(57)【要約】      （修正有）【課題】有機質土を含む土砂の一部をクラッシャーランで置き換えることなく、またセメント系固化材を使用することなく、砂防堰堤等の構築物の建設時に発生する掘削土砂等の現地発生土砂を構築材料として活用可能とする砂防ソイルセメント工法を提供する。【解決手段】砂防ソイルセメント工法において、現地発生土砂の一部に替えて鉄鋼製造に伴い発生する製鋼スラグを活用し、現地発生土砂、セメント及び水とともに混ぜて、セメントの固化を阻害する有機質土の有機成分を中和することで、セメントの固化を促進し、構築物を建設する際に現場で発生した有機質土を含む現地発生土砂を、構築物の構築材料として活用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構築物を建設する際に建設現場で発生した有機質土を含む現地発生土砂を、構築物の構築材料として活用する砂防ソイルセメント工法であって、
現地発生土砂の一部に替えて鉄鋼製造に伴い発生する製鋼スラグを活用し、該製鋼スラグを現地発生土砂、セメント及び水とともに混ぜて、セメントの固化を阻害する有機質土の有機成分を中和することで、セメントの固化を促進することを特徴とする砂防ソイルセメント工法。
【請求項２】
有機質土の有機成分中のシリカとアルミナが、セメントの水和反応で発生した水酸化カルシウムとポゾラン反応し、強度を向上することを特徴とする請求項１に記載の砂防ソイルセメント工法。
【請求項３】
セメント、水及び製鋼スラグとともに混ぜる現地発生土砂は、粒度を揃えた粒度調整をした土砂であることを特徴とする請求項１又は２に記載の砂防ソイルセメント工法。
【請求項４】
現地発生土砂に対する製鋼スラグの配合割合は、現地発生土砂の一部をクラッシャーランで置き換えるという従来技術における、現地発生土砂に対する配合割合より少なくすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか1つに記載の砂防ソイルセメント工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、砂防ソイルセメント工法に関し、より詳しくは、有機質土を含む現地発生土砂を砂防堰堤等の構築材料に活用する砂防ソイルセメント工法に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
砂防ソイルセメント工法は、従来から利用されており、砂防堰堤等の建設時に発生する掘削土砂等の現地発生土砂に、セメント、水を混ぜて砂防堰堤などの構築材料として活用する方法である。
【０００３】
この構築材料は現地発生土砂の性状に大きく影響を受ける。従来、砂防堰堤等に必要な強度を確保するため、土砂の粒度を目安に目標強度を設定している。つまり、現地発生土砂の内、強度が出るであろう粒度を選別し、これに所定のセメントと水を加えるのである。ちなみに、土砂の粒径が大きいと強度は大きく、粒径が小さいと強度は小さい。
【０００４】
従来、建設発生土や建設汚泥その他の土質材料をソイルセメント工法におけるソイルセメントの原料として再利用するためには、これらの土質材料に水、或いは濁・泥水を加えて解泥して所定の含水率に調整するとともに、一定サイズ以上の礫を除去する必要がある。そのために、土質材料を効率よく、短時間で解泥できるとともに、解泥と同時に礫を分級して除去することのできる土質材料の解泥方法知られている（特許文献１参照）。
【０００５】
また、施工場所で土砂等とセメント系硬化液を混合するソイルセメント工法は知られている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−２５２３６９号公報
【特許文献２】特開２０１２−１４９４８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のとおり、土砂の粒径によって強度が異なるので、従来の砂防ソイルセメント工法では、土砂のうち、強度がでるであろう粒度を選別し、即ち粒度調整を行い、これにセメントと水を加えていた。
【０００８】
ところで、強度が発現するためには、構築材料中のセメントと水が反応し、固化する必要がある。しかしながら、この固化を阻害する要因は、土砂中の有機成分である。
【０００９】
ところが、砂防ソイルセメント工法を使用したい箇所は、土石流堆積物や表層土等の有機質土を含んでいる場合が多い。そのため、有機質土を含有する土砂の割合が多い場合、そのままの状態で砂防ソイルセメントとして使うとセメントが固化しない可能性あり、所定の強度が出ない。
【００１０】
