(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤の粘性土又は砂質土を含む土と撹拌により混合されて該地盤を硬化するための地盤改良用固化材であって、
SiO2成分とNa2O成分とのモル比S/Nが1.0〜2.0の珪酸ナトリウムNSと
高炉スラグ微粉末SLを混合した固化材Mを含み、
高炉スラグ微粉末SLと珪酸ナトリウムNSの重量比SL/NSが5〜32であり、
固化材Mの固形分重量Pと水Wとの重量比である水比W/Pが100〜140％（重量比SL/NSが5であり、水比W/Pが100である場合を除く）であり、
固化材Mにカルシウムを含む添加材が高炉スラグ微粉末と置換されて添加されていることを特徴とする地盤改良用固化材。
【請求項２】
地盤の粘性土又は砂質土を含む土と撹拌により混合されて該地盤を硬化するための地盤改良用固化材であって、
SiO2成分とNa2O成分とのモル比S/Nが1.0〜2.0の珪酸ナトリウムNSと
高炉スラグ微粉末SLを混合した固化材Mを含み、
高炉スラグ微粉末SLと珪酸ナトリウムNSの重量比SL/NSが5〜32であり、
固化材Mの固形分重量Pと水Wとの重量比である水比W/Pが100〜140％（重量比SL/NSが5であり、水比W/Pが100である場合を除く）であり、
固化材Mにガラス粉末が添加されていることを特徴とする地盤改良用固化材。
【請求項３】
地盤の粘性土又は砂質土を含む土と撹拌により混合されて該地盤を硬化するための地盤改良用固化材であって、
SiO2成分とNa2O成分とのモル比S/Nが1.0〜2.0の珪酸ナトリウムNSと
高炉スラグ微粉末SLを混合した固化材Mを含み、
高炉スラグ微粉末SLと珪酸ナトリウムNSの重量比SL/NSが5〜32であり、
固化材Mの固形分重量Pと水Wとの重量比である水比W/Pが100〜140％（重量比SL/NSが5であり、水比W/Pが100である場合を除く）であり、
前記珪酸ナトリウムとして、フライアッシュ粉末とナトリウム原料とを混合粉砕して生成された材料が用いられることを特徴とする地盤改良用固化材。
【請求項４】
地盤の粘性土又は砂質土を含む土と撹拌により混合されて該地盤を硬化するための地盤改良方法であって、
SiO2成分とNa2O成分とのモル比S/Nが1.0〜2.0珪酸ナトリウムNSと高炉スラグ微粉末SLを混合した固化材Mとし、高炉スラグ微粉末SLと珪酸ナトリウムNSとの重量比SL/NSが5〜32である固化材Mを作製する工程と、
該固化材Mの固形分重量Pと水Wとの重量比W/Pが100〜140％（重量比SL/NSが5であり、水比W/Pが100である場合を除く）となるように、該固化材Mと地盤の土とを混合して撹拌する工程とを有し、
固化材Mにカルシウムを含む添加材が高炉スラグと置換されて添加されていることを特徴とする地盤改良方法。
【請求項５】
地盤の粘性土又は砂質土を含む土と撹拌により混合されて該地盤を硬化するための地盤改良方法であって、
SiO2成分とNa2O成分とのモル比S/Nが1.0〜2.0珪酸ナトリウムNSと高炉スラグ微粉末SLを混合した固化材Mとし、高炉スラグ微粉末SLと珪酸ナトリウムNSとの重量比SL/NSが5〜32である固化材Mを作製する工程と、
該固化材Mの固形分重量Pと水Wとの重量比W/Pが100〜140％（重量比SL/NSが5であり、水比W/Pが100である場合を除く）となるように、該固化材Mと地盤の土とを混合して撹拌する工程とを有し、
固化材Mにガラス粉末が添加されていることを特徴とする地盤改良方法。
【請求項６】
地盤の粘性土又は砂質土を含む土と撹拌により混合されて該地盤を硬化するための地盤改良方法であって、
SiO2成分とNa2O成分とのモル比S/Nが1.0〜2.0珪酸ナトリウムNSと高炉スラグ微粉末SLを混合した固化材Mとし、高炉スラグ微粉末SLと珪酸ナトリウムNSとの重量比SL/NSが5〜32である固化材Mを作製する工程と、
該固化材Mの固形分重量Pと水Wとの重量比W/Pが100〜140％（重量比SL/NSが5であり、水比W/Pが100である場合を除く）となるように、該固化材Mと地盤の土とを混合して撹拌する工程とを有し、
前記珪酸ナトリウムとして、フライアッシュ粉末とナトリウム原料とを混合粉砕して生成された材料が用いられることを特徴とする地盤改良方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤改良用固化材及びそれを用いた地盤改良方法に関し、特に、砂質土又は粘性土などからなる軟弱地盤と撹拌により混合することにより地盤を硬化させる地盤改良用固化材及び地盤改良方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
軟弱地盤を改良するための手法として、固化材と軟弱地盤とを撹拌して混合、地盤を硬化させる撹拌法と、固化材と地盤の撹拌を伴わない非撹拌法とに分類することができる。非撹拌法としては、例えば、薬剤注入法や凍結法などが知られている。
【０００３】
撹拌法には、主に２つの形式があり、一つは、固化材を地盤中に圧入しながら、攪拌翼などの攪拌装置を用いて機械的に撹拌する方法であり、他の一つは、固化材を地盤中に高圧で噴射することで地盤を切削し撹拌する方法である。撹拌法のいずれの手法においても、固化材を含む流体は、パイプライン輸送が可能であり、ノズルで孔づまりを起こさない程度の流動性を有する必要がある。
【０００４】
ところで、攪拌法を用いた地盤改良手法において、ブロック状または壁状もしくは格子状の改良体を造成する場合、互いに隣接する改良杭がラップして重なり合うような杭配置が行われている。この配置は高圧で固化材を噴射する手法では容易に成されるが、機械的に攪拌する手法においては固化材の硬化の進行に従って攪拌不能となるため、硬化遅延性を有する固化材や添加剤を使用することで対処されている。
【０００５】
撹拌法で用いる固化材としては、一般的には、水硬性を有するポルトランドセメントや、銑鉄を製造する際の副産物である高炉スラグを粉末にした高炉スラグ微粉末を普通ポルトランドセメントと混合させた高炉セメントなどが多く用いられている。
【０００６】
