JP2000160160A

JP2000160160A - 土質安定材

Info

Publication number: JP2000160160A
Application number: JP34160798A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kido; 健二木戸; Sakae Kiriyama; 栄桐山; Shigeo Takatani; 成男高谷; Shigeji Morikuni; 茂治森國; Tomohiro Inasawa; 知洋稲澤
Original assignee: MIDORI SHOJI KK; S I KONSARU KK; TSURUGA CEMENT KENZAI KK; Kawai Lime Industry Co Ltd
Current assignee: MIDORI SHOJI KK; S I KONSARU KK; TSURUGA CEMENT KENZAI KK; Kawai Lime Industry Co Ltd
Priority date: 1998-12-01
Filing date: 1998-12-01
Publication date: 2000-06-13

Abstract

(57)【要約】【課題】有機質土等の土の固化反応を促進させ、安定
化処理された土の強度を高めるとともに、容易に再利用
することができる土質安定材を提供する。【解決手段】土質安定材は、酸化カルシウム（Ｃａ
Ｏ）成分を３７〜５９重量％、シリカ（ＳｉＯ₂）成分
を２２〜３２重量％、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）成分を１０
〜１５重量％及び三酸化硫黄（ＳＯ₃）成分を５〜１０
重量％の範囲で含有するものである。さらに、酸化カル
シウム成分の含有量は３８〜４３重量％、シリカ成分の
含有量は２８〜３２重量％であるのが好ましい。また、
シリカ成分及びアルミナ成分を生成する供給物の比表面
積は、それぞれ２０００〜３０００ｃｍ²／ｇであるの
が好ましい。加えて、酸化カルシウム成分の供給物は生
石灰であるのが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、土と混合するこ
とによって、その土を固化して安定化するための土質安
定材に関するものである。より詳しくは、シリカ成分及
びアルミナ成分の含有量を増やすことによって、有機質
土等の土の強度を高めて安定化することができる土質安
定材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、この種の土質安定材として
は、石灰及びセメントの少なくとも１種を主成分とする
ものが広く使用されている。また、それらの土質安定材
に石膏等の添加剤を加えたものも知られている。この土
質安定材中に含有される石灰は、土中成分であるシリカ
成分やアルミナ成分と反応して土を固化させる。一方、
セメントは自硬性を有しており、土と混合することによ
って、その土を内部に取り囲むように固化して安定化さ
せる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来の
石灰を主成分とする土質安定材を用いて、シリカ成分及
びアルミナ成分の含有量の少ない有機質土等の土を安定
化する場合、石灰による土の固化反応が進行し難いう
え、充分な強度が得られなかった。

【０００４】また、前記従来のセメントを主成分とする
土質安定材は、シリカ成分及びアルミナ成分の含有量の
少ない土であっても充分な強度を付与することはできる
が、このセメントの固化反応は、アルカリ性条件下で進
行しやすいために、有機質土等のｐＨ値の低い土に対し
ては、その反応の進行が大幅に抑制されていた。また、
セメントを用いて多量の水分を含有する土を安定化する
場合には、大量のセメントを添加する必要があることか
ら、製造コストが高くなるうえ、周囲の環境に調和し難
い土質となるおそれがあった。さらに、セメントは石灰
と比較すると取り扱い性が非常に悪く、例えば石灰によ
り安定化処理された土では、含水率の低下、塑性の付与
効果、締固め特性の改善効果、作業性の向上等の良好な
効果が発揮されるのに対して、セメントではこれらの効
果を期待するのは困難であった。

【０００５】また、従来の石灰及びセメントを主成分と
する土質安定材は、上記のような石灰又はセメントを主
成分とする土質安定材の欠点をある程度はカバーするこ
とができるが、シリカ成分及びアルミナ成分の含有量が
極めて少ない有機質土等の土に対しては、依然として不
充分であった。

