JP6020990B2

JP6020990B2 - 浚渫土・製鋼スラグ混合材の品質管理方法

Info

Publication number: JP6020990B2
Application number: JP2012142988A
Authority: JP
Inventors: 裕一田中
Original assignee: Penta Ocean Construction Co Ltd
Current assignee: Penta Ocean Construction Co Ltd
Priority date: 2012-06-26
Filing date: 2012-06-26
Publication date: 2016-11-02
Anticipated expiration: 2032-06-26
Also published as: JP2014006183A

Description

本発明は、浚渫土と製鋼スラグとを混合し、強度改質を行って土木資材として使用する際の、品質管理方法に関する。

一般に、浚渫土に製鋼スラグを混合した混合物（以下浚渫土・製鋼スラグ混合材と記す）は、強度発現する特性があり、浅場・干潟の造成材や埋立材としての利用が行われている（例えば特許文献１）。

この浚渫土・製鋼スラグ混合材を、建設資材として使用する場合においては、改良目標値を一軸圧縮強さで３０〜３００ｋＮ／ｍ^２、あるいはコーン指数で第３種改良土の４００ｋＮ／ｍ^２以上とする場合が多い。

また、浚渫土・製鋼スラグ混合材の発現強度は、粒度分布、含水比等の浚渫土の性状によっても異なるが、一般に浚渫土に対して製鋼スラグが１０〜３０ｖｏｌ％含まれている必要がある。

一方、浚渫土・製鋼スラグ混合材における製鋼スラグの粒径が強度発現に大きく影響を及ぼすことも知られており、全粒径が７５μｍ以上である場合と、７５μｍ以下である場合とでは、一軸圧縮強さが大きく異なる実験例が知られている（非特許文献１）

浚渫土と製鋼スラグの混合材の品質管理方法としては、製鋼スラグの比重が３程度と浚渫土よりも大きいことを利用し、配合試験あるいは配合条件から計算で求めた混合材の湿潤密度との比較から製鋼スラグの混合状況を確認する方法がある（例えば非特許文献２）。

また、浚渫土・製鋼スラグ混合材の一軸圧縮強さについて、材令７日の強度から２８日強度を予測する手法が用いられる場合があるが、養生期間が７日間必要であり、現場での品質管理への適用は困難である。

特開２０１１−２０６６２５号公報

製鋼スラグ混合土の混合条件が強度に与える影響（第９回環境地盤工学シンポジウム、２０１１年１１月、１０５頁）保田沖海域におけるカルシア系改質材の適用例〜藻礁石基盤材としての適用〜（第７回環境地盤工学会関東支部発表会、2010年11月、８０頁）

このような浚渫土・製鋼スラグ混合材を使用した建設土木工事においては、事前の配合試験等により、浚渫土に対する製鋼スラグの添加量を決定するが、実際の施工では製鋼スラグの添加量が不十分な場合、製鋼スラグの含有量にばらつきがある場合等、目標強度が得られない場合がある。

即ち、浚渫土に製鋼スラグを添加する場合において、連続式添加の場合には、ベルトコンベア等で定量切り出しする等の方法を採るが、その設定にズレが生じたりする場合があり、このため、事前の配合試験においては製鋼スラグの配合を２５％とした場合でも、実際には２０％だったり、２７％だったりとバラつきが生じることがあり、その場合には、実施工が、事前配合試験による所定の強度に達しない場合が生じるという問題がある。

また、製鋼スラグの化学成分は、ＣａＯ・ＳｉＯ_２・ＦｅＯ等で、浚渫土の添加によって固まる性質を有しており、その硬化の程度は、ＣａＯの含有量によって異なり、同じ量の製鋼スラグを混合したとしても、ＣａＯの含有量や、粒径が異なることによって硬化の程度が異なり、一般には粒径２５ｍｍ以下の製鋼スラグを用いることが多いが、添加量が同じ２５％であっても、細粒分が多かったり、粗粒分が多いなどのバラつきが生じる可能性があり、細粒分が多い場所で強度が発現しやすく、粗粒が多い場所は強度が発現しにくくなり、事前の配合試験と同等の強度に達しない場合が生じるという問題がある。

更に混練状態においても、事前の配合試験においては、小型のミキサーで均一に混練するが、実施工で規模が大きくなった場合の混練には、管中混合方式、バージ内混合方式（バックホウ混合方式）、連続式ミキサー方式などがある。

