JP3493523B2 - 地盤注入用薬液及び地盤注入工法 - Google Patents

地盤注入用薬液及び地盤注入工法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、シリカゾルと、アミ
ド硫酸と消石灰等のカルシウム化合物を混合して得た中
性のカルシウムと、ゲルタイム調整のためにクエン酸を
用いる地盤注入用薬液、及びこの薬液を現場条件により
配合して注入するようにした地盤注入工法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来地盤注入用の薬液としては、水ガラ
スを主材とし、これに硬化剤として各種酸類,塩類等を
併用する水ガラス注入材が多用されている。この水ガラ
ス注入材は一般に固結時間(ゲルタイム)が短く、しか
も固結強度が比較的大きい利点を有する。しかし、注入
後に固結部分から多量のナトリウム塩や硬化剤として用
いた酸類が周りの土中に溶出してその土壌を汚したり、
さらにこの現象によって一旦強化された地盤が時間の経
過とともに緩む等の問題を発生させることが多かった。
【0003】一方、水ガラスを硫酸のような強酸中に加
えて酸性珪酸水溶液を作り、これを主材としてアルカリ
硬化剤で中和硬化させる方法がある。この方法は中性領
域で硬化させるために土壌の汚染を防ぐことができるが
ゲル化合物中のナトリウムイオンの溶出や、硫酸イオン
によるコンクリート構造物の劣化を促進する懸念があ
る。またpHだけに注目しているために酸性シリカゾル
とアルカリ硬化剤の微妙なずれによってゲルタイムが大
幅に変動し、注入効果に影響していた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】水ガラスをイオン交換
樹脂に通して水ガラス中のNaイオンを除去あるいは低
減して得られるシリカゾルは、硫酸又は塩酸等の強酸で
長い時間かけてゲル化することが知られている。そのゲ
ル化時間はシリカゾル濃度,粒子径等により異なるが、
pH5〜6で最も短くなり、それよりも酸性側でもアル
カリ性側でも極端に長くなり、注入材としての実用領域
からはかけ離れたものであった。
【0005】近年、シリカゾルの注入材としてアルカリ
金属又はアルカリ土類金属を硬化剤として用いるものが
提案されている。しかし、シリカゾルとアルカリ土類金
属を単純に混合すると瞬時に白濁又は部分的な沈殿が生
じてしまい、全体が均一に固まることなくゲル化時間が
不明確なものであった。したがって、このままの状態で
は地盤注入用薬液としては使用できなかった。
【0006】一方、特公昭64−8677号公報に示さ
れるように、珪酸のコロイド溶液と酸とアルカリ金属の
中性塩とを混合した液を地盤に注入する地盤注入工法も
あるが、本公報においてもアルカリ土類金属の場合は一
部沈殿あるいは部分ゲルを生じ易いことが明らかにされ
ており、アルカリ金属中性塩を用いた場合のみスムーズ
にゲル化時間が調整できるとしている。
【0007】また、特開昭63−168485号公報に
示されるように、シリカゾルにスルファミン酸と水溶性
マグネシウム塩を含有させた地盤注入用薬液もある。ア
ルカリ土類金属化合物としてマグネシウム塩が使用でき
ることを明らかにしているが、一方同じアルカリ土類金
属化合物でも、水酸化カルシウムを加えるとシリカゾル
はゲル化を起こすが、生じたゲルは不均一となり使用に
適さないことが明らかにされている。
【0008】
【課題を解決するための手段】すなわち、上記公報から
も明らかなように、シリカゾルとカルシウム化合物の組
合せは使用不能あるいは使用不適とされてきたのであ
る。しかし、例えば消石灰を硬化剤として使用できれ
ば、マグネシウムを使用するよりもはるかに安価なもの
となり、またナトリウム塩等のアルカリ金属を使用する
場合に問題となるナトリウムイオン等の溶出もない。そ
の上、消石灰等のカルシウム化合物による圧縮強さの向
上等も期待できる。
【0009】そこでこの発明は、上記の実情をふまえ注
入材としてシリカゾルとカルシウム化合物を使用しなが
ら、適度なゲル化時間を得るため改良を施した地盤注入
用薬液及びこの薬液を使用した地盤注入工法に関するも
のである。
【0010】そして、この発明に係る地盤注入用薬液
は、単量体構造を含まないシリカゾル又は単量体構造を
含むシリカゾルと単量体構造を含まないシリカゾルの主
材と、アミド硫酸とカルシウム化合物の混合物の硬化剤
からなる地盤注入用薬液(請求項1)、またはこれにク
エン酸の調整剤を加えた地盤注入用薬液(請求項2)で
ある。
【0011】また、この発明に係る地盤注入方法は、単
量体構造を含まないシリカゾル又は単量体構造を含むシ
リカゾルと単量体構造を含まないシリカゾルの主材と、
アミド硫酸とカルシウム化合物の混合物の硬化剤からな
る地盤注入用薬液を、所望量混合して所望のゲル化時間
