(57)【要約】【課題】  容易かつ正確に粘性材料の粘性を測定できる簡易粘性測定器を提供し、信頼性の高い土質安定処理土の品質管理をおこなうこと。【解決手段】  上部に投入口１１を有し、下部に排出口１２を有する漏斗状の簡易粘性測定器１であって、前記排出口の口径を測定する粘性材料の粘性に合わせて調節したことを特徴とする簡易粘性測定器の前記排出口を遮断して前記投入口から粘性材料を投入し、遮断した排出口を開放するとともに、充填した前記粘性材料がすべて排出されるまでの時間を測定し、前記測定時間によって前記粘性材料のブリージング率及び粘性材料に粗粒土が混入した土質安定処理土の粗粒土の沈降現象を推定しておこなう土質安定処理土の品質管理方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部に投入口を有し、下部に排出口を有する漏斗状の簡易粘性測定器であって、
前記排出口の口径を測定する粘性材料の粘性に合わせて調節したことを特徴とする、
簡易粘性測定器。
【請求項２】
上部に投入口を有し、下部に排出口を有する漏斗状の簡易粘性測定器であって、
前記投入口を遮蔽する着脱式の遮蔽蓋を備え、
前記遮蔽蓋は蓋を貫通する細孔を有することを特徴とする、
簡易粘性測定器。
【請求項３】
上部に投入口を有し、下部に排出口を有する漏斗状の簡易粘性測定器であって、
前記投入口を遮蔽する着脱式の遮蔽蓋を備え、
前記排出口の口径は測定する粘性材料の粘性に合わせて調節し、
前記遮蔽蓋には蓋を貫通する細孔を設けたことを特徴とする、
簡易粘性測定器。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の簡易粘性測定器の前記排出口を遮断して前記投入口から粘性材料を投入し、
遮断した排出口を開放するとともに、充填した前記粘性材料がすべて排出されるまでの時間を測定し、
前記測定時間によって前記粘性材料のブリージング率及び粘性材料に粗粒土が混入した土質安定処理土の粗粒土の沈降現象を推定しておこなう、
土質安定処理土の品質管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤の埋め戻しなどに利用される流動化処理土、又は止水壁の構築や地盤改良に利用される原位置地盤撹拌工法等で使用される泥水などの比較的、粘性の低い粘性材料の粘性を測定するための簡易粘性測定器と、その簡易粘性測定器の測定結果を利用して粘性材料に粗粒土が混入した土質安定処理土の品質管理をおこなう方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
流動化処理土とは、建設現場で発生する建設発生土や山砂などと、セメント系固化材とを混合して製造する、流動性の高い締め固め不要の充填材である。従来から流動化処理土は、地中構造物の周囲の狭隘な空間の埋戻し、地中空洞の充填に主に使われてきた。これは、このような空間が砂の締固めによる埋戻しが困難であり、それに替わる流動化処理土が高い流動性により確実に充填できるためである。
【０００３】
一方、流動性と材料分離抵抗性は相反する性能となる場合があり、流動性を高めるために水分を増加しすぎれば、材料分離抵抗性が低下し、ブリージングが大量に発生して打設後の流動化処理土に体積減少がおこったり、材料の細粒分と粗粒分が分離したりするおそれがある。ここで、ブリージングとは粘性材料の中から水が浮き上がることをいい、ブリージング率が大きいと固化強度が低下したり、不均一となったりする。さらに、ブリージングで浮き上がった水は除去することになるため、打設した体積に比べて完成形の体積は減少し、再度、その部分を埋めるための追加打設が必要となる。
また、材料分離が生じると、細粒分であるセメントなどの固化材が主として集合する箇所と、砂などの粗粒分が主として集合する箇所が発生し、材料の力学特性が場所によって不均一となるおそれがある。
