説明

基礎構造体及び基礎構造体の製造方法

【課題】基礎構造体の強度低下を抑えながら靱性を向上させた基礎構造体および基礎構造体の製造方法を提供する。
【解決手段】ソイルセメントコラム1は、ソイルセメントコラム法と呼ばれる施工方法によって、セメント3と、原地盤土9と、フレーク状タイヤチップ7と、を含む混合物を硬化させて地中に製造される。フレーク状タイヤチップ7とは、更生タイヤの製造工程において、中古タイヤの表面を削る過程で切りくずとして発生する粒状体であり、含まれる小片は、長細い形状のものが大部分である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、特に、構造物の基礎として利用される基礎構造体及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来から、地盤改良の方法として、ソイルセメントコラム工法と呼ばれる方法が知られている。このソイルセメントコラム工法は、ソイルセメント系固化材と原地盤土を撹拌して地中にソイルセメントコラムを形成し、地盤の基礎構造体とするものである。更に、この分野の技術としては、下記非特許文献1に記載の固化処理土が知られている。この非特許文献1では、ソイルセメントコラム(固化処理土)の靱性を向上させるべく、古タイヤを粉砕して作製したタイヤチップを、ソイルセメントコラムに混入させることが示されている。
【非特許文献1】御手洗義夫ら、「ゴムチップ混合固化処理土の力学的特徴」、第42回地盤工学研究発表会講演集、地盤工学会、2007年7月、p.487−488.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかしながら、タイヤチップの混入よってソイルセメントコラムの曲げ靱性を十分に向上しようとすれば、セメントミルクに対してタイヤチップを体積比で20〜30%程度混入させる必要がある。このように、高い混入比率でタイヤチップを混入させる場合、セメントにタイヤチップが混ざりにくく、均質なコラムの製造が困難であった。コラムの均質性が得られないと、コラム全体で一様な強度や靱性が得られず、却って性能が低下するおそれもある。また、タイヤチップの含有率が多くなるほど、相対的にセメント含有率が低くなることも相俟って、コラムの強度は低下する傾向にある。従って、タイヤチップの含有率が高すぎると、コラムの十分な強度、すなわち基礎構造体としてのソイルセメントコラムの十分な耐震性能が得難くなるといった問題もあった。
【0004】
そこで、本発明は、基礎構造体の強度低下を抑えながら靱性を向上させた基礎構造体および基礎構造体の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の基礎構造体は、水硬性材料と、土と、ゴムチップと、を含む混合物を硬化させてなる基礎構造体であって、前記ゴムチップは、フレーク状タイヤチップであることを特徴とする。
【0006】
この基礎構造体は、水硬性材料と、土と、ゴムチップとを混合させ硬化させることにより形成される。ここで混合されるゴムチップは、ポアソン比が0.5に近い等方性材料であり、基礎構造体に含有されることで当該基礎構造体の変形追従性能を向上させる。従って、ゴムチップが混合されない場合に比較して、完成した基礎構造体の靱性を向上させることができる。そして、この場合、ゴムチップとしてフレーク状タイヤチップが採用されているので、古タイヤを粉砕してなる通常のタイヤチップに比較して、基礎構造体の靱性を向上させる効果が高い。従って、この基礎構造体によれば、ゴムチップの含有率を過剰に高くすることなく、基礎構造体の靱性の向上を図ることができる。その結果、ゴムチップ含有による基礎構造体の強度低下を抑えながら靱性を向上させることができる。
【0007】
この場合、フレーク状タイヤチップは、小片に外接する直方体のうち最小の体積をもつ直方体における最も長い辺の長さが最も短い辺の長さの3倍以上である扁平形状の小片を、重量比で80%以上含む粒状体であることとしてもよい。
【0008】
また、本発明の基礎構造体の製造方法は、水硬性材料と、土と、ゴムチップと、を含む混合物を硬化させる混合物硬化工程を備える基礎構造体の製造方法であって、前記ゴムチップは、フレーク状タイヤチップであることを特徴とする。
【0009】
