JP5720060B2 - 地盤注入用固結材の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、地盤の液状化防止注入工事に有用なコロイダルシリカ、珪酸ソーダ及び酸を含有する地盤注入用固結材の製造方法に関する。
従来、コロイダルシリカ及び珪酸ソーダを含有する地盤注入用固結材は知られている。例えば、特許文献１の請求項１には、「コロイダルシリカと、水ガラス（珪酸ソーダ）とを含み、地盤への注入前にはそれ自体でゲル化しないアルカリ性シリカ溶液からなる地盤注入用固結材。」が記載されている。
上記特許文献１には、コロイダルシリカと水ガラスの混合物（アルカリ性シリカ溶液）に反応剤として硫酸、リン酸、塩化アルミニウム等を添加できることが記載されている。この点について、特許文献１の［0029］段落には、「例えば、アルカリ性シリカ溶液に酸性反応剤を添加して該溶液を酸性〜中性領域に調整して所定のゲル化時間を有するグラウトとすることができる。」と記載されている。
しかしながら、特許文献１のように、アルカリ性シリカ溶液を調製後に酸等の反応剤を添加する場合には、得られる地盤注入用固結材が白濁し易く、また部分ゲルと称呼される副生物が生じ易いという問題がある。得られる地盤注入用固結材が白濁したり部分ゲルが生じたりする場合には、地盤注入用固結材の均質性が十分ではなく、液状化防止注入工事に適用した際に注入全領域において十分な効果が得られない場合がある。また、従来の製造方法では水を単独成分として取扱っておらず、コロイダルシリカ、水ガラス及び酸の希釈に予め使われており、有効成分を精度良く計量することが困難な場合がある。特に酸の計量精度が悪い場合には、得られる地盤注入用固結材のｐＨを所望の範囲に調整し難く、所望のゲルタイムに調整することが困難となる。
従って、白濁や部分ゲルの発生が抑制され、所望のｐＨを有する均質な地盤注入用固結材を精度良く調製するための製造方法の開発が望まれている。
本発明は、白濁や部分ゲルの発生が抑制され、所望のｐＨを有する均質な地盤注入用固結材を精度良く調製するための製造方法を提供することを目的とする。
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、各原料を特定の順序で混合する場合には、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は、下記の地盤注入用固結材の製造方法に関する。
１．コロイダルシリカ、珪酸ソーダ、及び酸濃度が４〜３５質量％の酸水溶液を混合する地盤注入用固結材の製造方法であって、
（１）前記酸水溶液を調製するために用いる、酸濃度が５０〜８０質量％の酸原液及び水を予め別々に計量しておき、
（２）前記地盤注入用固結材を調製する容器に、先ず前記水を５０質量％以上供給した後、前記酸原液を供給開始し、次いで残りの成分を順不同で供給開始し、
（３）前記水の供給速度は２０〜１０００Ｌ／ｍｉｎであり、前記酸原液の供給速度は５〜２００Ｌ／ｍｉｎであり、前記コロイダルシリカの供給速度は５０〜１５００Ｌ／ｍｉｎであり、前記珪酸ソーダの供給速度は５０〜１５００Ｌ／ｍｉｎである、
ことを特徴とする地盤注入用固結材の製造方法。
２．前記コロイダルシリカは、ＳｉＯ２の平均粒子径が３〜３０ｎｍであり、且つ、ＳｉＯ２濃度が５〜３０質量％である、上記項１に記載の製造方法。
３．前記珪酸ソーダは、ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏで表されるモル比が３〜５であり、且つ、ＳｉＯ２濃度が３〜１５質量％である、上記項１又は２に記載の製造方法。
４．前記コロイダルシリカと前記珪酸ソーダの割合は、ＳｉＯ２の質量比に換算して１０：９０〜９０：１０である、上記項１〜３のいずれかに記載の製造方法。
５．前記酸は、硫酸及び／又はリン酸である、上記項１〜４のいずれかに記載の製造方法。
６．前記地盤注入用固結材は、ｐＨが１〜５の範囲でありＳｉＯ２濃度が３〜１５質量％の範囲である、上記項１〜５のいずれかに記載の製造方法。
