JPS63234085A - フライアツシユよりなる人工地盤材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、人工島等の埋立地や護岸等へ投入される埋
戻し材、充填材、埋立造成材等に用いて好適なフライア
ッシュよりなる人工地盤材料に関する。

「従来の技術およびその問題点」 従来、このような人工地盤材料としては、主に°上砂が
用いられていた。しかしながら、砂を用いた人工地盤に
は、以下に挙げるような問題点があり、その解決策が待
ち望まれていた。

■　前記人工島等の埋立地や護岸等に投入されて自然堆
積した埋立砂は、その比重が１．８〜１．８５と大きい
ため、人工地盤下の原地盤が軟弱な場合には、原地盤の
大きな沈下や地滑り破壊が生じる恐れが大である。従っ
て、埋立砂投入前に原地盤の大幅な地盤改良を行う必要
が生じる。

■　埋立砂投入時に転圧、締め固めを行うことは事実上
不可能であり、従って、この埋立砂は投入後原地盤上に
緩く堆積したままで放置される。よって、堆積後に人工
地盤に作用する種々の荷重により人工地盤自体の沈下が
発生する恐れがあると共に、地震等強大な外力が作用し
た際に地盤の液状化が発生する恐れが大である。このた
め、原地盤上に形成した人工地盤そのものに地盤改良を
行う必要が生じる。

■　埋立砂には時間経過に伴う硬化、自立性の向上が期
待できないため、投入された埋立砂の厚さ、すなわち埋
立深さが深くなる程、この埋立砂を囲繞する締切り、護
岸等の外殻壁に作用する土圧も大きくなり、従って、非
常に強固な外殻壁を構築する必然性が生じる。また、前
記■に述べた如く、人工地盤に地盤改良を行う場合、こ
れに伴う圧力増加も考慮しなくてはならない。

「問題点を解決するための手段」 そこでこの発明は、フライアッシュを主成分とし、これ
に粗粒分と水とを混合してフライアッシュよりなる人工
地盤材料を形成すると共に、フライアッシュと粗粒分と
の総乾燥重量に対する粗粒分の乾燥重量比を２０〜８０
％の範囲内とし、かつ、前記総乾燥重量に対する水の重
量比を２０〜７０％の範囲内とすることで、前記問題点
を解決せんとするものである。

以下、この発明のフライアッシュよりなる人工地盤材料
について詳細に説明する。まず、フライアッシュは、石
炭火力発電所やその他の石炭燃焼プラントから発生され
る石炭灰から採集されたものが用いられ、特にその種類
、性質等に限定を受けない。このフライアッシュは、セ
メントと同様にポゾラン活性を有し、それ自体で水と反
応して硬化する性質を有している。また、フライアッシ
ュの比重は、水を加えて硬化した状態で１．５５程度と
前記埋立砂よりも小さいため、軽蛍な人工地盤を形成す
ることが可能となる。

ここで、前記石炭火力発電所等から排出されてからの放
置期間が長期間に亙ると、フライアッシュ中の含水比が
高くなる場合があり、これが故にフライアッシュが有す
る自己硬化性が低下しているおそれがある。あるいは、
施工条件等の理由で、形成された人工地盤に短期間で所
定の強度を発現させる必然性が生じる場合もある。この
ような場合、セメント、石膏等の硬化助材を適量添加す
ることが好ましい。この硬化助材の添加量は、例えばセ
メントの場合、その添加量が多い程強度も大きくなるが
、この発明の人工地盤材料の汎用性を考慮して、人工地
盤として十分な強度（通常材令２８日で３ｋｇ「／ｃｍ
″以上の圧縮強度）を得るには、フライアッシュ及び粗
粒分の総乾燥重量に対して重量比にして２〜４％で十分
である。

そして、このフライアッシュに水及び粗粒分が加えられ
て、スラリー状の人工地盤材料が製造される。すなわち
、フライアッシュ単体は粉体であり、このままでは水中
において転圧、締め固めが行いにくい。従って、フライ
アッシュをスラリー状の人工地盤材料とすることで、フ
ライアッシュの自己硬化性により転圧等の作業を不要と
すると共に、移送等の作業を容易にせしめるのである。

この水としては、通常の水道水、井戸水等の清水の他に
、湖沼水、海水等の自然水等が用いられる。

これら水のうち海水は、施工現場か主に臨海地帯である
ため入手が容易である等の点で好ましい。

この水の混合量は、フライアッシュ及び粗粒分の総乾燥
重量（前記硬化助材が添加される場合はこの重量も加え
た値）に対する重量比で２０〜７０％、好ましくは４０
〜６０％の範囲内である。水の重量比が２０％未満であ
ると、スランプ値がＯに近づき、流動性が悪くなるがた
めに施工が困難となる。同様に、水の重量比が８０％を
越えると、逆にスランプ値が大きくなることで材料分離
を招き、人工地盤の強度低下及び収縮率の上昇を招いて
しまう。

