JPH03190994A - 土壌および工学的構造体の強度および不透過性を改良する方法 - 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】 本発明は、土壌および工学的構造体、特にダクトおよび
パイプラインの強度および不透過性を改良するだめの方
法に関する。この明細書において、「土壌」および「工
学的構造体」なる詔は最も広い意味に理解されたい。こ
れらの語は、また、種々の貯蔵タンク、トンネル、天然
および人工の穴、岩石等およびそれらを取り囲む土をも
含む。

地下のダクト、パイプラインおよび貯蔵タンクの如き工
学的構造体のほとんどは、一方で構造材料としての品質
が十分でないために、また一方でパイプ接合の不透過性
における欠点のために、または経時変化、交通の影響等
による工学的構造体における損傷のために、所望の不透
過特性を有していないということがよく知られている。

また、工学的構造体、特に地下のダクトおよびパイプラ
インの修理は極めて高い投資および労働力を必要とし、
多くの場合に結果は不十分であるということが知られて
いる。

ハンガリー特許第１５３，９７５は、土壌および工学的
構造体の強度および不透過性を改良するための単純かつ
迅速な方法を開示している。この方法によれば、水ガラ
スまたは水ガラスを含む媒体が処理されるべき物体に適
用され、次いで水ガラスがフン化水素、四フフ化珪素お
よび／またはシリコフッ化水素（ｈｙｄｒｏｇｅｎ　５
ｉｌｉｃｏｆｌｕｏｒｉｄｅ）の作用に付される。水ガ
ラスは、気体のフッ化物と接触されると、急速にゲル化
し、漏れ、割れおよび穴を完全に塞ぐ。この方法が地下
の工学的構造体（例えばダクトまたは貯蔵タンク）を水
密性にするために用いられる場合、クラックを通して土
壌中に入る水ガラスが固化し、これによって構造体の埋
封を改善し、まわりの土壌を強化することにもなるとい
う追加の利点がある。フッ化物ガスはコンクリ−Ｉ・お
よび強化コンクリート要素の耐腐食性を改良するという
別の利点を有する。

多（の利点にもかかわらず、この方法は実際上極めて狭
い用途しか持っていない。この方法の用途は、フン化水
素および四フン化珪素が極めて有毒であるという事実に
よってかなり限定されており、従ってその利用は環境保
護の理由からほとんどの国で禁止されている。また、得
られる珪酸ゲルは弾性を有さす、従って処理された物体
または土壌の移動に追随できないという欠点を有する。

珪酸ゲルの膨潤性が不十分であるから、それらは移動に
よってゲル中に形成された新しいクランクを寒くことが
できない。

上記の欠点を避けるため、水ガラスをゲル化するために
、有毒な酸性フッ化物ガスの代わりに水性の酸を用い、
所望のゲルの弾性および膨潤性を得るために、ゲルの形
成と並行してゲル構造体中に合成を機ポリマーを生成せ
しめる方法が提案されている。そのような方法は、ハン
ガリー特許第１８６．５８６および１８９，２５０　、
公開されたハンガリー特許出願第１０９５／８４　、並
びに公開された国際特許出願ＰＣＴ／ＨＵ−８５１００
０２７に開示されている。これらに開示された技術の共
通の特徴は、２種の液体を互いに他と混合することによ
りゲルが形成されるということである。これらの液体の
１つは水ガラスとの相容性を有する、重合性モノマーま
たは架橋されるべき線状ポリマーの如き、有機ポリマ形
成性成分と水ガラスとを含み、他の液は水ガラスをゲル
化するのに必要な酸と重合または架橋を行わせるのに必
要な物質、例えば、触媒、開始剤、架橋剤などとの水溶
液である。

