JP2023071717A

JP2023071717A - 硬化材、硬化材液、土質安定用薬液、該薬液の製造方法、及び地盤安定化工法

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Publication number: JP2023071717A
Application number: JP2023020063A
Authority: JP
Inventors: 昌明瀬谷; Masaaki Seya; 健司澤田; Kenji Sawada
Original assignee: Mitsubishi Chemical Infratec Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Infratec Co Ltd
Priority date: 2019-09-06
Filing date: 2023-02-13
Publication date: 2023-05-23
Anticipated expiration: 2039-09-06
Also published as: JP2021042088A; JP7238706B2; JP7444306B2

Abstract

【課題】ゲルタイムが短く瞬結性に優れた、硬化材、硬化材液、土質安定用薬液、該薬液の製造方法、及び地盤安定化工法を提供する。【解決手段】石灰及び水を含む主材液を硬化させるために該主材液に混合して用いる硬化材であって、乾燥水酸化アルミニウムゲル及びアルカリ金属炭酸塩、あるいは、非晶質水酸化アルミニウム及びアルカリ金属炭酸塩と、アルカリ金属水酸化物及び／またはアルカリ金属珪酸塩とを含む硬化材。この硬化材を含む硬化材液。石灰及び水を含む主材液とこの硬化材とを地盤内で混合する地盤安定化工法。【選択図】なし

Description

本発明は、硬化材、硬化材液、土質安定用薬液、該薬液の製造方法、及び地盤安定化工法に関する。

地盤に注入して地盤を補強するために使用する土質安定用薬液としては、セメントを水に懸濁させたセメント懸濁液が用いられるが、セメント懸濁液は凝結速度が遅く、凝結するまでに数時間を要する。凝結速度が遅いとセメント懸濁液中のセメントが沈降してしまい、全容を硬化させることができなくなる。
また、地下水が流動しているような地盤内や護岸堤防と地盤との空隙部などのように、注入したセメント懸濁液が流水に接触する場合、凝結速度が遅いと、該セメント懸濁液は、流水と混合してセメントの濃度が低下してしまうため、セメントは充分に硬化しなくなる。
したがって、セメント懸濁液を土質安定用薬液として用いる場合、セメント懸濁液は、地盤に注入する前には流動性が確保され、注入後１０秒程度でゲル化し、かつ、早期に強度を発現することが求められる。

そこで最近では、セメント懸濁液の硬化速度を向上させる硬化材液が用いられるようになっている。
例えば、特許文献１には、消石灰又は生石灰をＡ液とし、非晶質水酸化アルミニウム、具体的にはアルミスラッジ乾燥粉（アルマイト処理で発生したアルミスラッジを乾燥し、水酸化アルミニウムを非晶質に保ったもの）、をＢ液として混合し、かつ、Ａ液又はＢ液に無水セッコウを混合し、さらに、上記Ｂ液にはアルカリ金属炭酸塩の促進剤を混合し、Ａ液とＢ液とを混合してなる２ショットタイプの注入材が開示され、この注入材によれば、Ａ液とＢ液を混合終了後、ゲル化するまでの時間（ゲルタイム）を１０秒程度とすることが可能であるとされている。

特開２０１０－５３０２３号公報

しかしながら、地下水が流動しているような地盤の場合等においては、ゲルタイムのさらなる短縮という課題があった。また、非晶質水酸化アルミニウムを使用する場合、低温時にゲルタイムが長くなるという問題があった。

そこで本発明は、瞬結性に優れ、ゲルタイムをさらに短くすることができる硬化材、硬化材液、土質安定用薬液、該薬液の製造方法、及び地盤安定化工法を提供することを目的とする。
本発明はまた、低温時でもゲルタイムを短くすることができる硬化材、硬化材液、土質安定用薬液、該薬液の製造方法、及び地盤安定化工法を提供することを目的とする。

