リサイクル材料による新たな人工地盤材料の開発と耐凍結融解性に関する研究

積雪寒冷地域では凍結融解繰返し作用によって, 道路の路床や路盤, 盛土地盤などに変形やクラックが生じることが多く安全性が問われてきた。秋田県内において高速道路網整備によって, 軟弱地盤上に構築された道路は共用開始から10年以上経過しても依然として地盤沈下が進行し, 凍結融解繰返し作用によっても地盤に変形が生じ, 維持補修に毎年費やされているのが現状であり, 早急な対策が強いられている。凍結融解繰返し作用を受ける軟弱地盤の沈下や変形などを軽減するためには, 従来の地盤材料を軽量化, 強度ある材料に置き換えることが必要であり, このための材料としてクリンカが最適であると考える。そこで本研究では, クリンカの特性を生かした有効利用を図るため, クリンカと資源循環型社会を推進する一つとして, ごみ溶融スラグを粉砕し, 安定材として消石灰を添加した積雪寒冷地域に適用できる新たな人工地盤材料の開発を行う。クリンカは石炭火力発電施設から排出されたもので, スラグは秋田市総合環境センターの溶融施設から排出されたものである。用いた材料の粒径はクリンカ5mm以下, スラグは粉砕することによって潜在水硬性が発揮されるため250μm程度とし粒径調整した。実施した試験は凍結融解繰返し試験および一軸圧縮試験であって, 以下の3種類の条件に基づいて実施した。1)クリンカのみの圧縮試験。2)クリンカとスラグの混合土による圧縮試験。クリンカとスラグの混合割合はそれぞれ乾燥重量比で25, 50, 75%とした。3)クリンカとスラグの混合土に消石灰を添加し, 所定の養生後の圧縮試験。クリンカとスラグの混合割合はそれぞれ乾燥重量比で25, 50, 75%とした。また, これらの混合土に対してそれぞれ養生期間を3, 7, 10, 28, 90日に設定した。なお, 凍結融解繰返し試験は環境試験装置を用いて設定した養生期間を経た供試体に対し, -23℃以下で24時間凍結後, 温度21℃相対湿度100%の条件下で23時間融解を1サイクルとした12サイクルを条件とした。この凍結融解繰返しを経た供試体に対して一軸圧縮試験を実施し, 新たな人工地盤材料としての強度特性について評価した。主な結果として, クリンカとスラグに消石灰を添加した混合土は, 水和反応による硬化とスラグの潜在水硬性が複合的に発揮され地盤材料としての強度増大が認められた。道路の路盤材を置き換えた場合の必要強度は, 凍結融解繰返しを受けた場合でも各種混合土において消石灰5%, 養生期間3日で下層路盤材(700kN/㎡)および上層路盤材(980kN/㎡)としての強度が十分に確保できる。環境評価として, 粉砕したスラグ単体および各種混合土の含有量試験および溶出量試験の結果から鉛, カドミウムに関して環境基準値を十分に満たした。

積雪寒冷地域では凍結融解繰返し作用によって, 道路の路床や路盤, 盛土地盤などに変形やクラックが生じることが多く安全性が問われてきた。秋田県内において高速道路網整備によって, 軟弱地盤上に構築された道路は共用開始から10年以上経過しても依然として地盤沈下が進行し, 凍結融解繰返し作用によっても地盤に変形が生じ, 維持補修に毎年費やされているのが現状であり, 早急な対策が強いられている。凍結融解繰返し作用を受ける軟弱地盤の沈下や変形などを軽減するためには, 従来の地盤材料を軽量化, 強度ある材料に置き換えることが必要であり, このための材料としてクリンカが最適であると考える。そこで本研究では, クリンカの特性を生かした有効利用を図るため, クリンカと資源循環型社会を推進する一つとして, ごみ溶融スラグを粉砕し, 安定材として消石灰を添加した積雪寒冷地域に適用できる新たな人工地盤材料の開発を行う。クリンカは石炭火力発電施設から排出されたもので, スラグは秋田市総合環境センターの溶融施設から排出されたものである。用いた材料の粒径はクリンカ5mm以下, スラグは粉砕することによって潜在水硬性が発揮されるため250μm程度とし粒径調整した。実施した試験は凍結融解繰返し試験および一軸圧縮試験であって, 以下の3種類の条件に基づいて実施した。1)クリンカのみの圧縮試験。2)クリンカとスラグの混合土による圧縮試験。クリンカとスラグの混合割合はそれぞれ乾燥重量比で25, 50, 75%とした。3)クリンカとスラグの混合土に消石灰を添加し, 所定の養生後の圧縮試験。クリンカとスラグの混合割合はそれぞれ乾燥重量比で25, 50, 75%とした。また, これらの混合土に対してそれぞれ養生期間を3, 7, 10, 28, 90日に設定した。なお, 凍結融解繰返し試験は環境試験装置を用いて設定した養生期間を経た供試体に対し, -23℃以下で24時間凍結後, 温度21℃相対湿度100%の条件下で23時間融解を1サイクルとした12サイクルを条件とした。この凍結融解繰返しを経た供試体に対して一軸圧縮試験を実施し, 新たな人工地盤材料としての強度特性について評価した。主な結果として, クリンカとスラグに消石灰を添加した混合土は, 水和反応による硬化とスラグの潜在水硬性が複合的に発揮され地盤材料としての強度増大が認められた。道路の路盤材を置き換えた場合の必要強度は, 凍結融解繰返しを受けた場合でも各種混合土において消石灰5%, 養生期間3日で下層路盤材(700kN/㎡)および上層路盤材(980kN/㎡)としての強度が十分に確保できる。環境評価として, 粉砕したスラグ単体および各種混合土の含有量試験および溶出量試験の結果から鉛, カドミウムに関して環境基準値を十分に満たした。