JP2000087035A - 地盤固結材 - Google Patents
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- Soil Conditioners And Soil-Stabilizing Materials (AREA)
- Consolidation Of Soil By Introduction Of Solidifying Substances Into Soil (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 中性シリカゾル・微粒子セメント系の懸濁型
地盤固結材であって、浸透可能時間が長くて浸透性に優
れ、しかも高固結強度を呈し、かつアルカリ溶脱が少な
くて環境への影響が少ない地盤固結材を得る。 【構成】 上述の地盤固結材は水ガラスをイオン交換樹
脂で処理して該水ガラス中のアルカリの大部分を除去
し、造粒して得られた中性シリカゾルと、微粒子セメン
トと，さらに必要に応じてスラグとを有効成分として配
合し、前記中性シリカゾルの配合量が配合後、増粘する
が、明白なゲル化状態にならない量であって、次の要件
（１）および（２）のいずれか一方、または両方を具備
して構成される。 （１）配合液を静置して粒子を沈降させたときの全配合
液に対する粒子の含まない液量の比率、すなわち沈降率
が増粘により４０％以下となること。 （２）配合液１分以上経過後に可塑状態を呈し、この可
塑状態が１０分以上持続すること。
地盤固結材であって、浸透可能時間が長くて浸透性に優
れ、しかも高固結強度を呈し、かつアルカリ溶脱が少な
くて環境への影響が少ない地盤固結材を得る。 【構成】 上述の地盤固結材は水ガラスをイオン交換樹
脂で処理して該水ガラス中のアルカリの大部分を除去
し、造粒して得られた中性シリカゾルと、微粒子セメン
トと，さらに必要に応じてスラグとを有効成分として配
合し、前記中性シリカゾルの配合量が配合後、増粘する
が、明白なゲル化状態にならない量であって、次の要件
（１）および（２）のいずれか一方、または両方を具備
して構成される。 （１）配合液を静置して粒子を沈降させたときの全配合
液に対する粒子の含まない液量の比率、すなわち沈降率
が増粘により４０％以下となること。 （２）配合液１分以上経過後に可塑状態を呈し、この可
塑状態が１０分以上持続すること。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は中性シリカゾル・微
粒子セメント系の懸濁型地盤固結材に係り、特に、浸透
可能時間が長くて浸透性に優れ、かつ高固結強度を呈す
る地盤固結材に関する。
粒子セメント系の懸濁型地盤固結材に係り、特に、浸透
可能時間が長くて浸透性に優れ、かつ高固結強度を呈す
る地盤固結材に関する。
【０００２】
【従来の技術】地盤を固結するための地盤注入用グラウ
トとして従来、種々のものが知られている。例えば、モ
ル比が小さく、かつアルカリ度の高い水ガラスを用いる
スラグ系の水ガラスグラウトが知られている。このグラ
ウトは固結強度は大きいものの、アルカリの溶脱が懸念
される。
トとして従来、種々のものが知られている。例えば、モ
ル比が小さく、かつアルカリ度の高い水ガラスを用いる
スラグ系の水ガラスグラウトが知られている。このグラ
ウトは固結強度は大きいものの、アルカリの溶脱が懸念
される。
【０００３】また、中性シリカゾルに多価金属塩を添加
したグラウトも知られているが、これは固結強度が小さ
いという欠点を有する。この固結強度を改良するため
に、近年、中性シリカゾルとポルトランドセメントを1.
５ショットで合流、注入する方法も採用されているが、
この合流、注入によるグラウトはゲル化時間がせいぜい
１分以内と短くて浸透性に劣るものである。
したグラウトも知られているが、これは固結強度が小さ
いという欠点を有する。この固結強度を改良するため
に、近年、中性シリカゾルとポルトランドセメントを1.
５ショットで合流、注入する方法も採用されているが、
この合流、注入によるグラウトはゲル化時間がせいぜい
１分以内と短くて浸透性に劣るものである。
【０００４】さらにまた、中性シリカゾルに高炉スラグ
粉末およびポルトランドセメント粉末を添加してなるグ
ラウトも知られている。しかし、中性シリカゾルを用い
たグラウトは一般に、カップ倒立法により地上で測定し
たゲル化時間が短く、しかも土中ではさらにゲル化時間
が短くなり、このため浸透性が悪く、土粒子間で目詰ま
りを起こしてしまう。さらに、これは土中でのゲル化時
間の延長ができないという欠点をも有している。
粉末およびポルトランドセメント粉末を添加してなるグ
ラウトも知られている。しかし、中性シリカゾルを用い
たグラウトは一般に、カップ倒立法により地上で測定し
たゲル化時間が短く、しかも土中ではさらにゲル化時間
が短くなり、このため浸透性が悪く、土粒子間で目詰ま
りを起こしてしまう。さらに、これは土中でのゲル化時
間の延長ができないという欠点をも有している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明者等は上述の欠
点を改良すべく鋭意研究の結果、特定の中性シリカゾル
と、微粒子セメントと、必要に応じてスラグとを所望の
条件下で配合することにより、配合液は次第に増粘し、
次いで，可塑状態を保持して明確なゲル化時間を呈さ
ず、このような状態の配合液は浸透性がよく、かつ増粘
時間の調整が容易であって浸透時間を長くすることがで
き、しかも注入完了後には流動性を失って実質的に固結
し、ゲル化時間を呈するグラウトと同様な効果を奏し得
ることを発見し、本発明を完成するに至った。
点を改良すべく鋭意研究の結果、特定の中性シリカゾル
と、微粒子セメントと、必要に応じてスラグとを所望の
条件下で配合することにより、配合液は次第に増粘し、
次いで，可塑状態を保持して明確なゲル化時間を呈さ
