JP7084111B2 - 高有機質土または腐植土用固化材 - Google Patents
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Description
本発明は、有機酸の含有量および含水比が高い高有機質土または腐植土を少ない添加量で有効に固化できる固化材に関するものである。
有機酸の含有量および含水比が高い高有機質土または腐植土はセメント系固化材での改良が困難である。このような高有機質土または腐植土の固化に関する技術としては、例えば特許文献１～４に記載されたものなどがある。
特許文献１には、セメント５～５０重量部、鉱さい４０～８０重量部、石こう(２水石こう換算)１０～３０重量部よりなる有機質軟弱地盤の改良材が開示されている。
特許文献２には、高炉水砕を１００～９００重量部、ポルトランドセメント系クリンカーを１００～７００重量部、石こうを５０～２００重量部を合計１０００重量部の混合物を粉砕して粉末度６０００～１４０００ｃｍ２/ｇの高有機質ヘドロおよび泥炭用固化材が開示されている。
特許文献３には、セメント、高炉スラグ、石こうのうち石こうが単独で粉砕されている有機質軟弱地盤用固化材が開示されている。
特許文献４には、セメントと３価の鉄を含み、その混合比がセメント９０～９９重量％、３価の鉄１～１０重量％であることを特徴とする腐植土用固化材が開示されている。
しかし、特許文献１～３記載の発明は、良好な強度発現のための添加量が多いという欠点があった。すなわち、特許文献１では試料土と固化材スラリーの体積比が１：１であり、特許文献２では固化材を試料土の外割で３０重量％添加しており、特許文献３では試料土１００重量部に対して固化材４０重量部を添加している。
また、高炉スラグを含まないセメント－石こう系の固化材においても強度発現が不十分である。
本発明は、上述のような課題の解決を図ったものであり、従来、改良が困難であった有機酸の含有量および含水比が高い高有機質土または腐植土を少ない添加量で有効に固化できる経済的なセメント系固化材を提供することを目的としている。
本発明は、強熱減量が１０～９０％、湿潤密度が０．９～１．５ｇ／ｃｍ
３
、含水比が１００～１０００％の範囲である高有機質土または腐植土用固化材であって、セメントと高炉スラグ微粉末と無水石こうとを含み、前記高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積が８０００ｃｍ
２
／ｇ以上であり、前記セメントと高炉スラグ微粉末と無水石こうとの合計量に対する前記高炉スラグ微粉末と無水石こうの合計量が１５～３５質量％であり、かつ前記セメントと高炉スラグ微粉末と無水石こうとの合計量に対して高炉スラグ微粉末を１０質量％以上含み、前記高炉スラグ微粉末と無水石こうの質量比が、（高炉スラグ微粉末の質量／無水石こうの質量）≦１．５であることを特徴とするものである。
上述のような配合による本発明の固化材を用いることで、固化が難しかった高有機質土や腐植土を従来のセメント系固化材に比べ、少ない添加量で有効に固化させることができる。
本発明の固化材に用いられる高炉スラグ微粉末については、ブレーン比表面積が大きいほど、高い強度が得られる傾向がみられ、ブレーン比表面積が８０００ｃｍ２／ｇ以上であることが望ましい。
また、本発明の固化材に配合される高炉スラグ微粉末と無水石こうとの質量比については、（高炉スラグ微粉末の質量／無水石こうの質量）≦１．５、より好ましくは（高炉スラグ微粉末の質量／無水石こうの質量）≦１．０であることが望ましい。高炉スラグ微粉末と無水石こうとの質量比において、高炉スラグ微粉末の割合が大きくなると強度が下がる傾向にある。
