JP2015025040A - 地盤注入用固結材の製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＳｉＯ₂濃度が高くても、部分ゲルの発生量を抑制して生産効率よく安全に地盤注入用固結材を製造できる地盤注入用固結材の製造方法および装置を提供する。
【解決手段】酸ＬＡに、珪酸ソーダＬＢとコロイダルシリカＬＣとを滴下し、平面視で円形の撹拌体９を有するとともに、撹拌体９の平面視で円形中心部に回転軸８が突設され、撹拌体９の上部および下部に形成された吸入口１０ａ、１０ｂと、上部に形成された吸入口１０ａと下部に形成された吸入口１０ｂとの間の上下位置で、吸入口１０ａ、１０ｂよりも撹拌体９の平面視で半径方向外側の位置に形成された吐出口１１ａ、１１ｂと、吸入口１０ａ、１０ｂと吐出口１１ａ、１１ｂとを連通する流路１２とを備えた撹拌機６を用いて、撹拌体９を回転させることにより、これらを撹拌混合して地盤注入用固結材を製造する。
【選択図】図５

Description

本発明は、地盤注入用固結材の製造方法および装置に関し、さらに詳しくは、ＳｉＯ₂濃度が高くても、部分ゲルの発生量を抑制して生産効率よく安全に地盤注入用固結材を製造できる地盤注入用固結材の製造方法および装置に関するものである。

軟弱地盤の液状化対策として用いられる地盤注入用固結材として、コロイダルシリカおよび珪酸ソーダを含有する溶液型の固結材が知られている（例えば、特許文献１参照）。従来、この溶液型の地盤注入用固結材のＳｉＯ₂濃度は１０質量％程度であり、この程度のＳｉＯ₂濃度であれば液状化対策として用いるには十分な強度であった。ところが、近年、既存の岸壁、護岸または構造物の耐震補強、構造物の周囲の地盤改良など、従来とは異なる用途に対する地盤注入用固結材の需要が高まりつつある。このような新たな用途では、地盤注入用固結材に対して、より高い強度が要求されている。地盤注入用固結材は、ＳｉＯ₂濃度を高くすることによって高い強度を得ることができる。

従来、この地盤注入用固結材は、例えば、混合槽の中で、所定量の希釈した硫酸やリン酸を、プロペラ型などの撹拌羽根を備えた撹拌機を用いて撹拌しながら、所定量のコロイダルシリカおよび珪酸ソーダを滴下して撹拌混合することにより製造されていた。この製造工程では、混合槽の中の硫酸やリン酸に、強アルカリの珪酸ソーダが滴下されるので、珪酸ソーダが滴下された周辺域ではｐＨの勾配が非常に大きくなる。そして、撹拌機による撹拌混合が進むことにより混合槽の中の混合液全体としてはｐＨ値が低い状態（酸性）になり、所望のゲル化時間に設定された地盤注入用固結材が製造される。

ところで、珪酸ソーダが滴下された周辺域は、アルカリ領域から酸性領域になる過程で中性領域を通過する。そして、中性領域では、図１１に例示するように、混合液のゲル化時間が非常に短くなるため、部分ゲル（白濁）が発生し易くなる。また、混合液のＳｉＯ₂濃度が高くなる程、ゲル化時間が短くなる。それ故、ＳｉＯ₂濃度を高くしつつ、部分ゲルの発生量を抑制して地盤注入用固結材を製造することは困難であった。地盤注入用固結材は、地盤中に浸透注入させるので、極力、部分ゲルが存在しない清澄な状態であることが要求される。

ここで、撹拌羽根を高速回転させて珪酸ソーダを混合液中に早く分散させることにより、部分ゲルの発生量を抑えることは可能である。しかし、プロペラ型などの従来の撹拌羽根を高速回転させると、周辺に混合液が飛散して作業環境が悪化するという問題が生じる。特に、強酸や強アルカリ溶液が周囲に飛散するのは危険である。また、撹拌羽根の回転数を上げるには限界があるため、珪酸ソーダを短時間に混合液中に十分に分散させることが困難であった。

特開２００１−３０４７号公報

本発明の目的は、ＳｉＯ₂濃度が高くても、部分ゲルの発生量を抑制して生産効率よく安全に地盤注入用固結材を製造できる地盤注入用固結材の製造方法および装置を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明の地盤注入用固結材の製造方法は、酸に、１種類以上のシリカ含有注入材を滴下して、撹拌体を回転させることにより、これらを撹拌混合して地盤注入用固結材を製造する地盤注入用固結材の製造方法において、前記撹拌混合を行なう際に、平面視で円形の撹拌体を有するとともに、この撹拌体の平面視で円形中心部に回転軸が突設され、前記撹拌体の上部および下部に形成された吸入口と、前記上部に形成された吸入口と前記下部に形成された吸入口との間の上下位置で、前記吸入口よりも前記撹拌体の平面視で半径方向外側の位置に形成された吐出口と、前記吸入口と前記吐出口とを連通する流路とを備えた撹拌機を用いることを特徴とする。