高炉スラグ微粉末は潜在水硬性を有しており、その潜在水硬性を顕在化させるためのアルカリ刺激剤として、ポルトランドセメントが利用されている。ポルトランドセメントの水和反応によりアルカリ性である水酸化カルシウムが生成され、高炉セメントでは、このアルカリ性物質により高炉スラグの潜在水硬性が発現する。高炉セメントのさまざまな組成については、例えば、特許文献１乃至３において提案されている。
【０００７】
一方、普通ポルトランドセメントを混合せずに、高炉スラグ微粉末の潜在水硬性を発現させる固化材についての提案もなされている。一例として、特許文献４は、高炉スラグ微粉末に石膏及び炭酸カルシウムを混合させた水硬性物質について提案する。また、特許文献５は、高炉スラグ微粉末に、消石灰と石膏とを配合する地盤改良材について開示し、特に粘性土の硬化に適した地盤改良用固化材について提案している。
【０００８】
非特許文献１及び２は、廃ガラスやフライアッシュ等のシリカ成分を多量に含む無機系廃棄物にpHを高めるため水酸化ナトリウムを加え混合し、熱処理したものを乾燥、粉砕した混和材に、高炉スラグ微粉末を加え混合した混合固化材について提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−１３７３１８号公報
【特許文献２】特開２００６−０５７０５０号公報
【特許文献３】特開２０１５−０２５１３７号公報
【特許文献４】特開２０１２−０９１９４９号公報
【特許文献５】特開２００９−２０９２８３号公報
【特許文献６】特許５６９８７７４号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】第１１回地盤改良シンポジウム論文集、2014年11月6日、p151-ｐ156  「無機系廃棄物を原料とした水硬性固化材の地盤改良への適用性に関する基礎的研究」
【非特許文献２】第１２回地盤改良シンポジウム論文集、2016年10月27日、p381-ｐ386「無機系廃棄物から製造したシリカ系混和材と高炉スラグ微粉末からなる混合固化材の開発と撹拌系地盤改良工法への適用性」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
この粘性土の地盤改良について取り上げると、地盤を構成する土壌の粒度と固化材の反応において、土壌が砂や礫のように空隙が大きい場合には、撹拌により粒子間隙に固化材が絡みやすく、結晶などが析出して硬化しやすい。しかしながら、粘性土のような微細な粒子の場合、粒子間隔が狭くなるばかりでなく、粒子の表面積が大きくなるため、固化材の少量の添加では硬化しにくくなる。普通ポルトランドセメント（普通セメント）を主成分とする固化材においては、コンクリートの硬化作用と同様に、土壌を構成する粒子間隙に各種コンクリート鉱物が析出することで硬化が行われる。また、普通セメントは、溶解しやすい成分が少なく、イオンが拡散して微細な部分に新たな塩類を析出する確率が低いため、粒子間隔の狭い粘性土の硬化には比較的有効ではないと考えられる。従って粘性土の改良強度は砂質土のそれに比べて一般的に小さくなる。
【００１２】
また、粘性土の地盤改良においては、固化材と原地盤土を攪拌混合した際に、微細な粘土粒子に固化材中のカルシウムイオンが吸着して凝集体を形成し、これらがネットワーク化することで土中の水分を拘束するため、流動性が低下して粘性が増大しやすい。流動性の低下は攪拌混合が不十分（もしくは不能）となることによる改良品質低下を招く。また高圧で固化材を噴射する手法においては、流動性の低下により切削屑の排出が阻害され、更なる改良品質の低下を招くだけでなく、地盤隆起や構造物変状も誘発する。流動性の低下（粘性の増大）を防止する方法としては一般に高流動性の固化材や流動化剤が使用されているが、これらを過剰に使用することは固化不良を招き改良品質低下の原因となる。
【００１３】
粘性土地盤において高強度化を図るために固化材の添加量を多くした場合固化材と原地盤土の混合物の粘性がさらに増加するため、更に撹拌混合が不十分（もしくは不能）となり、改良品質の低下や施工不能といったトラブルに発展する。このため、実質的には混合可能な範囲での添加量しか増加することができないため、高強度化にも限界がある。
【００１４】
さらに、ブロック状または壁状もしくは格子状の改良体を造成する目的で、互いに隣接する改良杭をラップさせた配置を行う場合について取り上げると、改良体を造成する際に使用される硬化遅延性を有する固化材や添加剤は、接合させる隣接杭の施工日が順延した場合、効力が消失し攪拌不能となってしまう。またこれらの硬化遅延性材料を過剰に使用した場合は固化不良によって改良品質が低下することがある。
【００１５】
本発明者は、従来より、普通セメントを用いない水硬性物質として、高炉スラグ微粉末と珪酸ナトリウムとを混合した物質についての研究・開発を続けており、特許文献６において、高炉スラグ微粉末と珪酸ナトリウムとを混合したコンクリートにおいて、劣化速度が遅く、耐用年数の長いコンクリートを開発するに到った。
【００１６】
そして、本発明者は、引き続き、高炉スラグ微粉末と珪酸ナトリウムとを含有する組成の水硬性物質において、粘性土の地盤改良に適し且つ攪拌混合物の適度な流動性と硬化遅延性を有する固化材の研究・開発に取り組んできた。
【００１７】
そこで、本発明の目的は、固化材と軟弱地盤を構成する土壌とを撹拌・混合して地盤を硬化させる撹拌法に適用できる固化材において、高炉スラグ微粉末と珪酸ナトリウムとを含有する地盤改良用固化材、特に、粘性土のような微細粒子から構成される軟弱地盤を硬化させ且つ攪拌混合物が適度な流動性と硬化遅延性を有する地盤改良用固化材及びそれを用いた地盤改良方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、SiO2成分とNa2O成分とのモル比S/Nを2.0以下に抑えた珪酸ナトリウムNSと高炉スラグ微粉末SLとの配合割合と、固化材を流動性のあるスラリーにするために加えられる水の量とを調整することで、粘性土での硬化に優れ且つ攪拌混合物が適度な流動性と硬化遅延性を有する地盤改良用固化材を完成させた。
【００１９】
