特開 2020-158660 地盤改良材、改良土、及び、改良土の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2020-158660(P2020-158660A)

(43)【公開日】2020年10月1日

(54)【発明の名称】地盤改良材、改良土、及び、改良土の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C09K 17/08 20060101AFI20200904BHJP

   C09K 17/10 20060101ALI20200904BHJP

   C04B 7/19 20060101ALI20200904BHJP

   C04B 7/32 20060101ALI20200904BHJP

   C04B 22/08 20060101ALI20200904BHJP

   C04B 28/14 20060101ALI20200904BHJP

   E02D 3/12 20060101ALI20200904BHJP

【ＦＩ】

   C09K17/08 P

   C09K17/10 P

   C04B7/19

   C04B7/32

   C04B22/08 Z

   C04B28/14

   E02D3/12 101

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2019-60442(P2019-60442)

(22)【出願日】2019年3月27日

(71)【出願人】

【識別番号】000183266

【氏名又は名称】住友大阪セメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002734

【氏名又は名称】特許業務法人藤本パートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 貴宣

(72)【発明者】

【氏名】吉田 雅彦

【テーマコード（参考）】

2D040

4G112

4H026

【Ｆターム（参考）】

2D040CA01

2D040CA03

2D040CA04

2D040CA05

2D040CA10

4G112MB00

4G112PA29

4G112PB05

4G112PB11

4H026CA01

4H026CB05

4H026CC05

(57)【要約】      （修正有）

【課題】改良土の膨張が収束するまでの時間を短くし得る地盤改良材等を提供する。
【解決手段】対象土と混合されて用いられ、セメント系水硬性材料を含有する地盤改良材であって、アルミン酸塩を含有する、地盤改良材。対象土と、セメント系水硬性材料とを含有する、改良土であって、アルミン酸塩を含有する、改良土。対象土と、セメント系水硬性材料とが混合された改良土を作製する、改良土の製造方法であって、前記改良土がアルミン酸塩を含有する、改良土の製造方法。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象土と混合されて用いられ、セメント系水硬性材料を含有する地盤改良材であって、
アルミン酸塩を含有する、地盤改良材。

【請求項2】

前記アルミン酸塩が、アルミン酸カリウム及びアルミン酸ナトリウムの少なくとも一方を含有する、請求項１に記載の地盤改良材。

【請求項3】

前記アルミン酸塩が、アルミン酸カリウムを含有する、請求項２に記載の地盤改良材。

【請求項4】

前記セメント系水硬性材料がＳＯ_３を含有し、
前記ＳＯ_３１００質量部に対して、前記アルミン酸塩が、アルミン酸イオン換算で２．３質量部以上含有されている、請求項１〜３の何れか１項に記載の地盤改良材。

【請求項5】

対象土と、セメント系水硬性材料とを含有する、改良土であって、
アルミン酸塩を含有する、改良土。

【請求項6】

対象土と、セメント系水硬性材料とが混合された改良土を作製する、改良土の製造方法であって、
前記改良土がアルミン酸塩を含有する、改良土の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、地盤改良材、改良土、及び、改良土の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、道路、構造物等の基礎の強度が不足する場合などには、対象となる土（以下、「対象土」ともいう。）の強度を高めるために、セメントを含むセメント系水硬性材料が含有された地盤改良材と、対象土とを混合して、改良土が作製されている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００６−０５７０５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

前記地盤改良材は、硫酸塩を多く含んでいる。また、地盤改良材と水とを混合して混合物を作製すると水和反応によりエトリンガイトが生成される。
ここで、このエトリンガイトの生成過程では前記混合物は膨張するが、対象土と地盤改良材とを混合して改良土を作製する際には、対象土に間隙があるため、通常は、前記膨張は対象土の間隙により緩和され、改良地盤に変状は生じない。
しかし、対象土に地盤改良材が多く混合されたり、対象土と地盤改良材との混合が不十分で改良土中に地盤改良材が偏って多く含まれる部分が生じたりした場合などには、ごくまれに改良地盤に変状が生じ、改良土の膨張が収束するまで道路や構造物を設ける工事を進めることができず、工期が長くなってしまうことがある。
しかしながら、改良土の膨張が収束するまでの時間を短くすることはこれまで十分に検討がなされていない。