本発明は、以下の［１］～［６］の態様を包含する。
［１］石灰及び水を含む主材液を硬化させるために該主材液に混合して用いる硬化材であって、乾燥水酸化アルミニウムゲル及びアルカリ金属炭酸塩を含むことを特徴とする硬化材。
［２］石灰及び水を含む主材液を硬化させるために該主材液に混合して用いる硬化材であって、非晶質水酸化アルミニウム及びアルカリ金属炭酸塩と、アルカリ金属水酸化物、及び／またはアルカリ金属珪酸塩とを含むことを特徴とする硬化材。
［３］［１］または［２］に記載の硬化材と水を含むことを特徴とする硬化材液。
［４］［１］または［２］に記載の硬化材と、石灰と水を含むことを特徴とする土質安定用薬液。
［５］石灰及び水を含む主材液と、［３］に記載の硬化材液とを混合することを特徴とする土質安定用薬液の製造方法。
［６］石灰及び水を含む主材液と、［３］に記載の硬化材液とを地盤内で混合することを特徴とする地盤安定化工法。

本発明によれば、瞬結性に優れ、ゲルタイムを更に短くすることができる、硬化材、硬化材液、土質安定用薬液、該薬液の製造方法、及び地盤安定化工法を提供することができる。また、低温時でもゲルタイムを短くすることができる、硬化材、硬化材液、土質安定用薬液、該薬液の製造方法、及び地盤安定化工法を提供することができる。

以下、本発明を詳細に説明する。
本明細書において「固結体」とは、本発明の土質安定用薬液が地盤内で凝結したものをいう。

［硬化材］
本発明の硬化材は、石灰及び水を含む主材液を硬化させるために該主材液に混合して用いるものである。本発明の硬化材は、乾燥水酸化アルミニウムゲル及びアルカリ金属炭酸塩を含む。あるいは、本発明の硬化材は、非晶質水酸化アルミニウム及びアルカリ金属炭酸塩と、アルカリ金属水酸化物及び／またはアルカリ金属珪酸塩とを含む。
また、本発明の硬化材は、上記以外のその他の添加剤を含んでいてもよい。
以下、本発明の硬化材が含む各成分について説明する。

（乾燥水酸化アルミニウムゲル）
本発明において乾燥水酸化アルミニウムゲルとは、Ａｌ（ＯＨ）_３・ｍＨ_２Ｏの化学組成を持つ化合物であり、非晶質の水酸化アルミニウムである。乾燥水酸化アルミニウムゲルとしては、例えば日本薬局方の医療用制酸剤・潰瘍治癒剤等に用いられるものが挙げられるが、工業用として、吸着剤等に用いられる乾燥水酸化アルミニウムゲルが好ましい。乾燥水酸化アルミニウムゲルの酸化アルミニウム含有量は４５％以上が好ましく、５０％以上がより好ましい。
また、乾燥水酸化アルミニウムゲルの粒子径は、レーザー回折散乱法によるメジアン径で４０～１２０μｍが好ましく、６０～１００μｍが更に好ましい。メジアン径が上記下限値以上であれば、粒子が舞い難く、取扱い性が良くなる。一方、上記上限値以下であれば、反応性が高くなり瞬結の発現性が優れる。

（非晶質水酸化アルミニウム）
非晶質水酸化アルミニウムは、非晶質の水酸化アルミニウムをすべて含む。非晶質水酸化アルミニウムの例としては、前記乾燥水酸化アルミニウムゲルがあり、アルマイト処理で発生するアルミスラッジ等が挙げられる。
なお、乾燥水酸化アルミニウムゲルは非晶質水酸化アルミニウムに包含されるものであるが、乾燥水酸化アルミニウムゲルとは非晶質水酸化アルミニウムの中でもより反応性の良い状態で非晶質化したものであり、特許文献１で用いられているアルミスラッジ等とは区別される。

（アルカリ金属炭酸塩）
アルカリ金属炭酸塩は、ゲル化能力を有する石灰と乾燥水酸化アルミニウムゲルまたは非晶質水酸化アルミニウムとの組み合わせにおいて、瞬結性を付加する成分である。アルカリ金属炭酸塩は、主材液に配合すると該主材液を不安定にするが、硬化材液に配合しても該硬化材液を不安定にすることはない。

アルカリ金属炭酸塩としては、例えば、Ｌｉ_２ＣＯ_３、Ｎａ_２ＣＯ_３、Ｋ_２ＣＯ_３などのアルカリ金属の炭酸塩が挙げられる。アルカリ金属炭酸塩は一種のみが含まれていてもよく、二種以上が組み合わされて含まれていてもよい。