この基礎構造体の製造方法では、水硬性材料と、土と、ゴムチップとを混合させ硬化させることにより基礎構造体が形成される。ここで混合されるゴムチップは、ポアソン比が0.5に近い等方性材料であり、基礎構造体に含有されることで当該基礎構造体の変形追従性能を向上させる。従って、ゴムチップが混合されない場合に比較して、完成した基礎構造体の靱性を向上させることができる。そして、この場合、ゴムチップとしてフレーク状タイヤチップが採用されているので、古タイヤを粉砕してなる通常のタイヤチップに比較して、基礎構造体の靱性を向上させる効果が高い。従って、この基礎構造体によれば、ゴムチップの含有率を過剰に高くすることなく、基礎構造体の靱性の向上を図ることができる。その結果、ゴムチップ含有による基礎構造体の強度低下を抑えながら靱性を向上させることができる。
【0010】
また、本発明の基礎構造体の製造方法では、混合物硬化工程は、ソイルセメントコラム工法によって、原地盤を鉛直下方に掘削しながら、水硬性材料と水とゴムチップとの混合物を原地盤の掘削部分に注入するステップを有することとしてもよい。
【0011】
また、本発明の基礎構造体の製造方法では、フレーク状タイヤチップは、小片に外接する直方体のうち最小の体積をもつ直方体における最も長い辺の長さが最も短い辺の長さの3倍以上である扁平形状の小片を、重量比で80%以上含む粒状体であることとしてもよい。
【発明の効果】
【0012】
本発明の基礎構造体及び基礎構造体の製造方法によれば、基礎構造体の強度低下を抑えながら靱性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】
【0013】
(第1実施形態)
以下、本発明に係る基礎構造体及びその製造方法の第1実施形態として、ソイルセメントコラム及びその施工方法について詳細に説明する。
【0014】
このソイルセメントコラムの施工は、構造物が築造される地盤を改良する方法として、いわゆる「ソイルセメントコラム工法」等と呼ばれる方法で行われる。具体的には、まず、図1に示すように、改良すべき地盤上において、ソイルセメントコラムを形成しようとする位置に施工機本体を設置し、掘削攪拌機11をセットする(図1(a))。そして、掘削攪拌機11の先端の掘削攪拌翼13を回転させながら鉛直下方に向けて円柱形状に掘削する(図1(b))。コラム頭部深度まで掘削した後は、所定の注入速度で掘削攪拌機11にセメントミルクを注入し、掘削攪拌翼13からセメントミルクを吐出しながら掘進する(図1(c))。セメントミルクは、ミキサ15であらかじめ混合され、連続的に掘削攪拌機11に供給される。この吐出掘進では、セメントミルクと、掘削部分の原地盤土9とが混合される。そして、予定の深度に達したところで、吐出掘進を停止する。
【0015】
その後、セメントミルクの注入を停止し、掘削攪拌翼13を逆回転させて所定時間の攪拌混合を行う(図1(d))。その後、掘削攪拌翼13を逆回転させたまま、コラム先端位置の攪拌混合を行う(図2(a))。その後、掘削攪拌翼13を逆回転させたままで、コラム先端位置まで再度攪拌混合を行う(図2(b))。その後、掘削攪拌翼13を逆回転させたまま、所定の速度で引き上げながら攪拌を行う(図2(c))。掘削攪拌翼13が完全に引き上げられた後には、未硬化のスラリ2が円柱状に溜まった状態となる(図2(d))。このスラリ2を静置して硬化させ、所定の養生期間を経て、地面下に埋設された円柱形状のソイルセメントコラム(基礎構造体)1が完成する(図2(e))。このようなソイルセメントコラム1は、通常、複数が並列して築造され構造物の基礎構造体として機能する。
【0016】
ここで、図1(a)に示すように、掘削攪拌機11に注入するセメントミルクには、ソイルセメントコラム1の靱性を向上させるために、ゴムチップが、所定の混合比率(例えば、体積比で約10%)で混入されている。ここで混入するゴムチップとしては、中古タイヤが粉砕されてなる通常のタイヤチップ(以下、「通常タイヤチップ」という)ではなく、フレーク状タイヤチップ7を採用している。すなわち、ここで注入するセメントミルクは、セメント3及び水5に加えて、更にフレーク状タイヤチップ7が混合されてなる混合物であり、完成したソイルセメントコラム1には、セメント3、原地盤土9、及びフレーク状タイヤチップ7が含まれている。
【0017】
ここで、フレーク状タイヤチップ7とは、更生タイヤの製造工程において、中古タイヤの表面を削る過程で切りくずとして発生する薄板状体である。中古タイヤの粉砕により作製される通常タイヤチップは、比較的球形に近い粒子の形状をなすが、これに対し、フレーク状タイヤチップ7に含まれる小片は、扁平形状のものが大部分である。特に、フレーク状タイヤチップ7には、扁平で長細い形状の小片が多く含まれる。
【0018】