【０００６】一方、従来のセメントを主成分とする土質
安定材は、セメントが非常に水分を吸収しやすいことか
ら、使用する前に空気中の湿気等により固化するおそれ
があり、その保管には特別な配慮が必要であった。さら
に、この土質安定材によって安定化された処理土は、時
間の経過とともに強度が増大するために、安定化処理し
た後の処理土を貯蔵しておくことができなかった。この
ため、使用する直前に必要な量の処理土を製造する必要
があり、その度毎に時間と手間がかかり、非常に煩雑な
ものであるとともに、一度安定化された処理土を再利用
することはほとんど不可能であったことから、処理土の
撤去作業に多大な時間と手間と費用がかかっていた。

【０００７】この発明は、上記のような従来技術に存在
する問題点に着目してなされたものである。その目的と
するところは、有機質土等の土の固化反応を促進させ、
安定化処理された土の強度を高めることができるととも
に、容易に再利用することができる土質安定材を提供す
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に記載の土質安定材の発明は、酸化カル
シウム（ＣａＯ）成分を３７〜５９重量％、シリカ（Ｓ
ｉＯ₂）成分を２２〜３２重量％、アルミナ（Ａｌ
₂Ｏ₃）成分を１０〜１５重量％及び三酸化硫黄（Ｓ
Ｏ₃）成分を５〜１０重量％の範囲で含有し、土と混合
することによって、その土を固化して安定化するもので
ある。

【０００９】請求項２に記載の土質安定材の発明は、請
求項１に記載の酸化カルシウム（ＣａＯ）成分の含有量
は３８〜４３重量％及びシリカ（ＳｉＯ₂）成分の含有
量は２８〜３２重量％であるものである。

【００１０】請求項３に記載の土質安定材の発明は、請
求項１又は請求項２に記載のシリカ（ＳｉＯ₂）成分及
びアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）成分を生成する供給物の比表面
積は、それぞれ２０００〜３０００ｃｍ²／ｇであるも
のである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、この発明を具体化した実施
形態について詳細に説明する。土質安定材は、酸化カル
シウム（ＣａＯ）成分、シリカ（ＳｉＯ₂）成分、アル
ミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）成分及び三酸化硫黄（ＳＯ₃）成分を
含有し、土と混合することによって、その土を固化して
安定化させるものである。

【００１２】酸化カルシウム（ＣａＯ）成分は、主とし
て生石灰（ＣａＯ）又は消石灰（Ｃａ（ＯＨ）₂）を配
合することによって供給される。この酸化カルシウム成
分は、土及び土質安定材中に含有されるシリカ成分及び
アルミナ成分と化学反応を引き起こして処理土を安定化
させるとともに、その反応を促進するために処理土のｐ
Ｈ値を高めてアルカリ性にする。そして、この土質安定
材は土と混合した後に加圧されることによって、アルカ
リ性条件下でこれらの成分がポゾラン反応を引き起こ
し、ケイ酸カルシウム水和物及びアルミン酸カルシウム
水和物を生成し、それらが処理土の粒子間を固結させて
安定化させる。なお、ポゾラン反応とは、単独では水と
反応して硬化する性質を有さない物質が、石灰と水中で
反応することによって硬化する反応をいう。

【００１３】酸化カルシウム成分の含有量は３７〜５９
重量％の範囲であり、好ましくは３８〜４３重量％の範
囲である。この酸化カルシウム成分の含有量が３７重量
％未満の場合、土及び土質安定材中のシリカ成分及びア
ルミナ成分の含有量に対して、酸化カルシウム成分の含
有量が少ないことから、処理土の強度を充分に高めるこ
とができない。逆に５９重量％を超える場合、酸化カル
シウム成分の含有量がシリカ成分及びアルミナ成分の含
有量に対して過剰量となることから経済的でない。

【００１４】また、酸化カルシウム成分は、生石灰を配
合することによって供給されるのが好ましい。このと
き、生石灰は土中の水分と水和反応を引き起こし、処理
土の含水率を低下させる。さらに、この水和反応は多量
の熱量を発生させ、ポゾラン反応等の土の固化反応を一
層促進させるとともに、処理土中の水分を蒸発させてそ
の含水率を低下させる。