すなわち、本発明の地盤改良用固化材は、地盤の粘性土又は砂質土を含む土と撹拌により混合されて該地盤を硬化するための地盤改良用固化材であって、SiO2成分とNa2O成分とのモル比S/Nが1.0〜2.0である珪酸ナトリウムNSと高炉スラグ微粉末SLを混合した固化材Mを含み、高炉スラグ微粉末SLと珪酸ナトリウムNSの重量比SL/NSが5〜32であり、固化材Mの総重量Pと水Wとの重量比である水比W/Pが100〜140％であることを特徴とする。ただし、固化材Mの重量比SL/NSが5であり且つ水比W/Pが100％である場合は、固化材Mと水Wを混合したスラリーとしての流動性が不十分であり除かれる。
【００２０】
また、本発明の地盤改良方法は、地盤の粘性土又は砂質土を含む土と撹拌により混合されて該地盤を硬化するための地盤改良方法であって、SiO2成分とNa2O成分とのモル比S/Nが1.0〜2.0である珪酸ナトリウムとNS高炉スラグ微粉末SLを混合した固化材Mとし、高炉スラグ微粉末SLと珪酸ナトリウムNSとの重量比SL/NSが5〜32である固化材Mを作製し、該固化材Mの固形分重量Pと水Wとの重量比W/Pが100〜140％となるように、該固化材Mと軟弱地盤の土とを撹拌することを特徴とする。ただし、固化材Mの重量比SL/NSが5であり且つ水比W/Pが100％である場合は、固化材Mと水Wを混合したスラリーとしての流動性が不十分であり除かれる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、粘性土の硬化が可能となり、セメント系固化材を用いた砂質土の改良強度よりも高い圧縮強度を得ることができる。特に、従来の固化材では不可能であった高強度化を図りながら地盤と固化材の混合物の粘性増加を防ぐことができ、改良品質の向上が図ることが可能となる。このため、改良厚みなどの設計仕様の見直し（縮小化）が可能となり、経済性の向上や工期短縮が可能となる。また、撹拌法に適用できる流動性の高い地盤改良用固化材及び地盤改良方法を提供でき、周辺への影響を抑制し、固化不良による品質低下を防止することができる。また、適度な硬化遅延性を有することで、機械的に攪拌する手法においても、隣接杭とのラップ配置が可能になり、ブロック状または壁状もしくは格子状の改良体を造成することができる。さらに、砂質土から構成される軟弱地盤の硬化についても、より高い圧縮強度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１Ａ】粘性土と固化材を混合させた試料（粘性土試料）の実験結果を示す図である。
【図１Ｂ】粘性土と固化材を混合させた試料（粘性土試料）の実験結果を示す図である。
【図１Ｃ】粘性土と固化材を混合させた試料（粘性土試料）の実験結果を示す図である。
【図１Ｄ】粘性土と固化材を混合させた試料（粘性土試料）の実験結果を示す図である。
【図１Ｅ】粘性土と固化材を混合させた試料（粘性土試料）の実験結果を示す図である。
【図２Ａ】砂質土と固化材を混合させた試料（砂質土試料）の実験結果を示す図である。
【図２Ｂ】砂質土と固化材を混合させた試料（砂質土試料）の実験結果を示す図である。
【図２Ｃ】砂質土と固化材を混合させた試料（砂質土試料）の実験結果を示す図である。
【図２Ｄ】砂質土と固化材を混合させた試料（砂質土試料）の実験結果を示す図である。
【図２Ｅ】砂質土と固化材を混合させた試料（砂質土試料）の実験結果を示す図である。
【図３】普通ポルトランドセメント（普通セメント）を用いた固化材の圧縮強度の経時変化を示す図である。
【図４】試料番号41-44及び47の圧縮強度の経時変化を示す図である。
【図５】試料番号45-47の圧縮強度の経時変化を示す図である。
【図６】試料番号58-59及び62の圧縮強度の経時変化を示す図である。
【図７】試料番号60-62の圧縮強度の経時変化を示す図である。
【図８】試料番号72-75及び80の圧縮強度の経時変化を示す図である。
【図９】試料番号76-80の圧縮強度の経時変化を示す図である。
【図１０】試料番号201-202、204の圧縮強度の経時変化及びそれらの比較対象としての試料番号49-50、52の圧縮強度の経時変化を示す図である。
【図１１】試料番号205-206、208の圧縮強度の経時変化及びそれらの比較対象としての試料番号64-65、67の圧縮強度の経時変化を示す図である。
【図１２】試料番号209-210、212の圧縮強度の経時変化及びそれらの比較対象としての試料番号82-83、85の圧縮強度の経時変化を示す図である。
【図１３】追加的な実験に関する測定結果を示す図である。
【図１４】試料番号141-142及び145の圧縮強度の経時変化を示す図である。
【図１５】試料番号143-145の圧縮強度の経時変化を示す図である。
【図１６】試料番号156-157及び160の圧縮強度の経時変化を示す図である。
【図１７】試料番号158-160の圧縮強度の経時変化を示す図である。
【図１８】試料番号170-173及び178の圧縮強度の経時変化を示す図である。
【図１９】試料番号174-178の圧縮強度の経時変化を示す図である。
【図２０】試料番号301-302、304の圧縮強度の経時変化及びそれらの比較対象としての試料番号147-148、150の圧縮強度の経時変化を示す図である。
【図２１】試料番号305-306、308の圧縮強度の経時変化及びそれらの比較対象としての試料番号162-163、165の圧縮強度の経時変化を示す図である。
【図２２】試料番号309-310、312の圧縮強度の経時変化及びそれらの比較対象としての試料番号180-181、183の圧縮強度の経時変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明にかかる地盤改良用固化材の実施の形態について説明する。本実施の形態における地盤改良用固化材は、高炉スラグ微粉末に混和材としてSiO2成分とNa2O成分とのモル比(S/N)を1.0以上2.0以下とした珪酸ナトリウムが添加された固化材Mを含み、高炉スラグ微粉末SLと珪酸ナトリウムNSとの重量比(SL/NS)を5〜32とし、固化材Mの固形分の重量Pと水Wとの重量比である水比W/Pが100〜140％としたものである。
