特 集 セメント系固化材 最近のうごき

セメント系固化材を用いた改良体の長期安定性に関する研究（一社）
セメント協会 セメント系固化材技術専門委員会

1．はじめに良体の物理的および化学的安定性に関する追跡調査を行い（以下，1990年施工改良体試験と称す），材齢

セメント系固化材は，1970年頃にセメントを母材22年までの結果をレポートとしてとりまとめ，2014として，土を固めるために有効な各種成分を添加す

年 2 月に本誌で発表している2）。ここで確認されたるなどして開発された製品であり，約50年の歴史を主な成果は，下記の 2 点である。

有している。この間に各種地盤改良工法の発展とと① 現場改良体よりコアボーリングにて採取したもに多方面の改良現場で適用されるようになり，供試体の一軸圧縮強さは，材齢 5 年程度まで増2017年度の需要量は829万tに及び，社会資本整備の進を続けて材齢28日強度の 3 倍に達し，その後一翼を担う材料として高い評価を得ている。

も同等の強度を維持して低下は生じていない。

しかしながら，一般のセメントやコンクリートと② 改良体中のカルシウム含有量は施工時からほ比較してその歴史はまだ浅いため，セメント系固化ぼ一定で推移しており，長期材齢においてもセ材による改良土の強度の経年変化や耐久性についてメント水和物も安定して存在している。の調査事例や報告は少ないのが実状である。そこ

今回紹介する研究は，セメント系固化材を用いたで，セメント協会では，1990年に千葉県習志野市で改良体の長期安定性検証の 2 例目として，神奈川県

セメント系固化材を用いた試験施工1）を実施し，改横須賀市の（国研）海上・港湾・航空技術研究所 港湾空港技術研究所と共同で取り組んでいるものであ

セメント系固化材技術専門委員会メンバー
委員長

黒澤委

本田欽也

日鉄住金高炉セメント㈱酒井秀一

日鉄住金セメント㈱

重田輝年

㈱トクヤマ

森

太平洋セメント㈱

員

功

米田喜彦

34

修

宇部三菱セメント㈱宇部興産㈱り，2009年 2 月に同研究所の円形土槽内で試験施工を実施し，改良体の調査を継続している。本研究の主目的は，以下の 2 点である。
① 長期材齢（材齢20年までを予定）での改良体の物理的・化学的安定性の検証② 2000年頃より販売が開始された六価クロム溶

佐々木慎一

麻生セメント㈱出低減型の特殊土用固化材と従来の一般軟弱土

飯田達郎

デンカ㈱

二戸信和

㈱デイ・シイ用固化材との強度発現性，六価クロム溶出特性

土肥浩大

三菱マテリアル㈱根本佳則

日立セメント㈱吉田雅彦

住友大阪セメント㈱セメント・コンクリート No. 866, Apr. 2019

ならびに周辺土壌に対する影響等の比較
本稿では，材齢 5 年までの試験結果を紹介する。

写真1

試験フィールドおよび施工の様子
表1

含水比（％）
88.5

試料土の土質性状

コンシステンシー
土粒子
強熱
密度減量
（g/㎤） （％） 液性限界（％） 塑性限界（％） 塑性指数2.769

14.4

149.138.2110.9２．試験概要

粒度区分（％）
礫
2 ～75㎜

砂0.075～ 2 ㎜

シルト0.005～0.075㎜

粘土～0.005㎜

6161662

表2柱状改良体の配合

固化材添加量（kg/㎥）

水固化材比（％）

35080

周辺土 SB4周辺土 SA42–1．試験フィールドおよび施工条件3，4）
本試験は，港湾空港技術研究所にある内径 6 ｍの円形土槽内（に施工した改良体）で実施している。円形土槽の土は神奈川県産の火山灰質粘性土（以下，試料土と称する）に置き換え，φ60×300㎝の柱状改良体を一般軟弱土用固化材と特殊土用固化材を用いてそれぞれ 4 本打設した。写真1に試験フィールドである円形土槽と改良体の施工状況を示す。
改良対象とした試料土の土質性状を表1に示す。
火山灰質粘性土の土質性状例5）の範囲内の試料土で

