膨張性材料の水浸膨張試験方法及び水浸膨張試験装置並びに盛土施工方法
【課題】膨張性材料の拘束圧による膨張性の抑制効果が定量的に把握でき、かつ膨張性材料の適用範囲の拡大に寄与できる膨張性材料の水浸膨張試験方法及び装置を提供する。
【解決手段】養生用水槽１４内に設置されたモールド１２内の供試体１０に予め設定された拘束圧を負荷し、この拘束圧荷重下で供試体１０の水浸膨張量を計測する。計測された水浸膨張量と拘束圧負荷前の供試体１０の高さ寸法との比から供試体１０の水浸膨張比を算出する。そして、水浸膨張量の計測と水浸膨張比の算出を繰り返して行ない、供試体１０の水浸膨張が収束した時点での水浸膨張比を供試体１０の収束値として求め、この収束値から予め計画されている盛土高さに応じて膨張性材料に被される一般盛土材料の土被り圧と土被り圧に対応する膨張性材料の水浸膨張比を求める。
【解決手段】養生用水槽１４内に設置されたモールド１２内の供試体１０に予め設定された拘束圧を負荷し、この拘束圧荷重下で供試体１０の水浸膨張量を計測する。計測された水浸膨張量と拘束圧負荷前の供試体１０の高さ寸法との比から供試体１０の水浸膨張比を算出する。そして、水浸膨張量の計測と水浸膨張比の算出を繰り返して行ない、供試体１０の水浸膨張が収束した時点での水浸膨張比を供試体１０の収束値として求め、この収束値から予め計画されている盛土高さに応じて膨張性材料に被される一般盛土材料の土被り圧と土被り圧に対応する膨張性材料の水浸膨張比を求める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鋼スラグなどの膨張性材料を用いて盛土工事を行なう際に使用される膨張性材料の水浸膨張を試験する水浸膨張試験方法及び水浸膨張装置並びにこれら試験から得られた結果を利用して実施する盛土施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、鉄鋼スラグを代表とする膨張性材料の水浸膨張試験方法として、特許文献１、２等に示す技術が知られている。
これら特許文献に示す水浸膨張試験方法は、主に膨張性材料の膨張性を抑制する方法や膨張性の評価方法または膨張試験方法などに関するものである。これらのうち、膨張抑制方法としては、セメントなどの固化材や特殊な薬液を混合するものである。これに対し、膨張性の評価方法や膨張試験方法は、主に精度をあげることや試験時間の短縮を目的としたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１７４７５７号公報
【特許文献２】特開２００４−１４４６９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような膨張性材料に拘束圧を負荷した場合、その膨張率が低減されることが予想される。しかしながら、従来の水浸膨張試験方法では、膨張性材料の膨張率低減効果を定量的に計測することができなかった。
また、上述のような従来の水浸膨張試験方法は、鉄鋼スラグを代表とする膨張性材料に固化材あるいは特殊な薬液を混合するものであるため、コストの面から一般的に普及していないのが現状である。しかも、従来の膨張性の評価方法や試験時間を短縮できる膨張試験方法では、膨張性材料の適用範囲の拡大に寄与しない。
【０００５】
本発明は、上記のような点に鑑みてなされたもので、膨張性材料の拘束圧による膨張性の抑制効果が定量的に把握でき、かつ膨張性材料の適用範囲の拡大に寄与できる膨張性材料の水浸膨張試験方法及び水浸膨張試験装置並びに膨張性材料を用いた盛土施工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】
【０００６】
上記の目的を達成するために本発明は、膨張性材料で成形された供試体の水浸膨張を試験する水浸膨張試験方法であって、前記供試体を一方向にのみ膨張可能な状態でモールドに格納し、前記モールドに格納された供試体を養生用の水槽内に設置し、前記供試体に該供試体を構成する膨張性材料の物性に対応して前記供試体を前記一方向に圧縮する予め設定された拘束圧を前記供試体に負荷し、前記拘束圧荷重下で前記供試体を前記水槽の温水に浸した養生状態における当該試供体の水浸膨張量を計測し、前記計測された水浸膨張量と供試体作製時の前記供試体の前記一方向に沿った寸法との比から前記供試体の水浸膨張比を算出し、前記水浸膨張量の計測と前記水浸膨張比の算出を繰り返して行ない、前記供試体の水浸膨張が収束した時点での前記水浸膨張比を前記供試体の収束値として求め、前記拘束圧と前記水浸膨張比との関係を求めることを特徴とする。
【０００７】
また本発明は、膨張性材料で成形された供試体の水浸膨張を試験する水浸膨張試験方法であって、前記供試体を一方向にのみ膨張可能な状態でモールドに格納し、前記モールドに格納された供試体を養生用の水槽内に設置し、前記供試体の前記一方向における膨張を拘束した状態で、前記供試体を前記水槽の温水に浸した養生状態における当該試供体の水浸膨張で発生する拘束圧を測定し、前記拘束圧の測定値と前記供試体の一方向と直交する方向の断面積との積から前記供試体の水浸膨張圧を算出し、前記拘束圧の測定と前記水浸膨張圧の算出を繰り返して行ない、前記供試体の水浸膨張が収束した時点での前記水浸膨張圧を前記供試体の収束値として求め、前記膨張性材料の水浸膨張比が０となる拘束圧を求めることを特徴とする。
【０００８】
また本発明は、膨張性材料で成形された供試体の水浸膨張を試験する水浸膨張試験装置であって、前記供試体をその一方向にのみ膨張可能な状態で格納するモールドと、前記モールドに格納された前記供試体を養生する水槽と、前記供試体に前記膨張性材料の物性に対応して予め設定された拘束圧荷重を前記一方向に沿って前記供試体に負荷する拘束圧負荷手段と、前記供試体に負荷される拘束圧荷重を測定する荷重計と、前記拘束圧荷重下で前記供試体を前記水槽の温水に浸した養生状態における当該試供体の水浸膨張量を計測する変位計と、前記水浸膨張量と前記拘束圧負荷前の前記供試体の前記一方向に沿った寸法との比から前記供試体の水浸膨張比を算出する水浸膨張比算出手段と、前記拘束圧荷重の測定と前記水浸膨張比の算出とから前記供試体の水浸膨張が収束した時点を判定する判定手段と、前記判定手段により前記供試体の水浸膨張が収束したと判定された時点での前記水浸膨張比を前記供試体の収束値として求める収束値演算手段と、前記拘束圧と前記水浸膨張比との関係を求める手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、膨張性材料で成形された供試体の水浸膨張を試験する水浸膨張試験装置であって、前記供試体をその一方向にのみ膨張可能な状態で格納するモールドと、前記モールドに格納された前記供試体を養生する水槽と、前記供試体の前記一方向における膨張を拘束する拘束手段と、前記供試体の前記一方向における膨張を拘束した状態で、前記供試体を前記水槽の温水に浸した養生状態における当該試供体の水浸膨張で発生する拘束圧荷重を測定する拘束圧測定計と、前記拘束圧測定計で測定された測定値と前記供試体の一方向と直交する方向の断面積との積から前記供試体の水浸膨張圧を算出する水浸膨張圧算出手段と、前記拘束圧荷重の測定と前記水浸膨張圧の算出とから前記供試体の水浸膨張が収束した時点を判定する判定手段と、前記判定手段により前記供試体の水浸膨張が収束したと判定された時点での前記水浸膨張圧を前記供試体の収束値として求める収束値演算手段と、前記膨張性材料の水浸膨張比が０となる拘束圧を求める手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
また本発明は、盛土施工方法であって、膨張性材料を盛土工事に用いるに際し、請求項１または２に記載の水浸膨張試験方法から得られた前記拘束圧と前記水浸膨張比との関係から予め計画されている盛土高さに応じて前記膨張性材料に被される一般盛土材料の土被り圧と該土被り圧に対応する前記膨張性材料の水浸膨張比を求め、前記求められた水浸膨張比に基づいて前記水浸膨張比が得られる盛土高さに膨張性材料を盛土し、かつ前記土被り圧が得られる盛土高さに一般盛土材料を盛土することを特徴とする。
【００１１】
また本発明は、盛土施工方法であって、膨張性材料を盛土工事に用いるに際し、請求項６記載の水浸膨張試験装置から得られた前記拘束圧と前記水浸膨張比との関係から予め計画されている盛土高さに応じて前記膨張性材料に被される一般盛土材料の土被り圧と該土被り圧に対応する前記膨張性材料の水浸膨張比を求め、前記求められた水浸膨張比に基づいて前記水浸膨張比が得られる盛土高さに膨張性材料を盛土し、かつ前記土被り圧が得られる盛土高さに一般盛土材料を盛土することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、膨張性材料の拘束圧による膨張性の抑制効果が定量的に把握でき、かつ膨張性材料の適用範囲の拡大に寄与できる。
そして、試験により得られた一般盛土材料の土被り圧と該土被り圧に対応する膨張性材料の水浸膨張比を利用して、盛土体の利用形態に応じた膨張量の許容範囲から、盛土材料の配置および層厚を計画することにより、膨張性材料の適用範囲の拡大に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明にかかる拘束圧負荷型水浸膨張比測定方式の水浸膨張試験方法を適用した水浸膨張試験装置の原理を説明する概略構成図である。
【図２】本発明にかかる拘束圧負荷型水浸膨張比測定方式の水浸膨張試験装置による膨張性材料の試験結果から得られる繰返し回数（または経過日数）と水浸膨張比との関係を示すグラフである。
【図３】本発明にかかる水浸膨張圧測定方式の水浸膨張試験装置による試験結果から得られる膨張性材料の拘束圧と水浸膨張比との関係を示すグラフである。
【図４】本発明にかかる水浸膨張圧測定方式の水浸膨張試験方法を適用した水浸膨張試験装置の原理を説明する概略構成図である。
【図５】本発明にかかる水浸膨張圧測定方式の水浸膨張試験装置による試験結果から得られる拘束圧と水浸膨張比との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の水浸膨張試験装置から得られた試験結果を基に膨張性材料を盛土工事に適用した場合の実施例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１の実施の形態）
以下、本発明にかかる拘束圧負荷型水浸膨張比測定方式の水浸膨張試験方法を適用した水浸膨張試験装置の第１の実施の形態について図１を参照して詳細に説明する。
図１において、鉄鋼スラグを代表とする膨張性材料で成形された供試体１０の水浸膨張を試験する水浸膨張試験装置１００は、モールド１２、養生用の水槽１４、拘束圧負荷機構（特許得請求の範囲に記載した拘束圧負荷手段に相当する）１６、荷重計１８、変位計２０、パソコン（パーソナルコンピュータ）２２等を備える。
【００１５】
モールド１２は、供試体１０をその一方向（上方）にのみ膨張可能な状態で格納するもので、上面及び底面が開口された円筒体から構成されている。
水槽１４は、供試体１０の水浸膨張試験に際し、モールド１２に格納された供試体１０を常温の水に浸した状態と、ＪＩＳ試験に準じて８０℃の温水に浸した状態で養生するためのものである。
このような水槽１４内の底部には、モールド１２の載置台１４０２が設置されている。載置台１４０２の上面には、モールド１２の下端が嵌合される円形の凹部１４０４が形成されている。したがって、モールド１２の下端が凹部１４０４に嵌合された状態では、モールド１２の下端開口は閉塞される。
