(57)【要約】【課題】軟弱粘性土を改良するためミルク状で混入した場合、高強度と良好な作業性を得ることができる硬化材を提供する。【解決手段】粘性土である軟弱地盤を対象土とする硬化材であって、セメント粉末１００重量部に対して、粒子径１０μｍ以下の粒子を４０〜８０体積％含有し、かつ各粒子を真球として計算された単位重量当たりの比表面積が０．５〜１．０ｍ２／ｇである無機硫酸塩粉末（例えば、無水石膏）２〜２０重量部を配合して、粘性土用硬化材組成物とする。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
粘性土である軟弱地盤を対象土とする硬化材であって、セメント粉末１００重量部に対して無機硫酸塩粉末２〜２０重量部を含有し、該無機硫酸塩が粒子径１０μｍ以下の粒子を４０〜８０体積％含有し、かつ該無機硫酸塩粉末の単位重量当りの比表面積が０．５〜１．０ｍ２／ｇであることを特徴とする粘性土用硬化材組成物。
【請求項２】
無機硫酸塩粉末が石膏粉末であることを特徴とする請求項１記載の粘性土用硬化材組成物。
【請求項３】
無機硫酸塩粉末が無水石膏粉末であることを特徴とする請求項２記載の粘性土用硬化材組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軟弱地盤を改良するためミルク状で混入する硬化材に関するものであり、特に粘性土を改良対象土壌とした場合、高強度と良好な作業性を得ることができる硬化材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
セメントは硬化する性質があるため、セメント単味あるいはセメントをベース材料とした硬化材が、地盤・土壌・ヘドロ等の硬化を目的として広く使用されている。この硬化材の主作用については、セメント中の成分であるＣ３Ａ（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３）が水和初期に硫酸イオンと反応してエトリンガイト（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・３ＣａＳＯ４・３２Ｈ２Ｏ）を生成し、該エトリンガイトが長い針状結晶を発達させて土粒子を拘束するとされている。
【０００３】
硫酸イオンの濃度が増加するとＣ３Ａと硫酸イオンとの水和反応性が大きくなることから、該エトリンガイトの生成を促進させる目的で硫酸塩をセメント単味あるいはセメントをベース材料とした硬化材に混合する方法が用いられている。
例えば、特許文献１にはポルトランドセメント系クリンカー１００〜７００重量部に対し石膏を５０〜２００重量部混合し、粉末度を６０００〜１４０００ｃｍ２／ｇまで高めた水硬性微粉末の固化材が開示されている。該固化材は高い強度を発現することができるものの、早強性が大きすぎて該固化材と混合した改良地盤の粘性が短時間の内に高くなり作業性に難があった。
【０００４】
また、特許文献２には不溶性ＩＩ型無水石膏もしくは二水石膏を２〜２０重量％含有したセメント系固化材を使用する軟弱土地盤の深層混合処理による固化法が開示されている。該固化材は、凝結時間を長くするために固化材主原料をスラグ微粉末としているが、砂質土に比べて強度発現性が小さい粘性土を対象土壌とした場合、初期強度の大きさが満足できるものではなかった。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６３−１９９２８３号公報（請求項１）
【特許文献２】
特開平３−１２１１８９号公報（請求項１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、高強度と良好な作業性を得ることができる粘性土用硬化材は未だ見出されていなかった。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、軟弱粘性土を改良するためミルク状で混入した場合、高強度と良好な作業性を得ることができる硬化材を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記の課題に鑑み、無機硫酸塩粉末の配合量、粒度分布に着目して鋭意研究を重ねてきた。その結果、微粒子含有量及び比表面積が特定範囲である無機硫酸塩粉末をセメントに特定量配合することによって高強度と良好な作業性の両立が達成されることを見出し、本発明を提案するに到った。
