JP6159963B1 - 地盤注入材および地盤改良工法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、海水を練り混ぜ水として用いるか、または、一価金属塩や多価金属塩を含む場合であっても、安定して製造することが可能なシリカコロイド系グラウトからなる地盤注入材、および、この地盤注入材を用いた地盤改良工法を提供することを目的とするものである。【解決手段】水ガラスと塩とから得られた塩析シリカを有効成分とすることを特徴とする地盤注入材である。また、この地盤注入材を地盤に注入することを特徴とする地盤改良工法である。【選択図】なし

Description

本発明は、地盤注入材（以下、単に「注入材」とも称する）および地盤改良工法の改良に関する。本発明は、詳しくは、地盤中にシリカ系グラウトを注入し固結することにより、液状化防止、吸出し防止、さらには恒久補強などの恒久的な地盤改良を行う地盤改良工法に関する。

耐久性に優れた注入材として、水ガラスグラウトの劣化要因であるアルカリを酸またはイオン交換法によって除去した酸性シリカ溶液が使用されている。このうち、水ガラスのアルカリを酸で除去した酸性シリカゾルは、シリカの溶脱がほとんどなく浸透固結性に優れているが、そのゲルは小さなシリカ（粒径１ｎｍ）が線状にからまった構造のため、変形しやすく収縮が大きくなり、強度の低下や地下水に対する抵抗が小さいという問題があり、所定の強度の持続性が必要とされる、地下水流の存在する港湾地区の液状化防止に用いるには問題があった。それに対して、シリカコロイドはシリカの粒径が大きく（粒径１０〜２０ｎｍ）、そのゲルは高強度で変形や収縮がほとんどなく耐久性に優れていることが、出願人の研究によって判明している。しかし、その強度発現が遅いところから、本出願人は既にシリカコロイドと水ガラスと酸とを有効成分として、大きなシリカと小さなシリカとからなるシリカ濃度が薄くてかつ強度発現の速い複合シリカを開発して、液状化対策工に広く用いている。しかし、コロイドはきわめて高価であるところから、経済的に優れた複合シリカを得ることが課題であった。本発明は、地盤改良に合わせて経済的に上記目的を可能とする複合シリカ、および、その製造方法の発明に係るものである。

特に、本発明は水ガラスを塩析してコロイド化したシリカコロイドグラウト並びにシリカコロイドと水ガラスとを有効成分とする複合シリカグラウトであって、シリカ系グラウトの練り混ぜ水として海水や一価の金属塩、多価金属塩を含む溶液を用いてシリカコロイドを形成する方法、および、それを用いた地盤改良工法に関する。

従来、軟弱地盤の基礎の強化や、掘削時の地盤安定、液状化対策等の目的で、地盤にシリカ系グラウトからなる地盤注入材を注入して地盤改良を行う地盤改良工法が知られている。シリカ系グラウトの配合時には、通常、練り混ぜ水として水道水が使用される。

一方、コロイダルシリカは高価であるため、地盤改良工法に用いる場合、価格を抑えることが難しいが、コロイダルシリカは地盤改良成分としての有効性に優れることから、恒久的な地盤改良が必要とされる箇所においては、数多く施工が行われている。

地盤改良に係る先行技術として、例えば、特許文献１には、水ガラス水溶液とアルカリ土類金属塩化物との急激な混合により得られる、水ガラス水溶液に０．５重量％以上のアルカリ土類金属塩化物が溶存した溶液より成り、自己ゲル化性を有する土質安定用薬液が開示されており、特許文献２には、水ガラス水溶液に、アルカリ土類金属化合物を０．５重量％以下添加し激しく混合して、均一溶液とした安定な自己ゲル化性を有する変性水ガラス溶液とゲル化剤とを混合しつつ地盤中に注入する土質安定化工法が開示されている。

