(57)【要約】【課題】  固化材を複数回に分けて地盤に添加するとき、固化処理土の強度を効果的に高められる地盤改良材を提供する。【解決手段】  地盤改良材として、水硬性材料と、水硬性材料１００重量部に対して１〜２００重量部の高炉スラグと、１〜５０重量部のフライアッシュと、１〜２０重量部のシリカフュームとを組成物としたものを採用したので、固化材を複数回に分けて地盤に添加するときに、固化処理土の強度を効果的に高めることができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
水硬性材料、高炉スラグ、フライアッシュおよびシリカフュームからなり、
それぞれの配合量は、水硬性材料１００重量部に対して、高炉スラグが１〜２００重量部、フライアッシュが１〜５０重量部、シリカフュームが１〜２０重量部である地盤改良材。
【請求項２】
前記水硬性材料は、ポルトランドセメント、混合セメント、特殊セメントおよび土質改良用固化材のうち、少なくとも１つである請求項１に記載の地盤改良材。
【請求項３】
前記水硬性材料の他に、石膏、生石灰および消石灰のうち、少なくとも１つを含む請求項２に記載の地盤改良材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は地盤改良材、詳しくは複数回に分けて地盤に添加したとき、固化された土（以下、固化処理土）の強度発現が良好な地盤改良材に関する。
【背景技術】
【０００２】
腐植土または火山灰質粘性土などの軟弱な地盤を改良する工法として、例えば、地盤に深く掘削されたボーリング孔内に、固化材（地盤改良材）を水で溶いたセメントミルク（スラリー）を注入し、地盤とセメントミルクとを攪拌混合して固化する深層混合処理工法が開発されている。ここでいう固化材は、セメントまたはセメント系固化材である。
【０００３】
従来の深層混合処理工法として、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１の深層混合処理工法では、まずボーリング孔に挿入された削孔管内に、下端が削孔管の下端より下方に突出し、地上からセメントミルクを供給可能な注入管を挿入する。次に、注入管の下端部に、膨脹してボーリング孔の内壁に密着するパッカーを配置し、このパッカーに、地上からセメントミルクを供給する削孔管内の液体供給チューブを連通しする。それから、パッカーを膨脹させてボーリング孔の内壁に密着させ、その後、パッカーより下方に突出した注入管からボーリング孔内にセメントミルクを圧入する。このとき、注入管を、パッカーに対して上下方向に移動させ、異なる高さ位置で、同じセメントミルクを複数回に分けて注入する。その結果、地盤改良に使用するパッカーの準備回数が低減され、地盤改良工事の迅速化を図ることができる。
【０００４】
また、複数回に分けて注入される固化材については、特許文献１の明細書中、具体的な組成の記載がない。そのため、公知の固化材であると考えられる。
【特許文献１】特開平４−７３３１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記特許文献１の深層混合処理工法にあっては、このようにセメントミルクの注入時、注入管をパッカーに対して上下方向に移動し、同じセメントミルクを異なる高さ位置で複数回に分けて注入していた。しかしながら、ここで使用される固化材は、１回だけのセメントミルクの注入のみを想定した公知の固化材であった。すなわち、固化材を複数回に分けて地盤改良する際に好適なものではなかった。
【０００６】
そのため、(1) セメントミルクの注入により固化された土（以下、固化処理土）の強度を高める際には、セメントミルクの注入量、ひいてはセメントミルク中の固化材の添加量を増加させる必要があった。
また、(2) 腐植土または火山灰質粘性土などの軟弱な地盤の中には、セメントミルクを使用した地盤改良の強度発現が悪いものが多い。その場合、セメントミルクの注入量が著しく増加する傾向にあった。
これらの課題は、軟弱な地盤の表層部分に固化材を添加してこれらを攪拌混合し、目的に応じた強度を有した改良層を造成する浅層混合処理工法のときでも同じであった。
【０００７】
そこで、発明者は、鋭意研究の結果、同じセメントミルクを単に複数回に分けて注入するのではなく、１回目に注入されるセメントミルクの固化の開始を待って、２回目のセメントミルクを１回目と同じ位置に注入すれば、１回目のセメントの水和反応が刺激剤の役目を果たし、２回目に注入されたセメントミルクの水和反応が促進され、固化処理土の強度が高まるとともに、セメントミルクの注入量（セメントミルク中の固化材の添加量）も低減可能であることを知見し、新規な地盤改良工法を開発した。
