ソイルセメントスラリーの調製方法
【課題】 本発明は、ソイルセメントスラリーの流動性を改善し、注入率の減少及び発生土の利用率の向上を図ることを目的とする。
【解決手段】 水とセメント系固化剤と流動化剤とアルカリ金属炭酸塩と土とを混合し、ソイルセメントスラリーを調製するステップを有する、ソイルセメントスラリーの調製方法が提供される。
【解決手段】 水とセメント系固化剤と流動化剤とアルカリ金属炭酸塩と土とを混合し、ソイルセメントスラリーを調製するステップを有する、ソイルセメントスラリーの調製方法が提供される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ソイルセメントスラリーの調製方法に関し、特に、ソイルセメントスラリーを利用する地盤改良、土留め壁及び止水壁構築、基礎杭工事、埋め戻し工事等に使用されるＣＲＭ工法、ＳＭＷ工法、ＴＲＤ工法等におけるソイルセメントスラリーの調製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ソイルセメントスラリーとは、土とセメント系固化材と水とを混合したものであり、主に地盤改良、土留め壁及び止水壁構築、基礎杭工事、埋め戻し工事等におけるＣＲＭ工法、ＳＭＷ工法、ＴＲＤ工法等で利用されている。
【０００３】
ソイルセメントスラリーを利用する工法は、（１）ＳＭＷ工法、ＴＲＤ工法等に代表される、原地盤に直接セメントミルクを注入し、地中でソイルセメントスラリーを作成し、造成する工法と、（２）ＣＲＭ工法等に代表される、地上設備で土とセメント系固化材と水とを混合して、得られたソイルセメントスラリーを掘削孔に戻す工法との２種類がある。
【０００４】
これらの工法では、通常、セメント系固化材と水とを事前に混合したセメントミルクを土に添加し、攪拌混合する。また、ソイルセメントスラリーのブリージング（ソイルセメントスラリー中の水と固形分が分離する現象）を防止する目的で、必要に応じてベントナイトを併用する場合もある。更に、施工形態、対象地盤及び要求されるソイルセメント流動特性に応じて、セメント系固化材と水の混合比をその条件に合わせて決定するとともに、流動化剤が併用される。
【０００５】
前述した２種類の工法において対象地盤がシルト粘土又は粘性土であった場合は、それぞれの工法で以下の問題が生じる。
（１）ＳＭＷ工法、ＴＲＤ工法等に代表される、原地盤に直接セメントミルクを注入し、地中でソイルセメントスラリーを作成し、造成する工法では、良好な流動性及び強度を確保するためにセメントミルクの注入率（地盤１ｍ3に対して１ｍ3のセメントミルクを注入した場合を注入率１００％と言う。）を大幅に増大させる必要があるため、施工費が増加する。さらに、この場合、注入されたセメントミルク量がそのまま余剰のソイルセメントスラリーとなる工法上の特徴から、余剰のソイルセメントスラリー処理費が増加するとともに、環境問題の点から見ても好ましくない。
（２）地上設備で土とセメント系固化材及び水を混合して、得られたソイルセメントスラリーを掘削孔に戻す流動化処理工法では、極めて高いセルフレベリング性（高流動性）及び強度が要求される。このため、粘性土を掘削した場合にソイルセメントスラリーに利用される掘削発生土の利用率が減少することから、残土処理費用が増加することになる。
【０００６】
この問題を解決するため、特許文献１（特開平８−１２４０３号公報）には、オキシカルボン酸塩とナフタリンスルホン酸等に代表される高性能ＡＥ減水剤及び流動化剤を併用する方法が記載されている。しかしながら、この方法は、粘土を主体とする微細土砂には十分な効力を発揮しない。また、併用する２種類の薬剤は別々に添加しなければならず、原地盤に直接セメントミルクを注入し、地中でソイルセメントスラリーを作成し、造成する工法では、非常に煩雑な作業となり施工効率を著しく低下させる。
【０００７】
【特許文献１】特開平８−１２４０３号公報
【特許文献２】特開２０００−１６９２０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、ソイルセメントスラリーの流動性を改善し、注入率の減少及び発生土の利用率の向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一の側面によると、水とセメント系固化剤と流動化剤とアルカリ金属炭酸塩と土とを混合し、ソイルセメントスラリーを調製するステップを有する、ソイルセメントスラリーの調製方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
以下に詳細に説明するように、本発明によると、ソイルセメントの強度低下を起こすことなく、ソイルセメントスラリーの流動性を改善し、セメントミルク注入量の減量化及び発生土の利用率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施の形態を説明する。もっとも、本発明は、以下に説明する実施の形態によって、限定されるものではない。
【００１２】
本発明者らは、上記問題を解決する為に鋭意検討した結果、セメントミルクを調製する際に、アルカリ金属炭酸塩を用いて、セメントミルクの液相中のカルシウムイオン、マグネシウムイオンに代表される多価金属イオンを調整することにより、セメント流動化剤の効果が著しく向上することを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１３】
これまで、ソイルセメントスラリーの流動化を図るために添加されるセメント混和剤として、オキシカルボン酸塩、ナフタリンスルホン酸、ポリカルボン酸系化合物、リグニンスルホン酸塩などの流動化剤が使用されている。（コンクリート工事ハンドブック記載。）
【００１４】
しかし、これら添加剤は砂地盤を対象としたソイルセメントスラリーの流動化剤としては有効に作用するが、粘性土を対象とした場合はその効果は極めて劣るものであった。本発明者等は、このような流動化剤の効果の低下は以下の原因によるものであると考えた。
（１）ソイルセメントスラリー中に含有する粘性土は、砂質土と異なり、スラリー中で分散、水和することにより、コロイド粒子径まで微細化し、添加された各種流動化剤が粘土粒子表面に吸着、消費されるため。
（２）ソイルセメンスラリーを調製するために用いられるセメントミルクの液相中のカルシウムイオン、マグネシウムイオンに代表される多価金属イオン、および加えられる土から溶出してくる多価金属イオンが、各種流動化剤と反応し、不溶性又は可溶性の塩を形成することにより、添加剤の効果を減少させるため。
【００１５】
本発明は、発明者らが原因（２）について検討し、得られた知見を基に成し得たものである。
【００１６】
実施例の欄で詳細に説明するように、セメントミルク液相中のカルシウムイオン及びマグネシウムイオンの合計の濃度（全硬度又は多価金属イオン濃度とも記す。）は、セメント／水比に関係なく殆んど一定である。これは、セメントミルク液相中のカルシウムイオンが下式に示す平衡状態にあることが一因であると考えられる。
Ｃａ（ＯＨ）2 ⇔ Ｃａ2+＋２ＯＨ-
【００１７】
このような状態にあるセメントミルクにアルカリ金属炭酸塩を添加することにより、全硬度を低下させることができる。特に、本発明者等により、セメントミルクを調製するための溶解水１００重量部あたり３．０重量部程度のアルカリ金属炭酸塩を添加することで、全硬度を５０ｐｐｍレベルにまで低下させることができることが見出された。すなわち、本発明の技術的範囲は理論に束縛されるべきではないが、アルカリ金属炭酸塩を用いることで、流動化剤の効果を減少させてしまうと考えられる多価金属イオンを減少させることができる。上記知見をもとに、本発明は、アルカリ金属炭酸塩を用いることにより、液相部分の多価金属イオン濃度を低下させ、これにより流動化剤の効果を飛躍的に向上させるものである。
【００１８】
また、本発明者等により、アルカリ金属炭酸塩を用いることにより、長時間にわたって液相中の全硬度を低い値に維持することができることが見出された。すなわち、アルカリ金属炭酸塩を用いることによる流動化剤の効果の向上は、長時間にわたって持続される。