また、凹部１４０４に嵌合されたモールド１２は、モールド１２の上端縁に係止される押え部材２４と、この押え部材２４を上方から下方へ貫通して載置台１４０２に螺合される取付ボルト２６とによって載置台１４０２上に着脱可能に取り付けられている。また、凹部１４０４は載置台１４０２に設けられた通路１４０６により水槽１４内に連通されている。
また、モールド１２に格納された供試体１０の下面と凹部１４０４との間には、供試体１０への水浸性を良好にするためのポーラスストーン２８が介在されている。
【００１６】
拘束圧負荷機構１６は、供試体１０に、これを構成する膨張性材料の物性に対応して予め設定された拘束圧荷重を一方向、すなわちモールド１２に格納された供試体１０がモールド１２の上端開口から上方に向け水浸膨張するのを拘束する方向から供試体１０に負荷するものである。
【００１７】
このような拘束圧負荷機構１６は、モールド１２の上端開口に臨む供試体１０の上面に供試体１０への水浸性を良好にするポーラスストーン３０を介して当接される、多数の孔を有する拘束圧負荷盤１６０２と、この拘束圧負荷盤１６０２の上面に鉛直に突設した操作ロッド１６０４と、モールド１２の上方で支持部材１６０６を介して押え部材２４に水平に設けられ、操作ロッド１６０４が貫通する支持板１６０８と、この支持板１６０８の操作ロッド貫通箇所に設けられ、操作ロッド１６０４を上下方向に移動可能に案内するスラスト軸受１６１０と、操作ロッド１６０４の上端に設けられた変位測定部材１６１２と、この変位測定部材１６１２の上方に位置して配設された支持フレーム１６１４と、この支持フレーム１６１４の操作ロッド１６０４の軸線と一致する箇所に、上下方向に移動可能に貫通支持された拘束圧負荷ロッド１６１６と、この拘束圧負荷ロッド１６１６の下端と操作ロッド１６０４の上端との間を連結する連結部材１６１８と、支持フレーム１６１４上に設置され、拘束圧負荷ロッド１６１６を下方に動作させることにより拘束圧を連結部材１６１８を通して操作ロッド１６０４に付与する拘束圧発生部１６１８とから構成されている。
【００１８】
荷重計１８は、拘束圧発生部１６１８から拘束圧負荷ロッド１６１６、連結部材１６１８及び操作ロッド１６０４を通して供試体１０に負荷される拘束圧荷重を測定するものであり、半導体圧力センサなどから構成されている。このような荷重計１８は連結部材１６１８に装着される。荷重計１８で測定された拘束圧荷重の測定データは通信回線を通してパソコン２２に取り込まれる。
【００１９】
変位計２０は、拘束圧負荷機構１６による供試体１０への拘束圧荷重下で、供試体１０を水槽１４の温水３２に浸した養生状態における試供体１０の水浸膨張量を計測するもので、ダイヤルゲージから構成される。この変位計２０は、支持フレーム１６１４に支持部材２０１４を介して支持されている。そして、変位計２０に設けられた触針２０１２は変位測定部材１６１２に当接されている。また、変位計２０で計測された水浸膨張量の計測データは通信回線を通してパソコン２２に取り込まれる。
【００２０】
パソコン２２は、荷重計１８で測定された拘束圧データ及び変位計２０で計測された水浸膨張量データに基づいて供試体１０の水浸膨張試験に必要な各種の演算処理を行ない、かつ拘束圧負荷機構１６の拘束圧発生部１６１８を制御して、供試体１０に負荷される拘束圧を膨張性材料の物性に応じ設定し制御する機能を備える。
【００２１】
このためにパソコン２２は、図１に示すように、変位計２０で計測された水浸膨張量と供試体作製時の供試体１０の高さ方向（上下方向）に沿った寸法との比から供試体１０の水浸膨張比を算出する水浸膨張比算出手段２２０２と、荷重計１８による拘束圧の測定と水浸膨張比算出手段２２０２による水浸膨張比の算出とから供試体１０の水浸膨張が収束した時点を判定する判定手段２２０４と、判定手段２２０４により供試体１０の水浸膨張が収束したと判定された時点での水浸膨張比を供試体１０の収束値として求める収束値演算手段２２０６と、供試体１０に用いた膨張性材料を盛土工事に用いる際に、収束値演算手段２２０６で求めた収束値から予め計画されている盛土高さに応じて膨張性材料に被される一般盛土材料の土被り圧と、この土被り圧に対応する膨張性材料の水浸膨張比を求める土被り圧・水浸膨張比演算手段２２０８とを備える。
【００２２】
なお、演算処理を行なうパソコン２２は、ＣＰＵと、バスラインを介して接続されたＲＯＭ、ＲＡＭ、インタフェースなどを含んで構成される。ＲＯＭはＣＰＵが実行する処理または制御プログラムなどを格納し、ＲＡＭはワーキングエリアを提供する。ＣＰＵが前記処理または制御プログラムを実行することにより、水浸膨張比算出手段２２０２、判定手段２２０４、収束値演算手段２２０６、土被り圧・水浸膨張比演算手段２２０８が実現される。
【００２３】
次に、上記第１の実施の形態に示す水浸膨張試験装置１００による試験方法について説明する。
本実施の形態に示す水浸膨張試験装置１００の水浸膨張試験で得られた供試体の試験結果は実際に盛土を製造するために利用されることを目的としているため、実施工で想定される粒度および含水比で実施するものとする。
【００２４】
本実施の形態に示す供試体１０は、基本的にＪＩＳＡ５０１５の付属書２「鉄鋼スラグの水浸膨張試験方法」に示す成形手順に準じて作製されるが、試料の含水比については、自然含水比状態で実施するものとする。また、供試体の締固め度については、本発明による試験結果は実際に盛土を製造するために利用されることを目的としているため、実施工で想定される締固め方法および締固め度で作製する。例えば、盛土の目標締固め度が９０％と規定されている場合には締固め度９０％で供試体を作製し、盛土の目標締固め度が９５％と規定されている場合は締固め度９５％で供試体を作製する。
【００２５】
図１に示す水浸膨張試験装置１００を用いて供試体の水浸膨張比試験を行なう場合は、まず、成形後の供試体１０を格納したモールド１２を載置台１４０２上にセットし固定する。その後、水槽１４内を常温の水で満たし、拘束圧負荷機構１６を作動して所定の拘束圧荷重を供試体１０に負荷する。この状態で２４時間放置し、供試体１０を飽和状態に湿潤させるとともに拘束圧荷重に伴う供試体１０初期沈下を収束させる。
このようなエージング（養生）処理を施した後の供試体１０を用いて、以下に述べる水浸膨張試験を実行する。
【００２６】
次に、上記エージング処理後の供試体１０を用いて供試体１０の水浸膨張比を求める場合について説明する。
エージング処理後の供試体１０の水浸膨張比を求めるに際しては、互いに異なる複数種類の拘束圧荷重を供試体１０に負荷した状態の各拘束圧荷重下における水浸膨張比を求める。
ここで、供試体１０に対する拘束圧荷重は、実際の盛土工事で想定される土被り圧から設定されるものである。このため、計画盛土高さが５ｍの場合を想定すると、その拘束圧荷重は、２５ｋＮ／ｍ２、５０ｋＮ／ｍ２、１００ｋＮ／ｍ２の３種類程度で実施するのが望ましい。
水浸膨張試験に際しての測定操作及び養生方法はＪＩＳＡ５０１５の付属書２「鉄鋼スラグの水浸膨張試験方法」に準じておこなわれる。また、測定は供試体１０の水浸膨張が収束したとみなせるまで継続して実施する。
【００２７】
供試体１０の水浸膨張試験に際しては、水槽１４内を８０℃の温水で満たし、上記各拘束圧荷重下で６時間保持し養生する。この養生処理は供試体１０の水浸膨張が収束したと判定されるまで繰り返し実行される。この時、荷重計１８で測定された拘束圧測定データはパソコン２２に取り込まれる。また、供試体１０への上記各拘束圧荷重時に生じる水浸膨張量は変位計２０により計測され、その計測データはパソコン２２に取り込まれる。
変位計２０の計測データを取り込んだパソコン２２では、下記の（１）式に示す演算を水浸膨張比算出手段２２０２で実行することにより、拘束圧荷重下における供試体１０の水浸膨張比γｅｐ○○を算出する。
γｅｐ○○=（Ｄｃ−Ｄｓ）／Ｈ・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
ここで、γｅｐ○○は、ある拘束圧荷重下、例えば拘束圧５０ｋＮ／ｍ2における水浸膨張比（％）であり、Ｄｃは供試体１０の収束時点における変位計２０の計測値（ｍｍ）、Ｄｓは供試体１０の初期における変位計２０の計測値（ｍｍ）であり、Ｈは供試体作製時の供試体１０の高さ方向（上下方向）の寸法（ｍｍ）である。
【００２８】
以下同様にして、拘束圧荷重を上記２５ｋＮ／ｍ２、５０ｋＮ／ｍ２、７５ｋＮ／ｍ２、１００ｋＮ／ｍ２に変えて測定がなされる毎に、それぞれの拘束圧荷重時に生じる水浸膨張量を変位計２０により計測する。各拘束圧荷重毎に測定された計測データを基に水浸膨張比算出手段２２０２で（１）式を実行することにより、上記各拘束圧荷重時における水浸膨張比を算出する。そして、水浸膨張比算出手段２２０２による演算処理は、各拘束圧荷重毎に供試体１０の水浸膨張が収束したと判定されるまで繰り返し実行される。この時の各拘束圧荷重毎の供試体１０の水浸膨張比と繰返し回数１，２，３・・・との関係を図２に示す。この図２において、横軸の目盛は算術目盛である。
【００２９】
図２において、特性曲線４２は、供試体１０が無拘束状態における繰返し回数（経過日数）と水浸膨張比γｅとの関係を示す。特性曲線４４は、供試体１０が拘束圧荷重２５ｋＮ／ｍ２における繰返し回数（経過日数）と水浸膨張比γｅとの関係を示す。また、特性曲線４６は、供試体１０が拘束圧荷重５０ｋＮ／ｍ２における繰返し回数（経過日数）と水浸膨張比γｅとの関係を示す。さらに、特性曲線４８は、供試体１０が拘束圧荷重１００ｋＮ／ｍ２における繰返し回数（経過日数）と水浸膨張比γｅとの関係を示す。これら各特性曲線から明らかなように、８０℃の温水中で６時間養生する処理が繰り返されることで、供試体１０の水浸膨張が収束されることになる。
また、供試体１０の拘束圧（ｋＮ／ｍ２）と水浸膨張比γｅ（％）との関係は、図３に示すような特性曲線５２となる。
【００３０】
上記水浸膨張の収束判定は、荷重計１８による拘束圧荷重の測定と水浸膨張比算出手段２２０２による水浸膨張比の算出結果に基づいて判定手段２２０４で行なわれる。判定手段２２０４において、供試体１０の水浸膨張が収束したと判定されると、水浸膨張が収束したと判定された時点での水浸膨張比を供試体１０の収束値とする演算が収束値演算手段２２０６で実行される。
次いで、土被り圧・水浸膨張比演算手段２２０８では、収束値演算手段２２０６で求めた収束値から、予め計画されている盛土高さに応じて膨張性材料に被される一般盛土材料の土被り圧と、この土被り圧に対応する膨張性材料の水浸膨張比を求める。
【００３１】
例えば、無拘束状態の拘束圧荷重０ｋＮ／ｍ２から、２５ｋＮ／ｍ２、５０ｋＮ／ｍ２、１００ｋＮ／ｍ２毎に、収束値演算手段２２０６で求められた各収束値を図３に示す特性曲線５２上にプロットする。これにより、０ｋＮ／ｍ２、２５ｋＮ／ｍ２、５０ｋＮ／ｍ２、１００ｋＮ／ｍ２のそれぞれに対応する収束値は、特性曲線５２上の点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４におかれる。
そこで、特性曲線５２上の点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４で示された収束値から、予め計画されている盛土高さに応じて、実際の膨張性材料で形成される盛土に被される一般盛土材料の土被り圧と、この土被り圧に対応する膨張性材料の水浸膨張比を、土被り圧・水浸膨張比演算手段２２０８により求める。例えば、特性曲線５２上の点Ｐｘの収束値に対応する横軸上の交点に示される拘束圧から一般盛土材料の土被り圧σE（ｋＮ／ｍ２）を求め、読み取る。さらに、点Ｐｘの収束値に対応する縦軸上の交点に示される水浸膨張比から土被り圧σE（ｋＮ／ｍ２）に対応する水浸膨張比γｅＥ（％）を求め、読み取る。