２つの液の適当な混合がなされれば、適当な強度、弾性
および膨潤性を有する良好な品質のヒドロゲルを形成す
ることができる。しかしながら、土壌の強化および工学
的構造体く特に地下のダクト、パイプラインおよびトン
ネル）の欠陥の水密性閉塞に一般に用いられるいわゆる
「目止め」技術では、２つの液の適当な混合を、一般に
、処理されるべき土壌または工学的構造体の全断面を通
して確保することができない。目止め技術の木質は、２
つの液の最初の１つ、一般には水ガラス含有溶液が、例
えば、液体を修理すべきダクト部分に満たすようにして
、処理されるべき部分に適用され、次いで適当な待ち時
間後、過剰の第１の液体が所望により除去され、第２の
液体、一般には酸および重合に必要な物質を含む水溶液
が導入される。不均一な寸法の欠陥部分を通じて、液が
土壌中に不均一な速度で入り込み、土壌の不均一な孔お
よび穴構造の結果として、それらの土壌中における移動
速度も不均一となる。これは、２つの液の混合比の間に
かなりの部分的な変動が存在することを含む。このこと
は、所定の部分で、最初の目止めザイクルにおいてゲル
が全（形成されず、他の部分において、実際の混合比に
よって、ゲル品質にかなりの部分的な変動が見られると
いうことを意味する。このように、例えば、水ガラス溶
液が最初に導入され、次いで中和に際してそれ自体ゲル
を形成できないような水溶液（例えば、シリコフッ化水
素以外の酸および追加のゲル化しない成分、例えば、架
橋剤、重合触媒等を含む水溶液）が水ガラス溶液上に適
用される場合には、酸性溶液の過剰のまたは水ガラス溶
液と混合され得ない部分からはゲルが形成されない。酸
性溶液のこれらの部分は、土壌中の切削溝の如き通路を
用いることなく、水ガラスで多少含浸された土壌断面を
通して流れる。これらの溝状の通路はゲル構造物に通過
をせしめる多少の開口を与え、従って最初の目止めサイ
クルで形成されたゲルの水密性は不十分となる。所望の
水密性を有するゲルは、目止めサイクルを２回またはそ
れ以上繰り返した時にのみ得ることができ、このことは
プロセスの効率を低下させ、操作コストをかなり増加せ
しめる。

２つの液のそれぞれが中和の際にゲル化する成分を含む
場合（例えば、液の一方が水ガラスを含み、他方がアル
カリと接触した時に重合するモノマーまたはオリゴマー
を含む場合）、２つの液の不均一な混合は、有機および
無機部分がアマルガム化された均質な微細構造を有する
ゲルを得る代わりに、容易に識別できる独立の無機（珪
酸塩）および有機（ポリマー）ブロックからなるゲル、
即ち、不均質な微細構造を有するゲルが形成されるとい
う結果を与える。有機および無機ブロツクの強度および
膨潤特性は、互いに他と極めて異なる。不均質な微細構
造を有するこれらのゲルは、完全に無機および完全に有
機のゲルの欠点の本質的に全てを併せ持ち、無機ブロッ
クにおいてはゲルは弾性を有さす、硬く、土壌の移動に
際してクランクを生じ、一方有機ブロックにおいてはゲ
ルは軟らかすぎ、より高い歪みの損傷作用に耐えること
ができない。

上記の不均一な混合は、２つの液を適用する全ての目止
め技術に必ず付随するものである。不均一な混合による
不利益な結果を避けるためには、１対のゲル形成性液が
必要であり、ゲルは化学反応の際に両方の液から形成さ
れ、２つの液から別々に形成されたゲルの性質が極めて
類似するものでなければならない。

さらに、ゲルの剛性を増加させ、適当な膨潤性を与える
ためには、それ自体は重合せず、ゲル化しないけれども
、可塑化作用を与えるようなゲル構造に形成され得るよ
うな物質を必要とする。不均一混合の不利な結果を減少
させるためには、この物質が拡散によって互いに他と混
合しないよ・うな液の部分にまでも達することが望まし
い。

今や、上記の必要性は、一方が所望により１種またはそ
れ以上の天然または合成のオリゴマーまたはポリマーを
含む水ガラスの水溶液であり、他方が分散液が少なくと
も部分的に水ガラス溶液のアルカリ成分と反応すること
ができ、それによって水ガラスをゲル化せしめる水混和
性の有機液体からなる珪酸ゾルである、１対の液を用い
ることにより満たし得るということが見出されたのであ
る。

