(57)【要約】      （修正有）【課題】火山灰質粘性土等を対象土とするセメント系固化材の圧縮強度を適正に評価することができる新規な試験土及び当該試験土を用いた圧縮強度評価試験方法を提供する。【解決手段】セメント系固化材の圧縮強度評価用試験土は、ＳｉＯ２が４７．０〜５７．０質量％、Ａｌ２Ｏ３が１５．０〜１９．０質量％及びＦｅ２Ｏ３が３．８〜８．２質量％の組成を有し含水比が５％以下である乾燥粘土と、ＳｉＯ２が３３．０〜４１．０質量％、Ａｌ２Ｏ３が３３．０〜４１．０質量％及びＦｅ２Ｏ３が１．７〜４．３質量％の組成有するアロフェンとを、質量比で９０：１０〜７０：３０の割合で配合してなる。また、セメント系固化材の圧縮強度評価試験方法は、セメント系固化材に水を混合してスラリーとし、該スラリーに前記セメント系固化材の圧縮強度評価用試験土を配合して圧縮強度を評価する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＯ２が４７．０〜５７．０質量％、Ａｌ２Ｏ３が１５．０〜１９．０質量％及びＦｅ２Ｏ３が３．８〜８．２質量％の組成を有し含水比が５％以下である乾燥粘土Ａと、ＳｉＯ２が３３．０〜４１．０質量％、Ａｌ２Ｏ３が３３．０〜４１．０質量％及びＦｅ２Ｏ３が１．７〜４．３質量％の組成有し含水比が５％以下である乾燥粘土Ｂとを、質量比で９０：１０〜７０：３０の割合で配合してなることを特徴とする、セメント系固化材の圧縮強度評価用試験土。
【請求項２】
請求項１に記載のセメント系固化材の圧縮強度評価用試験土において、乾燥粘土Ａは、砂分が３０質量％以下、シルト分が４０〜８０質量％及び粘土分が１０〜５０質量％であることを特徴とする、セメント系固化材の圧縮強度評価用試験土。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のセメント系固化材の圧縮強度評価用試験土を用いることを特徴とする、セメント系固化材の圧縮強度評価試験方法。
【請求項４】
請求項３に記載のセメント系固化材の圧縮強度評価試験方法において、セメント系固化材に水を混合してスラリーとし、該スラリーに請求項１又は２記載のセメント系固化材の圧縮強度評価用試験土を配合して供試体を製造し、該供試体の圧縮強度を評価することを特徴とする、セメント系固化材の圧縮強度評価試験方法。
【請求項５】
請求項４記載のセメント系固化材の圧縮強度評価試験方法において、請求項１又は２記載のセメント系固化材の圧縮強度評価用試験土の配合は、乾燥粘土Ａと乾燥粘土Ｂとを予め混合したものを配合しても、直接スラリーに乾燥粘土Ａと乾燥粘土Ｂとを配合してもいずれでもよいことを特徴とする、セメント系固化材の圧縮強度評価試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮強度評価用試験土及び当該試験土を用いた圧縮強度評価試験方法に関し、特に、セメント系固化材の圧縮強度評価に用いる試験土と、当該試験土を用いた圧縮強度評価試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セメント、石膏、スラグ等を含むセメント系固化材等は多種類あり、またセメント系固化材で処理をする処理対象土には、火山灰質粘性土や有機質土等、多種多様な土が対象となる。
対象となる土が火山灰質粘性土であったとしても、産地等により、粒度や水分量等の物理的・化学的性質は大きく異なる。
【０００３】
このようにセメント系固化材や処理対象土が多種多様化しているため、セメント系固化材の圧縮強度性能評価を、実際の土と混合して評価する従来の方法は、評価結果にばらつきが多く、評価の客観性を保持するために非常に多くの試験が必要であり、極めて煩雑な方法となっている。
【０００４】
対象土として、一般土の中から標準的な土を定めてこれを用いることにより、セメント系固化材の圧縮強度評価をすることも考えられるが、実際には、対象となる標準的な土を大量に品質を保持して長期に保管するのは困難であり、現実的ではない。
