JP2021127446A - 地盤の改良工法 - Google Patents
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Abstract
Description
<工程1>
水と、水硬性粉体と、下記(A)成分とを混合してスラリーを調製する工程
(A)成分:粒子群であって、含まれる全粒子を動的光散乱法によって粒子径を測定し、粒子径に対する累積個数頻度をプロットしたとき、累積個数頻度が10%になる時の粒子径が30nm以下であり、50%になるときの粒子径が70nm以下であり、90%になる時の粒子径が100nm以下である粒子群
<工程2>
工程1で得られたスラリーを地盤に注入してスラリーと土壌とを混合して混合物を得る工程であって、土壌1m3あたりのスラリーの混合量が150kg以上800kg以下であり、混合物中の水硬性粉体/土壌の質量比が0.01以上0.6以下である工程
<工程3>
工程2で得られたスラリーと土壌の混合物を固化させる工程
<工程1>
工程1は、水と、水硬性粉体と、前記(A)成分とを混合してスラリーを調製する工程である。
水硬性粉体は、経済性の観点から、普通ポルトランドセメント、高炉スラグセメント、及び製鋼スラグセメントから選ばれる1種以上が好ましい。
(A)成分の累積個数頻度が10%になる時の粒子径(D10)、50%になるときの粒子径(D50)、90%になる時の粒子径(D90)は、粒子群に含まれる全粒子を、レーザー粒子解析システム(例えば、大塚電子株式会社製、商品名:ELSZ-1000)を用いて、動的光散乱法により粒子径を測定し、粒子径に対する累積個数頻度をプロットして、キュムラント法解析により算出する。より詳細には実施例に記載の方法で算出する。
(A)成分の粒子群の累積個数頻度が50%になるときの粒子径(D50)は、ソイルセメントの強度向上の観点から、70nm以下、好ましくは60nm以下、より好ましくは50nm以下、更に好ましくは40nm以下、より更に好ましくは30nm以下、より更に好ましくは25nm以下、より更に好ましくは20nm以下、そして、好ましくは0.1nm以上、より好ましくは0.5nm以上、更に好ましくは1.0nm以上である。
(A)成分の粒子群の累積個数頻度が90%になる時の粒子径(D90)は、ソイルセメントの強度向上の観点から、100nm以下、好ましくは90nm以下、より好ましくは80nm以下、更に好ましくは70nm以下、より更に好ましくは60nm以下、より更に好ましくは50nm以下、より更に好ましくは40nm以下、より更に好ましくは30nm以下、そして、好ましくは0.1nm以上、より好ましくは0.5nm以上、更に好ましくは1.0nm以上である。
工程1では、スラリーの調製に用いる水は、真水、海水の何れも用いることが出来る。スラリーの水の少なくとも一部が海水であってもよい。
工程1で、アルカリ金属炭酸塩を混合した場合、水硬性粉体に含まれるC3Aが炭酸イオンと反応し、炭酸系水和物(モノカーボネート、ヘミカーボネート)を生成させてしまい、C3Aからのエトリンガイトの生成が阻害されることで強度が低下してしまう。ソイルセメント、特にフミン酸、フルボ酸、ヒューミン、ビチューメンなどの有機物を含む酸性土の土壌を用いたソイルセメントの強度発現性には、水硬性粉体が含有するC3Aからのエトリンガイドの生成が極めて重要となる。なぜならC−S−Hの生成は、土壌の種類による影響を強く受けるのに対して、エトリンガイドの生成は土壌の種類による影響を受けにくいためである。
したがってエトリンガイトの生成量を低下させないためにアルカリ金属炭酸塩の混合量を制限することが好ましい。
