気泡混合軽量土及びそれを用いた盛土
【課題】盛土等の土木構造物の材料として用いられる気泡混合軽量土であって、土木構造物に荷重等の負荷が加わったときに、クラックの発生を効果的に抑制することのできる気泡混合軽量土を提供する。
【解決手段】本発明の気泡混合軽量土は、セメントと、補強用繊維と、起泡剤と、水と、必要に応じて配合される砂または砂質土を含む。補強用繊維は、長さが５〜５０ｍｍであり、かつ、円形換算直径が０．０１〜１．０ｍｍである合成樹脂繊維である。気泡混合軽量土中の補強用繊維の体積割合は、０．１〜０．７％である。本発明の気泡混合軽量土は、例えば、舗装道路３の拡幅部Ａを形成するための盛土５の材料として用いられる。
【解決手段】本発明の気泡混合軽量土は、セメントと、補強用繊維と、起泡剤と、水と、必要に応じて配合される砂または砂質土を含む。補強用繊維は、長さが５〜５０ｍｍであり、かつ、円形換算直径が０．０１〜１．０ｍｍである合成樹脂繊維である。気泡混合軽量土中の補強用繊維の体積割合は、０．１〜０．７％である。本発明の気泡混合軽量土は、例えば、舗装道路３の拡幅部Ａを形成するための盛土５の材料として用いられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、道路の拡幅、新設等の工事の際に盛土等の土木材料として用いられる気泡混合軽量土に関し、特に、補強用の金網を用いなくても、施工後の荷重等によるクラックの発生を効果的に抑制することのできる気泡混合軽量土に関する。
【背景技術】
【０００２】
道路の拡幅、新設等の工事の際に、アスファルト舗装等の路面構造の下方の土台として、盛土を形成することがある。
この盛土の材料として、気泡混合軽量土を用いることが知られている。
気泡混合軽量土は、セメント、水、気泡、及び必要に応じて原料土（例えば、建設現場で発生する砂質土等）を混合して得られる軽量土木材料である。気泡混合軽量土は、（ａ）軽量であるため、打設後の周囲の構造物（例えば、擁壁等）への土圧が小さくなり、擁壁等が崩壊し難くなる、（ｂ）流動性に優れるため、ポンプによる長距離（例えば、５００ｍ程度）の圧送や、狭小な空間への充填が可能であり、また、打設後の締固めも不要である、（ｃ）打設後に硬化して自立する性質を有するため、大きな厚み（高さ）を有する盛土を形成することができる、（ｄ）各材料の配合割合を変えることによって、重量や強度を容易に調整することができる、等の利点を有する。
【０００３】
しかし、気泡混合軽量土を用いて盛土を形成する場合、盛土の上面に、自動車の通過等による荷重が加わると、上面から下方に長く延びる多数のクラックが発生することがある。
そのため、気泡混合軽量土からなる盛土の上面から所定の深さの地点に、補強用の金網を水平に延びるように埋設して、クラックの発生を抑制することが行なわれている（非特許文献１、非特許文献２）。
しかし、この方法は、（ａ）補強用の金網を敷設する工程が加わるため、盛土の作業の効率が低下する、（ｂ）盛土全体が均一に補強されるわけではなく、強度上の不均一が生じる、（ｃ）盛土の上面における自動車の走行等によって、埋設した補強用の金網が振動し、補強用の金網の周囲にクラックが生じるおそれがある、等の問題がある。
一方、コンクリート中に合成繊維を混合することによって、曲げ強度等の機械的特性を向上させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−１８０７５７号公報
【非特許文献１】「気泡混合軽量土を用いた軽量盛土工法の設計・施工指針」（第４１〜４２頁、監修：日本道路公団、発行：財団法人道路厚生会、平成８年９月発行）
【非特許文献２】「ＦＣＢ工法技術資料」（第２９〜３１頁、編集発行：ＦＣＢ研究会、平成１２年１２月１４日発行）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、盛土等の土木材料として用いられる気泡混合軽量土であって、土木構造物に荷重等の負荷が加わったときに、クラックの発生を効果的に抑制することのできる気泡混合軽量土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】
本発明者は、上記の課題を解決するために鋭意検討した結果、気泡混合軽量土の中に補強用繊維を配合することによって、機械的強度（曲げ強度等）が向上して、盛土等の土木構造物におけるクラックの発生を効果的に抑制することができることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［６］を提供するものである。
［１］ セメントと補強用繊維と起泡剤と水とを含むことを特徴とする気泡混合軽量土。
［２］ 前記補強用繊維は、長さが５〜５０ｍｍであり、かつ、円形換算直径が０．０１〜１．０ｍｍである前記［１］の気泡混合軽量土。
［３］ 前記補強用繊維は、親水性の表面を有する合成樹脂繊維である前記［１］又は［２］の気泡混合軽量土。
［４］ 前記気泡混合軽量土中の前記補強用繊維の体積割合が０．１〜０．７％である前記［１］〜［３］のいずれかの気泡混合軽量土。
［５］ 砂または砂質土を含む前記［１］〜［４］のいずれかの気泡混合軽量土。
