JP3949844B2

JP3949844B2 - 珪酸塩系土質安定用薬液

Info

Publication number: JP3949844B2
Application number: JP5394999A
Authority: JP
Inventors: 健司澤田; 雅中村
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 1999-03-02
Filing date: 1999-03-02
Publication date: 2007-07-25
Anticipated expiration: 2019-03-02
Also published as: JP2000248279A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤安定化工法に用いる珪酸塩系土質安定用薬液に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、軟弱地盤を強化したり、漏水地盤を止水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安定化工法が知られているが、特に、アルカリ珪酸塩水溶液を主成分とする主剤液と、硬化剤とを組み合わせた薬液からなる、いわゆる珪酸塩系土質安定用薬液は、安価である、他の土質安定用薬液と比較して公害を起こすおそれが小さいなどの特徴から、現在広く実用化されている。
【０００３】
この珪酸塩系土質安定用薬液は、硬化剤の使用量を調節することにより薬液のゲルタイムを施工の目的や地盤の状況に応じて調整して施工が行われている。
例えば、土壌粒子の間隙に薬液を充分浸透させた後ゲル化させる、いわゆる浸透注入工法による施工では、薬液のゲルタイムを数分〜数十分に調整して用いられている。
【０００４】
又、上記浸透注入工法でも、地盤の土質条件によっては、薬液が未だゲル化しないうちに施工箇所以外の地盤中に流出して施工を不確実なものにしたり、薬液が地下水や井戸水に流入して公害問題を起こしたりするおそれがある場合や、漏水地盤を止水するような場合には薬液のゲルタイムを十数秒以内に調整してゲル化させる施工法、いわゆる瞬結工法で施工が行われている。
【０００５】
珪酸塩系土質安定用薬液の硬化剤としては現在種々の物質が知られており、幅広く実用化されているが、この中でも特にスルファミン酸は、吸湿性、腐食性の低い粉末状白色結晶であり、水に溶解すると硫酸に匹敵する強酸性を示すので取り扱い性の容易な硬化剤として有用なことは周知の通りである。
【０００６】
スルファミン酸を硬化剤とし、これに無機塩乃至金属塩等を配合成分として併用する珪酸塩系土質安定用薬液に関するものとして、特開昭５６−１５５２８７号公報、特開昭５８−２９８８２号公報、特開昭５８−５９２８１号公報、特開昭５８−１４１２８４号公報等がある。
【０００７】
特開昭５６−１５５２８７号公報にはスルファミン酸と水溶性無機塩とを重量比２：１〜１：１程度とした混合物を主体とした水ガラス系土壌安定剤用硬化剤が記載されており、水溶性無機塩のうち、有用なものとして、硫酸アルミニウム、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウムなどのマグネシウム塩、アルミニウム塩なども開示されている。
しかし、この公報では、硬化剤の使用に当たって、通常５〜１５重量％の水溶液としたもの１００重量部程度を、通常３０〜７０％の水溶液とした水ガラス系土壌安定剤１００重量部と混合するとしており、ＳｉＯ_２に対するアルミニウム及びマグネシウムの合計モル数は０．１２〜１．７程度となる。
この様にアルミニウムやマグネシウムが多量に含まれると、ＳｉＯ_２成分の析出が生じ、均一な硬化体が得難くなるのである。
【０００８】
