土木工事材料の土質試験方法
【課題】 盛土などに用いられる土木工事材料の雨天時でのトラフィカビリティを正確に予測することのできる土質試験方法を提供する。
【解決手段】 自然含水比の土木工事材料をモールド２内で突き固めて土木工事材料の供試体１を作製し、該供試体を浸水して吸水させ、次いで、該供試体に建設機械の走行による応力と同等或いはそれ以上の応力を繰り返し付与し、応力を繰り返し付与した後の前記供試体の変形量または変形抵抗を測定し、この測定結果に基づいて前記土木工事材料のトラフィカビリティを判定する。
【解決手段】 自然含水比の土木工事材料をモールド２内で突き固めて土木工事材料の供試体１を作製し、該供試体を浸水して吸水させ、次いで、該供試体に建設機械の走行による応力と同等或いはそれ以上の応力を繰り返し付与し、応力を繰り返し付与した後の前記供試体の変形量または変形抵抗を測定し、この測定結果に基づいて前記土木工事材料のトラフィカビリティを判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、路盤や路床などの盛土に用いられる土木工事材料のトラフィカビリティを評価するための土質試験方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
盛土を構成する、締固められた土は、構造物としての安定性を有するとともに、重機やダンプトラックなどの走行負荷を受けることから、高いトラフィカビリティ（trafficability）が要求される。ここで、トラフィカビリティとは、重機やダンプトラックなどの建設機械が土の運搬作業をはじめとして現場を走行するときに、その走行する地面の状態によって走り易さが異なり、作業能率に大きく影響することから、建設機械の走行に耐える地面の能力（走行可能な度合）をトラフィカビリティと呼んでいる。
【０００３】
路盤や路床のトラフィカビリティを評価するための土質試験方法として、非特許文献１に規定されるＣＢＲ試験方法が広く用いられている。この試験方法は、自然含水比または最適含水比の土木工事材料をモールド内で締固めて試料（「供試体」という）を作製し、次いで浸水して吸水させた後、貫入ピストンを一定速度で締固めた供試体中に貫入させ、そのときの貫入量と載荷荷重との関係から支持力を指標化する方法である。尚、ＣＢＲとは、‘California Bearing Ratio’の略であり、「炉床土支持力比」と訳されている。
【０００４】
また、非特許文献２に規定されるコーン指数試験方法も、路盤や路床のトラフィカビリティを評価するための試験方法として広く用いられている。この試験方法は、４．７５ｍｍ篩を通過した自然含水比の土木工事材料をモールド内で締固め、コーン状の器具（「コーンペネトロメータ」と称す）を締固めた供試体中に一定速度で貫入させ、そのときの所定貫入量時での貫入抵抗力を指数として評価する方法である。
【０００５】
尚、前記ＣＢＲ試験方法及びコーン指数試験方法で用いる供試体は、モールド内で土木工事材料を締固めて作製されるが、このモールド内での土木工事材料の締固め方法は、非特許文献３によって規定されている。
【非特許文献１】日本工業規格「ＣＢＲ試験方法」（JIS A 1211:1998）
【非特許文献２】日本工業規格「締固めた土のコーン指数試験方法」（JIS A 1228:2000）
【非特許文献３】日本工業規格「突固めによる土の締固め試験方法」（JIS A 1210:1999）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のＣＢＲ試験方法或いはコーン指数試験方法によってトラフィカビリティが適正と評価された土木工事材料を用いて適正に施工された盛土は、一般的には、十分なトラフィカビリティを有する。
【０００７】
しかしながら、本発明者らの経験によれば、上記のＣＢＲ試験方法或いはコーン指数試験方法によって、トラフィカビリティが適正と評価された土木工事材料であっても、土木工事材料によっては、雨天時のトラフィカビリティが極端に悪化する場合が発生し、上記ＣＢＲ試験方法及びコーン指数試験方法では、雨天時のトラフィカビリティを正確に評価できないことを確認している。つまり、雨天時のトラフィカビリティを予測可能な試験方法の開発が必要であることを確認している。尚、雨天時の材料特性の劣化は、一般的には、路盤や路床の含水比の増加に起因するものと考えられるが、供試体（試料）を浸水させた後に試験する上記ＣＢＲ試験方法は雨天時と同等の含水条件であり、それにも拘わらず雨天時のトラフィカビリティを評価できない場合があった。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、路盤や路床などの盛土に用いられる土木工事材料の雨天時でのトラフィカビリティを正確に予測することのできる、土木工事材料の土質試験方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記課題を解決するべく、浸水させた後の供試体を試験するＣＢＲ試験方法では雨天時のトラフィカビリティを予測できなかった供試体について、つまり、ＣＢＲ試験方法ではトラフィカビリティを有すると評価されたものの、雨天時のトラフィカビリティが悪化した土木工事材料について、その原因を詳細に調査した。
