JPH051834B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

「産業上の利用分野」 この発明は、人工島等の埋立地や護岸等へ投入
される埋戻し材、充填材、埋立造成材等に用いて
好適なフライアツシユよりなる人工地盤材料に関
する。 「従来の技術およびその問題点」 従来、このような人工地盤材料としては、主に
砂が用いられていた。しかしながら、砂を用いた
人工地盤には、以下に挙げるような問題点があ
り、その解決策が待ち望まれていた。 前記人工島等の埋立地や護岸等に投入されて
自然堆積した埋立砂は、その比重が1.8〜1.85
と大きいため、人工地盤下の原地盤が軟弱な場
合には、原地盤の大きな沈下や地滑り破壊が生
じる恐れが大である。従つて、埋立砂投入前に
原地盤の大幅な地盤改良を行う必要が生じる。 埋立砂投入時に転圧、締め固めを行うことは
事実上不可能であり、従つて、この埋立砂は投
入後原地盤上に緩く堆積したままで放置され
る。よつて、堆積後に人工地盤に作用する種々
の荷重により人工地盤自体の沈下が発生する恐
れがあると共に、地震等強大な外力が作用した
際に地盤の液状化が発生する恐れが大である。
このため、原地盤上に形成した人工地盤そのも
のに地盤改良を行う必要が生じる。 埋立砂には時間経過に伴う硬化、自立性の向
上が期待できないため、投入された埋立砂の厚
さ、すなわち埋立深さが深くなる程、この埋立
砂を囲繞する締切り、護岸等の外殻壁に作用す
る土圧も大きくなり、従つて、非常に強固な外
殻壁を構築する必然性が生じる。また、前記
に述べた如く、人工地盤に地盤改良を行う場
合、これに伴う圧力増加も考慮しなくてはなら
ない。 「問題点を解決するための手段」 そこでこの発明は、フライアツシユを主成分と
し、これに火山灰と水とを混合してフライアツシ
ユよりなる人工地盤材料を形成すると共に、フラ
イアツシユと火山灰との総乾燥重量に対する火山
灰の乾燥重量比を30〜60％の範囲内とし、かつ、
前記総乾燥重量に対する水の重量比を40〜60％の
範囲内とすることで、前記問題点を解決せんとす
るものである。 以下、この発明のフライアツシユよりなる人工
地盤材料について詳細に説明する。まず、フライ
アツシユは、石炭火力発電所やその他の石炭燃焼
プラントから発生される石炭灰から採集されたも
のが用いられ、特にその種類、性質等に限定を受
けない。このフライアツシユは、セメントと同様
にポゾラン活性を有し、それ自体で水と反応して
硬化する性質を有している。また、フライアツシ
ユの比重は、水を加えて硬化した状態で1.55程度
と前記埋立砂よりも小さいため、軽量な人工地盤
を形成することが可能となる。 ここで、前記石炭火力発電所等から排出されて
からの放置期間が長期間に亙ると、フライアツシ
ユ中の含水比が高くなる場合があり、これが故に
フライアツシユが有する自己硬化性が低下してい
るおそれがある。あるいは、施工条件等の理由
で、形成された人工地盤に短期間で所定の強度を
発現させる必然性が生じる場合もある。このよう
な場合、セメント、石膏等の硬化助材を適量添加
することが好ましい。この硬化助材の添加量は、
例えばセメントの場合、その添加量が多い程強度
も大きくなるが、この発明の人工地盤材料の汎用
性を考慮して、人工地盤として十分な強度（通常
材令28日で３Kgｆ／cm²以上の圧縮強度）を得るに
は、フライアツシユ及び火山灰の総乾燥重量に対
して重量比にして２〜４％で十分である。 そして、このフライアツシユに水及び火山灰が
加えられて、スラリー状の人工地盤材料が製造さ
れる。すなわち、フライアツシユ単体は粉体であ
り、このままでは水中において転圧、締め固めが
行いにくい。従つて、フライアツシユをスラリー
状の人工地盤材料とすることで、フライアツシユ
の自己硬化性により転圧等の作業を不要とすると
共に、移送等の作業を容易にせしめるのである。
この水としては、通常の水道水、井戸水等の清水
の他に、湖沼水、海水等の自然水等が用いられ
る。これら水のうち海水は、施工現場が主に臨海
地帯であるため入手が容易である等の点で好まし
い。 この水の混合量は、フライアツシユ及び火山灰
の総乾燥重量（前記硬化助材が添加される場合は
この重量も加えた値）に対する重量比で40〜60％
の範囲内である。水の重量比が40％未満である
と、スランプ値が０に近づき、流動性が悪くなる
ために施工が困難となる。同様に、水の重量比が
60％を越えると、逆にスランプ値が大きくなるこ