［６］ 前記［１］〜［５］のいずれかの気泡混合軽量土からなることを特徴とする盛土。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の気泡混合軽量土は、従来の気泡混合軽量土が有する優れた物性（軽量性、流動性、自立性等）を保持すると共に、盛土等の土木材料として用いた場合に、盛土等の土木構造物における荷重等の負荷によるクラックの発生を、該土木構造物全体で均一かつ効果的に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の気泡混合軽量土について詳しく説明する。
本発明の気泡混合軽量土は、セメントと、補強用繊維と、起泡剤と、水と、必要に応じて配合される砂、砂質土等を含むものである。
ここで、セメントとしては、特に種類が限定されることはなく、例えば、普通ポルトランドセメント、高炉セメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント等が挙げられる。中でも、普通ポルトランドセメント及び高炉セメントは、好ましく用いられる。
補強用繊維としては、例えば、ビニロン繊維、ポリオレフィン繊維（ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維等）、ポリエチレンテレフタレート繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ポリアクリロニトリル繊維等の合成繊維や、鋼繊維、ステンレス繊維等の金属繊維や、炭素繊維、ガラス繊維等の無機繊維等が挙げられる。なお、補強用繊維は、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
補強用繊維は、繊維素材が親水性でない場合（例えば、ポリオレフィン繊維）には、表面が親水性となるように表面処理したものを用いることが好ましい。
ビニロン繊維は、繊維の化学構造中に水酸基を有することから親水性であり、セメントマトリックスに対する付着性に優れているため、本発明において好ましく用いられる。
【０００８】
補強用繊維の長さは、好ましくは５〜５０ｍｍ、より好ましくは８〜４０ｍｍ、特に好ましくは１０〜３５ｍｍである。該長さが５ｍｍ未満では、機械的強度の向上の効果が不十分となることがある。該長さが５０ｍｍを超えると、セメント、水等との混練時にファイバーボールが生じ易くなり、混練物中における分散性が悪化するなどの不都合がある。
補強用繊維の円形換算直径は、好ましくは０．０１〜１．０ｍｍ、より好ましくは０．０５〜０．７ｍｍ、特に好ましくは０．０８〜０．５ｍｍである。該円形換算直径が０．０１ｍｍ未満では、機械的強度の向上の効果が不十分となることがある。該円形換算直径が１．０ｍｍを超えると、混練物中でセメントマトリックスに対する付着力が低下し、機械的強度が低下することがある。
ここで、円形換算直径とは、補強用繊維の断面積と同じ面積を有する円形の直径を意味する。
【０００９】
補強用繊維のアスペクト比（長さ／円形換算直径の比）は、好ましくは２０〜２００、より好ましくは４０〜１７０、特に好ましくは６０〜１４０である。該比が２０未満では、補強用繊維の単位量当たりの機械的強度の向上の効果が低下することがある。該比が２００を超えると、セメント、水等との混練時にファイバーボールが生じ易くなり、混練物中における分散性が悪化するなどの不都合がある。
補強用繊維の断面の形状は、特に限定されず、例えば、扁平な形状（矩形または楕円形に近似する扁平なもの）、円形、略正方形等が挙げられる。
気泡混合軽量土中の補強用繊維の体積割合は、好ましくは０．１〜０．７％、より好ましくは０．２〜０．６％、特に好ましくは０．２〜０．５％である。該体積割合が０．１％未満では、機械的強度の向上の効果が不十分となる。該体積割合が０．７％を超えると、セメント、水等との混練が困難になることがある。
【００１０】
起泡剤としては、例えば、合成界面活性剤系の起泡剤や、蛋白質系の起泡剤等が挙げられる。
起泡剤の配合量（希釈前）は、気泡混合軽量土の単位体積当たりの質量、および必要とされる一軸圧縮強さを考慮して、気泡混合軽量土中の気泡の量（体積割合）を定めた後、この気泡の量に応じて定められる。
具体的には、起泡剤の配合量（希釈前）は、「気泡の量／（起泡剤の希釈倍率×発泡倍率）」の計算式から求められる。なお、起泡剤の希釈倍率および発泡倍率は、起泡剤の種類、製造元等によって標準的な値が定められている。
気泡の量（空気の量）は、気泡混合軽量土１ｍ３当たり、好ましくは０．２５〜０．７０ｍ３、より好ましくは０．３５〜０．７０ｍ３、特に好ましくは０．４５〜０．７０ｍ３である。該量が０．２５ｍ３未満では、軽量性が得難くなる。該割合が０．７０ｍ３を超えると、一軸圧縮強さが小さくなり、自立性が得難くなる。
水の量は、フレッシュ状態の気泡混合軽量土の流動性に応じて定められる。
気泡混合軽量土のフロー値（流動性）は、平滑板上に載置した円筒形シリンダー（φ８０ｍｍ×高さ８０ｍｍ）に気泡混合軽量土を充填し、次いで、この円筒形シリンダーを引き上げた後に、流動して変形した気泡混合軽量土の最大直径（Ａ）およびそれに直交する直径（Ｂ）を測定し、これら２つの測定値の平均値（（Ａ＋Ｂ）／２）を算出することによって得られる。
気泡混合軽量土のフロー値は、好ましくは１４０〜３００ｍｍ、より好ましくは１６０〜２２０ｍｍ、特に好ましくは１６０〜２００ｍｍである。フロー値が１４０ｍｍ未満では、流動性が低下し、ポンプによる圧送が困難になるとともに、施工性が悪くなる。フロー値が３００ｍｍを超えると、材料分離が起こり易く、気泡の保持が困難となる。
