JPH04175397A - 地盤注入剤 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、水性コロイダルシリカを主剤に用いた地盤注
入用薬液であって、軟弱地盤の強化や湧き出し地下水の
止水などに使用される地盤注入剤に間する。

、　〔従来の技術〕 従来の注入剤としては水ガラスを主剤としたものが多用
され、その硬化剤（ゲル化剤）にはポルトランドセメン
ト、消石灰、鉄綱スラグ等のカルシウム塩類や、硫酸水
素ナトリウム、硫酸マグネシウム、リン酸等の各種酸類
、グリオキザール、エチレンカーボネートなどの有機酸
、エステル類が使用されてきた。又水ガラスのアルカリ
を嫌って水性コロイダルシリカを主剤とした注入剤も幾
つか提案されている。

例えば、水性コロイダルシリカに、消石灰やポルトラン
ドセメント（特開昭５９−６６４８２号公報）、スルフ
ァミン酸マグネシウム等のアルカリ土類金属塩（特開昭
６３−１６８４８５号公報）、塩化す）　ＩＪウムや硫
酸水素ナトリウム等のアルカリ金属塩（特開昭５９−１
５２９８５号公報）、アルミニウム塩等の３価の金属塩
（特開昭５９−１５２９８４号公報）等の電解質を加え
て硬化させる方法が提案されでいる。

また、セメントにゼオライトを添加するセメントの硬化
促進法は、特開平２−８９８１公報に記載されている。

また、セメントの凝結調節剤については既に多くの文献
に紹介されており、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属
リン酸塩、アルカリ金属カルボン酸塩が実用化されてい
る。

Ｃ発明が解決しようとする課題〕 水ガラスを使用する方法は、既に多数の文献で紹介され
ているように、注入した材料に含まれる多量のナトリウ
ム塩の存在のため耐久性に問題があり、仮設材としての
価値しか認められていない。

さらには溶出してくる塩類のために地下水の汚染や地下
埋設物の腐食が問題になる。酸性水ガラスを使用した場
合にもこれらの欠点はまったく同しである。

そこで、アルカリ金属塩を実質的に含まないか、全く含
まないコロイダルシリカの利用が注目されてきているが
、電解質としての金属塩類はコロイダルシリカをゲル化
させ流動性のない固体に変えることはできるが、ゲルの
強度は通常１　ｋｇ／ｃｍ２以下であって、このゲルに
は経時的な強度の増加はないため流水や地盤の変動に対
する耐久性は期待できない。

また、耐久性に実績のあるセメント物質と、セメントの
耐久性に対して有害物質を実質的に含まないコロイダル
シリカの２成分より成る注入剤は、耐久性注入剤として
期待されている。しかしコロイダルシリカは早強性とい
う点で水ガラスに劣りなんらかの改良が必要とされてい
る。セメントにゼオライトを添加する方法は特公平２−
８９８１公報に記載されているが、記載の方法ではコロ
イダルシリカや水ガラスのような初期ゲル生成物質がな
いためモルタル状でしか使用できず注入剤にはならない
。

本発明者等は、以上の事実に注目して鋭意研究したとこ
ろ、驚くべきことに、水性コロイダルシリカ、セメント
およびアルミノシリケートからなる組成、またはこれに
凝結調節剤を配合した組成の地盤注入剤が、優れた地盤
注入性能を発揮することを知見し、本発明を完成するに
至った。

〔課題を解決するための手段〕

すなわち、本発明により提供される地盤注入剤は、水性
コロイダルシリカ、セメントおよびアルミノシリケート
、またはこれら成分に凝結調節剤を配合した組成からな
ることを構成上の特徴とするものである。

以下、本発明について詳述する。

本発明に使用する水性コロイダルシリカは水ガラスを原
料としてイオン交換法、解膠法、酸中和法、電気透析法
等で製造され、製造法の例としては米国特許第２５７７
４８４号明細書、米国特許第３７１１４１９号明細書、
米国特許第２５７２５７８号明細書、特開昭５２−３３
８９９号公報、米国特許第３６６８０８８号明細書、特
開平１−３１７１１５号公報等の方法がある。

他にも、例えば米国特許第３６５０９７７号明細書や特
公昭４６−７３６７号公報記載の金属シリコンの酸化に
よる製法や、米国特許第２９５１０４４号明細書や特開
昭６２−１２７２１６号公報記載の微細シリカ粉末の水
分散による製法のコロイダルシリカも使用できる。

