JP2000073059A

JP2000073059A - 地盤固結材および地盤固結材製造装置

Info

Publication number: JP2000073059A
Application number: JP33423898A
Authority: JP
Inventors: Shunsuke Shimada; 俊介島田; Kenji Kashiwabara; 健二栢原; Motomu Miwa; 求三輪; Makio Takahashi; 真木雄高橋; Takashi Nagoshi; 崇名越; Hiroshi Morita; 博森田; Goro Soma; 五郎相馬; Toshiyuki Mizuno; 敏幸水野
Original assignee: Kyokado Engineering Co Ltd; Asahi Denka Kogyo KK
Current assignee: Kyokado Engineering Co Ltd; Adeka Corp
Priority date: 1998-06-18
Filing date: 1998-11-25
Publication date: 2000-03-07
Anticipated expiration: 2018-11-25
Also published as: JP3541135B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】施工現場における作業性を改善して、簡易な装
置で製造できる地盤固結材およびその製造装置を提供す
る。【解決手段】水ガラスを脱アルカリ処理し、該水ガラス
中のアルカリの一部を除去して一次シリカ液とし、この
一次シリカ液をさらに脱アルカリ処理して二次シリカ液
とし、この二次シリカ液を主材として含有してなる地盤
固結材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は浸透性が良好で、固
結強度が高く、さらに公害を起こさず、しかも広範囲に
わたる地盤への注入に適するのみならず、工事現場にお
ける作業性が改善された地盤固結材および地盤固結材製
造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】軟弱地盤の改良に際して、従来、液体
状、スラリー状、あるいは微粒子を含む粉体状の地盤固
結材が利用されていた。

【０００３】この種の地盤固結材として、例えば、珪酸
ナトリウム、珪酸カリウム、珪酸アンモニウム等の水溶
性珪酸塩をイオン交換法や、電解法等により脱アルカリ
処理して得られる、低粘度で浸透性の良好な活性珪酸水
溶液が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この活性珪酸水溶液は
生産工場で製造の後、工事現場に搬入して使用される
が、それ自体ゲル化するため、運搬時間等を考慮する
と、ゲル化時間を極めて長く設定しなければならない。
ゲル化時間を長く設定するためには、ＳｉＯ₂濃度を小
さくしなければならず、したがって、固結強度が低下す
るという欠点が生じる。

【０００５】そこで、充分な固結強度を得るために、活
性珪酸を生産工場ではなく、工事現場で製造することが
試みられている。

【０００６】しかし、この場合、水ガラスのアルカリ濃
度が高いため、脱アルカリ処理に使用される陽イオン交
換樹脂やイオン交換膜の量が大量となり、再生や洗浄の
装置も含めて大規模な設備を工事現場で建設せざるを得
なくなる。このため、生産管理の面でもかなりの困難が
予想され、工事現場における作業性が相当に劣ってしま
う。

【０００７】そこで、本発明の目的は水ガラスを脱アル
カリ処理して、ＳｉＯ₂濃度が比較的高い水ガラスを容
易にゲル化に至らない安定した一次シリカ液とし、この
一次シリカ液を工事現場でさらに脱アルカリ処理して二
次シリカ液とすることにより、浸透性が良好で、固結強
度が高く、さらに公害を起こさず、しかも広範囲にわた
る地盤への注入に適するのみならず、工事現場における
作業性が改善され、上述の公知技術に存する欠点を改良
した地盤固結材および地盤固結材製造装置を提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明の地盤固結材によれば、水ガラスを脱アルカ
リ処理し、該水ガラス中のアルカリの一部を除去して一
次シリカ液とし、この一次シリカ液をさらに脱アルカリ
処理して二次シリカ液とし、この二次シリカ液を主材と
してなることを特徴とする。

【０００９】さらに、上述の目的を達成するため、本発
明の地盤固結材によれば、水ガラスを脱アルカリ処理し
て活性珪酸とし、この活性珪酸にアルカリ、または水ガ
ラスを脱アルカリ処理して得られるシリカ液を添加して
一次シリカ液とし、この一次シリカ液をさらに脱アルカ
リ処理して二次シリカ液とし、この二次シリカ液を主材
としてなることを特徴とする。

【００１０】さらにまた、上述の目的を達成するため、
本発明の地盤固結材によれば、水ガラスを脱アルカリ処
理して得られるコロイダルシリカを一次シリカ液とし、
この一次シリカ液をさらに脱アルカリ処理して二次シリ
カ液とし、この二次シリカ液を主材とすることを特徴と
する。

【００１１】さらに、上述の目的を達成するため、本発
明の地盤固結材によれば、次の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）
および（ｄ）の群から選択された複数種を混合して一次
シリカ液とし、この一次シリカ液をさらに脱アルカリ処
理して二次シリカ液とし、この二次シリカ液を主材とし
て含有してなることを特徴とする。

【００１２】（ａ）水ガラスを脱アルカリ処理し、該水
ガラス中のアルカリの一部を除去して得られる一次シリ
カ液。

【００１３】（ｂ）水ガラスを脱アルカリ処理して活性
珪酸とし、この活性珪酸にアルカリ、または水ガラスを
脱アルカリ処理して得られるシリカ液を添加して得られ
る一次シリカ液。

