(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原位置において地盤と固化材スラリーとを深層混合処理機で混合、攪拌する深層混合処理工法であって、
固化材スラリーを構成している固化材が１０〜２５％のＣａＯを含んで成り、
固化材スラリーが、水粉体比１．０前後で混練され、
比表面積が４０００ｃｍ２／ｇ以上の粉体で構成されることを特徴とする砂質系地盤用深層混合処理工法。
【請求項２】
粉体が、３００℃以上で加熱・すりもみ処理されたコンクリート破砕微粉で構成されることを特徴とする請求項１に記載の砂質系地盤用深層混合処理工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、砂質系地盤用深層混合処理工法に関し、特に、原地盤との混合性と施工性を確保し、品質の均一性と連続性を確立しながら低強度のソイルセメント固化体を、コンクリート破砕微粉を活用して構築する砂質系地盤用深層混合処理工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
深層混合処理工法は、地盤とセメント系固化材とを原位置で機械的に混合、攪拌することでソイルセメント固化体を構築する工法であり、主として、軟弱な粘性土地盤に対して強度の増加を目的にする施工に適した工法として、従来から使用されてきた。
【０００３】
深層混合処理工法の施工は、一般に図５に示す形態で行われている。セメントサイロ１１からのセメントと水槽１２からの水は、セメントミキシングプラント１３に供給され、所定の水セメント比の下に混練されてセメントスラリーを錬成している。
【０００４】
セメントミルクの水セメント比は、材料の分離防止と流動性確保とを目的にして決められており、状況に応じて異なる場合もあるが、例えば水セメント比（Ｗ／Ｃ）＝１．０前後で混合している。
【０００５】
セメントミキシングプラント１３からのセメントスラリーは、グラウトポンプ１４によって過度な脈動を防止しながら深層混合処理機１５に供給されている。
【０００６】
深層混合処理機１５は、攪拌オーガー１６を駆動しながらセメントスラリーと原土とを均一に混合しており、図示していないが材質的に均一性と連続性を確保したソイルセメント固化体を構築している。
【０００７】
しかるに、最近の深層混合処理工法は、その適用範囲を拡大しており、砂質系の地盤に対しても液状化を防止する目的で適用する機会が多くなっている。
【０００８】
しかしながら、砂質系の地盤に、従来と同様の深層混合処理工法を適用した場合には、過剰に堅固なソイルセメント固化体が構築されている状態が多発するという問題を生じていた。
【０００９】
即ち、上記深層混合処理工法において、ソイルセメント固化体１．０ｍ3を構築するための材料配合として、ＣａＯを６０〜６５％含んでいる普通セメントから成るセメント固化材２００ｋｇと混練水２００ｋｇとを混練してセメントスラリーを錬成し、このセメントスラリーを深層混合処理機に供給して原土１２５２ｋｇと混合させている場合には、ＣａＯが充分に反応することから、ソイルセメント固化体は次のような一軸圧縮強さを発揮している。
【００１０】
○  粘土地盤          ５００〜１０００ｋＮ／ｍ2、
○  砂質シルト地盤    １０００〜２０００ｋＮ／ｍ2、
○  砂質地盤          ３０００ｋＮ／ｍ2超、
これに対して、液状化防止目的の地盤改良体に求められる設計強度は、大きくても数１００ｋＮ／ｍ2であり、一桁異なる強度を不必要に確保していることになる。
【００１１】
以上の事態を回避するための基本的な対応策は、セメント配合量の減量であるが、この対策は、機械式攪拌工法の施工機械が特徴としている以下の理由から、改良する原地盤１．０ｍ3あたりのセメント量を８０ｋｇ以下にすることは困難である。（但し、セメントスラリーをＷ／Ｃ＝１．０とし、攪拌オーガーの昇降速度を約１．０ｍ／ｍｉｎとする。）
▲１▼  セメント配合量を８０ｋｇ／ｍ3以下にすると、セメントスラリーの対量が不足して、原土と固化材との混合に均一性を確保できない。
【００１２】
▲２▼  ポンプ圧送するセメントスラリー量が約１００リットル／ｍｉｎ以下になると、脈動によるセメントスラリーの圧送不良が発生して、施工性が低下する。
【００１３】
▲３▼  上記の状態を補足しながら含有セメント量を減らすと、セメントスラリーの材料分離や濃度不足による固化不良を発生して、品質を確保できない。
