(57)【要約】【課題】従来のソイルセメント工法の欠点であった有機質を含む土壌でも支持力を高めた地盤硬化と、硬化剤の調合が容易に行え、更には硬化後のクラックをも低減防止し、不透水土壌でも水はけのよい透水土壌に変換する特徴をもった地盤改良硬化処理剤を提供することを目的とする。【解決手段】対象土壌に少量のセメントを混合すると共に、主に塩化マグネシウムと塩化カリウムと塩化アンモニウムを含む複合金属塩とを配合混練し、攪拌し填圧することによって、時間経過と共に土壌を硬化することを特徴とする地盤改良硬化処理剤を用いる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
主に塩化マグネシウムと塩化カリウムと塩化アンモニウムとを配合し水溶液としたことを特徴とする地盤改良硬化処理剤。
【請求項２】
請求項１の地盤改良硬化処理剤において、塩化マグネシウムを１０重量％乃至２０重量％、塩化カリウム２４重量％乃至３２重量％、塩化アンモニウム１１重量％乃至１９重量％の範囲で配合されることを特徴とする地盤改良硬化処理剤。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【　発明の属する技術分野　】本発明は、地盤改良に係る技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】従来、地盤改良には地盤の締め固め、脱水、固結、良質土の置き換え等の方法で、地盤の支持力を増し、圧縮、沈下促進または止水等、その目的あるいは対象とする土壌により様々な工法が用いられている。中でも地盤を凝結固化し支持力を高める方法の一つとして、セメントの凝結力によって地盤を凝結固化させ、支持力を高めるソイルセメント工法があるが、従来のソイルセンメント工法では、特に腐植物を含んだ土粒子の経が小さな土では硬化しにくいなど、硬化させる対象土壌に腐植、油分、その他不純物、特に糖分が少量混入するだけでもセメントの凝結反応が阻害され硬化不良を起こす問題がある。
【０００３】
更に、従来のソイルセメントに用いる硬化剤は性質上、各薬品別に調合しなければならず、総合的な薬品を混合しての水分調合が難しいという問題があった。
【０００４】
また、土、ヘドロ、スラッジ等が固化すると、固化に伴う収縮作用によるクラックが発生し、そこから腐食し、支持力低下を引き起こす問題がある。
【０００５】
【本発明が解決しようとする課題】本発明は、従来のソイルセメント工法の欠点であった有機質を含む土壌でも支持力を高めた地盤硬化と、硬化剤の調合が容易に行え、更には硬化後のクラックをも低減防止し、不透水土壌でも水はけのよい透水土壌に変換する特徴をもった地盤改良硬化処理剤を提供することを目的とする。
【０００６】
【問題を解決するための手段】本発明の課題を解決する手段には、対象土壌に少量のセメントを混合すると共に、主に塩化マグネシウムと塩化カリウムと塩化アンモニウムを含む複合金属塩とを配合混練し、攪拌し填圧することによって、時間経過と共に土壌を硬化することを特徴とする地盤改良硬化処理剤を用いる。
【０００７】
前述の地盤改良硬化処理剤は、上記に示すとおり主に塩化マグネシウムと塩化カリウムと塩化アンモニウムの３つからなり、他にクエン酸、塩化カルシウム、塩化ナトリウム、硫酸ナトリウムとを配合混練してなるもので、これらの各配合物の配合量は、塩化マグネシウムを１０重量％乃至２０重量％、塩化カリウム２４重量％乃至３２重量％、塩化アンモニウム１１重量％乃至１９重量％、クエン酸２．５％乃至４重量％、塩化カルシウム１８重量％乃至２４重量％、塩化ナトリウム１０重量％乃至１９重量％、硫酸ナトリウム２重量％乃至４．５重量％の範囲で配合混練してなる地盤硬化処理剤を５倍の水量で溶液としたものである。
【０００８】