B1WBB4A4A2B2B3ある。改良体の配合は表2に示すとおり，固化材添

A1WAWS

A3

加量350kg/㎥，水固化材比80％とした。打設後，未改良の試料土で20㎝程度覆土した。また，円形土槽内に，地下水の水質分析試料採取のための井戸を二か所設け，地下水位測定のための井戸を一か所設けた。施工配置を図1に示す。
2–2．地下水位

A：一般軟弱土用固化材を用いた柱状改良体（改良体 A）
B：特殊土用固化材を用いた柱状改良体（改良体 B）●：地下水採取井（WA，WB）○：地下水位測定井（WS）

図1

施工配置（平面図）

地下水位について施工後から観測を行った。測定は東京測器社製の水位計（KW-10C）を用いた。地下

図2に施工後から 6 か月間の水位と降水量の測定

水位の測定場所は，地下水位観測井（WS）とし，測結果を示す。水位は，降水量の影響を敏感に受ける

定間隔は， 1 時間に 1 測定とした。

ものの，平均するとG.L-2.0m程度となった。

セメント・コンクリート No. 866, Apr. 201935

G.L-0.0100

水位

G.L-1.060
40

G.L-2.020

降水量
G.L-3.009/3/3

図2

降水量（mm/h）

水位（m）

80

009/8/30

09/6/1
日時

水位と降水量※の変動（施工後から6か月）［降水量は，気象庁三浦観測所のデータを引用（気象庁ホームページ http://www.jmA.go.jp/jmA/index.html）］
周辺土（φ7.5cm）

φ 0.6mコア（φ6.5cm）

H（0 ～ 2m）
3m

写真2

コア採取の状況と採取されたコアの一例

表3 試験項目および試験方法（試験規格）
L（2 ～ 3m）

試験項目

試験方法

一軸圧縮強さJIS A 1216：2009「土の一軸圧縮試験方法」

含水比JIS A 1203：2009「土の含水比試験方法」

湿潤密度JIS A 1225：2009「 土の湿潤密度試験方法：ノギス法」

溶出試験 46号法

環境庁告示第46号法（以下，環告46号法とする）

化学分析 CaO

不溶残分のろ液を用い，
JIS R5202：1999｢ポルトランドセメントの化学分析｣に準拠

6 か月の測定期間以降，材齢ごと（ 1 年，3 年，5pH

地盤工学会基準 JGS 0211-2000｢土懸濁液のpH試験方法｣

年）の供試体採取前に地下水位測定を行ったところ，

XRD―0.45m

図30.15m

試験供試体の採取位置

地下水位はG.L-2.0m程度であり，施工後から 6 か月間の平均水位と同様であった。

中心から45㎝離れた土壌から採取し，試験に用いた。ただし，採取した周辺土は，A 4 およびB 4 の周2–3．試料採取および試験供試体の成型辺のみとした。なお，コアおよび周辺土の採取位置

コアボーリングにより採取する試料は，図3およに関し，地下水位の結果より，平均水位より上の部分

び写真2に示すとおり，柱状改良体から採取するコ（ 0 ～ 2 ｍ）をH，平均水位より下の部分（ 2 ～ 3 ｍ）

アと柱状改良体の周辺から採取する周辺土とした。

をLと標記することとした。

コア（φ6.5㎝）は，柱状改良体の端から15㎝内側の場所から採取した。採取したコアは，カッターによ2–4．試験供試体と試験項目

り高さ13㎝程度の供試体に成型（乾式で切断）し，一試験の対象は，改良体，改良体の周辺土および地軸圧縮強さ試験に用いた。周辺土は，柱状改良体の下水とした。試験項目および試験方法を表3に示す。

