JPH0330636B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、所定の時間内で含珪酸ゲルに凝固す
る、珪酸アルカリ、水及びゲル化剤からなる液状
混合物に関する。最も重要な使用分野は建築技術
における土質安定化である。 珪酸アルカリ水溶液及びゲル化剤を、別々に又
は一緒に、土質安定用に使用することは公知であ
る。その場合主として、即座にゲル生成を起すこ
となく珪酸塩溶液と混合することが出来、混合物
の調製及び使用のために十分な時間の後ではじめ
てゲルを生成させるゲル化剤を使用する。安定化
すべき地面に、土壌中で凝固する同液状混合物を
注入することにより、水透過性の土壌を締め固
め、洩水防止性にすることが出来る。 ゲルの性質及び適性は、珪酸アルカリ及びゲル
化剤の種類及び量に依存する。 有効な洩水防止の前提条件は、ゲルのシネレシ
スが出来るだけ少なく又徐々に進行することであ
る。シネレシスは、ゲルが水性相（シネレシス
水）を分離して、体積を減少することである。 ゲル化剤としてアルミン酸ナトリウムを含有す
る水ガラス溶液を使用する。“モノゾル法”とし
て公知の方法は、水ガラス濃度の小さい範囲内で
は、上記の前提条件をみたす。同ゲルは確かに良
好な洩水防止作用を有するが、自己の強度は殆ど
ない。水ガラス濃度、従つてゲルのSiO₂含量の
増加によつて、ゲル強度を著しく改善することは
不可能である。それというのもSiO₂含量が約110
ｇ／以上の混合物を製造する場合には、アルミ
ン酸ナトリウムの添加の際に即座にゲル及び沈殿
物が生成する危険があるからである。従つて約
120ｇ／の最高SiO₂含量を有するゲルを土壌中
で生成させることも出来るが、その地盤硬化作用
は非常に僅少である。 珪酸アルカリを基剤とする混合物で地盤硬化を
行うために、別の、多くは有機の、ゲル化剤が使
用される。主としてエステル並びに幾つかのアミ
ド及びアルデヒドである有機ゲル化剤は、高濃度
の水ガラス溶液にも、即時反応の危険なく、混入
することが出来る。 例えばフランス国特許明細書第1164835号及び
同第1502645号から、低級脂肪酸のアルキルエス
テルを、珪酸アルカリ溶液と混合して、上質安定
化用に使用することが公知である。西ドイツ国特
許明細書第1567776号及び同第2242713号によれ
ば、ジカルボン酸例えばこはく酸、グルタル酸及
びアジピン酸のアルキルエステルもゲル化剤とし
て適する。酢酸エチルを含む大抵のアルキルエス
テルの欠点は、水ガラス溶液へのその溶解度が小
さく、未反応のエステルが分離及び沈殿し得るこ
とである。その結果、不均一なゲル生成及び地下
水の汚染が生じ得る。 上記の欠点を克服するために、種々の水溶性エ
ステルがゲル化剤として推せんされた。例えばフ
ランス国特許明細書第2175481号には、珪酸アル
カリ溶液用の適当なゲル化剤として、三酢酸グリ
セリン−混合物が、又英国特許明細書第1109140
号には、ラクトン−又はアルキレンカーボネート
型の環状エステルが挙げられている。 有機ゲル化剤を使用して生成したゲルの高い強
度及びそれから結果する地盤硬化作用は、主とし
て高いSiO₂含量に基く。高いSiO₂含量は、同混
合物のより高い珪酸塩濃度にのみならず、ゲルの
強いシネレシスにも帰因する。平均珪酸塩濃度
（密度約1.25〜約1.45−30〜45゜Be′に相当する−の
工業用水ガラス溶液で約45〜70容量％）におい
て、約50〜70％に達し得るゲルの収縮によつて、
SiO₂含量がそれとほぼ同様の％値だけ増加する。