管中混合方式は、空気圧送用のホッパー内に、製鋼スラグと浚渫土を所望の割合で投入し、該ホッパーの下端から混合物を送泥管内に送り出し、これをプラグ流として空気圧送するものであり、送泥管中内の空気圧送中に管壁との摩擦抵抗によって浚渫土と製鋼スラグが混合されるようにし、送泥管の排出口からは、高速でプラグ流が噴射されるため、サイクロンにて流速を減衰するとともに搬送用の空気を分離し、サイクロン下より混合材を自然流下速度で排出させている。

バックホウ混合方式は、バージ内の浚渫土に製鋼スラグを投入し、これをバックホウによって混合させるものであり、連続式ミキサー方式は、ホッパー内にベルトコンベア等によって浚渫土と製鋼スラグとを、ホッパー下端の連続式ミキサーによって混合しつつ連続して送り出すものである。

特に、バックホウ等を用いたバージ内混合方式は、装置が簡単であり、使用中の損耗も他に比べて少ないため、コスト的に有利であるが、混練時間の長短によって均質混合の程度が異なり、またバージの四隅や底部に混合が不十分な場所ができる可能性があり均質な混合がなされない部分が生じ、強度の発現も位置によってばらつきが生じるという問題がある。

この他、上述した従来の浚渫土・製鋼スラグ混合材の品質管理として測定される湿潤密度から、発現強度を予測する方法も考えられるが、湿潤密度のばらつきが大きく強度との相関は必ずしも高くないという問題がある。

更に、上述した浚渫土・製鋼スラグ混合材の一軸圧縮強さについて、材令７日の強度から２８日強度を予測するでは、養生期間が７日間必要であり、結果が得られるのが７日後であるため、現場の品質管理として使用することは難しい。

本発明は、このような従来の問題に鑑み、浚渫土・製鋼スラグ混合材の品質管理として、浚渫土・製鋼スラグ混合材中に含まれている製鋼スラグの量が所定の強度発現に必要な量であるか否かを迅速に判断し、浚渫土に対して適切に製鋼スラグが混合され、目標強度の発現状況を予測することができる浚渫土・製鋼スラグ混合材の品質管理方法の提供を目的としてなされたものである。

請求項１に記載の本発明の特徴は、予め定められた浚渫土と製鋼スラグとの配合条件に従って混合された浚渫土・製鋼スラグ混合材から採取した試料中から蛍光Ｘ線分析によりカルシウム含有量を測定するカルシウム含有量測定工程、前記測定によるカルシウム含有量の測定値を、予め求めておいた浚渫土・製鋼スラグ混合材のカルシウム含有量と一軸圧縮強さ等の強度との相関に照らし合わせて強度発現を予測する予測工程、前記強度発現の予測値が目標強度を達成しているか否かを判定する判定工程、該判定工程にて前記強度発現の予測値が目標強度を達成していない場合に、配合条件を見直して前記カルシウム含有量測定工程、予測工程及び判定工程を再度行う工程、前記判定工程にて予測値が目標強度に達成していた場合に、供試体を作成し、これを高温養生する工程、前記高温養生による短期強度から将来の発現強度を予測する工程、前記将来の発現強度の予測値が目標強度に達成しているか否かを判定する工程、以上の工程を経る浚渫土・製鋼スラグ混合材の品質管理方法にある。

本発明においては、予め定められた浚渫土と製鋼スラグとの配合条件に従って混合された浚渫土・製鋼スラグ混合材から採取した試料中から蛍光X線分析によりカルシウム含有量を測定する工程、前記測定によるカルシウム含有量の測定値を、予め求めておいた浚渫土・製鋼スラグ混合材のカルシウム含有量と一軸圧縮強さ等の強度との相関に照らし合わせて強度発現を予測する工程、前記強度発現の予測値が目標強度を達成しているか否かの判定工程、該判定工程にて予測値が目標強度に達成していた場合に、供試体を作成し、これを高温養生する工程、前記高温養生による短期強度から将来の発現強度を予測する工程を経ることによって、短期間での混練性の判定、発現強度の予測が可能であり、適切な品質管理が可能である。