【０００５】
一方、ＪＩＳ  Ｒ  ５２１０「ポルトランドセメント」、ＪＩＳ  Ｒ  ５２１１「高炉セメント」、ＪＩＳ  Ｒ  ５２１２「シリカセメント」、ＪＩＳ  Ｒ  ５２１３「フライアッシュセメント」、ＪＩＳ  Ｒ  ５２１４「エコセメント」のＪＩＳ  規格品のセメントの圧縮強度を評価する方法は、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１「セメントの物理試験方法  １０．強さ試験方法」に規定されているが、セメント系固化材の圧縮強度を評価する方法は、ＪＩＳには規定されていないため、セメント系固化材の圧縮強度評価に、上記ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１「セメントの物理試験方法  １０．強さ試験方法」を適用すると以下のような問題がある。
【０００６】
具体的には、以下の表１に示すように、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１に規定されたセメント又はセメント系固化材：標準砂（規定された砂）：水を質量比１：３：０．５で直径５ｃｍ高さ１０ｃｍの供試体を製造し、一軸圧縮試験（ＪＩＳ  Ａ  １２１６）を実施すると、ＪＩＳの高炉セメントＢ種を用いた場合の一軸圧縮強度はセメント系固化材の一軸圧縮強度と同等な値を示さず２倍以上を示しており、セメント系固化材を一般土に添加した場合と逆の傾向を示し，セメント系固化材の圧縮強度の正当な評価は難しいことがわかる。
【０００７】
【表１】
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【０００８】
また、以下の表２に示すように、一般土（実際の土）１ｍ３に対しセメント又はセメント系固化材を４００ｋｇ／ｍ３添加した場合の一軸圧縮強度試験（ＪＩＳ  Ａ  １２１６）を実施すると、高炉セメントＢ種を用いた場合の一軸圧縮強度はセメント系固化材の一軸圧縮強度に比べて小さくなり、標準砂を使った上記表１のＪＩＳの結果とは異なる結果であることから、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１ではセメント系固化材の圧縮強度を評価できないことは明らかである。
【０００９】
これは、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１による強度評価では、標準砂を材料として用いた供試体により圧縮強度を評価している一方、セメント系固化材にて処理する処理土は、粘土あるいはシルトと称される粘性土を対象としており、標準砂とは全く性状が異なるためである。
【００１０】
また、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１の圧縮強度評価では，セメント：標準砂：水を質量比１：３：０．５で混合して供試体を作成して試験しており、標準砂と水とを土と考えると、土１ｍ３に対しセメントを約５００ｋｇ添加することになる。セメント系固化材の添加量は土の種類や施工方法により異なるが、一般に土１ｍ３に対し通常１００〜２００ｋｇ、固化しにくい関東ローム土で約３００ｋｇ、腐植土で４００〜５００ｋｇである。更に、上記ＪＩＳの配合の含水比（水／標準砂）は１７％であり、一般的な粘性土の含水比５０％前後に比べるとかなり低い。特に関東ロームでは含水比１００％前後、腐植土では５００％に達することもある。
従って、上記ＪＩＳの配合は現実的はなく、セメント系固化材には適用することが難しい。
【００１１】
【表２】
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【００１２】