【００１５】シリカ（ＳｉＯ₂）成分及びアルミナ（Ａ
ｌ₂Ｏ₃）成分は、それらの成分の含有量が極めて少ない
有機質土等の土であっても、確実に安定化されるように
するために配合されている。これらの成分を生成する供
給物としては、一般的な乾燥土、キラ粘土、シリカゲ
ル、アルミサッシ製造工程で発生する水酸化アルミニウ
ム、市販の試薬、スラグ、焼却灰、フライアッシュ、ク
リンカアッシュ等が挙げられる。

【００１６】また、上記シリカ成分及びアルミナ成分を
生成する供給物の比表面積は、処理土の固化反応を促進
するとともに、その含水率を低下させるために、それぞ
れ２０００〜３０００ｃｍ²／ｇの範囲であるのが好ま
しい。この比表面積が２０００ｃｍ²／ｇ未満の場合、
ポゾラン反応等の固化反応の進行が遅くなることから、
処理土の安定化に要する時間が浪費されるとともに、そ
の含水率を充分に低下させることができない。逆に３０
００ｃｍ²／ｇを超える場合、シリカ成分及びアルミナ
成分を生成する供給物を細かく破砕する必要があり、そ
の作業に時間と手間がかかることから経済的でない。

【００１７】シリカ成分の含有量は２２〜３２重量％の
範囲であり、好ましくは２８〜３２重量％の範囲であ
る。このシリカ成分の含有量が２２重量％未満の場合、
シリカ成分の含有量が少ない有機質土等の土を充分に安
定化することができない。逆に３２重量％を超える場
合、前記有機質土等の土を充分に安定化することはでき
るが、酸化カルシウム成分の含有量に対して過剰量とな
ることから経済的でない。

【００１８】アルミナ成分の含有量は１０〜１５重量％
の範囲であり、好ましくは１３〜１５重量％の範囲であ
る。このアルミナ成分の含有量が１０重量％未満の場
合、アルミナ成分の含有量が少ない有機質土等の土を充
分に安定化することができない。逆に１５重量％を超え
る場合、前記有機質土等の土を充分に安定化することは
できるが、酸化カルシウム成分の含有量に対して過剰量
となることから経済的でない。

【００１９】三酸化硫黄（ＳＯ₃）成分は、主として石
膏（ＣａＳＯ₄）を配合することにより供給され、前記
ポゾラン反応に続いて、針状結晶であるエトリンガイト
を生成させる反応を行う。そして、このエトリンガイト
は、処理土の粒子間を縦横に固結させてその強度を一層
高める。

【００２０】この三酸化硫黄成分の含有量は５〜１０重
量％の範囲であり、好ましくは８〜１０重量％の範囲で
ある。この三酸化硫黄成分の含有量が５重量％未満の場
合、充分な量のエトリンガイトが生成されないことか
ら、処理土の強度を充分に高めることができない。逆に
１０重量％を超える場合、エトリンガイトの生成反応に
おいて三酸化硫黄成分が過剰となることから経済的でな
い。

【００２１】さて、上記のように構成される土質安定材
を用いて有機質土等の土を安定化する場合、まず適量の
土質安定材と土とを混合した後、施工場所に積み上げて
加圧する。このとき、以下に記載する複数の化学反応が
同時に引き起こされ、処理土が固化して安定化される。

【００２２】すなわち、土質安定材中の酸化カルシウム
成分である生石灰は、土中の水分と水和反応を引き起こ
し、処理土の含水率を低下させながら消石灰となる。そ
して、この水和反応は多量の熱量を発生し、処理土の温
度を上昇させてその他の化学反応の進行を促進するとと
もに、一部の熱量が気化熱となって土中の水分の蒸発を
促進し、処理土の含水率を低下させる。さらに、生成し
た消石灰は微粒子であり、その強力な吸水性によって処
理土の含水率を一層低下させる。加えて、生石灰が消石
灰になる際には体積が膨張し、施工場所周辺の土を圧縮
してそれらの土に対しても安定化させる効果を発揮す
る。

