(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
遅硬型土質改良用固化材が、低熱ポルトランドセメント又は／及び中庸熱ポルトランドセメント１００重量部に炭酸カルシウム１０〜２００重量部と高炉水砕スラグ１０〜３００重量部が添加されてから構成され、前記遅硬型土質改良用固化材を、土１ｍ2 に対して１００〜３５０ｋｇ添加して得られた改良土であって、該改良土の特性が材齢３日で一軸圧縮強さが２００ｋＮ／ｍ2 以下、材齢１ヶ月〜３ヶ月で２０００ｋＮ／ｍ2 以上となることを特徴とする改良土。
【請求項２】
炭酸カルシウムの粉末度がブレーン比表面積で３６００ｃｍ2 ／ｇ以上であることを特徴とする請求項１に記載の改良土。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の改良土に添加される遅硬型土質改良用固化材に、生石灰又は消石灰を一種類以上含有することを特徴とする改良土。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、セメントあるいはセメント系固化材による地盤改良工事に適する、改良土の初期固化強度を調節することができると共になおかつ安定的に長期強度を確保し得る遅硬型土質改良用固化材を添加した改良土に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
深層混合処理工法（従来の技術としては詳しくは特開平８−５３８３５号公報第２頁第１欄第２４行〜第４２行参照）等で地盤改良工事を行う場合、休日を挟んで施工することがあり、このような場合、休日の前後に施工した柱状改良体の接合部が一体化するように、材齢３日程度までの初期強度（一軸圧縮強さ２００ｋＮ／ｍ2 程度）を抑えることが要求される。また鋼管ソイルセメント杭工法や柱列式地中連続工法において、地盤改良を行った後、数時間後に鋼管杭やＨ鋼を打ち込むような場合においては、打ち込みが可能な程度の低い強度（せん断強度２０ｋＮ／ｍ2 程度）が必要とされ、材齢１ヶ月乃至３ヶ月までには一軸圧縮強さ２０００ｋＮ／ｍ2 以上が必要となる。
【０００３】
従来、このような地盤改良工事においては、高炉セメントに遅延剤を添加し、初期の固化強度を調節するようにした施工が行われるケースが多い。しかし、この方法では、長期強度の発現不良や遅延剤の添加量の僅かな増減が遅延効果を著しく変化させる等、土の種類によってはその効果が極端に異なるという問題がある。例えば、特開平８−５３８３５号公報に開示されている硬化材に、アリット（３ＣａＯ・ＳｉＯ2 ）３０重量％以下、ベリット（２ＣａＯ・ＳｉＯ2 ）５０重量％以上、及び高炉水砕スラグをセメントの主成分としたものがあるが、これは十分な性能が得られず使用するには今一つ問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記に示した如く地盤改良工事において高炉セメントに遅延剤を添加して施工する場合、僅かな遅延剤の添加量の増減が遅延効果に大きく影響するため、より正確な添加量管理が必要となる。即ち遅延剤が多く添加された場合には、長期強度の発現不良の問題が生じる。また遅延剤は土の種類によっては効果が極端に異なるため砂質土層と粘性土層が互層として混在するような施工現場には適しない。更に遅延剤としてオキシカルボン酸系遅延剤等を使用するため価格が高くなり工事費用のコストアップ等の問題も多い。
【０００５】
そこで、本発明等は、上記の問題点につき、種々検討したところ、遅延剤を使用しないで、セメントとして、低熱ポルトランドセメントや中庸熱ポルトランドセメントを使用することにより改良土の初期の固化強度を調節することができ、かつ安定的に長期強度を確保することができることを見出し、ここに本発明をなすに至った。したがって、本発明が解決しようとする課題は、改良土の初期の固化強度を調節することができ、かつ安定的に長期強度を確保することができ、時間的にも経済的にも効果的な遅硬型土質改良用固化材を添加した改良土を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記の課題は、以下の各発明によってそれぞれ達成される。