本発明の固化材に用いるセメントの種類は限定されない。普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメントのように早く硬化するものが好ましい。また、本発明の固化材に用いる高炉スラグ微粉末および無水石こうも限定されない。
高有機質土は、泥炭や黒泥が該当する。川や湖の水性植物などの有機物が分解して土壌と混ざり合ってできた暗褐色の土である腐食土も土壌分類では高有機質土に含まれる。また、有機質粘土、火山灰まじり有機質土、有機質火山灰の有機質が多い土壌も本発明の固化対象となる。高有機質土の強熱減量はおおよそ１０～９０％である。高有機質土の湿潤密度はおおよそ０．９～１．５ｇ／ｃｍ３であり、高有機質土の含水比はおおよそ１００～１０００％の範囲である。
本発明は、以上のような構成からなり、セメント系固化材での改良が困難であった有機酸の含有量および含水比が高い高有機質土や腐植土を少ない添加量で有効に固化させることができる。
以下、本発明の効果を確認するために行った試験例について説明する。
(1) 固化材の使用材料
セメント：普通ポルトランドセメント(ブレーン３３２０ｃｍ２/ｇ)
高炉スラグ１：高炉スラグ微粉末(ブレーン４４５０ｃｍ２/ｇ)
高炉スラグ２：高炉スラグ微粉末(ブレーン８３１０ｃｍ２/ｇ)
高炉スラグ３：高炉スラグ微粉末(ブレーン１０７９０ｃｍ２/ｇ)
無水石こう：天然無水石こう(ブレーン４１８０ｃｍ２/ｇ)
セメント：普通ポルトランドセメント(ブレーン３３２０ｃｍ２/ｇ)
高炉スラグ１：高炉スラグ微粉末(ブレーン４４５０ｃｍ２/ｇ)
高炉スラグ２：高炉スラグ微粉末(ブレーン８３１０ｃｍ２/ｇ)
高炉スラグ３：高炉スラグ微粉末(ブレーン１０７９０ｃｍ２/ｇ)
無水石こう：天然無水石こう(ブレーン４１８０ｃｍ２/ｇ)
(2) 試料土の性質
試験例では、試料土として、試料土１と試料土２の２種類を用いた。
表１に試料土１と試料土２のＪＩＳ Ａ １２２５「土の湿潤密度試験方法」で求めた湿潤密度（ｋｇ/ｍ3）、ＪＩＳ Ａ １２０３「土の含水比試験方法」で求めた含水比（％）、ＪＩＳ Ａ １２２６「土の強熱減量試験方法」で求めた強熱減量ig.loss（％）を示す。
試験例では、試料土として、試料土１と試料土２の２種類を用いた。
表１に試料土１と試料土２のＪＩＳ Ａ １２２５「土の湿潤密度試験方法」で求めた湿潤密度（ｋｇ/ｍ3）、ＪＩＳ Ａ １２０３「土の含水比試験方法」で求めた含水比（％）、ＪＩＳ Ａ １２２６「土の強熱減量試験方法」で求めた強熱減量ig.loss（％）を示す。
(3) 固化材の配合
試験例で用いた固化材の試料Ｎｏ.１～Ｎｏ.１３の配合を表２に示す。
Ｎｏ.１は比較例として、市販のセメント系固化材（株式会社デイ・シイ製、製品名「ネオセラメントＳＳ」）を用いた場合である。
Ｎｏ.２は比較例として、普通ポルトランドセメントに無水石こうを加えたもの固化材として用いた場合である。
Ｎｏ.３～Ｎｏ.１３がセメントと高炉スラグ微粉末と無水石こうとを含む例である。
試験例で用いた固化材の試料Ｎｏ.１～Ｎｏ.１３の配合を表２に示す。
Ｎｏ.１は比較例として、市販のセメント系固化材（株式会社デイ・シイ製、製品名「ネオセラメントＳＳ」）を用いた場合である。
Ｎｏ.２は比較例として、普通ポルトランドセメントに無水石こうを加えたもの固化材として用いた場合である。
Ｎｏ.３～Ｎｏ.１３がセメントと高炉スラグ微粉末と無水石こうとを含む例である。
(4) 試験方法
水／固化材＝２００％(質量比)のスラリーを混合後に、試料土１ｍ３に対して固化材２００ｋｇをスラリーとして添加して３分間混合した。
スラリーを混合した試料土によるφ５ｃｍ×１０ｃｍの供試体を作製し、脱型後に相対湿度９５％で養生して材齢７日と２８日で一軸圧縮強度(ｋＮ／ｍ２)を測定した。
水／固化材＝２００％(質量比)のスラリーを混合後に、試料土１ｍ３に対して固化材２００ｋｇをスラリーとして添加して３分間混合した。
