(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生石灰または軽焼ドロマイト１００質量部に対して活性白土を５０〜１００質量部、半水石膏を５０質量部以下配合してなり、土壌に添加したときに土壌を固化させるとともに、そのｐＨの上昇を抑制するための土質改良材。
【請求項２】
軟弱な土壌に対して、請求項１に記載の土質改良材を土壌１ｍ３当たり２００ｋｇ以下の量添加することにより、土壌を固化させてその地盤強度および支持力を高めるとともに、そのｐＨの上昇を抑制することからなる土質改良方法。
【請求項３】
軟弱な土壌が関東ローム層の土壌である請求項２の土質改良方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土質改良材と、それを使用した土質改良方法に関する。詳しくは、軟弱な土壌に添加してその強度を高めるように土壌を固化し、かつ、添加に伴う土壌のｐＨの上昇を抑制して、土壌が強いアルカリ性になることが引き起こす、生態系への悪影響を防ぐ土質改良材と、それを使用して土質を改良する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
日本には、火山灰質粘性土をはじめとして、軟弱な土壌が広く分布している。とくに社会活動に必要なもの、たとえば道路、住宅や公共の建築物が多く設置される平野部の地盤は、水分や有機物を多量に含む軟弱な土壌によって構成されている。このような軟弱な土壌の地盤を強化して支持力を高めたり、建設機械の移動や活動を容易にしたりすることを目的として、しばしば、土質改良材を土壌に添加することが行なわれている。
【０００３】
この目的で使用される土質改良材は、一般に、生石灰、軽焼ドロマイトまたはセメント系の土質改良材である。その作用は、土壌中の水分を大量に吸収して塑性指数を低下させることにあり、それによって地盤の強度が高められ、支持力が得られる。土質改良材の種類によっては、土壌中でイオン交換反応、ポゾラン硬化反応、あるいは炭酸化反応などを引き起こすことにより、上記の地盤強度および支持力をさらに改善する働きをもち、それを強調する場合には「土壌固化材」と呼ばれるものがある。しかし、そのような土壌固化材を含めて、土質改良材には、一般に土壌のｐＨを高める傾向があり、ときにはｐＨが１２近くまで上昇する。土壌のｐＨが高くなると、雨水による強アルカリ水の流出が起こって、動植物やそれを含む生態系に悪影響を及ぼす懸念がある。
【０００４】
土壌のｐＨ上昇を避けて土壌固化を行なうことを意図して、近年、生石灰や軽焼ドロマイトそのままでなく、これに二水石膏、半水石膏、無水石膏、酸化マグネシウム、製銑スラグ、フライアッシュなどを配合して弱アルカリ性とした土壌固化材が開発されつつある。生石灰や軽焼ドロマイトに石膏類や酸化マグネシウムなどを配合しただけでは、土壌のｐＨを低くすることが困難なので、生石灰の配合量を減らすことや、リン酸カルシウム、水酸化アルミニウムなども配合することが試みられている。さらには、生石灰を一切使用せず、石膏や酸化マグネシウムを主成分とした弱アルカリ性の土壌固化材の試作も報告されている。
【０００５】
最近提案された具体例を挙げると、まず、石膏系建築廃材２０〜７０重量部と生石灰３０〜８０重量部とを配合し、それに生石灰の水和に要する理論水量の０．４〜１．２倍の水を加えて混和した土壌処理材組成物がある（特許文献１）。この組成物は、廃材の有効利用を狙ったものであるが、生石灰に対して石膏の配合割合を高くとっている。
【０００６】
つぎに、酸化マグネシウムと水酸化アルミニウムとを重量比１０：９０〜８０：２０で配合してなる低アルカリ性固化材組成物があり、この１００重量部に対して、二水石膏、半水石膏、無水石膏、硫酸アルミニウム、硫酸鉄から選んだ１種以上を１００重量部以下の割合で添加したものも提案されている（特許文献２）。酸化マグネシウムは、水和後のｐＨが生石灰のそれと比較して低いため、土壌のｐＨを下げるのには効果的であるものの、酸化マグネシウムの水和反応は生石灰のそれよりも小さいので、反応性を高めるために、より微細な粒子（平均粒子径１５μｍ）を使用する必要がある。その場合でも、酸化マグネシウム単独では土壌のｐＨが高くなる可能性があるので、ｐＨ低下の効果をより確実にするために、水酸化アルミニウムと石膏類の添加が必要なのである。
