JPH0236155B2

JPH0236155B2 -

Info

Publication number: JPH0236155B2
Application number: JP58233134A
Authority: JP
Inventors: Guano Danieru
Original assignee: Raito Kogyo Co Ltd
Current assignee: Raito Kogyo Co Ltd
Priority date: 1983-12-09
Filing date: 1983-12-09
Publication date: 1990-08-15
Also published as: JPS60124686A

Description

【発明の詳細な説明】

［発明の技術分野］本発明は、地盤改良のために特別のケイ酸アル
カリ系薬液を用いる薬液注入工法に関する。［発明の技術的背景とその問題点］地盤に液薬を注入することによつて、地盤の強
度向上や止水性を改善することが汎く用いられて
いる。この場合の薬液としては、公害防止や価格
等の点で水ガラス系のものを用いるのが一般的で
ある。水ガラスは、ケイ砂と炭酸ソーダとを反応させ
る乾式法か、ケイ砂と水酸化ナトリウムとを反応
させる湿式法によつて製造されるが、現在の主流
は乾式法である。いずれの方法によつても、得ら
れる水ガラスはコロイド状（またガラス質でもあ
る）である。そして、水ガラス中のSiまたはSiO
の０の結合手は他の原子と結合しており、フリー
なものではないし、イオン化もしていない。湿式
法においてすら、ケイ砂と水酸化ナトリウムとが
反応した後、工場におけるストツク時間、運搬時
間、および現場での施工待時間を合計すると、そ
の時間は最低でも１ケ月である。他方、水ガラスは安価で土粒子中によく浸透
し、しかも公害の面で安全である利点があるもの
の、他の材料や硬化剤と組合せても強度および止
水性に限界がある。水ガラスと硬化剤とを反応さ
せる古い手法として、ヨーステン（Joosten）工
法がある。同工法は、水ガラスに対して塩化カル
シウムCaCl₂を反応させるもので、硅酸ゲルを瞬
時に生成させるものである。しかし、この工法は
瞬結性であり、かつあくまでもゲル化によつて地
盤の止水性を改良しようとするもので、本発明の
ように結晶を生成させるものではない。また、現
在ではあまり使用されていないのは、止水性の点
で優れているものの、地盤の強度向上に然程効果
がないためであると思料される。ともあれ、現在までに、水ガラスと他の材料と
を反応させて、土粒子間に結晶を生成させて地盤
の改良を図るという試みは全くなされていない。［発明の目的］本発明の目的は、水ガラス自体の経済性、良浸
透性等の利点を生かしつつ、その難点であるとこ
ろの必ずしも強度増大効果および止水性が高くな
いことを解決し、セメントと同様の恒久性を確保
しようとするものである。［発明の基礎的知見］本発明者は、第１に、ケイ砂またはケイ砂化合
物、たとえば水ガラスとアルカリ金属の水酸化物
または炭酸塩とを反応させると、一般式M₂O・
nSiO₂（Ｍは一価アルカリ金属であらわされる水
溶液であり、一価のアルカリ金属の水酸化物を加
えることによつて、ケイ酸をイオン化し活性化を
付与した活性液が得られるが、その反応後１日以
上経過すると、ケイ酸化合物が所々で分断され、
イオン化する。また反応後14日以上経過すると、
イオン化したケイ酸が重合してしまうこと、第２
に前述のようにイオン化された状態の間に
M₂O・nSiO₂水溶液を地盤中に注入し、その地盤
中の土粒子間でカルシウム等と反応させると、
xSiO₂・yM′O・zH₂O（M′は金属、カルシウムを
用いればM′はCa）なる結晶が生成し、かつこの
結晶生成に伴つて従来一般に用いられている水ガ
ラス系薬液を用いる方法に決してない優れた恒久
性、著しい強度向上および高透水係数を示すこと
を知見した。この反応過程は必らずしも明らかではないけれ
ども、次の通りではないかと考えられる。たとえ
ば、水ガラスと水酸化ナトリウムとを反応させて
得た活性溶液と、塩化カルシウム溶液とを地盤中
で反応させる場合を考えてみると次の通りであ
る。（）水ガラスと水酸化ナトリウムとの接触（）上記（）による接触に伴う活性化すなわち水ガラスがNaOHと反応し、水ガラ
スの結合が所々で分断され、(A)または(B)のイオン
状態になる。従来一般の水ガラスがコロイド性か
つ非イオン性であるのに対して、本発明に係る活
性液は、非コロイド性でかつイオン性であるとい
う特別の挙動状態にある。しかも分子が分断され
ているので、分子鎖が短い。この大きさは、
0.1mμ〜1μ程度である。かくして得られた活性液が地盤中において塩化