ず、このような状態の配合液は浸透性がよく、かつ増粘
時間の調整が容易であって浸透時間を長くすることがで
き、しかも注入完了後には流動性を失って実質的に固結
し、ゲル化時間を呈するグラウトと同様な効果を奏し得
ることを発見し、本発明を完成するに至った。
【０００６】本発明の目的は浸透可能時間が長くて浸透
性に優れ、しかも高固結強度を呈し、かつアルカリ溶脱
が少なくて環境への影響が少なく、上述の公知技術に存
する欠点を改良した中性シリカゾル・微粒子セメント系
の懸濁型地盤固結材を提供することにある。
性に優れ、しかも高固結強度を呈し、かつアルカリ溶脱
が少なくて環境への影響が少なく、上述の公知技術に存
する欠点を改良した中性シリカゾル・微粒子セメント系
の懸濁型地盤固結材を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上述の本発明の目的を達
成するため、本発明によれば、水ガラスをイオン交換樹
脂で処理して該水ガラス中のアルカリの大部分を除去
し、造粒して得られた中性シリカゾルと、微粒子セメン
トと、さらに必要に応じてスラグとを有効成分として配
合し、前記中性シリカゾルの配合量が配合後、増粘する
が明白なゲル化状態にならない量であって、次の要件
（１）および（２）のいずれか、または両方を具備して
なることを特徴とする。
成するため、本発明によれば、水ガラスをイオン交換樹
脂で処理して該水ガラス中のアルカリの大部分を除去
し、造粒して得られた中性シリカゾルと、微粒子セメン
トと、さらに必要に応じてスラグとを有効成分として配
合し、前記中性シリカゾルの配合量が配合後、増粘する
が明白なゲル化状態にならない量であって、次の要件
（１）および（２）のいずれか、または両方を具備して
なることを特徴とする。
【０００８】（１）配合液を静置して粒子を沈降させた
ときの全配合液に対する粒子の含まない液量の比率、す
なわち沈降率が増粘により４０％以下となること。
ときの全配合液に対する粒子の含まない液量の比率、す
なわち沈降率が増粘により４０％以下となること。
【０００９】（２）配合後１分以上経過後に可塑状態を
呈し、この可塑状態が１０分以上持続すること。
呈し、この可塑状態が１０分以上持続すること。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的に詳述す
る。
る。
【００１１】本発明にかかる地盤固結材は配合後次第に
増粘し、やがて粘度が高くなると可塑状態を保つが、ゲ
ル化は起こさない。この増粘時間は１分以上、好ましく
は１０〜１２０分程度が適当であり、その後可塑状態を
１０分以上、好ましくは３０分以上保ち続ける。
増粘し、やがて粘度が高くなると可塑状態を保つが、ゲ
ル化は起こさない。この増粘時間は１分以上、好ましく
は１０〜１２０分程度が適当であり、その後可塑状態を
１０分以上、好ましくは３０分以上保ち続ける。
【００１２】さらに、本発明にかかる地盤固結材は沈降
率、すなわち、配合液を静置して粒子を沈降させたとき
の全配合液に対する粒子の含まない液量の比率が増粘に
より４０％以下となるような配合である。なお、増粘
後、可塑状態にならないものについては、沈降率は２０
％以下が好ましい。
率、すなわち、配合液を静置して粒子を沈降させたとき
の全配合液に対する粒子の含まない液量の比率が増粘に
より４０％以下となるような配合である。なお、増粘
後、可塑状態にならないものについては、沈降率は２０
％以下が好ましい。
【００１３】本発明は配合後、増粘して１分以上経過後
に可塑状態を１０分以上持続せしめる条件、および配合
液の沈降率を４０％以下とする条件のいずれか一方、ま
たは両方を具備することを特徴とする。
に可塑状態を１０分以上持続せしめる条件、および配合
液の沈降率を４０％以下とする条件のいずれか一方、ま
たは両方を具備することを特徴とする。
【００１４】このような本発明にかかる配合液を地盤に
注入すると、地盤が密な場合には、増粘段階で従来のゲ
ル化時間と同様に作用して配合液は浸透しなくなり、地
盤が粗な場合には、増粘段階から可塑状態でも注入（浸
透）が継続される。
注入すると、地盤が密な場合には、増粘段階で従来のゲ
ル化時間と同様に作用して配合液は浸透しなくなり、地
盤が粗な場合には、増粘段階から可塑状態でも注入（浸
透）が継続される。
【００１５】また、本発明では、あらかじめ瞬結グラウ
トを地盤中に注入して粗詰めした後、本発明にかかる地
盤固結材を瞬結グラウトとして注入することにより、一
層地盤の改良効果を向上させることができる。
トを地盤中に注入して粗詰めした後、本発明にかかる地
盤固結材を瞬結グラウトとして注入することにより、一
層地盤の改良効果を向上させることができる。
【００１６】ここで、従来の地盤固結材がゲル化時間を
カップ倒立法で測定し、カップを傾けても流れ出なくな
った時間をゲル化時間としているのに対し、本発明で
は、Ｂ型粘度計で測定し、概略５００ｃｐｓ（センチボ
イス）以上、約1,０００ｃｐｓ以下となるものの、カッ
プ倒立法で測定してもカップから流れ出なくなるという
ことがないため、Ｂ型粘度計で測定して、配合液調整時
から粘度が５００ｃｐｓとなるまでの経過時間を「増粘
時間」とする。なお、懸濁液をＢ型粘度計で測定するこ
とは若干の問題があるが、従来のゲル化する型の地盤固
結材は、その配合液の粘度をＢ型粘度計で測定すると、
増粘しはじめると急激に2,０００ｃｐｓ以上と高粘度に
なりゲル化してしまうので、Ｂ型粘度計で測定した値を
１つの目安とした。
カップ倒立法で測定し、カップを傾けても流れ出なくな
った時間をゲル化時間としているのに対し、本発明で
は、Ｂ型粘度計で測定し、概略５００ｃｐｓ（センチボ
イス）以上、約1,０００ｃｐｓ以下となるものの、カッ
プ倒立法で測定してもカップから流れ出なくなるという
ことがないため、Ｂ型粘度計で測定して、配合液調整時
から粘度が５００ｃｐｓとなるまでの経過時間を「増粘