ここで、例えば、前記地盤注入用固結材のＳｉＯ₂濃度が１０質量％超である。前記シリカ含有注入材の少なくとも１種類を、平面視で前記撹拌体の周縁部近傍に滴下することもできる。前記シリカ含有注入材を、平面視で複数の異なる位置から滴下することもできる。前記シリカ含有注入材の少なくとも１種類の滴下速度を、滴下初期よりも滴下終期で遅くすることもできる。前記撹拌体の回転速度を、滴下初期よりも滴下終期で速くすることもできる。前記撹拌体を例えば、５００ｒｐｍ〜１２００ｒｐｍの範囲で回転させる。

本発明の地盤注入用固結材の製造装置は、酸を混合槽に供給する酸供給手段と、前記混合槽に１種類以上のシリカ含有注入材を滴下するシリカ滴下手段と、前記混合槽の内部に設置されて回転する撹拌体を有する撹拌機とを備えた地盤注入用固結材の製造装置において、前記撹拌機が平面視で円形の撹拌体を有し、この撹拌体の平面視で円形中心部に前記混合槽の上方に延びる回転軸が突設され、前記撹拌体の上部および下部に形成された吸入口と、前記上部に形成された吸入口と前記下部に形成された吸入口との間の上下位置で、前記吸入口よりも前記撹拌体の平面視で半径方向外側の位置に形成された吐出口と、前記吸入口と前記吐出口とを連通する流路とが設けられた構成であることを特徴とする。

ここで、例えば、前記酸供給手段により供給された酸と、前記シリカ滴下手段により滴下されたシリカ含有注入材とを撹拌混合することにより製造される地盤注入用固結材のＳｉＯ₂濃度が１０質量％超に設定された構成にする。前記シリカ含有注入材の少なくとも１種類の滴下位置が、平面視で前記撹拌体の周縁部近傍に設定された構成にすることもできる。前記シリカ含有注入材の滴下位置が、平面視で複数の異なる位置に設定された構成にすることもできる。前記シリカ含有注入材の少なくとも１種類の滴下速度が、滴下初期よりも滴下終期で遅くなる設定にされた構成にすることもできる。前記撹拌体の回転速度が、前記シリカ含有注入材の少なくとも１種類の滴下初期よりも滴下終期で速くなる設定にされた構成にすることもできる。前記撹拌体の回転速度が、５００ｒｐｍ〜１２００ｒｐｍの範囲に設定された構成にすることもできる。

本発明によれば、酸に、１種類以上のシリカ含有注入材を滴下して、これらを撹拌混合する際に、平面視で円形の撹拌体を有する撹拌機を用いるので、撹拌体を高速で回転させても、混合槽の中の混合液が周辺に飛散して作業環境が悪化する不具合を回避できる。そのため、安全に作業を行なうことができる。

また、前記撹拌体は、その上部および下部に形成された吸入口と、前記上部に形成された吸入口と前記下部に形成された吸入口との間の上下位置で、前記吸入口よりも前記撹拌体の平面視で半径方向外側の位置に形成された吐出口と、前記吸入口と前記吐出口とを連通する流路とを備えているので、混合槽の中で回転させることにより、混合液を吸入口から吸い込んで遠心力によって吐出口から吐出して撹拌混合する。これにより、滴下されたシリカ含有注入材は短時間で混合槽の中に広く分散されるので、部分ゲルの発生量を抑えることができる。それ故、ＳｉＯ₂濃度が高くても、部分ゲルの発生量を抑制して生産効率よく地盤注入用固結材を製造することが可能になる。

本発明の地盤注入用固結材の製造装置の全体概要図である。 珪酸ソーダおよびコロイダルシリカの滴下位置を平面視で例示する説明図である。 図１の撹拌体を例示する正面図である。 図３の撹拌体の上面図である。 混合液の撹拌混合状態を縦断面視で例示する説明図である。 珪酸ソーダを複数の異なる場所から滴下する場合の珪酸ソーダおよびコロイダルシリカの滴下位置を平面視で例示する説明図である。 撹拌体の変形例を示す正面図である。 図７の撹拌体の上面図である。 撹拌体の別の変形例を示す正面図である。 図９の撹拌体の上面図である。 ｐＨとゲル化時間の関係を例示するグラフ図である。

以下、本発明の地盤注入用固結材の製造方法および装置を実施形態に基づいて説明する。

図１〜図４に例示するように、本発明の地盤注入用固結材の製造装置１（以下、製造装置１という）は、混合槽２に酸ＬＡを供給する酸供給手段３と、混合槽２に珪酸ソーダＬＢを滴下する珪酸ソーダ滴下手段４と、混合槽２にコロイダルシリカＬＣを滴下するコロイダルシリカ滴下手段５と、撹拌機６とを備えている。この製造装置１は、トラック等の搬送手段により工事現場まで搬送され、その現場に設置される。本発明において地盤注入用固結材は、酸ＬＡと、１種類以上のシリカ含有注入材とを撹拌混合することにより製造される。この実施形態では、シリカ含有注入材として、珪酸ソーダ（水ガラス）ＬＢおよびコロイダルシリカＬＣの２種類が使用されている。しがって、珪酸ソーダ滴下手段４およびコロイダルシリカ滴下手段５は、シリカ含有注入材滴下手段となる。

