(57)【要約】【課題】本発明は、砂質土を対象土とした場合、固化材やセメントの強度発現性の向上効果が高いセメント系固化材用添加材等を提供する。【解決手段】本発明は、砂質土を対象土とするセメント系固化材またはセメントに用いる添加材であって、ふるいの通過質量百分率が、呼び寸法６００μｍのふるいで１００％、呼び寸法１５０μｍのふるいで９０％以上、および呼び寸法７５μｍのふるいで７０％以上である石灰石粉末からなるセメント系固化材用添加材である。また、本発明は、前記セメント系固化材または前記セメント１００質量部に対し、前記セメント系固化材用添加材を１〜２０質量部含む添加材含有固化材である。さらに、本発明は、砂質土１ｍ３あたり前記添加材含有固化材を１００〜５００ｋｇ添加して混合する改良土の製造方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
砂質土を対象土とするセメント系固化材またはセメントに用いる添加材であって、ふるいの通過質量百分率が、呼び寸法６００μｍのふるいで１００％、呼び寸法１５０μｍのふるいで９０％以上、および呼び寸法７５μｍのふるいで７０％以上である石灰石粉末からなるセメント系固化材用添加材。
【請求項２】
前記セメント系固化材または前記セメント１００質量部に対し、前記セメント系固化材用添加材を１〜２０質量部含む添加材含有固化材。
【請求項３】
前記添加材含有固化材が、高炉スラグ粉末を２０〜７０質量％含む、請求項２に記載の添加材含有固化材。
【請求項４】
前記添加材含有固化材が、さらに石膏粉末を１２質量％以下含む、請求項２または３に記載の添加材含有固化材。
【請求項５】
砂質土１ｍ３あたり前記添加材含有固化材を１００〜５００ｋｇ添加して混合する改良土の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメント系固化材（以下「固化材」という。）の強度発現性を高める添加材、該添加材を含む固化材、および該固化材を用いて固化してなる改良土の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、土壌の固化には、固化材、ポルトランドセメント、および混合セメント等が用いられている。そして、固化材の多くは、セメントを主体として各種助材を含むものである。例えば、特許文献１に記載の固化材は、セメントクリンカー粉末を主体とし、石膏粉末、高炉スラグ粉末、および石灰石粉末を含んでいる。
【０００３】
固化材は、浅層改良、建築基礎地盤改良、深層改良、および発生土改良等の用途に応じて、セメントや助材の最適配合を選択でき、これはポルトランドセメント等にない利点である。この助材の中で主要なものは石膏である。石膏は土壌中のアロフェン等の粘土鉱物と反応してエトリンガイト等を生成し、改良土の強度を高める効果があるため、固化材の助材として多用されている。
しかし、粘土鉱物の含有量は土壌により異なるため、必要とされる石膏量も変動する。石膏が少ない場合は強度発現性が低く、過多の場合は改良土中に残った未反応の石膏が、雨水等と反応して改良土が膨張する等の問題が生じる。そのような現場におけるトラブルを未然に防止するため、室内配合試験を行って最適配合を確認するが、ほとんどの場合、そこで定める配合は所定の組成を有する固化材の土壌に対する配合量であり、セメントや助材の最適配合を決めるものではない。
一方、セメントや助材の最適配合を室内配合試験で決めた場合には、工事物件毎に固化材をオーダーメイドで製造することになり、固化材の製造現場に大きな負担を生じさせる。
したがって、改良土の品質に影響しない固化材用添加材があれば、所定の組成を有する固化材に後添加することにより固化材の組成を変更することが可能になり、固化材のオーダーメイドによる製造に近づけることができる。さらに、固化材よりも廉価な添加材であれば、固化材のコストダウンも可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−０４６７０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、本発明は、外添加しても強度発現性が高い状態を維持できる固化材用添加材と該添加材を含む固化材等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】