特開昭５８−２９８８２号公報にはアルカリ金属系酸塩の水溶液とスルファミン酸とマグネシウム又はカルシウムの無機塩とよりなる土壌処理剤が記載されているが、マグネシウム又はカルシウムの無機塩に対して１５〜５０倍、好ましくは１８〜３５倍の水ガラスを含むとしている。
しかし、この場合でもマグネシウムに対して水ガラスが５０倍以下（水ガラスに対してマグネシウムが０．０２モル以上）であると、ＳｉＯ_２成分の析出が生じ、均一な硬化体が得難くなる。
【０００９】
特開昭５８−５９２８１号公報には主要硬化剤としてスルファミン酸を含む珪酸ナトリウム系注入材が開示されており、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、硫酸アルミニウムのような金属塩を一種又は数種添加することによって増強効果が得られることが記されている。この増強剤は注入材全量に基づき０．５〜６％（重量／容量）の範囲で使用されるとしている。
しかし、塩化マグネシウムや硫酸マグネシウムをマグネシウム源として用いても本願が目的とするような強度が得られず、硫酸アルミニウムを用いた場合は、その使用量が０．５〜６％（重量／容量）と多く、従ってこれもＳｉＯ_２成分の析出が生じ、均一な硬化体が得難いものである。
【００１０】
特開昭５８−１４１２８４号公報には水ガラス系化合物とスルファミン酸とを主体とする地盤改良材が記載されており、この地盤改良材にはリチウム、カリウム、ナトリウム、マグネシウム、カルシウム、アルミニウム、鉄などの金属の塩の一種もしくは二種以上を含んでいても良く、その添加量は水ガラス系化合物の１〜１５重量％であることが記載されている。
しかし、これもこの様に大量の金属塩を加えたのではＳｉＯ_２成分の析出が生じ、均一な硬化体が得難いものである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
珪酸塩系土質安定用薬液は、硬化剤の使用量を適宜変化させて薬液のゲルタイムを施工の目的や地盤の状況に応じた所望のゲルタイムに調整し、施工が行われるが、スルファミン酸を硬化剤とし、これに無機塩乃至金属塩等を併用する、従来開示されている上記珪酸塩系土質安定用薬液では、未だ強度の発現が充分なものとは言えず、例えばアルカリ珪酸塩に対する硬化剤の量比を少なく用い、薬液のゲルタイムを十数分〜数十分のいわゆる中結〜長結型になるように調整し、地盤中への浸透注入により施工を行った場合、処理された地盤を切削したときにこの地盤が崩壊してしまったり、漏水地盤を止水するためにアルカリ珪酸塩に対する硬化剤の量比を多くして薬液のゲルタイムを十数秒以内とする瞬結工法で施工しても、漏水を充分に止水できないというような問題があった。
更に、併用する無機塩乃至金属塩等の種類や量によっては、上述のように薬液を調製した際、ゲル体の主体をなす薬液中のＳｉＯ_２成分が析出・沈降して均一な硬化体を形成できなくなって、実質上地盤安定用薬液として使用できなくなることもあるといった問題もあった。
【００１２】
本発明の目的は、従来の地盤安定用薬液における上記問題点を改善し、アルカリ珪酸塩に対する硬化剤の量比の少ない、ゲルタイム十数分〜数十分のいわゆる中結〜長結型とした場合においても、又、アルカリ珪酸塩に対する硬化剤の量比を多くしたゲルタイム十数秒のいわゆる瞬結型の場合においても形成された硬化体の強度の発現が良好であり、ゲル体の主体をなすＳｉＯ_２成分の析出・沈降により均一な硬化体が得られなくなるというようなことがなくしたがって地盤を安定化処理できなくなるというおそれのない珪酸塩系土質安定用薬液を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、アルカリ珪酸塩水溶液を主成分とする主剤液とスルファミン酸の水溶液を主成分とする硬化剤