(57)【要約】【課題】地盤改良工法に用いられる地盤改良材と土壌とが混合されて硬化することで形成される改良地盤の強度を迅速に発現させることができる地盤改良材を提供することを課題とする。【解決手段】  土壌と混合されて地盤の改良に用いられる地盤改良材であって、アロフェンを含有するアロフェン材とセメント系固化材とから構成されており、土壌と混合された際のアロフェン材と土壌との合計量に対して、アロフェン材および土壌に由来するアロフェンの割合が５質量％以上４７質量％以下となるようにアロフェンの含有量が調整されてなることを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
土壌と混合されて地盤の改良に用いられる地盤改良材であって、
アロフェンを含有するアロフェン材とセメント系固化材とから構成されており、
土壌と混合された際のアロフェン材と土壌との合計量に対して、アロフェン材および土壌に由来するアロフェンの割合が５質量％以上４７質量％以下となるようにアロフェンの含有量が調整されてなることを特徴とする地盤改良材。
【請求項２】
土壌と地盤改良材とを混合したものを用いて地盤の改良を行う地盤改良工法であって、
地盤改良材は、アロフェンを含有するアロフェン材とセメント系固化材とから構成されており、アロフェン材および土壌に由来するアロフェンの合計量がアロフェン材と土壌との合計量に対して５質量％以上４７質量％以下となるようにアロフェン材の量が調整されてなることを特徴とする地盤改良工法。
【請求項３】
地盤改良材を構成するアロフェン材と土壌とを混合して混合物を形成した後、地盤改良材を構成するセメント系固化材と該混合物とを混合することを特徴とする請求項２に記載の地盤改良工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤の強度改善を図る地盤改良工法に用いられる地盤改良材および該地盤改良材を用いた地盤改良工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地盤の改良を行う工法としては、地盤から掘り起こした土壌と地盤改良材と水とを混合して流動化土を形成し、該流動化土を地盤に埋め戻して硬化させることで、地盤改良材が混合される前の地盤よりも強度が向上した改良地盤を形成する方法が採用されている。例えば、掘り起こした土壌に生石灰系土質改良材を混合し、これにセメント系固化材（地盤改良材）のスラリーを混合することで、流動化土を形成する。そして、該流動化土を埋め戻して硬化させることで、元の地盤の強度よりも高い強度を有する改良地盤を形成する地盤改良工法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、上記のような地盤改良工法において、アロフェン（Ａｌ2Ｏ3・（１〜２）ＳｉＯ2・ｎＨ2Ｏ）を比較的多量に含有する土壌を用いる場合、形成される流動化土を埋め戻して硬化させることで形成される改良地盤は、アロフェンの含有量が低い土壌を用いて形成された改良地盤よりも強度が低くなることが知られている。これは、セメント系固化材として用いるセメント成分から供給されるカルシウムの一部が、アロフェンに吸着し、セメント成分の硬化反応が阻害されるためと考えられる。このため、流動化土中のアロフェンの含有量は、一般的に可能な限り少ない方が望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１ー１９９５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、アロフェンの含有量が比較的少ない、又は、含有しない土壌を用いた場合であっても、流動化土を埋め戻した後の作業性を考慮すると、改良地盤の強度がより迅速に発現されることが望まれている。
【０００６】