【００１４】
以上の他にも、実際の砂質系地盤ではセメントスラリーの水分が周辺の地盤に逸水することで、セメント配合量が実質に増加しており、固化体の強度は１０００ｋＮ／ｍ2程度に強化されることになる。
【００１５】
従って、深層混合処理工法を砂質系の地盤に対して適用するためには、過剰に堅固なソイルセメント固化体を構築しないための方策が必要になっており、未だにこのための解決策が提供されていない状況にある。
【００１６】
一方、産業廃棄物の処分が社会問題化している現状から、産業廃棄物の有効利用が求められているが、現状の競合品に比較して高価格のものでは市場性が無く、利用されにくくなっている。
【００１７】
産業廃棄物を大量に使用する用途としては、地盤材料等が考慮されるが、地盤材料の従来品は価格の安い砂や砂利になるために、これに価格的に対抗できる新規の製品を造ることは困難であった。
【００１８】
産業廃棄物の中でも、建物を再構築する時に発生するコンクリートがらは、比較的安全な廃棄物でありながら、その利用率は上記の理由から低率に留まっており、利用範囲の拡大が望まれている。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の状況に鑑みて考案されたものであり、砂質系地盤における液状化防止の目的に適するように、原地盤との混合性と施工性を確保し、品質の均一性と連続性を確立して、低強度のソイルセメント固化体を３００℃以上で加熱・すりもみ処理されたコンクリートがらを活用して構築できる砂質系地盤用深層混合処理工法を提供している。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明である砂質系地盤用深層混合処理工法は、原位置において地盤と固化材スラリーとを深層混合処理機で混合、攪拌する深層混合処理工法において、固化材スラリーを構成している固化材が１０〜２５％のＣａＯを含んで成り、固化材スラリーが、水粉体比１．０前後で混練され、比表面積が４０００ｃｍ２／ｇ以上の粉体をスラリー状に構成することを特徴としており、砂質系地盤における液状化防止の目的に適した低強度のソイルセメント固化体を構築できる。
【００２１】
請求項２に記載の発明である砂質系地盤用深層混合処理工法は、請求項１に記載の砂質系地盤用深層混合処理工法において、粉体を３００℃以上で加熱・すりもみ処理されたコンクリート破砕微粉で構成することを特徴としており、上記機能に加えて、コンクリートがらの処理過程で発生する材料を活用している。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明による砂質系地盤用深層混合処理工法は、基本的に、原位置において地盤と固化材スラリーとを深層混合処理機で混合、攪拌する深層混合処理工法において、固化材スラリーを構成している固化材が１０〜２５％のＣａＯを含んで成り、比表面積が４０００ｃｍ２／ｇ以上の粉体をスラリー状に構成することを特徴としており、これらの条件を最も満たしている３００℃以上で加熱・すりもみ処理されたコンクリート破砕微粉を活用して、砂質系地盤における液状化防止の目的に適した低強度のソイルセメント固化体を構築している。
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１は、本発明による砂質系地盤用深層混合処理工法の施工工程図である。
【００２５】
一般のコンクリート破砕微粉は、コンクリートがらを処理する際に発生するものであり、通常は産業廃棄物として廃棄されている。
【００２６】
しかるに、本発明による砂質系地盤用深層混合処理工法での実施の形態では、固化材スラリーとして、３００℃以上で加熱・すりもみ処理されたコンクリート破砕微粉を粉体として水と混練して形成したスラリーを使用している。
【００２７】
即ち、図２に示すコンクリート破砕微粉の成分表は、本実施の形態で使用する３００℃以上で加熱・すりもみ処理された、コンクリート破砕微粉の成分例として採用するものである。同表でも明らかなように、本発明による砂質系地盤用深層混合処理工法に使用できるコンクリート破砕微粉の化学組成は、ＣａＯが１０〜２５％、ＳｉＯ２が５０〜７０％、Ａｌ２Ｏ３が７〜１０％、Ｆｅ２Ｏ３が３〜７％である。
【００２８】