そこで、セメント系固化材の圧縮強度等の性能を評価するために、標準砂を用いたＪＩＳ試験ではなく、また一般土を用いた試験でもなく、一般土の代わりに用いることができる調製土が提案されてきている。
【００１３】
例えば、特開２００９−３６５５０号公報（特許文献１）には、土壌の試験・分析における精度管理や測定機器の調整、分析法の開発等、具体的には溶出試験に用いられる土壌標準物質として、分析目的元素を含む試薬の１種若しくは複数種を担持材と混合し混合物を得る混合工程と、前記混合物を１００〜１４００℃に加熱して加熱処理物を得る加熱工程と、前記加熱処理物を粉砕して基材を調製する基材調製工程と、を備えていることを特徴とする土壌標準物質の製造方法が開示されている。
【００１４】
また、特開２０１３−１６７６０３号公報（特許文献２）には、固化材の性能評価に適した標準土として、ＳｉＯ２が５８．０〜６７．０質量％、Ａｌ２Ｏ３が１７．０〜２３．０質量％、およびＦｅ２Ｏ３が０．９〜５．５質量％の組成を有する粘土と、前記粘土１００質量部に対しタンニン酸（塩）を０．３〜３．５質量部含有する標準土が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００９−３６５５０号公報
【特許文献２】特開２０１３−１６７６０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の目的は、セメント系固化材の種類に関係なくセメント系固化材の圧縮強度等の性能を適正に評価することができる新規な試験土、特に火山灰質粘性土を対象土とするセメント系固化材の圧縮強度を適正に評価することができる新規な試験土及び当該試験土を用いた圧縮強度評価試験方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明者らは、特定の組成を有する２種類の乾燥粘土を特定の配合割合にて配合して得られる試験土が、種々のセメント系固化材の圧縮強度を適正に評価できることを見出し、上記課題を解決して本発明に到達したものである。
【００１８】
具体的には、請求項１記載の発明は、ＳｉＯ２が４７．０〜５７．０質量％、Ａｌ２Ｏ３が１５．０〜１９．０質量％及びＦｅ２Ｏ３が３．８〜８．２質量％の組成を有し含水比が５％以下である乾燥粘土Ａと、ＳｉＯ２が３３．０〜４１．０質量％、Ａｌ２Ｏ３が３３．０〜４１．０質量％及びＦｅ２Ｏ３が１．７〜４．３質量％の組成を有し含水比が５％以下である乾燥粘土Ｂとを、質量比で９０：１０〜７０：３０の割合で配合してなることを特徴とする、セメント系固化材の圧縮強度評価用試験土である。
【００１９】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載のセメント系固化材の圧縮強度評価用試験土において、乾燥粘土Ａは、砂分が３０質量％以下、シルト分が４０〜８０質量％及び粘土分が１０〜５０質量％であることを特徴とする、セメント系固化材の圧縮強度評価用試験土である。
【００２０】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載のセメント系固化材の圧縮強度評価用試験土を用いることを特徴とする、セメント系固化材の圧縮強度評価試験方法である。
請求項４記載の発明は、請求項３に記載のセメント系固化材の圧縮強度評価試験方法において、セメント系固化材に水を混合してスラリーとし、該スラリーに請求項１又は２記載のセメント系固化材の圧縮強度評価用試験土を配合して供試体を製造し、該供試体の圧縮強度を評価することを特徴とする、セメント系固化材の圧縮強度評価試験方法である。
【００２１】