【００１９】
すなわち、本発明によると、水とセメント系固化剤と流動化剤とアルカリ金属炭酸塩と土とを混合し、ソイルセメントスラリーを調製するステップを有する、ソイルセメントスラリーの調製方法が提供される。
【００２０】
通常、予め調製したセメントミルクと土とを混合することで、ソイルセメントスラリーを調製する。すなわち、前記ソイルセメントスラリーを調製するステップが、前記水と前記セメント系固化剤と前記流動化剤と前記アルカリ金属炭酸塩とを混合し、セメントミルクを調製するステップと、前記セメントミルクと前記土とを混合し、ソイルセメントスラリーを調製するステップとを有することが好ましい。
【００２１】
本発明においては、セメント系固化材は、普通ポルトランドセメント、高炉セメントＢ種など、市販されているセメント系固化材の何れでもよく、特に限定されるものではない。セメント系固化材の使用量は、水に対するセメント系固化材の重量比（セメント／水比、Ｗ／Ｃ％とも記す。）で８０〜５００％であることが好ましく、１００〜３００％であることがさらに好ましい。なお、セメントミルクのＷ／Ｃの値は、対象土の種類によって異なり砂地盤では小さい値を、粘土地盤では高い値を採用することが一般的である。これは出来上がりソイルセメントンスラリーの流動性を好適に維持するためである。
【００２２】
また、上記したように、流動化剤は、オキシカルボン酸塩、ナフタリンスルホン酸、ポリカルボン酸系化合物、リグニンスルホン酸塩など、一般に市販されている流動化剤でよく、特に限定されるものではない。また、流動化剤として、減水剤を用いることもできる。本発明は、カルボン酸またはその１価塩を主要構成単量体単位とする低分子量重合体以外の流動化剤以外の流動化剤にも好適に適用することができる。このような流動化剤の例として、フミン酸塩、リグニンスルホン酸塩、縮合リン酸塩及びリン酸塩が挙げられる。さらに具体的には、そのような流動化剤の例として、フミン酸ナトリウム、フミン酸カリウム、フミン酸アンモニウム、リグニンスルホン酸ナトリウム、リグニンスルホン酸カリウム、リグニンスルホン酸アンモニウム、燐酸ナトリウム、燐酸カリウム、燐酸水素ナトリウム、燐酸水素カリウム、ならびに、ピロリン酸、トリポリリン酸、テトラリン酸、ポリリン酸およびメタリン酸のナトリウム、カリウムまたはアンモニウム塩が挙げられる。
【００２３】
流動化剤は、粉末の状態のものを用いることも、溶液の状態のものを用いることもできる。流動化剤の使用量は、用いる流動化剤及びその他の成分の種類、ソイルセメントスラリーを用いる目的等に応じて、適宜設定することができる。
【００２４】
本発明においては、アルカリ金属炭酸塩が、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム及び炭酸水素カリウムからなる群から選ばれた少なくとも１種であることが好ましい。すなわち、アルカリ金属炭酸塩として、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウムの何れを用いてもよく、また、これらの２種類以上を用いてもよい。特にコストが安価で経済的に有効な点で、アルカリ金属炭酸塩が、炭酸ナトリウム及び／又は炭酸水素ナトリウムであることが好ましい。アルカリ金属炭酸塩は、粉末の状態のものを用いることも、溶液の状態のものを用いることもできる。
【００２５】
また、アルカリ金属炭酸塩の添加量が、水１００重量部あたり０．５重量部以上であることが好ましく、１．０重量部以上であることがより好ましく、２．５重量部以上であることがさらに好ましい。実施例の欄で詳細に説明するように、これにより、ソイルセメンスラリーを調製するために用いられるセメントミルクの液相部分における多価金属イオン濃度を飛躍的に低下させることができる。さらには、これにより、多価金属イオンが流動化剤と反応し、不溶性又は可溶性の塩を形成することにより流動化剤の効果を減少させることを好適に阻止し、流動化剤の効果を飛躍的に向上させることができる。また、アルカリ金属炭酸塩の添加量が、水１００重量部あたり５．０重量部以下であることが好ましく、３．５重量部以下であることがより好ましく、２．３重量部以下であることがさらに好ましい。アルカリ金属炭酸塩の添加量が過剰になった場合、セメント固化体の強度を低下させてしまうおそれがあるためである。
【００２６】
セメント系固化材とアルカリ金属炭酸塩と流動化剤とを混合する順序は、特に制限されるものではない。特に、溶解水にアルカリ金属炭酸塩と流動化剤とを予め添加し、その後、得られた溶液とセメント系固化材とを混合することが好ましい。また、一般にソイルセメントスラリーの配合組成を決定する場合は、予め配合試験を行い、この結果から使用するアルカリ金属炭酸塩及び流動化剤の量が決定される。このため、作業性の向上を図るために、アルカリ金属炭酸塩及び流動化剤を粉末又は溶液の状態で予め混合した添加剤を調製し、これを実施工で使用することができる。より具体的には、例えば配合試験においては、ソイルミキサーの容器に所定量の水を張りこみ、攪拌しながらアルカリ金属炭酸塩と流動化剤を加え、目視にて完全に溶解したことを確認後、セメントを添加することが好ましい。セメントが分散、懸濁したことを確認してセメントミルクの出来上がりとすることができる。通常、セメントミルクの調製には、セメントの添加から約５分程度の時間が必要となる。
【００２７】
また、本発明においては、砂質土、粘性土などの任意の土を用いることができる。特に、本発明は、シルト、粘土、シルト粘土等の粘性土に対しても好適に適用することができる。セメントミルクスラリーと使用する土との関係に関して、地盤に直接セメントミルクを注入する工法においては、テーブルフロー値１５０ｍｍ〜２５０ｍｍの範囲になるように注入することが好ましい。一般に、注入率（土に対するセメントミルクの容積比）は、８０％〜２００％とすることができるが、より小さいほど好ましい。また、地上設備において流動化処理土を調製する工法においては、コーンフロー値１６０ｍｍ〜３００ｍｍになるように土を使用することが好ましい。一般に、土の利用率（掘削した土に対するセメントミルクスラリーに利用する土の容積比）は、３０〜７０％とすることができるが、より高いほど好ましい。
【００２８】
なお、セメントミルクと土とを混合し、ソイルセメントスラリーを調製するステップは、セメントミルクを調製した直後に行うことが好ましい。より具体的には、例えば配合試験においては、セメントミルクに土を所定量添加し、十分セメントミルクと均一に混合した状態になった時点でソイルセメントスラリーの出来上がりとすることができる。通常、セメントミルクと土との混合には、セメントミルクへの土の添加から、約５分程度の時間を要する。
【００２９】
なお、前記セメントミルクを調製するステップにおいて、前記セメントミルクの液相部分における多価金属イオン濃度が、出来るだけ０ｐｐｍに近い値であることが好ましく、特に、２００ｐｐｍ以下であることが好ましく、１００ｐｐｍ以下であることがさらに好ましい。これにより、多価金属イオンが、各種流動化剤と反応し、不溶性又は可溶性の塩を形成することにより、流動化剤の効果を減少させることを好適に阻止することができる。
【００３０】
なお、本明細書において、多価金属イオン濃度（全硬度）とは、ソイルセメントスラリーの液相部分におけるカルシウムイオン及びマグネシウムイオンの合計の量を、当量の炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）の量に換算した際の濃度を意図し、ｐｐｍで表す。多価金属イオン濃度（全硬度）は、市販のパックテストキット等の簡易分析器具を用いて求めることができる。なお、セメントミルクの液相部分は、セメントミルクを加圧脱水器にセットし、脱水することで得ることができる。
【００３１】
本発明により調製されたソイルセメントスラリーは、ソイルセメントを造成する全ての工法に用いることができる。具体的には、本発明により調製されたソイルセメントスラリーは、地盤改良、土留め壁及び止水壁構築、基礎杭工事、埋め戻し工事等に使用されるＣＲＭ工法、ＳＭＷ工法、ＴＲＤ工法等に利用することができるが、これらに限定されるものではない。
