(57)【要約】【課題】固化材と水とをスラリー状に混合してなるソイルセメント柱列壁の造成材料の調製において、施工性、強度面で実用機能を有し、材料リサイクルの観点から有効な造成材料を提供する。【解決手段】原位置土と撹拌混合した改良土からなるソイルセメント壁を構築するに当たり、コンクリート廃材を所定温度に加熱し、磨砕して再生骨材とともに得られた再生微粉末を、改良土１ｍ３当たり３０〜１２０ｋｇの割合で混合するようにした固化材と水とをスラリー状に混合してなるソイルセメント壁造成材料を製造する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原位置土と撹拌混合した改良土からなるソイルセメント壁を構築する、固化材と水とをスラリー状に混合してなるソイルセメント壁造成材料であって、前記固化材は、コンクリート廃材を加熱、磨砕して得られた再生微粉末が、前記改良土１ｍ３当たり３０〜１２０ｋｇ混合されたことを特徴とするソイルセメント壁造成材料。
【請求項２】
固化材と水とをスラリー状に混合してなるソイルセメント壁造成材料であって、前記固化材は、セメント（Ｃ）と、コンクリート廃材を加熱、磨砕して得られた再生微粉末（Ｐ）とを混合してなり、水質量（Ｗ）が固化材質量（Ｐ＋Ｃ）に対して
１８０％＜Ｗ／（Ｐ＋Ｃ）＜２６０％
となるように調合されたことを特徴とするソイルセメント壁造成材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はソイルセメント壁造成材料に係り、特にコンクリート廃材から得た再生微粉末を固化材として、セメントに所定配合でスラリー状に混合してなるソイルセメント壁造成材料の組成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ソイルセメント柱列壁は、止水性を有する山留め壁として一般的に使われている。従来、ソイルセメント柱列壁を造成するための固化材スラリー（造成材料）は、セメント、水、添加材としてのベントナイトを主構成とし、これら材料を現場設置された専用製造プラントで混合して製造される。図５に示したように、従来、専用製造プラント５０にはセメントサイロ５１と、ベントナイトサイロ５２と、セメントとベントナイトとを撹拌混合するミキサ５３と、製造された固化材スラリーを施工位置まで圧送可能なグラウトポンプ５４等が備えられている。そして製造された固化材スラリーはグラウトポンプ５４によって、壁体造成予定位置に据えられた深層混合処理機６０位置まで供給され、処理機６０に搭載された多軸オーガー６１で原位置土と撹拌混合されて複数本の連結したパイル状体６２が造成され、必要に応じて応力材６３が挿入され、連続壁体形状のソイルセメント柱列壁６４が構築される（図５参照）。
【０００３】
このように、ソイルセメント柱列壁の造成材料としての固化材スラリーは、壁体材料としてはもちろんのこと、施工面においても所定の品質が求められている。すなわち固化時のソイルセメント強度の他、壁体造成時の材料分離抵抗性、応力材挿入時の施工性を考慮した配合設計が求められている。図６は、従来のソイルセメント柱列壁の造成材料を用いた施工段階フローと、この施工段階フローに対応した固化材スラリーの配合設計のフローを模式的に示したフローチャートである。同図に示したように、配合設計では、各施工段階で要求される品質を考慮し、まず、混合後の固化材スラリーの材料分離を防止するための調合として一定の水セメント比としてＷ／Ｃ＝２００〜２４０％（たとえば２１０％）を設定し、たとえば材料分離抵抗性を高めるための添加材としてベントナイトを所定量（たとえば３０ｋｇ／ｍ３）だけ添加する。次いで、未固化状態の壁体内に応力材をスムースに挿入できるように、固化材スラリー量を決定する。このとき壁体材料の粘性が高くなると応力材の挿入が困難になるため、粘性増加の原因となる粘土、シルト分を、強制的に水分量の多い固化材スラリーと一定の置換率（たとえば６５％）を設定して置換することで問題解決を図っていた。そして結果的に算出されるセメント量（以上の例では２４０ｋｇ／ｍ３）を、材料配合時の値として表記していた。このため、配合設計上、セメント量は壁体強度としての要求品質に対して過剰配合となっていた。
【０００４】
また、上述したように、添加材としてベントナイトを混合することで、造成材料の粘度を向上させて施工時の材料分離を防止し、セメントミルクの流動性を高めることで、確実な止水性を確保しているが、経済性や建設材料のリサイクル推進の観点から、このベントナイトの機能を発揮できる代替材料の開発が求められていた。
【０００５】
