気泡混合軽量土の水和反応に対する指標としての土粒子比重の検討
防災設計工学研究室 山田 正則
指導教官 海野 隆哉
1．はじめによび土粒子比重の変化量を測定し，簡易的な水和反1.1 背景

応の指標としての土粒子比重の減少度合による水和気泡混合軽量土（以下，軽量土）は盛土荷重の軽度の定量化を行うことを第 1 の目的とした．また，減による軟弱地盤での圧密沈下の抑制などに用いら水和度と一軸圧縮強さの関係を明らかにすることをれ，近年，施工実績が増加している改良土の一つで第 2 の目的とし，各実験を実施し検討を行った．

ある．軽量土において，設計や施工管理には一軸圧縮強さを用いるのが現状であるが，一軸圧縮強さに2．供試体の作製はばらつきがみられるために，正確な一軸圧縮強さ

本研究では，材齢 28 日での一軸圧縮強さを目標として評価するのには問題がある．玉尾 1)は材齢 14

一軸圧縮強さ qu28 とし，表 1 に示す qu28=500kN/m2，

日における一軸圧縮試験と物理試験を行った結果，

目標密度 0.68g/cm3，空気量 57.8％，水セメント比

含水比分布によって破壊形式が異なるため一軸圧縮1.65 とする基本配合をもとに，母材の構成割合を変強さがばらつくとした．また，下部で含水比が大き化させ，母材を固化材だけで構成した気泡ミルク配い供試体は下部圧縮破壊をおこすため，弱部となる合，および基本配合と気泡ミルク配合の中間の母材原因が水であるとした．本研究では，供試体内の水構成割合になるようにした中間配合の 3 ケースにお分が強度発現にどのように影響を与えるか明確にすいて各試験を行った．玉尾は採取位置を容器下端かるためセメントと水が凝結して強度発現する水和反ら 8cm 上昇させることで，より正確な一軸圧縮強さ応に着目した．

を測定できるとしており，供試体を作製するにあた

1.2 水和反応の指標としての物理特性の検討

り全ての配合で採取位置の底上げを行った．表１に水和反応の進行率を表す水和度はセメント中の水従い，固化材，粘土，水を練混ぜたものに気泡発泡和したセメントが占める割合によって定義される．

装置で発泡させた気泡を混入するプレフォーム方式

水和度の指標として，強度，結合水，ペーストの比で軽量土を作製し，幅 26cm×長さ 37cm×高さ重，水和熱が挙げられ，各材齢での変化量から水和27cm の容器に打設後，高さ 12.5cm×直径 5cm の度の測定ができる．本研究では，水和度と一軸圧縮モールドを容器に挿入したものを一軸圧縮試験用供強さの関係について検討したいことから，一軸圧縮試体とした．供試体は 20℃恒温の部屋で湿度 90％試験後の供試体で行えるものが望ましい．水和反応のデシケーター内で所定の日数（3，7，14，28 日）後のセメントペーストの比重が軽くなる事が知られになるまで気中養生した．ている。よって土粒子比重も小さくなることが考えられる。
また、
水和反応による変化量が大きいこと、比重試験の供試体は一軸圧縮試験供試体を粉砕して作製するため，試験後に測定できることから土粒子

表 1 配合表
配合名称

粘土(kg/m3)
基本
180
中間90
気泡ミルク
0水(kg/m3)
297
280
262

気泡量(l/m3)
578609640

表 2 軽量土の品質比重の試験を行った．材齢間の土粒子比重の変化を測定し，水和度の指標として評価できるか検討した．

配合名称

1.3 本研究の目的

基本
中間気泡ミルク

本研究では，材齢経過にともなう一軸圧縮強さお固化材(kg/m3)
180
239
298

目標密度(g/cm3)
0.680
0.610
0.560

生比重0.656
0.584
0.544

目標空気量（％）
586364

空気量
57.5
62.5
63.8

フロー値(mm)
183
175183700
650

３．試験結果および考察
2

一軸圧縮強さ（kN/m )所定材齢の供試体で各試験を実施し，材齢経過に基本中間気泡ミルク600おける水和反応による各値の変化量を求めた．各値の変化が，最も顕著に表れた気泡ミルク配合の結果を中心に示す．
3.1 一軸圧縮試験