とで材料分離を招き、人工地盤の強度低下及び収
縮率の上昇を招いてしまう。 また、前記水には、必要に応じてリグニンスル
ホン酸、ハイドロキシ酸塩及びその誘導体、ポリ
オール及びその誘導体等の界面活性材が添加され
る。この界面活性材の添加により、スラリー状の
人工地盤材料の流動性を向上させ、均一なスラリ
ー埋立地盤を構築することができる。 この火山灰は、フライアツシユ、水等の均一な
混練や、スラリー状人工地盤材料の増量や、ある
いは人工地盤材料の比重調整を目的として混合さ
れるものである。すなわち、フライアツシユ及び
水のみを混練してスラリー状の人工地盤材料を製
造したのでは、これらフライアツシユ及び水が均
一に混練されず、フライアツシユが団子状に凝集
して、いわゆる「だま」を形成する。そこで、こ
れらフライアツシユ及び水に火山灰を混合するこ
とで、この粗粒分により前記「だま」が形成され
るのを抑制して均一な混練を促進するのである。
また、フライアツシユの生産量及び生産地から施
工現場への距離等を考慮すると、フライアツシユ
と水のみでスラリー状の人工地盤材料を構成する
のは不経済であるため、このフライアツシユと置
換しうる増量材を適宜混合することが好ましい。
特に、前記火山灰は、フライアツシユには及ばな
いものの、比較的高いポゾラン活性を有するの
で、フライアツシユの置換材として好ましい。さ
らに言えば、この発明の人工地盤においてシール
ド工法によりトンネルを造る場合、この人工地盤
を含めたシールド掘進機周辺の地盤の比重が軽す
ぎると、トンネルの浮力を上部の地盤重量で抑え
ることが困難となり、掘削に支障をきたす、ある
いはトンネルの崩壊を招く恐れがある。このよう
に、人工地盤材料には、その用途に応じて火山灰
を混合することで、比重を適宜調整することがで
きる。そして、この火山灰の混合量は、フライア
ツシユと火山灰との総乾燥重量に対する火山灰の
重量比で30〜60％である。火山灰の乾燥重量比が
30％未満であると、人工地盤の比重が軽すぎて施
工時あるいは施工後の周囲に悪影響を及ぼす恐れ
がある。また、粗粒分の乾燥重量比が60％を越え
ると、フライアツシユがその分減少することで、
人工地盤に要求される強度が発言されない。 このようにしてフライアツシユに所定量の水及
び火山灰が混合され、さらに必要に応じて硬化助
材、界面活性材が添加され、これら混合物は強制
練りミキサー等の通常の混練機で混練され、目的
とするスラリー状の人工地盤材料となる。そし
て、この人工地盤材料は、移送管等により埋立予
定地たる海底や護岸に投入されて埋立に用いられ
たり、あるいは地盤上に埋戻し土、盛土として打
設されて、人工地盤が形成される。 そして、このようにして形成された人工地盤
は、圧縮強度として３Kgｆ／cm²以上の充分な強度
を有するものとなるため、人工地盤そのものの地
盤沈下や地盤の液状化について考慮する必要が無
く、従つて人工地盤への地盤改良作業が不要とな
る。これと共に、人工地盤材料が自己硬化性を有
するため、これを囲繞する外殻壁を強固なものと
する必要が無く、施工が容易となる。さらに、硬
化した人工地盤の比重は前記従来の人工地盤材料
たる埋立砂の比重より軽いため、原地盤の沈下、
地滑り破壊の恐れが無くなり、原地盤への地盤改
良作業が不要となる。 特に、人工地盤材料には火山灰が混合され、こ
れによりフライアツシユ、水等の混合物の均一な
混合を図ることが可能となると共に、施工条件に
合致させて人工地盤の比重を調整することができ
る。さらに、火山灰がフライアツシユと同様のポ
ゾラン活性を有するので、フライアツシユの置換
材として混合することが可能となる。 「実施例」 以下、この発明のフライアツシユよりなる人工
地盤材料を、実施例により更に詳細に説明する
が、この発明のフライアツシユよりなる人工地盤
材料は、以下に示す実施例に限定されない。 実験例 フライアツシユ、火山灰、セメント及び水を混
練して、この発明のフライアツシユよりなる人工
地盤材料を製造した。フライアツシユは、石炭火
力発電所から湿潤状態で排出されたものを、１週
間〜１ケ月放置した後乾燥せずに使用した。フラ
イアツシユの物性を第１表に示す。

【表】 これらフライアツシユには北海道産の石炭が用
いられており、カルシウム分も約６％と高い。従
つて、乾燥状態で排出・保管されていれば、フラ
イアツシユの自己硬化性によつて、水との混合に
より数Kgｆ／cm²程度の圧縮強度が発現されるもの
と推察される。 火山灰は、フライアツシユよりなる人工地盤材
