(57)【要約】【課題】軟弱地盤の改良工事後において初期で所定の固化強度が得られ、その後に固化強度の増進を十分に抑制できるとともに、改良地盤からの六価クロムの溶出量を十分に小さくできる再掘削用固化材及びその製造方法並びに当該固化材を用いた地盤改良方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る再掘削用固化材は、水硬率（ＨＭ）が２．２０〜２．３５、ケイ酸率（ＳＭ）が２．５０〜２．９０及び鉄率（ＩＭ）が２．５０〜３．５０であり且つ全クロム含有量が３０〜７０ｍｇ／ｋｇであるセメントクリンカー１０〜４０質量％及び増量材６０〜９０質量％を含む。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
水硬率（ＨＭ）が２．２０〜２．３５、ケイ酸率（ＳＭ）が２．５０〜２．９０及び鉄率（ＩＭ）が２．５０〜３．５０であり且つ全クロム含有量が３０〜７０ｍｇ／ｋｇであるセメントクリンカー１０〜４０質量％及び増量材６０〜９０質量％を含む再掘削用固化材。
【請求項２】
セメントクリンカーの六価クロム含有量が２０〜４５ｍｇ／ｋｇである、請求項１に記載の再掘削用固化材。
【請求項３】
増量材が、炭酸カルシウム、せっこう、石灰石、石炭灰及びフライアッシュから選ばれる１種以上である、請求項１又は２に記載の再掘削用固化材。
【請求項４】
セメントクリンカーと増量材とを含有する再掘削用固化材の製造方法であって、
当該再掘削用固化材の全質量を基準としてセメントクリンカーの含有量が１０〜４０質量％及び増量材の含有量が６０〜９０質量％となるように、セメントクリンカーと増量材とを混合して再掘削用固化材を得る工程を備え、
セメントクリンカーは、水硬率（ＨＭ）が２．２０〜２．３５、ケイ酸率（ＳＭ）が２．５０〜２．９０及び鉄率（ＩＭ）が２．５０〜３．５０であり且つ全クロム含有量が３０〜７０ｍｇ／ｋｇである、再掘削用固化材の製造方法。
【請求項５】
セメントクリンカーの六価クロム含有量が２０〜４５ｍｇ／ｋｇである、請求項４に記載の再掘削用固化材の製造方法。
【請求項６】
増量材が、炭酸カルシウム、せっこう、石灰石、石炭灰及びフライアッシュから選ばれる１種以上である、請求項４又は５に記載の再掘削用固化材の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の再掘削用固化材を、ポゾラン活性度が５〜４０％の対象土１ｍ３当たり５０〜２００ｋｇ添加し混合する工程を備える地盤改良方法。
【請求項８】
対象土の自然含水比が１０〜８０％である、請求項７に記載の地盤改良方法。
【請求項９】
対象土の湿潤密度が１．５〜２．５ｇ／ｃｍ３である、請求項７又は８に記載の地盤改良方法。
【請求項１０】
対象土が、シルト、砂質土及び粘性土から選ばれる１種以上であり、礫分を０〜３０質量％、砂分を１５〜５０質量％及び細粒分を２０〜８５質量％含む、請求項７〜９のいずれか一項に記載の地盤改良方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、再掘削が容易であり、且つ、六価クロムの溶出量を少なくすることができる再掘削用固化材及びその製造方法並びに当該固化材を用いた地盤改良方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、軟弱地盤の土質改良に、セメント系固化材が多用されている。改良工事がなされた地盤は、比較的早期の段階で所定の固化強度を発現することが求められる。例えば、一般的に路床や仮設改良で必要な固化強度は、材齢７日で一軸圧縮強さが３００〜５００ｋＮ／ｍ２程度である。地中に管などが埋設される改良地盤にあっては、埋設物の補修などの目的で施工後に地盤を再度掘削する場合がある。改良地盤の掘削にはバックホウを用いることが主流であり、一般に掘削可能な地盤強度は一軸圧縮強さで５００〜１０００ｋＮ／ｍ２とされている。
【０００３】
しかし、セメント系固化材を使用した場合、対象地盤が砂質土あるいはシルト質土などでは、少量の固化材添加で初期の固化強度が１０００ｋＮ／ｍ２以上となることがある。更に、対象地盤が粘性土の場合、長期的にポゾラン反応が起こり、改良地盤の強度が経時的に増進して１０００ｋＮ／ｍ２以上となり、バックホウによる再掘削が困難となるケースがある。このような場合、ブレーカー等の特殊な掘削機が必要となる。
【０００４】
固化強度を適切に制御するために、固化材添加量を少なくする方法もあるが、砂質土やシルト質土のような元々少量の固化材添加で強度発現性の良い地盤では、固化材添加量を減らすと、土と固化材との混合精度の面から固化強度が不均一な改良地盤となる問題がある。このため、セメント系固化材を用いた地盤改良では、現場での混合の均一性を確保するために、最低固化材添加量は対象地盤１ｍ３当たり５０ｋｇ以上と規定されている（非特許文献１）。また、対象地盤が粘性土の場合、固化材添加量を低減すると初期に必要な固化強度を得ることが困難となる。
【０００５】