酸ＬＡとしては、例えば硫酸またはリン酸の少なくともいずれかを用いることができる。その他に、塩酸、クエン酸等を用いることもできる。シリカ含有注入材としてはその他に、活性シリカ、セメント、スラグ、フライアッシュ、ヒュームドシリカ等を例示できる。地盤注入用固結材には、適宜、添加剤が添加されて撹拌混合される。添加剤としては、例えば、リン酸系化合物、クエン酸系化合物、水溶性アルミニウム化合物であり、これら添加剤の内から少なくとも１種類が添加される。

酸供給手段３は、タンク３ａと供給ライン３ｂとを備えていて、タンク３ａに収容された酸ＬＡが供給ライン３ｂを通じて所定量、混合槽２に供給される。酸ＬＡとしては、酸濃度が５０〜８０質量％の酸原液またはそれに水を加えて希釈した酸水溶液を使用できる。酸ＬＡの量は、地盤注入用固結材の所望のゲル化時間（即ち、ｐＨ値）に応じて設定される。

珪酸ソーダ滴下手段４は、タンク４ａと開閉弁４ｂとを備えていて、開閉弁４ｂを開弁することにより、タンク４ａに収容された珪酸ソーダＬＢが混合槽２に滴下される。開閉弁４ｂの開弁具合によって滴下速度がコントロールされる。この滴下速度は例えば、１５〜７０Ｌ／ｍｉｎ程度であり、一定速度、或いは可変にして珪酸ソーダＬＢが滴下される。珪酸ソーダＬＢとしては、市販品やそれに水を加えて希釈した希釈溶液を使用できる。珪酸ソーダＬＢのモル比（ＳｉＯ₂／Ｎａ₂Ｏ）は特に限定されないが、２．０〜５．２程度が好ましく、３．１〜３．８程度であれば汎用の珪酸ソーダが使用できるのでより好ましい。

コロイダルシリカ滴下手段５は、タンク５ａと開閉弁５ｂとを備えていて、開閉弁５ｂを開弁することにより、タンク５ａに収容されたコロイダルシリカＬＣが混合槽２に滴下される。開閉弁５ｂの開弁具合によって滴下速度がコントロールされる。この滴下速度は例えば、４０〜１２０Ｌ／ｍｉｎ程度であり、一定速度、或いは可変にしてコロイダルシリカＬＣが滴下される。コロイダルシリカＬＣは、コロイド状（粒径約１ｎｍ
〜１００ｎｍの粒子が水に分散している状態）であり単独では長期的にゲル化しない安定した物質である。コロイダルシリカＬＣとしては、市販品やそれに水を加えて希釈した希釈溶液を使用できる。

コロイダルシリカＬＣに含まれるシリカ（ＳｉＯ₂）の平均粒子径としては、３〜３０ｎｍ程度が好ましく、４〜１５ｎｍ程度がより好ましい。この平均粒子径は、窒素吸着によるＢＥＴ法により測定した値である。尚、ＢＥＴ法では測定困難な微粒子については動的光散乱法により測定することもできる。コロイダルシリカＬＣに含まれるシリカ濃度としては、２０〜５０質量％程度が好ましい。

撹拌機６は、混合槽２の内部に設置されて回転する撹拌体９を有している。この撹拌体９は平面視で円形状であり、この実施形態では撹拌体９が円柱状に形成されている。撹拌体９の直径は、例えば３０ｃｍ程度（２０ｃｍ〜４０ｃｍ）である。この撹拌体９の平面視で円形中心部に回転軸８が突設されている。側面視で回転軸８と撹拌体９とは直交して接続されていて、回転軸８は混合槽２の上方に延びている。

回転軸８は駆動モータ等の駆動源７によって回転駆動される。撹拌体９の回転数は例えば５００ｒｐｍ〜１２００ｒｐｍの範囲であり、この範囲で回転数を一定、或いは可変にして回転駆動される。撹拌体９および回転軸８は、混合液による耐食を考慮して、例えばステンレス鋼等で形成される。耐食性をより向上させるには、表面をフッ素樹脂コーティングするとよい。

撹拌体９の上部および下部にはそれぞれ、吸入口１０ａ、１０ｂが形成されている。上部に形成された吸入口１０ａと下部に形成された吸入口１０ｂとの間の上下位置に吐出口１１ａ、１１ｂが形成されている。この吐出口１１ａ、１１ｂは、吸入口１０ａ、１０ｂよりも撹拌体９の平面視で半径方向外側の位置に形成されている。この実施形態では、円柱状の撹拌体９の上面と下面にそれぞれ吸入口１０ａ、１０ｂが形成され、周面に吐出口１１ａ、１１ｂが形成されている。吐出口１１ａ、１１ｂのうち、相対的に上方位置にある吐出口１１ａと上部の吸入口１０ａとは、撹拌体９の内部に形成された流路１２により連通している。また、吐出口１１ａ、１１ｂのうち、相対的に下方位置にある吐出口１１ｂと下部の吸入口１０ｂとは、撹拌体９の内部に形成された流路１２により連通している。