ここで、小片の形状の扁平さを定量的に表すための指標として、「長手短手寸法比」との量を定義する。すなわち、小片の「長手短手寸法比」とは、図3に例示するように、小片200に外接する直方体のうち最小の体積をもつ直方体201を考えたとき、
長手短手寸法比=上記直方体の最も長い辺の長さ(a)/上記直方体の最も短い辺の長さ(c)
と定義する。この長手短手寸法比は、上記直方体の最も長い辺の長さ(a):上記直方体の最も短い辺の長さ(c)の比の値、換言すれば小片の厚みに対して長手方向の長さが何倍に相当するかの値であって、小片の扁平さを示しており、小片の長手短手寸法比が大きいほど、小片がより扁平な形状をなすことを意味する。このような指標で表せば、通常タイヤチップには長手短手寸法比1〜2程度の粒子が多く含まれているのに対し、フレーク状タイヤチップ7には長手短手寸法比3〜5程度の小片が多く含まれている。
【0019】
このようなフレーク状タイヤチップ7の扁平な小片形状は、フレーク状タイヤチップ7が、ゴムの成形体である中古タイヤ表面を一方向に切削する加工を経て、この切削加工の切りくずとして発生することに起因するものである。例えば、この施工方法に好適なフレーク状タイヤチップ7は、3以上の長手短手寸法比をなす形状の小片が、重量比で80%以上100%未満含まれるものであり、更に好適には、5以上の長手短手寸法比をなす形状の小片が、重量比で90%以上100%未満含まれるものである。この施工方法に更に好適なフレーク状タイヤチップ7は、3以上の長手短手寸法比をなす形状の小片であって、アスペクト比が1.5以上の形状の小片が、重量比で80%以上100%未満含まれるものであり、更に好適には、アスペクト比が2.5以上の形状の小片が、重量比で90%以上100%未満含まれるものである。小片のアスペクト比とは、図3に例示すように、小片200に外接する直方体のうち最小の体積をもつ直方体201を考えたとき、
アスペクト比=上記直方体の最も長い辺の長さ(a)/上記直方体の2番目に長い辺の長さ(b)
と定義され、小片の長手方向の長さと幅の比の値である。なお、一般に入手可能なフレーク状タイヤチップでは、アスペクト比が15を超えるほど極端に長細い小片は、ほとんど混在していないものと考えられる。
【0020】
このフレーク状タイヤチップ7のようなゴムチップは、ポアソン比が0.5に近い等方性材料であり、ソイルセメントコラム1に含有されることにより、当該ソイルセメントコラム1の変形追従性能を向上させる。従って、このようなゴムチップを含有しない場合に比較して、ソイルセメントコラム1では高い靱性が得られる。
【0021】
続いて、このようなフレーク状タイヤチップ7を含有するソイルセメントコラム1の靱性の評価について説明する。本発明者らは、ソイルセメントコラム1を含めた各種のソイルセメントコラムの圧縮強度試験を、JIS A 1216に則って行った。この圧縮強度試験においては、4種類のソイルセメントコラムの供試体F10,T10,T20,T0を作製した。
【0022】
このうち、供試体F10は、上述の構成のソイルセメントコラム1と同じ組成を有するものである。この供試体F10の作製にあたって、セメントミルクには、体積比で10%のフレーク状タイヤチップ7を混入させた。
【0023】
ここで使用したフレーク状タイヤチップ7には、長手短手寸法比3以上であってアスペクト比2.5以上の小片が、重量比で94.6%含まれており、長手短手寸法比3以上であってアスペクト比1.5以上の小片が、重量比で97.9%含まれていた。また、長手短手寸法比5以上であってアスペクト比2.5以上の小片は重量比で93.9%含まれており、長手短手寸法比3以上であってアスペクト比1.5以上の小片が、重量比で97.1%含まれていた。このような重量比の計測にあっては、フレーク状タイヤチップ7をサンプルとして100gずつ3グループ抜き取り、各グループ毎に、目視により粉状のものを除去し、ノギスを使用して長手短手寸法比5以上、或いは長手短手寸法比3以上の、または、アスペクト比2.5以上、或いはアスペクト比1.5以上の小片を選別して重量を測定し、3グループの平均の重量比を求めた。また、フレーク状タイヤチップ7のうち長手短手寸法比5以上あってアスペクト比2.5以上のものは、長さが3mm以上15mm以下であり、幅が2mm以下であり、厚さが1mm以下のものがほとんどであり、長さが15mmを超えるものがわずかに含まれていた。
【0024】
このようなセメントミルクと土とを混合し、養生して、直径50mm、長さ100mmの円柱をなすソイルセメントコラムを作製した。そして、作製したこのソイルセメントコラムを、供試体F10とした。ここでは、セメント、水、土の配合比は、配合強度を600kN/mとして設定した。なお、この供試体F10の養生期間は74日である。
