JP4995984B2 - 液状化対策工用の地盤改良材及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、液状化対策工に用いるに好適な地盤改良材及びその製造方法に関するものである。
この種の地盤改良材（グラウト）としては、硫酸等の硬化材とともに注入する水ガラス（珪酸ソーダ）や、水ガラスに硫酸等の酸性中和剤を反応させてアルカリを除去し熟成してゾル状にした酸性シリカゾル（コロイダルシリカ）、水ガラスからイオン交換等によってアルカリを除去したコロイダルシリカ（シリカゾル）、あるいはこれらを混合したものなどがある（例えば、水ガラス及びコロイダルシリカを主材とし、硬化材として燐酸及びグリオキザールが添加された特許文献１参照。）。これら従来の地盤改良材は、硬化後強度、ゲルタイム、地盤への浸透性、環境への影響など、さまざまな配慮がなされ、提案されたものである。
しかしながら、この従来の地盤改良材は、耐久性の点で十分なものとはいえなかった。これは、水ガラスはもちろん、コロイダルシリカ（シリカゾル）も、自己溶解を誘発するナトリウム等のアルカリ分が完全に除去されていないためである。
本発明が解決しようとする主たる課題は、耐久性に優れた液状化対策工用の地盤改良材及びその製造方法を提供することにある。
この課題を解決した本発明は、次のとおりである。
〔請求項１記載の発明〕
金属珪素を原材料とするアルカリを除去することなく製造されたシリカゾルとともに、希釈水ガラス及び酸性中和剤が配合されている、ことを特徴とする液状化対策工用の地盤改良材。
〔請求項１記載の発明〕
金属珪素を原材料とするアルカリを除去することなく製造されたシリカゾルとともに、希釈水ガラス及び酸性中和剤が配合されている、ことを特徴とする液状化対策工用の地盤改良材。
〔請求項２記載の発明〕
シリカゾル、希釈水ガラス及び酸性中和剤を混合して液状化対策工用の地盤改良材を製造するにあたり、
前記シリカゾルとして金属珪素を原材料とするアルカリを除去することなく製造されたものを用いるとともに、
前記酸性中和剤を水で希釈してから前記シリカゾルと混合し、この混合液を前記希釈水ガラスと混合して配合する、
ことを特徴とする液状化対策工用の地盤改良材の製造方法。
シリカゾル、希釈水ガラス及び酸性中和剤を混合して液状化対策工用の地盤改良材を製造するにあたり、
前記シリカゾルとして金属珪素を原材料とするアルカリを除去することなく製造されたものを用いるとともに、
前記酸性中和剤を水で希釈してから前記シリカゾルと混合し、この混合液を前記希釈水ガラスと混合して配合する、
ことを特徴とする液状化対策工用の地盤改良材の製造方法。
〔請求項３記載の発明〕
シリカゾル、希釈水ガラス及び酸性中和剤を配合して液状化対策工用の地盤改良材を製造するにあたり、
前記シリカゾルとして金属珪素を原材料とするアルカリを除去することなく製造されたものを用いるとともに、
前記シリカゾルを水で希釈してから前記酸性中和剤と混合し、この混合液を前記希釈水ガラスと混合して配合する、
ことを特徴とする液状化対策工用の地盤改良材の製造方法。
シリカゾル、希釈水ガラス及び酸性中和剤を配合して液状化対策工用の地盤改良材を製造するにあたり、
前記シリカゾルとして金属珪素を原材料とするアルカリを除去することなく製造されたものを用いるとともに、
前記シリカゾルを水で希釈してから前記酸性中和剤と混合し、この混合液を前記希釈水ガラスと混合して配合する、
ことを特徴とする液状化対策工用の地盤改良材の製造方法。
〔請求項４記載の発明〕
シリカゾル、希釈水ガラス及び酸性中和剤を配合して液状化対策工用の地盤改良材を製造するにあたり、
前記シリカゾルとして金属珪素を原材料とするアルカリを除去することなく製造されたものを用いるとともに、
前記酸性中和剤を水で希釈してから前記希釈水ガラスと混合し、この混合液を前記シリカゾルと混合して配合する、
ことを特徴とする液状化対策工用の地盤改良材の製造方法。
