JP6497990B2 - 地盤安定化用液体混和剤、地盤安定化材料、およびそれを用いた地盤安定化工法 - Google Patents

Description

本発明は、地中にセメントミルクを注入し、地盤を硬化、安定化させる地盤安定化用液体混和剤、地盤安定化材料、および地盤安定化工法に関する。

軟弱地盤のような不安定な地盤を改良するためには、軟弱な地盤を硬化、安定化させなければならない。この際、セメント系固化材に水を混合したセメントスラリーを地盤に混合して固化させる方法がある。このような工法として、地盤改良工法、山留め工法、基礎杭工法、埋め戻し工法などがある。地盤改良工法としては、深層混合処理工法または浅層混合処理工法が代表例であり、山留め工法はソイルセメント柱列壁工法、ソイルセメント地中壁工法、基礎杭工法の代表例は、鋼管ソイルセメント杭工法や鋼管の代わりにＰＨ Ｃ杭などの既製杭を使用する合成杭工法などである。

これらの工法は、セメントスラリーを地盤に注入するとセメント粒子と土の粒子とが電気的作用により互いに凝集するために、粘性が上昇し、施工し難い課題がある。また、粘性が高いと、注入したセメントスラリーと同体積の地盤と混入したスライムを排泥できず、地盤中で圧力がかかり地盤が隆起し地表面が盤膨れしてしまうという課題があった（非特許文献１参照）。

混合土の粘性を低下させるものとして、液状のものとしては、ナフタレンスルホン酸塩ホルマリン縮合物、メラミンスルホン酸塩ホルマリン縮合物、及び／又はポリカルボン酸系化合物等を含有する超高圧噴流注入工法用セメント添加剤が知られている（特許文献１参照）。
しかしながら、これらの超高圧噴流注入工法用セメント添加剤は、砂質土や砂分の多いシルト地盤では、その効果がある程度認められるものの、粘性土地盤においては、粘性低下の効果が小さいために多量に添加する必要があり、強度発現性が向上しにくいという課題があった。
一方、混合土の粘性を低下させるものとして、粉体のものとしては、リン酸塩、アルカリ金属含有物（硫酸塩、亜硫酸塩、炭酸塩、重炭酸塩等）、有機酸、およびアンモニウム塩等を含有する物質を組み合わせたものが知られている（特許文献２〜７参照）。

近年、セメント産業が各方面の産業副産物を原料に受け入れており、産業副産物に由来する微量成分が、セメントの品質に大きな影響を及ぼし、六価クロムの溶出量などにも大きな違いが出てくる。
特許文献８は、ＣａとＳを含む化合物である多硫化カルシウムに生石灰などの固定化材に担持させて、改良処理土の強度の低下をもたらすことなく、有害重金属溶出を著しく抑制する機能を付加した地盤改良材を提供することを目的としている。この文献には、固定化材である生石灰に担持させた後、セメントやセッコウと混合する技術が開示されている。
特許文献９は、Ｃａ_８Ｓ_５（Ｓ_２Ｏ_３）（ＯＨ）_１２・２０Ｈ_２Ｏ及び水酸化カルシウムを主成分とする重金属固定化剤であり、多硫化カルシウムとして市販の石灰硫黄合剤を用いることが記載されている。
しかしながら、これら文献では、混合土の粘性を低下させる効果が少なく、高い粘性低減効果の付与と六価クロムの溶出量を抑えることが可能となるとの知見を得て本発明を完成するに至った。

坪井 直道、薬液注入工法の実際、第５〜９頁、昭和５６年３月２５日、鹿島出版会、改訂版第２刷発行

特開平０６−１２７９９３号公報 特開平０５−２５４９０３号公報 特開平０６−２０６７４７号公報 特開平０７−２０６４９５号公報 特開平０７−０６９６９５号公報 特開２００４−１４３０４１号公報 特開平０９−１９４８３５号公報 特開２００１−３４２４６１号公報 特開２００４−３３８３９号公報

本発明は、スライム（混合土）の流動化によって施工性が改善するだけでなく、六価クロム溶出量が低減する、地盤安定化用液体混和剤、地盤安定化材料、及び地盤安定化工法を提供する。