アルカリ成分を中和した時に水ガラス溶液から形成され
、有機分散媒を反応させた時に珪酸ゾルから形成される
ゲルは、いずれも極めて近い物性を有する珪酸塩ゲルで
ある。水ガラス溶液中に存在するアルカリおよび珪酸ゾ
ル中に存在する反応性の有機分散媒は、共に、拡散によ
り移動するものであり、従って、所定の時間後に互いに
他と混合されないかまたは混合が不十分であったような
液体部分においても反応が進行する。また、珪酸ゾルの
有機分散媒は、ゲル形成と並行してゲル構造を与え、そ
こに可塑化効果を与え、即ち、より膨潤性のより変形可
能なゲルの形成を与えるということが見出されたのであ
る。総合的な結果として、水ガラス溶液中に存在するア
ルカリと珪酸ゾル中に存在する有機分散媒との、十分に
混合された液部骨において直ちに、かつ、混合が十分で
ないかまたは全く混合されていない液体部分において拡
散がコントロールされた時間内に進行する反応に際して
、珪酸塩ゲルはゲル構造中に捕らえられた有機分散媒ま
たはその反応生成物を含む両方の液から形成される。ゲ
ルの形成は２つの液の混合が不十分であるかまたは混合
比が所定の値と異０ なっている部分においても進行し、不均質混合部分にお
いて形成されたゲルブロックの性質は、均質混合物から
形成されたゲルブロックのそれと十分に近いものとなる
。

上記に基づいて、本発明は、珪酸塩ゲルの形成によって
土壌および工学的構造体の強度および不透過性を改良す
るための方法に関する。本発明によれば、この方法は、 乾燥物質として計算して１５〜４０重量％の量で水ガラ
スを含むアルカリ性水ガラス溶液および所望により前記
水ガラス溶液の固形分を越えない量の１種またはそれ以
上の天然または合成オリゴマーおよび／またはポリマー
、並びに 乾燥物質として計算して５〜５０重量％、好ましくは１
０〜４５重量％の量の５４０ｚを含む珪酸ゾルであって
、分散媒のｌＯ〜１００容量％が珪容量分離しながらア
ルカリと反応することのできる水混和性の有機液体から
なる珪酸ゾル を処理すべき土壌および工学的構造体に適用し、適用さ
れた液体をゲル化せしめることにより、実施される。

この明細書で用いる「水ガラスＪなる語は、アルカリ金
属（Ｎａ　、、Ｋ）およびアンモニウム水ガラスおよび
それらの混合物を含む。

水ガラスの水溶液は、天然および／または合成オリゴマ
ーおよび／またはポリマーを含んでいてもよい。天然オ
リゴマーおよびポリマーとしては加水分解蛋白質および
天然ラテックスを挙げることができ、合成オリゴマーお
よびポリマーとしてはポリビニルアルコールおよびブタ
ジェンラテックスを挙げることができる。明らかに、適
用されるオリゴマーおよびポリマーは、耐アルカリ性で
あり、水ガラス水溶液と相容性を有しているべきである
。これらのポリマーは、ゲル形成に際して物理的または
化学的にゲル構造体中に捕らえられ、ゲルの変形能およ
び膨潤能を増加させる。

本発明の方法で用いられる珪酸ゾル（いわゆる「オルガ
ノゾル」）は、公知であるかまたは公知の方法で製造す
ることのできるものであるＣＲ，Ｋ。

１１ｅｒ：　Ｃｏ１１ｏｉｄ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ｏ
ｆ　５ｉｌｉｃａ　ａｎｄ　５ｉｌｉｃａｔｅｓ；　Ｃ
ｏｒｎｅｌｌ　Ｌｌｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｐｒｅｓｓ、
　Ｔｔｈａｃａ、ニューヨーク、９０〜９５頁（１９５
５）およびＲ，に、　ＴＩｅｒ：　ＴｈｅＣｈｅｍｉｓ
ｔｒｙ　ｏｆ　５ｉｌｉｃａ；　、Ｊｏｈｎ　Ｗｉｌｅ
ｙ　ａｎｄ　５ｏｎｓ、ニューヨーク３３１〜３４３お
よび４１５〜４１９頁（１９７９）　）。

