(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半水石膏７０〜９０質量％、高炉セメント５〜１５質量％、そして硫酸アルミニウム５〜１５質量％からなる中性固化材であって、該半水石膏のブレーン比表面積が５００〜１５００ｃｍ2／ｇの範囲にあることを特徴とする中性固化材。
【請求項２】
粘性土もしくは含水砂質土の固化処理用である請求項１に記載の中性固化材。
【請求項３】
粘性土に、請求項１に記載の中性固化材を添加、混合することを特徴とする中性固化処理工法。
【請求項４】
液性指数が０〜１．６５の範囲にある粘性土に、中性固化材を該粘性土１ｍ3当り５０〜３００ｋｇの範囲の量にて添加、混合する請求項３に記載の中性固化処理工法。
【請求項５】
液性指数が０〜０．７０の範囲にある粘性土に、中性固化材を該粘性土１ｍ3当り５０〜１００ｋｇの範囲の量にて添加、混合する請求項４に記載の中性固化処理工法。
【請求項６】
含水砂質土に、請求項１に記載の中性固化材を添加、混合することを特徴とする中性固化処理工法。
【請求項７】
含まれる水分のｐＦ値が１．５〜３．０の範囲にある含水砂質土に中性固化材を該含水砂質土１ｍ3当り５０〜３００ｋｇの範囲の量にて添加、混合する請求項６に記載の中性固化処理工法。
【請求項８】
含まれる水分のｐＦ値が２．０〜３．０の範囲にある含水砂質土に中性固化材を該含水砂質土１ｍ3当り５０〜１００ｋｇの範囲の量にて添加、混合する請求項７に記載の中性固化処理工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中性固化材、特に含水土壌の固化処理に適した中性固化材、そして該中性固化材を用いる含水土壌の中性固化処理方法に関する。本発明は特に、粘性土や含水砂質土のような含水土壌を略中性条件にて固化処理を実施して、建設発生土利用技術マニュアルに規定されている第３種改良土および第２種改良土のような利用価値の高い改良土壌とすることを可能にする中性固化材と中性固化処理工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
軟弱土壌の土質改良には通常、土壌固化材を使用する固化処理が施される。また、土木工事等に伴って発生する建設汚泥を搬出する際、該建設汚泥は、その流動性が高いことから、そのままでの搬送が困難な場合があり、予め固化材を使用して固化処理を施した後、搬出することがある。何れの場合でも、土壌固化材には、固化処理後の土壌が目的に合った十分な強度を有していること、適度の固化速度を有していること、固化材が化学的に安定であって、有害物質が溶出しないこと等の特性が要求されるが、これ等複数機能を要求される固化材として既に多くの技術が開示されている。
【０００３】
この内、セメントを主成分とするセメント系固化材は高い強度は得られるものの、セメント自体が強アルカリであるため、固化処理後の土壌の高ｐＨ値が問題となる場合がある。一方、このアルカリ問題に対応して半水石膏等を主成分とする石膏系固化材がある。この石膏系固化材では、石膏自体が中性であるためｐＨ値に関する問題の発生はないものの、改良後の土壌が十分な強度を示さないと云う問題がある。
【０００４】
上記の問題を解決するために、セメント、石膏双方を成分とし、両系の長所を活かそうとする土壌固化材が幾つか提案されている。
例えば、特開平８−３０２３４６号公報および特開平８−３１１４４６号公報には、半水石膏、セメントおよび石灰、高炉スラグ等の混合材より成る土壌固化材が開示され、特開平６−２２０４５１号公報には石膏、ポルトランドセメントおよび硫酸アルミニウムより成る固化材が開示されている。
【０００５】
特開平７−１７９８５４号公報には、無水または半水石膏、セメントおよび硫酸基を有する無機塩よりなる固化材が開示されている。さらに特開平１０−２７３６６０号公報および特開平１０−２７３６６３号公報には、半水石膏、アルミナセメント、またはアルミナセメントとポルトランドセメントの混合セメントと硫酸アルミニウムまたは硫酸鉄より成る固化材が開示されている。
【０００６】
