(57)【要約】【課題】原位置固化工法を行う現場において、地盤改良材料としての、固化材スラリーを簡易にかつ一定の品質を確保して製造する。【解決手段】軟弱地盤表層の改良予定範囲にスラリーピット１を掘削する。スラリーピット１内に貯水した水２と、水中に投入した所定量の、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材料のうちの再生微粉末４とを、スラリーピット１に立設したエア供給管１０によって発生させた微細エア３の上昇流によって撹拌混合する。これによりスラリーピット１内を固化材スラリー５で満たすようにして、固化材スラリー５を製造する。またそのスラリーピット１内で固化材スラリー５を固化させることで地盤改良体６を造成する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟弱地盤表層の改良予定範囲にスラリーピットを掘削し、該スラリーピット内に貯水した水と、該水中に投入した所定量の、コンクリート廃材を加熱、磨砕して得られた再生微粉末とを、スラリーピットの水中で発生させた微細エアの上昇流によって撹拌混合し、スラリーピット内を固化材スラリーで満たすように固化材スラリーを製造することを特徴とする固化材スラリーの製造方法。
【請求項２】
前記スラリーピット内にエアを供給する管を配管し、該管に形成されたエア噴出孔から微細エアを噴出させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の固化材スラリーの製造方法。
【請求項３】
前記スラリーピット内に満たされた固化材スラリーを固化させて得られたことを特徴とする地盤改良体。
【請求項４】
水槽内に貯水した水と、該水中に投入した所定量の、コンクリート廃材を加熱、磨砕して得られた再生微粉末とを、水槽の水中で発生させた微細エアの上昇流によって撹拌混合し、水槽内を固化材スラリーで満たすように固化材スラリーを製造することを特徴とする固化材スラリーの製造方法。
【請求項５】
前記水槽内にエアを供給する管を配管し、該管に形成されたエア噴出孔から微細エアを噴出させるようにしたことを特徴とする請求項４記載の固化材スラリーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は固化材スラリーの製造方法と同方法によって得られる地盤改良体に係り、特に原位置固化工法を行う現場において、コンクリート廃材から得た再生微粉末を、混合してなる固化材スラリーを簡易にかつ一定の品質を確保して製造するようにした固化材スラリーの製造方法と、この固化材スラリーを製造原位置で固化させて得る地盤改良体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、軟弱地盤の原位置固化工法の一例として浅層地盤改良工法が知られている。この浅層地盤改良工法では、対象軟弱地盤の表層部において、粉体状のセメント系固化材と改良対象範囲の原位置土とを、撹拌アタッチメントを備えたバックホウや、スタビライザ等の混合機械などで直接混合する「原位置混合方式」で施工される場合が多い。しかし、この施工方式では粉体状の固化材による粉塵が発生し、周辺環境を悪化させてしまうという問題があるために、固化材に水を添加してスラリー化した固化材スラリーを用いて施工されることも多い。
【０００３】
一方、浅層地盤改良に対して、固化材スラリーを用いた深層混合処理工法として機械撹拌工法や高圧噴射撹拌工法が知られている。機械撹拌工法では、撹拌翼を有する混合処理機により、固化材スラリーを地盤に供給しながら原位置との撹拌混合が行われる。高圧噴射撹拌工法では、地上に設置された固化材製造プラントにおいて製造された固化材スラリーを、高圧噴射ノズルを用いて地盤内に高圧噴射して所定範囲の地盤を切削するのと同時に固化材の噴流による混合作用によって地盤を強制撹拌させて所定深度に及ぶ地盤改良が行われる（たとえば特許文献１，非特許文献１参照。）。
【０００４】
ところで、出願人は、鉄筋コンクリート構造物の解体時に多量に発生するコンクリートがらを、資源循環型のコンクリートリサイクルの観点から、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コンクリート廃材から回収されたすべての材料をリサイクルすることができる。そのうち、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、自硬性（水和硬化性）を有することが確認されている。その特性を利用して、すでに砂質系地盤用深層混合処理工法の固化材の使用材料としての用途を提案している（特許文献２参照）。この再生微粉末を添加した固化材スラリーは、施工時に十分な材料分離抵抗性を有し、硬化時においても地盤改良材としての実用強度を発揮できる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−５４３６８公報。
【特許文献２】
特開２００２−７００００公報。
【非特許文献１】
