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［後編］
改良体表層の変質―
セメント系固化材技術専門委員会
変質機構分析WG
1．はじめに体の長期耐久性についてデータの収集および検証1, 2）を行っている。その一つとして，火山灰質粘性土（関東ローム）をセメント系固化材で改良した改良体に一軸圧縮強さ （ｋPa）

セメント協会では，セメント系固化材による改良

4000
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）
コア供試体（φ5×10cm）
針貫入勾配から換算0ついて長期の原位置試験を実施しており，これまでに材齢22年の調査0を終えた。その後，22年調査で201,3）

図1の検討課題に取り組むために，WG（主査：半井健

406080100
改良体表層からの距離 （mm）

120

原位置試験と室内試験における改良体表層の強度分布一郎教授（広島大学））を設置して活動を行った。
前報4）では，WGの検討結果のうち，改良土の長-30

周辺土-20-100102030

改良体期的な強度発現性と周辺土に接触する改良体表層における強度発現性について報告した。その中で，22年調査においては図1に示すように改良体のごく表層で低強度層が認められ，この低強度層の生成過程-100 -80

A study on the long-term stability of cement-treated columnAdditional test results of the 22 year survey［Second 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

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月退任）［デイ・シイ］，飯田達郎，渡辺雅昭（2018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］-60-40-20020406080100

接触界面からの距離（mm）
針貫入試験

CaO含有量ｐH試験，含水比試験

EPMA

図2

周辺土との接触試験の概要

主委

42

について検証するため図2に示す周辺土との接触試
験を室内で実施したところ，材齢2年の段階で概ね同様の強度分布が認められたことを述べた。本報では，その低強度層が生成した要因について，Caの溶脱や改良体移設による影響の観点から検証した結果を報告する。
セメント・コンクリート

No. 879, May. 2020

2．Caの溶脱に伴う改良体表層の変質

改良体周辺土との接触界面

2-1．改良体表層のCaO濃度分布

原位置試験において，材齢22年が経過した改良体で，周辺土と接触する界面付近の改良体のCaO濃度をEPMAによって面分析した。分析結果を図3に示す。周辺土に接触する改良体表層においてCaO濃度が低下しており，周辺土との接触によってCaの溶脱が生じていることが確認された。その範囲はおよ

図3

材齢 22 年経過した改良体と周辺土のCaO 濃度分析結果（原位置試験）

そ10mm程度であり，針貫入試験で評価した低強度層の範囲と概ね一致した。
様に面分析を行った結果を図4に示す。図には，改良土が硬化する前に周辺土（含水比：112.3%）へ接触させた試験と，改良土が硬化した後（材齢1日）に低EPMA

12CaO濃度(質量％)室内試験で最終材齢2年の接触試験体を用い，同

14周辺土

8
接触時期

6

硬化前
硬化後

4

含水比の周辺土（含水比：80.7%）へ接触させた試験

2の結果を併記している。硬化前に接触させた試験で0-40は，CaO濃度は，改良体表層の接触界面に向かって14況が確認された。一方，硬化後に接触させた試験で後の接触試験は，原位置試験で材齢10年時に実施した低含水比浅層地盤への改良体の移設を想定している。この結果から，材齢10年の移設以降にCaの溶脱が進行した可能性は低いと考えられる。

時点で，材齢22年とほぼ同様のCaO濃度分布が形成-20-1001020
接触界面からの距離（mm）

3040

材齢 2 年経過した改良体と周辺土のCaO 濃度分析結果（室内試験）
EPMA

改良体
材齢22年（原位置試験）1086

材齢 2年（室内試験：硬化前接触）

420

原位置試験における材齢22年の結果と室内試験における材齢2年の結果を図5に併記する。材齢2年の-3012CaO濃度（質量％）は，Caの溶脱傾向は認められなかった。この硬化

材齢2年
室内試験図4

低下しており，周辺土においては増加していた。改良体から溶脱したCaが周辺土へと拡散している状

改良体

10010203040

周辺土との接触界面からの距離 (mm)図5

材齢 22 年（原位置試験）と材齢 2 年（室内試験）の CaO 濃度分布の比較されていることが確認された。これらの結果から，

験（改良土が硬化する前に接触）における周辺土の原位置試験における改良体表層ではCaの溶脱が比CaO含有率の経時変化を分析した結果を図6に示す。

較的早い段階で生じ，材齢の経過とともに進行が緩

Caの溶脱は，材齢28日の時点ですでに生じており，慢となり，材齢2年以降は移設による影響も含めてその後も材齢1年まで進行していた。材齢1年から2Caの溶脱は進行しなかったものと推察される。

年にかけての変化は少なく，材齢1年までにCaの溶2-2．Ca溶脱の経時的変化脱はほぼ収束したものと考えられる。なお，前報4）

Ca溶脱の経時的変化を明確にするため，室内試の検証結果では，材齢2年以降も表層強度の低下がセメント・コンクリート

No. 879, May. 2020

43pHの分布は，原位置試験の材齢22年と室内試験

8CaO含有率(質量％)［室内試験：硬化前に接触］周辺土

6

湿式分析の材齢2年でCaO濃度分布が概ね同程度であったに1年も関わらず，異なる結果となった。室内試験の材齢2年におけるpHは表層も内部も一様に分布してい42年

材齢28日

295日30mmまでの範囲でpHが低下していた。この原位03020100

改良体との接触界面からの距離 (mm)図6との比較から，Caの溶脱に伴う低下ではないと考えられ，材齢10年時点での改良体移設の影響による改良体

12

炭酸化の影響と推察される。なお，原位置試験の材11pH

置試験での表層部分のpHの低下は，材齢10年では認められなかったことや室内試験の材齢2年の結果溶脱した Ca の周辺土への拡散状況

1310

齢10年において，pHが一様に低下しているが，こ材齢28日（原位置試験）
10年（原位置試験）
22年（原位置試験）
2年（室内試験：硬化後接触）

9876

るが，原位置試験の材齢22年においては表層から

02040
6080
周辺土との接触界面からの距離 (mm)