シネレシスに伴つてゲルの強度は上昇するが、他
方洩水防止効果は低下する。それというのも、処
理した土壌の間隙部は部分的にしかゲルでみたさ
れないからである。水透過性が増すにつれて、又
は突然水が侵入する場合には、シネレシス水と共
に、短時間内に著しい量の有機加水分解生成物及
び未反応の残留ゲル化剤が地下水中に入り、許容
限度以上の高い汚染が生じ得る。 実際には、建築用地盤を洩水防止性にすると同
時に硬化する必要のあることが多い。この両要求
性をみたすゲルを生成させる前提条件は、非緊密
化を惹起するシネレシスを抑制することである。
そのための手段は次の様である： １ ゲル生成性混合物の珪酸塩含量を、例えば工
業用水ガラス溶液の75容量％以上に高め、それ
によつてシネレシス水の分離を抑制する。 ２ ビルダー例えばセメント懸濁液の添加によつ
てシネレシス水を結合又は包囲する。 従来ゲル化剤としては、両手段の場合共上記の
有機物質が使用された。第二の場合には特にホル
ムアミドを使用した。しかしホルムアミドの使用
は、その毒（奇形発生）作用のために問題があ
る。 微粒質土壌の処理のためには、上記両手段のい
ずれも使用不可能である。それというのも、第一
の手段の場合にはその高い粘性のために、又第二
の手段の場合には固体物質含有のために、混合物
の侵入度が著しく低下するからである。従つて実
際には微粒質土壌は、先ず洩水防止性混合物で処
理し、引続いて硬化作用を及ぼす混合物を注入す
る。その様な作業法は時間を非常に要し、実際上
一段階作業の倍の費用がかかる。 従つて本発明の課題は、確実な洩水防止を保証
すると共に、硬化作用も有し、更に微粒質土壌の
処理に適する、珪酸アルカリを基剤とする土質安
定用混合物の開発である。 ところでこの課題は本発明により、ゲル化剤と
して式Ｒ−Si（OR′）₃〔式中：Ｒは炭素原子数１〜
６の脂肪族基を表わし、各R′は同じか又は異な
るものであつてよく、炭素原子数１〜４のアルキ
ル基を表わす〕のトリアルコキシシランを含有す
ることを特徴とする、珪酸アルカリ、水及びゲル
化剤からなるゲル生成性混合物で解決された。有
利なトリアルコキシシランは、ｎ−プロピル−、
イソプロピル−及びイソブチル−トリメトキシ−
シランないし−トリエトキシ−シランである。そ
れらのシランのアルコキシ基の一部は、加水分解
された形で、OH基として存在することも出来
る。 本発明によりゲル化剤として使用されるシラン
の量は、シランの分子量、水ガラス含量及び混合
物の所望のゲル化時間に依存する。30−43゜B′e
（d²⁰ ₄＝1.25〜1.4）で濃度10〜90容量％の水ガラス
溶液を含有し、ゲル化時間が30〜300分の混合物
の場合、同シランの量は20〜140ｇ／混合物で
ある。これはモル比、シラン：SiO₂＝（0.05〜
0.28）：１に相当する。 ゲル化剤と珪酸アルカリの量比を変化させるこ
とにより、本発明による混合物のゲル化時間を広
範囲内で調整することが出来る。その他、ゲル化
時間並びにゲル強度は、珪酸アルカリ、水及びト
リアルコキシシランからなる混合物に、付加的に
作用物質を添加することによつても調整出来る。
ゲル化時間調整用の付加的な作用物質は例えば、
アルカリ金属及びアンモニウムの水酸化物及びア
ルカリ性反応を呈する塩である。その中特に、ナ
トリウム化合物例えばNaOH、Na₂CO₃、
NaOOCH₃又はNa₃PO₄がゲル化時間短縮用に適
する。しかし珪酸アルカリ水溶液用の、別の自体
公知のゲル化剤、例えばアルキレンカーボネート
（例えばエチレン−又は１，２−プロピレンカー
ボネート）も、付加的に添加される作用物質とし
