JP5024984B2

JP5024984B2 - 地盤硬化方法

Info

Publication number: JP5024984B2
Application number: JP2006180593A
Authority: JP
Inventors: 洋加藤
Original assignee: 愛知珪曹工業株式会社
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2006-06-30
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2026-06-30
Also published as: JP2008007662A

Description

本発明は地盤硬化方法に関する。地盤の強化や止水を図るため、地盤中に薬液を注入して該地盤を硬化させることが行なわれる。本発明は、かかる地盤硬化方法のうちで、地盤中に、薬液として、水ガラスを酸で処理した酸性水ガラスの水性液と、セメント及びアルカリ剤を含有する硬化剤の水性液とを注入する方法の改良に関する。

従来、地盤中に、薬液として、水ガラスを酸で処理した酸性水ガラスの水性液と、セメント及びアルカリ剤を含有する硬化剤の水性液とを注入し、該地盤を硬化させる方法が知られている。かかる従来法には、硬化剤の成分として、セメントの他に、アルカリ剤のみを用いる方法（例えば特許文献１及び２参照）、アルカリ剤及び高炉スラグを用いる方法（例えば特許文献３参照）等がある。

しかし、これらの従来法には、セメントとアルカリ剤とを混合して硬化剤の水性液を調製するときに、双方を混合してから比較的短時間のうちにアルカリ剤のゲル化に対する遅延効果が低下し、そのような硬化剤の水性液を酸性水ガラスの水性液と混合すると、短時間で不均一なゲルが生成して、充分な強度、特に初期強度が発現しないという問題があり、更に高炉スラグを用いる場合には、異臭が発生するという問題もある。従来法では、セメントとアルカリ剤とを混合して硬化剤の水性液を調製するときは、これを短時間のうちに、通常は３０〜４０分のうちに使い切ることが求められるのであるが、このようなことは地盤硬化の作業現場における実情に全くそぐわない。
特開昭５２−６５９１７号公報特開昭６０−４５８６号公報特開昭５２−９９６０８号公報

本発明が解決しようとする課題は、地盤中に、薬液として、水ガラスを酸で処理した酸性水ガラスの水性液と、セメント及びアルカリ剤を含有する硬化剤の水性液とを注入して該地盤を硬化させるに際し、セメントとアルカリ剤とを混合して硬化剤の水性液を調製するときに、双方を混合してから比較的長時間アルカリ剤のゲル化に対する遅延効果を持続させ、よってかかる硬化剤の水性液を酸性水ガラスの水性液と混合したときに、短時間のうちに不均一なゲルが生成するのを防止して、充分な強度、特に初期強度を発現させることができる地盤硬化方法を提供する処にある。

前記の課題を解決する本発明は、地盤中に、薬液として、水ガラスを酸で処理した酸性水ガラスの水性液と、セメント及びアルカリ剤を含有する硬化剤の水性液とを注入し、該地盤を硬化させる方法において、硬化剤の水性液として、セメント１００質量部当たり、アルカリ金属の水酸化物、炭酸化物及び炭酸水素化物から選ばれるアルカリ剤を０．５〜５質量部、また脂肪族オキシカルボン酸及びそのアルカリ金属塩から選ばれるものを０．２５〜３質量部の割合で含有するものを用いることを特徴とする地盤硬化方法に係る。

本発明に係る地盤硬化方法（以下単に本発明の方法という）でも、地盤中に、薬液として、水ガラスを酸で処理した酸性水ガラスの水性液と、セメント及びアルカリ剤を含有する硬化剤の水性液とを注入し、該地盤を硬化させる。本発明の方法において、水ガラスとしては、市販されている任意の水ガラスを使用でき、通常はＪＩＳ３号の水ガラスを使用するが、Ｎａ_２Ｏ１モル当たりＳｉＯ_２を３．３モル以上の割合で含有するＳｉＯ_２高モル比のものや、水ガラス中のナトリウムをイオン交換樹脂やイオン交換膜で強制的に低減したＳｉＯ_２超高モル比のものを使用すると、結果としてナトリウム塩、例えばＮａ_２ＳＯ_４の生成を少なくでき、土壌への環境負荷を少なくできる。また本発明の方法において、かかる水ガラスを処理するための酸としては、各種の無機酸や有機酸を使用できるが、通常は経済的な観点から硫酸を使用する。

前記のような水ガラス又はその水希釈液と、前記のような酸又はその水希釈液とを混合して、酸性水ガラスの水性液を調製する。ここで水性液というのは、水をベースとする溶液、乳化液、分散液又は懸濁液を意味し、これは後述する硬化剤の水性液についても同様である。本発明の方法において、酸性水ガラスの水性液は、固形分を通常は５〜２５質量％、好ましくは１０〜２０質量％含有するものとし、またｐＨを通常は４以下、好ましくは２以下に調整したものとする。