【００２４】
珪酸ナトリウムは、例えば、水ガラス（工業試薬）に水酸化ナトリウム（工業試薬）を混合してSiO2成分とNa2O成分とのモル比(S/N)を調整したもの、無水メタ珪酸ナトリウム（工業試薬）の固形物や粒状物、５水塩メタ珪酸ナトリウム（工業試薬）の固形物や粒状物、フライアッシュに水酸化ナトリウムを加えて粉砕・混合したものを用いることができる。
【００２５】
高炉スラグ微粉末SLと珪酸ナトリウムNSとの重量比(SL/NS)において、珪酸ナトリウムNSの重量は、珪酸ナトリウムの固形分の重量とする。また、水比W/Pにおいて、固化材Mの固形分の重量Pのうちの珪酸ナトリウムNSの重量は、珪酸ナトリウムNSの固形分の重量であり、水Wの重量は、加えた水の重量と珪酸ナトリウムNSの水分の重量を含む。
【００２６】
高炉スラグは、高炉から生成される溶融スラグに多量の圧力水を噴射することにより急冷したスラグであり、高炉スラグを粉砕して製造される高炉スラグ微粉末が用いられる。後述する実施例で用いられた高炉スラグ微粉末は、比表面積4440cm2/g であるが、異なる粉末度のものが用いられてもよい。
【００２７】
高炉スラグ微粉末に珪酸ナトリウムが添加された固化材と混合・撹拌される土は、軟弱地盤の砂質土又は粘性土である。土は、その粒径に応じて、小さい方から粘土、シルト、砂（細砂、中砂、粗砂）、礫（細礫、中礫、粗礫）と区分され、後述の実施例で用いられる地盤材料として、粘性土には、粒径において粘土〜シルトに相当する土からなる土木用微粉末粘土（例えば、商品名：トチクレー）を使用し、砂質土は、粒径において細砂に相当する土からなる標準砂（例えば、商品名：豊浦珪砂）を用いることができる。トチクレーと豊浦珪砂の粒径加積曲線を表１に示す。
（表１）
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【実施例】
【００２８】
以下、実施例により、本発明を具体的に説明するが、本発明はここに説明される実施例に限定されるものではない。
【００２９】
＜実験方法＞
硬化させる対象として、粘性土と砂質土を使用した。粘性土は、土木用微粉末粘土（関東化成株式会社製、商品名「トチクレー」）を含水比40％にしたものを使用し、砂質土は、標準砂として用いられているシリカサンド（豊浦珪砂鉱業株式会社製、商品名：豊浦珪砂）を含水比10％にしたものを使用した。
【００３０】
固化材は、パイプライン輸送が可能であり、ノズルで孔づまりを起こさない流動性を得るために、高炉スラグ微粉末、珪酸ナトリウムの混合物に水分を添加してスラリーとした。調整したスラリーの粘性を測定後、撹拌により粘性土又は砂質土と混合して、型に流し込み、経時的に強度を測定した。作製した固化材の材料の特徴は以下の通りである。
【００３１】
１．固化材の材料
（１）高炉スラグ微粉末
石膏を添加していない高炉スラグを使用した。その密度2.91g/cm3、ガラス化率99％以上、比表面積4440cm2/gである。
【００３２】
（２）珪酸ナトリウム
珪酸ナトリウム（珪酸ソーダ）は高炉スラグの固化促進材である。珪酸ナトリウムにおけるSiO2/Na2Oのモル比が2.5の水ガラス（１級試薬）に水酸化ナトリウム（１級試薬）を混合し、SiO2/Na2Oのモル比を2.00、1.75、1.50、1.25及び1.00に調整したものを始め、モル比が1.00の5水塩及び無水のメタ珪酸ナトリウム、加えてモル比が2.00を超える条件についても部分的に確認試験を行った。
【００３３】
また、追加的に、珪酸ナトリウムとして、石炭灰等の無機系廃棄物であるフライアッシュを粉砕したフライアッシュ粉末と、フレーク状の水酸化ナトリウムとを粉砕・混合した（加熱融解なし）材料を用いた試験を行った。フライアッシュは、シリカSiO2含有率50％且つ強熱減量（1000℃±50℃熱焼却）9％のもの、及びシリカSiO2含有率60％且つ強熱減量（1000℃±50℃熱焼却）6％のものを使用した。
【００３４】
（３）カルシウム成分(CaO)を含む添加材
後述の実験結果にて詳述するが、SiO2/Na2Oのモル比2.0以下のスラリーでは、硬化が現れ且つ必要な支持強度に到るまでに１週間程度の期間を要するものが多い。その強度発現を早めるために、添加材として水酸化カルシウム又は普通セメント（普通ポルトランドセメント）を添加して、その効果を検討した。実験データにおいては、添加材としての水酸化カルシウム及び普通セメントが添加される場合、高炉スラグ微粉末の一部を置換する形態で固化材Mに添加され、その添加材の添加量の置換割合（添加材の重量／（添加材の重量＋高炉スラグの重量））と、添加量におけるCaOの重量に換算した値を示した。高炉スラグ微粉末SLと珪酸ナトリウムNSとの重量比(SL/NS)において、高炉スラグ微粉末SLの重量は、高炉スラグ微粉末の重量SL及び高炉スラグ微粉末の一部を置換して添加されたカルシウム添加材の重量を含み、また、水比W/Pにおいて、固化材Mの固形分重量Pは、さらに添加材の重量を含む。
【００３５】
（４）ガラス粉末
固化材Mに含まれる珪酸ナトリウムから一部を置換する形態でガラス粉末を添加する試料を作製し、その性能を試験した。添加したガラス粉末は、比表面積2000cm3/g以上のものを使用した。ガラス粉末を一定量添加することで、長期材齢強度の向上または長期材齢での強度低下の抑制を期待することができ、本実験では、ガラス粉末20kg/m3を珪酸ナトリウムに添加して、その効果を検討した。ガラス粉末を添加した場合、高炉スラグ微粉末SLと珪酸ナトリウムNSとの重量比(SL/NS)において、珪酸ナトリウムNSの重量は、珪酸ナトリウムの固形分からガラス粉末の重量を除いたものとする。また、水比W/Pにおいて、固化材Mの固形分重量Pは、さらにガラス粉末の重量を含む。
【００３６】
２．スラリーの製造及びその流動性
高炉スラグ微粉末、珪酸ナトリウムの重量を調整し、さらに、カルシウム成分を含む添加材やガラス粉末が添加される場合は、それを添加し、総重量100％となるようにした。
【００３７】