特に、砂防ソイルセメント工法の一種である振動ローラ等を利用して締め固めにより構造物を構築するＩＳＮＳＥＭ工法（IN-situ Stabilized Excavation Materials）の場合では、固化せず、締め固めが十分行うことができないと、必要な施工が十分行えない。
【００１１】
そのため、従来の砂防ソイルセメント工法では、上記有機質土を含有する土砂の粒度調整をするとともに、所定の強度が発現するまで、現地発生土砂のうちの一部の土砂を、クラッシャーラン（岩石、玉石等を割った砕石）に置き換えるという作業を行っている。このクラッシャーランは、強度がでるであろう粒度のものを選んで（粒度調整を行って）、土砂に置き換えて使っている。
【００１２】
しかし、クラッシャーランに置き換えて強度を確保するためには、クラッシャーラン同士が接触する程度の量を置き換える必要があるため、少量の置き換えでは効果が期待できない。通常、４０％程度以上を置き換えている。そのため、現地発生土砂のうち粒度調整した一部の土砂しか使用できず、残りの土砂は、粒度調整したクラッシャーランと置き換えることで強度を確保する必要がある。
【００１３】
従って、従来の砂防ソイルセメント工法は、現地発生土砂を有効に活用することをメリットとし謳っているが、実際のところは、現地発生土砂の全量が使用できる訳ではない。また、上記のとおり、粒度調整されたクラッシャーラン必要であるので、経済性からみても好ましくない。
【００１４】
また、セメントが固化するとポゾラン反応により長期強度が伸びる。このため、固化したクラッシャーランの周辺のみ強度が促進されるが、置き換えられていない有機成分を含有する土砂は固化しないままなので構造体全体としては長期強度は期待できない。
【００１５】
このようなクラッシャーランで置き換える方法とは別に、従来、砂防ソイルセメント工法において、セメント系固化材を使用する方法がある。セメント系固化材は、軟弱地盤の安定化処理に使われているが、有機質土の固化に有効である。
【００１６】
しかしながら、セメント系固化材は、原料を各種セメントから生成するため高価であることと、セメント系固化材によっては、例えば六価クロムが溶出する恐れがある。つまり、経済性及び安全性の面で砂防ソイルセメント工法に使用しにくいので、現状はあまり使用していない。
【００１７】
また、セメント系固化材は、粉末状であることから攪拌時に粉塵が舞い周辺環境を悪化する可能性ある。これを回避する固化材もあるが、粉塵抑制効果のある材料を添加するなどさらに高価になる。
【００１８】
このため、スラリー状にして混合する方法もあるが多量に必要な上、混練する機械が必要なため高価となる。結局、砂防ソイルセメント工法が目指している現地発生土砂を堰堤の材料として使用する構築には、セメント系固化材は経済性、安全性及び施工性に劣る。
【００１９】
本発明は、上記従来の問題を解決することを目的とするものであり、有機質土を含む土砂の一部の置き換えにクラッシャーランを使用することなく、また、構築物の強度増強に、セメント系固化材を使用することなく、砂防堰堤等の構築物の建設時に発生する掘削土砂等の現地発生土砂にセメント、水を混ぜて砂防堰堤などの構築材料として活用する砂防ソイルセメント工法を実現することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は上記課題を解決するために、構築物を建設する際に建設現場で発生した有機質土を含む現地発生土砂を、構築物の構築材料として活用する砂防ソイルセメント工法であって、現地発生土砂の一部に替えて鉄鋼製造に伴い発生する製鋼スラグを活用し、該製鋼スラグを現地発生土砂、セメント及び水とともに混ぜて、セメントの固化を阻害する有機質土の有機成分を中和することで、セメントの固化を促進することを特徴とする砂防ソイルセメント工法を提供する。
【００２１】
有機質土の有機成分中のシリカとアルミナが、セメントの水和反応で発生した水酸化カルシウムとポゾラン反応し、強度を向上する。
【００２２】
セメント、水及び製鋼スラグとともに混ぜる現地発生土砂は、粒度を揃えた粒度調整をした土砂であることが好ましい。
【００２３】
現地発生土砂に対する製鋼スラグの配合割合は、現地発生土砂の一部をクラッシャーランで置き換えるという従来技術における、現地発生土砂に対する配合割合より少なくすることが好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る有機質土を構築材料に活用する砂防ソイルセメント工法によれば、土砂をクラッシャーランと置き換えることなく、また、セメント系固化材を使用することなく、砂防堰堤等の建設時に発生する掘削土砂等の現地発生土砂にセメント、水を混ぜて堰堤などの構築材料として活用できる。
【００２５】