この実施形態では、吸入口１０ａ、１０ｂが合計で４つ、吐出口１１ａ、１１ｂが合計で４つ形成されている。吸入口１０ａ、１０ｂ、吐出口１１ａ、１１ｂの数は適宜、設定することができるが、複数にすることが好ましく、例えば、４つ〜８つ程度に設定する。上部の吸入口１０ａと連通する吐出口１１ａと、下部の吸入口１０ｂと連通する吐出口１１ｂの数（即ち、上部の吸入口１０ａと下部の吸入口１０ｂの数）は同じにすることも、異ならすこともできる。前者の数を後者よりも多くすると、滴下させた珪酸ソーダＬＢ、コロイダルシリカＬＣを混合液中に早く広く分散させることが期待できる。

吸入口１０ａ、１０ｂは、平面視で撹拌体９の周方向に等間隔で配置することが好ましい。吐出口１１ａ、１１ｂも、平面視で撹拌体９の周方向に等間隔で配置することが好ましい。これにより、滴下させた珪酸ソーダＬＢ、コロイダルシリカＬＣを混合液中に早く広く分散させ易くなる。吸入口１０ａ、１０ｂ、吐出口１１ａ、１１ｂの内径は例えば、３８ｍｍ程度（３０ｍｍ〜４０ｍｍ）である。

撹拌体９の上部に形成された吸入口１０ａと下部に形成された吸入口１０ｂとは、平面視で撹拌体９の周方向にずれた位置に配置されている。吸入口１０ａと吸入口１０ｂとは、平面視で撹拌体９の周方向で一致した位置に配置することもできるが、周方向にずらして配置することが好ましく、できるだけ周方向に離れるように配置することが好ましい。これにより、滴下させた珪酸ソーダＬＢ、コロイダルシリカＬＣを混合液中に早く広く分散させ易くなる。

吐出口１１ａ、１１ｂの内、相対的に上方位置にある吐出口１１ａと下方位置にある吐出口１１ｂとは、平面視で撹拌体９の周方向にずれた位置に配置されている。吸入口１０ａと吸入口１０ｂとは、平面視で撹拌体９の周方向で一致した位置に配置することもできるが、周方向にずらして配置することが好ましく、できるだけ周方向に離れるように配置することが好ましい。これにより、滴下させた珪酸ソーダＬＢ、コロイダルシリカＬＣを混合液中に早く広く分散させ易くなる。

図２において二点鎖線で示すように、珪酸ソーダＬＢの滴下位置ＰＢ、コロイダルシリカＬＣの滴下位置ＰＣは、平面視で撹拌体９の周縁部近傍に設定されている。珪酸ソーダＬＢの滴下位置ＰＢとコロイダルシリカＬＣの滴下位置ＰＣとは、対向した位置に設定されているが、両者の位置は、滴下する珪酸ソーダＬＢとコロイダルシリカＬＣとが直接接触しない配置であればよい。

次に、この製造装置１を用いて地盤注入用固結材を製造する方法を説明する。

例えば、硫酸またはリン酸の少なくともいずれかの酸ＬＡを所定量、酸供給手段３ａにより混合槽２に供給する。この供給された酸ＬＡに上述した添加剤を所定量添加し、撹拌体９を回転させることにより撹拌混合して混合液を調製する。添加剤の含有量は酸ＬＡの量に対して変わるが、通常は酸ＬＡ１００質量部に対して２〜５０質量部程度添加する。

次いで、撹拌体９を回転させて混合槽２の内部の混合液を撹拌混合しながら、珪酸ソーダ滴下手段４により、所定量の珪酸ソーダＬＢを混合槽２の内部の混合液に滴下する。また、コロイダルシリカ滴下手段５により、所定量のコロイダルシリカＬＣを混合槽２の内部の混合液に滴下する。このようにして、混合槽２の内部で酸ＬＡ、珪酸ソーダＬＢおよびコロイダルシリカＬＣを撹拌混合して地盤注入用固結材を製造する。本発明では、例えば、ＳｉＯ₂濃度が１０質量％超の地盤注入用固結材を製造する。製造される地盤注入用固結材は例えばｐＨ値が３程度である。

珪酸ソーダＬＢとコロイダルシリカＬＣとは、例えば同時に滴下する。尚、同時に滴下するとは、珪酸ソーダＬＢの滴下工程とコロイダルシリカＬＣの滴下工程とが、時間的に一部または全部重複してもよいことを意味する。また、珪酸ソーダＬＢの滴下工程とコロイダルシリカＬＣの滴下工程とを時間的に重複させず、珪酸ソーダＬＢを先に滴下することも、或いは、後に滴下することもできる。即ち、本発明では、珪酸ソーダＬＢとコロイダルシリカＬＣとを順不同に滴下することができる。珪酸ソーダＬＢの滴下工程では、撹拌体９の回転数を例えば５００ｒｐｍ〜１２００ｒｐｍの範囲で回転させる。