時間」とする。なお、懸濁液をＢ型粘度計で測定するこ
とは若干の問題があるが、従来のゲル化する型の地盤固
結材は、その配合液の粘度をＢ型粘度計で測定すると、
増粘しはじめると急激に2,０００ｃｐｓ以上と高粘度に
なりゲル化してしまうので、Ｂ型粘度計で測定した値を
１つの目安とした。
【００１７】また、上記において、ゲル化とは液状であ
る配合液が、反応により保形性を有するようになること
であり、上記のようにカップ倒立法で測定して、カップ
を傾けても流れ出なくなった状態をいう。このような配
合液はゲル化すると全く浸透しなくなるのであり、可塑
状態を保持することのできる本発明の配合液とは全く異
なるのである。なお、カップ倒立法でゲル化しない配合
でも土中に注入した後、土粒子間にあって外力が加えら
れなければ、次第に固化（あるいは固結）するが、これ
は本発明の「明白なゲル化状態にならない」には該当し
ない。なお、増粘時間が１０分以上の配合は、ほとんど
可塑状態が１０分以上継続する。
る配合液が、反応により保形性を有するようになること
であり、上記のようにカップ倒立法で測定して、カップ
を傾けても流れ出なくなった状態をいう。このような配
合液はゲル化すると全く浸透しなくなるのであり、可塑
状態を保持することのできる本発明の配合液とは全く異
なるのである。なお、カップ倒立法でゲル化しない配合
でも土中に注入した後、土粒子間にあって外力が加えら
れなければ、次第に固化（あるいは固結）するが、これ
は本発明の「明白なゲル化状態にならない」には該当し
ない。なお、増粘時間が１０分以上の配合は、ほとんど
可塑状態が１０分以上継続する。
【００１８】また、沈降率は配合液のほぼ全体が固結す
る１つの目安であり、Ｂ型粘度計で約５００ｃｐｓ以上
となる場合には、ほとんどの場合、沈降率が４０％以下
で、大抵の場合数％以下となるので、粘度が５００ｃｐ
ｓとなるかどうかが１つの判定基準となる。
る１つの目安であり、Ｂ型粘度計で約５００ｃｐｓ以上
となる場合には、ほとんどの場合、沈降率が４０％以下
で、大抵の場合数％以下となるので、粘度が５００ｃｐ
ｓとなるかどうかが１つの判定基準となる。
【００１９】ゲル化していない配合液は、通常、大なり
小なり沈降するのであり、特に低粘度の配合液ほど沈降
率は大きくなる。ところが、配合液が可塑状態になる
と、実質上ほとんど粒子は沈降しなくなる。沈降率は例
えば配合液をメスシリンダー等に入れ、静置して水の分
離した量により算出する。なお、沈降率については注入
完了後、配合液が流動しなくなった段階での沈降率が、
固結物の均一性、止水性、強度等に関係してくるので、
本発明では増粘後の沈降率を測定した。
小なり沈降するのであり、特に低粘度の配合液ほど沈降
率は大きくなる。ところが、配合液が可塑状態になる
と、実質上ほとんど粒子は沈降しなくなる。沈降率は例
えば配合液をメスシリンダー等に入れ、静置して水の分
離した量により算出する。なお、沈降率については注入
完了後、配合液が流動しなくなった段階での沈降率が、
固結物の均一性、止水性、強度等に関係してくるので、
本発明では増粘後の沈降率を測定した。
【００２０】また、可塑状態とは注入等による外力が加
えられると流動性を示すが、外力がなくなると流動性を
示さない状態をいう。配合時にこのような可塑状態にな
ると浸透性が悪くなるのでこのような場合は本発明から
除外し、少なくとも１分以上経過後に可塑状態となるこ
とが必要である。また、可塑状態の継続時間が短い場合
には、その後ゲル化する場合もあり得るので可塑状態が
少なくとも１０分以上、好ましくは６０分以上持続する
ことが必要であり、その後は静置等により固化しても本
発明の目的が達成されることに変わりはない。
えられると流動性を示すが、外力がなくなると流動性を
示さない状態をいう。配合時にこのような可塑状態にな
ると浸透性が悪くなるのでこのような場合は本発明から
除外し、少なくとも１分以上経過後に可塑状態となるこ
とが必要である。また、可塑状態の継続時間が短い場合
には、その後ゲル化する場合もあり得るので可塑状態が
少なくとも１０分以上、好ましくは６０分以上持続する
ことが必要であり、その後は静置等により固化しても本
発明の目的が達成されることに変わりはない。
【００２１】上述の本発明は中性シリカゾルと、微粒子
セメント、好ましくは微粒子スラグを併用した微粒子セ
メントを主成分とする地盤固結材であって、中性シリカ
ゾルの使用量が配合液を増粘させるに必要な量、すなわ
ち、配合液全体の４〜0.５（容量）％であり、微粒子セ
メントがブレーン比表面積4,０００cm2/ｇ以上であり、
必要に応じて増粘時間の調整剤を添加することもでき
る。
セメント、好ましくは微粒子スラグを併用した微粒子セ
メントを主成分とする地盤固結材であって、中性シリカ
ゾルの使用量が配合液を増粘させるに必要な量、すなわ
ち、配合液全体の４〜0.５（容量）％であり、微粒子セ
メントがブレーン比表面積4,０００cm2/ｇ以上であり、
必要に応じて増粘時間の調整剤を添加することもでき
る。
【００２２】なお、水ガラスからイオン交換樹脂で脱ア
ルカリして得られる活性シリカは、炭酸水素ナトリウム
と混合しただけでゲル化するのであり、ゲル化する前に
上記使用量の活性シリカとセメント懸濁液を混合して
も、本発明の中性シリカゾルを使用した場合のように可
塑状態とはならない。
ルカリして得られる活性シリカは、炭酸水素ナトリウム
と混合しただけでゲル化するのであり、ゲル化する前に
上記使用量の活性シリカとセメント懸濁液を混合して
も、本発明の中性シリカゾルを使用した場合のように可
塑状態とはならない。
【００２３】本発明の地盤固結材において、上記中性シ
リカゾルの配合量は、配合液が増粘するが水ガラス溶液
型グラウトのホモゲルのような弾力性のあるゲルができ
ない量であり、微粒子セメントの粒度および微粒子スラ
グの併用、さらには増粘時間の調整剤の添加量によって
