JPH0146442B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は軟弱あるいは漏水地盤を固結あるいは
止水（以下単に「固結」という）するために用い
られる地盤注入用非アルカリ性珪酸水溶液の製造
法に係る。 止水工事等においては水ガラスグラウトを注入
用薬液として用いた薬液注入工法が広く用いられ
ており、この工法に用いられる前記水ガラスグラ
ウトは例えば水ガラスに硫酸等の酸剤やアルカリ
金属塩を混合することによつて調製される。 また、一般に地盤注入の目的である固結効果を
得るためにはグラウト配合液中の水ガラスの濃度
はSiO₂換算で2.5重量％以上である事が必要であ
るが、このような濃度ではPHが８〜９付近で瞬結
してしまうため、通常前述の水ガラスグラウトは
PHが９以上の領域で用いられ、従つて水ガラスの
当量が完全に反応する事は困難であつて地盤中に
は未反応の水ガラスが生じ、地下水の汚染等、公
害問題をひき起こすことはさけられない。 このような問題を解決するには水ガラスを酸性
ないし中性のPH領域でゲル化させればグラウト配
合液中の水ガラスを完全に反応せしめる事が可能
となるが、水ガラスに酸を加えていく場合、中性
或は酸性に至るまでにゲル化したり塊状シリカ分
を配合液中に生成してしまうため注入に適した配
合液をつくることはできない。 本発明の目的は水ガラスグラウト配合液中の水
ガラス濃度が特にSiO₂換算で５重量％を越えて
も塊状シリカ分を形成せず、しかも注入工法の目
的と手法に適した所望の酸性領域のグラウトを調
製しうる地盤注入用非アルカリ性珪酸水溶液の製
造法を提供することにある。 前述の目的を達成するため、本発明によれば、
鉱酸水溶液の内部に水ガラス濃度がSiO₂換算で
５重量％を越える高濃度の水ガラス液を毎秒50cm
以上の吐出速度で吐出して酸過剰の状態でPHを増
大せしめながら前記鉱酸水溶液と水ガラス液を、
回転数200rpm以上の撹拌翼で回転しながら混合
して水ガラス量がSiO₂換算で少なくとも５重量
％であつてPHが５以下の非アルカリ性珪酸水溶液
を得ることを特徴とする。 以下、本発明を具体的に詳述する。 なお、以下記載において、水ガラス量あるいは
濃度の％は全てSiO₂換算の重量％を意味する。 一般に地盤の注入目的に適合した非アルカリ性
珪酸水溶液を得るには、該水溶液中の水ガラス量
が2.5％以上、特に５重量％以上であることが強
度の点から必要である。このためには鉱酸水溶液
中に吐出される水ガラス濃度は５％を越える高濃
度、望ましくは12.5〜25％でなくてはならない。
このように高濃度の水ガラスを吐出すれば高濃度
の非アルカリ性珪酸水溶液が得られ、したがつて
高強度の固結効果を得ることができるが、反面、
吐出すべき水ガラス濃度が濃くなる程、塊状シリ
カ分が析出されやすくなり、注入液として不適と
なる。 本発明は、前述の問題点を鉱酸水溶液に水ガラ
ス濃度が５％を越える高濃度の水ガラス液を毎秒
50cm以上の吐出速度で吐出することによつて解決
したものである。さらに本発明は特に水ガラスグ
ラウト配合液中の水ガラスの配合量が５％以上で
あつて酸性領域内所定のPH値を有する配合液を微
調整せずとも塊状のシリカ分を析出する事なく製
造してそのまゝグラウトとして注入する事を可能
にしたものであつて、非アルカリ性の珪酸水溶液
のグラウト工法への実用化を飛躍的に進歩せしめ
たものである。 以上をまとめると次のとおりである。 上述したように水ガラス水溶液に酸を加える
方法では酸性、中性領域の配合液の調整は不可
能である。酸の水溶液と水ガラス水溶液を同時
に混合容器中に投入して撹拌混合しても塊状の
シリカ分が析出して注入液としては不適であ
る。 酸の水溶液を投入してある混合容器中に水ガ