36

セメント・コンクリート No. 866, Apr. 2019

表4
材齢

改良体の一軸圧縮強さの平均（kN/㎡）
28日

供試体
採取位置

H
1899

改良体A

１年
LH

1931

3765

1910
978

改良体B

３年
LH

3283

4252

3604

1056 2618

1004

５年
LH

3564

4423

4023

2565

2764

2600

表5
材齢

L
4031

4299

2178

2673

2568

2607

2658

１年

供試体
採取位置

H
1.98

改良体A

改良体 A

2.68

改良体B

02

35

1.85

2.33

2.11
2.43

2.83

2.09
2.25

2.06

2.73

2.56

2.47
2.65

一軸圧縮強さの変動係数

A

0.32

0.17

0.18

0.21

B

0.46

0.33

0.4

0.35

供試体採取位置と含水比の関係（％）
28日

コア
採取位置

4

L

5年

H

１年
LH

３年
LH

５年
LH

L

80.60 80.27 80.60 80.27 76.30 77.61 78.81 79.81
80.44

80.44

76.95

79.31

86.30 85.18 84.41 83.77 77.15 77.19 82.72 82.34

改良体B
1H

3年

改良体A

02.242.59

材齢

1000

1.70

L

1年

表7

改良体 B

H28日

1990 年施工試験

2000

L

５年

改良体名

4000

3000

３年

1.89

表65000

一軸圧縮強さ（KN/m2）

改良体の一軸圧縮強さの強度比（５年/28日）

85.74

6

84.09

77.17

82.53

材齢（年）

図4

150

材齢と改良体の一軸圧縮強さの関係6）

1990 年施工試験

140３．試験結果3–1．強度試験および物理試験
3–1–1．改良体の一軸圧縮試験結果

含水比（％）

130
120
110
10080

材齢と改良体の一軸圧縮強さの関係を表4および

70

図4に，改良体の一軸圧縮強さの強度比（ 5 年/2860日）を表5に，各材齢の一軸圧縮強さの変動係数を

改良体 B

90

改良体 A0

図5表6に示す。図3には1990年施工改良体試験の結果も併記した。改良体の強度は材齢28日経過後も増加

123
材齢（年）

456

材齢と改良体の含水比の関係

3–1–2．改良体の含水比試験結果

し，強度比は材齢 5 年時で改良体Aは2.25，改良体

各材齢における改良体の含水比を表7，図5に示Bは2.65となり，その後の長期材齢も増加または安す。改良体の含水比は，材齢による違いが認められ定的に推移していることが確認された。また，同種るが，経年による明確な傾向は認められなかった。の固化材を使用した1990年施工改良体と今回の改良

また，地下水位の上と下とでの違いはほぼ見られな

体Aの強度発現性は，同様の傾向を示した。なお，かった。

一軸圧縮強さの変動係数の最大は材齢28日であり，改良体Aが0.32，改良体Bが0.46であった。改良体の3–2．化学試験

変動係数に関しては，0.10～0.50との報告7）があり，3–2–1．改良体からの六価クロム溶出試験結果

本試験施工は一般的な水準の施工であると考えられる。

試験に供した試料は，地下水位の上下それぞれのセメント・コンクリート No. 866, Apr. 201937

14
改良体 A-H

130.10

環境基準値

1990 年施工試験

改良体 A-L0.05

pH

六価クロム溶出量（mg/L）

0.15

改良体 B-L
11

改良体 B-H
0.00

024610材齢（年）

図6

改良体 A

12

改良体 B0材齢と改良体からの六価クロム溶出量（最大値）の関係7）

図830

234材齢（年）

改良体 A

15

改良体 B

6

石英5y

1990 年施工試験

205

材齢と改良体のpHの関係

エトリンガイト

25CaO（％）

13y1y1028d

5000123456材齢（年）

図7102030405060

回折角度（2θ）

図9

粉末X線回折結果の経年変化

材齢と改良体のCaO含有量の関係

り，長期材齢でも変化は認められなかった。
平均強度に最も近いものとした。材齢と改良体からの六価クロム溶出量（最大値）の関係を図6に示す。

3–2–3．pH試験結果

六価クロムが溶出しやすい火山灰質粘性土を対象とし材齢と改良体のpHの関係を図8に示す。改良体の種たため，一般軟弱土用の固化材を用いた改良体Aの材類および地下水位の上下に係わらず，pHは11～12を維