（アルカリ金属水酸化物）
アルカリ金属水酸化物としては、例えば、ＬｉＯＨ、ＮａＯＨ、ＫＯＨなどが挙げられる。アルカリ金属水酸化物は、一種のみが含まれていてもよく、二種以上が組み合わされて含まれていてもよい。

（アルカリ金属珪酸塩）
アルカリ金属珪酸塩としては、例えば、珪酸リチウム、珪酸ナトリウム、珪酸カリウムなどが挙げられる。アルカリ金属珪酸塩は、一種のみが含まれていてもよく、二種以上が組み合わされて含まれていてもよい。

アルカリ金属珪酸塩としては、アルカリ金属オルト珪酸塩、アルカリ金属セスキ珪酸塩、アルカリ金属メタ珪酸塩、アルカリ金属１号珪酸塩、アルカリ金属２号珪酸塩、アルカリ金属３号珪酸塩、アルカリ金属４号珪酸塩の水溶液、粒状品、粉末品が挙げられる。中でも瞬結性を付加する能力を高める効果が高い点から、アルカリ度の高いアルカリ金属オルト珪酸塩が好ましく、オルト珪酸ナトリウムが更に好ましい。

（添加剤）
本発明の硬化材は、非晶質水酸化アルミニウム（乾燥水酸化アルミニウムゲルを含む）、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属珪酸塩以外に、減水剤、消泡剤、増粘剤などの各種の添加剤を含んでいてもよい。

減水剤としては、リグニンスルホン酸塩又はその誘導体系、ポリカルボン酸系、アミノスルホン酸系、オキシ有機酸塩系、アルキルアリルスルホン酸塩系、ポリオキシエチレンアルキルエーテル系、ポリオール複合体系、高級多価アルコールスルホン酸塩系、メラミンホルマリン縮合物系（スルホン酸塩、（変性）メチロール）、ナフタリンスルホン酸塩ホルマリン縮合物系などを主成分とする各種の減水剤、分散剤、高性能減水剤、流動化剤が挙げられる。

消泡剤としては、高級アルコール系、アルキルフェノール系、ジエチレングリコール系、ジブチルフタレート系、非水溶性アルコール系、トリブチルホスフェート系、ポリグリコール系、シリコーン系、酸化エチレン－酸化プロピレン共重合物系などの消泡剤が挙げられる。

増粘剤としては、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシブチルメチルセルロース、ヒドロキシエチルエチルセルロース、カルボキシメチルセルロースなどのセルロースエーテル系；ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸ソーダ、ポリアクリルアミド－ポリアクリル酸ソーダ共重合物、ポリアクリルアミド部分加水分解物などのアクリル系ポリマー；ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキサイド、アルギン酸ソーダ、カゼイン、グアガムなどの水溶性ポリマーなど各種の増粘剤が挙げられる。

また、本発明の硬化材には、該硬化材の安定性を向上させるため、また、ゲルタイムを調整するために、グルコン酸、クエン酸などの有機カルボン酸及びその塩などの各種の凝結遅延剤を添加することもできる。

（硬化材の製造方法）
本発明の硬化材は、原料となるそれぞれの材料を単体で現場にて水に投入したものでも良く、事前に粉の状態で混合したものでも良いが、非晶質水酸化アルミニウム（乾燥水酸化アルミニウムゲルを含む）とアルカリ炭酸塩は事前に粉の状態で混合して用いた方が良い。これらをブレンドすることにより、アルカリ金属炭酸塩が固結することを防止することができる。アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属珪酸塩は、事前に混合しても良いが、現場環境に応じて適宜添加するべく、分けた形での配合でも良い。

粉体の混合は、一般に用いられる混合器により、各成分を所望の配合量で混合して行うことができる。用いる混合器は、工場又は施工現場に固定されているものでもよく、ミキサートラックに搭載されているものでもよい。
各成分は充分に混合されていることが好ましい。各成分が充分に混合されていることにより、均質な硬化材液を素早く製造することができる。

