JP5059885B2 - 珪酸塩系土質安定用薬液及びこれを用いた地盤安定化工法 - Google Patents

Description

本発明は、地盤改良のための珪酸塩系土質安定用薬液及びこれを用いた地盤安定化工法に関する。

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地盤安定化工法が知られているが、特に、珪酸ソーダ水溶液と硬化剤成分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。

この珪酸塩系土質安定用薬液における基本的な性状として、珪酸ソーダ水溶液に配合する硬化剤成分の使用量を少なくしゲルタイムを長く調節した場合、ゲルタイムを長く調節するにつれ硬化体の強度が低くなることは、周知事項の一つとして上げられる。また、この珪酸塩系土質安定用薬液の地盤内への注入方式に関しても種々の方式が知られている。この一例として、非特許文献１には、二重管ダブルパッカー注入方式が紹介されており、この注入方式は、ゲルタイムの長い注入材による均等浸透をめざしたものであることが記載されている。

そして、二重管ダブルパッカー注入方式による実施工場面においては、珪酸塩系土質安定用薬液のゲルタイムは通常１時間から１時間４０分程度に調整し施工されている。

一方、本出願人は、特許文献１で、珪酸ソーダ水溶液に、（ａ）成分：硫酸水素ナトリウム、（ｂ）成分：水酸化マグネシウムおよび／または酸化マグネシウム、および（ｃ）成分：（ａ）成分に対して３〜３０重量％の割合の硫酸アルミニウムを配合して成る薬液を地盤に注入し、地盤中において数秒ないし１０数秒の時間でゲル化させる地盤の安定化方法を提案した。

そして、この地盤の安定化方法に用いる珪酸塩系土質安定用薬液の珪酸ソーダ源としてはＳｉＯ_２／Ｎａ_２Ｏモル比が２〜４のもので、特にＪＩＳ３号珪酸ソーダが好適であること、（ｂ）成分の使用量は通常（ａ）成分に対し１０重量％以内の量であること、（ａ）成分：硫酸水素ナトリウムの使用量は薬液のゲルタイムにより種々変化し、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こと、等が記載されており、これにより瞬結工法を適用した場合に強度の高い硬化物がえられること、等が記載されている。

しかし、前記した如く、ゲルタイムを長く調節するにつれ硬化体の強度が低くなるという、珪酸塩系土質安定用薬液における基本的な性状のため、この特許文献１で提案した珪酸塩系土質安定用薬液を二重管ダブルパッカー注入方式による施工に適用する為、（ａ）成分：硫酸水素ナトリウムの使用量を調節し、薬液のゲルタイムを１時間から１時間４０分程度とした場合では、硬化体強度に関しては未だ充分なものとは言い難い状況であった。

特開昭５４−１１０６１２号公報

現場技術者のための土と基礎シリーズ９、薬液注入工法の調査・設計から施工まで、第４刷、土質工学会発行、第５章注入方式の種類と特徴

前記の如く、特許文献１で提案した珪酸塩系土質安定用薬液を二重管ダブルパッカー注入方式による施工に適用する為、薬液のゲルタイムを１時間から１時間４０分程度とした場合には、硬化体の強度に関しては未だ充分なものとは言い難く、この様なゲルタイムに調整した場合においてもより高い強度が発現する薬液が望まれていた。

本発明の目的は、特許文献１で提案した珪酸塩系土質安定用薬液の硬化体強度を改良し、薬液のゲルタイムを１時間から１時間４０分程度とした場合でも硬化体強度の発現が良好な珪酸塩系土質安定用薬液を提供することにある。

本発明の珪酸塩系土質安定用薬液および地盤安定化工法を見出すに当たっての、目的とする薬液の性能基準を次の通りとし、これらの性能基準をいずれも満たしたとき、本発明の目的が達成されたとした。

４００リットルあたりＳｉＯ_２を２６ｋｇ含有する珪酸ソーダ水溶液に、硬化剤成分を配合して得られた薬液が、温度２０℃において；
（１）薬液のゲルタイム：１時間以上、１時間４０分以下の時間内で硬化（ゲル化）すること。
（２）硬化体（ホモゲル体）強度：ゲル化して１日間経過後における、形成された硬化体（ホモゲル体）の一軸圧縮強度値が、０．００７Ｎ／ｍｍ^２以上であること。