上記の各種の土壌固化材の作用効果については、各公報には記載があるが、固化処理対象の土壌、固化材添加量、評価方法等が夫々異なるため、土壌固化材としての厳密な比較評価はできない。ただし、一般に、これらのセメントと石膏を併用した土壌固化材は速硬性が強く、土壌との混合処理中に硬化反応が進行し、施工性が問題となる場合がある。また、混合時間によっては改良土の強度が低下する等の問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、半水石膏とセメントを併用する固化材による固化処理において、所定の強度の改良土を与えることは勿論のこと、施工性に優れ、且つ処理コストが安い中性固化材を提供し、さらに該中性固化材を使用する中性固化処理工法の提供を目的とする。
【０００８】
本発明は特に、ｐＨ値が、排水基準に相当する中性領域（５．８〜８．６）の範囲にあって、且つ、建設発生土利用技術マニュアルに規定されている、利用用途の広い、コーン指数が４００ｋＮ／ｍ2以上の第３種改良土、特にコーン指数８００ｋＮ／ｍ2以上の第２種改良土に変えることを可能にする中性固化材と中性固化処理工法の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、半水石膏に、それぞれ相対的に少量の高炉セメントと硫酸アルミニウムとを添加して製造した組成物において、半水石膏として特定の範囲のブレーン比表面積を持つ半水石膏を使用することにより、上記課題を解決する優れた中性固化材となることを見出し、本発明を完成した。
【００１０】
本発明は、半水石膏７０〜９０質量％、高炉セメント５〜１５質量％、そして硫酸アルミニウム５〜１５質量％からなる中性固化材であって、該半水石膏のブレーン比表面積が５００〜１５００ｃｍ2／ｇの範囲にあることを特徴とする中性固化材にある。
【００１１】
すなわち、本発明は、主成分の半水石膏に、高炉セメントと硫酸アルミニウムとを、それぞれ半水石膏に対して相対的に少ない量にて添加してなる中性固化材において、半水石膏としてブレーン比表面積が５００〜１５００ｃｍ2／ｇの範囲にある半水石膏を用いることを特徴とする。
【００１２】
本発明はまた、粘性土に、本発明の中性固化材を添加、混合することを特徴とする中性固化処理工法にもある。この粘性土の中性固化処理工法は、液性指数が０〜１．６５の範囲にある粘性土に、上記の中性固化材を該粘性土１ｍ3当り５０〜３００ｋｇの範囲の量にて添加、混合する方法で実施することが好ましい。あるいは、液性指数が０〜０．７０の範囲にある粘性土に、上記の中性固化材を該粘性土１ｍ3当り５０〜１００ｋｇの範囲の量にて添加、混合する方法によって土壌の中性固化処理を行なうことも好ましい。
【００１３】
本発明はまた、含水砂質土に、本発明の中性固化材を添加、混合することを特徴とする中性固化処理工法にもある。この含水砂質土の中性固化処理方法は、含まれる水分のｐＦ値が１．５〜３．０の範囲にある含水砂質土に上記の中性固化材を該含水砂質土１ｍ3当り５０〜３００ｋｇの範囲の量にて添加、混合する方法で実施することが好ましい。あるいは、含まれる水分のｐＦ値が２．０〜３．０の範囲にある含水砂質土に、上記の中性固化材を該含水砂質土１ｍ3当り５０〜１００ｋｇの範囲の量にて添加、混合する方法によって中性固化処理を行なうことも好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の中性固化材は中性（略中性を含む）を示し、水硬性材料として高炉セメントと石膏との混合物を使用するものである。石膏は、それ自身が中性であるだけでなく、金属イオンの放出も極めて少なく、固化後土壌が二次公害を引き起こすおそれが全くないことから、化学的には望ましい材料であるが、強度的には固化材としての性能を十分に有しておらず、固化材として利用するには適当な固化助剤の存在が必要である。ただし、固化助剤としてのセメントと併用時には、前述のようにその速硬性が強すぎ施工性等に問題が生ずる。
【００１５】