出願人は、この課題を解決するために、シルト、粘土分を含有する掘削発生土をベースとした混合泥水を、ベントナイトに代えてＳＭＷ工法用のスラリー（セメントミルク）の充填材とした技術を開発している（たとえば特許文献１参照）。この技術では、シルト、粘土を含有する土、沖積粘土、掘削による発生土もしくは石炭灰と所定量の水との混合体であって、土の粗粒分を除去した泥水を、充填材として用いることにより、たとえば、ソイルセメント柱列壁工法の一種であるＳＭＷ工法の実施において、添加材としてベントナイトを使用せずに、簡便にスラリーを調製することができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−３１９８６９公報参照
【０００７】
さらに、上述したように、セメント量が過剰となる配合設計がなされているという観点から、応力材の挿入時の施工性を低下させずに、セメント量を低減させるための方策が望まれていた。これには、粘土や砂を増量材として添加する方法もあるが、材料分離防止、壁体強度確保に適した良質材料の入手の面での経済性の観点、および建設材料リサイクル推進の観点等から、同様に有効な材料の開発が求められていた。
【０００８】
このような状況において、上述の技術で用いられる掘削発生土、石炭灰等と並ぶ建設廃棄物に解体コンクリートのいわゆるコンクリートがらがある。このコンクリートがらは鉄筋コンクリート構造物の解体時に多量に発生するため、資源循環型のコンクリートリサイクルの確立が求められていた。このような背景から出願人はコンクリート廃材を再度コンクリート構造物へと適用するために、コンクリート廃材を１００％リサイクルし、天然骨材と同等の品質を有する再生骨材と微粉末とに分離することが可能なコンクリート資源循環システムに関する研究開発を進めている。このコンクリート資源循環システムにおける再生骨材製造プラントでは、破砕された解体コンクリートを加熱塔において３００℃程度に加熱し、内部の残留水分を除去して脱水状態にし、内部の結合状態を脆弱にしてから磨砕する（これらの工程の処理を、以下「加熱すりもみ法」と呼ぶ。）ことで粗骨材、細骨材を粒径ごとに分類でき、さらに微粉末を集塵することですべてコンクリート廃材から回収されたすべて材料をリサイクルすることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述のソイルセメント柱列壁の造成において、造成材料のうちセメントの配合量は、原位置土とセメントミルクの撹拌性を向上させ、止水性を満たすような均一な固化体を得るため、あるいは未だ固まらない原位置土とセメントミルクの混合材料中に、Ｈ形鋼などの応力負担材を支障なく挿入することができるように、設計強度（通常材齢２８日：一軸圧縮強さｑｕ＝４９０〜５９０ｋＮ／ｍ２）を得るのに必要な配合量より多く設定されていた。その結果として、設計強度の３〜５倍以上の強度を持つ山留め壁が構築され、掘削時に壁体の一部を切削して掘削する場合に、掘削が困難な場合もある。したがって、ソイルセメント柱列壁としての品質を確保しつつ、セメントの使用量を適正に抑えることが求められる。
【００１０】
一方、上述の再生微粉末は比表面積が４，０００ｃｍ２／ｇ以上の安定した品質を有し、セメント水和物を主成分とするため、セメント原料として再利用可能であるが、セメントエ場への輸送費の他、多大な処理費用も払わなければならず、リサイクルがコストアップヘつながるといった問題があった。
【００１１】
そこで、出願人は、ソイルセメント柱列壁の造成材料としてのベントナイトのさらなる代替材料の開発と、施工性を確保しつつセメント量を低減する方法の開発を進めてきた中で、建設材料リサイクル推進および使用材料の適正量化の観点から、ソイルセメント柱列壁の造成材料としてのコンクリート再生微粉末の利用可能性についての検討を行った。その結果、この再生微粉末が有する特質のうち、添加時に得られる高い粘性が得られる点と、自硬性とに着目して、再生微粉末をソイルセメント柱列壁造成材料の添加材として用いることの有効性を見いだした。なお、従来ソイルセメント柱列壁は、上述したようにラップ部を有して多軸に形成された複数本のパイル状体からなる壁体を指すが、本造成材料はこのような壁体形状に関係なく採用できる材料であるため、本明細書では「ソイルセメント壁」という語を用いる。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、原位置土と撹拌混合した改良土からなるソイルセメント壁を構築する、固化材と水とをスラリー状に混合してなるソイルセメント壁造成材料であって、前記固化材は、コンクリート廃材を加熱、磨砕して得られた再生微粉末が、前記改良土１ｍ３当たり３０〜１２０ｋｇ混合されたことを特徴とする。
【００１３】
また、固化材と水とをスラリー状に混合してなるソイルセメント壁造成材料であって、前記固化材は、セメント（Ｃ）とコンクリート廃材を加熱、磨砕して得られた再生微粉末（Ｐ）とを混合してなり、水質量（Ｗ）が固化材質量（Ｐ＋Ｃ）に対して１８０％＜Ｗ／（Ｐ＋Ｃ）＜２６０％となるように調合したことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のソイルセメント壁造成材料の一実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００１５】