【０００７】
本発明の上記の課題は、以下の各発明によってそれぞれ達成される。
（１）遅硬型土質改良用固化材が、低熱ポルトランドセメント又は／及び中庸熱ポルトランドセメント１００重量部に炭酸カルシウム１０〜２００重量部と高炉水砕スラグ１０〜３００重量部が添加されて構成され、前記遅硬型土質改良用固化材を、土１ｍ2 に対して１００〜３５０ｋｇ添加して得られた改良土であって、該改良土の特性が材齢３日で一軸圧縮強さが２００ｋＮ／ｍ2 以下、材齢１ヶ月〜３ヶ月で２０００ｋＮ／ｍ2 以上となることを特徴とする改良土。
（２）炭酸カルシウムの粉末度がブレーン比表面積で３６００ｃｍ2 ／ｇ以上であることを特徴とする前記第１項に記載の改良土。
（３）前記第１項又は第２項に記載の改良土に添加される遅硬型土質改良用固化材に、生石灰又は消石灰を一種類以上含有することを特徴とする改良土。
【０００８】
本発明の前記第１項に記載の改良土は、遅硬型土質改良用固化材が、低熱ポルトランドセメント又は／及び中庸熱ポルトランドセメント１００重量部に炭酸カルシウム１０〜２００重量部と高炉水砕スラグ１０〜３００重量部が添加されて構成され、前記遅硬型土質改良用固化材を、土１ｍ2 に対して１００〜３５０ｋｇ添加して得られた改良土であって、該改良土の特性が材齢３日で一軸圧縮強さが２００ｋＮ／ｍ2 以下、材齢１ヶ月〜３ヶ月で２０００ｋＮ／ｍ2 以上となることを特徴とし、これにより改良土の初期の固化強度を調節することができ、かつ、材齢３日までは強度が低いことから、柱状に改良する改良体の打ち継ぎが容易で改良体が一体化できる効果があるばかりでなく、長期的には高い強度となり、かつ安定的に長期強度を確保することができ、時間的にも経済的にも効果的な遅硬型土質改良用固化材を添加した改良土が得られるという極めて優れた効果が得られる。
【０００９】
また本発明の前記第２項に記載の改良土は、前記第１項に記載の遅硬型土質改良用固化材において、炭酸カルシウムの粉末度がブレーン比表面積で３６００ｃｍ2 ／ｇ以上であることを特徴とするもので、これにより改良土の長期強度が高くなるという優れた効果を奏するものである。更に本発明の前記第３項に記載の改良土は、前記第１項又は第２項に記載の改良土に添加される遅硬型土質改良用固化材に無水石膏、生石灰又は消石灰を一種類以上含有することを特徴とするもので、これによりいっそう優れた改良土の長期強度が高くなるという効果を奏するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明するが、本発明は、これらに限定されるものではない。本発明において、低熱ポルトランドセメント又は／及び中庸熱ポルトランドセメントと記載した意味は、低熱ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメントをそれぞれ単独に用いる意味と低熱ポルトランドセメントと中庸熱ポルトランドセメントとを併用して用いる意味を含めて表現したものである。また低熱ポルトランドセメント及び中庸熱ポルトランドセメントは、いずれもＣ3 Ｓを３０％以上含有するものである。
【００１１】
本発明において、低熱ポルトランドセメント又は中庸熱ポルトランドセメントは、それ自体はこの技術分野において周知のセメントであり、本発明では、これらのセメントを地盤改良工事の固化材の主成分として用いる。これらは単独で用いても併用してもよい。またこのようなポルトランドセメント１００重量部に対して、炭酸カルシウム１０〜２００重量部、高炉水砕スラグ１０〜３００重量部を添加混合する点にある。好ましくは本発明では、前記ポルトランドセメント１００重量部に対して、炭酸カルシウム５０〜１００重量部、高炉水砕スラグ５０〜２００重量部である。ここで炭酸カルシウム１０重量部未満、高炉水砕スラグ１０重量部未満では、固化処理土（改良土）の初期の強度発現が高くなり過ぎ好ましくなく、また炭酸カルシウム２００重量部、高炉水砕スラグ３００重量部を越えると固化処理土の初期の強度は所望値より低くなり過ぎ、また長期材齢においても強度発現が低くなり初期の目的を達成するには十分ではない。