水性コロイダルシリカは、３〜１００ｒｖ＋の平均粒子
径を有するものが使用できるが、粒子径の大きいものは
ゲル強度が弱く平均径５０ｎｍ以下がその意味では実用
的であろう。市販品の標準グレードは平均径１０〜２０
ｎｍで、これは実用できる。３〜１０ｒ＋ｍの小粒子グ
レードはゲル強度が高く特に好ましい。

さらに３ｒｖ＋以下の平均粒子径を有するコロイダルシ
リカもあるが、このグレードは水ガラスのようにアルカ
リ安定化剤の含有量が多く本発明の目的には適合しがた
い。

水性コロイダルシリカは一通常コロイドの安定化剤とし
て微量のアルカリイオン（または水素イオン）を含有す
るが、本発明で使用する水性コロイダルシリカのアルカ
リ含有量は５ｉＯｚ／ＭｚＯのモル比で５〜５００のも
のが好ましい。

セメントとしてはポルトランドセメントが代表的である
が、本件はセメントの特性によって耐久性を持たせる注
入剤であるため、注入剤に要求される性能を具備したセ
メントが使用されなくてはならないため、セメントの種
類を限定することはできない。例えば早強性を必要とす
る場合には早強ポルトランドセメント、超早強セメント
、アルミナセメント、ジェットセメント等を使用するこ
とができる。また発熱膨張をきらう場合には低熱セメン
ト、中庸熱セメント、長期耐水性のためには高炉セメン
ト、シリカセメント、フライアッシュセメントなどが使
用できる。また一般にはセメントとは言われないが水硬
性を有するセメント質の物質、例えば高炉スラグ、転炉
スラグ等の鉄鋼スラグの粉末もコロイダルシリカとの反
応が遅いという特性を利用してコロイダルシリカがゲル
化するまでの硬化時間（以下ゲルタイムと記す）の長い
注入剤には有利に使用できる。また石膏や消石灰は、逆
にゲルタイムが短くなりその様な注入が必要なときには
有利に使用できる。特に好ましいセメントは、粒子の９
０％以上が粒径０．１８以上１０μ以下の粒子よりなる
セメントで、このセメントは地盤中の空げきに良く浸透
する。

アルミノシリケートとしては、ゼオライトや合成ゼオラ
イトの前駆体である非晶質アルミナシリケートが好適に
使用される。

これらアルミノシリケートは、平均粒径が０．１〜１０
μであり、且つ実質的に粒子の粒径の９０％以上がこの
範囲にあるのが好ましい。

ゼオライトとしては、各種のゼオライトカ適用できるが
、例えばＡ型ゼオライト、Ｘ型ゼオライト、Ｙ型ゼオラ
イト、Ｐ型ゼオライト、又はモルデナイトから選ばれた
合成ゼオライトの１種又は２種以上、特にＡ型ゼオライ
トが工業的に有利である。また、他のゼオライトとして
クリノプチロライトやモルデナイトのような天然ゼオラ
イトも使用できる。

さらに、合成ゼオライトの前駆体である非晶質アルミノ
シリケートは、ゲル状物質ではあるが、一般の天然又は
合成ゼオライトと同様に活性でカチオン交換能があり、
特に製造履歴に限定はなく適用することができる。

ただし、アルミノシリケート中のアルカリ金属イオンは
、セメントのアルカリ骨材反応を助長するので好ましく
はアルカリ土類金属イオン又はＨ゛に置換したアルミノ
シリケートが良い。

アルカリ土類金属イオンとしては、ＭｇＺ−１Ｃａ　２
　”、Ｓｒ”、またはＢａ”があるが、特にＭｇ２−１
Ｃａ”°が工業的に安価に使用でき好ましい。アルミノ
シリケート中のアルカリ土類金属イオンの量はそのアル
ミノシリケートのイオン交換当量の３０〜２００％であ
るのがよく、３０％以下ではアルカリ金属イオンの放出
ができないか、極度に遅くなり、イオン交換当量の１０
０％の量で充分であるが、使用するアルミナシリケート
の製法、産状による原因でイオン交換当量以上の量が付
着、吸着されていても２００％を越えなければ実質的に
支障はないであろう。アルカリ土類金属イオンを重量％
で表せばアルミノシリケート粉末中酸化物基準で３０重
量％まで含有することが好ましい。

