(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液中に溶解した起泡剤に圧搾空気を吹き込んで多数の気泡を発生させ、該気泡に多量の短繊維を混合することでこれら多数の気泡のまわりに上記多数の短繊維を全体に亘って均等に分布させ、これを掘削・撹拌された土砂に混合して消泡させながら前記短繊維を前記土中に分散混入して行きわたらせることを特徴とする補強土の繊維分散方法。
【請求項２】
起泡剤に圧搾空気を吹き込んで微細な（直径３０〜５００μメートル）多数の気泡を気泡発生器内で発生し、該気泡を１〜３０デニールの繊度で２cm〜１０cmの長さの短繊維を撹拌機で撹拌混合する請求項１に記載の補強土の繊維分散方法。
【請求項３】
短繊維を、混合する土の乾燥重量の０．２〜１％で混合した請求項２に記載の補強土の繊維分散方法。
【請求項４】
水に溶解した起泡剤にコンプレッサからの圧搾空気を送り込んで多数の気泡を発生させる気泡発生器と、該気泡発生器で発生した気泡と繊維添加機で繊維束を切断した短繊維とを撹拌混合する撹拌器と、撹拌することで前記気泡の囲りに短繊維を分散させたものを土の上に排出させるようにした排出口とからなることを特徴とする補強土の繊維分散装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は補強土の繊維分散方法、詳細には地盤補強のために土中に混入される繊維を、その土中に混入する際に均等に分散させる補強土の繊維分散方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、土砂に、ビニロン，ポリエステル，ナイロン，ポリオレフィン，ポリアクリルなどの短繊維やわら（藁）などの繊維を混合することによって補強土を作ることが広く行われており、例えば、上記繊維を人力で土の上に振り撤き、さらに、手足でこの繊維を土に練り込んだり、ミキサーを用いて混練したりして、得られた補強土を土質改良や土壁などに利用している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来の土に対する繊維の混入方法では、上記の人力による繊維の振り撤きによる場合は繊維の混入量が限られ、かつ不均等となるため、建設残土などの大量に発生する土に均等に混合することが難しいという問題点があった。
【０００４】
また、ミキサーによる混練では、土をミキサー内に投入し、繊維を少しずつ振り撤いて、時間をかけて混合させる必要があり、さらに、ミキサーなどのプラント設備を用いたり、土をそのミキサーに対し搬入，搬出したりする設備コストや搬送コストが高価になるなどの問題点があった。
【０００５】
さらに、現場で繊維を土に混合する場合に、予めシリカゲルなどの溶液に繊維を混合したものを、散布しながら土と撹拌するという方法も試みられているが、その溶液内であるいは土中で繊維同志がからみ合って、土中への均等分散が円滑にいかず、繊維の投入量に見合った補強効果が得られないなどの問題点があった。
【０００６】
この発明の目的は、上記のような従来の問題点に着目してなされたものであり、運搬と施工が容易で、操作が簡単かつ土中に対する繊維の分散を均等化する補強土の繊維分散方法を提供することにある。
【０００７】
この発明の他の目的は、気泡と短繊維を均一に分散させるために繊維と気泡の太さと繊維の長さの範囲を明らかにし、さらには両者の容量比を明らかにして短繊維の気泡中への分散を理想的なものにすることにある。
【０００８】
さらに、この発明の目的は、短繊維の気泡の容量に対する比と、混合する土の乾燥重量の比を明らかにして補強土への繊維の分散を好適にすることにもある。
【０００９】
この発明にかかる補強土の繊維分散方法は、液中に溶解した起泡剤に圧搾空気を吹き込んで多数の気泡を発生させ、該気泡に多量の短繊維を混合することでこれら多数の気泡のまわりに上記多数の短繊維を全体に亘って均等に分布させ、これを掘削・撹拌された土砂に混合して消泡させながら前記短繊維を前記土中に分散混入して行きわたらせるようにしたものである。
【００１０】