シリカゾル、希釈水ガラス及び酸性中和剤を配合して液状化対策工用の地盤改良材を製造するにあたり、
前記シリカゾルとして金属珪素を原材料とするアルカリを除去することなく製造されたものを用いるとともに、
前記酸性中和剤を水で希釈してから前記希釈水ガラスと混合し、この混合液を前記シリカゾルと混合して配合する、
ことを特徴とする液状化対策工用の地盤改良材の製造方法。
本発明によると、耐久性に優れた液状化対策工用の地盤改良材及びその製造方法となる。
次に、本発明の実施の形態を説明する。
本形態の地盤改良材は、金属珪素（シリコン）から製造されたシリカゾル（コロイダルシリカ）が配合されていること、つまり水ガラスではなく金属珪素を原材料とするアルカリを除去することなく製造されたコロイダルシリカが配合されていることを特徴とする。水ガラスを原材料とすると、硬化材や中和剤として硫酸等の酸と反応させたとしても製造されるコロイダルシリカコロイド中に残留したアルカリが残り、耐久性が劣る。これに対し、金属珪素はアルカリを含まないため、金属珪素を原材料とするアルカリを除去することなく製造されたコロイダルシリカもアルカリを含まず、したがって当該コロイダルシリカが配合された地盤改良材は、耐久性に優れたものとなる。
本形態の地盤改良材は、金属珪素（シリコン）から製造されたシリカゾル（コロイダルシリカ）が配合されていること、つまり水ガラスではなく金属珪素を原材料とするアルカリを除去することなく製造されたコロイダルシリカが配合されていることを特徴とする。水ガラスを原材料とすると、硬化材や中和剤として硫酸等の酸と反応させたとしても製造されるコロイダルシリカコロイド中に残留したアルカリが残り、耐久性が劣る。これに対し、金属珪素はアルカリを含まないため、金属珪素を原材料とするアルカリを除去することなく製造されたコロイダルシリカもアルカリを含まず、したがって当該コロイダルシリカが配合された地盤改良材は、耐久性に優れたものとなる。
ここで金属珪素からシリカゾルを製造する方法は、特に限定されない。例えば、金属珪素からシリカゾルを製造する方法を開示する米国特許２６１４９９５号公報や、金属珪素からテトラメチルシリケートを製造する方法を開示する米国特許２４７３２６０号公報、テトラメチルシリケートからシリカゾル（コロイダルシリカ）を製造する方法を開示する特開平６−３１６４０７号公報などを参考にすることができる。
本形態の地盤改良材は、その用途が特に限定されない。ただし、得られた地盤改良材を液状化対策工に用いる場合は、金属珪素を原材料とするアルカリを除去することなく製造されたシリカゾルとともに、希釈水ガラス及び酸性中和剤、好適には硫酸を配合するのが好ましい。水ガラス及び硫酸等の酸性中和剤を配合すると、安価に強度向上を図ることができる。この点、水ガラスを配合すると、たとえ硫酸等の酸性中和剤も配合するとしてもアルカリ残留の問題が生じる。しかしながら、液状化対策工の場合は、大きな強度の必要性はなく配合される水ガラスが比較的少量ため、少量のアルカリ残留は、大きな問題とはならない。なお、液状化対策工については、例えば、特許第３１０２７８６号公報などを参考にすることができる。
以上において、ＪＩＳ３号水ガラスを使用する場合、シリカゾル、３号水ガラス、硫酸の配合割合（容量基準）は、１ｍ3あたり５０Ｌ：５０Ｌ：水ガラス中和量×１．０５〜５００Ｌ：３００Ｌ：水ガラス中和量×２．０、好ましくは１ｍ3あたり８０Ｌ：８０Ｌ：水ガラス中和量×１．１〜２００Ｌ：２００Ｌ：水ガラス中和量×１．５である。また、特殊高モル水ガラス（ＳｉＯ2（２４％）、Ｎａ2Ｏ（６．２％）、比重１．２８）を使用する場合、シリカゾル、特殊水ガラス、硫酸の配合割合（容量基準）は、１ｍ3あたり５０Ｌ：５０Ｌ：水ガラス中和量×１．０５〜５００Ｌ：４００Ｌ：水ガラス中和量×２．０、好ましくは１ｍ3あたり８０Ｌ：８０Ｌ：水ガラス中和量×１．１〜２５０Ｌ：２５０Ｌ：水ガラス中和量×１．５である。さらに、特殊高モル水ガラス（ＳｉＯ2（１８％）、Ｎａ2Ｏ（４．１％）、比重１．２０）を使用する場合、シリカゾル、特殊水ガラス、硫酸の配合割合（容量基準）は、１ｍ3あたり５０Ｌ：５０Ｌ：水ガラス中和量×１．０５〜４００Ｌ：５００Ｌ：水ガラス中和量×２．０、好ましくは１ｍ3あたり８０Ｌ：８０Ｌ：水ガラス中和量×１．１〜２５０Ｌ：２５０Ｌ：水ガラス中和量×１．５である。シリカゾルの配合割合に対する水ガラスの配合割合が多いと、注入材中の塩分濃度が高くなり収縮等の問題が発生する。他方、シリカゾルの配合割合に対する希釈水ガラスの配合割合が少ないと、強度が大幅に低下する。