【０００９】
即ち、本発明は、粘性土である軟弱地盤を対象土とする硬化材であって、セメント粉末１００重量部に対して無機硫酸塩粉末２〜２０重量部を含有し、該無機硫酸塩が粒子径１０μｍ以下の粒子を４０〜８０体積％含有し、かつ該無機硫酸塩粉末の単位重量当りの比表面積が０．５〜１．０ｍ２／ｇであることを特徴とする粘性土用硬化材組成物を提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１１】
本発明の粘性土用硬化剤組成物が対象とする粘性土である軟弱地盤とは、粒子径７５μｍ以下の細粒分を５０重量％以上含み、粘着力Ｃが０．０８ＭＰａ未満の地盤を言う。
【００１２】
本発明で用いられるセメント粉末は、公知の方法により調製されたものを何ら制限なく用いることができ、普通ポルトランドセメント、早強セメント、超早強セメント、中庸熱セメント、あるいは高炉セメント、等が使用できる。中でも、六価クロムの還元作用がある高炉セメントが好ましく、高炉セメントＢ種であれば六価クロム還元性が強くかつ高強度を保持できる点でさらに好ましい。また、セメント粉末の粒度は、ブレーン比表面積が市販品のレベル、即ち３０００〜５０００ｃｍ２／ｇのものを使用することができ、特別な粉砕は要しない。
【００１３】
本発明において添加される無機硫酸塩には公知の無機硫酸塩が何ら制限なく使用できるが、エトリンガイト生成の促進効果の点から石膏を用いるのが好ましく、無水石膏であることがさらに好ましい。
【００１４】
本発明では、無機硫酸塩粉末は粒子径１０μｍ以下の粒子を４０〜８０体積％含有していなければならない。１０μｍ以下の粒子が４０体積％未満であると強度の発現が不十分となり好ましくない。一方、１０μｍ以下の粒子が８０体積％を超えると早強性が大きくなり、作業性が悪くなるのでこれも好ましくない。さらには、１０μｍ以下の粒子が４５〜７０体積％の範囲で含有されていればより好ましい。
【００１５】
また、本発明の無機硫酸塩粉末は、その単位重量当りの比表面積が０．５〜１．０ｍ２／ｇの範囲にあることが必要である。ここで、該比表面積は、粒度分布の測定により得られる、測定された粒子径をもとに無機硫酸塩粉末を真球とみなして算出される単位体積当りの比表面積ＳＶ（ｍ２／ｃｍ３）を無機硫酸塩の真密度ρで除して得られる、単位重量当りの比表面積ＳＷ（ｍ２／ｇ）である。
【００１６】
ＳＷ＝ＳＶ／ρ
該比表面積ＳＷが０．５ｍ２／ｇ未満であると強度発現が十分でなく好ましくない。また、該比表面積ＳＷが１．０ｍ２／ｇを超えると短時間の内に改良地盤の粘度が高くなって作業性が悪くなるのでこれも好ましくない。さらに好ましい該比表面積の範囲は、０．６〜０．９ｍ２／ｇである。
【００１７】
本発明において添加される無機硫酸塩粉末の配合量は、セメント粉末１００重量部に対して２〜２０重量部である。該無機硫酸塩粉末の配合量が２重量部未満であると無機硫酸塩の添加効果が発揮されずに強度が大きくならないので好ましくない。また、２０重量部を超えるとセメント粉末の配合量が相対的に少なくなり、これも強度発現が十分でなくなるので好ましくない。さらに、該無機硫酸塩粉末の配合量が３〜１０重量部であればより好ましい。
【００１８】
また、本発明の硬化材組成物には、本発明の効果を損なわない範囲で他のセメント混和材などを配合することができる。該混和材としては例えば、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウムなどが挙げられる。さらには、高圧噴射攪拌工法などに用いる場合でブリーディング（固液分離）が起こることが予想されるときには、それを抑える目的でベントナイトやセルロース系の増粘剤などを加えることができる。例えばベントナイトならば硬化材組成物の１〜２０重量％、セルロース系増粘剤ならば１重量％前後添加するのが好ましい。
【００１９】