【００１０】
その結果、供試体中の細粒分が緩やかに固結して擬似粒子化している場合に、浸水した状態で強い応力を受けると、擬似粒子から細粒分が次第に分離して供試体中の細粒分の比率が増大し、土質特性が著しく変化する場合があることを確認した。つまり、細粒分が擬似粒子化している場合には、それなりの強度（＝トラフィカビリティ）が得られるが、応力を受けて細粒分の比率が増加するに伴って強度が低下することが分かった。
【００１１】
従って、このような土木工事材料の場合には、浸水後或いはそれに相当する含水比の供試体に、建設機械の走行による応力と同等或いはそれ以上の応力を繰り返し付与することによって土質特性を強制的に変化させ、土質特性を変化させた後に土質を調査すれば、雨天時のトラフィカビリティを正確に予測することができるとの知見を得た。また、雨天時のトラフィカビリティが既知の土木工事材料についても同様の方法で土質を調査し、両者の調査結果を相対比較すれば、雨天時のトラフィカビリティを定量的に予測することもできるとの知見を得た。
【００１２】
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、第１の発明に係る土木工事材料の土質試験方法は、自然含水比の土木工事材料をモールド内で突き固めて土木工事材料の供試体を作製し、該供試体を浸水して吸水させ、次いで、該供試体に建設機械の走行による応力と同等或いはそれ以上の応力を繰り返し付与し、応力を繰り返し付与した後の前記供試体の変形量または変形抵抗を測定し、この測定結果に基づいて前記土木工事材料のトラフィカビリティを判定することを特徴とするものである。
【００１３】
第２の発明に係る土木工事材料の土質試験方法は、最適含水比よりも１〜３質量％高い含水比の土木工事材料をモールド内で突き固めて土木工事材料の供試体を作製し、次いで、該供試体に建設機械の走行による応力と同等或いはそれ以上の応力を繰り返し付与し、応力を繰り返し付与した後の前記供試体の変形量または変形抵抗を測定し、この測定結果に基づいて前記土木工事材料のトラフィカビリティを判定することを特徴とするものである。
【００１４】
第３の発明に係る土木工事材料の土質試験方法は、第１または第２の発明において、前記測定結果を、トラフィカビリティが既知の土木工事材料での測定結果と相対比較することにより、前記土木工事材料のトラフィカビリティを判定することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、締固めた土木工事材料からなる供試体に、建設機械の走行による応力と同等或いはそれ以上の応力を繰り返し付与するので、仮に供試体中に擬似粒子化した細粒分が存在したとしても、繰り返し受ける応力によって擬似粒子から細粒分が分離し、供試体中の細粒分の比率が、この土木工事材料を現地で使用した場合の細粒分と同等の比率となって、当該土木工事材料の雨天時のトラフィカビリティを正確に判定することが可能となり、その結果、盛土及び仮設道路用の材料評価を確実に実施できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を具体的に説明する。
【００１７】
本発明は、路床や路盤などとして盛土して用いられる土木工事材料の雨天時のトラフィカビリティを評価するための土質試験方法であり、土木工事材料をモールド内で突き固めて土木工事材料の供試体を作製し、該供試体を浸水して吸水させ、次いで、該供試体に建設機械の走行による応力と同等或いはそれ以上の応力を繰り返し付与し、その後、応力を繰り返し付与した後の前記供試体の変形量または変形抵抗を測定し、この測定結果に基づいて前記土木工事材料のトラフィカビリティを判定することを特徴とする。
【００１８】
以下、工程毎に順に追って説明する。
【００１９】
モールド内で土木工事材料を突き固めて土木工事材料の供試体を作製するにあたり、締固め後の供試体の強度は、含水比や締固め方法に応じて密度変化とともに変化することが知られており、本発明においては、実施施工に相当する程度の締固めを施すこととする。
【００２０】
つまり、本発明では、締固めの際の土木工事材料の含水比を、自然含水比か、或いは、最適含水比よりも１〜３質量％高い含水比の何れかに限定する。ここで、自然含水比とは、湿潤状態である土木工事材料が得られたままの状態のときの含水比であり、最適含水比とは、土木工事材料を最も安定な状態に締固めることができる含水比である。締固め時の土木工事材料の含水比を、自然含水比とすることで、湿潤状態の土木工事材料をそのまま試験することができる。また、最適含水比は最も締固めた状態にできる含水比のことであるが、最適含水比よりも１〜３質量％高い含水比とする場合には、自然含水比としたときに行う次工程の吸水処理を省略することができる。その理由は後述する。
【００２１】