そこで、従来から流動化処理土を製造した場合は、ブリージング率を測定して、流動化処理土の品質管理を行ってきた。つまり、まだ固まらない流動化処理土にブリージング水が現れると、流動化処理土の性能に上記したような何らかの問題が予測されるため、暫定的に「ブリージング率１％未満」の品質管理規定を設けた。
【０００４】
また、地盤を掘削・撹拌する際に、セメントなどの固化材を注入して止水壁や地盤改良をおこなう工法が知られている。例えば、ＳＭＷ工法では、３軸のオーガー掘削機で地盤を撹拌・混練する際に、オーガー（混練軸）の先端からセメント系固化材を噴射して、地盤の掘削・撹拌をおこなう。そして、オーガーの推進時、又は引上げ時に繰り返し地山と固化材を混練し、地中にソイル・ミキシング・ウォールを形成する。また、チェーン状に連結したビットを回転させることによって溝を掘削するトレンチャーの先端から、セメント系固化材を噴射して、固化材と掘削した地山を原位置で撹拌することによりソイルセメントを壁状に溝に配置する方法（ＴＲＤ工法）もある。これらの方法においても、ブリージングの発生や材料分離の発生は、表面沈下や性能低下の原因となるため、品質管理を行うことが求められる。ここで、流動化処理土や原位置地盤にセメントなどの固化材を混ぜて混合したスラリー状の処理土を総称して土質安定処理土という。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記した従来の土質安定処理土の品質管理方法にあっては、次のような問題点がある。
＜１＞従来から実施されているブリージング試験では、図９に示すように筒状のポリエチレン袋ａに泥水などの粘性材料と建設発生土と固化材を混練りしたまだ固まらない流動化処理土ｂを充填し、袋の上端を結び、そのまま吊るして３時間静置する。３時間後に流動化処理土ｂの上面に浮かび上がった水量がブリージング水ｃとなる。一方、流動化処理土等の土質安定処理土の製造に使用する材料は建設発生土や原位置地盤であることが多いため、品質のばらつきが大きく、品質管理の頻度は多くするのが好ましい。しかし、この方法ではブリージング率が算定されるまでに３時間以上かかり、測定された材料は既に使用されていることが多い。このため、ブリージング率が許容値を超えていることが判明しても修正することが難しく、品質確認に使用できるに過ぎない。
＜２＞土木学会基準に「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）（ＪＳＣＥ−１９８６）」という粘性材料の流動性を測定する方法がある（図１０参照）。しかし、流動化処理土で使用する泥水のように粘性の低い材料は、Ｐロートｄからの流下時間を測定してもほとんどの材料が8.5〜9.5秒の僅か１秒間に集中し、この１秒の違いで粘性係数が約１０倍異なる。このため、測定作業に熟練したものでなければ粘性を正確に測定することが難しい。また、僅かな時間の差で推定される粘性が大きく異なるため、測定誤差が大きくなり易い。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記のような課題を解決するために、本発明の簡易粘性測定器は、上部に投入口を有し、下部に排出口を有する漏斗状の簡易粘性測定器であって、前記排出口の口径を測定する粘性材料の粘性に合わせて調節したことを特徴とするものである。また、上部に投入口を有し、下部に排出口を有する漏斗状の簡易粘性測定器であって、前記投入口を遮蔽する着脱式の遮蔽蓋を備え、前記遮蔽蓋は蓋を貫通する細孔を有することを特徴とするものである。さらに、上部に投入口を有し、下部に排出口を有する漏斗状の簡易粘性測定器であって、前記投入口を遮蔽する着脱式の遮蔽蓋を備え、前記排出口の口径は測定する粘性材料の粘性に合わせて調節し、前記遮蔽蓋には蓋を貫通する細孔を設けたことを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明の土質安定処理土の品質管理方法は、上記のいずれかに記載の簡易粘性測定器の前記排出口を遮断して前記投入口から粘性材料を投入し、遮断した排出口を開放するとともに、充填した前記粘性材料がすべて排出されるまでの時間を測定し、前記測定時間によって前記粘性材料のブリージング率及び粘性材料に粗粒土が混入した土質安定処理土の粗粒土の沈降現象を推定しておこなう方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の簡易粘性測定器及び土質安定処理土の品質管理方法は、上記した課題を解決するための手段により、次のような効果の少なくとも一つを得ることができる。