したがって、鉄鋼スラグで代表される膨張性材料を用いて盛土工事を行なう場合は、上述の方法で求められた土被り圧σEと水浸膨張比γｅＥのデータに基づいて盛土工事の設計を行なえばよい。
【００３２】
このような第１の実施の形態に示す水浸膨張試験装置１００によれば、本水浸膨張試験装置の試験により得られた拘束圧σｅと水浸膨張比γｅとの関係から、一般盛土材料の土被り圧σEに応じた水浸膨張比γｅＥを推定し、盛土の使用形態に応じて決定される許容膨張量から膨張性材料の盛土層厚を決定することができる。
これにより、土被り圧に応じた膨張率を定量的に把握することで、許容膨張量を満足させながら、従来では使用することができずに放置していた膨張性材料を盛土材料として有効に利用することができる。
さらに、一般盛土材料の土被り圧と該土被り圧に対応する膨張性材料の水浸膨張比を利用して、盛土体の利用形態に応じた膨張量の許容範囲から、盛土材料の配置および層厚を計画することで、膨張性材料の適用範囲の拡大に寄与することができる。
また、供試体１０に対する拘束圧σｅを一般盛土材料の土被り圧σEに応じて互いに異なる複数種類の拘束圧に設定することにより、供試体水浸膨張の収束値の算出、及び収束値に対応する土被り圧σEと水浸膨張比γｅＥを推定し求めるのに有利となる。
【００３３】
なお、上記第１の実施の形態に示す土被り圧・水浸膨張比演算手段２２０８では、収束値演算手段２２０６で求められた各収束値を図３に示す特性曲線５２上にプロットし、このプロットされた点の収束値に対応する横軸上の拘束圧から一般盛土材料の土被り圧σEを読み取り、かつ縦軸上の水浸膨張比から土被り圧σEに対応する水浸膨張比γｅＥを読み取る場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図３に示す拘束圧と水浸膨張比との関係を表すデータテーブルを作成し、このデータテーブルを収束値演算手段２２０６で求められた収束値で検索することにより、土被り圧σE及びこれに対応する水浸膨張比γｅＥを求めることができる。
【００３４】
（第２の実施の形態）
本発明にかかる水浸膨張試験装置の第２の実施の形態について図４を参照して詳細に説明する。
図４において、鉄鋼スラグを代表とする膨張性材料で成形された供試体１０の水浸膨張を試験する水浸膨張試験装置２００は、モールド１２、養生用の水槽１４、拘束機構（特許得請求の範囲に記載した拘束手段に相当する）３４、拘束圧測定計３６、パソコン（パーソナルコンピュータ）３８等を備える。
この水浸膨張試験装置２００のモールド１２及び養生用の水槽１４は、図１に示す水浸膨張試験装置１００と同様に構成されている。
【００３５】
拘束機構３４は、供試体１０一方向、すなわちモールド１２に格納された供試体１０がモールド１２の上端開口から上方に向け水浸膨張するのを拘束するものである。
このような拘束機構３４は、モールド１２の上端開口に臨む供試体１０の上面に供試体１０への水浸性を良好にするポーラスストーン３０を介して当接される、多数の孔を有する拘束圧負荷盤３４０２と、この拘束圧負荷盤３４０２の上面に鉛直に突設した操作ロッド３４０４と、モールド１２の上方で支持部材３４０６を介して押え部材２４に水平に設けられ、操作ロッド３４０４が貫通する支持板３４０８と、この支持板３４０８の操作ロッド貫通箇所に設けられ、操作ロッド３４０４を上下方向に移動可能に案内するスラスト軸受３４１０と、操作ロッド３４０４の上端に設けられた受け部材３４１８と、この受け部材３４１８の上方に位置して配設された反力盤３４１４と、この反力盤３４１４の操作ロッド３４０４の軸線と一致する箇所に、上下方向に移動可能に貫通して螺合された拘束圧調整ねじ３４１６と、この拘束圧調整ねじ３４１６の下端と受け部材３４１８との間を連結する連結部材３４２０とから構成されている。
【００３６】
拘束圧測定計３６は、供試体１０の一方向における膨張を拘束した状態で、供試体１０養生時に試供体１０の水浸膨張で発生する拘束圧を測定するもので、半導体圧力センサなどから構成され、連結部材３４２０に装着されている。拘束圧測定計３６で測定された拘束圧荷重の測定データは通信回線を通してパソコン３８に取り込まれる。
【００３７】
パソコン３８は、拘束圧測定計３６で測定された拘束圧データに基づいて供試体１０の水浸膨張試験に必要な各種の演算処理を行なる。
このためにパソコン３８は、図４に示すように、拘束圧測定計３６で計測された測定値と、供試体１０の一方向と直交する方向の断面積との積から供試体１０の水浸膨張圧を算出する水浸膨張圧算出手段３４０２と、拘束圧測定計３６による拘束圧の測定と水浸膨張圧算出手段３４０２水浸膨張圧の算出とから供試体１０の水浸膨張が収束した時点を判定する判定手段３８０４と、供試体１０の水浸膨張が収束した時点での水浸膨張圧を供試体の収束値として求める収束値演算手段３８０６と、供試体１０に用いた膨張性材料を盛土工事に用いる際に、収束値演算手段３８０６で求めた収束値から予め計画されている盛土高さに応じて膨張性材料に被される一般盛土材料の土被り圧と該土被り圧に対応する膨張性材料の水浸膨張比を求める土被り圧・水浸膨張比演算手段３８０８とを備える。
【００３８】
なお、演算処理を行なうパソコン３８は、ＣＰＵと、バスラインを介して接続されたＲＯＭ、ＲＡＭ、インタフェースなどを含んで構成される。ＲＯＭはＣＰＵが実行する処理または制御プログラムなどを格納し、ＲＡＭはワーキングエリアを提供する。ＣＰＵが前記処理または制御プログラムを実行することにより、水浸膨張圧算出手段３４０２、判定手段３８０４、収束値演算手段３８０６、土被り圧・水浸膨張比演算手段３８０８が実現される。
【００３９】
次に、上記第２の実施の形態に示す水浸膨張試験装置２００による試験方法について説明する。
本実施の形態に示す水浸膨張試験装置２００の水浸膨張試験で得られた供試体の試験結果は、第１の実施の形態に示す場合と同様に、実際に盛土を製造するために利用されることを目的としているため、実施工で想定される粒度および含水比で実施するものとする。
また、本第２の実施の形態に示す供試体１０も、第１の実施の形態に示す場合と同様に、ＪＩＳＡ５０１５の付属書２「鉄鋼スラグの水浸膨張試験方法」に示す成形手順に準じて作製される。
【００４０】
図４に示す水浸膨張試験装置２００を用いて供試体の水浸膨張試験を行なう場合は、まず、成形後の供試体１０を格納したモールド１２を載置台１４０２上にセットし固定する。その後、水槽１４内を常温の水で満たし、拘束圧負荷機構１６を作動して所定の拘束圧荷重を供試体１０に負荷する。この状態で２４時間放置し、供試体１０を飽和状態に湿潤させるとともに拘束圧荷重に伴う供試体１０初期沈下を収束させる。
このようなエージング（養生）処理を施した後の供試体１０を用いて、以下に述べる水浸膨張試験を実行する。
【００４１】
まず、上記エージング処理後の供試体１０を用いて供試体１０の水浸膨張圧を求める場合について説明する。
エージング処理後の供試体１０の水浸膨張圧を求めるに際しては、その測定開始前に、拘束圧調整ねじ３４１６を再調整する。この時、拘束圧測定計３６の読み値が５０ｋＮ／ｍ２程度になるように調整すると初期のベディングエラーを小さくできる。
【００４２】
供試体１０の水浸膨張試験に際しては、水槽１４内を８０℃の温水で満たし、所定の拘束圧荷重下で６時間保持し養生する。この養生処理は供試体１０の水浸膨張が収束したと判定されるまで繰り返し実行される。この時、拘束圧測定計３６で測定された拘束圧測定データはパソコン３８に取り込まれる。
拘束圧測定計３６の測定データを取り込んだパソコン３８では、（２）式に示す演算を水浸膨張圧算出手段３８０２で実行することにより、無拘束状態から拘束圧荷重を増大方向に段階的に変更した拘束圧荷重下における供試体１０の水浸膨張圧σｅを下記の（２）式により算出する。
σｅ=Ｐｃ／Ａ×１０００・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
ただし、σｅは水浸膨張圧（ｋＮ／ｍ２）、Ｐｃは荷重計の読み（ｋＮ）、Ａは供試体の断面積（ｃｍ２）である。
ここで、供試体１０に対する拘束圧荷重を無拘束状態から拘束圧荷重を増大方向に段階的に変更した場合の供試体１０の膨張量を、横軸に拘束圧を取り、縦軸に水浸膨張比を取ってグラフで表すと、図５に示す特性線のようになる。
図５は、図３の横軸を対数目盛にプロットしたものである。また、図４に示す試験装置２００の試験で求められる値は、点Ｐ１５の収束値のみであり、点Ｐ１１から点Ｐ１４の収束値は図１に示す試験装置１００の試験で求められる値である。点Ｐ１５の拘束値は、膨張性材料である供試体の水浸膨張比が０となる値である。また、図４に示す試験装置２００の方が図１に示す試験装置１００より簡単であるため、図４に示す試験装置２００を使用すれば、点Ｐ１１と点Ｐ１５の収束値を求めることができる。したがって、点Ｐ１１と点Ｐ１５との間を直線で結べば、膨張性材料の水浸膨張比を０に抑えた状態で拘束圧の変化を図５の特性線５４に示すように求めることができ、これに伴い、任意の拘束圧の水浸膨張比を簡易的に求めることが可能になる。ずなわち、試験装置２００は、特許請求の範囲に記載した「膨張性材料の水浸膨張比を０に抑えた状態で拘束圧の変化を求める」機能を備える。
【００４３】
また、供試体１０に対する拘束圧荷重を無拘束状態から増大方向に段階的に変更する場合、その拘束圧荷重毎に、拘束圧測定計３６による拘束圧荷重の測定と水浸膨張圧算出手段３４０２による水浸膨張圧の算出とから供試体１０の水浸膨張が収束した時点を判定手段３８０４で判定する。
判定手段３８０４において、供試体１０の水浸膨張が収束したと判定されると、水浸膨張が収束したと判定された時点での水浸膨張比を供試体１０の収束値とする演算が収束値演算手段３８０６で実行される。次いで、土被り圧・水浸膨張比演算手段３８０８では、収束値演算手段３８０６で求めた収束値から、予め計画されている盛土高さに応じて膨張性材料に被される一般盛土材料の土被り圧と該土被り圧に対応する膨張性材料の水浸膨張比を求める。
【００４４】
例えば、供試体１０に対し、拘束圧荷重を無拘束状態から水浸膨張比がゼロとなる最大拘束圧荷重になるまで段階的に変化させた時に、その各拘束圧荷重毎に求められた収束値を図５に示す特性線５４に沿いプロットする。これにより、無拘束状態から最大拘束圧荷重に段階的に達するまでの各拘束圧荷重のそれぞれに対応する収束値は、特性線５４上の点Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ１４，Ｐ１５で示すように表される。
【００４５】
そこで、点Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ１４，Ｐ１５で示された収束値から、予め計画されている盛土高さに応じて、実際の膨張性材料で形成される盛土に被される一般盛土材料の土被り圧と、この土被り圧に対応する膨張性材料の水浸膨張比を、土被り圧・水浸膨張比演算手段３８０８により求める。例えば、特性線５４上の点Ｐｘの収束値に対応する横軸上の交点に示される拘束圧から一般盛土材料の土被り圧σEを求め、読み取る。さらに、点Ｐｘの収束値に対応する縦軸上の交点に示される水浸膨張比から土被り圧σEに対応する水浸膨張比γｅＥを求め、読み取る。