本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、珪酸ソーダ水溶液のＳｉＯ_２／Ｎａ_２Ｏモル比を特定範囲のモル比とし、これに特定組成の硬化剤成分を珪酸ソーダに対し特定範囲の量比で用いることにより、意外にも、前記の性能基準をいずれも満たすことを知り、本発明を完成した。

本発明の第一の発明は「ＳｉＯ_２／Ｎａ_２Ｏモル比が３．３〜４．２の珪酸ソーダ水溶液に、硬化剤成分として（ａ）成分：硫酸水素ナトリウムと、（ｂ）成分：（ａ）成分に対し１〜５質量％の割合の水酸化マグネシウムおよび／または酸化マグネシウムと、（ｃ）成分：（ａ）成分に対し８〜２０質量％の割合の硫酸アルミニウムとを、珪酸ソーダのＳｉＯ_２に対して、（ａ）成分、（ｂ）成分および（ｃ）成分の合計が２７〜３５質量％の割合で配合してなり、４００リットル中に換算して２０〜４０ｋｇのＳｉＯ_２を含み、且つ、温度２０℃におけるゲルタイムが１時間以上、１時間４０分以下であることを特徴とする珪酸塩系土質安定用薬液。」を要旨とする。

また、本発明の第二の発明は「土質安定用薬液を地盤に注入し、地盤内で硬化させて地盤を安定化させるにあたり、土質安定用薬液として第一の発明の土質安定用薬液を用いることを特徴とする地盤安定化工法。」を要旨とする。

本発明の珪酸塩系土質安定用薬液により、従来の珪酸塩系土質安定用薬液では得られなかった効果、即ち、薬液のゲルタイムをダブルパッカー注入方式に最適な１時間から１時間４０分程度とした場合でも硬化体の圧縮強度の発現が良好であるという効果を奏で、これにより安全・確実・効率的に地盤を安定化できるという特徴を有する。

本発明の珪酸塩系土質安定用薬液の主剤としての珪酸ソーダ水溶液は、例えば「１３９０１の化学商品、化学工業日報社発行、第２類ソーダ工業薬品、ケイ酸ソーダ」に記載された製法等、珪酸ソーダの従来公知の製法を基に、ＳｉＯ_２とＮａ_２Ｏのモル比を下限値３．３以上、好ましくは下限値３．５以上、一方、上限値４．２以下、好ましくは上限値３．８未満の範囲となるように調整して製造されたものを用いる。

また、「ナノロック主剤」（商品名、（株）菱晃製）を用いることもできる。

珪酸ソーダ水溶液のＳｉＯ_２／Ｎａ_２Ｏモル比が本発明で規定する下限値３．３よりも小さい場合は、硬化体（ホモゲル体）強度に関して、本発明が目的とする性能が得られない。

一方、珪酸ソーダ水溶液のＳｉＯ_２／Ｎａ_２Ｏモル比が本発明で規定する上限値４．２よりも大きい珪酸ソーダ水溶液は、それ自体を製造することが通常困難であり、従って土質安定用薬液の主剤として用いることができない。

これらの珪酸ソーダ水溶液は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。

例えば、珪酸ソーダ水溶液（以下、Ａ液とも言う。）と硬化剤水溶液（以下、Ｂ液とも言う。）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は、通常、Ａ液２００リットル中にＳｉＯ_２が下限値２０ｋｇ以上、好ましくは下限値２５ｋｇ以上、一方、上限値４０ｋｇ以下、好ましくは３５ｋｇ以下となるように調製したものをＡ液として使用する。Ａ液中のＳｉＯ_２の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、ＳｉＯ_２の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。

本発明の珪酸塩系土質安定用薬液は、硬化剤成分としての（ａ）成分：硫酸水素ナトリウムと、（ｂ）成分：水酸化マグネシウムおよび／または酸化マグネシウムと、（ｃ）成分：硫酸アルミニウムの３成分を後述する量比で配合する。