＜１＞粘性の違いによる流下時間の差が大きいため、測定作業の熟練者でなくとも容易に正確な流下時間を測定することができる。このため、粘性の測定誤差を小さくすることができる。
＜２＞遮蔽蓋の細孔の大きさを変えることによって流下時間の長さを調整できる。この結果、測定し易い時間帯に設定することが可能となり、測定の精度を上げることができる。
＜３＞簡易粘性測定器によって瞬時に粘性を推定でき、測定結果からブリージング率及び粘性材料に粗粒土が混入した土質安定処理土の粗粒土の沈降現象が推定できる。このため、打設前または固化前に土質安定処理土の品質を頻繁に確認することができ、許容値を超えたものは再度、調整したり、製造し直したりすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１０】
＜１＞土質安定処理土
土質安定処理土は、流動化処理土や原位置地盤にセメントなどの固化材を混ぜて混合したスラリー状の処理土、原位置地盤撹拌工法等で排出される固化材を含む余剰土などをいう。
流動化処理土は、比重を調整した調整泥水などの泥水又は水と、建設発生土などの被処理土を混練して製造する。
調整泥水は、細粒土を水に溶解して製造する泥水であって、泥水比重を１．１〜１．４に調整して製造する。細粒土とは、建設現場などで発生した沖積粘土や関東ロームなどの、また現場で発生したスラリーや泥水などの、粘土分およびシルト分をいう。調整泥水は１種類又は複数の種類の細粒土を水に溶かして製造する。
流動化処理土を製造するに際しては、調整泥水と被処理土を混練する場合と、水と被処理土を混練する場合がある。調整泥水を製造するときに混合する細粒土に相当する土砂が被処理土に含まれていれば、直接、水と被処理土を混練することも可能である。しかし、流動化処理土の一軸圧縮強さは、土中の細粒分を主体とした泥水に添加された固化材の固化強さに支配され、粗粒土の強度への寄与は少ないため、一軸圧縮強さを制御して安定した品質の流動化処理土を製造するためには調整泥水を使用するのが好ましい。
【００１１】
＜２＞簡易粘性測定器
簡易粘性測定器１は、測定作業の熟練度に左右されること無く、短時間で簡単、かつ正確に粘性材料の粘性を測定できる器材である。ここで、「粘性の測定」とは、粘性を直接測定する他に、粘性を推定できる他のデータ（例えば流下時間）を測定することも含む。
簡易粘性測定器１は、上部が円筒形状で、下部が先細りする截頭円錐形状を有する漏斗状の容器である（図１参照）。上方に向けて開口した投入口１１と、投入口１１と対向する位置に設けた排出口１２を有する。投入口１１から粘性を測定する粘性材料を所定の量まで投入し、排出口１２から充填した粘性材料を排出してすべての充填した粘性材料が排出されるまでの時間（流下時間）を測定する。
排出口１２は従来のＰロートの口径よりも小さくし、粘性材料が排出され難いようにする。また、必要に応じて排出口１２と截頭円錐形の周面との間に不連続部ができるように棚部１３を設ける（図２参照）。
【００１２】
＜３＞遮蔽蓋
遮蔽蓋２は、簡易粘性測定器１や、Ｐロートなどの公知のロートの投入口１１を遮断するために設置する部材である。
遮蔽蓋２によって粘性材料を充填した容器の内部が完全に負圧状態になると、充填した粘性材料が排出されなくなってしまうため、遮蔽蓋２には蓋を貫通する細孔２１を設けて充填した粘性材料の上面側に空気を供給する。
細孔２１を設けると、粘性材料を排出するのに伴って空気が孔を通過する音が発生し、この音の大きさや音程によって流下完了のタイミングを把握し易くなる。また、発生する音を拡大するために細孔２１に笛２３を取り付けることもできる。細孔２１の内径は任意に設定することができるが、2.5〜4.0ｍｍ程度にするのが好ましい。