調整された重量の各材料を撹拌・混合し、高炉スラグ微粉末、珪酸ナトリウムの総重量に対して100％〜140％の重量の水を加えて撹拌してスラリーとした。また、高炉スラグ微粉末（SL）と珪酸ナトリウム（NS）の比率（SL/NS）は、重量比で5〜32の範囲で変化させた。
【００３８】
スラリーの粘性すなわち流動性は、スラリー全量がＰロート（プレパクトフローコーン）を通過する時間を評価した。経験的にスラリーがパイプライン及びノズル中で閉塞を起こさない条件はロート通過時間（流下時間）が11秒未満である。ロート通過時間が11秒以上ものは測定対象から除外した。また、３時間保持後、スラリーのロート通過時間の測定も行い、スラリーの実用性も評価した。よって、スラリーの流動性条件を満たす基準を、３時間後の流下時間が11秒未満とした。
【００３９】
３．固化材の強度測定
ロート通過後のスラリーは、撹拌により粘性土又は砂質土と混合して、直径50mm、長さ100mmの円筒容器に流し込み、20℃、湿度100％の恒温槽中で養生した。必要期間の養生後、一軸圧試験装置で破壊して圧縮強度を測定した。なお、固化材として使用可能な圧縮強度の基準を材齢２８日にて2N/mm2とする。 
【００４０】
＜実験結果＞
（Ａ）粘性土に固化材を混合させた試料の実験結果
粘性土に本発明の固化材を混合させた試料（粘性土試料）の実験結果を図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、図１Ｄ及び図１Ｅに示す。
【００４１】
図１Ａ及び図１Ｂは、固化材の材料として、珪酸ナトリウムと高炉スラグ微粉末とを混合した材料、又は、珪酸ナトリウムと高炉スラグ微粉末とカルシウムを含む添加材とを混合した材料を用いた実験結果のデータであり、図１Ｃは、固化材の材料として、珪酸ナトリウムと高炉スラグ微粉末とガラス粉末とカルシウムを含む添加材とを混合した材料を用いた実験結果のデータである。図１Ｄ及び図１Ｅは、固化材の材料として、それぞれモル比が1.00の5水塩及び無水のメタ珪酸ナトリウムと高炉スラグ微粉末とカルシウムを含む添加材（一部添加）及びガラス粉末（一部添加）とを混合した材料を用いた実験結果のデータである。図１Ｄ及び図１Ｅでは、水ガラスと水酸化ナトリウムの混合による珪酸ナトリウムに代わり、それぞれモル比が1.00の5水塩及び無水のメタ珪酸ナトリウムが用いられる。
【００４２】
砂質土に本発明の固化材を混合させた試料（砂質土試料）の実験結果については後述する（図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、図２Ｄ及び図２Ｅ）。また、比較対象として、普通ポルトランドセメント（普通セメント）を用いた固化材の圧縮強度の経時変化を図３に示す。
【００４３】
図３に示されるように、普通セメントを用いた従来のセメント系固化材の圧縮強度は、材齢２８日経過時にて2N/mm2程度となり、その後において、砂質土に対しては概ね3N/mm2程度（材齢５６日時点）、粘性土に対しては概ね2N/mm2程度（材齢５６日時点）であり、砂質土に対する圧縮強度が粘性土よりも大きい。また、材齢７日経過時においては、その圧縮強度は、粘性土、砂質土ともに1N/mm2程度であり、その後材齢２８日頃までは圧縮強度は増していき、砂質土については、最終的に4N/mm2程度まで増加することが知られているが、粘性土については、材齢２８日後の圧縮強度の増加はほとんどない。
【００４４】
図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、図１Ｄ、図１Ｅ、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、図２Ｄ及び図２Ｅに示す実験結果において、試料の配合条件として、珪酸ナトリウムのモル比（以下、単に「モル比」と称する）(S/N)、固化材を構成する高炉スラグ微粉末と珪酸ナトリウムの重量比（以下、単に「重量比」と称する）（SL/NS）、固化材に混合される水の量（W）の固化材の重量（P）に対する重量比（以下、「水比」と称する）（W/P）を示し、各試料における流下時間、材齢圧縮強度の測定結果を示す。
【００４５】
粘性土試料の実験結果において、図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃの測定結果に示されるように、流下時間（混練後、３時間後ともに）が11秒未満の試料のうち、モル比(S/N)1.50、1.25及び1.00の試料において、材齢７日で圧縮強度が1N/mm2を超える試料が現れ、モル比(S/N)1.75の試料においても、図示されないが、材齢１４日で圧縮強度が0.5N/mm2を超えて強度発現を示すものが現れた。そして、モル比(S/N)1.75、1.50、1.25及び1.00の試料において、材齢２８日の圧縮強度が普通セメントを用いたセメント系固化材同等以上の概ね2N/mm2を超える値となる測定結果が得られた。一方、モル比2.30、2.00の試料は、粘性土試料としては、粘性（流下時間）及び圧縮強度の基準を満たすものはなかった。
【００４６】
具体的には、早期の強度発現の目安として材齢７日で圧縮強度が0.5N/mm2を超えた試料は、番号37-38、41-46、48-50、53--55、57-61、63-65、69-70、72-83、86、201-202、205-206、209-210の試料である。材齢２８日で圧縮強度が基準となる2N/mm2を超えた試料は、番号26、30-31、34、37-38、40-51、53-55、57-65、67-70、72-83、85-86、202、205-206、209-210の試料である。
【００４７】
いずれの試料も時間の経過ともに強度は増し、材齢２８日以降の結果を見ると、モル比(S/N)1.75の試料の一部、モル比(S/N)1.50、1.25、1.00の試料の多くにおいて、圧縮強度が8N/mm2を超え、特に、一部の試料においては、10 N/mm2を超える試料（材齢９１日における試料番号27、29-30、32、34、38、40-49、53、55、57-64、67-68、72-82、85-86、201、205、209-210、212）も得られた。
【００４８】