【００１１】
本発明の気泡混合軽量土には、必要に応じて砂、砂質土等を配合することができる。
砂としては、山砂、川砂、海砂、砕砂、これらの２種以上からなる混合砂等が挙げられる。
砂の配合量は、セメント１００質量部当たり、好ましくは３０〜６００質量部、より好ましくは７０〜４００質量部である。
砂質土としては、建設現場等で発生する建設残土や、購入土等が挙げられる。
砂質土の配合量は、該砂質土に含まれる砂分の量が、前記の砂の好ましい配合量の数値範囲（セメント１００質量部当たり、３０〜６００質量部、より好ましくは７０〜４００質量部）内となるように定めることが好ましい。
本発明においては、砂と砂質土を併用してもよい。この場合、砂及び砂質土の合計量中の砂分の量は、セメント１００質量部当たり、好ましくは３０〜６００質量部、より好ましくは７０〜４００質量部である。
本発明においては、上述の各材料に加えて、他の材料を配合してもよい。他の材料としては、例えば、フライアッシュ、石灰石粉末、砕石残渣、汚泥焼却灰等の混和材が挙げられる。他の材料（混和材）の配合量は、セメント１００質量部当たり、好ましくは５０〜１，０００質量部、より好ましくは１００〜３００質量部である。
【００１２】
本発明の気泡混合軽量土の硬化後の物性は、次のとおりである。
一軸圧縮強さ（ｑｕ）は、好ましくは３００ｋＮ／ｍ２以上、より好ましくは５００ｋＮ／ｍ２以上である。
曲げ強さ（σｂ）は、好ましくは１５０ｋＮ／ｍ２以上、より好ましくは１７５ｋＮ／ｍ２以上、特に好ましくは３００ｋＮ／ｍ２以上である。
強さ比（σｂ／ｑｕ）は、好ましくは０．３０以上、より好ましくは０．３５以上、特に好ましくは０．４０以上である。
【００１３】
次に、本発明の気泡混合軽量土の製造方法について説明する。図１は、本発明の気泡混合軽量土の製造方法の一例を示すフロー図である。
まず、セメント、混練水、及び必要に応じて配合される砂または砂質土（原料土）等をミキサー内で混練して、セメントミルク（砂及び砂質土を含まない場合）、またはセメントモルタル（砂または砂質土を含む場合）を得る。得られたセメントミルクまたはセメントモルタルに補強用繊維を加えて更に混練し、繊維含有セメントミルクまたは繊維含有セメントモルタルを得る。
一方、起泡剤と希釈水を混合してなる希釈液と、圧縮空気とを発泡機に供給して、この発泡機の発泡ノズルから気泡を吐出させる。この気泡と、上述の繊維含有セメントミルクまたは繊維含有セメントモルタルを混合して撹拌すると、本発明の気泡混合軽量土が得られる。気泡混合軽量土は、ポンプによってホース内を圧送され、盛土等の工事現場で打設される。
本発明の気泡混合軽量土を用いた盛土の施工例を、図２に示す。図２中、軟弱地盤１の上に造成された既設の盛土２の上面の舗装道路３は、拡幅工事によって拡幅部Ａの部分だけ拡幅されている。拡幅部Ａは、軟弱地盤１の上に立設した擁壁（壁材）４と、既設の盛土２の間に、本発明の気泡混合軽量土を用いて新たな盛土５を形成した後、盛土５の上面を舗装することによって形成されている。なお、図中、盛土５の側方には家屋６がある。
盛土５は、軽量で機械的強度に優れ、擁壁４と一体化しているため、土圧が発生しない。また、盛土の上面の縁辺部分に過大な荷重が加わっても、クラックの発生が抑止され、分離転倒が生じ難い。
【実施例】
【００１４】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内において種々実施形態の変更が可能である。
［使用材料］
次の材料を用いた。
（ａ）セメント：高炉セメントＢ種（太平洋セメント社製）
（ｂ）起泡剤：合成界面活性剤系の起泡剤（商品名：ＯＦＡ−２；小野田ケミコ社製）
（ｃ）補強用繊維：ビニロン繊維（商品名：クラテック；品番：ＲＦＳ１００、ＲＦＳ４００、ＲＦＳ１５００；クラレ社製）
（ｄ）水：水道水
（ｅ）砂：千葉県市原市万田野産山砂（密度：２．５８ｇ／ｃｍ３）
【００１５】
［補強用繊維］
使用した補強用繊維を表１に示す。
【表１】
【００１６】
［実施例１〜９、比較例１］
砂を使用しない実験例を示す。
［１．調製方法］
まず、表２に示す量のセメント及び混練水を混練し、セメントスラリーを得た。このセメントスラリーに対して、表３に示す補強用繊維（表１参照）を表３に示す配合量で加えた後、補強用繊維が均一に分散した状態になるまで混練し、繊維含有セメントスラリーを得た。
一方、表２に示す量の起泡剤及び希釈水を用いて、希釈液（希釈率：１００倍）を得た。この希釈液と圧縮空気を同時に発泡機内に供給し、この発泡機の発泡ノズルの吐出口から、希釈液の２５倍の体積に膨張した気泡を吐出させた。そして、この気泡と上述の繊維含有セメントスラリーを混合して、気泡混合軽量土を得た。
得られた気泡混合軽量土のフロー値は、１８０±２０ｍｍの範囲内であった。
【００１７】
［２．評価方法］
得られた気泡混合軽量土（実施例１〜９、比較例１）について、次のように一軸圧縮強さ及び曲げ強さを測定した。
（ａ）一軸圧縮強さ
気泡混合軽量土を型枠内に打設した後、２０℃で２８日間、湿空養生し、成形体（φ１０ｃｍ×２０ｃｍ）を得た。得られた成形体（３本）について、ＪＩＳ Ａ １２１６に準拠して一軸圧縮強さを測定した。成形体（３本）の測定値の平均値を一軸圧縮強さとした。結果を表３に示す。
