JP2009114343A - フュームドシリカスラリーの製造方法及び地盤改良材 - Google Patents

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Abstract

【課題】耐久性に優れた地盤改良材を提供する。
【解決手段】フュームドシリカを水溶媒に分散させるにあたり、アルカリ金属水酸化物を添加し、かつ超音波を照射して得たフュームドシリカスラリー、水ガラス及び水ガラス硬化剤を配合して、地盤改良材とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、地盤改良材などとして使用するに好適なフュームドシリカスラリーの製造方法及びこのスラリーが配合された地盤改良材に関するものである。
この種の地盤改良材としては、特許文献１に開示されるように、水ガラス（珪酸ソーダ）及びコロイダルシリカ（シリカゾル）を主剤とし、硬化剤として燐酸及びグリオキザールが添加され、安定化剤として尿素や尿素化合物が添加されたものがある。この従来の地盤改良材は、硬化後強度、ゲルタイム、地盤への浸透性、環境への影響など、さまざまな配慮がなされ、提案されたものである。
しかしながら、この従来の地盤改良材は、耐久性の点で十分なものとはいえなかった。そこで、本発明者らは、耐久性に優れた地盤改良材を開発すべく、さまざまな研究を重ねた。その結果、従来の地盤改良材の耐久性が十分でないのは、コロイダルシリカは内部に自己溶解を誘発するアルカリ分（ナトリウム）含むからではないかと考えた。そこで、更にコロイダルシリカに替わる材料の探究を行い、結果、内部に自己溶解を誘発するアルカリ分を含まないフュームドシリカを水溶媒に分散させ、フュームドシリカスラリーとして利用すると好適なのではないかとの考えに至った。
しかしながら、フュームドシリカは増粘性が高く、水溶媒に対する分散性が極めて悪いとの特性を有する。したがって、フュームドシリカを水溶媒に添加し、撹拌するのみでは、例えば、性状が均一化かせず、地盤改良材の原料として配合するに適したものとはならないことを知見した。
この点、特許文献２においては、水溶媒に対する分散性に優れたフュームドシリカの提案がなされていることを知見した。しかしながら、同文献は、フュームドシリカ自体を改良するものであり、水溶媒に対する分散性を向上させるものではない。つまり、同文献によると、原料として使用することができるフュームドシリカの種類が著しく限定されてしまうとの問題が生じる。
特開平１０‐３６８４３号公報 特開２００３‐２０１１１１号公報
本発明が解決しようとする主たる課題は、原料として使用することができるフュームドシリカの種類が著しく限定されてしまうといった問題を有しないフュームドシリカスラリーの製造方法、及び、耐久性に優れた地盤改良材を提供することにある。
この課題を解決した本発明は、次のとおりである。
〔請求項１記載の発明〕
フュームドシリカを水溶媒に分散させるにあたり、
アルカリ金属水酸化物を添加し、かつ超音波を照射する、ことを特徴とするフュームドシリカスラリーの製造方法。
〔請求項２記載の発明〕
フュームドシリカを水溶媒に分散させるにあたり、アルカリ金属水酸化物を添加し、かつ超音波を照射して得たフュームドシリカスラリーが配合された、ことを特徴とする地盤改良材。
〔請求項３記載の発明〕
フュームドシリカを水溶媒に分散させるにあたり、アルカリ金属水酸化物を添加し、かつ超音波を照射して得たフュームドシリカスラリー、水ガラス及び水ガラス硬化剤が配合された、ことを特徴とする地盤改良材。
本発明によると、原料として使用することができるフュームドシリカの種類が著しく限定されてしまうといった問題を有しないフュームドシリカスラリーの製造方法、及び、耐久性に優れた地盤改良材となる。