一般に、コンクリートの固化反応に作用するＣａＯは、上述したようにセメントの状態において６０〜７０％含まれているが、本実施の形態で使用するコンクリート破砕微粉は、３００℃以上で加熱・すりもみ処理されているので、コンクリート破砕微粉として形成される段階では、大部分のコンクリートが固化反応を完了していることから、骨材化して反応性の低いＳｉＯ２の含有比率を６０％程度までに増加させているものと推定され、本来のセメントとは異質の形態を構成している。
【００２９】
上記のように、ＳｉＯ２の含有比率を６０％程度にまで増加させたコンクリート破砕微粉の形成は、３００℃以下で加熱・すりもみ処理では不可能であり、一方では、３００℃以上であっても、加熱処理のみでは形成取得することが困難であって、上述したように３００℃以上で加熱・すりもみ処理することによって初めて構成されることが、各種の実験によって確認されている。
【００３０】
又、図３は、本実施の形態に用いられたコンクリート破砕微粉と普通ポルトランドセメントの粉末度と比表面積の測定結果を示している。
【００３１】
比表面積は、混在している粉体や粒状体の状態を表示する指標の一つであって、粉体や粒状体の粒子における単位質量当たりの総表面積を以て表現しており、粒子の大きさ、形状及び表面性状によって異なるものである。
【００３２】
比表面積の例としては、直径５μｍの一様な球からなるシルトを仮定すると、約５０００ｃｍ２／ｇと計算されるが、一般的に、比表面積は粒子の寸法が小さいほど、あるいはその形状の偏平化の程度に従って、大きな数値を示すものであり、その増大は、対象粒子の吸水性やコロイド的性質を顕著にするものである。
【００３３】
例えば、粘土等を例にすると、その粒径が小さく偏平であり、かつ表面積が粒子の外表面と層間の内表面で表現されるために、その比表面積は非常に大きくなるものであり、結果として、比表面積の増大が粘土の活性力を増大させている。
【００３４】
図３に戻って検討を加えると、コンクリート破砕微粉においては、１５０μｍのフルイ残分が１５〜２６％程度あり、粉末度９０μｍのフルイ残分が、２５〜３６％程度あることを示している。これに対して、普通ポルトランドセメントにおいては、１５０μｍのフルイ残分は０であり、粉末度９０μｍのフルイ残分にあっても、１．４％程度であることを示しており、粉末度９０μｍの粒子が非常に多いことを明らかにしている。
【００３５】
しかして、比表面積は、コンクリート破砕微粉が５３００〜６５２０ｃｍ２／ｇであるのに対して、普通ポルトランドセメントは、３３２０ｃｍ２／ｇである。
【００３６】
このように、コンクリート破砕微粉が９０〜１５０μｍのフルイ残分を４０．３〜６２．５％程度含んでいながら、普通ポルトランドセメントに対して大きな比表面積を示していることは、これを推定するに、普通セメントに比較して２μｍ以下の非常に細かい粒子を多く含んでいるためと考えられる。
【００３７】
本実施の形態では、図３に示すようにコンクリート破砕微粉の比表面積が５３００〜６５２０ｃｍ２／ｇの範囲で、スラリー状態での材料分離を防止し、流動性が確保されることを確認しているが、これらの機能は、普通ポルトランドセメントの比表面積よりも大きな値を確保することで、４０００ｃｍ２／ｇ以上において確保されるものであり、４０００ｃｍ２／ｇ未満の場合には、固化材スラリーとして粘性の低下と材料の分離による固化不良を発生して施工性を低下するからである。
【００３８】
本実施の形態におけるセメントサイロには、上記の成分と粉径から構成されているコンクリート破砕微粉が混合粉体として保管されており、以下の本発明による深層混合処理工法の実施の形態では、従来と同様の設備・機器を用いて図１に示す施工工程で行われる。
【００３９】
セメントサイロのコンクリート破砕微粉１は、水槽からの水２と共にセメントミキシングプラントに供給され、１．０ｍ3の粉体ミルクを錬成するのに、７５２ｋｇのコンクリート破砕微粉１と水７５２ｋｇとを粉体比約１．０の下に混練することを規準にして、粉体スラリー３を錬成している。
【００４０】
セメントミキシングプラントからの粉体スラリー３は、グラウトポンプによって圧送量を１００リットル／ｍｉｎ以上にして、過度な脈動を防止しながら深層混合処理機４に供給されている。
【００４１】
深層混合処理機４は、攪拌オーガーを駆動しながら１００リットル／ｍｉｎの粉体スラリー３と原土５とを均一に混合しており、材質的に均一性と連続性を確保した１ｍ3単位のソイルセメント固化体を構築している。
