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−＊（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

2．試験の概要

地盤改良工事にセメント系固化材が使われ始めて

2‐1．試験施工の概要

20年余り経過した1990年に，改良体の長期的な安定試験施工の概要を表1に示す。改良する対象土性に関する情報が少ない状況から，セメント協会では，含水比122.4％，湿潤密度1.325g/cm3 の火山灰

は火山灰質粘性土を対象に改良柱体を作製し長期追質粘性土であり，改良場所の地下水位は改良深さよ跡調査を開始した。追跡調査は10年間とし，調査のり深い位置であった。施工は，均質な改良体を作製実施と成果報告

1〜4）を適宜行ってきた。追跡調査はするために，モルタルミキサを使用してアースオー2000年に完了したが，その時点で予備供試体としてガーにより掘削した土，固化材および水を混練し，作製していた改良体が残った。改良体は，材齢10年

流動性を確保した改良土を掘削孔に充てんした（写を経過した貴重なものであり，さらなる長期的な安真1）。充てん後，40cm程度の覆土を行った状態で定性の検討が望まれることから，改良体を埋戻して長期試験を開始した。なお，固化材は一般軟弱土用調査を継続した。その後，12年経過した2012年に材セメント系固化材を使用し，目標の一軸圧縮強さを齢22年の追跡調査を実施した。本稿ではその調査結表1

果を報告する。

＊

施工場所

千葉県習志野市内

施工機種

・0.4m3バックホウ
・0.5m3モルタルミキサ
・アースオーガー

固化材

一般軟弱土用セメント系固化材

対象土

火山灰質粘性土（含水比122.4％）（湿潤密度1.325g/cm3）

施工方法

1）アースオーガーにより削孔
2）モルタルミキサにより混練
3）掘削孔に改良土を充てん

施工数量

φ45cm×H200cm改良体×10本（調査材齢：28日，6か月，1年，2年，3年，5年，7年，10年，予備）セメント系固化材技術専門委員会【委員長】近藤秀貴（住友大阪セメント㈱）【委員】本田欽也（日鉄住金高炉セメント㈱），了道久（日鉄住金セメント㈱），重田輝年（㈱トクヤマ），松山祐介（太平洋セメント㈱），有馬克則（宇部興産㈱），金城徳一（宇部三菱セメント㈱），田中篤史（㈱デイ・シイ），飯田達郎（電気化学工業㈱），佐々木慎一（麻生セメント㈱），清田正人（三菱マテリアル㈱（2013年7月新任）），岸本幸尚（三菱マテリアル㈱（2013年7月退任）），根本佳則（日立セメント㈱），荒木一司（住友大阪セメント㈱）A STUDY ON LONG TERM STABILITY OF SOIL-CEMENT COLUMNSIMPROVED BY GEOCEMENT（by The Committee on Geocement）

セメント・コンクリート No. 804, Feb. 2014

試験施工の概要

目標一軸圧縮強さ

qu＝1,000kN/m2

掘削

混練

改良土充てん

充てん完了

写真1
表2

試験施工の状況（1990年）使用した固化材（一般軟弱土用）の化学成分（％）

強熱減量
ig.loss

二酸化けい素SiO2

酸化アルミニウム
Al2O3

酸化鉄（Ⅲ）
Fe2O3

酸化カルシウム
CaO

酸化マグネシウム
MgO

三酸化硫黄
SO3

0.7

20.2

4.1

2.9

61.4

1.97.4

表3

配合および一軸圧縮強さ（室内，封緘養生）
配合

対象土

水固化材

（kg）
600525

水固化材
比（％）

200262.5※

表4

一軸圧縮強さ

期間28日

（年）

10年

（kN/m2）12803660※室内，封緘養生

周辺環境条件含水比

湿潤密度（％）（g/cm3）

火山灰質
粘性土

122.4

1.325

粘性土

63.2

1.615

場所

土質区分

0〜10

千葉県
習志野市

10〜22

千葉県
佐倉市

1000kN/m2とした。固化材の化学成分を表2に，配合および室内にて封緘養生した供試体の一軸圧縮強粘性土となり，含水比が低く湿潤密度が高い環境でさを表3に示す。

ある。なお，移設し土中に埋戻すさいに，改良体を４つに分割した。写真2に，材齢10年時の調査にお2‐2．周辺環境

ける掘起し状況と材齢22年時の掘起し状況を示す。

本来，改良する対象土自体が周辺環境となるが，材齢10年時に異なる場所へ移設したため，本試験で2‐3．試験項目および試料の採取位置は材齢10年前後で周辺環境が異なる。表4に周辺環試験項目を表5に，試料の採取位置を図1に示す。