そこで、本発明は、地盤改良工法に用いられる地盤改良材と土壌とが混合されて硬化することで形成される改良地盤の強度を迅速に発現させることができる地盤改良材を提供すると共に、該地盤改良材を用いた地盤改良工法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る地盤改良材は、土壌と混合されて地盤の改良に用いられる地盤改良材であって、アロフェンを含有するアロフェン材とセメント系固化材とから構成されており、土壌と混合された際のアロフェン材と土壌との合計量に対して、アロフェン材および土壌に由来するアロフェンの割合が５質量％以上４７質量％以下となるようにアロフェンの含有量が調整されてなることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る地盤改良工法は、土壌と地盤改良材とを混合したものを用いて地盤の改良を行う地盤改良工法であって、地盤改良材は、アロフェンを含有するアロフェン材とセメント系固化材とから構成されており、アロフェン材および土壌に由来するアロフェンの合計量がアロフェン材と土壌との合計量に対して５質量％以上４７質量％以下となるようにアロフェン材の量が調整されてなることを特徴とする。
【０００９】
斯かる構成の地盤改良材および地盤改良工法によれば、アロフェン材および土壌に由来するアロフェンの合計量がアロフェン材と土壌との合計量に対して５質量％以上４７質量％以下となるようにアロフェン材の量が調整されてなる地盤改良材を用いることで、セメント系固化材のみから構成される地盤改良材を用いた場合よりも、改良地盤の強度を迅速に発現させることができる。
【００１０】
上記の地盤改良工法では、地盤改良材を構成するアロフェン材と土壌とを混合して混合物を形成した後、地盤改良材を構成するセメント系固化材と該混合物とを混合することが好ましい。
【００１１】
斯かる構成によれば、地盤改良材を構成するアロフェン材と土壌とを混合して混合物が形成された後、地盤改良材を構成するセメント系固化材と該混合物とが混合されることで、地盤改良材を構成するアロフェン材およびセメント系固化材を同時に土壌と混合する場合よりも均一に混合を行うことができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明によれば、地盤改良工法に用いられる地盤改良材と土壌とが混合されて硬化することで形成される改良地盤の強度を迅速に発現させることができる。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に係る地盤改良材は、例えば、地盤から採掘するなどして得られる土壌に混合されて用いられるものである。本発明に係る地盤改良材が適用される土壌としては、アロフェンの含有量が４７質量％未満であるが、アロフェンの含有量が２１質量％以下であってもよく、１．５質量％以下であってもよく、１質量％以下であってもよい。土壌の種類としては、特に限定されるものではなく、例えば、一般的な粘性土や、砂質土等が挙げられる。
【００１４】
本発明に係る地盤改良材は、アロフェンを含有するアロフェン材とセメント系固化材とから構成される。アロフェン材としては、アロフェンの含有量が９０％以上の試薬や粘土鉱物等が挙げられる。また、地盤改良材は、土壌中のアロフェンの含有量に対応した量のアロフェンを含有するように構成される。具体的には、地盤改良材は、土壌と混合された際のアロフェン材と土壌との合計量に対するアロフェン材および土壌に由来するアロフェンの割合が５質量％以上４７質量％以下となるようにアロフェンの含有量が調整されてなるものである。また、斯かる割合は、種々の条件によっては、１０質量％以上３９質量％以下であってもよく、１０質量％以上２９質量％以下であってもよい。また、斯かる割合は、他の条件によっては、５質量％以上１５質量％以下であってもよく、５質量％以上１０質量％以下であってもよい。また、斯かる割合は、更に他の条件によっては、２４質量％以上２８質量％以下であってもよく、２４質量％以上３５質量％以下であってもよい。
【００１５】
セメント系固化材としては、特に限定されるものではなく、例えば、普通、早強、超早強等の各種ポルトランドセメント、該ポルトランドセメントに高炉スラグ、シリカ、フライアッシュを混合してなる各種混合セメント、白色セメント、超速硬セメント、アルミナセメントなど、一般的なセメントを使用することができる。