工程2は、工程1で得られたスラリーを地盤に注入してスラリーと土壌とを混合して混合物を得る工程であって、土壌1m3あたりのスラリーの混合量が150kg以上800kg以下であり、混合物中の水硬性粉体/土壌の質量比が0.01以上0.6以下である工程である。
本発明の地盤の改良工法は、土壌が、強熱減量法によって求められる有機質分量が30%以上である土壌であり、地盤工学会基準JGS0211-2009で規定される方法によって測定される土懸濁液のpHが6以下である土壌であっても効果が発現する。
また土壌に含まれる有機質としては、フミン酸、フルボ酸、ヒューミン、ビチューメンから選ばれる1種以上の有機物が挙げられる。
スラリーを地盤に注入する方法として、例えば、噴射撹拌工法(一相流方式、二相流方式、三相流方式)や機械撹拌工法(CDM工法など)、さらに地中連続壁工法(SMW工法、TRD工法など)などが挙げられる。さらに水硬性粉体に(A)成分と任意に(B)成分とをドライブレンドした系では、粉体混合方式のDJM(Dry Jet Mixing)工法やスタビライザなどを使用した浅層改良などにも使用できる。
工程3は、工程2で得られたスラリーと土壌の混合物を固化させる工程である。スラリーと土壌の混合物は、公知の地盤改良工法に準じて固化させる。
本発明の地盤改良用添加剤組成物は、(A)成分を含有する、地盤改良用添加剤組成物である。本発明の地盤改良用添加剤組成物は、強度向上の観点から、更に(B)成分を含有することができる。また本発明の地盤改良用添加剤組成物は、強度向上の観点から、更に(C)成分を含有することができる。本発明の地盤改良用添加剤組成物は、(A)成分、(B)成分及び(C)成分からなるものであってもよい。
本発明の地盤改良用添加剤組成物の使用量は、地盤改良材の種類、土壌(地盤)の種類などを考慮して設定できるが、本発明の地盤の改良工法や本発明の地盤改良体で述べた量となることが好ましい。本発明の地盤の改良工法で述べた事項は、適宜、本発明の地盤改良用添加剤組成物に適用することができる。
本発明の地盤改良用添加剤組成物は、酸性土用であってよい。また、本発明の地盤改良用添加剤組成物は、強熱減量法によって求められる有機質分量が30%以上である土壌であり、地盤工学会基準JGS0211-2009で規定される方法によって測定される土懸濁液のpHが6以下である土壌用であってよい。
本発明の地盤改良用スラリーは、水と、水硬性粉体と、(A)成分とを含有する、地盤改良用スラリーである。当該スラリーは、水/水硬性粉体の質量比が好ましくは40質量%以上150質量%以下である。本発明の地盤改良用スラリーは、水と、水硬性粉体と、本発明の地盤改良用添加剤組成物とを混合してなる地盤改良用スラリーであってよい。本発明の地盤改良用スラリーは、本発明の地盤の改良工法に好ましく用いられる。また、本発明の地盤改良用スラリーは、(B)成分、及び(C)成分から選ばれる成分を1つ以上含有することができる。本発明の地盤の改良工法、地盤改良用添加剤組成物で述べた事項は、適宜、本発明の地盤改良用スラリーに適用することができる。本発明の地盤改良用スラリーは、酸性土用であってよい。また、本発明の地盤改良用スラリーは、強熱減量法によって求められる有機質分量が30%以上である土壌であり、地盤工学会基準JGS0211-2009で規定される方法によって測定される土懸濁液のpHが6以下である土壌用であってよい。
本発明の地盤改良用スラリーの使用量は、地盤改良用スラリーの組成、土壌(地盤)の種類などを考慮して設定できるが、本発明の地盤の改良工法や本発明の地盤改良体で述べた量となることが好ましい。