［再生骨材、再生微粉末の製造］
本発明において、ソイルセメント壁の造成材料の配合材料として使用する再生微粉末の製造工程について説明する。本発明ではコンクリート廃材から所望の再生微粉末を得るために、再生骨材製造プラントで「加熱すりもみ法」を採用している。この加熱すりもみ法では、まず破砕したコンクリート廃材（いわゆるコンクリートがら）を加熱塔の炉内に投入し、約３００℃程度に加熱する。その後、特殊磨砕設備により機械的にすりもむ（擦り揉む）ことで磨砕し、さらに公知の分級装置を介して分級し、所望の粒径の再生骨材を得ることができる。また、このとき再生細骨材、再生粗骨材は、従来の骨材と同等の品質を有するため、一般の構造コンクリートの骨材として使用することができる。この加熱すりもみ法によって製造された再生細骨材、再生粗骨材は絶乾状態にある。また、再生微粉末はこれらの再生骨材と同時に得られ、その比表面積が４，０００〜１０，０００ｃｍ２／ｇ程度あり、通常のセメントより極めて細かい粒子であり、この再生微粉末をソイルセメント壁の造成材料の添加材として所定混合比でセメント、水と混合することにより、材料分離抵抗性を有するソイルセメント壁の造成材料を製造することができる。
【００１６】
［ソイルセメント壁造成材料の材料配合］
本発明のソイルセメント壁造成材料の材料配合においては、図１に示したように、改良土の強度は、固化材スラリーとして原位置土と混合された再生微粉末の水分吸着性能に起因する、単位セメント量当たりの改良土の含水量の低下の影響を受けて、セメント量低下による強度低下が水セメント比の相対的な低下による強度増加で相殺され、一定のセメント量の範囲で、維持、改善されることが明らかにされている。したがって、材料配合では、図１に示したように、改良土単位体積（たとえば１ｍ３）における各材料の配合割合の変化を考慮した設計を行う。ただし、使用される原位置土の性状、含水状態に応じて適宜、調整を行うことが好ましい。
（セメント配合量）
ソイルセメント壁造成材料はその施工状態、用途に応じて要求品質が異なるが、壁体施工時の流動性及び固化時の強度及び止水性において、所定品質を得られる配合とすることが必要である。本実施の形態では、各材料の配合量を決定するのに、改良土１ｍ３当たりの各材料の配合量、すなわち改良土の単位体積に対する添加重量（単位体積重量）で管理している。たとえばセメントＣは、ベントナイトに代えて再生微粉末Ｐを使用するため、同一土質に対して従来の配合量を低減することができる。壁造成位置で撹拌混合される原位置土の土質特性によって異なるが、再生微粉末の使用により、添加セメント量Ｃをベントナイト添加時に比べて１０〜４０％程度低減できる。具体的なセメント量Ｃとしては、改良土１ｍ３当たり１２０〜２１０ｋｇが好ましい。使用セメント種類としては、ポルトランドセメント，高炉セメント，セメント系固化材が好ましい。
【００１７】
（再生微粉末配合量）
本実施の形態では、再生微粉末はセメント量低減のための増量材及び材料分離防止材としての機能を有するので、再生微粉末の配合量は使用セメント量に応じて設定することが好ましい。本発明では、改良土１ｍ３当たり３０〜１２０ｋｇ混合することを想定している。固化材量（セメントと再生微粉末の質量和）に関係なく、再生微粉末の配合量が３０ｋｇ以下の場合、十分な粘性を提供できず、セメントミルクに材料分離のおそれがある。再生微粉末を１２０ｋｇ以上をセメントに置き換えたセメントミルクでは、壁体の固化強度が十分確保できないおそれがある。また、再生微粉末を１２０ｋｇ以上添加すると、セメントミルク中の０．１５ｍｍ以上の粒度の砂分が沈降し、施工性を低下させるおそれがある。そこで、所定配合量以上再生微粉末を使用する場合、０．１５ｍｍふるいによるスクリーニングを行ってから使用することが好ましい。
【００１８】
（水固化材比）
再生微粉末をベントナイトに代えて使用した場合、再生微粉末の自硬性（水硬作用によって発揮される）を考慮し、セメントと再生微粉末とを固化材として取り扱い、その質量和を固化材量とし、そのとき添加する水の質量との割合を水固化材比Ｗ／（Ｐ＋Ｃ）とすると、１８０％＝＜（以上）Ｗ／（Ｐ＋Ｃ）＜＝（以下）２６０％とすることが好ましい。Ｗ／（Ｐ＋Ｃ）＜１８０％の場合、混合材料全体の水分量が不足し、均一撹拌と施工性に支障があり、２６０％＜Ｗ／（Ｐ＋Ｃ）の場合、改良土全体の含水量が多くなり、材料分離が発生する。また注入する固化材スラリー量が増加し、廃棄すべき土砂が増大するため、上述の範囲で水固化材比を決定することが好ましい。
【００１９】
（固化強度）
