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22年調査の追加検証結果［前編］強度発現性―
セメント系固化材技術専門委員会
変質機構分析WG

技術専門委員会傘下にWG（主査：半井健一郎教授（広1.はじめに島大学））を設置し4年間の活動を終えた。

セメント系材料による地盤改良は，社会インフラ

本稿は，その検証結果8）を報告するもので，①改良を支え，安全·安心な生活を築く技術として全国各地

体の強度発現性と，②周辺土と接触する改良体表層1）で活用されている。セメント系固化材の需要 は増加基調にあり，本材料（を利用した地盤改良技術）が担う社会的役割はより重要なものとなりつつある。この変質について紹介する2編のうちの前編にあたる。

2.材齢22年調査（原位置試験）の概要

うした中，改良土の耐久性についても関心が高まっ

1990年，千葉県習志野市の関東ローム地盤で，原ており，各研究機関でさまざまな検討2〜4）が行われ位置試験を開始した。現地の火山灰質粘性土と一般ている。セメント協会においても実際に施工した改軟弱土用固化材は，表1に示す配合で混合した。改良体での長期追跡調査（以下，原位置試験と称す）

良柱体（φ0.45m×2m）は，図1に示すように，アーを実施しており，これまでに材齡22年の結果5，6）を報スオーガーにより掘削した土を地上で安定処理し，告している。その調査で確認された強度に関する現掘削孔に埋め戻すことで作製した。調査は材齢10年

象を再検証するために，2015年にセメント系固化材までに8回実施し，各材齢で1本の改良柱体を掘り起5〜7）

A study on the long-term stability of cement-treated columnAdditional test results of the 22 year survey［First part］
strength development（by JCA.）（一社）セメント協会 セメント系固化材技術専門委員会
変質機構分析WG活動期間［2015年5月～2019年3月］

主委

査：半井健一郎［広島大学教授］，
員 長：黒澤功［宇部三菱セメント］，清田正人（2018年3 月退任）
［三菱マテリアル］，WGリーダー：吉田雅彦，吉原正博（2016年9月退任）［住友大阪セメント］，
委員：本田欽也［日鉄高炉セメント］，酒井秀一［日鉄セメント］，二戸信和，齋藤和彦（2016年3月［デイ・シイ］，飯田達郎，渡辺雅昭（2018退任）
年3月退任），上村 豊（2016年3月退任）［デンカ］，佐々木慎一［麻生セメント］，
事 務 局：近藤秀貴（2017年3月退任），佐藤智泰（2017年3月退任），野田潤一，泉尾英文［セメント協会］

48

こし（写真1），各種試験を行った。材齢10年時点で残った1本は，4分割して別の敷地へ移設し，浅層部の粘性土層に埋設した。周辺土の含水比の測定結果
は，当初の火山灰質粘性土が122.4%，材齢10年以降は63.2%である。移設から12年経過した2012年に，分割した4つの供試体のうち2つを使用して，材齢22年の調査を実施した。
表1

改良土の配合試料土

水固化材

600 kg525 kg200 kg

セメント・コンクリート No. 878, Apr. 2020

■施工
1)削孔
2)混合

3)改良土の埋め戻し
4)覆土固化材

■調査
■移設
材齢28日
材齢10年
0.5,1,2,3,5,7,
1)１つの改良柱体を,10年・各材齢１つの４つに分割
改良柱体を調査
2)移設

0.4ｍ

■調査
材齢22年
・２つの改良体を調査
試験を実施

0.4ｍ
試験を実施

土水

∅0.45×2ｍ

低含水比の浅い層へ埋設

図1

原位置試験の概要

3.追加検証（室内試験）の概要

写真1

改良柱体の掘起し状況-30-101030-20020

周辺土改良体材齢22年の調査では，改良土の長期的な強度発現性と安定性を確認した。一方で，周辺土に接触する改良体の表層では，内部よりも強度が低い層が確認された。低強度層は，表層から約10mm程度とごくわずかではあったが，この層がどのように形成されたのかが検討課題として残った。また，改良対象土の土質性状の評価が十分ではなかった。
そこで，追加検証を行うため，施工当初の原位置-100 -80-60 -40-20020406080100

