JPS6399289A - 遅硬性土質安定材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、土質安定材として用いる遅硬性固化材に関し
、特に海底軟弱地盤にブロック状、壁状または格子状の
改良地盤を形成するための連続作業を容易ならしめ、改
良体をより一体化するのに効果的な遅硬性固化材に関す
る。

［従来の技術］ 海底の軟弱地盤を一強化し、ケーソン等を載設する基底
を造成するために、地盤に混入する固化材が用いられる
。すなわち軟弱地盤に固化材ミルクを注入し、これを攪
拌翼で混合することによって地盤の支持力を増大させる
深層混合処理工法が広く実用化されており、具体的な工
法として引抜吐出法と貫入吐出法とがある。

引抜吐出法は、下端部に攪拌翼を装着した円筒状打設管
（以下、打設管という）を回転させながら改良地盤域の
深部までほぼ鉛直に進入させ、固化材ミルクを打設管上
部から送入して下端からこれを地盤中に排出しながら、
打設管を徐々に引き上げ、地盤中に残されていく固化材
ミルクを攪拌翼によって周囲の軟弱粘土と混合し、この
混合が打設管の引き抜ぎと並行して進み、攪拌翼が改良
地り３域の上端に達することによって一工程の作業が終
了するものであり、さらにこの作業を隣接した区域に連
続的に行なうことにより、ブロック状、壁体状または格
子状の改良地盤を得るものである。この引抜吐出法によ
れば固化材ミルクは打設管の引き抜き時に注入されるた
め、攪拌翼によってミルクと粘土が混合される機会が一
度だけ与えられる。

これに対して貫入吐出法は、打設管を改良地盤域上部か
ら貫入するのと同時に固化材ミルクの注入を開始し、ミ
ルクと粘土を混合しながら改良地盤域深部まで到達した
後ミルクの注入を停止し、次に打設管を回転させながら
引き抜きに移るものであり、この方法においてはミルク
と粘土との混合は２度行なわれることになり、前述の引
抜吐出法に比べて混合効果も上り、安定した強固な改良
地盤が得られる理想的な混合方法であるといえる。

従来、固化材としては主として普通ポルトランドセメン
トまたは高炉セメ２８８種等のセメントを水または海水
と混合してセメントミルクとなして使用している。

この場合、セメントは注水直後、すなわちミルク状にし
た時点から水和反応が始まり、水酸化カルシウムが生成
してカルシウムイオン（Ｃａ　２＋　）を遊離する。一
方、前述した処理工法で軟弱地盤にセメントミルクを混
合すれば、遊離した（　ａ　２＋は軟弱地盤中の粘土粒
子に吸着される。このイオン吸着反応によって粘土は急
激に粘性を増し、さらにこの間にもセメントの水和反応
は逐次進行しているので、混合処理された部分の地盤は
短時間のうちに硬化を開始する。

深層混合処理工法において、混合処理を行ない連続的に
一体化した改良地盤を得るためには、先に処理した部分
と後で処理する部分を一部重複して攪拌する必要があり
、先に処理した部分の硬化が短時間のうちに開始されれ
ば、それに伴い重複部分の攪拌抵抗が増大し、更に前述
の粘土のイオン吸着による粘性増も複合して、ついには
攪拌混合が不能となり、所期の目的を達成することがで
きなくなる。このような理由から、従来の固化材では、
貫入吐出法による混合処理は不可能とされ、引抜吐出法
が一般に採用されていた。

近年、かかるセメントミルク固化材の欠点を改良するこ
とを目的とし、混合処理された部分の地盤の硬化時間を
一定期間遅延させ、しかる後速やかに必要な強度を発現
する遅硬性固化材の開発が各方面で研究されている。

発明者らは高炉水砕スラグ粉末（以下スラグという）と
中庸熱ポルトランドセメント（以下中庸熱セメントとい
う）を適切に配合した遅硬性固化材について種々検討を
行なった。

