JP7627462B2 - ソイルモルタルの製造方法およびソイルモルタル製造システム - Google Patents

Description

本発明は、ソイルモルタルの製造方法およびソイルモルタル製造システムに関する。

土工事を伴う建設工事では、現地発生土にセメント系固化材を混合することで、ソイルモルタル（流動化処理土も含む）として再利用する場合がある。ソイルモルタルを杭などのコンクリート構造物に準じた仕様で利用する場合には、セメント量を多くして、ソイルモルタルの高強度化を図る。
ソイルモルタルの製造方法としては、バッチ式と連続式がある。バッチ式によるソイルモルタルの製造方法は、所定の製造単位（例えば、１ｍ^３等）に，所定量の材料を，回転式の撹拌翼が装備された混合槽に投入し、材料が一様になるまで撹拌混合した上で，排出する作業を繰り返すものである。バッチ式では、扱う材料に応じて攪拌混合時間を調整することができる。ところが、バッチ式によるソイルモルタルの製造方法では、材料の計量を行った上で混合槽に投入する作業、混合する作業、混合槽から排出する作業を実施する必要があるため、作業に手間がかかる。
一方、連続式によるソイルモルタルの製造方法は、各材料を供給するポンプやベルトコンベアなどを調整することで、所定の割合で各材料を混合装置に投入し、連続的にソイルモルタルを製造するものである。そのため、連続式の製造方法では、計量、混合、排出のサイクルを繰り返す必要がなく、効率的にソイルモルタルを製造できる。例えば、特許文献１には、現地発生土、セメント、水、精製粘土を連続ミキサーに投入してソイルモルタルを製造する製造方法が開示されている。ところが、連続式の製造方法では、混合装置による攪拌混合を一定の速度で一定の量が排出されるため、材料に応じて攪拌混合時間を任意には調整できない。攪拌混合時間が適切に調整されていないと、例えば、現地発生土が粘性土主体の場合には、セメントと混合されない塊状土砂が残存しやすくなる。また、高強度のソイルモルタルを製造する場合には、セメント量を増加して水分量を低減させるため、セメントが均一に混合されないおそれがある。

特開平１１－６０３１４号公報

本発明は、現地発生土を利用して、予め規定された配合のソイルモルタルを簡易かつ効率的に製造することを可能としたソイルモルタルの製造方法およびソイルモルタル製造システムを提案することを課題とする。

前記課題を解決するための本発明のソイルモルタルの製造方法は、現地発生土の含水量を測定する工程と、調整水の水量を算出する工程と、セメント、水および混和剤（減水剤，高性能減水剤，流動化剤，気泡剤等）を予め規定された配合により混合してセメントスラリーを生成する工程と、前記現地発生土、前記調整水および前記セメントスラリーを連続ミキサーにより混合してソイルモルタルを製造する工程とを備えるものである。前記調整水の水量は、配合設計により規定された前記ソイルモルタルの全水分量から前記セメントスラリーの水分量および前記現地発生土の含水量を差し引くことで算出する。また、ソイルモルタルの配合設計の際には、前記現地発生土の含水量と前記調整水の水量とを加えた水量が、前記現地発生土に対して想定する最大の含水量よりも大きくなるようにする。なお、前記現地発生土を輸送する輸送手段、前記調整水を圧送するポンプおよび前記セメントスラリーを圧送するポンプを、キャリブレーションの上、前記現地発生土、前記調整水および前記セメントスラリーが所定の割合になるように前記連続ミキサーに供給する。

前記ソイルモルタルの製造方法に使用するソイルモルタル製造システムは、セメントスラリーを生成するスラリーミキサーと、現地発生土を輸送するベルトコンベヤと、調整水を貯留する貯水槽と、前記スラリーミキサーから供給されたセメントスラリー、前記ベルトコンベヤを介して供給された前記現地発生土、および前記調整水を混合してソイルモルタルを製造する連続ミキサーと、前記スラリーミキサーから前記連続ミキサーに至り、前記セメントスラリーをポンプ圧送する輸送管と、前記貯水槽から前記連続ミキサーに至り、前記調整水をポンプ圧送する給水管とを備えているのが望ましい。前記ベルトコンベヤ、前記セメントスラリーを圧送するポンプおよび前記調整水を圧送するポンプは、前記現地発生土、前記セメントスラリーおよび前記調整水が所定の割合で前記連続ミキサーに供給されるようにキャリブレーションされている。また、前記連続ミキサーは、スクリューオーガーおよび混合パドルが内蔵されているのが望ましい。

