JPH0428759B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は地盤および構造材、例えばモルタル、
コンクリート、石造構造などのための止水剤およ
び／または圧密剤並びにその使用方法に関する。

更に詳しくいえば、該止水剤および／又は圧密
剤は空隙を有する沖積層もしくは岩石の処理のた
めのものである。

地盤は、それが亀裂の入つた岩石であるかもし
くは沖積層である場合には、しばしばその安定性
を確保するために圧密化されなければならない。
これは、掘削もしくは削井の際に、壁面の崩れを
防止するためである。

このような地盤上に橋またはビルデイングの支
柱を設けるためにも、これらの沈下を防止すると
いう観点から地盤の圧密化が必要とされる。

更に、かかる地盤の止水がダムなどの構造物を
支持する際に必要とされることを証明できる。

モルタル、結合剤並びにコンクリートはある程
度の体積変化を示し、これは多少とも深くかつ幅
広い亀裂を生ずる傾向をもち、該亀裂は止水性、
補強材の保護並びに構造物の安定に対して有害で
ある。更に、多かれ少なかれ水和化合物の溶解に
より促進される多孔化をもたらす傾向のあるいく
つかの添加剤の影響下にある場合に、別の有害作
用が生ずる恐れがある。

従つて、止水性および／または圧密性を改良す
るという観点から、前記物質の後の処理が必要と
される。

結局、地盤並び構造材の止水化および／または
圧密化によりもたらされる問題は、空隙に容易に
浸透し得かつ永続的に空隙を満たし得る物質が亀
裂の空隙および沖積層内に存在する空隙に浸透し
かつ該空隙を満たす場合の問題と本質的に同じで
ある。

現在使用されている止水剤および／または圧密
剤は、基本的に２つのカテゴリーに分けられ、そ
の一つは合成樹脂溶液であり、他方はアルカリ金
属シリケート、更に詳しくはナトリウムまたはカ
リウムシリケートの溶液（もしくはグラウト）で
ある。

前記樹脂もしくは樹脂を主成分とする製品は重
合体化合物を形成し、いくつかの場合には有用で
あるが、比較的高価な製品であるという点で問題
があり、またその流動性は微小亀裂もしくは微小
間隙の奥深くまで常に達することを可能とするも
のではない。その上、樹脂の注入は比較的新しい
技術であるから、これら製品で処理された建設構
造物もしくは地盤の耐久性は明らかでない。

従つて、現在の技術は、容易に入手できるが多
数の欠点を有することが確認されているナトリウ
ムシリケート製品のアルカリ懸濁液を使用するこ
とから本質的になつている。

事実、構造材およびある種の地盤中に存在する
石灰は、一旦ナトリウムシリケートと接触する
と、処理溶液中のナトリウムに対しシリカが過剰
となることに基き、シリカゲルの形成をもたら
す。

実際のところ、ナトリウムシリケートはソーダ
中の珪酸のコロイド溶液であつて、その中和は縮
合されてポリ珪酸イオンを形成する珪酸イオンの
放電により該溶液のゲルへの転移を起こす。

シリカゲルの早期形成は注入を妨害することに
なり、その結果幾分かの空隙まで達しないことに
なる。更に、ソーダがゲル構造中に残つているの
でゲル化が完了しない。他方、得られるゲルはそ
の時点で安定ではなく、分解してソーダを放出す
る傾向を示し、この傾向は無視できない汚染並び
に不安定化の原因となる。

本発明は、約10μ程度の微小亀裂に対してさえ
容易に注入でき、地盤又は構造材中のカルシウム
化合物と反応して、又は地盤又は構造材がカルシ
ウム化合物に乏しい場合には添加されたカルシウ
ム化合物と反応して、安定でしかも不溶性の水和
珪酸石灰、特にトバモライト（2SiO₂・3CaO・
3H₂O）を形成することにより地盤および／また
は構造材の石化を可能とする石灰に対して極めて
高い反応性を有し、その結果該地盤および構造材
に適用される処理の耐久性を保証する止水剤およ
び／または圧密剤を提供することにより、前記公
知物質の欠点を克服することを可能とするもので
ある。

試験片について行つたテストでは、実際に、本
発明の剤を用いた場合には、多孔質微小モルタル
を横切る透水によつてゲル化されることはなく、
かつ試験片からゲル層が現れてくることもないこ
とを示すことができた。

