである。用土は、鹿児島市桜丘の土取場で採取したも
ので、土粒子の比重及び粒度組成を表7に、また、その
化学的組成を表8に示す。
然含水比w≒22.5%)に表−4に示す土質安定材を、添
加率7%,9%,11%の割合(乾燥重量配合)で添加
した処理土のCBR試験結果である。材令は、突固め直
後と4日、7日、14日および28日とした。
例1〜2の土質安定材を混合した処理土は、いずれの添
加率の場合も、比較例のFe石灰を混合した処理土に比
べ、突固め直後から材令の進行に伴う強度特性がきわめ
て高い値を示す。
31.5%にそれぞれ上昇した場合における処理土(土質安
定材の添加率7%)のCBR試験結果を、図12、図1
3および図14に示した。
ラス)の各含水比における材令の進行に伴うCBR強度
の関係は、いずれの含水比の場合も、実施例1〜2のFe
(Ash −石灰)を混合した処理土が、比較例のFe石灰
を混合した処理土に比べ、きわめて高い強度を示してい
る。
%)に、表−4に示す土質安定材を、7%の割合(乾燥
重量配合)で添加・混合した処理土についての一軸圧縮
試験結果である。
た処理土の材令と一軸強さ(kgf/cm2 )の関係は、い
ずれの材令の場合も、実施例1〜2のFe(Ash −石灰)
を混合した処理土が、比較例のFe石灰を混合した処理
土に比べ、きわめて高い強度を示している。
%)に、表−4に示す土質安定材を、7%の割合(乾燥
重量配合)で添加・混合した処理土についての最大応力
時の一軸ひずみを表したものである。
力時の一軸ひずみの関係は、実施例1〜2の土質安定材
を混合した処理土が、比較例のFe石灰を混合した処理
土に比べ若干特性が劣る面があるが、材令28日を過ぎ
ると、その特性は、ほぼ近いものとなり、他の強度特性
を勘案するならば、許容し得る程度の値である。
よびシラス)に混合したときの特性は、上記したとおり
である。なお、下水汚泥焼却灰と消石灰との混合物に対
するFe系酸化混合物の混合率は、15〜35(重量)%の範
囲が好適である。これは、この混合率が15(重量)%に
満たないと、たわみ特性が悪くなり、また、35(重量)
%を越えると、強度特性に影響が出てくるためである。
安定処理法によれば、酸化鉄を主成分とする微粉のFe系
酸化混合物に、下水汚泥焼却灰と消石灰とを混合した石
灰系安定材を添加したことを特徴とする土質安定材を、
砕石,自然土を含む舗装材料に混合することにより、処
理土に、強度の増進作用を与え、かつ、粘弾性的挙動に
よる緩衝作用を与える。したがって、これを舗装構成部
材をして適用すると、荷重分散効果を増進して輪荷重に
よる舗装体のたわみ量を低減し、また、車両の走行によ
って発生する衝撃荷重(舗装設計では一般に静的輪荷重
の約 1.8倍)を吸収緩和する。
法を軟弱路床上の補強層として適用すると、舗装体から
の衝撃荷重や振動を緩和して直下の現路床へ伝達するの
で、現路床の疲労や軟弱化を抑止する。そして、この緩
衝作用は、我が国におけるアスファルト舗装適用の宿命
的な課題とされている路面の流動わだち掘れに対しても
画期的な抑止効果を発揮する。
が、用土の含水比の増大に伴って所望の強度特性が得ら
れないとの問題点があったところ、本発明に係るFe(As
h −石灰)を混合した処理土は、いずれの材令において
も、高い強度を維持し得る効果がある。
たマサ土を用土とする処理土のCBR試験結果を示すグ
ラフである。
たマサ土を用土とする処理土のCBR試験結果を示すグ
ラフである。
たマサ土を用土とする処理土のCBR試験結果を示すグ
ラフである。
土のCBR試験結果を示すグラフである。
土のCBR試験結果を示すグラフである。
土のCBR試験結果を示すグラフである。
サ土を用土とする処理土の材令と一軸強さとの関係を示
す一軸圧縮試験結果のグラフである。
サ土を用土とする処理土の材令と最大応力時の歪みとの
関係を示す歪み試験結果のグラフである。
たシラスを用土とする処理土のCBR試験結果を示すグ
ラフである。
したシラスを用土とする処理土のCBR試験結果を示す
グラフである。
加したシラスを用土とする処理土のCBR試験結果を示
すグラフである。
理土のCBR試験結果を示すグラフである。
理土のCBR試験結果を示すグラフである。
理土のCBR試験結果を示すグラフである。
シラスを用土とする処理土の材令と一軸強さとの関係を
示す一軸圧縮試験結果のグラフである。
シラスを用土とする処理土の材令と最大応力時の歪みと