すなわち、本発明は、（１）ｐＨ１０以上、酸化還元電位（ＯＲＰ）が−４５０ｍｖ以下、ＭｇＯ含有量が０．３％以上の溶液である石灰硫黄合剤を含有してなる地盤安定化用液体混和剤、（２）セメント１００質量部に対して０.０１〜１０質量部使用してなる（１）の地盤安定化用液体混和剤、（３）さらに、ナフタレン類、メラミン類、アミノスルホン酸類、ポリカルボン酸類またはポリエーテル類の中から選ばれた１種または２種の液体減水剤を混合してなる（１）または（２）の地盤安定化用液体混和剤、（４）（１）〜（３）のいずれかの地盤安定化用液体混和剤、水およびセメントを混合してなる地盤安定化用材料。（５）（４）の地盤安定化材料を地盤中に注入し、土と混合して粘性を低下させる地盤安定化工法、である。

本発明の地盤安定化用液体混和剤、地盤安定化材料および地盤安定化工法により、スライムの流動化によって施工性が改善するだけでなく、六価クロム溶出量が低減するなどの効果を奏する。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で使用する部や％は特に規定のない限り質量基準である。

本発明の石灰硫黄合剤とは、主に果樹の農薬として知られ、生石灰と硫黄と水を原料とし、オートクレーブで反応させて得られる固液分離した黄褐色の液体である。ＣａとＳと水を主成分とし、多硫化カルシウム（ＣａＳ_Ｘ）が主であり、Ｔ‐Ｃａ換算で５〜１０％、Ｔ−Ｓ換算で１５〜３０％、ＭｇＯ換算で０．３〜２．０％の範囲でＭｇを含み、ｐＨは１０．０以上である。また、石灰硫黄合剤の酸化還元電位（ＯＲＰ）は特異的で−４５０ｍｖ以下である。

本発明の石灰硫黄合剤のｐＨがアルカリ性領域であることは、極めて重要である。ｐＨが１０．０未満では、本発明の効果、すなわち、流動性の向上や六価クロムの還元効果、さらには強度発現性が十分に得られない場合がある。

本発明の石灰硫黄合剤の酸化還元電位（ＯＲＰ）が、−４５０ｍｖ以下の範囲にないと、本発明の効果、すなわち、スライムの流動性の向上や六価クロムの還元効果、さらには強度発現性が十分に得られない場合がある。

本発明の石灰硫黄合剤には、ＭｇＯ換算で０．３〜２．０％の範囲でＭｇが含まれる。Ｍｇの含有量がＭｇＯ換算で０．３％未満であると、本発明の効果、すなわち、流動性の向上や六価クロムの還元効果、さらには強度発現性が十分に得られない場合がある。

本発明の地盤安定化用液体混和剤の使用量は、特に限定されるものではないが、通常、セメント１００部に対して０．０１〜１０部が好ましく、０．１〜５部がより好ましい。地盤安定化用液体混和剤の使用量が少ないと、本発明の効果、すなわち、スライムの流動性の向上や六価クロムの還元効果、さらには強度発現性が十分に得られない場合がある。

本発明の地盤安定化用液体混和剤に、ナフタレン類、メラミン類、アミノスルホン酸類、ポリカルボン酸類またはポリエーテル類からなる１種または２種の液体減水剤を併用することでさらなる流動性の向上を図ることができる。
ナフタレン類、メラミン類、アミノスルホン酸類、ポリカルボン酸類またはポリエーテル類としては、分子量や重合度など特に限定されるものではない。
さらに、スライムの粘性を低下させるものとしてリン酸塩、アルカリ金属炭酸塩、オキシカルボン酸類があり、これらを併用することも可能である。

本発明の地盤安定化用液体混和剤は、本液体混和剤とセメントと水とを混合して地盤安定化材料を調製する。
本発明で使用するセメントとしては、普通、早強、超早強、低熱、および中庸熱などの各種ポルトランドセメントや、これらポルトランドセメントに、高炉スラグ、フライアッシュまたはシリカを混合した各種混合セメント、石灰石粉末や高炉徐冷スラグ微粉末などを混合したフィラーセメント、ならびに、都市ゴミ焼却灰や下水汚泥焼却灰を原料として製造された環境調和型セメント（エコセメント）などのポルトランドセメント、ならびに、市販されている微粒子セメントなどが挙げられ、これらのうちの一種または二種以上が使用可能である。また、通常セメントに使用されている成分（例えば石膏など）量を増減して調整されたものも使用可能である。