なお、本発明の硬化材に含まれる非晶質水酸化アルミニウム（乾燥水酸化アルミニウムゲルを含む）、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属水酸化物及び／またはアルカリ金属珪酸塩の含有量は、後述の本発明の硬化材液の各成分の好適配合を満たすような割合であればよい。

［主材液］
本発明に係る主材液は、石灰及び水を含む。該主材液は、石灰及び水以外に、その他の添加剤を含んでいてもよい。
例えば、水硬性セメントや石膏、硫酸ナトリウム、硫酸カリウムは、初期及び最終的な固結体の強度を向上させるという観点から、主材液に含有させることが好ましい。

以下、主材液が含む各成分について説明する。なお、その他の添加剤の詳細については、上述の本発明の硬化材におけるその他の添加剤と同様である。

（石灰）
石灰は、水中で水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）_２）の形をとるものであり、例えば、消石灰（Ｃａ（ＯＨ）_２）や生石灰（ＣａＯ）が挙げられる。中でも、取扱いが容易な消石灰が好ましい。

石灰のブレーン値は６０００～２００００ｃｍ^２／ｇが好ましく、８０００～１５０００ｃｍ^２／ｇがより好ましい。石灰のブレーン値が上記下限値以上であれば、瞬結性により優れる。一方、上記上限値以下であれば、主材液の粘性が低下するとともに、水と混合した時に凝集が起こりにくくなる。
石灰は、一種のみが含まれていてもよく、二種以上が組み合わされて含まれていてもよい。

本発明に係る主材液中の石灰の含有量は、主材液２００Ｌ（全薬液４００Ｌ）あたり、１０～５０ｋｇが好ましく、２０～４０ｋｇがより好ましい。石灰の含有量が上記下限値以上であれば、瞬結性により優れる。上記上限値以下であれば、主材液の粘度が抑えられるため、ポンプによる圧送が容易となり、主材液又は後述する土質安定用薬液が地盤に浸透しやすくなる。また、上記上限値以下であれば、主材液中の成分量に対する固結体の体積をより大きくすることができる。

（水硬性セメント）
本発明に係る主材液において、水硬性セメントの含有は必須ではないが、固結体の初期及び最終強度を上げるという観点から含まれる方が好ましい。
該水硬性セメントとしては、例えば、普通、早強、超早強、中庸熱及び白色などのポルトランドセメント、高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメントなどの混合セメント、微粒子セメント、超微粒子セメント、極超微粒子セメントや高炉水砕スラグ、アルミナセメントが挙げられる。石灰の存在により水硬性を示すことから、水硬性セメントとしてはポゾラン反応性物質も含まれる。該ポゾラン反応性物質としては、例えば、シリカヒューム、フライアッシュ、活性カオリン等が挙げられる。
水硬性セメントは、一種のみが含まれていてもよく、二種以上が組み合わされて含まれていてもよい。

本発明に係る主材液が水硬性セメントを含有する場合、主材液中の水硬性セメントの含有量は、主材液２００Ｌ（全薬液４００Ｌ）あたり、２５～３００ｋｇが好ましく、５０～２００ｋｇがより好ましく、７０～１５０ｋｇが特に好ましい。水硬性セメントの含有量が上記下限値以上であれば、固結体の圧縮強度をより高めることができる。一方、上記上限値以下であれば、主材液の粘度が抑えられるため、ポンプによる圧送が容易となり、主材液又は後述する土質安定用薬液が地盤に浸透しやすくなる。また、上記上限値以下であれば、主材液中の成分量に対する固結体の体積をより大きくすることができる。

（石膏）
本発明に係る主材液において、石膏の含有は必須ではないが、固結体の初期及び最終の強度を上げるという観点から含まれる方が好ましい。
石膏としては、例えば、ＩＩ型無水石膏、ＩＩＩ型無水石膏、α半水石膏、β半水石膏、２水石膏など、各種の形態の石膏が挙げられる。中でも、固結体の圧縮強度がより高くなることから、ＩＩ型無水石膏が好ましい。また、石膏に含まれる硫酸イオン供給源として、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸アルミニウム等の硫酸塩を添加することも出来る。