従って、現地発生土砂の有効活用を図ることができるとともに、現地発生土砂を別の利用現場又は廃棄場所に運搬する量を少なくすることができ、経済的効果が大きい。また、現地発生土砂を現地建設現場に、山積みして放置するようなことの防止にもつながり、環境改善効果も大きい。さらに、製鋼スラグの有用活用の拡大が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の効果について圧縮強度試験した結果を示すグラフであり、有機質土のみ、クラッシャーランで置き換えた場合、製鋼スラグで置き換えた場合について、各試験体に含まれる単位セメント量に対応した圧縮強度を示すグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明に係る有機質土を構築材料に活用する砂防ソイルセメント工法を実施するための形態を、以下に説明する。
【００２８】
本発明は、砂防ソイルセメント工法において、有機質土を含む現地発生土砂を砂防堰堤等の構築材料として活用する方法であり、有機質土を含む現地発生土砂にセメントと水を混ぜて砂防堰堤などの構築材料として活用する。
【００２９】
ところで、前記したとおり、強度が発現するためには構築材料中のセメントと水が反応し、固化する必要がある。しかし、土砂中の有機成分この固化を阻害して、有機質土を含有する土砂の割合が多い場合、そのままの状態で砂防ソイルセメントとして使うとセメントが固化しない可能性あり、所定の強度が出ない。
【００３０】
本発明者らは、砂防ソイルセメント工法の研究開発の過程において、有機質系土砂中の有機質土が、構築材料中のセメントと水が反応（水和反応）し固化することを阻害する理由として、有機成分のマイナスイオンがセメント中のカルシウムイオンを収奪することで、セメントの水和反応が著しく阻害されるためであるという知見を得た。
【００３１】
そして、本発明者らは、石膏や石灰塩等を混合することで、有機質土のマイナスイオンを飽和させ中和することで、セメントの固化が著しく向上することを確認した。
【００３２】
このような知見及び確認に基づき、本発明者らは、砂防ソイルセメント工法において、有機質土を含む現地発生土砂を活用した場合に生じるセメントの固化を阻害するという問題を解決するために、有機質土中のセメントの固化を阻害している成分を中和することを想到した。
【００３３】
そして、有機質土中のセメントの固化を阻害している成分を中和する材料として、具体的に、鉄鋼製造に伴い生成される製鋼スラグに着目し、これを現地発生土砂である有機質土、セメント及び水とともに混ぜるという方法を考えた。
【００３４】
このようにして、本発明者らは、本発明、即ち、構築物を建設する際に現場で発生した有機質土を含む現地発生土砂を、構築物の構築材料として活用する砂防ソイルセメント工法であって、現地発生土砂の一部に替えて鉄鋼製造に伴い発生する製鋼スラグを活用し、現地発生土砂、セメント及び水とともに混ぜて、セメントの固化を阻害する有機質土の有機成分を中和することで、セメントの固化を促進する砂防ソイルセメント工法を想到するに至った。
【００３５】
製鋼スラグは、鉄鋼製造に伴い発生するものであり、鉱物に由来する二酸化ケイ素 （ＳｉＯ２）や、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化カルシウム（ＣａＯ、石灰）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等の金属酸化物が多く含まれている。
【００３６】
このように、製鋼スラグは、酸化カルシウムを多く含むので、製鋼スラグから溶出するカルシウムイオンが、石膏や石灰塩と同様に、有機質土のマイナスイオンを飽和させ中和する。その結果、セメントの水和反応を促進し固化を著しく向上させ、また、セメントと混練された有機質土自体も固化して点接触からより強度が発現する面接触を増長する効果があるものと考えられる。
【００３７】
このため、有機質土を含む現地発生土砂をクラッシャーランで置き換える量と、有機質土を含む現地発生土砂を製鋼スラグで置き換える量が同程度の場合では、製鋼スラグで置き換えた場合の方が、クラッシャーランで置き換えた場合より、より大きな強度が発現することが、圧縮強度試験で確認できた。
【００３８】
そして、製鋼スラグから溶出するカルシウムイオンにより有機質土自体が固化するため、有機質土を含む現地発生土砂を活用した砂防ソイルセメント工法において製鋼スラグを使用した場合は、クラッシャーランより少量の置き換えで、構造物全体が固化する。
【００３９】