【０００７】
微細な粒子（粒子径１〜１５μｍ）の酸化マグネシウムを主成分とする土壌固化材も開示された（特許文献３）。この土壌固化材は、酸化マグネシウム２０〜６０質量％、マグネシウム、カルシウムおよび（または）アルミニウムの硫酸塩１〜５０質量％、炭酸カルシウム１０〜６０質量％からなるものであるが、この１００質量部に対して、生石灰および（または）軽焼ドロマイトを１〜９０質量部の割合で加えたものも、あわせて提案されている。
【０００８】
さらに、より微細（平均粒子径１〜５μｍで、１０μｍを超えるものが１０体積％以下）で、見かけ密度が０．３〜０．８ｇ／ｃｍ３の酸化マグネシウムを使用する土壌固化材がある（特許文献４）。これも、酸化マグネシウムに、上記の硫酸塩１〜５０質量％および炭酸カルシウム１０〜６０質量％を配合した組成を有する。酸化マグネシウムを主成分とする土壌固化材は、地盤の強度を高め、ｐＨの上昇を抑制する上で効果的であるが、微粒子であるほど、その製造やハンドリングに困難が生じること、とくに発塵性が高くなることが欠点である。
【特許文献１】特開２００３−１８３６５３
【特許文献２】特開２００５−３０６９３９
【特許文献３】特開２００７−１６１８３８
【特許文献４】特開２００７−１６１８３９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、生石灰および（または）軽焼ドロマイトを主たる材料として使用し、必要により半水石膏を加え、土壌に添加してその地盤強度および支持力を高めるとともに、添加に伴う土壌のｐＨの上昇を抑制し、土壌が強アルカリ性になることが引き起こす生態系への悪影響を防ぐことができる土質改良材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の土質改良材の基本的な態様は、生石灰または軽焼ドロマイト１００質量部に対して活性白土を５０〜１００質量部配合してなり、土壌に添加したときに土壌を固化させるとともに、そのｐＨの上昇を抑制することができる土質改良材である。
【００１１】
本発明の土質改良材の好ましい変更態様は、生石灰または軽焼ドロマイト１００質量部に対して活性白土を５０〜１００質量部、半水石膏を５０質量部以下配合してなり、土壌に添加したときに土壌を固化させるとともに、そのｐＨの上昇を抑制することができる土質改良材である。
【００１２】
本発明の土質改良方法は、軟弱な土壌に対して、上記の基本的な態様または好ましい変更態様の土質改良材を、土壌１ｍ３に対して、通常２００ｋｇ以下の量添加して混合することにより、土壌を固化させてその地盤強度および支持力を高めるとともに、そのｐＨの上昇を抑制することからなる土質改良方法である。
【発明の効果】
【００１３】
生石灰や軽焼ドロマイトを土壌に添加するとそのｐＨが高まる機構は、ＣａＯやＭｇＯが土壌中の水と反応して水酸化物が生成し、それらが水に溶けて、金属カチオンであるカルシウムイオン（Ｃａ２＋）およびマグネシウムイオン（Ｍｇ２＋）と、アニオンであるヒドロキシイオン（ＯＨ−）を生成することにある。そこで本発明の土質改良材では、これらの金属カチオンと交換して水素イオン（Ｈ＋）を与えることのできる活性白土を生石灰および（または）軽焼ドロマイトに配合することにより、ｐＨの上昇を抑えることに成功した。
【００１４】
本発明の土質改良材は、このようにして、生石灰および（または）軽焼ドロマイトによる地盤強度および支持力の増大を実現しながら、土壌のｐＨの上昇を抑制することができる。極度に微細な粒子を使用しないから、製造およびハンドリングに問題はない。活性白土は、比較的安価に得られるので、製造コストが嵩むことはない。
【００１５】