も異なる。
リカゾルの配合量は、配合液が増粘するが水ガラス溶液
型グラウトのホモゲルのような弾力性のあるゲルができ
ない量であり、微粒子セメントの粒度および微粒子スラ
グの併用、さらには増粘時間の調整剤の添加量によって
も異なる。
【００２４】浸透可能時間については、地盤の状況によ
り異なるため明確なことは言えないが、一般的な中性シ
リカゾルを使用した従来のシリカゾル−セメント系グラ
ウトでは、ゲル化時間が約３０分以下（特に、夏場では
３分以下であり、これを長くすることはほとんど不可能
である）と極めて短いばかりか、増粘開始後ゲル化が急
激におこり、しかもゲル化後はゲル強度が大きいため、
それ以上ゲルを破壊して浸透させることができない。
り異なるため明確なことは言えないが、一般的な中性シ
リカゾルを使用した従来のシリカゾル−セメント系グラ
ウトでは、ゲル化時間が約３０分以下（特に、夏場では
３分以下であり、これを長くすることはほとんど不可能
である）と極めて短いばかりか、増粘開始後ゲル化が急
激におこり、しかもゲル化後はゲル強度が大きいため、
それ以上ゲルを破壊して浸透させることができない。
【００２５】これに対して、本発明にかかる地盤固結材
は増粘時間を１時間以上にもすることができ、しかもい
わゆるゲル強度（本発明では可塑状態となっているた
め、ゲル強度とは言わない）が弱いため、増粘時間経過
後も地盤によっては浸透可能であり、このように、浸透
可能時間を十分長くすることができる。
は増粘時間を１時間以上にもすることができ、しかもい
わゆるゲル強度（本発明では可塑状態となっているた
め、ゲル強度とは言わない）が弱いため、増粘時間経過
後も地盤によっては浸透可能であり、このように、浸透
可能時間を十分長くすることができる。
【００２６】また、セメントを単独の懸濁液で注入する
と、セメントが目詰まりをしたり沈降するのに対し、本
発明の地盤固結材は、中性シリカゾル中のシリカがセメ
ント粒子に付着して、該セメント粒子の潤滑性（目詰ま
りしないで砂の間隙を通過すること）を良好にするため
か浸透性がよく、その後の増粘により注入液のほぼ全体
が固化する。
と、セメントが目詰まりをしたり沈降するのに対し、本
発明の地盤固結材は、中性シリカゾル中のシリカがセメ
ント粒子に付着して、該セメント粒子の潤滑性（目詰ま
りしないで砂の間隙を通過すること）を良好にするため
か浸透性がよく、その後の増粘により注入液のほぼ全体
が固化する。
【００２７】本発明で用いられる中性シリカゾルは、水
ガラスをイオン交換樹脂で処理してＮａ+ イオン等のア
ルカリをほとんど分離除去し、粒径が６〜５０ミリミク
ロンの大きさに加熱造粒して得られた半透明の液体で、
中性〜弱アルカリ性、好ましくはｐＨが8.０〜１0.５の
弱アルカリ性で、比重が1.１６〜1.２４で、おおよそＳ
ｉＯ2 が１０〜４０重量％、Ｎａ2 Ｏが0.０１〜４重量
％の範囲のものである。
ガラスをイオン交換樹脂で処理してＮａ+ イオン等のア
ルカリをほとんど分離除去し、粒径が６〜５０ミリミク
ロンの大きさに加熱造粒して得られた半透明の液体で、
中性〜弱アルカリ性、好ましくはｐＨが8.０〜１0.５の
弱アルカリ性で、比重が1.１６〜1.２４で、おおよそＳ
ｉＯ2 が１０〜４０重量％、Ｎａ2 Ｏが0.０１〜４重量
％の範囲のものである。
【００２８】Ｎａ2 Ｏが４ｗ％以上になると珪酸コロイ
ドは溶けてしまい、珪酸塩の水溶液となってしまう。一
方、Ｎａ2 Ｏが0.０１ｗ％以下になると珪酸コロイドは
安定して存在し得ず、凝集してしまう。すなわち、Ｎａ
2 Ｏが４〜0.０１ｗ％の範囲でＮａイオンが珪酸コロイ
ドの表面に分布して安定したコロイド状に保ち得る。こ
の場合、珪酸コロイドの粒径はほぼ６〜５０ミリミクロ
ンが主となる。珪酸コナイドの粒径が５０ミリミクロン
以上になると、沈澱してしまう。
ドは溶けてしまい、珪酸塩の水溶液となってしまう。一
方、Ｎａ2 Ｏが0.０１ｗ％以下になると珪酸コロイドは
安定して存在し得ず、凝集してしまう。すなわち、Ｎａ
2 Ｏが４〜0.０１ｗ％の範囲でＮａイオンが珪酸コロイ
ドの表面に分布して安定したコロイド状に保ち得る。こ
の場合、珪酸コロイドの粒径はほぼ６〜５０ミリミクロ
ンが主となる。珪酸コナイドの粒径が５０ミリミクロン
以上になると、沈澱してしまう。
【００２９】以上の珪酸コロイドはモル比（ＳｉＯ2 ／
Ｎａ2 Ｏ）でほぼ1,０００〜１０とし、ｐＨは８〜１０
がコロイドの安定上望ましい。このようにして調製され
た珪酸コロイドは半永久的に安定しており、これを工場
から現場への搬入ならびに注入操作の際にゲル化する心
配がない。
Ｎａ2 Ｏ）でほぼ1,０００〜１０とし、ｐＨは８〜１０
がコロイドの安定上望ましい。このようにして調製され
た珪酸コロイドは半永久的に安定しており、これを工場
から現場への搬入ならびに注入操作の際にゲル化する心
配がない。
【００３０】本発明で用いられる微粒子セメントは、浸
透性の点からブレーン比表面積4,０００cm2/ｇ以上であ
ることが好ましい。増粘時間をより長くする場合には、
特に微粒子セメント量を多くする。また、ゲル化しやす
い配合の場合に、これをゲル化しない配合とするには、
微粒子スラグを併用することにより可能となる。併用さ
れる微粒子スラグのブレーン比表面積は、8,０００cm2/
ｇ以上、好ましくは１0,０００cm2/ｇ以上である。
透性の点からブレーン比表面積4,０００cm2/ｇ以上であ
ることが好ましい。増粘時間をより長くする場合には、
特に微粒子セメント量を多くする。また、ゲル化しやす
い配合の場合に、これをゲル化しない配合とするには、
微粒子スラグを併用することにより可能となる。併用さ
れる微粒子スラグのブレーン比表面積は、8,０００cm2/
ｇ以上、好ましくは１0,０００cm2/ｇ以上である。
【００３１】固結物の強度は用途に応じて適宜選択でき
るが、微粒子セメントの使用量では、地盤固結材1,００