て適する。それらはゲル化時間を短縮する他に、
ゲル強度の上昇をより速やかにする効果ももつ。
それら付加的な作用物質は、珪酸アルカリ／水／
シラン−混合物に、同混合物に対し約３重量％ま
での量で添加することが出来る。 土壌の状態に予見出来ない局部的変異がある場
合、付加的な作用物質の使用によつて、本発明混
合物の性質を短期それに合せることが出来る。そ
の様な例外の場合は、主として短いゲル化時間及
びより速やかな洩水防止−又は硬化作用を有する
混合物を必要とする。その他のすべての場合に
は、付加的な作用物質は必要でもないし、有利で
もない。 本発明の範囲内で珪酸アルカリは、水ガラスと
して公知の珪酸カリウム及び特に、珪酸ナトリウ
ムである。その製造法のために、酸化アルカリ及
びSiO₂を種々の量で含有する水溶液として生成
する。従つてその様な水溶液として使用され、そ
の場合有利には約1.25〜1.40（300〜43゜Be′に相当）
の密度d²⁰ ₄を有する濃厚溶液が使用される。同溶
液は、使用目的に従つて、水で所望の濃度に稀釈
される。 一般には、珪酸アルカリ溶液とゲル化剤とから
なる土質安定化用混合物の組成を定める際、土壌
の性質及び所望の作用の他に、成分相互の相和性
及び達すべきゲル化時間も考慮に入れなければな
らない。本発明による混合物は、密度が約1.25〜
約1.40（約30〜43゜Be′）の未稀釈工業用水ガラス
溶液を使用する場合にも、即座のゲル生成又は沈
殿の危険なしに製造することが出来る。通常の水
ガラス濃度の全範囲内で、トリアルコキシシラン
量を変化させることにより、ゲル化時間を30〜
300分の間で調整することが出来る。すべての場
合に、先ず非常に密なゲルが生成する。このゲル
は、公知の珪酸アルカリ−ゲル化剤から得られる
ゲルと、その挙動が明確に異なる。シネレシスは
後から生じ、公知の有機ゲル化剤を含有する混合
物からのゲルの場合よりも、ずつとゆつくり進行
する。密度d²⁰ ₄約1.38（38〜40゜Be′に相当）の水ガ
ラス溶液100cm³当りシラン0.04〜0.11モルの、有
利な珪酸塩／トリアルコキシシラン比率の場合に
は、シネレシスの量は、４週間後に10％より少な
く、多くの建築目的にとつて十分なこの期間にわ
たつて、高い洩水防止効果を保証する。ゲル強度
が徐々に増加するために、別の洩水防止ゲルの場
合に水との接触により起る軟化及び解体が阻止さ
れ、硬化作用の所望の上昇が得られる。 本発明混合物の製造及び使用は、土壌処理技術
に常用の装置で行うことが出来る。成分の混合に
は２方法が可能である。 １ 所望の比率の水ガラス溶液と水とを混合し、
必要量のトリアルコキシシランを添加し、溶液
が生成するまで−約30〜45分要する−撹拌す
る。 ２ 必要量のトリアルコキシシランを、非常に少
量の無機酸でPH値3.5〜４に調整されたほぼ同
量の水中に溶かし、同溶液を、水ガラスと残余
の水とからの混合物に添加する。 第一の方法は、実際上あらゆる比率の濃度に使
用可能であり、第二の方法は、幾分か速く行われ
る方法で、水含量がより低い（＜70容量％）混合
物用に使用される。 例 １ 工業用水ガラス溶液（d²⁰ ₄＝約1.35）と水とを
第１表に記載の容量で混合し、記載量のｎ−プロ
ピルトリメトキシシランを添加し、混合物を45分
間撹拌した。特性として、混合物のゲル化時間及
びゲルのシネレシスを測定した。 ゲル化時間は、シランの添加時から混合物の硬
化までの時間である。混合物の表面にガラス棒で
横に引いた線が、５秒間後になお確認出来る跡を
残した時点を、硬化の時点とした（約100mPa.