上記の問題に対処すべく、改良地盤の再掘削を前提とするセメント系固化材についてこれまでにも種々の検討がなされている。例えば、特許文献１には、セメント系材料に速硬性混和材、長期強度抑制材、流動化材を含有する組成物は、初期の強度発現性が良く、それ以降の材齢における強度増進が小さいことが開示されている。また、特許文献２には、普通ポルトランドセメント、フライアッシュ、石灰石粉との混合物を、対象土１ｍ３当たり１４０〜２００ｋｇ添加することにより、一軸圧縮強さで３００〜１０００ｋＮ／ｍ２の適切な強度が得られ、且つ、均一な強度の地盤に改良できることが開示されている。更に、特許文献３では、セメント系材料の速硬性土質改良材に炭酸カルシウム、フライアッシュ及び高炉スラグ粉などの混和材を含有させることで、長期強度を適切に抑制できることが開示されている。
【０００６】
特許文献４には、ポルトランドセメントと半水せっこうとを組合わせた固化材が開示されている。半水せっこうの特徴である速やかな水和の進行を利用することにより、長期材齢においても再掘削が容易な地盤を造成しやすい。また、固化材量が多くなっても初期と長期の強度はほとんど変わらないため、改良地盤の強度を制御しやすいのが特徴である。
【０００７】
ところで、再掘削を行うことを前提とした上記固化材を使用した場合、改良地盤の強度は、一般の改良地盤に比較して小さくなりやすい。この場合、セメント水和物が十分に生成せず、六価クロムが溶出しやすい傾向にあり、環境への影響も懸念される。セメント系固化材を用いた固化処理土からの六価クロムの溶出抑制方法については、多くの検討がなされており、例えば、特許文献５ではセメントに各種還元剤を添加することで固化処理土からの六価クロムの溶出を低減する方法が開示されている。
【０００８】
また、六価クロム溶出量を確実に低減するためには、セメントクリンカー中の六価クロム含有量を減らすことも有効である。その手法としては、例えば、セメントクリンカー製造時にセメントクリンカー粒子の内部及びその表面付近の酸素分圧を適度な条件にすることにより、還元性を有する硫化物硫黄を適量に含有させること（特許文献６）、セメントクリンカーの焼成工程で可燃物による還元作用を利用し、セメントクリンカー中の六価クロム含有量を減らす方法（特許文献７）がある。また、キルンバーナーの角度や設置位置、補助バーナーの角度や設置位置を調整して、セメントクリンカーを炎膜焼成することにより、全クロム含有量に対する六価クロム生成割合を低減する製造方法（特許文献８）等が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−１５８０４９号公報
【特許文献２】特開平２−３４５４６号公報
【特許文献３】特開平１１−３５９３９号公報
【特許文献４】特開平８−１０９３７７号公報
【特許文献５】特開２０００−８６３２２号公報
【特許文献６】特開２００３−１７１１５２号公報
【特許文献７】特開平１１−１００２４４号公報
【特許文献８】特開２００８−１３７８２６号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】セメント協会：セメント系固化材による地盤改良マニュアル第３版、ｐ４８、２００５．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記の通り、改良地盤の再掘削を前提とするセメント系固化材がこれまでにも開発されているものの、特許文献１〜３においては、長期材齢が２８日程度であり、それ以降の強度増進の抑制効果は具体的に示されていない。また、これらの文献に記載の固化材は、一般的な地盤改良における最低固化材添加量である対象土１ｍ３当たり５０ｋｇ以上で所要強度を得るために、フライアッシュ、石灰石粉、高炉スラグ等を増量材として用いている。しかし、高炉スラグとセメントとを併用すると、スラグの潜在水硬性により長期強度が増進する場合がある。また、一般的に固化材の初期や長期の強度発現性は、対象土の種類によって異なり、全ての対象土に対して再掘削が可能な強度に抑えることは困難である。対象土の含水比が高く、初期強度を得るための固化材添加量が増加すると、長期強度も増進する傾向にあるからである。
【００１２】
また、特許文献４に記載の固化材組成物は、セメント系固化材に比較して所要強度を得るのに必要な添加量が多く、粘性土のような含水比が高い土を対象とする場合に特に多くの添加量を必要とする。このため、処理コストの点で未だ改善の余地があった。
【００１３】
かかる状況に鑑み、本発明は、軟弱地盤の改良工事後において初期で所定の固化強度が得られ、その後に固化強度の増進を十分に抑制できるとともに、改良地盤からの六価クロムの溶出量を十分に小さくできる地盤改良方法並びにこれに用いるセメントクリンカー及び再掘削用固化材の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、水硬率（ＨＭ）が２．２０〜２．３５、ケイ酸率（ＳＭ）が２．５０〜２．９０及び鉄率（ＩＭ）が２．５０〜３．５０であり且つ全クロム含有量が３０〜７０ｍｇ／ｋｇであるセメントクリンカー１０〜４０質量％及び増量材６０〜９０質量％を含む再掘削用固化材を提供する。
