JP2016094782A - 地盤改良方法 - Google Patents
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Abstract
Description
製鋼工程(溶銑の予備処理、脱炭処理など)では、CaOやMgOなどの精錬剤が使用されるため、生成する製鋼スラグには不可避的に遊離CaOや遊離MgOが残存する。このため製鋼スラグをそのまま利材化すると、遊離CaOや遊離MgOが水と反応してスラグが膨張(さらに粉化)する問題があり、また、アルカリ分によって高pHの溶出水が生じる問題もある。
[1]地盤を構成するシラスに、地盤改良材として製鋼スラグを、シラスと製鋼スラグの合計に対して60vol%以下の割合で混合することを特徴とする地盤改良方法。
[2]上記[1]の地盤改良方法において、製鋼スラグは、JIS A5015の附属書Bで規定する鉄鋼スラグの水浸膨張試験による膨張率が0.5%以上の製鋼スラグであることを特徴とする地盤改良方法。
[3]上記[2]の地盤改良方法において、製鋼スラグは未エージングの製鋼スラグであることを特徴とする地盤改良方法。
また、本発明では、製鋼スラグに含まれる遊離CaOや遊離MgOをシラス中のガラス質のSiO2やAl2O3と水和反応させるものであるため、未エージング若しくは軽度のエージングを施した製鋼スラグを用いることができ、エージング処理に要する手間やコストを省く若しくは軽減することができる。
対象土であるシラスは、九州南部一帯に厚い地層として分布する火山灰土であり、SiO2、Al2O3を主成分とする非晶質なガラス構造を有する。シラスの特徴としては、土粒子密度が小さい、粒径分布範囲が比較的広い、などの点が挙げられ、特に、降雨や流水による浸食作用を受けやすく、表層部ではガリ浸食を、地下部では地下水流に浸食されて地下空洞被害を引き起こすことが知られている。
また、製鋼スラグの混合割合の下限は特にないが、シラスの地盤改良材として地盤に高い支持力を付与すること、製鋼スラグを地盤改良材として有効利用することなどの観点からは、40vol%以上とすることが好ましい。
また、製鋼スラグのエージング処理の有無は問わないが、上述した趣旨からして、未エージングの製鋼スラグを使用することが好ましい。ここで、未エージングの製鋼スラグとは、製造後6ヶ月以内のスラグであって、自然エージング以外のエージング処理(蒸気エージングや加圧エージングなど)が施されていないスラグである。
なお、製鋼スラグをシラスに混合する場合、製鋼スラグ以外の材料(例えば、他の地盤改良材、添加剤など)を適量混合することは妨げない。
製鋼スラグをシラスと混合する方法は任意であり、例えば、(i)製鋼スラグをシラス地盤上に撒き出した後、シラス地盤を掘削することで製鋼スラグとシラスを混合する方法、(ii)地盤から掘り出された状態のシラスと製鋼スラグを混合機で混合した後、その混合土を地盤に埋め戻す方法、などを採用することができる。
対象となる改良地盤は特に限定されないが、膨張よる***を防止するなど観点から、一般には、路盤、駐車場、資材置き場、宅地などが対象となる。
試験では、本発明の対象土であるシラスのほかに、軟弱な山林土壌である黒ぼく土と褐色土を比較の対象土とした。シラスについては、鹿児島県内のシラス採取場から採取した試料を、黒ぼく土と褐色土については、広島県神石高原町の山林内で採取した試料を、それぞれ用いた。また、製鋼スラグとしては、製造して6ヶ月以内の未エージングの転炉脱炭スラグ(粒径40mm以下)を用いた。
表1に蛍光X線分析で測定した対象土と製鋼スラグの化学組成を示す。
製鋼スラグは、CaOを主としてFe2O3とSiO2を含有し、MgOやP2O5なども少量含まれている。このうち、CaOとMgOは体積膨張し、アルカリ性を呈する成分であるが、水和により固化する反応が期待できる成分でもある。
製鋼スラグの路盤材料としての適否を舗装施工便覧((社)日本道路協会,pp.52〜54,2006年2月)で見ると、CBRは下層路盤材は30%以上、上層路盤材は80%以上と規定されている。図3に締固め曲線と修正CBRを示すが、同図の含水比およびCBRと乾燥密度の関係から、用いた材料はその規定を満たしているので、有効利用できる材料である。しかし、上述したように膨張現象が長期的に発生しない方策が重要な課題である。