また、上記の各配合物の配合量の好ましくは、塩化マグネシウムを１５重量％前後、塩化カリウムを２８．７重量％前後、塩化アンモニウムを１５重量％前後、クエン酸３重量％前後、塩化カルシウムを２１．３重量％前後、塩化ナトリウムを１４重量％前後、硫酸ナトリウムを３重量％前後の配合である。
【０００９】
上記、地盤改良硬化処理剤を配合混練する土壌に含まれる水分は、海水、淡水、水道水、有機質を含んだ水であっても配合混練し硬化できると共に、硬化後の地盤のクラックを防止、低減する特徴がある。
【００１０】
即ち、土には一般に腐植物が含まれており、植物の腐植によりできた高分子化合物が溶け込んだ水も吸着しているため、安定固化を阻害している。そこで、植物が毛根より特殊な酸を出して土の吸着水、付着水の帯電を弱めて動ける水（自由水）に変化させ水分を吸収する性質を地盤改良硬化処理剤に応用し、カルシウムイオンと土粒子を直接接触させて吸着水、付着水の帯電を弱め動ける水（自由水）に変化させ、塩化カリウムにより浸透力を与えて、早期に土粒子間にエトリンガイドの針状結晶を大量に発生させることにより、水分中に含まれる有機質、特に糖分による凝結反応を阻害する要因を排除することにより、透水性のある地盤とし、クラックの発生しにくい地盤に硬化することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる地盤改良硬化処理剤の一実施例と作用について具体的に説明する。
【００１２】
対象土壌に少量のセメントを混合し、地盤改良硬化処理剤を混練し填圧する。「地盤改良硬化処理剤の配合処方」
塩化カリウム　　　２８．７％
塩化カルシウム　　２１．３％
塩化マグネシウム　　　１５％
塩化アンモニウム　　　１５％
塩化ナトリウム　　　　１４％
硫酸ナトリウム　　　　　３％
クエン酸　　　　　　　　３％
上記の配合処方より、対象土壌８０重量％に対し、ポルトランドセメント２０重量％を混合攪拌し、次に地盤改良硬化処理剤１．５重量％を５倍の水量で溶液としたものを混合し、再び攪拌し均一に混合する。その後填圧し養生期間（図２養生日数を参照）を経て、ある程度の支持力を得た硬化土壌となる。
【００１３】
次に、地盤改良硬化処理剤の作用について説明する。
【００１４】
土はシリカ、アルミニウムを主成分にその他微量の元素を含み、また、土には一般に植物が腐植した物質を含んでおり、この物質は分解途中の高分子化合物（フミン酸）であり、分解途中であるために性質が一定しない。また、土粒子表面の吸着水、付着水に溶け込んでいるためにセメント凝結反応の主反応物質であるカルシウムイオンと土粒子との直接接触を阻害すると同時に水和凝結反応に対しても負の働きをするため、安定固化ができなくなり、更に、粘土粒子のように土粒子が小さくなると比表面積が大きくなり電気的な力を持ち土粒子同士が引っ張り合い、カルシウムイオンが中に入ることが出来ず硬化が薄れる事になる。そこで、植物が毛根より特殊な酸を出して土の吸着水、付着水の帯電を弱めて動ける水（自由水）に変化させ水分を吸収する性質を地盤改良硬化処理剤に応用し、カルシウムイオンと土粒子を直接接触させて吸着水、付着水の帯電を弱め動ける水（自由水）に変化させ、更にカルシウムイオンは浸透力を持たないため、地盤改良硬化処理剤の成分中の塩化カリウムにより浸透力を与え、早期に土粒子間にエトリンガイドの針状結晶を大量に発生させることにより、発生中に周囲の不純物（腐植物、油分、糖分等）を取り込むため結果的に比表面積の大きな針状結晶の土となり、活性炭的な吸着能を持った土粒子に変換され、一度吸着した不純物は放出しにくいという性質を持った土壌となり、水はけの良い透水性のある土壌となる。
【００１５】
