JP2012092186A - 地盤注入材および地盤注入工法 - Google Patents
地盤注入材および地盤注入工法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】シリカ濃度が15〜40質量%であって、かつ、粒径が10〜80nmであるコロイダルシリカを、イオン交換処理して得られるシリカ溶液を有効成分とする地盤注入材である。シリカ溶液は、無収縮性のシリカゲルを形成することができる。また、シリカ溶液は酸性〜中性領域であることが好ましい。地盤中に、上記地盤注入材を注入する地盤注入工法である。注入現場付近においてコロイダルシリカ中のNaイオンをイオン交換処理する脱アルカリ処理部と、脱アルカリ処理部を通して得られたシリカ溶液を貯蔵する貯蔵部とからなる注入装置を用いる。
【選択図】なし
Description
(1)超微粒子セメントよりも粒径が小さく浸透性がよいこと。
(2)無収縮性ゲルを形成すること。
(3)水圧がかかっても長期止水を保持できること。
(4)ゲル化物からのシリカの溶出がほとんどなく、かつ、超微粒子セメントやセメントを注入した後に注入しても、セメントのアルカリによってシリカが溶出しないこと。
(5)地下水中に金属イオン(Ca,Mg,Na)が存在していても、シリカの部分ゲルを生ずることもなく均質なゲルを形成すること。
(6)中性〜酸性領域で濃いシリカ濃度で十分なゲル化時間を有すること。
(7)ゲル時間を調整するための反応剤添加量が少なくて済み、したがってシリカ分以外の水溶性反応生成物が少ないこと。このことは、地下水の水質の変化が小さいことを意味し、また、中性領域に近いpH領域でゲル化するために、地下水のpH変化が少なく、水質保全に優れていることを意味する。
この際の物性とは、コロイドの粒径および粒径分布であり、本発明に使用できるコロイドの平均粒径は10nm〜80nmである。
このように本発明者らは、シリカ注入材として、イオン交換により得られたアルカリ成分の少ないコロイダルシリカが、これに少量の酸や塩を加えることで、あるいは何も加えなくても、ゲル化し、優れた耐久性および止水性を確保しつつ、シリカとCa,Mg等のイオンとの反応による不均一なゲル化を抑え、さらに、pH調整のために使用する酸の添加量を減少させることで未反応生成物を低減し、注入材の浸透性を高くすることができることを見出して、本発明に至ったものである。
本発明の地盤注入材は、コロイダルシリカをイオン交換処理して得られるシリカ溶液を有効成分とするものである。特には、イオン交換処理により酸性〜中性領域に調整したコロイダルシリカを用いたことで、海水や湧水中に含まれる塩や金属イオン等により浸透性を損なうことなく、高水圧下でも良好な止水性および耐久性を発揮できる注入材とすることが可能となった。
(1)脱アルカリ試験
図2に示すような装置を用いて、以下に従い、コロイダルシリカの濃度を5、15、30wt/vol%に調整したものをイオン交換樹脂に通水して、脱アルカリした酸性〜中性領域のコロイダルシリカを作製した。イオン交換処理前のシリカ溶液としては表1に示したものを用い、表2に示す各濃度に調整したものを用いた。また、イオン交換樹脂としては、ダイヤイオン(登録商標)DIAION SK 1B(三菱化学(株)製)を用いた。さらに、比較としてJIS 3号水ガラスを用いて、同様の濃度に調整したものをイオン交換樹脂に通水して、脱アルカリを行った。
上記実施例に用いたシリカ溶液の物性を、下記の表1に示す。また、試験結果を、下記の表2に示す。
イオン交換処理により脱アルカリし、回収したコロイダルシリカ(表2中の実施例3)のpHを、下記表3中に示すように調整して、動粘度計により、粘度20mPa・s以下の保持時間を測定した。なお、回収したコロイダルシリカのpH調整において、アルカリ側に移行させる際には未脱アルカリのコロイダルシリカを用い、酸性側に移行させる際にはリン酸を用いた。
上記表3に示す配合No.1〜5のコロイダルシリカに、下記表4に示す条件に従い、水ガラス、塩化カリウムおよび酸をそれぞれ添加して、得られた注入材のゲルタイムを測定した。
岩盤の割れ目を模したスチール製パイプを用いて、各注入材の、水圧に対する抵抗を評価した。スチール製パイプは長さ50cm、孔径1,3,5mmの3種類を用いた。上記表2に示す各配合にて作製した注入材を、これら3種類のパイプ内に、一方の端部より注入して、室温にて28日間養生した。その後、地盤深さ約500mに相当する水圧5MPaを、各パイプの側面よりゲル断面に掛けて、水圧に対する抵抗を測定した。水圧下においてゲルが破壊され通水したものを×、水圧化において止水が保てるものを○とし、その結果を、下記の表5中に示す。
2 一次シリカ液貯留槽
3 水槽
4 硬化剤槽
5 二次シリカ液貯留槽
6 注入ポンプ
7 注入管
9 送液管
10 地盤
11 カラム
12 イオン交換樹脂
13 投入口
14 排液口
15 廃液タンク
16 固結領域
17 地下構造物
25 トンネル
26 車
28 注入システム
Claims (11)
- シリカ濃度が15〜40質量%であって、かつ、粒径が10〜80nmであるコロイダルシリカを、イオン交換処理して得られるシリカ溶液を有効成分とすることを特徴とする地盤注入材。
- 前記シリカ溶液が酸性〜中性領域である請求項1記載の地盤注入材。
- 塩、酸、セメント、スラグ、多価金属化合物、アルカリ金属塩、アルカリ、金属イオン封鎖剤、有機化合物、活性シリカおよび水ガラスよりなる群から選ばれる1種以上を含有する請求項1または2記載の地盤注入材。
- 地盤中に、請求項1〜3のうちいずれか一項記載の地盤注入材を注入する地盤注入工法において、
注入現場付近において前記コロイダルシリカ中のNaイオンをイオン交換処理する脱アルカリ処理部と、該脱アルカリ処理部を通して得られた前記シリカ溶液を貯蔵する貯蔵部とからなる注入装置を用いることを特徴とする地盤注入工法。 - 前記脱アルカリ処理部が脱着可能であり、該脱アルカリ処理部を、注入現場において使用後に回収し、運搬して、工場にて再生する請求項4記載の地盤注入工法。
- 前記地盤中の地下水が、カルシウムおよび/またはマグネシウムを含有する請求項4または5記載の地盤注入工法。
- 前記地盤注入材を、セメントまたはスラグを有効成分とする他の地盤注入材と併用して、前記地盤に注入する請求項4〜6のうちいずれか一項記載の地盤注入工法。
- 前記地盤注入材を、岩盤またはコンクリートの亀裂に浸透させて止水を行う請求項4〜7のうちいずれか一項記載の地盤注入工法。
- 前記地盤注入材を、前記地盤中に注入して、地盤改良または液状化防止を行う請求項4〜7のうちいずれか一項記載の地盤注入工法。
- 前記地盤注入材を、前記地下水の水位以下の地盤中に注入して止水層を形成し、廃棄物若しくは土壌汚染物の封じ込め、または、ガス、液体燃料若しくは廃棄物を貯蔵する空洞若しくはトンネルの構築を行う請求項4〜7のうちいずれか一項記載の地盤注入工法。
- 前記地盤注入材を、高水圧下の地盤中またはコンクリート構造物の周辺部に注入する請求項4〜7のうちいずれか一項記載の地盤注入工法。
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