接触界面からの距離（㎜）
針貫入試験

Ca0 含有量

図2

pH試験, 含水比試験

EPMA

周辺土との接触試験の概要含むことで特異な性質を有する。

試験フィールドから試料土を採取し，各種土質試験

そこで，8N HCl- 0.5N NaOH交互溶解法（北川法）9）を実施した。また，当時使用したものと同等の固化によって，アロフェン等の非晶質量を確認した。こ材を調合して改良土を作製し，強度発現性を確認しの試験は，絶乾状態の試料土を塩酸と水酸化ナトリた。低強度層の生成については，図２に示すように，ウム溶液で交互に溶解させ，溶解にともなう質量の周辺土と改良土を接触させた供試体を作製し，強度減少率から非晶質量を評価する方法である。非晶質分布の変化，pH分布やCa分布などの変化を評価す物質を含む土では，処理の初期段階で含有する非晶ることで検証を試みた。

質物質が溶解するため質量が大きく減少し，その後4.検証結果
4-１．試料土の土質性状

施工当初の原位置試験のフィールドから採取しは繰り返しの溶解処理により質量減少率が線形的に変化する。よって，線形的に変化する区間で回帰直線を求め，その直線の切片を求めることにより非晶質量を評価することができる。

た試料土の土質試験結果を表1に示す。含水比は本試料土の試験結果を図3に示す。含有するア113.7%，シルト分と粘土分を主体とする茶褐色の砂ロフェン等の非晶質物質は50.9%であった。また，まじり火山灰質粘性土（V-S）である。関東ロームと試料土の化学成分を表4に示す。試料土はSiO2 を称される土であり，アロフェン等の非晶質量を多く38.4%，Al2O3を23.7%含んでおり，これらの成分がセメント・コンクリート

No. 878, Apr. 2020

49

試料土の土質性状

項目-含水比%3

準拠規格

砂まじり火山灰質
粘性土（V-S）

JGS 0051

113.7

JIS A 1203
JIS A 1225

湿潤密度g/cm

1.412

液性限界%

125.5

塑性限界%

94.3

塑性指数-

土粒子密度g/cm

31.2
32.824

礫分%

0

砂分%

9.5

酸・アルカリ溶解処理回数（回）

JIS A 1202

JIS A 1204

シルト分%

57.0

粘土分%

33.5

最大粒径mm

2

強熱減量%

15.7

JIS A 1226

pH-

7.4

JGS 0211

ECmS/m11.1

JGS 0212

表4y=5.14*×+50.9

JIS A 1205

図3

一軸圧縮強さ（kPa）

土質分類

試験結果

質量減少率（%）

表1アロフェン等の非晶質量試験結果

原位置試験（封緘養生）

室内試験（封緘養生）
原位置試験（改良柱体）

試料土の化学成分

材齢（年）

化学成分分析値（%）

ig.loss

15.7

SiO238.4

Al2O323.7

Fe2O314.1

CaO1.7

齢2年（最終材齢）に28日強度の約2.6倍となった。本MgO

3.1

検証に当たり作製した改良土が，22年調査を終えた※準拠規格：セメント協会標準試験方法 CAJS I-12

原位置試験と同等の改良土であることを確認した。

溶解した場合は，固化材から供給されるCaと結合

また，火山灰質粘性土を安定処理した改良土の長期して新たな水和物を生成することが考えられる。有的な強度発現性を再確認することができた。この長10）

図4

改良土の長期強度発現性

材齢1日で663kPa，材齢28日で1310kPaであった。
原位置試験と同様に長期的な強度発現性を有し，材泉ら は，アロフェンとCa（OH）
2 溶液との反応を検期的な強度発現性には，試料土の半分以上を占める討し，C4AH13やC2ASHnの生成を報告している。