【０００６】
そこで、本発明者らは前記固化材を種々検討したところ、下記の添加材を含む固化材を特定の対象土に用いると、その改良土の強度が高いことを見い出し、本発明を完成させた。すなわち、本発明は下記の構成を有する固化材用添加材等である。なお、本発明において固化材とは、土壌の固化に用いるセメント（例えば、高炉セメント等のセメント）も含む概念である。
［１］砂質土を対象土とする固化材またはセメントに用いる添加材であって、ふるいの通過質量百分率が、呼び寸法６００μｍのふるいで１００％、呼び寸法１５０μｍのふるいで９０％以上、および呼び寸法７５μｍのふるいで７０％以上である石灰石粉末からなる固化材用添加材。
[２]前記固化材または前記セメント１００質量部に対し、前記固化材用添加材を１〜２０質量部含む添加材含有固化材。
[３]前記添加材含有固化材が、高炉スラグ粉末を２０〜７０質量％含む、前記[２]に記載の添加材含有固化材。
[４]前記添加材含有固化材が、さらに石膏粉末を１２質量％以下含む、前記[２]または[３]に記載の添加材含有固化材。
[５]砂質土１ｍ３あたり前記添加材含有固化材を１００〜５００ｋｇ添加して混合する改良土の製造方法。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の固化材用添加材は、砂質土を対象土とした場合、固化材やセメントの強度発現性の向上効果が高い。したがって、固化材やセメントへの添加が可能であり、所定の組成を有する固化材のセメント量や石膏量を希釈する方向の組成変更を可能とし、特に固化材中の石膏量を低減することにより固化材のコストを減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の添加材含有固化材と砂質土を混合してなる改良土の、一軸圧縮強さを示す図である。
【図２】本発明の添加材含有固化材と粘性土を混合してなる改良土の、一軸圧縮強さを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明の固化材用添加材、添加材含有固化材、および改良土の製造方法について詳細に説明する。
１．固化材用添加材
該添加材は、前記のとおり、砂質土を対象土とする固化材またはセメントに用いる添加材であって、ふるいの通過質量百分率が、呼び寸法６００μｍのふるいで１００％、呼び寸法１５０μｍのふるいで９０％以上、および呼び寸法７５μｍのふるいで７０％以上である石灰石粉末からなる。ふるいの通過質量百分率が前記範囲であれば、固化材やセメントの強度発現性の向上効果が高い。なお、前記ふるいの通過質量百分率は、呼び寸法１５０μｍのふるい、および呼び寸法７５μｍのふるいで、それぞれ、好ましくは９５％以上および８０％以上、より好ましくは１００％および８５％以上であり、さらに好ましくは呼び寸法７５μｍのふるいで９０％以上、特に好ましくは９５％以上である。
前記石灰石粉末中の炭酸カルシウムの含有率は、好ましくは９０質量％以上である。該値が９０質量％未満では、固化材の強度発現性の向上効果が低い。なお、該値は、より好ましくは９５質量％以上、さらに好ましくは９７質量％以上である。
後掲の図１に示すように、本発明の添加材を添加した固化材やセメントは、砂質土を対象土として用いた場合に、得られた改良土の強度が高い。
【００１０】
２．固化材
本発明の添加材含有固化材は、前記固化材または前記セメント１００質量部に対し、前記固化材用添加材を１〜２０質量部含むものである。該値が前記範囲内にあれば固化材の強度発現性が高い。なお、該値は好ましくは２〜１５質量部、より好ましくは２〜１２質量部である。