（ｂ）曲げ強さ
気泡混合軽量土を型枠内に打設した後、２０℃で２８日間、湿空養生し、成形体（４ｃｍ×４ｃｍ×１６ｃｍ）を得た。得られた成形体（３本）について、支点間の距離が１２ｃｍで中央荷重となるようにして、曲げ強さを測定した。結果を表３に示す。
【００１８】
【表２】
【００１９】
【表３】
【００２０】
表3から、補強用繊維を配合した気泡混合軽量土（実施例１〜９）は、１４５０ｋＮ／ｍ２以上の一軸圧縮強さと、５２０ｋＮ／ｍ２以上の曲げ強さと、０．３５以上の強さ比（曲げ強さ／一軸圧縮強さ）を有し、盛土等の土木材料として用いた場合にクラックの発生を効果的に抑制し得ることがわかる。
一方、補強用繊維を配合しない気泡混合軽量土（比較例１）は、曲げ強さ及び強さ比が小さく、クラックが発生する可能性があることがわかる。
【００２１】
［実施例１０〜１８、比較例２］
砂／セメントの質量比が３となる量で、砂を使用した実験例を示す。
［１．調製方法］
まず、表４に示す量のセメント、混練水、及び砂を混練し、セメントモルタルを得た。このセメントモルタルに対して、表５に示す補強用繊維（表１参照）を表５に示す配合量で加えた後、補強用繊維が均一に分散した状態になるまで混練し、繊維含有セメントモルタルを得た。
一方、表４に示す量の起泡剤及び希釈水を用いて、希釈液（希釈率：１００倍）を得た。この希釈液と圧縮空気を同時に発泡機内に供給し、この発泡機の発泡ノズルの吐出口から、希釈液の２５倍の体積に膨張した気泡を吐出させた。そして、この気泡と上述の繊維含有セメントモルタルを混合して、気泡混合軽量土を得た。
得られた気泡混合軽量土のフロー値は、１８０±２０ｍｍの範囲内であった。
［２．評価方法］
得られた気泡混合軽量土（実施例１０〜１８、比較例２）について、実施例１と同様にして一軸圧縮強さ及び曲げ強さを測定した。結果を表５に示す。
【００２２】
【表４】
【００２３】
【表５】
【００２４】
表５から、補強用繊維を配合した気泡混合軽量土（実施例１０〜１８）は、１５７０ｋＮ／ｍ２以上の一軸圧縮強さと、５６０ｋＮ／ｍ２以上の曲げ強さと、０．３６以上の強さ比（曲げ強さ／一軸圧縮強さ）を有し、盛土等の土木材料として用いた場合にクラックの発生を効果的に抑制し得ることがわかる。
一方、補強用繊維を配合しない気泡混合軽量土（比較例２）は、曲げ強さ及び強さ比が小さく、クラックが発生する可能性があることがわかる。
【００２５】
［実施例１９〜２７、比較例３］
砂／セメントの質量比が１となる量で、砂を使用した実験例を示す。
［１．調製方法］
まず、表６に示す量のセメント、混練水、及び砂を混練し、セメントモルタルを得た。このセメントモルタルに対して、表７に示す補強用繊維（表１参照）を表７に示す配合量で加えた後、補強用繊維が均一に分散した状態になるまで混練し、繊維含有セメントモルタルを得た。
一方、表６に示す量の起泡剤及び希釈水を用いて、希釈液（希釈率：１００倍）を得た。この希釈液と圧縮空気を同時に発泡機内に供給し、この発泡機の発泡ノズルの吐出口から、希釈液の２５倍の体積に膨張した気泡を吐出させた。そして、この気泡と上述の繊維含有セメントモルタルを混合して、気泡混合軽量土を得た。
得られた気泡混合軽量土のフロー値は、１８０±２０ｍｍの範囲内であった。
［２．評価方法］
得られた気泡混合軽量土（実施例１９〜２７、比較例３）について、実施例１と同様にして一軸圧縮強さ及び曲げ強さを測定した。結果を表７に示す。
【００２６】
【表６】
【００２７】
【表７】
【００２８】
表７から、補強用繊維を配合した気泡混合軽量土（実施例１９〜２７）は、１８００ｋＮ／ｍ２以上の一軸圧縮強さと、６３０ｋＮ／ｍ２以上の曲げ強さと、０．３５以上の強さ比（曲げ強さ／一軸圧縮強さ）を有し、盛土等の土木材料として用いた場合にクラックの発生を効果的に抑制し得ることがわかる。
一方、補強用繊維を配合しない気泡混合軽量土（比較例３）は、曲げ強さ及び強さ比が小さく、クラックが発生する可能性があることがわかる。
このように、本発明の気泡混合軽量土（実施例１〜２７）によれば、従来のように補強用の金網を用いなくても、荷重等の負荷による盛土のクラックの発生を効果的に抑制し得ることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の気泡混合軽量土の製造方法の一例を示すフロー図である。
【図２】本発明の気泡混合軽量土を用いた盛土の施工例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１ 軟弱地盤
２ 既設の盛土
３ 舗装道路
４ 擁壁
５ 本発明の気泡混合軽量土からなる盛土
６ 家屋
Ａ 拡幅部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、道路の拡幅、新設等の工事の際に盛土等の土木材料として用いられる気泡混合軽量土に関し、特に、補強用の金網を用いなくても、施工後の荷重等によるクラックの発生を効果的に抑制することのできる気泡混合軽量土に関する。
【背景技術】
【０００２】
道路の拡幅、新設等の工事の際に、アスファルト舗装等の路面構造の下方の土台として、盛土を形成することがある。
この盛土の材料として、気泡混合軽量土を用いることが知られている。