かかるソイルモルタルの製造方法およびソイルモルタル製造システムによれば、規定の配合により生成されたセメントスラリーとして混合するため、セメントを粉末で混合するよりもムラが生じ難く、均一に混合できる。そのため、連続ミキサーを利用して連続的にソイルモルタルを製造できる。また、現地発生土の水分状態（含水量）に応じて、調整水の水量を決定するため、所望の配合のソイルモルタルを簡易に製造できる。すなわち、現地発生土の水分状態に応じてセメントスラリーの配合を変化させる必要がないため、現地発生土の性状の変化に対応しやすい。

本発明のソイルモルタルの製造方法およびソイルモルタル製造システムによれば、予め規定された配合のソイルモルタルを簡易かつ効率的に製造することが可能となる。

本実施形態のソイルモルタル製造システムを示す概略図である。 本実施形態のソイルモルタルの製造方法のフローチャートである。 実証実験結果を示すグラフである。

本実施形態では、現地発生土を利用して、所望の品質を有したソイルモルタルを製
造する場合ついて説明する。図１に本実施形態のソイルモルタルの製造方法で使用するソイルモルタル製造システム１を示す。本実施形態のソイルモルタル製造システム１は、図１に示すように、スラリーミキサー２と、ベルトコンベヤ３と、第一貯水槽４と、連続ミキサー５とを備えている。

スラリーミキサー２は、セメントスラリーを生成するミキサーである。スラリーミキサー２には、セメントサイロ２１、第二貯水槽２２、混和剤貯留槽２３およびフライアッシュサイロ２４が接続されている。スラリーミキサー２は、セメントサイロ２１から供給されたセメントと、第二貯水槽２２から供給された水と、混和剤貯留槽２３から供給された混和剤と、フライアッシュサイロ２４から供給されたフライアッシュとを混合して、セメントスラリーを生成する。セメントサイロ２１，第二貯水槽２２，混和剤貯留槽２３，フライアッシュサイロ２４は、それぞれ供給装置２５を介してスラリーミキサー２に接続されている。供給装置２５は、セメントスラリーの配合に応じてセメント、水、混和剤またはフライアッシュの供給量を調整する。
スラリーミキサー２には、連続ミキサー５に至る輸送管２６が接続されている。スラリーミキサー２により生成されたセメントスラリーは、輸送管２６を介して連続ミキサー５にポンプ圧送される。

ベルトコンベヤ３は、現地発生土３０を残土置き場３１から連続ミキサー５へ輸送する。掘削工事等により発生した現地発生土３０は、残土置き場３１に仮置きする。残土置き場３１には、ホッパー３２が配設されている。ホッパー３２の内部には篩いが設置されている。ベルトコンベヤ３の一端は、ホッパー３２の土砂排出口の直下に配設されていて、ベルトコンベヤ３の他端は、連続ミキサー５の投入口５１に直上に配設されている。
現地発生土３０をベルトコンベヤ３に供給する際には、バックホウ３３等の重機を利用して、残土置き場３１の現地発生土３０をホッパー３２に投入し、ホッパー３２内の篩いにより異物が取り除かれた現地発生土３０がベルトコンベヤ３上に落下する。ベルトコンベヤ３は、ホッパー３２から供給された現地発生土３０を連続ミキサー５に輸送する。

第一貯水槽４は、調整水を貯留する。第一貯水槽４は、給水管４１を介して連続ミキサー５に接続されている。給水管４１の一端は、第一貯水槽４内に設けられたポンプ４２に接続されていて、給水管４１の他端は連続ミキサー５に接続されている。第一貯水槽４に貯留された調整水は、給水管４１を介して連続ミキサー５に圧送される。なお、給水管４１には、水量計４３が設けられていて、連続ミキサー５に供給された調整水の水量が計測される。ポンプ４２は、水量計４３の計測値に応じて制御され、連続ミキサー５に所定量の調整水が供給されるように構成されている。

連続ミキサー５は、スラリーミキサー２から供給されたセメントスラリーと、ベルトコンベヤ３を介して供給された現地発生土３０と、第一貯水槽４から供給された調整水を混合してソイルモルタルを製造する。本実施形態の連続ミキサー５には、スクリューオーガーと混合パドルが内蔵されている。
本実施形態では、連続ミキサー５が圧送ポンプ車６に接続されている。連続ミキサー５により製造されたソイルモルタルは、圧送ポンプ車６を介してミキサー車６１に供給された後、ミキサー車６１によって打設場所に輸送される。