液を組み合わせてなる珪酸塩系土質安定剤用薬液において、薬液中のＳｉＯ_２成分１モルに対し、アルミニウム及びマグネシウムの合計モル数が特定のモル比となるように、アルミニウム及び／又は、マグネシウムの化合物を配合すれば、意外にもアルカリ珪酸塩に対する硬化剤のモル比が少なく、ゲルタイムが十数分〜数十分の中結〜長結型の薬液にした場合も、硬化剤の量比を多くしてゲルタイム十数秒以内の瞬結型にした場合も形成された硬化体の強度の発現が良好であり、かつ薬液中のＳｉＯ_２成分が析出・沈降を起こして地盤を安定化処理できなくなるというおそれを回避できることを見出し、本発明に到達した。
【００１４】
即ち、本発明の要旨は、アルカリ珪酸塩水溶液を主成分とする主剤液とスルファミン酸の水溶液を主成分とする硬化剤液を組み合わせてなる珪酸塩系土質安定剤用薬液において、薬液中のＳｉＯ_２成分１モルに対し、含まれるアルミニウム及びマグネシウムの合計モル数が０．００５モル以上、０．０２０モル未満であり、且つ、硬化剤液に硫酸アルミニウム、水酸化マグネシウム及び酸化マグネシウムからなる群より選ばれた少なくとも１種の成分に由来するアルミニウム及びマグネシウムの合計モル数が薬液中のＳｉＯ_２成分１モルに対し０．００５モル以上となるよう配合されてなることを特徴とする珪酸塩系土質安定用薬液にある。
【００１５】
本発明の珪酸塩系土質安定用薬液の主剤としてのアルカリ珪酸塩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（ＪＩＳＫ−１４０８）に規定されている１〜３号珪酸ソーダ、ＳｉＯ_２／Ｎａ_２Ｏ（モル比）が４〜１００の範囲にあるシリカゾルなどを用いることができる。又「ニトロック」（商品名、三菱レイヨン社製）をもちいることもできる。これらの珪酸ソーダは一般に水溶液になっているが、施工時に土質安定化に適した濃度とするために適宜水で希釈することもできる。
【００１６】
例えば、珪酸ソーダ水溶液（以下、Ａ液と称す。）と硬化剤液（以下、Ｂ液と称す。）とを等容量ずつ混合しながら地盤内に注入する通常の施工方法において、珪酸ソーダとしてＪＩＳ３号を用いる場合は、通常、ＪＩＳ３号水ガラス７０〜１２０容量部を水で希釈して２００容量部にしたものをＡ液として使用する。
Ａ液中の珪酸ソーダ濃度は高くするほど処理地盤の強度を大きくすることができる。一方、珪酸ソーダ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機器負荷が増大したり、薬液の地盤内での浸透性が低下する傾向にある。
【００１７】
なお、本発明の珪酸塩系土質安定用薬液を見出すに当たって、薬液の性能の目安として、アルカリ珪酸塩としてＪＩＳ３号珪酸ソーダを用い、ＪＩＳ３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をＡ液、硬化剤を含む水溶液をＢ液としてＡ液とＢ液とを等量ずつ混合して得られた薬液が、温度２０℃において、
（１）Ｂ液中の硬化剤量を調整して薬液のゲルタイムを１０〜３０分のいわゆる中結〜長結型になるように調製したときに、ゲル化して１日経過後における形成された硬化体（ホモゲル体）の一軸圧縮強度が０．１０ｋｇｆ／ｃｍ^２以上であり、
（２）Ｂ液中の硬化剤量を調整して薬液のゲルタイムを１０秒以内のいわゆる瞬結型になるように調製したときに、ゲル化して１日経過後における形成された硬化体（ホモゲル体）の一軸圧縮強度が０．４０ｋｇｆ／ｃｍ^２以上である場合に形成された硬化体の強度の発現が充分であるとした。
【００１８】
本発明の珪酸塩系土質安定用薬液のＢ液は、硬化剤としてのスルファミン酸と、後述の成分を配合した溶液である。
スルファミン酸は上記のＡ液を地盤内でゲル化させるために用いられるものであって、一般に市販されているものを用いることができる。