気泡混合軽量土は、セメント、水、気泡、及び必要に応じて原料土（例えば、建設現場で発生する砂質土等）を混合して得られる軽量土木材料である。気泡混合軽量土は、（ａ）軽量であるため、打設後の周囲の構造物（例えば、擁壁等）への土圧が小さくなり、擁壁等が崩壊し難くなる、（ｂ）流動性に優れるため、ポンプによる長距離（例えば、５００ｍ程度）の圧送や、狭小な空間への充填が可能であり、また、打設後の締固めも不要である、（ｃ）打設後に硬化して自立する性質を有するため、大きな厚み（高さ）を有する盛土を形成することができる、（ｄ）各材料の配合割合を変えることによって、重量や強度を容易に調整することができる、等の利点を有する。
【０００３】
しかし、気泡混合軽量土を用いて盛土を形成する場合、盛土の上面に、自動車の通過等による荷重が加わると、上面から下方に長く延びる多数のクラックが発生することがある。
そのため、気泡混合軽量土からなる盛土の上面から所定の深さの地点に、補強用の金網を水平に延びるように埋設して、クラックの発生を抑制することが行なわれている（非特許文献１、非特許文献２）。
しかし、この方法は、（ａ）補強用の金網を敷設する工程が加わるため、盛土の作業の効率が低下する、（ｂ）盛土全体が均一に補強されるわけではなく、強度上の不均一が生じる、（ｃ）盛土の上面における自動車の走行等によって、埋設した補強用の金網が振動し、補強用の金網の周囲にクラックが生じるおそれがある、等の問題がある。
一方、コンクリート中に合成繊維を混合することによって、曲げ強度等の機械的特性を向上させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−１８０７５７号公報
【非特許文献１】「気泡混合軽量土を用いた軽量盛土工法の設計・施工指針」（第４１〜４２頁、監修：日本道路公団、発行：財団法人道路厚生会、平成８年９月発行）
【非特許文献２】「ＦＣＢ工法技術資料」（第２９〜３１頁、編集発行：ＦＣＢ研究会、平成１２年１２月１４日発行）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、盛土等の土木材料として用いられる気泡混合軽量土であって、土木構造物に荷重等の負荷が加わったときに、クラックの発生を効果的に抑制することのできる気泡混合軽量土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】
本発明者は、上記の課題を解決するために鋭意検討した結果、気泡混合軽量土の中に補強用繊維を配合することによって、機械的強度（曲げ強度等）が向上して、盛土等の土木構造物におけるクラックの発生を効果的に抑制することができることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［６］を提供するものである。
［１］ セメントと補強用繊維と起泡剤と水とを含むことを特徴とする気泡混合軽量土。
［２］ 前記補強用繊維は、長さが５〜５０ｍｍであり、かつ、円形換算直径が０．０１〜１．０ｍｍである前記［１］の気泡混合軽量土。
［３］ 前記補強用繊維は、親水性の表面を有する合成樹脂繊維である前記［１］又は［２］の気泡混合軽量土。
［４］ 前記気泡混合軽量土中の前記補強用繊維の体積割合が０．１〜０．７％である前記［１］〜［３］のいずれかの気泡混合軽量土。
［５］ 砂または砂質土を含む前記［１］〜［４］のいずれかの気泡混合軽量土。
［６］ 前記［１］〜［５］のいずれかの気泡混合軽量土からなることを特徴とする盛土。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の気泡混合軽量土は、従来の気泡混合軽量土が有する優れた物性（軽量性、流動性、自立性等）を保持すると共に、盛土等の土木材料として用いた場合に、盛土等の土木構造物における荷重等の負荷によるクラックの発生を、該土木構造物全体で均一かつ効果的に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の気泡混合軽量土について詳しく説明する。
本発明の気泡混合軽量土は、セメントと、補強用繊維と、起泡剤と、水と、必要に応じて配合される砂、砂質土等を含むものである。
ここで、セメントとしては、特に種類が限定されることはなく、例えば、普通ポルトランドセメント、高炉セメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント等が挙げられる。中でも、普通ポルトランドセメント及び高炉セメントは、好ましく用いられる。
補強用繊維としては、例えば、ビニロン繊維、ポリオレフィン繊維（ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維等）、ポリエチレンテレフタレート繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ポリアクリロニトリル繊維等の合成繊維や、鋼繊維、ステンレス繊維等の金属繊維や、炭素繊維、ガラス繊維等の無機繊維等が挙げられる。なお、補強用繊維は、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
補強用繊維は、繊維素材が親水性でない場合（例えば、ポリオレフィン繊維）には、表面が親水性となるように表面処理したものを用いることが好ましい。
ビニロン繊維は、繊維の化学構造中に水酸基を有することから親水性であり、セメントマトリックスに対する付着性に優れているため、本発明において好ましく用いられる。