【００１６】
地盤改良材を構成するセメント系固化材の量としては、特に限定されるものではなく、土壌の性状に応じて適宜設定することができる。例えば、対象土１ｍ3に対して５０ｋｇ以上５００ｋｇ以下であることが好ましく、１５０ｋｇ以上２５０ｋｇ以下であることがより好ましい。
【００１７】
なお、上記のアロフェン材および土壌におけるアロフェンの含有量は、北川、「土壌中のアロフェンおよび非晶質無機成分の定量に関する研究」（農技研報 Ｂ、（１９７７）、第２９号、ｐ．１〜４８）に報告された「８Ｎ ＨＣｌ−０．５Ｎ ＮａＯＨ交互溶解法」に従って求まるものである。
【００１８】
具体的には、あらかじめ１０５℃で２４時間乾燥したアロフェンを含む原料１ｇを重量既知のガラス製蓋付遠心管に入れ、８Ｎ 塩酸を５０ｍＬ加えて、３０分間振とうした後、２８００ｒｐｍで６分間遠心分離後、上澄みを捨てる。次に、沈殿を１度蒸留水によって洗浄（２８００ｒｐｍで６分間遠心分離洗浄を２回）した後、０．５Ｎ 水酸化ナトリウム水溶液を５０ｍｌ加えて、６０℃の湯浴中に５分間遠心管ごと浸した後、２８００ｒｐｍで６分間遠心分離洗浄後、上澄みを捨てる。以上の操作を１〜５回繰返して最後の０．５Ｎ水酸化ナトリウム水溶液処理後の沈殿を蒸留水で洗浄した後、１０５℃で２４時間乾燥し、秤量して処理に伴う減量を求める。処理回数に対する減量をそれぞれｘ軸とｙ軸にプロットして作成した溶解曲線から、その曲線の直線部分を延長して、ｙ軸との交点を求めて、交点のｙ軸の値をアロフェンの含量とし、アロフェンを含む原料に対する割合からアロフェン含有量（質量％）を算出した。
【００１９】
次に、本発明に係る地盤改良工法について説明する。該地盤改良工法は、例えば、地盤改良の対象となる地盤を掘削して得られる土壌と地盤改良材とを混合して改良地盤を形成したり、地盤改良の対象となる地盤以外の地盤等から得られる土壌と地盤改良材とを混合して改良地盤を形成したりするものである。
【００２０】
土壌と地盤改良材とを混合する方法としては、特に限定されるものではないが、アロフェン材とセメント系固化材とが別々に土壌と混合されることが好ましい。具体的には、地盤改良材を構成するアロフェン材と土壌とを粉体同士で混合して混合物を形成する。一方、地盤改良材を構成するセメント系固化材と所定量の水とを混合してスラリー状の注入材を形成する。水量としては、特に限定されるものではないが、例えば、セメント系固化材１００重量部に対して６０重量部以上１５０重量部以下とすることができる。なお、土壌と地盤改良材とを混合する方法としては、アロフェン材と土壌との混合物にセメント系固化材の粉体を添加して混合するようにしてもよい。
【００２１】
そして、混合物と注入材とを混合して流動化土を形成する。そして、得られた流動化土を土壌に形成した孔へ供給して硬化させることで、孔の周囲の地盤よりも強度が高い改良地盤が形成される。斯かる地盤改良工法では、流動化土は、アロフェン材および土壌に由来するアロフェンの合計量がアロフェン材と土壌との合計量に対して５質量％以上４７質量％以下となるため、地盤改良材としてセメント系固化材のみを用いた場合よりも、改良地盤の強度を迅速に発現させることができる。
【実施例】
【００２２】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００２３】
＜試験１＞
１．使用材料
・試料土１：カオリン試薬（キシダ化学社製）を含水比５０％に加水したもの。
・試料土２：砂質土（ジョイフル本田社製）を含水比２０％に加水したもの。
・試料土３：自然土（成田市において採取したもの）
・試料土４：自然土（佐倉市において採取したもの）
・アロフェン材：アロフォサイトＰ−１（品川化成社製）
・セメント系固化材１：高炉セメントＢ種（住友大阪セメント社製）
・セメント系固化材２：タフロック３Ｅ（住友大阪セメント社製）
・水
【００２４】
２．アロフェンの含有量の測定
試料土１〜４およびアロフェン材に対して、上記実施形態の方法で、アロフェンの含有量を測定した。測定結果については、下記表１に示す。