としたものを地盤に注入するようにし(請求項3)、ま
たはこれにクエン酸の調整剤を地盤注入時に所望のゲル
化時間となるように混合し地盤に注入するようにした
(請求項4)ものである。
【0012】
【作用】予めアミド硫酸とカルシウム化合物を混合し、
カルシウムを溶かし、中性のカルシウム塩を作り、硬化
剤液とする。又はこれにクエン酸を加えて硬化剤液とす
る。なお、ここでクエン酸を加えないでカルシウム塩を
中性より酸性側で作成することが考えられるが、その場
合シリカゾルのナトリウム量によってゲル化時間が極端
に長くなったり、ゲル化しないこともあり好ましくな
い。したがって、中性のカルシウム塩をpH6〜7で作
成しゲル化時間を遅延する場合においてクエン酸を加え
る。
【0013】一方シリカゾルは、単量体構造を含まない
ものに単量体構造を含むものを混合することによりゲル
タイムを調整することができ、実用領域のゲルタイムと
ホモゲル強さを得ることができる。但し、単量体構造を
含まないシリカゾルのみでも、硬化剤の量の調整により
適当なゲルタイムとすることができる。
【0014】一般に、シリカゾルは水ガラスをイオン交
換樹脂に通して水ガラス中のNaイオンを除去するかあ
るいは水ガラスを硫酸で中和した後Naイオンと硫酸イ
オンを除去して得られる。あるいはゼオライト系陽イオ
ン交換体,アンモニア系イオン交換体等のイオン交換樹
脂に水ガラスを通過させ、生成したシリカゾルを80℃
〜90℃の温度でさらに水ガラスに加え、再び前記イオ
ン交換樹脂に通過してイオン交換を行って得られる。こ
のシリカゾルは弱アルカリで安定化と濃縮されpHが8
〜10のものが多い。したがって、ゲル化物も弱アルカ
リ性を示し鋼管等への影響がない。また、クエン酸は有
機物であるが食品添加物でもあり公害性がない。
【0015】
【実施例】 [実施例1]消石灰をアミド硫酸10%溶液に加えてよ
く溶かし、pHが7になるまで消石灰を加え、その液を
濾過したものを用いるか、水分を蒸発させたものを中性
のカルシウム硬化剤とする。(以下の説明において、粉
体としたカルシウム硬化剤をを「ASC」,10%液と
したカルシウム硬化剤を「ASC10」と記すこともあ
る。)
【0016】シリカゾルはSiO2 30%の単量体構造
を含まないもの(以下、「S−30」と記す。)100
〜80(容量比)に,SiO2 20%の単量体構造を含
むもの(以下、「S−20」と記す。)0〜20(容量
比)を混合して用いた。そして、各種組合せにおいてゲ
ルタイムとホモゲル強さを測定した。実験の結果を表1
に示す。
【0017】
【表1】
【0018】表1に示すように消石灰懸濁液を硬化剤と
して用いた場合、比較例として示すようにほぼ瞬時にゲ
ル化し、分離ゲルを生じ実用に耐えない。一方中性化し
たカルシウム硬化剤液は10秒から数時間のゲルタイム
を得ることができる。しかも粒子がないため砂地盤への
浸透性も高い。
【0019】[実施例2]先に述べたようにASCを中
性に作成する理由はゲルタイムのばらつきを少なくする
ためである。ほぼ中性で作成した場合のゲルタイムの実
験結果を表2に示す。
【0020】
【表2】
【0021】表2からわかるように消石灰にアミド硫酸
を加えて中性カルシウムとしたASCにクエン酸を加え
たものはややゲルタイムの幅が広がるものの実用範囲の
ゲル化時間であり、調整剤としての効果があることがわ
かる。なお、これに対してASC液を酸性側で作成した
場合、ゲルタイムの変動が大きく、アミド硫酸の僅かな
量でゲル化しないこともあり、実用領域からかけ離れた
ものとなる。
【0022】[実施例3]シリカゾルはSiO2 が30
%のものに限らず20%〜50%程度のものが使用可能
であるが、粒子径が5mμ以上で、好ましくは7mμ〜
14mμである。当然粒子径の小さいものほどカルシウ
ム塩との反応が速く、瞬結のゲルタイムが得られるが、
かえって未反応のSiO2 を残しやすく好ましくない。
シリカゾルのうち単量体構造を含むものは粒子径の小さ
いものが多く、単独で使用するには適さないが、適度に
単量体構造を含まないシリカゾルに混合することにより
初期ゲル強さを高めることが可能である。表3に単量体
構造を含まないもの「S−30」を100〜80(容量
比),単量体構造を含むもの「S−20」を0〜20
(容量比)混合して用いた場合のゲル化時間の実験結果
について示す。
【0023】
【表3】
【0024】表3によりS−30にS−20を混合した
シリカゾルはS−30単独よりゲル化時間が短くなる
が、初期ゲル強さが2倍以上となることがわかる。した
がって、流水がある地盤では止水性を付与することがで
きる。
【0025】また状況に応じてゲルタイムを短縮する必
要が生じた場合でも、単量体構造を含まないシリカゾル
と単量体構造を含むシリカゾルと単量体構造を含まない