【０００８】
補強用繊維の長さは、好ましくは５〜５０ｍｍ、より好ましくは８〜４０ｍｍ、特に好ましくは１０〜３５ｍｍである。該長さが５ｍｍ未満では、機械的強度の向上の効果が不十分となることがある。該長さが５０ｍｍを超えると、セメント、水等との混練時にファイバーボールが生じ易くなり、混練物中における分散性が悪化するなどの不都合がある。
補強用繊維の円形換算直径は、好ましくは０．０１〜１．０ｍｍ、より好ましくは０．０５〜０．７ｍｍ、特に好ましくは０．０８〜０．５ｍｍである。該円形換算直径が０．０１ｍｍ未満では、機械的強度の向上の効果が不十分となることがある。該円形換算直径が１．０ｍｍを超えると、混練物中でセメントマトリックスに対する付着力が低下し、機械的強度が低下することがある。
ここで、円形換算直径とは、補強用繊維の断面積と同じ面積を有する円形の直径を意味する。
【０００９】
補強用繊維のアスペクト比（長さ／円形換算直径の比）は、好ましくは２０〜２００、より好ましくは４０〜１７０、特に好ましくは６０〜１４０である。該比が２０未満では、補強用繊維の単位量当たりの機械的強度の向上の効果が低下することがある。該比が２００を超えると、セメント、水等との混練時にファイバーボールが生じ易くなり、混練物中における分散性が悪化するなどの不都合がある。
補強用繊維の断面の形状は、特に限定されず、例えば、扁平な形状（矩形または楕円形に近似する扁平なもの）、円形、略正方形等が挙げられる。
気泡混合軽量土中の補強用繊維の体積割合は、好ましくは０．１〜０．７％、より好ましくは０．２〜０．６％、特に好ましくは０．２〜０．５％である。該体積割合が０．１％未満では、機械的強度の向上の効果が不十分となる。該体積割合が０．７％を超えると、セメント、水等との混練が困難になることがある。
【００１０】
起泡剤としては、例えば、合成界面活性剤系の起泡剤や、蛋白質系の起泡剤等が挙げられる。
起泡剤の配合量（希釈前）は、気泡混合軽量土の単位体積当たりの質量、および必要とされる一軸圧縮強さを考慮して、気泡混合軽量土中の気泡の量（体積割合）を定めた後、この気泡の量に応じて定められる。
具体的には、起泡剤の配合量（希釈前）は、「気泡の量／（起泡剤の希釈倍率×発泡倍率）」の計算式から求められる。なお、起泡剤の希釈倍率および発泡倍率は、起泡剤の種類、製造元等によって標準的な値が定められている。
気泡の量（空気の量）は、気泡混合軽量土１ｍ３当たり、好ましくは０．２５〜０．７０ｍ３、より好ましくは０．３５〜０．７０ｍ３、特に好ましくは０．４５〜０．７０ｍ３である。該量が０．２５ｍ３未満では、軽量性が得難くなる。該割合が０．７０ｍ３を超えると、一軸圧縮強さが小さくなり、自立性が得難くなる。
水の量は、フレッシュ状態の気泡混合軽量土の流動性に応じて定められる。
気泡混合軽量土のフロー値（流動性）は、平滑板上に載置した円筒形シリンダー（φ８０ｍｍ×高さ８０ｍｍ）に気泡混合軽量土を充填し、次いで、この円筒形シリンダーを引き上げた後に、流動して変形した気泡混合軽量土の最大直径（Ａ）およびそれに直交する直径（Ｂ）を測定し、これら２つの測定値の平均値（（Ａ＋Ｂ）／２）を算出することによって得られる。
気泡混合軽量土のフロー値は、好ましくは１４０〜３００ｍｍ、より好ましくは１６０〜２２０ｍｍ、特に好ましくは１６０〜２００ｍｍである。フロー値が１４０ｍｍ未満では、流動性が低下し、ポンプによる圧送が困難になるとともに、施工性が悪くなる。フロー値が３００ｍｍを超えると、材料分離が起こり易く、気泡の保持が困難となる。
【００１１】
本発明の気泡混合軽量土には、必要に応じて砂、砂質土等を配合することができる。
砂としては、山砂、川砂、海砂、砕砂、これらの２種以上からなる混合砂等が挙げられる。
砂の配合量は、セメント１００質量部当たり、好ましくは３０〜６００質量部、より好ましくは７０〜４００質量部である。
砂質土としては、建設現場等で発生する建設残土や、購入土等が挙げられる。
砂質土の配合量は、該砂質土に含まれる砂分の量が、前記の砂の好ましい配合量の数値範囲（セメント１００質量部当たり、３０〜６００質量部、より好ましくは７０〜４００質量部）内となるように定めることが好ましい。
本発明においては、砂と砂質土を併用してもよい。この場合、砂及び砂質土の合計量中の砂分の量は、セメント１００質量部当たり、好ましくは３０〜６００質量部、より好ましくは７０〜４００質量部である。
本発明においては、上述の各材料に加えて、他の材料を配合してもよい。他の材料としては、例えば、フライアッシュ、石灰石粉末、砕石残渣、汚泥焼却灰等の混和材が挙げられる。他の材料（混和材）の配合量は、セメント１００質量部当たり、好ましくは５０〜１，０００質量部、より好ましくは１００〜３００質量部である。
【００１２】
本発明の気泡混合軽量土の硬化後の物性は、次のとおりである。
一軸圧縮強さ（ｑｕ）は、好ましくは３００ｋＮ／ｍ２以上、より好ましくは５００ｋＮ／ｍ２以上である。
曲げ強さ（σｂ）は、好ましくは１５０ｋＮ／ｍ２以上、より好ましくは１７５ｋＮ／ｍ２以上、特に好ましくは３００ｋＮ／ｍ２以上である。
強さ比（σｂ／ｑｕ）は、好ましくは０．３０以上、より好ましくは０．３５以上、特に好ましくは０．４０以上である。
【００１３】