したがって、鉄鋼スラグで代表される膨張性材料を用いて盛土工事を行なう場合は、上述の方法で求められた土被り圧σEと水浸膨張比γｅＥのデータに基づいて盛土工事の設計を行なえばよい。
【００４６】
なお、上記第１の実施の形態に示す水浸膨張試験装置のように拘束圧を変えた一連の試験の実施が困難な時は、上記第２の実施の形態に示す水浸膨張試験装置を適用する。この場合、収束値演算手段３８０６で求められた収束値を図５に示すようにプロットすることにより、土被り圧σEに対応する水浸膨張比γｅＥを簡易的に求めることもできる。また、水浸膨張圧試験結果から求める場合は、膨張性材料による盛土高さＨｅの安全率αを３（通常は２）とすることが好ましい。
【００４７】
このような第２の実施の形態に示す水浸膨張試験装置２００によれば、第１の実施の形態に示す場合と同様に、水浸膨張試験装置の試験により得られた拘束圧γｅと水浸膨張比σｅとの関係から、一般盛土材料の土被り圧σEに応じた水浸膨張比γｅＥを推定し、盛土の使用形態に応じて決定される許容膨張量から膨張性材料の盛土層厚を決定することができる。
これにより、土被り圧に応じた膨張率を定量的に把握することで、許容膨張量を満足させながら、従来では使用することができずに放置していた膨張性材料を盛土材料として有効に利用することができる。
さらに、一般盛土材料の土被り圧と該土被り圧に対応する膨張性材料の水浸膨張比を利用して、盛土体の利用形態に応じた膨張量の許容範囲から、盛土材料の配置および層厚を計画することで、膨張性材料の適用範囲の拡大に寄与することができる。
【００４８】
なお、上記第２の実施の形態に示す土被り圧・水浸膨張比演算手段３８０８では、収束値演算手段３８０６で求められた各収束値を図５に示す特性線５４に沿いプロットし、このプロットされた点の収束値に対応する横軸上の拘束圧から一般盛土材料の土被り圧σEを読み取り、かつ縦軸上の水浸膨張比から土被り圧σEに対応する水浸膨張比γｅＥを読み取る場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図５に示す拘束圧と水浸膨張比との関係を表すデータテーブルを作成し、このデータテーブルを収束値演算手段２２０６で求められた収束値で検索することにより、土被り圧σE及びこれに対応する水浸膨張比γｅＥを求めることができる。
【００４９】
（実施例１）
次に、本発明の第１または第２の実施の形態に示す水浸膨張試験方法及び装置でえられた試験結果を盛土工事に応用した場合の実施例について、図６を参照して説明する。
この実施例では、図６に示すように、地盤６０上に鉄鋼スラグで代表される膨張性材料を高さＨｅ、例えば１．８ｍの高さに盛土して膨張性材料からなる盛土層６２を形成した。
次いで、盛土層６２の上面と盛土層６２の周囲を含む一定の領域に一般の盛土材料を高さＨｎ、例えば４．２ｍの高さに盛土して一般盛土材料からなる盛土層６４を形成した。
この場合の盛土層６２及び盛土層６４を含めた盛土全体の計画盛土高さＨｏは６ｍである。
【００５０】
以下、図６に示す構造の盛土工事を行なう場合の計算例について述べる。
図６に示す盛土層６２の高さＨｅは、次の（３）式で求められる。
Ｈｅ=δｅ／γｅＥ／α（ｍ）・・・・・・・・・・・・・・・（３）
ここで、膨張性材料の盛土高さＨｅは、Ｈｅ´=δｅ／γｅＥ／α（ｍ）式により求められる値よりも小さい値に設定される。
ただし、δｅ（ｃｍ）は盛土層６２の許容膨張量、γｅＥ（%）は想定される盛土圧σEにおける水浸膨張比、αは安全率である。
また、想定される盛土圧σEは、下記の（４）式で求められる。
σE=Ｈｎ×γｔ／２（ｋＮ／ｍ２）・・・・・・・・・・・・・（４）
ただし、Ｈｎ（ｍ）は一般の盛土高さであり、γｔ（ｋＮ／ｍ３）は一般の盛土材料単位体積重量である。
【００５１】
このような一般的な土を材料として計画された盛土工事の場合は、本発明の水浸膨張試験装置から得られた結果を整理し、図３あるいは図５に示すような拘束圧σｅと水浸膨張比σｅとの関係から、上記土被り圧σEに応じた水浸膨張比γｅＥを推定し、盛土の使用形態に応じて決定される許容膨張量δｅから膨張性材料の盛土層厚を決定する。
これにより、土被り圧に応じた膨張率を定量的に把握することで、許容膨張量を満足しながら、従来では使用することができずに放置していた膨張性材料を盛土材料として有効に利用することができる。また、このような盛土構成によると、膨張性材料の不均一性が原因による局所的な膨張に対しても、一般盛土材料からなる盛土高さＨｎの盛土層６４を介することにより、盛土表面では局所的な膨張によるズレやヒビなどの影響が現れることがない。
また、上記（３）式及び（４）式を用いることにより、膨張性材料からなる盛土層６２の高さＨｅ、及び想定される盛土圧σEを求めるのに有利となる。
【符号の説明】
【００５２】
１００ 水浸膨張試験装置
１０ 供試体
１２ モールド
１４ 水槽
１６ 拘束圧負荷機構
１８ 荷重計
２０ 変位計
２２ パソコン
２２０２ 水浸膨張比算出手段
２２０４ 判定手段
２２０６ 収束値演算手段
２２０８ 土被り圧・水浸膨張比演算手段
２００ 水浸膨張試験装置
３４ 拘束機構
３６ 拘束圧測定計
３８ パソコン
３８０２ 水浸膨張圧算出手段
３８０４ 判定手段
３８０６ 収束値演算手段
３８０８ 土被り圧・水浸膨張比演算手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鋼スラグなどの膨張性材料を用いて盛土工事を行なう際に使用される膨張性材料の水浸膨張を試験する水浸膨張試験方法及び水浸膨張装置並びにこれら試験から得られた結果を利用して実施する盛土施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、鉄鋼スラグを代表とする膨張性材料の水浸膨張試験方法として、特許文献１、２等に示す技術が知られている。
これら特許文献に示す水浸膨張試験方法は、主に膨張性材料の膨張性を抑制する方法や膨張性の評価方法または膨張試験方法などに関するものである。これらのうち、膨張抑制方法としては、セメントなどの固化材や特殊な薬液を混合するものである。これに対し、膨張性の評価方法や膨張試験方法は、主に精度をあげることや試験時間の短縮を目的としたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１７４７５７号公報
【特許文献２】特開２００４−１４４６９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような膨張性材料に拘束圧を負荷した場合、その膨張率が低減されることが予想される。しかしながら、従来の水浸膨張試験方法では、膨張性材料の膨張率低減効果を定量的に計測することができなかった。
また、上述のような従来の水浸膨張試験方法は、鉄鋼スラグを代表とする膨張性材料に固化材あるいは特殊な薬液を混合するものであるため、コストの面から一般的に普及していないのが現状である。しかも、従来の膨張性の評価方法や試験時間を短縮できる膨張試験方法では、膨張性材料の適用範囲の拡大に寄与しない。
【０００５】
本発明は、上記のような点に鑑みてなされたもので、膨張性材料の拘束圧による膨張性の抑制効果が定量的に把握でき、かつ膨張性材料の適用範囲の拡大に寄与できる膨張性材料の水浸膨張試験方法及び水浸膨張試験装置並びに膨張性材料を用いた盛土施工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】
【０００６】
上記の目的を達成するために本発明は、膨張性材料で成形された供試体の水浸膨張を試験する水浸膨張試験方法であって、前記供試体を一方向にのみ膨張可能な状態でモールドに格納し、前記モールドに格納された供試体を養生用の水槽内に設置し、前記供試体に該供試体を構成する膨張性材料の物性に対応して前記供試体を前記一方向に圧縮する予め設定された拘束圧を前記供試体に負荷し、前記拘束圧荷重下で前記供試体を前記水槽の温水に浸した養生状態における当該試供体の水浸膨張量を計測し、前記計測された水浸膨張量と供試体作製時の前記供試体の前記一方向に沿った寸法との比から前記供試体の水浸膨張比を算出し、前記水浸膨張量の計測と前記水浸膨張比の算出を繰り返して行ない、前記供試体の水浸膨張が収束した時点での前記水浸膨張比を前記供試体の収束値として求め、前記拘束圧と前記水浸膨張比との関係を求めることを特徴とする。
【０００７】
また本発明は、膨張性材料で成形された供試体の水浸膨張を試験する水浸膨張試験方法であって、前記供試体を一方向にのみ膨張可能な状態でモールドに格納し、前記モールドに格納された供試体を養生用の水槽内に設置し、前記供試体の前記一方向における膨張を拘束した状態で、前記供試体を前記水槽の温水に浸した養生状態における当該試供体の水浸膨張で発生する拘束圧を測定し、前記拘束圧の測定値と前記供試体の一方向と直交する方向の断面積との積から前記供試体の水浸膨張圧を算出し、前記拘束圧の測定と前記水浸膨張圧の算出を繰り返して行ない、前記供試体の水浸膨張が収束した時点での前記水浸膨張圧を前記供試体の収束値として求め、前記膨張性材料の水浸膨張比が０となる拘束圧を求めることを特徴とする。
【０００８】
また本発明は、膨張性材料で成形された供試体の水浸膨張を試験する水浸膨張試験装置であって、前記供試体をその一方向にのみ膨張可能な状態で格納するモールドと、前記モールドに格納された前記供試体を養生する水槽と、前記供試体に前記膨張性材料の物性に対応して予め設定された拘束圧荷重を前記一方向に沿って前記供試体に負荷する拘束圧負荷手段と、前記供試体に負荷される拘束圧荷重を測定する荷重計と、前記拘束圧荷重下で前記供試体を前記水槽の温水に浸した養生状態における当該試供体の水浸膨張量を計測する変位計と、前記水浸膨張量と前記拘束圧負荷前の前記供試体の前記一方向に沿った寸法との比から前記供試体の水浸膨張比を算出する水浸膨張比算出手段と、前記拘束圧荷重の測定と前記水浸膨張比の算出とから前記供試体の水浸膨張が収束した時点を判定する判定手段と、前記判定手段により前記供試体の水浸膨張が収束したと判定された時点での前記水浸膨張比を前記供試体の収束値として求める収束値演算手段と、前記拘束圧と前記水浸膨張比との関係を求める手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、膨張性材料で成形された供試体の水浸膨張を試験する水浸膨張試験装置であって、前記供試体をその一方向にのみ膨張可能な状態で格納するモールドと、前記モールドに格納された前記供試体を養生する水槽と、前記供試体の前記一方向における膨張を拘束する拘束手段と、前記供試体の前記一方向における膨張を拘束した状態で、前記供試体を前記水槽の温水に浸した養生状態における当該試供体の水浸膨張で発生する拘束圧荷重を測定する拘束圧測定計と、前記拘束圧測定計で測定された測定値と前記供試体の一方向と直交する方向の断面積との積から前記供試体の水浸膨張圧を算出する水浸膨張圧算出手段と、前記拘束圧荷重の測定と前記水浸膨張圧の算出とから前記供試体の水浸膨張が収束した時点を判定する判定手段と、前記判定手段により前記供試体の水浸膨張が収束したと判定された時点での前記水浸膨張圧を前記供試体の収束値として求める収束値演算手段と、前記膨張性材料の水浸膨張比が０となる拘束圧を求める手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