次に、本発明の実施の形態を説明する。
本形態の地盤改良材は、フュームドシリカスラリーとセメントなどが配合されたものであり、好ましくはフュームドシリカスラリーと、水ガラス及び水ガラス硬化剤とが配合されたものである。
フュームドシリカは、水ガラスから作られるコロイダルシリカ（シリカゾル）と異なり、固体であり、内部に自己溶解を誘発するアルカリ分を持たないため、耐久性が高くなると考えられる。また、アルカリ分の少ない材料としては、水ガラスを脱アルカリして得たシリカ溶液が存在するが、このシリカ溶液は、成長したシリカコロイダル中にナトリウム分を包括する可能性があるため、フュームドシリカを水溶媒に分散させてスラリーとして使用するのが好ましい。
〔フュームドシリカスラリー〕
本形態のフュームドシリカスラリーは、フュームドシリカを水溶媒に分散させるにあたり、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物を添加し、かつ超音波を照射して、製造する。アルカリ金属水酸化物を分散剤として添加して超音波を照射すると、フュームドシリカが水溶媒に対して均一に分散する。
分散の際に添加するアルカリ金属水酸化物は、フュームドシリカ１００ｇに対して、好ましくは１〜４ｇ、より好ましくは２〜３ｇである。アルカリ金属水酸化物の添加量が１ｇ未満であると、初期撹拌（分散）時の粘度が著しく高く、また超音波を照射しても液状になりにくい。他方、アルカリ金属水酸化物の添加量が４ｇを超えると、粘性は低下するが、得られるスラリーの安定性が劣り、１日から数日でゲル化してしまうおそれがある。分散の際に照射する超音波は、好ましくは１０〜４０ｋＨｚ、より好ましくは１５〜２５ｋＨｚ、また、好ましくは０．５〜４Ｗ／ｍｌ、より好ましくは１〜３Ｗ／ｍｌである。
（フュームドシリカ）
本形態において使用することができるフュームドシリカは、その種類が特に限定されず、例えば、金属シリコン、フェロシリコン又はその他の珪素合金等を製造する際に副産物として発生したものを使用することができる。
ここで、フュームドシリカの化学成分は、ほとんどがＳｉＯ2であり、非晶質であることから、アルカリ溶液中では可溶性でポゾラン反応が初期に起こる。また、水和反応の初期の時点で表面にシリカ分の多いゲル層が析出し、やがてこのゲル層が塊状となり、高炉スラグやフライアッシュなどよりも更にシリカ比の高い緻密で、骨材との付着の良いカルシウムシリケート水和物を生成する。したがって、フュームドシリカ（スラリー）とセメントとを配合する場合においては、当該水和物の生成が強度発現に寄与するものと考えられる。
ただし、本形態のフュームドシリカとしては、ＢＥＴ比表面積が９０〜４００ｍ2／ｇ、好ましくは３００〜３８０ｍ2／ｇのものを、ｐＨが３〜６、好ましくは３．５〜５のものを使用することができる。ＢＥＴ比表面積が９０ｍ2／ｇ未満であると、粒子の見かけ比重が大きく、収縮抑制効果が期待できない。他方、ＢＥＴ比表面積が４００ｍ2／ｇを超えると、作成自体困難であり、また、水との初期混合時に著しく粘度が上がり、超音波の照射が困難となる。
〔水ガラス〕
本形態において使用することができる水ガラスは、その種類が特に限定されない。例えば、ＪＩＳ１４０８規定の珪酸ソーダ（ＸＮａ2Ｏ・ＹＳｉＯ2）相当品、すなわち、ＪＩＳ１号、２号、３号水ガラス や、珪素を溶解してモル比（ＳｉＯ2／Ｎａ2Ｏ）４程度の高モル比とした水ガラス などを使用することができる。これらのうち、例えば、ＪＩＳ３号水ガラス は、ＳｉＯ2（２８〜３０質量％）、Ｎａ2Ｏ（９〜１０質量％）及び水（残部）からなるものであり、モル比（ＳｉＯ2／Ｎａ2Ｏ）が２．８〜３．３３とされる。
