(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カルシウムアルミネート、無水セッコウ、及びカルシウムアルミネートと無水セッコウの合計１００重量部に対して、０．５〜５重量部のアルカリ金属重炭酸塩を含有し、実質的に硫酸カリウム、リン酸塩及び酸性物質を含まない土質固化用セメント混和材。
【請求項２】
セメントと請求項１記載の土質固化用セメント混和材の合計１００重量部中、該土質固化用セメント混和材１０〜５０重量部を含有してなる土質固化材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤を掘削し、杭や電柱などを設置するにあたり、掘削した粘性土、シルト、砂質土、及び腐植土等の発生土を水といっしょに混合し、流動性や早期強度発現性が良好な改良土とする土質固化材に関する。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
従来、地盤を掘削し、杭や電柱などを設置する工事等で発生した掘削土等の発生土は、ほとんど埋立処理しており、埋立地への運搬コストが高く、経済的ではないなどの課題があった。また、杭や電柱などの設置工事終了後、発生した掘削土を用いて、締固めを行っても十分な支持力が得にくく、さらに、流動性がないと、掘削深度が１ｍ以上ある場合等、最深部の間隙まで緻密に充填されない等の課題があった。
【０００３】
この課題を解決する方法として、発泡スチロール等の軽量材、セメント系固化材、土砂、及び水を混合して埋め戻す方法や、従来のセメント固化材と掘削土とを配合し、水を加えて流動性を高めて埋め戻しする方法などが提案されている（特開平４−１５３８０号公報、特開平１−３１２１１８号公報）。しかしながら、このような方法を使用しても、掘削土等と水とを混合して流動性を高めるために多量の水が必要となり、このため、短時間の強度発現性が低く、杭や電柱を支持することが困難であった。
【０００４】
一方、カルシウムサルホアルミネート又はカルシウムアルミネートを主成分とする速硬性材料が固化材として提案されている（特開平１−２９９９１３号公報や特開平５−１７７７１号公報、特開平６−２９８５５３号公報や特開平７−２９２３５６号公報）。これらの固化材は、土粒子と反応し、混練後、徐々に流動性が低下し、充分な作業時間が得られない等の課題があり、流動性を改善したり、作業時間を長期化するためには、凝結遅延剤や凝結促進剤などの凝結調整剤の併用が必要となっている。しかしながら、凝結遅延剤の使用は、早期の強度発現性を損なうという課題を有すること、また、アルカリ金属塩等の凝結促進剤を併用しても流動性と早期強度発現性を両立することが困難なため適用に制限があった。
【０００５】
また、固化材の添加量を増せば、強度を向上させることが可能であるが、経済的でないことや、長期の強度が過剰に発現し再掘削が非常に困難になるなどの課題があった。
【０００６】
本発明者は、掘削土等の発生土が発生するこれら工事等で、前記課題を解決すべく種々検討を行った結果、特定の土質固化材を使用することにより、前記課題を解決し、流動性と早期強度発現性に優れた改良土とすることができるという知見を得て、本発明を完成するに至った。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、カルシウムアルミネート、無水セッコウ、及びカルシウムアルミネートと無水セッコウの合計１００重量部に対して、０．５〜５重量部のアルカリ金属重炭酸塩を含有し、実質的に硫酸カリウム、リン酸塩及び酸性物質を含まない土質固化用セメント混和材であり、セメントと該土質固化用セメント混和材の合計１００重量部中、土質固化用セメント混和材１０〜５０重量部を含有してなる土質固化材に関するものである。
【０００８】
以下、本発明をさらに詳しく説明する。
【０００９】
本発明で使用するカルシウムアルミネートとは、ＣａＯとＡｌ２Ｏ３を有効成分として含有するものであり、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３（Ｃ３Ａ）、２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３（Ｃ２Ａ）、１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３（Ｃ１２Ａ７）、１１ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３・ＣａＦ２（Ｃ１１Ａ７・ＣａＦ２）、及びＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３（ＣＡ）等と示される鉱物組成を有するカルシウムアルミネート類であり、結晶質、非晶質いずれも使用可能である。さらに本発明では、アルカリ金属を含むカルシウムアルミネート、ＳｉＯ２を含むアルミノ珪酸カルシウムの使用も可能である。カルシウムアルミネートの粒度は特に限定されるものではないが、ブレーン比表面積で３，０００ｃｍ２／ｇ以上が好ましく、４，０００〜８，０００ｃｍ２／ｇがより好ましい。３，０００ｃｍ２／ｇ未満では反応性が低下する傾向がある。