請求項５記載の発明は、請求項４記載のセメント系固化材の圧縮強度評価試験方法において、請求項１又は２記載のセメント系固化材の圧縮強度評価用試験土の配合は、乾燥粘土Ａと乾燥粘土Ｂとを予め混合したものを配合しても、直接スラリーに乾燥粘土Ａと乾燥粘土Ｂとを配合してもいずれでもよいことを特徴とする、セメント系固化材の圧縮強度評価試験方法である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のセメント系固化材の圧縮強度評価用試験土を用いて、セメント系固化材の圧縮強度評価試験を実施することにより、セメント系固化材の種類に依存することなく、セメント系固化材の圧縮強度を適正に簡便に評価することが可能となる。特に関東ローム土等の火山灰質粘性土を処理対象土とした場合に好適に用いることができる。
【００２３】
更に本発明の上記試験土は、特定の組成の２種類の乾燥粘土を混合することにより得られるので、調製が容易であり、必要な時に迅速に随時必要量を製造することができる。また特定の組成を有しているため、調製された試験土は一定の品質を保持することが可能であり、圧縮強度評価試験の信頼性や再現性が向上する。
また、本発明のセメント系固化材の圧縮強度評価試験方法は、簡便な方法でセメント系固化材の圧縮強度を評価することができ、その評価値は信頼性及び再現性を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】一般土である火山灰質粘性土又は粘性土と、乾燥粘土Ａ：乾燥粘土Ｂが質量比９５：５の場合の試験土の一軸圧縮強度の関係を示す図である。
【図２】一般土である火山灰質粘性土又は粘性土と、乾燥粘土Ａ：乾燥粘土Ｂが質量比９０：１０の場合の試験土の一軸圧縮強度の関係を示す図である。
【図３】一般土である火山灰質粘性土又は粘性土と、乾燥粘土Ａ：乾燥粘土Ｂが質量比８０：２０の場合の試験土の一軸圧縮強度の関係を示す図である。
【図４】一般土である火山灰質粘性土又は粘性土と、乾燥粘土Ａ：乾燥粘土Ｂが質量比７０：３０の場合の試験土の一軸圧縮強度の関係を示す図である。
【図５】一般土である火山灰質粘性土又は粘性土と、乾燥粘土Ａ：乾燥粘土Ｂが質量比６５：３５の場合の試験土の一軸圧縮強度の関係を示す図である。
【図６】一般土である火山灰質粘性土又は粘性土と、乾燥粘土Ｃ：乾燥粘土Ｂが質量比８０：２０の場合の試験土の一軸圧縮強度の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明を以下の実施の形態を例にして説明するが、これらに限定されるものではない。
本発明のセメント系固化材の圧縮強度評価用試験土は、ＳｉＯ２が４７．０〜５７．０質量％、Ａｌ２Ｏ３が１５．０〜１９．０質量％及びＦｅ２Ｏ３が３．８〜８．２質量％の組成を有し含水比（ＪＩＳ  Ａ  １２０３）が５％以下である乾燥粘土Ａと、ＳｉＯ２が３３．０〜４１．０質量％、Ａｌ２Ｏ３が３３．０〜４１．０質量％及びＦｅ２Ｏ３が１．７〜４．３質量％の組成を有し含水比（ＪＩＳ  Ａ  １２０３）が５％以下である乾燥粘土Ｂとを、質量比で９０：１０〜７０：３０の割合で配合してなる試験土である。
また、乾燥粘土Ａは、その粒度組成が、ＪＩＳ  Ａ  １２０４で測定して、砂分が３０質量％以下、シルト分が４０〜８０質量％及び粘土分が１０〜５０質量％であることが望ましい。
【００２６】
乾燥粘土Ａは、一般土とほぼ同様の鉱物組成を有しており、石英、長石、モンモリロナイト、イライト、カオリナイト等を含む。その化学組成は上記範囲の特定の組成を有することで、一般土におけるセメント系固化材による強度発現と同様のことを期待できる。
【００２７】
また、乾燥粘土Ａの粒度組成の砂分が上記範囲外となると、圧縮評価試験の際に配合した水が分離してしまう可能性があり、また粘土分が上記範囲外となると、圧縮評価試験用の試験供試体を作成する際に、練り上がり時に固くなってしまうことがあるため、上記範囲内とすることが望ましい。
【００２８】
乾燥粘土Ｂは、火山灰質粘性土、例えば関東ローム層に多く含まれる非晶質物質であるアロフェンに類似の化学組成を有する。アロフェンのほかに、石英や長石を含んでもよい。このような上記特定の範囲の化学組成を有することで、セメント系固化材による強度発現を阻害することを期待できる。
