(57)【要約】【課題】施工直後の初期強度を強くして従来の土質改良体にあった問題点を解決する。【解決手段】窪地、平坦地、斜面の陸域の盛土に対して適用する土質改良体である。鉄鋼スラグ２と土１の混合物中に占める土１の配合比率Ａ（容積％）を、土１の含水比Ｂを用いて、Ａ＜１６８×exp（−０．０２１×Ｂ）の範囲とする。この土質改良体の施工は、鉄鋼スラグ２と土１を建設機械もしくは混合専用機械を用いて混合して施工する。【効果】混合された土質改良体のせん断抵抗角が大きくなって土質強度が改善されるので、混合直後から建設機械の走行が可能となって施工性が改善される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窪地、平坦地、斜面の陸域の盛土に対して適用する土質改良体であって、
鉄鋼スラグと土の混合物中に占める土の配合比率Ａ（容積％）を、土の含水比Ｂを用いて、下記式の範囲としたことを特徴とする土質改良体。
Ａ＜１６８×exp（−０．０２１×Ｂ）
【請求項２】
鉄鋼スラグと土の混合物で形成された盛土の初期段階のコーン指数が３００kN／m2以上を達成できるものであることを特徴とする請求項１に記載の土質改良体。
【請求項３】
鉄鋼スラグと土の混合物で形成された盛土の、盛土形成７日目の強度が初期段階より上昇するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の土質改良体。
【請求項４】
鉄鋼スラグと土を建設機械もしくは混合専用機械を用いて混合することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の土質改良体を用いた施工方法。
【請求項５】
鉄鋼スラグと土の混合物を撒き出し、転圧することを特徴とする請求項４に記載の土質改良体を用いた施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鋼スラグを用いた土の強度改善に優れた土質改良体、及びその土質改良体の施工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
土木構造体としての盛土は、主として自然地盤、場合によっては人工的に成形された地盤の上に、土砂や岩石などの自然原料を主体とした材料を盛り上げてつくった一定の機能を有する土構造である。
【０００３】
この盛土の施工目的は、窪地、平坦地や斜面に盛土することで面状に広く施工された造成地を構築したり、またその盛土上部を車両等の通路としたり、防護等の防御壁を作成したり、またはこれらの機能を兼ねることにある。
【０００４】
この盛土等の構造体の施工段階において、使用する土の強度が低いと、降雨により水分含有量が増加した場合は土がゆるみ、施工に支障が生じることがあるので好ましくない。その対策として、セメント等の地盤改良体により土の強度改善を図る方法があるが、水硬性の効果が出るまでの養生期間が必要であるので即効性に欠ける。
【０００５】
このようなことから、鉄鋼の生産プロセスで副生物として発生する鉄鋼スラグを用いた盛土等の構造体を短時間で施工する検討が従来よりなされている。
【０００６】
鉄鋼の生産プロセスで副生物として発生する鉄鋼スラグは、生産プロセスに合わせて大きく高炉スラグと製鋼スラグに分類される。このうち、高炉スラグは、高炉から出滓された溶融状態のスラグを大量の水で急冷した水砕スラグと、徐冷した徐冷スラグに分類される。一方、製鋼スラグには、高炉で製造された銑鉄やスクラップ等を精錬して鋼を製造する工程で生成された溶銑予備処理スラグや、転炉スラグ、電気炉スラグ、ステンレススラグ等がある。
【０００７】
前記鉄鋼スラグは、水硬性があり大きな支持力が期待できるうえに、粒子密度と硬度が高く耐摩耗性に優れていることから、路盤材や骨材等に使用されている。また、せん断抵抗角が大きく、粒子密度と単位体積重量が大きいことから、土工用材・地盤改良体としても使用されている。
【０００８】
例えば特許文献１には、海域等から得られた浚渫土や建設汚泥等の含水比が１００％以上の泥土と鉄鋼スラグを混合し、泥土の改質を実現する技術が開示されている。