シリカゾルの混合比を調整することにより、硬化剤の配
合を変更することなくゲル化時間の短縮を図ることがで
きる。
【0026】[実施例4]この発明に係る注入工法の効
果を確認するために以下の注入試験を行った。図1に示
すように直径1m,高さ2mの円形モールド1に6号珪
砂を間隙率40%になるように水締めして充填した。そ
の際、円形モールド1中央に先端部をストレーナ2とし
たロッド3を下端より50cmの位置に立て込み、スト
レーナ2の上方にはゴムラバー4を配し、上部を3cm
モルタルを打ち固定した。注入方法は、ロッド3に二重
管5を取り付け、表4に示すA,B二液を250リット
ル(片液125リットル)送り、二液をロッド3内で混
合し珪砂に注入した。1週間後モールドを解体し一軸圧
縮強さ及び透水試験を実施した。その結果を表5に示
す。
【0027】
【表4】
【0028】
【表5】
【0029】また、表6に示す水ガラス注入材使用の場
合の一軸圧縮強さ及び透水係数を表7に示す。
【0030】
【表6】
【0031】
【表7】
【0032】表5及び表7からわかるように、一軸圧縮
強さ,透水係数とも一般水ガラス注入材以上の値が得ら
れた。
【0033】
【発明の効果】以上述べたように、この発明に係る地盤
注入用薬液は、単量体構造を含まないシリカゾル又は単
量体構造を含むシリカゾルと単量体構造を含まないシリ
カゾルの主材と、アミド硫酸とカルシウム化合物の混合
物の硬化剤からなる薬液 またはこれにクエン酸の調整
剤を加えた薬液としたので、従来シリカゾルとの組合せ
において使用に適さないとされていたカルシウム化合物
を硬化剤として使用できる。
【0034】また、この発明に係る地盤注入方法は、単
量体構造を含まないシリカゾル又は単量体構造を含むシ
リカゾルと単量体構造を含まないシリカゾルの主材と、
アミド硫酸とカルシウム化合物の混合物の硬化剤からな
る地盤注入用薬液を、所望量混合して所望のゲル化時間
としたものを地盤に注入するようにし、またこれにクエ
ン酸の調整剤を地盤注入時に所望のゲル化時間となるよ
うに混合し地盤に注入するようにしたので、ゲルタイム
の調整が簡単であり、また初期ゲル強さの調整もするこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例4の実施方法を示す概要図である。
【符号の説明】
1 円形モールド 2 ストレーナ 3 ロッド 4 ゴムラバー 5 二重管
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI // C09K 103:00 C09K 103:00 (72)発明者 松井 悟 東京都江東区南砂2−7−5 株式会社 小野田内 (72)発明者 西尾 経 東京都台東区柳橋2−17−4 アルプス 第3ビル 小野田ケミコ株式会社内 (72)発明者 大森 啓至 東京都江東区南砂2−7−5 小野田セ メント株式会社内 (56)参考文献 特開 昭56−155287(JP,A) 特開 昭58−29882(JP,A) 特開 昭58−141284(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C09K 17/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記Aの主材と、Bの硬化剤からなるこ
    とを特徴とする地盤注入用薬液。 A:単量体構造を含まないシリカゾル又は単量体構造を
    含むシリカゾルと単量体構造を含まないシリカゾル B:アミド硫酸とカルシウム化合物の混合物
  2. 【請求項2】 下記Aの主材と、Bの硬化剤と、Cの調
    整剤からなることを特徴とする地盤注入用薬液。 A:単量体構造を含まないシリカゾル又は単量体構造を
    含むシリカゾルと単量体構造を含まないシリカゾル B:アミド硫酸とカルシウム化合物の混合物 C:クエン酸
  3. 【請求項3】 下記Aの主材と、Bの硬化剤からなる地
    盤注入用薬液を、所望量混合して所望のゲル化時間とし
    たものを地盤に注入するようにしたことを特徴とする地
    盤注入工法。 A:単量体構造を含まないシリカゾル又は単量体構造を
    含むシリカゾルと単量体構造を含まないシリカゾル B:アミド硫酸とカルシウム化合物の混合物
  4. 【請求項4】 下記Aの主材と、Bの硬化剤を所望量混
    合したものと、Cの調整剤を地盤注入時に所望のゲル化
    時間となるように混合し、地盤に注入するようにしたこ
    とを特徴とする地盤注入工法。 A:単量体構造を含まないシリカゾル又は単量体構造を
    含むシリカゾルと単量体構造を含まないシリカゾル B:アミド硫酸とカルシウム化合物の混合物 C:クエン酸
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