スラリーを混合した試料土によるφ５ｃｍ×１０ｃｍの供試体を作製し、脱型後に相対湿度９５％で養生して材齢７日と２８日で一軸圧縮強度(ｋＮ／ｍ２)を測定した。
(5) 試験結果
固化材の試料Ｎｏ.１～Ｎｏ.１３を混合した試料土１および試料土２の材令７日、材令２８日の一軸圧縮強度を表２の右側の欄に示す。
図１は、表２の試験例の試料土１についての試験におけるセメント割合と一軸圧縮強度（材令７日および材令２８日）の関係をプロットしたグラフである。
図２は、表２の試験例の試料土２についての試験におけるセメント割合と一軸圧縮強度（材令７日および材令２８日）の関係をプロットしたグラフである。
固化材の試料Ｎｏ.１～Ｎｏ.１３を混合した試料土１および試料土２の材令７日、材令２８日の一軸圧縮強度を表２の右側の欄に示す。
図１は、表２の試験例の試料土１についての試験におけるセメント割合と一軸圧縮強度（材令７日および材令２８日）の関係をプロットしたグラフである。
図２は、表２の試験例の試料土２についての試験におけるセメント割合と一軸圧縮強度（材令７日および材令２８日）の関係をプロットしたグラフである。
固化材における高炉スラグ微粉末と無水石こうの合計量が７０質量％となるＮｏ.３は、２８日においても硬化せず脱型できなかった。
固化材における高炉スラグ微粉末と無水石こうの合計量が５０質量％となるＮｏ.１０も十分な強度が得られず、試料土１、試料土２のいずれについても、７日、２８日の一軸圧縮強度が比較例であるＮｏ.１、Ｎｏ.２より低い結果となった。
固化材における高炉スラグ微粉末と無水石こうの合計量が５０質量％となるＮｏ.１０も十分な強度が得られず、試料土１、試料土２のいずれについても、７日、２８日の一軸圧縮強度が比較例であるＮｏ.１、Ｎｏ.２より低い結果となった。
固化材における高炉スラグ微粉末と無水石こうの合計量が２０質量％（高炉スラグ微粉末１０質量％）となるＮｏ.４、Ｎｏ.５、Ｎｏ.６については、Ｎｏ.４の試料土２の２８日およびＮｏ．１２を除き、比較例であるＮｏ.１、Ｎｏ.２に比べ３倍以上の一軸圧縮強度が得られ、本発明の効果が確認できた。
Ｎｏ.４、Ｎｏ.５、Ｎｏ.６の比較においては、ブレーン比表面積が大きいＮｏ.６の一軸圧縮強度が最も高く、ブレーン比表面積が小さいＮｏ.４が一番低かった。
Ｎｏ.４、Ｎｏ.５、Ｎｏ.６の比較においては、ブレーン比表面積が大きいＮｏ.６の一軸圧縮強度が最も高く、ブレーン比表面積が小さいＮｏ.４が一番低かった。
固化材における高炉スラグ微粉末（高炉スラグ２：ブレーン比表面積８３１０ｃｍ２/ｇ）と無水石こうの合計量が３０質量％となるＮｏ.７、Ｎｏ.８との対比では、無水石こうの割合が多いＮｏ.７（高炉スラグ微粉末の質量／無水石こうの質量＝０．５）の方が、高炉スラグ微粉末の割合（高炉スラグ微粉末の質量／無水石こうの質量＝２．０）が多いＮｏ.８より高い一軸圧縮強度が得られた。
固化材における高炉スラグ微粉末（高炉スラグ２：ブレーン比表面積８３１０ｃｍ２/ｇ）と無水石こうの合計量が３５質量％（高炉スラグ微粉末の質量／無水石こうの質量＝１．５）となるＮｏ.９は、Ｎｏ．７と比較した場合、試料土１、試料土２のいずれも７日強度はＮｏ.９が高いが、２８日強度はＮｏ.７が高い結果となった。また、Ｎｏ.９とＮｏ．８の対比においては、全てのケースでＮｏ．９の方がより高い強度が得られた。
固化材における高炉スラグ微粉末（高炉スラグ３：ブレーン比表面積１０７９０ｃｍ２/ｇ）と無水石こうの合計量が３５質量％（高炉スラグ微粉末の質量／無水石こうの質量＝０．７５）となるＮｏ.１１は、試料土１、試料土２の７日強度、２８日強度のいずれも実施例中最も高い一軸圧縮強度が得られた。