ラス水溶液を上から投入しながら撹拌しても配
合液中に水ガラス濃度が2.5％以上になると塊
状のシリカ分が析出して注入液としては不適と
なる。これは水ガラスと酸性液を反応させる場
合、反応熱が高くなり、シリカ分が析出されや
すい状態になるからである。実際の注入の場合
において使用する混合装置は容器が50以上、
通常は100以上であるが、実験室の実験に比
してこのように大きな容量で配合すると、発熱
反応で塊状のシリカ分をを析出しやすい。実験
において硫酸水溶液中にモル比3.6の水ガラス
の水溶液を加えながら急速撹拌し、配合液中の
水ガラス含有量が2.0％でPHが3.5、ゲル化時間
が60分としたものの、固結標準砂の一日後の一
軸圧縮強度は1.5Kgｆ／cm²を示した。正常の注
入目的を達することのできるためには固結砂の
一軸圧縮強度は２Kgｆ／cm²以上を必要とする
が、そのためには配合液中の水ガラス濃度は
2.5％以上、特に５％以上が必要である。 配合液中に５％以上の水ガラスを含む非アル
カリ性珪酸水溶液を塊状のシリカ分を析出する
ことなくつくるためには少なくとも以下の手法
が必要である。すなわち、まず、混合容器中に
PHが0.5以下の鉱酸水溶液を貯留しておいてか
ら該鉱酸水溶液の液面よりも下部に位置する混
合容器（混合槽）側壁あるいは底面の孔あるい
はノズルから、あるいは酸性液中に開孔するノ
ズルまたは孔を有する供給管から水ガラスを供
給して急速混合し、かつ、配合液全体のPH値を
５以下の酸性に保持する。 上記において、急速混合（撹拌）は後述する
ように水ガラスの吐出（噴射）効果による混合
態様を用いない場合には撹拌翼の回転数が500
回転以上の回転による撹拌翼混合を必要とする
が、単に撹拌翼の回転のみでは全配合液中の水
ガラス濃度が５％以上になると塊状シリカ分が
析出されやすくなり、後述する特殊な噴射によ
る撹拌を必要とする。 酸性領域の珪酸水溶液はPHが２以下では安定
であるが、ゲル化時間が通常10時間以上から数
十時間を示すので、グラウトに使用するために
はPHを増大させてゲル化時間を短縮しなくては
ならないが、PHが３以上になると珪酸水溶液は
急激に不安定になり塊状のシリカ分を析出しや
すくなる。特にこの傾向は配合液中の水ガラス
の含有量が５％以上になると増大する。このよ
うな現象を防ぐためにはまず、PHが３以下の望
ましくは2.5以下の非アルカリ性珪酸水溶液を
あらかじめつくつておき、これを基本液として
希釈水ガラス水溶液又はアルカリ性水溶液を微
量づつ加えてPHを微量調整する事により塊状の
シリカ分を析出することなく任意のPH値とゲル
化時間を有するグラウトをつくる事が出来る。 しかし、実際の注入工事において基本液の製
造と微調整の操作を行なう事は操作上或は機械
の構造上大変であるから簡便に所定の酸性珪酸
水溶液のグラウトを製造出来るのが望ましい。 本発明者は以下の手法によつてPHが0.5以下
の鉱酸水溶液中に水ガラスを吐出（噴出）しな
がら塊状シリカ分を析出する事なく直接その
まゝ注入可能な注入液を製造する事を可能にし
た。 (a) 鉱酸水溶液中に水ガラス水溶液を供給する
供給孔はノズル又は小孔による噴射構造と
し、水ガラスを噴射孔から鉱酸水溶液中に噴
射する事によつて塊状シリカ分を析出せずし
て非アルカリ性珪酸水溶液をつくる事が出来
る。この噴射速度は秒速50cm以上望ましくは
100cm以上がよい。 (b) において混合溶器中にて鉱酸水溶液中に
水ガラスを噴射すると同時に撹拌翼を
200rpm以上、望ましくは300rpm以上の回転
数で回転させて混合する方法を併用するか或
は水ガラス水溶液の噴射管そのものを
200rpm以上の回転数で回転させる方法を用
いると塊状シリカ分を析出することなく配合