【０００８】
しかしながら、この新規な地盤改良工法に適用される固化材も、特許文献１の場合と同じように、１回だけの添加のみを想定した公知の固化材であった。
そこで、発明者は着目点を変え、さらなる鋭意研究の結果、固化材を複数回に分けて地盤に添加したとき、公知の固化材よりも固化処理土の強度発現が高まる組成を見出し、この発明を完成させた。
【０００９】
この発明は、固化材を複数回に分けて地盤に添加するとき、固化処理土の強度を効果的に高めることができる地盤改良材を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、水硬性材料、高炉スラグ、フライアッシュおよびシリカフュームからなり、それぞれの配合量は、水硬性材料１００重量部に対して、高炉スラグが１〜２００重量部、フライアッシュが１〜５０重量部、シリカフュームが１〜２０重量部である地盤改良材である。
【００１１】
改良対象の地盤としては、例えば腐植土（ピート、高有機質土など）、火山灰質粘性土（関東ローム、黒ぼく、赤ぼくなど）などが挙げられる。
地盤のうち、改良される部分の深さは限定されない。例えば、地盤の浅層（例えば深さ１〜２ｍ）でもよいし、地盤の深層（例えば３ｍ以上）でもよい。
水硬性材料としては、例えばポルトランドセメント、混合セメント、特殊セメントおよび土質改良用固化材などを採用することができる。
【００１２】
高炉スラグの配合量が水硬性材料１００重量部に対して（以下、省略）１重量部未満では、２回注入による効果が低い。また、２００重量部を超えると、水硬性材料の占める割合が少なくなり、改良土の強度が低下する。高炉スラグの配合量を１〜２００重量部とすれば、改良土の強度が高くなる。
【００１３】
高炉スラグの比表面積はブレーン値で３０００〜１２０００ｃｍ２／ｇである。３０００ｃｍ２／ｇ未満および１２０００ｃｍ２／ｇを超える場合には、水硬性材料のブレーン値とかけ離れるため、混ざりにくい。高炉スラグの比表面積を、３０００〜１２０００ｃｍ２／ｇとすれば均一な材料となり、改良土の強度が高くなる。
【００１４】
フライアッシュの配合量が１重量部未満では、２回注入による効果が低い。また、５０重量部を超えると、水硬性材料の占める割合が少なくなり、改良土の強度が低下する。フライアッシュの配合量が１〜５０重量部であれば、改良土が高強度になる。
シリカフュームの配合量が１重量部未満では、２回注入による効果が低い。また、２０重量部を超えると、改良土の強度が低下する。
【００１５】
地盤への地盤改良材の添加形態は、粉体のままでもよいし、例えばセメントミルクのように、地盤改良材を適量の水で溶いたスラリーとして地盤に添加してもよい。セメントミルクの主原料は、セメントまたはセメント系固化材である。セメント系固化材とは、セメントに石膏、その他の混和材を添加した土質安定材と呼ばれるものである。
地盤と地盤改良材との攪拌混合方法は限定されない。例えば、回転式の攪拌翼を利用する方法、地盤改良材を地盤中にジェット噴射する方法を採用することができる。また、両方法を併用してもよい。
地盤改良材の地盤への添加回数は１回でもよいし、複数回（２回または３回以上）でもよい。ただし、この発明の地盤改良材は複数回の添加に適している。特に、１回目に添加される地盤改良材の固化の開始を待って、２回目以降の地盤改良材を同じ注入位置に添加した方がよい。
【００１６】
地盤に１回目の地盤改良材（例えばセメント）を添加してこれらを攪拌すると、攪拌直後からＣ３Ｓ（３ＣａＯ・ＳｉＯ２）、Ｃ３Ａ（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３）、石膏などの加水分解により、Ｃ３Ｓの表面およびＣ３Ａの表面からＣａ＋＋がそれぞれ放出される。これにより、地盤のうち、１回目の地盤改良材が添加された部分は酸性から急激にアルカリ性に変化する。アルカリ度がｐＨ１０以上に高まると、反応が一時休止し、凝結の準備期に入る（ここまでを誘導期という）。次に、加速度期に入り、水和反応は活発に進行し、このとき、ｐＨは１２を超える値まで高まる。その後、水和反応は徐々に減衰していく。
【００１７】
水和反応を、反応式により具体的に説明すると、
２（３ＣａＯ・ＳｉＯ２ ）＋６Ｈ２Ｏ
→３ＣａＯ・２ＳｉＯ２・３Ｈ２Ｏ＋３Ｃａ（ＯＨ）２
２（２ＣａＯ・ＳｉＯ２）＋４Ｈ２Ｏ
→３ＣａＯ・２ＳｉＯ２・３Ｈ２Ｏ＋Ｃａ（ＯＨ）２
３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３＋６Ｈ２Ｏ