ところで、以上のようにシリカゾル、希釈水ガラス及び硫酸等の酸性中和剤を混合して地盤改良材を製造するにあたっては、シリカゾルと硫酸等の酸性中和剤とを直接混合すること、及び、シリカゾルと希釈水ガラスとを直接混合することは、避けるのが好ましい。シリカゾルと硫酸等の酸性中和剤とを直接混合すると、ゲル化するのが早く、例えば、シリカゾル１００Ｌと硫酸２３．５Ｌとを直接混合すると、数分〜数時間でゲル化してしまう。また、シリカゾルと希釈水ガラスとを直接混合すると、白濁、沈殿の問題が生じ易く、例えば、本発明者らが試験したところによると、シリカゾル１００Ｌと希釈水ガラス（水：水ガラス＝２：１）３６０Ｌとを直接混合すると、瞬時に白濁、沈殿の問題が生じた。
これらを避ける方法としては、次の３形態を推奨する。
すなわち、シリカゾルとして金属珪素を原材料とするアルカリを除去することなく製造されたものを用いることを前提に、（１）硫酸等の酸性中和剤を水で希釈（例えば、硫酸濃度５０％以下、好ましくは２０％以下に希釈。）してからシリカゾルと混合し、この混合液を希釈水ガラスと混合する、（２）シリカゾルを水で希釈（例えば、シリカ濃度２０％以下、好ましくは１５％以下に希釈。）してから硫酸等の酸性中和剤と混合し、この混合液を希釈水ガラスと混合する、（３）硫酸等の酸性中和剤を水で希釈（例えば、硫酸濃度５０％以下、好ましくは２０％以下に希釈。）してから希釈水ガラスと混合し、この混合液をシリカゾルと混合する、形態である。
すなわち、シリカゾルとして金属珪素を原材料とするアルカリを除去することなく製造されたものを用いることを前提に、（１）硫酸等の酸性中和剤を水で希釈（例えば、硫酸濃度５０％以下、好ましくは２０％以下に希釈。）してからシリカゾルと混合し、この混合液を希釈水ガラスと混合する、（２）シリカゾルを水で希釈（例えば、シリカ濃度２０％以下、好ましくは１５％以下に希釈。）してから硫酸等の酸性中和剤と混合し、この混合液を希釈水ガラスと混合する、（３）硫酸等の酸性中和剤を水で希釈（例えば、硫酸濃度５０％以下、好ましくは２０％以下に希釈。）してから希釈水ガラスと混合し、この混合液をシリカゾルと混合する、形態である。
（その他）
（１）本形態において使用することができる水ガラスは、その種類が特に限定されない。例えば、ＪＩＳ１４０８規定の珪酸ソーダ（ＸＮａ2Ｏ・ＹＳｉＯ2）相当品、すなわち、ＪＩＳ１号、２号、３号水ガラス や、珪素を溶解してモル比（ＳｉＯ2／Ｎａ2Ｏ）４程度の高モル比とした水ガラスなどを使用することができる。これらのうち、例えば、ＪＩＳ３号水ガラス は、ＳｉＯ2（２８〜３０質量％）、Ｎａ2Ｏ（９〜１０質量％）及び水（残部）からなるものであり、モル比（ＳｉＯ2／Ｎａ2Ｏ）が２．８〜３．３３とされる。
（１）本形態において使用することができる水ガラスは、その種類が特に限定されない。例えば、ＪＩＳ１４０８規定の珪酸ソーダ（ＸＮａ2Ｏ・ＹＳｉＯ2）相当品、すなわち、ＪＩＳ１号、２号、３号水ガラス や、珪素を溶解してモル比（ＳｉＯ2／Ｎａ2Ｏ）４程度の高モル比とした水ガラスなどを使用することができる。これらのうち、例えば、ＪＩＳ３号水ガラス は、ＳｉＯ2（２８〜３０質量％）、Ｎａ2Ｏ（９〜１０質量％）及び水（残部）からなるものであり、モル比（ＳｉＯ2／Ｎａ2Ｏ）が２．８〜３．３３とされる。