境条件を示す。材齢10年以降の環境は，土質区分が経年変化を追跡調査する試料は，側面から５cm付

10

セメント・コンクリート

No. 804, Feb. 2014

2000年
材齢10年（習志野）2012年
材齢22年（佐倉）

写真2
表5

試験項目および試験方法

材齢22年
表層

一軸圧縮強さJIS A 1216内部含水比JIS A 1213

針貫入勾配

JGS 3432

CaO含有量JCAS I-12pHJGS 0211

化学試験

粉末X線回折3000

内部

表層（側面5cm）
標本数
材齢10年
各12本
材齢22年
各2本

2000
1000
0622.5cm：経年変化用一軸圧縮強さ（φ5.0），
含水比：CaO含有量，
pH：六価クロム溶出量

環告46号法（1991年8月）

4000

410−

六価クロム溶出量25

図1

一軸圧縮強さ（kN/m2）

物理試験

0～材齢10年

準拠

試験項目

一軸圧縮強さ（kN/m2）

改良体の掘起し状況

8 10 12 14 16 18 20 22

試料の採取位置

4000
3000
2000

改良体

002

4

一軸圧縮強さの経年変化

近の「表層」と，表層より内側の「内部」（材齢10年までの調査：中心部（側面から22.5cm），材齢22年
調査：側面から10cm付近）より採取した。また，材改良体（表層）6810121416

側面からの距離（cm）

材齢（年）

図2

改良体（内部）

供試体寸法
φ5cm1000

図3

側面からの一軸圧縮強さの分布（材齢22年）

3．試験結果3‐1．一軸圧縮強さ

齢22年の調査では，表層の状況をより詳細に把握す

一軸圧縮強さについて，経年変化を図2に，材齢るために，試料を側面から内部にむけて多点採取す

22年における側面からの分布を図3に示す。一軸圧ることで側面からの分布プロファイルを測定し，さ縮強さは，材齢２年まで大きく増進し，材齢５年以らに針貫入試験により改良体表面の評価を行った。

降は同程度であった。材齢28日の強さと比較して，また，六価クロムの溶出量試験を，材齢22年の調査

材齢10年では約3.4倍，移設後の材齢22年においてでは実施した。

も約3.2倍であり，長期にわたり安定的に一軸圧縮

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11側面

改良体

150
10cmから125
含水比（％）

5cmから2cmから1cmから0cmから
0125

周辺土

50

0

貫入開始位置90

内部
表層（側面から5cm）

0248

図5

側面2cmから60

10 12 14 16 18 20 22
材齢（年）

側面5cmから70

含水比の経年変化

15050
含水比（％）

12540
側面1cmから

30
20

側面0cmから

100

123456789100
70

周辺土

50

改良体
改良体
（内部）

25

100

改良体
（表層）

012

貫入深さ（mm）

図46

側面10cmから80
貫入荷重（N）

75

2510cm

1000100

針貫入試験状況および試験結果（材齢22年）強さを維持していることが確認された。ただし，図345678910

側面からの距離（cm）

図6

側面からの含水比分布（材齢22年）

3‐3．含水比3に示すように，側面から2.5cm付近より採取した改良体の含水比について，経年変化を図5に，材コア供試体（φ５cm）では強さが低く，この点につ齢22年における側面からの分布を図6に示す。図5

いて針貫入試験で詳細な検討を行った。

より，含水比は表層および内部ともに130％程度を維持しており，長期にわたり変化していない。ただ

3‐2．針貫入試験

し，表層の領域をより詳細に評価すると，図6に示針貫入試験について，貫入深さと貫入荷重の関係すように，側面から３cm程度までの領域においてを図4に示す。本試験は，貫入針を一定の速度で貫含水比が低下していた。これは，材齢10年以降の周入し，貫入深さと貫入荷重の関係（針貫入勾配）を評辺土の含水比が63.2％と低いために，改良体内部の価することで強度性状を把握するものである。本試

水分が周辺土へ拡散したものと考えられる。

験を用いて，一軸圧縮強さが低い表層を中心に，より詳細な検討を実施した。図4に示すように，側面3‐4．CaO含有量０cmから貫入させた場合の針貫入勾配は，内部を改良体および周辺土のCaO含有量について，経年貫入した結果よりも小さく，低強度層が存在するこ変化を図7に，材齢22年における側面からの分布をとが確認されたが，その範囲は側面から１cm付近

図8に示す。図7より，CaO含有量は表層および内までのごく表層域のみであった。側面から2.5cm付部ともに22〜23％程度を維持しており，長期にわた近のコア供試体の強さが低いのは，このごく表層のり変化していなかった。ただし，表層の領域をより低強度層の存在によるものと考えられる。