【００３２】
ここで、以下のような、セメント汚染を受けた安定液を再生する方法が知られている。一般に、掘削安定液（ベントナイト、カルボキシメチルセルロース、分散剤を適当量の水に溶解、懸濁させた流体）で連続壁を掘削し、掘削終了後、鉄筋を入れた後、セメントミルクを打設して、掘削安定液と置換する作業が行われる。このとき、掘削安定液とセメントミルクが混じり、安定液中のカルシウム、マグネシウムイオン濃度が増加し、安定液がゲル化することがある。これを直すために、重曹、ソーダ灰等のアルカリ金属炭酸塩を加え、カルシウム、マグネシウムイオン濃度を低下させる手法がとられる。
【００３３】
本発明にかかるアルカリ金属炭酸塩を用いて液相部分の全硬度を調整する方法は、上記セメント汚染を受けた安定液の再生方法と類似の方法のように誤って考えられる。しかしながら、ソイルセメントスラリーは大過剰のセメントスラリーが主体で対象となる流体を構成する成分は安定液と全く異なる。更に、当該技術においては、その液相部分の全硬度の状態、アルカリ金属炭酸塩を添加したときの挙動及び全硬度濃度と各種流動化剤の効果等は、全く検討されていない。このため、本発明は、当該技術から予期できるものではなく、当該業者が容易に到達できるものではない。
【００３４】
また、ソイルセメントを造成する技術において、低分子量ポリカルボン酸とアルカリ金属炭酸塩を使用し、注入率の減少及び発生土の利用率向上を可能とするとされている技術が公開されている（特許文献２、特開２０００−１６９２０９号公報）。当該技術は、長時間ソイルセメントスラリーに流動性を与えるが強度低下をもたらす欠点を有する低分子量ポリカルボン酸と、強度維持効果を有するが流動性を維持できない欠点を有するアルカリ金属炭酸塩とを組み合わせた流動化剤及び流動化方法である。すなわち、当該技術においては、低分子量ポリカルボン酸が持つソイルセメント強度を低下させる欠点を補完する目的でアルカリ金属炭酸塩を使用する。一方で、本発明においては、上記したように、ソイルセメントスラリーに添加される流動化剤の効果を向上させる目的で、液相中の全硬度を調整するためにアルカリ金属炭酸塩を使用する。このように、当該技術におけるアルカリ金属炭酸塩は、本発明とは、使用方法において全く異なるものである。また、当該技術においては、特定の流動化剤（低分子量ポリカルボン酸）についてのみ効果がある。一方で、本発明は、限定された流動化剤についてのみ効果があるのではなく、任意の流動化剤に対して効果を有する。
【実施例】
【００３５】
以下に、本発明の実施例を、添付図面を参照しながら説明する。もっとも、本発明は、以下に説明する実施例によって限定されるものではない。
【００３６】
［実験例１］
セメントミルク液相中の全硬度（多価金属イオン濃度）とセメント／水比との関係について、以下のように検討した。
（１）所定量の水道水を容器に取り、ラボスタラー３００ｒｐｍで攪拌しながら、希望するセメント水比になるようにセメントを添加し、２分間攪拌後、濾紙：ＴＯＹＯ−Ｎｏ２とロートを用いて自然濾過した。
（２）濾水１ｍｌをホールピペットにて採取し、蒸留水約２５ｍｌを加えてマグネットスターラーにて攪拌しながら、ＢＴ指示薬を２滴添加した。
（３）０．０１ｍｏｌのＥＤＴＡにより全硬度を測定した。
【００３７】
表１に、セメントミルク液相中の全硬度とセメント水／比との関係を示す。表１に示すように、セメントミルク液相中の全硬度は、セメント水比に関係なく殆んど一定であった。上記したように、これは、セメントミルク液相中のカルシウムイオンが下式に示す平衡状態にあることが一因であると考えられる。
Ｃａ（ＯＨ）2 ⇔ Ｃａ2+＋２ＯＨ- 式
【００３８】
【表１】
【００３９】
［実験例２］
セメントミルクへのアルカリ金属炭酸塩の添加量とセメントミルク液相中の全硬度との関係について、以下のように検討した。
（１）水道水３００ｍｌ取り、ラボスタラー３００ｒｐｍで攪拌しながら、炭酸塩を所定量（０〜２７ｇ）添加し、２分間攪拌を続けた。
（２）セメント３００ｇを添加し、ラボミキサーにて２分間攪拌後、濾紙：ＴＯＹＯ−Ｎｏ２とロートを用いて自然濾過した。
（３）濾水１ｍｌをホールピペットにて採取し、蒸留水約２５ｍｌを加えてマグネットスターラーにて攪拌しながらＢＴ指示薬を２滴添加した。
（４）０．０１ｍｏｌのＥＤＴＡにより全硬度を測定した。
【００４０】
表２及び図１、２に、セメントミルクへのアルカリ金属炭酸塩の添加量とセメントミルク液相中の全硬度との関係を示す。驚くべきことに、表２及び図１、２に示すように、溶解水１００重量部あたり３．０重量部程度のアルカリ金属炭酸塩を添加することにより、全硬度は５０ｐｐｍレベルにまで低下した。
【００４１】
【表２】
【００４２】
［実験例３］
アルカリ金属炭酸塩添加後の時間と全硬度との関係について、以下のように検討した。
（１）水道水３００ｍｌ取り、ラボスタラー３００ｒｐｍで攪拌しながら、炭酸塩を１５ｇ添加し、２分間攪拌を続けた。
（２）セメント３００ｇを添加し、ラボミキサーにて２,１０，２０，３０，６０，１２０分間攪拌を行った。
（３）各攪拌時間におけるセメントミルクサンプルを濾紙：ＴＯＹＯ−Ｎｏ２とロートを用いて自然濾過した。
（４）０．０１ｍｏｌのＥＤＴＡにより全硬度を測定した。
【００４３】
表３に、アルカリ金属炭酸塩添加後の時間と全硬度の関係を示す。表３に示すように、アルカリ金属炭酸塩を添加した場合は、長時間にわたり無添加の場合の約１／５〜１／１４に全硬度を低く維持できる。
【００４４】
【表３】
【００４５】
［実験例４］
アルカリ金属炭酸塩の添加量とコンシステンシー及び一軸圧縮強度との関係について、以下のように検討した。
（１）水道水を７００ｍｌ取り、ラボスタラー３００ｒｐｍで攪拌しながら、炭酸塩を所定量（０，７，２１，７０，１２５，１７５ｇ）添加し、５分間攪拌を続けた。
（２）ホバートミキサーの容器にセメントを９３０ｇ取り、上記（１）のよう海水を加えた。
（３）ホバートミキサーにて２分間の攪拌を行った。
（４）ＴＦ値を測定した。
（５）ＥＰモールド供試体を３本作製し、７日間湿潤養生を行った。
（６）一軸圧縮測定器にて、７日間後の一軸圧縮強度（ｑ７）を測定した。
【００４６】
表４及び５に、アルカリ金属炭酸塩の添加量とコンシステンシー及び一軸圧縮強度との関係を示す。表４、５に示すように、アルカリ金属炭酸塩の添加量の増加に伴ってテーブルフロー（スランプフロー）値が減少し、溶解水１００重量部あたり５．０重量部の炭酸塩添加は、セメント固化体の強度を低下させていることがわかる。
【００４７】
【表４】
【００４８】
【表５】
【００４９】
［実施例１〜１０］
アルカリ金属炭酸塩により、セメントミルク液相中の全硬度を調整したソイルセメントスラリーにおける、各種流動化剤と、ソイルセメントスラリーの流動性及び一軸圧縮強度との関係について、以下の対象地盤及び試験条件で試験を実施した。
【００５０】
「ソイルセメントスラリー条件」
・使用土 ：シルト（関西地域地盤）
・注入率 ：１００％
・使用セメント ：高炉Ｂ種（住友大阪セメント）
・水／セメント比 ：１００％
・アルカリ金属炭酸塩 ：ソーダ灰
・アルカリ金属炭酸塩濃度：３重量％（溶解水量に対して）
・流動化剤 ：表６に記載の流動化剤
・流動化剤濃度 ：１重量％（溶解水量に対して）
【００５１】
【表６】
【００５２】
「試験手順」
（１）予め３重量％ソーダ灰の溶解水を水道水にて作液した。
（２）溶解水２６６ｍｌをとり、ラボスタラー３００ｒｐｍで攪拌しながら、対象流動化剤を２．６ｇ加え３分間攪拌した。
（３）セメントを２６６ｇ加え２分間攪拌した。（スラリー量３５０ｍｌ）
（４）攪拌中にシルトを６８２ｇ（３５０ｍｌ）計量した。（モルタルミキサー用容器を使用。）
（５）セメントミルクの攪拌が終了したら、直ちにシルトを計量した容器にセメントミルクを入れ、モルタルミキサーにより２分間攪拌した。
（６）モルタルミキサーによる攪拌が終了後、直ちにテーブルフロー値（ＴＦ値）の測定を行った。なお、ＴＦ値の測定に関しては、シリンダー引き抜き直後打撃前のフロー値と１５回打撃後のフロー値の両方を測定した。