ソイルセメント柱列壁はその用途にもよるが、一軸圧縮強さ（設計強度）は、たとえば通常材齢２８日で一軸圧縮強さｑｕ＝５００ｋＮ／ｍ２程度以上得られるように固化材量、水固化材比を決定することが好ましい。また、躯体切削が予定されている場合には、一般的な掘削機械により切削が可能な程度に一軸圧縮強さ（１０００ｋＮ／ｍ２程度）とすることが好ましい。ソイルセメント柱列壁の強度管理として、固化後に一軸圧縮試験を行って一軸圧縮強さ（ｑｕ）を求め、固化材量、セメント量、再生微粉末量の混合比の妥当性を確認し、必要に応じて混合比の再設定を行うようにすることが好ましい。
【００２０】
［造成材料の製造］
本発明のソイルセメント柱列壁の造成材料としてのセメントミルクは、従来使用していたセメントミルク製造プラントを用いて製造することができる。その際、ベントナイトに代えて使用する再生微粉末の粉体性状がベントナイトの粉体性状と同様であることから、再生微粉末を用いた場合にもベントナイト供給装置の貯槽、フィーダ等をそのまま利用することができる。
【００２１】
【実施例】
以下、実施例を通じて本発明のソイルセメント壁造成材料の効果について確認する。
［材料配合］
本実施例では、以下の配合（表−１）からなるベントナイト混合スラリー（比較例）と、再生微粉末混合スラリー（実施例１，実施例２）の材料分離抵抗性の比較、固化強度の妥当性について比較を行った。
（材料）
セメント：高炉セメントＢ種
ベントナイト：２００メッシュ品
再生微粉末：破砕コンクリート再生品
水：水道水
原位置土：粘性土
【００２２】
［表１］
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【００２３】
［材料分離抵抗性］
ソイルセメント壁造成材料として用いられる再生微粉末混合スラリーの材料分離抵抗性の良好性を確認するために、水固化材比を変えた場合におけるブリーディング試験（規格：ＪＳＣＥ−Ｆ５２２−１９９９に準拠）を、高炉セメントＢ種を主材としたスラリー性状と待避した比較を行った。図２に示したように、再生微粉末の固化材スラリーは、高炉セメントＢ種では、水固化材比の増加とともに、ブリーディングが著しく増加するのに対して、ほとんどの水固化材比範囲において、ブリーディングが発生しない。再生微粉末の高い粉末度に起因した高い分散性が広い水固化材比の範囲において発揮されることが確認された。
【００２４】
［一軸圧縮強さ］
（室内試験）
再生微粉末の増量材としての効果を確認するために、一定の水固化材比（Ｗ／（Ｐ＋Ｃ）＝２１０％）において、セメント量を低減させて、同量の再生微粉末に代替させた場合の固化強度の比較（一軸圧縮強さ試験（規格：ＪＩＳ  Ａ  １２１６））を行った。図３に示したように、実施例２（セメント量を２５％まで低減）でも試験体の強度低下はわずかであり、十分な実用強度が確保されることが確認できた。
（壁体強度確認）
図４は、ベントナイト混合ソイルセメント壁と、再生微粉末混合ソイルセメント壁の所定深度での材齢ごとの強度を測定した結果を示したグラフである。同図に示したように、施工時に採取した試験体（施工時サンプル）において材齢２８日で設計強度（０．６ＭＰａ）を越え、さらに材齢１１０日以後の測定において、実施例２の再生微粉末混合ソイルセメント壁から採取した試験体（ブロックサンプル）の強度も、従来のベントナイト混合ソイルセメント壁の同等試験体の強度より高強度が得られることが確認できた。
【００２５】
【発明の効果】
以上に述べたように、固化材と水とをスラリー状に混合してなるソイルセメント柱列壁の造成材料の調製において、増量材および材料分離防止材として再生微粉末を用いることで、施工性、強度面で実用機能を有する経済的な造成材料を得ることが可能となる。また再生材料としての微粉末を有価物として使用することで、コンクリート資源循環システムのサイクルを確実に回すことができ、環境負荷を低減できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるソイルセメント壁造成材料の材料配合に関する概念図。
【図２】固化材スラリー別の水固化材比とブリーディングの関係を示したグラフ。
【図３】固化材スラリー別のセメント量と一軸圧縮強さの関係を示したグラフ。
【図４】実際のソイルセメント壁における強度分布測定結果図。
【図５】従来のソイルセメント壁造成工程を示した作業フローチャート。
【図６】従来のソイルセメント壁造成のための、施工フロー、配合設計フローを示した概念図。
【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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【図６】
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