本発明の地盤改良用スラリーは、土壌1m3あたり150kg以上、好ましくは200kg以上、より好ましくは250kg以上、更に好ましくは300kg以上、そして、800kg以下、好ましくは500kg以下、より好ましくは400kg以下で土壌と混合して用いられる。また、本発明の地盤改良用スラリーは、該スラリー中の水硬性粉体と土壌とが、水硬性粉体/土壌の質量比が0.01以上、好ましくは0.1以上、より好ましくは0.2以上、更に好ましくは0.25以上、そして、0.6以下、好ましくは0.5以下、より好ましくは0.45以下、更に好ましくは0.4以下で土壌と混合して用いられる。
本発明の地盤改良体は、土壌、水硬性粉体、水、及び(A)成分を含有する地盤改良体であって、水硬性粉体の含有量と土壌の含有量との質量比(水硬性粉体/土壌)が0.01以上0.6以下である地盤改良体である。この地盤改良体は、土壌と、水と、水硬性粉体と、(A)成分とを含有するスラリーを硬化させてなる地盤改良体であってよい。
本発明の地盤改良体は、土壌と、本発明の地盤改良用スラリーとを混合してなる、地盤改良体であってよい。
本発明の地盤改良体における、水硬性粉体、(A)成分、(B)成分、(C)成分、土壌などの具体例、好ましい態様や、各質量比などの量的な規定も、それぞれ、本発明の地盤の改良工法、地盤改良用添加剤組成物、地盤改良用スラリーと同じである。例えば、土壌は、酸性土、好ましくは強熱減量法によって求められる有機質分量が30%以上である土壌であり、地盤工学会基準JGS0211-2009で規定される方法によって測定される土懸濁液のpHが6以下である土壌であってよい。
以下の実施例、比較例で用いた成分を以下に示す。
(A)成分
・酸化ケイ素(1):酸化ケイ素(コロイダルシリカ)、累積個数頻度が10%になる時の粒子径(D10)5nm、累積個数頻度が50%になる時の粒子径(D50)8nm、累積個数頻度が90%になる時の粒子径(D90)10nm、日揮触媒化成株式会社製
・酸化ケイ素(2):酸化ケイ素(コロイダルシリカ)、累積個数頻度が10%になる時の粒子径(D10)7nm、累積個数頻度が50%になる時の粒子径(D50)10nm、累積個数頻度が90%になる時の粒子径(D90)15nm、日揮触媒化成株式会社製
・酸化ケイ素(3):酸化ケイ素(コロイダルシリカ)、累積個数頻度が10%になる時の粒子径(D10)10nm、累積個数頻度が50%になる時の粒子径(D50)14nm、累積個数頻度が90%になる時の粒子径(D90)27nm、日揮触媒化成株式会社製
・酸化アルミニウム:γ―アルミナ、累積個数頻度が10%になる時の粒子径(D10)15nm、累積個数頻度が50%になる時の粒子径(D50)23nm、累積個数頻度が90%になる時の粒子径(D90)31nm、バイコウスキージャパン製
(A’)成分((A)成分の比較成分)
・酸化ケイ素(4):酸化ケイ素(コロイダルシリカ)、累積個数頻度が10%になる時の粒子径(D10)83nm、累積個数頻度が50%になる時の粒子径(D50)100nm、累積個数頻度が90%になる時の粒子径(D90)130nm、日揮触媒化成株式会社製
[測定条件]
・測定サンプル:測定サンプルをスクリュー管に計量し、固形分濃度が0.4質量%となるように分散溶媒として水を加えて調製
・温度:23.6℃
・入射光と検出器との角度:90°
・積算回数:50回
・分散溶媒としての水の屈折率:1.333
・塩化カルシウム:富士フィルム和光純薬株式会社製
・塩化アルミニウム:富士フィルム和光純薬株式会社製
(C)成分
・硫酸カルシウム:富士フィルム和光純薬株式会社製
・硫酸ナトリウム:富士フィルム和光純薬株式会社製
・チオ硫酸ナトリウム:富士フィルム和光純薬株式会社製
・普通ポルトランドセメント:太平洋セメント株式会社製
・高炉スラグセメント:日鉄高炉セメント株式会社製
表1の土壌を用いてソイルセメントを調製し、ソイルセメントに対する評価を以下のように行った。結果を表2に示す。