非晶質物質が影響していると考えられる。なお，原位置試験では，ゲーレナイト水和物（C2ASH8）が長4-2．改良土の長期強度発現性

原位置試験での強度発現性と本検証で作製した改期的に生成していることを粉末X線回折によって確認している。

良土の強度発現性を図4に示す。原位置試験では，材齢28日において1246kPaの強度を発現し，その後4-3．改良体表層の強度も長期的に強度が増加して，材齢5年までに28日強原位置試験の材齢22年調査で，改良体表層の強度の約3倍に達し，以降は安定的に強度を維持して度を評価した結果を図5に示す。改良体表面からいた。本検証で作製した改良土の一軸圧縮強さは，10mmまでのごく表層にて，針貫入時の荷重が小さ50

セメント・コンクリート No. 878, Apr. 2020

い個所，つまり強度が低い層が認められた。

100

この低強度層の生成過程について検証するため，

針貫入荷重（N）

改良土と周辺土との接触試験（図2）は，2ケースで実施した。ひとつは硬化前の改良土を自然含水比の周辺土に接触させた試験，もうひとつは硬化後改良体表面から6050mm

400ｍｍ（表面）
0た試験である。前者は材齢10年までの原位置試験，

0

図5

おける移設に伴う環境変化を想定している。

和度96.1%である。材齢28日における針貫入勾配は一様に分布しており，改良体表層の強度は内部と周辺土

針貫入勾配
（N/㎜）

3

比112.3%，湿潤密度1.384g/cm ，間隙率76.2%，飽246810

針貫入深さ（㎜）つまり移設前の状況を想定し，後者は材齢10年に試験結果を図6に示す。周辺土の土質性状は，含水10mm20mm

20（材齢1日）の改良土を低含水比の周辺土に接触させ硬化前の改良土を周辺土に接触させたケースの材齢22年

針貫入開始位置80

含水比112.3％

針貫入試験結果

5）

2年

1年

改良体

95日
28日

0.5年

同等であった。その後，材齢の経過とともに改良接触界面からの距離（㎜）

体表層の強度発現性が低下し，改良体表層におい図6 硬化前に周辺土へ接触させた
8）
改良体の強度分布の経時変化て相対的に強度が低い低強度層が形成された。この結果から，原位置試験の材齢22年調査で確認さ周辺土との接触によって形成されたものと考えられる。低強度層の生成の要因として，改良体表層からのCaの溶脱が挙げられるが，この検証は次号（後編）で報告する。

針貫入勾配（N/㎜）

れた低強度層は，材齢の比較的早い段階において，周辺土含水比80.7％

1年

改良体
2年
1年0.5年
91日
28日

次に，移設後の環境を想定して，低含水比の周辺土に硬化後の改良土を接触させたケースの試験結果を図7に示す。周辺土の土質性状は，含水比80.7%，接触界面からの距離（㎜）

図7 硬化後に周辺土へ接触させた改良体の強度分布の経時変化

3

湿潤密度1.201g/cm ，間隙率75.7%，飽和度70.9%である。材齢28日における針貫入勾配は，前述の試験結果と同様に，表層および内部ともに一様に分布し4-4．原位置試験結果と室内試験結果との比較・検証ていたが，それ以降の材齢でも一様に増進しており，原位置試験の材齢22年調査と室内試験の材齢2年改良体の表層と内部で差が生じて低強度層が形成さにおける針貫入勾配について，一軸圧縮強さに換算れることはなかった。この結果から，移設後の低含し，表層強度分布の変化を検証した。換算には，原水比の周辺土との接触によって変質が進行すること

位置試験および室内試験において得られたデータをはなかったものと考えられる。

もとにして，図8に示す回帰式を用いた。なお，原位置試験の結果は，図5に示す針貫入深さ4～8mm

セメント・コンクリート

No. 878, Apr. 202051

一軸圧縮強さ（Mpa）

5.おわりにlog（y）=1.165log(x)-0.566

関東ローム（火山灰質粘性土）をセメント系固化材で安定処理した改良土の長期的な強度発現性を再原位置試験（材齢 22 年調査）
室内試験確認した。また，試料土はアロフェン等の非晶質物質を多く含み，化学成分としてはSiO2およびAl2O3