料の増量材として混合され、北海道中部から産出
されたものを、２mm以上の粒子を取り除いた後、
湿潤状態のままで用いた。実験に用いた火山灰の
自然含水比は22.8％、平均粒径は290μｍ、比重は
2.59である。 前述のフライアツシユの自己硬化性が湿潤状態
によつて低下しているおそれがあること、及び短
期間内で所定の強度を得る必要性があること等の
理由で、人工地盤の硬化助材として普通ポルトラ
ンドセメントを数％の範囲内で添加した。また、
これらフライアツシユ、火山灰、セメント混練用
の水としては、東京湾から採取した海水を濾過し
て用いた。 以上のような各材料を３ｇのホバート型ミキサ
ー内において５分間混練することで、スラリー状
の人工地盤材料を調製した。ホバート型ミキサー
の回転数は、遊星運動で60rpm、回転運動で
140rpmである。 このようにして得られたスラリー状の人工地盤
材料について、その流動性、比重及び材料分離の
検討を行つた。人工地盤材料の流動性は、通常の
コンクリート用スランプコーンと同様の形状で、
高さ15cmのサイズを有するモルタル、プラスター
用特殊スランプコーンで測定した。また、人工地
盤材料の比重は、掘削泥水の密度測定用に使用さ
れるマツドバランスで測定した。さらに、人工地
盤材料の材料分離は、100mlのメスシリンダーを
用いて測定した。 次に、これら人工地盤材料の各特性を測定した
後、この人工地盤材料を直径５cm、高さ10cmの塩
化ビニール製のモールド内に充填し、上面をポリ
エチレンフイルムで閉塞して、これを20℃に温度
が維持された海水中で養生した。そして、このよ
うにして硬化した人工地盤材料の強度特性を測定
した。強度特性測定は、主として一軸圧縮試験
（歪み速度0.8％／分）で把握した。 なお、以下の実験結果において、これらフライ
アツシユ、火山灰、セメントの配合を示す用語は
以下の如く定義される。 ●火山灰含有率（As）：フライアツシユ、火山灰
の総乾燥重量に対する乾燥火山灰の重量比 ●セメント添加率（Ac）：フライアツシユ、火山
灰の総乾燥重量に対するセメントの重量比 ●配合含水比（Wp）：乾燥フライアツシユ、乾
燥火山灰、セメントの総乾燥重量に対する全水
分の重量比 第１図は、人工地盤材料内に火山灰が混合され
ていない状態での（As＝０％）、硬化助材たるセ
メントの添加量と人工地盤の圧縮強度との関係を
示す図である。他の条件は図中に示してある。こ
の実験に用いられたフライアツシユは、前記表に
示した如く約６％のカルシウム分を含有してお
り、従つて、乾燥状態で排出・保管されていれば
数Kgｆ／cm²程度の圧縮強度が発現されるものと推
察される。従つて、このフライアツシユが乾燥状
態で保管されてあれば、硬化助材たるセメントの
添加は不必要と考えられる。しかしながら、この
フライアツシユは排出後湿潤状態で１ケ月放置さ
れているため、本来有すべき自己硬化性が低下し
ていたものと思われる。が、このようなフライア
ツシユであつても、セメントを適宜少量添加する
ことで、強度増加を期待できる。 第２図は、火山灰の添加量と人工地盤の圧縮強
度との関係を示す図である。他の条件は、図中に
示してある。火山灰のみでは充分な圧縮強度が得
られないが、これをフライアツシユと混合して使
用すれば、人工地盤の材料として充分な強度を発
現しうることが理解できる。この場合、火山灰含
有率37〜63％の範囲内においては、人工地盤の強
度発現に有意な差が見られない。 第３図は、硬化後の人工地盤の湿潤密度と火山
灰含有率との関係を示す図である。図に見るよう
に、火山灰の混合量を適宜調製することで、形成
された人工地盤の比重を調整しうることが理解で
きる。この結果は、火山灰の比重がフライアツシ
ユの比重よりも大きいことに起因するが、また同
時に、材料分離や収縮が火山灰の添加によつても
大きくなることにも起因すると考えられる。すな
わち、第４図は人工地盤のブリージング率及び収
縮率と火山灰含有率との関係を示す図であつて、
第４図に示すように、火山灰含有率の増加に従つ
て、ブリージング率及び収縮率も増加し、すなわ
ちスラリー状の人工地盤材料の材料分離が大きく
なつて、火山灰含有率60〜75％付近でピークを迎
えている。この結果は、火山灰の粒径がフライア
ツシユの粒径に比して大きいため、火山灰間の間
隙内にフライアツシユが隙間無く充填されること
で、いわゆる粒度調整効果によつて混合物の見掛
けの比重が増加し、これによつて自由水が発生さ