本発明の剤による水和珪酸石灰、特にトバモラ
イトの結晶生成はＸ−線回折法による種々の研究
によつて確認することができる。

かくして、本発明による止水剤および／または
圧密剤は、 (a) 地盤および／または構造材中に存在する空隙
並びに微小空隙への良好な注入、 (b) 安定かつ不溶性の水和珪酸石灰の形成、 (c) 注入後に形成される生成物の長期に亘る安定
性、および (d) ほぼ完全に汚染のないこと を保証することができる。

本発明は、注入により使用することのできる、
地盤および／または構造材用の止水剤および／ま
たは圧密剤に関し、非コロイド性の濃厚なシリカ
のアルカリ溶液であつて、100μより小さな平均
粒径を有するシリカを周囲温度にてソーダ中に溶
解することにより得られ、比SiO₂／Na₂Oが２よ
り小さく、かつ該溶液のシリカ含有率が約20wt
％よりも大きいことを特徴とする。

本発明の剤の非−コロイド性はチンダル効果
（比濁指数の測定）により定性的に確認すること
ができた。

使用するシリカは純粋なシリカ、もしくは好ま
しくは少なくとも80〜90wt％の非−ガラス質構
造のSiO₂を含有する珪酸質物質であり得、例え
ば熱分解法シリカ、珪藻土、ゲーズ、またはシリ
カエーロゲルを挙げることができる。

好ましい化合物の中で、特に熱分解法シリカを
挙げることができ、これはまたヒユームドシリカ
（硅華）ともいわれ、工業的廃棄物、珪藻土、ゲ
ーズあるいはシリカエーロゲルを起源とするもの
である。

シリカまたは珪酸質物質の粒度分布は、ソーダ
中への急速かつ完全な溶解を達成するという観点
から極めて重要であるから、可能であれば100μ
未満、好ましくは50μ未満であるべきである。

本発明によれば、上記の如き他の珪酸質物質
も、それらが所定の溶解度基準を満足する限り使
用することができることはいうまでもない。

シリカを溶解するために使用されるソーダは35
〜37゜Beの範囲の、即ち約1.32〜1.35の範囲の密
度を有する溶液であることが好ましい。

溶解中に、ある程度の発熱が起こるが、止水剤
および／または圧密剤の反応性に対し望ましくな
い影響がみられない限り、制御する必要はない。

同様に、比SiO₂／Na₂Oは極めて重要であり、
上記の如く２未満、好ましくは1.5〜1.8の範囲内
にあるべきである。実際、高い比で使用した場合
には、シリカはゲルを形成する傾向を示し、その
結果微小亀裂または微小空隙の最深部への十分な
る注入が妨げられる。

シリカの最大含有率は、前記比SiO₂／Na₂Oが
２未満に保たれている限り、非臨界的である。に
もかかわらず、特に本発明の剤の粘度に関する実
際的理由から、該含有率は一般に約30wt％以下
であり、好ましくは23〜27wt％の範囲内である。

満足な注入を達成するために、本発明の止水剤
および／または圧密剤の粘度を約５〜50cp、好
ましくは20〜30cpの範囲であるべきであり、適
当な粘度は水で稀釈することにより達成されるこ
とが実際に観測された。

本発明の剤は更に、亀裂または空隙への浸透性
を改善し得るいくつかの添加物を含むことができ
る。

本発明は、さらに、本発明の止水剤および／ま
たは圧密剤を、カルシウム化合物と混合して、得
られた混合物を圧力下で注入することを特徴とす
る、カルシウム化合物に乏しい地盤および／また
は構造材を止水および／または圧密化する方法に
関する。

また、本発明は、カルシウム化合物の溶液を注
入した後、本発明の止水剤および／または圧密剤
を圧力下で注入することを特徴とする、カルシウ
ム化合物に乏しい地盤および／または構造材を止
水および／または圧密化する方法に関する。

ここで、カルシウム化合物とは、生石灰、消石
灰、カルシウム塩等のカルシウムを含む化合物を
いう。

カルシウム塩の例としては、塩化カルシウム、
蟻酸カルシウム、酢酸カルシウムもしくはプロピ
オン酸カルシウムなどが挙げられる。

一般的に、石灰もしくはカルシウム塩の混合ま
たは予じめ注入は、石灰に乏しいある種の地盤お
よび／または構造材の処理のために推奨される。

水和石灰に富む地盤および構造材にあつては、
本発明の剤中に溶解したシリカは、反応後に水和
珪酸石灰（トバモライト）を形成し得る。しかし
ながら、特に水和石灰に乏しい地盤および／また
は構造材についてはこのようなことがいえず、こ
の欠乏量を、直接工業石灰を混合又は予じめ注入
することにより、もしくはカルシウム塩によつて
間接的に補充しなければならない。

