アスファルト道路の盤膨れ事例紹介と考察土木設計室 宮内 彰

1．はじめに
平成 22 年 9 月中旬に、安来市広瀬町内の山岳道路部アスファルト舗装施工完了後 4 ヶ月（交通未開放）を経た時点で、その一部約 100m 間に断続的にひびわれを伴う盤膨れが発生していることが分かった。地域一体は白亜紀末～古代三期にかけて迸入した因美花崗岩が分布しているところである。切土のり面は既に厚層基材吹付け工が施工されている状態である。
盤膨れの原因が何であるかを調べたところ、意外なことにその原因は当該地の地盤に由来するのではなくて、他所から持ち込まれた路盤材が原因であることが分かった。このことは単に盤膨れという物理的現象だけではなくて、経済コストと環境問題を包含した社会問題になる可能性を持っていると考えられる。今後は注意すべき事例であると思われるのでここに事例を紹介する。

2．現場紹介業務位置

図－1 変状箇所位置図

②区間
①区間
③区間

⑤区間

④区間
図－2 As 道路面変状部の位置図 S＝1:400

写真 1 As 面変状写真≪①区間≫

写真 1-1 NO.18 から NO.18＋20 を望む

写真 1-2-1 ①箇所、上り坂

写真 1-2-2 写真 1-2-1 の拡大、クラック巾 12～15 ㎜

写真 1-2-3 As 面のクラック箇所は膨れ上っている。約 1～2 センチの膨れ上がり≪④区間≫

写真 1-7-1 ④箇所

写真 1-7-2 1-7-1 の近接

3. 現象の特徴
アスファルト面の膨れ上がりには、いくつかの特徴が挙げられる。これらを箇条書きで示すと次のようである。
1) アスファルト面の膨れ上がりは 2～3m の長さをなして、開口亀裂を生じている。
その亀裂の多くは登り車線側(山側)にあり、車線の延長方向に発達している。
2) 亀裂の発生は図 1-1 に示したように亀裂群をなし、伸長方向をメインの亀裂とし、それに 付随して写真 1-4-2 に示すように横断方向に、また頭部･尾部で枝分かれするように入る パターンが多く見受けられる(むかで状のひび割れ)。
3) 膨れ上がりの高さは、現時点(9 月 7 日)では元の平滑な面から 1～2cm である。
4) メイン亀裂の開口幅は、現時点では大きいところでおおよそ 1.5cm である。
5) 亀裂は大きくは①～⑤の区間に分けられる。⑤のみは唯一下り車線側(谷側)に入っている。
6) これらが発生している区間は NO.17－3～NO.18＋8 の約 110m 間で発生している。

4.考えられる原因
盤膨れによる亀裂が発生している。盤膨れを生じる原因としては、
1) 素因
・ 盤を構成する素材の中に、膨張性鉱物が存在していること(膨張性地山)。
・ 地下水が溜まりやすい空隙のある微地形をしていること。
・ 被圧水が出現しやすい亀裂の集中する地山であること。
2) 誘因
・ 地下水の供給、及び降雨水の供給(高被圧水圧による As 面の破壊)
・ 急激な地温上昇(反応を促進させる環境、As 面の温度上昇が路盤に及ぶ場合)などが上げられる。ただし、ここでは山側の側溝等に応力による変状が発生していないことから、すべり破壊をもたらすような応力は作用していないと考える。
一般に盤膨れを生じる岩石としては、
1) モンモリロナイトを含む凝灰岩、同質安山岩類
2) 黄鉄鉱(FeS2)に代表されるように、硫黄(S)を伴う硫化鉱物を含む岩石あるいはこれらを含む岩脈(ランプロファイヤー<煌斑岩>)の存在
3) モンモリロナイトを含む泥岩や粘土の存在(熱水変質により地山が粘土化している場合)などが挙げられる。また、本地には適合しないが、硫酸還元菌などの微生物による盤膨れなども発生することがある。

5．X 線回折試験
5-1. X 線回折測定結果
分析は「島根県産業技術センター・環境技術グループ」に依頼した。その結果を図―3 に示す。結果
としては、NO.17+20, NO.17+90 のいずれとも次に示す鉱物が検出された。
② カスピディン（Ca4SiO2O7F2）① 蛍石 （CaF2）.