締固めによってモールド内で供試体を作製する方法は、前述した非特許文献３（JIS A 1210:1999）に詳しく記載されており、本発明においても、非特許文献３に準じて供試体を作製するものとする。例えば、一般的に施工される盛土では、非特許文献３におけるＢ−ｃ法による締固め方法が相当である。尚、Ｂ−ｃ法とは、「ランマー質量：２．５ｋｇ、モールド内径：１５ｃｍ、突固め層数：３層、１層あたりの突固め回数：５５回、許容量大粒径：３７．５ｍｍで、且つ、湿潤法で非繰返し法」を意味する。但し、同程度の乾燥密度が得られるならば、必ずしも非特許文献３に準ずる必要はない。
【００２２】
次いで、本発明では、締固めにより作製した供試体に雨天時に相当する水分を吸水させる。供試体に雨天時に相当する水分を吸水させるには、供試体を浸水する、つまり、水中に浸漬させる方法が最も簡便であり、且つ均一に吸水させることができる。
【００２３】
浸水時間は、供試体の吸水量が安定するまで浸水させることが必要であり、供試体の透水性にも依存するが、一般的な降雨時間を想定する限り、１日間の浸水時間で再現性のある評価が可能である。また、改良土からなる供試体であり、浸水中の水和反応によって材料特性が変化する場合には、吸水量の差が小さいという条件下のもとで、数時間程度の短い浸水時間としても構わない。
【００２４】
更に、浸水後の含水比は、土木工事材料の粒度構成、比重、空隙率、保水性などに応じて異なると考えられるが、概ね、最適含水比よりも１〜２質量％高い場合が多いので、最適含水比を実測して把握した上で、予め含水比を調整した土木工事材料を、実施施工相当程度に締固め、それを供試体とすることも可能である。締固めの際に、最適含水比よりも１質量％未満高いだけの土木材料をモールド内で突き固めて吸水処理をせずに供試体とした場合は、雨天時の実環境を再現できない場合が発生するため、突き固めた後の吸水処理を省略することができない。また、最適含水比よりも３質量％を超えての含水比とした場合は、供試体の強度不足となり、トラフィカビリティを正確に評価できなくなるので好ましくない。最適含水比よりも１〜２％質量％高い含水比の土木工事材料をモールド内で突き固めて土木工事材料の供試体を作成することが更に好ましい。
【００２５】
本発明においては、このようにして調製した供試体に対して、建設機械の走行による応力と同等或いはそれ以上の応力を繰り返し付与し、現地施工の場合の細粒分が、建設機械の走行による応力によって模擬粒子から分離する状態を模擬する。供試体中の細粒分の分離を正確に模擬するためには、実際の輪荷重による面圧と同程度の応力を、実際の建設機械の走行回数と同程度の回数だけ繰り返し付与することが望ましいが、トラフィカビリティが既知の土木工事材料と相対比較することによってトラフィカビリティを判定する場合には、より大きい応力により少ない繰り返し回数でも、正確にトラフィカビリティを判定することができる。この場合、当然ではあるが、トラフィカビリティが既知の土木工事材料に対しても同一の試験を実施し、比較対照となるデータを把握する必要がある。
【００２６】
具体的には、供試体を締固める際に使用するランマーを繰り返しモールド内の供試体に落下させることで、応力を繰り返し付与することができる。この場合、ランマーの断面積あたりに付与される応力は、建設機械の走行による応力と比較してかなり大きな値になるが、トラフィカビリティが既知の土木工事材料に対しても同一の応力を付与することで、トラフィカビリティの相対評価が可能となる。
【００２７】
そして最後に、応力を繰り返し付与した供試体の変形量または変形抵抗を測定する。これはモールド内の供試体に、前記ランマー、非特許文献１のＣＢＲ試験方法で使用する貫入ピストン、または、非特許文献２のコーン指数試験方法で使用するコーンペネトロメータなどを一定位置から落下させる、或いは、一定速度で貫入させるなどして、落下の際の貫入量から供試体の変形量を測定する、または、一定速度で貫入させる際に供試体から受ける抵抗力を求めることにより、測定することができる。変形量が多いまたは変形抵抗が小さい供試体ほど、雨天時のトラフィカビリティが小さいことを示す。
【００２８】
また、トラフィカビリティが既知の土木工事材料での変形量または変形抵抗を同時に測定し、トラフィカビリティが既知の土木工事材料での変形量または変形抵抗に照らし合わせることで、試験材料の雨天時におけるトラフィカビリティを定量的に評価することができる。この場合、当然ながら、トラフィカビリティが既知の土木工事材料での変形量または変形抵抗は予め測定しておき、試験材料の測定値を比較対比してもよい。
【００２９】
以上説明したように、本発明によれば、締固めた土木工事材料からなる供試体に、建設機械の走行による応力と同等或いはそれ以上の応力を繰り返し付与するので、仮に供試体中に擬似粒子化した細粒分が存在したとしても、繰り返し受ける応力によって擬似粒子から細粒分が分離し、供試体中の細粒分の比率が、この土木工事材料を現地で使用した場合の細粒分と同等の比率となり、当該土木工事材料の雨天時のトラフィカビリティを正確に判定することが可能となる。
【実施例１】
【００３０】
以下、本発明を実施例に基づき更に詳細に説明する。
【００３１】