【００２９】
また、本発明の試験土は、上記乾燥粘土Ａ及び乾燥粘土Ｂを、質量比で９０：１０〜７０：３０の割合で配合してなるものである。
かかる範囲で構成されると、セメント系固化材を処理土に配合した際の圧縮強度、特に火山灰質粘性土を処理する際の圧縮強度を適正に評価することが可能となる。
【００３０】
乾燥粘土Ａ及び乾燥粘土Ｂの含水比は、ＪＩＳ  Ａ  １２０３に準じて測定して５％以下とすることが望ましい。これは、含水比が小さいと、予め２種類の乾燥粘土を混合して得られた試験土は軽量であり、時間経過に伴う含水比の変化を無視できる。なお，本発明の試験土を用いて、圧縮強度を評価試験する際に水を添加配合して所望する量に調整することができる。
【００３１】
本発明のセメント系固化材の圧縮強度評価試験方法は、上記本発明のセメント系固化材の圧縮強度評価用試験土を用いる。
具体的には、セメント系固化材に水を混合してスラリーとし、該スラリーに本発明のセメント系固化材の圧縮強度評価用試験土を配合して供試体を製造して、圧縮強度を評価する。
セメント系固化材に水を配合するが、得られる試験土の含水比が例えば、５８〜６２質量％となるように添加配合することが望ましく、これは火山灰質粘性土の含水比より低いが、これは固化強度を大きくすることで、セメント系固化材の能力差を拡大して分かりやすくするためである。
【００３２】
例えば、セメント系固化材に水を混合したスラリーに、乾燥粘土Ａと乾燥粘土Ｂとを予め混合したものを配合しても、セメント系固化材に水を混合したスラリーに直接、乾燥粘土Ａと乾燥粘土Ｂとを配合してもいずれの方法を用いてもかまわない。
【００３３】
このようにして供試体を製造して、一軸圧縮強度評価試験を実施することにより、種々のセメント系固化材の圧縮強度を適正に評価することができる。
【実施例】
【００３４】
本発明を次の参考例、実施例、比較例及び試験例により具体的に説明するが、これらに限定されるものではない。
（１）使用材料
・乾燥粘土１（乾燥粘土Ａ）：藤森粘土（尾崎色土製造所製）
・乾燥粘土２（乾燥粘土Ｃ）：カオリン（カオリナイト、キシダ化学）
・乾燥粘土３（乾燥粘土Ｂ）：アロフォサイト（アロフェン、品川化成）
・セメント：高炉セメント
・セメント系固化材：市販品ａ〜ｊの１０種類
・水：水道水
・火山灰質粘土１：佐倉産関東ローム
・火山灰質粘土２：成田山関東ローム
・粘性土：市川産粘性土
【００３５】
上記乾燥粘土１〜３の化学組成（ＸＲＦ）、粒度分布（ＪＩＳ  Ａ  １２０４）、含水比（ＪＩＳ  Ａ１２０３）を、以下の表３に、また上記火山灰質粘土１〜２及び市川産粘性土の湿潤密度（ＪＩＳ  Ａ  １２２５）及び含水比（ＪＩＳ  Ａ１２０３）を、以下の表４に示す。
【００３６】
【表３】
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【００３７】
【表４】
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【００３８】
（実施例１〜３、比較例１〜９）
下記表５示す混合割合で、乾燥粘土１（乾燥粘土Ａ）、乾燥粘土２（乾燥粘土Ｃ）、乾燥粘土３（乾燥粘土Ｂ）を混合して、各試験土を調製した。
ケース１〜５（実施例１〜３、比較例１〜７）については、試験土を構成する土は乾燥粘土１（乾燥粘土Ａ）及び乾燥粘土３（乾燥粘土Ｂ）とし、ケース６（比較例８〜９）においては、乾燥粘土２（乾燥粘土Ｃ）及び乾燥粘土３（乾燥粘土Ｂ）とした。
【００３９】
（１）試験土と、セメント又はセメント系固化材との混合
混合容器に、水とセメント、又は、水とセメント系固化材市販品ａを投入して撹拌混合することによりスラリーを調製した。得られた各スラリーに、得られた各試験土を配合して、電動ミキサにて均一になるまで撹拌し（約３分）、さらに、混合容器の内面に張り付いた混合土をゴムへら等で掻き落として混合容器の中央に集めて更に撹拌した（約３分）。