【００１４】（ｃ）水ガラスを脱アルカリ処理して得ら
れるコロイダルシリカからなる一次シリカ液。

【００１５】（ｄ）これら一次シリカ液をそれぞれさら
に脱アルカリ処理して得られる二次シリカ液。

【００１６】さらにまた、上述の目的を達成するため、
本発明の地盤固結材製造装置によれば、水ガラスを脱ア
ルカリ処理して得られた一次シリカ液の貯蔵槽と、この
貯蔵槽と連結され、貯蔵槽からの一次シリカ液を脱アル
カリ処理して二次シリカ液とする脱アルカリ処理槽と、
この脱アルカリ処理槽と連結され、脱アルカリ処理槽で
得られた二次シリカ液を貯蔵する二次シリカ液貯蔵槽と
からなることを特徴とする。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的に詳述す
る。

【００１８】一次シリカ液本発明にかかる一次シリカ液は珪酸ナトリウム、珪酸カ
リウム、珪酸アンモニウム等の水溶性珪酸塩、特に水ガ
ラスをイオン交換法、電気泳動法、電解透析法等により
脱アルカリ処理し、該水ガラス中のアルカリの一部を除
去して得られる、ｐＨ値がアルカリ〜中性領域に調整さ
れた珪酸水溶液、あるいは、水ガラスをイオン交換法、
電気泳動法、電解透析法等により、殆どのアルカリを除
去して得られた活性珪酸水溶液を下記の手段を用いて安
定化した珪酸水溶液である。

【００１９】この活性珪酸水溶液は水ガラスのアルカリ
を除去して得られ、一般にｐＨはほぼ２〜４を呈する。
ＳｉＯ₂濃度は１〜１５重量％、好ましくは２〜１０重
量％である。ＳｉＯ₂濃度が１重量％よりも少ないと、
地盤改良のための強度が不足し、１５重量％よりも多い
と、活性珪酸水溶液のゲル化が起こりやすくなる。

【００２０】上記活性珪酸水溶液はアルカリを添加して
中性〜アルカリ領域に調整することによりＳｉＯ₂濃度
が相当に高くても非常に安定化された一次シリカ液とな
る。ここで使用するアルカリとしては特に限定されず、
水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アミン類、水ガラ
ス、後述コロイダルシリカ、さらには、水ガラスのアル
カリの一部を脱アルカリ処理して得られたシリカ液等で
ある。

【００２１】アルカリとして水ガラスを用いた場合、活
性珪酸と水ガラスが反応してｐＨが高くなり、かつ珪酸
分子が高分子化して増粒し、ほぼ５ｍμ以内のコロイド
粒子となって安定化する。このため、シリカ濃度を高く
して、しかも安定なシリカ液を得るという優れた特徴を
得る。したがって、実用的には水ガラスの使用が好まし
い。

【００２２】アルカリの使用量は活性珪酸水溶液のｐＨ
が４以上、好ましくは中性〜アルカリ領域となる量であ
る。アルカリとして上述したように水ガラスを用いると
アルカリ添加とシリカの補充が同時にできるので、これ
を用いた注入材は高強度が得られる。この場合、水ガラ
スは任意のモル比のものを用いることができるが、通常
３号水ガラス〜高モル比水ガラスを用いる。また、下記
に示したコロイダルシリカをアルカリとして用いればア
ルカリとシリカの補充が同時に行なわれ、しかもシリカ
濃度が高くても安定なシリカ液が得られるために、これ
を用いた注入液は高強度が得られる。

【００２３】なお、本発明にかかる一次シリカ液は水ガ
ラスを上述のように脱アルカリ処理して活性珪酸とし、
これに好ましくはアルカリを添加して加熱し、分子量数
万あるいはそれ以上に増粒して安定化を図ったコロイダ
ルシリカ液を用いることができる。このようなシリカ液
として前記活性珪酸をＳｉＯ₂含量２０〜３０％に濃縮
して直径５〜２０mm程度の粒子の分散体としたｐＨが９
〜１０付近を呈するＳｉＯ₂の濃厚なシリカ液（コロイ
ダルシリカ）がある。

【００２４】また、本発明にかかる一次シリカ液はさら
に次の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）の群から選
択された複数種を安定となる割合で任意に混合して一次
シリカ液としてもよい。この混合は概してＳｉＯ₂濃度
を増加させたり、中性領域における安定化を図ったり等
を目的として行なわれる

【００２５】（ａ）水ガラスを脱アルカリ処理し、該水
ガラス中のアルカリの一部を除去して得られる上述の一
次シリカ液。

【００２６】（ｂ）水ガラスを脱アルカリ処理して活性
珪酸とし、この活性珪酸にアルカリ、または水ガラス中
のアルカリの一部を脱アルカリ処理して得られるシリカ
液を添加して得られる上述の一次シリカ液。

【００２７】（ｃ）水ガラスを脱アルカリ処理して得ら
れるコロイダルシリカからなる上述の一次シリカ液。

【００２８】（ｄ）これら一次シリカ液をそれぞれさら
に脱アルカリ処理して得られる二次シリカ液。

【００２９】上述一次シリカ液は水ガラス中のアルカリ
の一部を除去して得られるアルカリ量の低減されたシリ
カ液である。あるいは水ガラス中の殆どのアルカリを除
去して得られる活性珪酸にアルカリを加えたシリカ液で
ある。このようなシリカ液はｐＨ値がアルカリ〜中性領
域でも、あるいはさらに、ＳｉＯ₂が低濃度の場合に
は、酸性領域でも殆どゲル化に至らず、安定化される。
水ガラス中のアルカリの殆どを脱アルカリすると、ｐＨ
２〜４の活性珪酸となる。したがって、活性珪酸に少量
のアルカリを加えたシリカ液は弱酸性〜中性でもアルカ
リ（Ｎａ分）が含まれていることになる。また、水ガラ
スのアルカリの一部を脱アルカリした場合、弱酸性〜中
性値を呈していても少量のアルカリ（Ｎａ分）も含まれ
ていることになる。したがって、中性の一次シリカ液か
ら脱アルカリして活性シリカを得る場合が生ずることに
なる。