【０００９】
しかしながら、含水比が１００％以上の泥土は非常にぬかるんでいるので、該泥土を対象とした強度改質は施工直後の初期強度が弱い。従って、トラック等の重機が施工体上を走行できる強度が発揮されるまで養生する時間が必要である等、時間とコストが多くかかる。
【００１０】
また、特許文献２には、1) 高炉スラグ微粉末又はセメントのいずれか一方又は両方と、含水比が質量ベースで７０〜２５０％の泥土と、製鋼スラグとを含むもの、或いは、2) セメントと、含水比が質量ベースで７０〜２５０％の泥土とを含むもの、の水分量を調整した混合原料を、混練後に養生して硬化させた泥土含有固化体が開示されている。
【００１１】
しかしながら、特許文献２で開示された泥土含有固化体は、セメントを使用する場合はコストが嵩み、さらに該泥土を対象とした強度改質は施工直後の初期強度が弱い。従って、トラック等の重機が施工体上を走行できる強度が発揮されるまで養生する時間が必要である等、時間とコストが多くかかる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００９−１２１１６７号公報
【特許文献２】特開２０１１−０９３７５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明が解決しようとする問題点は、従来開示された土質改良体は、泥土を含有するので施工直後の初期強度が弱く、トラック等の重機が施工体上を走行できる強度が発揮されるまで養生する時間が必要である等、時間とコストが多くかかるという点である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の土質改良体は、
窪地、平坦地、斜面の陸域の盛土に対して適用する土質改良体であって、
施工直後の初期強度を強くして従来の土質改良体にあった問題点を解決するために、
鉄鋼スラグと土の混合物中に占める土の配合比率Ａ（容積％）を、土の含水比Ｂを用いて、下記式の範囲としたことを最も主要な特徴としている。
Ａ＜１６８×exp（−０．０２１×Ｂ）
【００１５】
本発明では、鉄鋼スラグと土の混合物中に占める土の配合比率Ａ（容積％）を、土の含水比をＢとした場合に、１６８×exp（−０．０２１×Ｂ）未満とするので、混合された土質改良体のせん断抵抗角が大きくなって土質強度が改善される。
【００１６】
上記本発明の土質改良体は、鉄鋼スラグと土を建設機械もしくは混合専用機械を用いて混合することによって施工すればよい。これが本発明の施工方法である。
【００１７】
このように混合した盛土は、盛土全体の強度にバラつきがなくなって、高強度なものが均一に形成され、初期段階から重機等の車両の走行が可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、混合された土質改良体のせん断抵抗角が大きくなって土質強度が改善されるので、混合直後から建設機械の走行が可能となって施工性が改善される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】建設機械を使用して鉄鋼スラグと土を一定容積割合に混合し、混合した改良土を建設機械で撒き出し造成する本発明の施工方法を説明する図である。
【図２】シルトと転炉スラグにおける粒径と通過質量百分率の関係を示した図である。
【図３】シルトの含水比とコーン指数の関係を示した図である。
【図４】転炉スラグとシルトの混合物中に占めるシルトの配合比率とシルトの含水比の関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明は、施工直後の初期強度を強くして従来の土質改良体にあった問題点を解決するという目的を、鉄鋼スラグと土の混合物中に占める土の配合比率Ａ（容積％）を、土の含水比をＢとした場合に、１６８×exp（−０．０２１×Ｂ）未満とすることで実現した。
【実施例】
【００２１】