また、特許文献３には、シリカ系化合物と硬化剤と練り混ぜ水とを含み、ｐＨが中性又は酸性の領域であるシリカ系グラウトを地盤中に注入して固結させるに当たり、シリカ系化合物溶液と硬化剤配合液とを用意し、これらのそれぞれに練り混ぜ水として塩分を含む水を添加して、シリカ系化合物溶液に添加する塩分を含む水の量を、シリカ系化合物溶液に含まれるＮａ_２Ｏの量と塩分を含む水に含まれる塩分の量とに応じて調整する地盤改良工法が開示されている。

さらに、特許文献４には、水ガラスと重炭酸ソーダと海水とより調製した混合液をＡ液とし、重炭酸ソーダを海水に溶存させた混合液をＢ液とし、これらＡ液とＢ液とよりなる土質安定用薬液が開示されており、特許文献５には、調合水として海水を用いる水ガラス系薬液の地盤注入工法において、現場で希釈しない水ガラス原液をＡ液とし、海水に酸、可溶性酸性塩およびグリオキザールから選ばれた少なくとも１種のゲル化剤を共存させた溶液をＢ液とし、Ａ液とＢ液とを混合する懸濁型薬液の調製方法が開示されている。

さらにまた、特許文献６には、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、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、所定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地盤注入工法が開示されている。

さらにまた、特許文献７には、水ガラスと酸性材とからなるアルカリ性シリカ溶液、または水ガラスと酸性材とからなる酸性水ガラスに、水ガラスまたは水ガラス以外のアルカリ材を混合したアルカリ性シリカ溶液であって、アルカリ性シリカ溶液に水ガラス、または水ガラスと酸性材を段階的にゆっくりと、ないし経時的にゆっくりと添加することにより、ＰＨ９〜１１．５のコロイド状を呈するアルカリ性シリカを調整する地盤固結用アルカリ性シリカが開示されている。

特許第２８０１２７４号公報 特許第２８０１２７２号公報 特許第５０１７６２０号公報 特許第２７５８０５０号公報 特開平２−３０２４９２号公報 特許第４６７９８１１号公報 特許第４７５７４２８号公報

ところで、液状化対策工事が行われることの多い海岸付近では水道水を得にくい場合もあるため、シリカ系グラウトの配合時に、水道水に代えて、入手が容易な海水を使用できれば好ましい。しかしながら、上記特許文献４にも開示されているように、海水を水ガラスと混合すると、海水中に含まれるＭｇ，Ｃａなどの多価金属イオンが水ガラスと反応して瞬時に部分ゲルが生ずることから、海水を含む工業用水や井戸水などを、水道水等の代わりにシリカ系グラウトの練り混ぜ水に用いる場合、配合が困難であった。また、同様の問題は、シリカ系グラウトに多価金属塩を配合した場合にも生ずる。

そこで本発明の目的は、海水を練り混ぜ水として用いるか、または一価金属塩や多価金属塩を含む場合であっても、安定して製造することが可能なシリカコロイド系グラウトからなる地盤注入材、および、これを用いた地盤改良工法を提供することにある。

シリカグラウトを用いた液状化対策や耐久性地盤改良は、耐震補強や掘削工事等長期を要する地盤改良として近年重要な技術となっている。
本出願人はすでに、長期耐久性に優れたシリカ溶液として、水ガラスの劣化要因である水ガラスのアルカリを酸で中和除去した非アルカリ性シリカゾルグラウトを開発し、多数の実績を蓄積している。しかし、シリカゾルグラウトはその粒経が１ｎｍのシリカのネットワークから形成されているためシリカのネットワークが弱く、かつ、収縮が大きいため地下水の水道になりやすく耐久性が不十分となる。このため、地下水の流動している地盤や港湾地区の干潟のある液状化対策工では、シリカコロイドが適用されている。シリカコロイドは、シリカの粒経が１０〜２０ｎｍからなり、地盤中で安定したゲルを作るため地下水の流動にも大きな抵抗力があるからである。

シリカコロイドは、水ガラスをイオン交換樹脂またはイオン交換膜で脱アルカリして増粒したシリカ粒子で、または金属シリカから作られ、ほぼ中性〜弱アルカリ性を呈し、水ガラス中のアルカリが除されており、かつ、増粒によってコロイドになり、大きな比表面積をもつ。このコロイドに酸または塩を加えると活性化してゲル化し、ゲル化物はシリカの溶脱がほとんどない。すなわち、化学的安定と構造的安定が得られるため、地下水の流動化においても恒久的な地盤改良が可能になる。