社団法人セメント協会編，「セメント系固化材による地盤改良マニュアル［第２版］」，技報堂出版株式会社，１９９４年８月，ｐ．１１５〜１２５。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述の固化材スラリーは、いずれも現場に設置された専用の固化材製造プラントにおいて、混合水の調整、材料の混合撹拌を経て製造され、改良位置まで供給されるようになっている。このため、製造プラントは攪拌槽、計量器、固化材やベントナイトの貯蔵サイロ、圧送ポンプなどの機械編成を要することになり、工事規模によっては、適正な製造プラントの設置や運用が行えないという問題がある。
【０００７】
また、これらの固化材製造プラントの設備で製造される固化材スラリーの湿潤密度は１．２ｔ／ｍ３程度以下であるため、浅層地盤改良工法で使用される１．２〜１．６ｔ／ｍ３程度となる調合の固化材スラリーの製造が難しい。定置モルタルミキサやアジテータ車は、機能上、この種の固化材スラリーを混合するのには適するが、固化材に使用する材料を安定して供給するという点において問題があり、実際の現場では利用されにくい。
【０００８】
そこで、出願人は、地盤改良材料としての固化材スラリーを提供するに当たり、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、コンクリート再生微粉末の利用を前提として、現場において簡易な手段により固化材スラリーを製造できる方法についての検討を行い、以下の方法による固化材スラリーの有効的な製造方法を実現した。また、地盤改良を予定する原位置で固化材スラリーを製造し、同位置でそのまま固化させることで、改良予定範囲に地盤改良体を直接造成することができるようにした。
【０００９】
【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、軟弱地盤表層の改良予定範囲にスラリーピットを掘削し、該スラリーピット内に貯水した水と、該水中に投入した所定量の、コンクリート廃材を加熱、磨砕して得られた再生微粉末とを、スラリーピットの水中で発生させた微細エアの上昇流によって撹拌混合し、スラリーピット内を固化材スラリーで満たすようにして固化材スラリーを製造することを特徴とする。
【００１０】
このとき、前記スラリーピット内にエアを供給する管を配管し、該管に形成されたエア噴出孔から微細エアを噴出させるようにすることが好ましい。
【００１１】
前記スラリーピット内に満たされた固化材スラリーを、その場で固化させて地盤改良体を得るようにしたことを特徴とする。
【００１２】
他の発明として水槽内に貯水した水と、該水中に投入した所定量の、コンクリート廃材を加熱、磨砕して得られた再生微粉末とを、水槽の水中で発生させた微細エアの上昇流によって撹拌混合し、水槽内を固化材スラリーで満たすように固化材スラリーを製造することを特徴とする。
【００１３】
このとき、前記水槽内にエアを供給する管を配管し、該管に形成されたエア噴出孔から微細エアを噴出させるようにすることが好ましい。
【発明の実施の形態】
以下、本発明の固化材スラリーの製造方法の一実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００１４】
［再生骨材、再生微粉末の製造］
本発明において、地盤改良材としての固化材スラリー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、この再生微粉末を地盤改良材としての固化材スラリーの結合材として水と所定混合比で混合することにより、材料分離抵抗性を有する固化材スラリーを製造することができる。
【００１５】
［固化材スラリーの製造］
本実施の形態では、後述するように、地盤に掘削され、貯水されたスラリーピット内に固化材としての再生微粉末あるいはセメント系固化材と再生微粉末の混合したものを投入し、液内を上昇する微細エアによって生じる上昇流による固液混合が行われ所定品質の固化材スラリーを得ることができる。
【００１６】
図１は、本発明の固化材スラリーの製造方法に使用される装置の構成及び同装置の作動状態を示した概略図である。図１には、スラリーピットの水中に発生した微細エアの上昇流３（以下、エアブローと呼ぶ。）と、この水中２に粉末状の固化材を投入する前の段階が示されている。このスラリーピット１は、たとえば浅層改良対象の軟弱地盤の所定範囲の表層部に相当し、本実施の形態では、地盤改良を予定している原地盤の平面範囲を一定深度のプール状に掘削されている。このスラリーピット１内に貯水された水２と、投入された粉体状の固化材４（図３）とを混合することにより固化材スラリー５が製造される。そしてピット内における固化材スラリー自体の固化により直接、ピット１内に改良地盤あるいは人工地盤としての地盤改良体６を造成することを予定している。このときスラリーピット１の規模としては、改良予定平面範囲に対して、ピット内で混合して製造される固化材スラリーの品質の確保のために、少なくとも深さ１．０ｍ以上とすることが好ましい。これにより原位置でのスラリーピット１内で混合して製造される固化材スラリーの固化による浅層改良の効果を確実に得ることができる。なお、後述する水槽内での固化材スラリーの製造においても同様に、水と粉末固化材としての再生微粉末４との十分な撹拌、混合が実現する程度の深さとして、たとえば水深１．０ｍ程度の水槽とすることが好ましい。