１．コロイダルシリカ、珪酸ソーダ、及び酸濃度が４〜３５質量％の酸水溶液を混合する地盤注入用固結材の製造方法であって、
（１）前記酸水溶液を調製するために用いる、酸濃度が５０〜８０質量％の酸原液及び水を予め別々に計量しておき、
（２）前記地盤注入用固結材を調製する容器に、先ず前記水を５０質量％以上供給した後、前記酸原液を供給開始し、次いで残りの成分を順不同で供給開始し、
（３）前記水の供給速度は２０〜１０００Ｌ／ｍｉｎであり、前記酸原液の供給速度は５〜２００Ｌ／ｍｉｎであり、前記コロイダルシリカの供給速度は５０〜１５００Ｌ／ｍｉｎであり、前記珪酸ソーダの供給速度は５０〜１５００Ｌ／ｍｉｎである、
ことを特徴とする地盤注入用固結材の製造方法。
２．前記コロイダルシリカは、ＳｉＯ２の平均粒子径が３〜３０ｎｍであり、且つ、ＳｉＯ２濃度が５〜３０質量％である、上記項１に記載の製造方法。
３．前記珪酸ソーダは、ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏで表されるモル比が３〜５であり、且つ、ＳｉＯ２濃度が３〜１５質量％である、上記項１又は２に記載の製造方法。
４．前記コロイダルシリカと前記珪酸ソーダの割合は、ＳｉＯ２の質量比に換算して１０：９０〜９０：１０である、上記項１〜３のいずれかに記載の製造方法。
５．前記酸は、硫酸及び／又はリン酸である、上記項１〜４のいずれかに記載の製造方法。
６．前記地盤注入用固結材は、ｐＨが１〜５の範囲でありＳｉＯ２濃度が３〜１５質量％の範囲である、上記項１〜５のいずれかに記載の製造方法。
以下、本発明の地盤注入用固結材の製造方法について詳細に説明する。
本発明の地盤注入用固結材の製造方法は、コロイダルシリカ、珪酸ソーダ、及び酸濃度が４〜３５質量％の酸水溶液を混合する地盤注入用固結材の製造方法であって、
（１）前記酸水溶液を調製するために用いる、酸濃度が５０〜８０質量％の酸原液及び水を予め別々に計量しておき、
（２）前記地盤注入用固結材を調製する容器に、先ず前記水を供給開始した後、前記酸原液を供給開始し、次いで残りの成分を順不同で供給開始する、
ことを特徴とする地盤注入用固結材の製造方法。
（１）前記酸水溶液を調製するために用いる、酸濃度が５０〜８０質量％の酸原液及び水を予め別々に計量しておき、
（２）前記地盤注入用固結材を調製する容器に、先ず前記水を供給開始した後、前記酸原液を供給開始し、次いで残りの成分を順不同で供給開始する、
ことを特徴とする地盤注入用固結材の製造方法。
上記特徴を有する本発明の製造方法は、酸濃度が４〜３５質量％の酸水溶液を調製するために用いる、酸濃度が５０〜８０質量％の酸原液及び水を予め別々に計量するため、酸原液及び水の計量精度が高く、地盤注入用固結材のｐＨを所望の範囲に調整し易い。よって、所望のゲルタイムを有する地盤注入用固結材を精度良く調製することができる。また、水及び酸原液を順に供給開始し、その後に残りの成分を順不同で供給開始するため、白濁及び部分ゲルの発生を抑制して地盤注入用固結材を調製することができる。
この製造方法により得られる地盤注入用固結材は、ｐＨを含めて均質性が高く、地盤の液状化防止注入工事に適用した際に注入全領域において十分な効果が得られる。
上記コロイダルシリカは、コロイド状の性状を示し、それ単独では半永久的にゲル化しない安定な物質である。コロイダルシリカとしては、市販品やそれに水を加えて希釈した希釈溶液を使用できる。
コロイダルシリカに含まれるシリカ（ＳｉＯ２）の平均粒子径としては、３〜３０ｎｍ程度が好ましく、４〜１５ｎｍ程度がより好ましい。なお、本明細書に記載の平均粒子径は窒素吸着によるＢＥＴ法（但しＢＥＴ法で測定困難な微粒子については動的光散乱法）により測定した値である。
コロイダルシリカに含まれるシリカ濃度としては、５〜３０質量％程度が好ましい。
このようなコロイダルシリカは調製することもできる。例えば、珪酸ソーダの水希釈液をイオン交換により脱アルカリ処理し、次いで得られた活性珪酸にアルカリ剤を添加してｐＨを調整するとともに加熱により造粒することにより調製する。