本発明の硬化材組成物の製造方法は、微粒子含有量及び比表面積が特定範囲となるよう無機硫酸塩粉末を粉砕して、市販のセメント粉末及び必要あれば混和材を公知の方法により混合すれば良い。該無機硫酸塩粉末の粉砕は、公知の方法を採用することができる。粉砕機には、例えばボールミル、攪拌ミル、高速攪拌微粉砕機、ジェット粉砕機、剪断ミル、コロイドミル等を挙げることができ、中でもボールミルが好ましい。また、必要に応じてジエチレングリコールなどの粉砕助剤を添加することができる。一方、市販品で特定範囲の微粒子含有量及び比表面積を有する無機硫酸塩粉末があれば、粉砕を実施することなくそれを使用することもできる。セメント粉末、無機硫酸塩粉末及び／または混和材の混合方法は特に制限されず、例えば、二軸ミキサーや傾胴ミキサーなどの混合機を用いることができる。
【００２０】
本発明の硬化材組成物は、底盤改良・先行地中梁の造成、人工基礎地盤の造成、液状化防止、土留欠損部防護、既設大型構造物防護など、軟弱粘性土地盤の改良に用いられる。本発明の硬化材組成物を用いて軟弱粘性土地盤を改良する施工方法としては、硬化材をミルク状で地盤に混入する施工方法であれば従来公知の方法が制限なく採用される。ここで混入とは、水によりミルク状にした硬化材を地盤に注入すると共に土壌と混合することをいう。例えば、機械攪拌工法や高圧噴射攪拌工法などの深層混合処理工法を挙げることができる。
【００２１】
本発明の硬化材組成物をミルク状にするために使用する水の量は、硬化材がミルク状になれば特に制限されるものではないが、例えば、硬化材組成物１００重量部に対して７０〜２００重量部の範囲で使用することが好ましい。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の硬化材組成物を軟弱粘性土地盤改良のためのミルク状で混入する施工方法に適用すれば、改良地盤の高い強度と良好な作業性を両立することができる。
【００２３】
【実施例】
以下、実施例および比較例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に制限されるものではない。
【００２４】
尚、実施例および比較例における測定値は次に示す方法により測定されたものである。
【００２５】
（１）無機硫酸塩粉末の粒子径１０μｍ以下の粒子の含有率
エタノールを溶媒としてＭＩＣＲＯＴＲＡＣ社製粒度分布計９２２０ＦＲＡにて測定した粒度分布から無機硫酸塩粉末の１０μｍ以下の粒子の含有率を求めた。
【００２６】
無機硫酸塩粉末を超音波発生装置ＢＲＡＮＳＯＮ社製ＳＯＮＩＦＩＥＲ２５０を用い、
プローブ径　　　　　　　　　　　　　１２ｍｍφ
プローブ浸入深さ　　　　　　３０ｍｍ
ＯｕｔｐｕｔＣｏｎｔｒｏｌ　　３
超音波照射時間　　　　　　　　　４分間
の条件にてエタノールに分散させた。このときの分散スラリーの濃度は０．１〜１重量％であった。この分散スラリーを上記粒度分布計を使用して、
溶媒の屈折率　　１．３６
粒子の屈折率　　１．５７
の設定で粒度分布を測定した。
【００２７】
粒子径１０μｍ以下の粒子の含有率は、粒度分布測定により得られた数値データから直接読み取った。
【００２８】
（２）無機硫酸塩粉末の比表面積
無機硫酸塩粉末の単位重量当りの比表面積ＳＷ（ｍ２／ｇ）は、前記粒度分布測定において粒度分布計により得られた無機硫酸塩粉末を真球と仮定して計算された単位体積当りの比表面積ＳＶ（ｍ２／ｃｍ３）を、無機硫酸塩の真密度ρで除して求めた。なお、ＩＩ型無水石膏の真密度ρの値としては、２．９６ｇ／ｃｍ３を用いた。
【００２９】
（３）硬化材混合土の粘性試験及び一軸圧縮試験
粘性試験及び一軸圧縮試験は、硬化材組成物と水を混合して硬化材ミルクを調製し、該硬化材ミルクを粘性土に混合して行った。硬化材ミルクは水／硬化材比（以下、Ｗ／Ｓともいう）を１５０％とした。また、混合する粘性土としては、細粒分（シルトおよび粘土）６１％、含水比３５％の粘性土を用いた。硬化材ミルクと粘性土の混合は、硬化材ミルク：粘性土＝０．５：１（体積比）で硬化材ミルクと粘性土をソイルミキサー（ホバート社製、ＭＯＤＥＬ　Ｎ−５０　ＭＩＸＥＲ）で混練して行った。
【００３０】
硬化材混合土の粘性試験は、混練直後と３０分後の粘度を回転円筒形粘度計（東京計器製造所、ＢＨ型粘度計）を用い、ローターＮｏ．６、回転数２０ｒｐｍにて粘度を測定することにより行った。