れたためと解釈できる。 第５図は、硬化後の人工地盤の湿潤密度と配合
含水比との関係を示した図である。第３図と同様
に、火山灰含有率の増減によつて、人工地盤の比
重が調整可能であることが理解できる。同様に、
配合含水比の増減によつても、ある程度人工地盤
の比重を調整することも可能である。 第６図は、スラリー状人工地盤材料の流動性を
示すスランプ値と配合含水比との関係を示す図で
ある。火山灰の混合量にもよるが、配合含水比の
増加に伴つて人工地盤材料の流動性も向上してい
る。同様に、第７図は人工地盤材料のスランプ値
と火山灰含有率との関係を示す図である。第４図
の結果と同様な傾向が示されている。 以上示した実験結果から、人工地盤材料として
適した各混合物の配合比について検討する。人工
地盤材料の汎用性を考慮すれば、これに要求され
る性能は以下の如き値となる。 一軸圧縮強度：材令28日で３Kgｆ／cm² 湿潤密度：1.7ｇ／cm³以下 ブリージング率：３％以下 流動性：スランプ値12cm以下 これら性能を満足する配合比は、以下の第２表
に示す通りとなる。

【表】 「発明の効果」 以上詳細に説明したように、この発明のフライ
アツシユよりなる人工地盤材料によれば、以下の
ような優れた効果を奏することができる。 ａ 埋立地や護岸等へ投入させる埋戻し材、充填
材、埋立造成材等の人工地盤材料の主成分とし
てポゾラン活性を有し、それ自体で水と反応し
て硬化する性質を有するフライアツシユを用い
ることにより、人工地盤材料は、海底等の埋立
予定値に打設された後に自身で硬化して人工地
盤として充分な強度を有するものとなるため、
人工地盤そのものの地盤沈下や地盤の液状化に
ついて考慮する必要が無く、また、強固な外殻
壁も必要なく、施工が容易となる。さらに、硬
化した人工地盤の比重は前記従来の人工地盤材
料たる埋立砂の比重より軽いため、原地盤の沈
下、地滑り破壊の恐れが無くなり、原地盤への
地盤改良作業が不要となる。 ｂ 人工地盤材料の成分としてフライアツシユに
加えてポラゾン活性を有する火山灰を用い、フ
ライアツシユより比重が重く、粒径が大きい火
山灰の添加量を調整することで、フライアツシ
ユと火山灰との比重差と、フライアツシユと火
山灰との粒径の差による粒度調整効果とによ
り、人工地盤材料になる人工地盤の比重を調整
することができ、人工地盤が軽すぎたり、重す
ぎたりすることにより発生する不都合を回避す
ることができる。 また、フライアツシユに火山灰を添加すること
により、いわゆる「だま」の形成を防止し、ま
た、人工地盤材料を火山灰により増量すること
で、生産地及び生産量に規制のあるフライアツシ
ユだけを用いた場合に比較して人工地盤材料の経
済性を向上することができる。 すなわち、人工地盤材料をフライアツシユ及び
火山灰を主体として構成することにより、地盤と
して充分な強度を有し、かつ、地盤として最適な
比重を有する人工地盤を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はセメントの添加量と人工地盤の圧縮強
度との関係を示す図、第２図は火山灰の添加量と
人工地盤の圧縮強度との関係を示す図、第３図は
硬化後の人工地盤の湿潤密度と火山灰含有率との
関係を示す図、第４図は人工地盤のブリージング
率及び収縮率と火山灰含有率との関係を示す図、
第５図は硬化後の人工地盤の湿潤密度と配合含水
比との関係を示す図、第６図は人工地盤材料のス
ランプ値と配合含水比との関係を示す図、第７図
は人工地盤材料のスランプ値と火山灰含有率との
関係を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ フライアツシユを主成分とし、これに火山灰
   と水とを混合してなり、かつ、人工島等の埋立地
   や護岸等へ投入される埋め戻し材、充填材、埋立
   造成材等となる人工地盤材料であつて、フライア
   ツシユと火山灰との総乾燥重量に対する火山灰の
   乾燥重量比が30〜60％の範囲内であり、かつ、前
   記総乾燥重量に対する水の重量比が40〜60％の範
   囲内であることを特徴とするフライアツシユより
   なる人工地盤材料。 ２ 硬化助材を添加したことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載のフライアツシユよりなる人
   工地盤材料。 ３ 界面活性剤を添加したこを特徴とする特許請
   求の範囲第１項または第２項記載のフライアツシ
   ユよりなる人工地盤材料。