また、本形態において使用することができる水ガラス は、ナトリウム以外のアルカリ金属、例えば、カリウムやリチウムなどを構成成分としていてもよい。本明細書において、水ガラス という言葉を用いているのは、アルカリ金属がナトリウムであることに限定する趣旨ではない。
〔水ガラス硬化剤〕
本形態において使用することができる水ガラス硬化剤は、その種類が特に限定されず、例えば、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸、ポリリン酸、ほう酸、炭酸等の無機酸、酢酸、酒石酸、クエン酸等の有機酸などを使用することができる。
〔混合方法〕
本形態において、主材たるフュームドシリカスラリー及び水ガラスと、添加材たる水ガラス硬化剤との混合方法は、特に限定されない。例えば、主材と添加材とを注入管の入口付近で衝突させて混合する１．５ショット方式、主材と添加材とを二重管等からなる注入管によって別々に搬送し、注入管の先端部で衝突させて混合する２ショット方式等を例示することができる。なお、この他に、主材と添加材とをあらかじめ混合し、この混合液を注入管で注入する１ショット方式もあるが、本改良材は、１０分程度で固結する性質を有するため、１．５ショット方式、あるいは２ショット方式によるのが好ましい。
次に、本発明の実施例を説明する。
フュームドシリカを配合した地盤改良材の耐久性を調べるために、表１に示す各種原料を配合した地盤改良材を作り、粘土（ｍＰａ・ｓ）、サンドゲル一軸強度（ｋＰａ、材令７日、豊浦砂を使用。）、サンドゲル一軸強度（ｋＰａ、材令２８日、豊浦砂を使用。）、ゲル収縮（％、材令２８日）を測定した。結果も表１に示した。その際、水ガラス、懸濁液及びフュームドシリカとしては、次に示すものを使用した。
（水ガラス）
ＳｉＯ2（２８．５質量％）、Ｎａ2Ｏ（９．４質量％）及び水（残部）からなり、比重１．４の３号水ガラスを使用した。
（懸濁液）
フュームドシリカ（商品名：ＡＥＲＯＳＩＬ ３８０（日本アエロジル株式会社製））４０ｇ、水酸化ナトリウム１ｇ及び水１５９ｇを撹拌していったんペースト状にし、これに超音波（２０ｋＨｚ、４００Ｗ）を３時間照射して、懸濁液（フュームドシリカスラリー）を得た。懸濁液の性状は、粘土：３１．８ｍＰａ・ｓ、ＳｉＯ2濃度：２０．７３質量％、Ｎａ2Ｏ濃度：０．４６質量％、比重：１．１３、ｐＨ２．０であった。
（フュームドシリカ）
懸濁液の原料として使用したフュームドシリカと同様のフュームドシリカを、粉状のまま配合した。
Figure 2009114343
表１から明らかなように、フュームドシリカを配合した場合は、ゲル収縮が著しく少なくなることが分かった。もっとも、フュームドシリカを、フュームドシリカスラリー（懸濁液）とせずにそのまま（粉状のまま）配合した場合は、フュームドシリカが均一に分散されず、地盤改良材の粘土が著しく高まり、サンドゲルを作成することができず、一軸強度及びゲル収縮を測定することができなかった。
本発明は、地盤改良材などとして使用するに好適なフュームドシリカスラリーの製造方法及びこのスラリーが配合された地盤改良材として、適用可能である。

Claims (3)

  1. フュームドシリカを水溶媒に分散させるにあたり、
    アルカリ金属水酸化物を添加し、かつ超音波を照射する、ことを特徴とするフュームドシリカスラリーの製造方法。
  2. フュームドシリカを水溶媒に分散させるにあたり、アルカリ金属水酸化物を添加し、かつ超音波を照射して得たフュームドシリカスラリーが配合された、ことを特徴とする地盤改良材。
  3. フュームドシリカを水溶媒に分散させるにあたり、アルカリ金属水酸化物を添加し、かつ超音波を照射して得たフュームドシリカスラリー、水ガラス及び水ガラス硬化剤が配合された、ことを特徴とする地盤改良材。
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