JP2010132729A - 珪酸塩系土質安定用薬液及びこれを用いた地盤安定化工法 - Google Patents

Abstract

【課題】安定化処理した地盤の経時における強度低下を抑制でき、経時強度に関する耐久性を高めた珪酸塩系土質安定用薬液を提供する。
【解決手段】珪酸ナトリウムを主成分とする主剤液と、硫酸水素ナトリウムを主成分とする硬化剤液を組合わせて用いる珪酸塩系土質安定用薬液において、硬化剤液に硫酸マグネシウムおよび／または塩化マグネシウムが含まれることを特徴とする珪酸塩系土質安定用薬液。
本発明の珪酸塩系土質安定用薬液によれば、長期にわたる地盤の安定化が得られる。すなわち、本発明の土質安定用薬液により安定化された地盤は、高い耐久性を獲得し、経時による強度低下が抑制されるという効果が得られる。従って、本発明の土質安定用薬液は、安全・確実・効率的に地盤を安定化することができる。
【選択図】なし

Description

本発明は、土質安定用薬液及び該薬液を用いた地盤安定化工法に関する。

従来、軟弱地盤を強化したり漏水地盤を止水したりするために、種々の薬液を地盤内に注入し地盤内でゲル化させる地盤安定化工法が知られている。薬液としては、安価であることから、珪酸ナトリウム水溶液を主成分とする主剤液と硬化剤とを組合せた薬液である珪酸塩系土質安定用薬液が広く使用されている。

珪酸塩系土質安定用薬液に用いる硬化剤としては様々なものが知られているが、中でも、取扱いが容易なこと、その使用量を変えることで土質安定用薬液の硬化時間（ゲルタイム）を数秒から数時間程度まで幅広く調整できることなどから、硫酸水素ナトリウムを主成分とするいわゆる硫酸水素塩系硬化剤が広く用いられている。

特許文献１は、硫酸水素アルカリ塩と酸化マグネシウム又は水酸化マグネシウムとの２成分の混合物からなる硬化剤を珪酸ナトリウム水溶液に配合した土質安定用液を開示している（特許文献１）。

当該酸化マグネシウム又は水酸化マグネシウムの配合量は、硫酸水素アルカリ塩に対する量比で１０質量％以内であることを要件としている。この要件を満たすことにより、土質安定用薬液のｐＨを中性ないし酸性領域で硬化させた場合でも、当該薬液が硬化するまで均一な溶液状態を保つという効果を奏する。

一方、硫酸水素塩系硬化剤を用いた珪酸塩系土質安定用薬液は、その硬化剤の使用量を適宜調整することで、土質安定用薬液のｐＨがアルカリ性の領域および中性から酸性の領域のいずれにおいても硬化時間（ゲルタイム）の調節が可能である。一般的には、硬化剤の使用量が少なくてすむという経済性の点から、アルカリ性の領域で施工が行われている。

しかしながら、当該珪酸塩系土質安定用薬液をｐＨがアルカリ性の領域で施工を行った場合でも、安定化処理した地盤の経時における強度維持の効果（即ち、経時強度に関する耐久性）は未だ十分なものとは言えない。

そのため、一度地盤安定化工法を施工した地盤に対し、ある一定時間経過後に、再度地盤安定化工法を施工せねばならなくなる場合が生じていた。従って、このような状況は作業上あるいは経済性において非効率であり、経時強度に関する耐久性に関し更なる改良が望まれていた。
特公昭５８−４４１０２号公報

本発明の目的は、地盤の経時における強度低下を抑制できる珪酸塩系土質安定用薬液、即ち、経時強度に関する耐久性を高めた珪酸塩系土質安定用薬液を提供することにある。

本発明者は前記課題を解決すべく鋭意検討した結果、珪酸ナトリウムを主成分とする主剤液と硫酸水素ナトリウムを主成分とする硬化剤液を含む珪酸塩系土質安定用薬液において、硬化剤液に特定のマグネシウム化合物を配合することにより、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明は以下の態様を包含する。