実験結果を詳細に検討すると、モル比(S/N)1.00、1.25及び1.50の試料においては、重量比（SL/NS）が5である一部の試料を除いて、材齢２８日の圧縮強度が8N/mm2を超え、２８日経過後も、圧縮強度が増していき、材齢９１日においては、圧縮強度が10N/mm2を超える結果となった。
【００４９】
また、モル比(S/N)1.75である番号26、29-30、34の試料においても、材齢２８日の圧縮強度が8N/mm2を超え、材齢２８日経過後も圧縮強度が増していき、材齢９１日においては、圧縮強度が10N/mm2を超える結果となった。
【００５０】
重量比（SL/NS）と水比（W/P）の関係において、重量比（SL/NS）5であって、水比（W/P）100の試料（番号27、39，56、71）は、粘性土試料として、流動性の基準（３時間後流下時間11秒未満）を満たさずに強度測定対象外となる試料となった。
【００５１】
また、カルシウム成分を含む添加物（水酸化カルシウム又は普通セメント）の添加による測定結果を見ると、カルシウム成分添加物を添加した試料（カルシウム添加試料）は、それが添加されていない無添加試料と比較して、硬化速度が速く、圧縮強度の発現が早い傾向が見られた。カルシウム成分添加物を添加することにより、硬化速度（硬化時間）が調整自在となりうる。一方で、時間の経過とともに、無添加試料の圧縮強度は、カルシウム添加試料を超える結果となった。材齢９１日以降も、無添加試料の圧縮強度は増加する傾向が見られたが、カルシウム添加試料の圧縮強度の増加は見られなかった。すなわち、カルシウム添加試料は、無添加試料と比較して、圧縮強度の発現は早いが、圧縮強度の伸びは小さい結果となった。なお、同量のカルシウム添加の場合、普通セメントよりも水酸化カルシウムを添加した試料の方が、初期強度の発現が短くなる傾向が見られた。水酸化カルシウムのCaO含有率は76％であり、普通セメントのCaO含有率は64％であり、同量である場合に、水酸化カルシウムの方がCaO含有量が多いことに起因すると推定される。
【００５２】
カルシウム成分を含む添加物を添加した試料の一部（番号49-52、64-67、82-85、201-212）については、材齢９１日を超えて材齢圧縮強度を測定した（流動性の基準（３時間後流下時間11秒未満）を満たさないものを除く）。いずれの試料も、材齢９１日を超えて１８２日経過した段階においても、ほぼすべてが圧縮強度が8N/mm2を超える値を維持し、特に、ガラス粉末を添加した固化材（番号201-212）については、材齢９１日以降、半年経過時点においても圧縮強度が増大していく結果となり、ガラス粉末を添加することにより、長期間にわたる圧縮強度を高める効果を確認することができた。
【００５３】
また、図１Ｄ及び図１Ｅの測定結果に示されるように、モル比1.00の5水塩メタ珪酸ナトリウム（図１Ｄ）及び無水メタ珪酸ナトリウム（図１Ｅ）を使用し、重量比（SL/NS）が16、24、32、水比（W/P)130の条件において、早期の強度発現の目安として材齢７日で圧縮強度が0.5N/mm2を超えた試料は、番号504-505、507-509、513-518、706-707、709-720の試料である。材齢２８日で圧縮強度が基準となる2N/mm2を超えた試料は、番号501、504-510、513-518、701、703-720の試料である。
【００５４】
いずれの試料も時間の経過ともに強度は増し、材齢２８日以降の結果を見ると、ほぼすべての試料において、圧縮強度が8N/mm2を超え、一部の試料においては、10 N/mm2を超える試料（材齢９１日における試料番号501-502、504-505、510、513-514、701-704、706-707）も得られた。
【００５５】
このように、粘性土試料における実験結果では、粘性の基準を満たす試料のうち、モル比(S/N)1.75、1.50、1.25，1.00であって、重量比（SL/NS）5、10、15、もしくは16、24、32、さらに水比（W/P）100、130、140の試料において、材齢２８日以降の圧縮強度が8N/mm2を超えるものを得ることができ、その一部（特に、カルシウム成分を含む添加物を添加したもの）は、材齢７日で圧縮強度0.5N/mm2を超えるものであって、強度発現も比較的早いものであり、また、一部の試料（特に、ガラス粉末を添加したもの）は、半年経過時点においても圧縮強度が増大していくものであった。
【００５６】
粘性土に本発明の固化材を混合させた試料（粘性土試料）の圧縮強度は、従来のセメント系固化材の圧縮強度と比較して４倍以上の強度を有するものであり、従来困難であった粘性土の硬化が可能となる。また、その強度は後述する砂質土に対する圧縮強度の２倍程度であり、粘性土に対する圧縮強度の方が砂質土のそれよりも高く、粘性土の硬化に適した固化材となる。また、材齢７日程度で初期強度が発現し、カルシウム添加材を添加することで、強度発現時期を短縮することができる。
【００５７】
図４−９は、図１Ａ及び図１Ｂに示される実験結果の一部をグラフ表示したものであり、図４は試料番号41-44及び47の圧縮強度の経時変化、図５は試料番号45-47の圧縮強度の経時変化、図６は試料番号58-59及び62の圧縮強度の経時変化、図７は試料番号60-62の圧縮強度の経時変化、図８は試料番号72-75及び80の圧縮強度の経時変化、図９は試料番号76-80の圧縮強度の経時変化を示す図である。
【００５８】
また、図１０−１２は、図１Ｃに示される実験結果の一部をグラフ表示したものであり、図１０は、試料番号201-202、204の圧縮強度の経時変化及びそれらの比較対象としての試料番号49-50、52の圧縮強度の経時変化、図１１は、試料番号205-206、208の圧縮強度の経時変化及びそれらの比較対象としての試料番号64-65、67の圧縮強度の経時変化、図１２は、試料番号209-210、212の圧縮強度の経時変化及びそれらの比較対象としての試料番号82-83、85の圧縮強度の経時変化を示す図である。ガラス粉末を添加することにより、半年に亘って圧縮強度が増大していくことが確認された。
【００５９】