【００１２】
また炭酸カルシウムは、この技術分野において使用されるものであれば、特に限定されるものではないが、好ましくは炭酸カルシウムの粉末度がブレーン比表面積で３６００ｃｍ2 ／ｇ以上である。技術的に得られる炭酸カルシウムの粉末度はブレーン比表面積で１５，０００ｃｍ2 ／ｇ程度である。炭酸カルシウムの粉末度がブレーン比表面積で３６００ｃｍ2 ／ｇ未満では、改良土の長期強度をあまり高くすることができず、地盤改良工事において使用制限幅が狭くなり好ましくない。また炭酸カルシウムの粉末度がブレーン比表面積で高い方がよいが、技術的に得られるブレーン比表面積は、１５，０００ｃｍ2 ／ｇ程度である。
【００１３】
本発明において、低熱ポルトランドセメント又は／及び中庸熱ポルトランドセメントに対して無水石膏、生石灰又は消石灰を一種類以上添加混合して使用することができる。これらの添加量は、低熱ポルトランドセメント又は／及び中庸熱ポルトランドセメントに対して０〜５０重量部であり、もちろんのことこの添加量は改良土の種類によって異なるので、使用に際しては、適否試験を行うのが好ましい。その結果、比較的強度発現性の良好な試料土に対しては０重量部でよく、強度発現性の悪い試料土に対しては３０〜５０重量部の割合で添加するのが望ましい。本発明に用いられる無水石膏としては、天然産品、副産品のいずれも使用でき、更に無水石膏に半水石膏、二水石膏、粘土鉱物などが不純物として混入していてもよい。
【００１４】
本発明において、低熱ポルトランドセメント又は／及び中庸熱ポルトランドセメントに対して、無水石膏に代えて生石灰又は消石灰を添加混合して用いることができ、またこれらを併用してもよい。また生石灰及び消石灰の混合割合は特に限定されるものではなく任意の割合でよい。本発明において、低熱ポルトランドセメント又は／及び中庸熱ポルトランドセメント１００重量部に対して、生石灰又は消石灰は、無水石膏の添加量と同様に５０重量部までがよい。更にまた本発明において、低熱ポルトランドセメント又は／及び中庸熱ポルトランドセメント１００重量部に対して、無水石膏、生石灰又は消石灰の組合せは任意であり、少なくともこれらを一種以上組み合わせることができる。本発明の遅硬型土質改良用固化材を用いた地盤改良工事を実施する場合、一般的な地盤改良工法が使用できる。この際、土壌への遅硬型土質改良用固化材の混合量は、対象土壌や固化材の添加方法又は混合機械等によっても異なるが、通常、５０〜４００ｋｇ／ｍ2 の範囲である。また土壌としては、好ましくは砂質土、粘性土のいずれにも使用することができ、更には砂質土層と粘性土層が交互に混在した層であってもよい。
【００１５】
（作用）本発明の遅硬型改良用固化材の固化機構は、セメント・石灰類によるカルシウムシリケート水和物やカルシウムアルミネート水和物を生成すること及び高炉水砕スラグのポゾラン反応により、固化強度を発現する。炭酸カルシウムは高炉水砕スラグの硬化刺激剤として作用し、長期材齢において高炉水砕スラグの水和反応を促進させる役目を担う。したがって、これらの要因が重なり相互的な作用により改良土の初期の固化強度を調節することができ、かつ安定的に長期強度を確保させることができることになる。
【００１６】
【実施例】
以下に本発明の実施例を挙げて、更に本発明を詳しく説明する。
【００１７】
