(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水硬性粉体からなる固化材であって、
上記水硬性粉体が、高炉スラグ微粉末、セメントおよび石膏を含み、
上記固化材中、上記高炉スラグ微粉末の含有率が２０〜５０質量％、上記セメントの含有率が３０〜７５質量％、上記石膏の含有率がＳＯ３換算で５〜２０質量％であり、
温度が９０℃であり、かつ、無風状態の雰囲気下で５分間加熱した場合における質量の減少量が、上記水硬性粉体１００質量部に対して、０．２８〜０．７６質量部である量の水分を含むことを特徴とする固化材。
【請求項２】
請求項１に記載の固化材の製造方法であって、
水分の含有量を調整する前の上記水硬性粉体に対して、温度が９０℃であり、かつ、無風状態の雰囲気下で５分間加熱した場合における質量の減少量が、上記水硬性粉体１００質量部に対して、０．２８〜０．７６質量部である量の水分を含むように、水分を付与することを特徴とする固化材の製造方法。
【請求項３】
上記水分の付与が、（ａ）水の噴霧、（ｂ）温度が２５℃以下でかつ相対湿度が９０％以上となるように調整した雰囲気下への曝露、（ｃ）温度が４５℃以下でかつ平均相対湿度が３５％以上の自然環境下での１ヶ月以上の曝露、および（ｄ）温度が４５℃以下でかつ平均相対湿度が８０％以上の自然環境下での１週間以上の曝露、の中から選ばれる一種以上によるものである請求項２に記載の固化材の製造方法。
【請求項４】
水硬性粉体からなる固化材に対して、温度が８８〜９２℃の雰囲気下で５分間以上加熱した場合における質量の減少量を測定し、その測定結果に基いて、上記固化材の強度発現性を評価する、固化材の評価方法であって、
上記水硬性粉体が、高炉スラグ微粉末、セメントおよび石膏を含み、
上記固化材中、上記高炉スラグ微粉末の含有率が２０〜５０質量％、上記セメントの含有率が３０〜７５質量％、上記石膏の含有率がＳＯ３換算で５〜２０質量％であり、
上記質量の減少量が、上記水硬性粉体１００質量部に対して、０．２８〜０．７６質量部の範囲内である場合に、上記固化材について、初期強度発現性が優れていると評価することを特徴とする固化材の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固化材、固化材の製造方法、及び固化材の評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、土壌の改良方法として、土壌にセメント等の固化材を添加、混合し、これを水和固化させることで、土壌と固化材の混合物（固化改良土）の強度を発現させる方法が用いられている。
例えば、特許文献１には、一軸圧縮強さに優れた固化改良土を得ることができるセメント系固化材として、リートベルト法で測定したＣ3Ｓ量が５０質量％以上であるセメントと、石膏を含むセメント系固化材が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１６２６９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、初期強度発現性及びハンドリング性に優れた固化材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、水硬性粉体からなる固化材であって、温度が９０℃であり、かつ、無風状態の雰囲気下で５分間加熱した場合における質量の減少量が、水硬性粉体１００質量部に対して、０．２８〜０．７６質量部である量の水分を含む固化材によれば、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［６］を提供するものである。
［１］  水硬性粉体からなる固化材であって、温度が９０℃であり、かつ、無風状態の雰囲気下で５分間加熱した場合における質量の減少量が、上記水硬性粉体１００質量部に対して、０．２８〜０．７６質量部である量の水分を含むことを特徴とする固化材。
［２］  上記水硬性粉体が、高炉スラグ微粉末を含む前記［１］に記載の固化材。
［３］  上記水硬性粉体が、セメントおよび石膏を含む前記［１］又は［２］に記載の固化材。