【0005】

そこで、本発明は、改良土の膨張が収束するまでの時間を短くし得る地盤改良材及び改良土の製造方法、並びに、改良土の膨張が収束するまでの時間が短い改良土を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明者が鋭意研究したところ、特定の化合物を含有する地盤改良材を用いれば、改良土の膨張収束時間を短くし得ることを見出し、本発明を想到するに至った。

【0007】

すなわち、本発明に係る地盤改良材は、対象土と混合されて用いられ、セメント系水硬性材料を含有する地盤改良材であって、
アルミン酸塩を含有する。

【0008】

ここで、本発明に係る地盤改良材の一態様では、前記アルミン酸塩が、アルミン酸カリウム及びアルミン酸ナトリウムの少なくとも一方を含有する。

【0009】

また、本発明に係る地盤改良材の他の態様では、前記アルミン酸塩が、アルミン酸カリウムを含有する。

【0010】

さらに、本発明に係る地盤改良材の他の態様では、前記セメント系水硬性材料がＳＯ_３を含有し、
前記ＳＯ_３１００質量部に対して、前記アルミン酸塩が、アルミン酸イオン換算で２．３質量部以上含有されている。

【0011】

また、本発明に係る改良土は、対象土と、セメント系水硬性材料とを含有する、改良土であって、
アルミン酸塩を含有する。

【0012】

さらに、本発明に係る改良土の製造方法は、対象土と、セメント系水硬性材料とが混合された改良土を作製する、改良土の製造方法であって、
前記改良土がアルミン酸塩を含有する。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、改良土の膨張が収束するまでの時間を短くし得る。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】ＳＯ_３の量に対するアルミン酸イオン換算でのアルミン酸塩の量と、スラリーの膨張が収束するまでの時間（収束日数）との関係を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下では、本発明の一実施形態について説明する。

【0016】

本実施形態に係る地盤改良材は、対象土と混合されて用いられる。
また、本実施形態に係る地盤改良材は、セメント系水硬性材料と、アルミン酸塩とを含有する。

【0017】

前記対象土は、水を含有する。

【0018】

前記セメント系水硬性材料は、セメントを含有する。
なお、セメント自体も石膏を含む。
前記セメント系水硬性材料は、前記セメントに含まれる石膏とは別の石膏を含有してもよい。
また、前記セメント系水硬性材料は、高炉スラグを含有してもよい。
前記セメント系水硬性材料は、ＳＯ_３を含有する。
前記セメント系水硬性材料は、ＳＯ_３を、好ましくは５．１〜１４．０質量％、より好ましくは７．２〜１１．３質量％含有する。

【0019】

前記セメントは、水硬性セメントである。
前記セメントとしては、例えば、普通、早強、超早強、白色、耐硫酸塩、中庸熱、低熱などの各種ポルトランドセメントが挙げられる。また、前記セメントとしては、例えば、該ポルトランドセメントに高炉スラグ、フライアッシュ、シリカ質混合材（ポゾラン）等を混合してなる混合セメント、アルミナセメントなどの特殊セメントなども挙げられる。
セメント系水硬性材料は、セメントを、好ましくは３０〜９４質量％、より好ましくは３０〜６０質量％含有する。

【0020】

また、前記セメント系水硬性材料は、セメントに高炉スラグが含まれていることにより、高炉スラグを含有していてもよい。また、前記セメント系水硬性材料は、セメントの高炉スラグとは別の高炉スラグを含有してもよい。

【0021】

前記高炉スラグとしては、高炉水砕スラグ等が挙げられる。
すなわち、セメントの高炉スラグとしては、高炉水砕スラグ等が挙げられ、また、セメントの高炉スラグとは別の高炉スラグとしては、高炉水砕スラグの微粉末等が挙げられる。
高炉水砕スラグの微粉末としては、ＪＩＳ Ａ ６２０６：２０１３の“高炉スラグ微粉末”が好ましく、すなわち、比表面積が２，７５０ｃｍ^２／ｇ以上１０，０００ｃｍ^２／ｇ未満のものが好ましい。なお、比表面積は、ＪＩＳ Ｒ ５２０１：２０１５の比表面積試験に従って測定することができる。
前記セメント系水硬性材料における高炉スラグの含有割合（セメントの高炉スラグと、セメントの高炉スラグとは別の高炉スラグとの合計の含有割合）は、好ましくは０〜６０質量％、より好ましくは２５〜５１質量％である。
また、高炉スラグは、本実施形態に係る地盤改良材に実質的に含まれなくてもよい。