〔実施例〕対象土として、砂質土（千葉県産、湿潤密度１．８８８ｇ／ｃｍ3 、含水比２８．５％）、粘性土（東京湾採取、湿潤密度１．５６２ｇ／ｃｍ3 、含水比８７．９％）をそれぞれ使用した。固化材としては、低熱ポルトランドセメント（宇部三菱セメント（株）製、記号Ｌ）、中庸熱ポルトランドセメント（宇部三菱セメント（株）製、記号Ｍ）、高炉セメントＢ種（宇部三菱セメント（株）製、記号ＢＢ）、炭酸カルシウム（宇部三菱セメント（株）製、ブレーン値３６００ｃｍ2 ／ｇ、記号Ｃ１）、ハイブレーンの炭酸カルシウム（宇部三菱セメント（株）製、ブレーン値８１００ｃｍ2 ／ｇ、記号Ｃ２）、高炉水砕スラグ（宇部三菱セメント（株）製、ブレーン値４０５０ｃｍ2 ／ｇ、記号ＳＧ）、副産無水石膏（旭硝子（株）製、記号Ａｎ）、生石灰（菱光石灰工業（株）、記号ＣａＯ）、消石灰（菱光石灰工業（株）、記号ＣＨ）を使用した。比較例として、高炉水砕スラグ及び遅延剤（藤沢薬品工業（株）、ジオリター１０、記号Ｇ）又は高炉水砕スラグを使用した。また特開平８−５３８３５号公報に開示されているものと同様の方法で表１に示す試製Ａを作製した。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
表１から明らかなように、特開平８−５３８３５号公報に示すセメントＡと同様のものであることが分かる。
【００２０】
ここで、表２、表３、表４、表５及び表６に示す試験結果に示される材料配合の固化材を湿潤土１ｍ3 に対し、砂質土の場合には、添加量を１５０ｋｇとし、また粘性土の場合には、添加量をそれぞれ２５０及び３５０ｋｇ（水／固化材＝１００％のスラリー）とし、ホバート型ミキサーで１０分間混合し、直径５０ｍｍ×高さ１００ｍｍの供試体に詰め、所定の材齢でベーンせん断試験（ＪＧＳ１４１１による）および一軸圧縮試験（ＪＩＳ  Ａ  １２１６による）を行った。砂質土、粘性土の重量１００に対する固化材重量はそれぞれ８、１６及び２２重量部となる。なお、▲１▼６時間材齢のせん断強度が２０ｋＮ／ｍ2 以下、▲２▼材齢３日の一軸圧縮強さが２００ｋＮ／ｍ2 以下、▲３▼材齢２８日又は９１日の一軸圧縮強さが２０００ｋＮ／ｍ2 以上の３つを目標性能とする。以下に、試験結果を表２、表３、表４、表５及び表６にそれぞれ示す。
【００２１】
【表２】
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【００２２】
表２から明らかなように、砂質土において、高炉セメントＢ種（記号ＢＢ）や高炉セメントＢ種（記号ＢＢ）に遅延剤（記号Ｇ）を添加した配合（比較例１〜３）では、初期材齢の強度が高いことがわかる。試製Ａに普通ポルトランドセメント（記号Ｎ）と高炉水砕スラグ（記号ＳＧ）を含有する固化材では、比較例４の如く初期材齢及び長期材齢共に強度が低く、また比較例５では、目標性能の1)及び3)の２つを満たすに過ぎないものであった。これに対して、本発明の改良土（実施例１〜８）では、目標性能の３つをすべて満足している。
【００２３】
【表３】
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【００２４】
表３から明らかなように、低熱ポルトランドセメント（記号Ｌ）の代替に中庸熱ポルトランドセメント（記号Ｍ）を使用した場合にも、同様に目標性能の３つをすべて満足したものが得られることが確認できた。また実施例１０では、ブレーン比表面積の高い炭酸カルシウムを使用することにより、長期強度をいっそう高くする性能下に目標性能の３つをすべて満足するものが得られることが確認できた。更に実施例１１〜１３では、無水石膏（記号Ａｎ）や生石灰（記号ＣａＯ）又は消石灰（記号ＣＨ）を添加しても同様に目標性能の３つをすべて満足するものが得られることが確認できた。
【００２５】
【表４】
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【００２６】