０ｍｌ当り３０〜５００ｇが好ましい。特に高強度、耐
久性の固結物を得るためには、微粒子セメントの量は地
盤固結材1,０００ｍｌ当り５０ｇ以上が好ましく、さら
には微粒子スラグを併用することが好ましい。この場
合、微粒子セメントと微粒子スラグの比率は８０〜２
０：２０〜８０とすることが好ましい。
るが、微粒子セメントの使用量では、地盤固結材1,００
０ｍｌ当り３０〜５００ｇが好ましい。特に高強度、耐
久性の固結物を得るためには、微粒子セメントの量は地
盤固結材1,０００ｍｌ当り５０ｇ以上が好ましく、さら
には微粒子スラグを併用することが好ましい。この場
合、微粒子セメントと微粒子スラグの比率は８０〜２
０：２０〜８０とすることが好ましい。
【００３２】このような本発明にかかる中性シリカゾル
−微粒子セメント系では、中性シリカゾルおよび微粒子
セメントの使用量を変えることにより増粘時間を調整す
ることができるが、さらに増粘時間の調整剤を添加する
ことにより増粘時間を遅延せしめるとともに、低粘度化
することにより、浸透性の向上を図ることができる。短
い時間でゲル化するような場合には、増粘時間の調整剤
を添加することにより、増粘はするがゲル化はしなくす
ることもできる。
−微粒子セメント系では、中性シリカゾルおよび微粒子
セメントの使用量を変えることにより増粘時間を調整す
ることができるが、さらに増粘時間の調整剤を添加する
ことにより増粘時間を遅延せしめるとともに、低粘度化
することにより、浸透性の向上を図ることができる。短
い時間でゲル化するような場合には、増粘時間の調整剤
を添加することにより、増粘はするがゲル化はしなくす
ることもできる。
【００３３】増粘時間の調整剤の使用量は地盤注入材の
使用条件、特に液温によって適宜選択することができる
が、増粘時間を３０分以上、必要に応じては数時間とで
きることが本発明の特徴であり、そのような場合には増
粘時間の調整剤を微粒子セメントに対し、0.１〜１０重
量％使用することができる。
使用条件、特に液温によって適宜選択することができる
が、増粘時間を３０分以上、必要に応じては数時間とで
きることが本発明の特徴であり、そのような場合には増
粘時間の調整剤を微粒子セメントに対し、0.１〜１０重
量％使用することができる。
【００３４】上述増粘時間の調整剤としては、アルカリ
金属の重炭酸塩、炭酸塩、燐酸塩、酸性燐酸塩、ピロ燐
酸塩、クエン酸、酒石酸およびリグニンスルホン酸ソー
ダ、ポリスルホン酸ソーダ等の（遅延型）セメント流動
化剤等が挙げられる。これらのうちで特に、好ましい調
整剤としては、固結物の強度への影響の少ないアルカリ
金属の重炭酸塩、炭酸塩等である。このような増粘時間
の調整剤は中性シリカゾルの側に添加し、注入時に微粒
子セメントの懸濁液と混合する方が効果的である。
金属の重炭酸塩、炭酸塩、燐酸塩、酸性燐酸塩、ピロ燐
酸塩、クエン酸、酒石酸およびリグニンスルホン酸ソー
ダ、ポリスルホン酸ソーダ等の（遅延型）セメント流動
化剤等が挙げられる。これらのうちで特に、好ましい調
整剤としては、固結物の強度への影響の少ないアルカリ
金属の重炭酸塩、炭酸塩等である。このような増粘時間
の調整剤は中性シリカゾルの側に添加し、注入時に微粒
子セメントの懸濁液と混合する方が効果的である。
【００３５】また、セメント流動化剤を添加する場合に
は、微粒子セメント側に添加した方が好ましく、その場
合には他の調整剤を中性シリカゾル側に添加するのが好
ましい。調整剤を添加する場合、予め水に溶解した後、
中性シリカゾルを添加する方法が好ましく、その状態で
均一であるような調整剤を選択使用することが好まし
い。さらに増粘時間の調整剤を添加することにより、
Ａ、Ｂ両液混合時の粘度が小さくなり、浸透性をより高
めることができる。
は、微粒子セメント側に添加した方が好ましく、その場
合には他の調整剤を中性シリカゾル側に添加するのが好
ましい。調整剤を添加する場合、予め水に溶解した後、
中性シリカゾルを添加する方法が好ましく、その状態で
均一であるような調整剤を選択使用することが好まし
い。さらに増粘時間の調整剤を添加することにより、
Ａ、Ｂ両液混合時の粘度が小さくなり、浸透性をより高
めることができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例によって具
体的に説明するが、これらの実施例は本発明の一例に過
ぎず、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。
体的に説明するが、これらの実施例は本発明の一例に過
ぎず、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。
【００３７】まず、本発明の実施例および比較例に用い
た中性シリカゾル、スラグ、セメントおよび増粘時間の
調整剤を以下にまとめて示す。
た中性シリカゾル、スラグ、セメントおよび増粘時間の
調整剤を以下にまとめて示す。
【００３８】（１）中性シリカゾル 水ガラスをイオン交換樹脂で処理することによりアルカ
リの大部分を除去し、造粒して得られた、表１に示す組
成の旭電化工業（株）製の中性シリカゾルを使用した。
リの大部分を除去し、造粒して得られた、表１に示す組
成の旭電化工業（株）製の中性シリカゾルを使用した。
【００３９】
【表１】
【００４０】（２）スラグ 表２に示す組成および粉砕度の異なる３種類のスラグを
使用した。
使用した。
【００４１】
【表２】
【００４２】（３）セメント 表３に示す組成および粉砕度の異なるポルトランドセメ
ントと高炉セメントを使用した。
ントと高炉セメントを使用した。
【００４３】
【表３】
【００４４】（４）増粘時間の調整剤 代表的な増粘時間の調整剤として炭酸水素ナトリウム
（試薬１級：ＮａＨＣＯ 3 ）を使用した。
（試薬１級：ＮａＨＣＯ 3 ）を使用した。
【００４５】実施例１〜９および比較例１〜６ 表１の中性シリカゾルと炭酸水素ナトリウムをＡ液と