カルシウムと接触すると、xCaO・ySiO₂・zH₂O
（たとえば3CaO・2SiO₂・3H₂O）なる結晶を生
成させる。この過程を模式的に第１図および第２
図によつて説明すると、注入管を用いてＢ液
（CaCl₂）を注入すると、土粒子１の周囲にＢ液
が吸着される。その後、Ａ液を注入すると、各土
粒子に吸着したＢ液と活性水ガラスが接触し、そ
のNa分とＢ液のCa分とが置換反応し、各土粒子
１，１…間において結晶が生成し、これが成長
し、各土粒子１，１…間を密に埋める。これによ
つて、薬液の恒久性が得られ、さらに地盤全体の
強度向上と止水性の改善効果があらわれる。［発明の概要］前記目的を達成するための本発明は、シリカま
たはケイ酸アルカリに水酸化アルカリを添加して
１〜14日放置・熟成させた第１液と、カルシウム
系塩溶液からなる第２液とを、注入管内で合流さ
せることなく地盤内において合流させて、その地
盤にxCaO・ySiO₂・zH₂Oなる結晶を生成させる
ことを特徴とするものである。前述の活性化ケイ酸アルカリはたとえばカルシ
ウム塩などと反応して結晶を作る。しかし、この
場合、実験室で両液をビーカ内で混合させるとゲ
ルとなり、目的の結晶を生成しない、あるいは一
部生成しても十分でないことが判明している。こ
れに対して、現場施工に当つて、注入管内あるい
はその手前で合流させることなく、地盤内で始め
て合流するようにすると、目的の結晶の生成が十
分認められることが明らかとなつた。この理由
は、前述の結晶生成過程の説明で明らかなよう
に、土粒子間において比較的ゆつくり反応させる
ことによつてのみ結晶が生成するためである。し
たがつて、一方の液をまず注入し、他方の液を後
に注入するとか、両液の注入位置を異らせること
が必要である。［発明の具体例］以下本発明をさらに詳説する。本発明によれば、まず一般式M₂O・nSiO₂（こ
こでＭは一価のアルカリ金属）の水溶液であり、
一価のアルカリ金属水酸化物を加えることによつ
て、ケイ酸をイオン化し活性化を付加した活性化
ケイ酸アルカリ（以下活性液ともいう）が基本と
なる。ここで、アルカリ金属としてはカリウム、
ナトリウム、リチウム等が用いられる。他の高位
のアルカリを用いることもできるけれども、高価
であることや、放射線を発するなどの点から適当
でない。活性液を得る場合、シリカをそのまま水酸化ア
ルカリたとえばNaOH・KOH・LiOHに溶解す
るか、市販の活性化ケイ酸アルカリ、たとえば水
ガラスと水酸化アルカリとを反応させればよい。
シリカとしては、熱分解法シリカ、珪藻土、ゲー
ズまたはシリカエアロゲルを用いることができ
る。水酸化アルカリとして現実的なものは水酸化
ナトリウムである。シリカを単に水酸化ナトリウ
ムに溶解するのであれば、単に湿式法による水ガ
ラスと同一であるとも一見考えられるかもしれな
いが、従来の水ガラスは安定状態にあるのに対し
て、本発明に係る水ガラスは活性化状態にある点
で明確な差異がある。現実的に、水ガラスは地盤
改良用等に多く用いられ、かつ安価で市販されて
いるので、この市販品と水酸化アルカリと反応さ
せて活性液を作るのが好適である。市販水ガラス
としては、３号程度のものを用いて所望の
SiO₂／Na₂Oのモル比に調整すればよい。かくして得られる活性液は、その製造後１〜14
日の間に使用する必要がある。第３図にモル比
3.4の３号水ガラスと30％の水酸化ナトリウムと
を反応させて得た液と、塩化カルシウム水溶液と
反応させた場合の一軸圧縮強度の時間変化を得
た。同図から、目標の10Kg／cm²以上の強度を得る
ためには、可使時間を１〜14日の間とする必要が
あることが判る。特に好ましいのは１〜７日であ
る。この可使時間が規定されるのは、分子鎖の切
断に最低24時間要し、また14日を超えると、再結
合が起るためであると考えられる。同様のこと
は、水ガラスをKOHおよびLiOHに反応させて
もみられる。結晶を確実に生成させるためには、活性液中に
非コロイド性のシリカが60％、特に80％以上含ま
れているのが望ましい。活性液の粘度は、これが
土粒子間に好適に浸透するために、５〜50cps、
特に20〜30cpsが望ましい。必要ならば、粘度調
整に水を用いてもよい。活性液のSiO₂／Na₂Oモル比は、1.5〜2.5が好
ましい。モル比が小さいほどケイ酸分子の分断性
に優れ、結晶化効果が大きいが、あまり小さいと
NaOH使用量が多くなるため、高価となるし、
かつアルカリがCa塩と完全に反応せず土中に残
存しアルカリ公害をひき起す懸念も残されてい
る。もし、初期物性の向上を図り、材料費を安く
する目的においては、そのモル比は2.0〜2.5とす
べきである。モル比変化に伴う、強度の経時変化
を第４図に示した。このような活性液と反応する反応液としては、