【００１０】
本発明で、無水セッコウの使用は強度発現性の面からより好ましい。無水セッコウの粒度は特に限定されるものではないが、ブレーン比表面積で２，０００ｃｍ2／ｇ以上が好ましく、３，０００〜９，０００ｃｍ2／ｇがより好ましい。２，０００ｃｍ2／ｇ未満では溶解性や反応性が低下する傾向がある。カルシウムアルミネートと無水セッコウの使用割合は、カルシウムアルミネート２０〜７０重量％、無水セッコウ３０〜８０重量％が好ましく、カルシウムアルミネート３０〜６０重量％、無水セッコウ４０〜７０重量％がより好ましい。無水セッコウが３０重量％未満では早期強度発現性が低下することがあり、８０重量％を越えると早期強度発現性が悪くなる傾向がある。
【００１１】
本発明で使用するアルカリ金属重炭酸塩（以下重炭酸塩という）は、長時間の流動性を確保しながら、さらに相反する早期強度発現性をも向上させる作用を有するもので、具体的には、重炭酸ナトリウムや重炭酸カリウムなどが挙げられ、そのうちの一種又は二種以上の混合物の使用が可能である。これらの中で、重炭酸ナトリウムが安価で入手容易のため好ましい。重炭酸塩の粒度は特に限定されるものではないが、ブレーン比表面積で１，０００ｃｍ2／ｇ以上が好ましく、２，０００〜６，０００ｃｍ2／ｇがより好ましい。１，０００ｃｍ2／ｇ未満では溶解性や反応性が低下する傾向がある。重炭酸塩の作用機構は明確ではないが、本発明において、重炭酸塩はエトリンガイトの生成反応（核生成反応）を遅延し長時間流動性を保つとともに、一旦エトリンガイトが生成した後はその成長反応を助長する作用を有するため、強度が早期で発現するものと考えられる。重炭酸塩の使用量は、カルシウムアルミネートと無水セッコウの合計１００重量部に対して、０．５〜５重量部である。０．５重量部未満では長期の作業時間確保や早期強度発現に効果が少なく、５重量部を越えると作業時間は長期化するものの早期強度が低下するため好ましくない。また、重炭酸塩の使用量の好ましい範囲は土質によって変化し、特に限定されるものではなく、砂質土等の粗い粒度の発生土では流動性が取りやすく低使用量範囲であり、シルト等の流動性が取りにくい発生土では高使用量範囲となる傾向がある。例えば、ローム土を使用する場合は、カルシウムアルミネートと無水セッコウの合計１００重量部に対して、１．５〜３重量部が好ましい。
【００１２】
本発明では、土質固化用セメント混和材（以下単に混和材という）の使用量は、土質によって変化し、特に限定されるものではないが、セメントと混和材からなる土質固化材１００重量部中、１０〜５０重童部が好ましく、例えば、ローム土を使用する場合は、セメントと混和材からなる土質固化材１００重量部中、２０〜４０重量部がより好ましい。混和材が１０重量部未満か、５０重量部を越えるかではともに早期強度発現性が不良となる傾向がある。
【００１３】
ここでセメントとしては、普通、早強、超早強及び中庸熱等の各種ポルトランドセメントや、これらポルトランドセメントに、高炉スラグやフライアッシュなどを混合した各種混合セメント、さらには、市販されている微粒子セメントや、土質固化用に用いられるソイルセメント等が使用可能である。
【００１４】
本発明では、発生土、土質固化材、及び水等を混合して改良土を調製する。ここで使用する水は特に限定されるものではなく，一般の水道水や地下水のほか、土の混じった泥水を使用することが可能である。水の使用量は、発生土の種類や含水比によって異なるが、例えば、ローム土を使用する場合は、土質固化材１００重量部に対して、１００〜３００重量部が好ましい。１００重量未満では充分な流動性を得ることが困難な場合があり、３００重量部を越えると強度発現性が不良となる場合がある。
【００１５】
本発明に係る土質固化材の使用量は、発生土の種類や含水比によって異なるが、発生土の無水物の土粒子部分を示す乾燥土１００重量部に対して、１０〜２００重量部使用することが強度発現性や経済性を考慮すると好ましく、例えば、ローム土を使用する場合は、乾燥土１００重量部に対して、３０〜８０重量部がより好ましい。１０重量部未満では強度発現性が不良となる場合があり、２００重量部を超えて使用しても使用効果の向上が見られない場合があり経済的でない。ここで、乾燥土とは、発生土中の土粒子部分を示すもので、土の状態によらない状態として配合計算上用いられる概念である。