し、Ｂ液としてスラグ、セメントの水懸濁液を用い、Ａ
液とＢ液を表４に示す割合で混合し、各種の地盤固結材
を調製した。得られた地盤固結材についてＢ型粘度計に
より増粘時間を測定し、また、土質工学会基準「土の一
軸圧縮試験方法」に準じて一軸圧縮強度を測定した。実
施例１〜９の配合はいずれも増粘後１０分以上可塑状態
が続いた。結果を表４に示す。
し、Ｂ液としてスラグ、セメントの水懸濁液を用い、Ａ
液とＢ液を表４に示す割合で混合し、各種の地盤固結材
を調製した。得られた地盤固結材についてＢ型粘度計に
より増粘時間を測定し、また、土質工学会基準「土の一
軸圧縮試験方法」に準じて一軸圧縮強度を測定した。実
施例１〜９の配合はいずれも増粘後１０分以上可塑状態
が続いた。結果を表４に示す。
【００４６】
【表４】
【００４７】実施例１０〜１２および比較例７、８ 上記実施例および比較例の幾つかの配合について浸透試
験、沈降試験をおこなった。その結果を表５に示す。
験、沈降試験をおこなった。その結果を表５に示す。
【００４８】〔浸透試験〕５φ×１００cmのアクリルパ
イプに豊浦標準砂を相対密度約６０％となるように充填
し、水で飽和させた後、上記代表的な実施例および比較
例の配合液を注入圧１kgf/cm2 で注入し、浸透距離を測
定した。豊浦標準砂の充填は所定量を数回に分けて行
い、その都度パイプの側面をハンマーで叩いた。また、
配合液の調製はミキサーにＡ、Ｂ両液を入れ、１０秒間
攪拌により行った。なお、浸透距離はパイプの外部から
目視により明確に色の変化のある範囲を測定し、浸透距
離とした。
イプに豊浦標準砂を相対密度約６０％となるように充填
し、水で飽和させた後、上記代表的な実施例および比較
例の配合液を注入圧１kgf/cm2 で注入し、浸透距離を測
定した。豊浦標準砂の充填は所定量を数回に分けて行
い、その都度パイプの側面をハンマーで叩いた。また、
配合液の調製はミキサーにＡ、Ｂ両液を入れ、１０秒間
攪拌により行った。なお、浸透距離はパイプの外部から
目視により明確に色の変化のある範囲を測定し、浸透距
離とした。
【００４９】また、注入１週間後、未固結の部分を水で
洗い流し、固結率を概算で求めた。なお、液の注入量は
仕込み量から注入後の残量を差し引いた値とした。ま
た、固結部分の空隙量は均一に砂が充填されたものとみ
なし、固結部分のモールドの空隙量から砂の充填量を差
し引いて求めた。
洗い流し、固結率を概算で求めた。なお、液の注入量は
仕込み量から注入後の残量を差し引いた値とした。ま
た、固結部分の空隙量は均一に砂が充填されたものとみ
なし、固結部分のモールドの空隙量から砂の充填量を差
し引いて求めた。
【００５０】
【数１】
【００５１】〔沈降試験〕１０秒間ミキサーで攪拌混合
して配合液を調製し、Ｂ型粘度計で５００ｃｐｓに達し
た後（比較例等で増粘しない配合については配合液調製
３０分後）、１００mlメスシリンダーに注ぎ込み、静置
して３０分毎に目視により粒子を含まない液量（離水
量）を測定し、離水量が変化しなくなった、その離水量
を用いて計算により沈降率を求めた。
して配合液を調製し、Ｂ型粘度計で５００ｃｐｓに達し
た後（比較例等で増粘しない配合については配合液調製
３０分後）、１００mlメスシリンダーに注ぎ込み、静置
して３０分毎に目視により粒子を含まない液量（離水
量）を測定し、離水量が変化しなくなった、その離水量
を用いて計算により沈降率を求めた。
【００５２】
【数２】
【００５３】
【表５】
【００５４】実施例１３〜１６および比較例９、１０ 上記実施例および比較例の幾つかの配合について３０℃
における増粘時間を測定した。なお、増粘時間の調整剤
（炭酸水素ナトリウム）の使用量は下表にように追加
し、他の量は同じとした。その結果を表６に示す。この
結果より、高温においても増粘時間が長く、十分浸透可
能であることがわかる。なお、可塑状態は比較例を除い
て、実施例のものはいずれも３０分以上であった。
における増粘時間を測定した。なお、増粘時間の調整剤
（炭酸水素ナトリウム）の使用量は下表にように追加
し、他の量は同じとした。その結果を表６に示す。この
結果より、高温においても増粘時間が長く、十分浸透可
能であることがわかる。なお、可塑状態は比較例を除い
て、実施例のものはいずれも３０分以上であった。
【００５５】
【表６】
【００５６】実施例１７、１８および比較例１１、１２ 上記実施例および比較例の幾つかの配合について土中ゲ
ル化時間、増粘時間（またはゲル化時間）を測定した。
その結果を表７に示す。
ル化時間、増粘時間（またはゲル化時間）を測定した。
その結果を表７に示す。
【００５７】〔土中ゲル化時間測定法〕ミキサーで１０
秒間攪拌混合して配合液を調製し、その中から５０ｇを
直ちに豊浦標準砂１００ｇに添加混合し静置した。そこ
へ竹串を刺し、引き抜いた時に串の跡が残るようになっ
た時間を測定し、土中ゲル化時間とした。なお、同時に
残った配合液で増粘時間（比較例の場合ゲル化時間）を
測定した。
秒間攪拌混合して配合液を調製し、その中から５０ｇを
直ちに豊浦標準砂１００ｇに添加混合し静置した。そこ
へ竹串を刺し、引き抜いた時に串の跡が残るようになっ
た時間を測定し、土中ゲル化時間とした。なお、同時に
残った配合液で増粘時間（比較例の場合ゲル化時間）を
測定した。
【００５８】
【表７】
【００５９】
【発明の効果】本発明は以上のとおりであり、中性シリ
カゾルと微粒子セメント（および微粒子スラグ）とを有
効成分とする地盤固結材は、特定量の中性シリカゾルを
使用することにより以下のような効果を発揮する。
カゾルと微粒子セメント（および微粒子スラグ）とを有
効成分とする地盤固結材は、特定量の中性シリカゾルを
使用することにより以下のような効果を発揮する。
【００６０】（１）中性シリカゾルを少量添加したこと
により微粒子セメント（および微粒子スラグ）の注入時
の土粒子間での目詰まりを低減させることができるた