【００１５】
上記再掘削用固化材は、上記要件を満たすセメントクリンカー及び増量剤を所定の比率で含有するものであり、軟弱地盤の改良工事後において初期で所定の固化強度を得るとともに、その後に固化強度の増進を十分に抑制するのに有用である。これに加え、改良地盤からの六価クロムの溶出量を十分に小さくできる。
【００１６】
また本発明は、上記再掘削用固化材の製造方法を提供する。すなわち、本発明に係る再掘削用固化材の製造方法は、セメントクリンカーと増量材とを含有する再掘削用固化材を製造するためのものであって、当該再掘削用固化材の全質量を基準としてセメントクリンカーの含有量が１０〜４０質量％及び増量材の含有量が６０〜９０質量％となるように、セメントクリンカーと増量材とを混合して再掘削用固化材を得る工程を備え、セメントクリンカーは、水硬率（ＨＭ）が２．２０〜２．３５、ケイ酸率（ＳＭ）が２．５０〜２．９０及び鉄率（ＩＭ）が２．５０〜３．５０であり且つ全クロム含有量が３０〜７０ｍｇ／ｋｇであることを特徴とする。
【００１７】
更に本発明は、上記再掘削用固化材を、ポゾラン活性度が５〜４０％の対象土１ｍ３当たり５０〜２００ｋｇ添加し混合する工程を備える地盤改良方法を提供する。
【００１８】
上記地盤改良方法によれば、ポゾラン活性度が所定の範囲の土壌に対して所定量の上記再掘削用固化材を混合することにより、軟弱地盤の改良工事後において初期で所定の固化強度が得られ、その後に固化強度の増進を十分に抑制できる。これに加え、改良地盤からの六価クロムの溶出量を十分に小さくできる。
【００１９】
本発明者らの検討によると、本発明の効果をより一層安定的に且つ高度に得る観点から、以下の条件の少なくとも一つを満たすことが好ましい。
（１）セメントクリンカーの六価クロム含有量が２０〜４５ｍｇ／ｋｇである。
（２）増量材が炭酸カルシウム、せっこう、石灰石、石炭灰及びフライアッシュから選ばれる１種以上である。
（３）対象土の自然含水比が質量比基準で１０〜８０％である。
（４）対象土の湿潤密度が１．５〜２．５ｇ／ｃｍ３である。
（５）対象土が、シルト、砂質土及び粘性土から選ばれる１種以上である。
（６）対象土が礫分を０〜３０質量％、砂分を１５〜５０質量％及び細粒分を２０〜８５質量％含むものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、軟弱地盤の改良工事後において初期で所定の固化強度が得られ、その後に固化強度の増進を十分に抑制できるとともに、改良地盤からの六価クロムの溶出量を十分に小さくできる。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の好適な実施形態について説明する。
【００２２】
＜再掘削用固化材＞
本実施形態に係る再掘削用固化材は、地盤改良に用いられるものであり、セメントクリンカー１０〜４０質量％及び増量材６０〜９０質量％を含む。
【００２３】
（セメントクリンカー）
上記セメントクリンカーは、固化処理地盤に強度を付与する効果がある。使用するセメントクリンカーは、セメントクリンカーにおける水硬率（ＨＭ）が２．２０〜２．３５、ケイ酸率（ＳＭ）が２．５０〜２．９０、鉄率（ＩＭ）が２．５０〜３．５０であり且つ全クロム含有量が３０〜７０ｍｇ／ｋｇである。
【００２４】
セメントクリンカーの水硬率（ＨＭ）は、上記の通り、２．２０〜２．３５であり、好ましくは２．２２〜２．３０であり、より好ましくは２．２４〜２．２９であり、更に好ましくは２．２５〜２．２８である。水硬率（ＨＭ）が２．２０未満では、軟弱地盤を改良する場合に所定の強度が得られにくくなり、２．３５を超えるとセメントクリンカーの易焼成性が低下する。セメントクリンカーの水硬率（ＨＭ）は以下の式（１）で算出される。
ＨＭ＝ＣａＯ／（ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｆｅ２Ｏ３）・・・（１）
【００２５】
セメントクリンカーのケイ酸率（ＳＭ）は、上記の通り、２．５０〜２．９０であり、好ましくは２．５５〜２．８０であり、より好ましくは２．６０〜２．７５であり、更に好ましくは２．６５〜２．７０である。ケイ酸率（ＳＭ）が２．５０未満では適正な組成のセメントクリンカーが得られ難くなり、２．９０を超えるとセメントクリンカーの製造原価が上がってしまう。セメントクリンカーのケイ酸率（ＳＭ）は以下の式（２）で算出される。
ＳＭ＝ＳｉＯ２／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｆｅ２Ｏ３）・・・（２）
【００２６】
セメントクリンカーの鉄率（ＩＭ）は、２．５０〜３．５０であり、好ましくは２．７０〜３．４０であり、より好ましくは２．８０〜３．３０であり、更により一層好ましくは２．９０〜３．２５である。鉄率（ＩＭ）が２．５０未満では全クロム含有量の低減効果が小さくなる。六価クロム溶出抑制を向上させる観点から、鉄率（ＩＭ）は可能な限り高いことが望ましいが、鉄率（ＩＭ）が３．５０を超えると原料調合が困難となる。セメントクリンカーの鉄率（ＩＭ）は以下の式（３）で算出される。
