JPH03109483A - 地盤注入材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明はホワイトカーボンを用いた地盤注入材であって
、固結強度が大であり、特にゲル強度並びに固結物の恒
久性に優れた地盤注入材に関する。

〔従来技術とその問題点〕

従来、本出願人による先願昭５９−１７２５８３のよう
に水ガラス−反応剤−珪酸コロイド溶液系を用いた注入
工法が知られている。

この注入工法における珪酸コロイド溶液は水ガラスをイ
オン交換樹脂に通して水ガラスのＮａイオンを除去して
得られた５ｉＯｚの粒子径をほぼ６〜５０ｍμに増粒し
て安定化処理した溶液である。

この珪酸コロイド溶液はセメントや石灰類等の多価金属
の電解質と急激に反応して豆腐状にゲル化してしまい、
或いは酸等に対してはゆるやかに反応する等（数時間〜
数十時間）、反応剤との反応性が極めて高い。

このため、上記の水ガラス−反応剤−珪酸コロイド系グ
ラウトは注入材のＰＨ，反応剤の種類、珪酸コロイドの
含有量がゲル化時間に大きく影響する。

しかるに、本来、地盤注入工法は地盤に応じた反応剤の
選定（懸濁性、溶液性等）施工条件に応じたゲルタイム
の選定、目的に応じた強度の選定がそれぞれ独立してな
されるべきである。ところが従来の注入工法ではこれら
が互いに関連しあうため最も理想的な選定が困難であっ
た。

〔発明の目的〕

本発明の目的はゲル化時間や反応剤の選定のいかんにか
かわらず所望の強度が得られ、かつ固結強度に優れ、特
にゲル強度にすぐれ、さらに固結物の恒久性にも優れた
地盤注入剤を提供することにある。

〔発明の要点〕

前述の目的を達成するため、本発明によれば、水ガラス
と反応剤と、ホワイトカーボンとの三成分系配合液から
なることを特徴とする。

〔発明の詳細な説明〕

本発明におけるホワイトカーボンは、微粉末あるいは超
微粒子の無水あるいは水和珪酸および珪酸塩である。

ホワイトカーボンは、一般にその組成によって次の４種
類に分類されている。

■）無水珪酸（Ｓｉｎ２） ３ｉ０ｚが約９８％以上で付着水分や結合水はきわめて
少ない。微量の水を含んではいるが、以下の２）の含水
珪酸に対比して無水珪酸と称されている。

２）含水珪酸（Ｓｉｏｚ　・ｎＨ２Ｏ）ＳｉＯｉが約８
０〜９０％で付着水分、結合水が多い、水和珪酸とも言
う。

３）含水珪酸カルシウム（ｘｓｉｏ＊・ｃａ○・ｎＨ２
Ｏ）Ｓ　ｉ　Ｏ２が約５５〜６５％で、水和珪酸カルシ
ウムとも言う。

４）含水珪酸アルミニウム（ｘＳｉＯ□・Ａ１□Ｏ５・
ｎＨａｏ） Ｓ＋０２が約６０〜７０％で、水和珪酸アルミニウムと
も言う。

微粉アルミノ珪酸塩もこの中に入る。

また、ホワイトカーボンは以下のようにして製造される
。

■乾式法＝Ａ、有機ケイ素化合物の分解Ｂ、ハロゲン化
ケイ素の分解 Ｃ，ケイフッ化水素酸の分解 り、ケイ砂およびコークス混合物 のアークによる加熱 ■湿式法＝Ａ、ケイ酸ナトリウムの酸による分解 Ｂ、ケイ酸ナトリウムのアンモニウ ム塩による分解 Ｃ，ケイ酸ナトリウムのイオン交換 樹脂による分解 り、ケイ酸ナトリウムから誘導した アルカリ土類の酸による分解 Ｅ、その他ケイ酸のオルガノゲルか らオートクレーブでエアロゲル をつくるオルガノゲル法がある ホワイトカーボンのＰＨは無水珪Ｒ：３〜７、含水珪酸
：５〜１１、含水珪酸カルシウム＝９．５〜１０．５、
含水珪酸アルミニウム＝９．５〜１Ｏ１５である。