本発明の土質改良材の好ましい変更態様によるときは、半水石膏の添加により、土壌を固化させる能力が増進され、かつ、石膏が中性であってｐＨの上昇を緩和する作用が得られるから、発明が意図する効果が、いっそう高く得られる。この半水石膏は、建築廃材を加工して用意することができ、廃棄物の処理をかねて有利に使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
活性白土は、カチオン交換性をもつ粘土鉱物であるベントナイトを硫酸で処理し、交換性カチオンを水素イオンに変えてできた、強酸性の粘土である。活性白土のＨ＋が土壌中に存在するＣａ２＋やＭｇ２＋と交換され、土壌中のＯＨ−を中和して、ｐＨを下げることが、活性白土の役割である。このようにして、生石灰や軽焼ドロマイトを土壌に添加しても、土壌のｐＨを低下させる作用が、石膏だけを加えた場合や、酸化マグネシウムを加えた場合に比べて、強アルカリ化による弊害を、よりよく防ぐことが可能になる。
【００１７】
生石灰および（または）軽焼ドロマイトに対する活性白土の配合割合は、上記のように、前者１００質量部に対して後者を５０〜１００質量部とする。５０質量部に足りないと、ｐＨ低下の効果が不十分であり、一方、１００質量部を超える大量になると、地盤強度および支持力の増加効果が不足するので、バランスをとって、この範囲内の添加量を選ぶ。
【００１８】
半水石膏を添加する好ましい変更態様においては、上記のように、生石灰および（または）軽焼ドロマイト１００質量部に対して活性白土を５０〜１００質量部配合したものに、半水石膏を５０質量部以下配合する。この場合も、半水石膏の配合量を高めると、相対的に生石灰または軽焼ドロマイトの量が少なくなるから、地盤強度および支持力の増加効果が割引になるが、上述のように、半水石膏は自身の水和による土壌固化作用によりそれをいくぶんかは補うので、影響はあまり大きくない。しかし、添加量は上限５０質量部以内におさめるのがよい。
【００１９】
本発明の土質改良材を用いて土壌の固化とｐＨの抑制を行なうときは、軟弱な土壌１ｍ３当たり、土質改良材を２００ｋｇ以下の量添加し、十分に混合して反応させる。それにより、土壌を固化させて、地盤強度および支持力を高めるとともに、そのｐＨの上昇を抑制する。土質改良材の適切な添加量は、改良すべき土壌の性質や、目標とする改良の度合、つまり達成したい地盤強度および支持力によっても異なる。具体的な施工例をあげれば、つぎの数値（室内添加試験の一軸圧縮強度）が必要とされる。
高層建築の基礎地盤の改良工事：        １５７０ｋＮ／ｍ２
自動車道工事における道路地盤補強工事：  ６００ｋＮ／ｍ２
下水道の配管路基礎地盤改良工事：          ６８ｋＮ／ｍ２
【００２０】
上記のような目標とする一軸圧縮強度を得るために必要であれば、生石灰または軽焼ドロマイトの添加量を増さなければならない。しかし、添加すべき量が土壌１ｍ３当たり２００ｋｇを超えるような場合は、これに比べて少ない量で高い一軸圧縮強度を与えることができるセメント系固化材が、一般に使用される。その理由は、多量に添加することが、土質改良材それ自体のコストと、土壌に添加混合するコストとの両面から不利になり、高価なセメント系固化材の使用が正当化されるからである。
【実施例】
【００２１】
［土質改良材］
下記の材料を使用して、土質改良材を製造した。
・生石灰および軽焼ドロマイト：石灰石または軽焼ドロマイトを焼成したものを破砕して、３ｍｍ全通品を使用
・活性白土：日本活性白土（株）製のもの、１５０μｍ全通品
・半水石膏：廃石膏ボードを粉砕し、加熱処理して調製したもの
比較のため、本発明の範囲外の組成のものも用意した。それら実施例および比較例の配合割合（質量％）は、表１に示すとおりである。
【００２２】
表１
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【００２３】
［対象とする土壌］
改良すべき対象として、下記表２に記載した特性をもつ、５種の土壌を選んだ。
表２
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【００２４】
［試験法］