【００４２】
以上の工程によって構築されたソイルセメント固化体は、所望の低い一軸圧縮強さを発揮しているが、その状態を図４において従来例と比較して確認している。
【００４３】
即ち、図４では、コンクリート破砕微粉を固化材に用いて構築したソイルセメント固化体と通常のセメントを固化材に用いて構築したソイルセメント固化体との材令毎の一軸圧縮強さを示しており、本実験結果は、共に１６７／ｍ3単位の３００℃以上で加熱・すりもみ処理されたコンクリート破砕微粉と普通ポルトランドセメントとを使用した場合の実験値である。
【００４４】
これによると、通常のセメントを固化材に用いて構築したソイルセメント固化体は、材令が進展するに連れてその強度を増加させており、７日で１２００ｋＮ／ｍ2、１４日で１７５０ｋＮ／ｍ2、３５日では２４００ｋＮ／ｍ2と記録されているのに対して、コンクリート破砕微粉を固化材に用いて構築したソイルセメント固化体においては、最終の材令３５日でも２３０ｋＮ／ｍ2と約１／１０以下に低下した値を示しており、砂質系地盤における液状化防止の目的に用いる深層混合処理工法による地盤改良体として有効な強度を形成している。
【００４５】
以上のように、本発明による砂質系地盤用深層混合処理工法は、３００℃以上で加熱・すりもみ処理されたコンクリート破砕微粉を固化材に用いる実施の形態で詳細に説明したように、原位置において地盤と固化材スラリーとを深層混合処理機で混合、攪拌する深層混合処理工法において、固化材スラリーを構成している固化材が１０〜２５％のＣａＯを含んで成り、比表面積が４０００ｃｍ２／ｇ以上の粉体をスラリー状に構成することによって、砂質系地盤における液状化防止の目的に適した低強度のソイルセメント固化体を構築することができる。
【００４６】
以上、本発明を実施の形態に基づいて詳細に説明してきたが、本発明は、上記実施の形態に何ら限定されるものでなく、固化材としてのＣａＯ等の含有度や粒子の比表面積の構成、さらには固化材スラリーを錬成する水粉体比の選択等において他の例を除外するものでなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは当然のことである。
【００４７】
【発明の効果】
本発明の砂質系地盤用深層混合処理工法は、原位置において地盤と固化材スラリーとを深層混合処理機で混合、攪拌する深層混合処理工法において、固化材スラリーを構成している固化材が１０〜２５％のＣａＯを含んで成り、比表面積が４０００ｃｍ２／ｇ以上の粉体をスラリー状に構成することを特徴としているので、砂質系地盤における液状化防止の目的に適した低強度のソイルセメント固化体を構築できる効果を発揮している。
【００４８】
加えて、本発明の砂質系地盤用深層混合処理工法は、固化材スラリーを水粉体比１．０前後で混練することを特徴としているので、上記効果に加えて、スラリー状の材料が分離するのを防止し、流動性の確保を図れる効果を発揮している。
【００４９】
本発明の砂質系地盤用深層混合処理工法は、粉体を３００℃以上で加熱・すりもみ処理されたコンクリート破砕微粉で構成することを特徴としているので、上記効果に加えて、コンクリートがらの処理過程で発生する材料を活用して産業廃棄物の活用と減量を図る効果を発揮している。
【図面の簡単な説明】
【  図１】本発明による砂質系地盤用深層混合処理工法の施工工程図
【  図２】本発明による砂質系地盤用深層混合処理工法に用いるコンクリート破砕微粉の化学組成
【  図３】コンクリート破砕微粉と普通セメントとの粉末度と比表面積を示す試験結果
【  図４】本発明による砂質系地盤用深層混合処理工法で構築したソイルセメント固化体の一軸圧縮強度
【  図５】従来からの深層混合処理工法に用いる設備・機器の配置図
【符号の説明】
１  コンクリート破砕微粉、  ２  水、  ３  粉体スラリー、
４  深層混合処理機、  ５  原土、
１１  セメントサイロ、  １２  水槽、
１３  セメントミキシングプラント、  １４  グラウトポンプ、
１５  深層混合処理機、  １６  攪拌オーガー、
【図１】
0003733521.tif 000002
【図２】
0003733521.tif 000003
【図３】
0003733521.tif 000004
【図４】
0003733521.tif 000005
【図５】
0003733521.tif 000006