スルファミン酸の使用量は所望のゲルタイムに応じて調節する。薬液のゲルタイムを短くする場合は多く、薬液のゲルタイムを長くする場合は少なく用いる。
【００１９】
本発明においては、硫酸アルミニウム、水酸化マグネシウム及び酸化マグネシウムからなる群より選ばれた少なくとも１種をＢ液に配合する。この配合成分はＡ液とＢ液とを混合した薬液中のＳｉＯ_２成分１モルに対し、アルミニウム及びマグネシウムの合計モル数で０．００５モル以上、０．０２０モル未満となるように、硬化剤液に配合する。
配合成分の配合量が上記範囲より少なく用いた場合は本発明が目的とする硬化体（ホモゲル体）の強度が得られず、一方、上記範囲を超えて多く用いた場合はゲル体の主体をなす薬液中のＳｉＯ_２成分が析出・沈降を起こし、均一な硬化体が得られなくなる。
【００２０】
Ｂ液に配合する成分として、本発明が規定する上記化合物を用いた場合のみ本発明が目的とする硬化体（ホモゲル体）の一軸圧縮強度が得られ、例えば水酸化アルミニウム、塩化アルミニウム、硫酸マグネシウム、塩化マグネシウム、リン酸マグネシウムなど、本発明で規定する配合成分以外のものを配合しても、その理由は明らかではないが、本発明が目的とする硬化体（ホモゲル体）の一軸圧縮強度が得られない。
【００２１】
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、主剤としてのアルカリ珪酸塩主成分とするものと必要に応じて水とを混合してＡ液を、又、硬化剤としてのスルファミン酸と本発明で規定した配合成分と水とを混合してＢ液を、それぞれ調製し、調製されたＡ液とＢ液とをＡ液とＢ液との混合液中におけるアルミニウムとマグネシウムの合計モル数が本発明で規定した量比となるようにして混合して得られた薬液を地盤内に注入して硬化させて、地盤を安定化させる。
【００２２】
薬液の注入に際しては、単管式、二重管式、多重管式等の各種注入管を用いることができ、又、Ａ液とＢ液とを予め混合して注入管に導く方法、Ａ液とＢ液とを注入管の基部に設けた混合部、例えばＹ字管形状の混合部で混合、注入する方法、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、混合させるなど、適宜の方法を薬液のゲルタイムや施工性に応じて採用することができる。
【００２３】
以上述べたように、本発明の珪酸塩系土質安定用薬液を用いると、薬液のゲルタイムが瞬結型であっても中結〜長結型であっても得られる硬化体に高い強度を付与でき、薬液中のＳｉＯ_２成分の析出・沈降により均一な硬化体が得られなくなって、地盤の安定化処理ができなくなるといった不測の事態も回避できる。
【００２４】
【実施例】
以下に本発明を実施例を用いて更に説明するが、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。
実施例及び比較例
Ａ液：ＪＩＳ３号珪酸ソーダ８０リットルに水１２０リットルを加えて調製した。
Ｂ液：スルファミン酸と各種配合成分を表１に記載の量を容量が２００リットルとなるよう水に溶解して調製した。
スルファミン酸と各種配合成分は何れも試薬１級を用いた。
【００２５】
このＡ液とＢ液の各５０リットルずつを温度２０℃で混合し、硬化させてホモゲル体を得た。
各試験における配合成分の種類、量、スルファミン酸の量、Ａ液とＢ液の混合液中のＳｉＯ_２に対するアルミニウムとマグネシウムの合計モル数（表中ではモル比と表示）及び薬液の性能評価項目として、Ａ液とＢ液との混合時における状況（表中では混合状況と表示），Ａ液とＢ液との混合液のゲルタイム、硬化して１日経過後における形成された硬化体（ホモゲル体）の一軸圧縮強度のそれぞれについての測定結果と総合評価を表１及び表２に示した。
【００２６】
【表１】

【００２７】
【表２】