次に、本発明の気泡混合軽量土の製造方法について説明する。図１は、本発明の気泡混合軽量土の製造方法の一例を示すフロー図である。
まず、セメント、混練水、及び必要に応じて配合される砂または砂質土（原料土）等をミキサー内で混練して、セメントミルク（砂及び砂質土を含まない場合）、またはセメントモルタル（砂または砂質土を含む場合）を得る。得られたセメントミルクまたはセメントモルタルに補強用繊維を加えて更に混練し、繊維含有セメントミルクまたは繊維含有セメントモルタルを得る。
一方、起泡剤と希釈水を混合してなる希釈液と、圧縮空気とを発泡機に供給して、この発泡機の発泡ノズルから気泡を吐出させる。この気泡と、上述の繊維含有セメントミルクまたは繊維含有セメントモルタルを混合して撹拌すると、本発明の気泡混合軽量土が得られる。気泡混合軽量土は、ポンプによってホース内を圧送され、盛土等の工事現場で打設される。
本発明の気泡混合軽量土を用いた盛土の施工例を、図２に示す。図２中、軟弱地盤１の上に造成された既設の盛土２の上面の舗装道路３は、拡幅工事によって拡幅部Ａの部分だけ拡幅されている。拡幅部Ａは、軟弱地盤１の上に立設した擁壁（壁材）４と、既設の盛土２の間に、本発明の気泡混合軽量土を用いて新たな盛土５を形成した後、盛土５の上面を舗装することによって形成されている。なお、図中、盛土５の側方には家屋６がある。
盛土５は、軽量で機械的強度に優れ、擁壁４と一体化しているため、土圧が発生しない。また、盛土の上面の縁辺部分に過大な荷重が加わっても、クラックの発生が抑止され、分離転倒が生じ難い。
【実施例】
【００１４】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内において種々実施形態の変更が可能である。
［使用材料］
次の材料を用いた。
（ａ）セメント：高炉セメントＢ種（太平洋セメント社製）
（ｂ）起泡剤：合成界面活性剤系の起泡剤（商品名：ＯＦＡ−２；小野田ケミコ社製）
（ｃ）補強用繊維：ビニロン繊維（商品名：クラテック；品番：ＲＦＳ１００、ＲＦＳ４００、ＲＦＳ１５００；クラレ社製）
（ｄ）水：水道水
（ｅ）砂：千葉県市原市万田野産山砂（密度：２．５８ｇ／ｃｍ３）
【００１５】
［補強用繊維］
使用した補強用繊維を表１に示す。
【表１】
【００１６】
［実施例１〜９、比較例１］
砂を使用しない実験例を示す。
［１．調製方法］
まず、表２に示す量のセメント及び混練水を混練し、セメントスラリーを得た。このセメントスラリーに対して、表３に示す補強用繊維（表１参照）を表３に示す配合量で加えた後、補強用繊維が均一に分散した状態になるまで混練し、繊維含有セメントスラリーを得た。
一方、表２に示す量の起泡剤及び希釈水を用いて、希釈液（希釈率：１００倍）を得た。この希釈液と圧縮空気を同時に発泡機内に供給し、この発泡機の発泡ノズルの吐出口から、希釈液の２５倍の体積に膨張した気泡を吐出させた。そして、この気泡と上述の繊維含有セメントスラリーを混合して、気泡混合軽量土を得た。
得られた気泡混合軽量土のフロー値は、１８０±２０ｍｍの範囲内であった。
【００１７】
［２．評価方法］
得られた気泡混合軽量土（実施例１〜９、比較例１）について、次のように一軸圧縮強さ及び曲げ強さを測定した。
（ａ）一軸圧縮強さ
気泡混合軽量土を型枠内に打設した後、２０℃で２８日間、湿空養生し、成形体（φ１０ｃｍ×２０ｃｍ）を得た。得られた成形体（３本）について、ＪＩＳ Ａ １２１６に準拠して一軸圧縮強さを測定した。成形体（３本）の測定値の平均値を一軸圧縮強さとした。結果を表３に示す。
（ｂ）曲げ強さ
気泡混合軽量土を型枠内に打設した後、２０℃で２８日間、湿空養生し、成形体（４ｃｍ×４ｃｍ×１６ｃｍ）を得た。得られた成形体（３本）について、支点間の距離が１２ｃｍで中央荷重となるようにして、曲げ強さを測定した。結果を表３に示す。
【００１８】
【表２】
【００１９】
【表３】
【００２０】
表3から、補強用繊維を配合した気泡混合軽量土（実施例１〜９）は、１４５０ｋＮ／ｍ２以上の一軸圧縮強さと、５２０ｋＮ／ｍ２以上の曲げ強さと、０．３５以上の強さ比（曲げ強さ／一軸圧縮強さ）を有し、盛土等の土木材料として用いた場合にクラックの発生を効果的に抑制し得ることがわかる。
一方、補強用繊維を配合しない気泡混合軽量土（比較例１）は、曲げ強さ及び強さ比が小さく、クラックが発生する可能性があることがわかる。
【００２１】
［実施例１０〜１８、比較例２］
砂／セメントの質量比が３となる量で、砂を使用した実験例を示す。
［１．調製方法］
まず、表４に示す量のセメント、混練水、及び砂を混練し、セメントモルタルを得た。このセメントモルタルに対して、表５に示す補強用繊維（表１参照）を表５に示す配合量で加えた後、補強用繊維が均一に分散した状態になるまで混練し、繊維含有セメントモルタルを得た。
一方、表４に示す量の起泡剤及び希釈水を用いて、希釈液（希釈率：１００倍）を得た。この希釈液と圧縮空気を同時に発泡機内に供給し、この発泡機の発泡ノズルの吐出口から、希釈液の２５倍の体積に膨張した気泡を吐出させた。そして、この気泡と上述の繊維含有セメントモルタルを混合して、気泡混合軽量土を得た。
得られた気泡混合軽量土のフロー値は、１８０±２０ｍｍの範囲内であった。
［２．評価方法］
得られた気泡混合軽量土（実施例１０〜１８、比較例２）について、実施例１と同様にして一軸圧縮強さ及び曲げ強さを測定した。結果を表５に示す。
【００２２】