また、土中水分中の腐植物［Ｃ１４Ｈ１１Ｏ１６（ＣＯＯＨ）４（ＯＨ）４（−Ｏ−）（ＣＨ４ＣＯ）（ＯＣＨ４）］等が分解され溶け込んだ形で大量に含有されている。この腐植物はフミン酸であり、フミン酸コロイドミセルの構造は無機態のフミン酸を核とし、これに陰イオンと陽イオンが原子化またはファンデルワールスカによって吸収した分子、あるいは原子団の集合体となっている為に陰イオン、陽イオンも非常に強い力を持ち、土粒子周辺にイオン群として吸着されており、セメント液層のカルシウム陽イオン等と土粒子との接触を阻害している。そこに地盤改良硬化処理剤を加えることにより、この阻害しているフミン酸を含んだ水分子の双極モーメントを還元し、分裂を生じさせる。即ち、統合吸収された水酸基イオンに分裂し、更に水酸基イオンとヒドロニウムを発生するものとプラスまたはマイナスの荷電とに分離するものとがある水酸基イオンは更にＯ（酸素）を放出することにより分離する。粘土鉱物の純粋表面荷電は常にマイナスであり、プラスに帯電されたイオン、即ち、地盤改良硬化処理剤溶液中の陽イオン及びセメント液層中の陽イオンが土粒子表面上に凝結反応が開始する。つまり、科学的結合水である粒子表面の水膜を地盤硬化処理剤溶液の各種成分によって薄くする（Ｈ）−（Ｈ）−からＨ２としてＨ２＋（Ｈ）−の新たな水分子を形成させ、粒子表面水分を液体とすることにより粒子表面を露出させる。
【００１６】
次に、ヒドロニウムイオンのマイナス荷電、即ちマイナスに電受された水酸基イオンは、通常土粒子表面のイオン化された水でプラスに帯電した金属イオンと結合する。地盤改良硬化処理剤溶液が水の分子中で起こす電荷還元により十分なマイナス電荷が現れ吸収された水層のプラスに十分な圧力（填圧）を加えると、この水の層は静的ポテンシャル障壁を突破することができ、これによりカルシウムＣａ＋＋の浸入を妨害していた帯電が弱まり、カルシウムＣａ＋＋等のセメントの溶解成分が土粒子間に行き渡り、土粒子周辺の水の分子もイオン群の外にはじき出す効果を発揮する。その結果、土粒子相互間隙が小さくなり、電位の低下と共に土粒子の団粒がはかられ、カルシウムＣａ＋＋が土粒子の間隙に浸入して細粒土粒子を連結する。
【００１７】
また、同時にｐＨ１０以上のアルカリ液層を作り出し、セメントの水和反応であるカルシウムシリケート等の水和物が土粒子間の橋渡しの基となる胚種を発生させ針状結晶を作り出し、これが急速に成長していく。即ちセメントペーストの流動性が失われる。
【００１８】
更に粒子にエトリンガイト等の針状結晶を発生させ、これにより土粒子と連結させることにより安定化された土壌は活性炭と同じような吸着性能を持った土壌の固化体となる。地盤改良硬化処理剤はセメントの凝結反応を阻害しているものを除去し凝結反応に進行したカルシウムＣａ＋＋は水和すると、その粒子表面より極めて微細なゲルが成長して複雑にからみ合い、粒子間を連結する。このゲルはポゾラン反応によって成長する。即ち、イオン交換（セメント中のカルシウムＣａ＋＋が粒子表面のイオンと交換し、土粒子表面の帯電状態が変化し、粘土粒子が凝集して団粒化する反応）後、固化が進行するとコロイドシリカ、コロイドアルミナがカルシウムＣａ＋＋と反応し、珪酸カルシウム（４ＣａＡｌ２Ｏ３・１３Ｈ２Ｏ）ゲーレナイトの水和物（２ＣａＯ２・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２６Ｈ２Ｏ）を生成する。この反応は長期間にわたって持続し、これが結合材となって土壌を安定固化する。
【００１９】
また、地盤改良硬化処理剤と石灰を使用することにより、石灰処理工法の強度不足、カルシウムイオンの溶出などの欠点を除去し、強度の増強をはかり、軟弱地盤中の水分をとり、車両等の走行不可能な地盤トラフィビリティーを短時間で走行可能に改良することができる。地盤改良硬化処理剤の主成分が金属塩類を主成分としているため、石灰処理混合物の強度は大幅に増加する。これにより強度不足を解消し、長期的に安定した地盤を作り、永久に近い地盤を築造することが可能になる。
【００２０】