そして、気泡発生器で発生した気泡は、起泡剤にもよるが、直径３０〜５００μメートルのものを発生し、この起泡には太さ１〜３０デニールの繊度(繊維の太さ)で２cm〜１０cmの長さの短繊維を混入撹拌することが、起泡中での均一分散化の促進が図られ、後の土中での均一分散と十分な補強が得られることとなる。この場合、１デニール未満の繊度ではからみあった土への補強が不十分であり、３０デニール超では土中に十分混合できない（なじまない）という問題がある。さらに、短繊維の長さを２cm未満では土とのからみが不十分であり、１０cm超では土との十分な混合ができず均一に分散できないという理由による。さらに、気泡全体に短繊維を均一に分散するためには、土の乾燥重量との比が０．２〜１％の範囲であることが好ましい。０．２％未満の場合は土中の繊維のからみ具合が不十分であり、１％超になると土中に均一に分散しないばかりか不経済である。
【００１１】
つぎに、この発明にかかる補強土の繊維分散装置としては、水に溶解した起泡剤にコンプレッサからの圧搾空気を送り込んで多数の気泡を発生させる気泡発生器と、該気泡発生器で発生した気泡と繊維添加機で繊維束を切断した短繊維とを撹拌混合する撹拌器と、撹拌することで前記気泡の囲りに短繊維を分散させたものを土の上に排出させるようにした排出口とからなることを特徴とするものである。
【００１２】
【作用】
この発明における気泡発生器は、これの内部で、タンクから供給された液中に溶解した起泡剤に、コンプレッサからの圧搾空気を吹き込んで気泡を生成させ、この気泡を撹拌機内に送り込む。この撹拌機内にはさらに繊維添加機から短繊維が投入されるため、この短繊維が気泡とともに混合，撹拌され、繊維と繊維の間に気泡が介在することにより短繊維がからみ合わずに分散される。
従って、この気泡に分散した状態の短繊維を土中に混合して、混練するだけで、短繊維を一箇所に固まらずに、土中に均等に分布可能にする。
【００１３】
【実施例】
実施例１．
以下、この発明の一実施例を図について説明する。図１はこの発明の方法の実施に使用する繊維分散装置を示す概略構成図であり、タンク２内には、水に溶解した高分子系や蛋白質系の起泡剤１が主として収容されている。この起泡剤の具体例としては、陰イオン性界面活性剤であるアルキル硫酸，アルキルアリルスルホン酸，アルキルアリルポリエーテル硫酸等のナトリウム，カリウム，アンモニウム塩などや、非イオン性乳化剤である脂肪酸石鹸，ポリオキシエチレンアルキルエーテル，ポリオキシエチレンアリルエーテルなどのほか、ポリオキシエチレン，アルキルアリル，エーテル系化合物や高級アルコール，硫酸エステル系化合物、あるいは卵白，牛の角などの動物性たんぱく質，この動物性たんぱく質の加水分解物などがある。
【００１４】
これら水と溶解した起泡剤は、界面活性作用によって気泡を生じさせ、気泡の周囲で上記短繊維が互いにからむのを防止している。
【００１５】
また、タンク２にはバルブ４を介して気泡発生器３が接続され、この気泡発生器３と上記タンク２とからはそれぞれバルブ５，６を介してコンプレッサ７が各パイプによって接続されている。
【００１６】
上記コンプレッサ７は、バルブ５を閉めた状態でバルブ６を開にして圧搾空気を水に溶解した起泡剤１を入れたタンク１内に送り込んで、タンク１内に一定の圧力を掛けてからバルブ６を閉めておく。ついで、バルブ４を開いて起泡剤を溶解した水を気泡発生器３に送出すると共に、バルブ５を開けることにより気泡発生器３内で多数の気泡を発生させる。
【００１７】
また、上記気泡発生器３には撹拌機８がパイプで連結され、この撹拌機８は内部にモータ９によって駆動される撹拌翼１０を有する。撹拌機８上にある繊維添加機１１は、ドラムなどに帯状に巻かれた繊維束１２を回転刃によって一定の長さの短繊維１３に切断することにより短繊維を大量かつ連続的に作ることができる。
【００１８】
さらに、この撹拌機８は気泡発生器３から送り込まれた気泡１４と、繊維添加機１１から投入された短繊維１３とを撹拌・混合し、気泡により短繊維を均等に分散させるように機能する。そして、この気泡１４に短繊維を分散した気泡分散繊維１５は、排出口１６からこれから補強せんとする土の上に排出されるようになっている。
【００１９】
図２は、上記のような気泡分散繊維１５を拡大して示す説明図であり、上記排出口１６付近に送出される気泡分散繊維１５は、界面活性作用すなわち互いに反発する作用のある多数の気泡１４中に多数の短繊維１３がからむことを抑制して分散している。
【００２０】