【００２５】
３．一軸圧縮強さの測定と評価
下記表２〜９に記載の実施例１〜２８、比較例１〜１８の配合で、上記の各材料を混練し、ＪＧＳ  ０８２１に準拠して供試体（φ５×１０ｃｍ）を作製した。なお、「アロフェン量」とは、試料土とアロフェン材との合計量に対する試料土およびアロフェン材に由来するアロフェンの割合（％）を意味する。得られた各供試体を２０℃、湿度９５％の環境下で、２８日間、封緘養生した。そして、養生後の各供試体に対して供試体作製後１日目（材齢１日）、および、２８日目（材齢２８日）の一軸圧縮強さをＪＩＳ  Ａ  １２１６に準拠して測定した。測定結果については、下記表２〜９に示す。そして、材齢１日、および、材齢２８日の一軸圧縮強さが同配合の基準例に対して高い場合には「◎」、材齢１日の一軸圧縮強さが同配合の基準例に対して高い場合には「○」、材齢１日、および、材齢２８日の一軸圧縮強さが同配合の基準例に対して低い場合には「×」として評価を行った。評価結果については、下記表２〜９に示す。
【００２６】
【表１】
2015178570.tif 000002
【００２７】
【表２】
2015178570.tif 000003
【００２８】
【表３】
2015178570.tif 000004
【００２９】
【表４】
2015178570.tif 000005
【００３０】
【表５】
2015178570.tif 000006
【００３１】
【表６】
2015178570.tif 000007
【００３２】
【表７】
2015178570.tif 000008
【００３３】
【表８】
2015178570.tif 000009
【００３４】
【表９】
2015178570.tif 000010
【００３５】
４．まとめ
表２を見ると、各比較例よりも各実施例の方が材齢１日および材齢２８日の一軸圧縮強さが高いことが認められる。つまり、アロフェン材と高炉セメントＢ種とから構成される地盤改良材を用いて、カオリンから構成される土壌からなる地盤を改良する際には、アロフェン量が１０質量％以上３０質量％以下、好ましくは１９質量％以上２５質量％以下となるように地盤改良材中のアロフェンの含有量が調節されることで、迅速に強度発現する改良地盤を得ることができる。
【００３６】
表３を見ると、各比較例よりも各実施例の方が材齢１日および材齢２８日の一軸圧縮強さが高いことが認められる。つまり、アロフェン材とタフロック３Ｅとから構成される地盤改良材を用いて、カオリンから構成される土壌からなる地盤を改良する際には、アロフェン量が１０質量％以上４０質量％以下、好ましくは１９質量％以上２５質量％以下となるように地盤改良材中のアロフェンの含有量が調節されることで、迅速に強度発現する改良地盤を得ることができる。
【００３７】
表４および５を見ると、表４では比較例５よりも各実施例の方が、表５では比較例６よりも各実施例の方が、材齢１日の一軸圧縮強さが高いことが認められる。つまり、アロフェン材と高炉セメントＢ種又はタフロック３Ｅとから構成される地盤改良材を用いて、砂質土から構成される土壌からなる地盤を改良する際には、アロフェン量が５質量％以上４７質量％以下となるように地盤改良材中のアロフェンの含有量が調節されることで、少なくとも材齢１日の強度発現が迅速な改良地盤を得ることができる。
【００３８】
また、表４の実施例１０および１１と実施例１２〜１６および比較例５とを比較すると、実施例１０および１１の方が材齢１日および材齢２８日の一軸圧縮強さが高いことが認められる。また、表５の実施例１７および１８と実施例１９〜２３および比較例６とを比較すると、実施例１７および１８の方が材齢１日および材齢２８日の一軸圧縮強さが高いことが認められる。つまり、アロフェン材と高炉セメントＢ種又はタフロック３Ｅとから構成される地盤改良材を用いて、砂質土から構成される土壌からなる地盤を改良する際には、アロフェン量が５質量％以上１３質量％以下となるように地盤改良材中のアロフェンの含有量が調節されることで、迅速に強度発現する改良地盤を得ることができる。
【００３９】