石膏のブレーン値は、２５００～１５０００ｃｍ^２／ｇが好ましく、６０００～１００００ｃｍ^２／ｇがより好ましい。石膏のブレーン値が上記下限値以上であれば、固結体の圧縮強度がより高くなる。一方、上記上限値以下であれば、主材液の粘性が低下するとともに、水と混合した時に凝集が起こりにくくなる。
石膏は、一種のみが含まれていてもよく、二種以上が組み合わされて含まれていてもよい。

本発明に係る主材液が石膏を含む場合、主材液中の石膏の含有量は、主材液２００Ｌ（全薬液４００Ｌ）あたり、１～２０ｋｇが好ましく、３～１０ｋｇがより好ましい。石灰の含有量が上記下限値以上であれば、固結体の初期及び最終強度が高くなる。上記上限値以下であれば、主材液の粘度が抑えられるため、ポンプによる圧送が容易となり、主材液又は後述する土質安定用薬液が地盤に浸透しやすくなる。また、上記上限値以下であれば、主材液中の成分量に対する固結体の体積をより大きくすることができる。

（石膏と石灰の比率）
本発明に係る主材液が石灰と石膏とを含む場合、主材液中の石膏（Ｇ）と石灰（Ｌ）の質量比率は、石膏比率「Ｇ／（Ｇ＋Ｌ）」の値で、０．０５～０．８５が好ましく、０．１～０．４がより好ましい。「Ｇ／（Ｇ＋Ｌ）」が上記下限値以上であれば、固結体の圧縮強度がより高くなる。一方、上記上限値以下であれば、瞬結性により優れる。また、上記上限値以下であれば、主材液中の成分量に対する固結体の体積をより大きくすることができる。

（水）
水としては、例えば、上水、工業用水、地下水、河川水、海水などが挙げられる。これらの中でも、本発明の効果を充分に発揮させるためには、上水や工業用水が好ましい。

（主材液の製造方法）
本発明に係る主材液は、公知の撹拌器等を用いて、各成分を所望の配合量で水に分散させることにより製造される。
主材液を製造する際の、石灰及び水、必要に応じて配合される水硬性セメント、石膏、その他の添加剤を混合する順序は、特に限定されない。主材液の製造方法は、石灰、必要に応じて配合される石膏並びに任意成分である分散剤及び消泡剤などの添加剤を水に分散させた後、必要に応じて水硬性セメントを加え、所定時間撹拌して混合する方法が好ましい。

地盤安定化を行う施工現場で主材液を製造する方法としては、例えば、以下の（１）～（３）の方法が挙げられる。
（１）石灰、必要に応じて配合される水硬性セメント、石膏を別々に施工現場に搬入し、所定の量比で混合した後、水を加えて混合する方法
（２）石灰、必要に応じて配合される水硬性セメント、石膏を所定の量比で予め配合した主材の混合物を施工現場に搬入し、これに水を加えて混合する方法
（３）水硬性セメント以外の材料を所定の量比で予め混合した混合物を水硬性セメントとともに施工現場に搬入し、これに水を加えて混合する方法
中でも、施工現場での作業を簡略化できる点から、上記（２），（３）の方法が好ましい。

各成分は水に充分に分散されていることが好ましい。各成分が水に充分に分散されていることにより、主材液と硬化材液とがより均一に混合され、ゲルタイムが安定し、固結体の圧縮強度のバラツキがより少なくなる。

［硬化材液］
本発明の硬化材液は、石灰及び水を含む主材液を硬化させるために用いる硬化材液である。該硬化材液は、前述の本発明の硬化材及び水を含むことを特徴とする。

以下、硬化材液が含む水、硬化材液中の各成分の含有量、及び硬化材液の製造方法について説明する。なお、硬化材が含む成分の詳細については、上述の本発明の硬化材における成分と同様である。