さらに、製鋼スラグ、特に高炉スラグに多く含まれるシリカ（ＳｉＯ２）やアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）は、強度に貢献するポゾラン反応を助長、促進し、強度を上げるとともに、耐酸性や凍結融解性能が向上し、長期強度も伸びることとなる。なお、ポゾラン反応は、シリカ（ＳｉＯ２）やアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を主な組成とするポゾランが、セメントの水和反応で発生した水酸化カルシウムと反応し、不溶性の化合物を作って硬化する現象である。
【００４０】
以上のとおり、製鋼スラグは、有機質土を含む現地発生土砂を活用する砂防ソイルセメント工法において、水和反応の促進による固化の促進と、水硬性による強度の向上の両方に効果があり、砂防ソイルセメント工法において有機質土を含む現地発生土砂を活用した場合に生じるセメントの固化を阻害する問題を解決し、有機質土を含む現地発生土砂を砂防ソイルセメント工法に活用することが促進できる。
【００４１】
（試験例）
本発明者らは、本発明に係る方法による効果を確認するために、従来技術との比較のために圧縮強度試験を行った。この圧縮強度試験は、本発明の方法で得られる本発明の試験体１、２と、従来技術によって得られる比較のための３つの試験体（比較例１〜３という）の圧縮強度を比較するものである。
【００４２】
試験体は、有機質土のみに、有機質土にクラッシャーラン又は製鋼スラグを加えたもので、セメント、水を混ぜて固形化したものである。試験体中に含まれる有機質土、クラッシャーラン、製鋼スラグ等の配合割合（重量比）は、次に示すとおりである。
【００４３】
（１）本発明の試験体１
有機質土３０％、製鋼スラグ７０％
（２）本発明の試験体２
有機質土６０％、製鋼スラグ４０％
（３）比較例１
有機質土３０％、クラッシャーラン７０％
（４）比較例２
有機質土６０％、クラッシャーラン４０％
（５）比較例３
有機質土のみ
【００４４】
これらの５つの試験体について行った圧縮強度試験の結果は、図１のグラフに示すとおりである。図１のグラフは、各試験体についての固化効率を示したものであり、具体的には、単位セメント量に対応した圧縮強度を示す。ここで、「単位セメント量に対応した圧縮強度」とは、各試験体に添加する単位セメント量（構築物１立方メートルをつくるのに使うセメントの重量）を変えた場合の試験体の圧縮強度を言う。
【００４５】
図１のグラフ中、「スラグ７０％改良」は試験体１について、「スラグ４０％改良」は試験体２について、「Ｃ４０_７０％改良」は比較例１について、「Ｃ４０_７０％改良」は比較例２について、「有機土砂１００％」は有機質土のみについて、それぞれ圧縮強度試験を行ったデータを示す。
【００４６】
また、「一般的なＩＳＮＳＥＭ材の強度範囲」とは、ＩＳＮＳＥＭ工法で通常採用されている程度の圧縮強度の範囲を示している。
【００４７】
この図１のグラフによると、有機質土はセメントを投入しても強度発現が期待できないが、クラッシャーラン及び製鋼スラグは混合量に比例した強度発現であり、両者とも改良材として期待できる。
【００４８】
しかしながら、この改良効果は、圧縮強度について、製鋼スラグの方がクラッシャーランより１．３〜１．５倍大きく、有機質土に対しては製鋼スラグの方が改良材としての効果が大きい。
【００４９】
従って、クラッシャーランで置き換えるよりも、製鋼スラグで置き換えた方が、より少量の置き換えで済むので、より多くの現地土砂を構築材料として使用でき、不要となって他の利用現場又は廃棄場所に運搬する現場発生土砂の量も少なくなる。
【００５０】
また、岩石を砕き粒度調整したクラッシャーランが不要となり、製鋼所から廃出される製鋼スラグを有効に活用できる。このようなことから、資源の有効活用を図ることが可能となり、砂防堰堤等の構築物の建設コストを低減でき、経済的メリットも大きく、さらに環境改善効果も大きい。
【００５１】
以上、本発明に係る有機質土を構築材料に活用する砂防ソイルセメント工法を実施するための形態を説明したが、本発明はこのような実施するための形態に限定されることなく、特許請求の範囲記載の技術的事項の範囲内で、いろいろな実施するための形態があることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明に係る有機質土を構築材料に活用する砂防ソイルセメント工法は、山間地、その他の場所で行われる砂防堰堤、擁壁、道路、各種の盛土等の構造物の構築工事、地盤工事等、切削土砂が発生する各種の現場において利用することが可能である。
【図１】
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