なお、このアルミノシリケートは粉末でもスラリーでも
よい。

コロイダルシリカとセメントとゼオライトの使用割合は
、目的に応じて任意に決定できるが、コロイダルシリカ
のＳｉＯ□成分：セメント：ゼオライト二の比率（重量
比）はｌ：１〜５０：０．］〜１０が実用的であり、こ
の範囲外では注入剤としては使用しにくい。

なお、凝固ｙ４節剤の量はセメント１部に対して多くと
も０．２部である。

本発明に係る地盤注入剤は、以上の成分で構成されるが
必要に応じて硬化反応を遅延するために、凝固調節剤と
呼ばれる薬剤を使用することができる。凝固調節剤は特
に限定するものではないが、例えばアルカリ金属炭素塩
、アルカリ金属重炭酸塩、アルカリ金属セスキ炭酸塩、
アルカリ金属リン酸塩などの無機塩またはクエン酸、酒
石酸、グルコン酸などのカルボン酸またはそのアルカリ
金属塩が使用できる。また界面活性剤も使用できる。

［作　用〕 本発明に係る地盤注入剤の硬化反応に関する作用機構は
明確ではないが、恐らくは次のようなことが推定される
。

すなわち、アルミノシリケートのイオン交換によるアル
カリ土類金属イオンの放出又は吸着のためコロイダルシ
リカの穏やかなゲル化反応と水硬反応が相乗的に作用す
る。このようなゲル化反応は、微細なアルミノシリケー
ト粒子がセメント粒子間に均一に介在分散し、且つ結晶
粒となって珪酸カルシウムなどのアルカリ土類金属シリ
ケート水和物の微細結晶を生成せしめ、しかもその結晶
粒子の偏在が実質的にないためにセメント粒子の水硬反
応と相俟って高強度化を発現する。

〔実施例〕

以下に実施例を挙げて説明するが、ここでゲルタイムと
はコロイダルシリカ（表中Ａ液）にゲル化剤（表中Ｂ液
）を添加してから混合物が流動性を失うまでの時間で、
混合物の入ったビーカーを９０度傾けても流下しなくな
る時点を測定した。

ゲル化体の強度とはゲル化前の混練物を４０＋ｍφＸ４
０＋ａ＋ｗＨの型枠に入れてゲル化させ所定時間後に取
り出してアームスラー型強度試験機を用いて測定した一
軸圧縮強度である。

実施例１〜８、比較例１〜４ 表１のＡ−１に示したコロイダルシリカと、表２のＢ−
１，２に示したＡ型ゼオライトを使用して、表３に示し
た配合のＡ液とＢ液（スラリー）を作成し、Ａ液とＢ液
を混合しマグネチックスクーラーで攪拌を続けてゲルタ
イムを測定した。またゲルタイムの約１０秒前に注入剤
を型枠に流し込んで強度測定用の供試体を作成した。

を測定した。その結果を表３に示す。

実施例９〜１５、比較例５ 表１のＡ−２、Ａ−３に示したコロイダルシリカと、表
２のＢ−１、Ｂ−２、Ｂ−３、Ｂ−４、Ｂ−５、Ｂ−６
に示した各種ゼオライト又は非晶質アルミノシリケート
を使用して、表４に示した配合のＡ液とＢ液（スラリー
）を作成し、Ａ液とＢ液を混合しマグネチックスターラ
ーで攪拌を続けてゲルタイムを測定した。またゲルタイ
ムの約１０秒前に注入剤を型枠に流し込んで強度測定用
の供試体を作成した。その結果を表４に示す。

実施例１６〜１９、比較例６ 前記実施例のポルトランドセメントを日鐵ＳＦ［日鐵セ
メント■製品］に代えて、表１のＡ−１に示したコロイ
ダルシリカと、表２のＢ−２、Ｂ−３、Ｂ−５、Ｂ−６
に示した各種ゼオライト又は非晶質アルミノシリケート
を使用して、表５に示した配合のＡ液とＢ液（スラリー
）を作成し、Ａ液とＢ液を混合しマグネチックスクーラ
ーで攪拌を続けてゲルタイムを測定した。またゲルタイ
ムの約１０秒前に注入剤を型枠に流し込んで強度測定用
の供試体を作成した。その結果を表５に示す。