なおここで、（ａ）成分：硫酸水素ナトリウム、（ｂ）成分：水酸化マグネシウムおよび／または酸化マグネシウム、（ｃ）成分：硫酸アルミニウムは、例えば工業用薬品など、一般に市販されているものを用いることができる。

本発明の珪酸塩系土質安定用薬液に配合する硬化剤成分としての（ａ）成分、（ｂ）成分、（ｃ）成分それぞれの量比は、（ｂ）成分：（ａ）成分に対し下限値１質量％以上、上限値５質量％以下、（ｃ）成分：（ａ）成分に対し下限値８質量％以上、上限値２０質量％以下の範囲である。

（ａ）成分に対する（ｂ）成分、（ｃ）成分の量比が上記の範囲内にある場合にのみ、本発明が目的とする性能が得られ、下記の如く、（ａ）成分に対する（ｂ）成分および／または（ｃ）成分の量比が本発明で規定する範囲を外れた場合には本発明が目的とする性能が得られない。（ａ）成分に対する（ｂ）成分および（ｃ）成分の量比が共に本発明で規定する範囲を外れ多い場合：薬液のゲルタイムに関して本発明が目的とする性能が得られない。（ａ）成分に対する（ｂ）成分および（ｃ）成分の量比が共に本発明で規定する範囲を外れ少ない場合：硬化体（ホモゲル体）強度に関して本発明が目的とする性能が得られない。（ａ）成分に対する（ｂ）成分または（ｃ）成分何れか一方の量比が本発明で規定する範囲を外れ多い場合：薬液のゲルタイムに関して本発明が目的とする性能が得られない。（ａ）成分に対する（ｂ）成分または（ｃ）成分何れか一方の量比が本発明で規定する範囲を外れ少ない場合：硬化体（ホモゲル体）の強度に関して本発明が目的とする性能が得られない。（ａ）成分に対する（ｂ）成分あるいは（ｃ）成分何れか一方の量比が本発明で規定する範囲を外れ少なく、かつ残りの一方の成分の量比が本発明で規定する範囲を外れ多い場合：薬液のゲルタイムと硬化体（ホモゲル体）強度との両面で、本発明が目的とする性能が得られない。

本発明の珪酸塩系土質安定用薬液の硬化剤成分としての（ａ）成分、（ｂ）成分、（ｃ）成分の配合量は、薬液中のＳｉＯ_２に対して（ａ）成分、（ｂ）成分および（ｃ）成分の合計量が下限値２７質量％以上、上限値が３５質量％以下の範囲となるように配合する。

薬液中のＳｉＯ_２に対する硬化剤成分としての（ａ）成分、（ｂ）成分および（ｃ）成分の合計量が、本発明で規定する範囲の下限値２７質量％を外れ少ない場合は、薬液のゲルタイムと硬化体（ホモゲル体）強度との両面で、一方、本発明で規定する上限値３５質量％を外れ多い場合は、薬液のゲルタイムで、本発明が目的とする性能が得られない。

なおここで、本発明の目的からは脱するが、薬液中のＳｉＯ_２に対する（ａ）成分、（ｂ）成分、（ｃ）成分の合計量を、本発明で規定する範囲を外れ多い量の範囲で適宜その使用量を調整すれば、従来から知られている、例えばゲルタイムが１０秒程度以下のいわゆる瞬結の薬液や、ゲルタイムが数分程度のいわゆる緩結の薬液として使用も可能である。

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、ＳｉＯ_２／Ｎａ_２Ｏモル比が本発明で規定する範囲のアルカリ珪酸塩水溶液をさらに適宜水で希釈してＡ液を、また、本発明で規定した組成の硬化剤成分としての（ａ）成分、（ｂ）成分および（ｃ）成分を水に溶解して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液との混合液中のＳｉＯ_２に対する硬化剤成分としての（ａ）成分、（ｂ）成分および（ｃ）成分の合計量が本発明で規定する量比となるように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方法を例示できる。