また、前記水には、必要に応じてリグニンスルホン酸、
ハイドロキシ酸塩及びその誘導体、ポリオール及びその
誘導体等の界面活性材が添加される。この界面活性材の
添加により、スラリー状の人工地盤材料の流動性を向上
させ、均一なスラリー埋立地盤を構築することができる
。

また、前記粗粒分としては、砂、火山灰、ボトムアッシ
ュ（石炭灰からフライアッシュを採集した残部）、軽量
骨材等が用いられる。この粗粒分は、フライアッシュ、
水等の均一な混練や、スラリー状人工地盤材料の増量や
、あるいは人工地盤材料の比重調整を目的として混合さ
れるものである。すなわち、フライアッシュ及び水のみ
を混練してスラリー状の人工地盤材料を製造したのでは
、これらフライアッシュ及び水が均一に混練されず、フ
ライアッシュが団子状に凝集して、いわゆる「だま」を
形成する。そこで、これらフライアッシュ及び水に粗粒
分を混合することで、この粗粒分により前記「だま」が
形成されるのを抑制して均一な混練を促進するのである
。また、フライアッシュの生産量及び生産地から施工現
場への距離等を考慮すると、フライアッシュと水のみで
スラリー状の人工地盤材料を構成するのは不経済である
ため、このフライアッシュと置換しうる増量材を適宜混
合することが好ましい。特に、前記火山灰は、フライア
ッシュには及ばないものの、比較的高いポゾラン活性を
有するので、フライアッシュの置換材として好ましい。

さらに言えば、この発明の人工地盤においてシールド工
法によりトンネルを造る場合、この人工地盤を含めたシ
ールド掘進機周辺の地盤の比重が軽すぎると、トンネル
の浮力を上部の地盤重量で抑えることが困難となり、掘
削に支障をきたす、あるいはトンネルの崩壊を招く愁れ
がある。このように、人工地盤材料には、その用途に応
じて粗粒分を混合することで、比重を適宜調整すること
が好ましい。そして、この粗粒分の混合量は、フライア
ッシュと粗粒分との総乾燥重量に対する粗粒分の乾燥重
量比で２０〜８０％、好ましくは３０〜６０％である。

粗粒分の乾燥重量比が２０％未満であると、人工地盤の
比重が軽すぎて施工時あるいは施工後に周囲に悪影響を
及ぼす恐れがある。また、粗粒分の乾燥重量比ｈ＜ｓｏ
％を越えると、フライアンシュがその分減少することで
、人工地盤に要求される強度が発現されな−い−。

このようにしてフライアッシュに所定量の水及び粗粒分
が混合され、さらに必要に応じて硬化助材、界面活性材
が添加され、これら混合物は強制練りミキサー等の通常
の混線機で混練され、目的とするスラリー状の人工地盤
材料となる。そして、この人工地盤材料は、移送管等に
より埋立予定地たる海底や護岸に投入されて埋立に用い
られたり、あるいは地盤上に埋戻し土、盛土として打設
されて、人工地盤が形成される。

そして、このようにして形成された人工地盤は、圧縮強
度として３ｋｇｒ／ｃｍ”以上の充分な強度を有するも
のとなるため、人工地盤そのものの地盤沈下や地盤の液
状化について考慮する必要が無く、従って人工地盤への
地盤改良作業が不要となる。

これと共に、人工地盤材料が自己硬化性を有するため、
これを囲繞する外殻壁を強固なものとする必要が無く、
施工が容易となる。さらに、硬化した人工地盤の比重は
前記従来の人工地盤材料たる埋立砂の比重より軽いため
、原地盤の沈下、地滑り破壊の恐れが無くなり、原地盤
への地盤改良作業が不要となる。

特に、人工地盤材料には火山灰等の粗粒分が混合され、
これによりフライアッシュ、水等の混合物の均一な混合
を図ることが可能となると共に、施工条件に合致させて
人工地盤の比重を調整することができる。さらに、粗粒
分が火山灰であると、この火山灰がフライアッシュと同
様のポゾラン活性を有するので、フライアッシュの置換
材として混合することが可能となる。

「実施例」 以下、この発明のフライアッシュよりなる人工地盤材料
を、実施例により更に詳細に説明するが、この発明のフ
ライアッシュよりなる人工地盤材料は、以下に示す実施
例に限定されない。

（実験例） フライアッシュ、火山灰、セメント及び水を混練して、
この発明のフライアッシュよりなる人工地盤材料を製造
した。フライアッシュは、石炭火力発電所から湿潤状態
で排出されたものを、１週間〜１ケ月放置した後乾燥せ
ずに使用した。フライアッシュの物性を第１表に示す。