（２）本形態において使用することができる水ガラスは、ナトリウム以外のアルカリ金属、例えば、カリウムやリチウムなどを構成成分としていてもよい。本明細書において、水ガラスという言葉を用いているのは、アルカリ金属がナトリウムであることに限定する趣旨ではない。
（３）本形態の水ガラスは、水で希釈して希釈水ガラスとして使用するが、その希釈率は特に限定されない。ただし、希釈率は、好ましくは１．５倍〜４倍、より好ましくは２〜３倍である。希釈率が１．５倍を下回ると、水ガラスの粘性が大きく酸性液と混ざりにくい為、部分ゲルが発生しやすい。他方、希釈率が４倍を上回ると、シリカゾルの配合割合を大きくできないとの問題がある。
次に、本発明の実施例を説明する。
〔試験例１〕
金属珪素から製造されたシリカゾルと希釈水ガラス及び硫酸とが配合された地盤改良材について、耐久性を評価する試験を行った。原材料の種類及び配合割合は、表１に示すとおりとした。また、評価項目は、サンドゲルタイム（時間）、ホモゲルタイム（時間）、サンドゲル一軸強度（ｋＰａ、材令７日、豊浦砂を使用。）、サンドゲル一軸強度（ｋＰａ、材令２８日、豊浦砂を使用。）とした。結果は、表１に示した。なお、コロイダルシリカ（シリカゾル）としては、済南銀豊硅制品公司製（ＳｉＯ2：３．３質量％、Ｎａ2Ｏ：０．３５質量％、比重１．２１）を使用した。また、水ガラスとしては、ＳｉＯ2（２８．５質量％）、Ｎａ2Ｏ（９．４質量％）及び水（残部）からなり、比重１．４の３号水ガラスを使用した。この３号水ガラスは、３倍に希釈して使用した。
〔試験例１〕
金属珪素から製造されたシリカゾルと希釈水ガラス及び硫酸とが配合された地盤改良材について、耐久性を評価する試験を行った。原材料の種類及び配合割合は、表１に示すとおりとした。また、評価項目は、サンドゲルタイム（時間）、ホモゲルタイム（時間）、サンドゲル一軸強度（ｋＰａ、材令７日、豊浦砂を使用。）、サンドゲル一軸強度（ｋＰａ、材令２８日、豊浦砂を使用。）とした。結果は、表１に示した。なお、コロイダルシリカ（シリカゾル）としては、済南銀豊硅制品公司製（ＳｉＯ2：３．３質量％、Ｎａ2Ｏ：０．３５質量％、比重１．２１）を使用した。また、水ガラスとしては、ＳｉＯ2（２８．５質量％）、Ｎａ2Ｏ（９．４質量％）及び水（残部）からなり、比重１．４の３号水ガラスを使用した。この３号水ガラスは、３倍に希釈して使用した。
本発明は、液状化対策工に用いる地盤改良材及びその製造方法として、適用可能である。
Claims (4)
- 金属珪素を原材料とするアルカリを除去することなく製造されたシリカゾルとともに、希釈水ガラス及び酸性中和剤が配合されている、ことを特徴とする液状化対策工用の地盤改良材。
- シリカゾル、希釈水ガラス及び酸性中和剤を混合して液状化対策工用の地盤改良材を製造するにあたり、
前記シリカゾルとして金属珪素を原材料とするアルカリを除去することなく製造されたものを用いるとともに、
前記酸性中和剤を水で希釈してから前記シリカゾルと混合し、この混合液を前記希釈水ガラスと混合して配合する、
ことを特徴とする液状化対策工用の地盤改良材の製造方法。 - シリカゾル、希釈水ガラス及び酸性中和剤を配合して液状化対策工用の地盤改良材を製造するにあたり、
前記シリカゾルとして金属珪素を原材料とするアルカリを除去することなく製造されたものを用いるとともに、
前記シリカゾルを水で希釈してから前記酸性中和剤と混合し、この混合液を前記希釈水ガラスと混合して配合する、
ことを特徴とする液状化対策工用の地盤改良材の製造方法。 - シリカゾル、希釈水ガラス及び酸性中和剤を配合して液状化対策工用の地盤改良材を製造するにあたり、
前記シリカゾルとして金属珪素を原材料とするアルカリを除去することなく製造されたものを用いるとともに、
前記酸性中和剤を水で希釈してから前記希釈水ガラスと混合し、この混合液を前記シリカゾルと混合して配合する、
ことを特徴とする液状化対策工用の地盤改良材の製造方法。
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