土質改良材を添加した試料土を、内径５０mm、高さ１００mmの円筒状モールドに詰め、１．５kgランマーを用いて、１層目１０回、２層目２５回、３層目２５回、４層目４０回の締め固め回数で円柱状の供試体をつくる。各供試体を２３℃において7日間、気中養生したのち、一軸圧縮強度をＪＩＳ Ａ１２１６により、土懸濁液のｐＨを地盤工学会ＪＧＳ ０２１１に従って測定することにより、土質改良効果を評価する。
【００２５】
［比較例１〜６］
関東ロームＡに対し、比較例の土質改良材Ｎｏ．１および２（生石灰または軽焼ドロマイト単独）を添加して、土質の改良を試みた。添加量は、土壌１ｍ３当たり５０kg、１００kgまたは１５０kgである。試験結果を、土質改良材の添加量とともに、表３に示す。表３のデータを、一軸圧縮強度については図１のグラフに、土懸濁液のｐＨについては図２のグラフに示す。
【００２６】
表３
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【００２７】
比較例１〜６においては、生石灰を添加した場合も軽焼ドロマイトを添加した場合も、添加量が増えるにつれて一軸圧縮強度は高くなるが、それに伴い、ｐＨも上昇してしまう。その理由は、生石灰または軽焼ドロマイトの添加量を増加するにつれて、生成するヒドロキシイオンの量が増大するためである。土質改良材を１００kg/ｍ3添加すると、２００kN/ｍ2を超す高い一軸圧縮強度が得られ、軽焼ドロマイト１５０kg/ｍ3を添加した場合には、４００kN/ｍ2を超えるきわめて高い強度が実現したが、どの場合も、ｐＨがほぼ１２になった。
【００２８】
［比較例７〜１０］
やはり関東ロームＡに対し、比較例の土質改良材Ｎｏ．３および４（生石灰または軽焼ドロマイトに半水石膏を加えたもの）を添加して、土質の改良を試みた。添加量は、土壌１ｍ３当たり１００kgまたは１５０kgである。試験結果を、土質改良材の添加量とともに、表４に示す。表４のデータを、一軸圧縮強度については図３のグラフに、土懸濁液のｐＨについては図４のグラフに示す。
【００２９】
表４
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【００３０】
比較例７〜１０では、比較例１〜６に比べて、土質改良材の添加量が同じ場合の一軸圧縮強度は多少低くなっているが、ｐＨもおよそ１１に低下している。
【００３１】
［実施例１〜５］
関東ロームＡに対し、実施例の土質改良材Ｎｏ．１〜５（生石灰または軽焼ドロマイトに活性白土を加えたもの）を添加して、土質の改良を試みた。添加量は、土壌１ｍ３当たり１００kgまたは１５０kgである。試験結果を、土質改良材の添加量とともに、表５に示す。
【００３２】
表５
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【００３３】
実施例１〜３では、土質改良材を構成する軽焼ドロマイトに対する活性白土の割合が増えるにつれて、一軸圧縮強度は低くなるが、土懸濁液のｐＨは低くなっている。活性白土を多量に添加した実施例３では、一軸圧縮強度が低いが、ｐＨは顕著に低くなっている。土質改良材の添加量が高い実施例４および５においては、一軸圧縮強度が向上した上、ｐＨの上昇が抑制されている。
【００３４】
表５のデータから、土質改良材全体、すなわち［生石灰および（または）軽焼ドロマイト＋活性白土］に対する［生石灰および（または）軽焼ドロマイト］の割合の大小と、一軸圧縮強度および土壌懸濁液のｐＨとの関係についてプロットし、図５および図６のグラフを得た。図５のグラフから、活性白土に対する［生石灰および（または）軽焼ドロマイト］の割合が高ければ、一軸圧縮強度は高まることがわかる。図６のグラフからは、活性白土の割合が低ければ、ｐＨは低くできないことがわかる。
【００３５】
［実施例６〜１０］
関東ロームＡに対し、実施例の土質改良材Ｎｏ．５またはＮｏ．６（生石灰または軽焼ドロマイトに活性白土と半水石膏を加えたもの）を添加して、土質の改良を試みた。添加量は、土壌１ｍ３当たり１００kgまたは１５０kgである。試験結果を、土質改良材の添加量とともに、表６に示す。表６のデータを、一軸圧縮強度については図７のグラフに、土懸濁液のｐＨについては図８のグラフに示す。