前記固化材は、特に制限されず、市販の固化材が挙げられる。また、前記セメントは、特に制限されず、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超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、低熱ポルトランドセメント、および耐硫酸塩ポルトランドセメント等のポルトランドセメント、高炉セメントを含む高炉スラグ含有セメント、フライアッシュセメントを含む石炭灰含有セメント、およびシリカセメント等の混合セメント、並びに、エコセメント等から選ばれる１種以上が挙げられる。
【００１１】
また、本発明の添加材含有固化材は、さらに高炉スラグ粉末を２０〜７０質量％含むものである。該値が前記範囲内にあれば改良土からの六価クロムの溶出を抑えられる。なお、該値は、より好ましくは３０〜７０質量％、さらに好ましくは４０〜７０質量％である。
前記高炉スラグ粉末は、高炉で銑鉄を製造する際に副生する溶融状態のスラグを、水で急冷し破砕して得られる水砕スラグの粉砕物が挙げられ、より好ましくはＪＩＳ  Ａ  ６２０６に規定する高炉水砕スラグである。
【００１２】
前記高炉スラグ粉末のブレーン比表面積は、好ましくは３０００ｃｍ２／ｇ以上である。該値が３０００ｃｍ２／ｇ未満では、固化材の初期の強度発現性が低い場合がある。なお、該値は、より好ましくは４０００ｃｍ２／ｇ以上、さらに好ましくは４５００ｃｍ２／ｇ以上である。また、該値の上限は粉砕コストの点から１００００ｃｍ２／ｇである。なお、前記高炉スラグ粉末は、ボールミルやジェットミル等の粉砕機で粉砕して得ることができる。
また、前記高炉スラグ粉末の塩基度は、好ましくは１．６以上である。該値が１．６未満では、固化材の強度発現性が低下する場合がある。該値は、より好ましくは１．８以上、さらに好ましくは１．９以上である。また、該値の上限は入手しやすさから３．０である。なお、塩基度は下記式を用いて算出する。
塩基度＝〔（ＣａＯ＋ＭｇＯ＋Ａｌ２Ｏ３）／ＳｉＯ２〕
ただし、式中の化学式は、高炉スラグ粉末中の該化学式が表す化合物の含有率（質量％）を表す。
【００１３】
また、本発明の添加材含有固化材は、さらに好ましくは、石膏粉末を１２質量％以下含むものである。
該値が前記範囲内にあれば固化材の強度発現性が良好であると同時に、改良土の膨張の危険性は低い。なお、該値は好ましくは１１質量部以下、より好ましくは１０質量部以下である。
前記石膏粉末は、特に制限されず、二水石膏、排煙脱硫石膏、リン酸石膏、チタン石膏、フッ酸石膏、精錬石膏、半水石膏、および無水石膏等から選ばれる１種以上が挙げられる。これらの中でも、強度発現性が高い点で好ましくは無水石膏であり、天然品に限らず、石膏廃材から回収した二水石膏を加熱装置で加熱して得られる無水石膏も使用できる。
また、前記石膏粉末のブレーン比表面積は、好ましくは２０００〜１２０００ｃｍ２／ｇである。該値が前記範囲を外れると、固化材の強度発現性が低下するおそれがある。なお、該値は、より好ましくは３０００〜８０００ｃｍ２／ｇ、さらに好ましくは４０００〜６０００ｃｍ２／ｇ、特に好ましくは４５００〜５５００ｃｍ２／ｇである。
【００１４】
本発明の添加材含有固化材は、そのほかの任意の構成成分として、シリカフューム、シリカ粉末、製鋼スラグ粉末、クリンカダスト等を、固化材の強度発現性を損なわない範囲で含んでもよい。ここでクリンカダストとは、セメントキルンのキルン尻からボトムサイクロンに至るまでのキルン排ガス流路から、燃焼ガスの一部を抽気し、この抽気した燃焼ガスを冷却して生成したダストであり、該ダストには、セメントキルンに付設した塩素バイパス装置により前記燃焼ガス中から回収された塩素バイパスダストも含まれる。そして、クリンカダストは固化材の早期強度発現性を向上させる効果を有する。
【００１５】
本発明の添加材含有固化材の粉末度は、ブレーン比表面積で、好ましくは２０００〜１００００ｃｍ２／ｇである。該値が２０００〜１００００ｃｍ２／ｇの範囲にあれば、固化材は強度発現性と作業性に優れる。なお、該値は、より好ましくは２５００〜８０００ｃｍ２／ｇ、さらに好ましくは３０００〜６０００ｃｍ２／ｇである。
【００１６】
３．改良土の製造方法