この様に調製した薬液の注入に際しては、短管式、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、適宜の方法を施工性に応じて採用することができる。

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
「１３９０１の化学商品、化学工業日報社発行、第２類ソーダ工業薬品、ケイ酸ソーダ」に記載された製法で調製した、種々のＳｉＯ_２／Ｎａ_２Ｏモル比の珪酸ソーダを用い、４００リットルあたりのＳｉＯ_２含有量が２６ｋｇとなるように適宜水を加え調整した珪酸ソーダ水溶液に、硬化剤成分としての（ａ）成分：硫酸水素ナトリウム、（ｂ）成分：酸化マグネシウム、および（ｃ）成分：硫酸アルミニウムを所定量溶解して得られた薬液について、下記項目の性能を評価した。

なお、各種硬化剤成分は何れも試薬１級を用いた。

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。
・評価項目及び評価方法、評価の基準
（１）薬液のゲルタイム：液温２０℃において、薬液を容器内に静置し、薬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。
評価○：薬液のゲルタイムが１時間以上、１時間４０分以下であった。
評価×：薬液のゲルタイムが１時間未満であった。あるいは、薬液のゲルタイムが１時間４０分を超えて長かった。

（２）硬化体（ホモゲル体）強度：液温２０℃において、薬液を円柱型の型枠（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。
評価○：ゲル化して１日間経過後における、硬化体（ホモゲル体）の一軸圧縮強度値が、０．００７Ｎ／ｍｍ^２以上であった。
評価×：ゲル化して１日間経過後における、硬化体（ホモゲル体）の一軸圧縮強度値が、０．００７Ｎ／ｍｍ^２未満であった。

各評価における、珪酸ソーダのＳｉＯ_２／Ｎａ_２Ｏモル比、薬液４００リットルあたりの組成、硬化剤成分としての（ａ）成分，（ｂ）成分，（ｃ）成分それぞれの量比、珪酸ソーダのＳｉＯ_２に対する硬化剤成分としての（ａ）成分、（ｂ）成分、（ｃ）成分合計量の量比と、それぞれについての測定結果と評価、および総合評価を表１に示した。

なお総合評価は下記を示している。
総合評価○：薬液のゲルタイム、硬化体（ホモゲル体）強度の評価の両方ともが○であった。
総合評価×：評価項目の少なくとも一つが×であった。

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、薬液は１時間以上、１時間４０分以下の時間内で硬化（ゲル化）し、硬化（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、０．００７Ｎ／ｍｍ^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、珪酸ソーダ水溶液のＳｉＯ_２／Ｎａ_２Ｏモル比、（ａ）成分に対する（ｂ）成分や（ｃ）成分の量比、珪酸ソーダ水溶液のＳｉＯ_２に対する（ａ）成分、（ｂ）成分、および（ｃ）成分の合計量の量比が本発明の規定から外れた場合は、薬液のゲルタイムや硬化体（ホモゲル体）強度の何れか一方、あるいは両方が薬液の性能基準を満たさず、本発明の目的を達成できない。

Claims (2)

1. ＳｉＯ_２／Ｎａ_２Ｏモル比が３．３〜４．２の珪酸ソーダ水溶液に硬化剤成分として、（ａ）成分：硫酸水素ナトリウムと、（ｂ）成分：（ａ）成分に対し１〜５質量％の割合の水酸化マグネシウムおよび／または酸化マグネシウムと、（ｃ）成分：（ａ）成分に対し８〜２０質量％の割合の硫酸アルミニウムとを、珪酸ソーダのＳｉＯ_２に対して、（ａ）成分、（ｂ）成分および（ｃ）成分の合計が２７〜３５質量％の割合で配合してなり、４００リットル中に換算して２０〜４０ｋｇのＳｉＯ_２を含み、且つ、温度２０℃におけるゲルタイムが１時間以上、１時間４０分以下であることを特徴とする珪酸塩系土質安定用薬液。
2. 土質安定用薬液を地盤に注入し、地盤内で硬化させて地盤を安定化させるにあたり、土質安定用薬液として請求項１記載の土質安定用薬液を用いることを特徴とする地盤安定化工法。