これらのゾルは、３〜２００ｎｍ　、好ましくは１０〜
５０ｎｍの粒径を有する分散珪酸粒子を含む。分散珪酸
粒子は、所望ならば表面が予備処理されていてもよく、
−価または多価アルコール、アルキレンオキシドオリゴ
マーまたはポリマーまたはＡ１３＋またはｐｅ３＋イオ
ンが表面ヒドロキシ基を介してこれらの予備処理された
珪酸粒子の表面に付着されていてもよい。表面が予備処
理された珪酸粒子を含む珪酸ゾルは、公知であるかまた
は、例えば、上記の文献に開示された、公知の方法で製
造することのできるものである。我々の経験によれば、
表面が予備処理された珪酸粒子を含む珪酸ゾルは、未処
理珪酸粒子を含むそれよりもより良い結果を与える。こ
の明細書において用いる「珪酸ゾル」なる語は、そのよ
うな予備処理された珪酸粒子をも含む。

珪酸ゾルの分散媒の少なくとも１０容量％は、アルカリ
性剤と反応することのできる水混和性有機液からなるべ
きである。「水混和性」なる語は、未反応の水との混和
性を有する、即ち、いかなる比においても水と安定な混
合物を形成する液を意味する。そのような有機液は、例
えば、エステル、アミド、アセタール等であり、それら
の例はジエチレングリコールジアセテート、グリセロー
ルジアセテート、エチレンカーボネート、エチルウレタ
ンおよびホルムアミドである。分散媒の残部は、水およ
び上記の有機液の両方と制限なしに混和する、アルカリ
性剤に対して異なるところのないいかなる有機液からな
っていてもよく、それらのうちではアルコールおよびケ
トンを挙げることができる。分散媒は、また、８０容量
％を越えない量の水を含んでいてもよい。

非限定的な下記の例をもって本発明の詳細な説明する。

■ ２つのシャフトによって仕切られた、直径３００３ ４ ｍｍの欠陥ダグ１一部分を、まず１０ｒｒｒの濃厚な水
ガラス水溶液（成分Ａ）で目止めする。水ガラス溶液の
減少分を液の高さが１．５ｍ以下に落ちないように補充
する。３０分後、液を、高性能ポンプにより５秒内にダ
クトから汲み上げ、次いで１０ｍの、下記に示す組成を
有する成分Ｂをこのダクト部分に目止めする。

グルコースジアセテート　　　　　　２ボＬｕｄｏｘ　
ＧＬ−Ｘ　（４６重量％のＳｉｎ□をを含む珪酸ゾル、
ｐＨ＝９．１、 ［ｉ、Ｊ、［］ｕｐＨｊ　ｄｅＮｅｍｏｕｒｓ　ａｎｄ
　Ｃｏ。

ライ１（ミントン　、　テラウェア　、米国）　　　　
　　　　　　３ｎ（ジエチレングリコールモノメチルエ
ーテル　　　　　　　　　　　　　　　　ｌｒＴ？水　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　４Ｍ液の高
さを、漏れが止まるまで（約６０分間）、成分Ｂを補充
することによってダクト内で１．５ｍに保持する。次に
、過剰の成分Ｂをダクトから汲み上げる。

修理品質を、水圧試験により調べた。水面の減少は観察
されず、このことは修理が完全であったことを意味して
いる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、珪酸塩ゲルを形成することによって土壌および工学
   的構造体の強度および不透過性を改良するにあたり、 乾燥物質として計算して１５〜４０重量％の量で水ガラ
   スを含むアルカリ性水ガラス溶液および所望により前記
   水ガラス溶液の固形分を越えない量の１種またはそれ以
   上の天然または合成オリゴマーおよび／またはポリマー
   、並びに 乾燥物質として計算して５〜５０重量％、好ましくは１
   ０〜４５重量％の量のＳｉＯ＿２を含む珪酸ゾルであっ
   て、分散媒の１０〜１００容量％が珪酸を分離しながら
   アルカリと反応することのできる水混和性の有機液体か
   らなる珪酸ゾル を処理すべき土壌および工学的構造体に適用し、適用さ
   れた液体をゲル化せしめることを特徴とする方法。 ２、珪酸ゾルが１価または多価アルコール、アルキレン
   オキシドオリゴマーまたはポリマーまたはＡｌ＾３＾＋
   またはＦｅ＾３＾＋イオンが表面に結合された珪酸粒子
   を含む、請求項１記載の方法。 ３、珪酸ゾルが、分散媒として、ジエチレングリコール
   ジアセテート、グリセロールジアセテート、エチレンカ
   ーボネート、エチルウレタンまたはホルムアミドを含む
   、請求項１または２記載の方法。