図7

れはポゾラン反応などの化学反応による低下と考えられ，それ以降のpHは10.5程度を維持していた。
100

結果において，改良体表層での低下が認められた。

改良体表層の pH の変化

それ以前の調査では，周辺土に近い改良体表層の含水比を測定していなため，明確な判断はできないが，改良体160含水比についても，原位置試験の材齢22年の調査

室内試験の材齢2年の結果から，表層の含水比の低含水比（％）

120

下は改良体の移設および移設後の周辺地盤環境が影
材齢10年（原位置試験）

80

響した可能性が高いと考えられる。室内試験の結果22年（原位置試験）
40については，硬化前に自然含水比の周辺土へ接触さ2年（室内試験：硬化前接触）せた結果と，硬化後に低含水比の周辺土へ接触させ2年（室内試験：硬化後接触）
0020406080100

周辺土との接触界面からの距離 (mm)図8

改良体表層の含水比の変化認められたことから，表層の強度低下がCa溶脱のみに起因するものではない可能性が示唆された。

3．改良体表層のpHおよび含水比の変化た結果を図中に併記しているが，何れも改良体表層における含水比の低下は認められなかった。

4．乾燥・炭酸化による改良体表層の変質の検証―移設による影響―
前述のとおり，原位置試験では材齢10年で改良体の移設を行っており，その影響で改良体表層では原位置試験の表層強度の低下についてCaの溶脱pHおよび含水比が低下したものと推察された。そ以外の要因も想定されたことから，その他の要因にこで，乾燥・炭酸化によって生じたpHおよび含水ついて検証した。改良体表層におけるpHの変化を比の低下が表層強度へどのように影響するのかを室

図7に含水比の変化を図8に示す。各図は，原位置内試験で検証した。

試験の結果に加えて，室内試験（硬化前および硬化試験は，改良体（φ50×100mm円柱供試体）を材後に接触）における材齢2年の結果を併記している。

齢28日まで封緘養生した後，一面を気中環境に開放

44

セメント・コンクリート

No. 879, May. 2020

13制御し，CO2濃度の制御は行わず約600ppm程度の12環境である。pHおよび含水比は，10mm幅で試料を11採取して測定し，強度は針貫入試験で評価を行った。

pHして静置した。試験室は，温度20℃湿度60%RHに炭酸化7日
炭酸化14日炭酸化29日10

材齢22年（原位置試験）

改良体表層のpHの変化を図9に，含水比の変化9を図10に，原位置試験における材齢22年の結果も87併せて示す。材齢の経過に伴い，改良体のpHは低406080に示すように針貫入勾配は低下した。これらの傾向

炭酸化7日

改良体

含水比 (％)

120
材齢22年（原位置試験）80

炭酸化14日炭酸化29日は，移設により乾燥や炭酸化などの影響を受けて，40変質したものと考えられる。

00

図 1020406080
接触界面からの距離 (mm)

火山灰質粘性土を改良した本改良土は，長期的な強度発現性を有していることを再確認した。その特性には，土の非晶質成分が影響している可能性が示唆された。原位置試験では，改良体表層で低強度層が確認されたが，これは，Caの溶脱と移設に伴う乾燥・炭酸化による変質であることが確認された。低強度層の範囲は約10mm程度であったが，移設による影響を考慮すると，その強度低下はさらに限定的であったと考えらえる。これらの調査結果から，材齢22年の長期にわたる改良体の安定性が確認された。
改良体の一部は現在も土中に埋設しており，引き続き調査を実施する予定である。今後の調査では，表層変質の詳細な分析・解析と進行の有無の確認，埋設環境の影響の評価などが必要であると考えている。調査結果を取りまとめ次第，本誌などを通じて公表していく予定である。
セメント・コンクリート

No. 879, May. 2020

改良体(N/mm)

6

針貫入勾配について検証する室内試験を実施した。その結果，

100

乾燥・炭酸化による改良体表層の含水比の変化

セメント系固化材による改良体の長期安定性について，原位置試験の22年調査を終え，その調査結果

100

乾燥・炭酸化による改良体表層の pH の変化160も限定的であった。この変化にともなって，図115．おわりに20

図9内部の広い範囲まで影響し，pHの低下はそれよりあった。つまり，原位置試験における改良体の表層

0

接触界面からの距離 (mm)下し，含水比も低下した。含水比の低下は，改良体

は，原位置試験の材齢22年調査結果と同様の傾向で改良体

炭酸化14日

4炭酸化7日2炭酸化29日
00

図 1120406080
接触界面からの距離 (mm)100

乾燥・炭酸化による改良体表層強度の変化［参考文献］
1）（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
2）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, 20193）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,
20144）セメント系固化材技術専門委員会変質機構分析WG／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・コンクリート,No.878, pp.48～52, 202045