Mechanism of self-cementation of small glass beads and its use in geotechnical engineering

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21K18745
• Research Institution: Nagaoka University of Technology
• Principal Investigator: 豊田 浩史 長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (90272864)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小松 俊哉 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (10234874) ; 杉本 光隆 長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (50196755) [Withdrawn]
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2023-03-31
• Keywords: ガラスビーズ / 膠結作用 / せん断剛性率 / 三軸試験 / 間隙水質 / 土質改良

Outline of Annual Research Achievements

蒸留水で飽和させたガラスビーズで作製した三軸供試体を，長期間圧密しながら，ベンダーエレメントを用いたせん断波速度 Vs の測定を行った結果，1ヶ月間でガラスビーズのせん断剛性率は1.5 倍程度まで増加した．この自己膠結のメカニズムを解明するための実証試験を行った．
ガラスビーズの基本力学特性は次のようであった．1.ガラスビーズ供試体は，通常の砂に比べ液状化強度が大きく，自己膠結作用がなくても，液状化強度の増加が期待できることがわかった．自己膠結作用により，液状化強度も1.5倍程度まで増加した．2. 初期せん断剛性率に関しても，ガラスビーズ供試体は通常の砂に比べ大きな値を持ち，地盤材料として問題ないことがわかった．自己膠結作用により，初期せん断剛性率も1.5倍程度まで増加した．3. せん断強度に関しては，ガラスビーズ供試体は通常の砂に比べかなり小さな値となる．粒子間のインターロッキング効果が低いためと考えられ，せん断強度についてはあまり期待できない結果となった．自己膠結作用によるせん断強度の増加は見られなかった．この自己膠結作用は，ひずみの小さなところの力学特性に，効果的に作用するようである．
ガラスビーズの長期圧密供試体のせん断波速度は，2週間ほどは上昇を続けるがその後，ほとんど上昇は示さなくなった（初期せん断剛性率で1.5 倍程度の増加）．自己膠結作用は，2週間ほどで終了するようである．
長期圧密後のガラスビーズ試料を用いた，溶出試験と赤外分光分析試験より，それぞれ，カルシウムイオンCa2+と炭酸カルシウムCaCO3を検出した．以上より，ガラスビーズから溶け出したCa2+と水に溶けた二酸化炭素CO2により炭酸イオンCO32-が生成され，これらが結合しCaCO3を生成したことが，自己膠結作用の原因だと考えられる．