【００２３】生成した消石灰は、処理土を強アルカリ性
にするとともに、土中に含有されるシリカ成分及びアル
ミナ成分に加えて、土質安定材中に含有されるシリカ成
分及びアルミナ成分と、時間をかけながらポゾラン反応
を引き起こす。その結果生成されたケイ酸カルシウム水
和物及びアルミン酸カルシウム水和物は、処理土の粒子
間を固結させ、強固に固化して安定化させる。さらに、
土質安定材中の三酸化硫黄成分は、前記ポゾラン反応に
続いて、針状結晶であるエトリンガイトを生成させ、処
理土の粒子間を縦横に固結させてその強度を一層高め
る。

【００２４】このように処理土の粒子間を縦横に固結し
たケイ酸カルシウム水和物、アルミン酸カルシウム水和
物及びエトリンガイトの結晶は、継続的に加圧されるこ
とによって破壊され、その後からまた新たに生成される
という過程を繰り返す。この破壊と生成との繰り返しに
よって、これらの結晶はより安定な状態で土の粒子間を
縦横に結晶化し、処理土全体の強度を高めていく。

【００２５】また、加圧終了後においても、消石灰は処
理土中に含有されている炭酸ガスと中和反応を引き起こ
して炭酸カルシウムを生成させ、土の粒子間の隙間を埋
めながら処理土を一層緻密化させる。

【００２６】一方、土質安定材と混合した土を加圧せず
に放置した場合には、上記ポゾラン反応及びエトリンガ
イト生成反応は引き起こされず、土は安定化されない。
従って、この土質安定材と混合された土は、加圧しない
状態で長期間保管することができるうえ、施工場所で加
圧することによって随時安定化させることができる。

【００２７】安定化処理された土を再利用する場合に
は、処理土をほぐす操作を行って、そこに加えられてい
る圧力を低下させる。このとき、処理土の粒子間を縦横
に固結しているケイ酸カルシウム水和物、アルミン酸カ
ルシウム水和物及びエトリンガイト結晶の固結状態がほ
ぐされ、上記土質安定材と混合された土を加圧せずに放
置した場合とほぼ同様の状態になり、再利用することが
可能である。

【００２８】次に、上記実施形態の土質安定材による効
果について説明する。・実施形態の土質安定材は、酸化カルシウム成分を３
７〜５９重量％、シリカ成分を２２〜３２重量％、アル
ミナ成分を１０〜１５重量％及び三酸化硫黄成分を５〜
１０重量％の範囲で含有している。このため、有機質土
等の土の固化反応を促進させ、安定化処理された土の強
度を高めるとともに、容易に再利用することができる。
また、この土質安定材は従来の土質安定材と比べて、シ
リカ成分及びアルミナ成分の含有量を高めたものである
ことから、それらの成分の含有量が少ない有機質土等の
土でも確実に安定化することができる。

【００２９】・実施形態の土質安定材によれば、シリ
カ成分及びアルミナ成分を生成する供給物の比表面積を
２０００〜３０００ｃｍ²／ｇとすることによって、処
理土の固化反応を一層促進させることができるうえ、処
理土の含水率を低下させることができる。

【００３０】・実施形態の土質安定材によれば、酸化
カルシウム成分、シリカ成分及びアルミナ成分を含有す
ることによって、ポゾラン反応を引き起こし、処理土の
粒子間を固結して安定化させることができる。さらに、
三酸化硫黄成分を含有することによって、ポゾラン反応
に続いて、針状結晶であるエトリンガイトの生成反応を
引き起こすことができ、処理土の粒子間をさらに強固に
固結して安定化させることができる。

【００３１】・実施形態の土質安定材によれば、酸化
カルシウム成分として生石灰又は消石灰を配合すること
によって、処理土をアルカリ性にすることができ、ポゾ
ラン反応の進行を促進することができる。