【００１７】
このスラリーピット１内にはあらかじめ貯水された水２に固化材としての再生微粉末４を直接投入して混合するが、その際、再生微粉末４は図１に示したように、公知の織布製のフレキシブルコンテナバッグ７に詰めておき、このフレキシブルコンテナバッグ７をスラリーピット１の所定位置の上方に吊り込んで底部の排出口７ａからピット１内に投下する。また粉体タンクを備えた粉体運搬車両（図示せず）で再生微粉末を搬入し、粉体タンクから粉体供給ホースをスラリーピット１まで延長し、車両に装備された粉体圧送ポンプ等により直接、スラリーピット１内に排出することも可能である。
【００１８】
スラリーピット１内には、あらかじめ図１，図２に示したように、縦横に所定間隔をあけて複数本のノズル管が立設されている。これらノズル管１０は特に図２に拡大して示したように、有底パイプからなり、本実施の形態では、全長がスラリーピット１の深さよりわずかに長く、直径約φ２５ｍｍ（たとえば１インチ管）の塩化ビニル樹脂製パイプが使用されている。各ノズル管１０は、縦横に設置間隔０．５ｍをあけてスラリーピット１の全平面の範囲にわたって設置されている。各ノズル管１０は、固化材が投入された際に、その配置位置、姿勢が保持されるように、スペーサーフレーム１１（図２：破線表示）の交点にほぼ鉛直姿勢を保持して固定されている。スペーサーフレーム１１は、本実施の形態では、図２に示したように、０．５ｍ間隔の格子状をなして組まれたパイプフレームからなり、その端部がスラリーピット１の周縁部に支持されるようになっている。また、同図に示したように各ノズル管１０の底部近くの側面には円周方向に９０°間隔をあけて４個のエア噴出孔が形成されている。エア噴出孔１２の直径は本実施の形態では、φ２〜３ｍｍに設定されている。各ノズル管１０には頂部に接続された送気チューブから高圧エアが供給されるようになっている。送気チューブ１３は、本実施の形態では、柔軟性に富むウレタンチューブが使用され、各送気チューブ１３は、図１に地上に設置されたエアコンプレッサ１５に接続されたエア分岐部１４から各ノズル管１０に並列配管されている。これにより各ノズル管１０に送気されるエア圧を等しく保つことができる。このときノズル管１０から連続して噴出する微細エアのエア圧は、水２と固化材としての再生微粉末４とが混合された状態で比較的粘度の高いスラリー５中に微細エアの勢い良い上昇流３が生じるように、十分な高圧に設定されている。エア圧は固化材スラリーの設計フロー値に応じて異なるが、２００〜４００ｋＮ／ｍ２程度に設定することが好ましい。なお、備えられるエアコンプレッサ１５の能力等は接続されるノズル管１０の本数、設定エア圧により適宜設定することが好ましい。本実施の形態では、ノズル管１０のエア噴出孔１２は下端のみに設けられているが、ノズル管１０を多重管構造として、管長手方向に所定間隔をあけて複数段のエア噴出孔を設けることも好ましい。
【００１９】
次に、本発明の固化材スラリーの製造方法を、原位置固化工法（浅層地盤改良）に直接適用した実施の形態について、図３を参照して説明する。
図３（ａ）に破線で示したように、原位置固化工法によって地盤改良を予定している表層範囲（本実施の形態では、幅５．０ｍ×奥行き５．０ｍ×深さ１．５ｍ）をパワーショベル等の掘削重機（図示せず）によって掘削し、この掘削空間を本発明のスラリーピット１として利用する（図３（ｂ））。次いで、この掘削空間に固化材スラリーの製造に必要な水２を貯水する（図３（ｃ））。このとき対象地盤が砂質土である場合には、掘削壁面、底面に粘性材料を利用した薄層仮遮水膜（図示せず）を形成しておくことが好ましい。さらに、改良範囲の平面積に応じた必要本数のノズル管１０をピット１内に配設し、各ノズル管１０に送気チューブ１３を接続し、エア分岐部１４、エアコンプレッサ１５を備える（図１参照）。エアコンプレッサ１５からの高圧エアの送気により各ノズル管１０から微細エアを噴出させ、微細エアの上昇流３（エアブロー）に伴ってスラリーピット１内の水中に勢いの良い上昇水流を形成することができる。このエアブローを続けながら、図３（ｄ）に示したように、固化材としての再生微粉末４をコンテナバッグ７等を用いてスラリーピット１内にむら無く投入する。そして一定時間のエアブローを継続することで、スラリーピット１内の水２は投入された再生微粉末４と十分に撹拌混合され、均質な固化材スラリー５が製造される。そして、所定の固化時間の経過によりスラリーピット１内の固化材は所定強度まで固化し、地盤改良体６が造成され、対象地盤の原位置固化が図られる。水と固化材としての再生微粉末とが十分混ざった均質なスラリー状となるように、エアブロー時間を設定することが好ましい。