また、上記シリカコロイドと水ガラスと酸とを加えた、または、コロイドと酸性シリカゾルを混合した酸性の複合シリカコロイドも、本出願人により提案され用いられている。この複合シリカコロイドは、コロイドと酸液または塩のみではシリカの溶脱も収縮も小さいが強度増加が遅いという問題を、シリカコロイドに水ガラスと酸による小さなシリカを複合させることによって、または、シリカコロイドと酸性シリカゾル（水ガラスと酸とを有効成分とする酸性シリカ溶液）とを複合させることによって、低いシリカ濃度で強度増加を速くすることを可能としたものであり、液状化対策工に多く実施工されている。

本発明者らは、さらに検討を重ねた結果、上記複合シリカコロイドを経済的にかつ地盤条件に対応できるように水ガラスをコロイド化して用いることにより全シリカ濃度や大きなシリカコロイドと小さなシリカゾルの複合比率を容易に調合しうる、酸性複合シリカコロイドからなる地盤注入材および地盤改良工法を完成したものである。

すなわち、本発明の地盤注入材は、水ガラスと塩とから得られた塩析シリカを有効成分とすることを特徴とするものである。本発明においては、さらに、酸を有効成分として含む酸性シリカコロイド溶液を含有することが好ましい。また、コロイド化させた混合液に酸やシリカ分を加え酸性シリカコロイド溶液を含有することを特徴とするものである。ここで、前記塩としては、一価金属塩、多価金属塩および海水からなる群から選ばれる１種または２種以上を用いることができる。前記塩が海水である場合、前記塩析シリカの原料液中における、ＳｉＯ_２（％）：海水固形分（％）の質量比は、１：０．２以上であることが好ましい。また、前記塩が一価金属塩または多価金属塩である場合、前記塩析シリカの原料液中における、ＳｉＯ_２（％）：塩（％）の質量比が１：０．０５以上であることが好ましい。

すでに本発明者は、水ガラスをコロイド化したシリカグラウトを注入する方法（特許文献６，特許文献７）を提案しているが、コロイド化の判定やコロイドの熟成に時間がかかるという問題もあった。本発明は塩析シリカを用いることを特徴とする。
本発明の地盤注入材は、前記酸性コロイド溶液に加えて、さらに水ガラス水溶液を含有することが好ましい。また、本発明の地盤注入材においては、前記多価金属塩が、塩化カルシウム、塩化マグネシウムおよび硫酸マグネシウムからなる群から選ばれる１種または２種以上の混合物であることが好ましい。さらに、本発明の地盤注入材は、イオン交換法や金属シリカ法によって製造されるか、コロイダルシリカを混合して用いることもできる。さらに、空隙の大きな地盤や地下水流のある地盤状況や注入目的によってホワイトカーボンや粉末シリカ、ベントナイト等のシリカの粉体を少なくとも一種以上を含有することも好ましい。これらのシリカはコロイドや水ガラスのシリカと化学的に直接反応することがないためゲルタイムに対する影響が少なくてすむ。勿論、ゲル化時間を短縮するにあたってはセメントや石灰等を用いることができる。

本発明の地盤注入材には、マイクロバブルまたはマイクロバブルを混合した配合液を使用してもよい。また、本発明の地盤注入材と、マイクロバブル液とを、併用して地盤に注入することもできる。本発明の低強度配合とマイクロバブル液とを併用することにより、液状化対策等に使用でき、経済的にも従来の注入材よりも優れている。
マイクロバブル水は、地震動に伴う間隙水圧の上昇を空気が収縮することにより抑制する効果が実験によって確認されている。しかし、実地盤においては、地下水流があることや、地下水流の影響を排除すべく格子状に閉鎖して行った実験では、浸透したマイクロバブル水が上方に移動する現象等が確認されるなど、長期的な耐久性については明確な結論が出るには至っていない。しかし、マイクロバブルが長期間地盤中に固定されていれば非常に経済的な技術である。