【0025】
次に、供試体T10の作製にあたっては、セメントミルクには、フレーク状タイヤチップに代えて、体積比で10%の通常タイヤチップを混入させた。そして、他の条件はすべて供試体F10と等しくし、供試体F10と同様の方法で、供試体T10を作製した。なお、この供試体T10の養生期間は90日である。
【0026】
また、供試体T20の作製にあたっては、セメントミルクには、フレーク状タイヤチップに代えて、体積比で20%の通常タイヤチップを混入させた。そして、他の条件はすべて供試体F10と等しくし、供試体F10と同様の方法で、供試体T20を作製した。なお、この供試体T20の養生期間は74日である。
【0027】
また、供試体T0の作製にあたっては、セメントミルクには、ゴムチップを混入していない。そして、他の条件はすべて供試体F10と等しくし、供試体F10と同様の方法で、供試体T10を作製した。なお、この供試体T0の養生期間は91日である。
【0028】
このような各供試体F10,T10,T20,T0について、それぞれ圧縮強度試験を行い、圧縮応力と鉛直ひずみとの関係を示す応力−ひずみ曲線を、それぞれ、図4、図5、図6、図7に示した。なお、図4〜図7における下段の曲線は、鉛直ひずみに対する側方のひずみを示す曲線である。また、図8には、供試体F10,T10,T20についての「靱性改善比」を示した。
【0029】
この「靱性改善比」とは、図9に示すように、応力−ひずみ曲線において、降伏点Aと、この降伏点Aから鉛直ひずみが2%増加した点Bとを取り、直線ABの傾きの値をβとした場合に、「供試体Xの靱性改善比=供試体T0におけるβ値/供試体Xにおけるβ値」と定義したものである(Xは、F10,T10,T20)。このような靱性改善比は、ソイルセメントコラムの靱性が、ゴムチップを含むことによって、どの程度改善するかを示す評価指標として用いることができる。すなわち、この靱性改善比が大きいほど、ソイルセメントコラムの靱性が高いと判定することができる。
【0030】
下表1は、以上の図4〜図8に示される試験結果をまとめたものである。
【表1】

【0031】
この結果によれば、供試体F10は、供試体T10よりも高い靱性改善比を示し、更には、供試体T20よりも高い靱性改善比を示している。従って、ソイルセメントコラムにゴムチップを含有させる場合において、同じ含有率で比較すると、フレーク状タイヤチップは、通常タイヤチップに比較して、ソイルセメントコラムの靱性を向上させる効果が高いことが判った。
【0032】
また、供試体T0の圧縮強度が600kN/mであるところ、供試体T20では、圧縮強度が470kN/mに低下しており、供試体T20は不良品となった。これは、ソイルセメントコラム中において、比較的低強度であるゴムチップの含有率が上がった(すなわち、セメントの含有率が相対的に下がった)ことによるものと考えられる。これに対し、供試体F10は圧縮強度800kN/mであり、供試体T0に比較しても圧縮強度は低下していない。これは、ソイルセメントコラム中のゴムチップの含有率が低く抑えられていることによるものと考えられる。このことは、供試体T10の圧縮強度が供試体F10と同程度であることからも理解される。
【0033】
以上より、フレーク状タイヤチップ7を含有するソイルセメントコラム1は、セメントミルクにおけるフレーク状タイヤチップ7の混入比率を体積比10%としても、十分な靱性が得られることが判明した。すなわち、フレーク状タイヤチップ7の含有率は過剰に高くする必要がなく、通常タイヤチップの場合の半分以下の含有率で十分な靱性が得られる。従って、フレーク状タイヤチップを用いれば、ゴムチップ含有に起因するソイルセメントコラムの圧縮強度低下を抑えることができ、かつ、ソイルセメントコラムの十分な靱性の向上を図ることができる。
【0034】
また、フレーク状タイヤチップでは、セメントミルクにおける必要な混入比率を小さく抑えられることから、セメントミルクの混練が容易であり、フレーク状タイヤチップが、セメント、水、及び土と混ざりやすい。その結果、均質なソイルセメントコラムが得られ易く、ソイルセメントコラムの性能悪化を抑えることができる。また、フレーク状タイヤチップを採用することにより、更正タイヤの製造時に発生する廃物を有効利用することができる。
【0035】
(第2実施形態)