施工直後の初期強度が弱く、トラック等の重機が施工体上を走行できる強度が発揮されるまで養生する時間が必要という課題を解決するため、発明者らは鋭意検討を行った。
【００２２】
その結果、鉄鋼スラグの水硬性による強度改善の特性を利用し、土と混合した混合物の含水比を調整した土質改良体とすることで、施工直後のせん断抵抗角が大きくなって施工初期段階から強度に優れることと、鉄鋼スラグの水硬性による中長期的な強度上昇を可能とできることを見出した。
【００２３】
また、前記土質改良体を使用して盛土構造体を形成することが可能であり、また地域の地盤特性にかかわらずにその効果を発揮し、さらに軟弱地盤の液状化抑制にも活用することが出来ることを見出した。
【００２４】
本発明は発明者らの前記知見に基づいてなされたものである。
すなわち、本発明の第１は、
窪地、平坦地、斜面の陸域の盛土に対して適用する土質改良体であって、
鉄鋼スラグと土の混合物中に占める土の配合比率Ａ（容積％）が、土の含水比Ｂを用いて、下記式の範囲としたことを特徴とするものである。
Ａ＜１６８×exp（−０．０２１×Ｂ）
【００２５】
発明者らは、実際に土の特性に応じて単位体積重量、支持力、鉄鋼スラグによる強度改善状況等を測定し、土の含水比をＢとした場合、後述の発明例における説明のように、前記配合比率Ａが１６８×exp（−０．０２１×Ｂ）未満であれば、混合直後から建設機械の走行が可能となり施工性が改善されることを確認した。
【００２６】
反対に、前記配合比率Ａが１６８×exp（−０．０２１×Ｂ）以上であれば、鉄鋼スラグ特有の高強度で支持力の高い土が形成されないので、好ましくないことを確認した。なお、含水比とは、JIS A 1203で定義されるように、乾燥によって失われる土中水の質量の土の乾燥質量に対する比であり、質量百分率で表示される。
【００２７】
すなわち、本発明のように、鉄鋼スラグと土の混合物中に占める土の配合比率Ａ（容積％）を１６８×exp（−０．０２１×Ｂ）未満とすることよって、混合された土質改良体のせん断抵抗角が大きくなって土質強度が改善される。
【００２８】
土質改良体の強度が中長期において高くなる理由は、鉄鋼スラグが水と反応すると、カルシウム、シリカ等が周辺の間隙水中に溶出し、そのうち溶解度が小さい安定な水和物が沈殿析出する際、各粒子をバインダーとして結合し、固結するためである。
【００２９】
本発明の土質改良体に使用する鉄鋼スラグは、製鋼スラグを単独、もしくは高炉スラグを単独、もしくは製鋼スラグと高炉スラグの混合物の何れでも、施工直後の強度を発揮することができる。また、製鋼スラグと高炉スラグの混合物を使用する場合、その混合割合も規定されない。なお、使用する製鋼スラグは、溶銑予備処理スラグ、転炉スラグ、電気炉スラグ、ステンレススラグ等の何れでも良い。また、高炉スラグも、高炉水砕スラグ、高炉徐冷スラグの何れを使用しても良い。
【００３０】
また、本発明の土質改良体に使用する鉄鋼スラグの粒径は、土壌と均一に混合することが可能であれば特に限定されない。しかしながら、鉄鋼スラグの粒径が２mm未満であれば、砂、シルト、粘土と同等の粒径となることから、内部摩擦角の改善効果を得るためには、粒径が２mm以上のものを３０質量％以上、９０質量％以下の範囲で含ませた鉄鋼スラグを使用することが望ましい。
【００３１】
上記本発明の土質改良体は、鉄鋼スラグと土の混合物で形成された盛土の初期段階のコーン指数qcが３００kN／m2以上を達成できるものであることが望ましい。これが第２の本発明である。
【００３２】
ここで、コーン指数qcとは、対象となる盛土にポータブルコーンペネトロメーターを押し込み、コーン状のロッド先端部の抵抗により算出したコーン断面積当たりの貫入値を言い、JIS A 1228に準じた測定方法で得ることができる。
【００３３】
このコーン指数qcは、盛土が完成し、盛土上に乗る荷重（建物）や水平力（地震）にも耐えうることが必要である設計上の強度を調査する際の指標となる。
【００３４】
