流動タイプの配合試験に関する一考察
○ 株 土木管理総合試験所 八木澤 一哉 一 砂防 地 技術 ンタ 嶋 丈示 株 エンタ コンサ タン 井川 忠
株 本久 小 施 栄
1.緒 言
近 ，砂防 イ メントを内部材 堤築造 あ ，転 タイプ 利活用 活発 あ 。
，既往 研究
1 2 堰 報
，転 タイプ 比 ，流動タイプ 有効 現地発生土砂 材料物性 確認さ い や，例え 現場内 転 機 搬入 能，狭小部 転 機 走行 能， 石 多混
等，現場条件 流動タイプ 有効活用さ ケ ス 確認さ ，今後，転 タイプ 流動タイプ 方 比較検討を行う ， ロエ ション 進 寄 考え い 。
既往 研究 細粒分 比較的多い土砂 い 有 効性 示さ い ，既述 通 現場条件 応 良質材料 流動タイプ的活用 期 さ 。そ ， 本 告 細粒分 少 い現地発生土砂 対 流動 タイプ 配合試験を実施 ，そ 結果 考察を行 ， 配合試験方法 配合ケ ス 設定等，配合計画 案
を合わせ提案 。
2.現地発生土砂の物理特性
土砂産地 長 県飯田 あ ，地域一帯 基盤 を成 花崗岩 風化土砂 サ土 次堆積物 あ 。粒度分 図-1参照 ，中砂～ 砂を主体 細 粒分 シ ト 土分 1.8％ 非常 少 く，土砂
物理特性 表-1 示 通 。
ま ，コンク ト的観点 考え 場合 い ，5mm以 骨材 16.堰％ 比較的少 い ， 縮強度ピ ク 懸念 あ ，有機 純物 関
淡赤褐色 標準色 濃い ， メント 水和 応 対 影響 危惧さ 。
図-1 現地発生土砂 粒度分
表-1 現地発生土砂 物理特性
3.配合試験
本土砂 う 細粒分 少 い砂 ，流動性 得 範囲 ，水 極力少 く抑え 方 縮強度を確 保 易く，混和剤 効果 高い。 ，実施工時 ス ンプロス等，流動性 混和剤 担させ検討 。
，コンシステンシ ，実施工 い 打設直前 必要 ス ンプを 最小管理ス ンプ，混練直後 管理 ス ンプを 現場管理ス ンプ 定義 ，
メント種類 高炉 メント B 種，混和剤 高性能 AE 減水剤 ン酸系 を用い 例 あ 。
3.1 加水量 スランプ値の関係 混和剤非添加
図-2 最小管理ス ンプを 5げm 場合 単 メント 水 メント比 W/（ 関 あ 。 メン ト 堰00kg/m
堰
程度ま W/（ 100％を 回 ，ま 報00kg/m
堰
程度 W/（ 報0％ 束 ， メント ペ スト コンシステンシ 近付く 分 。
図-2 単 メント -水 メント比 関
0 10 20 堰0 報0 50 60 70 80 重0 100
0.01 0.1 1 10 100
通
過
質
百分
率
％
粒 mm
現地発生土砂
試 料
自 然 含 水 比 ％
単 容 積 質 k g / L
実 積 率 ％
材 料 区 分 細 骨 材 骨 材
表 乾 密 度 g / げ m
堰
2 . 5 5 2 . 6 2
絶 乾 密 度 g / げ m
堰
2 . 報 重 2 . 5 重
吸 水 率 ％ 2 . 報 0 1 . 1 2
礫 分 ％
砂 分 ％
細 粒 分 ％
工 学 的 分 類 分 類 記 号 最 大 乾 燥 密 度 最 適 含 水 比 有 機 純 物
現 地 発 生 土 砂
1 . 8 1 堰 1 . 7 報
粒 度
堰 堰 . 0 6 5 . 2 1 . 8 6 . 8
単 質 実 積 率
6 重 . 堰
密 度 吸 水 率
締 固
8 . 5 淡 赤 褐 色 分 類
礫 質 砂 S 低
と = 0.0011で
2
-1.0801で + 堰12.56
0 20 報0 60 80 100 120 1報0 160 180 200
0 100 200 堰00 報00 500 600
水
メント
比W
/
（
％
単 メント kg/m
堰
メント 250～報00kg/m
堰
，混和剤添加率 1.0％以 範囲 い ス ンプ10げm以 向 確認さ 。
， メント 多いケ ス ，添加率 0.25％ 以 ス ンプ 向 鈍化 。 ，配合 水 一部を混和剤 置換 添加 結果 あ 。