本発明で使用する水の使用量は、土の含水比等で異なり、特に限定されるものではないが、通常、セメント１００部に対して、３０〜５００部が好ましく、５０〜３００部がより好ましい。３０部未満ではスライムの流動性が小さく、５００部を超えると強度発現性を阻害する場合がある。
本発明の地盤安定化用液体混和剤は、粘性土に限らず、砂質土や腐食土等の土に対しても優れた効果がある。

この地盤を安定化させる方法の例として、例えば、セメントミルクを、高圧で地中深くに噴射し、土と混合して硬化させ安定化する工法が挙げられ、この方法について以下に記する。
この工法は、地中にセメントミルクを噴射する管を挿入し、管を回転させながら管先端付近からセメントミルクを高圧噴射し、地中の土を切削すると同時に、切削された土とセメントミルクとが混合された混合土を別の管内を通して地上へ排出しながら、一定速度で管を上昇させ、地中を、セメントミルクと土との混合物で置換して硬化させ、地盤を安定化させる工法である。
本発明の混合や攪拌の条件は、地中に高圧噴射する前に本液体混和剤と水とが混合されていれば特に限定するものではないが、本液体混和剤と水とを、回転数１０〜１０００rpm 程度で回転するグラウトミキサーにより混合するバッチ混合方式や、管内に羽根を設置しているラインミキサーにより混合する連続混合方式等により混合や攪拌が可能である。

次に、本発明の地盤安定化工法について説明する。
まず、地盤改良が必要な箇所を削孔する。削孔径は特に限定されるものではないが注入ロッドが挿入できる大きさであればよい。
削孔の深さは、改良したい領域により変更し特に限定することはできないが、10〜50ｍ程度が通常である。
次に、二重管や三重管構造の注入ロッドを挿入し、セメントスラリーをグラウトポンプ、超高圧ポンプ、又はコンプレッサーなどを用いて圧送し、二重管または三重管のノズルから噴射する。
セメントミルクの圧送圧力は大きい方が好ましいが、二重管、三重管、またはこれらのノズルの磨耗等を考慮すると５０〜７００kg/cm²程度が通常である。
セメントミルクの送液量は特に限定されるものではないが、３０〜８００リットル／分程度が好ましい。
このように地中で高圧噴射されたセメントスラリーは、土と一緒に混合攪拌され、また、注入ロッドは回転しながら一定速度で地上へ上昇するので、最終的にはセメントスラリーと土とからなる円柱状の杭が地中に形成される。
この杭の直径は、地盤の硬さを示すＮ値等の土の条件や噴射の圧送圧力等の施工条件により変化し、特に限定されるものではないが、０.５〜２０ｍが適当である。杭の長さは３m〜５０m程度のものが形成可能である。

以下、実験例を挙げてさらに詳細に内容を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

「実験例１」
セメント１００部に対して水１５０部、Ａ〜Ｋに調製した地盤安定化用液体混和剤をセメント１００部に対して２部混合してセメントスラリーを作製する。地盤安定化用液体混和剤ＧとＨはセメント１００部に対して４部混合してセメントスラリーを作製した。そのセメントスラリー０．５リットルに対して以下に示す土１リットルをモルタルミキサで低速１分間混合して得られたスライムの粘度、六価クロム溶出量、圧縮強度を測定した。