【0022】

前記石膏としては、無水石膏（ＣａＳＯ₄ ）、半水石膏（ＣａＳＯ₄ ・０．５Ｈ₂ Ｏ）、二水石膏（ＣａＳＯ₄ ・２Ｈ₂ Ｏ）等が挙げられる。
すなわち、セメントの石膏としては、無水石膏（ＣａＳＯ₄ ）、半水石膏（ＣａＳＯ₄ ・０．５Ｈ₂ Ｏ）、二水石膏（ＣａＳＯ₄ ・２Ｈ₂ Ｏ）等が挙げられ、また、セメントの石膏とは別の石膏としては、無水石膏（ＣａＳＯ₄ ）、半水石膏（ＣａＳＯ₄ ・０．５Ｈ₂ Ｏ）、二水石膏（ＣａＳＯ₄ ・２Ｈ₂ Ｏ）等が挙げられる。
前記セメント系水硬性材料における石膏の含有割合（セメントの石膏と、セメントの石膏とは別の石膏との合計の含有割合）は、好ましくは７．４質量％以上、より好ましくは１２．６〜２５．６質量％、さらにより好ましくは１６．２〜２５．６質量％である。

【0023】

前記アルミン酸塩としては、アルミン酸カリウム、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸リチウム等が挙げられる。
前記アルミン酸塩は、アルミン酸カリウム及びアルミン酸ナトリウムの少なくとも一方を含有することが好ましい。
また、アルミン酸カリウムは、劇物に指定されておらず、取り扱いがしやすいので、前記アルミン酸塩は、アルミン酸カリウムを含有することが特に好ましい。
なお、本実施形態に係る地盤改良材は、アルミン酸塩の水和物が含まれていることにより、アルミン酸を含有していてもよい。
アルミン酸塩の水和物としては、例えば、アルミン酸カリウム・３水和物などが挙げられる。

【0024】

本実施形態に係る地盤改良材は、前記ＳＯ_３１００質量部に対して、前記アルミン酸塩を、アルミン酸イオン換算で、好ましくは２．３質量部以上、より好ましくは２．３〜９０質量部、さらにより好ましくは２．３〜５０質量部含有する。

【0025】

なお、本実施形態に係る地盤改良材は、対象土への添加前に全ての成分が混合された状態になっている必要はなく、成分ごとに対象土に添加されてもよい。

【0026】

本実施形態に係る改良土は、対象土と、セメント系水硬性材料とを含有する。また、本実施形態に係る改良土は、アルミン酸塩を含有する。

【0027】

言い換えれば、本実施形態に係る改良土は、対象土と、本実施形態に係る地盤改良材とを含有する。

【0028】

さらに、本実施形態に係る改良土は、対象土の水とは別の水を更に含有してもよい。また、本実施形態に係る改良土は、対象土の水とは別の水を含有しなくてもよく、言い換えれば、水として、対象土の水のみを含有してもよい。

【0029】

本実施形態に係る改良土は、湿潤状態の対象土１ｍ^３当たりのセメント系水硬性材料の量が、好ましくは１００〜１１００ｋｇ／ｍ^３、より好ましくは４００〜１１００ｋｇ／ｍ^３である。
また、本実施形態に係る改良土は、乾燥状態の対象土１００質量部に対して、セメント系水硬性材料を、好ましくは４．７〜１１８質量部、より好ましくは１８．８〜１１８質量部含有する。
さらに、本実施形態に係る改良土は、前記セメント系水硬性材料１００質量部に対して、対象土の水とは別の水を、好ましくは４５〜３００質量部、より好ましくは６０〜１３０質量部含有する。
また、本実施形態に係る改良土は、セメント系水硬性材料１００質量部に対して、水を（対象土の水、及び、対象土の水とは別に加える水の合計で）、好ましくは１９〜９６０質量部、より好ましくは１９〜２９５質量部含有する。
また、本実施形態に係る改良土は、対象土の水とは別の水を含有する場合、セメント系水硬性材料１００質量部に対して、水を（対象土の水、及び、対象土の水とは別に加える水の合計で）、好ましくは６０〜９６０質量部、より好ましくは７５〜２９５質量部含有する。
さらに、本実施形態に係る改良土は、水として、対象土の水のみを含有する場合、セメント系水硬性材料１００質量部に対して、水（対象土の水）を、好ましくは１９〜６５４質量部、より好ましくは１９〜１６３質量部含有する。