【００３０】この一次シリカ液は製造に際して一般に大
きな生産設備を必要とするが、本発明では、これを工事
現場ではなく、生産工場で製造するので、大規模な設備
が必要となっても作業性が劣下することはない。

【００３１】すなわち、本発明にかかる一次シリカ液は
ゲル化し難い安定化されたシリカ液である。この理由
は、水ガラスに酸を添加して中和反応によりｐＨ値をア
ルカリ性、中性ないしは酸性にする通常の方法では、水
ガラス中にアルカリ金属塩や酸根等の反応生成物がイオ
ンとして多量に残存するため、弱酸性〜弱アルカリ性領
域でゲル化が急速に行なわれる。このため、長いゲルタ
イム時間を得るには強酸性領域かあるいは反応剤を加え
て強アルカリ領域で用いざるを得ない。これに対して、
本発明はｐＨが弱酸性〜弱アルカリ領域で長いゲル化時
間を得る。これは本発明の一次シリカ液中には酸根等が
存在せず、Ｎａイオンも大幅に低減しているためゲル化
が起こりにくく安定しているためと思われる。

【００３２】さらには、次の理由も考えられる。すなわ
ち、本発明では一次シリカ液の製造に際して、まず、活
性珪酸が形成される。この活性珪酸は周辺の水ガラスと
反応してシリカ粒子の造粒を促す。この結果、水ガラス
の比表面積が小さくなって反応性が低下し、かつその周
辺にＮａ⁺の電気二重層が形成され、このため、水ガラ
スは安定化してゲル化し難しくなるものと推定される。
また、水ガラスの一部を脱アルカリした脱アルカリシリ
カにおいても、脱アルカリの際に水ガラスの一部が活性
珪酸になり、それが周辺の水ガラスと反応して同じよう
な現象を呈するものと思われる。

【００３３】二次シリカ液上述の一次シリカ液は安定化されたものであるので、生
産工場で製造して工事現場に搬入される。搬入された一
次シリカ液は工事現場で再度脱アルカリ処理して酸性〜
弱酸性の二次シリカ液とする。もちろん、二次シリカ液
をつくる場所は現場条件によって工事現場の近く、ある
いは工事現場に運搬するのに充分便利な距離の場所であ
ってもよい。

【００３４】この二次シリカ液を得るための脱アルカリ
処理は、一次シリカ液の際の脱アルカリ処理で水ガラス
中の大半のアルカリがすでに除去されているので、少量
の陽イオン交換樹脂、あるいは少量のイオン交換膜の使
用で比較的簡単に、かつ小規模に工事現場で行なうこと
ができ、製造ならびに管理が容易となる。

【００３５】工事現場での再脱アルカリ処理は施工工事
現場のオンサイト設備によって陽イオン交換樹脂、また
は陰・陽両イオン交換膜を隔膜とした電解透析により行
なう。この陽イオン交換樹脂による再処理製造として
は、単純なものでは、陽イオン交換樹脂を充填したカー
トリッジを１本ないし数本使用したイオン交換装置が挙
げられる。イオン交換樹脂の能力低下に対する再生処理
が必要になる場合もあるが、これはカートリッジの交換
で実施すればよい。また、陽イオン交換樹脂による再生
処理工程と樹脂再生工程を現場のオンサイト設備で交互
に行なうオールインワンタイプの装置も挙げられる。

【００３６】イオン交換膜のイオン交換能力の再生は膜
の洗浄により行えるので、イオン交換樹脂の場合と同様
に陰・陽両イオン交換膜内蔵のカートリッジの交換で実
施できる。

【００３７】かかる活性珪酸水溶液は、分子量の小さい
珪酸を多く含有しているため、活性であり、反応性が高
い。しかも、強度も高いので地盤固結材に適している。
また、イオン交換等により塩がほとんど除去されている
ので、殆ど純粋の珪酸からなる水溶液である。

【００３８】そして、この活性珪酸水溶液は充分長いゲ
ル化時間でそれ自体ゲル化し得る。また、活性珪酸水溶
液は通常ｐＨが２〜４付近にあるがゲル化が進行する
と、となりあった珪酸分子のシラノール基（−ＯＨ）同
志が架橋してシロキサン結合を生じて高分子化するため
ゲルは中性方向に移向する。このため、注入地盤の地下
水は殆ど中性値を示す。さらにまた、このゲル化物は劣
化の要因となるＮａ₂Ｏが殆ど含まれていないので、耐
久性に富み、ＳｉＯ₂の溶出は殆どなく、恒久性グラウ
トといえる。すなわち、注入地盤には塩もシリカも地下
水に溶出せず、極めて環境負荷の小さい、公害の心配の
ない理想的な注入材といえる。

