(57)【要約】【課題】人工細骨材を使用して、水量が抑制され、流動性に優れ、重金属溶出が抑制され、且つ軽量であって施工時の圧送費用の低減された地盤改良用混合スラリーを提供すること。【解決手段】固化材、石炭灰造粒砂および水よりなる地盤改良用混合スラリー並びにその混合スラリーを用いて行う、地盤改良方法。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
固化材、石炭灰造粒砂および水よりなることを特徴とする地盤改良用混合スラリー。
【請求項２】
固化材の配合比が、固化材と石炭灰造粒砂の合計１００質量部当たり２〜３０質量部である、請求項１に記載の地盤改良用混合スラリー。
【請求項３】
固化材と石炭灰造粒砂の合計１００質量部当たりの水量が、５〜７０質量部である、請求項１または２に記載の地盤改良用混合スラリー。
【請求項４】
石炭灰造粒砂が、７５〜９８質量部の石炭灰と２〜２５質量部の水硬性材料の合計１００質量部を、１５〜４５質量部の水で造粒した、平均粒径０．３〜１．５ｍｍの造粒物であることを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載の地盤改良用混合スラリー。
【請求項５】
石炭灰造粒砂が、５０〜９７質量部の石炭灰、２〜２５質量部の水硬性材料および１〜２５質量部の造粒助剤の合計１００質量部を、１５〜４５質量部の水で造粒した、平均粒径０．３〜１．５ｍｍの造粒物であることを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載の地盤改良用混合スラリー。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかに記載の地盤改良用混合スラリーを用いて行なうことを特徴とする地盤改良方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セメントおよびセメント系固化材による地盤改良工事に使用される高流動性の混合スラリーおよびその工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来行なわれていた地盤改良法では、一般的に普通セメント、砂、および水からなる材料が使用される。細骨材である砂としては、川砂、海砂などが用いられていたが、これら天然物は、資源枯渇、環境保全が深刻な問題となっている。また、それに付随して高コスト化の問題も抱えている。
【０００３】
天然物に代わる細骨材として、人工細骨材の開発も当然行なわれている。その一つに、高炉水砕スラグを原料とする細骨材がある。高炉水砕スラグは、資源枯渇や環境安全面の問題もなく、安定して供給される工業副製品であることから供給安定性での問題は払拭されるが、不定形状物を多量に含んでいることから、川砂および海砂を用いるときよりもモルタルやコンクリートにする際の水量を増やす必要があり、それに伴ってブリーディング率が高くなり、さらには、製品であるモルタルやコンクリート硬化体の強度低下に繋がるという問題点を抱えている。
【０００４】
本発明者等は、高炉水砕スラグを原料とする細骨材が持つこれらの問題点を解決した固化材、高炉水砕スラグ細骨材、石炭灰および水を含有することを特徴とする地盤改良スラリーを特許文献１に開示した。なお、特許文献１で使用される石炭灰は、微粒子状のものであって、ブレーン比表面積が２，４００ｃｍ２／ｇ以上のものが好ましい。このような石炭灰としては、例えば、石炭火力発電所から大量に発生するフライアッシュが挙げられるが、通常平均粒径が１０〜３０μｍ程度であるため、高炉水砕スラグ細骨材の粒径が、目開き１．２ｍｍのふるいを５０〜９０質量部通過し且つ目開き０．６ｍｍのふるいを２５〜６５質量部通過するようなものが好ましいのに対して十分細かいため、該スラリーの流動性を改善する効果がある。
【０００５】
該スラリーは、高炉水砕スラグを使用しているにも関わらず、流動性に優れていることから従来品に比して水量の低減が可能であるのに加え、石炭灰の持つポゾラン活性により固化強度の低下がある程度補償されている。
【０００６】