【0030】

本実施形態に係る改良土の製造方法では、対象土と、セメント系水硬性材料とが混合された改良土を作製する。また、前記改良土は、アルミン酸塩を含有する。

【0031】

言い換えれば、本実施形態に係る改良土の製造方法では、対象土と、本実施形態に係る地盤改良材とが混合された改良土を作製する。

【0032】

本実施形態に係る改良土の製造方法では、改良土を構成する成分をどのような順序で混ぜてもよい。
例えば、本実施形態に係る改良土の製造方法では、本実施形態に係る地盤改良材を構成する成分と、水とを混合してスラリーを作製し、該スラリーと対象土とを混合することにより、改良土を作製してもよい。
また、本実施形態に係る改良土の製造方法では、前記スラリーを経ずに、本実施形態に係る地盤改良材を構成する成分と、水と、対象土とを混合することにより、改良土を作製してもよい。
さらに、本実施形態に係る改良土の製造方法では、対象土の水とは別の水を用いずに、本実施形態に係る地盤改良材を構成する成分と、対象土とを混合することにより、改良土を作製してもよい。
また、本実施形態に係る改良土の製造方法では、本実施形態に係る地盤改良材が、対象土への添加前に全ての成分が混合された状態になっている必要はなく、本実施形態に係る地盤改良材の成分ごとに対象土に添加されてもよい。

【0033】

なお、本発明に係る地盤改良材、改良土、及び、改良土の製造方法は、上記実施形態に限定されるものではない。また、本発明に係る地盤改良材、改良土、及び、改良土の製造方法は、上記した作用効果によって限定されるものでもない。さらに、本発明に係る地盤改良材、改良土、及び、改良土の製造方法は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

【実施例】

【0034】

次に、実施例および比較例を挙げて本発明についてさらに具体的に説明する。

【0035】

＜セメント系水硬性材料＞
セメント系水硬性材料としては、下記表１、２のセメント系水硬性材料を作製した。
なお、セメント系水硬性材料におけるＳＯ_３の含有割合（単に「ＳＯ_３の含有割合」ともいう。）を下記表１、２に示す。

【0036】

【表1】

【0037】

【表2】

【0038】

＜添加剤＞
添加剤としては、以下の添加剤を用いた。
・アルミン酸ナトリウム
・アルミン酸カリウム３水和物
・水酸化アルミニウム

【0039】

（実施例１）
セメント系水硬性材料としての表１のセメント系水硬性材料Ｃと、添加剤としてのアルミン酸ナトリウムとを混合して地盤改良材を作製し、該地盤改良材と水とを混合してスラリーを得た。
なお、水は、セメント系水硬性材料１００質量部に対して６０質量部とした。
また、アルミン酸ナトリウムは、ＳＯ_３１００質量部に対して、アルミン酸イオン換算で１３．４質量部とした。

【0040】

（実施例２）
添加剤としてアルミン酸カリウム・３水和物を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、地盤改良材を得、そして、スラリーを得た。

【0041】

（実施例３）
セメント系水硬性材料としての表２のセメント系水硬性材料Ｉを用い、アルミン酸ナトリウムの量を、ＳＯ_３１００質量部に対してアルミン酸イオン換算で１４．４質量部としたこと以外は、実施例１と同様にして、地盤改良材を得、そして、スラリーを得た。

【0042】

（実施例４〜１０）
セメント系水硬性材料の種類、及び、アルミン酸塩の量を下記表５に示すものにしたこと以外は、実施例１と同様にして、地盤改良材を得、そして、スラリーを得た。
なお、「アルミン酸塩の量」とは、「ＳＯ_３１００質量部に対する、アルミン酸イオン換算でのアルミン酸塩の量（質量部）」を意味する。