め、地盤への浸透性が極めて優れている。
により微粒子セメント（および微粒子スラグ）の注入時
の土粒子間での目詰まりを低減させることができるた
め、地盤への浸透性が極めて優れている。
【００６１】（２）比較的長い注入可能時間とすること
ができるため、１液配合として注入することもできる。
ができるため、１液配合として注入することもできる。
【００６２】（３）溶液型ではみられない高い固結強度
が得られる。
が得られる。
【００６３】（４）中性シリカゾルは通常の水ガラスの
ように高アルカリ成分を多量には含有していないため、
アルカリの溶脱による環境への影響が少ない。
ように高アルカリ成分を多量には含有していないため、
アルカリの溶脱による環境への影響が少ない。
【００６４】（５）セメントを比較的多く使用した場合
でも、中性シリカゾルは通常の水ガラスのような高アル
カリ成分をほとんど含有していないため、固結物は耐久
性がある。
でも、中性シリカゾルは通常の水ガラスのような高アル
カリ成分をほとんど含有していないため、固結物は耐久
性がある。
【００６５】セメントのカルシウム成分はアルカリによ
り水に溶解しやすくなるが、中性のシリカゾルを使用し
ているために、これと反応して水に溶解しにくい化合物
（カルシウムシリケート類）になるため、固結物は耐久
性が良好となるのである。
り水に溶解しやすくなるが、中性のシリカゾルを使用し
ているために、これと反応して水に溶解しにくい化合物
（カルシウムシリケート類）になるため、固結物は耐久
性が良好となるのである。
【手続補正書】
【提出日】平成１１年６月２８日（１９９９．６．２
８）
８）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１５】また、本発明では、あらかじめ瞬結グラウ
トを地盤中に注入して粗詰めした後、本発明にかかる地
盤固結材を緩結グラウトとして注入することにより、一
層地盤の改良効果を向上させることができる。 ─────────────────────────────────────────────────────
トを地盤中に注入して粗詰めした後、本発明にかかる地
盤固結材を緩結グラウトとして注入することにより、一
層地盤の改良効果を向上させることができる。 ─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年７月５日（１９９９．７．５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正内容】
【請求項２】 請求項１において、中性シリカゾルの配
合量がＳｉＯ2濃度３０％のシリカゾル換算で全配合液
中、５〜0.５容量パーセントである請求項１に記載され
る地盤固結材。 ─────────────────────────────────────────────────────
合量がＳｉＯ2濃度３０％のシリカゾル換算で全配合液
中、５〜0.５容量パーセントである請求項１に記載され
る地盤固結材。 ─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年１２月１０日（１９９９．１２．
１０）
１０）
【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】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００７】
【課題を解決するための手段】上述の本発明の目的を達
成するため、本発明によれば、水ガラスをイオン交換樹
脂で処理して該水ガラス中のアルカリの大部分を除去
し、造粒して得られた中性シリカゾルと、微粒子セメン
トとを配合してなり、前記中性シリカゾルの配合量が配
合後、増粘する明白なゲル化状態にならない量であっ
て、次の（１ａ）と（２）、または（１ａ）と（３）の
いずれか、または（１ｂ）と（２）または（１ｂ）と
（３）のいずれかを具備してなることを特徴とする。
成するため、本発明によれば、水ガラスをイオン交換樹
脂で処理して該水ガラス中のアルカリの大部分を除去
し、造粒して得られた中性シリカゾルと、微粒子セメン
トとを配合してなり、前記中性シリカゾルの配合量が配
合後、増粘する明白なゲル化状態にならない量であっ
て、次の（１ａ）と（２）、または（１ａ）と（３）の
いずれか、または（１ｂ）と（２）または（１ｂ）と
（３）のいずれかを具備してなることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００８】（１ａ）中性シリカゾルの配合量が、Ｓｉ
Ｏ2 濃度３０％のシリカゾル換算で配合液の0.５〜5.０
（容量）％であること。 （２）配合液を静置して粒子を沈降させたときの全配合
液に対する粒子の含まない液量の比率、すなわち、沈降
率が増粘により４０％以下となること。 （３）配合後１分以上経過後に可塑状態を呈し、この可
塑状態が１０分以上持続すること。
Ｏ2 濃度３０％のシリカゾル換算で配合液の0.５〜5.０
（容量）％であること。 （２）配合液を静置して粒子を沈降させたときの全配合
液に対する粒子の含まない液量の比率、すなわち、沈降
率が増粘により４０％以下となること。 （３）配合後１分以上経過後に可塑状態を呈し、この可
塑状態が１０分以上持続すること。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００９】（１ｂ）中性シリカゾルの配合量が、Ｓｉ
Ｏ2 濃度３０％のシリカゾル換算で配合液の0.５（容
量）％以上であって、配合液が３時間以内にはゲル化し
ないこと。 （２）配合液を静置して粒子を沈降させたときの全配合
液に対する粒子の含まない液量の比率、すなわち、沈降
率が増粘により４０％以下となること。 （３）配合後１分以上経過後に可塑状態を呈し、この可
塑状態が１０分以上持続すること。
Ｏ2 濃度３０％のシリカゾル換算で配合液の0.５（容