土木工事材料として４種類の材料を準備し、本発明に係る土質試験方法により、雨天時におけるトラフィカビリティを評価した。また、比較のために、非特許文献１に規定される修正ＣＢＲ試験（路盤材料のＣＢＲを求める試験を「修正ＣＢＲ試験」と呼んでいる）によってトラフィカビリティを評価した。また更に、これらの試験結果をふまえ、前記４種類の土木工事材料からなる約２００ｍ3の試験盛土をそれぞれ作製し、この盛土に１０ｍｍ／ｈｒ降水相当の散水を施しながら、質量３０トンのダンプトラックを繰り返し走行させ、ダンプトラックの走行可能回数を調査した。
【００３２】
試験した４種類の土木工事材料は次のとおりである。
［材料Ａ］：廃コンクリート粉砕品と高炉徐冷スラグとの混合物（廃コンクリート粉砕品の配合比＝８０質量％、高炉徐冷スラグの配合比＝２０質量％）を蒸気エージングした、ＭＳ２５相当の粒度分布の土木工事材料、
［材料Ｂ］：材料Ａにポルトランドセメントを２質量％添加し、添加後、３日間養生した改良材、
［材料Ｃ］：港湾工事用製鋼スラグ（トラフィカビリティ既知の材料）、
［材料Ｄ］：材料Ａの配合比を３５質量％、材料Ｃの配合比を６５質量％とする、材料Ａと材料Ｃとの混合材料。
【００３３】
これらの４種類の土木工事材料に対して、本発明に係る土質試験方法を適用した。図１に、これらの土木工事材料に対して実施した本発明に係る土質試験方法を工程順に示す。
【００３４】
先ず、図１（Ａ）に示すように、自然含水比の各土木工事材料を内径１５ｃｍのモールド２に装入し、ランマー５によって締固め、供試体１をそれぞれ３個作製した。供試体１の作製方法は、前述した非特許文献３のＢ−ｃ法に基づいて実施した。尚、図１において、符号３は有孔底板、４はスペーサーディスク、６は水槽、７は水である。
【００３５】
次いで、作製した供試体１をモールド２とともに水槽６に収容された水７に浸漬させ（図１（Ｂ））、供試体１を１日間浸水させた。
【００３６】
その後、供試体１をモールド２とともに水槽６から引き上げ、１５分間放置して水切りを実施し、水切り後、直ちに図１（Ｃ）に示すように、ランマー５を用いて供試体１の全面を突き絡めた。具体的には、２．５ｋｇのランマー５を合計５５回供試体１に落下させた。この操作は、建設機械の走行による応力と同等或いはそれ以上の応力を繰り返し付与し、供試体中の細粒分が、建設機械の走行による応力によって模擬粒子から分離する状態を模擬するものである。
【００３７】
合計５５回のランマー５による応力付与の後、直ちに、供試体１の表面を平坦にならし、図１（Ｄ）に示すように１つのランマー５を供試体１の中心部に連続して落下させ、５回の落下時点でのランマー５の貫入量を測定した。このランマー５の貫入量を供試体１の変形量として、各土木工事材料で比較した。
【００３８】
表１に、ランマー貫入量の測定結果を示す。表１は３個の供試体での貫入量の平均値を示している。また、表１には、比較のために行った修正ＣＢＲ試験の結果、及び、ダンプトラックの走行可能回数を併せて示す。
【００３９】
【表１】
【００４０】
表１に示すように、材料Ａは、修正ＣＢＲ試験の結果では上層路盤材として使用可能な成績であったが、本発明に係る土質試験結果では、材料Ｃに比較して３倍以上の貫入量であり、雨天時のトラフィカビリティが良くないことが分かった。また、修正ＣＢＲ試験の結果では、材料Ｄは材料Ｂよりもトラフィカビリティに優れる結果であったが、本発明に係る土質試験結果では、材料Ｄは材料Ｂに比較して雨天時のトラフィカビリティが劣る結果であった。
【００４１】
ダンプトラックの走行試験は、実際に現地に各土木工事材料を施工したときの状態を最も的確に表しているものであり、本発明に係る土質試験結果は、ダンプトラックの走行試験結果と極めて良く一致することが分かった。即ち、本発明によって土木工事材料の雨天時のトラフィカビリティを正確に判定できることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る土質試験方法の一例を工程順に示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１ 供試体
２ モールド
３ 有孔底板
４ スペーサーディスク
５ ランマー
６ 水槽
７ 水
【技術分野】
【０００１】
本発明は、路盤や路床などの盛土に用いられる土木工事材料のトラフィカビリティを評価するための土質試験方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
盛土を構成する、締固められた土は、構造物としての安定性を有するとともに、重機やダンプトラックなどの走行負荷を受けることから、高いトラフィカビリティ（trafficability）が要求される。ここで、トラフィカビリティとは、重機やダンプトラックなどの建設機械が土の運搬作業をはじめとして現場を走行するときに、その走行する地面の状態によって走り易さが異なり、作業能率に大きく影響することから、建設機械の走行に耐える地面の能力（走行可能な度合）をトラフィカビリティと呼んでいる。
【０００３】
路盤や路床のトラフィカビリティを評価するための土質試験方法として、非特許文献１に規定されるＣＢＲ試験方法が広く用いられている。この試験方法は、自然含水比または最適含水比の土木工事材料をモールド内で締固めて試料（「供試体」という）を作製し、次いで浸水して吸水させた後、貫入ピストンを一定速度で締固めた供試体中に貫入させ、そのときの貫入量と載荷荷重との関係から支持力を指標化する方法である。尚、ＣＢＲとは、‘California Bearing Ratio’の略であり、「炉床土支持力比」と訳されている。