【００３２】・実施形態の土質安定材によれば、酸化
カルシウム成分として生石灰を配合することによって、
水和反応により土中の水分を吸収し、処理土の含水率を
低下させることができる。さらに、この水和反応の際に
多量の熱量を発生することから、土中の水分を蒸発させ
て処理土の含水率を低下させるとともに、温度上昇によ
り処理土の固化反応を一層促進することができる。特
に、含水率の高い土を安定化する場合や、冬季等には効
果的である。

【００３３】また、水和反応で生成される消石灰は、微
粒子であることから土中の水分を吸収して処理土の含水
率を低下させることができるとともに、体積が膨張して
周辺土を圧縮し、それらの土を安定化することにも効果
を発揮することができる。加えて、この消石灰は処理土
中の炭酸ガスと中和反応を引き起こして炭酸カルシウム
となり、処理土を一層緻密化させることができる。

【００３４】・実施形態の土質安定材によれば、土と
混合した後に加圧することによって処理土が固化される
ことから、成形に手間取った場合でも落ち着いて施工工
事を行うことができるうえ、処理土をほぐすことによっ
て容易に成形し直すことができる。また、土と混合した
後であっても加圧しない限り固化しないことから、その
ままの状態で長期間保管することができるうえ、施工の
度に混合する必要がなく、その作業にかかる時間と手間
を大幅に削減することが可能である。さらに、施工に必
要な量を上回って混合した場合でも、その余剰分を次回
の施工に使用することができることから、必要量を大ま
かに決定することにより煩雑さを低減させることがで
き、作業性を向上させることができる。加えて、その余
剰分を廃棄処理する必要がないことから、無駄を減らす
ことができて経済的である。また、安定化処理された土
をほぐすことによって容易に再利用することができ、廃
棄処理する必要がないことから経済的である。

【００３５】

【実施例】以下、前記実施形態を具体化した実施例につ
いて説明する。（実施例１及び２）上記実施形態に記載された材料を適
宜組み合せることによって、２種類の土質安定材を製造
した。これらの土質安定材について、ＪＩＳＲ５２
０１に従って酸化カルシウム（ＣａＯ）成分、シリカ
（ＳｉＯ₂）成分、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ ₃）成分及び三酸
化硫黄（ＳＯ₃）成分の含有量を測定した。結果を表１
に示す。（比較例１〜３）比較例１として生石灰、比較例２とし
て従来のセメント系土質安定材、比較例３として従来の
石灰・セメント複合系土質安定材を使用した。これらの
土質安定材について、ＪＩＳＲ５２０１に従って各
成分の含有量を測定した。結果を表１に示す。

【００３６】

【表１】＜路床土支持力比（ＣＢＲ）試験＞含水比４６％、湿潤
密度１．５５ｇ／ｃｍ³、ｐＨ５．６、強熱減量８．３
％の有機質粘質土に、実施例１及び比較例１〜３の土質
安定材を有機質粘土１ｍ³当たり３０、６０又は９０ｋ
ｇ加え、有機質粘質土を固化して安定化処理を行った。
これらの安定化処理土について、ＪＩＳＡ１２１１
に準拠した路床土支持力比（ＣＢＲ）試験を行った。Ｃ
ＢＲ２．５値（％）の結果を表２に示す。

【００３７】

【表２】表２の結果より、実施例１の土質安定材は、比較例１〜
３の従来の土質安定材と比較して、有機質粘質土の安定
化処理において、処理土の路床土支持力が非常に高かっ
たことが示された。＜室内一軸圧縮試験１＞含水比４６％、湿潤密度１．５
５ｇ／ｃｍ³、ｐＨ５．６、強熱減量８．３％の有機質
粘質土に、実施例１及び比較例１〜３の土質安定材を有
機質粘土１ｍ³当たり３０、６０又は９０ｋｇ加え、有
機質粘質土を固化して安定化処理を行った。これらの安
定化処理土について、ＪＩＳＡ１２１６に準拠した
室内一軸圧縮試験を行った。７日間養生させた処理土に
おける室内一軸圧縮強度（ｋｇ・ｆ／ｃｍ²）の結果を
表３に示す。