まず、セメントミルクを次の手順で調製した。(A)成分又は(A’)成分と、(B)成分と水とを混合して添加剤水溶液を調製し、500mlプラスチックカップ(500mLディスポカップ、ニッコー・ハンセン株式会社)内で添加剤水溶液と水硬性粉体と(C)成分を混合し、ハンドミキサーにて1分間混練してセメントミルクを調製した。
添加剤水溶液を調製するための水は上水道水を用いた。水硬性粉体と添加剤水溶液は、添加剤水溶液/水硬性粉体の質量比が60質量%となるように用いた。添加剤水溶液/水硬性粉体の質量比は、実質的に水/水硬性粉体比に相当する。
(A)成分又は(A’)成分、(B)成分、(C)成分は、水硬性粉体に対する添加量が表2の通りとなるように用いた。
その後、別の500mlプラスチックカップ内に、土壌を投入し、セメントミルクを、表2に記載の注入量となるように投入し(質量比(水硬性粉体/土壌)は0.38)、ハンドミキサーにて3分間撹拌してソイルセメントを調製した。攪拌後、振動を与えて上面を均し、ラップフィルムで封をして所定時間まで22℃で静置した。
調製したソイルセメントを用いて得た地盤改良体の強度を次の方法で評価した。ソイルセメントを、型枠(直径50mm×高さ100mm)に充填した。充填は、テーブルバイブレータで30秒の2層詰めとした。供試体は2本作製した。前記で得た供試体の硬化体(地盤改良体)の20℃気中7日強度を、一軸圧縮試験機により測定した。表2には、2本の供試体の強度の平均値を7日強度として示した。
上記の(A)成分に加えて、参考例で用いた(A’)成分を以下に示す。
・酸化ケイ素(5):酸化ケイ素(コロイダルシリカ)、累積個数頻度が10%になる時の粒子径(D10)120nm、累積個数頻度が50%になる時の粒子径(D50)160nm、累積個数頻度が90%になる時の粒子径(D90)200nm、日揮触媒化成株式会社製
セメントを次の手順で調製した。(A)成分又は(A’)成分と水とを混合して添加剤水溶液を調製し、500mlプラスチックカップ(500mLディスポカップ、ニッコー・ハンセン株式会社)内で添加剤水溶液と水硬性粉体(普通ポルトランドセメント(太平洋セメント(株)製))を混合し、ハンドミキサーにて1分間混練してセメントペーストを調製した。攪拌後、振動を与えて上面を均し、ラップフィルムで封をして所定時間まで22℃で静置した。
添加剤水溶液を調製するための水は上水道水を用いた。水硬性粉体と添加剤水溶液は添加剤水溶液中の水分量/水硬性粉体の質量比が60質量%となるように用いた。
(A)成分又は(A’)成分は、水硬性粉体に対する添加量が表3の通りとなるように用いた。
調製したセメントペーストの強度を次の方法で評価した。セメントペーストを、型枠(直径50mm×高さ100mm)に充填した。充填は、テーブルバイブレータで30秒の2層詰めとした。供試体は2本作製した。前記で得た供試体の硬化体(地盤改良体)の20℃気中7日強度を、一軸圧縮試験機により測定した。表3には、2本の供試体の強度の平均値を7日強度として示した。
一方、表3の結果の通り、土壌を含まないセメントペーストに粒子群を添加した場合、本発明の条件を満たさない粒子群を添加した場合でも7日強度を向上させることができることが分かる。このように、本発明は、土壌と水硬性粉体を含むソイルセメントに対して、特定の条件を満たす粒子群を添加することで、ソイルセメントの硬化強度が向上できることを見出した発明であることが分かる。
Claims (14)
- 下記の工程1〜3を有する地盤の改良工法。
<工程1>
水と、水硬性粉体と、下記(A)成分とを混合してスラリーを調製する工程