また、本発明の地盤改良工法は、上記本発明の地盤注入材を地盤に注入することを特徴とするものである。

本発明によれば、海水を練り混ぜ水として用いるか、または一価金属塩や多価金属塩を含む場合であっても、安定して製造することが可能なシリカコロイド系グラウトからなる地盤注入材、および、これを用いた地盤改良工法を実現することが可能となった。

実施例の配合Ｎｏ．４におけるシリカコロイドの粒径の測定結果を示すグラフである。 実施例における一軸圧縮強度の測定結果を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
本発明の地盤注入材は、水ガラスと塩とから得られた塩析シリカを有効成分とする点に特徴を有し、好ましくはさらに、酸を有効成分として含む酸性シリカコロイド溶液を含有する。ここで、塩析とは、凝析とも呼ばれ、水ガラスに塩を加えるとシリカが凝集する現象をいう。一般に、水ガラスの珪酸粒子の等電点は弱酸性範囲にあると考えられており、水ガラスのモル比や濃度や塩の種類によって、凝析値や凝析に至るまでの時間は異なる。ＮａＣｌのような１価のアルカリ金属塩で水ガラスを塩析した場合、弱いわた状のシリカが析出するが、ＣａＣｌ_２のような多価金属塩の場合は、瞬間的に塩析が生ずる海水の場合と同様である。１価のアルカリ金属塩や海水は、水ガラスと弱いわた状シリカを析出するため、従来はこのシリカが注入に好ましくないと考えられてきた。それ自体は硬化剤として使用できず、他の硬化剤と併用してわた状にならないよう少ない量で促進剤として使用され、沈殿してわた状のシリカを析出しない程度の少量が用いられていた。このようなシリカは、酸性のシリカと水ガラスとが反応してすぐにゲル化する。これは塩析とはいえない。また、ＣａＣｌ_２のような多価金属塩は、それ自体が水ガラスの硬化剤として併用され、水ガラスと合流して高強度の瞬結性グラウトとして用いられてきた。
これに対し、本発明は、水ガラスに塩を加えて塩析シリカとして、アルカリ領域の塩析シリカを生成させ、その塩析シリカをコロイド化したシリカコロイドを用いた地盤注入液および地盤注入工法に係るものであり、このような考えはかつて存在しなかったものである。

本発明の原理は以下の通りである。
１．本発明者らの多くの実験の結果、水ガラスと海水または一価金属塩または多価金属塩で塩析してシリカ分を析出すると（塩析シリカ法）、白濁したシリカの沈殿物が生ずるため、このままでは沈殿物の粒経が大きく、地盤中に注入した場合は土粒子の間隙や内管に詰まってしまい、注入液としては不適であることが判った。

２．ところが、一方で本発明者らは、水ガラス中のシリカを塩析した場合、残りの溶液中では本来の水ガラスの組成分はきわめて減少しているか、あるいはほとんど残存しないことを見出した。

３．さらに、この塩析シリカと酸を加えて酸性領域にすると、白濁していた塩析シリカが乳白色の殆ど沈殿のないコロイド状に長時間安定した酸性塩析シリカコロイドとなることが判った。この酸性塩析シリカコロイドは、長時間安定しているが強度は弱く、それ自体では通常の注入には不適である。その理由は、粒径が大きくそれ自体のコロイド粒子同士の反応性または土粒子との反応性が悪いためと考えられる。

４．上記２．の塩析シリカ液に水ガラス本来の成分がほとんど残存していないことは、塩析したシリカ溶液に酸を加えても瞬結にならないか或いは数時間ゲル化しないことでわかる。

５．水ガラスに酸を加えて酸性領域にすると、中性領域を経る間に直ちにゲル化してしまい、長いゲル化時間は得られない。そのため酸性シリカゾルを得るには、基本的に酸性液中に水ガラスを加えるのが普通である。

６．一方、コロイダルシリカは、弱アルカリ性であるが酸を加えて酸性領域にすることができる。これは、コロイダルシリカには水ガラスの組成分がほとんど残存していないことによる。