量）％以上であって、配合液が３時間以内にはゲル化し
ないこと。 （２）配合液を静置して粒子を沈降させたときの全配合
液に対する粒子の含まない液量の比率、すなわち、沈降
率が増粘により４０％以下となること。 （３）配合後１分以上経過後に可塑状態を呈し、この可
塑状態が１０分以上持続すること。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的に詳述す
る。本発明にかかる地盤固結材は配合後次第に増粘し、
やがて粘度が高くなると可塑状態を保つが、ゲル化は起
こさない。この増粘時間は１分以上、好ましくは１０〜
１２０分程度が適当であり、その後可塑状態を１０分以
上、好ましくは３０分以上保ち続ける。
る。本発明にかかる地盤固結材は配合後次第に増粘し、
やがて粘度が高くなると可塑状態を保つが、ゲル化は起
こさない。この増粘時間は１分以上、好ましくは１０〜
１２０分程度が適当であり、その後可塑状態を１０分以
上、好ましくは３０分以上保ち続ける。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１１】さらに、本発明は（１ａ）中性シリカゾル
の配合量が、ＳｉＯ2 濃度３０％のシリカゾル換算で配
合液の0.５〜5.０（容量）％であり、あるいはまた、
（１ｂ）ＳｉＯ2 濃度３０％のシリカゾル換算で配合液
の0.５（容量）％以上であって、配合液が３時間以内に
はゲル化しないような量である。
の配合量が、ＳｉＯ2 濃度３０％のシリカゾル換算で配
合液の0.５〜5.０（容量）％であり、あるいはまた、
（１ｂ）ＳｉＯ2 濃度３０％のシリカゾル換算で配合液
の0.５（容量）％以上であって、配合液が３時間以内に
はゲル化しないような量である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１２】さらに、本発明にかかる地盤固結材は
（２）沈降率、すなわち、配合液を静置して粒子を沈降
させたときの全配合液に対する粒子の含まない液量の比
率が増粘により４０％以下となるような配合である。な
お、増粘後、可塑状態にならないものについては、沈降
率は２０％以下が好ましい。さらに、（３）配合後、増
粘して１分以上経過後に可塑状態を呈し、この可塑状態
が１０分以上持続せしめるような配合である。
（２）沈降率、すなわち、配合液を静置して粒子を沈降
させたときの全配合液に対する粒子の含まない液量の比
率が増粘により４０％以下となるような配合である。な
お、増粘後、可塑状態にならないものについては、沈降
率は２０％以下が好ましい。さらに、（３）配合後、増
粘して１分以上経過後に可塑状態を呈し、この可塑状態
が１０分以上持続せしめるような配合である。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１３】本発明は上述の要件（１ａ）と（２）、ま
たは（１ａ）と（３）のいずれか、または上述の要件
（１ｂ）と（２）、または（１ｂ）と（３）のいずれか
を具備することを特徴とする。
たは（１ａ）と（３）のいずれか、または上述の要件
（１ｂ）と（２）、または（１ｂ）と（３）のいずれか
を具備することを特徴とする。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２１】上述の本発明は中性シリカゾルと、微粒子
セメント、好ましくは微粒子スラグを併用した微粒子セ
メントを主成分とする地盤固結材であって、中性シリカ
ゾルの使用量が配合液を増粘させるに必要な量、すなわ
ち、配合液全体の５〜0.５（容量）％であり、微粒子セ
メントがブレーン比表面積4,０００cm2/ｇ以上であり、
必要に応じて増粘時間の調整剤を添加することもでき
る。
セメント、好ましくは微粒子スラグを併用した微粒子セ
メントを主成分とする地盤固結材であって、中性シリカ
ゾルの使用量が配合液を増粘させるに必要な量、すなわ
ち、配合液全体の５〜0.５（容量）％であり、微粒子セ
メントがブレーン比表面積4,０００cm2/ｇ以上であり、
必要に応じて増粘時間の調整剤を添加することもでき
る。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５８】
【表７】 ＊印の比較例はゲル化時間である。
Claims (4)
- 【請求項１】 水ガラスをイオン交換樹脂で処理して該
水ガラス中のアルカリの大部分を除去し、造粒して得ら
れた中性シリカゾルと、微粒子セメントと、さらに必要
に応じてスラグとを有効成分として配合し、前記中性シ
リカゾルの配合量が配合後、増粘するが明白なゲル化状
態にならない量であって、次の要件（１）および（２）
のいずれか、または両方を具備してなる地盤固結材。 （１）配合液を静置して粒子を沈降させたときの全配合
液に対する粒子の含まない液量の比率、すなわち沈降率
が増粘により４０％以下となること。 （２）配合後１分以上経過後に可塑状態を呈し、この可
塑状態が１０分以上持続すること。 - 【請求項２】 請求項１において、中性シリカゾルの配
合量がＳｉＯ2 濃度３０％のシリカゾル換算で全配合液
中、４〜0.５容量パーセントである請求項１に記載され
る地盤固結材。 - 【請求項３】 請求項１において、微粒子セメントが比
表面積4,０００cm2/ｇ以上である請求項１に記載される
地盤固結材。 - 【請求項４】 請求項１において、あらかじめ瞬結グラ
ウトを地盤中に注入の後、緩結グラウトとして注入する
請求項１に記載される地盤固結材。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10258057A JP2000087035A (ja) | 1998-09-11 | 1998-09-11 | 地盤固結材 |
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