また、浚渫土・製鋼スラグ混合材は、浚渫土の性状（細粒分含有率、液性限界等）や添加混合されている製鋼スラグの粒度分布やカルシウム含量の違いによって、発現強度が大きく異なり、事前に浚渫土の土質試験を行っていても浚渫の途中で浚渫土の性状が変化することもあるが、こうした場合でも適切な品質管理が可能である。

本発明方法を実施するためのフローチャートである。浚渫土・製鋼スラグ混合材のカルシウム含有量と一軸圧縮強さ等の強度との相関を示すグラフである。

本発明に係る品質管理方法の手順を図１に示す。
ａ．配合条件設定
まず、浚渫土含水比、製鋼スラグ添加量を変化させた配合試験を実施し、所定の強度が得られる配合条件を決定する。

この配合条件設定は、使用を予定している浚渫土の含水率、及び製鋼スラグの粒度分布や組成に基づいて、これらを混合することによって所望の強度が得られると思われる混合率を想定し、混合率及び全体の含水率、フロー値を変化させた数種類の浚渫土・製鋼スラグ混合材配合例を作成し、それらについてそれぞれについて複数種類の試験練を行い、養生固化させた試験体を作成し、それらの強度を測定し、実施工に必要な強度範囲にあるものを選択することによって、実施工のための配合条件設定を行う。この例では必要な強度範囲を３０kN/m²以上とし、これに該当する配合例は表1の如く、製鋼スラグ２５Ｖｏｌ％に対し、浚渫土＋加水分が７５％であった。
表１

この際、強度を測定した試料についてCa含有量を測定し、カルシウム含有量と強度の相関を確認する（図2）

ｂ．浚渫土と製鋼スラグの混合

上記配合条件設定に基づいて浚渫土と製鋼スラグとを混合する。混合方法としては、前述した管中混合方式、バージ内混合方式（バックホウ混合方式）、連続式ミキサー方式など、各種の混合方法を適宜選択して浚渫土と製鋼スラグとを混合する。

ｃ．浚渫土・製鋼スラグ混合材の資料採取

上記ｂに示した手順によって混合した浚渫土・製鋼スラグ混合材の試料を採取する。この試料は後述するカルシウム含有量を測定するためのものであり、上記ｂの混合作業が終了したものについて、異なった個所から複数の試料を採取する。

本例では、浚渫土・製鋼スラグ混合材試料の採取は、空気圧送出口の混合材を１時間に１回、１００ｇずつ採取した。混合材量に換算すると３００ｍ^３毎に１００ｇずつ採取し、それぞれについて同様の蛍光Ｘ線分析を実施した。

ｄ．蛍光Ｘ線分析によるカルシウム含有量測定

上記ｃにおいて採取した浚渫土・製鋼スラグ混合材試料中に含まれるカルシウム含有量を蛍光Ｘ線分析器などにより計測する。本例においては、可搬式で現場での計測が可能な株式会社堀場製作所製ハンドヘルド型蛍光Ｘ線分析装置ＭＥＳＡポータブル（商標）」を使用した。

製鋼スラグは最大粒径２５ｍｍのものが使用される場合が多く、浚渫土と製鋼スラグの混合物についてそのままでは蛍光Ｘ線分析が困難であるため、２ｍｍ以下程度に調整した。即ち、採取した混合材を、赤外線水分計等を用いて200℃で加熱し、水分率の時間変化が0.20％/min以下になるまで乾燥後、２ｍｍ篩通過分のうち数ｇを用いて蛍光Ｘ線分析装置で分析した。

ｅ．カルシウム含有量の判定

事前に実施した製鋼スラグ、浚渫土単体のカルシウム含有量の測定結果との比較により、浚渫土・製鋼スラグ混合材の製鋼スラグの含有状況を確認する。

製鋼スラグ、浚渫土単体のカルシウム含有量の計算は、例えば表１に示す如き混合材配合の場合、浚渫土に含まれるカルシウムと製鋼スラグに含まれるカルシウムの量から、製鋼スラグ中の2mm以下分の比率を25％として、混合材中のカルシウム含量を試算すると、表２のように８％となる。
表２

この数値と、上記ｄにおいて測定した測定値が近似していれば、配合条件を満たしていると判定する。この測定値が、これと大きく異なる場合は、各材料の添加状況や混練状況の確認を行う。

Ca含有量に偏りがある場合、各材料の供給状況の確認や混練性の改善を行う。混練性について、バックホウ混合の場合には、混合時間の延長、管中混合方式の場合には圧送距離の延長等の見直しを行う。