液中の水ガラス濃度を濃くする事を可能にす
る。 (c) において鉱酸水溶液中への水ガラス水溶
液の噴射圧力は１Kgｆ／cm²以上が、塊状シリ
カ分を析出する事なく配合液中の水ガラス濃
度を高めるのに役立つ。 (d) 以上のように鉱酸水溶液中に高濃度（５％
を越える濃度）の水ガラス水溶液を噴射せし
め、かつ、噴射圧力１Kgｆ／cm²以上、噴射速
度50cm／sec以上、撹拌翼の回転数：200rpm
以上で行う事によつて塊状のシリカ分を析出
する事なく酸性領域（PH５以下）の所定のPH
を有する非アルカリ性珪酸水溶液を得、それ
を注入液として注入する事が出来る。 このようにすると鉱酸水溶液中に５％を越える
濃度は通常は12.5〜25％の高い濃度の水ガラス水
溶液を噴出させても塊状のシリカ分を析出する事
なく混合出来るので、高い水ガラス濃度を含む非
アルカリ性の珪酸水溶液をつくる事が出来る。な
お、上記において噴射速度が50cm／sec以下、噴
射圧力が１Kgｆ／cm²以下、撹拌翼の回転数が
200rpm以下の場合、いずれも配合液中の水ガラ
ス濃度が５重量％よりも濃くなる程塊状シリカ分
が析出しやすくなる。 実施例 １ 1000容量の回転翼と先端部にノズルを装着し
た水ガラス供給管を挿入した混合容器中に硫酸水
溶液を貯留し、濃度が25％の水ガラス液（即ち、
市販水ガラス原液）を硫酸水溶液の液面よりも下
部に開孔したノズル孔から硫酸水溶液中に噴射し
た。その際の噴射圧力は５Kgｆ／cm²、噴射速度
500cm／sec、回転翼の回転数は400rpmであつた。
この結果、塊状シリカ分を析出する事なくPHが
2.9の非アルカリ性珪酸水溶液が得られた。その
全配合液中の組成はモル比3.6の水ガラス液9.5％
75％硫酸8.0重量％でゲル化時間は２時間であり、
この非アルカリ性珪酸水溶液をそのまゝグラウト
液として砂質地盤に注入した。堀削採取した固結
砂の一軸圧縮強度は10.2Kgｆ／cm²を示した。 なお、以上において濃度が25％といつた濃い水
ガラスを噴射する場合、噴射圧力を１Kgｆ／cm²以
下、噴射速度を50cm／sec以下、或は回転数を
200rpm以下では、操作中に塊状のシリカ分が析
出され、注入液としては不適当になる事が判つ
た。 以上の手法によれば配合液中に水ガラス液が
2.5％以上、望ましくは５％以上含有するPHが５
以下の所定のPH値を有し、直接１液方式で注入出
来る非アルカリ性珪酸水溶液をつくる事が可能で
あるが、そのゲル化時間を設定出来る精度は１、
２、３、４、５時間といつた時間のオーダーで設
定出来るのみである。実際の通常の注入では塊状
のシリカ分がその液中に配合時に析出しなけれ
ば、この程度のゲル化時間とゲル化時間の設定の
精度で実用上問題ないのであるが、特に地盤が異
つた層からなつていて粗い層から注入液が逸脱し
たり、或は地下水が流動していて逸脱する可能性
がある時は上記非アルカリ性珪酸水溶液を基本液
として更に調整してゲル化時間の精度を高めたり
或は急速固結する必要性がある。 この調整方法には以下の２通りの方法をとる事
が出来る。即ち第１の調整方法は上記の非アルカ
リ性珪酸水溶液に希釈水ガラス又はアルカリを少
量づつ加えて酸性或は中性の所定のPH値望ましく
はPHが５以下の所定のPH値に微調整し、それによ
つて得られたグラウトを注入する方法である。こ
の調整方法は１液方式でゲル化時間の長い注入液
を注入するのに適している。又、この調整方法は
上記の非アルカリ性珪酸水溶液と水ガラス水溶液
或はアルカリ水溶液を合流する事によつて酸性又
は中性の所定のPH値に調整して注入する方法であ
る。この合流は注入管の先端部或は注入管と注入
ポンプの間の管路においてＹ字管を用いて合流さ
せてもよいし、又注入管として二重管を用いて地