【００３１】
また、一軸圧縮強度試験は、混練直後の硬化材混合土を型枠（５０ｍｍφ×１００ｃｍＨ）に充填して７日間及び２８日間養生した後、得られた試験体についてＪＩＳ　Ａ　１２１６で規定された方法に準拠して圧縮試験機（前川試験機製作所製ＡＣＤ−１００Ａ）により７日養生後及び２８日養生後の一軸圧縮強度を測定することにより行った。
【００３２】
実施例１
セメント粉末としてブレーン比表面積３５２０ｃｍ２／ｇの高炉セメントＢ種（トクヤマ社製）１００重量部と無機硫酸塩としてＩＩ型無水石膏（旭硝子株式会社製無水石膏）６重量部とをヘンシェルミキサーにより混合して硬化材組成物を製造した。表１に使用した無水石膏の性状を示した。
【００３３】
得られた硬化材組成物と水をＷ／Ｓ＝１５０％で３分間スリーワンモーターにて混練し、硬化材ミルクを調合した。さらに得られた硬化材ミルクと粘性土とを体積比０．５：１の割合でソイルミキサーにて３分間混練した後、硬化材混合土の粘性試験及び一軸圧縮試験を行った。粘性試験及び一軸圧縮試験の結果を表１に示した。
【００３４】
実施例２
無機硫酸塩として用いたＩＩ型無水石膏を森田化学株式会社製の無水石膏に変えた他は実施例１と同様にして硬化材組成物を製造した。表１に使用した無水石膏の性状を示した。
【００３５】
得られた硬化材組成物を用い、実施例１と同様に硬化材ミルクを調合して、硬化材混合土の粘性試験及び一軸圧縮試験を行った。粘性試験及び一軸圧縮試験の結果を表１に示した。
【００３６】
実施例３
無機硫酸塩として用いたＩＩ型無水石膏をステラケミファ株式会社製の無水石膏（粉砕品）に変えた他は実施例１と同様にして硬化材組成物を製造した。表１に使用した無水石膏の性状を示した。
【００３７】
得られた硬化材組成物を用い、実施例１と同様に硬化材ミルクを調合して、硬化材混合土の粘性試験及び一軸圧縮試験を行った。粘性試験及び一軸圧縮試験の結果を表１に示した。
【００３８】
実施例４及び５
無機硫酸塩として用いたＩＩ型無水石膏の配合量を表１に示したように変えた以外は実施例１と同様にして硬化材組成物を製造した。
【００３９】
得られた硬化材組成物を用い、実施例１と同様に硬化材ミルクを調合して、硬化材混合土の粘性試験及び一軸圧縮試験を行った。粘性試験及び一軸圧縮試験の結果を表１に示した。
【００４０】
比較例１
無機硫酸塩粉末を添加しなかった他は実施例１と同様にして硬化材組成物を製造した。
【００４１】
得られた硬化材組成物を用い、実施例１と同様に硬化材ミルクを調合して、硬化材混合土の粘性試験及び一軸圧縮試験を行った。粘性試験及び一軸圧縮試験の結果を表１に示した。
【００４２】
比較例２
ステラケミファ株式会社製の無水石膏（未粉砕品）を鉄製ボールを入れた遊星型ボールミルにてジエチレングリコール１％添加の下で粉砕し、無機硫酸塩として用いたＩＩ型無水石膏をこの粉砕物に変えた他は実施例１と同様にして硬化材組成物を製造した。表１に使用した無水石膏の性状を示した。
【００４３】
得られた硬化材組成物を用い、実施例１と同様に硬化材ミルクを調合して、硬化材混合土の粘性試験及び一軸圧縮試験を行った。粘性試験及び一軸圧縮試験の結果を表１に示した。
【００４４】
比較例３
無機硫酸塩として用いたＩＩ型無水石膏の配合量を表１に示したように変えた以外は実施例１と同様にして硬化材組成物を製造した。
【００４５】
得られた硬化材組成物を用い、実施例１と同様に硬化材ミルクを調合して、硬化材混合土の粘性試験及び一軸圧縮試験を行った。粘性試験及び一軸圧縮試験の結果を表１に示した。
【００４６】
比較例４
実施例３で用いたものと同様の無水石膏を鉄製ボールを入れた遊星型ボールミルにてジエチレングリコール１％添加の下で粉砕し、無機硫酸塩として用いたＩＩ型無水石膏をこの粉砕物に変えた他は実施例１と同様にして硬化材組成物を製造した。表１に使用した無水石膏の性状を示した。
【００４７】
得られた硬化材組成物を用い、実施例１と同様に硬化材ミルクを調合して、硬化材混合土の粘性試験及び一軸圧縮試験を行った。粘性試験及び一軸圧縮試験の結果を表１に示した。
【００４８】
【表１】
2004137322.tif 000002