→３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・６Ｈ２Ｏ
４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３＋２Ｃａ（ＯＨ）２＋１０Ｈ２Ｏ
→３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・６Ｈ２ Ｏ＋３ＣａＯ・Ｆｅ２Ｏ３・６Ｈ２Ｏ
３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３＋３ＣａＳＯ４＋３２Ｈ２Ｏ
→３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・３ＣａＳＯ４・３２Ｈ２Ｏ
となる。石膏が消費された後、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４・１２Ｈ２Ｏになると考えられる。
次に、前記凝結の準備期以降に、地盤改良材が添加された部分に対して２回目の地盤改良材を添加し、これらを攪拌混合する。仮に、３回目以上の地盤改良材の添加を行う場合には、その後、適時、３回目以降の添加が行われる。
【００１８】
このように、１回目の地盤改良材の添加部分が凝結の準備期に達した時点以降に、この地盤改良材が添加された部分に対して、２回目の地盤改良材を添加すると、１回目の地盤改良材の添加による水和反応が刺激剤の役目を果たし、２回目に添加された地盤改良材の添加による水和反応が促進される。その結果、得られた固化処理土（改良土）の強度が高まり、これにより地盤改良材の添加量の低減も図ることができる。
また、地盤改良材に含まれるカルシウムと、土中のシリカおよびアルミニウム分とのポゾラン反応により、カルシウムシリケート、カルシウムアルミネートなどの水和物が長期的に生成し、固化処理土の強度が増強される。
１回目の地盤改良材の添加量と、２回目の地盤改良材の添加量との比率は限定されない。
地盤改良材には、所定の混和材を加えてもよい。例えばスラグ、フライアッシュなどのポゾラン材、アルミナセメント、ジェットセメントなどの特殊な成分の強度増進材、硫酸ソーダといったセメントの水和反応の刺激材などが挙げられる。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、前記水硬性材料は、ポルトランドセメント、混合セメント、特殊セメントおよび土質改良用固化材のうち、少なくとも１つである請求項１に記載の地盤改良材である。
【００２０】
ポルトランドセメントとしては、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメントなどを採用することができる。
混合セメントとしては、高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメントなどを採用することができる。
特殊セメントとしては、アルミナセメント、マグネシヤセメント、石膏セメント（キーンセメント）などを採用することができる。
土質改良用固化材としては、一般軟弱土用、高有機質土用、特殊土用、発塵抑制型、セメント・石灰複合型などを採用することができる。
【００２１】
水硬性材料は、(1) ポルトランドセメントだけ、混合セメントだけ、特殊セメントだけ、土質改良用固化材だけでもよい。その他、(2) このうちの２種類の水硬性材料でもよい。具体的には、ポルトランドセメントと混合セメント、ポルトランドセメントと特殊セメント、ポルトランドセメントと土質改良用固化材などが挙げられる。
また、(3) 水硬性材料は、このうちの３種類でもよい。具体的には、ポルトランドセメントと混合セメントと特殊セメント、ポルトランドセメントと混合セメントと土質改良用固化材、混合セメントと特殊セメントと土質改良用固化材が挙げられる。
さらに、(4) 水硬性材料は、このうちの４種類全てでもよい。具体的には、ポルトランドセメントと混合セメントと特殊セメントと土質改良用固化材が挙げられる。
【００２２】
請求項３に記載の発明は、前記水硬性材料に、石膏、生石灰および消石灰のうち、少なくとも１つを添加した請求項２に記載の地盤改良材である。
【００２３】
水硬性材料に、石膏、生石灰および消石灰のうち、少なくとも１つを添加することで、改良土が高強度になる。
水硬性材料に石膏などが添加されるとは、ひいては地盤改良材に石膏が添加されることを意味する。
石膏は、例えば天然石膏でもよいし、原材料に何らかの処理を行った際に副産物として発生する石膏でもよい。また、無水石膏に、半水石膏、二水石膏、粘土鉱物などの不純物が混入したものでもよい。