【００２０】
上述の変形例として、地上に設置されたプール状の水槽等を用いて固化材スラリーを製造することもできる。この場合にも貯水した水槽内に所定間隔をあけてノズル管１０を立設して、エアコンプレッサの運転により水槽の水中でエアブローを生じさせて固化材スラリーを製造するが、所定品質が得られた固化材スラリーは、供給ホースを介してモルタルポンプで地盤改良箇所へ圧送したり、バケット等により改良範囲に投入することで地盤改良を行うことも可能である。
【００２１】
図４は、ノズル管１０の変形例を示した斜視図である。このノズル管２０は管長手方向に所定間隔をあけてエア噴出孔２２が形成されており、底面に複数本を並べて敷設することで、ノズル管１０を立設した場合（図２参照）に比べ、少ない本数で同等のエアブローによる撹拌混合効果を期待できる。本変形例は、水槽内の底面に敷設して使用して固化材スラリーを製造するような場合に使用することを想定しているが、地盤改良範囲の掘削空間の底面に敷設して固化材スラリーを製造して原位置固化させる際には、ノズル管内に固化材を充填してそのまま埋設することも可能である。
【００２２】
［水固化材比］
固化材スラリーの製造において、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、再生微粉末を固化材として使用した場合、その再生微粉末質量を固化材質量とし、そのとき添加する水の質量との割合を水固化材比Ｗ／Ｐとすると、６０％＝＜（以上）Ｗ／Ｐ＜＝（以下）１５０％とすることが好ましい。Ｗ／（Ｐ＋Ｃ）＜６０％の場合、混合水分量が不足し、均質なスラリーが得られず、１５０％＜Ｗ／Ｐの場合、改良土としての間隙比が大きくなり、十分な強度発現が得られず、地盤改良効果に問題がある。このため、上述の範囲で水固化材比を決定することが好ましい。
【００２３】
［エアブロー時間の設定］
上述したスラリーピット１内において、水と投入された固化材とを混合して均一で所定密度を有する固化材スラリーを得るために適正なエアブロー時間を設定することが好ましい。本発明では以下の実施例で確認できるように、水と固化材とが混合され均一な密度が得られるような撹拌時間、すなわちエアブロー時間を３０分以上とすることとした。
【００２４】
【実施例】
図５は、水と再生微粉末との混合製造時における各エアブロー時間ごとでの固化材スラリーの密度を示した関係グラフである。本実施例では、混合容器として約１．０ｍ３の水槽を用い、固化材として再生微粉末を用い、水固化材比Ｗ／Ｐ＝８０％の調合におけるエアブロー時間ごとの固化材スラリーの密度を測定した。エアブローによる撹拌作用を３０分以上行うことで、ほぼ均一な密度の固化材スラリーが得られることが確認された。また、同じ調合において、エアブロー時間と固化材スラリーのフロー値（ＪＨＳ  Ａ３１３）の関係を求めた（図６）。同図に示したように、エアブローによる撹拌作用を３０分以上行うことにより、できあがった固化材スラリーは時間経過によるフロー値の低下が小さくなる。すなわち実際の施工可能時間内において、材料分離抵抗性が十分保持さ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、原位置固化工法を実施するにあたり、従来、専用の製造プラントを設けて製造していた固化材スラリーを対象とする地盤改良現場で簡易に製造することができ、また固化材スラリーを製造した原位置で固化させることにより、地盤改良体を造成して地盤改良することができ、工事の工程短縮が図れるという効果を奏する。
【００２６】
また、粉体固化材を使用していた浅層地盤改良において、粉体固化材に代えてスラリーを用いることで粉塵発生を防止でき、周辺環境を悪化させずに人工地盤の構築、表層の地盤改良を進めることができ、特にスラリーの特性上、複雑な形状の改良地盤範囲でも確実に充填できるという効果が期待できる。
【００２７】
さらに、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もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による固化材スラリーの製造を行うための構成を示した概略構成図。
【図２】スラリーピット内に立設されたノズル管の構成を示した部分斜視図。
【図３】固化材スラリーの製造工程を模式的に示した作業順序図。
【図４】ノズル管の変形例を示した部分斜視図。
【図５】エアブロー時間と固化材スラリーの密度との関係を示したグラフ。
【図６】エアブロー時間に対応した固化材スラリーのフロー値低下の経時変化を示したグラフ。
【符号の説明】
１  スラリーピット
２  水
４  再生微粉末（固化材）
５  固化材スラリー
６  地盤改良体
１０，２０  ノズル管
１２，２２  エア噴出孔
【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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