７．本発明者らは、この現象に着目した。すなわち、水ガラスを塩析してそこに酸を加えても直ちにゲル化しないところから、塩析した水ガラスには水ガラスの組成分がほとんど残存していないと考えられることを見出して、本発明を完成したものである。

８．上記酸性塩析シリカコロイドと水ガラスとを混合して水ガラスのアルカリを除去し、非アルカリ性塩析シリカコロイドを形成することができる。この非アルカリ性塩析シリカコロイドでは、塩析シリカコロイドに起因する大きな粒径のコロイドと酸性水ガラス（シリカゾル）に起因する小さな粒径のシリカゾルからなる複合シリカコロイドが形成されることがわかった。

これに対し、特許文献１，２では、水ガラスとアルカリ土類金属塩化物とを攪拌混合した場合には不均質なシリカゲル（ヒドロゲル）が生じ土質安定剤として実用に不適となってしまうところ、これを急速攪拌して分散させてアルカリ領域で注入する技術が提案されている。しかし、この方法では水ガラス中のアルカリ分が残存して、これがゲルのネットワークを切断してしまうため、耐久性が得られない。本発明は、水ガラスと海水、一価金属塩または多価金属塩とを混合して水ガラス中のシリカを塩析して本来の水ガラス組成分を減少せしめる、さらに酸を加えて酸性領域にすることにより、コロイド状に安定させる酸性塩析シリカ法を提供するものである。このシリカ法では、施工時にそれ単体でゲル化することなく安定的に保管することもできるし、また、これに添加剤を加えて使用することもできる。

また、本出願人による先行特許である特許文献３では、シリカ由来のＮａ_２Ｏと塩との比率を０．７以上としないとゲル化や粒状の白濁が生じて注入液として使用不可能であったが、本発明においては、シリカ由来のＮａ_２Ｏと塩との比率ではなく、ＳｉＯ_２と海水固形分との比率によってコロイド化されることを見出した。

さらに、特許文献４ではアルカリ領域の注入液を用いているため、水ガラスと海水と重炭酸ソーダを用いていても、本発明のコロイド化したものとは異なる。

さらにまた、特許文献５では、海水に酸などを入れて事前に酸性海水に混合してから行うが、本発明では水ガラスと海水または一価金属塩若しくは多価金属塩の溶液を事前に配合するため、配合手順が違う点が挙げられる。特許文献５の薬液は、酸性シリカゾルに用いる水を海水に置き換えただけであり、コロイド化されていない。

さらにまた、特許文献６のシリカ溶液は、水ガラスと酸性材を含み、さらに活性シリカまたはコロイダルシリカが添加されている。本発明では活性シリカやコロイダルシリカを使用しなくてよい点が異なる。

さらにまた、特許文献７のアルカリ性シリカは、アルカリ性シリカ溶液または酸性水ガラスにアルカリ材を添加したものをベースにしており、そこに水ガラスと酸性材を添加しアルカリ領域でコロイド状にしたものである。この場合、段階的にコロイド状溶液を作製しなければならないが、本発明ではただちにコロイド化させ、さらに、酸性領域であることにより、安定させることもできる。

本発明において使用する海水としては、天然の海水のほか、人工海水を用いることもできる。下記の表１中に、天然海水および人工海水の組成を示す。なお、下記表中、プレコロイドとは、水ガラス中のシリカを海水、一価金属塩または多価金属塩を用いてコロイド化したものを意味する。

また、本発明において、一価金属塩のイオンとしてはＬｉ、Ｎａ、Ｋなどが挙げられる。多価金属塩の多価金属イオンとしては、Ｃａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｂａなどを挙げることができる。多価金属塩としては、中でも、塩化カルシウム、塩化マグネシウムおよび硫酸マグネシウムからなる群から選ばれる１種または２種以上の混合物を好適に用いることができる。上記表１より、海水および人工海水は、一価アルカリ金属塩と多価アルカリ金属塩を含有する水溶液であることが判る。その理由は、シリカと結びつきが強いためと思われる。

