(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメントと、酸性不純物を含み飽和水溶液のｐＨが４．５〜６．５である硫酸ナトリウムとから構成されるセメント系地盤改良材。
【請求項２】
硫酸ナトリウム含有量が１〜６重量％である、請求項１に記載のセメント系地盤改良材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セメント系地盤改良材に関するものである。より具体的には、幅広い土質に適用可能で、且つ、短期及び長期にわたり強度発現性に優れ、安価に製造できるセメント系地盤改良材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、セメント系地盤改良材は、主材であるセメントに、硬化促進剤等の各種添加剤（材）を混合して使用するのが一般的である。この場合、添加剤（材）の種類および添加量は、固化処理の対象となる軟弱土の性状（粒度、含水比、有機物含有量等）に応じて調整されている。
しかしながら、それらの添加剤（材）は、高含水有機質土や火山灰質粘土等、特定の土質にのみ硬化促進効果を発揮するものが多く、対象外の土に使用した場合には、ほとんど効果が得られないという問題があった。また、目標強度を達成するために添加量を増やすと必然的にコスト高となることから、幅広い土質に対して少量添加でより効果的に硬化促進機能を発揮する材料の開発が望まれていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、短期および長期にわたる硬化促進効果を有していることは勿論、幅広い土質に対して適用可能であり、且つ安価な地盤改良材の提供を目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、その飽和水溶液のｐＨが特定の範囲にある硫酸ナトリウムが優れたセメント硬化促進機能を有し、それを添加して調製したセメント組成物が目的とする特性を備えた地盤改良材となることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、セメントと、酸性不純物を含み飽和水溶液のｐＨが４．５〜６．５である硫酸ナトリウムとから構成されるセメント系地盤改良材に関する。
以下に本発明を説明する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明のセメント系地盤改良材は、ベースとなるセメントに、その飽和水溶液のｐＨが４．５〜６．５である硫酸ナトリウムを添加することにより、幅広い土質に対して効果的にセメントの硬化を促進し、短期のみならず長期においても高い強度発現性を示す様にしたものである。
ベースに用いるセメント種としては、ＪＩＳ規格のポルトランドセメント、ポルトランドセメントに高炉スラグ、フライアッシュ、シリカフューム、せっこう等の混和材を１種以上混合して製造される混合セメントを挙げることが出来る。
【０００６】
本発明の地盤改良材を構成するもう一つの成分である硫酸ナトリウムには様々な製法が在り、製法に依存して、粒度、純度等が異なる生成物が得られる事になる。硫酸ナトリウムは強酸と強塩基の塩であることから、飽和水溶液は中性を示すと一般には思われているが、製造法によっては硫酸分やその他の不純物の残留・付着が生じるため、中性でないものが多いのが現状である。
本発明では、硫酸等の酸性不純物を含み、その飽和水溶液のｐＨが４．５〜６．５、好ましくは５．０〜６．０と弱酸性の領域にある硫酸ナトリウムを使用することを大きな特徴とする。
【０００７】
硫酸ナトリウムが、セメントの硬化促進剤として有効である事は公知であるが、この硬化促進作用の本質は、主に液相中のカルシウムイオンの飽和濃度を低下させ、珪酸カルシウム鉱物の活発な水和反応の時期を早めるためであるといわれている。本発明で使用する、その飽和溶液が中性ではなく弱酸性を示す硫酸ナトリウムを添加した場合には、公知の珪酸カルシウム水和反応促進作用に加えて、硬化初期に生成するエトリンガイト結晶のアスペクト比が適度に大きくなり、軟弱土の土粒子を拘束し易い形態になるという優れた効果を示す。これは弱酸の混入がもたらす液相イオン濃度の変化によるものと推測される。更に、その詳細は不明であるが、多量の有機物を含むような軟弱土に対する効果の発現は、セメントの水和反応を阻害する有機酸アニオンの発生が、その飽和水溶液が弱酸性を示す硫酸ナトリウムのもたらす弱酸の影響で硬化初期において抑制されるためと推測される。
すなわち、珪酸カルシウム硬化促進作用以上の付加効果は、その飽和水溶液が弱酸性を示す硫酸ナトリウムを添加した場合にのみ発現するのである。
【０００８】
本発明で使用する硫酸ナトリウムは、酸性不純物を含むため飽和水溶液にした時に４．５〜６．５のｐＨ値を示すものであれば、無水塩、含水塩の何れをも使用することができる。
【０００９】
飽和水溶液のｐＨが４．５〜６．５である硫酸ナトリウムの添加量は、セメント系地盤改良材１００重量％中、無水塩換算で１〜６重量％とするのが良い。この範囲より少ない量では十分な添加効果が発現しないし、逆にこれより多くしても、添加効果は頭打ちになることから添加量に見合った効果が発現せず、コスト的に好ましいものでなくなるだけでなく、逆に強度低下を招く場合がある。特に、２〜４重量％の添加は、強度特性的にもまたコスト的にも非常に好ましい結果を与える。