【００４０】
（２）一軸圧縮強度試験
次いで、地盤工学会基準ＪＧＳ０８２１安定処理土の締固めをしない供試体作成方法に従って、直径５ｃｍ、高さ１０ｃｍの円柱供試体を作成し、密封状態にして２０±３℃で養生を行った。
【００４１】
材齢７日及び材齢２８日で、ＪＩＳ  Ａ  １２１６「土の一軸圧縮試験方法」に従い、各供試体の一軸圧縮強度を測定した。
また、同一の試験土を用いた場合の高炉セメントＢ種を配合した供試体と、セメント系固化材を配合した供試体とを比較し、前者の一軸圧縮強度値を「１」としてセメント系固化材を配合した供試体の一軸圧縮強度値比を強度比とした。
その結果を表５に示す。
【００４２】
【表５】
2015190844.tif 000007
【００４３】
ケース２〜４（実施例１〜３、比較例３〜５）においては、高炉セメントＢ種又はセメント系固化材量は同量とし、乾燥粘土Ａ及び乾燥粘土Ｂの混合割合を変化させて、各供試体の一軸圧縮強度を測定した。また、ケース１（比較例１〜２）では、乾燥粘土Ａ：乾燥粘土Ｂ＝９５％：５％であり、乾燥粘土Ｂが少なく強度が出やすいことが予想されるため、セメント量を、ケース２〜４（実施例１〜３、比較例３〜５）の半分量とした。
【００４４】
上記表５の結果より、ケース２〜４（実施例１〜３、比較例３〜５）が示すように、標準土中に含まれる乾燥粘土Ｂであるアロフェンが増加するに従い、強度が低下することがわかる。
また、含まれる高炉セメントＢ種とセメント系固化材との相違によって、セメント系固化材を用いた場合のほうが高炉セメントＢ種を用いた場合と比較して、上記強度比は１よりも大きい値となっており、セメント系固化材を用いるほうが高炉セメントＢ種を用いるよりも圧縮強度が増大することがわかる。
【００４５】
（３）試験土と火山灰質粘性土（関東ローム層）との比較
上記各火山灰質粘性土又は上記市川産粘性土にセメント系固化材を添加して処理した場合の一軸圧縮強度と上記表５中の試験土を用いてセメント系固化材で処理した場合の一軸圧縮強度とを比較試験し、その結果を図１〜６及び表６に示す。
なお、一軸圧縮強度を試験するための各供試体の製造は、上記「（２）一軸圧縮強度試験」と同様にして測定し、各材料の混合比は、上記表５に示す混合比と同量とした。但し、火山灰質粘性土の配合量は、乾燥粘土の合計量に相当する量とした。
【００４６】
セメント系固化材は１０種類（ａ〜ｊ）をそれぞれの試験土、火山灰質粘性土又は市川産粘性土に適用して、セメント系固化材の種類による一軸圧縮強度を、火山灰質粘性土と試験土（図１〜６の各（ａ），（ｂ））、市川産粘性土と試験土の関係について（図１〜６の各（ｃ））、それぞれプロットして、最小二乗法にて評価線を作成し、Ｒ２（相関係数ｒの２乗）を求めた。その結果を図１〜６及び表６に表す。
【００４７】
【表６】
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【００４８】
表６に示すように相関係数Ｒ２が０．８を超えたのは、ケース２〜４となった。これは、異なるセメント系固化材の種類に依存して現れる火山灰質粘性土の一軸圧縮強度の違いが、試験土（乾燥粘土）でも同様に生じることを示しており、実施例１〜３の試験土がセメント系固化材の圧縮強度評価用試験土として優れていることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、種々のセメント系固化材の圧縮強度評価に適正に適用することができ、特に火山灰質粘性土を処理する場合のセメント系固化材による圧縮強度評価に好適に適用される。
【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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