詳細に評価すると，図8に示すように，側面から２cm程度までは内部に比べてCaO含有量が低いことが確認された。

12

セメント・コンクリート

No. 804, Feb. 2014

25202015

内部
表層（側面5cm）

1050CaO含有量（％）

CaO含有量（％）

25

周辺土0246815改良体（内部）10改良体（表層）50

10 12 14 16 18 20 22

改良体

周辺土

012

材齢（年）

図7

CaO含有量の経年変化

131111

内部

53

表層（側面5cm）

3102468678910

10 12 14 16 18 20 22

改良体
改良体（内部）
改良体（表層）0

図10pHの経年変化

3‐5．pH

12345678910

側面からの距離（cm）

材齢（年）

図95

周辺土

7514

側面からのCaO分布（材齢22年）

9周辺土

7pHpH

図81393側面からの距離（cm）

側面からのpH分布（材齢22年）

物が長期的な強度増進に寄与したものと考えられ

改良体および周辺土のpHについて，経年変化をる。また，この反応にともなう水酸化カルシウム

図9に，材齢22年における側面からの分布を図10の消費が，図9に示す材齢５年以降のpHの低下にに示す。図9より，pHは内部および表層ともに，影響していると考えられる。表層の領域をより詳細

材齢５年までは11.5程度を維持していたが，その後に評価すると，図12に示すように，側面から１cm低下する傾向が確認され材齢10年では10.5程度，材の領域では，カルサイト（29.4°）の大きなピークが齢22年では10.7程度であった。表層の領域をより詳確認され水和物のピークは見られないことから，図細に評価すると，図10に示すように，側面から２10に示す表層のpH低下に影響しているものと考えcm程度までの領域においてpHが低いことが確認さられる。

れた。
3‐7．六価クロム溶出量
3‐6．粉末X線回折

改良体の表層と内部および周辺土より採取した

X線回折について，改良体内部の経年変化を図試料について，六価クロムの溶出量試験を行った

11に，材齢22年における表層と内部の比較を図12

結果を表6に示す。いずれの試料も土壌環境基準値に示す。図11より，材齢22年でも水和物のピーク（0.05mg/L）未満であり，問題の無いことが確認さが見られ，長期にわたり安定的に水和物が存在してれた。

いることが確認された。また，材齢６か月では確認されなかったゲーレナイト水和物のピークが，材齢10年および22年では確認されており，この反応生成

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4．おわりに22年の長期間にわたり，セメント系固化材による
13

St

Q
E
E Gi

St
Q

C

Q ：石英
C ：カルサイト
St：ゲーレナイト水和物
Gi：ギブサイト
E ：エトリンガイト
CQ ：石英
C ：カルサイト
St：ゲーレナイト水和物
Gi：ギブサイト
E ：エトリンガイト

Q

材齢22年
St
材齢10年

Gi Q

CE
St E

Fr

CCSt

側面から5cm

材齢6か月
510152025303540455055

側面から10cm
60510 15 20 25 30 35 40 45 50 55 602θ（°）

図11
表62θ（°）

X線回折の経年変化（内部）図12

六価クロム溶出量試験結果（材齢22年）

いく次第である。

試料

側面から1cm
C CCCC

六価クロム溶出量（mg/L）

改良体

内部0.005

改良体

表層0.006

周辺土0〜10cm＜0.005※※

周辺土10〜20cm＜0.005

周辺土20〜30cm＜0.005

表層と内部のX線回折（材齢22年）

また，今回の調査を実施し検討を行うにあたり，京都大学勝見 武先生，広島大学半井健一郎先生の多大なご助言を頂いたことを謝意とともに付記する。

※※定量下限値［参考文献］

改良体の長期的な安定性について追跡調査した。その結果，側面から１cm程度のごく表層で低強度層の存在や性状変化が確認されたが，内部においては，材齢10年と比較して，一軸圧縮強さ，pH，CaO含有量および生成水和物に変化が見られないことから，セメント系固化材による改良体が長期にわたり十分な安定性を有していることが確認された。ごく表層の性状変化は，移設により周辺環境が変化した

1）（社）
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関する研究，2002.3
2） 鈴木章市，石崎仁，酒巻克之，高倉篤/セメント系固化材を用いた改良土の長期耐久性に関する研究（材齢7年試験結果報告），第52回セメント技術大会講演要旨，pp.442〜443，1998
3） 箕 輪 勉他／セメント系固化材を用いた固化処理土の長期耐久性に関する研究—材齢7年試験結果報告—，第33回地盤工学研究発表会，
pp.2203〜2204，1998
4） 大 森啓至他／セメント系固化材を用いた改良体の長期安定性，第37回地盤工学会研究発表会，pp.851〜852，2002
5） 中村弘典他／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1年結果報告−，土木学会年次学術講演会講演概要集
Vol.65，III-533，pp.1065〜1066，2010

ことが大きく影響していると考えられるが，施工や調査時の試料採取などの影響も考えられる。なお，改良体は現在も千葉県佐倉市に埋設されており，今＊後も継続して調査を行う予定である。また，さらに改良体の長期的な安定性を検討するために，（独）港5）

湾空港技術研究所と共同で長期試験 を実施しており，表層の性状変化も含めて追跡調査を行う予定で＊＊ある。本委員会は，今後も継続して，セメント系固化材に関する技術的発展に資する情報発信を行って14

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