なお、この発明に用いる短繊維は、例えば、ポリアミド系，ポリエステル系，ポリオレフィン系，ポリアクリル系，芳香族ポリアミド系，全芳香族ポリエステル系，ポリエーテルケトン系，ポリフェニレンサルファイド系，ポリアセタール系，ポリエーテルエーテルケトン系，ポリイミド系等の合成繊維，炭素繊維の単独または、混合物などであり、特に限定するものではないが、好ましくは、土中耐久性の面からポリエステル系，ポリアクリル系合成繊維をカッティングした短繊維が特に好ましい。これらの物理的特徴として、例えば繊度が１〜３０デニールが好適である。すなわち、１デニール未満では土において簡単に切断してしまい、３０デニール超では繊維自身が重くなり分離しやすく、硬くて土中に柔軟に混合できない。また、繊維は長さが２cm〜１０cmが好ましく、２cm未満では土との混合からみが不十分で土を補強できず、１０cm超では土中に均一に分散できない。
【００２１】
さらに、図３は図１に示す繊維分散方法を実施する繊維分散システムをスタビライザ撹拌機に設置した例を示す。同図において、スタビライザ撹拌機２１は油圧シリンダ２２，２３によって上下，左右に駆動されるアーム２４，２５を有し、アーム２５端には油圧駆動される複数枚の羽根を有する撹拌ブレード装置２６が取り付けられている。なお、上記排出口１６端には先端が地面付近にのぞむホース２７が揺動可能に取り付けられている。
【００２２】
次にかかる構成になる上記繊維分散システムおよびスタビライザ撹拌機の動作について説明する。まず、タンク２内の起泡剤１を、コンプレッサ７から圧搾空気をバルブ５，６を介して供給することにより、強制的に気泡発生器３側へ送出するとともに、上記コンプレッサ７からの圧搾空気をバルブ５を介してその気泡発生器３内へも直接供給する。
【００２３】
これにより、気泡発生器３内ではその圧搾空気を受けて、起泡剤１が気泡化して、直径３０μメートル〜５００μメートル（３０μメートル未満では繊維を十分に分散するための泡の大きさではなく、また泡形成自体も難しく、５００μメートル超では発生する泡の絶対量が少なくなり、泡と泡の距離も離れ分散が難しい）の気泡３の集合体となり、撹拌機８内に送り込まれる。なお、この気泡は、後で土中に混合するセメント重量に対し、起泡剤０．２重量％〜１重量％が好適に発生し、使用する気泡剤にもよるが３気圧〜５気圧の圧縮空気を気泡発生器３内に供給することにより、効率良くなされる。これは０．２重量％未満では土中に繊維が均一に分散できない程気泡が生ぜず、１重量％超では気泡が多すぎて土や土中のセメントとの混合が難しくなる。また、上記３気圧と５気圧の間に設定した理由は３気圧より低圧の場合は泡が発生しにくく、５気圧より高圧の場合は飛散が激しくなるためである。
【００２４】
一方、この撹拌機８の上部には繊維添加機１１が設けられ、繊維束１２を細かく切断することによって得た短繊維１３を、撹拌機８に投入する。
【００２５】
こうすることで、この投入された短繊維１３は、上記気泡３とともに撹拌翼１０によって予め定められた速度で混合，撹拌され、短繊維１３は気泡のまわりに全体に亘って均等に分布していく。このとき、短繊維１３は、図２に示すように上記短繊維の大きさとの関係で上記起泡剤の種類によっても異なるが、各気泡のまわりに、ほとんどからまり合うことなく独立して分散し、気泡分散繊維１５として排出口１６から排出される。
【００２６】
そして、このように排出された気泡分散繊維１５は、上記排出口１６と接続したホース２７を介して、撹拌ブレード装置２６によって撹拌されている箇所が、その直前の補強土を形成すべき土２８の上にあたかも気泡により増量された状態で分散される。すなちわ、このホース２７端は撹拌ブレード装置２６より手前（内側）にあるので、スタビライザ撹拌機２１が、図３中矢印Ａ方向に走行しながら、撹拌ブレード装置２６により土を掘削，撹拌することにより、その掘削，撹拌された土の中の隅々まで、気泡分散繊維１５は気泡が消泡されながら均等に分散混入されて行きわたることになる。
【００２７】
また、気泡自体は土の摩擦や粘着抵抗を和らげるため、繊維混合にも拘らずスタビライザ撹拌機２１に新たな負荷をかけることはない。さらに、土が乾燥している場合は、撹拌による粉塵が生じるが、気泡で表面を覆い、撹拌による土埃が泡によって捕捉され、泡の消泡とともに飛散を防止する。
【００２８】