【００５３】
「流動特性の評価方法」
・テーブルフロー値 ：ＪＩＳ Ｒ５２０１法に準拠
・一軸圧縮強度評価方法：ＪＧＳ Ｔ ５１１法に準拠
【００５４】
「測定結果」
表７に、実施例１〜１０及び比較例１〜１１における流動化剤及びアルカリ金属炭酸塩と流動性との関係を示す。
【００５５】
【表７】
【００５６】
比較例１は、流動化剤を無添加のソイルセメントスラリーの流動性と一軸圧縮強度測定値である。比較例２〜１１は各種市販の流動化剤のみを１％添加し、実施例１〜１０と同じ条件でソイルセメントを作成した場合のアルカリ金属炭酸塩の効果を示した例である。表７から、アルカリ金属炭酸塩（ソーダ）を添加し、セメントミルク中の液相部分の全硬度の濃度を調整することにより、一軸圧縮強度を低下させること無く、テーブルフロー値を無調整スラリーの１．２〜１．６倍に増加させることが可能であることが分かる。このように、アルカリ金属炭酸塩の添加は、ソイルセメントスラリーの流動化に極めて有効な方法であることが分かる。
【００５７】
［実施例１１〜２７］
アルカリ金属炭酸塩（ソーダ灰）を添加し、セメントミルク中の液相部分の全硬度の濃度を調整したソイルセメントスラリーにおける、スラリー組成と、流動性及び一軸圧縮強度との関係について、以下の対象地盤及び試験条件で試験を実施した。表８及び９に、実施例１１〜２７及び比較例１２〜２３におけるソイルセメントスラリーのスラリー組成と流動性及び一軸圧縮強度との関係を示す。なお、試験手順並びに流動性及び一軸圧縮強度の評価方法は、前実施例と同様である。また、実施例１１〜２３及び比較例１２〜２０においては、流動化剤として、アクリル酸ナトリウム（粉体）（東亞合成(株)製）を使用した（表８）。また、実施例２４〜２７及び比較例２１〜２３においては、流動化剤として、フミン酸ナトリウム（テルナイト製品）を使用した（表９）。
【００５８】
「ソイルセメントスラリー条件」
・使用土 ：シルト（関西地域地盤）
・注入率 ：６１％〜１０８％
・使用セメント ：高炉Ｂ種（住友大阪セメント）
（水／セメント）比 ：２１０％〜４００％
（水／セメント＋土）比 ：２７％〜５３％
・アルカリ金属炭酸塩 ：ソーダ灰
・アルカリ金属炭酸塩濃度：０重量％〜５．０重量％（溶解水量に対して）
・流動化剤 ：アクリル酸ナトリウム（粉体）（東亞合成(株)製）
フミン酸ナトリウム（テルナイト製品）
・流動化剤濃度 ：０．１重量％〜３．０重量％（溶解水量に対して）
【００５９】
【表８】
【００６０】
【表９】
【００６１】
表８の比較例１２〜２０は、水／セメント比の異なるソイルセメントスラリーに流動化剤として市販されているポリアクリル酸ソーダのみを添加し、比較例１８〜２０は、アルカリ金属炭酸塩（ソーダ灰）のみを添加し、実施例１１〜２３と同じ条件でソイルセメントを作成した場合のアルカリ金属炭酸塩の効果を示した例である。また、比較例２１〜２３および実施例２４〜２７は、同一スラリー組成におけるアルカリ金属炭酸塩の効果を示した例である。流動化剤としては、市販のフミン酸ナトリウム塩（テルナイト社製品）を使用した。
【００６２】
表８，９から、水／セメント比等の配合組成を変化させた各種ソイルセメントスラリーにおいても、アルカリ金属炭酸塩（ソーダ灰）を添加し、セメントミルク中の液相部分の全硬度の濃度を調整することにより、一軸圧縮強度を低下させること無く、テーブルフロー値を無調整スラリーの１．２〜１．６倍に増加させることが可能であることが分かる。また、比較例１３と実施例１２から、略同程度のテーブルフロー値１８０ｍｍを得るために２％必要な流動化剤添加量が、アルカリ金属炭酸塩を使用した場合には０．５％となり、アルカリ金属炭酸塩を使用することにより、高価な流動化剤の使用量を抑えることが可能となり施工費用の圧縮ができることが分かる。
【００６３】
［実施例２８、２９］
アルカリ金属炭酸塩（ソーダ灰）を添加し、セメントミルク中の液相部分の全硬度の濃度を調整したソイルセメントスラリーにおける、調製後の時間とフロー値の関係について、以下の対象地盤及び試験条件で試験を実施した。表１０に、実施例２８，２９及び比較例２４におけるソイルセメントスラリーの調製後の時間とフロー値との関係を示す。なお、試験手順及び一軸圧縮強度の評価方法は、前実施例と同様である。流動性の評価については、テーブルフロー値の変わりに８ｃｍｘ８ｃｍコーンを用いたフロー値測定を採用した。また、実施例２８においては、流動化剤としてアクリル酸ナトリウムを用いた。実施例２９においては、流動化剤としてフミン酸ナトリウムを用いた。
【００６４】
「ソイルセメントスラリー条件」
・使用土 ：シルト（関西地域地盤）
・注入率 ：１００％
・使用セメント ：高炉Ｂ種（住友大阪セメント）
・（水／セメント）比 ：１００％
・（水／セメント＋土）比：２８％
・アルカリ金属炭酸塩 ：ソーダ灰
・アルカリ金属炭酸塩濃度：３．０重量％（溶解水量に対して）
・流動化剤 ：アクリル酸ナトリウム（粉体）（東亞合成(株)製）
フミン酸ナトリウム（テルナイト製品）
・流動化剤濃度 ：２．０重量％（溶解水量に対して）
【００６５】
【表１０】
【００６６】
表１０から、流動化剤の種類によってスラリーの流動性を維持できる大きさ（遅延性）は異なるものの、アルカリ炭酸塩を用いセメントミルク液相中の全硬度濃度を調整することにより、流動性を維持できる時間も無調整に比較し、著しく向上させることができることが分かる。
【００６７】
以上のように、本発明の方法を用いることによると、粘性土に対しても、高価な流動化剤を併用し、多量のセメントミルクを注入することなしに、良好な流動性を得ることができ、また、ソイルセメントの強度低下を招くことはない。したがって、本発明によると、廃棄されるソイルセメント排液量を大幅に低減できることができ、地上設備においてソイルセメントを作液する場合においては、掘削土の再利用率が増加し、廃棄される残土量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】図１に、セメントミルクへのアルカリ金属炭酸塩（重曹）の添加量とセメントミルク液相中の全硬度との関係を示す。
【図２】図２に、セメントミルクへのアルカリ金属炭酸塩（ソーダ灰）の添加量とセメントミルク液相中の全硬度との関係を示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ソイルセメントスラリーの調製方法に関し、特に、ソイルセメントスラリーを利用する地盤改良、土留め壁及び止水壁構築、基礎杭工事、埋め戻し工事等に使用されるＣＲＭ工法、ＳＭＷ工法、ＴＲＤ工法等におけるソイルセメントスラリーの調製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ソイルセメントスラリーとは、土とセメント系固化材と水とを混合したものであり、主に地盤改良、土留め壁及び止水壁構築、基礎杭工事、埋め戻し工事等におけるＣＲＭ工法、ＳＭＷ工法、ＴＲＤ工法等で利用されている。
【０００３】
ソイルセメントスラリーを利用する工法は、（１）ＳＭＷ工法、ＴＲＤ工法等に代表される、原地盤に直接セメントミルクを注入し、地中でソイルセメントスラリーを作成し、造成する工法と、（２）ＣＲＭ工法等に代表される、地上設備で土とセメント系固化材と水とを混合して、得られたソイルセメントスラリーを掘削孔に戻す工法との２種類がある。
【０００４】
これらの工法では、通常、セメント系固化材と水とを事前に混合したセメントミルクを土に添加し、攪拌混合する。また、ソイルセメントスラリーのブリージング（ソイルセメントスラリー中の水と固形分が分離する現象）を防止する目的で、必要に応じてベントナイトを併用する場合もある。更に、施工形態、対象地盤及び要求されるソイルセメント流動特性に応じて、セメント系固化材と水の混合比をその条件に合わせて決定するとともに、流動化剤が併用される。
【０００５】
前述した２種類の工法において対象地盤がシルト粘土又は粘性土であった場合は、それぞれの工法で以下の問題が生じる。