また、遮蔽蓋２には、密閉性を良くするために外側に円環状の錘２２を付けたり、内側にゴムパッキン（図示せず）を取り付けたりすることができる。
【実施例】
【００１３】
本発明の簡易粘性測定器によって粘性を測定する実施例について説明する。
【００１４】
＜１＞簡易粘性測定器の形状
実施例で使用する簡易粘性測定器１の断面図を図２に示す。
投入口１１の内径及び円筒部の高さは、公知のＰロートｄ（図１０）と同じである。最も大きな相違点は、排出口１２の内径である。公知のＰロートｄの排出口の内径が１３ｍｍであるのに対し、実施例の排出口１２の内径は１０ｍｍまたは８ｍｍである。また、截頭円錐形状の周面と排出口１２に繋がる円筒部の間には必要に応じて棚部１３を設ける。
【００１５】
＜２＞流下実験
排出口１２の内径を調節した簡易粘性測定器１を使用して流下実験をおこなった。この実験では、粘性係数が予め判明している粘性材料を、排出口１２を指で遮断した状態で投入口１１から投入し、所定の位置まで粘性材料を充填した後に、指を離して排出口１２を開放し、充填した粘性材料がすべて排出されるまでの時間（流下時間）を測定する。
通常の流動化処理土に使用される泥水の粘性係数の大きさは、10〜100 mPa・sec（ミリパスカル・秒）であるが、この範囲の泥水の流下時間を公知のＰロートｄを使用して測定すると、8.5〜9.5secの１秒間の間に分布する。これに対して排出口１２の内径を10ｍｍとした場合と、8ｍｍとした場合で流下実験をおこなった結果を図３に示す。図３には、粘性材料と水（粘性係数1 mPa・sec）の流下時間の差を横軸に、粘性材料の粘性係数を縦軸にして、排出口１２の口径ごとに曲線を描いた。図３から粘性係数の大きさが10〜100（mPa・sec）の流下時間の範囲を読み取ると、公知のＰロート（口径13ｍｍ）では0.2〜1.3sec（1.1秒間）、排出口１２が10ｍｍの場合は0.2〜2.2sec（2秒間）、排出口１２が8ｍｍの場合は0.7〜4.1sec（3.4秒間）となり、粘性材料の分布する時間の幅が従来のＰロートに比べて1.8倍から3.1倍まで拡大されたことがわかる。また、流下時間と粘性係数の関係は、粘性係数が同一であれば排出口１２の口径が小さいほど流下時間が長くなり、緩やかな曲線勾配となって勾配の変化点も異なってくることがわかる。すなわち、流下時間の測定が容易かつ正確になるため、測定誤差による粘性係数の推定誤差は小さくなるといえる。
【００１６】
＜３＞遮蔽蓋の効果
次に、排出口１２の大きさは同じにして、遮蔽蓋２を付けた場合と付けなかった場合、また細孔２１の内径を変化させた場合について比較する。ここで、遮蔽蓋２の細孔２１の内径は、2.0,2.5,3.0,4.0,5.0ｍｍの５種類とし、排出口１２の内径の大きさは10ｍｍとした。
図４に流下時間の測定結果を示す。排出口１２の大きさが10ｍｍで遮蔽蓋２を付けなかった場合の測定値を（蓋無し）としてプロットし、遮蔽蓋２を付けた場合の測定値は細孔２１の大きさで区別した。図４に示した曲線を比較すると、ほぼ同じ勾配の曲線が平行して描かれていることがわかる。すなわち、遮蔽蓋２は流下時間を全体的に長くする効果があり、細孔１２の内径を小さくするほどその効果は大きいといえる。このため、細孔１２の大きさを調節することによって測定し易い適度な流下時間に調節することができる。但し、粘性の相違による流下時間の相違を増長させる効果は少ないものと考えられる。
また、遮蔽蓋２を取り付けることによって、細孔２１から音が発生し、流下完了のタイミングが把握し易くなるため、流下時間を正確に測定するためには遮蔽蓋２を使用するのが好ましい。
【００１７】
＜４＞粘性とブリージング率及び材料分離との関係
図５にカオリン粘土泥水によるブリージング率と粘性係数の関係を示す。粘性は、泥水の比重が1.1のとき21 mPa・sec、1.2のとき252 mPa・sec、1.25のとき725 mPa・sec、1.3のとき1590 mPa・secである。図５に示したように、粘性係数が252 mPa・secより大きいと、ブリージング率が大幅に減少することがわかる。