さらに、本発明において、酸性溶液に用いる酸としては、硫酸、リン酸、硝酸、塩酸、スルファミン酸等の無機酸、および、これらの混酸を用いることができる。

水ガラスをイオン交換樹脂膜やイオン交換膜で処理して得られた活性シリカ或いは金属シリカは、シリカ粒径が１〜５ｎｍに成長して数日後にはゲル化するが、微量の苛性アルカリや水ガラスを加えて弱アルカリ性に安定化させたコロイダルシリカは、上述の活性シリカを加熱することにより濃縮増粒し、ｐＨを９〜１０に調整して安定化して得られる。このようにして得られたコロイダルシリカは、シリカ濃度が５％以上、通常は３０％程度であり、また、通常粒径が１０〜２０ｎｍである。また、水ガラスのシリカの粒径は０．１ｎｍ、水ガラスのアルカリを酸で除去した酸性シリカゾルのシリカの粒径はほぼ１ｎｍである。

なお、従来のシリカゾル製造時の希釈水ガラスの比重は１．０５〜１．１５（１．１５以下）までであったが、本発明においては、水ガラスの比重１．１５を超えるものが使用可能であり、好ましくは比重１．２５〜１．４３でモル比２以上、より好ましくはモル比３以上である。

水ガラスの分子が海水や一価金属塩、多価金属塩と混合されると、塩析を生じる。
塩析シリカは時間とともに白沈するが、それを機械的に攪拌すると分散して、コロイド状になる。しかし、放置すると白沈する。塩析が起こったことにより水ガラスのシリカがコロイド化される。
塩析シリカに酸を加えると、酸性塩析シリカができる。これに水ガラスを混合すると、非アルカリ性複合シリカができる。

このようにして得られた非アルカリ性複合シリカは、水ガラスの小さな粒径とコロイド化され増粒されたコロイドの２つの粒子径のシリカによる複合シリカ粒子液が形成されることにより、水ガラス単体の配合よりも、地盤改良剤として用いる場合はより強度や耐久性に優れた結果が得られる。

ここで、様々な細粒子の粒径を比較した結果を、下記の表２に示す。本発明の注入材には、さらに、ホワイトカーボン、粉末シリカ、ベントナイト、石膏、石灰、セメント、水溶性アルミニウム塩等の粉体の少なくとも一種以上を含有させることができる。

上記表２中のホワイトカーボンは、５ｎｍ〜５μｍの粒径であるが、ホワイトカーボン溶液を用いた土を充填した供試体への浸透試験ではフィルタリングが起き、全体に浸透しなかった。しかし、本発明者らが開発したコロイド溶液は、粒径が同程度であるにもかかわらず（図１）、ろ過などされずに浸透することが分かった。さらに、注入材として使用しても浸透することが分かった。

すなわち、本発明におけるシリカコロイドの粒径は、図１に示すように、計測するとホワイトカーボン並みの粒径であるにもかかわらず、ホワイトカーボンが浸透しない土粒子にも浸透しうることが分かった。このことは、シリカコロイドがホワイトカーボンとは全く異なる浸透特性を持ち、粒径が大きいにもかかわらず細い間隙に対して軟らかく変形して順応する形状になっているためと思われる。その上で、ゲル化すると粒子の間隙の充填性に優れた効果が生じたものと思われる。これらのシリカ粒子を含有するシリカ溶液は、水ガラスに起因するシリカのように強固には結合しないが、シリカ溶液中に粒径の異なる複合シリカを形成し、土粒子の間隙に応じて大きな粒径のコロイドを含むシリカゲルが充填される。また、大きな間隙には大きなシリカが小さな間隙には小さなシリカが充填されて、密実な改良地盤を形成する。そして、これらの複合シリカは、注入液においては直接反応にくいがゲル化後は大きなシリカと小さなシリカのシリカ同士が密接に結合して、強固に土粒子と共に固化すると思われる。
また、これらの複合シリカは、大きな間隙から小さな間隙中で大きなシリカの存在のため収縮を軽減させて、地下水流に対する抵抗や強度の低下を低減する耐久性に優れた効果を生ずる。