表４から明らかなように、粘性土において、高炉セメントＢ種（記号ＢＢ）や高炉セメントＢ種（記号ＢＢ）に遅延剤（記号Ｇ）を添加した配合のうち、比較例１０〜１１では、初期材齢の強度が高く、比較例１２では、長期材齢の強度が低いものしか得られず、目標性能を満足していない。また試製Ａに普通ポルトランドセメント（記号Ｎ）と高炉水砕スラグ（記号ＳＧ）を含有する固化材では、比較例１３の如く初期材齢及び長期材齢共に強度の低いものしか得られない。更に比較例１４では初期材齢でも３５３ｋＮ／ｍ2 となり２００ｋＮ／ｍ2 を越える結果、初期から長期の全体的な強度が高くなり目標性能を満足するものは得られなかった。これに対して、本発明の改良土（実施例１４〜２３）では、目標性能の３つをすべて満足するものが得られることが確認された。
【００２７】
【表５】
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【００２８】
表５から明らかなように、粘性土においても、低熱ポルトランドセメント（記号Ｌ）の代替に中庸熱ポルトランドセメント（記号Ｍ）を使用した場合にも、同様に目標性能の３つをすべて満足したものが得られることが確認できた。また実施例２５では、ブレーン比表面積の高い炭酸カルシウムを使用することにより、長期強度をいっそう高くする性能下に目標性能の３つをすべて満足するものが得られることが確認できた。更に実施例２６〜２８では、無水石膏（記号Ａｎ）や生石灰（記号ＣａＯ）又は消石灰（記号ＣＨ）を添加しても同様に目標性能の３つをすべて満足するものが得られることが確認できた。
【００２９】
【表６】
0004157720.tif 000007
【００３０】
表６から明らかなように、高炉セメントＢ種（記号ＢＢ）や高炉セメントＢ種に遅延剤（記号Ｇ）を添加した配合の比較例１８〜２０では、固化材添加量を変えても目標性能の３つをすべて満足するものは得られなかった。これに対して、炭酸カルシウムと高炉水砕スラグを組み合わせて使用したことにより、本発明の改良土（実施例２９〜３０）では、固化材添加量を変えても目標性能の３つをすべて満足している。
【００３１】
表７に示す試験結果に示される材料配合の固化材を湿潤土１ｍ3 に対し、粘性土の添加量を粉体添加（水／固化材＝０％）により１５０ｋｇ添加し、ホバート型ミキサーで１０分間混合し、直径５０ｍｍ×高さ１００ｍｍの供試体に詰め、所定の材齢でベーンせん断試験（ＪＧＳ１４１１による）および一軸圧縮試験（ＪＩＳ  Ａ  １２１６による）を行った。粘性土の重量１００に対する固化材重量は９．６重量部となる。なお、▲１▼６時間材齢のせん断強度が２０ｋＮ／ｍ2 以下、▲２▼材齢３日の一軸圧縮強さが２００ｋＮ／ｍ2 以下、▲３▼材齢２８日又は９１日の一軸圧縮強さが２０００ｋＮ／ｍ2 以上の３つを目標性能とする。以下に、試験結果を表７に示す。
【００３２】
【表７】
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【００３３】
表７から明らかなように、遅延剤（記号Ｇ）を添加できない粉体添加方法において高炉セメントを添加した配合（高炉セメントＢ種（記号ＢＢ）のみ）である比較例２１、２２では、初期材齢の強度が高いことがわかる。また試製Ａに普通ポルトランドセメント（記号Ｎ）と高炉水砕スラグを配合した固化材である比較例２３、２４では、目標性能の３つ（前記1)、2)及び3)の性能）をすべて満足するものは得られなかった。これに対して、低熱ポルトランドセメントと炭酸カルシウムと高炉水砕スラグを組み合わせて使用したことにより、本発明の改良土実施例３１〜３７）では、３つの目標性能をすべて満足している。なお、低熱ポルトランドセメントに代えて中庸ポルトランドセメントを用いる場合にも、３つの目標性能の範囲内の本発明の効果を奏する。
【００３４】
本発明によれば、３つの目標性能をすべて満足するものが得られ、その結果、改良土の初期の固化強度を調節することができ、かつ安定的に長期強度を確保することができ、時間的にも経済的にも効果的な遅硬型土質改良用固化材の添加した改良土が得られる。