③ α－石英 （SiO2）⑤ ペリクレース（MgO）④ ブルース石 （Mg（OH）2）⑥ 方解石 （CaCO3）

図－3 採取資料の X 線回折
5-2.路盤を隆起させたもの-考察回折結果について、島根県産業技術センター生物応用グループよりコメントを頂いたのでこれを以下に記す。
《

強度の強いものはブルース石（水酸化マグネシウム）と蛍石（フッ化カルシウム）で、蛍光 X 線
分析では F 以上の全元素分析で主な検出元素は Ca:44.6％、Mg:24.5％、Si:11.7％、F:8.6％、Fe:3.9％、Al:3.8％、Mn:0.9％、P:0.9％といった組成になっています（サンプル NO.17＋20 の場合、およびNO.17＋90 もほぼ同様）。
今回の分析では骨材周囲の砂状のもののみを分析していますが、鉱物組成、元素組成から、この砂は鉄鋼精錬に使うスラグ（鉱滓）だと考えられます。
検出鉱物の膨潤性については、MgO、Mg（OH）2、CaCO3 が検出されていることからMgO → Mg（OH）2 →CaO → Ca（OH）2MgCO3→ CaCO3という化学変化の過程で膨潤が考えられます。》
以上のコメントより、水酸化マグネシウムの組成をもつブルース石、水酸化カルシウムを伴う鉱物が主体的な膨張性粘土鉱物である。ブルース石 Mg（OH）2 は緑泥石群のうちの膨潤性粘土鉱物である。

6．なぜ蛍石が使用されるのか
5-2 節において「・・・この砂は鉄鋼精錬に使うスラグ（鉱滓）だと考えられます。
」とある。正確には「鉄鋼精錬に使われて生じたスラグ（鉱滓）」となると考える。ここでなぜ蛍石が鉄鉱製錬に使用されるのかであるが、簡潔に解説しておく。
1）鉄鉱スラグの分類とその利用面 （鉄鉱スラグ：製鉄工程において鉄鉱石や鉄スクラップから鋼（はがね）を作り出す際に生産される副産物。）
鉄鉱スラグ――高炉スラグ（銑鉄製造工程で生産されるスラグ）→：大部分はセメント原料、路盤材、コンクリート用骨材などとして有効利用――製鋼スラグ（製鋼工程＝鋼の純度を上げる工程、生産されるスラグ）→：一部はフッ素化合物を含んでいるため最終処分、有効利用されない。
2）製鋼スラグが最終処分される理由
高純度の鋼（はがね）を生産するために、不純物除去材として CaO のスラグ化を促す溶剤として蛍石（CaF2）を利用している。〔銑鉄を生産するときには SiO2 の流動性を高めるために CaCO3 を加えながら加熱する。銑鉄から鋼に純度を上げるには融剤（フラックス）として（CaF2）を用いてきた。
〕
このため製鋼スラグには F（ふっ素）化合物が多く含まれている。
F は健康に被害を及ぼす。F を摂り過ぎると骨フッ素症になりイタイイタイ病や水俣病と同じような症状を呈するようになる。骨硬化症、甲状腺障害、斑状歯などの症状をなすことがある。
なお、蛍石（CaF2）を使用することにより製鋼工程において融点を下げることができ、エネルギー効率を高めることができ CO2 排出量を削減することができる。しかし逆にスラグの最終処分量が増加することになる。両者はトレードオフという悩ましい課題に直面しているといえる。
3）鉄鋼スラグの産業廃棄物基準
鉄鉱スラグなどの産業系副産物を建設資材などに有効利用する際の明確な基準がないために、土壌環境基準あるいは土壌汚染対策法指定基準が準用されているのが現状である。一部の製鋼スラグはふっ素がその基準をを満たしていないという理由で有効利用できず最終処分せざるを得ない状況になっている（土壌汚染対策法指定基準では、ふっ素の含有量基準は 4,000mg/kg 以下、溶出基準は 0.8mg/L 以下）。
【1)～3）は（独）国立環境研究所 循環型社会・廃棄物研究センター 河以紘輔,環境,（2010,3）を変形引用】

7．考察

製鉄メーカーは鉄鉱スラグ、溶融スラグの有効利用法、その他の副産物である産業廃棄物の処理法との戦いでもある。有効利用に際しては水浸膨張試験（すいせきぼうちょうしけん）を行い、発生スラグ個々の膨張特性を調べ上げて利用している。今回の路盤材も、廃棄処分をするに際してふっ素の含有量基準値以下を満たしていること、膨張量をコントロールした砕石混合率で利用するなどの利用法を確立して処分すべきであった。ただし大量にふっ素化合物を含んでいる場合は人体に影響を与えないように最終処分すべきである。