本発明の地盤注入材には、酸性シリカコロイド溶液に加えて、さらに水ガラス水溶液を含有させることができ、また、シリカ分としてさらにイオン交換法や金属シリカ法によるコロイダルシリカを加えて、酸性複合シリカコロイド液として用いることもできるし、さらに、ホワイトカーボンや水ガラスと酸からなるシリカゾルがゲル化したものを微細化した粉末シリカなどのシリカ分を含むものを加えてもよい。すなわち、間隙の大きな地盤や地下水の流動のある地盤では、これらのシリカ分を加えることによって収縮を少なくし、また地下水の流動に耐える地盤を構築できる。

本発明の地盤注入材には、水ガラスを水で希釈した後に海水を添加して塩析シリカを形成させることができる。さらに、酸を加えて酸性塩析シリカコロイドを形成することもでき、これにより、水ガラスから、長期的に安定的なシリカコロイドを簡易に製造することができるものである。

本発明の地盤改良工法は、上記本発明の地盤注入材を地盤に注入することを特徴とするものであり、これにより本発明の所期の効果を得ることができる。

以下、本発明を、実施例を用いてより詳細に説明する。なお、本発明がこれらの例によて制限されるものではないのはもちろんである。

実施例において、材料としては以下のものを用いた。
コロイダルシリカ：比重１．２１、シリカ濃度３０％、Ｎａ_２Ｏ０．７、モル比１０３

＊）海水中の、水以外の全成分の濃度を意味する。

（海水を用いたコロイド試験（１００ｍｌ））
下記の表５に従い、５号水ガラスを水で希釈した。その後、これを海水と混合した配合液中に、酸を加えた。
配合１０および配合１１でも塩析シリカが形成された。比較例１および比較例２では、５号水ガラスと酸とを混合しただけでは、塩析シリカコロイドにはならなかった。

（試薬を用いたコロイド試験（１００ｍｌ））
下記の表６，７に従い、５号水ガラスを水で希釈した。その後、これを塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）と混合した配合液中に、酸を加えた。
配合Ｎｏ．Ａ、Ｂ、Ｃ、Ａ’、Ｂ’でも塩析が起こったことを確認した。

配合Ｄ、Ｅでも塩析が起こったことを確認した。さらに、配合Ｅに５号水ガラスを加え、注入材として一軸圧縮強度の測定を行った結果を、下記表中に示す。
その結果、ＮａＣｌではゲル化はするが、強度が弱いことが分かった。

（コロイドの測定方法）
上記表５中の配合Ｎｏ．１〜９の試料を７日放置し、シリカコロイドを凝集させたあと、これをろ過した。その後、温水で十分洗浄した。次に、１Ｎ塩酸でシリカコロイドを十分洗浄し、不純物を洗い流した後、純水で洗浄した。残ったシリカコロイドをろ紙ごと電気炉にて１０５０℃で恒量になるまで加熱した。

（海水コロイド試験（１００ｍｌ）：シリカ濃度２％）
次に、水ガラスのモル比を変えた以外は、同様にして試験を実施した。その結果を、下記の表１１，１２中に示す。

上記の結果（表１０、表１２）より、水ガラスはモル比が異なっていてもシリカ濃度と海水固形分の比率によりコロイドが生成されることが分かった。また、シリカ濃度と海水固形分の比が１：０．２以上、好ましくは１：０．４以上に設定すれば、シリカコロイドの生成に十分であることが分かった。
但し、シリカコロイドが１００％でなくても、注入材として使用することができる。

次に、コロイドの粒径の測定を行った。
測定を行った配合は配合Ｎｏ．４である。計測には、（株）島津製作所製のレーザ回折式粒子径分布測定装置ＳＡＬＤ−３１００を用いた。配合後にすぐに測定した結果、５０．０％Ｄは４．７μｍであった。また、この測定結果の粒子径分布を、図１に示す。同程度の粒子径であるホワイトカーボン溶液では浸透しなかった砂にも、本発明のコロイド溶液は浸透した。