【0043】

（実施例１１〜１３）
アルミン酸ナトリウムの量を下記表６に示す割合にしたこと以外は、実施例１と同様にして、地盤改良材を得、そして、スラリーを得た。

【0044】

（比較例１）
添加剤として水酸化アルミニウムを用いたこと以外は、実施例１と同様にして、地盤改良材を得、そして、スラリーを得た。
なお、添加剤の量については、ＳＯ_３の量に対する、アルミニウム換算での添加剤の量が実施例１と同じとなるようにした。

【0045】

（比較例２）
添加剤を用いなかったこと以外は、実施例１と同様にして、地盤改良材を得、そして、スラリーを得た。

【0046】

（比較例３）
添加剤を用いなかったこと以外は、実施例３と同様にして、地盤改良材を得、そして、スラリーを得た。

【0047】

＜膨張変化試験＞
実施例及び比較例のスラリーを型枠に打設し、打設後２４時間で脱型し、直方体の供試体（寸法：４０ｍｍ×４０ｍｍ×１６０ｍｍ（最長部分））を得た。
そして、供試体を２０℃の水の中で養生した。また、水中養生直前を基準（材齢０日）とし、水中養生を開始してから１０日までは約１日おきに、１４日後からは約７日おきに、最長部分の長さ変化を膨張変化の指標として測定した。
最長部分の長さ変化は、ＪＩＳ Ａ１１２９−３：２０１０「モルタル及びコンクリートの長さ変化測定方法‐第３部：ダイヤルゲージ方法」に準じて測定した。
また、長さ変化率に関し、前回（１回前）に測定した長さ変化率との比較において、長さ変化率の１日当たりの増加量が、０．０１％／日以下になった場合に、前回の測定時における材齢を収束日数（膨張が収束するまでの日数）とした。
すなわち、Ｎ回目の測定時における、長さ変化率の１日当たりの増加量は、下記式（１）で求め、この増加量が０．０１％／日以下になった場合に、（Ｎ−１）回目の測定時における材齢を収束日数とした。
Ｎ回目の測定時における、長さ変化率の１日当たりの増加量（％／日） ＝ （Ｎ回目に測定した長さ変化率（％） − （Ｎ−１）回目に測定した長さ変化率（％））／（Ｎ回目の測定時における材齢（日） − （Ｎ−１）回目の測定時における材齢（日））・・・（１）
収束日数について、実施例１、２及び比較例１、２の結果を下記表３に、実施例３及び比較例３の結果を下記表４に、実施例１、４〜１０の結果を表５に、実施例１、１１〜１３及び比較例１の結果を表６に、実施例１、２、４〜１２の結果を図１に示す。

【0048】

【表3】

【0049】

【表4】

【0050】

【表5】

【0051】

表３、４に示すように、早強ポルドランドセメントを含むセメント系水硬性材料のみからなる比較例２、普通ポルドランドセメントを含むセメント系水硬性材料のみからなる比較例３の地盤改良材を用いた場合で、４２日後まで膨張が継続していた。
このことから、セメント系水硬性材料と水との反応（水和反応）による生成物であるエトリンガイトが、改良土の膨張の要因と考えられる。

【0052】

表３に示すように、実施例１、２の地盤改良材を用いた場合では、添加剤として水酸化アルミニウムを用いた比較例１の地盤改良材、添加剤を用いなかった比較例２の地盤改良材を用いた場合に比べて、収束日数が短かった。
また、表４に示すように、実施例３の地盤改良材を用いた場合では、添加剤を用いなかった比較例３の地盤改良材を用いた場合に比べて、収束日数が短かった。
また、表５に示すように、実施例１〜３と異なるセメント系水硬性材料を用いた実施例４〜１０の地盤改良材を用いた場合でも、収束日数は短かった。
以上の結果から、エトリンガイトの生成反応が改良土の膨張の要因となっており、反応性に富むアルミニウム塩であるアルミン酸塩が存在すると、早期にエトリンガイトの生成反応が終結して、改良土の膨張が収束するまでの時間を短くすることができると考えられる。
したがって、本発明によれば、改良土の膨張が収束するまでの時間を短くし得ることがわかる。

【0053】

【表6】

【0054】

表６、図１に示すように、ＳＯ_３に対するアルミン酸イオン換算での前記アルミン酸塩の量が多いほど、収束日数が短かった。
このことから、ＳＯ_３に対するアルミン酸イオン換算での前記アルミン酸塩の量が多いほど、改良土の膨張が収束するまでの時間を短くし得ることがわかる。

【図1】