ホワイトカーボンの単粒子径は１０〜１００ｍμが普通
であるが、これが軽く集合して１〜５μ程度の凝集粒に
なっている。また、平均粒径が１〜１００μのものもあ
る。

本願発明者はホワイトカーボンを注入材として用いた場
合、ホワイトカーボンの有する以下の特性が注入材とし
てきわめて有用である事に着目した。

■粒子径が小さくかつ軽い。

（真比重：約２．０見掛比重：０．１５〜０．３５ｇ／
ｃｃ）■比表面積が太きく　（ＢＥＴ表面積：　５０〜
３００　ｍ’　／　ｇ　）粒子表面の吸着活性が強い。

■粒子同志がストラフチャ−（ｉｌｌ目構造）を構成す
る。

ホワイトカーボンのストラフチャーの測定は吸油量の測
定によるが、吸油量はほぼ１２０〜２８０ｃｃ／　１０
０ｇの値を例としてあげる事が出来る。

即ち、水ガラス−反応剤−ホワイトカーボン系の注入液
はホワイトカーボンが沈澱する事なく、液中全体に分散
してストラフチャーを形成し、時間と共に水ガラス−反
応剤の反応によって析出したシリカ分がストラフチャー
に吸着してゲル化が進行する。ストラフチャーはゲルに
引張応力を与え、かつ硬さの増大に寄与する。

また、ホワイトカーボンは前記珪酸コロイド溶液のシリ
カのように反応剤との反応が急速に行われる事はなく、
ゲル化時間には殆ど影響しない。

すなわち、ホワイトカーボンの分散したコロイド溶液に
反応剤を加えてもゲル化しない。

したがって、水ガラス−反応剤−ホワイトカ−ボン系に
おいてホワイトカーボンの濃度が増減してもゲル化時間
に殆ど影響をしないが強度が増大し、ホワイトカーボン
の濃度が大きくなる程大きな強度を示す。又、反応剤が
石灰類やセメント等の場合ホワイトカーボンはゲルタイ
ムには殆ど影響しないものの珪酸カルシウムの形成によ
りゲル強度が大幅に増大する。又ストラフチャーの作用
によりゲルの収縮がきわめて少なくなりまた３４０２の
溶脱も大幅に減少するため、止水性、固結性の低下がな
く恒久性がきわめて向上する。

なお、ホワイトカーボンとしての含水珪酸カルシウムや
含水珪酸アルミニウムと通常グラウト工法で用いられて
いる珪酸カルシウムとは異なる。

即ちグラウトに使用されている珪酸カルシウムは銑鉄等
の製造の際に副生ずるスラグを粉末にしたもので、可溶
性ケイ酸、石灰、苦土を含み、石灰との硬化性があるが
、水溶液はすぐに沈澱してしまい、ホワイトカーボンの
ように水中に分散してストラフチャーを形成しないし、
比表面積も小さく、又吸着活性もない。

これはホワイトカーボンが含水珪酸（含水珪酸カルシウ
ム、含水珪酸アルミニウム）粒子の内部および表面にＯ
Ｈ基が多く存在し、水素結合により水を吸着するためで
ある。

したがって、本発明においてはホワイトカーボンと通常
の珪酸カルシウムや珪酸アルミニウムとは区別するもの
である。

また、同じく、Ｓ　Ｊ　Ｏ２粒子としてフライアッシュ
、珪藻土、シリカフニーム珪華等のボッランがあるがこ
れらは水と混合して放置すると沈澱する。

すなわち、表面活性、表面吸着、見掛比重等の特性がホ
ワイトカーボンと異なり、ホワイトカーボンのように水
中全体に分散してストラフチャーを形成できない。した
がって、本発明におけるホワイトカーボンとは区別する
ものとする。

表−１にホワイトカーボンの一般的な例を示す。

以下に本発明を実験によって示す。

本実験においては表−２に示すホワイトカーボンを用い
た。（ジオツギ製薬（株）製、カープレックス） 表−２ ＊　１ ＊　２ 無水物換算値 島滋ＲＳ　−１０００型粒分布測定装置実験−１ 水ガラス−反応剤系 水ガラス−反応剤−珪酸コロイド系 水ガラス−反応剤−ホワイトカーボン系の比較実験を行
い、結果を表−４に示す。実験に用いた珪酸コロイド液
を表−３に示す。

表−３ 表−４より以下の事が判る。

■ホワイトカーボンはゲル化時間には関係する事なく添
加量に応じて強度が大幅に増加する。

■水ガラスー反応剤−ホワイドカーボン系は他の系に比
べて５ｉＯａの合計量が少ないにもかかわらず強度が大
きく、かつ長期強度もすぐれ、また５ｌｏ２の溶脱量も
少ない。これはホワイトカーボンの網状構造を中心にし
てその内部に水ガラスと反応剤のゲルが填充されるため
密実なゲルが出来、強度が大きく、５ｉＯ７の溶脱が少
な（なるものと思われる。又ホワイトカーボンの添加は
ゲルの収縮を少なくする。即ち、反応剤が水溶性のもの
は１週間後のゲルの収縮が２０ＶＤ　１％を呈するが、
ホワイトカーボンが含まれる場合、ゲルの収縮は５％以
内におさまる。この事は水密性の恒久性を示すもので、
長期強度の増大現象も含めて本発明の固結物の恒久性が
きわめて大きいことを示している。