図５に例示するように、撹拌体９の回転によって、それぞれの吸入口１０ａ、１０ｂ、吐出口１１ａ、１１ｂには遠心力が作用する。ここで、吐出口１１ａ、１１ｂはそれぞれ、連通する吸入口１０ａ、１０ｂよりも回転軸８から遠い位置にあるため、吐出口１１ａ、１１ｂにおいては、吸入口１０ａ、１０ｂにおいてよりも大きな遠心力が作用する。そのため、流路１２に存在する混合液は、吸入口１０ａ、１０ｂから吐出口１１ａ、１１ｂに向かうように流動する。即ち、上部の吸入口１０ａおよび下部の吸入口１０ｂから吸入された混合液は、流路１２を通じて吐出口１１ａ、１１ｂから吐出されることになる。吐出口１１ａから吐出された混合液は、主に上部の吸入口１０ａから吸入されるように混合槽２の中を循環する。吐出口１１ｂから吐出された混合液は、主に下部の吸入口１０ｂから吸入されるように混合槽２の中を循環する。このようにして、この撹拌体９は混合槽２の内部の混合液を遠心力によって撹拌混合する。

従来の撹拌機では、プロペラ型やディスパージョン型の撹拌羽根を回転させて混合液に衝突させることにより撹拌混合するので、高速回転させると混合液が周辺に飛散して作業環境が悪化することが懸念される。特に、強酸や強アルカリ溶液が周囲に飛散するのは危険である。したがって、撹拌羽根の回転数を大幅に増大させることも難しくなる。

一方、本発明では、平面視で円形の撹拌体９を用いるので、混合槽２の内部の混合液を過度にかき乱すことはない。また、遠心力を利用して混合液を撹拌混合するので、撹拌体９を高速回転させても混合液が周囲に飛散し難くなる。それ故、安全に作業を行なうことができる。

また、混合液は上述したように撹拌体９によって撹拌混合されるので、滴下された珪酸ソーダＬＢやコロイダルシリカＬＣを混合槽２の内部で停滞させることなく、短時間で混合液中に広く分散させることができる。ここで、珪酸ソーダＬＢやコロイダルシリカＬＣを滴下する前の混合槽２の内部の混合液は強酸性であり、滴下された珪酸ソーダＬＢやコロイダルシリカＬＣの周辺域は一時的にアルカリ性になる。しかし、撹拌体９による撹拌混合により、珪酸ソーダＬＢやコロイダルシリカＬＣが混合液中に即座に分散されるので、珪酸ソーダＬＢやコロイダルシリカＬＣが滴下された周辺域は、アルカリから急速に酸性になり、中性領域を通過する時間が短くなるので部分ゲルの発生量を抑えるには有利になる。それ故、ＳｉＯ₂濃度が高くても、部分ゲルの発生量を抑制して生産効率よく地盤注入用固結材を製造することが可能になる。

このようにして本発明では、従来方法に比して部分ゲルの発生量を抑制できるので、ＳｉＯ₂濃度が１０質量％超であっても生産効率よく地盤注入用固結材を製造することができる。例えば、部分ゲルの発生を抑えつつ、ＳｉＯ₂濃度が１３〜１５質量％程度の地盤注入用固結材を製造することも可能になる。

本発明は、従来よりもＳｉＯ₂濃度が高い地盤注入用固結材を製造することができるので、その固結強度は従来よりも高くなる。例えば、一軸圧縮強度（２８日強度：ｑｕ）が３００ｋＰａ以上の地盤注入用固結材を製造することができる。具体的には、一軸圧縮強度（２８日強度：ｑｕ）が４００〜８００ｋＰａ程度の地盤注入用固結材を製造することができる。したがって、既存の岸壁、護岸または構造物の耐震補強、構造物の周囲の地盤改良などの新たな用途に対して十分に実用に耐え得る固結強度を有する地盤注入用固結材を製造することができる。

珪酸ソーダＬＢの滴下位置ＰＢは図２に例示したように、平面視で撹拌体９の周縁部近傍に滴下するとよい。これにより、滴下した珪酸ソーダＬＢを停滞させることなく、混合液中に短時間で広く分散させ易くなる。コロイダルシリカＬＣの滴下位置ＰＣも同様に平面視で撹拌体９の周縁部近傍に滴下するとよい。このようにシリカ含有注入材の少なくとも１種類を、平面視で撹拌体９の周縁部近傍に滴下することが好ましい。

また、滴下した珪酸ソーダＬＢを混合液中に短時間で広く分散させるには、珪酸ソーダＬＢを平面視で複数（例えば２〜４箇所）の異なる位置から滴下するとよい。この場合、図６に例示するように、それぞれの珪酸ソーダＬＢの滴下位置ＰＢを互いに最も離れた位置にすることにより、一段と迅速に混合液中に分散させ易くなる。コロイダルシリカＬＣについても同様に、平面視で複数（例えば２〜４箇所）の異なる位置から滴下するとよい。