の関係を示す歪み試験結果のグラフである。
したときの化学反応の機構を説明する模式図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 酸化鉄を主成分とする微粉のFe系酸化混
合物に、下水汚泥焼却灰と消石灰とを混合した石灰系安
定材を添加した土質安定材であって、 前記下水汚泥焼却灰は、CaO ,SiO 2 ,Al 2 O 3 ,P 2 O 5 を主
成分として含む ことを特徴とする土質安定材。 - 【請求項2】 前記下水汚泥焼却灰は、800℃で焼成
されている請求項1に記載の土質安定材。 - 【請求項3】 前記下水汚泥焼却灰と前記消石灰との混
合物に対する前記Fe系酸化混合物の混合率は、15〜35
(重量)%の範囲である請求項1又は請求項2に記載の
土質安定材。 - 【請求項4】 酸化鉄を主成分とする微粉のFe系酸化混
合物に、下水汚泥焼却灰と消石灰とを混合した石灰系安
定材を添加して得た土質安定材を、砕石,自然土を含む
舗装材料に混合した自然土の安定処理法であって、 前記下水汚泥焼却灰は、CaO ,SiO 2 ,Al 2 O 3 ,P 2 O 5 を主
成分として含む ことを特徴とする自然土の安定処理法。 - 【請求項5】 前記下水汚泥焼却灰は、800℃で焼成
されている請求項4に記載の自然土の安定処理法。 - 【請求項6】 前記下水汚泥焼却灰と前記消石灰との混
合物に対する前記Fe系酸化混合物の混合率は、15〜35
(重量)%の範囲である請求項4又は請求項5に記載の
自然土の安定処理法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06134127A JP3035765B2 (ja) | 1994-06-16 | 1994-06-16 | 土質安定材およびこの土質安定材を用いた自然土の安定処理法 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06134127A JP3035765B2 (ja) | 1994-06-16 | 1994-06-16 | 土質安定材およびこの土質安定材を用いた自然土の安定処理法 |
| US08/567,185 US5658097A (en) | 1995-12-14 | 1995-12-14 | Soil or ground quality stabilizer and treatment method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH083552A JPH083552A (ja) | 1996-01-09 |
| JP3035765B2 true JP3035765B2 (ja) | 2000-04-24 |
Family
ID=26468316
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06134127A Expired - Lifetime JP3035765B2 (ja) | 1994-06-16 | 1994-06-16 | 土質安定材およびこの土質安定材を用いた自然土の安定処理法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3035765B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040022501A (ko) * | 2002-09-09 | 2004-03-16 | 정의상 | 정수장 슬러지를 이용한 토양개량제 제조방법 |
| JP4498784B2 (ja) * | 2004-03-18 | 2010-07-07 | 株式会社エフイ石灰技術研究所 | 鶏糞灰の活用法及び鶏糞灰を原料に含む土質安定材 |
| JP5897067B2 (ja) * | 2014-05-30 | 2016-03-30 | 宇部マテリアルズ株式会社 | 土壌固化物製造用の組成物及び土舗装方法 |
-
1994
- 1994-06-16 JP JP06134127A patent/JP3035765B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JPH083552A (ja) | 1996-01-09 |
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