ＩＭ＝Ａｌ２Ｏ３／Ｆｅ２Ｏ３・・・（３）
【００２７】
セメントクリンカーの全クロム含有量は、上記の通り、３０〜７０ｍｇ／ｋｇである。ここで、全クロム含有量とは、セメントクリンカー中に含まれる三価クロムや六価クロム等の価数の異なる全てのクロムの合計含有量をいう。全クロム含有量は、可能な限り少ないことが好ましい。ただし、セメントクリンカーにおける全クロム含有量が３０ｍｇ／ｋｇ未満になると、産業副産物及び産業廃棄物のセメントクリンカー原料としての調合量が少なくなり、セメントクリンカーの製造原価が上がってしまう。一方、セメントクリンカーにおける全クロム含有量が７０ｍｇ／ｋｇを超えると、関東ローム等のような火山灰質粘性土を固化処理する場合に、固化処理条件によっては固化処理土からの六価クロム溶出量が増大する恐れがある。セメントクリンカーにおける全クロム含有量は、十分に低い製造原価及び十分に低い六価クロム溶出量を両立させる観点から、好ましくは４０〜６５ｍｇ／ｋｇであり、より好ましくは４３〜６２ｍｇ／ｋｇであり、更に好ましくは４５〜６１である。
【００２８】
セメントクリンカーにおける六価クロム含有量は、２０〜４５ｍｇ／ｋｇであることが好ましい。全クロム含有量と同様に、六価クロム含有量はできるだけ少ないことが好ましいが、セメントクリンカーにおける六価クロム含有量が２０ｍｇ／ｋｇ未満では、セメントクリンカー原料に使用できる産業副産物及び産業廃棄物の量が少なくなり、製造原価が上がる傾向がある。一方、セメントクリンカーにおける六価クロム含有量が４５ｍｇ／ｋｇを超えると、関東ローム等のような火山灰質粘性土を固化処理する場合に、固化処理条件によっては固化処理土からの六価クロム溶出量が増大する傾向がある。セメントクリンカーにおける六価クロム含有量は、十分に低い製造原価及び十分に低い六価クロム溶出量を両立させる観点から、より好ましくは２５〜４０ｍｇ／ｋｇであり、更に好ましくは３０〜３５ｍｇ／ｋｇであり、より一層好ましくは３０〜３３である。
【００２９】
セメントクリンカー１トン当たりの原料原単位は、乾燥ベースで、石灰石が１１００〜１３００ｋｇ、石炭灰が１５０〜４００ｋｇ、建設発生土が１０〜１００ｋｇ及び下水汚泥が１０〜５０ｋｇであることが好ましい。ここで、セメントクリンカー１トン当たりの原料原単位とは、セメントクリンカーを１トン製造するための原材料の調合量を意味する。
【００３０】
本実施形態に係るセメントクリンカーは、石灰石、石炭灰、建設発生土及び下水汚泥を所定の配合比で調合する混合工程を有し、上記混合工程において、上記セメントクリンカーの水硬率（ＨＭ）が２．２０〜２．３５、ケイ酸率（ＳＭ）が２．５０〜２．９０及び鉄率（ＩＭ）が２．５０〜３．５０となるように配合比を調整することによって製造される。
【００３１】
上述のとおり、水硬率（ＨＭ）、ケイ酸率（ＳＭ）及び鉄率（ＩＭ）は、上記式（１）〜（３）により算出される値であり、セメントクリンカーに含まれるＡｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＳｉＯ２及びＣａＯの量で決定される。よって、セメントクリンカーを製造する際に、石灰石、石炭灰、建設発生土及び下水汚泥におけるＡｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＳｉＯ２及びＣａＯの含有量を分析し、その分析結果に基づいて、水硬率（ＨＭ）、ケイ酸率（ＳＭ）及び鉄率（ＩＭ）が上記所定の範囲となるように、石灰石、石炭灰、建設発生土及び下水汚泥の配合比を調整することが好ましい。
【００３２】
上記混合工程において、セメントクリンカーを１トン製造するに当たり、石灰石を１１００〜１３００ｋｇ、石炭灰を１５０〜４００ｋｇ、建設発生土を１０〜１００ｋｇ及び下水汚泥を１０〜５０ｋｇの配合比で調合することが好ましい。
【００３３】
また、上記混合工程において、セメントクリンカー中のＡｌ２Ｏ３含有量が５．０〜７．０質量％及びＦｅ２Ｏ３含有量が１．４〜２．８質量％となるように、石灰石、石炭灰、建設発生土及び下水汚泥の配合比を調整することが好ましい。
【００３４】
上記セメントクリンカー中のＡｌ２Ｏ３含有量が５．０質量％未満になると、全クロム含有量を十分に低減することが困難となる傾向があり、７．０質量％を超えると原料の調達及び原料調合が困難になる傾向がある。Ａｌ２Ｏ３含有量は、より好ましくは５．５〜６．５質量％であり、更に好ましくは５．７〜６．３質量％であり、より一層好ましくは５．９〜６．２質量％である。
【００３５】
上記セメントクリンカー中のＦｅ２Ｏ３含有量は１．４質量％未満に制御することが難しく、かつ製造原価が上昇する。一方、Ｆｅ２Ｏ３含有量が２．８質量％を超えると、上記式（３）からＡｌ２Ｏ３含有量を７．０質量％とする必要がある。この場合、原料の調達及び原料調合が難しくなるとともに、セメントクリンカー中の液相生成量が多くなって、製造上の不都合が発生し易くなる傾向がある。セメントクリンカー中のＦｅ２Ｏ３含有量は、より好ましくは１．６〜２．６質量％であり、更に好ましくは１．８〜２．４質量％であり、より一層好ましくは１．９〜２．２質量％である。