図-4 5 混和剤添加率 単 体積 ， 縮強度 関 を求 あ 。単 メント 少 いケ
ス ，非添加 等ま そ 以 縮強 度，単 体積 を示 ， メント 多く
若 傾向を示 分 。図-3 比較 ス ンプ 向 関 あ う あ 。
図-3 混和剤添加率-ス ンプ 関
図-4 混和剤添加率-単 体積 関
図-5 混和剤添加率- 縮強度 関
4.配合計画 案
本配合 例 細粒分 少 い砂を用い あ ， 混和剤 効果 高い材料 あ 。把握 項を 次 ま ，配合計画 案 を提案 。
範囲 ，非添加 等ま そ 以 縮強度，単 体積 を示 。
2 流動性向 鈍化 混和剤を添加 ， 縮強度，単 体積 減少 。
以 ，混和剤を過度 添加 い限 ，初期 決定 水 び 単 メント 等以 縮 強度，単 体積 得 考え，配合計画 案 を図-【 ま 。 ，現地発生土砂 物性 応 ，水及び メント単体 十分 コンシステンシ ， 縮強度 得 場合 ，配合試験たしa上e.2 示方配合を決定 い。
図-【 配合計画 案
5.今後の課題
本 告 一 例を基 配合計画 案 を示
あ ，土砂や混和剤種類 い 例を 必要性 あ 。ま ，最少 メント 推定や目標ス ンプ 設定方法等 い 今後 課題 挙 。
参考文献
1 佐藤 ：ISM 工法 砂防 堤基礎 大規模急速 施工 災害対策 ， 成18 度砂防学会研究発表会 概要集，たた.報8-報重
2 ：細粒土を使用 砂防 イ メント 発 現強度 い ， 成 18 度砂防学会研究発表会概 要集，たた.報5報-報55
堰 織田 ：流動化 イ メント い 一考察， 成 28 度 砂 防 学 会 研 究 発 表 会 概 要 集 ， たた.B-218-21重
報 山口 ：流動化 イ メント 特性 そ 活用方 法 い 一考察， 成 28 度砂防学会研究発表 会概要集，たた.B-220-221
⇒配合条件を確保する現地発生土砂 水 セメント 混和剤量を決定する。 示 方 配 合 の 決 定
示方配合の決定
⇒phase.1 求めた水 セメント量 圧縮強度の関係を求める。
仮配合の決定
⇒配合強度を確保する現地発生土砂 水 セメント量を決定する。
コンシステンシ の確認 1セメント段階×1水準×3混和剤のスランプ試験
⇒現場管理スランプを確保する混和剤量を求める。 仮 配 合 の 決 定
配 合 試 験 p h a s e . 3
圧縮強度の確認 3セメント段階×1水準の圧縮強度試験 配 合 試 験 p h a s e . 1
配 合 試 験 p h a s e . 2
コンシステンシ の確認 3セメント段階×3水準のスランプ試験
⇒最小管理スランプを確保する水 セメント量を求める。
0 5 10 15 20 25 堰0
0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25
縮
強
度
N/mm
2
高性能AE減水剤 添加率 ％
（-250 σ7
（-堰00 σ7
（-堰50 σ7
（-報00 σ7
（-250 σ28
（-堰00 σ28
（-堰50 σ28
（-報00 σ28
1堰 1報 15 16 17 18 1重 20 21 22 2堰
0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25
単
体積
k
N
/
m
堰
高性能AE減水剤 添加率 ％
（-250 σ7
（-堰00 σ7
（-堰50 σ7
（-報00 σ7
（-250 σ28
（-堰00 σ28
（-堰50 σ28
（-報00 σ28
0 5 10 15 20 25 堰0 堰5
0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50
ス
ンプ値げ
m
高性能AE減水剤 添加率 ％
現地の粗石を活用した砂防ソイルセメント流動タイプの試験施工の実施事例について