水硬性材料に添加されるものは、石膏だけ、生石灰だけ、消石灰だけでもよい。また、石膏と生石灰、石膏と消石灰または生石灰と消石灰でもよい。さらには、３種類の全てを水硬性材料に添加してもよい。
【発明の効果】
【００２４】
請求項１に記載の発明によれば、地盤改良材として、水硬性材料と、水硬性材料１００重量部に対して（以下、同じ）１〜２００重量部の高炉スラグと、１〜５０重量部のフライアッシュと、１〜２０重量部のシリカフュームとを組成物としたものを採用したので、固化材を複数回に分けて地盤に添加するとき、固化処理土の強度を効果的に高めることができる。
【００２５】
特に、請求項３に記載の発明によれば、水硬性材料に石こう類を添加することで、改良土中にエトリンガイトを生成させ、改良地盤を強固にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、この発明の実施例を具体的に説明する。
【実施例１】
【００２７】
〔試験例１〜１１，比較例１〜７〕
地盤改良の対象土として、火山灰質粘性土（東京都採取、湿潤密度１．３３８ｇ／ｃｍ３含水比１２２．７％）を使用した。
固化材（地盤改良材）の組成は、セメント系固化材ユースタビラー１０（宇部三菱セメント（株）製、記号ＵＳ１０）、普通ポルトランドセメント（宇部三菱セメント（株）製、記号Ｎ）、高炉スラグ（宇部三菱セメント（株）製、記号ＳＧ）、フライアッシュ（東京電力（株）製、記号ＦＡ）、シリカフューム（エジプト産、記号ＳＦ）、無水石膏（硝子（株）製、記号Ａｎ）とした。これらの配合を表１に示す。
【００２８】
固化材は、水固化材比が６０％のセメントミルクとして対象土に添加し攪拌することで混合（以下、添加攪拌混合）した。固化材の添加量は湿潤土１ｍ３に対して、５００ｋｇとした。セメントミルクの添加攪拌混合を２回に分ける場合には、各回２５０ｋｇ／ｍ３ずつとした。
室内配合試験のミキサーには、（株）小平製作所製のホバート型ミキサーを使用した。
湿潤土とセメントミルクとの攪拌混合時間は、１回のみのセメントミルクの添加攪拌混合時（比較例１）にあっては、攪拌翼の低速回転（１４０ｒｐｍ）による攪拌混合を２分間施し、その後、攪拌翼に付着した土等を掻き落とし、それから高速回転（２９０ｒｐｍ）による攪拌混合を３分間施した（合計５分間）。
【００２９】
また、セメントミルクの添加攪拌混合を２回に分ける場合（試験例１〜１１，比較例２〜７）には、１回目のセメントミルクの湿潤土への添加攪拌混合、すなわち攪拌翼の低速回転（１４０ｒｐｍ）による攪拌混合を１分間施し、その後、攪拌翼に付着した土などを掻き落とし、次に高速回転（２９０ｒｐｍ）による攪拌混合を１．５分間施した。それから３０分後、１回目のセメントミルクの添加攪拌混合部分のｐＨが１０以上となり、その強度発現が開始されたことを確認する。この確認には、ｐＨメータ（堀場製作所株式会社製）を固化処理土に挿入して測定した。
次に、２回目のセメントミルクを添加攪拌混合し、低速（１４０ｒｐｍ）での攪拌混合を１分間、その後、前記土等の掻き落としてから、高速（２９０ｒｐｍ）による攪拌混合を１．５分間施した（合計５分間）。
それから、材齢７日、材齢２８日において、一軸圧縮強さをそれぞれ測定した。一軸圧縮強さの評価は、ＪＩＳ  Ａ  １２１６「土の一軸圧縮試験方法」により行った。その試験結果を表１に示す。
【００３０】
表１から明らかなように、比較例１の１回のみのセメントミルク添加攪拌混合に比べて、実施例１〜１１，比較例２〜７の２回に分けてセメントミルクを添加攪拌混合する場合では、固化処理土の強度が増加した。そのうちでも、固化材の組成を普通ポルトランドセメント、高炉スラグ粉末、フライアッシュ、シリカヒュームおよび無水石膏の組み合わせで、普通ポルトランドセメント１００重量部に対して高炉スラグ１０〜２００重量部では、固化処理土の強度発現は増加した。しかしながら、高炉スラグの添加がなかったり、添加量が２００重量部を超えると、この強度発現は低下した。
また、フライアッシュは、普通ポルトランドセメント１００重量部に対して１０〜５０重量部では固化処理土の強度発現が高まったものの、フライアッシュの添加がなかったり、添加量が５０重量部を超えるとその強度発現は低下した。
シリカヒュームは、普通ポルトランドセメント１００重量部に対して１０〜２０重量部では固化処理土の強度発現が高まったものの、シリカフュームの添加がなかったり、添加量が２０重量部を超えるとその強度発現は低下した。
さらに、無水石膏を添加した方が、添加しなかった場合に比べて固化処理土の強度発現は高まった。
【００３１】
【表１】
2006057050.tif 000002