上記珪酸ソーダとしても、市販品やそれに水を加えて希釈した希釈溶液を使用できる。
珪酸ソーダのモル比（ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏ）は限定されないが、３〜５程度が好ましく、汎用の珪酸ソーダが使えるため、３．１〜３．８程度がより好ましい。
珪酸ソーダに含まれるシリカ濃度としては、３〜１５質量％程度が好ましい。
上記コロイダルシリカと珪酸ソーダの割合（混合割合）は限定されないが、ＳｉＯ２の質量比に換算して１０：９０〜９０：１０程度が好ましく、２０：８０〜６０：４０程度がより好ましい。
上記酸としては限定されないが、硫酸及び／又はリン酸が好ましい。これらの酸は複数種類を混合して使用することもできる。本発明における酸原液としては、酸濃度が５０〜８０質量％の酸原液が使用でき、市販品をそのまま使用できる。酸原液の量は、地盤注入用固結材の所望のゲルタイム（即ちｐＨ）に応じて設定する。
本発明では、地盤注入用固結材を製造するに際し、酸濃度が４〜３５質量％の酸水溶液を用いるが、前記酸水溶液を調製するために用いる、酸濃度が５０〜８０質量％の酸原液及び水を予め別々に計量しておく。予め別々に計量しておくことにより、酸原液及び水の計量精度が高く、地盤注入用固結材のｐＨを所望の範囲に調整し易い。よって、所望のゲルタイムを有する地盤注入用固結材を精度良く調製することができる。他方、予め別々に計量せずに酸原液及び水を同一容器に混合して合算量で計量すると、酸水溶液中の酸の濃度を一定に調整し難く、ｐＨを均一に調整し難い。
また、本発明では、先ず水を調製容器に供給開始した後、酸原液を供給開始し、次いで残りの成分を順不同で調製容器に供給開始する。
つまり、各成分の供給順序は次の通りである。
（Ａ）水 → 酸原液 → コロイダルシリカ → 珪酸ソーダ、又は
（Ｂ）水 → 酸原液 → 珪酸ソーダ → コロイダルシリカ。
（Ａ）水 → 酸原液 → コロイダルシリカ → 珪酸ソーダ、又は
（Ｂ）水 → 酸原液 → 珪酸ソーダ → コロイダルシリカ。
水を供給開始した後、水の供給が完了した後に酸原液を供給開始してもよく、又は水の供給途中において酸原液を供給開始してもよい。残りの成分についても、酸原液の供給が完了した後に供給開始してもよく、又は酸原料の供給途中において供給開始してもよい。なお、効率的に各成分を混合するとともに酸原液の供給による調製容器の腐食等の発生を効果的に抑制するためには、水を５０質量％以上供給した後に酸原液及び残りの成分を順に供給開始することが好ましく、単独成分としての水の量は、地盤注入用固結材に含まれる水の全量の５〜２５質量％であることが好ましい。
水の供給速度は限定されないが、例えば、地盤注入用固結材を１０００Ｌ調製する場合は、２０〜１０００Ｌ／ｍｉｎ程度が好ましく、５０〜５００Ｌ／ｍｉｎ程度がより好ましい。
酸原液の供給速度は限定されないが、５〜２００Ｌ／ｍｉｎ程度が好ましく、１０〜１００Ｌ／ｍｉｎ程度がより好ましい。
コロイダルシリカの供給速度は限定されないが、例えば、地盤注入用固結材を１０００Ｌ調製する場合は、５０〜１５００Ｌ／ｍｉｎ程度が好ましく、１００〜１０００Ｌ／ｍｉｎ程度がより好ましい。
珪酸ソーダの供給速度は限定されないが、例えば、地盤注入用固結材を１０００Ｌ調製する場合は、５０〜１５００Ｌ／ｍｉｎ程度が好ましく、１００〜１０００Ｌ／ｍｉｎ程度がより好ましい。
上記供給速度で各成分を供給することにより、更に白濁及び部分ゲルの発生を抑制することができる。
上記成分を供給・混合することにより地盤注入用固結材は得られる。地盤注入用固結材は白濁及び部分ゲルの発生が抑制されており均質性が高い。なお、白濁及び部分ゲルの発生の有無は目視観察による結果である。得られる地盤注入用固結材は、ｐＨが１〜５程度が好ましく、ｐＨが２〜４程度がより好ましい。また、地盤注入用固結材の好ましいシリカ濃度は３〜１５質量％程度であり、４〜１２質量％程度がより好ましい。シリカ濃度をこの範囲に設定することにより、液状化防止注入工事に適用した際にゲル強度を十分に確保できる。