［４］  前記［１］〜［３］のいずれかに記載の固化材の製造方法であって、水分の含有量を調整する前の上記水硬性粉体に対して、温度が９０℃であり、かつ、無風状態の雰囲気下で５分間加熱した場合における質量の減少量が、上記水硬性粉体１００質量部に対して、０．２８〜０．７６質量部である量の水分を含むように、水分を付与することを特徴とする固化材の製造方法。
［５］  上記水分の付与が、（ａ）水の噴霧、（ｂ）温度が２５℃以下でかつ相対湿度が９０％以上となるように調整した雰囲気下への曝露、（ｃ）温度が４５℃以下でかつ平均相対湿度が３５％以上の自然環境下での１ヶ月以上の曝露、および（ｄ）温度が４５℃以下でかつ平均相対湿度が８０％以上の自然環境下での１週間以上の曝露、の中から選ばれる一種以上によるものである前記［４］に記載の固化材の製造方法。
［６］  水硬性粉体からなる固化材に対して、温度が８８〜９２℃の雰囲気下で５分間以上加熱した場合における質量の減少量を測定し、その測定結果に基いて、上記固化材の強度発現性を評価することを特徴とする固化材の評価方法。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の固化材は、初期強度発現性（例えば、材齢７日の一軸圧縮強さの発現性）およびハンドリング性に優れている。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明の固化材は、水硬性粉体からなる固化材であって、温度が９０℃であり、かつ、無風状態の雰囲気下で５分間加熱した場合における質量の減少量（以下、「９０℃質量減少量」ともいう。）が、水硬性粉体１００質量部に対して、０．２８〜０．７６質量部である量の水分を含むものである。
本発明に用いられる水硬性粉体としては、水と混合することによって固化する粉体であれば特に限定されるものではないが、強度発現性（特に、初期（材齢１〜７日程度）強度発現性）の向上の観点から、高炉スラグ微粉末を含むものが好ましい。
高炉スラグ微粉末としては、例えば、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・破砕して得られる水砕スラグの粉砕物や、徐冷・破砕して得られる徐冷スラグの粉砕物等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【０００８】
固化材中の高炉スラグ微粉末の含有率は、好ましくは５〜９５質量％、より好ましくは１０〜８０質量％、さらに好ましくは１５〜７５質量％、さらに好ましくは２０〜７０質量％、さらに好ましくは２０〜５０質量％、特に好ましくは２０〜３０質量％である。該含有率が５質量％以上であれば、固化材の初期強度発現性がより向上する。該含有率が９５質量％以下であれば、固化材の長期（材齢２８日以上）強度発現性がより向上する。
【０００９】
本発明の固化材は、強度発現性の観点から、セメントおよび石膏を含んでもよい。
セメントとしては、例えば、普通ポルトランドセメント、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等の各種ポルトランドセメントや、高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメント等の混合セメントや、アルミナセメントや、エコセメント等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
固化材中のセメントの含有率は、好ましくは５〜９５質量％、より好ましくは１０〜８０質量％、さらに好ましくは１５〜７５質量％、さらに好ましくは２０〜７０質量％、さらに好ましくは３０〜７０質量％、特に好ましくは５０〜７０質量％である。該含有率が５質量％以上であれば、固化材の強度発現性がより向上する。該含有率が９５質量％以下であれば、固化材の材料のコストの増大を防ぐことができる。
【００１０】
石膏としては、例えば、フッ酸無水石膏、リサイクル無水石膏、天然無水石膏、リン酸石膏、チタン石膏、精錬石膏、半水石膏、無水石膏、排脱二水石膏、リン酸二水石膏、及び天然二水石膏等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