本発明における水ガラスはモル比が１．５〜５．０まで
の任意の液状または結晶性水ガラスを用いる事が出来る
。

又、反応剤としては酸、塩、セメント、石灰、金属酸化
物、エステル、グリオキザール、その他の電解物質等を
用いることができる。特にアルカリ金属、Ｃａ５Ｍｇ、
Ａｊ！、セメント等の多価金属の電解物質は水ガラスの
反応剤になると共に、珪酸コロイドのゲル化促進剤とし
て効果的である。

実際の注入においては、水ガラスと反応剤とホワイトカ
ーボンを同時に混合してもよいし、水ガラスと反応剤の
混合液にホワイトカーボンを混合してもよいし、水ガラ
ス液と、ホワイトカーボンと反応剤の混合液を合流混合
してもよい。

次に長いゲル化時間で高強度を得るための本発明の詳細
な説明する。

それは水ガラス、ホワイトカーボン、石灰類系であって
、水ガラスの５Ｉ０２／ＭｅｘＯがモル比で２．５以下
である処法である。

さらに、上記処法において石灰類の含有量は石灰類／Ｓ
ｉＯ□がモル比で０．２以上となるような量である事が
好ましい。ただし５ｉＯ−は水ガラスとホワイトカーボ
ンに起因する。

従来の各種水ガラスグラウトは長いゲル化時間で水ガラ
ス濃度を濃くして高強度を得ようとしても不可能で、か
つ固結物の耐久性、すなわち長期間固結強度が得られな
かった。この理由はゲル化時間を長くするには反応剤の
量が少なくなり、水ガラスのシリカ分と反応しきれない
ためであり、また固結物の主成分が水ガラスに起因する
シリカのみであり、この水ガラスは殆ど完全な溶液であ
るため、水ガラス中に含まれているシリカ分の分子量が
掻めて小さく、これによって生じるゲルも不安定なシリ
カ分を多（含み、このため、長期間のうちにシリカ分が
固結物から溶出してしまい、長期強度が低下するためで
ある。

そこで、本発明はシリカ分として水ガラスに加えて、さ
らにホワイトカーボンを用い、かつ、水ガラスのＳｉｏ
、／Ｍｅ２Ｏをモル比で２．５以下に定ｂ１これにより
シリカ分の固結物が安定化して高固結強度を呈するのみ
ならず、長期間固結強度をも増大せしめ、さらには浸透
性を向上せしめ、また、ゲル化時間の調整をも容易とし
、特にゲル化時間を長く調節して高固結強度を得、前述
の公知技術に存する欠点を改良した固結用材料を提供す
るものである。

本発明に用いられる石灰類は生石灰、消石灰、石灰石、
ドロマイト等の天然カルシウム化合物粉体、あるいはこ
れらの主成分の合成カルシウム化合物粉体であり、この
うち、特に、生石灰、消石灰が好ましい。この使用量は
混合系における水ガラスとホワイトカーボンに起因する
シリカ分の合計量に対してモル比で０．２以上、すなわ
ち、石灰類／　Ｓ　１０２がモル比で０．２以上となる
ような蛍が好ましい。

上述の本発明固結用材料は地盤注入のほかに、土や砂等
と混合し、攪拌したり、土に吹き付けたり、土と置き換
えたりして、土構造物の構築や構造物そのもの等にも利
用される。特に、本発明は有機買上のように、従来セメ
ントや石灰では効果が得られない土の改良にもきわめて
優れている。

通常、モル比が２．５以上の水ガラスに石灰類を添加し
た場合、ゲル化が数秒で生じてしまい、数十分とか、６
０分以上というゲル化時間の延長は不可能である。

しかるに、２．５以下の水ガラスにホワイトカーボンか
らのシリカ分を併用すると、シリカ分が同一濃度である
にもかかわらず、ゲル化時間が長くなり、ゲル化物も強
固となる。

ホワイトカーボンは常温でモル比が２．５以下の低アル
カリ水ガラス水溶液と混合すると、一部がアルカリによ
り溶解し、その周辺に溶解したシリカと水ガラス中のシ
リカとがとりまいた状態となって懸濁状態を示し、しか
もホワイトカーボンは液全体にストラフチャーを形成す
る。これはホワイトカーボンの比表面積が非常に太き（
て、しかもアルカリの作用で表面が界面活性に優れた状
態となっているためと推定される。したがって、ここに
石灰類が存在すると、ストラフチャーを中心として珪酸
カルシウムが析出して強固なネットが形成され、更にそ
の内部に水ガラスのシリカ分と石灰の反応による珪酸カ
ルシウムが填充する結果、強固な固結体が形成される。