また本発明は、盛土施工方法であって、膨張性材料を盛土工事に用いるに際し、請求項１または２に記載の水浸膨張試験方法から得られた前記拘束圧と前記水浸膨張比との関係から予め計画されている盛土高さに応じて前記膨張性材料に被される一般盛土材料の土被り圧と該土被り圧に対応する前記膨張性材料の水浸膨張比を求め、前記求められた水浸膨張比に基づいて前記水浸膨張比が得られる盛土高さに膨張性材料を盛土し、かつ前記土被り圧が得られる盛土高さに一般盛土材料を盛土することを特徴とする。
【００１１】
また本発明は、盛土施工方法であって、膨張性材料を盛土工事に用いるに際し、請求項６記載の水浸膨張試験装置から得られた前記拘束圧と前記水浸膨張比との関係から予め計画されている盛土高さに応じて前記膨張性材料に被される一般盛土材料の土被り圧と該土被り圧に対応する前記膨張性材料の水浸膨張比を求め、前記求められた水浸膨張比に基づいて前記水浸膨張比が得られる盛土高さに膨張性材料を盛土し、かつ前記土被り圧が得られる盛土高さに一般盛土材料を盛土することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、膨張性材料の拘束圧による膨張性の抑制効果が定量的に把握でき、かつ膨張性材料の適用範囲の拡大に寄与できる。
そして、試験により得られた一般盛土材料の土被り圧と該土被り圧に対応する膨張性材料の水浸膨張比を利用して、盛土体の利用形態に応じた膨張量の許容範囲から、盛土材料の配置および層厚を計画することにより、膨張性材料の適用範囲の拡大に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明にかかる拘束圧負荷型水浸膨張比測定方式の水浸膨張試験方法を適用した水浸膨張試験装置の原理を説明する概略構成図である。
【図２】本発明にかかる拘束圧負荷型水浸膨張比測定方式の水浸膨張試験装置による膨張性材料の試験結果から得られる繰返し回数（または経過日数）と水浸膨張比との関係を示すグラフである。
【図３】本発明にかかる水浸膨張圧測定方式の水浸膨張試験装置による試験結果から得られる膨張性材料の拘束圧と水浸膨張比との関係を示すグラフである。
【図４】本発明にかかる水浸膨張圧測定方式の水浸膨張試験方法を適用した水浸膨張試験装置の原理を説明する概略構成図である。
【図５】本発明にかかる水浸膨張圧測定方式の水浸膨張試験装置による試験結果から得られる拘束圧と水浸膨張比との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の水浸膨張試験装置から得られた試験結果を基に膨張性材料を盛土工事に適用した場合の実施例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１の実施の形態）
以下、本発明にかかる拘束圧負荷型水浸膨張比測定方式の水浸膨張試験方法を適用した水浸膨張試験装置の第１の実施の形態について図１を参照して詳細に説明する。
図１において、鉄鋼スラグを代表とする膨張性材料で成形された供試体１０の水浸膨張を試験する水浸膨張試験装置１００は、モールド１２、養生用の水槽１４、拘束圧負荷機構（特許得請求の範囲に記載した拘束圧負荷手段に相当する）１６、荷重計１８、変位計２０、パソコン（パーソナルコンピュータ）２２等を備える。
【００１５】
モールド１２は、供試体１０をその一方向（上方）にのみ膨張可能な状態で格納するもので、上面及び底面が開口された円筒体から構成されている。
水槽１４は、供試体１０の水浸膨張試験に際し、モールド１２に格納された供試体１０を常温の水に浸した状態と、ＪＩＳ試験に準じて８０℃の温水に浸した状態で養生するためのものである。
このような水槽１４内の底部には、モールド１２の載置台１４０２が設置されている。載置台１４０２の上面には、モールド１２の下端が嵌合される円形の凹部１４０４が形成されている。したがって、モールド１２の下端が凹部１４０４に嵌合された状態では、モールド１２の下端開口は閉塞される。
また、凹部１４０４に嵌合されたモールド１２は、モールド１２の上端縁に係止される押え部材２４と、この押え部材２４を上方から下方へ貫通して載置台１４０２に螺合される取付ボルト２６とによって載置台１４０２上に着脱可能に取り付けられている。また、凹部１４０４は載置台１４０２に設けられた通路１４０６により水槽１４内に連通されている。
また、モールド１２に格納された供試体１０の下面と凹部１４０４との間には、供試体１０への水浸性を良好にするためのポーラスストーン２８が介在されている。
【００１６】
拘束圧負荷機構１６は、供試体１０に、これを構成する膨張性材料の物性に対応して予め設定された拘束圧荷重を一方向、すなわちモールド１２に格納された供試体１０がモールド１２の上端開口から上方に向け水浸膨張するのを拘束する方向から供試体１０に負荷するものである。
【００１７】
このような拘束圧負荷機構１６は、モールド１２の上端開口に臨む供試体１０の上面に供試体１０への水浸性を良好にするポーラスストーン３０を介して当接される、多数の孔を有する拘束圧負荷盤１６０２と、この拘束圧負荷盤１６０２の上面に鉛直に突設した操作ロッド１６０４と、モールド１２の上方で支持部材１６０６を介して押え部材２４に水平に設けられ、操作ロッド１６０４が貫通する支持板１６０８と、この支持板１６０８の操作ロッド貫通箇所に設けられ、操作ロッド１６０４を上下方向に移動可能に案内するスラスト軸受１６１０と、操作ロッド１６０４の上端に設けられた変位測定部材１６１２と、この変位測定部材１６１２の上方に位置して配設された支持フレーム１６１４と、この支持フレーム１６１４の操作ロッド１６０４の軸線と一致する箇所に、上下方向に移動可能に貫通支持された拘束圧負荷ロッド１６１６と、この拘束圧負荷ロッド１６１６の下端と操作ロッド１６０４の上端との間を連結する連結部材１６１８と、支持フレーム１６１４上に設置され、拘束圧負荷ロッド１６１６を下方に動作させることにより拘束圧を連結部材１６１８を通して操作ロッド１６０４に付与する拘束圧発生部１６１８とから構成されている。
【００１８】
荷重計１８は、拘束圧発生部１６１８から拘束圧負荷ロッド１６１６、連結部材１６１８及び操作ロッド１６０４を通して供試体１０に負荷される拘束圧荷重を測定するものであり、半導体圧力センサなどから構成されている。このような荷重計１８は連結部材１６１８に装着される。荷重計１８で測定された拘束圧荷重の測定データは通信回線を通してパソコン２２に取り込まれる。
【００１９】
変位計２０は、拘束圧負荷機構１６による供試体１０への拘束圧荷重下で、供試体１０を水槽１４の温水３２に浸した養生状態における試供体１０の水浸膨張量を計測するもので、ダイヤルゲージから構成される。この変位計２０は、支持フレーム１６１４に支持部材２０１４を介して支持されている。そして、変位計２０に設けられた触針２０１２は変位測定部材１６１２に当接されている。また、変位計２０で計測された水浸膨張量の計測データは通信回線を通してパソコン２２に取り込まれる。
【００２０】
パソコン２２は、荷重計１８で測定された拘束圧データ及び変位計２０で計測された水浸膨張量データに基づいて供試体１０の水浸膨張試験に必要な各種の演算処理を行ない、かつ拘束圧負荷機構１６の拘束圧発生部１６１８を制御して、供試体１０に負荷される拘束圧を膨張性材料の物性に応じ設定し制御する機能を備える。
【００２１】
このためにパソコン２２は、図１に示すように、変位計２０で計測された水浸膨張量と供試体作製時の供試体１０の高さ方向（上下方向）に沿った寸法との比から供試体１０の水浸膨張比を算出する水浸膨張比算出手段２２０２と、荷重計１８による拘束圧の測定と水浸膨張比算出手段２２０２による水浸膨張比の算出とから供試体１０の水浸膨張が収束した時点を判定する判定手段２２０４と、判定手段２２０４により供試体１０の水浸膨張が収束したと判定された時点での水浸膨張比を供試体１０の収束値として求める収束値演算手段２２０６と、供試体１０に用いた膨張性材料を盛土工事に用いる際に、収束値演算手段２２０６で求めた収束値から予め計画されている盛土高さに応じて膨張性材料に被される一般盛土材料の土被り圧と、この土被り圧に対応する膨張性材料の水浸膨張比を求める土被り圧・水浸膨張比演算手段２２０８とを備える。
【００２２】
なお、演算処理を行なうパソコン２２は、ＣＰＵと、バスラインを介して接続されたＲＯＭ、ＲＡＭ、インタフェースなどを含んで構成される。ＲＯＭはＣＰＵが実行する処理または制御プログラムなどを格納し、ＲＡＭはワーキングエリアを提供する。ＣＰＵが前記処理または制御プログラムを実行することにより、水浸膨張比算出手段２２０２、判定手段２２０４、収束値演算手段２２０６、土被り圧・水浸膨張比演算手段２２０８が実現される。
【００２３】
次に、上記第１の実施の形態に示す水浸膨張試験装置１００による試験方法について説明する。
本実施の形態に示す水浸膨張試験装置１００の水浸膨張試験で得られた供試体の試験結果は実際に盛土を製造するために利用されることを目的としているため、実施工で想定される粒度および含水比で実施するものとする。
【００２４】
本実施の形態に示す供試体１０は、基本的にＪＩＳＡ５０１５の付属書２「鉄鋼スラグの水浸膨張試験方法」に示す成形手順に準じて作製されるが、試料の含水比については、自然含水比状態で実施するものとする。また、供試体の締固め度については、本発明による試験結果は実際に盛土を製造するために利用されることを目的としているため、実施工で想定される締固め方法および締固め度で作製する。例えば、盛土の目標締固め度が９０％と規定されている場合には締固め度９０％で供試体を作製し、盛土の目標締固め度が９５％と規定されている場合は締固め度９５％で供試体を作製する。
【００２５】
図１に示す水浸膨張試験装置１００を用いて供試体の水浸膨張比試験を行なう場合は、まず、成形後の供試体１０を格納したモールド１２を載置台１４０２上にセットし固定する。その後、水槽１４内を常温の水で満たし、拘束圧負荷機構１６を作動して所定の拘束圧荷重を供試体１０に負荷する。この状態で２４時間放置し、供試体１０を飽和状態に湿潤させるとともに拘束圧荷重に伴う供試体１０初期沈下を収束させる。
このようなエージング（養生）処理を施した後の供試体１０を用いて、以下に述べる水浸膨張試験を実行する。
【００２６】
次に、上記エージング処理後の供試体１０を用いて供試体１０の水浸膨張比を求める場合について説明する。
エージング処理後の供試体１０の水浸膨張比を求めるに際しては、互いに異なる複数種類の拘束圧荷重を供試体１０に負荷した状態の各拘束圧荷重下における水浸膨張比を求める。
ここで、供試体１０に対する拘束圧荷重は、実際の盛土工事で想定される土被り圧から設定されるものである。このため、計画盛土高さが５ｍの場合を想定すると、その拘束圧荷重は、２５ｋＮ／ｍ２、５０ｋＮ／ｍ２、１００ｋＮ／ｍ２の３種類程度で実施するのが望ましい。
水浸膨張試験に際しての測定操作及び養生方法はＪＩＳＡ５０１５の付属書２「鉄鋼スラグの水浸膨張試験方法」に準じておこなわれる。また、測定は供試体１０の水浸膨張が収束したとみなせるまで継続して実施する。
【００２７】
供試体１０の水浸膨張試験に際しては、水槽１４内を８０℃の温水で満たし、上記各拘束圧荷重下で６時間保持し養生する。この養生処理は供試体１０の水浸膨張が収束したと判定されるまで繰り返し実行される。この時、荷重計１８で測定された拘束圧測定データはパソコン２２に取り込まれる。また、供試体１０への上記各拘束圧荷重時に生じる水浸膨張量は変位計２０により計測され、その計測データはパソコン２２に取り込まれる。