代表的なものはカルシウム塩溶液である。このカ
ルシウム塩としては、塩化カルシウム、蟻酸カル
シウム、酢酸カルシウムまたはプロピオン酸カル
シウム等を挙げることができる。薬液全体として
のCaO／SiO₂比は、0.3〜1.5が望ましい。塩化カ
ルシウムはその中でも溶解性に優れ、安価である
などの点で最適である。しかしながら、Mg，Zn，Alおよび３価のFe
の群から選ばれた塩化物、水酸化物または炭酸化
物も用いることができる。実験室的に活性液と反応液とをビーカ内で反応
させても結晶は生成しないか十分でない。注入管
の手前で、あるいは注入管内で合流させても、両
液の反応性が高いのでゲル化物が生成し、これを
地盤中に注入することになるので、結晶が生成せ
ず、通常の水ガラス系薬液を注入する場合と同様
で、恒久性のある強度の高い固結体を造成するこ
とはできない。これに対して、両液を分離的に注
入し、地盤内において始めて接触させると、目的
の良好な結晶を生成させることができる。かかる分離注入法の具体例としては、第５図の
ように、反応液（Ｂ液）をあるステツプで注入
し、次いで同一ステツプで好ましくは30分以内に
活性液（Ａ液）を注入することにより行う。また
必要ならば、さらに同一ステツプでＢ液→Ａ液
（→）の注入を繰返してもよい。かかる同一ステ
ツプの施工が終つたならば、ステツプアツプして
Ｂ液→Ａ液の注入を行う。第６図のように、２本
の注入管を並設して両液を合流させるようにして
もよい。第７図のように、同一注入管を用いて、
異つた注入位置の注入口から各液を注入してもよ
い。Ｐはパツカーである。活性液と反応液とを時間差をもつて注入する場
合、活性液を先行させてもよいが、一般に反応液
の粘性が低いので、続く粘度の高い活性液に押さ
れて土粒子間から逸失してしまうことがある。こ
れに対して、活性液を先行させると、これは粘度
が高いので土粒子間に好適に残存し、後行の反応
液によつて押し出されることはない。その結果、
強度が高く、止水性に優れた改良体を造成でき
る。また、この種の地盤改良に当つて、先に地盤に
なんらかの処理をしておくことが多い。その代表
例が、セメントによる処理である。この場合、セ
メント中にはフリーのカルシウムが残存している
ので、活性液を注入すると、セメント中のフリー
のカルシウム分と反応し結晶を生成させることが
できる。また、元来、地盤そのものが石灰質地盤
の場合にも活性液と反応させることができる。し
かしながら、その種のカルシウム分の残存量は少
いので、補充的に反応液の注入を行うことが必要
となることが多い。周知のソレタンシユ注入工法
では、セメントベントナイトで注入管周囲をパツ
クしておくが、活性液はこれに好適に反応する。反応液を先行注入する場合の変形例として、始
めに塩化カルシウム溶液を注入した後、水酸化ナ
トリウムを注入して、土粒子間に水酸化カルシウ
ムの沈澱を生成させ、しかる後に活性液を注入す
ることも有効な方法である。反応式は(3)，(4)式で
あらわされる。 Cal₂＋NaOH→Ca（OH）₂↓＋2NaCl …(3) Ca（CH）₂＋Na₂O・nSiO₂→xCaO・ySiO₂・
zH₂O …(4) (3)式の反応はCa（OH）₂の沈澱を生じさせる反
応であるから、活性液により土粒子間から押し出
されることはない。この方法は、注入口のごく近
傍にのみCa（OH）₂の沈澱を予め生成させておく
ことにより、未反応の活性液を残さない目的で、
活性液とCaCl₂等の反応液との主反応の補助的方
法として有効である。また、活性液と反応液との注入の順序は、荒い
層では活性液、中砂層は反応液、地下水の多くあ
る地盤では活性液をそれぞれ先行させるのが好ま
しい。ところで、活性液は、常温のものを使用する場
合のほか、40℃以上に加温し、塩化カルシウム等
の反応剤の溶解量を増し、これを注入すると、地
中に注入された時点で液温が下がるので過飽和な
状態が生じ、これを利用して活性液と反応し易い
状態を作り出すことも有効な方法である。なお、本発明に係る活性液を用いて、コンクリ
ート構造物の亀裂補修に用いることもできる。［実施例］次に実施例によつて本発明の効果を説明する。実施例１ Na₂O／SiO₂のモル比3.4の水ガラス（SiO₂：
24.8％、H₂O：67.7％、Na₂O：7.5％）の市販品
80と48％のNaOHを30％としたもの22とを
反応させ、36時間放置した。その後、これを粘度
調整のために、1/4倍量の水で希釈して活性液を
得た。他方、２水塩化カルシウム75Kgを107の
水に溶解し反応液を得た。その後、モールドに両
液を100：110の割合の量で、かつ注入の順序を決
めて、他方の液を先の液の注入後15分後に注入
し、一軸圧縮強度および透水係数の経時変化を調
べた。その結果を第１表に示す。