更に、地盤改良硬化処理剤とセメントと石灰を併用することにより、カルシウムイオンの溶出を防止すると共に、腐植物の多い土でも土粒子界面の物性を変え、土の安定性を増すことができ、土粒子の構成成分が溶出したケイ素Ｓｉ、アルミニウムＡｌがカルシウムＣａ（ＯＨ）２と反応し、トバモライト系水和物及びアルミン酸石灰水和物の生成を促進させ、土粒子を強固に団結させる。従って改良固化が困難な腐植物、粘土等の不良土壌であっても良質な土壌に改良固化することができる。地盤改良硬化処理剤と石灰の土質改良は▲１▼イオンの交換▲２▼ポゾラン反応▲３▼炭酸化反応の正常化である。
【００２１】
次に、土に地盤改良硬化処理剤と石灰を添加した場合を要約すれば、〔カルシウムＣａ（ＯＨ）２＋地盤改良硬化処理剤〕→〔カルシウムＣａ＋＋２（ＯＨ）−〕＋〔マグネシウムＭｇ＋カルシウムＣａ＋＋＋地盤改良硬化処理剤〕となる。安定改良となる主要な要素は、▲１▼消石灰分子・地盤改良硬化処理剤分子の粘土への物理的吸着▲２▼陽イオン交換▲３▼ポゾラン反応▲４▼炭酸化の４つとなる。
【００２２】
【発明の効果】以上のように、本発明は地盤改良硬化処理剤として土壌改良及び支持力を備えた土壌硬化と透水性をもった土壌への変換をすることができる。
【００２３】
更に、対象とする土壌をそのまま利用し砂利等の骨材を別途必要とすることなく土壌を固化することができる。
【００２４】
更に、水溶性化合液であるため、土壌の状況及び状態に応じて正確且つ容易に化合をコントロールすることができる。
【００２５】
更に、現状土をそのまま使用し少量のセメントを混合するだけで、従来工法より２０％乃至３０％以上の強度を向上することができる。（図１、図４，図５参照）
【００２６】
更に、土粒子表面に溶け込んだ腐植物の性質を利用し、吸着水、付着水の帯電を弱めて動ける水（自由水）に変化させ水分を吸収させることにより、水分中に含まれる有機質、特に糖分による凝結反応を阻害する要因を排除することができる。（図３参照）
【００２７】
更に、配合時よりイオン結合による硬化が促進されるため、養生時間を短縮する効果がある。（図２参照）
【００２８】
更に、バラス等骨材が不要であり、残土から残土処理及び骨材の運搬等の手間を省き、また従来工事より薄い路盤であっても強度を保つ特徴があるため、工期短縮及びコストを下げる効果がある。
【００２９】
更に、配合混練する土壌に含まれる水分は、海水、淡水、水道水、有機質を含んだいずれの水分であっても配合混練することができる特徴があるため、沼地、砂沼地、田地等あらゆる土壌に効果がある。
【００３０】
更に、酸、アルカリに浸食されず、経年と共に強度を増し、湿度・凍結にも影響されない特徴がある。
【００３１】
更に、イオン反応と水和反応の共有結合から各元素の化合が完全に進行し、均一化された一定の強度を保つ地盤にすることができる。
【００３２】
更に、工事中零下に至るも凍結をしないため、厳寒地の施工に適し、相応の性能を備えた特徴がある。
【００３３】
更に、路上混合工法、ミキシング工法、ミキシング填圧工法等の状況に応じた工法を選択することができる。
【００３４】
更に、海砂、山砂等単体でも固形化ができる。
【００３５】
更に、脱臭作用が強いため、悪臭除去等の用途にも利用できる。
【００３６】
更に、透水性に優れた土壌にする特徴があるため、透水舗装にも利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる地盤硬化処理剤の混凝土圧縮強度試験の結果である。
【図２】本発明に係わる地盤硬化処理剤の養生日数を表すグラフである。
【図３】有害物質を含む地盤に、本発明に係わる地盤硬化処理剤を使用した場合の、河川に含有する有害物質のテスト結果を示す表である。
【図４】本発明に係わる地盤硬化処理剤を関東ロームの地質に使用した場合の関係を示すグラフである。
【図５】本発明に係わる地盤硬化処理剤をマサ土の地質に使用した場合の関係を示すグラフである。
【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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