以下、本実施形態のソイルモルタルの製造方法について説明する。図２に本実施形態のソイルモルタルの製造方法を示す。図２に示すように、ソイルモルタルの製造は、準備工程Ｓ１、測定工程Ｓ２、算出工程Ｓ３、セメントスラリー生成工程Ｓ４およびスラリーモルタル製造工程Ｓ５により行う。

準備工程Ｓ１では、ソイルモルタルの配合設計を行う。ソイルモルタルの配合設計は、ソイルモルタルの用途に応じて、ソイルモルタルが所望の強度を発現する配合とする。ソイルモルタルの配合設計に伴い、セメントスラリーの配合設計を行う。セメントスラリーの配合は、セメントスラリー製造用の水量をセメント重量比４０％以上確保して、セメントスラリーのポンプ圧送が可能な配合とする。
測定工程Ｓ２は、現地発生土３０の含水量を測定する工程である。現地発生土３０の含水量の測定方法は限定されるものではないが、例えば、残土置き場３１において土壌水分測定器を利用して測定すれば、簡易に測定できる。また、現地発生土３０の測定の頻度は、季節や天候などに応じて適宜決定すればよい。

算出工程Ｓ３は、調整水の水量を算出する工程である。
調整水の水量は、配合設計により規定されたソイルモルタルの全水分量からセメントスラリーの水分量および現地発生土３０の含水量を差し引くことで算出する。
なお、ソイルモルタルの配合を設計する際（セメントスラリーの配合を設計する際）には、現地発生土３０の含水量と調整水の水量とを加えた水量が、現地発生土３０に対して見込まれる最大の含水量よりも大きくなるようにする。
セメントスラリー生成工程Ｓ４は、セメント、フライアッシュ、水および混和剤を、予め規定された配合により混合してセメントスラリーを生成する工程である。

スラリーモルタル製造工程Ｓ５は、現地発生土３０、調整水およびセメントスラリーを連続ミキサー５により混合してソイルモルタルを製造する工程である。
現地発生土３０は、ベルトコンベヤ３を介して連続的に連続ミキサー５に供給される。調整水は、算出工程Ｓ３において算出された水量となるように、ポンプ４２を制御しつつ供給する。さらに、所定量のセメントスラリーがスラリーミキサー２から連続的あるいは間欠的に供給される。すなわち、ポンプやベルトコンベヤ３をキャリブレーションの上、各材料が所定の割合になるように連続ミキサー５に供給することで、計量、混合、排出のサイクルを繰り返すことなく効率的にスラリーモルタルを製造する。
連続ミキサー５に供給された現地発生土３０、調整水およびセメントスラリーは、連続ミキサー５内においてスクリューオーガーにより投入口側（圧送ポンプ車６の反対側）から排出口側（圧送ポンプ車６側）向けて攪拌されつつ移送されるとともに、混合パドルにより攪拌混合される。連続ミキサー５により製造されたソイルモルタルは、圧送ポンプ車６を介してミキサー車６１に供給され、打設場所へ搬出する。

本実施形態のソイルモルタルの製造方法およびソイルモルタル製造システム１によれば、規定の配合により生成されたセメントスラリーを現地発生土３０と混合するため、セメントを粉末で混合するよりもムラが生じ難く、均一に混合できる。そのため、連続ミキサー５を利用して連続的にソイルモルタルを製造できる。ソイルモルタルを連続的に製造できれば、ソイルモルタルの供給が滞ることがなく、効率的な施工が可能となる。
また、現地発生土３０の水分状態（含水量）に応じて、調整水の水量を決定するため、所望の配合のソイルモルタルを簡易に製造できる。すなわち、現地発生土３０の水分状態に応じてセメントスラリーの配合を変化させる必要がないため、現地発生土３０の性状の変化に対応しやすい。現地発生土３０の含水量に応じてセメントスラリーの配合を変化させると、セメントスラリーの粘性や流動性が変化し、その結果、現地発生土３０との混合性にも影響する。一方、本実施形態では、セメントスラリーの配合を変化させずに、調整水の水量により現地発生土３０の含水量の変化に対応するため、現地発生土３０とセメントスラリーとの混合性に影響し難い。

以下、本実施形態のソイルモルタルの製造方法について実施した試験結果を示す。本実施例では、ソイルモルタルの圧縮強度が１０Ｎ／ｍｍ^２以上となるように設定した。
まず、室内配合試験による配合検討に基づいてソイルモルタルの基本配合を設定する。表１に基本配合を示す。

