JP4679811B2 - 地盤注入用シリカ溶液および地盤注入工法 - Google Patents
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ガラスグラウトが広く使用に供されている。このグラウトは水ガラスのアルカリを中和によって除去したものであり、長いゲル化時間を得ることから、耐久性、浸透性に優れている点で極めて優れた注入材といえる。
(B)水ガラスおよび酸性材を有効成分としたシリカ溶液にアルカリ剤を含有せしめる。
(C)水ガラス、酸性材、活性シリカおよび/またはコロイダルシリカを有効成分として含有せしめる。
(b)水ガラスの濃度および酸性材の使用量をアルカリ金属中性塩の存在下で、均一にゲル化するように定める。
(c)見かけ上のモル比が高モル比を呈するアルカリ性シリカ溶液にさらに酸性材を加えてコロイド状のシリカ液とする。
コロイド化した場合、1nm付近から10nm付近になるようである。これにさらに、重合度の大きいコロイダルシリカを加えれば、10nm以上から数十nm程度になるようである。このため、上述したような判定ができる。アルカリ領域のPH範囲で水ガラスと酸性材の配合がこのようなコロイド状を呈する量を保持し、さらに酸性材の配合量を増やすとシリカ溶液は中性〜酸性を呈してゲル化時間は短縮し、かつ、ゲル化時間が長くなる。
したがって、得られる固結体は耐久性に優れ、かつ高強度を呈する。アルカリ性のシリカコロイドは少量の反応剤でゲル化するので、反応生成物は少ない。すなわち、アルカリ領域〜中性領域でも安定した長いゲル化時間でゲル化し、少量の反応剤ですむので反応生成物が少なく、したがって環境負荷が少なく、地下水の水質汚染を起こさない。
コロイド状のアルカリ性シリカは使用可能であり、確実に固結する。また、本発明にかかるコロイド状のアルカリ性シリカはセメントとの混合液として地盤固結に利用できるのみならず、コンクリート構造物付近ないしは該構造物が構築される地盤、アルカリ性地盤、コンクリート構造物の中、またはコンクリート構造物背部の空間に注入して固結することにより、恒久的な止水や地盤改良を行うことも可能になり、また、土と混合して固結体を形成することも可能になる。
(1)水ガラス
表1のとおり。
3号水ガラスを約5.5倍に稀釈した液を陽イオン交換樹脂に通過、処理し、得られるPH2.7、比重1.03、SiO2=5.0%の活性シリカ
(3)アルカリ性活性シリカ
上記活性シリカに水ガラスを加えたもの。比重1.03、モル比19.1
シリカ濃度=4.5%、 平均粒径 5nm、半透明を呈する。
(4)酸
表2のとおり。試薬を使用した。
SiO2=30%、比重=1.20、PH=10.0、平均粒径=15nm
(6)その他の反応剤
塩化カリウム(KCl) 工業用
重炭酸カリウム(KHCO3) 試薬
苛性ソーダ 試薬
重曹 試薬
グリオキザール 工業用
エチレンカーボネート 試薬
(7)セメント、スラグ、消石灰
表3のとおり。
シリカの溶脱およびホモゲルの体積変化
200mlのガラス製メスフラスコに測定すべき試料100mlを注ぎ込み、ゲル化させた、その後、標線まで水を入れて所定日数養生した。測定日に養生水を全量取り出し、シリカの測定に供した。さらに標線まで水を入れ、再度養生を行った。ホモゲルの体積は算出により求めた。
アルカリ性シリカコロイドの調製
表4、5、6,7に記載されるように、水ガラスと酸を必要に応じて水で稀釈した後、所定量を混合した(工程1)。その後所定時間室温で熟成した後、アルカリ材を添加して安定化した。なお、工程1で得られた混合液のPHが10以上で安定な場合にはアルカリ材を添加しなかった。得られたアルカリ性シリカはASF4と同様に、半透明、低粘度(4cps以下)であった。
アルカリ性シリカのシリカ濃度アップ
実施例1のアルカリ性シリカ100mlに中性コロイダルシリカ30mlを添加した。これによりアルカリ性シリカのシリカ濃度6.1%を、12.1%に大きくすることができた。配合液のPHは10.9であった。この配合液は6ケ月経過後も均一でゲル化しなかった。
比較のため水ガラスと中性コロイダルシリカを混合したところ、白色沈殿を生成し、注入材原料としては使用できなかった。
比較例b
アルカリ性活性シリカは単独で塩化カリウムで硬化させると均一にゲル化するが、アルカリ性活性シリカ:水ガラス2=2:8(容量)で混合した液を、塩化カリウムで硬化させたが、均一にゲル化せず、ゲル化物が沈殿した。これに対し、本発明のアルカリ性シリカコロイドは塩化カリウムで均一にゲル化することから、上記混合液よりコロイド化が進んでいることがわかる。
上記実施例で調製したアルカリ性シリカコロイドを使用し、各種反応剤を添加、混合し、溶液型および懸濁型の配合液を作成した。各実施例試料について、SiO2濃度(重量〜容量)%、ゲルタイムおよびサンドゲル強度をそれぞれ算出または測定し、結果を表8、9および10に示した。また、比較例1の各試料も作成し、同様の試験を行って結果を表8、9および10に示した。実施例20のホモゲルの1時間強度は0.08MN/m2であった。