中における二重管の末端部にて合流して注入して
もよい。この調整方法は合流方式で短いゲル化時
間の注入液を注入するのに適している。 実験例 ２ 1000容量の回転翼と先端ノズルを装着した水
ガラス又はアルカリ液を供給する管を挿入した混
合容器の中に硫酸水溶液を貯留し、22.5％濃度の
水ガラス液（即ち、モル比4.0の市販水ガラス原
液）を硫酸水溶液の液面よりも下部に開孔したノ
ズル孔から噴射した。その際の噴射圧力は３Kg
ｆ／cm²、噴射速度300cm／sec回転翼の回転数は
500回転であつた。 このようにして次の組成の非アルカリ性珪酸水
溶液の基本液をつくつた。 モル比4.0の水ガラス濃度 11.5％ 75％硫酸 10％ PHは1.6でゲル化時間は12時間であつた。 以上のようにしてつくつた基本原液に希釈水ガ
ラス水溶液（モル比4.0の上記水ガラスの20％水
溶液、即ち、モル比4.0の市販水ガラス原液を20
重量％、水を80重量％を含む水溶液）とアルカリ
性水溶液（重炭酸ソーダ水溶液の10重量％水溶液
を用いた）を添加してPHを微量調整して得られた
ゲル化時間を以下に示す。

【表】

【表】 又、上記と同様の方法で次の組成の基本液をつ
くつた。 モル比4.0の水ガラス濃度 10.1％ 75％硫酸 6.5重量％ この基本液はPH1.3、ゲル化時間15時間を示し
た。 次に1.5重量％重炭酸ソーダ水溶液をつくり、
基本液と重炭酸ソーダ水溶液を同量づつ合流した
ところ３分でゲル化した。合流液のPHは6.1を示
した。 又、上記と同様な方法で次の組成の基本液をつ
くつた。 モル比3.0の水ガラス液濃度 7.5％ 75％硫酸 6.0重量％ この基本液のPHは1.2ゲル化時間が30時間を示
した。 次に３号水ガラスの25重量％水溶液をつくり、
基本液と水ガラス水溶液を二重管を通して同量づ
つ合流したところ、瞬間的にゲル化した。 本発明における鉱酸は硫酸、塩酸、リン酸等の
酸や重硫酸塩等の水溶液が酸性を呈する酸性塩等
をあげる事が出来るが硫酸が最も適している。
又、アルカリとは、水酸化アルカリ金属、水酸化
アルカリ土金属、炭酸塩や重炭酸塩、リン酸塩、
アルミン酸塩等のアルカリ性塩、酸化マグネシウ
ム、酸化カルシウム等の金属酸化物並びに普通ポ
ルトランドセメント、高炉セメント、アルミナセ
メント等をあげる事が出来更にこれらを併用する
事が出来るが、特に重炭酸アルカリ金属塩、炭酸
のアルカリ金属塩が適している。なお、セメント
とともにスラグを併用してもよい。又水ガラスと
してはモル比が２〜5.5の任意の液状水ガラスを
用いる事が出来る。又、非アルカリ性珪酸水溶液
のゲル化はゲル化時のPHに依存し注入時〜ゲル化
時のPHが酸性値を呈していても中和反応は珪酸コ
ロイドの構造内部含有されているアルカリにより
ゲル化後も進行し、中性方向に移向し、最終的に
は排水規制であるPHの範囲である5.8〜8.6の範囲
に注入地盤の地下水のPH値はおさまるので、地下
水の水質保全の点からも非常にすぐれたものと云
えよう。 又、本発明の実施に当つて効果的な適用法の例
を以下に示す。 例 １ 地盤中に二重管からなる注入管を挿入し、二重
管によつて構成される２つの流路のうち、１つの
流路から非アルカリ性珪酸水溶液を送つて他の流
路からアルカリを送つて二重管末端部にて合流せ
しめてゲル化時間の早いグラフトで注入管のまわ
りの空隙と注入対象地盤中の粗い層、弱い層を填
充してのち、該非アルカリ性珪酸水溶液をその
まゝ送るか或は注入管の上端部或は注入管と注入
ポンプの中間の流路にてアルカリリを該非アルカ
リ性珪酸水溶液に合流させて、末端部で合流した
グラウトのゲル化時間よりも遅いゲル化時間のグ
ラウトを地盤に注入する。このようにするとゲル