表１ 〔発明の効果〕 本発明は現在注目されているコロイダルシリカセメント
系の注入剤がかかえている問題を改善し、地下工事等で
の注入施工の信転性を向上させることが出来る。

出願人　　日本化学工業株式会社 代理人　弁理士　高　畑　正　也 手続補正書（自発） 平成３年１０月２９日 】、事件の表示 平成２年特許願第２１１８６８号 ２、発明の名称 地盤注入側 ３、補正をする者 事件との関係　　　　特許出願人 住　所　　東京都江東区亀戸９丁目１５番１号名　称　
日本化学工業株式会社 代表者　　棚　橋　純　− ４、代理人　〒１７１ 住　所　　東京都豊島区目白−丁目７番］４号目白久保
ビル２１− ５４補正の対象 （Ｉ）「特許請求の範囲」を、別紙のとおり補正する。

（２）明細書、第９頁１１〜１４行の「ただし、・・・
アルミノシリケートが良い。」を下記のとおり補正する
。

「これらのアルミノシリケートはナトリウムアルミノシ
リケートが機能的にも経済的にも好適に用いられるが、
要すれば、これと他の金属イオンとをイオン交換した特
にアルカリ土類金属アルミノシリケートを使用すること
ができる。」。

（３）明細書、９頁１７〜１０頁８行目「アルミノシリ
ケート中の・・・が好ましい」を下記のとおり補正する
。

「なお、アルカリ土類金属イオン等のイオン交換量は、
特に限定する必要はなく、臨界的ではない・　」　・ （４）明細書、１１頁１３行の「アルカリ土類金属イオ
ンの放出」を「アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属
イオンの放出」に補正する。

（５）明細書、１９頁３行目の「改善し、」と同４行目
の「セメント系」の間に下記を挿入する。「任意なゲル
タイムの調整と高強度の地盤硬化能を有していることか
ら、Ｊｏ 以上 ２、特許請求の範囲 １．水性コロイダルシリカ、セメントおよびアルミノン
リケードよりなることを特徴とする地盤注入剤。

２、水性コロイダルシリカ、セメント、アルミノシリケ
ートおよび凝結調節剤によりなることを特徴とする地盤
注入剤。

３、アルミノンリケードは、平均粒径が０．１〜１０μ
ｍの範囲であるゼオライ）Ａ、ゼオライトＰ又はゼオラ
イトＸから選らばれた合成ゼオライトである請求項Ｉ又
は２記戦の地盤注入剤。

４、アルミノシリケートは、合成ゼオライトの前駆体で
ある非晶質アルミノシリケート粉末である請求項１又は
２記載の地盤注入剤。

５、請求項１又は２記載の地盤注入剤が、重量比で水性
コロイダルシリカ（Ｓ　ｉ　Ｏｘ　ＷＡ’ＪＫ）：セメ
ント：アルミノンリケート：凝結調節剤−１：１〜５０
：０．１〜１０：０〜０．２の割合の組成を有する地盤
注入剤。

「

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、水性コロイダルシリカ、セメントおよびアルミノシ
   リケートよりなることを特徴とする地盤注入剤。 ２、水性コロイダルシリカ、セメント、アルミノシリケ
   ートおよび凝結調節剤によりなることを特徴とする地盤
   注入剤。 ３、アルミノシリケートは、平均粒径が０．１〜１０μ
   ｍの範囲であるゼオライトＡ、ゼオライトＰ又はゼオラ
   イトＸから選らばれた合成ゼオライトであって、アルカ
   リ土類金属イオンをゼオライト粉末中酸化物基準で３０
   重量％まで担持する請求項１又は２記載の地盤注入剤。 ４、アルミノシリケートは、合成ゼオライトの前駆体で
   ある非晶質アルミノシリケート粉末であり、アルカリ土
   類金属イオンを非晶質アルミノシリケート粉末中に酸化
   物基準で３０重量％まで担持する請求項１又は２記載の
   地盤注入剤。 ５、請求項１又は２記載の地盤注入剤が、重量比で水性
   コロイダルシリカ（ＳｉＯ＿２換算）：セメントリアル
   ミノシリケート：凝結調節剤＝１：１〜５０：０．１〜
   １０：０〜０．２の割合の組成を有する地盤注入剤。