s）。コントロールのために傾注時間を測定した。
それは混合物の試料が、90゜以上傾けた試験管か
ら流出しなくなるまでの時間である。（ここには
傾注時間は記載しないが、ゲル化時間よりも平均
して１分間少ない）。 シネレシスは、シネレシス水を注ぎあけ、測定
し、その体積を全体積に対する％値で表わしたゲ
ルの体積減少率である。

【表】 例 ２ 水ガラス溶液（d²⁰ ₄＝約1.35）60ml、水40ml及
びイソブチル−トリメトキシシラン5.9ｇを、乳
化剤（40％のアルキルアリールスルホン酸ナトリ
ウム溶液）0.5mlの添加の下に、15分間撹拌した。
得られた混合物のゲル化時間は、シランの添加時
から測定して33分間であつた。硬化ゲルは実際上
少しもシネレシスを有さなかつた（28日後に＜１
％）。 例 ３ 水50mlを稀塩酸でPH3.6に酸性化し、ｎ−プロ
ピル−トリメトキシシラン50ｇと一緒に撹拌し
た。７分後に、均質な溶液が得られた。 ａ 50％のシラン溶液10ｇを、水ガラス溶液
（d²⁰ ₄＝1.26）30mlと水60mlとの混合物中に混入
し、撹拌した。同混合物は95分間のゲル化時間
後に硬化した。硬化ゲルのシネレシスは、24日
後に1.5％であつた。 ｂ 50％のシラン溶液15ｇを、水ガラス溶液
（d²⁰ ₄＝1.26）60mlと水30mlとの混合物中に、強
力に撹拌しながら３分間以内に滴加した。なお
10分間撹拌を続け、その際初期の混濁が著しく
消滅した。92分間のゲル化時間の後で、硬く、
不透明なゲルが生成した。シネレシスは非常に
僅少であつた（24日後に0.5％）。 例 ４ 水ガラス溶液（d²⁰ ₄＝約1.35）60mlと水40ml並
びにそれぞれ異なる量のｎ−プロピル−トリメト
キシシランからなり、ゲル化時間が種々異なる３
種の混合物を製造した。結果を第２表に示す。ゲ
ル化時間を短縮するために水酸化ナトリウムを添
加して、上記の混合物の製造を繰返した。水酸化
ナトリウムはシランと等モル量で使用し、混合物
に含まれる水中に溶かした。

【表】 例 ５ 上記例４の実験ｂに挙げられている、水ガラス
溶液（d²⁰ ₄＝約1.35）60ml、水40ml及びｎ−プロ
ピル−トリメトキシシラン5.5ｇからなる混合物
（ゲル化時間218分）に、30分間の撹拌後に、１，
２−プロピレンカーボネート2.5ｇを添加した。
同混合物は18分後に、シネレシスのより高い（３
日後に4.4％、17日後に21％）固いゲルに硬化し
た。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ゲル化剤として、式： Ｒ−Si（OR′）₃ ［式中：Ｒは炭素原子数１〜６の脂肪族基を表
   わし、各R′は同じか又は異なるものであつてよ
   く、炭素原子数１〜４のアルキル基を表わす］の
   トリアルコキシシランを含有することを特徴とす
   る、珪酸アルカリ、水及びゲル化剤からなる土質
   安定剤。 ２ トリアルコキシシランが、ｎ−プロピルトリ
   メトキシシラン、ｎ−プロピルトリエトキシシラ
   ン、イソブチルトリメトキシシラン又はイソブチ
   ルトリエトキシシランである、特許請求の範囲第
   １項記載の土質安定剤。 ３ ゲル化時間及び／又はゲル強度を調整するた
   めの付加的な作用物質として、アルカリ金属又は
   アンモニウムの水酸化物及び／又はアルカリ性反
   応を呈する塩を含有する、特許請求の範囲第１項
   又は第２項記載の土質安定剤。 ４ ゲル化時間調整用の作用物質として、珪酸ア
   ルカリ溶液用の自体公知のゲル化剤を付加的に含
   有する、特許請求の範囲第１項から第３項までの
   いずれか１項記載の土質安定剤。 ５ 付加的な自体公知のゲル化剤として、エチレ
   ンカーボネート又は１，２−プロピレンカーボネ
   ートを含有する、特許請求の範囲第４項記載の土
   質安定剤。