コーン指数qcが小さい程やわらかい土と言えるが、コーン指数qcが３００kN／m2以上の時は、接地圧が小さい湿地用ブルドーザーが走行できる強度を有しているからである。施工直後に接地圧が湿地用ブルドーザーの２〜２．５倍の普通用ブルドーザーを走行させたい場合は、コーン指数qcが７００kN／m2以上であれば良い。また、施工直後にダンプカーを走行させたい場合はコーン指数qcが１２００kN／m2以上であれば良い。
【００３５】
また、上記本発明の土質改良体は、鉄鋼スラグと土の混合物で形成された盛土の、盛土形成７日目の強度が初期段階より上昇するものであることが望ましい。これが第３の本発明である。
【００３６】
この第３の本発明では、山土や建設残土、掘削土等の土含水比が１２０％未満の場合において、前記式に示す土と鉄鋼スラグの配合比で目標の強度を達成させることが可能である。
【００３７】
この第３の本発明で規定する盛土形成７日目の強度について詳しく説明する。
盛土の強度測定方法として、周囲の地盤の影響を考慮した、自然状態により近い環境条件の強度でJGS（地盤工学会基準）0521に準じた三軸圧縮強度の測定方法がある。
【００３８】
三軸圧縮強度とは、不透水性の膜で包んだ円柱形の供試体に三軸的な圧力を加えながら、更に軸方向に圧縮して強度−変形特性を求める方法である。特に、三軸圧縮強度試験によって得られる縦軸切片Cuは、盛土中の粒子間の粘り（以下、本発明では「粘着力」と言う。）を示し、土の重さが０である仮想的な場合においても、土が粘着力の大きさだけのせん断強度を有することを示している。従って、土が相当の高さで盛られた盛土が、自然状態で時間が経過するにつれて粘着力が上昇するほど、盛土中の粒子同士が粘りを持って盛土強度が上昇することを意味している。
【００３９】
第２の本発明のように初期段階のコーン指数qcが３００kN／m2以上の場合に、養生後の粘着力が初期段階より上昇するか否かは、使用する土の含水比を測定し、土と鉄鋼スラグの供試体を作成直後にコーン指数qcもしくは三軸圧縮強度の測定を行い、養生後の粘着力が初期段階に比べて上昇しているかどうかを確認することにより分かる。
【００４０】
上記本発明の土質改良体を構成する鉄鋼スラグと土は、建設機械もしくは混合専用機械を用いて混合すれば良い。これが本発明の土質改良体を用いた施工方法である。
【００４１】
混合は、例えば図１に示すように、盛土形成前に土１と鉄鋼スラグ２を油圧ショベル３で前記式を満たす配合比で混合すれば良い。このように混合した盛土４は、盛土全体の強度にバラつきがなくなって、高強度なものが均一に形成され、初期段階から重機等の車両の走行が可能となって、盛土を形成した後盛土強度が出るまで放置するしかなかった従来法に比べて、施工時間の短縮が図れる。
【００４２】
上記本発明の土質改良体は均一に混合できるものであれば、例えば油圧ショベル、ブルドーザー、バックホーを用いた混合、垂直（一軸）式、ロータリー式、バケットスタビライザー式、又はツインヘッダー式の混合機を用いた混合が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００４３】
上記本発明の土質改良体を用いた施工方法では、鉄鋼スラグと土の混合物を撒き出し、転圧することが望ましい。
【００４４】
土と鉄鋼スラグの混合物である本発明の土質改良体を用いた本発明の施工方法は、前記均一混合した盛土４を撒き出した後、図１に示すように、ブルドーザー５等の重機で転圧し、必要に応じて加水することで、強度改善に優れた本発明の土質改良体を用いて高強度で支持力の高い盛土等に施工できるからである。
【００４５】
ここで、撒き出しとは、窪地、平坦地、斜面の陸域の盛土する場所でブルドーザー等の重機で層状に敷き広げることである。使用する重機は、撒き出しが可能な機械であれば良く、例えば油圧ショベル、ブルドーザー、バックホー等の建設車両が挙げられるがこれらに限定されない。
【００４６】
また、転圧とは、撒き出し後にブルドーザー等の重機で締め固めることである。使用する重機は、油圧ショベル、ブルドーザー、バックホー等の建設車両、ロードローラー、タイヤローラー、ダンピングローラー等の静的重機、振動ローラー、振動コンパクター、ランマー等の動的重機等が挙げられるがこれらに限定されない。