珪酸ナトリウムを主成分とする主剤液と、硫酸水素ナトリウムを主成分とする硬化剤液とを含む珪酸塩系土質安定用薬液において、硬化剤液中にさらに、硫酸マグネシウム及び／又は塩化マグネシウムが含まれることを特徴とする珪酸塩系土質安定用薬液。

本発明の珪酸塩系土質安定用薬液によれば、長期にわたる地盤の安定化が得られる。すなわち、本発明の土質安定用薬液により安定化された地盤は、高い耐久性を獲得し、経時による強度低下が抑制されるという効果が得られる。従って、本発明の土質安定用薬液は、安全・確実・効率的に地盤を安定化することができる。

本発明に係る珪酸塩系土質安定用薬液は、珪酸ナトリウムを主成分とする主剤液（A液）と、硫酸水素ナトリウムを主成分とする硬化剤液（B液）とを含む。

（１）珪酸ナトリウム水溶液を主成分とする主剤液（A液）
本発明の珪酸塩系土質安定用薬液の主剤として用いる珪酸ナトリウムは、従来から珪酸塩系土質安定用薬液に用いられているもの、例えば、日本工業規格（ＪＩＳ Ｋ−１４０８）に規定されている１〜３号珪酸ナトリウム、ＳｉＯ_２／Ｎａ_２Ｏ（モル比）が４〜６の範囲にあるシリカゾルなどを用いることができる。また、商品名「ニトロック」（株式会社菱晃製）を用いることもできる。

これらの珪酸ナトリウムは一般に水溶液状になっているが、施工時に更に水で希釈して土質安定化に適した適宜の濃度の水溶液にすればよい。例えば、Ａ液とＢ液とを等容量ずつ混合しながら地盤中に注入する通常の施工方法において、珪酸ナトリウム源としてＪＩＳ３号珪酸ナトリウムを用いた場合には、通常、当該珪酸ナトリウム５０〜１５０リットルを水で希釈して２００リットルにしたものをＡ液として使用することができる。好ましくは６０リットル〜１４０リットル、より好ましくは７０リットル〜１２０リットルがよい。

Ａ液中の珪酸ナトリウム濃度は、高くするほど処理地盤の初期強度を大きくすることができる。一方、Ａ液中の珪酸ナトリウム濃度が高くなりすぎると薬液の粘度が高くなり、ポンプによる圧送の際に機器負荷が増大したり、薬液の地盤中での浸透性が低下したりする傾向にある。

（２）硫酸水素ナトリウムを主成分とする硬化剤液（B液）
本発明の珪酸塩系土質安定用薬液の硬化剤液としてのＢ液は、硫酸水素ナトリウムを主成分とする。

硫酸水素ナトリウムは、例えば工業薬品、試薬など、一般に市販されているものを使用することができ、その使用量は所望する薬液の硬化時間に応じて調節すればよい。例えば、硫酸水素ナトリウムの使用量は、Ｂ液２００リットルあたり、５〜３０ｋｇ程度、好ましくは８〜２５ｋｇ程度がよい。

硫酸水素ナトリウムは、土質安定用薬液のｐＨがアルカリ性の領域にある一般的な施工方法の場合では、薬液の硬化時間を短くする場合には当該範囲内で多く用いるのがよく、薬液の硬化時間を長くする場合には少なく用いるのがよい。

本発明の珪酸塩系土質安定用薬液に用いるＢ液は、硫酸マグネシウム及び／又は塩化マグネシウムを含む。硫酸マグネシウム及び塩化マグネシウムは、工業薬品、試薬など、一般に市販されているものが使用でき、無水物であっても結晶水を含む含水塩であってもよい。