これはブレーン比表面積の数値が大きいほど強度が高く、また所定の配合割合においては無水石こうの割合が大きい場合に強度が高くなる傾向を示している。
これはブレーン比表面積の数値が大きいほど強度が高く、また所定の配合割合においては無水石こうの割合が大きい場合に強度が高くなる傾向を示している。
固化材における高炉スラグ微粉末（高炉スラグ２：ブレーン比表面積８３１０ｃｍ２/ｇ）と無水石こうの合計量が３５質量％（高炉スラグ微粉末の質量／無水石こうの質量＝２．５）となるＮｏ.１２は、試料土１、試料土２の７日強度、２８日強度のいずれも比較例であるＮｏ.１、Ｎｏ.２に比べ２倍以上の一軸圧縮強度が得られたが、本発明の対象外となるＮｏ．３、Ｎｏ．１０を除く他の実施例に比べると最も低い一軸圧縮強度であった。
強度が低かった理由の一つは、高炉スラグ微粉末と無水石こうの配合割合において、高炉スラグ微粉末の配合量が大きいことに起因していると推定される。
強度が低かった理由の一つは、高炉スラグ微粉末と無水石こうの配合割合において、高炉スラグ微粉末の配合量が大きいことに起因していると推定される。
固化材における高炉スラグ微粉末（高炉スラグ３：ブレーン比表面積１０７９０ｃｍ２/ｇ）と無水石こうの合計量が１５質量％（高炉スラグ微粉末の質量／無水石こうの質量＝２．０）となるＮｏ.１３は、試料土１、試料土２の７日強度、２８日強度のいずれも比較例であるＮｏ.１、Ｎｏ.２に比べ３倍以上の一軸圧縮強度が得られたが、本発明の対象外となるＮｏ．３、Ｎｏ．１０を除く他の実施例に比べると低い方の数値であり、本発明の範囲として境界に近い一軸圧縮強度であった。
以上の試験結果と、図１、図２のグラフを参照した場合、有機酸の含有量および含水比が高い高有機質土や腐植土に対し、セメントと高炉スラグ微粉末と無水石こうとを適切な配合量で混合することで、地盤改良としての十分な強度が得られることが確認できた。
配合としては、図１、図２のグラフからセメントと高炉スラグ微粉末と無水石こうとの合計量に対する高炉スラグ微粉末と無水石こうの合計量が１５～４０質量％、さらに好ましくは１５～３５質量％において高い強度が得られることがわかった。
また、表２より、高炉スラグ微粉末の粉末度が８０００ｃｍ２／ｇ以上の場合で、より高い強度が得られることがわかった。
また、高炉スラグ微粉末と無水石こうの割合に関しては、高炉スラグ微粉末と無水石こうの合計量が１５～４０質量％という条件のもとにおいて、（高炉スラグ微粉末の質量／無水石こうの質量）≦１．５、より好ましくは（高炉スラグ微粉末の質量／無水石こうの質量）≦１．０で、高い一軸圧縮強度が得られることがわかった。
Claims (2)
- 強熱減量が１０～９０％、湿潤密度が０．９～１．５ｇ／ｃｍ ３ 、含水比が１００～１０００％の範囲である高有機質土または腐植土用固化材であって、
セメントと高炉スラグ微粉末と無水石こうとを含み、
前記高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積が８０００ｃｍ ２ ／ｇ以上であり、
前記セメントと高炉スラグ微粉末と無水石こうとの合計量に対する前記高炉スラグ微粉末と無水石こうの合計量が１５～３５質量％であり、かつ前記セメントと高炉スラグ微粉末と無水石こうとの合計量に対して高炉スラグ微粉末を１０質量％以上含み、
前記高炉スラグ微粉末と無水石こうの質量比が、
（高炉スラグ微粉末の質量／無水石こうの質量）≦１．５
である
ことを特徴とする高有機質土または腐植土用固化材。 - 請求項１記載の高有機質土または腐植土用固化材において、
前記高炉スラグ微粉末と無水石こうの質量比が、
（高炉スラグ微粉末の質量／無水石こうの質量）≦１．０
である
ことを特徴とする高有機質土または腐植土用固化材。
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