すなわち、特許文献１記載発明ではある程度の改善効果は認められるものの、ブリーディング率低減や硬化体強度の向上の点からは、スラリー化時に必要な水量の更なる低減が要求されている。また、環境保全の点からは、構成成分の一つである石炭灰からの重金属溶出が抑制されていることも要求される。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２８５５４０号公報（２〜３ページ）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、人工細骨材を使用しているにも拘らず水量が抑制され流動性に優れているのに加え、自身からの重金属溶出が抑制されており、且つ石炭灰、高炉水砕スラグ混合スラリーより軽量でありしかもそのことから施工時の圧送費用の低減された地盤改良用混合スラリーの提供を目的とする。
【０００９】
さらに本発明は、上記地盤改良用混合スラリーを地盤改良のために用いる地盤改良方法の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、石炭灰を造粒して調製した石炭灰造粒砂を細骨材として使用したスラリーが、前記課題を解決したスラリーを与えることを見出し、本発明を完成した。
【００１１】
すなわち、本発明は、固化材、石炭灰造粒砂および水よりなることを特徴とする地盤改良用混合スラリーに関するものである。
【００１２】
また、本発明は、上記地盤改良用混合スラリーを用いて行う、地盤改良方法に関するものである。
【００１３】
以下に、本発明を詳細に説明する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明において、固化材は、水硬性付与のために添加されるものであるが、水硬性固化材として一般的に使用されているものであれば種類を選ばず、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、超早強ポルトランドセメント、中庸ポルトランドセメント、高炉セメント等が使用可能である。
【００１５】
本発明において使用する石炭灰造粒砂は、石炭灰と水硬性材料を水と混練し、造粒したものである。かかる石炭灰造粒砂としては、例えば石炭火力発電所から大量に発生するフライアッシュ等の石炭灰７５〜９８質量部、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、高炉セメントの如きセメントや高炉スラグ等の水硬性材料２〜２５質量部の合計１００質量部を、１５〜４５質量部の水と共に、転動造粒機、アイリッヒミキサー、ヘンシェルミキサー、レーディゲミキサー、円錐型スクリュー混合機、モルタルミキサー等の造粒装置を用いて平均粒径０．３〜１．５ｍｍに造粒したものを養生して製造したもの、あるいは石炭灰５０〜９７質量部、水硬性材料２〜２５質量部および１〜２５質量部の造粒助剤の合計１００質量部に１５〜４５質量部の水を加え、平均粒径０．３〜１．５ｍｍに造粒したものを使用するのが好ましい。とりわけ、石炭灰７５〜９０質量部、水硬性材料２〜１５質量部および造粒助剤５〜２５質量部の合計１００質量部を、１５〜４５質量部の水で、平均粒径０．３〜１．５ｍｍに造粒したものの使用は特に好ましい。造粒助剤としては、例えば工場排水処理後の微粒子状固体物質を含有する残渣、セメントキルンダスト、天然の粘土等の平均粒径が５μｍ以下である無機質微粒子等が使用可能である。
【００１６】
固化材の配合量は、固化材と石炭灰造粒砂の合量１００質量部に対して、２〜３０質量部とするのが好ましく、２０〜３０質量部とするのがさらに好ましい。固化材が２質量部より少ないと十分な強度が得られ難く、逆に３０質量部より多いと高価となり、実用性が低下し好ましくない。
【００１７】
水量は、固化材と石炭灰造粒砂との合量１００質量部当たり５〜７０質量部とするのが好ましく、１０〜４０質量部とするのがさらに好ましい。
【００１８】
５質量部未満の水量では、流動性が低下し、施工に支障を来たし、一方、７０質量部以上の水量では、ブリ−ディング率が高くなり且つ硬化体強度の低下に繋がる恐れがあるだけでなく、水量を低減すると云う本発明の目的を逸脱することになる。
【００１９】
本発明の地盤改良用混合スラリーは、構成成分である固化材、石炭灰造粒砂および水の所定量を、コンクリートやモルタルを調製する際に一般的に使用される攪拌機を用いて攪拌混合する一般的な方法で調製することが出来る。
【００２０】