【００３６】
本実施形態のセメントクリンカーは、セメントクリンカー製造時の石炭灰の調合量が、通常のポルトランドセメントクリンカーと比べて多いことが特徴の一つである。石炭灰の種類は特に限定されるものではなく、例えば、石炭火力発電所等から発生するものであり、フライアッシュ、ボトムアッシュ等が使用できる。
【００３７】
上記セメントクリンカーを１トン製造するために用いる石炭灰の調合量は、乾燥ベースで、好ましくは１５０〜４００ｋｇである。石炭灰の調合量は、１５０ｋｇ未満では、製造原価が上昇するとともに、セメントクリンカーの鉄率（ＩＭ）が過小となる傾向があり、４００ｋｇを超えると原料調合が難しくなる傾向がある。石炭灰調合量は、より好ましくは１８０〜３６５ｋｇであり、更に好ましくは２１０〜３３０ｋｇであり、より一層好ましくは２４０〜３３５ｋｇである。
【００３８】
上記セメントクリンカー１トン当たりの石灰石の調合量は、乾燥ベースで、好ましくは１１００〜１３００ｋｇである。石灰石の調合量が１１００ｋｇ未満になると、所定の水硬率が得られにくくなり、１３００ｋｇを超えると易焼成性が著しく低下する。石灰石の調合量は、より好ましくは１１７０〜１２９０ｋｇであり、更に好ましくは１２３０〜１２８０ｋｇであり、より一層好ましくは１２３５〜１２７０ｋｇである。
【００３９】
上記セメントクリンカー１トン当たりの建設発生土の調合量は、乾燥ベースで、好ましくは１０〜１００ｋｇである。なお、上記建設発生土としては、例えば、建築工事や土木工事などにおいて副産物として発生する土壌などが挙げられる。建設発生土の調合量は、より好ましくは１２〜９０ｋｇであり、更に好ましくは１４〜８０ｋｇであり、より一層好ましくは１６〜７０ｋｇである。
【００４０】
上記セメントクリンカー１トン当たりの下水汚泥の調合量は、乾燥ベースで、好ましくは１０〜５０ｋｇである。下水汚泥の調合量は、より好ましくは１２〜４８ｋｇであり、更に好ましくは１４〜４６ｋｇであり、より一層好ましくは１６〜４４ｋｇである。
【００４１】
本実施形態に係るセメントクリンカーは、初期の強度発現性が良く、初期に所定強度を得るためのセメントクリンカー量を少量にすることができるため、ポゾラン反応の進行による長期強度の増進を抑えるのに有利である。また、固化処理土からの六価クロムの溶出量は、セメントクリンカー中のクロム含有量に起因することから、セメントクリンカー中の六価クロムが少ないことやセメントクリンカー量が少ないことは有利である。
【００４２】
再掘削用固化材のセメントクリンカー含有量は、再掘削用固化材の全質量基準で、１０〜４０質量％であり、好ましくは１５〜３８質量％であり、より好ましくは１７〜３５質量％であり、更に好ましくは２０〜３５質量％である。セメントクリンカー含有量が１０質量％より少ないと、所定の強度を得るために固化材添加量が大幅に増大し、４０質量％より多いと、固化材添加量が、一般的な施工における最低固化材添加量である対象土１ｍ３当たり５０ｋｇの量を下回るおそれがあるので、好ましくない。
【００４３】
（増量材）
再掘削用固化材に配合する増量材として、炭酸カルシウム、せっこう、石灰石、石炭灰、フライアッシュ等の無機粉末を１種又は２種類以上を混合して使用することができる。
【００４４】
これらの無機粉末のうち、炭酸カルシウムは、ブレーン比表面積が４０００ｃｍ２／ｇ程度の道路用、ブレーン比表面積が７０００ｃｍ２／ｇ程度の排煙脱硫用、ブレーン比表面積が１２０００ｃｍ２／ｇ以上で食品添加・化学工業用などの種類が挙げられる。各種炭酸カルシウムのブレーン比表面積の違いによる固化特性への影響は小さいが、コストやハンドリング性の点から、道路用炭酸カルシウムの使用が好適である。炭酸カルシウムは、増量材としての機能のほか、セメントの初期強度の増加効果があるので好ましい。
【００４５】
せっこうとしては、無水せっこう、半水せっこう、２水せっこう等が挙げられるが、本発明では、無水せっこうが好適である。無水せっこうは、セメントの水和物であるエトリンガイトを初期材齢で多く生成するため、含水比の高い土に対しても固化材添加量が少量でよく有利である。
【００４６】
セメントと反応する量以上にせっこうを再掘削用固化材に含有せしめることにより、反応にあずからないせっこうが増量材として機能する。一般に、せっこうを多量に添加すると処理地盤が膨張すると考えられているので、せっこうを増量材として使用した例はない。本発明者らは、処理地盤の膨張はエトリンガイトの生成量に依存するため、せっこうを多量に添加しても、全てが反応してエトリンガイトになるわけではなく、膨張の問題は生じないことを見出した。更に、せっこうを増量材として用いることは、固化材製造設備の点からも有利である。増量材としてせっこうを使用する場合、再掘削用固化材のせっこう含有量は、再掘削用固化材の全質量基準で、好ましくは６０〜９０質量％であり、より好ましくは６２〜８５質量％であり、更に好ましくは６５〜８３質量％であり、より一層好ましくは６５〜８０質量％である。なお、一般的なセメント系固化材のせっこうの含有量は、５〜２０質量％である。