珪酸ソーダＬＢやコロイダルシリカＬＣを滴下する前の混合槽２の内部の混合液は強酸性であるが、珪酸ソーダＬＢやコロイダルシリカＬＣを滴下するに連れて、混合液全体としては当初よりもｐＨ値が若干大きくなる。即ち、珪酸ソーダＬＢやコロイダルシリカＬＣの滴下初期よりも滴下終期において、混合液中の滴下した珪酸ソーダＬＢやコロイダルシリカＬＣの周辺域は、ｐＨの勾配が若干緩やかになるため、アルカリ領域から酸性領域になる過程で中性領域を通過する時間が当初よりも若干長くなる。即ち、珪酸ソーダＬＢやコロイダルシリカＬＣの滴下初期よりも滴下終期において部分ゲルが発生し易くなる。そこで、珪酸ソーダＬＢの滴下速度を、滴下初期よりも滴下終期で遅くすることにより、滴下終期において滴下した珪酸ソーダＬＢを混合液中に停滞し難くしてより早く分散させる。これにより、部分ゲルの発生量を抑制するには有利になる。コロイダルシリカＬＣについても同様に、滴下速度を滴下初期よりも滴下終期で遅くすることにより、滴下終期において滴下したコロイダルシリカＬＣ混合液中に停滞し難くしてより早く分散させるとよい。このようにシリカ含有注入材の少なくとも１種類の滴下速度を滴下初期よりも滴下終期で遅くすることもできる。

或いは、撹拌体９の回転速度を、珪酸ソーダＬＢの滴下初期よりも滴下終期で速くすることによっても部分ゲルの発生量を抑制するには有利になる。即ち、撹拌体９の回転速度を、滴下初期よりも滴下終期で速くすることにより、滴下終期において滴下した珪酸ソーダＬＢが混合液中に停滞し難くしてより早く分散させる。或いは、珪酸ソーダＬＢの滴下速度を滴下初期よりも滴下終期で遅くするとともに、撹拌体９の回転速度を珪酸ソーダＬＢの滴下初期よりも滴下終期で速くすることにより、部分ゲルの発生量を一段と抑制することもできる。同様に、撹拌体９の回転速度を、コロイダルシリカＬＣの滴下初期よりも滴下終期で速くすることもできる。

撹拌体９の回転数は、例えば５００ｒｐｍ〜１２００ｒｐｍの範囲で回転させる。５００ｒｐｍ未満であると滴下した珪酸ソーダＬＢを混合液中に短時間で広く分散させ難くなる。一方、回転数を１２００ｒｐｍ超にするには高出力の駆動源７が必要になる等、撹拌機６が特別な仕様になる。さらに好ましくは、撹拌体９の回転数を６００ｒｐｍ〜８００ｒｐｍの範囲に設定する。撹拌体９の回転数は一定にしてもよいが、回転数を可変にすることもできる。例えば、上述したように珪酸ソーダＬＢやコロイダルシリカＬＣの滴下初期と滴下終期とで撹拌体９の回転数を変化させることもできる。

図７、８に例示するように、吐出口１１ａ、１１ｂを同じ高さレベルにした撹拌体９を用いることもできる。吐出口１１ａ、１１ｂ以外は、図３、４に例示した撹拌体９と同じ仕様である。この撹拌体９では、上部の吸入口１０ａから吸い込まれた混合液と、下部の吸入口１０ｂから吸い込まれた混合液とが、撹拌体９の同じ高さレベルに形成された吐出口１１ａ、１１ｂから吐出される。この撹拌体９によれば、撹拌体９の上下寸法を小さくすることが可能になる。

図９、１０に例示するように、撹拌体９を上側の撹拌分割体９ａと下側の撹拌分割体９ｂとに分割して、それぞれを上下に連結した構成にすることもできる。この撹拌体９では、円盤状の上側の撹拌分割体９ａと下側の撹拌分割体９ｂとが回転軸８を介して上下間隔をあけて連結されている。上側の撹拌分割体９ａは、その上部に吸入口１０ａを有し、側部に吐出口１１ａを有し、吸入口１０ａと吐出口１１ａとは流路１２により連通している。下側の撹拌分割体９ｂは、その下部に吸入口１０ｂを有し、側部に吐出口１１ｂを有し、吸入口１０ｂと吐出口１１ｂとは流路１２により連通している。

この撹拌体９では、撹拌分割体９ａ、９ｂの上下間隔を適宜調整することができる。そのため、混合液（珪酸ソーダＬＢやコロイダルシリカＬＣ）を効率的に撹拌混合できる最適な吸入口１０ａ、１０ｂの位置、最適な吐出口１１ａ、１１ｂの位置に設定することが容易になる。

この撹拌体９では、上側の撹拌分割体９ａが下側の撹拌分割体９ｂよりも外径が大きくなっているが、両者を同じ外径にすることもできる。滴下される珪酸ソーダＬＢやコロイダルシリカＬＣをできるだけ早く広く混合液中に分散させるには、下側の撹拌分割体９ｂに比して上側の撹拌分割体９ａの外径を大きくして、混合液の上方部分をより大きな遠心力によって撹拌混合することが望ましい。

既述した実施形態では、溶液型の地盤注入用固結材を例にして説明したが、本発明はこれに限らず、上述したシリカ含有注入材を１種類単独で、或いは複数種類を組み合わせて用いることができる。