【０００４】
また、非特許文献２に規定されるコーン指数試験方法も、路盤や路床のトラフィカビリティを評価するための試験方法として広く用いられている。この試験方法は、４．７５ｍｍ篩を通過した自然含水比の土木工事材料をモールド内で締固め、コーン状の器具（「コーンペネトロメータ」と称す）を締固めた供試体中に一定速度で貫入させ、そのときの所定貫入量時での貫入抵抗力を指数として評価する方法である。
【０００５】
尚、前記ＣＢＲ試験方法及びコーン指数試験方法で用いる供試体は、モールド内で土木工事材料を締固めて作製されるが、このモールド内での土木工事材料の締固め方法は、非特許文献３によって規定されている。
【非特許文献１】日本工業規格「ＣＢＲ試験方法」（JIS A 1211:1998）
【非特許文献２】日本工業規格「締固めた土のコーン指数試験方法」（JIS A 1228:2000）
【非特許文献３】日本工業規格「突固めによる土の締固め試験方法」（JIS A 1210:1999）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のＣＢＲ試験方法或いはコーン指数試験方法によってトラフィカビリティが適正と評価された土木工事材料を用いて適正に施工された盛土は、一般的には、十分なトラフィカビリティを有する。
【０００７】
しかしながら、本発明者らの経験によれば、上記のＣＢＲ試験方法或いはコーン指数試験方法によって、トラフィカビリティが適正と評価された土木工事材料であっても、土木工事材料によっては、雨天時のトラフィカビリティが極端に悪化する場合が発生し、上記ＣＢＲ試験方法及びコーン指数試験方法では、雨天時のトラフィカビリティを正確に評価できないことを確認している。つまり、雨天時のトラフィカビリティを予測可能な試験方法の開発が必要であることを確認している。尚、雨天時の材料特性の劣化は、一般的には、路盤や路床の含水比の増加に起因するものと考えられるが、供試体（試料）を浸水させた後に試験する上記ＣＢＲ試験方法は雨天時と同等の含水条件であり、それにも拘わらず雨天時のトラフィカビリティを評価できない場合があった。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、路盤や路床などの盛土に用いられる土木工事材料の雨天時でのトラフィカビリティを正確に予測することのできる、土木工事材料の土質試験方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記課題を解決するべく、浸水させた後の供試体を試験するＣＢＲ試験方法では雨天時のトラフィカビリティを予測できなかった供試体について、つまり、ＣＢＲ試験方法ではトラフィカビリティを有すると評価されたものの、雨天時のトラフィカビリティが悪化した土木工事材料について、その原因を詳細に調査した。
【００１０】
その結果、供試体中の細粒分が緩やかに固結して擬似粒子化している場合に、浸水した状態で強い応力を受けると、擬似粒子から細粒分が次第に分離して供試体中の細粒分の比率が増大し、土質特性が著しく変化する場合があることを確認した。つまり、細粒分が擬似粒子化している場合には、それなりの強度（＝トラフィカビリティ）が得られるが、応力を受けて細粒分の比率が増加するに伴って強度が低下することが分かった。
【００１１】
従って、このような土木工事材料の場合には、浸水後或いはそれに相当する含水比の供試体に、建設機械の走行による応力と同等或いはそれ以上の応力を繰り返し付与することによって土質特性を強制的に変化させ、土質特性を変化させた後に土質を調査すれば、雨天時のトラフィカビリティを正確に予測することができるとの知見を得た。また、雨天時のトラフィカビリティが既知の土木工事材料についても同様の方法で土質を調査し、両者の調査結果を相対比較すれば、雨天時のトラフィカビリティを定量的に予測することもできるとの知見を得た。
【００１２】
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、第１の発明に係る土木工事材料の土質試験方法は、自然含水比の土木工事材料をモールド内で突き固めて土木工事材料の供試体を作製し、該供試体を浸水して吸水させ、次いで、該供試体に建設機械の走行による応力と同等或いはそれ以上の応力を繰り返し付与し、応力を繰り返し付与した後の前記供試体の変形量または変形抵抗を測定し、この測定結果に基づいて前記土木工事材料のトラフィカビリティを判定することを特徴とするものである。
【００１３】
第２の発明に係る土木工事材料の土質試験方法は、最適含水比よりも１〜３質量％高い含水比の土木工事材料をモールド内で突き固めて土木工事材料の供試体を作製し、次いで、該供試体に建設機械の走行による応力と同等或いはそれ以上の応力を繰り返し付与し、応力を繰り返し付与した後の前記供試体の変形量または変形抵抗を測定し、この測定結果に基づいて前記土木工事材料のトラフィカビリティを判定することを特徴とするものである。
【００１４】