以下本頁余白 第　　１　　表 これらフライアッシュには北海道産の石炭が用いられて
おり、カルシウム分も約６％と高い。従って、乾燥状態
で排出・保管されていれば、フライアッシュの自己硬化
性によって、水との混合に上り敗ｋｇｆ／ｃ＋ａ”程度
の圧縮強度が発現されるものと推察される。

火山灰は、フライアッシュよりなる人工地盤材料の増量
材として混合され、北海道中部から産出されたものを、
２ＩＩＩＩ１１以上の粒子を取り除いた後、湿潤状態の
ままで用いた。実験に用いた火山灰の自然含水比は２２
．８％、平均粒径は２９０μｍ１比重は２．５９である
。

前述のフライアッシュの自己硬化性が湿潤状態によって
低下しているおそれがあること、及び短期間内で所定の
強度を得る必要性があること等の理由で、人工地盤の硬
化助材として普通ポルトランドセメントを数％の範囲内
で添加した。また、これらフライアッシュ、火山灰、セ
メント混練用の水としては、−東京湾から採取した海水
を濾過して用いた。

以上のような各材料を３ｅのホバート型ミキサー内にお
いて５分間混練することで、スラリー状の人工地盤材料
を調製した。ホバート型ミキサーの回転数は、遊星運動
で６０　ｒｐＩｌｓ回転運動で１４　Ｏｒｐｍである。

このようにして得られたスラリー状の人工地盤材料につ
いて、その流動性、比重及び材料分離の検討を行った。

人工地盤材料の流動性は、通常のコンクリート用スラン
プコーンと同様の形状で、高さ１５ｃｍのサイズを有す
るモルタル、プラスター用特殊スランプコーンで測定し
た。また、人工地盤材料の比重は、掘削泥水の密度測定
用に使用されろマッドバランスで測定した。さらに、人
工地盤材料の材料分離は、１００ｍ１のメスシリンダー
を用いて測定した。

次に、これら人工地盤材料の各特性を測定した後、この
人工地盤材料を直径５ｃＩ１１１高さｌ’Ｏｃｍの塩化
ビニール製のモールド内に充填し、上面をポリエチレン
フィルムで閉塞してミこれを２０℃に温度が維持された
海水中で養生した。そして、このようにして硬化した人
工地盤材料の強度特性を測定した。強度特性測定は、主
として一軸圧縮試験（歪み速度０゜８％／分）で把握し
た。

なお、以下の実験結果において、これらフライアッシュ
、火山灰、セメントの配合を示す用語は以下の如く定義
される。

・火山灰含有率（Ａｓ）：フライアッシュ、火山灰の総
乾燥重量に対する乾燥火山灰の重量比・セメント添加率
（Ａｃ）：フライアッシュ、火山灰の総乾燥重量に対す
るセメントの重量比・配合含水比（Ｗｐ）：乾燥フライ
アッシュ、乾燥火山灰、セメントの総乾燥重量に対する
全水分の重量比 第１図は、人工地盤材料内に火山灰が混合されていない
状態での（Ａｓ＝０％　）、硬化助材たるセメントの添
加量と人工地盤の圧縮強度との関係を示す図である。他
の条件は図中に示しである。

この実験に用いられたフライアッシュは、前記表に示し
た如く約６％のカルシウム分を含有しており、従って、
乾燥状態で排出・保管されていれば数ｋｇｆ／ａｍ”程
度の圧縮強度が発現されるものと推察される。従って、
このフライアッシュが乾燥状態で保管されてあれば、硬
化助材たるセメントの添加は不必要と考えられる。しか
しながら、このフライアッシュは排出後湿潤状態で１ケ
月放置されているため、本来有すべき自己硬化性が低下
していたものと思われる。が、このようなフライアッシ
ュであっても、セメントを適宜少量添加することで、強
度増加を期待できる。

第２図は、火山灰の添加量と人工地盤の圧縮強度との関
係を示す図である。他の条件は、図中に示しである。火
山灰のみでは充分な圧縮強度が得られないが、これをフ
ライアッシュと混合して使用すれば、人工地盤の材料と
して充分な強度を発現しうろことが理解できる。この場
合、火山灰含有率が３７〜６３％の範囲内においては、
人工地盤の強度発現に有意な差が見られない。