該製造方法は、砂質土１ｍ３あたり前記添加材含有固化材を１００〜５００ｋｇ添加して混合し、改良土を製造する方法である。前記添加量が１００ｋｇ未満では改良土の強度が低く、５００ｋｇを超えると、改良土の強度は飽和する傾向にある。なお、該値は、好ましくは２００〜４００ｋｇ、より好ましくは２５０〜３５０ｋｇである。
また、添加材含有固化材と砂質土の混合は、固化材をスラリーにして添加する方法と、粉体のままで添加する方法のいずれでもよい。
本発明の改良土の製造方法により製造した改良土の強度は、後掲の図１に示すように、養生温度が高いほど高くなり、特に、３０℃の環境下では強度の伸びが著しく高くなる。
【実施例】
【００１７】
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこの実施例に限定されない。
１．使用材料
（１）石灰石粉末（太平洋セメント社製）
ふるいの通過質量百分率は、呼び寸法６００μｍのふるいで１００％、呼び寸法１５０μｍのふるいで９７．４％、および呼び寸法７５μｍのふるいで７７．１％である。
炭酸カルシウムの含有率は９９．３質量％である。
（２）普通ポルトランドセメント（太平洋セメント社製）
ブレーン比表面積３２５０ｃｍ２／ｇ、石膏の含有率（ＳＯ３換算）２．１質量％。ただし、石灰石微粉末等の少量混合成分（セメント混合材）は含まない。
（３）高炉スラグ粉末（エスメント関東社製）
ブレーン比表面積４６８０ｃｍ２／ｇ、ＳＯ３の含有率１．９質量％
（４）無水石膏（ナコード社製）
ＳＯ３の含有率５４．８質量％
（５）高炉セメントＢ種（太平洋セメント社製）
（６）セメント系固化材（太平洋セメント社製）
【００１８】
２．固化材の作製
表１に示す配合に従い、前記のセメント、高炉スラグ粉末、無水石膏粉末、および石灰石粉末を混合して固化材（実施例１〜６）を作製した。また、比較のための固化材として、高炉セメントＢ種（比較例１）と市販のセメント系固化材（比較例２）を用いた。
【表１】
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【００１９】
３．改良土の作製
改良土の作製は、ＪＧＳ  ０８２１−２００８「安定処理土の締固めをしない供試体作製方法」に準拠して行った。具体的には、対象土として表２に示す土壌を用いて、該土壌１ｍ３あたり前記添加材含有固化材３００ｋｇを粉体の状態で添加した後、ソイルミキサで３分間混合した。得られた混合物は内径３．５ｃｍ、高さ７ｃｍの型枠に詰め、２０℃で封緘養生して改良土の供試体を作製した。また、改良土の強度の測定は、ＪＩＳ  Ａ  １２１６「土の一軸圧縮試験方法」に準拠して行った。その結果を表３に示す。
【００２０】
【表２】
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【００２１】
【表３】
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【００２２】
表３と図１に示すように、本発明の固化材用添加材を添加した添加材含有固化材（実施例１〜６）は、高炉セメントＢ種（比較例１）や市販のセメント系固化材（比較例２）と比べ、養生温度が５℃、２０℃、および３０℃のすべてにおいて、同等以上の強度発現性を示す。また、対象土が砂質土の場合、図２の粘性土と比べ強度発現性は格段に高く、特に材齢２８日における強度の伸びが大きい。
また、無水石膏を含まない添加材含有固化材（実施例１〜３）は、無水石膏を含む添加材含有固化材（実施例４〜６）と比べ、より高い強度発現性を示すことは、本発明特有の優れた効果といえる。
以上のことから、本発明の固化材用添加材は、砂質土を対象土とした場合、固化材の強度発現性の向上効果が各段に高く、その分、固化材中の石膏量を低減でき、また、改良土の膨張のリスク、および固化材のコストを減らすことができる。
【図１】
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【図２】
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