齢 １ 年までは溶出量が環境基準値（0.05㎎ /L）を超過持しており，長期材齢でも変化は認められなかった。

したものの，材齢 3 年以降は環境基準値以下であった。一方，特殊土用固化材を用いた改良体Bでは， 5

3–2–4．粉末X線回折結果年まですべての材齢で環境基準値を満足した。また，

粉末X線回折結果の経年変化を図9に示す。材齢

改良体の周辺土（約11㎝離れた未改良土）
および円形

5 年でもセメント系固化材の水和物の一種であるエ

土槽内の観測井戸から採取した地下水については，トリンガイトのピークに大きな変化はなく，長期にいずれの材齢からも六価クロムは検出されなかった。

わたり安定的にセメント水和物が存在していることが確認された。

3–2–2．化学分析結果
材齢と改良体のCaO含有量の関係を図7に示す。

４．まとめ

地下水位の上下に係わらず，改良体AのCaO量は20

セメント系固化材による改良体の長期的な安定性～23％程度，改良体Bは16～19％程度で維持しておを把握するため，試験施工により築造した火山灰質

38

セメント・コンクリート No. 866, Apr. 2019

粘性土の改良体を追跡調査した。その結果，現段階の水和物が長期にわたり強度増進および安定性で以下のことが判明した。に寄与していると推測された。

⑴ セメント系固化材を用いた改良体の強度は，本研究は現在，材齢10年を迎えて各種試験を実施

材齢 5 年時点で材齢28日の 2 倍以上となってお中である。今後，材齢20年まで追跡調査を継続する

り，長期材齢でも安定的に維持されていること予定であり，セメント系固化材による改良体の長期が確認された。

的な安定性を立証して公開し，セメント系固化材の⑵六価クロム溶出量は，火山灰質粘性土を試料

さらなる利用拡大を図りたい。

土とした今回の試験でも，一般軟弱土用固化材を用いた改良土では材齢 3 年以降，特殊土用固［参考文献］

化材を用いた改良土では，全材齢で環境基準値

1） ㈳セメント協会／セメント系固化材を用いた改良体の長期安定性にを満足した。また，材齢 5 年までのすべての材

2） 清田正人，松山祐介，重田輝年，泉尾英文，中村弘典：セメント系固化材を用いた改良体の長期安定性-材齢22年-／セメント系構造物と周辺地盤の化学的相互作用研究小委員会成果報告書,pp.473～
478.20143） 中村弘典，高橋章市，清田正人，田坂行雄，柳原勝也／セメント系固化材を用いた改良体の長期安定性に関する研究：第64回年次学術講演会pp.887～888.20094） 中村弘典，高橋章市，北誥昌樹，森川嘉之／セメント系固化材を用いた改良体の長期安定性に関する研究-材齢1年結果報告-／第65回年次学術講演会pp.1065～1066.2010
5） 土質試験の方法と解説－第一回改訂版－（公社）地盤工学会
6） 野田潤一他／セメント系固化材を用いた改良体の長期安定性に関する研究-材齢5年結果報告-：第69回年次学術講演会pp.183～184.2014
7） 日本建築センター／建築物のための改良地盤の設計及び品質管理指針

齢では，周辺土および地下水からの六価クロムの溶出は検出されなかった。
⑶ 改良体の含水比，CaO量およびpHは，地下水位の上下に係わらず，材齢 5 年で大きな変化は認められなかったことから，周辺土へのセメント成分の溶脱等はないものと判断された。
⑷ 粉末X線回折結果によれば，材齢 5 年でも材関する研究2002.3

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セメント・コンクリート No. 866, Apr. 201939