（硬化材液中の各成分の含有量）
本発明の硬化材液中の非晶質水酸化アルミニウム（乾燥水酸化アルミニウムゲルを含む）の含有量の下限は、該硬化材液２００Ｌ（全薬液４００Ｌ）あたり、２～２０ｋｇであることが好ましく、４～１２ｋｇがより好ましく、６～８ｋｇが特に好ましい。非晶質水酸化アルミニウム（乾燥水酸化アルミニウムゲルを含む）の含有量が上記下限値以上であれば、ゲルタイムが短くなり、また、ゲル化後の強度発現までに要する時間が短縮される。一方、上記上限値以下であれば、硬化材液の粘度が抑えられるため、主材液と硬化材液とがより均一に混合され、固結体の圧縮強度のバラツキがより少なくなる。また、上記上限値以下であれば、ポンプによる圧送が容易となり、硬化材液又は後述する土質安定用薬液が地盤に浸透しやすくなる。

本発明の硬化材液中のアルカリ金属炭酸塩の含有量は、該硬化材液２００Ｌ（全薬液４００Ｌ）あたり、２～１２ｋｇであることが好ましく、３～１０ｋｇがより好ましく、４～８ｋｇが更に好ましい。アルカリ金属炭酸塩の含有量が上記範囲内にあれば、よりゲルタイムを短くすることができる。本発明の効果をより発揮させるためには、硬化材から硬化材液を調製した際に、アルカリ金属炭酸塩の不溶解分が残らないようにすることが好ましい。

本発明の硬化材液が、アルカリ金属水酸化物及び／またはアルカリ金属珪酸塩を含む場合、本発明の硬化材液中のアルカリ金属水酸化物及び／またはアルカリ金属珪酸塩の含有量は、該硬化材液２００Ｌ（全薬液４００Ｌ）あたり、純分で０．５～５ｋｇであることが好ましく、１～４ｋｇがより好ましく、１．５～３ｋｇが更に好ましい。アルカリ金属水酸化物及び／またはアルカリ金属珪酸塩の含有量が上記下限値以上であれば、特に低温でのゲルタイムを早くできる。また、アルカリ金属水酸化物及び／またはアルカリ金属珪酸塩の含有量が上記上限値以下であれば、硬化材の粘性が低く、凝集の度合いも低く、圧送性を良くすることができる。

（硬化材液の製造方法）
本発明の硬化材液は、公知の撹拌器等を用いて、硬化材の各成分を水に分散させることにより製造される。分散方法としては、予め製造した硬化材を水に分散させる方法でもよく、硬化材の各成分を任意の順序で水に分散させる方法でもよい。

各成分は水に充分に分散されていることが好ましい。各成分が水に充分に分散されていることにより、主材液と硬化材液とがより均一に混合され、固結体の圧縮強度のバラツキがより少なくなる。

［土質安定用薬液］
本発明の土質安定用薬液は、本発明の硬化材と石灰と水を含む。即ち、本発明の土質安定用薬液は、石灰、乾燥水酸化アルミニウムゲル、アルカリ金属炭酸塩、並びに水を含む。あるいは、本発明の土質安定用薬液は、石灰、非晶質水酸化アルミニウム、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属水酸化物及び／またはアルカリ金属珪酸塩、並びに水を含む。本発明の土質安定用薬液は、これらの成分以外に、水硬性セメント、石膏、その他の添加剤を含んでいてもよい。

土質安定用薬液が含む各成分の詳細は、前述の本発明の硬化材、本発明に係る主材液、及び本発明の硬化材液における成分と同様である。

［土質安定用薬液の製造方法］
本発明の土質安定用薬液の製造方法は、公知の撹拌器等を用いて、各成分を水に分散させる方法でもよく、主材液に、硬化材又は硬化材の成分を添加する方法でもよく、硬化材液に、主材液中の水以外の成分を添加する方法でもよく、主材液と硬化材液とを混合する方法でもよい。中でも、施工現場での作業を簡略化できる点及び瞬結性をより高める点から、土質安定用薬液の製造方法は、主材液と硬化材液とを混合する方法であることが好ましい。

以下、主材液と硬化材液とを混合する方法について説明する。
両液の混合は、地盤に注入する前に行ってもよく、各液を地盤に注入しながら行ってもよい。地盤に注入する前に行う場合は、セメントを製造する際に通常用いる撹拌器等を用いて、一般的な撹拌方法によって混合すればよい。各液を地盤に注入しながら混合する場合は、例えば、主材液と硬化材液とを、それぞれ単位時間当りの送液容量が等しいポンプを用いて個別にＹ字管、撹拌装置、注入管内に設けられた混合室（管内混合器・管路混合器）などに圧送して混合する方法、又は、主材液と硬化材液を二重管の内管と外管で別々に送液し、注入時に地盤中で主材液と硬化材液を合流させて混合する方法などが挙げられる。両液が注入中に硬化しないようにするため、土質安定用薬液は、注入直前又は注入しながら製造することが好ましく、注入しながら製造することがより好ましい。