化時間の遅い浸透性の良いグラウトは注入管のま
わりがすでにゲル化時間の早いグラウトで填充さ
れてしまつているので逸脱する事なく土粒子間に
浸透して固結させる事が出来る。 例 ２ 注入すべき地盤にあらかじめアルカリを注入す
る。このようなアルカリとしては特にセメント懸
濁液が適している。次に非アルカリ性珪酸水溶液
を注入するとセメントの過剰アルカリの存在のた
め非アルカリ性珪酸水溶液は地盤中でゲル化が促
進されるため注入液のゲル化時間が長くても注入
対象地盤外へ逸脱する事なく固結せしめる事が出
来る。 本発明の実施の態様は次のとおりである。 (1) 特許請求の範囲第１項に記載の方法におい
て、非アルカリ性珪酸水溶液はさらにセメン
ト、金属酸化物、または塩を含有する方法。 (2) 特許請求範囲第１項に記載の方法によつて得
られる非アルカリ性珪酸水溶液を地盤中に注入
することを特徴とする地盤注入工法。 (3) 上記(2)に記載の方法において、非アルカリ性
珪酸水溶液を基本液とし、この基本液にさらに
水ガラス水溶液またはアルカリ性水溶液を添加
して該液を酸性から中性の範囲内の所定のPH値
に調整し、得られるグラウトを地盤中に注入す
るようにした方法。 (4) 上記(3)の記載の方法において、非アルカリ性
珪酸水溶液の基本液はPH値が0.5〜3.0の範囲内
にある方法。 (5) 上記(3)に記載の方法において、非アルカリ性
珪酸水溶液の基本液はPH値が１〜2.5の範囲内
にある方法。 (6) 上記(3)に記載の方法において、基本液に希釈
水ガラスまたは希釈アルカリ性水溶液を微量づ
つ添加しながら該グラウトのPH値を微調整する
ようにした方法。 (7) 上記(2)に記載の方法において、非アルカリ性
珪酸水溶液を基本液とし、この基本液と、水ガ
ラス水溶液またはアルカリ性水溶液とを合流さ
せて地盤中に注入するようにした方法。 (8) 上記(7)に記載の方法において、前記合流は注
入管の先端部においてＹ字管を用いて行なう方
法。 (9) 上記(8)に記載の方法において、前記合流は二
重管からなる注入管の末端部で行なう方法。 (10) 上記(7)に記載の方法において、合流液のPH値
は酸性ないし中性の範囲内である方法。 (11) 上記(3)または(7)に記載の方法において、アル
カリ性水溶液はアルカリ性塩、金属酸化物、水
酸化アルカリ金属、水酸化アルカリ土金属、ま
たはセメントの水溶液である方法。 (12) 上記(11)に記載の方法において、アルカリ性塩
は重炭酸塩、または炭酸塩である方法。 (13) 上記(2)に記載の方法において、鉱酸水溶液
は硫酸水溶液である方法。 (14) 特許請求の範囲第１項または上記(2)におい
て、非アルカリ性珪酸水溶液は鉱酸水溶液の他
に塩または金属酸化物を含む方法。 (15) 上記(3)に記載の方法において、該グラウト
はさらに塩またはセメントを含む方法。 (16) 上記(2)、(3)、(7)に記載の方法において、該
注入はあらかじめアルカリ性水溶液を注入した
地盤中に行う方法。 (17) 上記(2)、(3)または(7)に記載の方法におい
て、添加物としてさらに塩を含む方法。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 鉱酸水溶液の内部に、水ガラス濃度がSiO₂
   換算で５重量％を越える高濃度の水ガラス液を毎
   秒50cm以上の吐出速度で吐出して酸過剰の状態で
   PHを増大せしめながら前記鉱酸水溶液と水ガラス
   液を、回転数200rpm以上の撹拌翼で回転しなが
   ら混合して水ガラス量がSiO₂換算で少なくとも
   ５重量％であつて、PHが５以下の非アルカリ性珪
   酸水溶液を得ることを特徴とする地盤注入用非ア
   ルカリ性珪酸水溶液の製造法。