550500450400350300250

図 1 に各配合の一軸圧縮強さと材齢の関係を示す．

200

材齢経過ともなう水和反応による強度発現し，一軸0510152025

圧縮強さが大きくなることが確認された．
表 2 より，

図 1 各配合での材齢−一軸圧縮強さ関係

目標密度に比べて生比重が小さいため、基本配合に65おける一軸圧縮強さが目標一軸圧縮強さより小さく

上中
下
平均60

気泡ミルク配合における各材齢での含水比試験の結果を図 2 に示す．含水比は一軸圧縮試験後の高さ含水比（％）

なった．
3.2 含水比試験55504512cm の供試体を 4cm ごとに分け測定した．上部，中部，下部ともに材齢経過にともない，含水比の減400少が確認できた．材齢間の含水比の減少は水和反応発性の水分である結合水の減少と推測される．

2.80

3.3 土粒子比重試験

2.781015材齢（day)202530上中下
平均2.76
土粒子比重

土粒比重試験の供試体には一軸圧縮試験の供試体
試験は JIS A 1202 土粒子の密度試験に準拠し試験5

図 2 気泡ミルクでの材齢−部位別含水比関係によるものであるとすると，材齢間の減少量が非蒸を炉乾燥させ，粉末状にすりつぶしたものを用いた．

30

材齢（day）

を行った．図 3 に気泡ミルク配合における部位別の2.74
2.72
2.70
2.68
2.66

土粒子比重，図 4 に各配合の材齢と土粒子比重の関2.64係を示す．部位別の結果では，材齢における土粒子

2.620

比重は，部位によって含水比が異なっても，同一材

51015材齢(day)202530齢でほぼ等しい値を示した．また、材齢経過にとも
図 3 気泡ミルクでの材齢−部位別土粒子比重関係

ない，水和反応によって水とセメントが凝結しセメント水和物を生成するため土粒子比重が減少するこ

2.80とが確認された．図 4 より粘土が混合されていても2.78以上の試験結果をまとめ，図 5 に土粒子比重と含水比関係，図 6 に一軸圧縮強さと土粒子比重関係を示す．図 5，図 6 より材齢経過によって変化する含土粒子比重土粒子比重が低下することが確認された。

2.742.72
2.70
2.68
2.66

水比，土粒子比重，一軸圧縮強さは線形関係がみら2.64れる。材齢に関わらず，セメントが水和反応したと2.62

きの強度発現による一軸圧縮強さの増大，物理特性の変化量は一定であると考えられ，土粒子比重によ

基本配合
中間エアミルク

2.760510152025

材齢（day)

図 4 各配合での材齢−土粒子比重関係30

る水和度の定量化が可能と考えられる．

2.80

4．水和度の算定
2.75

確認でき，水和したセメントによる土粒子比重の変化は一定であること考えられる．セメントが 100％水和したときの土粒子比重が算出できれば，比重差

土粒子比重

水和反応によって土粒子の比重が減少することが

2.70
3日
7日
14日
28日
平均

2.65を算定することで水和度を定量的に表すことができると考えた．

2.60
48

水和度 100％のときの土粒子比重 Gc100 について，セメント質量 100ｇの場合，以下のように算出する．
泡ミルク配合におけるものであり，他配合における650合から算定した．
初期のセメント比重 Gc 0 は 3.04 であることから，100ｇに対するセメント容積は，一軸圧縮強さ（kN/m2)

700

た土粒子比重 Gc100 ，粘土の比重 2.7，母材の構成割

5254
含水比（％）5658

図 5 気泡ミルクでの土粒子比重−含水比関係なお，算定式による水和度 100％の土粒子比重は気
水和度 100%の土粒子比重は，理論値により算出し

50

3日
7日
14日
28日
平均

600
550
500
450400350mc
Gc 0

Vc

100
3.0432.9ml

2.60（1）2.65

ゲル水や自由水は炉乾燥により蒸発するため考慮の必要がないと考えた．よって，水和度 100％の土粒
子比重 Gc100 は，Gc 0 ：乾燥セメント比重となる．次に，セメントの水和反応によりセメント