スラグ・中庸熱セメント系固化材が遅硬性を示す理由は
次の通りである。即ち、スラグは潜在水硬性を有する物
質で、アルカリ刺激剤の存在下で水和反応を起こし、Ｃ
ａＯ−３ｔＯ２系、Ｃａ０−Ａｆ１２０３系ゲル状物質
または結晶を生成して硬化する。このスラグと混合する
アルカリ刺激剤である中庸熱セメントは、ポルトランド
セメントの一種ではあるが、その鉱物組成は普通ポルト
ランドセメントに比べてＣ３Ｓが少なくＣ２Ｓが多く、
水と混練後初期材令の水和速度は緩慢で、長期材令で水
和反応が急激に進行する性質がある。

従って初期材令で生成する消石灰量は少なく、スラグの
刺激効果が低いため、スラグ・中庸熱セメント系固化材
の硬化時間はかなり遅くなる。しかも長期的にはスラグ
を刺激するに十分な消石灰も生成するため、高強度を発
現する性質がある。

このスラグ・中庸熱セメント系固化材に水を加えてミル
ク状とし、前述の如く軟弱地盤に注入攪拌すれば、中庸
熱セメントの水和反応による消石灰の生成は遅れ、その
生成ユも比較的少なく、一部分はスラグの刺激剤として
作用した残りが軟弱地盤中の粘土粒子に吸着されること
になる。従って、粘土の粘性は固化材ミルクの注入後、
時間の経過と共に増大するが、普通セメントの固化材を
使用した場合に比べて増加の度合は緩慢であるため、条
件によっては貫入吐出法で１サイクルの作業を終了させ
るだけの時間帯を確保することが可能となるのである。

スラグ・中庸熱セメント系固化材は、スラグと中庸熱セ
メントの配合を加減することにより、ある程度の水和反
応速度を調整することが可能である。例えば、スラグ量
を多くし中庸熱セメント量を少なくすれば、初期の水和
反応速度を抑制すらことができる。

しかし、中庸熱セメント量を少なくした場合、相対的に
長期材令における水和まで抑制され、所定の高強度を発
現することは難しくなる。

また中庸熱セメントの水和速度は遅いとはいえ、注水直
後から反応は刻々と進行し消石灰の生成は増加している
。従フて、時間の経過に伴い粘土の粘性は増加して打設
管の攪拌抵抗は増えるため、貫入吐出法を適用できる条
件にも制限があるという問題がある。

［発明が解決しようとする問題点］ 貫入吐出法の１サイクルに要する時間は、軟弱地盤改良
域の深度と混合装置の能力により異なり、一般的には２
〜３時間程度であるが、場所によっては深度の大きい地
盤改良を要し、この場合は４〜５時間にもなる。そのた
め、少なくとも注水後５時間程度は固化材の水和を抑制
し、しかる後速やかに水和の促進に穆行できる性質の遅
硬性固化材が望まれるところである。

本発明は長期材令で高強度を発現できるスラグとポルト
ランドセメント、例えば中庸熱セメントの配合において
、混合攪拌時の注水少数時間だけ水和を低減できる遅硬
性固化材の開発を目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 発明者らは鋭意研究を進めた結果、スラグとポルトラン
ドセメント、例えば中庸熱セメントに一時的な水和抑制
剤（遅延剤）としてリン酸二水素カルシウムを添加する
ことにより、貫入吐出法に適した遅硬性固化材が得られ
ることを見出した。

本発明はかかる知見に基づいてなされたものであり、 高炉水砕スラグ粉末、ポルトランドセメント及びリン酸
二水素カルシウムを、高炉水砕スラグ粉末１００重量部
に対してポルトランドセメント１５〜６０重量部、リン
酸二水素カルシウム０．３〜８重量部の割合で含有する
ことを特徴とする遅硬性土質安定材、 を要旨とするものである。