【００２８】
【表３】

【００２９】
表の配合成分種類の欄において、Ｃ：硫酸アルミニウム、Ｄ：水酸化マグネシウム、Ｅ：酸化マグネシウム、Ｆ：硫酸マグネシウム７水塩、Ｇ：塩化マグネシウム、Ｈ：水酸化アルミニウム、Ｊ：塩化アルミニウム、Ｋ：リン酸マグネシウムを示す。
配合成分の量は、Ｂ液２００リットルに含まれる配合成分乃至はスルファミン酸の量（ｋｇ）を示す。
【００３０】
又、薬液性能の各評価項目の試験法と評価の基準は以下の通りである。
Ａ液とＢ液混合時の状況：液温２０℃において等容量のＡ液とＢ液をよく混合して容器内に静置し、混合液の状況を目視観察した。同欄における○は珪酸成分の析出・沈降がなく、均一なゲル体が形成されたことを示し、×は珪酸成分が析出・沈降し、均一なゲル体が形成されなかったことを示す。
【００３１】
薬液のゲルタイム：液温２０℃において等容量のＡ液とＢ液とをよく混合して容器内に静置し、混合液の流動性がなくなるまでの所要時間をゲルタイムとした。
硬化体の一軸圧縮強度：液温２０℃において、Ａ液とＢ液の等容量混合液を円柱型の型枠（径５cm×高さ１０cm）内に流し込み、形成された硬化体の材令１日の一軸圧縮強度を測定した。−は均一なゲル体が形成されなかったため、一軸圧縮強度を測定しなかったことを示す。
【００３２】
総合評価：混合状況が○であり、ゲルタイムが１０〜３０分の場合は、測定した一軸圧縮強度が０．１０ｋｇｆ／ｃｍ^２以上であり、ゲルタイムが１０秒以内の場合は一軸圧縮強度が０．４０ｋｇｆ／ｃｍ^２以上であるものを○とし、混合状況が×であるか、一軸圧縮強度が上記基準に達しないものを×とした。
【００３３】
表から明らかなように、本発明の要件を満たした場合にはＡ液とＢ液の混合時にも珪酸成分の析出・沈降がなく、均一なゲル体が形成され、ゲルタイム１０〜３０分の中結〜長結型とした場合は形成された硬化体（ホモゲル体）の材令１日の一軸圧縮強度が０．１０ｋｇｆ／ｃｍ^２以上、ゲルタイム１０秒以内の瞬結型にした場合は硬化体の材令１日の一軸圧縮強度が０．４０ｋｇｆ／ｃｍ^２以上となり、薬液の性能基準を満たし、本発明の目的を達成することができたのに対し、本発明で規定する配合成分を用いても、珪酸成分に対するアルミニウム及びマグネシウムのモル比が本発明の規定からはずれた場合や、アルミニウムやマグネシウムの塩であっても、本願で規定する配合成分以外のものを用いた場合は珪酸成分の析出・沈降を起こしたり、得られた硬化体の一軸圧縮強度が低くなり、本発明の目的を達成できない。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の珪酸塩系土質安定用薬液およびそれを用いた地盤安定化工法により、従来のスルファミン酸を硬化剤とし、これに無機塩乃至金属塩などを併用する薬液では得られなかった性能、即ち、薬液のゲルタイムが瞬結型であっても中結〜長結型であっても、得られる硬化体の強度の発現が良好であり、且つ、薬液中の珪酸成分の析出・沈降がないため、得られる硬化体が不均一となるようなことがなく、地盤を安定化処理できなくなるという不測の事態を回避でき、より安全・確実に地盤を安定化できるという特徴を有する。

Claims

アルカリ珪酸塩水溶液を主成分とする主剤液とスルファミン酸の水溶液を主成分とする硬化剤液を組み合わせてなる珪酸塩系土質安定剤用薬液において、薬液中のＳｉＯ_２成分１モルに対し、含まれるアルミニウム及びマグネシウムの合計モル数が０．００５モル以上、０．０２０モル未満であり、且つ、硬化剤液に硫酸アルミニウム、水酸化マグネシウム及び酸化マグネシウムからなる群より選ばれた少なくとも１種の成分に由来するアルミニウム及びマグネシウムの合計モル数が薬液中のＳｉＯ_２成分１モルに対し０．００５モル以上となるよう配合されてなることを特徴とする珪酸塩系土質安定用薬液。