【表４】
【００２３】
【表５】
【００２４】
表５から、補強用繊維を配合した気泡混合軽量土（実施例１０〜１８）は、１５７０ｋＮ／ｍ２以上の一軸圧縮強さと、５６０ｋＮ／ｍ２以上の曲げ強さと、０．３６以上の強さ比（曲げ強さ／一軸圧縮強さ）を有し、盛土等の土木材料として用いた場合にクラックの発生を効果的に抑制し得ることがわかる。
一方、補強用繊維を配合しない気泡混合軽量土（比較例２）は、曲げ強さ及び強さ比が小さく、クラックが発生する可能性があることがわかる。
【００２５】
［実施例１９〜２７、比較例３］
砂／セメントの質量比が１となる量で、砂を使用した実験例を示す。
［１．調製方法］
まず、表６に示す量のセメント、混練水、及び砂を混練し、セメントモルタルを得た。このセメントモルタルに対して、表７に示す補強用繊維（表１参照）を表７に示す配合量で加えた後、補強用繊維が均一に分散した状態になるまで混練し、繊維含有セメントモルタルを得た。
一方、表６に示す量の起泡剤及び希釈水を用いて、希釈液（希釈率：１００倍）を得た。この希釈液と圧縮空気を同時に発泡機内に供給し、この発泡機の発泡ノズルの吐出口から、希釈液の２５倍の体積に膨張した気泡を吐出させた。そして、この気泡と上述の繊維含有セメントモルタルを混合して、気泡混合軽量土を得た。
得られた気泡混合軽量土のフロー値は、１８０±２０ｍｍの範囲内であった。
［２．評価方法］
得られた気泡混合軽量土（実施例１９〜２７、比較例３）について、実施例１と同様にして一軸圧縮強さ及び曲げ強さを測定した。結果を表７に示す。
【００２６】
【表６】
【００２７】
【表７】
【００２８】
表７から、補強用繊維を配合した気泡混合軽量土（実施例１９〜２７）は、１８００ｋＮ／ｍ２以上の一軸圧縮強さと、６３０ｋＮ／ｍ２以上の曲げ強さと、０．３５以上の強さ比（曲げ強さ／一軸圧縮強さ）を有し、盛土等の土木材料として用いた場合にクラックの発生を効果的に抑制し得ることがわかる。
一方、補強用繊維を配合しない気泡混合軽量土（比較例３）は、曲げ強さ及び強さ比が小さく、クラックが発生する可能性があることがわかる。
このように、本発明の気泡混合軽量土（実施例１〜２７）によれば、従来のように補強用の金網を用いなくても、荷重等の負荷による盛土のクラックの発生を効果的に抑制し得ることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の気泡混合軽量土の製造方法の一例を示すフロー図である。
【図２】本発明の気泡混合軽量土を用いた盛土の施工例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１ 軟弱地盤
２ 既設の盛土
３ 舗装道路
４ 擁壁
５ 本発明の気泡混合軽量土からなる盛土
６ 家屋
Ａ 拡幅部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメントと補強用繊維と起泡剤と水とを含むことを特徴とする気泡混合軽量土。
【請求項２】
前記補強用繊維は、長さが５〜５０ｍｍであり、かつ、円形換算直径が０．０１〜１．０ｍｍである請求項１に記載の気泡混合軽量土。
【請求項３】
前記補強用繊維は、親水性の表面を有する合成樹脂繊維である請求項１又は２に記載の気泡混合軽量土。
【請求項４】
前記気泡混合軽量土中の前記補強用繊維の体積割合が０．１〜０．７％である請求項１〜３のいずれか１項に記載の気泡混合軽量土。
【請求項５】
砂または砂質土を含む請求項１〜４のいずれか１項に記載の気泡混合軽量土。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の気泡混合軽量土からなることを特徴とする盛土。
【請求項１】
セメントと補強用繊維と起泡剤と水とを含むことを特徴とする気泡混合軽量土。
【請求項２】
前記補強用繊維は、長さが５〜５０ｍｍであり、かつ、円形換算直径が０．０１〜１．０ｍｍである請求項１に記載の気泡混合軽量土。
【請求項３】
前記補強用繊維は、親水性の表面を有する合成樹脂繊維である請求項１又は２に記載の気泡混合軽量土。
【請求項４】
前記気泡混合軽量土中の前記補強用繊維の体積割合が０．１〜０．７％である請求項１〜３のいずれか１項に記載の気泡混合軽量土。
【請求項５】
砂または砂質土を含む請求項１〜４のいずれか１項に記載の気泡混合軽量土。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の気泡混合軽量土からなることを特徴とする盛土。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００６−４６０６０（Ｐ２００６−４６０６０Ａ）
【公開日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１８６０４９（Ｐ２００５−１８６０４９）
【出願日】平成１７年６月２７日（２００５．６．２７）
【出願人】（０００１８５９７２）小野田ケミコ株式会社 (58)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月２７日（２００５．６．２７）
【出願人】（０００１８５９７２）小野田ケミコ株式会社 (58)
【Ｆターム（参考）】
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