以下本発明についてさらに詳細に説明する。

スラグは銑鉄製造時の副産物を水で急冷し、比表面積３
０００ｃｒｎ”／ｇ以上に粉砕した非結晶質（ガラス質
）の粉末である。

ポルトランドセメントとしては、中庸熱ポルトランドセ
メント、普通ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトラ
ンドセメントがあり、更に、高炉セメント及びフライア
ッシュセメントが好適であるが、このうちでも特に中庸
熱セメントが好適である。

スラグとポルトランドセメントの配合比を変えれば、そ
の固化材により処理した粘性土の硬化の所要時間を調節
することが可能で、一般にポルトランドセメントの配合
比が高いほど硬化時間は短くなる。スラグ１００重量部
に対してポルトランドセメントの添加量が１５重量部未
満のときは、１〜３ケ月間の長期材令において処理土の
所要基準強度を達成するに至らず、またポルトランドセ
メントの添加量が６０重量部を越えるとポルトランドセ
メント単体を使用した場合と大差はなく、硬化時間は短
いものとなる。従って、スラグとポルトランドセメント
の配合比としては、スラグ１００重量部に対しポルトラ
ンドセメントを１５〜６０重量部とし、好ましくは２０
〜５５重量部とするのがよい。

遅延剤として添加するリン酸二水素カルシウムは、スラ
グ１００重量部に対して０．３〜３重量部である。

本発明の固化材を得るには、スラグとポルトランドセメ
ントにリン酸二水素カルシウムを予め添加したものを水
と混練してもよく、スラグとボルトランドセメントの混
合物を水と混練し、リン酸二水素カルシウムを別途添加
してもよい。

［作用］ ポルトランドセメントと水とが反応して水酸化カルシウ
ムを生成するが、リン酸二水素カルシウムを添加すると
、生成した水酸化カルシウムが粘土に吸着される以前に
リン酸二水素カルシウムと次式のように反応し、難溶性
のリン酸水素カルシウムに変るため、粘土の粘性増加が
抑制される。

Ｃａ　（Ｈ２ＰＯ４）２　・Ｈ２０＋Ｃａ　（ＯＨ）２
−＝２　（Ｃａ−Ｈ−ＰＯ４・Ｈ２０）　＋２Ｈ２０こ
の反応は添加したリン酸二水素カルシウムが消費して無
くなるまで続く。

この種の遅延作用を有する材料としては可溶性のリン酸
塩類であれば、はぼ同等の効果がある。

［実施例コ 以下実施例について説明する。

実施例１ 水／固化付比が６０％の固化材スラリーを、固化材添加
量が試料土に対して１８０ｋｇ／ゴとなるよう添加し、
ホバート型ミキサーで１０分間泪合した処理土について
、ベーン試験および一軸圧縮試験を実施した。ベーン試
験はそれぞれ混合直後、２時間後、４時間後、６時間後
にｒ（！’Ｉ足した。

−軸圧縮試験はそれぞれ材令１日、３日、７０．２８日
、９１日で行なった。本実施例に使用した試料土は広島
湾、大阪湾、東京湾の沖積粘性土でその土質試験結果を
第１表に示す。

第１図に広島湾粘土に対して固化材スラリーを添加した
場合の粘性変化（最大ぜん断応力ｇｆ／ｃ　ｒｎ”　）
を示した。固化材としてはスラグ、中庸熱セメントを配
合した固化材にリン酸二水素カルシウムを０．５％、１
．０％添加した。固化付比較用として、リン酸二水素カ
ルシウム無添加のもの及び普通ポルトランドセメントを
用いた。第１図より明らかなように、リン酸二水素カル
シウムの添加量の増加に伴い、粘土の粘性は著しく減少
している。

第２図に東京湾粘土に対する粘性変化、第３図に大阪湾
粘土に対する粘性変化を示すが、いずれの試料土に対し
てもリン酸二水素カルシウムの添加効果が認められる。

゛　第１表　試料土の土質試験結果 第２表にスラグ、中庸熱セメントを配合した固化材にリ
ン酸二水素カルシウムを添加した固化材および普通ポル
トランドセメントを各試料土に対して１８０　ｋ　ｇ　
／　ｍ’添加した処理土の一軸圧縮試験を示す。第２表
より明らかなように、各試料共、リン酸二水素カルシウ
ムの添加に伴い初期強度は低下し、長期的には添加しな
いものと同程度の強度に回復する傾向にある。