そして、この土の中への混入の際にも、気泡が介在されているため、短繊維１３はからみ合うことがなく、土（砂）との混合が十分になされ、風を受けて短繊維のみが周囲に飛散するようなこともなくなる。そして、その気泡１４は撹拌された土２８に触れた後は次第に消泡し、短繊維１３のみが撹拌された土中に分散混合され、かつ付着して、遂には補強土を形成することとなる。
【００２９】
なお、繊維の混合状態が良いため、後工程として転圧機等で締固め後の土の強度は若干であるが向上し、土が繊維で拘束されることにより、降雨などによる土砂の流出を防止できることとなる。
【００３０】
本発明の実験によれば、硫酸エステル系の起泡剤を気泡発生器３内に充填した多数のガラスビーズの中を通過させる過程で、圧縮空気を吹き込んで気泡を発生させ、発生した気泡０．１５立方メートルに対して糸長さ５０ミリメートル、糸太さ２デニールの短繊維を、予め補強土として予定している土砂（比重１．８）の乾燥したものの０．２パーセントとなるように１．８キログラムを混合した場合には、気泡中に混合した繊維が比較的に長いにも拘らず気泡に均一に分散されることが確かめられた。
【００３１】
そこで、この繊維入りの気泡をホース２７で１５センチメートル厚さに土の上に散布して、撹拌機であるスタビライザ撹拌機２１で土を０．５メートルの深さに撹拌した。なお、この時のスタビライザ撹拌機２１の走行速度は１ｍ／ｍｉｎとした。
【００３２】
このように施工した補強土の状態は、従来繊維を直接土と混合する場合におけるスタビライザ撹拌機では、３回以上往復して土の撹拌を繰り返さなければならなかったが、この撹拌方法では１回の撹拌にも関わらず、従来以上に土の中に繊維が分散していることが確認された。分散して固化後の状態は、気泡を混合しないものは図５の状態であるが、気泡混合のものは図４のように略均一に土中に分散した。
【００３３】
その理由としては、従来方法では繊維をスタビライザ撹拌機の羽根で押しつけて土の中に巻き込むので、繊維が土の中に十分入っていけず、したがって分散できないのに対し、この発明による方法では繊維が予め気泡の中に分散されているため、気泡と共に分散繊維が土の中に引き込まれ、また一部の気泡は土砂と混合し、他の気泡は土と接して消泡して繊維のみが土の中に取り残されるため、僅かな撹拌であっても土壌中に繊維が十分に分散すると考えられる。
【００３４】
そして、この発明ではこの繊維分散システムを簡単かつ小形に形成できるため、スタビライザ撹拌機２１に対し容易に設置でき、また、現地で撹拌，混合動作を行えるため、プラント設備による混合のように重量の土を運搬する必要がなく、人手が掛らず作業が容易かつ経済的となる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば液中に溶解した起泡剤に圧搾空気を吹き込んで多数の気泡を発生させ、該気泡を多量の短繊維とともに撹拌混合して、この短繊維を気泡により分散させるようにしたので、短繊維を互いにからませずに気泡を介して土の中の隅々に略均等に分散かつ混合，固着させることができ、繊維の投入量に見合った補強土の形成を確実にできる。また、タンク，気泡発生器及び撹拌機を連設した繊維分散システム自体を軽量化，小形化できるため搬送が容易でスタビライザ撹拌機などへの搭載も容易かつローコストになり、従来のようにシリカゲル中に事前に繊維を分散，固化しておく方法に比べて、現場でのハンドリングが容易になるなどの効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例による繊維分散方法を実施する繊維分散システムを示す概略構成図である。
【図２】図１における気泡分散繊維を示す説明図である。
【図３】図１における繊維分散システムを搭載したスタビライザ撹拌機を示す概略構成図である。
【図４】気泡を用いて土中に短繊維を均等に混合して固化後の状態を示す状態図である。
【図５】気泡を用いない従来の土中における短繊維の固化後の混合状態を示す状態図である。
【符号の説明】
１  起泡剤
３  気泡発生器
８  撹拌機
１１  繊維添加機
１３  短繊維
１４  気泡
【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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