（１）ＳＭＷ工法、ＴＲＤ工法等に代表される、原地盤に直接セメントミルクを注入し、地中でソイルセメントスラリーを作成し、造成する工法では、良好な流動性及び強度を確保するためにセメントミルクの注入率（地盤１ｍ3に対して１ｍ3のセメントミルクを注入した場合を注入率１００％と言う。）を大幅に増大させる必要があるため、施工費が増加する。さらに、この場合、注入されたセメントミルク量がそのまま余剰のソイルセメントスラリーとなる工法上の特徴から、余剰のソイルセメントスラリー処理費が増加するとともに、環境問題の点から見ても好ましくない。
（２）地上設備で土とセメント系固化材及び水を混合して、得られたソイルセメントスラリーを掘削孔に戻す流動化処理工法では、極めて高いセルフレベリング性（高流動性）及び強度が要求される。このため、粘性土を掘削した場合にソイルセメントスラリーに利用される掘削発生土の利用率が減少することから、残土処理費用が増加することになる。
【０００６】
この問題を解決するため、特許文献１（特開平８−１２４０３号公報）には、オキシカルボン酸塩とナフタリンスルホン酸等に代表される高性能ＡＥ減水剤及び流動化剤を併用する方法が記載されている。しかしながら、この方法は、粘土を主体とする微細土砂には十分な効力を発揮しない。また、併用する２種類の薬剤は別々に添加しなければならず、原地盤に直接セメントミルクを注入し、地中でソイルセメントスラリーを作成し、造成する工法では、非常に煩雑な作業となり施工効率を著しく低下させる。
【０００７】
【特許文献１】特開平８−１２４０３号公報
【特許文献２】特開２０００−１６９２０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、ソイルセメントスラリーの流動性を改善し、注入率の減少及び発生土の利用率の向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一の側面によると、水とセメント系固化剤と流動化剤とアルカリ金属炭酸塩と土とを混合し、ソイルセメントスラリーを調製するステップを有する、ソイルセメントスラリーの調製方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
以下に詳細に説明するように、本発明によると、ソイルセメントの強度低下を起こすことなく、ソイルセメントスラリーの流動性を改善し、セメントミルク注入量の減量化及び発生土の利用率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施の形態を説明する。もっとも、本発明は、以下に説明する実施の形態によって、限定されるものではない。
【００１２】
本発明者らは、上記問題を解決する為に鋭意検討した結果、セメントミルクを調製する際に、アルカリ金属炭酸塩を用いて、セメントミルクの液相中のカルシウムイオン、マグネシウムイオンに代表される多価金属イオンを調整することにより、セメント流動化剤の効果が著しく向上することを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１３】
これまで、ソイルセメントスラリーの流動化を図るために添加されるセメント混和剤として、オキシカルボン酸塩、ナフタリンスルホン酸、ポリカルボン酸系化合物、リグニンスルホン酸塩などの流動化剤が使用されている。（コンクリート工事ハンドブック記載。）
【００１４】
しかし、これら添加剤は砂地盤を対象としたソイルセメントスラリーの流動化剤としては有効に作用するが、粘性土を対象とした場合はその効果は極めて劣るものであった。本発明者等は、このような流動化剤の効果の低下は以下の原因によるものであると考えた。
（１）ソイルセメントスラリー中に含有する粘性土は、砂質土と異なり、スラリー中で分散、水和することにより、コロイド粒子径まで微細化し、添加された各種流動化剤が粘土粒子表面に吸着、消費されるため。
（２）ソイルセメンスラリーを調製するために用いられるセメントミルクの液相中のカルシウムイオン、マグネシウムイオンに代表される多価金属イオン、および加えられる土から溶出してくる多価金属イオンが、各種流動化剤と反応し、不溶性又は可溶性の塩を形成することにより、添加剤の効果を減少させるため。
【００１５】
本発明は、発明者らが原因（２）について検討し、得られた知見を基に成し得たものである。
【００１６】
実施例の欄で詳細に説明するように、セメントミルク液相中のカルシウムイオン及びマグネシウムイオンの合計の濃度（全硬度又は多価金属イオン濃度とも記す。）は、セメント／水比に関係なく殆んど一定である。これは、セメントミルク液相中のカルシウムイオンが下式に示す平衡状態にあることが一因であると考えられる。
Ｃａ（ＯＨ）2 ⇔ Ｃａ2+＋２ＯＨ-
【００１７】
このような状態にあるセメントミルクにアルカリ金属炭酸塩を添加することにより、全硬度を低下させることができる。特に、本発明者等により、セメントミルクを調製するための溶解水１００重量部あたり３．０重量部程度のアルカリ金属炭酸塩を添加することで、全硬度を５０ｐｐｍレベルにまで低下させることができることが見出された。すなわち、本発明の技術的範囲は理論に束縛されるべきではないが、アルカリ金属炭酸塩を用いることで、流動化剤の効果を減少させてしまうと考えられる多価金属イオンを減少させることができる。上記知見をもとに、本発明は、アルカリ金属炭酸塩を用いることにより、液相部分の多価金属イオン濃度を低下させ、これにより流動化剤の効果を飛躍的に向上させるものである。
【００１８】
また、本発明者等により、アルカリ金属炭酸塩を用いることにより、長時間にわたって液相中の全硬度を低い値に維持することができることが見出された。すなわち、アルカリ金属炭酸塩を用いることによる流動化剤の効果の向上は、長時間にわたって持続される。
【００１９】
すなわち、本発明によると、水とセメント系固化剤と流動化剤とアルカリ金属炭酸塩と土とを混合し、ソイルセメントスラリーを調製するステップを有する、ソイルセメントスラリーの調製方法が提供される。
【００２０】
通常、予め調製したセメントミルクと土とを混合することで、ソイルセメントスラリーを調製する。すなわち、前記ソイルセメントスラリーを調製するステップが、前記水と前記セメント系固化剤と前記流動化剤と前記アルカリ金属炭酸塩とを混合し、セメントミルクを調製するステップと、前記セメントミルクと前記土とを混合し、ソイルセメントスラリーを調製するステップとを有することが好ましい。
【００２１】
本発明においては、セメント系固化材は、普通ポルトランドセメント、高炉セメントＢ種など、市販されているセメント系固化材の何れでもよく、特に限定されるものではない。セメント系固化材の使用量は、水に対するセメント系固化材の重量比（セメント／水比、Ｗ／Ｃ％とも記す。）で８０〜５００％であることが好ましく、１００〜３００％であることがさらに好ましい。なお、セメントミルクのＷ／Ｃの値は、対象土の種類によって異なり砂地盤では小さい値を、粘土地盤では高い値を採用することが一般的である。これは出来上がりソイルセメントンスラリーの流動性を好適に維持するためである。
【００２２】
また、上記したように、流動化剤は、オキシカルボン酸塩、ナフタリンスルホン酸、ポリカルボン酸系化合物、リグニンスルホン酸塩など、一般に市販されている流動化剤でよく、特に限定されるものではない。また、流動化剤として、減水剤を用いることもできる。本発明は、カルボン酸またはその１価塩を主要構成単量体単位とする低分子量重合体以外の流動化剤以外の流動化剤にも好適に適用することができる。このような流動化剤の例として、フミン酸塩、リグニンスルホン酸塩、縮合リン酸塩及びリン酸塩が挙げられる。さらに具体的には、そのような流動化剤の例として、フミン酸ナトリウム、フミン酸カリウム、フミン酸アンモニウム、リグニンスルホン酸ナトリウム、リグニンスルホン酸カリウム、リグニンスルホン酸アンモニウム、燐酸ナトリウム、燐酸カリウム、燐酸水素ナトリウム、燐酸水素カリウム、ならびに、ピロリン酸、トリポリリン酸、テトラリン酸、ポリリン酸およびメタリン酸のナトリウム、カリウムまたはアンモニウム塩が挙げられる。
【００２３】