第３の発明に係る土木工事材料の土質試験方法は、第１または第２の発明において、前記測定結果を、トラフィカビリティが既知の土木工事材料での測定結果と相対比較することにより、前記土木工事材料のトラフィカビリティを判定することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、締固めた土木工事材料からなる供試体に、建設機械の走行による応力と同等或いはそれ以上の応力を繰り返し付与するので、仮に供試体中に擬似粒子化した細粒分が存在したとしても、繰り返し受ける応力によって擬似粒子から細粒分が分離し、供試体中の細粒分の比率が、この土木工事材料を現地で使用した場合の細粒分と同等の比率となって、当該土木工事材料の雨天時のトラフィカビリティを正確に判定することが可能となり、その結果、盛土及び仮設道路用の材料評価を確実に実施できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を具体的に説明する。
【００１７】
本発明は、路床や路盤などとして盛土して用いられる土木工事材料の雨天時のトラフィカビリティを評価するための土質試験方法であり、土木工事材料をモールド内で突き固めて土木工事材料の供試体を作製し、該供試体を浸水して吸水させ、次いで、該供試体に建設機械の走行による応力と同等或いはそれ以上の応力を繰り返し付与し、その後、応力を繰り返し付与した後の前記供試体の変形量または変形抵抗を測定し、この測定結果に基づいて前記土木工事材料のトラフィカビリティを判定することを特徴とする。
【００１８】
以下、工程毎に順に追って説明する。
【００１９】
モールド内で土木工事材料を突き固めて土木工事材料の供試体を作製するにあたり、締固め後の供試体の強度は、含水比や締固め方法に応じて密度変化とともに変化することが知られており、本発明においては、実施施工に相当する程度の締固めを施すこととする。
【００２０】
つまり、本発明では、締固めの際の土木工事材料の含水比を、自然含水比か、或いは、最適含水比よりも１〜３質量％高い含水比の何れかに限定する。ここで、自然含水比とは、湿潤状態である土木工事材料が得られたままの状態のときの含水比であり、最適含水比とは、土木工事材料を最も安定な状態に締固めることができる含水比である。締固め時の土木工事材料の含水比を、自然含水比とすることで、湿潤状態の土木工事材料をそのまま試験することができる。また、最適含水比は最も締固めた状態にできる含水比のことであるが、最適含水比よりも１〜３質量％高い含水比とする場合には、自然含水比としたときに行う次工程の吸水処理を省略することができる。その理由は後述する。
【００２１】
締固めによってモールド内で供試体を作製する方法は、前述した非特許文献３（JIS A 1210:1999）に詳しく記載されており、本発明においても、非特許文献３に準じて供試体を作製するものとする。例えば、一般的に施工される盛土では、非特許文献３におけるＢ−ｃ法による締固め方法が相当である。尚、Ｂ−ｃ法とは、「ランマー質量：２．５ｋｇ、モールド内径：１５ｃｍ、突固め層数：３層、１層あたりの突固め回数：５５回、許容量大粒径：３７．５ｍｍで、且つ、湿潤法で非繰返し法」を意味する。但し、同程度の乾燥密度が得られるならば、必ずしも非特許文献３に準ずる必要はない。
【００２２】
次いで、本発明では、締固めにより作製した供試体に雨天時に相当する水分を吸水させる。供試体に雨天時に相当する水分を吸水させるには、供試体を浸水する、つまり、水中に浸漬させる方法が最も簡便であり、且つ均一に吸水させることができる。
【００２３】
浸水時間は、供試体の吸水量が安定するまで浸水させることが必要であり、供試体の透水性にも依存するが、一般的な降雨時間を想定する限り、１日間の浸水時間で再現性のある評価が可能である。また、改良土からなる供試体であり、浸水中の水和反応によって材料特性が変化する場合には、吸水量の差が小さいという条件下のもとで、数時間程度の短い浸水時間としても構わない。
【００２４】
更に、浸水後の含水比は、土木工事材料の粒度構成、比重、空隙率、保水性などに応じて異なると考えられるが、概ね、最適含水比よりも１〜２質量％高い場合が多いので、最適含水比を実測して把握した上で、予め含水比を調整した土木工事材料を、実施施工相当程度に締固め、それを供試体とすることも可能である。締固めの際に、最適含水比よりも１質量％未満高いだけの土木材料をモールド内で突き固めて吸水処理をせずに供試体とした場合は、雨天時の実環境を再現できない場合が発生するため、突き固めた後の吸水処理を省略することができない。また、最適含水比よりも３質量％を超えての含水比とした場合は、供試体の強度不足となり、トラフィカビリティを正確に評価できなくなるので好ましくない。最適含水比よりも１〜２％質量％高い含水比の土木工事材料をモールド内で突き固めて土木工事材料の供試体を作成することが更に好ましい。
【００２５】