このように、粘性土試料における実験結果では、粘性の基準を満たす試料のうち、モル比(S/N)1.75、1.50、1.25，1.00であって、重量比（SL/NS）5、10、15、もしくは16、24、32、さらに水比（W/P）100、130、140の試料において、材齢２８日以降の圧縮強度が8N/mm2を超えるものを得ることができ、その一部（特に、カルシウム成分を含む添加物を添加したもの）は、材齢７日で圧縮強度0.5N/mm2を超えるものであって、強度発現も比較的早いものであり、カルシウム成分添加物を添加することにより、硬化速度（硬化時間）が調整自在となりうる。また、一部の試料（特に、ガラス粉末を添加したもの）は、１年を経過時点においても圧縮強度が増大していくものであった。
【００６０】
図１３は、追加的な実験に関する測定結果のデータであり、珪酸ナトリウムとして、フライアッシュ粉末とフレーク状の水酸化ナトリウムとを粉砕・混合して（加熱融解なしに）生成された材料を用いた場合の実験にかかる測定データを示す。フライアッシュは、シリカSiO2含有率50％且つ強熱減量（1000℃±50℃熱焼却）9％のもの（フライアッシュＡ）、及びシリカSiO2含有率60％且つ強熱減量（1000℃±50℃熱焼却）6％のもの（フライアッシュＢ）を使用し、水酸化ナトリウムとの混合により珪酸ナトリウムのモル比(S/N)を1.5に調整し、固化材に混合される水の量（W）の固化材の重量（P）に対する重量比（「水比」）（W/P）を130％とした。また、固化材を構成する高炉スラグ微粉末と珪酸ナトリウムの重量比（SL/NS）は５、１０、１５の範囲で試験し、高炉スラグの一部(20％）を普通セメントに置換したものについても確認試験を行った。
【００６１】
粘性土試料の実験結果において、図１３の測定結果に示されるように、珪酸ナトリウムのモル比(S/N)1.50の試料において、材齢７日で圧縮強度が0.5N/mm2を超えて強度発現を示すものが現れ、材齢２８日の圧縮強度が普通セメントを用いたセメント系固化材同等以上の概ね2N/mm2を超える値となる測定結果が得られた。
【００６２】
具体的には、早期の強度発現の目安として材齢７日で圧縮強度が0.5N/mm2を超えた試料は、番号401-406、408-410の試料である。材齢２８日で圧縮強度が基準となる2N/mm2を超えた試料は、番号401-402、403-410の試料である。
【００６３】
また、カルシウム成分を含む添加物（普通セメント）の添加による測定結果を見ると、カルシウム成分添加物を添加した試料（カルシウム添加試料）は、特にフライアッシュＢを用いたものに関して、それが添加されていない無添加試料と比較して、硬化速度が速く、圧縮強度の発現が早い傾向が見られた。
【００６４】
（Ｂ）砂質土に固化材を混合させた試料の実験結果
砂質土に本発明の固化材を混合させた試料（砂質土試料）の実験結果を図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃに示す。
【００６５】
図２Ａ及び図２Ｂは、固化材の材料として、珪酸ナトリウムと高炉スラグ微粉末とを混合した材料、又は、珪酸ナトリウムと高炉スラグ微粉末とカルシウムを含む添加材とを混合した材料を用いた実験結果のデータであり、図２Ｃは、固化材の材料として、珪酸ナトリウムと高炉スラグ微粉末とガラス粉末とカルシウムを含む添加材とを混合した材料を用いた実験結果のデータである。粘性土試料の場合と同様に、試料の配合条件として、モル比(S/N)、重量比（SL/NS）、水比（W/P）を示し、各試料における流下時間、材齢圧縮強度の測定結果を示す。
【００６６】
砂質土試料の実験結果において、図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃの測定結果に示されるように、流下時間（混練後、３時間後ともに）が11秒未満の試料のうち、モル比(S/N)1.75、 1.50、1.25及び1.00の試料において、材齢７日で圧縮強度が0.5N/mm2を超える試料が現れ、モル比(S/N)2.00の試料においても、図示されない材齢１４日で圧縮強度が0.5N/mm2を超える強度発現を示すものが現れた。そして、材齢２８日以降において、多くの試料の圧縮強度が少なくとも2N/mm2を超え、その半数以上の圧縮強度が4N/mm2を超える測定結果が得られた。一方、モル比2.30の試料は、砂質土試料としては、流動性（流下時間）及び圧縮強度の基準を満たすものはなかった。
【００６７】
具体的には、早期の強度発現の目安として材齢７日で圧縮強度が0.5N/mm2を超えた試料は、番号134、141、143、147-148、153、156-158、162-163、168、170-175、179-181、301-302、305-306、309-310の試料であり、材齢２８日で圧縮強度が基準となる2N/mm2を超えた試料は、番号117、122、125-126、129-130，132、134、137-138、141-148、151-153、156-163、166-168、170-182、184、301-302、305-306、309-310の試料である。材齢２８日以降については、さらに多くの試料の圧縮強度が2N/mm2を超え、いずれの試料も時間の経過ともに圧縮強度は増し、材齢２８日以降の測定結果を見ると、モル比(S/N)2.00及び1.75の試料の一部、モル比(S/N)1.50、1.25、1.00の試料の多くにおいて、圧縮強度が4N/mm2を超え、特に、一部の試料においては、8N/mm2を超える試料（材齢９１日における試料番号120、122、125-126、134、138、146-147、160-161、180、301、305、309、312）も得られた。
【００６８】
実験結果を詳細に検討すると、モル比(S/N)1.00、1.25及び1.50の試料においては、大多数の試料が、材齢２８日の圧縮強度が優に1N/mm2（多数が4N/mm2）を超え、２８日経過後も、圧縮強度が増していき、材齢９１日経過において、多くの試料が圧縮強度5N/mm2を超える結果となった。
【００６９】