一方、セメントは、強度面では優れた固化改良土壌を与えるが、それ自身が強アルカリであり、セメントを固化材の成分として使用するに当っては、適正な添加量の検討やアルカリ中和剤の使用が必要となる。
【００１６】
本発明者は、ブレーン比表面積が５００〜１５００ｃｍ2／ｇの半水石膏を主成分として用い、これに高炉セメントを少量添加し、さらに中和剤としての硫酸アルミニウムを少量添加した組成物を用いることを考え、これにより、上記課題を解決した。
【００１７】
一般の市販半水石膏のブレーン比表面積は３０００ｃｍ2／ｇ以上であるが、本発明者の研究によると、本発明の用途に、このような微細な半水石膏を使用すると、混合直後にこわばりを生じ、施工性が悪くなるうえに、さらに練り殺しにより強度低下を引き起こす可能性があることが判明した。一方、ブレーン比表面積が５００ｃｍ2／ｇより小さいと、反応速度が極端に遅くなると共に、強度の低下を招く恐れがあることも確認した。
【００１８】
従って、本発明の固化材の主成分の一つである半水石膏は、ブレーン比表面積が５００〜１５００ｃｍ2／ｇの範囲に在る比較的粗粒の粒子成分を使用する。一般的な方法で焼成し、熟成して製造され、粉砕処理を施されていない脱硫石膏は、この範囲のブレーン比表面積を持つ半水石膏であり容易に入手できるものである。該石膏は、粒度が適度に粗いことから、反応速度が適度に制御され、含水土壌との混合中のこわばりの発生が少なく、そして、その後の強度はむしろ増加するため、従来の半水石膏系固化材より施工性が顕著に向上する。半水石膏の量は、セメント及び硫酸アルミニウム量に応じて、７０〜９０質量％の範囲内で選択することが好ましい。
【００１９】
本発明の中性固化材においては、セメント成分として高炉セメントを使用するが、実際的量の固化材添加による固化処理後土壌の強度確保とｐＨ値上昇を抑制するため、その添加量は、５〜１５質量％の範囲にすることが好ましい。また、中和剤として用いる硫酸アルミニウムは、高炉セメントと略同等の量を添加することで中性を維持することが可能となるため、そのような量にて使用することが好ましい。
【００２０】
硫酸アルミニウムは、高炉セメントの中和剤として作用するだけでなく、高炉セメントとの反応により二水石膏を生成し、該二水石膏はその後の半水石膏の水和による二水石膏生成時の種晶として作用し、二水石膏の形態を固化に有利なアスペクト比の大きなものとする。一般にこの種晶は石膏の反応を促進するため、前述したこわばりの問題を生ずるが、本発明においては、半水石膏の粒度を適正値に制御したことにより、この反応促進効果が逆にプラスに作用する。同時に、これらの反応で生成する非晶質のアルミニウムゲルやシリカゲルが二水石膏のバインダーとして作用するとともに二水石膏の溶解・再析出を抑制することで強度低下が抑制される。
【００２１】
本発明の中性固化材の調製に必要な材料は何れも粉末状であること、そして固化材がそれら材料の単なる混合物であることから、その調製に当たっては特別な機器、手段を必要とせず、ミキサー等、公知の粉体混合用の機器を使った公知の粉体混合方法が適用できる。
【００２２】
本発明の中性固化材を用いて含水土壌の中性固化処理を行なうに当たっては、土壌に余分な水を加えないことが好ましいことを考慮すると、粉末状態で混合するのが望ましい。その際、一般に行なわれている改良プラントを用いて混合するプラント混合法やバックホウやスタビライザー等を用いる方法が効果的に適用できる。
【００２３】
本発明の中性固化材は、特に粘性土や含水砂質土の固化処理に特に有効に使用することができる。
【００２４】
粘性土の固化処理に用いる場合には、液性指数が０〜１．６５、特に０〜０．７の粘性土の固化処理に有効であって、液性指数が０〜１．６５の粘性土に対しては、粘性土１ｍ3当り、５０〜３００ｋｇの使用量で、そして液性指数が０〜０．７の粘性土に対しては、粘性土１ｍ3当り、５０〜１００ｋｇの使用量で固化処理を行なうことが好ましい。液性指数は公知の指数であり、公知の液性・塑性限界試験を利用して測定算出することができる。
【００２５】