流動化剤は、粉末の状態のものを用いることも、溶液の状態のものを用いることもできる。流動化剤の使用量は、用いる流動化剤及びその他の成分の種類、ソイルセメントスラリーを用いる目的等に応じて、適宜設定することができる。
【００２４】
本発明においては、アルカリ金属炭酸塩が、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム及び炭酸水素カリウムからなる群から選ばれた少なくとも１種であることが好ましい。すなわち、アルカリ金属炭酸塩として、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウムの何れを用いてもよく、また、これらの２種類以上を用いてもよい。特にコストが安価で経済的に有効な点で、アルカリ金属炭酸塩が、炭酸ナトリウム及び／又は炭酸水素ナトリウムであることが好ましい。アルカリ金属炭酸塩は、粉末の状態のものを用いることも、溶液の状態のものを用いることもできる。
【００２５】
また、アルカリ金属炭酸塩の添加量が、水１００重量部あたり０．５重量部以上であることが好ましく、１．０重量部以上であることがより好ましく、２．５重量部以上であることがさらに好ましい。実施例の欄で詳細に説明するように、これにより、ソイルセメンスラリーを調製するために用いられるセメントミルクの液相部分における多価金属イオン濃度を飛躍的に低下させることができる。さらには、これにより、多価金属イオンが流動化剤と反応し、不溶性又は可溶性の塩を形成することにより流動化剤の効果を減少させることを好適に阻止し、流動化剤の効果を飛躍的に向上させることができる。また、アルカリ金属炭酸塩の添加量が、水１００重量部あたり５．０重量部以下であることが好ましく、３．５重量部以下であることがより好ましく、２．３重量部以下であることがさらに好ましい。アルカリ金属炭酸塩の添加量が過剰になった場合、セメント固化体の強度を低下させてしまうおそれがあるためである。
【００２６】
セメント系固化材とアルカリ金属炭酸塩と流動化剤とを混合する順序は、特に制限されるものではない。特に、溶解水にアルカリ金属炭酸塩と流動化剤とを予め添加し、その後、得られた溶液とセメント系固化材とを混合することが好ましい。また、一般にソイルセメントスラリーの配合組成を決定する場合は、予め配合試験を行い、この結果から使用するアルカリ金属炭酸塩及び流動化剤の量が決定される。このため、作業性の向上を図るために、アルカリ金属炭酸塩及び流動化剤を粉末又は溶液の状態で予め混合した添加剤を調製し、これを実施工で使用することができる。より具体的には、例えば配合試験においては、ソイルミキサーの容器に所定量の水を張りこみ、攪拌しながらアルカリ金属炭酸塩と流動化剤を加え、目視にて完全に溶解したことを確認後、セメントを添加することが好ましい。セメントが分散、懸濁したことを確認してセメントミルクの出来上がりとすることができる。通常、セメントミルクの調製には、セメントの添加から約５分程度の時間が必要となる。
【００２７】
また、本発明においては、砂質土、粘性土などの任意の土を用いることができる。特に、本発明は、シルト、粘土、シルト粘土等の粘性土に対しても好適に適用することができる。セメントミルクスラリーと使用する土との関係に関して、地盤に直接セメントミルクを注入する工法においては、テーブルフロー値１５０ｍｍ〜２５０ｍｍの範囲になるように注入することが好ましい。一般に、注入率（土に対するセメントミルクの容積比）は、８０％〜２００％とすることができるが、より小さいほど好ましい。また、地上設備において流動化処理土を調製する工法においては、コーンフロー値１６０ｍｍ〜３００ｍｍになるように土を使用することが好ましい。一般に、土の利用率（掘削した土に対するセメントミルクスラリーに利用する土の容積比）は、３０〜７０％とすることができるが、より高いほど好ましい。
【００２８】
なお、セメントミルクと土とを混合し、ソイルセメントスラリーを調製するステップは、セメントミルクを調製した直後に行うことが好ましい。より具体的には、例えば配合試験においては、セメントミルクに土を所定量添加し、十分セメントミルクと均一に混合した状態になった時点でソイルセメントスラリーの出来上がりとすることができる。通常、セメントミルクと土との混合には、セメントミルクへの土の添加から、約５分程度の時間を要する。
【００２９】
なお、前記セメントミルクを調製するステップにおいて、前記セメントミルクの液相部分における多価金属イオン濃度が、出来るだけ０ｐｐｍに近い値であることが好ましく、特に、２００ｐｐｍ以下であることが好ましく、１００ｐｐｍ以下であることがさらに好ましい。これにより、多価金属イオンが、各種流動化剤と反応し、不溶性又は可溶性の塩を形成することにより、流動化剤の効果を減少させることを好適に阻止することができる。
【００３０】
なお、本明細書において、多価金属イオン濃度（全硬度）とは、ソイルセメントスラリーの液相部分におけるカルシウムイオン及びマグネシウムイオンの合計の量を、当量の炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）の量に換算した際の濃度を意図し、ｐｐｍで表す。多価金属イオン濃度（全硬度）は、市販のパックテストキット等の簡易分析器具を用いて求めることができる。なお、セメントミルクの液相部分は、セメントミルクを加圧脱水器にセットし、脱水することで得ることができる。
【００３１】
本発明により調製されたソイルセメントスラリーは、ソイルセメントを造成する全ての工法に用いることができる。具体的には、本発明により調製されたソイルセメントスラリーは、地盤改良、土留め壁及び止水壁構築、基礎杭工事、埋め戻し工事等に使用されるＣＲＭ工法、ＳＭＷ工法、ＴＲＤ工法等に利用することができるが、これらに限定されるものではない。
【００３２】
ここで、以下のような、セメント汚染を受けた安定液を再生する方法が知られている。一般に、掘削安定液（ベントナイト、カルボキシメチルセルロース、分散剤を適当量の水に溶解、懸濁させた流体）で連続壁を掘削し、掘削終了後、鉄筋を入れた後、セメントミルクを打設して、掘削安定液と置換する作業が行われる。このとき、掘削安定液とセメントミルクが混じり、安定液中のカルシウム、マグネシウムイオン濃度が増加し、安定液がゲル化することがある。これを直すために、重曹、ソーダ灰等のアルカリ金属炭酸塩を加え、カルシウム、マグネシウムイオン濃度を低下させる手法がとられる。
【００３３】
本発明にかかるアルカリ金属炭酸塩を用いて液相部分の全硬度を調整する方法は、上記セメント汚染を受けた安定液の再生方法と類似の方法のように誤って考えられる。しかしながら、ソイルセメントスラリーは大過剰のセメントスラリーが主体で対象となる流体を構成する成分は安定液と全く異なる。更に、当該技術においては、その液相部分の全硬度の状態、アルカリ金属炭酸塩を添加したときの挙動及び全硬度濃度と各種流動化剤の効果等は、全く検討されていない。このため、本発明は、当該技術から予期できるものではなく、当該業者が容易に到達できるものではない。
【００３４】
また、ソイルセメントを造成する技術において、低分子量ポリカルボン酸とアルカリ金属炭酸塩を使用し、注入率の減少及び発生土の利用率向上を可能とするとされている技術が公開されている（特許文献２、特開２０００−１６９２０９号公報）。当該技術は、長時間ソイルセメントスラリーに流動性を与えるが強度低下をもたらす欠点を有する低分子量ポリカルボン酸と、強度維持効果を有するが流動性を維持できない欠点を有するアルカリ金属炭酸塩とを組み合わせた流動化剤及び流動化方法である。すなわち、当該技術においては、低分子量ポリカルボン酸が持つソイルセメント強度を低下させる欠点を補完する目的でアルカリ金属炭酸塩を使用する。一方で、本発明においては、上記したように、ソイルセメントスラリーに添加される流動化剤の効果を向上させる目的で、液相中の全硬度を調整するためにアルカリ金属炭酸塩を使用する。このように、当該技術におけるアルカリ金属炭酸塩は、本発明とは、使用方法において全く異なるものである。また、当該技術においては、特定の流動化剤（低分子量ポリカルボン酸）についてのみ効果がある。一方で、本発明は、限定された流動化剤についてのみ効果があるのではなく、任意の流動化剤に対して効果を有する。