施工がし易くなる点から、主材液と硬化材液とは７：３～３：７の容量比で混合することが好ましく、６：４～４：６の容量比で混合することがより好ましく、等容量で混合することが特に好ましい。

［地盤安定化工法］
本発明の地盤安定化工法には、上述の本発明の土質安定用薬液を地盤に注入する第一の態様と、主材液と硬化材液とを地盤内で混合する第二の態様とがある。
第一の態様の具体的な方法は、上述の本発明の土質安定用薬液の製造方法と同様にして土質安定用薬液を得、該薬液を地盤に注入する方法である。
第二の態様の具体的な方法は、主材液と硬化材液とを別々の注入管で地盤内に注入し、両液を地盤内で合流させ、混合させる方法である。本態様では、注入の際に、噴射ノズルを有する注入管を用いて、圧力５０～１０００ｋｇ／ｃｍ^２で噴射注入してもよい。

［作用効果］
本発明によれば、乾燥水酸化アルミニウムゲルの使用で、ゲルタイムの短い硬化材、硬化材液、土質安定用薬液、該薬液の製造方法、及び地盤安定化工法を提供することができる。また、非晶質水酸化アルミニウム使用の際に、低温でもゲルタイムを短くすることができる。
本発明による効果は、以下のメカニズムによるものと推定される。

本発明で用いる硬化材に含まれる乾燥水酸化アルミニウムゲルは、特許文献１で使用されているアルミスラッジに比べ、より反応性の良い状態で非晶質化したものであり、アルミスラッジとは異なる。これによりアルカリ金属炭酸塩、石灰との反応が非常に速く進行するために、ゲルタイムを短くすることができると考えている。
また、本発明で用いるアルカリ金属水酸化物、アルカリ金属珪酸塩は、高いアルカリ度を有するため、非晶質水酸化アルミニウムの活性を上げ、アルカリ金属炭酸塩、石灰との反応が速く進行するために、アルカリ金属水酸化物及び／またはアルカリ金属珪酸塩の添加により、低温であっても短いゲルタイムが確保できると考えている。

以下に本発明を実施例及び比較例を用いてより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
以下の実施例及び比較例で用いた材料、主材液及び硬化材液の調製方法、並びに各種測定・評価方法は以下のとおりである。

［材料］
（主材液）
・水硬性セメント:普通ポルトランドセメント
・石膏：ＩＩ型無水石膏（ブレーン値：６５００ｃｍ^２／ｇ）
・石灰：消石灰（ブレーン値：１３０００ｃｍ^２／ｇ）
・減水剤：ナフタレンスルホン酸ナトリウム・ホルムアルデヒド縮合物
・凝結遅延剤：クエン酸・１水和物
・水：水道水

（硬化材液）
・乾燥水酸化アルミニウムゲル（非晶質水酸化アルミニウム）：トミタＡＤ２００Ｐ（富田製薬株式会社製、メジアン径：８０μｍ）
・アルカリ金属炭酸塩：ソーダ灰（無水炭酸ナトリウム）
・水酸化ナトリウム：顆粒状
・アルカリ金属珪酸塩：オルト珪酸ナトリウム粉末（純分８０％）
・水：水道水

［主材液の調製方法］
２０℃に調整した材料を使用し、それぞれ２０℃の室内で石灰、場合により石膏、減水剤等の混合物を水に分散させた後、水硬性セメントを用いる場合は普通ポルトランドセメントを分散させ、撹拌して主材液を得た。撹拌は、マグネチックスターラーを用い、２００ｍＬのディスカップに長さ４ｃｍのスターラーバーを入れ、主材液２００ｍＬの入った状態で、回転数６５０～７５０ｒｐｍの条件で所定の時間行った。
主材液中の各成分の含有量は表１～３に示す通りとした。