【００４７】
石灰石は、各種の粒度調整品が入手可能であるが、そのうち、５ｍｍアンダー品を使用することができる。また、本発明では、石灰石の粒度調製後に発生する通常使用できないとされる石灰石も使用することができる。
【００４８】
再掘削用固化材の増量材含有量は、再掘削用固化材の全質量基準で、６０〜９０質量％であり、好ましくは６２〜８５質量％であり、より好ましくは６５〜８３質量％であり、更に好ましくは６５〜８０質量％である。増量材含有量が６０質量％より少ないと、固化材添加量が、一般的な施工における最低固化材添加量である対象土１ｍ３当たり５０ｋｇの量を下回るおそれがある。他方、増量材含有量が９０質量％より多いと初期で所定強度を得るための固化材添加量が大幅に増大し、好ましくない。
【００４９】
本実施形態に係る再掘削用固化材は、長期材齢におけるセメントの水和反応を抑えるため、水和促進剤を含有するものであってもよい。水和促進剤としては、例えば、炭酸ナトリウム、硫酸カリウムなどのセメントの一般的な促進剤を使用することができる。なお、再掘削用固化材におけるセメントクリンカー及び増量材の合計量は、再掘削用固化材の全質量基準で、好ましくは９０．０〜９９．９質量％であり、より好ましくは９３．０〜９９．９質量％である。
【００５０】
再掘削用固化材は、粉末状の原材料を混合することによって調製可能であるため、その調製に際しては特別な機器や手段を必要としない。そのため、当該固化材は、公知の粉体混合用の機器（例えば、ミキサー）を使用して得ることができる。
【００５１】
＜地盤改良方法＞
本実施形態に係る地盤改良方法は、ポゾラン活性度が５〜４０％の対象土１ｍ３に対し、上記再掘削用固化材を５０〜２００ｋｇ添加し、バックホウなどを用いて混合する工程を備える。
【００５２】
セメントを水硬性材料として使用した固化材は、セメントの水和によって水酸化カルシウムが遊離すると、土とのポゾラン反応が進行し長期強度が増進する。また、セメント量が多くなるほど遊離する水酸化カルシウム量が増加し、ポゾラン反応を促進させる。対象土の含水比が高いほど初期に所定強度を得るために固化材の添加量を増量せざるを得ず、結果としてポゾラン反応が進行する。このため、上記再掘削用固化材は、全ての土に対して所望の強度特性が得られるものではない。すなわち、ポゾラン活性度が所定の範囲である対象土に対し、所定量の再掘削用固化材を使用することが本発明のポイントの一つである。
【００５３】
ここで、土のポゾラン活性度とは、「近年におけるフライアッシュのポゾラン活性とその迅速定量方法について」：高倉、生野、白方；第４３回セメント技術大会講演集、ｐｐ２１２〜２１７、１９８９に記載されたフライアッシュのポゾラン活性度の測定方法を土に適用して測定した値である。測定方法は、具体的には以下のとおりである。
【００５４】
対象土を１１０℃で２４時間炉乾燥後に粉砕し、この粉砕した対象土を０．２ｇ、生石灰０．２ｇ及び純水２０ｍｌを圧力容器に入れ、充分に振とうした後、１２０℃に加熱されている乾燥機中で４．５時間放置する。これを室温に冷却した後に内容物を０．２Ｎの塩酸１２０ｍｌで圧力容器内を洗浄しながら取出し、０．４５μｍのメンブレンフィルターでろ過し、このろ液中のＳｉ、Ａｌ及びＦｅを原子吸光法により定量し、乾燥土当たりの質量％を求め、これらの合計値（ＳｉＯ２質量％＋Ａｌ２Ｏ３質量％＋Ｆｅ２Ｏ３質量％）を土のポゾラン活性度とする。
【００５５】
対象土のポゾラン活性度は、上記の通り、５〜４０％であるが、好ましくは６〜３０％であり、より好ましくは７〜２５％であり、更に好ましくは７〜２２％である。土のポゾラン活性度が５％未満の場合、初期材齢で所定強度を得るための固化材添加量が、一般の施工における最低固化材添加量の対象土１ｍ３当たり５０ｋｇ以下となり改良地盤が不均一となる可能性がある。他方、土のポゾラン活性度が４０％を超えると、初期材齢で所定の強度を得るために２００ｋｇ以上の固化材の添加が必要となり、長期材齢における土と固化材とのポゾラン反応により、長期材齢強度が増進し、再掘削が困難となるおそれがある。
【００５６】
対象土１ｍ３に対する再掘削用固化材の添加量は、上記の通り、５０〜２００ｋｇであるが、好ましくは５０〜１８０ｋｇであり、より好ましくは７０〜１７０ｋｇであり、更に好ましくは６０〜１６０ｋｇである。再掘削用固化材の添加量が５０ｋｇ未満の場合、改良地盤が不均一となる可能性があり、２００ｋｇを超えると、長期材齢における土と固化材とのポゾラン反応により、長期材齢強度が増進し、再掘削が困難となるおそれがある。
【００５７】
対象土の自然含水比は、好ましくは１０〜８０％であり、より好ましくは１３〜７０％であり、更に好ましくは１５〜５０％であり、より一層好ましくは１６〜４９％である。本発明において、対象土の自然含水比の好ましい範囲を規定したのは、土のポゾラン活性度が土の自然含水比と相関があることを本発明者らが見出したためである。土の自然含水比が１０％未満の場合、初期材齢で所定強度を得るための固化材添加量が、一般の施工における最低固化材添加量の対象土１ｍ３当たり５０ｋｇ以下となり改良地盤が不均一となる可能性がある。他方、土の自然含水比が８０％を超えると、初期材齢で所定の強度を得るために２００ｋｇ以上の固化材の添加が必要となり、長期材齢における土と固化材とのポゾラン反応により、長期材齢強度が増進し、再掘削が困難となるおそれがある。