本発明の方法では、硬化剤の水性液として、セメント及びアルカリ剤を含有し、更にオキシカルボン酸及びその塩から選ばれる少なくとも一つを含有する水性液を用いる。セメントとしては、普通ポルトランドセメントや早強ポルトランドセメント等のポルトランドセメントの他に、高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメント、スラグセメント、アルミナセメント、コロイドセメント等の混合セメントや特殊セメントを使用できる。またアルカリ剤としては、使用の便宜上から水に可溶性のもの、なかでも経済的な観点からアルカリ金属の水酸化物、炭酸化物及び炭酸水素化物から選ばれるもの、具体的には、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム等を使用する。

本発明の方法において、オキシカルボン酸及びその塩としては、使用の便宜上から水に可溶性のもの、なかでも経済的な観点から脂肪族オキシカルボン酸及びそのアルカリ金属塩から選ばれるもの、具体的には、乳酸、リンゴ酸、クエン酸、酒石酸、グルコン酸及びそのナトリウム塩やカリウム塩から選ばれるものを使用する。

前記のようなセメント又はその水混練物と、前記のようなアルカリ剤又はその水希釈液と、前記のようなオキシカルボン酸及びその塩から選ばれるもの又はその水希釈液とを混合して、硬化剤の水性液を調製する。本発明の方法において、硬化剤の水性液は、セメント１００質量部当たり、アルカリ剤として、アルカリ金属の水酸化物、炭酸化物及び炭酸水系化物から選ばれるものを０．５〜５質量部、好ましくは２〜４質量部、また脂肪族オキシカルボン酸及びそのアルカリ金属塩から選ばれるものを０．２５〜３質量部、好ましくは１〜２質量部の割合で含有するものとし、またセメントを含みこれらを合計した固形分として通常は２０〜６０質量％、好ましくは３０〜５０質量％含有するものとする。

前記したように、本発明の方法でも、地盤中に薬液として酸性水ガラスの水溶液と硬化剤の水性液とを注入する。かかる注入は、１）双方の水性液を事前に混合しておいてから地盤中に注入する方法、２）双方の水性液を注入管内にて合流させることにより混合しつつ地盤中に注入する方法、３）双方の水性液を地盤中に注入した直後に混合する方法等、いずれでもよい。もっとも、地盤硬化の作業現場における実情からは、酸性水ガラスの水性液として固形分を５〜２５質量％含有する水性液を調製し、また硬化剤の水性液として固形分を２０〜６０質量％含有する水性液を調製して、双方を、酸性水ガラスの水性液／硬化剤の水性液＝１／２０〜３／１（質量比）の割合となるよう、注入管内にて合流させることにより混合しつつ地盤中に注入する方法が好ましい。

本発明の方法によると、地盤中に、薬液として、水ガラスを酸で処理した酸性水ガラスの水性液と、セメント及びアルカリ剤を含有する硬化剤の水性液とを注入し、該地盤を硬化させるときに、硬化剤の水性液中におけるアルカリ剤のゲル化に対する遅延効果を持続させることができ、よって双方の水性液を混合したときに、短時間のうちに不均一なゲルが生成するのを防止して、充分な強度、特に初期強度を発現させることができる。

試験区分１（水性液の調製）
酸性水ガラスの水性液（Ａ液）の調製
Ｎａ_２Ｏ１モル当たりＳｉＯ_２を３．４モルの割合で含有するＳｉＯ_２高モル比の水ガラス４０mlに水６０mlを混合して水ガラスの水希釈液１００mlを調製した。別に、水９３mlに７８％（質量％、％は以下同じ）硫酸７mlを混合し、更に前記の水ガラスの水希釈液１００mlを混合して酸性水ガラスの水性液（Ａ−１液）２００mlを調製した。このＡ−１液のｐＨは０．３９、固形分は１１．７％であった。

硬化剤の水溶液（Ｂ液）の調製
水１７５mlに、アルカリ剤として炭酸ナトリウム２ｇ、オキシカルボン酸としてクエン酸１ｇ及び普通ポルトランドセメント７５ｇを混合して硬化剤の水性液（Ｂ−１液）２００mlを調製した。このＢ−１液の固形分は３１％であった。同様にして他の硬化剤の水性液（Ｂ−２液〜Ｂ−６液）を各２００ml調製した。これらの内容を表１にまとめて示した。

試験区分２
実施例１〜３及び比較例１〜３
いずれの各例も、Ａ液としては前記のＡ−１液２００mlを用い、またＢ液として、実施例１ではＢ−１液２００mlを用いて、同様に実施例２、３及び比較例１〜３ではＢ−２液〜Ｂ−６液２００mlを用いて、双方を混合した。