【００３９】陽イオン交換樹脂による脱アルカリ処理装
置としては、縦長塔式装置のほかに攪拌機を稼動させた
り、加圧空気を圧入させたり等により樹脂との接触を図
る方式が多く採用されている。

【００４０】電解透析による脱アルカリ処理装置として
は陰陽両イオン交換膜を交互に配列し、両端に一対の電
極を挿入した電解透析槽が一般に用いられる。

【００４１】上述の二次シリカ液はそのまま固結材とし
て地盤に注入してもよく、さらにこれに硬化剤を添加し
てゲル化時間の調整、固結強度の増強等を図ることもで
きる。

【００４２】この硬化剤としては、例えば、各種酸、ア
ルカリ、塩の他に、コロイダルシリカ、セメント、スラ
グ等が挙げられ、これらをそれぞれ単独で、あるいは複
数種を組み合わせて用いられる。これら硬化剤の添加量
は水ガラスや通常の酸性シリカゾルに対して添加する添
加量よりも極端に少量ですむという利点がある。

【００４３】このような二次シリカ液を主材とした地盤
固結材は浸透性がよく、固結強度が高く、さらにＮａの
含有量が非常に少ないので公害も引き起こさず、しかも
広範囲にわたる地盤への注入に適することはもちろん、
このほかに工事現場では二次処理のみであるので、小規
模設備となり、このため、工事現場における作業性が改
善される。

【００４４】図１は工事現場（施工現場）における本発
明地盤固結材の製造装置であって、一次シリカ液貯蔵槽
１、脱アルカリ処理槽２および二次シリカ液貯蔵槽３か
ら主として構成される。

【００４５】一次シリカ液貯蔵槽１の一次シリカ液は好
ましくは生産工場において製造され、施工現場に輸送さ
れる。現場に輸送された一次シリカ液は一旦一次シリカ
液貯蔵槽１に貯蔵される。

【００４６】一次シリカ液貯蔵槽１に貯蔵された一次シ
リカ液は貯蔵槽１と連結された脱アルカリ処理槽２に送
られる。脱アルカリ処理槽２はイオン交換樹脂槽または
電解透析槽であって、この中にはカートリッジが収納さ
れる。このカートリッジは陽イオン交換樹脂または陰陽
両イオン交換膜またはこれ等の両者を内蔵する。一次シ
リカ液が陽イオン交換樹脂を通過する際は、特に加圧・
加熱を必要としないが、場合によっては加圧・加熱して
もよい。一次シリカ液の処理量は、１時間当りの一次シ
リカ液（容量）／イオン交換樹脂量（容量）＝0.５〜３
０程度が好ましい。また、一次シリカ液の電解透析処理
の電流密度は３Ａ／dm²程度が好ましい。

【００４７】脱アルカリ処理槽２で処理された一次シリ
カ液は二次シリカ液となって、二次シリカ液貯蔵槽３に
送られ、貯蔵される。二次シリカ液貯蔵槽２は硬化剤槽
４と連結され、必要に応じて二次シリカ液に硬化剤が添
加される。なお、５は水槽であって、脱アルカリ処理槽
２および硬化剤槽４と連結される。

【００４８】ここで、添加される硬化剤は主としてゲル
化時間を調整するための薬材であって、例えば塩類等で
ある。そのような塩類としては、例えば、塩化カルシウ
ム、塩化マグネシウム、塩化鉄、塩化アルミニウム、炭
酸水素ナトリウム、硫酸アルミニウム、硫酸マグネシウ
ム、硝酸アルミニウム、リン酸アルミニウム等が挙げら
れる。これら塩の添加量は少量でよく、本発明の地盤固
結材１００重量部に対して0.００１〜１０重量部で十分
である。また、硬化剤として、セメント、粘土、石灰、
スラグ等任意の懸濁剤を任意の量用いることができる。
また、エチレンジアミン四酢酸やクエン酸、酒石酸のよ
うな脂肪族オキシカルボン酸、ピロリン酸ナトリウム、
ヘキサメタリン酸ナトリウム、酸性ピロリン酸ナトリウ
ムのような縮合リン酸塩等の金属イオン封鎖剤を加える
ことによって、土中の金属イオンによるゲル化の促進を
防ぎ、広範囲を浸透して固結することができる。

【００４９】このようにして得られる二次シリカ液はこ
れを主材とした地盤固結材として調整され、注入管７を
通して地盤８中に注入され、地盤８を固結する。

【００５０】また、本発明の地盤固結材は、特に前記硬
化剤および／またはゲル化時間調整剤を添加せずに、地
盤に注入、散布、混合等により浸透させ、地中の土壌物
質とのイオン交換反応によってゲル化させることもでき
る。この場合、地中で固結後のｐＨは、およそ６程度に
中性化され、環境に対して悪影響を与えるところが非常
に少ない。

【００５１】本発明の地盤固結材を地盤中に投入するに
は、注入装置を用いた注入、散布、混合、その他通常行
なわれる方法で可能であり、特に制限されるところはな
い。その投入量は、目的に応じて適宜決められる。