「使用材料」
土：東京都町田市産粘性土、密度１.４７ｇ/ ｃｍ³、含水比８５％
セメント：普通ポルトランドセメント、市販品
地盤安定化用液体混和剤として以下の溶液を使用した。
地盤安定化用液体混和剤Ａ：石灰硫黄合剤、ｐＨが１１．０、酸化還元電位−５４０ｍｖ、ＭｇＯ含有量が１．０％、Ｔ‐Ｃａ量１３％、Ｔ−Ｓ量２６％。
地盤安定化用液体混和剤Ｂ：石灰硫黄合剤、ｐＨが１０．５、酸化還元電位−５００ｍｖ、ＭｇＯ含有量が１．０％、Ｔ‐Ｃａ量１２％、Ｔ−Ｓ量２４％。
地盤安定化用液体混和剤Ｃ：石灰硫黄合剤、ｐＨが１０．０、酸化還元電位−４５０ｍｖ、ＭｇＯ含有量が１．０％、Ｔ‐Ｃａ量１１％、Ｔ−Ｓ量２２％。
地盤安定化用液体混和剤Ｄ：石灰硫黄合剤、ｐＨが１０．５、酸化還元電位−５００ｍｖ、ＭｇＯ含有量が０．５％。Ｔ‐Ｃａ量１０％、Ｔ−Ｓ量２１％。
地盤安定化用液体混和剤Ｅ：石灰硫黄合剤、ｐＨが１０．５、酸化還元電位−５００ｍｖ、ＭｇＯ含有量が２．０％、Ｔ‐Ｃａ量８％、Ｔ−Ｓ量１９％。
地盤安定化用液体混和剤Ｆ：石灰硫黄合剤、ｐＨが１１．０、酸化還元電位−５４０ｍｖ、ＭｇＯ含有量が１．０％、Ｔ‐Ｃａ量１３％、Ｔ−Ｓ量２６％。
地盤安定化用液体混和剤Ｇ：ナフタレンスルホン酸塩系減水剤、電気化学工業社製、商品名「ＦＴ−５００Ｖ」、ナフタレンスルホン酸含有率４０％
地盤安定化用液体混和剤Ｈ：ポリカルボン酸塩系減水剤、花王社製、商品名「マイティ２１Ｐ」
地盤安定化用液体混和剤Ｉ：地盤安定化用液体混和剤ＡとＧを同量混合したもの
地盤安定化用液体混和剤J：地盤安定化用液体混和剤ＡとＨを同量混合したもの
地盤安定化用液体混和剤Ｋ：地盤安定化用液体混和剤Ｉを７０％にトリポリリン酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、クエン酸ナトリウムを１０％ずつ混合したもの

「試験方法」
粘度：混合したスライムの直後と３０分後の粘度をＢ型粘度計で測定
六価クロム溶出量：混合した排泥をφ５×１０ｃｍの型枠に詰めて、水が飛ばないようにビニール袋で封緘にして２０℃で材齢７日まで養生する。その後、環境庁台４６号法に従って測定
圧縮強度：混合した排泥をφ５×１０ｃｍの型枠に詰めて、水が飛ばないようにビニール袋で封緘にして２０℃で材齢２８日まで養生後に耐圧試験機にて測定

表１より、本発明の地盤安定化用液体混和剤を使用することで、スライムの粘性を低減させ、六価クロム溶出量を減らしながら、さらに強度性状が良好であることが分かる。

「実験例２」
本発明の地盤安定化用液体混和剤Ａを使用し、使用量を表２に示すように変化したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表２に示す。

表２より、本発明の地盤安定化用液体混和剤を使用することにより、スライムの粘度が低減し、六価クロム溶出量を減らしながら、さらに強度性状が良好であることが分かる。

本発明の地盤安定化用液体混和剤、地盤安定化材料および地盤安定化工法により、スライムの流動化によって施工性が改善するだけでなく、六価クロム溶出量が低減するので、環境に配慮した材料を提供することが可能となり、土木、建築分野に好適である。

Claims (5)

1. ｐＨ１０以上、酸化還元電位（ＯＲＰ）が−４５０ｍｖ以下、ＭｇＯ含有量が０．３％以上２．０％以下の溶液である石灰硫黄合剤を含有してなる地盤安定化用液体混和剤。
2. セメント１００質量部に対して０.０１〜１０質量部使用してなる請求項１に記載の地盤安定化用液体混和剤。
3. さらに、ナフタレン類、メラミン類、アミノスルホン酸類、ポリカルボン酸類またはポリエーテル類の中から選ばれた１種または２種の液体減水剤を混合してなる請求項１または２に記載の地盤安定化用液体混和剤。
4. 請求項１〜３のいずれか１項記載の地盤安定化用液体混和剤、水およびセメントを混合してなる地盤安定化用材料。
5. 請求項４に記載の地盤安定化材料を地盤中に注入し、土と混合して粘性を低下させる地盤安定化工法。