変位計２０の計測データを取り込んだパソコン２２では、下記の（１）式に示す演算を水浸膨張比算出手段２２０２で実行することにより、拘束圧荷重下における供試体１０の水浸膨張比γｅｐ○○を算出する。
γｅｐ○○=（Ｄｃ−Ｄｓ）／Ｈ・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
ここで、γｅｐ○○は、ある拘束圧荷重下、例えば拘束圧５０ｋＮ／ｍ2における水浸膨張比（％）であり、Ｄｃは供試体１０の収束時点における変位計２０の計測値（ｍｍ）、Ｄｓは供試体１０の初期における変位計２０の計測値（ｍｍ）であり、Ｈは供試体作製時の供試体１０の高さ方向（上下方向）の寸法（ｍｍ）である。
【００２８】
以下同様にして、拘束圧荷重を上記２５ｋＮ／ｍ２、５０ｋＮ／ｍ２、７５ｋＮ／ｍ２、１００ｋＮ／ｍ２に変えて測定がなされる毎に、それぞれの拘束圧荷重時に生じる水浸膨張量を変位計２０により計測する。各拘束圧荷重毎に測定された計測データを基に水浸膨張比算出手段２２０２で（１）式を実行することにより、上記各拘束圧荷重時における水浸膨張比を算出する。そして、水浸膨張比算出手段２２０２による演算処理は、各拘束圧荷重毎に供試体１０の水浸膨張が収束したと判定されるまで繰り返し実行される。この時の各拘束圧荷重毎の供試体１０の水浸膨張比と繰返し回数１，２，３・・・との関係を図２に示す。この図２において、横軸の目盛は算術目盛である。
【００２９】
図２において、特性曲線４２は、供試体１０が無拘束状態における繰返し回数（経過日数）と水浸膨張比γｅとの関係を示す。特性曲線４４は、供試体１０が拘束圧荷重２５ｋＮ／ｍ２における繰返し回数（経過日数）と水浸膨張比γｅとの関係を示す。また、特性曲線４６は、供試体１０が拘束圧荷重５０ｋＮ／ｍ２における繰返し回数（経過日数）と水浸膨張比γｅとの関係を示す。さらに、特性曲線４８は、供試体１０が拘束圧荷重１００ｋＮ／ｍ２における繰返し回数（経過日数）と水浸膨張比γｅとの関係を示す。これら各特性曲線から明らかなように、８０℃の温水中で６時間養生する処理が繰り返されることで、供試体１０の水浸膨張が収束されることになる。
また、供試体１０の拘束圧（ｋＮ／ｍ２）と水浸膨張比γｅ（％）との関係は、図３に示すような特性曲線５２となる。
【００３０】
上記水浸膨張の収束判定は、荷重計１８による拘束圧荷重の測定と水浸膨張比算出手段２２０２による水浸膨張比の算出結果に基づいて判定手段２２０４で行なわれる。判定手段２２０４において、供試体１０の水浸膨張が収束したと判定されると、水浸膨張が収束したと判定された時点での水浸膨張比を供試体１０の収束値とする演算が収束値演算手段２２０６で実行される。
次いで、土被り圧・水浸膨張比演算手段２２０８では、収束値演算手段２２０６で求めた収束値から、予め計画されている盛土高さに応じて膨張性材料に被される一般盛土材料の土被り圧と、この土被り圧に対応する膨張性材料の水浸膨張比を求める。
【００３１】
例えば、無拘束状態の拘束圧荷重０ｋＮ／ｍ２から、２５ｋＮ／ｍ２、５０ｋＮ／ｍ２、１００ｋＮ／ｍ２毎に、収束値演算手段２２０６で求められた各収束値を図３に示す特性曲線５２上にプロットする。これにより、０ｋＮ／ｍ２、２５ｋＮ／ｍ２、５０ｋＮ／ｍ２、１００ｋＮ／ｍ２のそれぞれに対応する収束値は、特性曲線５２上の点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４におかれる。
そこで、特性曲線５２上の点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４で示された収束値から、予め計画されている盛土高さに応じて、実際の膨張性材料で形成される盛土に被される一般盛土材料の土被り圧と、この土被り圧に対応する膨張性材料の水浸膨張比を、土被り圧・水浸膨張比演算手段２２０８により求める。例えば、特性曲線５２上の点Ｐｘの収束値に対応する横軸上の交点に示される拘束圧から一般盛土材料の土被り圧σE（ｋＮ／ｍ２）を求め、読み取る。さらに、点Ｐｘの収束値に対応する縦軸上の交点に示される水浸膨張比から土被り圧σE（ｋＮ／ｍ２）に対応する水浸膨張比γｅＥ（％）を求め、読み取る。
したがって、鉄鋼スラグで代表される膨張性材料を用いて盛土工事を行なう場合は、上述の方法で求められた土被り圧σEと水浸膨張比γｅＥのデータに基づいて盛土工事の設計を行なえばよい。
【００３２】
このような第１の実施の形態に示す水浸膨張試験装置１００によれば、本水浸膨張試験装置の試験により得られた拘束圧σｅと水浸膨張比γｅとの関係から、一般盛土材料の土被り圧σEに応じた水浸膨張比γｅＥを推定し、盛土の使用形態に応じて決定される許容膨張量から膨張性材料の盛土層厚を決定することができる。
これにより、土被り圧に応じた膨張率を定量的に把握することで、許容膨張量を満足させながら、従来では使用することができずに放置していた膨張性材料を盛土材料として有効に利用することができる。
さらに、一般盛土材料の土被り圧と該土被り圧に対応する膨張性材料の水浸膨張比を利用して、盛土体の利用形態に応じた膨張量の許容範囲から、盛土材料の配置および層厚を計画することで、膨張性材料の適用範囲の拡大に寄与することができる。
また、供試体１０に対する拘束圧σｅを一般盛土材料の土被り圧σEに応じて互いに異なる複数種類の拘束圧に設定することにより、供試体水浸膨張の収束値の算出、及び収束値に対応する土被り圧σEと水浸膨張比γｅＥを推定し求めるのに有利となる。
【００３３】
なお、上記第１の実施の形態に示す土被り圧・水浸膨張比演算手段２２０８では、収束値演算手段２２０６で求められた各収束値を図３に示す特性曲線５２上にプロットし、このプロットされた点の収束値に対応する横軸上の拘束圧から一般盛土材料の土被り圧σEを読み取り、かつ縦軸上の水浸膨張比から土被り圧σEに対応する水浸膨張比γｅＥを読み取る場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図３に示す拘束圧と水浸膨張比との関係を表すデータテーブルを作成し、このデータテーブルを収束値演算手段２２０６で求められた収束値で検索することにより、土被り圧σE及びこれに対応する水浸膨張比γｅＥを求めることができる。
【００３４】
（第２の実施の形態）
本発明にかかる水浸膨張試験装置の第２の実施の形態について図４を参照して詳細に説明する。
図４において、鉄鋼スラグを代表とする膨張性材料で成形された供試体１０の水浸膨張を試験する水浸膨張試験装置２００は、モールド１２、養生用の水槽１４、拘束機構（特許得請求の範囲に記載した拘束手段に相当する）３４、拘束圧測定計３６、パソコン（パーソナルコンピュータ）３８等を備える。
この水浸膨張試験装置２００のモールド１２及び養生用の水槽１４は、図１に示す水浸膨張試験装置１００と同様に構成されている。
【００３５】
拘束機構３４は、供試体１０一方向、すなわちモールド１２に格納された供試体１０がモールド１２の上端開口から上方に向け水浸膨張するのを拘束するものである。
このような拘束機構３４は、モールド１２の上端開口に臨む供試体１０の上面に供試体１０への水浸性を良好にするポーラスストーン３０を介して当接される、多数の孔を有する拘束圧負荷盤３４０２と、この拘束圧負荷盤３４０２の上面に鉛直に突設した操作ロッド３４０４と、モールド１２の上方で支持部材３４０６を介して押え部材２４に水平に設けられ、操作ロッド３４０４が貫通する支持板３４０８と、この支持板３４０８の操作ロッド貫通箇所に設けられ、操作ロッド３４０４を上下方向に移動可能に案内するスラスト軸受３４１０と、操作ロッド３４０４の上端に設けられた受け部材３４１８と、この受け部材３４１８の上方に位置して配設された反力盤３４１４と、この反力盤３４１４の操作ロッド３４０４の軸線と一致する箇所に、上下方向に移動可能に貫通して螺合された拘束圧調整ねじ３４１６と、この拘束圧調整ねじ３４１６の下端と受け部材３４１８との間を連結する連結部材３４２０とから構成されている。
【００３６】
拘束圧測定計３６は、供試体１０の一方向における膨張を拘束した状態で、供試体１０養生時に試供体１０の水浸膨張で発生する拘束圧を測定するもので、半導体圧力センサなどから構成され、連結部材３４２０に装着されている。拘束圧測定計３６で測定された拘束圧荷重の測定データは通信回線を通してパソコン３８に取り込まれる。
【００３７】
パソコン３８は、拘束圧測定計３６で測定された拘束圧データに基づいて供試体１０の水浸膨張試験に必要な各種の演算処理を行なる。
このためにパソコン３８は、図４に示すように、拘束圧測定計３６で計測された測定値と、供試体１０の一方向と直交する方向の断面積との積から供試体１０の水浸膨張圧を算出する水浸膨張圧算出手段３４０２と、拘束圧測定計３６による拘束圧の測定と水浸膨張圧算出手段３４０２水浸膨張圧の算出とから供試体１０の水浸膨張が収束した時点を判定する判定手段３８０４と、供試体１０の水浸膨張が収束した時点での水浸膨張圧を供試体の収束値として求める収束値演算手段３８０６と、供試体１０に用いた膨張性材料を盛土工事に用いる際に、収束値演算手段３８０６で求めた収束値から予め計画されている盛土高さに応じて膨張性材料に被される一般盛土材料の土被り圧と該土被り圧に対応する膨張性材料の水浸膨張比を求める土被り圧・水浸膨張比演算手段３８０８とを備える。
【００３８】
なお、演算処理を行なうパソコン３８は、ＣＰＵと、バスラインを介して接続されたＲＯＭ、ＲＡＭ、インタフェースなどを含んで構成される。ＲＯＭはＣＰＵが実行する処理または制御プログラムなどを格納し、ＲＡＭはワーキングエリアを提供する。ＣＰＵが前記処理または制御プログラムを実行することにより、水浸膨張圧算出手段３４０２、判定手段３８０４、収束値演算手段３８０６、土被り圧・水浸膨張比演算手段３８０８が実現される。
【００３９】
次に、上記第２の実施の形態に示す水浸膨張試験装置２００による試験方法について説明する。
本実施の形態に示す水浸膨張試験装置２００の水浸膨張試験で得られた供試体の試験結果は、第１の実施の形態に示す場合と同様に、実際に盛土を製造するために利用されることを目的としているため、実施工で想定される粒度および含水比で実施するものとする。
また、本第２の実施の形態に示す供試体１０も、第１の実施の形態に示す場合と同様に、ＪＩＳＡ５０１５の付属書２「鉄鋼スラグの水浸膨張試験方法」に示す成形手順に準じて作製される。
【００４０】
図４に示す水浸膨張試験装置２００を用いて供試体の水浸膨張試験を行なう場合は、まず、成形後の供試体１０を格納したモールド１２を載置台１４０２上にセットし固定する。その後、水槽１４内を常温の水で満たし、拘束圧負荷機構１６を作動して所定の拘束圧荷重を供試体１０に負荷する。この状態で２４時間放置し、供試体１０を飽和状態に湿潤させるとともに拘束圧荷重に伴う供試体１０初期沈下を収束させる。
このようなエージング（養生）処理を施した後の供試体１０を用いて、以下に述べる水浸膨張試験を実行する。
【００４１】
まず、上記エージング処理後の供試体１０を用いて供試体１０の水浸膨張圧を求める場合について説明する。
エージング処理後の供試体１０の水浸膨張圧を求めるに際しては、その測定開始前に、拘束圧調整ねじ３４１６を再調整する。この時、拘束圧測定計３６の読み値が５０ｋＮ／ｍ２程度になるように調整すると初期のベディングエラーを小さくできる。
【００４２】