本発明の剤を石灰と混合する場合、又は石灰を
予じめ注入する場合、該石灰は一般に比CaO／
SiO₂が0.3より大きく、最大比1.50となるような
量で用いられる。

本発明によれば、カルシウム塩のソーダによる
中和後に、生成石灰のみならず、非−汚染性塩
（塩化ナトリウム）が生成される限りにおいて、
カルシウム塩、特に塩化カルシウムを使用するこ
とが好ましい。

従つて、溶解シリカは生成石灰と反応して、不
溶性かつ安定な水和珪酸石灰を与える。

カルシウム塩の量はソーダの完全中和の観点か
ら十分であるべきである。なんとなれば、過剰の
ソーダは後に汚染現象を生ずる傾向をもつからで
ある。過剰のカルシウム塩を使用することが可能
であるが、本発明によれば、剤中に含まれるソー
ダの中和のために必要とされる化学量論量で使用
することが好ましい。

本発明による止水剤および／または圧密剤をカ
ルシウム化合物と混合する方法が好ましいが、カ
ルシウム化合物の溶液を予め注入することも可能
である。しかし、このような方法は連続する２度
の注入を必要とし、結果として、この処理を時間
を消費し、かつ高価なものとしている。

本発明の剤について行つた種々の研究により、
注入後約10時間でトバモライト結晶が生成したこ
と並びに該結晶生成が注入後約７日間続いたこと
を示すことができた。

Ｘ−線回折もしくは走査電子顕微鏡実験は７日
後に水和珪酸石灰の結晶が極めて大量に存在する
ことを示していた。

前記の観測された極めて満足すべき反応性は溶
解シリカの活性および溶液の鮮度により説明され
る。

同様に、本発明は止水法および／または圧密法
をもその目的とするものであり、該方法は加圧下
で、前記本発明の剤を、地盤内の空隙もしくは微
小空隙、または構造材の亀裂もしくは微小亀裂中
に、公知の注入装置により注入することからな
る。

本発明の方法は、特に亀裂を有する岩もしくは
沖積層に関する地盤を止水処理もしくは圧密化処
理することを意図するものである。

亀裂のある岩に対しては、まずボーリング孔を
設け、次いで本発明の剤を下降式注入
（advancing injection）または上昇式注入
（rising injection）法として知られる技術により
注入する。

沖積層に対しては崩壊の危険性のために、“ス
リーブ付き管”（フランス特許第986619号）とし
て知られる現在公知の方法を使用する。

注入圧は一般に５〜20バールの範囲であり、圧
密剤および／または止水剤の量は処理すべき地盤
の体積の30〜40％の範囲である。

止水作業中、処理は透水係数測定に付すべき試
料を採取して検査することができる。

約10^-3m／ｓの透水係数を有する沖積層の地盤
は、注入しかつ硬化した後には透水係数が約10^-6
〜10^-7m／ｓのものに変えられるであろう。

本発明を一層よく理解するために、本発明によ
る止水剤および／または圧密剤の使用例について
以下に記載するが、これらは単に本発明を例示す
るものであり、何等限定するものではない。

実施例 １ 極めて透水性に富んだ（10^-2m／ｓの透水係
数）（透水係数：差圧を１ダイン／cm²に保持した
ときに単位立方の多孔体又は密封された粉体中を
流れる非圧縮性流体の量（ml／秒）石灰に富む地
盤中に深さ10ｍのボーリング孔を形成する。これ
は１m³の体積の地盤を止水処理するためのもので
ある。注入管をボーリング孔に挿入し、次いで溶
液の注入を３バールの初期圧下で実施する。該溶
液は300の36゜Beのソーダ及び70の水の中に
平均粒径約50μのシリカ170Kgを溶解することに
より得られたもので、生成後の溶液特性は以下の
通りであつた。

SiO₂／Na₂O＝1.8；SiO₂＝26.6％；Na₂O＝
14.8％；H₂O＝58.6％；粘度40〜50op。限界圧
（refusal pressure）が約10バールで安定したら、
注入を停止する。このことは320程度の注入溶
液量に相当することがわかる。

１週間後、新たに透水係数を測定したところ、
10^-6m／ｓに変化していることが確認でき、これ
は処理した地盤が完全に止水性であることを示し
ている。

実験例 比SiO₂／Na₂Oが2.0未満が本発明の目的を達成
する上で重要であることを示すために以下の実験
を行つた。即ち、SiO₂／Na₂Oが2.0未満でのみケ
イ酸カルシウム（2SiO₂・3CaO・3H₂O（トバモ
ライト）の結晶が生じ、その結果、強固な地盤を
形成できることをＸ線回折試験により明らかにし
た。第１図に比SiO₂／Na₂Oを0.8〜3.3と変化さ
せた場合の石灰に富む地盤のＸ線回折試験結果を
示す。その結果、比SiO₂／Na₂Oが0.8、1.3及び
1.8では3.03Å、1.82Å及び2.79Åにトバモライト
の回折線が現われているのに対して、2.3及び3.3
ではそれらの回折線は観測されず、トバモライト
が生成していないを示した。