【００３６】
表６
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【００３７】
実施例６〜９では、ｐＨが１０以下に達している。これは、半水石膏の添加による効果である。とくに実施例９では、生石灰だけを添加した比較例３と同等の一軸圧縮強度が得られた上で、ｐＨを１２．３から１０．６に低下させることに成功している。
【００３８】
［比較例１１〜１８］［実施例１０〜１７］
土質改良の対象とする土壌による差異を確かめるため、比較例Ｎｏ．３（軽焼ドロマイトに半水石膏を加えたもの）または比較例Ｎｏ．４（生石灰に半水石膏を加えたもの）の土質改良材を使用した。また、実施例Ｎｏ．５（軽焼ドロマイトに活性白土と半水石膏を加えたもの）または実施例Ｎｏ．６（生石灰に活性白土と半水石膏を加えたもの）の土質改良材を使用した。添加量は、いずれも１００kg/ｍ3である。結果を、比較例Ｎｏ．１１〜１８については表７、実施例１０〜１７については表８に示す。
【００３９】
表７
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【００４０】
表８
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【００４１】
比較例、実施例とも、関東ロームＡを対象にした場合より、高い一軸圧縮強度が得られたが、ｐＨは比較的高い値であった。しかし、比較例よりは実施例の方が、ｐＨの上昇を抑えることができた。これは、本発明の好ましい態様に従った、生石灰および（または）軽焼ドロマイトに活性白土と半水石膏とを合わせて添加した効果である。
【００４２】
以下に、現場の施工例と上記の実施例とを対比して説明する。さまざまな現場において要求された一軸圧縮強度は、それぞれ次のとおりである。
１）クローラークレーン用仮設道路（栃木県）：８６ｋＮ／ｍ２
２）擁壁基礎の改良工事（茨城県）：        １４０ｋＮ／ｍ２
３）急勾配盛土の施工：                    １６７ｋＮ／ｍ２
４）仮設道路工事（福岡県）：              ２４５ｋＮ／ｍ２
前掲の実施例２，４，６〜９および１４は、施工例１）の目標強度を超え、実施例７〜９は施工例１）〜３）の目標強度を超え、実施例９は施工例４）の目標強度を超えているから、実際にこのような工事を行なう場合に、それぞれ適用可能である。強度の向上とあわせて、土壌のｐＨが生石灰または軽焼ドロマイト単独の土質改良材を使用したときと比べて低く抑えられるから、環境への負荷が軽減されることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の比較例のデータであって、比較例１〜６の供試体の一軸圧縮強度と土質改良材の添加量との関係を示すグラフ。
【図２】本発明の比較例のデータであって、比較例１〜６の供試体の土懸濁液のｐＨと土質改良材の添加量との関係を示すグラフ。
【図３】本発明の比較例のデータであって、比較例７〜１０の供試体の一軸圧縮強度と土質改良材の添加量との関係を示すグラフ。
【図４】本発明の比較例のデータであって、比較例７〜１０の供試体の土懸濁液のｐＨと土質改良材の添加量との関係を示すグラフ。
【図５】本発明の実施例のデータであって、実施例１〜５の供試体の一軸圧縮強度に与える、土質改良材の組成の影響を示すグラフ。
【図６】本発明の実施例のデータであって、実施１〜５の供試体の土懸濁液のｐＨに与える、土質改良材の組成の影響を示すグラフ。
【図７】本発明の実施例のデータであって、実施例６〜９の供試体の一軸圧縮強度と土質改良材の添加量との関係を示すグラフ。
【図８】本発明の実施例のデータであって、実施例６〜９の供試体の土懸濁液のｐＨと土質改良材の添加量との関係を示すグラフ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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