【００４７】
土と鉄鋼スラグの混合物である本発明の土質改良体は、現地で混合してもよく、他の場所で混合して持ち込んで施工しても良い。
【００４８】
また、本発明の土質改良体に必要に応じて加水するのは、土質改良体の含水比を調整するためであることから、土質改良体の含水比が満足している場合は加水しなくても良い。加水する方法は、鉄鋼スラグと土を混合する際に加水しても良いが、土質改良体を撒き出し、転圧後に加水しても同様の効果を発揮する。
【００４９】
次に、鉄鋼スラグを用いた本発明の土質改良体の一例を示すが、これは本発明の内容を限定するものではない。
【００５０】
発明例の土質改良体は、鉄鋼スラグとして転炉スラグを、土としてシルトを使用した。これら転炉スラグとシルトは、事前にJIS A 1204に準じてその粒度測定を行った。その結果、転炉スラグは、図２に示すように、粒径が２mm以上のものを５７質量％含むものであり、２mm以上の粒度のものが充分に含まれるものであることを確認した。なお、図２にはシルトの粒度測定結果も併せて示している。
【００５１】
前記シルトに転炉スラグを配合して均一に混合した後、JIS A 1210に準じて供試体を作成した。作成した供試体を下記表１に示す。
【００５２】
下記表１には供試体に使用するシルトの含水比と、転炉スラグとシルトの配合量の他に、コーン指数qcと粘着力の増加量を併せて示す。このうちコーン指数qcは、供試体の作成後直ぐに測定したJIS A 1228に準じた値であり、粘着力の増加量は、供試体の作成から７日及び２８日養生した後に測定したJGS 0521に準じた３軸圧縮強度から、供試体の作成後直ぐに測定した前記３軸圧縮強度を引いた値である。
【００５３】
【表１】
2013119578.tif 000003
【００５４】
表１に示したように、実施例１〜５では、鉄鋼スラグと土の混合物中に占めるシルトの配合比が９０％以下にすることで、施工直後のコーン指数qcは３００KN／m2以上を達成でき、養生するに従って粘着力が増大（水硬性がでて強度が上昇）することが確認できる。
【００５５】
一方、シルトが１００％の比較例１では、施工直後のコーン指数qcは３００kN／m2以上が得られているが、養生後の粘着力は低下している。また、シルトが９５％の比較例２，３は養生後の粘着力の低下は比較例１よりも少ないものの、やはり養生後の粘着力は低下している。そして、比較例３では、含水比が比較例２よりも多いので、施工直後のコーン指数qcは３００kN／m2未満である。つまり、何れの比較例も盛土として適切でないことが分かる。
【００５６】
図３は発明例１〜５と比較例１における施工直後のコーン指数qcを示したものであるが、この図３より施工直後のコーン指数qcはシルトの含水比に応じた転炉スラグを配合させることで強度が上昇していることが分かる。
【００５７】
さらに、施工直後のコーン指数qcを３００kN／m2以上にする場合、図３に示した結果から、転炉スラグとシルトの混合物中に占めるシルトの配合比率Ａ（容積％）とシルトの含水比Ｂには、下記式の関係があることが判明した（図４参照）。
Ａ＜１６８×exp（−０．０２１×Ｂ）
【００５８】
本発明は上記の例に限らず、請求項に記載された技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。
【００５９】
例えば、本発明の土質改良体に使用する鉄鋼スラグは転炉スラグに限定されるものではなく、また同様に土もシルトに限るものではなく、先に説明したような各種の鉄鋼スラグやシルトより粒径の粗い又は細かい土を使用しても良い。
【符号の説明】
【００６０】
１    土
２    鉄鋼スラグ
３    油圧ショベル
４    盛土
５    ブルドーザー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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