【００３８】

【表３】表３の結果より、実施例１の土質安定材は、比較例１〜
３の従来の土質安定材と比較して、有機質粘質土の安定
化処理において、処理土の室内一軸圧縮強度が高かった
ことが示された。＜室内一軸圧縮試験２＞含水比３４６％、湿潤密度１．
１２ｇ／ｃｍ³、ｐＨ３．７、強熱減量２９．１％の高
有機質土に、実施例２及び比較例１〜３の土質安定材を
高有機質土１ｍ³当たり１００、１５０又は２００ｋｇ
加え、高有機質土を固化して安定化処理を行った。これ
らの安定化処理土について、ＪＩＳＡ１２１６に準
拠した室内一軸圧縮試験を行った。７日間養生させた処
理土における室内一軸圧縮強度（ｋｇ・ｆ／ｃｍ²）の
結果を表４に示す。

【００３９】

【表４】表４の結果より、実施例２の土質安定材は、比較例１〜
３の従来の土質安定材と比較して、含水率の高い高有機
質土の安定化処理において、処理土の室内一軸圧縮強度
が高かったことが示された。

【００４０】次に、前記実施形態から把握できる技術的
思想について以下に記載する。・前記酸化カルシウム成分は、生石灰より供給される
ものである請求項１から請求項３のいずれかに記載の土
質安定材。

【００４１】このように構成した場合、処理土の含水率
を低下させることができるうえ、処理土の固化反応を一
層促進することができる。・前記の土はシリカ成分及びアルミナ成分の少なくと
も１種の含有量が少ない土である請求項１に記載の土質
安定材。

【００４２】このように構成した場合、シリカ成分及び
アルミナ成分の少なくとも１種の含有量が少ない有機質
土等の土を確実に安定化することができる。

【００４３】

【発明の効果】この発明は、以上のように構成されてい
るため、次のような効果を奏する。請求項１に記載の土
質安定材の発明によれば、有機質土等の土の固化反応を
促進させ、安定化処理された土の強度を高めることがで
きるとともに、容易に再利用することができる。

【００４４】請求項２に記載の土質安定材の発明によれ
ば、請求項１に記載の発明の効果に加え、有機質土等の
土の固化反応を一層促進させ、安定化処理された土の強
度を確実に高めることができる。

【００４５】請求項３に記載の土質安定材の発明によれ
ば、請求項１又は請求項２に記載の発明の効果に加え、
有機質土等の土の固化反応をさらに促進することができ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 598165297 有限会社緑商事福井県福井市運動公園２丁目1503番地 (72)発明者木戸健二岐阜県大垣市赤坂町2093番地河合石灰工業株式会社内 (72)発明者桐山栄岐阜県大垣市赤坂町2093番地河合石灰工業株式会社内 (72)発明者高谷成男福井県福井市高屋町31−33 (72)発明者森國茂治福井県福井市西下野町第12号４番地エス・イ・コンサル株式会社内 (72)発明者稲澤知洋福井県福井市運動公園２丁目1503番地有限会社緑商事内Ｆターム(参考） 2D040 AB07 AC00 BA11 CA03 CA10 2D043 CA07 DA10 EA10 EB06 4H026 CA02 CB01 CB05 CB06 CC02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸化カルシウム（ＣａＯ）成分を３７〜
５９重量％、シリカ（ＳｉＯ₂）成分を２２〜３２重量
％、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）成分を１０〜１５重量％及び
三酸化硫黄（ＳＯ₃）成分を５〜１０重量％の範囲で含
有し、土と混合することによって、その土を固化して安
定化するための土質安定材。
【請求項２】前記酸化カルシウム（ＣａＯ）成分の含
有量は３８〜４３重量％及びシリカ（ＳｉＯ₂）成分の
含有量は２８〜３２重量％である請求項１に記載の土質
安定材。
【請求項３】前記シリカ（ＳｉＯ₂）成分及びアルミ
ナ（Ａｌ₂Ｏ₃）成分を生成する供給物の比表面積は、そ
れぞれ２０００〜３０００ｃｍ² ／ｇである請求項１
又は請求項２に記載の土質安定材。