含水砂質土の固化処理に用いる場合には、ｐＦが１．５〜３．０、特に２．０〜３．０の含水砂質土の固化処理に有効であって、ｐＦが１．５〜３．０の含水砂質土に対しては、含水砂質土１ｍ3当り、５０〜３００ｋｇの使用量で、そしてｐＦが２．０〜３．０の含水砂質土に対しては、含水砂質土１ｍ3当り、５０〜１００ｋｇの使用量で固化処理を行なうことが好ましい。砂質土のような殆どシルトや砂分で構成されている土については、液性・塑性限界試験の利用が困難であるため、ｐＦ（ｐＦ値）を用いて規定している。このｐＦは公知の指数であって、土の間隙に保持されている水分を取り出すのに必要な吸引力を水柱高さ（ｃｍ）の絶対値を常用対数で表わした値であり、この値が大きい程、水が土壌とより強く結合した状態にあることを示す。
【００２６】
【実施例】
（１）固化材の調製
脱硫石膏を焼成・熟成した半水石膏粉末に所定量の高炉セメント、硫酸アルミニウムを添加したものを混合して固化材を調製した。原材料の配合比は表１及び表２に示す。
【００２７】
（２）供試土壌の調製
対象とする粘性土が所定の液性指数を持つ様に、また、砂質土が所定のｐＦを持つ様に夫々加水し、ホバート型ミキサーで３分間混合したものを供試土壌とした。
【００２８】
（３）土壌の固化処理
上記（１）で調製した固化材の所定量を上記（２）で調製した供試土壌に添加した後、ホバート型ミキサーで３分間混合した。混合後の土壌を、温度２０℃、湿度９６％の恒温恒湿槽内で１時間および７日間密封養生し、固化処理された改良土壌を得た。
【００２９】
（４）改良土壌の評価：コーン指数測定
上記（３）で得られた改良土壌をときほぐし、９．５ｍｍふるいを通した後、直径１０ｃｍ、容量１リットルのモールドに締固め、ＪＩＳ Ａ １２２８に則った方法でそのコーン指数を測定した。尚、コーン指数は、液性指数１．６５以下の粘性土又は含まれる水分のｐＦが１．５以上の砂質土については対象土壌１ｍ3当たり３００ｋｇの添加で第３種改良土に相当する４００ｋＮ／ｍ2以上、液性指数０．７以下の粘性土、または含まれる水分のｐＦが１．５以上の砂質土については、１００ｋｇの添加で第２種改良土に相当する８００ｋＮ／ｍ2以上を目標強度とした。
【００３０】
（５）改良土壌の評価：ｐＨ測定
上記（３）で得られた成形前の土壌について、地盤工学会基準ＪＧＳ０２１１−２０００に則り、改良土壌のｐＨを測定した。ｐＨ値については、一般に中性の指標とされる排水基準５．８〜８．６の範囲を目標とした。
【００３１】
［実施例１〜１０、比較例１〜８］
半水石膏８５質量％、高炉セメント７．５質量％および硫酸アルミニウム７．５質量％の固化材を調製し、含水比の異なる粘性土および砂質土を対象土壌とした場合の例を夫々表１、表２に示す。
【００３２】
本発明の範囲に含まれる組成を有する固化材を用いた場合、固化改良後土壌のｐＨ値は何れも中性領域に存在する。材齢１時間のコーン指数は、液性指数１．６５以下の粘性土及び含まれる水分のｐＦが１．５以上の砂質土については対象土壌１ｍ3当たり３００ｋｇの添加で第３種改良土に相当する４００ｋＮ／ｍ2以上を示し、土壌によっては第２種改良土に相当する８００ｋＮ／ｍ2以上の値を示す。また、液性指数０．７以下の粘性土及び含まれる水分のｐＦが１．５以上の砂質土については、１００ｋｇの添加で第２種改良土に相当する８００ｋＮ／ｍ2以上の値を示している。
【００３３】
また、材齢の経過により強度は増大する。それに対して、半水石膏単独や本発明の範囲を外れる比表面積の半水石膏を用いた場合、固化改良後土壌のコーン指数は目標とした基準に達せず、さらに材齢の経過による強度低下が見られる。
【００３４】
【表１】
0004070982.tif 000002
【００３５】
【表２】
0004070982.tif 000003
【００３６】
【発明の効果】
本発明の中性固化材は、中性領域において実用的な量の添加で、利用用途の広い強度を有する改良土の提供を可能にした。たとえば、本発明の中性固化材を用いて粘性土や含水砂質土を固化処理することによって、建設発生土利用技術マニュアルに規定されている、利用用途の広い、コーン指数が４００ｋＮ／ｍ2以上の第３種改良土、特にコーン指数８００ｋＮ／ｍ2以上の第２種改良土に変えることが可能になる。