上記の結果より、水ガラスと海水との組み合わせにより、コロイド化されていることが分かった。

（薬液注入材としての比較）
配合後に得られた注入材は、シリカ濃度６質量％、ｐＨ３のシリカ系グラウトであった。

実施例１として、下記表１４に示す配合にてＡ液とＢ液とを混合した結果、ｐＨおよびゲルタイム（ＧＴ）は下記の表１５に示すとおりとなった。また、ＪＩＳ Ａ １２１６：２００９に基づき一軸圧縮強度を測定した結果、下記の表１６に示すとおりとなった。

比較例３として、下記表１７に示す配合にてＡ液とＢ液とを混合した結果、ｐＨおよびゲルタイム（ＧＴ）は下記の表１８に示すとおりとなった。また、一軸圧縮強度を測定した結果、下記の表１９に示すとおりとなった。

上記実施例１と比較例３との一軸圧縮強度の測定結果の比較を、図２のグラフに示す。図２から、薬液注入材としての比較を行った結果、従来方法の薬液である比較例３よりも、海水と水ガラスによりコロイド化した薬液を用いる実施例１の薬液注入のほうが、一軸圧縮強度が大幅に向上していることが明らかである。

（浸透試験）
直径５ｃｍ高さ１ｍのモールド内に砂を充填し、注入液を下部から注入して、シリカの含有率を求めた。
砂としては豊浦硅砂を使用し、相対密度６０％になるようにモールド内部に充填した。下部より水を注入し、間隙を水で充填したのち、薬液を下部より同様に注入した。上部より排出された液１００ｍｌずつについて、シリカ含有量の測定を行った。
薬液としては、配合Ｎｏ．２を用いた。

その結果、１０００ｍｌ以上薬液を通した場合も、シリカ含有量が減少することなく浸透することが判った。
また、攪拌速度については、従来現在使われている混合攪拌で十分対応できるため、特に攪拌速度について制限はない。
シリカ含有量の分析方法には、塩酸溶解−ＩＣＰ−ＡＥＳ法を用いた。その結果を、下記の表２０中に示す。

次に、同様にモールド内に砂を充填し、下部より実施例１の注入材を注入して、１ヵ月後の強度を測定した。１０ｃｍ毎に測定した一軸圧縮強度の測定結果を、下記の表２１中に示す。下記表中、Ｎｏ．０がモールド下部を示す。

Claims (10)

1. 水ガラスと塩とから得られた塩析シリカ、および、酸を有効成分として含む酸性塩析シリカコロイド溶液と、水ガラス水溶液と、を混合して得られた非アルカリ性塩析シリカコロイドを含有することを特徴とする地盤注入材。
2. 前記塩が、一価金属塩、多価金属塩および海水からなる群から選ばれる１種または２種以上である請求項１記載の地盤注入材。
3. 前記塩が海水であり、前記塩析シリカの原料液中における、ＳｉＯ_２（％）：海水固形分（％）の質量比が１：０．２以上である請求項２記載の地盤注入材。
4. 前記塩が一価金属塩または多価金属塩であり、前記塩析シリカの原料液中における、ＳｉＯ_２（％）：塩（％）の質量比が１：０．０５以上である請求項２記載の地盤注入材。
5. 前記多価金属塩が、塩化カルシウム、塩化マグネシウムおよび硫酸マグネシウムからなる群から選ばれる１種または２種以上の混合物である請求項２〜４のうちいずれか一項記載の地盤注入材。
6. さらに、コロイダルシリカを含有する請求項１〜５のうちいずれか一項記載の地盤注入材。
7. さらに、粉体の少なくとも一種以上を含有する請求項１〜６のうちいずれか一項記載の地盤注入材。
8. さらに、マイクロバブルを含む請求項１〜７のうちいずれか一項記載の地盤注入材。
9. 請求項１〜８のうちいずれか一項記載の地盤注入材を地盤に注入することを特徴とする地盤改良工法。
10. 請求項１〜８のうちいずれか一項記載の地盤注入材と、マイクロバブル液とを、地盤に注入することを特徴とする地盤改良工法。