【００５８】
ここで、土の自然含水比とは、土が自然状態で保持している含水量であり、ＪＩＳ  Ａ  １２０３：１９９９「土の含水比試験方法」で測定する。
【００５９】
対象土は、シルト、砂質土及び粘性土から選ばれる１種以上であり、特定の湿潤密度、粒度を有するものが好ましい。対象土の湿潤密度は好ましくは１．５〜２．５ｇ／ｃｍ３であり、より好ましくは１．６〜２．３ｇ／ｃｍ３であり、更に好ましくは１．６〜２．１ｇ／ｃｍ３である。ここで湿潤密度とは、土の単位体積当たりの質量であり、ＪＩＳ  Ａ  １２２５：２０００「土の湿潤密度試験方法」で測定する。
【００６０】
対象土は、礫分、砂分及び細粒分を含む土が好ましい。礫分は、０〜３０質量％、好ましくは０．５〜２５質量％、より好ましくは０．７〜２５質量％である。
【００６１】
砂分は、１５〜５０質量％、好ましくは１５〜４５質量％、より好ましくは１８〜４５質量％である。
【００６２】
細粒分は、２０〜８５質量％、好ましくは３０〜８５質量％、より好ましくは３５〜８２質量％である。
【００６３】
ここで、対象土に含まれる礫分、砂分及び細粒分の量は、土粒子径の分布状態を質量百分率で表したものであり、ＪＩＳ  Ａ  １２０４：２０００「土の粒度試験方法」で測定する。
【００６４】
上記のような対象土の湿潤密度、粒度の範囲であれば、材齢初期に適度な強度が得られ、その後の強度増進が小さく、再掘削可能である。
【実施例】
【００６５】
以下では、具体例を示し、本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００６６】
（１）セメントクリンカーの製造及び分析
まず、各実施例及び各比較例で使用するセメントクリンカーの原料（石灰石、硅石、高炉ダスト、銅ガラミ、石炭灰、建設発生土、下水汚泥、脱鉄スラグ、焼却灰）の化学組成を求めた。各原料の化学組成を表１に示す。
【００６７】
【表１】
2011195713.tif 000002
【００６８】
上述の原料を用いて、水硬率（ＨＭ）、ケイ酸率（ＳＭ）及び鉄率（ＩＭ）が所定の値となるように、原料原単位を調整して、セメントクリンカーＫ１及びＫ２をそれぞれ調製した。セメントクリンカーの調製は、具体的には以下の通りに行った。
【００６９】
まず、上述の原料を竪型ミルにて所定の粒度になるまで２５０〜３００℃で乾燥粉砕した。その後、乾燥粉砕した原料をサスペンションプレヒーター上部から送入し、プレヒーター中で予熱及び仮焼して、ロータリーキルン中で約１４５０℃の高温で焼成した。その後、クーラーで急冷することによりセメントクリンカーＫ１及びＫ２を調製した。
【００７０】
セメントクリンカーＫ１及びＫ２の原料原単位及び主要化学組成を表２及び表３に示す。なお、セメントクリンカーの化学組成は、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０２：１９９９「ポルトランドセメントの化学分析方法」に準じて測定した。また、ｆ．ＣａＯ量は、セメント協会標準試験方法のＪＣＡＳ  Ｉ−０１：１９９７「遊離酸化カルシウムの定量方法」に準じて測定した。
【００７１】
【表２】
2011195713.tif 000003
【００７２】
【表３】
2011195713.tif 000004
【００７３】
上記表３のセメントクリンカーＫ１及びＫ２の化学組成から下記式（１）〜（３）により、水硬率（ＨＭ）、ケイ酸率（ＳＭ）及び鉄率（ＩＭ）を算出した。その値を表４に示す。
ＨＭ＝ＣａＯ／（ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｆｅ２Ｏ３）・・・（１）
ＳＭ＝ＳｉＯ２／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｆｅ２Ｏ３）・・・（２）
ＩＭ＝Ａｌ２Ｏ３／Ｆｅ２Ｏ３・・・（３）
【００７４】
表４に、セメントクリンカーＫ１及びＫ２中の全クロム含有量及び六価クロム含有量も併せて示す。セメントクリンカー中の全クロム含有量は、セメント協会標準試験方法のＪＣＡＳ  Ｉ−５２「ＩＣＰ発光分光分析および電気加熱式原子吸光分析によるセメントの微量成分の分析方法」に準じて測定した。また、セメントクリンカー中の六価クロム含有量は、セメントクリンカーをｐＨ１３に調整したエチレンジアミン四酢酸二ナトリウム（ＥＤＴＡ）溶液中で溶解すると、セメントクリンカー中の三価クロムは水酸化クロム（Ｃｒ（ＯＨ）３）として沈殿（溶解度積（２２℃）：６．３×１０−３１）し、溶液中には六価クロムだけが残存するという性質を利用して測定した。なお、六価クロムの定量にはＩＣＰ発光分光分析装置を用いた。
【００７５】
【表４】
2011195713.tif 000005
【００７６】