例えば、硫酸マグネシウム含水塩としては７水塩、３水塩、２．５水塩、１．５水塩などを使用することができ、この中でも特に、現場での取扱いの容易さ、経済性や入手の容易さなどから、３水塩を用いるのが好ましい。

また、塩化マグネシウムとしては１２水塩、８水塩、６水塩、４水塩、２水塩などを使用することができる。この中でも特に、現場での取扱い易さ、経済性や入手の容易さなどから、６水塩を用いるのが好ましい。

本発明の珪酸塩系土質安定用薬液のＢ液に配合する硫酸マグネシウム及び／又は塩化マグネシウムは、珪酸ナトリウムのＮａ_２Ｏ成分１モルに対し、０．０２５〜０．３５モル程度、好ましくは０．０５０〜０．２４モル程度になるように配合する。硫酸マグネシウム及び塩化マグネシウムの両方を用いる場合には、その合計が上記範囲内にあればよい。

硫酸マグネシウム及び／又は塩化マグネシウムの配合量が上記範囲より少ない場合には、本発明が目的とする経時強度に関する耐久性の性能が得られない。一方、硫酸マグネシウム及び／又は塩化マグネシウムの配合量が、上記範囲を超える（より多い）場合には、本発明が目的とする経時強度に関する耐久性の性能が得られないばかりでなく、Ａ液とＢ液を混合して得られる薬液が、粥状の不均一な硬化体を生成してしまうことがあり、珪酸塩系土質安定用薬液としての一般的な性能を確保することができない場合もある。

当該Ｂ液は、硫酸水素ナトリウムと、硫酸マグネシウム及び／又は塩化マグネシウムを水に溶解させて調製すればよく、溶解させる順序は限定されない。硫酸水素ナトリウムを最初に溶解させても、硫酸マグネシウム及び／又は塩化マグネシウムを最初に溶解させても、全成分を同時に溶解させてもよい。当該Ｂ液に溶解させる成分を溶解させる方法は限定されず、攪拌してもよいし、加熱してもよい。

（３）地盤の安定化
本発明の珪酸塩系土質安定用薬液を地盤安定化工法に用いる場合、上述したように調製したＡ液とＢ液とを、Ａ液とＢ液との混合液中のＮａ_２Ｏのモル数に対する硫酸マグネシウム及び／又は塩化マグネシウムのモル数が本発明で規定する割合となるように混合し、地盤内に注入して硬化させ、地盤を安定化させることができる。

薬液の地盤への注入に際しては、単管式、二重管式、多重管式などの各種注入管を用いることができる。また、薬液を地盤へ注入する方法としては、（i）Ａ液とＢ液とを予め混合して注入管に導く方法、（ii）Ａ液とＢ液とを注入管の基部に設けた混合部−例えばＹ字管において混合して注入管に導く方法、（iii）Ａ液とＢ液とをそれぞれ独立に注入管に導いて注入管内で混合する方法、（iv）Ａ液とＢ液とをそれぞれ独立に注入管に導いて注入管から地盤内に注入しながら地盤内において合流・混合させる方法など、薬液のゲルタイムや施工性に応じて適宜の方法を採用することができる。

本発明の珪酸塩系土質安定用薬液及び地盤安定化工法は、下記の経時強度に関する耐久性の性能基準を満たしたときに、本発明の目的が達成されたとする。
珪酸ナトリウムとして、日本工業規格（ＪＩＳ Ｋ−１４０８）に規定されている３号珪酸ソーダ８０リットルと水１２０リットルの割合で混合して調製した水溶液と、硬化剤を含む水溶液とを当容量ずつ混合した薬液を細密充填した豊浦硅砂に注入し作製した、径３ｃｍ×高さ６ｃｍの硬化体を、２０℃のイオン交換水１リットル中で養生し、２８日間経過後における硬化体の一軸圧縮強度値（ＪＩＳ Ａ１２１６：土の一軸圧縮試験方法）が０．０８以上、好ましくは０．１０Ｎ／ｍｍ^２以上であること。