【００５２】

【発明の実施例】以下、本発明を実施例によってさらに
詳述するが、本発明はこれらの実施例に限定されるもの
ではない。

【００５３】実施例１珪酸ソーダＪＩＳ３号品（ＳｉＯ₂：２9.０％、Ｎａ₂
Ｏ：9.０％）を水で希釈し、ＳｉＯ₂：5.９％、Ｎａ₂
Ｏ：1.８％の希釈珪酸ソーダ水溶液を調製した。この水
溶液をあらかじめ１０％塩酸を用いて通常の方法で調製
された水素型陽イオン交換樹脂（オルガノ（株）製ア
ーバンライトＩＲ−１２０Ｂ）塔に通して、ｐＨ2.５の
活性珪酸水溶液を得た。この活性珪酸水溶液のＳｉＯ₂
濃度は4.０％であった。

【００５４】得られた活性珪酸水溶液１００cc（１０2.
３ｇ）に対して、珪酸ソーダ（ＳｉＯ₂：２6.０％、Ｎ
ａ₂Ｏ：7.０％）0.４８cc（0.６４ｇ）の割合で加え、
ｐＨ＝7.０の安定化した一次シリカ液5,５００リットル
を作製した。この一次シリカ液は工場にて製造し、工場
から現場に搬入して図１の現場の装置により本発明を実
施した。

【００５５】すなわち、前記一次シリカ液5,５００リッ
トルを一次シリカ液貯蔵槽１に蓄え、次いでこれをあら
かじめ１０％塩酸を用いて通常の方法で調製された水素
型陽イオン交換樹脂（オルガノ（株）製アーバンライ
トＩＲ−１２０Ｂ）４リットルを充填したイオン交換樹
脂カートリッジ（脱アルカリ処理槽２）に、２００リッ
トル／時間の流速で通過させ、１処理でｐＨ2.５の二次
シリカ液5,０００リットルを得た。この二次シリカ液を
二次シリカ液貯蔵槽３に蓄え、次いでこれを注入管７に
送って地盤に注入した。以上の操作により、現場の小規
模の設備で容易に多量の二次シリカ液を製造することが
できる。

【００５６】比較例１珪酸ソーダＪＩＳ３号品（ＳｉＯ₂：２9.０％、Ｎａ₂
Ｏ：9.０％）を水で希釈し、ＳｉＯ₂：5.９％、Ｎａ₂
Ｏ：1.８％の希釈珪酸ソーダ水溶液を調製した。この水
溶液１２０リットルを、樹脂再生設備、廃液処理設備を
備えたイオン交換塔〔あらかじめ１０％塩酸を用いて通
常の方法で調製された水素型陽イオン交換樹脂（オルガ
ノ（株）製アーバンライトＩＲ−１２０Ｂ）４０リッ
トルを内蔵している〕に通過させ、活性珪酸水溶液１０
０リットルを得た。この活性珪酸水溶液の製造を現場で
実施するには大規模な設備を必要とするので、施工現場
での建設は実用上困難であった。

【００５７】実施例２１．使用材料（１）水ガラス比重（２０℃）：1.３９、ＳｉＯ₂：２9.２％、Ｎａ₂
Ｏ：9.５％、モル比：3.１７のＪＩＳ３号水ガラスを使
用。

【００５８】（２）活性珪酸１7.５％の水ガラス水溶液を陽イオン交換樹脂に通過処
理して得られる比重（２０℃）1.０３、ＳｉＯ₂4.６
％、ｐＨ2.７、ゲル化時間（２０℃）５０〜６０時間の
活性珪酸を使用。

【００５９】（３）酸性シリカゾル水ガラスと硫酸からなり、ＳｉＯ₂９％、ｐＨ2.７の酸
性シリカゾルを使用。

【００６０】（４）炭酸ナトリウム試薬一級Ｎａ₂ＣＯ₃

【００６１】（５）炭酸水素ナトリウム試薬一級ＮａＨＣＯ₃

【００６２】（６）塩化カリ試薬一級Ｋｃｌ

【００６３】（７）セメントポルトランドセメント

【００６４】（８）砂細砂として豊浦砂、シルト質砂として千葉県産海砂を使
用。

【００６５】２．測定法（１）サンドゲル一軸圧縮強度豊浦砂によるサンドゲルをポリ塩化ビニリデン密閉養生
（２０℃）して、１５日経過後に土質工学会規準「土の
一軸圧縮試験方法」により測定。

【００６６】（２）ゲル化時間（ａ）ホモゲルのゲル化時間２０℃においてカップ倒立法により測定。

【００６７】（ｂ）土中ゲル化時間２０℃においてグラウト液を砂と混合・静止し、上澄を
捨て、砂に竹串を刺して引き抜き、跡が残ったときを土
中ゲル化時間として測定。

【００６８】（３）ｐＨガラス電極ｐＨ計にて測定。

【００６９】３．第一次シリカ液の製造ゲル化時間の長いシリカ液で生産工場で製造して工事現
場へ搬入することを建前とする。

【００７０】（１）水ガラスのアルカリの一部を脱アル
カリ処理する。（ａ）陽イオン交換樹脂処理法水ガラス水溶液を陽イオン交換樹脂と接触処理して得ら
れる。陽イオン交換樹脂の一定量に対して処理する水ガ
ラス水溶液の濃度と量および処理後のシリカ液のｐＨ、
ゲル化時間、ＳｉＯ₂濃度を表１に示す。

【００７１】

【表１】

【００７２】表１からＳｉＯ₂が比較的濃厚な場合（水
ガラス濃度が濃いとき）では、ｐＨを中性以下に低下せ
しめると（比較例No.1〜３）ゲル化時間は速く、不安定
となる。