本発明においては、このようにして調製した供試体に対して、建設機械の走行による応力と同等或いはそれ以上の応力を繰り返し付与し、現地施工の場合の細粒分が、建設機械の走行による応力によって模擬粒子から分離する状態を模擬する。供試体中の細粒分の分離を正確に模擬するためには、実際の輪荷重による面圧と同程度の応力を、実際の建設機械の走行回数と同程度の回数だけ繰り返し付与することが望ましいが、トラフィカビリティが既知の土木工事材料と相対比較することによってトラフィカビリティを判定する場合には、より大きい応力により少ない繰り返し回数でも、正確にトラフィカビリティを判定することができる。この場合、当然ではあるが、トラフィカビリティが既知の土木工事材料に対しても同一の試験を実施し、比較対照となるデータを把握する必要がある。
【００２６】
具体的には、供試体を締固める際に使用するランマーを繰り返しモールド内の供試体に落下させることで、応力を繰り返し付与することができる。この場合、ランマーの断面積あたりに付与される応力は、建設機械の走行による応力と比較してかなり大きな値になるが、トラフィカビリティが既知の土木工事材料に対しても同一の応力を付与することで、トラフィカビリティの相対評価が可能となる。
【００２７】
そして最後に、応力を繰り返し付与した供試体の変形量または変形抵抗を測定する。これはモールド内の供試体に、前記ランマー、非特許文献１のＣＢＲ試験方法で使用する貫入ピストン、または、非特許文献２のコーン指数試験方法で使用するコーンペネトロメータなどを一定位置から落下させる、或いは、一定速度で貫入させるなどして、落下の際の貫入量から供試体の変形量を測定する、または、一定速度で貫入させる際に供試体から受ける抵抗力を求めることにより、測定することができる。変形量が多いまたは変形抵抗が小さい供試体ほど、雨天時のトラフィカビリティが小さいことを示す。
【００２８】
また、トラフィカビリティが既知の土木工事材料での変形量または変形抵抗を同時に測定し、トラフィカビリティが既知の土木工事材料での変形量または変形抵抗に照らし合わせることで、試験材料の雨天時におけるトラフィカビリティを定量的に評価することができる。この場合、当然ながら、トラフィカビリティが既知の土木工事材料での変形量または変形抵抗は予め測定しておき、試験材料の測定値を比較対比してもよい。
【００２９】
以上説明したように、本発明によれば、締固めた土木工事材料からなる供試体に、建設機械の走行による応力と同等或いはそれ以上の応力を繰り返し付与するので、仮に供試体中に擬似粒子化した細粒分が存在したとしても、繰り返し受ける応力によって擬似粒子から細粒分が分離し、供試体中の細粒分の比率が、この土木工事材料を現地で使用した場合の細粒分と同等の比率となり、当該土木工事材料の雨天時のトラフィカビリティを正確に判定することが可能となる。
【実施例１】
【００３０】
以下、本発明を実施例に基づき更に詳細に説明する。
【００３１】
土木工事材料として４種類の材料を準備し、本発明に係る土質試験方法により、雨天時におけるトラフィカビリティを評価した。また、比較のために、非特許文献１に規定される修正ＣＢＲ試験（路盤材料のＣＢＲを求める試験を「修正ＣＢＲ試験」と呼んでいる）によってトラフィカビリティを評価した。また更に、これらの試験結果をふまえ、前記４種類の土木工事材料からなる約２００ｍ3の試験盛土をそれぞれ作製し、この盛土に１０ｍｍ／ｈｒ降水相当の散水を施しながら、質量３０トンのダンプトラックを繰り返し走行させ、ダンプトラックの走行可能回数を調査した。
【００３２】
試験した４種類の土木工事材料は次のとおりである。
［材料Ａ］：廃コンクリート粉砕品と高炉徐冷スラグとの混合物（廃コンクリート粉砕品の配合比＝８０質量％、高炉徐冷スラグの配合比＝２０質量％）を蒸気エージングした、ＭＳ２５相当の粒度分布の土木工事材料、
［材料Ｂ］：材料Ａにポルトランドセメントを２質量％添加し、添加後、３日間養生した改良材、
［材料Ｃ］：港湾工事用製鋼スラグ（トラフィカビリティ既知の材料）、
［材料Ｄ］：材料Ａの配合比を３５質量％、材料Ｃの配合比を６５質量％とする、材料Ａと材料Ｃとの混合材料。
【００３３】
これらの４種類の土木工事材料に対して、本発明に係る土質試験方法を適用した。図１に、これらの土木工事材料に対して実施した本発明に係る土質試験方法を工程順に示す。
【００３４】
先ず、図１（Ａ）に示すように、自然含水比の各土木工事材料を内径１５ｃｍのモールド２に装入し、ランマー５によって締固め、供試体１をそれぞれ３個作製した。供試体１の作製方法は、前述した非特許文献３のＢ−ｃ法に基づいて実施した。尚、図１において、符号３は有孔底板、４はスペーサーディスク、６は水槽、７は水である。
【００３５】
次いで、作製した供試体１をモールド２とともに水槽６に収容された水７に浸漬させ（図１（Ｂ））、供試体１を１日間浸水させた。
【００３６】
その後、供試体１をモールド２とともに水槽６から引き上げ、１５分間放置して水切りを実施し、水切り後、直ちに図１（Ｃ）に示すように、ランマー５を用いて供試体１の全面を突き絡めた。具体的には、２．５ｋｇのランマー５を合計５５回供試体１に落下させた。この操作は、建設機械の走行による応力と同等或いはそれ以上の応力を繰り返し付与し、供試体中の細粒分が、建設機械の走行による応力によって模擬粒子から分離する状態を模擬するものである。
【００３７】
合計５５回のランマー５による応力付与の後、直ちに、供試体１の表面を平坦にならし、図１（Ｄ）に示すように１つのランマー５を供試体１の中心部に連続して落下させ、５回の落下時点でのランマー５の貫入量を測定した。このランマー５の貫入量を供試体１の変形量として、各土木工事材料で比較した。