固化材中の石膏の含有率は、ＳＯ３換算で、好ましくは１〜４０質量％、より好ましくは３〜３０質量％、特に好ましくは５〜２０質量％である。該含有率が１質量％以上であれば、固化材と土壌を混合する際の作業性（特に、十分に長い作業可能時間の確保）が向上する。該含有率が４０質量％以下であれば、固化材の強度発現性が向上する。
【００１１】
また、本発明の固化材は、上述した高炉スラグ微粉末等の他に、任意成分として、石炭灰、シリカフューム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、硫酸第一鉄、塩化カルシウム、重焼リン、熔リン、不溶性フェロシアン化物、モンモリロナイト含有物、ゼオライト、及びバイデライト含有物等から選ばれる１種以上を含んでもよい。
固化材中の任意成分の含有率は、好ましくは２５質量％以下、より好ましくは１５質量％以下、特に好ましくは１０質量％以下である。該量が２５質量％以下であれば、固化材の強度発現性の低下を防ぐことができる。
【００１２】
本発明の固化材は、温度が９０℃であり、かつ、無風状態の雰囲気下で５分間加熱した場合における質量の減少量が、固化材を構成する水硬性粉体１００質量部に対して、０．２８〜０．７６質量部である量の水分を含むものである。該減少量の下限値は、０．２８質量部、好ましくは０．３０質量部、より好ましくは０．３２質量部、さらに好ましくは０．３５質量部、特に好ましくは０．３８質量部である。該減少量の上限値は、０．７６質量部、好ましくは０．７４質量部、より好ましくは０．７２質量部、特に好ましくは０．７０質量部である。該減少量が０．２８質量部未満の場合、固化材の初期強度発現性が低下する。該減少量が０．７６質量部を超える場合、固化材の初期強度発現性及びハンドリング性（例えば、強固なダマの生成の有無）が低下する。
なお、加熱を行う際の相対湿度によって、質量の減少量が変動することはない。
【００１３】
本発明の固化材の製造方法としては、例えば、水分の含有量を調整する前の水硬性粉体に対して、温度が９０℃であり、かつ、無風状態の雰囲気下で５分間加熱した場合における質量の減少量が、固化材を構成する水硬性粉体（水分の含有量を調整した後の水硬性粉体）１００質量部に対して、０．２８〜０．７６質量部である量の水分を含むように、水分を付与する製造方法が挙げられる。
該減少量の下限値および上限値の各好ましい値は、上述のとおりである。
【００１４】
水硬性粉体に対する水分の付与は、（ａ）水の噴霧、（ｂ）温度が２５℃以下でかつ相対湿度が９０％以上となるように調整した雰囲気下への曝露、（ｃ）温度が４５℃以下でかつ平均相対湿度が３５％以上の自然環境下での１ヶ月以上の曝露、および（ｄ）温度が４５℃以下でかつ平均相対湿度が８０％以上の自然環境下での１週間以上の曝露、の中から選ばれる一種以上によって行うことができる。
なお、一般に、固化材は、製造後、風化防止の観点から、通常５日以内に使用されており、長期（１週間以上）に亘って現場で保管されることは、風化への対策が必要となるため、望ましくないものとされる。
【００１５】
本発明においては、水硬性粉体からなる固化材に対して、温度が８８〜９２℃の雰囲気下で５分間以上加熱した場合における質量の減少量を測定し、その測定結果に基いて、固化材の強度発現性を評価することができる。
加熱温度は、８８〜９２℃、好ましくは８９〜９１℃、より好ましくは９０℃である。該温度が８８℃以上であれば、加熱時間を短くすることができ、かつ、測定結果にばらつきが少なくなるため、より正確な評価が可能である。該温度が９２℃以下であれば、石膏の脱水の影響がなく、測定結果にばらつきが少なくなるため、より正確な評価が可能である。
加熱時間は、５分間以上、好ましくは５分間である。該時間が５分間以上（例えば、６分間）であれば、測定結果にばらつきが少なくなるため、より正確な評価が可能である。
加熱時間の上限値は特に限定されないが、測定の効率の観点から、好ましくは８分間である。
なお、加熱は、より正確な評価が可能となる観点から、無風状態の雰囲気下で行うことが好ましい。
【００１６】