【００７３】しかし、ＳｉＯ₂濃度が稀薄になれば中性
から酸性にかけてもかなり安定している（ＳｉＯ₂濃度
2.６％の実施例No.7、８）。すなわち、一定量の陽イオ
ン交換樹脂に対して水ガラス濃度が濃厚な場合は被処理
量は少なく、アルカリ領域では安定であるが、中性に近
ずくにしたがって不安定となる。水ガラス濃度を稀薄に
すれば被処理量は多くなり、中性近辺でも、さらに酸性
領域においてもかなり安定化してくる。このように安定
した一次シリカ液は液性と濃度によって決まり、一義的
に定められるものではない。

【００７４】（ｂ）電解透析処理陰陽両イオン交換膜を４枚づつ交互に配置した電解透析
槽を用い、各種濃度の水ガラス水溶液について３Ａ／dm
²の直流電流を通電して適当なｐＨに達したところで透
析を中止した。処理された水ガラス水溶液のｐＨ、ゲル
化時間、ＳｉＯ ₂濃度を表２に示す。

【００７５】

【表２】

【００７６】水ガラスの濃度、処理後のｐＨ、ゲル化時
間の相互関係は陽イオン交換樹脂処理の場合と大差な
く、略類似した傾向をとっていることがわかる。

【００７７】（２）活性珪酸へアルカリを添加する。アルカリとして水ガラス、コロイダルシリカ、炭酸水素
ナトリウムおよび水ガラス中の一部を脱アルカリ処理し
た一次シリカ液を使用して、活性珪酸に添加した。ｐ
Ｈ、ゲル化時間およびＳｉＯ₂濃度を表３に示す。

【００７８】

【表３】

【００７９】表３から一般にＳｉＯ₂濃度を活性珪酸よ
り大きくして、しかも弱アルカリ〜中性域で充分安定し
たシリカ液とすることが可能である。

【００８０】（３）コロイダルシリカ水ガラス水溶液を陽イオン交換樹脂に接触処理した後、
これにアルカリを加えて加熱重合し、濃縮してＳｉＯ₂
３０％、Ｎａ₂Ｏ0.４％、比重（２０℃）1.２１、ｐＨ
9.７の無水珪酸のコロイド溶液では半永久的にゲル化す
ることはない。陽イオン交換樹脂処理にかえてイオン交
換膜処理を行なっても同じようなコロイダルシリカを得
ることができる。

【００８１】（４）上記（１）、（２）、（３）および
二次シリカ液の混合上記（１）、（２）、（３）および後述する二次脱アル
カリした二次シリカ液を一例として、次の表４に示す割
合で混合し、混合後のシリカ液のｐＨ、ゲル化時間およ
びＳｉＯ₂含有量を同時に表４に併記する。

【００８２】

【表４】

【００８３】実施例No.2４、２７は二次脱アルカリ処理
した二次シリカ液で、後記の表５に記載している。表４
から上記（１）、（２）、（３）および二次シリカ液を
混合したシリカ液も配合によっては充分安定化したもの
が得られる。

【００８４】４．二次シリカ液の製造一次シリカ液を陽イオン交換樹脂処理またはイオン交換
膜を隔膜とした電解透析処理によって再度脱アルカリ処
理（二次脱アルカリ処理）を行なって、二次シリカ液を
得る。

【００８５】（１）陽イオン交換樹脂処理陽イオン交換樹脂の一定量に対して処理する上記一次シ
リカ液の一例について、その処理量と処理液（二次シリ
カ液）のｐＨ、ゲル化時間、ＳｉＯ₂濃度を表５に示
す。

【００８６】

【表５】

【００８７】一次シリカ液のｐＨ、ＳｉＯ₂濃度によっ
て処理量は当然変化するが、表１と比較して処理量は非
常に多量である。一次シリカ液において、中性近辺の実
施例No.7（ｐＨ7.３、ＳｉＯ₂2.６％）の他にＳｉＯ₂
量の多い実施例No.1８（ｐＨ7.１、ＳｉＯ₂5.９３％）
の場合は、特に多量処理できる。また、コロイダルシリ
カ（ｐＨ9.７、ＳｉＯ₂３０％）の２倍希釈液の場合で
も、Ｎａが少ないのでＳｉＯ₂の濃度は大きいにもかか
わらず、実施例No.2、１０の一次シリカ液の場合に匹敵
する以上の多量が処理できていることがわかる。

【００８８】このようにイオン交換樹脂量に対して処理
できる量が非常に多量であることは、処理装置が小規模
ですむことである。したがって、樹脂の再生は行なわ
ず、生産工場で再生処理したカートリッジの交換で単純
に実施することが可能である。

【００８９】（２）電解透析処理陰陽両イオン交換膜をそれぞれ２枚づつ交互に配置した
電解透析槽により、表５で用いた一次シリカ液について
電流密度３Ａ／dm²で透析を行ない、適当なｐＨに達し
たところで透析を中止した。透析処理後の二次シリカ液
のｐＨ、ゲル化時間、ＳｉＯ₂濃度を表６に示す。

【００９０】

【表６】

【００９１】陽イオン交換樹脂処理の表５と比較して、
同じような傾向を示すが、全般にゲル化時間は若干長い
ようである。前回のイオン交換樹脂処理と同様、処理装
置は小規模でイオン交換膜数も少なくて充分な処理能力
が得られる。また生産工場で洗浄済のイオン交換膜を装
備したカートリッジの交換で単純に実施することも可能
である。