供試体１０の水浸膨張試験に際しては、水槽１４内を８０℃の温水で満たし、所定の拘束圧荷重下で６時間保持し養生する。この養生処理は供試体１０の水浸膨張が収束したと判定されるまで繰り返し実行される。この時、拘束圧測定計３６で測定された拘束圧測定データはパソコン３８に取り込まれる。
拘束圧測定計３６の測定データを取り込んだパソコン３８では、（２）式に示す演算を水浸膨張圧算出手段３８０２で実行することにより、無拘束状態から拘束圧荷重を増大方向に段階的に変更した拘束圧荷重下における供試体１０の水浸膨張圧σｅを下記の（２）式により算出する。
σｅ=Ｐｃ／Ａ×１０００・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
ただし、σｅは水浸膨張圧（ｋＮ／ｍ２）、Ｐｃは荷重計の読み（ｋＮ）、Ａは供試体の断面積（ｃｍ２）である。
ここで、供試体１０に対する拘束圧荷重を無拘束状態から拘束圧荷重を増大方向に段階的に変更した場合の供試体１０の膨張量を、横軸に拘束圧を取り、縦軸に水浸膨張比を取ってグラフで表すと、図５に示す特性線のようになる。
図５は、図３の横軸を対数目盛にプロットしたものである。また、図４に示す試験装置２００の試験で求められる値は、点Ｐ１５の収束値のみであり、点Ｐ１１から点Ｐ１４の収束値は図１に示す試験装置１００の試験で求められる値である。点Ｐ１５の拘束値は、膨張性材料である供試体の水浸膨張比が０となる値である。また、図４に示す試験装置２００の方が図１に示す試験装置１００より簡単であるため、図４に示す試験装置２００を使用すれば、点Ｐ１１と点Ｐ１５の収束値を求めることができる。したがって、点Ｐ１１と点Ｐ１５との間を直線で結べば、膨張性材料の水浸膨張比を０に抑えた状態で拘束圧の変化を図５の特性線５４に示すように求めることができ、これに伴い、任意の拘束圧の水浸膨張比を簡易的に求めることが可能になる。ずなわち、試験装置２００は、特許請求の範囲に記載した「膨張性材料の水浸膨張比を０に抑えた状態で拘束圧の変化を求める」機能を備える。
【００４３】
また、供試体１０に対する拘束圧荷重を無拘束状態から増大方向に段階的に変更する場合、その拘束圧荷重毎に、拘束圧測定計３６による拘束圧荷重の測定と水浸膨張圧算出手段３４０２による水浸膨張圧の算出とから供試体１０の水浸膨張が収束した時点を判定手段３８０４で判定する。
判定手段３８０４において、供試体１０の水浸膨張が収束したと判定されると、水浸膨張が収束したと判定された時点での水浸膨張比を供試体１０の収束値とする演算が収束値演算手段３８０６で実行される。次いで、土被り圧・水浸膨張比演算手段３８０８では、収束値演算手段３８０６で求めた収束値から、予め計画されている盛土高さに応じて膨張性材料に被される一般盛土材料の土被り圧と該土被り圧に対応する膨張性材料の水浸膨張比を求める。
【００４４】
例えば、供試体１０に対し、拘束圧荷重を無拘束状態から水浸膨張比がゼロとなる最大拘束圧荷重になるまで段階的に変化させた時に、その各拘束圧荷重毎に求められた収束値を図５に示す特性線５４に沿いプロットする。これにより、無拘束状態から最大拘束圧荷重に段階的に達するまでの各拘束圧荷重のそれぞれに対応する収束値は、特性線５４上の点Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ１４，Ｐ１５で示すように表される。
【００４５】
そこで、点Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ１４，Ｐ１５で示された収束値から、予め計画されている盛土高さに応じて、実際の膨張性材料で形成される盛土に被される一般盛土材料の土被り圧と、この土被り圧に対応する膨張性材料の水浸膨張比を、土被り圧・水浸膨張比演算手段３８０８により求める。例えば、特性線５４上の点Ｐｘの収束値に対応する横軸上の交点に示される拘束圧から一般盛土材料の土被り圧σEを求め、読み取る。さらに、点Ｐｘの収束値に対応する縦軸上の交点に示される水浸膨張比から土被り圧σEに対応する水浸膨張比γｅＥを求め、読み取る。
したがって、鉄鋼スラグで代表される膨張性材料を用いて盛土工事を行なう場合は、上述の方法で求められた土被り圧σEと水浸膨張比γｅＥのデータに基づいて盛土工事の設計を行なえばよい。
【００４６】
なお、上記第１の実施の形態に示す水浸膨張試験装置のように拘束圧を変えた一連の試験の実施が困難な時は、上記第２の実施の形態に示す水浸膨張試験装置を適用する。この場合、収束値演算手段３８０６で求められた収束値を図５に示すようにプロットすることにより、土被り圧σEに対応する水浸膨張比γｅＥを簡易的に求めることもできる。また、水浸膨張圧試験結果から求める場合は、膨張性材料による盛土高さＨｅの安全率αを３（通常は２）とすることが好ましい。
【００４７】
このような第２の実施の形態に示す水浸膨張試験装置２００によれば、第１の実施の形態に示す場合と同様に、水浸膨張試験装置の試験により得られた拘束圧γｅと水浸膨張比σｅとの関係から、一般盛土材料の土被り圧σEに応じた水浸膨張比γｅＥを推定し、盛土の使用形態に応じて決定される許容膨張量から膨張性材料の盛土層厚を決定することができる。
これにより、土被り圧に応じた膨張率を定量的に把握することで、許容膨張量を満足させながら、従来では使用することができずに放置していた膨張性材料を盛土材料として有効に利用することができる。
さらに、一般盛土材料の土被り圧と該土被り圧に対応する膨張性材料の水浸膨張比を利用して、盛土体の利用形態に応じた膨張量の許容範囲から、盛土材料の配置および層厚を計画することで、膨張性材料の適用範囲の拡大に寄与することができる。
【００４８】
なお、上記第２の実施の形態に示す土被り圧・水浸膨張比演算手段３８０８では、収束値演算手段３８０６で求められた各収束値を図５に示す特性線５４に沿いプロットし、このプロットされた点の収束値に対応する横軸上の拘束圧から一般盛土材料の土被り圧σEを読み取り、かつ縦軸上の水浸膨張比から土被り圧σEに対応する水浸膨張比γｅＥを読み取る場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図５に示す拘束圧と水浸膨張比との関係を表すデータテーブルを作成し、このデータテーブルを収束値演算手段２２０６で求められた収束値で検索することにより、土被り圧σE及びこれに対応する水浸膨張比γｅＥを求めることができる。
【００４９】
（実施例１）
次に、本発明の第１または第２の実施の形態に示す水浸膨張試験方法及び装置でえられた試験結果を盛土工事に応用した場合の実施例について、図６を参照して説明する。
この実施例では、図６に示すように、地盤６０上に鉄鋼スラグで代表される膨張性材料を高さＨｅ、例えば１．８ｍの高さに盛土して膨張性材料からなる盛土層６２を形成した。
次いで、盛土層６２の上面と盛土層６２の周囲を含む一定の領域に一般の盛土材料を高さＨｎ、例えば４．２ｍの高さに盛土して一般盛土材料からなる盛土層６４を形成した。
この場合の盛土層６２及び盛土層６４を含めた盛土全体の計画盛土高さＨｏは６ｍである。
【００５０】
以下、図６に示す構造の盛土工事を行なう場合の計算例について述べる。
図６に示す盛土層６２の高さＨｅは、次の（３）式で求められる。
Ｈｅ=δｅ／γｅＥ／α（ｍ）・・・・・・・・・・・・・・・（３）
ここで、膨張性材料の盛土高さＨｅは、Ｈｅ´=δｅ／γｅＥ／α（ｍ）式により求められる値よりも小さい値に設定される。
ただし、δｅ（ｃｍ）は盛土層６２の許容膨張量、γｅＥ（%）は想定される盛土圧σEにおける水浸膨張比、αは安全率である。
また、想定される盛土圧σEは、下記の（４）式で求められる。
σE=Ｈｎ×γｔ／２（ｋＮ／ｍ２）・・・・・・・・・・・・・（４）
ただし、Ｈｎ（ｍ）は一般の盛土高さであり、γｔ（ｋＮ／ｍ３）は一般の盛土材料単位体積重量である。
【００５１】
このような一般的な土を材料として計画された盛土工事の場合は、本発明の水浸膨張試験装置から得られた結果を整理し、図３あるいは図５に示すような拘束圧σｅと水浸膨張比σｅとの関係から、上記土被り圧σEに応じた水浸膨張比γｅＥを推定し、盛土の使用形態に応じて決定される許容膨張量δｅから膨張性材料の盛土層厚を決定する。
これにより、土被り圧に応じた膨張率を定量的に把握することで、許容膨張量を満足しながら、従来では使用することができずに放置していた膨張性材料を盛土材料として有効に利用することができる。また、このような盛土構成によると、膨張性材料の不均一性が原因による局所的な膨張に対しても、一般盛土材料からなる盛土高さＨｎの盛土層６４を介することにより、盛土表面では局所的な膨張によるズレやヒビなどの影響が現れることがない。
また、上記（３）式及び（４）式を用いることにより、膨張性材料からなる盛土層６２の高さＨｅ、及び想定される盛土圧σEを求めるのに有利となる。
【符号の説明】
【００５２】
１００ 水浸膨張試験装置
１０ 供試体
１２ モールド
１４ 水槽
１６ 拘束圧負荷機構
１８ 荷重計
２０ 変位計
２２ パソコン
２２０２ 水浸膨張比算出手段
２２０４ 判定手段
２２０６ 収束値演算手段
２２０８ 土被り圧・水浸膨張比演算手段
２００ 水浸膨張試験装置
３４ 拘束機構
３６ 拘束圧測定計
３８ パソコン
３８０２ 水浸膨張圧算出手段
３８０４ 判定手段
３８０６ 収束値演算手段
３８０８ 土被り圧・水浸膨張比演算手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膨張性材料で成形された供試体の水浸膨張を試験する水浸膨張試験方法であって、
前記供試体を一方向にのみ膨張可能な状態でモールドに格納し、
前記モールドに格納された供試体を養生用の水槽内に設置し、
前記供試体に該供試体を構成する膨張性材料の物性に対応して前記供試体を前記一方向に圧縮する予め設定された拘束圧を前記供試体に負荷し、
前記拘束圧荷重下で前記供試体を前記水槽の温水に浸した養生状態における当該試供体の水浸膨張量を計測し、
前記計測された水浸膨張量と供試体作製時の前記供試体の前記一方向に沿った寸法との比から前記供試体の水浸膨張比を算出し、
前記水浸膨張量の計測と前記水浸膨張比の算出を繰り返して行ない、
前記供試体の水浸膨張が収束した時点での前記水浸膨張比を前記供試体の収束値として求める、
ことを特徴とする水浸膨張試験方法。
【請求項２】
前記拘束圧は、互いに異なる複数種類の拘束圧に設定され、前記各拘束圧とそれぞれの拘束圧に対応する前記水浸膨張比の収束値とから前記拘束圧と前記水浸膨張比との関係を求めることを特徴とする請求項１記載の水浸膨張試験方法。
【請求項３】
膨張性材料で成形された供試体の水浸膨張を試験する水浸膨張試験方法であって、
前記供試体を一方向にのみ膨張可能な状態でモールドに格納し、
前記モールドに格納された供試体を養生用の水槽内に設置し、
前記供試体の前記一方向における膨張を拘束した状態で、前記供試体を前記水槽の温水に浸した養生状態における当該試供体の水浸膨張で発生する拘束圧を測定し、
前記拘束圧の測定値と前記供試体の一方向と直交する方向の断面積との積から前記供試体の水浸膨張圧を算出し、
前記拘束圧の測定と前記水浸膨張圧の算出を繰り返して行ない、
前記供試体の水浸膨張が収束した時点での前記水浸膨張圧を前記供試体の収束値として求め、
前記膨張性材料の水浸膨張比を０に抑えた状態で拘束圧の変化を求める、
ことを特徴とする水浸膨張試験方法。
【請求項４】
膨張性材料で成形された供試体の水浸膨張を試験する水浸膨張試験装置であって、
前記供試体をその一方向にのみ膨張可能な状態で格納するモールドと、
前記モールドに格納された前記供試体を養生する水槽と、