（２）セメント系固化材（再掘削用固化材）の調製
試製したＫ１又はＫ２のセメントクリンカー、宇部マテリアルズ（株）製の道路用炭酸カルシウム又はセントラル硝子（株）製のフッ酸無水せっこうを混合して固化材を調製した。また、宇部三菱セメント（株）製の一般軟弱土用固化材ユースタビラー１０（ＵＳ１０）を使用した。
【００７７】
（３）対象土
対象土の性状を表５に示す。
【００７８】
【表５】
2011195713.tif 000006
【００７９】
（４）土のポゾラン活性度試験
対象土を１１０℃で２４時間炉乾燥後に粉砕し、この粉砕した対象土を０．２ｇ、生石灰０．２ｇ及び純水２０ｍｌを圧力容器に入れ、充分に振とうした後、１２０℃に加熱されている乾燥機中で４．５時間放置した。これを室温に冷却した後に内容物を０．２Ｎの塩酸１２０ｍｌで圧力容器内を洗浄しながら取出し、０．４５μｍのメンブレンフィルターでろ過し、このろ液中のＳｉ、Ａｌ及びＦｅを原子吸光法により定量し、乾燥土当たりの質量％を求めた。これらの合計値（ＳｉＯ２質量％＋Ａｌ２Ｏ３質量％＋Ｆｅ２Ｏ３質量％）を土のポゾラン活性度とした。
【００８０】
（５）固化試験
表５に示した対象土に、（２）で調製した固化材を添加し、ホバートミキサーで３分間混合した後、砂質土及びシルトではＪＣＡＳ  Ｌ−０１：２００６「セメント系固化材による改良体の強さ試験方法」、また、粘性土（１）及び粘性土（２）では、ＪＧＳ  ０８２１−２０００「安定処理土の締固めをしない供試体作製方法」に準拠してφ５×１０ｃｍの円柱供試体を作製した。この供試体をポリラップで密封し、室温２０℃、湿度９０％で養生し、所定材齢で一軸圧縮強さをＪＩＳ  Ａ１２１６「土の一軸圧縮試験方法」に準拠して測定した。ここで、固化処理土の目標強度は、材齢７日では、一般的な路床や仮設改良に必要とされる一軸圧縮強さ３００ｋＮ／ｍ２以上、材齢２８〜３６５日までの長期材齢では、材齢７日強度の１〜１．５倍とした。
【００８１】
通常、固化材配合設計は、室内で土と固化材とを混合して固化処理土を作製して、強度を測定し、所要強度を得るための固化材添加量を決定する。しかし、実際の施工とは混合精度が異なるため、現場／室内強度比０．５を採用して設計することが多い。すなわち、設計強度が３００ｋＮ／ｍ２であれば、６００ｋＮ／ｍ２の強度が得られるような固化材添加量を設定する。その場合、改良地盤は平均的には３００ｋＮ／ｍ２の強度を有する。本発明における長期材齢強度の目標値は、強度が高くなる部分を想定したため、材齢７日の１〜１．５倍とした。
【００８２】
（６）固化処理土からの六価クロム溶出試験
（５）と同様に固化処理土を作製して密封養生した後、材齢７日で環境庁告示４６号（平成３年８月２３日）に則って溶出試験を行い，六価クロムの定量は振とう後のろ液をジフェニルカルバジド吸光光度法により行った。六価クロム溶出量の目標値は、土壌汚染対策法に定める溶出量基準である０．０５ｍｇ／Ｌ以下とした。
【００８３】
結果を表６に示す。
【００８４】
【表６】
2011195713.tif 000007
【００８５】
実施例１、２、４及び７に示すように、ポゾラン活性度が５〜４０％の範囲内にある砂質土、シルト及び粘性土（１）にセメントクリンカーＫ１及び炭酸カルシウムを本発明の範囲で配合した固化材を土１ｍ３当たり５０〜２００ｋｇで添加した場合、材齢７日で一軸圧縮強さ３００ｋＮ／ｍ２を得ることができ、その後、材齢２８〜３６５日の固化強度は、材齢７日の１．５倍以下であり、且つ、材齢７日における固化処理土からの六価クロムの溶出量は、環境基準値の０．０５ｍｇ／Ｌ以下であった。
【００８６】
また、シルトを対象として増量材に無水せっこうを使用した場合（実施例６）は、炭酸カルシウムを増量材として使用した場合（実施例４）と比較して、同一固化材添加量で材齢７日の固化強度が高くなり、長期材齢では、材齢７日に対する強度比は１．５倍以下であることから、固化材添加量の低減が可能であることがわかる。
【００８７】
本発明の範囲を逸脱する固化処理方法及び一般軟弱土用固化材を使用した場合（比較例３及び６）、砂質土やシルトでは、材齢７日で３００ｋＮ／ｍ２を得るための固化材添加量が（社）セメント協会推奨（非特許文献１）の最低固化材添加量である土１ｍ３当たり５０ｋｇに満たなかった。
【００８８】
また、１ｍ３当たり５０ｋｇの一般軟弱土用固化材を添加すると（比較例４）、材齢７日の一軸圧縮強さが１０００ｋＮ／ｍ２以上となり、この時点で再掘削が困難な強度となった。
【００８９】
更に、粘性土（１）では、材齢７日で３００ｋＮ／ｍ２を得るための固化材添加量が土１ｍ３当たり５０ｋｇ以上となり（実施例８、９及び比較例７）、材齢１８２日で材齢７日の１．５倍以上の強度となった（比較例８）。
【００９０】
また、六価クロム含有量が本発明の範囲外であるセメントクリンカーＫ２を配合した固化処理方法では（比較例５、７）、六価クロムの溶出量が環境基準値である０．０５ｍｇ／Ｌを超えた。
【００９１】
ポゾラン活性度が５０．７７％と高い粘性土（２）の場合（比較例９）、材齢３６５日で材齢７日の１．５倍以上の強度となった。