株式会社 本久 ○小布施 栄 （一財）砂防・地すべり技術センター 嶋 丈示 長野県建設部砂防課 北原 誠 丸山 泰正 蒲原 潤一 長野県北信建設事務所 深澤 光太 関 貴幸 株式会社オリエンタルコンサルタンツ 井川 忠 株式会社土木管理総合試験所 八木澤 一哉
1 はじめに
砂防堰堤計画にあたっては、計画位置の地形や工 事道 路の諸条 件によっ て資機材 の搬入が 困難とな り、 一般的に行われているコンク リート工 法では施工が 難しくなる場合がある。その 際に砂防 ソイルセメン ト転圧タイプ（以下、「転圧タイプ」）が検討されるこ とが多い。しかし、現地に150mm以上の大礫が多い 場合や、内部材を投入する箇 所への重 機搬出入が困 難な場合は転圧タイプでの施 工は適用 できない。本 報告はこのような現場条件で 汎用的な 機材を用いて 砂防ソイルセメント流動タイプ（以下、「流動タイプ」） を検討した事例である。汎用 的な機材 による流動タ イプはまだ施工実績が少ない ため、施 工性および施 工品質について慎重に検討する必要がある。そこで、 現地試験施工を実施し、施工 性と施工 品質について 確認した。また、これまで活用が進まない石材に着目 し、100∼500 ㎜程度までの粒径範囲にある大礫（以 下、「粗石」）の活用を試みた。これにより現地発生土 砂の有効活用の幅が広がり、 流動タイ プの現場での 活用の可能性が確認できたた め、その 結果について 報告する。
2 施工条件と現場の課題
当該計画における現場の課題は以下の通りである。 ①生コンクリートの運搬は 90 分以上の時間を要し、
品質が確保できないため、コンクリート以外で要求 性能を満足する工法を選定する必要がある。 ②現場へ搬入可能な機械はバ ックホウ とクローラダ
ンプのみで、その他の資機材はケーブルクレーンで 搬入可能な3ｔ以下のものに限定されるため、これ らの条件で施工可能な方法を検討する必要がある。 ③堰堤の計画位置は良質な河 床砂礫が 広く堆積する
ものの粗石も多く含まれており、転圧タイプでは必 要な土砂の賦存量が不足するため、現地発生土砂を より多く活用する必要がある。
これらの条件と課題を検討した結果、流動タイプ が施工の実現性が高く検討されるに至っている。
3 試験施工ケース
3.1 使用材料
現地試験施工に用いた流動タイプのソイルセメン ト材（以下、「ソイルセメント材」）の母材は堤体の掘 削土砂で、φ100㎜以下にふるい分けしたものである。 粗石は河床に堆積するφ100∼500 ㎜の粒径範囲のも のをランダムに採取し、表面洗浄したものである。土 砂の物性値を表1に示す。
3.2 試験施工ケースと確認事項の概要
表 2 に現地試験施工の実施ケースを示す。現地試 験施工は事前に実施された室 内配合試 験に基づき、 粗石混入率や混入方法、単位 セメント 量を変えたケ ースで実施した。施工性の良 否につい てはソイルセ メント材の製造と打設のそれ ぞれの工 程における作 業状況と所要時間ならびにソ イルセメ ント材の性状 変化により評価した。また、試験体の品質については、 試験体の表面観察、内部充填状況の観察、一軸圧縮強 度と重量により評価を行った 。内部の 充填状況は試 験体を切断し、その切断面の観察結果より評価し、一 軸圧縮強度と重量は標準供試 体と抜き 取りコアによ り評価を行った。
4 試験施工結果
4.1 施工性について
ソイルセメント材の攪拌混合
セメントの混合方式はスラリー混合方式とし、攪 拌混 合は汎用 型バック ホウの普 通バケッ トで行っ た。 ソイルセメント材の流動的な 性状に加 え、混和剤の 利用によってスラリーの粘性 が下がる ことでより流 動性が良くなり混ざりやすい ため、普 通バケットに よる攪拌混合でも施工性は良好である。また、転圧タ イプにおける空練り混合や加 水工程が なくなる分、 攪拌混合に要する時間を短縮することができた。
CASE1 における粗石混入方法