上述した９０℃質量減少量の数値に基づいて、固化材の強度発現性（特に、材齢７日程度の初期強度発現性）を評価することができる。具体的には、加熱前の水硬性粉体１００質量部に対して、該減少量が、好ましくは０．２８〜０．７６質量部、より好ましくは０．３５〜０．７４質量部。さらに好ましくは０．４０〜０．７２質量部、さらに好ましくは０．４３〜０．７０質量部、特に好ましくは０．４５〜０．６９質量部である場合、評価対象である固化材は、初期強度発現性に優れたものであると評価することができる。また、該減少量が、０．７６質量部以下の場合、評価対象である固化材は、ハンドリング性に優れたもの（例えば、強固なダマの生成がないこと）であると評価することができる。
【００１７】
本発明の固化材を用いた土壌の改良は、固化処理の対象となる土壌に固化材を添加することで行われる。具体的には、土壌に固化材を粉体のまま添加して混合するドライ添加方法や、固化材に水を加えてスラリーとした後に、該スラリーを土壌に添加して混合するスラリー添加方法等が挙げられる。スラリー添加方法の場合における水と固化材の質量比（水／固化材の質量比）は、好ましくは０．５〜１．５、より好ましくは０．６〜１．０である。なお、固化処理の対象となる土壌としては、特に限定されるものではない。
土壌の改良における、土壌１ｍ３当たりの固化材の添加量は、固化材を添加した土壌の一軸圧縮強さをより向上させる観点からは、好ましくは１０ｋｇ以上、より好ましくは３０ｋｇ以上である。該添加量は、コストの低減の観点からは、好ましくは８００ｋｇ以下、より好ましくは７００ｋｇ以下である。
【実施例】
【００１８】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
［使用材料］
（１）水硬性粉体：高炉スラグ微粉末２５質量％、セメント６５質量％、石膏１０質量％の混合物
（２）土壌：砂質土、含水比２８％
【００１９】
［実施例１］
上記水硬性粉体１００質量部に対して、表１に示す量の水分を、噴霧器を用いて添加した後、混合して固化材を得た。得られた固化材を、温度が９０℃であり、かつ、無風状態の雰囲気下で５分間加熱した。加熱前後の固化材の水分量を、水分計（ケツト科学研究所社製、商品名「ＦＤ−１００」）を用いて測定し、得られた測定値から、固化材（水を添加した水硬性粉体からなるもの）１００質量部に対する、質量の減少量（表１中、「９０℃質量減少量」と表す。）を算出した。
水分計による測定は、水分計のセンサーを固化材中に差し込んだ後、水分計に表示された測定値が一定（平衡状態）となるまで、１〜５分間程度静置することで行った。
また、上記加熱において、固化材の質量の減少量は、全て水分の減少によるものであった。
【００２０】
得られた固化材を、上記土壌に添加、混合して固化改良土を作製した。土壌に対する固化材の添加量は、５０ｋｇ／ｍ３であった。
得られた固化改良土の材齢７日における一軸圧縮強さを「ＪＩＳ  Ａ  １２１６（土の一軸圧縮試験方法）」に準じて測定した。
表１中、一軸圧縮強さの数値は、比較例１の固化材を用いた固化改良土の一軸圧縮強さを１００とする指数で表した。
また、固化材のハンドリング性の評価を行った。表１中、ハンドリング性の評価は、固化材中に強固なダマが生成されない場合を「○」とし、強固なダマが生成される場合を「×」とした。
【００２１】
［実施例２〜３］
表１に示す量の水分を添加する以外は、実施例１と同様にして、固化材を得た。
得られた固化材を用いて、実施例１と同様にして、質量の減少量の算出等を行った。
【００２２】
［比較例１］
固化材として、水分を添加しない水硬性粉体を使用する以外は、実施例１と同様にして、質量の減少量の算出等を行った。なお、表１において、比較例１の一軸圧縮強さを１００とした。
［比較例２〜４］
表１に示す量の水分を添加する以外は、実施例１と同様にして、固化材を得た。
得られた固化材を用いて、実施例１と同様にして、質量の減少量の算出等を行った。
結果を表１に示す。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
表１から、本発明の固化材（実施例１〜３）を用いた固化改良土の一軸圧縮強さは、水分の添加を行わなかった固化材（比較例１）、および、９０℃質量減少量が０．８１以上である固化材（比較例２〜４）を用いた固化改良土の一軸圧縮強さと比べて、大きいことがわかる。また、本発明の固化材（実施例１〜３）は、比較例２〜４と比べてハンドリング性に優れていることがわかる。