【実施例】
【００３５】
以下に、本発明の実施例を、添付図面を参照しながら説明する。もっとも、本発明は、以下に説明する実施例によって限定されるものではない。
【００３６】
［実験例１］
セメントミルク液相中の全硬度（多価金属イオン濃度）とセメント／水比との関係について、以下のように検討した。
（１）所定量の水道水を容器に取り、ラボスタラー３００ｒｐｍで攪拌しながら、希望するセメント水比になるようにセメントを添加し、２分間攪拌後、濾紙：ＴＯＹＯ−Ｎｏ２とロートを用いて自然濾過した。
（２）濾水１ｍｌをホールピペットにて採取し、蒸留水約２５ｍｌを加えてマグネットスターラーにて攪拌しながら、ＢＴ指示薬を２滴添加した。
（３）０．０１ｍｏｌのＥＤＴＡにより全硬度を測定した。
【００３７】
表１に、セメントミルク液相中の全硬度とセメント水／比との関係を示す。表１に示すように、セメントミルク液相中の全硬度は、セメント水比に関係なく殆んど一定であった。上記したように、これは、セメントミルク液相中のカルシウムイオンが下式に示す平衡状態にあることが一因であると考えられる。
Ｃａ（ＯＨ）2 ⇔ Ｃａ2+＋２ＯＨ- 式
【００３８】
【表１】
【００３９】
［実験例２］
セメントミルクへのアルカリ金属炭酸塩の添加量とセメントミルク液相中の全硬度との関係について、以下のように検討した。
（１）水道水３００ｍｌ取り、ラボスタラー３００ｒｐｍで攪拌しながら、炭酸塩を所定量（０〜２７ｇ）添加し、２分間攪拌を続けた。
（２）セメント３００ｇを添加し、ラボミキサーにて２分間攪拌後、濾紙：ＴＯＹＯ−Ｎｏ２とロートを用いて自然濾過した。
（３）濾水１ｍｌをホールピペットにて採取し、蒸留水約２５ｍｌを加えてマグネットスターラーにて攪拌しながらＢＴ指示薬を２滴添加した。
（４）０．０１ｍｏｌのＥＤＴＡにより全硬度を測定した。
【００４０】
表２及び図１、２に、セメントミルクへのアルカリ金属炭酸塩の添加量とセメントミルク液相中の全硬度との関係を示す。驚くべきことに、表２及び図１、２に示すように、溶解水１００重量部あたり３．０重量部程度のアルカリ金属炭酸塩を添加することにより、全硬度は５０ｐｐｍレベルにまで低下した。
【００４１】
【表２】
【００４２】
［実験例３］
アルカリ金属炭酸塩添加後の時間と全硬度との関係について、以下のように検討した。
（１）水道水３００ｍｌ取り、ラボスタラー３００ｒｐｍで攪拌しながら、炭酸塩を１５ｇ添加し、２分間攪拌を続けた。
（２）セメント３００ｇを添加し、ラボミキサーにて２,１０，２０，３０，６０，１２０分間攪拌を行った。
（３）各攪拌時間におけるセメントミルクサンプルを濾紙：ＴＯＹＯ−Ｎｏ２とロートを用いて自然濾過した。
（４）０．０１ｍｏｌのＥＤＴＡにより全硬度を測定した。
【００４３】
表３に、アルカリ金属炭酸塩添加後の時間と全硬度の関係を示す。表３に示すように、アルカリ金属炭酸塩を添加した場合は、長時間にわたり無添加の場合の約１／５〜１／１４に全硬度を低く維持できる。
【００４４】
【表３】
【００４５】
［実験例４］
アルカリ金属炭酸塩の添加量とコンシステンシー及び一軸圧縮強度との関係について、以下のように検討した。
（１）水道水を７００ｍｌ取り、ラボスタラー３００ｒｐｍで攪拌しながら、炭酸塩を所定量（０，７，２１，７０，１２５，１７５ｇ）添加し、５分間攪拌を続けた。
（２）ホバートミキサーの容器にセメントを９３０ｇ取り、上記（１）のよう海水を加えた。
（３）ホバートミキサーにて２分間の攪拌を行った。
（４）ＴＦ値を測定した。
（５）ＥＰモールド供試体を３本作製し、７日間湿潤養生を行った。
（６）一軸圧縮測定器にて、７日間後の一軸圧縮強度（ｑ７）を測定した。
【００４６】
表４及び５に、アルカリ金属炭酸塩の添加量とコンシステンシー及び一軸圧縮強度との関係を示す。表４、５に示すように、アルカリ金属炭酸塩の添加量の増加に伴ってテーブルフロー（スランプフロー）値が減少し、溶解水１００重量部あたり５．０重量部の炭酸塩添加は、セメント固化体の強度を低下させていることがわかる。
【００４７】
【表４】
【００４８】
【表５】
【００４９】
［実施例１〜１０］
アルカリ金属炭酸塩により、セメントミルク液相中の全硬度を調整したソイルセメントスラリーにおける、各種流動化剤と、ソイルセメントスラリーの流動性及び一軸圧縮強度との関係について、以下の対象地盤及び試験条件で試験を実施した。
【００５０】
「ソイルセメントスラリー条件」
・使用土 ：シルト（関西地域地盤）
・注入率 ：１００％
・使用セメント ：高炉Ｂ種（住友大阪セメント）
・水／セメント比 ：１００％
・アルカリ金属炭酸塩 ：ソーダ灰
・アルカリ金属炭酸塩濃度：３重量％（溶解水量に対して）
・流動化剤 ：表６に記載の流動化剤
・流動化剤濃度 ：１重量％（溶解水量に対して）
【００５１】
【表６】
【００５２】
「試験手順」
（１）予め３重量％ソーダ灰の溶解水を水道水にて作液した。
（２）溶解水２６６ｍｌをとり、ラボスタラー３００ｒｐｍで攪拌しながら、対象流動化剤を２．６ｇ加え３分間攪拌した。
（３）セメントを２６６ｇ加え２分間攪拌した。（スラリー量３５０ｍｌ）
（４）攪拌中にシルトを６８２ｇ（３５０ｍｌ）計量した。（モルタルミキサー用容器を使用。）
（５）セメントミルクの攪拌が終了したら、直ちにシルトを計量した容器にセメントミルクを入れ、モルタルミキサーにより２分間攪拌した。
（６）モルタルミキサーによる攪拌が終了後、直ちにテーブルフロー値（ＴＦ値）の測定を行った。なお、ＴＦ値の測定に関しては、シリンダー引き抜き直後打撃前のフロー値と１５回打撃後のフロー値の両方を測定した。
【００５３】
「流動特性の評価方法」
・テーブルフロー値 ：ＪＩＳ Ｒ５２０１法に準拠
・一軸圧縮強度評価方法：ＪＧＳ Ｔ ５１１法に準拠
【００５４】
「測定結果」
表７に、実施例１〜１０及び比較例１〜１１における流動化剤及びアルカリ金属炭酸塩と流動性との関係を示す。
【００５５】
【表７】
【００５６】
比較例１は、流動化剤を無添加のソイルセメントスラリーの流動性と一軸圧縮強度測定値である。比較例２〜１１は各種市販の流動化剤のみを１％添加し、実施例１〜１０と同じ条件でソイルセメントを作成した場合のアルカリ金属炭酸塩の効果を示した例である。表７から、アルカリ金属炭酸塩（ソーダ）を添加し、セメントミルク中の液相部分の全硬度の濃度を調整することにより、一軸圧縮強度を低下させること無く、テーブルフロー値を無調整スラリーの１．２〜１．６倍に増加させることが可能であることが分かる。このように、アルカリ金属炭酸塩の添加は、ソイルセメントスラリーの流動化に極めて有効な方法であることが分かる。
【００５７】
［実施例１１〜２７］
アルカリ金属炭酸塩（ソーダ灰）を添加し、セメントミルク中の液相部分の全硬度の濃度を調整したソイルセメントスラリーにおける、スラリー組成と、流動性及び一軸圧縮強度との関係について、以下の対象地盤及び試験条件で試験を実施した。表８及び９に、実施例１１〜２７及び比較例１２〜２３におけるソイルセメントスラリーのスラリー組成と流動性及び一軸圧縮強度との関係を示す。なお、試験手順並びに流動性及び一軸圧縮強度の評価方法は、前実施例と同様である。また、実施例１１〜２３及び比較例１２〜２０においては、流動化剤として、アクリル酸ナトリウム（粉体）（東亞合成(株)製）を使用した（表８）。また、実施例２４〜２７及び比較例２１〜２３においては、流動化剤として、フミン酸ナトリウム（テルナイト製品）を使用した（表９）。
【００５８】
「ソイルセメントスラリー条件」
・使用土 ：シルト（関西地域地盤）
・注入率 ：６１％〜１０８％
・使用セメント ：高炉Ｂ種（住友大阪セメント）
（水／セメント）比 ：２１０％〜４００％
（水／セメント＋土）比 ：２７％〜５３％
・アルカリ金属炭酸塩 ：ソーダ灰
・アルカリ金属炭酸塩濃度：０重量％〜５．０重量％（溶解水量に対して）
・流動化剤 ：アクリル酸ナトリウム（粉体）（東亞合成(株)製）