【表】なお、従来例の配合を第２表に示す。

【表】第１表の結果から、本発明法によれば、従来法
に比して、圧縮強度が高く、止水性に優れ、しか
も恒久性のある改良体を造成できることが明らか
である。また、活性液先行の方が一般的に強度が
高いことも判る。さらに、本発明例では、電子顕
微鏡下の観察で結晶の生成が認められた。実施例２実施例１と同じ水ガラスを、KOHおよび
LiOHと反応させて活性液を得て、塩化カルシウ
ム先行で注入を行つた結果を第３表に示す。な
お、活性液および反応液の量は第１実施例と同一
であり、注入順序はまず反応液を注入した後、15
分経過した後活性液を注入したものである。

【表】強度の結果を第４表に示す。

〔発明の効果〕

以上の通り、本発明によれば、第１液と第２液
とを注入管内において合流させることなく、地盤
において合流させるものであるから、地盤内にお
いて確実に目的の結晶を生成させることができ
る。また、かかる結晶の生成に伴つて、恒久性、
耐久性、強度および止水性に優れる地盤の改良体
を造成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明に係る結晶生成過
程の説明図、第３図は活性化維持の時間変化を示
す相関図、第４図はNa₂O／SiO₂モル比を変えた
場合の強度一経時相関図、第５図ａ〜ｃ、第６図
および第７図は分離注入法（地盤中での合流法）
を示す概略図、第８図は液温の差異に基く活性化
度の相関図、第９図は本発明の活性液の保持時間
と一軸圧縮強度との相関図、第１０図〜第１２図
は本発明に係る改良剤の耐久性を比較例とともに
示すグラフ、第１３図および第１４図は活性液の
保持時間と一軸圧縮強度との相関図である。

Claims

【特許請求の範囲】

１シリカまたはケイ酸アルカリに水酸化アルカ
リを添加して１〜14日放置・熟成させた第１液
と、カルシウム塩溶液からなる第２液とを、前記
添加後１〜14日の間に、注入管内で合流させるこ
となく地盤内において合流させて、その地盤に
xCaO・ysiO₂・zH₂Oなる結晶を生成させること
を特徴とする薬液注入方法。