以下に本発明を実施例や比較例を用いて更に説明する。

実施例および比較例（試験番号１〜１０）
珪酸ナトリウム水溶液（Ａ液）は、日本工業規格（ＪＩＳ Ｋ−１４０８）に規定されている３号珪酸ソーダ８０リットルと水１２０リットルの割合で混合することにより調製した。

硬化剤水溶液（Ｂ液）は、硫酸水素ナトリウム及びマグネシウム化合物（いずれも試薬１級）の所定量に水を加え溶解することにより、２００リットルとなるように調製した。

本発明土質安定用薬液は、Ａ液とＢ液の当容量ずつを混合して得た。得られた薬液について、それぞれ性能を評価した。

各試験に用いた薬液おける、Ｂ液中の有効成分の種類と量、珪酸ナトリウムのＮａ_２Ｏ成分に対しするマグネシウム化合物のモル比、並びに薬液性能としての各種試験項目、試験結果及びその評価は、表１にまとめて示した。

なお、薬液性能の各試験項目と試験方法は下記の通りである。
・薬液ｐＨ：ガラス電極式水素イオン濃度指示計（東亜ディーケーケー株式会社製）で測定した。
・薬液硬化時間：液温２０℃において、薬液を容器内に静置、薬液の流動性がなくなり全体が均一に硬化するまでの所要時間を測定した。
・硬化体圧縮強度：細密充填した豊浦硅砂に薬液を注入し作製した、径３ｃｍ×高さ６ｃｍの硬化体を、２０℃のイオン交換水１リットル中で所定期間養生後、硬化体の一軸圧縮強度値を測定した。

評価○：２８日間養生後の硬化体の一軸圧縮強度値が０．０８Ｎ／ｍｍ^２以上であった。

評価◎：２８日間養生後の硬化体の一軸圧縮強度値が０．１０Ｎ／ｍｍ^２以上であった。

評価×：２８日間養生後の硬化体の一軸圧縮強度値が０．０８Ｎ／ｍｍ^２未満であった。

試験番号１〜３は、マグネシウム化合物の種類の影響を示している。試験番号４〜１０は、珪酸ナトリウムのＮａ_２Ｏ成分に対するマグネシウム化合物のモル比の影響を示している。

表１から明らかなように、硫酸マグネシウム及び塩化マグネシウムを用いた場合には、硬化体をイオン交換水１リットル中で２８日間養生した場合の一軸圧縮強度値は０．０８Ｎ／ｍｍ^２以上が確保されていた。

すなわち、この場合、薬液の性能基準を満たし、本発明の目的が達成されたことが確認できた（試験番号１，２，４〜１０（実施例））。

さらに、硬化剤液中に含まれる硫酸マグネシウム及び／又は塩化マグネシウムが、珪酸ナトリウムのＮａ_２Ｏ成分１モルに対して０．０２５〜０．３５モルという条件を満たす場合には、硬化体をイオン交換水１リットル中で２８日間養生した場合の一軸圧縮強度値は０．１０Ｎ／ｍｍ^２以上が確保されており、更に優れた効果が得られることが確認できた。

Claims (3)

1. 珪酸ナトリウムを主成分とする主剤液と、硫酸水素ナトリウムを主成分とする硬化剤液とを含む珪酸塩系土質安定用薬液において、
   硬化剤液中にさらに、硫酸マグネシウム及び／又は塩化マグネシウムが含まれることを特徴とする珪酸塩系土質安定用薬液。
2. 硬化剤液中に含まれる硫酸マグネシウム及び／又は塩化マグネシウムが、珪酸ナトリウムのＮａ_２Ｏ成分１モルに対して０．０２５〜０．３５モルである珪酸塩系土質安定用薬液。
3. 請求項１記載の珪酸塩系土質安定用薬液を地盤に注入して地盤内で硬化させる、地盤安定化工法。