針貫入勾配（N/mm）

図8 針貫入勾配と一軸圧縮強さとの関係

8）

一軸圧縮強さ（kPa）

4000が主体であることを確認した。原位置試験で改良体表層に認められた低強度層は，室内試験でも再現された。低強度層が生成した要因については，Caの3000
2000

材齢 2 年（室内試験）
針貫入勾配から換算

1000

材齢 22 年（原位置試験）

溶脱や移設との関連性の検証を行っており，それらの結果は次号（後編）で報告する。

コア供試体（∅5×10m）
針貫入勾配から換算

0020406080100120

改良体表層からの距離（mm）

図9 改良体表層の一軸圧縮強さ分布と6～10mmの範囲を対象に針貫入勾配を算出し，一軸圧縮強さへ換算した。
一軸圧縮強さの分布を図9に示す。図には，原位置試験の改良柱体からコア採取し，実測した一軸圧縮強さの結果も併記する。その結果，表層に認められる低強度層の分布は，材齢22年の原位置試験結果と材齢2年の室内試験結果でおおむね同程度であったが，改良体の中心側で両結果に強度差が認められた。
図4から判るように，本改良土は材齢2年以降も強度の増加が想定され，その長期的な強度増加によって，改良体中心側の強度差は小さくなるが，一方で，改良体表層では強度差が拡がるものと推察される。こ［参考文献］
1）セメント協会／セメント系固化材需要推移，http://www.   
jcassoc.or.jp/
2） 橋本 聖他／30年経過した深層混合処理改良体の強度特性，
材料,Vol.67, No.1, pp.47〜52, 20183）宮下 千花他／Effect of curing conditions on long termmechanical property of improved surplus soils, E3S
Web of Conferecences92, 20194）原 弘行他／マグネシウム塩を含有する石灰・セメント処
理土の強度発現および海水環境下での劣化速度，土木学会
論文集C（地圏工学），Vol.72, No.4, pp.294〜299,2016
5）（一社）セメント協会 セメント系固化材技術専門委員会／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22年試験結果報告―，セメント・コンクリート
No.804，pp.9〜14，2014.2
6）清田 正人他／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―「セメント系構築物と周辺地盤の化学的相互作用」に関するシンポジウム講演概要集,pp.465〜472,20147）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10年結果報告―, 令和元年度土木学会全国大会第74回年次学術講演会概要集,III-121, 20198）泉尾 英文他／含水比の異なる周辺土との接触がセメント安定処理土の表層強度に与える影響, 地盤工学ジャーナル,Vol.14, No.4, pp.307〜320, 20199）北川 靖夫／土壌中のアロフェンおよび非晶質無機成分の定量に関する研究，農技研報告，No.29，pp.1〜48,1977
10）有泉 昌他／アロフェン質粘土の消石灰―石膏による化学的安定方法に関する研究（２）―アロフェンとCa（OH）2溶液との反応条件について―，土木研究所報告第110号-5, 1962

れらの結果から，原位置試験における改良体表層では，材齢2年以降も変質が進行し，強度低下が生じて編集委員会のうごきいたものと推察される。ただし，図7に確認された本誌の編集企画にご尽力いただきました，大崎ように，移設後に低含水比の周辺土と接触すること雅史氏は3月号をもって退任されました。ここに氏で，変質が進行した可能性は低いと考えられる。そこで，移設に伴う乾燥・炭酸化の影響を検証しており，この検証結果も次号（後編）にて報告する。
52のご協力・ご支援に対し感謝の意を表します。
なお，後任には河村 浩幸氏（㈱宇部興産）が就任されました。

セメント・コンクリート No. 878, Apr. 2020