フミン酸ナトリウム（テルナイト製品）
・流動化剤濃度 ：０．１重量％〜３．０重量％（溶解水量に対して）
【００５９】
【表８】
【００６０】
【表９】
【００６１】
表８の比較例１２〜２０は、水／セメント比の異なるソイルセメントスラリーに流動化剤として市販されているポリアクリル酸ソーダのみを添加し、比較例１８〜２０は、アルカリ金属炭酸塩（ソーダ灰）のみを添加し、実施例１１〜２３と同じ条件でソイルセメントを作成した場合のアルカリ金属炭酸塩の効果を示した例である。また、比較例２１〜２３および実施例２４〜２７は、同一スラリー組成におけるアルカリ金属炭酸塩の効果を示した例である。流動化剤としては、市販のフミン酸ナトリウム塩（テルナイト社製品）を使用した。
【００６２】
表８，９から、水／セメント比等の配合組成を変化させた各種ソイルセメントスラリーにおいても、アルカリ金属炭酸塩（ソーダ灰）を添加し、セメントミルク中の液相部分の全硬度の濃度を調整することにより、一軸圧縮強度を低下させること無く、テーブルフロー値を無調整スラリーの１．２〜１．６倍に増加させることが可能であることが分かる。また、比較例１３と実施例１２から、略同程度のテーブルフロー値１８０ｍｍを得るために２％必要な流動化剤添加量が、アルカリ金属炭酸塩を使用した場合には０．５％となり、アルカリ金属炭酸塩を使用することにより、高価な流動化剤の使用量を抑えることが可能となり施工費用の圧縮ができることが分かる。
【００６３】
［実施例２８、２９］
アルカリ金属炭酸塩（ソーダ灰）を添加し、セメントミルク中の液相部分の全硬度の濃度を調整したソイルセメントスラリーにおける、調製後の時間とフロー値の関係について、以下の対象地盤及び試験条件で試験を実施した。表１０に、実施例２８，２９及び比較例２４におけるソイルセメントスラリーの調製後の時間とフロー値との関係を示す。なお、試験手順及び一軸圧縮強度の評価方法は、前実施例と同様である。流動性の評価については、テーブルフロー値の変わりに８ｃｍｘ８ｃｍコーンを用いたフロー値測定を採用した。また、実施例２８においては、流動化剤としてアクリル酸ナトリウムを用いた。実施例２９においては、流動化剤としてフミン酸ナトリウムを用いた。
【００６４】
「ソイルセメントスラリー条件」
・使用土 ：シルト（関西地域地盤）
・注入率 ：１００％
・使用セメント ：高炉Ｂ種（住友大阪セメント）
・（水／セメント）比 ：１００％
・（水／セメント＋土）比：２８％
・アルカリ金属炭酸塩 ：ソーダ灰
・アルカリ金属炭酸塩濃度：３．０重量％（溶解水量に対して）
・流動化剤 ：アクリル酸ナトリウム（粉体）（東亞合成(株)製）
フミン酸ナトリウム（テルナイト製品）
・流動化剤濃度 ：２．０重量％（溶解水量に対して）
【００６５】
【表１０】
【００６６】
表１０から、流動化剤の種類によってスラリーの流動性を維持できる大きさ（遅延性）は異なるものの、アルカリ炭酸塩を用いセメントミルク液相中の全硬度濃度を調整することにより、流動性を維持できる時間も無調整に比較し、著しく向上させることができることが分かる。
【００６７】
以上のように、本発明の方法を用いることによると、粘性土に対しても、高価な流動化剤を併用し、多量のセメントミルクを注入することなしに、良好な流動性を得ることができ、また、ソイルセメントの強度低下を招くことはない。したがって、本発明によると、廃棄されるソイルセメント排液量を大幅に低減できることができ、地上設備においてソイルセメントを作液する場合においては、掘削土の再利用率が増加し、廃棄される残土量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】図１に、セメントミルクへのアルカリ金属炭酸塩（重曹）の添加量とセメントミルク液相中の全硬度との関係を示す。
【図２】図２に、セメントミルクへのアルカリ金属炭酸塩（ソーダ灰）の添加量とセメントミルク液相中の全硬度との関係を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水とセメント系固化剤と流動化剤とアルカリ金属炭酸塩と土とを混合し、ソイルセメントスラリーを調製するステップを有する、ソイルセメントスラリーの調製方法。
【請求項２】
前記ソイルセメントスラリーを調製するステップが、
前記水と前記セメント系固化剤と前記流動化剤と前記アルカリ金属炭酸塩とを混合し、セメントミルクを調製するステップと、
前記セメントミルクと前記土とを混合し、ソイルセメントスラリーを調製するステップと
を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記セメントミルクを調製するステップにおいて、セメントミルクの液相部分における多価金属イオン濃度が２００ｐｐｍ以下である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記アルカリ金属炭酸塩の添加量が、前記水１００重量部あたり、０．５重量部〜５．０重量部である、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記アルカリ金属炭酸塩が、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム及び炭酸水素カリウムからなる群から選ばれた少なくとも１種である、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記流動化剤が、フミン酸塩、リグニンスルホン酸塩、縮合リン酸塩及びリン酸塩からなる群から選ばれた少なくとも１種である、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項１】
水とセメント系固化剤と流動化剤とアルカリ金属炭酸塩と土とを混合し、ソイルセメントスラリーを調製するステップを有する、ソイルセメントスラリーの調製方法。
【請求項２】
前記ソイルセメントスラリーを調製するステップが、
前記水と前記セメント系固化剤と前記流動化剤と前記アルカリ金属炭酸塩とを混合し、セメントミルクを調製するステップと、
前記セメントミルクと前記土とを混合し、ソイルセメントスラリーを調製するステップと
を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記セメントミルクを調製するステップにおいて、セメントミルクの液相部分における多価金属イオン濃度が２００ｐｐｍ以下である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記アルカリ金属炭酸塩の添加量が、前記水１００重量部あたり、０．５重量部〜５．０重量部である、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記アルカリ金属炭酸塩が、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム及び炭酸水素カリウムからなる群から選ばれた少なくとも１種である、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記流動化剤が、フミン酸塩、リグニンスルホン酸塩、縮合リン酸塩及びリン酸塩からなる群から選ばれた少なくとも１種である、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００７−２１７２５５（Ｐ２００７−２１７２５５Ａ）
【公開日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−４２０６２（Ｐ２００６−４２０６２）
【出願日】平成１８年２月２０日（２００６．２．２０）
【出願人】（３９００２６４４６）株式会社テルナイト (17)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月２０日（２００６．２．２０）
【出願人】（３９００２６４４６）株式会社テルナイト (17)
【Ｆターム（参考）】
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