以下、本発明に係る基礎構造体及びその製造方法の第2実施形態について図10及び図11を参照しながら説明する。図10に示すように、この基礎構造体の施工においては、まず、原地盤土をバックホウで基礎底盤深さまで鋤き取り、その土を仮置きする(図10(a))。その後、改良すべき原地盤土109に、セメント系固化材(水硬性材料)103とフレーク状タイヤチップ7とを所定量添加する(図10(b))。その後、バックホウのバケットで、原地盤土109とセメント系固化材103とフレーク状タイヤチップ7とを混合攪拌し(図10(c))、混合攪拌された改良土をバックホウのバケットで締め固める。または、改良土をバックホウ本体で転圧してもよい(図10(d))。更にその後、ローラで本転圧することで(図11(a))、改良土を硬化させて基礎構造体101を形成させる。その後、仮置きした土を埋め戻して(図11(b))、整地を行い(図11(c))、所定期間の養生を行う。
【0036】
この基礎構造体101は、原地盤土109とセメント系固化材103とフレーク状タイヤチップ7とが混合されてなる改良土を硬化させ形成されたものである。この基礎構造体101は、前述のソイルセメントコラム1と同様に、フレーク状タイヤチップ7を含有することにより靱性の向上を図ることができ、かつ、ゴムチップ混入に起因する強度低下も抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【0037】
【図1】(a)〜(d)は、本発明の第1実施形態に係るソイルセメントコラムの施工方法を示す図である。
【図2】(a)〜(e)は、本発明の第1実施形態に係るソイルセメントコラムの施工方法を示す図である。
【図3】フレーク状タイヤチップの小片と、その小片に外接する直方体のうち最小の体積をもつ直方体と、示す斜視図である。
【図4】本発明者らの圧縮強度試験により得られた供試体F10の応力−ひずみ曲線である。
【図5】本発明者らの圧縮強度試験により得られた供試体T10の応力−ひずみ曲線である。
【図6】本発明者らの圧縮強度試験により得られた供試体T20の応力−ひずみ曲線である。
【図7】本発明者らの圧縮強度試験により得られた供試体T0の応力−ひずみ曲線である。
【図8】各供試体のゴムチップの混入比率と靱性改善比との関係を示す線図である。
【図9】靱性改善比の定義を示す図である。
【図10】(a)〜(d)は、本発明の第2実施形態に係る基礎構造体の施工方法を示す図である。
【図11】(a)〜(c)は、本発明の第2実施形態に係る基礎構造体の施工方法を示す図である。
【符号の説明】
【0038】
1…ソイルセメントコラム(基礎構造体)、5…水、7…フレーク状タイヤチップ(ゴムチップ)、9,109…原地盤土、101…基礎構造体、200…小片、201…直方体。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
水硬性材料と、土と、ゴムチップと、を含む混合物を硬化させてなる基礎構造体であって、
前記ゴムチップは、フレーク状タイヤチップであることを特徴とする基礎構造体。
【請求項2】
前記フレーク状タイヤチップは、
小片に外接する直方体のうち最小の体積をもつ直方体における最も長い辺の長さが最も短い辺の長さの3倍以上である扁平形状の小片を、重量比で80%以上含む粒状体であることを特徴とする請求項1に記載の基礎構造体。
【請求項3】
水硬性材料と、土と、ゴムチップと、を含む混合物を硬化させる混合物硬化工程を備える基礎構造体の製造方法であって、
前記ゴムチップは、フレーク状タイヤチップであることを特徴とする基礎構造体の製造方法。
【請求項4】
前記混合物硬化工程は、
ソイルセメントコラム工法によって、原地盤を鉛直下方に掘削しながら、前記水硬性材料と水と前記ゴムチップとの混合物を前記原地盤の掘削部分に注入するステップを有することを特徴とする請求項3に記載の基礎構造体の製造方法。
【請求項5】
前記フレーク状タイヤチップは、
小片に外接する直方体のうち最小の体積をもつ直方体における最も長い辺の長さが最も短い辺の長さの3倍以上である扁平形状の小片を、重量比で80%以上含む粒状体であることを特徴とする請求項3又は4に記載の基礎構造体の製造方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【公開番号】特開2009−299397(P2009−299397A)
【公開日】平成21年12月24日(2009.12.24)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−157025(P2008−157025)
【出願日】平成20年6月16日(2008.6.16)
【出願人】(390018717)旭化成建材株式会社 (249)
【Fターム(参考)】