実施例11のアルカリ性シリカを、実施例10−1のアルカリ性シリカに代えて、他は同一条件で実験を行った。その結果、ゲルタイムは30分であった。またサンドゲルを作成したところ、その強度は0.18MN/m2(2日)、0.24MN/m2(28日)であった。
水ガラス3号40ml、75%硫酸7mlおよび水をミキサーで混合して酸性シリカゾル200mlを調製した(A液)。また、別に普通セメント60gおよび重曹2gを水に懸濁させて200mlとした(B液)。各200mlを混合したところゲルタイムは10秒であった。この割合で調製した配合液5φ×10cmのモールドに直ちに流し込み、ホモゲルを作成し、1時間強度を測定したところ0.01MN/m2以下であった。
比較例1でコロイド状シリカを生成していないのであり、そのため前者の配合液のPHは後者のそれと比較するとやや高く、ゲルタイムは同じく前者のがやや長い。強度においても前者の方がやや小さくなっている。これらの性能上の相違は、実施例11のアルカリ性シリカがコロイド状となっていることを示している。さらに、後述するようにホモゲルの収縮では顕著な差となって現れている。
表4および表5に示されるアルカリ性シリカコロイドを使用し、表11に記載の配合液について、シリカの溶脱およびホモゲルの収縮率(%)を測定した。なお、比較のためにコロイドを生成しない方法でゲル化させた配合液(比較例1)についても、シリカの溶脱率(%)およびホモゲルの収縮率(%)を測定した。結果を表11に示す。
試料として、表6に示されるように、実施例11のAS(アルカリ性シリカコロイド)−KCl系、実施例12のAS−KCl−燐酸系、および実施例17のAS−AT−KCl−燐酸系を用い、これをそれぞれ、同量のLWゲル化物上に注ぎ込み、ゲルタイムを測定して水ガラス系注入材から溶出されるアルカリのゲルタイムへの影響を観察した。LWゲル化物は200ml中、水ガラス3(3号水ガラス)50ml、セメント1を50g、残り水、PH12.5の配合のゲル化物である。なお、参考のために試料としては比較例2のAS−燐酸系についても上述と同様にゲルタイムを測定した。結果を表12に示す。
16φ×13cmのプラスチック製容器に、セメント1を50g、ベントナイト15.6gと水250mlの比率でセメントを硬化させ、厚さ5cmの固結物とした。この固結物を2日養生後、該固結物上に表7に示される実施例40、41の各配合液をそれぞれ約1リットルずつ注ぎ込んでゲル化させ、これらのゲルタイムおよびゲルの状態を観察して前記固結物のアルカリの影響を述べた。同様に比較例6〜8の配合液についても行った。結果を表13に示す。
表2の実施例1のアルカリ性シリカコロイド100ml(A液)、普通セメント150g、消石灰5g、スラグ95g、ベントナイト90g、残り水からなる懸濁液900ml(B液)を混合したところ、15秒でゲル化し、1時間後には0.04MN/m2となり、1ケ月後の固結体の収縮率は0.2%であった。これより、このような配合液は充分裏込め材、空洞充填材として使用可能であることがわかった。
透水係数が2.5×10−3cm/sの砂地盤に以下の複合注入を行った。実施例16の瞬結配合液(ゲルタイム10秒)を190リットル注入後、実施例16−1の緩結配合液(ゲルタイム15時間)を580リットル注入した。注入1ケ月後、透水係数を測定したところ、4.1×10−5cm/sとなっており、充分改良されていることがわかった。
2 ポンプ
3 バルブ
4 薬液槽
5 酸性材槽
6 導管
7 貯溜槽
8 導管
9 バルブ
10 ポンプ
11 混合槽
12 導管
13 ポンプ
14 バルブ
15 導管
16 ポンプ
17 バルブ
18 地盤
19 ポンプ
20 バルブ
21 コントローラ
22 反応剤槽
23 導管
24 ポンプ
25 バルブ
26 バルブ
27 ヒータ
28 導管
29 ポンプ
30 バルブ
31 導管
32 上流側先端
33 下流側末端
34 貯溜槽
35 導入口
36 排出口
37 添加口
38 環状導管
39 一方の端
40 反対側の他端
41 ポンプ
Claims (2)
- アルカリ性シリカと反応剤とからなる地盤固結材であって、該アルカリ性シリカは水ガラスおよび酸性材を含み、さらに活性シリカおよび/またはコロイダルシリカを添加してなるコロイド化されたアルカリ性シリカ溶液であって、該コロイド化は以下の(1)〜(2)のいずれかのコロイド化判定によって確認できるまでコロイド化の熟成が進んでいるアルカリ性シリカであることを特徴とする地盤注入工法。
(1)半透明または乳白色を呈するまでコロイド化の熟成が進んでいる。
(2)アルカリ金属中性塩の存在下で均質にゲル化するまでのコロイド化の熟成が進 んでいる。 - 請求項1において、水ガラスおよび酸性材に加えてさらにアルカリ剤を含有する請求項1に記載の地盤注入工法。
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