表６を見ると、比較例７よりも各実施例の方が材齢１日の一軸圧縮強さが高いことが認められる。つまり、アロフェン材と高炉セメントＢ種とから構成される地盤改良材を用いて、試料土３のような土壌からなる地盤を改良する際には、アロフェン量が２４質量％以上３０質量％以下となるように地盤改良材中のアロフェンの含有量が調節されることで、少なくとも材齢１日の強度発現が迅速な改良地盤を得ることができる。
【００４０】
また、実施例２４と実施例２５および比較例７とを比較すると、実施例２４の方が材齢１日および材齢２８日の一軸圧縮強さが高いことが認められる。つまり、アロフェン材と高炉セメントＢ種とから構成される地盤改良材を用いて、試料土３のような土壌からなる地盤を改良する際には、アロフェン量が２４質量％以上２７質量％以下となるように地盤改良材中のアロフェンの含有量が調節されることで、迅速に強度発現する改良地盤を得ることができる。
【００４１】
表７を見ると、比較例８よりも各実施例の方が材齢１日の一軸圧縮強さが高いことが認められる。つまり、アロフェン材とタフロック３Ｅとから構成される地盤改良材を用いて、試料土３のような土壌からなる地盤を改良する際には、アロフェン量が２４質量％以上４０質量％以下となるように地盤改良材中のアロフェンの含有量が調節されることで、少なくとも材齢１日の強度発現が迅速な改良地盤を得ることができる。
【００４２】
また、実施例２６および２７と、実施例２８および比較例８とを比較すると、実施例２６および２７の方が材齢１日および材齢２８日の一軸圧縮強さが高いことが認められる。つまり、アロフェン材とタフロック３Ｅとから構成される地盤改良材を用いて、試料土３のような土壌からなる地盤を改良する際には、アロフェン量が２４質量％以上３３質量％以下となるように地盤改良材中のアロフェンの含有量が調節されることで、迅速に強度発現する改良地盤を得ることができる。
【００４３】
表８および９を見ると、アロフェン量が４７質量％を超えるような範囲では、アロフェン材を含む地盤改良材を用いた場合であっても、材齢１日および材齢２８日に良好な一軸圧縮強さを得ることができないことが認められる。つまり、アロフェン量が４７質量％以下となるように地盤改良材中のアロフェンの含有量が調節されることで、迅速に強度発現する改良地盤を得ることができる。
【００４４】
以上のことから、アロフェンの含有量が４７質量％以下の土壌に対して、アロフェン量が５質量％以上４７質量％以下となるようにアロフェンの含有量が調整された地盤改良材を用いることで、改良地盤の一軸圧縮強さを迅速に発現させることができると認められる。
【００４５】
＜試験２＞
なお、上記のアロフェン材に代えてスメクタイトを用いた場合の比較例を下記に示す。
【００４６】
１．使用材料
・試料土１：カオリン試薬（キシダ化学社製）を含水比５０％に加水したもの。
・スメクタイト（ベントナイト穂高  ホージュン社製）
・セメント系固化材１：高炉セメントＢ種（住友大阪セメント社製）
・セメント系固化材２：タフロック３Ｅ（住友大阪セメント社製）
・水
【００４７】
２．アロフェンの含有量の測定
試料土１およびスメクタイトに対して、上記実施形態の方法で、アロフェンの含有量を測定した。測定結果については、下記表１０に示す。
【００４８】
３．一軸圧縮強さの測定と評価
上記の＜試験１＞と同一の方法で材齢１日、および、材齢２８日の一軸圧縮強さを測定して評価した。測定結果および評価結果は、下記表１１に示す。
【００４９】
【表１０】
2015178570.tif 000011
【００５０】
【表１１】
2015178570.tif 000012
【表１２】
2015178570.tif 000013
【００５１】
４．まとめ
表２〜９の各実施例と表１１および１２の各比較例とを比較すると、アロフェン材に代えてスメクタイトを用いた比較例１９〜２４の場合には、アロフェン材を用いた場合よりも、材齢１日、および、材齢２８日の一軸圧縮強さが顕著に向上しないことが認められる。つまり、地盤改良材の構成としてアロフェン材を用いることで、改良地盤の一軸圧縮強さを迅速に発揮させることができると認められる。