表1によれば、黒ぼく土と褐色土は、SiO2、Fe2O3、Al2O3の合計が全体のほとんどを占める試料である。一方、シラスも同様にSiO2、Fe2O3、Al2O3を主成分としているが、CaOとNa2Oを少量含んでいることが特徴として挙げられる。いずれの対象土もポゾラン反応に必要なガラス質のSiO2とAl2O3を含有していることから、遊離CaOと遊離MgOによるアルカリ刺激を受けてSiO2とAl2O3のネットワーク構造が切断されれば、水和反応が生じることになる。
図4に、粉末試料による対象土のX線回折結果を示す。黒ぼく土と褐色土は、試料の違いに関わらず双方とも似通った鉱物を含有している。一次鉱物としては、フェルスパー、クオーツ、二次鉱物としてはバーミキュライト、イライト、ハロイサイトを含んでいる。一方、シラスは、一次鉱物のフェルスパー、クオーツを主体としている。
図5に、対象土の締固め試験の結果を示す。突固めによる締固め試験はA−c法(湿潤法で非繰返し法)で行った。黒ぼく土は含水比が50〜90%と変化しても乾燥密度は0.7〜0.8g/cm3と小さく、曲線のピークは平坦であり、最大乾燥密度に対する含水比の影響は鈍くなっている。褐色土は、砂質と細粒分が適当に混合しているいわゆる粒度分布の良い試料で、含水比の変化に伴い間隙部が充てんされ、締め固まりやすい試料である。シラスは、地盤材料の分類では礫まじり砂に分類される。
CBR試験は、IJIS A1211:CBR試験方法に準拠して行った。このCBR試験では、初期含水比は試験施工現場で採取した時の自然含水比を試料として用いた。供試体の作製は設計CBRに準拠して、3層67回の突き固め条件とした。製鋼スラグの混合割合は20vol%、40vol%、60vol%、80vol%、100vol%の5水準とし、製鋼スラグの混合量がCBR値におよぼす影響について検討を行った。
膨張特性の評価試験は、舗装調査・試験法便覧E004:80℃水浸膨張試験方法((社)日本道路協会,舗装調査・試験法便覧[第4分冊],pp.[4]-16〜[4]-23,2006年2月)により準拠して行った。この試験では、製鋼スラグの混合割合は40vol%、60vol%、80vol%、100vol%の4水準とした。
図8に、製鋼スラグの混合割合と80℃水浸10日間の膨張試験終了後に求めたCBRとの関係を示す。図6で得られたCBRの結果と見比べると、養生条件の影響を受けて黒ぼく土と褐色土は微増傾向であるが、シラスは約3倍のCBR値が得られている。これは、明らかに水和反応生成物の影響によるものと推察され、製鋼スラグ中のCaOやMgOがシラスに含まれるガラス質のSiO2やAl2O3と水和反応し、化学的にも支持力の向上に寄与している。
用いた試料は、黒ぼく土、褐色土およびシラスからなる各試料(未処理試料)と、それらの各対象土に製鋼スラグを40vol%添加し、80℃水浸膨張試験(10日間養生)を施した試料(スラグ添加・80℃養生試料)であり、これらの試料についてX線回折による同定を行った。
図9〜図11に未処理試料とスラグ添加・80℃養生試料のX線回折パターン結果を比較して示す。図9と図10の結果より、黒ぼく土と褐色土に含まれるフェルスパー、バーミキュライト、イライトおよびハロイサイトのピークは製鋼スラグを40vol%添加することでシフトするものと考えられる。また、図11のシラスも同様にフェルスパーのピークが低減し、消費されている。これは、製鋼スラグを40vol%添加した影響で鉱物のピーク強度がシフトしたものと考えられる。また、図8のCBR値の増加傾向からみて、これら鉱物にはシリカやアルミナが主体で構成されているので、製鋼スラグ中に含まれる遊離CaOとのポゾラン反応でC−S−HやC−A−S−Hが生成された影響も関与しているものと考えられる。
Claims (3)
- 地盤を構成するシラスに、地盤改良材として製鋼スラグを、シラスと製鋼スラグの合計に対して60vol%以下の割合で混合することを特徴とする地盤改良方法。
- 製鋼スラグは、JIS A5015の附属書Bで規定する鉄鋼スラグの水浸膨張試験による膨張率が0.5%以上の製鋼スラグであることを特徴とする請求項1に記載の地盤改良方法。
- 製鋼スラグは未エージングの製鋼スラグであることを特徴とする請求項2に記載の地盤改良方法。
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