【００１０】
本発明において、硫酸ナトリウムの添加方法・時期は特に制限されるものではない。セメント製造時に添加したり、既成セメントと予め混合して置く等のプリミックス法、または、土壌改良施工現場で各成分を混合する方法の何れでも行うことが出来る。
【００１１】
本発明の地盤改良材使用して軟弱土の改良を行うに当っては、粉体のまま土と混合する乾式工法、予め地盤改良材と水とを混合してスラリー状とした後に土と混合する湿式工法の何れをも選択することが出来る。また、スタビライザー等を用いる浅層処理工法、ＣＤＭ・ＤＪＭに代表される深層処理工法、建設発生土や浚渫土等の固化処理等にも適用可能である。
地盤改良材の軟弱土への添加量は、軟弱土の含水比・有機物含有量等によっても異なるが、通常は土１ｍ3当たり、砂質系の土で５０〜２００ｋｇ、粘土質系の土で５０〜３００ｋｇ、高含水土や高有機質土で１00〜５００ｋｇ程度の範囲で選択して使用する。
【００１２】
【実施例】
以下、具体例を示し、本発明を更に詳しく説明する。
（１）セメント系地盤改良材の調製
セメント系地盤改良材は、普通ポルトランドセメントと所定種の硫酸ナトリウムの所定量を添加し、卓上混合機で２分間混練して調製した。
（２）土壌の固化改良、改良後土壌の評価
表１に示した４種の処理対象土に、上記（１）で調製したセメント系地盤改良材を所定量を添加し、ホバートミキサで５分間混練した後、径５０ｍｍ＊長さ１００ｍｍの円筒形型枠に入れ養生した。尚、地盤改良材の添加量は、処理対象土種に応じて、表１中最右欄に示すように変化させた。
材齢３日、７日および２８日後の改良土の一軸圧縮強さを、「ＪＩＳ  Ａ１２１６  土の一軸圧縮試験方法」に準拠して測定した。
【００１３】
【表１】
0004069527.tif 000002
【００１４】
実施例１〜６および比較例１〜４
飽和水溶液の示すｐＨ（以後、単にｐＨと称す）が互いに異なる硫酸ナトリウムを使用して地盤改良材を調製し、粘性土▲１▼および浚渫土を対象にｐＨの効果を調べたものである。硫酸ナトリウムの量は、地盤改良材全体の３．０重量％とした。結果は、硫酸ナトリウムを添加しなかった場合の例（比較例４）と共に、表２に示す。
【００１５】
【表２】
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【００１６】
また、硫酸ナトリウムを含まない地盤改良材を使用した場合（比較例４）の一軸圧縮強さを１００として示される各一軸圧縮強さの相対値を、硫酸ナトリウム飽和水溶液ｐＨに対してプロットしたものが図１である。
低ｐＨの硫酸ナトリウムでは、添加効果は低く、発現効果は土壌種に依存して変化する。例えば、ｐＨ４．２の硫酸ナトリウムは、粘性土に対しては極めて低いながらも正の添加効果が発現するが、高含水率の浚渫土では、硫酸ナトリウムの添加で短期材齢における一軸圧縮強さが、無添加の場合よりも低下している。ｐＨ値の上昇と共に硫酸ナトリウム添加効果は大きくなり、ｐＨ値５〜６の範囲で最大値を示した後、減少に転じ、６．５以降は減少傾向も底を打ち、低値安定となる。この傾向は土壌種によらない。
土壌種に関係なく、硫酸ナトリウムの添加効果が発現するのはｐＨ４．５〜６．５の範囲であり、特にｐＨ５．０〜６．０においては、土壌種に依存しない顕著な添加効果が発現する。
【００１７】
実施例７〜１３および比較例５
ここでは、硫酸ナトリウム種を、実施例４で用いた飽和水溶液のｐＨ値が５．４のものに固定して、その添加量を変化させた地盤改良材を調製し、砂質土および粘性土▲２▼を対象に、硫酸ナトリウム含有量と地盤改良効果との関係を調べた。結果を表３および図２に示す。
【００１８】
【表３】
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【００１９】
改良土の一軸圧縮強度は、砂質土、粘性土▲２▼何れの土においても、短期、長期ともに、硫酸ナトリウム含有量６重量％までは硫酸ナトリウム量の増大と共に高くなる。添加効果は１重量％でも明確に認められ、２重量％以上で更に顕著となるが、４重量％を越えると徐々に頭打ちとなり、６重量％を越えると逆に低下する傾向にある。すなわち、発現効果と添加量とを考慮した好ましい硫酸ナトリウムの含有量は１〜６重量％であり、特に、２〜４重量％の組成物は好ましい結果を与える。
【００２０】
【発明の効果】
本発明のセメント系地盤改良材は、セメントに、飽和水溶液が特定の領域のｐＨ値を示す硫酸ナトリウムを添加するという簡便且つ安価な方法で調製可能であり、幅広い土質に対して優れた短期および長期強度発現性を示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】改良土一軸圧縮強さの、硫酸ナトリウム飽和水溶液ｐＨ値依存性の例を示す図である。
【図２】改良土一軸圧縮強さの地盤改良材中硫酸ナトリウム含有量への依存性例を示す図である。
【図１】
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【図２】
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