第３図は、硬化後の人工地盤の湿潤密度と火山灰含有率
との関係を示す図である。図に見るように、火山灰の混
合量を適宜調製することで、形成された人工地盤の比重
を調整しうろことが理解できる。この結果は、火山灰、
の比重がフライアッシュの比重よりも大きいことに起因
するが、また同時に、材料分離や収縮が火山灰の添加に
よっても大きくなることにも起因すると考えられる。す
なわち、第４図は人工地盤のブリージング率及び収縮率
と火山灰含有率との関係を示す図であって、第４図に示
すように、火山灰含有率の増加に従って、ブリージング
率及び収縮率も増加し、すなわちスラリー状の人工地盤
材料の材料分離が大きくなって、火山灰含有率６０〜７
５％付近でピークを迎えている。この結果は、火山灰の
粒径がフライアッシュの粒径に比して大きいため、火山
灰間の間隙内にフライアッシュが隙間無く充填されるこ
とで、いわゆる粒度調整効果によって混合物の見掛けの
比重が増加し、これによって自由水が発生されたため゛
と解釈できる。

第５図は、硬化後の人工地盤の湿潤密度と配合金水比と
の関係を示した図である。第３図と同様に、火山灰含有
率の増減によって、人工地盤の比重が調整可能であるこ
とが理解できる。同様に、配合金水比の増減によっても
、ある程度人工地盤の比重を調゛整することも可能であ
る。

第６図は１．スラリー状人工地盤材料の流動性を示すス
ランプ値と配合金水比との関係を示す図である。火山灰
の混合量にもよるが、配合金水比の増加に伴って人工地
盤材料の流動性も向上している。同様に、第７図は人工
地盤材料のスランプ値と火山灰含有率との関係を示す図
である。第４図の結果と同様な傾向が示されている。

以上示した実験結果から、人工地盤材料として適した各
混合物の配合比について検討する。人工地盤材料の汎用
性を考慮すれば、これに要求される性能は以下の如き値
となる。

■−軸圧縮強度　：材令２８日で３　ｋｇｒ／　ａｍ”
■湿潤密度　　　：　　１　、７ｇ／ａｍ’以下■ブリ
ージング率：３％以下 ■流動性　　　　ニスランプ値１２ｃｍ以下これら性能
を満足する配合比は、以下の第２表に示す通りとなる。

第　　２　　表 「発明の効果」 以上詳細に説明したように、この発明のフライアッシュ
よりなる人工地盤材料は、フライアッシュを主成分とし
、これに粗粒分と水とを混合してなると共に、フライア
ッシュと粗粒分との総乾燥重量に対する粗粒分の乾燥重
量比を２０〜８０％の範囲内とし、かつ、前記総乾燥重
量に対する水の重量比を２０〜７０％の範囲内としたも
のであるから、埋立予定地等に打設された後に自身で硬
化して人工地盤として充分な強度を有するものとなるた
め、人工地盤そのものの地盤沈下や地盤の液状化につい
て考慮する必要が無く、従って人工地盤への地盤改良作
業が不要となると共に、人工地盤を囲繞する外殻壁を強
固なものとする必要が無く、施工が容易となる。さらに
、硬化した人工地盤の比重は前記従来の人工地盤材料た
る埋立砂の比重よ−り一軽いため、原地盤の沈下、地滑
り破壊の恐れが無くなり、原地盤への地盤改良作業が不
要となる。そして、この発明の人工地盤材料には火山灰
等の粗粒分が混合され、これによりフライアッシュ、水
等の混合物の均一な混合を図ることが可能となると共に
、施工条件に合致させて人工地盤の比重を調整すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はセメントの添加量と人工地盤の圧縮強度との関
係を示す図、第２図は火山灰の添加量と人工地盤の圧縮
強度との関係を示す図、第３図は硬化後の人工地盤の湿
潤密度と火山灰含有率との関係を示す図、第４図は人工
地盤のブリージング率及び収縮率と火山灰含有率との関
係を示す図、第５図は硬化後の人工地盤の湿潤密度と配
合金水比との関係を示す図、第６図は人工地盤材料のス
ランプ値と配合金水比との関係を示す図、第７図は人工
地盤材料のスランプ値と火山灰含有率との関係２を示す
図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）フライアッシュを主成分とし、これに粗粒分と水
   とを混合してなる人工地盤材料であって、フライアッシ
   ュと粗粒分との総乾燥重量に対する粗粒分の乾燥重量比
   が２０〜８０％の範囲内であり、かつ、前記総乾燥重量
   に対する水の重量比が２０〜７０％の範囲内であること
   を特徴とするフライアッシュよりなる人工地盤材料。
2. （２）前記粗粒分が火山灰であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のフライアッシュよりなる人工地
   盤材料。
3. （３）硬化助材を添加したことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項または第２項記載のフライアッシュよりなる
   人工地盤材料。
4. （４）界面活性剤を添加したことを特徴とする特許請求
   の範囲第１、２または３項記載のフライアッシュよりな
   る人工地盤材料。