続いて、表１の基本配合に基づいて、調整水量を設定し、実施例の配合を設定する。表２に実施例の配合を示す。

表２の配合に基づいて現場配合を設定する。このとき、ソイルモルタルの配合を一定として、１ｍ^３当たりの配合（１ｍ^３当たりの質量、１ｍ^３当たりの体積）を設定する。表３の現場配合を示す。表３の発生土は、１ｍ^３当たり１１９ｋｇの水分を含んでいる。

表３の配合により現場配合のソイルモルタルを製造する。ソイルモルタルの製造に際して、打設スピードや連続ミキサー５などの機械の能力を加味して、製造スピードを４０ｍ^３／ｈに設定した。製造スピードに応じて、発生土はベルトコンベヤ３により９６５ｋｇ／ｍｉｎ、セメントスラリーはポンプにより２４６Ｌ／ｍｉｎ、調整水はポンプ４２により２３Ｌ／ｍｉｎで供給するものとした。
製造したソイルモルタルの７日材料時点での強度を確認した。プラントにおいて製造直後に採取した供試体Ａと、所定の位置に搬送後に採取した供試体Ｂについてそれぞれ強度を確認した。図３にソイルモルタルの強度と、室内配合試験の強度を示す。
図３に示すように、供試体Ａ、Ｂ共に要求強度１０Ｎ／ｍｍ^２を確保できた。また、室内配合試験結果（実線Ｃ）と同等の強度を発現することが確認できた。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
例えば、セメントスラリーを構成する材料および配合は限定されるものではなく、適宜決定すればよい。例えば、前記実施形態では、セメントスラリーを生成する際にフライアッシュを混合するものとしたが、フライアッシュは必要に応じて混入すればよい。
また、セメントスラリーを生成する際に混入する混和剤は限定されるものではなく、例えば、減水剤，高性能減水剤，流動化剤，気泡剤等を使用すればよい。
連続ミキサー５の構成は、前記実施形態に示したものに限定されるものではなく、例えば、スクリューオーガーのみが内蔵されたものであってもよい。

１ ソイルモルタル製造システム
２ スラリーミキサー
３ ベルトコンベヤ
４ 第一貯水槽（貯水槽）
５ 連続ミキサー
Ｓ２ 測定工程
Ｓ３ 算出工程
Ｓ４ セメントスラリー生成工程
Ｓ５ ソイルモルタル製造工程

Claims (3)

1. 現地発生土の含水量を測定する工程と、
   調整水の水量を算出する工程と、
   セメント、水および混和剤を予め規定された配合により混合してセメントスラリーを生成する工程と、
   前記現地発生土、前記調整水および前記セメントスラリーを連続ミキサーにより混合してソイルモルタルを製造する工程と、を備えるソイルモルタルの製造方法であって、
   前記調整水の水量は、配合設計により規定された前記ソイルモルタルの全水分量から前記セメントスラリーの水分量および前記現地発生土の含水量を差し引くことで算出し、
   前記現地発生土を輸送する輸送手段、前記調整水を圧送するポンプおよび前記セメントスラリーを圧送するポンプを、キャリブレーションの上、前記現地発生土、前記調整水および前記セメントスラリーが所定の割合になるように前記連続ミキサーに供給することを特徴とする、ソイルモルタルの製造方法。
2. セメントスラリーを生成するスラリーミキサーと、
   現地発生土を輸送するベルトコンベヤと、
   調整水を貯留する貯水槽と、
   前記スラリーミキサーから供給されたセメントスラリー、前記ベルトコンベヤを介して供給された前記現地発生土、および前記調整水を混合してソイルモルタルを製造する連続ミキサーと、
   前記スラリーミキサーから前記連続ミキサーに至り、前記セメントスラリーをポンプ圧送する輸送管と、
   前記貯水槽から前記連続ミキサーに至り、前記調整水をポンプ圧送する給水管と、を備えるソイルモルタル製造システムであって、
   前記ベルトコンベヤ、前記セメントスラリーを圧送するポンプおよび前記調整水を圧送するポンプは、前記現地発生土、前記セメントスラリーおよび前記調整水が所定の割合で前記連続ミキサーに供給されるようにキャリブレーションされていることを特徴とする、ソイルモルタル製造システム。
3. 前記連続ミキサーには、スクリューオーガーおよび混合パドルが内蔵されていることを特徴とする、請求項２に記載のソイルモルタル製造システム。

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