【００３８】
表１に、ランマー貫入量の測定結果を示す。表１は３個の供試体での貫入量の平均値を示している。また、表１には、比較のために行った修正ＣＢＲ試験の結果、及び、ダンプトラックの走行可能回数を併せて示す。
【００３９】
【表１】
【００４０】
表１に示すように、材料Ａは、修正ＣＢＲ試験の結果では上層路盤材として使用可能な成績であったが、本発明に係る土質試験結果では、材料Ｃに比較して３倍以上の貫入量であり、雨天時のトラフィカビリティが良くないことが分かった。また、修正ＣＢＲ試験の結果では、材料Ｄは材料Ｂよりもトラフィカビリティに優れる結果であったが、本発明に係る土質試験結果では、材料Ｄは材料Ｂに比較して雨天時のトラフィカビリティが劣る結果であった。
【００４１】
ダンプトラックの走行試験は、実際に現地に各土木工事材料を施工したときの状態を最も的確に表しているものであり、本発明に係る土質試験結果は、ダンプトラックの走行試験結果と極めて良く一致することが分かった。即ち、本発明によって土木工事材料の雨天時のトラフィカビリティを正確に判定できることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る土質試験方法の一例を工程順に示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１ 供試体
２ モールド
３ 有孔底板
４ スペーサーディスク
５ ランマー
６ 水槽
７ 水
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自然含水比の土木工事材料をモールド内で突き固めて土木工事材料の供試体を作製し、該供試体を浸水して吸水させ、次いで、該供試体に建設機械の走行による応力と同等或いはそれ以上の応力を繰り返し付与し、応力を繰り返し付与した後の前記供試体の変形量または変形抵抗を測定し、この測定結果に基づいて前記土木工事材料のトラフィカビリティを判定することを特徴とする、土木工事材料の土質試験方法。
【請求項２】
最適含水比よりも１〜３質量％高い含水比の土木工事材料をモールド内で突き固めて土木工事材料の供試体を作製し、次いで、該供試体に建設機械の走行による応力と同等或いはそれ以上の応力を繰り返し付与し、応力を繰り返し付与した後の前記供試体の変形量または変形抵抗を測定し、この測定結果に基づいて前記土木工事材料のトラフィカビリティを判定することを特徴とする、土木工事材料の土質試験方法。
【請求項３】
前記測定結果を、トラフィカビリティが既知の土木工事材料での測定結果と相対比較することにより、前記土木工事材料のトラフィカビリティを判定することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の土木工事材料の土質試験方法。
【請求項１】
自然含水比の土木工事材料をモールド内で突き固めて土木工事材料の供試体を作製し、該供試体を浸水して吸水させ、次いで、該供試体に建設機械の走行による応力と同等或いはそれ以上の応力を繰り返し付与し、応力を繰り返し付与した後の前記供試体の変形量または変形抵抗を測定し、この測定結果に基づいて前記土木工事材料のトラフィカビリティを判定することを特徴とする、土木工事材料の土質試験方法。
【請求項２】
最適含水比よりも１〜３質量％高い含水比の土木工事材料をモールド内で突き固めて土木工事材料の供試体を作製し、次いで、該供試体に建設機械の走行による応力と同等或いはそれ以上の応力を繰り返し付与し、応力を繰り返し付与した後の前記供試体の変形量または変形抵抗を測定し、この測定結果に基づいて前記土木工事材料のトラフィカビリティを判定することを特徴とする、土木工事材料の土質試験方法。
【請求項３】
前記測定結果を、トラフィカビリティが既知の土木工事材料での測定結果と相対比較することにより、前記土木工事材料のトラフィカビリティを判定することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の土木工事材料の土質試験方法。
【図１】
【公開番号】特開２０１０−５４４１８（Ｐ２０１０−５４４１８Ａ）
【公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２２１１６３（Ｐ２００８−２２１１６３）
【出願日】平成２０年８月２９日（２００８．８．２９）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【出願人】（０００２００３０１）ＪＦＥミネラル株式会社 (79)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２９日（２００８．８．２９）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【出願人】（０００２００３０１）ＪＦＥミネラル株式会社 (79)
【Ｆターム（参考）】
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