【００９２】５．二次シリカ液を主材とした地盤固結材二次シリカ液は一般に極めて浸透製に優れた固結材とし
て、そのまま地盤に注入することができる。この二次シ
リカ液を主材として、これに硬化剤を添加してゲル化時
間、固結強度等の調整をはかり、広範囲の地盤への注入
に適応せしめることができる。

【００９３】実施例NO．24、25、26、27、28（以上イオ
ン交換樹脂法）および実施例NO. 29、30、31（以上電解
透析法）の二次シリカ液を主材とし、これに各種硬化剤
を添加した配合と、配合液のｐＨ、ＳｉＯ₂濃度、ゲル
化時間〔ホモゲル、土中（豊浦砂と千葉県産海砂）〕、
豊浦砂によるサンドゲルの一軸圧縮強度を表７に示す。
併せて従来からの酸性シリカゾル−炭酸水素ナトリウム
系（比較例NO.7）と水ガラス−炭酸水素ナトリウム−セ
メント系（比較例NO.8) を比較例として記載する。

【００９４】

【表７】

【００９５】表７において、セメントを添加した実施例
NO. 40、48比較例NO.8のＳｉＯ₂（％）については、セ
メント中のＳｉＯ₂は含ませていない。実施例NO. 34、
37、39、41、43、45、47、49は二次シリカ液そのもので
あり、一般にゲル化時間はホモゲル、土中の何れにおい
ても比較的長時間を要しており、浸透性には極めて優れ
ている。実施例NO. 35、36、38、40、42、44、46、48、
50は硬化剤を添加した一例で、ゲル化時間は秒単位から
分、時間単位に至るまで広範囲に及んでいる。すなわ
ち、注入対象地盤に応じて適切なゲル化時間を選定する
ことができる。

【００９６】固結強度ではＳｉＯ₂濃度の低い実施例N
O. 37、38、47では当然、それ程高くないが、比較例NO.
7と同程度のＳｉＯ₂濃度をもっている実施例NO. 34、3
5、36、39、41、42、45、49では、比較例NO.7に比べて
ゲル化時間が長いにも拘ず、高強度を示している。さら
にゲル化時間の長い系ではゲル化に至る直前まで比較的
低粘性を持続していたので、浸透性には抜群に優れてい
ることがわかる。またセメント添加の懸濁型においても
実施例NO. 40、48は比較例NO.8に比べて明らかに高い強
度を示している。

【００９７】さらに実施例NO.36 と比較例NO.7を比べて
みると、ＳｉＯ₂濃度、ｐＨは略同一であるが、炭酸水
素ナトリウムの添加量は前者の方が極端に少量ですんで
いる。これはナトリウムイオンが非常に少ないことによ
るものである。

【００９８】以上により本発明に係る地盤固結材は広範
囲の地盤への適用が可能で、特に浸透性、固結強度に優
れている。そのほかＮａ⁺イオンの含有量が少ないので
アルカリ公害の軽減にも期待がもてる。

【００９９】６．工事現場における地盤注入装置大型の陽イオン交換樹脂処理装置、電解透析処理装置を
設置して一次脱アルカリ処理を行なって、一次シリカ液
を製造することは生産工場ではともかく、工事現場では
可なりの困難と管理の不徹底をまぬがれない。しかし、
一次シリカ液を以後の二次脱アルカリ処理は工事現場で
小規模の設備で比較的簡単に多量を処理することができ
る。

【０１００】陽イオン交換樹脂槽またはイオン交換膜を
隔膜とする電解透析槽またはこれらの両者を備えた小型
の脱アルカリ処理槽を、再生済みで常に使用出来る状態
にセットして工事現場に持込み図１に示すような一次シ
リカ液貯溜槽１、水槽５、硬化剤槽４、二次シリカ液貯
槽３、注入ポンプ６、注入管７をそれぞれ適宜接続し、
容易に本発明の固結材を製造することができる。

【０１０１】再生処理、洗浄処理等は生産工場で行な
い、工事現場では再生処理済みのものを上記のようにセ
ットにして搬入し、既存の注入設備の中に組み込むだけ
である。ここでこの脱アルカリ槽のセットにはｐＨ計、
さらにコントローラーを付属せしめて連続操業が可能な
ようにセットすることもできる。

【０１０２】

【発明の効果】１．一次シリカ液を工場で製造する。この一次シリカ液は長期間安定であって、施工現場まで
安定な状態で輸送し得る。しかも、これは簡単なイオン
交換装置を使用して浸透性、硬化性に優れた二次シリカ
液となり、これを主材とした地盤固結材とすることがで
きる。

【０１０３】２．長時間のゲル化から短時間のゲル化に
至る広範囲の地盤に適した地盤固結材を得ることができ
る。

【０１０４】３．特に、従来調整が極めて難しかったゲ
ル化時間の長い、浸透性に優れた地盤固結材が容易に得
られる。

【０１０５】４．従来の水ガラス系固結材に比べて高強
度を示す。

【０１０６】５．ナトリウムイオンが除去されるので、
アルカリ公害が少なくなることに期待がもてる。また、
酸根も含まれず、純粋のシリカを注入し、しかもゲル化
物からはシリカ分もその他の成分も地下水に殆ど溶出し
ないので、耐久性に優れているのみならず、環境負荷の
殆どない注入を可能にする。