また石灰類は難溶性粉末であるため、充分な添加量を配
合してもゲル化時間は短くならず、しかも長期間にわた
ってホワイトカーボンにＣａ＋４を供給して長期強度を
発現させる。

なお、ホワイトカーボンと石灰類との混合液は放置して
おいても殆ど反応しないので、ゲル化する事はない。そ
して前記条件下においてはじめて長いゲル化時間で沈澱
することなく配合液全体が均質に固結し、その固結物は
ゲル強度がきわめて大きく、又収縮もなく、さらに５ｉ
Ｏｚの溶脱も殆どなく、長期強度がきわめて大きいため
、恒久性に優れた固結物となる。

〔実験−２〕 市販３号水ガラス（モル比２．９４、ＳｉＯ□：　２８
．２９％、ＮａｚＯ：　９．９４％、比重１．４溶融法
によって製造）と消石灰系のゲル化時間を測定し、結果
を表−５に示す。

表 ５ ｉｎ２ ＋　０．１６５モル〜混合液１００ｃｃ表−５より、３
号水ガラスではＣａ（ＯＨ）＝のいずれの量でもゲル化
時間が短いことがわかる。また、強度も小さく、例えば
試料Ｎａ３の場合、固結標準砂は３０日後で、１．５ｋ
ｇ／ｃｄｌケ月水中養生後で０．８ｋｇ／ｃｉ程度であ
る。

〔実験−３〕 ホワイトカーボンと、５ｉＯｓ／Ｎａ５Ｏ（モル比）２
．０の市販水ガラスに、消石灰をＣａｂ／Ｓｉｎ。

（モル比）１．０となる量添加し、各配合液についてゲ
ル化時間ならびに固結強度を測定した。結果を表−６に
示す。

明、１」３の＋７．涯（内容に変更なし）表 表−６より、Ｓ＋Ｏｉ濃度を高くした場合、水ガラスの
みのＳｔｏｗに依存するとゲル化時間が短くなるが、ホ
ワイトカーボンからの８１０．にも依存した場合、ゲル
化時間が長くなることがわかる。

また、Ｓｔｏｗは水ガラスとホワイトカーボンの両方に
依存してはじめて優れた効果を呈する事、ホワイトカー
ボンはボッランであるフライアッシュにくらべて固結強
度がきわめて大きい事が判る。

これはホワイトカーボンの吸着性やストラフチャーの効
果によるものと思われる。

〔実験−４〕 Ｓ　＋Ｏｚ　／　ＮａａＯ（モル比）を変化させ、これ
らについてゲル化時間ならびに固結強度を測定し、結果
を表−７に示した。シリカ分は配合液１００ｃｃ当たり
水ガラスから０．１モル、ホワイトカーボンからら０．
１モルとし、合計０．２モルとした。

Ｓ　ｉ　Ｏｘ：　０．２モル／配合液 １００ｃｃ 表−７より、３　ｉ　０２　／　Ｎ　ａ２０のモル比が
２．５以下で長期強度と長いゲル化時間を得ることがわ
かる。

〔実験−５〕 実験−４と同様にして、ＣａＯ／５ｉＯ＝（モル比）を
変化させ、これらについて固結強度を測定し、結果を表
−８に示した。

ここで、５ｉｎｓ　／ＮａａＯ（モル比）は１．５とし
た。

明（四との浄書（内容に変更なし） 表−８ Ｓ　ｉ　Ｏｘ：　０．２モル／配合液１００ｃｃ表−８
より、Ｃａｂ／Ｓｉｎ、のモル比が０．２以上で高固結
強度を呈して望ましいことがわかる。

〔実験−６〕 実験−４と同様にして、ＣａＯ／５ｉＯｚのモル比がｔ
、　０％　Ｓ　ｉＯｚ　／　Ｎ　ａ　２０のモル比２．
０とし、ＳｉＯ□濃度を変化させて、それぞれについて
ゲル化時間ならびに固結強度を測定し、結果を表−９に
示した。

表−９から、５ｉＯｚ濃度が配合液＄１００ｃｃ当たり
０．１０モル以上であれば高固結強度を得て、望ましい
ことがわかる。

本発明において、各種反応剤を併用することができ、ま
た珪酸コロイドを併用してゲル化時°間を短くする事も
出来、スラグやポゾランを併用する事も出来る。

〔発明の効果〕

以上のとおり、本発明にがかる固結用材料はゲル化時間
を長くしても固結強度を得るとともに、長期耐久性にも
優れ、地盤固結用の薬液として最適な固結用材料である
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 水ガラスと、反応剤と、ホワイトカーボンとの三成分系
   配合液からなる地盤注入材。