調製後の地盤改良用混合スラリーは、処理対象に応じ、夫々に相応しい公知の注入方法で施工し、地盤改良を達成することができる。
【００２１】
【実施例】
以下、具体例を示し、本発明を詳述する。
【００２２】
表１に記載の混合スラリーを調製し、Ｐロート流下時間を測定した。表１中、水／固比とは、石炭灰造粒砂、固化材、高炉水砕スラグ、石炭灰および海砂の合計質量（固体質量）に対する水の質量の割合（％）である。また、石炭灰造粒砂、固化材、高炉水砕スラグ、石炭灰および海砂には、各々自然状態で水分を含有しているが、この含有水の質量は、固体質量に含めた。なお、実施例１における石炭灰造粒砂は、８５質量部の石炭灰、５質量部の普通ポルトランドセメントおよび１０質量部のセメントキルンダストの合計１００質量部に対して、３５質量部の水で造粒したものを使用した。またＰロート試験はプレパックドコンクリートの注入モルタルの流動性試験方法（Ｐロートによる方法）［土木学会規準ＪＳＣＥ−１９８６］で行った。
【００２３】
【表１】
2004155918.tif 000002
【００２４】
表１における適正・水／固比（％）とは、Ｐロート流下時間が１８秒となる水／固比（％）を示すが、実施例１に示す本発明の石炭灰造粒砂・固化材混合スラリーの適正・水／固比は、従来法（比較例１、２）よりも小さい。すなわち、本発明の石炭灰造粒砂・固化材混合スラリーは、従来法に比してより少ない使用水量で、従来法スラリーと同じレベルの流動性を示すことが分かる。
【００２５】
各組成については適正・水／固比を持つスラリーにおいて、ブリーディング率を測定した。結果を表２に示す。実施例２のブリーディング率は３時間、２４時間共、比較例３、４（従来法）より低く、本発明のスラリーは、従来法のスラリーに比して、ブリーディング性に優れていることが分かる。なお、ブリーディング率試験は，プレパックドコンクリートの注入モルタルのブリーディング率および膨張率試験方法（ポリエチレン袋方法）［土木学会規準ＪＳＣＥ−Ｆ５２２−１９９４］で行った。
【００２６】
【表２】
2004155918.tif 000003
【００２７】
Ｐロート流下時間が１８秒である３種スラリーについて、固化体を調製し、固化体の圧縮強度および嵩密度を測定した。スラリーを５０ｍｍφ×１００ｍｍの型枠に流し込み、２８日養生したものを供試体とした。嵩密度は、供試体の寸法と重量より算出し、圧縮強度はＪＩＳ−Ａ−１１０８によって測定した。測定結果を表２に示した。なお、測定値は、供試体３個についての測定値の平均値で表す。
【００２８】
本発明の混合スラリーは、従来法によるスラリーとほぼ同等の強度を持つ固化体を与える。
【００２９】
用いた原料の密度を表３に示すが、この値を使って混合スラリー中の固体成分の密度を計算し、表２に示した。
【００３０】
石炭灰造粒砂は海砂、高炉水砕スラグよりも密度が小さい。従って、それを細骨材とした本発明の固化材混合スラリーは、従来法によるスラリーよりも軽量であり、石炭灰造粒砂、施工時の圧送費用の低減が可能である。
【００３１】
【表３】
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【００３２】
発明の混合スラリーを軟岩部に注入して、地盤改良工事を実施した結果を示す。使用したのは、実施例１の組成を持ち、水／固比が１８．５であるスラリーである。作業は次の手順で行った。
（１）注入対象地盤にボーリングマシンを用いて地下２６ｍまで掘削を行った。
（２）注入孔（軟岩部）に所定のパッカ−を用いて注入ホースと連結し、グラウトポンプにて、混合スラリーを圧入した。
（３）注入２８日後にチェックボーリングを実施し、そのコアの圧縮強度を確認した。
【００３３】
施工前の軟岩部の圧縮強度測定値は１．３〜２．０Ｎ／ｍｍ２であったが、施工後は１２．６Ｎ／ｍｍ２となり、大幅に圧縮強度が向上した。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、細骨材を石炭灰造粒砂で置換える簡単な方法で、流動性が高く必要水分が少ない、且つ低ブリーディング率の地盤改良用混合スラリーが安価に提供される。また、石炭灰を用いる従来技術とは異なり粒状であるため微粉の飛散もなく屋外で野積み保管が可能であるため、施工時の貯蔵コストが低減できる利点も有する。