前記のＢ−１液〜Ｂ−６液として、調製直後、３０分経過後、６０分経過後及び１２０分経過後のものを用い、これらを前記のＡ−１液と混合し、混合してから１０分経過後に、生成ゲルの一軸圧縮強度（ｋＮ／ｍ^２）を測定した。結果を表２及び図１に示した。表２中の数値は、Ｂ液調製後の経過時間（分）による生成ゲルの一軸圧縮強度（ｋＮ／ｍ^２）の変化を示している。また図１中、１１は実施例１について、１２は実施例２について、１３は実施例３について、１４は比較例１について、１５は比較例２について、１６は比較例３について、Ｂ液調製後の経過時間による生成ゲルの一軸圧縮強度（ｋＮ／ｍ^２）の変化を示している。表２及び図１からも明らかなように、オキシカルボン酸やその塩を含有しないＢ液を用いた各比較例では、Ｂ液を調製してから短時間のうちにＢ液中におけるアルカリ剤のゲル化に対する遅延効果が失われ、これらのうちでは相応によい結果のＢ−４液を用いた比較例１でも、Ｂ−４液を調製してからほぼ４０分程度経過後にはＢ−４液中のアルカリ剤のゲル化に対する遅延効果が失われ、その結果として生成ゲルの一軸圧縮強度が著しく低くなっているのに対し、オキシカルボン酸やその塩を含有するＢ液を用いた各実施例では、調製してから１２０分経過したＢ液を用いても、Ｂ液中におけるアルカリ剤のゲル化に対する遅延効果は失われず、その結果として充分に高い一軸圧縮強度の生成ゲルが得られている。

前記のＢ−１液〜Ｂ−６液として、調製してから６０分経過後のものを用い、これらを前記のＡ−１液と混合し、混合してから１０分経過後、１時間経過後、１日経過後、５日経過後、７日経過後に、生成ゲルの一軸圧縮強度（ｋＮ／ｍ^２）を測定した。結果を表３及び図２に示した。表３中の数値は、双方混合後の経過時間に対する生成ゲルの一軸圧縮強度（ｋＮ／ｍ^２）の変化を示している。また図２中、２１は実施例１について、２２は実施例２について、２３は実施例３について、２４は比較例１について、２５は比較例２について、２６は比較例３について、双方混合後の経過時間による生成ゲルの一軸圧縮強度（ｋＮ／ｍ^２）の変化を示している。表３及び図２からも明らかなように、オキシカルボン酸やその塩を含有しないＢ液を用いた各比較例では、それを調製してから６０分経過しているＢ液を用いているため、生成ゲルの一軸圧縮強度が著しく低くなっているのに対し、オキシカルボン酸やその塩を含有するＢ液を用いた各実施例では、充分に高い一軸圧縮強度の生成ゲルが得られている。

Ｂ液調製後の経過時間と得られる生成ゲルの一軸圧縮強度との関係を示すグラフ。それを調製してから６０分経過後のＢ液とＡ液とを混合したときの混合後の経過日数と得られる生成ゲルの一軸圧縮強度との関係を示すグラフ。

１１〜１３，２１〜２３実施例の一軸圧縮強度の変化を示す曲線
１４〜１６，２４〜２６比較例の一軸圧縮強度の変化を示す曲線

Claims

地盤中に、薬液として、水ガラスを酸で処理した酸性水ガラスの水性液と、セメント及びアルカリ剤を含有する硬化剤の水性液とを注入し、該地盤を硬化させる方法において、硬化剤の水性液として、セメント１００質量部当たり、アルカリ金属の水酸化物、炭酸化物及び炭酸水素化物から選ばれるアルカリ剤を０．５〜５質量部、また脂肪族オキシカルボン酸及びそのアルカリ金属塩から選ばれるものを０．２５〜３質量部の割合で含有するものを用いることを特徴とする地盤硬化方法。
酸性水ガラスの水性液が、ｐＨ４以下に調整したものである請求項１記載の地盤硬化方法。
酸性水ガラスの水性液として固形分を５〜２５質量％含有する水性液を調製し、また硬化剤の水性液として固形分を２０〜６０質量％含有する水性液を調製して、双方を、酸性水ガラスの水性液／硬化剤の水性液＝１／２０〜３／１（質量比）の割合となるよう地盤中に注入する請求項１又は２記載の地盤硬化方法。
酸性水ガラスの水性液と硬化剤の水性液とを注入管内にて合流させつつ地盤中に注入する請求項１〜３のいずれか一つの項記載の地盤硬化方法。