本発明の製造方法は、酸濃度が４〜３５質量％の酸水溶液を調製するために用いる、酸濃度が５０〜８０質量％の酸原液及び水を予め別々に計量するため、酸原液及び水の計量精度が高く、地盤注入用固結材のｐＨを所望の範囲に調整し易い。よって、所望のゲルタイムを有する地盤注入用固結材を精度良く調製することができる。また、水及び酸原液を順に供給開始し、その後に残りの成分を順不同で供給開始するため、白濁及び部分ゲルの発生を抑制して地盤注入用固結材を調製することができる。
この製造方法により得られる地盤注入用固結材は、ｐＨを含めて均質性が高く、地盤の液状化防止注入工事に適用した際に注入全領域において十分な効果が得られる。
以下に実施例及び比較例を示して本発明を具体的に説明する。但し、本発明は実施例に限定されない。
実施例１〜４及び比較例１〜２
コロイダルシリカ、珪酸ソーダ、硫酸（酸原料）及び水を混合して地盤注入用固結材を調製した。実施例１〜４では、硫酸及び水を予め別々の容器で計量した。これに対して、比較例１〜２では、硫酸及び水を同一容器に順次注ぎ足して合算量で計量した。
コロイダルシリカ、珪酸ソーダ、硫酸（酸原料）及び水を混合して地盤注入用固結材を調製した。実施例１〜４では、硫酸及び水を予め別々の容器で計量した。これに対して、比較例１〜２では、硫酸及び水を同一容器に順次注ぎ足して合算量で計量した。
地盤注入用固結材は、シリカ濃度１０質量％、全量５００ｋｇ、シリカ中のコロイダルシリカ由来のシリカ分２５又は５０質量％、シリカ中の珪酸ソーダ由来のシリカ分５０又は７５質量％となるように設定した。
各成分の詳細、供給順序、固結材の性状、ｐＨを表１に示す。
実施例１〜４では、先ず水を供給開始し、次に硫酸を供給開始した後に、残りの成分を供給開始することにより、良好な混合液（部分ゲルや白濁が認められない）が得られた。詳細には、水を約５０％供給した時点で硫酸の供給を開始し、残りの成分をそれぞれ数秒の間隔を開けて順次供給を開始した。
これに対し、硫酸及び水を予め別々の容器で計量しない比較例１〜２では、硫酸及び水の計量精度が不十分であり、所望のｐＨが得られないばかりか、部分ゲルの生成も認められた。
Claims (6)
- コロイダルシリカ、珪酸ソーダ、及び酸濃度が４〜３５質量％の酸水溶液を混合する地盤注入用固結材の製造方法であって、
（１）前記酸水溶液を調製するために用いる、酸濃度が５０〜８０質量％の酸原液及び水を予め別々に計量しておき、
（２）前記地盤注入用固結材を調製する容器に、先ず前記水を５０質量％以上供給した後、前記酸原液を供給開始し、次いで残りの成分を順不同で供給開始し、
（３）前記水の供給速度は２０〜１０００Ｌ／ｍｉｎであり、前記酸原液の供給速度は５〜２００Ｌ／ｍｉｎであり、前記コロイダルシリカの供給速度は５０〜１５００Ｌ／ｍｉｎであり、前記珪酸ソーダの供給速度は５０〜１５００Ｌ／ｍｉｎである、
ことを特徴とする地盤注入用固結材の製造方法。 - 前記コロイダルシリカは、ＳｉＯ２の平均粒子径が３〜３０ｎｍであり、且つ、ＳｉＯ２濃度が５〜３０質量％である、請求項１に記載の製造方法。
- 前記珪酸ソーダは、ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏで表されるモル比が３〜５であり、且つ、ＳｉＯ２濃度が３〜１５質量％である、請求項１又は２に記載の製造方法。
- 前記コロイダルシリカと前記珪酸ソーダの割合は、ＳｉＯ２の質量比に換算して１０：９０〜９０：１０である、請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法。
- 前記酸は、硫酸及び／又はリン酸である、請求項１〜４のいずれかに記載の製造方法。
- 前記地盤注入用固結材は、ｐＨが１〜５の範囲でありＳｉＯ２濃度が３〜１５質量％の範囲である、請求項１〜５のいずれかに記載の製造方法。
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