撹拌体のみを異ならせて、表１に記載のＡ液、Ｂ液、Ｃ液を撹拌混合することにより、地盤注入用固結材を製造した（実施例１、比較例１）。実施例１では図９、１０に例示した構造の撹拌体を用い、比較例１では一般的な３枚の撹拌羽根を備えたプロペラ型を用いた。実施例１の撹拌体の外径は約６．４ｃｍ、比較例１の撹拌体の外径は約６．８ｃｍであった。撹拌体の回転数は６００ｒｐｍとし、１７×１７×１７ｃｍの混合槽にＣ液を収容して撹拌しながら、Ｃ液に対してＡ液とＢ液を同時に滴下して撹拌混合することにより、ＳｉＯ₂濃度１４質量％、ｐＨ値が約２の地盤注入用固結材を３．５Ｌ製造した。Ａ液の滴下時間は０．５分、その滴下位置は平面視で撹拌体の周縁部近傍（１箇所）に設定した。Ｂ液の滴下時間は５分、その滴下位置は平面視で撹拌体の周縁部近傍（１箇所）であって、Ａ液の滴下位置と対向する位置に設定した。表２には、それぞれの条件下で製造した地盤注入用固結材を目視観察した結果、撹拌混合の際の混合液の飛散具合および地盤注入用固結材を４５μｍのメッシュにより濾過して得られたゲルの発生量（地盤注入用固結材１００ｇ中）を示した。

表２の結果から実施例１は比較例１に比して、混合液の飛散を防止しつつ、部分ゲルの発生量を大幅に抑制してＳｉＯ₂濃度１４質量％の地盤注入用固結材を製造できることが分かる。

[Ｂ液の滴下位置による効果]
実施例１の撹拌体を用いてＢ液の滴下位置のみを異ならせ（平面視で撹拌体の周縁部近傍と、周縁部よりも平面視で約３ｃｍ外周側の位置の２箇所）、他は上述した条件と同じに設定にして地盤注入用固結材を製造した。それぞれの条件下で製造した地盤注入用固結材を４５μｍのメッシュにより濾過して得られたゲルの発生量（地盤注入用固結材１００ｇ中）を確認した結果、周縁部近傍を滴下位置にした場合は、周縁部よりも外周側の位置を滴下位置にした場合に比して、ゲルの発生量を１／３程度にできることが分かった。

[撹拌体の回転数による効果]
実施例１の撹拌体を用いて回転数のみを異ならせ（２００ｒｐｍ〜８００ｒｐｍの範囲で一定回転数とした）、他は上述した条件と同じに設定にして地盤注入用固結材を製造した。それぞれの条件下で製造した地盤注入用固結材を４５μｍのメッシュにより濾過して得られたゲルの発生量（地盤注入用固結材１００ｇ中）を確認した結果、６００ｒｐｍ程度までは回転数を増大させるに連れてゲルの発生量が減少した。撹拌体の回転数が５００ｒｐｍ以上の場合はゲルの発生量を十分に抑えることができ、６００ｒｐｍ以上になるとゲルの発生量はあまり変わらないことが分かった。

[Ｂ液の滴下位置の数による効果]
実施例１の撹拌体を用いてＢ液の滴下位置の数のみを異ならせ（１箇所〜４箇所）、他は上述した条件と同じに設定にして地盤注入用固結材を製造した。Ｂ液の滴下位置が２箇所の場合は平面視で撹拌体の周縁部近傍の対向する位置、３箇所の場合は、１箇所を挟んで平面視で撹拌体の周縁部近傍の周方向に左右それぞれに９０°離した位置、４箇所の場合は平面視で撹拌体の周縁部近傍の周方向にそれぞれ９０°離した位置に配置した。

それぞれの条件下で製造した地盤注入用固結材を４５μｍのメッシュにより濾過して得られたゲルの発生量（地盤注入用固結材１００ｇ中）を確認した結果、滴下位置の数が１箇所の場合と４箇所の場合はゲルの発生量が同等であり、２箇所の場合は１箇所の場合の１／３程度、３箇所の場合は１箇所の場合の１／２程度に抑制できることが分かった。

次に、撹拌体のみを異ならせて、表３に記載のＢ液、Ｃ液を撹拌混合することにより、地盤注入用固結材を製造した（実施例２、比較例２）。実施例２では上記実施例１と同じ撹拌体を用い、比較例２では上記比較例１と同じ撹拌体を用いた。撹拌体の回転数は６００ｒｐｍとし、１７×１７×１７ｃｍの混合槽にＣ液を収容して撹拌しながら、Ｃ液に対してＢ液を滴下して撹拌混合することにより、ＳｉＯ₂濃度１３質量％、ｐＨ値が約２の地盤注入用固結材を製造した。Ｂ液の滴下時間は５分、その滴下位置は平面視で撹拌体の周縁部近傍（１箇所）に設定した。表４には、それぞれの条件下で製造した地盤注入用固結材を目視観察した結果、撹拌混合の際の混合液の飛散具合および地盤注入用固結材を４５μｍのメッシュにより濾過して得られたゲルの発生量（地盤注入用固結材１００ｇ中）を示した。