【０１０７】６．二次脱アルカリ処理は小規模の陽イオ
ン交換樹脂処理、電解透析処理で大量が処理でき、かつ
取扱い、管理が簡単であるため工事現場で充分管理操業
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の地盤固結材を製造する装置の一具体例
のフローシートである。

【符号の説明】

１一次シリカ液貯蔵槽２脱アルカリ処理槽３二次シリカ液貯蔵槽４硬化剤槽５水槽６注入ポンプ７注入管８地盤

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１１年２月１７日（１９９９．２．１
７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６２】（６）塩化カリ試薬一級ＫＣｌ ─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１１年１２月８日（１９９９．１２．
８）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者栢原健二東京都文京区本郷２−15−10 強化土エンジニヤリング株式会社内 (72)発明者三輪求東京都文京区本郷２−15−10 強化土エンジニヤリング株式会社内 (72)発明者高橋真木雄東京都荒川区東尾久七丁目２番35号旭電化工業株式会社内 (72)発明者名越崇東京都荒川区東尾久七丁目２番35号旭電化工業株式会社内 (72)発明者森田博東京都荒川区東尾久七丁目２番35号旭電化工業株式会社内 (72)発明者相馬五郎東京都台東区東上野一丁目１番12号アデカエンジニアリング株式会社内 (72)発明者水野敏幸東京都台東区東上野一丁目１番12号アデカエンジニアリング株式会社内Ｆターム(参考） 4H026 CA03 CB02 CB03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水ガラスを脱アルカリ処理し、該水ガラ
ス中のアルカリの一部を除去して一次シリカ液とし、こ
の一次シリカ液をさらに脱アルカリ処理して二次シリカ
液とし、この二次シリカ液を主材として含有してなる地
盤固結材。
【請求項２】水ガラスを脱アルカリ処理して活性珪酸
とし、この活性珪酸にアルカリを添加して一次シリカ液
とし、この一次シリカ液をさらに脱アルカリ処理して二
次シリカ液とし、この二次シリカ液を主材としてなる地
盤固結材。
【請求項３】請求項２の一次シリカ液がｐＨを中性領
域に調整された安定な珪酸溶液である請求項２に記載の
地盤固結材。
【請求項４】請求項２のアルカリが水ガラスである請
求項２に記載の地盤固結材。
【請求項５】水ガラスを脱アルカリ処理して活性珪酸
とし、この活性珪酸に水ガラス中のアルカリの一部を脱
アルカリ処理して得られるシリカ液を添加して一次シリ
カ液とし、この一次シリカ液をさらに脱アルカリ処理し
て二次シリカ液とし、この二次シリカ液を主材としてな
る地盤固結材。
【請求項６】水ガラスを脱アルカリ処理して得られる
コロイダルシリカを一次シリカ液とし、この一次シリカ
液をさらに脱アルカリ処理して二次シリカ液とし、この
二次シリカ液を主材としてなる地盤固結材。
【請求項７】次の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および
（ｄ）の群から選択された複数種を混合して一次シリカ
液とし、この一次シリカ液をさらに脱アルカリ処理して
二次シリカ液とし、この二次シリカ液を主材としてなる
地盤固結材。（ａ）水ガラスを脱アルカリ処理し、該水ガラス中のア
ルカリの一部を除去して得られる一次シリカ液。（ｂ）水ガラスを脱アルカリ処理して活性珪酸とし、こ
の活性珪酸にアルカリ、または水ガラス中のアルカリの
一部を脱アルカリ処理して得られるシリカ液を添加して
得られる一次シリカ液。（ｃ）水ガラスを脱アルカリ処理して得られるコロイダ
ルシリカからなる一次シリカ液。（ｄ）これら一次シリカ液をそれぞれさらに脱アルカリ
処理して得られる二次シリカ液。
【請求項８】請求項１〜７において、さらに硬化剤を
含有してなる請求項１〜７のいずれかに記載の地盤固結
材。
【請求項９】請求項１〜７において、二次シリカ液の
ための脱アルカリ処理が陽イオン交換樹脂処理または電
解透析処理である請求項１〜７のいずれかに記載の地盤
固結材。
【請求項１０】請求項９において、陽イオン交換樹脂
処理または電解透析処理が施工現場のオンサイト設備を
用いて行なわれる請求項９に記載の地盤固結材。
【請求項１１】請求項１０において、陽イオン交換樹
脂処理がイオン交換樹脂内蔵カートリッジ方式、電解透
析処理が陰・陽両イオン交換膜内蔵カートリッジ方式に
よって行なわれる請求項１０に記載の地盤固結材。
【請求項１２】水ガラスを脱アルカリ処理して得られ
た一次シリカ液の貯蔵槽と、この貯蔵槽と連結され、貯
蔵槽からの一次シリカ液を脱アルカリ処理して二次シリ
カ液とする脱アルカリ処理槽と、この脱アルカリ処理槽
と連結され、脱アルカリ処理槽で得られた二次シリカ液
を貯蔵する二次シリカ液貯蔵槽とからなる地盤固結材製
造装置。
【請求項１３】請求項１２において、前記二次シリカ
液貯蔵槽が硬化槽と連結され、二次シリカ液に前記硬化
剤を添加するようにした請求項１２に記載の地盤固結材
製造装置。