粗石の最大粒径が500㎜程度で、体積比50％の混 入量ともなると、普通バケッ トの同時 混合による攪 拌混合方法では粗石に未処理 物が付着 し、均一な攪 拌混合は困難である。そこで、先ずφ100㎜以下の母 材でソイルセメント材を練混 ぜ、その 後に所定量の 粗石を投入することとした。 礫間を充 填するソイル セメント材の練り混ぜと粗石 の混合を 別工程とする ことで、多量の粗石を混入す る場合で あっても粗石 にソイルセメント材が表面付 着するこ とで粗石間に ソイルセメント材を十分回り 込ませる ことが可能に なる。粗石を別に投入するこ とで粗石 を含むソイル セメント材全体の製造に要す る時間が 増えることが 想定されるが、粗石投入後、更に練り込むわけではな いので、時間的なデメリットはない。結果的にはソイ ルセメント材の製造が粗石混 入量の分 だけ少なくな り、施工が容易となることに加え、粗石を多量に使っ ても品質が安定するメリットのほうが大きい。 表 1 土砂の物性値
表 2 試験施工ケース
( g / c m 3
)
( % )
粗 骨 材 細 骨 材
3 . 1 4 7 . 9 6
礫 分 ( % )
砂 分 ( % )
細 粒 分 ( % )
4 2 . 8
1 2 . 4 2 . 7 3 3
1 8 . 4
粒 度
( % ) 吸 水 率
自 然 含 水 比 土 粒 子 の 密 度
4 4 . 8
C A S E １ C A S E 2 C A S E 3
( m m )
( k g / m
3 )
1 8 0 1 8 0 1 2 5
( k g / m
3 )
( % )
( % ) 5 0 2 5 2 5
混 合 桝 に 投 入
（ 同 時 混 合 ）
型 枠 に 投 入
（ 投 下 ・ 圧 入 ）
型 枠 に 投 入
（ 投 下 ・ 圧 入 ） 粗 石 混 入 方 法
セ メ ン ト 量
総 水 量
混 和 剤
粗 石 混 入 率
4 6 6
1 . 0
本施工時におけるソイルセメント材 1 バッチの使い 終わる時間で、硬化が進む材料の性状上、不利な状態 を想定している。粗石と同時打設のCASE1ではバイ ブレータの締固め作業時、多量の粗石が障害となり、 施工時間を要したため、打設 方法を修 正する必要が 生じた。そこで、CASE2 では先にソイルセメント材 を型枠内に打設し、その後に定量の粗石を投入し、バ ックホウで圧入した後、バイ ブレータ による締固め を実施することとした。その結果、CASE1 の半分程 度の時間で打設が完了し、機 械作業を 併用する有用 性を確認した。参考ではあるが、粗石を混入しない場 合（参考CASE）ではさらにその半分程度の時間で打 設が完了しており、粗石の大 きさや混 入方法によっ ては打設効率がさらに改善できる可能性がある。
4.2 ソイルセメント材の製造品質について
必要なスランプとスランプの維持について
打設に際し、ソイルセメント材は適切なワーカビ リティを一定の時間確保でき ることが 材料品質上重 要である。流動タイプのソイ ルセメン ト材は一般に スランプロスが大きいため、施工・配合とも注意する 必要がある。現地試験施工では、施工に必要な最低の スランプの値を5cmとし、
粗 石 ま わ り へ の 充 填 性 や スランプロスを考慮し、初 期スランプを10㎝以上と して、30分以上スランプが 維持できるよう計画した。 今 回 の 現 地 試 験 施 工 で は 高性能AE減水剤を使用す ることで、図1に示すよう な 良 好 な ワ ー カ ビ リ テ ィ を 計 画 時 間 以 上 確 保 す ることができた。
施工に対する配合設計の留意点