(A)成分:粒子群であって、含まれる全粒子を動的光散乱法によって粒子径を測定し、粒子径に対する累積個数頻度をプロットしたとき、累積個数頻度が10%になる時の粒子径が30nm以下であり、50%になるときの粒子径が70nm以下であり、90%になる時の粒子径が100nm以下である粒子群
<工程2>
工程1で得られたスラリーを地盤に注入してスラリーと土壌とを混合して混合物を得る工程であって、土壌1m3あたりのスラリーの混合量が150kg以上800kg以下であり、混合物中の水硬性粉体/土壌の質量比が0.01以上0.6以下である工程
<工程3>
工程2で得られたスラリーと土壌の混合物を固化させる工程 - 前記土壌が、強熱減量法によって求められる有機質分量が30%以上である土壌であり、地盤工学会基準JGS0211-2009で規定される方法によって測定される土懸濁液のpHが6以下である土壌である、請求項1に記載の地盤の改良工法。
- (A)成分が、酸化ケイ素、及び酸化アルミニウムから選ばれる1種以上の粒子群である、請求項1又は2に記載の地盤の改良工法。
- 工程1で、(A)成分を、水硬性粉体に対して、0.1質量%以上10質量%以下で混合する、請求項1〜3の何れか1項に記載の地盤の改良工法。
- 前記水硬性粉体が、普通ポルトランドセメント、高炉スラグセメント、及び製鋼スラグセメントから選ばれる1種以上である、請求項1〜4の何れか1項に記載の地盤の改良工法。
- 工程1で、更に下記の(B)成分を混合する、請求項1〜5の何れか1項に記載の地盤の改良工法。
(B)成分:20℃における水への溶解度が20g/1000ml以上であるカルシウム塩化物塩もしくはアルミニウム塩化物塩から選ばれる1種以上の化合物 - (B)成分が塩化カルシウム及び塩化アルミニウムから選ばれる1種以上である、請求項6に記載の地盤の改良工法。
- 工程1で、(B)成分を、水硬性粉体に対して、0.1質量%以上10質量%以下で混合する、請求項6又は7に記載の地盤の改良工法。
- 工程1で、更に(C)硫酸カルシウム、硫酸ナトリウム、チオ硫酸ナトリウムから選ばれる1種以上の化合物(以下、(C)成分という)を混合する、請求項1〜8の何れか1項に記載の地盤の改良工法。
- 工程1で、(C)成分を、水硬性粉体に対して、0.1質量%以上10質量%以下で混合する、請求項9に記載の地盤の改良工法。
- 工程1で、アルカリ金属炭酸塩の混合量が、水硬性粉体に対して、1質量%以下である、請求項1〜10の何れか1項に記載の地盤の改良工法。
- 下記(A)成分を含有する、地盤改良用添加剤組成物。
(A)成分:粒子群であって、含まれる全粒子を動的光散乱法によって粒子径を測定し、粒子径に対する累積個数頻度をプロットしたとき、累積個数頻度が10%になる時の粒子径が30nm以下であり、50%になるときの粒子径が70nm以下であり、90%になる時の粒子径が100nm以下である粒子群 - 更に(B)20℃における水への溶解度が20g/1000ml以上であるカルシウム塩化物塩もしくはアルミニウム塩化物塩から選ばれる1種以上の化合物を含有する、請求項12に記載の地盤改良用添加剤組成物。
- 土壌、水硬性粉体、水、及び下記(A)成分を含有する地盤改良体であって、水硬性粉体の含有量と土壌の含有量との質量比(水硬性粉体/土壌)が0.01以上0.6以下である地盤改良体。
(A)成分:粒子群であって、含まれる全粒子を動的光散乱法によって粒子径を測定し、粒子径に対する累積個数頻度をプロットしたとき、累積個数頻度が10%になる時の粒子径が30nm以下であり、50%になるときの粒子径が70nm以下であり、90%になる時の粒子径が100nm以下である粒子群
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