【００１６】
本発明の土質固化材を使用した土質固化方法は特に限定されるものではなく、発生土、土質固化材、及び水等をハンドミキサー等で混合し、得られたスラリー状の改良土を、直接改良箇所に流し込む方法や、ミキサーで混合したものをポンプで圧送し、連続的に流し込む方法などいずれの土質固化方法も可能であり、流し込むだけで充分な充填性を確保することも可能である。また、土質の異なる数種の発生土を用いることや、泥水を用いることなど、発生土や水の種類、状態、及び混合方法は特に限定されるものではない。
【００１７】
本発明の目的を達成するための流動性は、一般作業時間や小さな間隙まで完全に充填されることを考慮すると、５分後に流動性を評価するフロー値の最低限の値として１５０ｍｍ以上が保持されればよいと考えられる。また、強度の最低限の値は、施工の効率アップ、杭や電柱などを支えるのに必要な支持力を考慮すると、圧縮強度として、３０分で０．３ｋｇｆ／ｃｍ2以上が、また、４時間で１．０ｋｇｆ／ｃｍ2以上が保持されればよいと考えられる。
【００１８】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
【００１９】
実施例１
セメント２００重量部と、カルシウムアルミネ一ト５０重量部、無水セッコウ５０重量部、及びカルシウムアルミネートと無水セッコウの合計１００重量部に対して、表１に示す重炭酸塩からなる混和材１００重量部を混合し、土質固化材を作製した。作製した土質固化材１００重量部に対して、火山灰質粘性土４００重量部（土質固化材の量は乾燥土１００重量部に対して、５４重量部に相当）、水２５０重量部をミキサーに投入して、１分間混合し、初期フロー２５０ｍｍのスラリー状の改良土を作製し、得られた改良土の流動性を評価するため５分後のフロー値、３０分後と４時間後の圧縮強度を測定した。結果を表１に併記する。
【００２０】
＜使用材料＞
カルシウムアルミネート：１２CａＯ・７Ａ１2Ｏ3、ＣａＯ  ５０重量％、非晶質、プレーン値５，１００ｃｍ2／ｇ
無水セッコウ：市販ＩＩ型無水セッコウ、ブレーン値５，８００ｃｍ2／ｇ
重炭酸塩  ：市販粉末重炭酸ナトリウム
セメント  ：電気化学工業社製  普通ポルトランドセメント
火山灰質粘性土：関東ローム土、含水比１１９重量％、湿潤密度１．３４８ｇ／ｃｍ３
【００２１】
＜測定方法＞
フロー値：２０℃、８０％の恒温恒湿室で混合し、高さ８０ｍｍ、内径８０ｍｍシリンダーを用いて、日本道路公団規格１０ＪＨＳ  Ａ  ３１３−１９９２「エアモルタル及びエアミルクの試験方法」に基づき、スラリー状改良土の広がりを測定
圧縮強度：ＪＩＳ  Ａ  １２１６「土の一軸圧縮強度試験方法」に基づき、作製したスラリー状改良土をφ５×１０ｃｍの型枠に入れ、所定材齢に達したら脱型して測定
【００２２】
【表１】
0004020997.tif 000002
【００２３】
実施例２
カルシウムアルミネートと無水セッコウの合計１００重量部に対して、重炭酸塩１．５重量部を使用し、カルシウムアルミネートと無水セッコウの合計中、表２に示す無水セッコウを使用したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表２に併記する。
【００２４】
【表２】
0004020997.tif 000003
【００２５】
実施例３
カルシウムアルミネートと無水セッコウの合計１００重量部に対して、重炭酸塩１．５重量部を使用し、土質固化材１００重量部中の混和材の量を変えたこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表３に併記する。
【００２６】
【表３】
0004020997.tif 000004
【００２７】
【発明の効果】
本発明の土質固化材を用いることにより、発生する掘削土の処分する量を低減することができ、そのため発生する掘削土を有効に再利用でき、埋立て処理で廃棄する量を低減でき、そのため、処分費用が低減し経済的である。また、得られたスラリー状の改良土が十分な流動性を持つため、掘削箇所に充填する際、間隙への浸透性にも優れ、地盤中に空隙が発生しない工事を行うことができ、さらに、改良土を掘削箇所に充填した後の締め固めを実施しなくても、杭や電柱などを支えるのに十分な早期強度が得られる優れた材料とすることができる。