ｆ．カルシウム含有量からの発現強度予測

上記ｄにおいて測定した測定値が配合条件を満たしている場合には、その測定結果から強度発現予測を行う。（この強度発現予測は、上記ａにおける配合条件設定の際に浚渫土・製鋼スラグ混合材のカルシウム含有量と一軸圧縮強さ等の強度との相関を予め求め、図２中の実線で示す如きグラフを作成しておき、各測定値カルシウム含有量測定結果の数値を該グラフに当てはめて、発現強度を予測する。）

Caの測定結果が８パーセントであった場合、図２のグラフより、２８日強度が目標値である３０ｋＮ／ｍ^２を超えると判断する。

ｇ．予測値の目標達成判定
上記ｆで求めた予測値が、目標強度に達していない場合には、再度配合条件を見直す。

この条件の見直しは、スラグ添加量の増加、浚渫土への加水量削減、強度発現の補助材として高炉スラグ微粉末の添加などを設定し直す。

ｈ．供試体を高温で養生

上記ｇの予測値の目標が達成されている場合には、一軸圧縮強度試験（ＪＩＳＡ１２１６）用の供試体（製鋼スラグの粒径が５ｍｍ以下の場合は直径５ｃｍ×高さ１０ｃｍ、製鋼スラグの粒径が２５ｍｍ以下の場合は直径１０ｃｍ×高さ２０ｃｍ）を作成し、これを４０〜６０℃で定温恒温機を使用して養生する。

ｉ．短期強度からの発現強度の予測

浚渫土に所定量の製鋼スラグが含まれていても、表３に示すように混練が短い場合には十分に混練した場合と比較して強度が大きく低下する場合がある。
表３混練時間と発現強度の測定例

このため、一軸圧縮試験の供試体を作成し、養生温度を上げることにより強度発現の促進を図り、表４に示すように４０〜６０℃に温度を上げた条件での短期強度の結果から、通常の２０℃での材令２８日等の発現強度の予測を行う。
表４養生温度と一軸圧縮強さ測定例

表４においては、常温に近い２０℃での養生による２８日強度が４２．３ｋＮ／ｍ２であり、４０℃での養生では７日間で２０℃養生の２８日強度を超えている。６０℃での養生では３日で２０℃での養生の２８日強度に達している。この結果から、４０℃では７日強度、６０℃では３日強度を測定することによって２０℃での２８日強度を予測できる。

浚渫土・製鋼スラグ混合材は、浚渫土の性状（細粒分含有率、液性限界等）によって、発現強度が大きく異なる。事前に浚渫土の土質試験を行っていても浚渫の途中で浚渫土の性状が変化することもある。こうした場合でも高温養生で発現強度の確認を行うことにより、適切な品質管理が可能である。

ｊ．予測値の目標達成判定

上記ｉにおける３日一軸圧縮強さによる２８日一軸圧縮強さの予測値が目標を達成していない場合には、前述と同様に配合条件の見直しを行う。

ｋ．打設

上記ｉにおける高温短期用養生によって所望の強度が推定できた場合に、同条件よって浚渫土・製鋼スラグ混合材を調製し、施工現場への打設を行う。

Claims

予め定められた浚渫土と製鋼スラグとの配合条件に従って混合された浚渫土・製鋼スラグ混合材から採取した試料中から蛍光Ｘ線分析によりカルシウム含有量を測定するカルシウム含有量測定工程、
前記測定によるカルシウム含有量の測定値を、予め求めておいた浚渫土・製鋼スラグ混合材のカルシウム含有量と一軸圧縮強さ等の強度との相関に照らし合わせて強度発現を予測する予測工程、
前記強度発現の予測値が目標強度を達成しているか否かを判定する判定工程、
該判定工程にて前記強度発現の予測値が目標強度を達成していない場合に、配合条件を見直して前記カルシウム含有量測定工程、予測工程及び判定工程を再度行う工程、
前記判定工程にて予測値が目標強度に達成していた場合に、供試体を作成し、これを高温養生する工程、
前記高温養生による短期強度から将来の発現強度を予測する工程、
前記将来の発現強度の予測値が目標強度に達成しているか否かを判定する工程、
以上の工程を経ることを特徴としてなる浚渫土・製鋼スラグ混合材の品質管理方法。