表４の結果から実施例２は比較例２に比して、混合液の飛散を防止しつつ、部分ゲルの発生量を大幅に抑制してＳｉＯ₂濃度１３質量％の地盤注入用固結材を製造できることが分かる。

１ 製造装置
２ 混合槽
３ 酸供給手段
３ａ タンク
３ｂ 供給ライン
４ 珪酸ソーダ滴下手段（シリカ滴下手段）
４ａ タンク
４ｂ 開閉弁
５ コロイダルシリカ滴下手段（シリカ滴下手段）
５ａ タンク
５ｂ 開閉弁
６ 撹拌機
７ 駆動源
８ 回転軸
９ 撹拌体
９ａ、９ｂ 撹拌分割体
１０ａ、１０ｂ 吸入口
１１ａ、１１ｂ 吐出口
１２ 流路
ＬＡ 酸
ＬＢ 珪酸ソーダ（シリカ含有注入材）
ＬＣ コロイダルシリカ（シリカ含有注入材）

Claims (14)

1. 酸に、１種類以上のシリカ含有注入材を滴下して、撹拌体を回転させることにより、これらを撹拌混合して地盤注入用固結材を製造する地盤注入用固結材の製造方法において、
   前記撹拌混合を行なう際に、平面視で円形の撹拌体を有するとともに、この撹拌体の平面視で円形中心部に回転軸が突設され、前記撹拌体の上部および下部に形成された吸入口と、前記上部に形成された吸入口と前記下部に形成された吸入口との間の上下位置で、前記吸入口よりも前記撹拌体の平面視で半径方向外側の位置に形成された吐出口と、前記吸入口と前記吐出口とを連通する流路とを備えた撹拌機を用いることを特徴とする地盤注入用固結材の製造方法。
2. 前記地盤注入用固結材のＳｉＯ₂濃度が１０質量％超である請求項１に記載の地盤注入用固結材の製造方法。
3. 前記シリカ含有注入材の少なくとも１種類を、平面視で前記撹拌体の周縁部近傍に滴下する請求項１または２に記載の地盤注入用固結材の製造方法。
4. 前記シリカ含有注入材を、平面視で複数の異なる位置から滴下する請求項１〜３のいずれかに記載の地盤注入用固結材の製造方法。
5. 前記シリカ含有注入材の少なくとも１種類の滴下速度を、滴下初期よりも滴下終期で遅くする請求項１〜４のいずれかに記載の地盤注入用固結材の製造方法。
6. 前記撹拌体の回転速度を、前記シリカ含有注入材の少なくとも１種類の滴下初期よりも滴下終期で速くする請求項１〜５のいずれかに記載の地盤注入用固結材の製造方法。
7. 前記撹拌体を５００ｒｐｍ〜１２００ｒｐｍの範囲で回転させる請求項１〜６のいずれかに記載の地盤注入用固結材の製造方法。
8. 酸を混合槽に供給する酸供給手段と、前記混合槽に１種類以上のシリカ含有注入材を滴下するシリカ滴下手段と、前記混合槽の内部に設置されて回転する撹拌体を有する撹拌機とを備えた地盤注入用固結材の製造装置において、
   前記撹拌機が平面視で円形の撹拌体を有し、この撹拌体の平面視で円形中心部に前記混合槽の上方に延びる回転軸が突設され、前記撹拌体の上部および下部に形成された吸入口と、前記上部に形成された吸入口と前記下部に形成された吸入口との間の上下位置で、前記吸入口よりも前記撹拌体の平面視で半径方向外側の位置に形成された吐出口と、前記吸入口と前記吐出口とを連通する流路とが設けられた構成であることを特徴とする地盤注入用固結材の製造装置。
9. 前記酸供給手段により供給された酸と、前記シリカ滴下手段により滴下されたシリカ含有注入材とを撹拌混合することにより製造される地盤注入用固結材のＳｉＯ₂濃度が１０質量％超に設定された請求項８に記載の地盤注入用固結材の製造装置。
10. 前記シリカ含有注入材の少なくとも１種類の滴下位置が、平面視で前記撹拌体の周縁部近傍に設定された請求項８または９に記載の地盤注入用固結材の製造装置。
11. 前記シリカ含有注入材の滴下位置が、平面視で複数の異なる位置に設定された請求項８〜１０のいずれかに記載の地盤注入用固結材の製造装置。
12. 前記シリカ含有注入材の少なくとも１種類の滴下速度が、滴下初期よりも滴下終期で遅くなる設定にされた請求項８〜１１のいずれかに記載の地盤注入用固結材の製造装置。
13. 前記撹拌体の回転速度が、前記シリカ含有注入材の少なくとも１種類の滴下初期よりも滴下終期で速くなる設定にされた請求項８〜１２のいずれかに記載の地盤注入用固結材の製造装置。
14. 前記撹拌体の回転速度が、５００ｒｐｍ〜１２００ｒｐｍの範囲に設定された請求項８〜１３のいずれかに記載の地盤注入用固結材の製造装置。

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