配合設計で要求されるのは強度を満足することだ けではない。①強度から決まる配合の決定、②流動性 から決まる配合の決定、③材料分離の防止の他、④ス ラリ ー製造設 備への負 荷に対す る配慮も 必要であ る。 強度発現と製造コストのみに 着目すれ ば最小のセメ ント量で水セメント比を小さ くするこ とが基本とな るが、反面、流動性が得られなくなり、施工が困難に なる。また、スラリーの製造にも影響が及ぶため、安 易に水セメント比を小さくす ることは できない。一 方、流動性を考慮すると水量 の総量を 多くする必要 が生じ、材料分離やコスト増につながる。今回の現地 試験施工では高性能AE減水剤を用いることで、水セ メント比 60％程度のスラリーを容易に製造すること ができた。その結果、最小の単位セメント量で良好な ワーカビリティが得られ、材 料分離を 生じない水量 を設定することができた。また、打設後の試験体の表 面状態も収縮やひび割れがなく良好であった。
内部材に粗石を用いる場合、粗石周りへの充填性 が課題となる。新粗石コンク リート工 法では流動性 の高いコンクリートを粗石間 に流し込 むが、流動タ イプのソイルセメント材は流 し込むほ どの流動性は 得られない。現地試験施工で は本施工 時において容 易かつ確実に施工ができることを念頭に、4.1.2及び
4.1.3で示した方法で打設をした。その結果、粗石量 や投入方法にかかわらず、空 隙やジャ ンカのない密 実で良好な充填性を得られることが証明できた。
標準供試体及び抜取りコアの試験結果
標準供試体および抜取りコアの試験結果を表 4 に 示す。示方配合であるCASE1,2ともに標準供試体に ついては室内配合試験を超え る強度が 確保でき、抜 取りコアについても所定の強 度を満足 した。施工時 の外気温が―5℃の冬期環境下、シート養生での条件 で、試験体に水和反応の遅延が認められたが、厳しい 気温条件でも良好な結果を得ることができた。
5 おわりに
現地試験施工を通じ、流動タイプにより粗石を積 極的に活用できるということ がわかっ た。粗石を用 いた場合、粗石周りの充填性 や端部の 充填性が問題 視されるが、今回の流動タイ プによる 試験施工の方 法によれば、汎用的な機材に よる施工 であっても良 好な施工性と充填性が得られる。今後、越冬後のモニ タリングを実施し、さらなる 施工性の 向上について 知見を高め、技術研鑽を図っていきたいと考える。
参考文献
１） （一財）砂防・地すべり技術センター；砂防ソイ ルセメント施工便覧、平成28年9月
２） 北陸地方整備局；設計要領（河川編）平成19年
3月
３） 國友ら ; 桜島における有スランプの砂防ソイル セメントの製造方法とその特徴、平成23年度砂 防学会研究発表概要集、平成23年5月
４） 井川ら ; 粗石ISMの研究開発、平成24年度砂 防学会研究発表会概要集、平成24年5月 表 3 施工時間結果一覧表
図 1 スランプの経時変化
図 2 供試体切断による粗石充填状況（CASE1）
表 4 一軸圧縮強度試験結果
単 位 体 積 重 量 一 軸 圧 縮 強 度 単 位 体 積 重 量 一 軸 圧 縮 強 度
( g / c m 3
) ( N / m m
2
) ( g / c m
3
) ( N / m m
2 )
2 . 0 1 4 4 . 9 6 2 . 2 2 1 2 . 8 6
- - 2 . 2 9 8 2 . 7 0
2 . 0 2 3 2 . 7 0 2 . 1 1 3 1 . 2 0
C A S E 1
C A S E 2
C A S E 3
標 準 供 試 体 抜 取 り コ ア
C A S E １ C A S E 2 C A S E 3 参 考 C A S E セ メ ン ト 量 ( k g / m
3 )
1 8 0 1 8 0 1 2 5 1 8 0 総 水 量 ( k g / m
3 )
4 6 6 4 6 6 4 6 6 4 1 1 粗 石 混 入 率 ( % ) 5 0 2 5 2 5 0
3 . 2 2 . 3 2 . 3 2 . 6 4 分 2 2 秒 5 分 0 0 秒 5 分 0 0 秒 2 分 1 8 秒 2 0 分 3 7 秒 1 1 分 1 5 秒 1 2 分 4 2 秒 4 分 3 7 秒 1 m
3
あ た り の 打 設 時 間
製 造 量 （ ソ イ ル セ メ ン ト 材 ＋ 粗 石 ） （ m
3
） 1 m
3