また、モル比(S/N)1.75及び2.00である番号117、122、125-126、129-130、132、134の試料においても、材齢２８日の圧縮強度が2N/mm2を超え、材齢２８日経過後も圧縮強度が増していき、これらの試料はいずれも材齢９１日において、圧縮強度が7N/mm2を超える結果となった。
【００７０】
重量比（SL/NS）と水比（W/P）の関係において、モル比(S/N)2.00、1.75、1.50、1.25及び1.00の試料において、重量比（SL/NS）5であって、水比（W/P）100％の試料（番号115、127、139、151、163）は、砂質土試料として、流動性の基準（３時間語流下時間11秒未満）を満たさずに強度測定対象外となる試料となった。
【００７１】
また、カルシウム成分添加物（水酸化カルシウム又は普通セメント）の添加による測定結果を見ると、粘性土試料の実験結果と同様に、カルシウム成分添加物を添加した試料（カルシウム添加試料）は、それが添加されていない無添加試料と比較して、硬化速度が速く、圧縮強度の発現が早い傾向が見られた。カルシウム成分添加物を添加することにより、硬化速度（硬化時間）が調整自在となりうる。一方で、時間の経過とともに、無添加試料の圧縮強度は、カルシウム添加試料を超える結果となった。粘性土の場合と同様に、同量のカルシウム添加の場合、普通セメントよりも水酸化カルシウムを添加した試料の方が、初期強度の発現が短くなる傾向が見られた。水酸化カルシウムのCaO含有率は76％であり、普通セメントのCaO含有率は64％であり、同量である場合に、水酸化カルシウムの方がCaO含有量が多いことに起因すると推定される。
【００７２】
カルシウム成分を含む添加物を添加した試料の一部（番号147-150、162-165、180-183、301-312）については、材齢９１日を超えて圧縮強度を測定した（流動性の基準（３時間後流下時間11秒未満）を満たさないものを除く）。いずれの試料も、材齢９１日を超えて１８２日経過した段階においても、多くは圧縮強度が8N/mm2を超える値を維持し、特に、ガラス粉末を添加した固化材（番号301-312）については、材齢９１日以降、半年経過時点においても圧縮強度が増大していく結果となり、ガラス粉末を添加することにより、長期間にわたる圧縮強度を高める効果を確認することができた。
【００７３】
また、図２Ｄ及び図２Ｅの測定結果に示されるように、モル比1.00の5水塩メタ珪酸ナトリウム（図２Ｄ）及び無水メタ珪酸ナトリウム（図２Ｅ）を使用し、重量比（SL/NS）が16、24、32、水比（W/P)130の条件において、早期の強度発現の目安として材齢７日で圧縮強度が0.5N/mm2を超えた試料は、番号604-609、613-618、806-820の試料である。材齢２８日で圧縮強度が基準となる2N/mm2を超えた試料は、番号604-607、609、613-616、618、803-804、806-810、812-816、818-820の試料である。
【００７４】
いずれの試料も時間の経過ともに強度は増し、材齢２８日以降の結果を見ると、多くの試料において、圧縮強度が4N/mm2を超え、一部の試料においては、8N/mm2を超える試料（材齢９１日における試料番号604、613、806-807）も得られた。
【００７５】
このように、砂質土試料における実験結果では、流動性の基準を満たす試料のうち、モル比(S/N)2.00、1.75、1.50、1.25，1.00であって、重量比（SL/NS）5、10、15、もしくは16、24、32、さらに水比（W/P）100、130、140の試料において、材齢２８日以降の圧縮強度が優に2N/mm2を超えるものを得ることができ、特に、モル比(S/N)が1.50、1.25，1.00の試料では、圧縮強度が概ね4N/mm2を超え、最大で8-9N/mm2となり、従来のセメント系固化材の圧縮強度の２倍程度の強度を有するものである。そして、一部（特に、カルシウム成分を含む添加物を添加したもの）は、材齢７日で圧縮強度0.5N/mm2を超えるものであって、強度発現も比較的早いものであり、粘性土の場合と同様に、砂質土に本発明の固化材を混合させる場合においても、カルシウム成分添加物を添加することにより、硬化速度（硬化時間）が調整自在となりうる。また、一部の試料（特に、ガラス粉末を添加したもの）は、半年経過時点においても圧縮強度が増大していくものであった。
【００７６】
図１４−１９は、図２Ａ及び図２Ｂに示される実験結果の一部をグラフ表示したものであり、図１４は試料番号141-142及び145の圧縮強度の経時変化、図１５は試料番号143-145の圧縮強度の経時変化、図１６は試料番号156-157及び160の圧縮強度の経時変化、図１７は試料番号158-160の圧縮強度の経時変化、図１８は試料番号170-173及び178の圧縮強度の経時変化、そして、図１９は試料番号174-178の圧縮強度の経時変化を示す図である。
【００７７】
また、図２０−２２は、図２Ｃに示される実験結果の一部をグラフ表示したものであり、図２０は、試料番号301-302、304の圧縮強度の経時変化及びそれらの比較対象としての試料番号147-148、150の圧縮強度の経時変化、図２１は、試料番号305-306、308の圧縮強度の経時変化及びそれらの比較対象としての試料番号162-163、165の圧縮強度の経時変化、図２２は、試料番号309-310、312の圧縮強度の経時変化及びそれらの比較対象としての試料番号180-181、183の圧縮強度の経時変化を示す図である。ガラス粉末を添加することにより、半年に亘って圧縮強度が増大していくことが確認された。
【００７８】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の分野における通常の知識を有する者であれば想到し得る各種変形、修正を含む要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても、本発明に含まれることは勿論である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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