【００１８】
次に、粗粒土（砂分）の沈降現象と粘性係数の関係について説明する。まず、粘性が21 mPa・sec(比重1.1)、252 mPa・sec(比重1.2)、1590 mPa・sec(比重1.3)の泥水に粗粒土を混ぜ、湿潤密度が1.4 g/cm3になるような混合土を３種類作る。そして、図６の右側に示した装置の中に、これらの混合土をそれぞれ入れて沈降実験を行なう。１０分後に各計測位置から粗粒土を含む混合土を採取し、含まれる粗粒土の重量を測った結果が図６の左側の棒グラフである。
棒グラフは、初期の粗粒土質量に対する粗粒土の減少、または増加量を初期の質量で割った百分率で示した図である。黒棒で示した粘性係数が21 mPa・secの場合、容器の上部の砂分が下部に堆積して、沈降が著しく進んでいることがわかる。また、252 mPa・secは、一見、上部と下部で大きな沈降差が無いように見えるが、最下部に大きな砂の沈降が確認されるため、この程度の粘性では材料分離が起きていることになる。しかし、粘性が1590 mPa・secになると、他のケースのような粗粒土の沈降現象が無くなるため、この値以上の粘性を有する混合土であれば材料分離が発生しないといえる。
なお、図６は、混合土を容器に入れて１０分後に測定したものであるが、粗粒土の沈降現象はその粒径が大きく早く終了するため、３０分後でもそれ以降でも大きな変動は見られなかった。
【００１９】
上記したブリージング率と材料分離の実験結果から、ブリージング率を下げるためよりも材料分離を防ぐために、より高い粘性が必要とされるのが理解できる。現在、経験則として流動化処理土の品質管理基準をブリージング率１％未満としているが、そのときの粘性係数は1590 mPa・sec程度に対応している。
【００２０】
図５の横軸に示した粘性係数を、排出口１２の口径が8mmの簡易粘性測定器の流下時間に置き換え、ブリージング率との関係を示したのが図７である。このように図７を使用すれば、粘性係数を用いなくても簡易粘性測定器の管理で充分にブリージング率の管理ができる。また同様に、材料分離性の管理も粘性係数に替わって簡易粘性測定器の流下時間で管理することができる。
また、図８に示した例では、従来のＰロート値（流下時間）は、粘性係数10 mPa・secから1000 mPa・secまでが0.6秒程度で、その差をＰロート値で示すのが難しかったが、簡易粘性測定器の測定値（流下時間）は２秒間の範囲まで拡大され、ゆっくりした流れで粘性が観測できる。特に、ブリージング防止、粗粒土の沈降防止には、１Pa・sec以上の粘性が必要なので、例えば２Pa・secを規準とすれば、水に比べて３秒程流下時間が長くなって測定は簡単となるため、容易かつ正確な土質安定処理土の品質管理をおこなうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の簡易粘性測定器の実施例の説明図
【図２】簡易粘性測定器の実施例の断面図
【図３】簡易粘性測定器で測定した粘性材料と水の流下時間の差と粘性係数の関係を示した図
【図４】遮蔽蓋を使用した場合の流下時間と粘性係数の関係を示した図
【図５】粘性係数とブリージング率の関係を示した図
【図６】混合土の粗粒土沈降率と計測位置と粘性の関係を示した図
【図７】簡易粘性測定器（口径8mm）の流下時間とブリージング率の関係を示した図
【図８】流下時間と粘性係数の関係を示した図
【図９】従来のブリージング試験の実施例の説明図
【図１０】従来のＰロートの実施例の断面図
【符号の説明】
【００２２】
１・・・簡易粘性測定器
１１・・投入口
１２・・排出口
２・・・遮蔽蓋
２１・・細孔
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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