［硬化材液の調製方法］
２０℃に調整した材料を使用し、２０℃の室内で乾燥水酸化アルミニウムゲル、アルカリ金属炭酸塩を混合した硬化材を水に分散させ、撹拌、場合により水酸化ナトリウム等を添加して硬化材液を得た。撹拌は、マグネチックスターラーを用い、２００ｍＬのディスカップに長さ４ｃｍのスターラーバーを入れ、硬化材液２００ｍＬの入った状態で、回転数６５０～７５０ｒｐｍの条件で所定の時間行った。
硬化材液中の各成分の含有量は表１～３に示す通りとした。

［ゲルタイムの測定］
まず、得られた主材液５０ｍＬと硬化材液５０ｍＬとをそれぞれ２００ｍＬディスカップＡ，Ｂに入れ、硬化材液の入ったディスカップＢに主材液の全量を勢いよく入れた後、両液の混合液を直ちに主材液が入っていたディスカップＡに移しかえ、さらに硬化材液が入っていたディスカップＢに移しかえた。最初に主材液と硬化材液を混合してからここまで２秒程度であった。次いで、ディスカップＢの様子を観察しながら、ディスカップＢを４５度傾けて、動かなくなるまでの時間を確認した。

［実施例１］
実施例１では表１に示された成分、該成分の含有量で上記の通り調製した主材液と硬化材液を用いて、２０℃におけるゲルタイムを測定した。結果を表１に示す。

特許文献１の表１の配合７には、同様の配合でのゲルタイムが９秒と記載されている。
本発明によれば、表１から明らかなように、アルミスラッジの代りに乾燥水酸化アルミニウムゲルを同量用いることで、特許文献１に比べ、格段に短い３秒でゲルタイムが来ることを確認した。

［実施例２］
実施例２では表２に示された成分、該成分の含有量で上記の通り調製した主材液と硬化材液を用いて、２０℃におけるゲルタイムを測定した。結果を表２に示す。

特許文献１の表２の配合１には、上記と同様の配合でゲルタイムが１４秒と記載されている。
本発明によれば、表２から明らかなように、アルミスラッジの代りに乾燥水酸化アルミニウムゲルを同量用いることで、特許文献１に比べ、格段に短い７秒でゲルタイムが来ることを確認した。

［実施例３～５及び比較例１、２］
実施例３～５、比較例１、２では、表３に示された成分、該成分の含有量で上記の通り調製した主材液と硬化材液を用いて、１０℃及び２０℃におけるゲルタイムをそれぞれ測定した。結果を表３に示す。

実施例３に示すように、水酸化ナトリウムを２ｋｇ添加することで１０℃でもゲルタイムが１０秒以内となることを確認した。
また、実施例４、５に示すようにオルト珪酸ナトリウムを添加することでもゲルタイムが短縮でき、２ｋｇ添加することで１０秒以内となることを確認した。

本発明の硬化材、硬化材液、土質安定用薬液、該薬液の製造方法、及び地盤安定化工法は、例えば、地盤内の空隙、護岸堤防と地盤との空隙、液状化によって生じた空洞及びトンネル背面の空洞等に注入して地盤を補強するために有用である。

Claims

石灰及び水を含む主材液を硬化させるために該主材液に混合して用いる硬化材であって、乾燥水酸化アルミニウムゲル及びアルカリ金属炭酸塩を含むことを特徴とする硬化材。
石灰及び水を含む主材液を硬化させるために該主材液に混合して用いる硬化材であって、非晶質水酸化アルミニウム及びアルカリ金属炭酸塩と、アルカリ金属水酸化物及び／またはアルカリ金属珪酸塩とを含むことを特徴とする硬化材。
請求項１または請求項２に記載の硬化材と水を含むことを特徴とする硬化材液。
請求項１または請求項２に記載の硬化材と、石灰と水を含むことを特徴とする土質安定用薬液。
石灰及び水を含む主材液と、請求項３に記載の硬化材液とを混合することを特徴とする土質安定用薬液の製造方法。
石灰及び水を含む主材液と、請求項３に記載の硬化材液とを地盤内で混合することを特徴とする地盤安定化工法。