実施例２ 実施例１と同様にして得られた処理土について、実施例
１と同様にしてベーン試験および一軸圧縮試験を実施し
た。なお、試料土としては広島湾の沖積粘性土を使用し
た。

第４図に広島湾粘土に対して固化材スラリーを添加した
場合の粘性変化（最大ぜん断応力ｇｆ／ｃ　ｒｎ’　）
を示した。固化材としてはスラグ、普通ポルトランドセ
メントを配合し、固化材にリン酸二水素カルシウムを０
．５％、１．０％添加した。

固化付比較用としてリン酸二水素カルシウム無添加のも
のを用いた。第４図から明らかなように、リン酸二水素
カルシウムの添加量の増加に伴い、粘土の粘性は著しく
減少している。

同様にして、ポルトランドセメントとして：Ｊｔ　Ｖｔ
酸塩セメントを用いた場合の粘性変化を第５図に、高炉
セメントを用いた場合の粘性変化を第６図に示すが、い
ずれの場合においても、リン酸二水素カルシウムの添加
効果が認められる。

第３表にスラグ、各稲ポルトランドセメントを配合した
固化材を試料±（広島港粘土）に対してｔ８０ｋｇ／ｒ
ｎ″添加した処理土の一軸圧縮強度を示す。第３表より
明らかなように、各試料とも、リン酸二水素カルシウム
の添加に伴い初期強度は低下し、長期的には添加しない
ものと同程度の強［発明の効果］ 以上詳述した通り、本発明の遅硬性土質安定材は、高炉
水砕スラグ、ポルトランドセメント及びリン酸二水素カ
ルシウムを所定割合で含有するものであフて、リン酸二
水素カルシウムの水和抑制作用により、粘土の粘性増加
が効果的に抑制される。これにより、粘土の強度は低下
するが、時間の経過と共に強度は回復し、十分な強度を
得ることもできる。

従って、本発明の遅硬性土質安定材によれば、貫入吐出
法の採用も可能とされ、極めて高い処理効率のもとに、
安定した強固な改良地盛を得ることが可能とされる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図及び第３図はそれぞれ実施例１における
測定結果を示すグラフ、第４図、第５図及び第６図はそ
れぞれ実施例２における測定結果を示すグ、ラフである
。 代理人　　　弁理士　　　重　野　　剛藏 □ 経過時間　（ｈｒ、） スラク″：中厨熱セメント ８０　：　２０ リン破瓜水素カルシウム無添加 ノン股二水素カルシウム０．５°１０ フン股二水素カルシウム０．７５°Ｉ０ヲンＷｌ二水素
カルシウム１．Ｑ’６１０経過時間（ｈｒ） 経過時間（ｈｒ） せん断応ツバｇｆ／ｃｍ２） 好　　（（丈 寸　　　×′　　　　寸　　　（′ （ぐ　◇テ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）高炉水砕スラグ粉末、ポルトランドセメント及び
   リン酸二水素カルシウムを、高炉水砕スラグ粉末１００
   重量部に対してポルトランドセメント１５〜６０重量部
   、リン酸二水素カルシウム０．３〜３重量部の割合で含
   有することを特徴とする遅硬性土質安定材。
2. （２）ポルトランドセメントは中庸熱ポルトランドセメ
   ントである特許請求の範囲第１項に記載の遅硬性土質安
   定材。
3. （３）ポルトランドセメントは普通ポルトランドセメン
   トである特許請求の範囲第１項に記載の遅硬性土質安定
   材。
4. （４）ポルトランドセメントは耐硫酸塩ポルトランドセ
   メントである特許請求の範囲第１項に記載の遅硬性土質
   安定材。
5. （５）ポルトランドセメントは高炉セメントである特許
   請求の範囲第１項に記載の遅硬性土質安定材。