Gc100

mcの 重 量 の 23 ％ が 結 合 水 と な り ， 結 合 水 量 は23 g となる．セメントの容積と結合水の容積を加えたものが水和固体生成物の容積となるが，水和反応による容積の減少をともなうため，結合水からその 0.254 倍を引いたもの水和固体生成物の容積となる。すなわち，

Vc2.80セメントペーストはゲル水や自由水もふくまれるが，Vc ：セメントの容積
mc ：セメントの乾燥質量

Vcs2.75

図 6 気泡ミルクでの一軸圧縮強さ−土粒子比重関係

ここに，100 0.232.70
土粒子比重0.23 mc (1 0.254)

0.23mcVcs

123
50.22.457 （3）となる．以上の算出した理論値を用いて，Ｘ日における水和度算定する．水和度 100％の土粒子比重と水和度 0％の土粒子比重の差を最大比重差 Amax とする．水和度 0％の土粒子比重と試験により測定されたＸ日の材齢での土粒子比重 G X の差を AX とす

50.2ml（2）

ここに，ると，Ｘ日の水和度 BX は，BX
Vcs ：水和固体生成物の容積となり，水和固体生成物の容積 50.2ml となる．

AXAmax100

C0 G X
100 (4)
G0 G100

ここに，BX ：Ｘ日の水和度（%）
AX ：材齢Ｘ日の比重差G X ：材齢Ｘ日の土粒子比重
Amax ：最大比重差100となる．式(4)より各配合で水和度を算出した結果を図 7 に示した．水和度は配合に関わらず，同材齢トと粘土の混合割合に影響を受けず一定の速度で反応する．また，上，中，下の含水比の異なる部位で水和度（%）

でほぼ等しいため，水セメント比，空気量，セメン

80

測定したが，ほぼ比重が等しかったため，含水比の6040

気泡ミルク
基本中間20

大きさによる水和度の差異はないことが確認できた．
0算出された気泡ミルク配合における水和度と一軸圧05

縮強さの関係を図 8 に示す．水和度と一軸圧縮強さ

1015
材齢（day)202530

図 7 材齢−水和度関係はほぼ比例関係を示しことから，水和反応による強700

度発現を考慮した一軸圧縮強さの推定が可能である．
5．水和度を用いた局所的な物理特性の検討
図 9 に基本配合の各高さにおける 100cm3 中の水と母材の体積を示した．水和速度は含水比に関わらず一定であることから，各高さの骨格のセメンテーションも一定である．上部と下部で母材の体積に一軸圧縮強さ(kN/m2)

600
500400300200
10001cm3 程度の差があり，全体の母材の体積が 13 cm30程度であるため，上部と下部で約 7%体積に差があ・ 水和反応により各物理特性，一軸圧縮強さに変化が生じることが確認することができた．
・ 材齢間での土粒子比重差により，セメントの水和進行度を示す水和度を定量的に表すことができた．
・ 算出された水和度と一軸圧縮強さは，ほぼ比例の関係にあるため，同一配合においては土100

母材
水12す要因であると推測でき，局所的な強度の特性と考本研究で得られた知見は以下のとおりである．

8014の体積量が強度の差と考えられ，下部圧縮破壊を起

10高さ(cm）

6．結論

4060
水和度(%)

図 8 気泡ミルクでの水和度−一軸圧縮強さ関係

る．骨格の強さが一定であることから，上部と下部えられ，水和度は考えなくて良いことがわかった．

2086420今後の課題
1015202530

体積（cm3）

図 9 基本配合における体積分布
・ 炉乾燥による水和度への影響の検討
・ 別配合でのデータの蓄積・ 固化材を変えた配合でのデータの蓄積

粒子比重を測定することで一軸圧縮強さの推定ができる．
・ 局所的な強度に関していえば，水和度は関係がないため，母材の体積の差が弱部を作る原因である．

【参考文献】
1)玉尾由享：気泡混合軽量土の局所的物理特性に関する研究，長岡技術科学大学大学院，2004