前記供試体に前記膨張性材料の物性に対応して予め設定された拘束圧荷重を前記一方向に沿って前記供試体に負荷する拘束圧負荷手段と、
前記供試体に負荷される拘束圧荷重を測定する荷重計と、
前記拘束圧荷重下で前記供試体を前記水槽の温水に浸した養生状態における当該試供体の水浸膨張量を計測する変位計と、
前記水浸膨張量と前記拘束圧負荷前の前記供試体の前記一方向に沿った寸法との比から前記供試体の水浸膨張比を算出する水浸膨張比算出手段と、
前記拘束圧荷重の測定と前記水浸膨張比の算出とから前記供試体の水浸膨張が収束した時点を判定する判定手段と、
前記判定手段により前記供試体の水浸膨張が収束したと判定された時点での前記水浸膨張比を前記供試体の収束値として求める収束値演算手段と、
を備えることを特徴とする水浸膨張試験装置。
【請求項５】
前記拘束圧負荷手段の拘束圧は、互いに異なる複数種類の拘束圧に設定され、前記各拘束圧とそれぞれの拘束圧に対応する前記水浸膨張比の収束値とから前記拘束圧と前記水浸膨張比との関係を求める手段を有することを特徴とする請求項４記載の水浸膨張試験装置。
【請求項６】
膨張性材料で成形された供試体の水浸膨張を試験する水浸膨張試験装置であって、
前記供試体をその一方向にのみ膨張可能な状態で格納するモールドと、
前記モールドに格納された前記供試体を養生する水槽と、
前記供試体の前記一方向における膨張を拘束する拘束手段と、
前記供試体の前記一方向における膨張を拘束した状態で、前記供試体を前記水槽の温水に浸した養生状態における当該試供体の水浸膨張で発生する拘束圧荷重を測定する拘束圧測定計と、
前記拘束圧測定計で測定された測定値と前記供試体の一方向と直交する方向の断面積との積から前記供試体の水浸膨張圧を算出する水浸膨張圧算出手段と、
前記拘束圧荷重の測定と前記水浸膨張圧の算出とから前記供試体の水浸膨張が収束した時点を判定する判定手段と、
前記判定手段により前記供試体の水浸膨張が収束したと判定された時点での前記水浸膨張圧を前記供試体の収束値として求める収束値演算手段と、
前記膨張性材料の水浸膨張比を０に抑えた状態で拘束圧の変化を求める手段と、
を備えることを特徴とする水浸膨張試験装置。
【請求項７】
膨張性材料を盛土工事に用いるに際し、請求項１または２に記載の水浸膨張試験方法から得られた前記拘束圧と前記水浸膨張比との関係から予め計画されている盛土高さに応じて前記膨張性材料に被される一般盛土材料の土被り圧と該土被り圧に対応する前記膨張性材料の水浸膨張比を求め、前記求められた水浸膨張比に基づいて前記水浸膨張比が得られる盛土高さに膨張性材料を盛土し、かつ前記土被り圧が得られる盛土高さに一般盛土材料を盛土する、
ことを特徴とする盛土施工方法。
【請求項８】
膨張性材料を盛土工事に用いるに際し、請求項６記載の水浸膨張試験装置から得られた前記水浸膨張比が０に抑えられた拘束圧と前記水浸膨張比との関係から予め計画されている盛土高さに応じて前記膨張性材料に被される一般盛土材料の土被り圧と該土被り圧に対応する前記膨張性材料の水浸膨張比を求め、前記求められた水浸膨張比に基づいて前記水浸膨張比が得られる盛土高さに膨張性材料を盛土し、かつ前記土被り圧が得られる盛土高さに一般盛土材料を盛土する、
ことを特徴とする盛土施工方法。
【請求項９】
前記膨張性材料による盛土高さＨｅは、前記計画されている盛土高さＨ０の１／２またはそれより小さい値（Ｈｅ≦Ｈ０／２）であることを特徴とする請求項７または８記載の盛土施工方法。
【請求項１０】
前記膨張性材料の盛土高さＨｅは、Ｈｅ´=δｅ／γｅＥ／α（ｍ）式により求められる値よりも小さい値に設定されていることを特徴とする請求項７または８記載の盛土施工方法。
ただし、δｅ（ｃｍ）は許容膨張量、γｅＥ（%）は請求項２で求められた膨張性材料の拘束圧と水浸膨張比との関係から拘束圧を盛土圧に置き換え予め与えられた一般盛土材料の盛土圧σEにおける水浸膨張比、αは安全率である。
【請求項１１】
前記一般盛土の盛土高さＨｎに応じた土被り圧σEは、σE=Ｈｎ×γｔ／２（ｋＮ／ｍ３）式により設定されていることを特徴とする請求項７または８記載の盛土施工方法。
ただし、γｔは一般盛土材料の単位体積重量である。
【請求項１】
膨張性材料で成形された供試体の水浸膨張を試験する水浸膨張試験方法であって、
前記供試体を一方向にのみ膨張可能な状態でモールドに格納し、
前記モールドに格納された供試体を養生用の水槽内に設置し、
前記供試体に該供試体を構成する膨張性材料の物性に対応して前記供試体を前記一方向に圧縮する予め設定された拘束圧を前記供試体に負荷し、
前記拘束圧荷重下で前記供試体を前記水槽の温水に浸した養生状態における当該試供体の水浸膨張量を計測し、
前記計測された水浸膨張量と供試体作製時の前記供試体の前記一方向に沿った寸法との比から前記供試体の水浸膨張比を算出し、
前記水浸膨張量の計測と前記水浸膨張比の算出を繰り返して行ない、
前記供試体の水浸膨張が収束した時点での前記水浸膨張比を前記供試体の収束値として求める、
ことを特徴とする水浸膨張試験方法。
【請求項２】
前記拘束圧は、互いに異なる複数種類の拘束圧に設定され、前記各拘束圧とそれぞれの拘束圧に対応する前記水浸膨張比の収束値とから前記拘束圧と前記水浸膨張比との関係を求めることを特徴とする請求項１記載の水浸膨張試験方法。
【請求項３】
膨張性材料で成形された供試体の水浸膨張を試験する水浸膨張試験方法であって、
前記供試体を一方向にのみ膨張可能な状態でモールドに格納し、
前記モールドに格納された供試体を養生用の水槽内に設置し、
前記供試体の前記一方向における膨張を拘束した状態で、前記供試体を前記水槽の温水に浸した養生状態における当該試供体の水浸膨張で発生する拘束圧を測定し、
前記拘束圧の測定値と前記供試体の一方向と直交する方向の断面積との積から前記供試体の水浸膨張圧を算出し、
前記拘束圧の測定と前記水浸膨張圧の算出を繰り返して行ない、
前記供試体の水浸膨張が収束した時点での前記水浸膨張圧を前記供試体の収束値として求め、
前記膨張性材料の水浸膨張比を０に抑えた状態で拘束圧の変化を求める、
ことを特徴とする水浸膨張試験方法。
【請求項４】
膨張性材料で成形された供試体の水浸膨張を試験する水浸膨張試験装置であって、
前記供試体をその一方向にのみ膨張可能な状態で格納するモールドと、
前記モールドに格納された前記供試体を養生する水槽と、
前記供試体に前記膨張性材料の物性に対応して予め設定された拘束圧荷重を前記一方向に沿って前記供試体に負荷する拘束圧負荷手段と、
前記供試体に負荷される拘束圧荷重を測定する荷重計と、
前記拘束圧荷重下で前記供試体を前記水槽の温水に浸した養生状態における当該試供体の水浸膨張量を計測する変位計と、
前記水浸膨張量と前記拘束圧負荷前の前記供試体の前記一方向に沿った寸法との比から前記供試体の水浸膨張比を算出する水浸膨張比算出手段と、
前記拘束圧荷重の測定と前記水浸膨張比の算出とから前記供試体の水浸膨張が収束した時点を判定する判定手段と、
前記判定手段により前記供試体の水浸膨張が収束したと判定された時点での前記水浸膨張比を前記供試体の収束値として求める収束値演算手段と、
を備えることを特徴とする水浸膨張試験装置。
【請求項５】
前記拘束圧負荷手段の拘束圧は、互いに異なる複数種類の拘束圧に設定され、前記各拘束圧とそれぞれの拘束圧に対応する前記水浸膨張比の収束値とから前記拘束圧と前記水浸膨張比との関係を求める手段を有することを特徴とする請求項４記載の水浸膨張試験装置。
【請求項６】
膨張性材料で成形された供試体の水浸膨張を試験する水浸膨張試験装置であって、
前記供試体をその一方向にのみ膨張可能な状態で格納するモールドと、
前記モールドに格納された前記供試体を養生する水槽と、
前記供試体の前記一方向における膨張を拘束する拘束手段と、
前記供試体の前記一方向における膨張を拘束した状態で、前記供試体を前記水槽の温水に浸した養生状態における当該試供体の水浸膨張で発生する拘束圧荷重を測定する拘束圧測定計と、
前記拘束圧測定計で測定された測定値と前記供試体の一方向と直交する方向の断面積との積から前記供試体の水浸膨張圧を算出する水浸膨張圧算出手段と、
前記拘束圧荷重の測定と前記水浸膨張圧の算出とから前記供試体の水浸膨張が収束した時点を判定する判定手段と、
前記判定手段により前記供試体の水浸膨張が収束したと判定された時点での前記水浸膨張圧を前記供試体の収束値として求める収束値演算手段と、
前記膨張性材料の水浸膨張比を０に抑えた状態で拘束圧の変化を求める手段と、
を備えることを特徴とする水浸膨張試験装置。
【請求項７】
膨張性材料を盛土工事に用いるに際し、請求項１または２に記載の水浸膨張試験方法から得られた前記拘束圧と前記水浸膨張比との関係から予め計画されている盛土高さに応じて前記膨張性材料に被される一般盛土材料の土被り圧と該土被り圧に対応する前記膨張性材料の水浸膨張比を求め、前記求められた水浸膨張比に基づいて前記水浸膨張比が得られる盛土高さに膨張性材料を盛土し、かつ前記土被り圧が得られる盛土高さに一般盛土材料を盛土する、
ことを特徴とする盛土施工方法。
【請求項８】
膨張性材料を盛土工事に用いるに際し、請求項６記載の水浸膨張試験装置から得られた前記水浸膨張比が０に抑えられた拘束圧と前記水浸膨張比との関係から予め計画されている盛土高さに応じて前記膨張性材料に被される一般盛土材料の土被り圧と該土被り圧に対応する前記膨張性材料の水浸膨張比を求め、前記求められた水浸膨張比に基づいて前記水浸膨張比が得られる盛土高さに膨張性材料を盛土し、かつ前記土被り圧が得られる盛土高さに一般盛土材料を盛土する、
ことを特徴とする盛土施工方法。
【請求項９】
前記膨張性材料による盛土高さＨｅは、前記計画されている盛土高さＨ０の１／２またはそれより小さい値（Ｈｅ≦Ｈ０／２）であることを特徴とする請求項７または８記載の盛土施工方法。
【請求項１０】
前記膨張性材料の盛土高さＨｅは、Ｈｅ´=δｅ／γｅＥ／α（ｍ）式により求められる値よりも小さい値に設定されていることを特徴とする請求項７または８記載の盛土施工方法。
ただし、δｅ（ｃｍ）は許容膨張量、γｅＥ（%）は請求項２で求められた膨張性材料の拘束圧と水浸膨張比との関係から拘束圧を盛土圧に置き換え予め与えられた一般盛土材料の盛土圧σEにおける水浸膨張比、αは安全率である。
【請求項１１】
前記一般盛土の盛土高さＨｎに応じた土被り圧σEは、σE=Ｈｎ×γｔ／２（ｋＮ／ｍ３）式により設定されていることを特徴とする請求項７または８記載の盛土施工方法。
ただし、γｔは一般盛土材料の単位体積重量である。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−３３００２（Ｐ２０１３−３３００２Ａ）
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６９８６１（Ｐ２０１１−１６９８６１）
【出願日】平成２３年８月３日（２０１１．８．３）
【出願人】（３０２０６０９２６）株式会社フジタ (285)
【出願人】（０００００６６５５）新日鐵住金株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３日（２０１１．８．３）
【出願人】（３０２０６０９２６）株式会社フジタ (285)
【出願人】（０００００６６５５）新日鐵住金株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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