参考例 純水、並びに純粋なケイ酸ソーダ及び工業的に
生産されたケイ酸ソーダについて比SiO₂／Na₂O
を変化させたときのネフエロメトリツク
（nephelomet−ric）指数（散乱光の強度）を測
定し、第２図に示す。この結果、いずれのケイ酸
ソーダについても上記指数は比SiO₂／Na₂O2を
境として急激に変化し、２以上の領域で高い値を
示す。これは、２以上ではケイ酸ソーダがコロイ
ド状で存在し、光の散乱が多くなるのに対して、
２より下の領域では純水の値に近く、水溶液の状
態（非−コロイド状態）であることを示すもので
ある。

実施例 ２ 石灰に乏しい土壌（透水係数：10^-2m／ｓ）
に、１m³の土壌を処理するためのボーリング孔を
形成する。

第１溶液をプロピオン酸カルシウムを水に溶解
して（490Kg／m³）調製した。この溶液は96Kg／
m³のCa⁺⁺を含有し、これは134KgのCaOに相当す
る。

第２溶液を、300の36゜Bソーダ及び70の水
に170Kgのシリカ（熱分解法シリカ）を溶解して
調製した（溶解後の組成：比SiO₂／Na₂O＝1.8；
SiO₂＝26.0％；Na₂O＝14.8％；H₂O＝58.6％）。

第一工程として、400のプロピオン酸カルシ
ウムを２〜３バールの圧力で土壌に注入した。次
いでボーリング孔を洗浄した後、シリカのソーダ
溶液を拒否圧約10バールとなるまで注入する。

土壌中に注入された比CaO／SiO₂は0.50であつ
た。

１週間後、新たに透過度を測定したところ、
10^-6m／ｓに変化していることが確認でき、これ
は処理した土壌が完全に止水性であることを示し
ている。

実施例 ３，４ 実施例２のプロピオン酸カルシウム溶液に代え
て、酢酸カルシウム溶液（370Kg／m³）（実施例
３）又は塩化カルシウム溶液（300Kg／m³）（実施
例４）を用い、上記カルシウム溶液をシリカのソ
ーダ溶液と混合した後に土壌中へ注入した後は実
施例２と同様に行つた。これらカルシウム溶液
は、それぞれ94Kg及び107KgのCa⁺⁺を含有し、そ
れぞれ131Kg及び149KgのCaOに相当する。土壌中
に注入した比CaO／SiO₂はそれぞれ0.49（酢酸カ
ルシウム）及び0.56（塩化カルシウム）であつた。

１週間後、新たに透過度を測定したところ、
10^-6m／ｓに変化していることが確認でき、これ
は処理した土壌が完全に止水性であることを示し
ている。

【図面の簡単な説明】

第１図はケイ酸カルシウムのＸ線回折試験結果
を示し、第２図はネフエロメトリツク指数と比
SiO₂／Na₂Oとの関係を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 非−コロイド性の濃厚なシリカのアルカリ溶
   液であり、周囲温度下でソーダ中に100μm未満の
   平均粒径を有するシリカを溶解することによつて
   得られ、比SiO₂／Na₂Oが２未満、0.8以上であ
   り、かつ該溶液のシリカ含量が約20重量％より大
   きく、注入により使用可能であり、かつカルシウ
   ム化合物と反応して不溶性化合物を生成すること
   により、地盤並びに構造材の止水化および／また
   は圧密化することを特徴とする、地盤並びに構造
   材用の止水剤および／または圧密剤。 ２ 前記の使用されるシリカが非−ガラス質構造
   のSiO₂を少なくとも80〜90重量％含有する硅酸
   質物質である、特許請求の範囲第１項記載の止水
   剤および／または圧密剤。 ３ 前記シリカが熱分解法シリカ、硅藻土、ゲー
   ズまたはシリカエーロゲルである、特許請求の範
   囲第１または第２項記載の止水剤および／または
   圧密剤。 ４ 前記比SiO₂／Na₂Oが1.5〜1.8の範囲である
   ことを特徴とする、特許請求の範囲第１〜第３項
   のいずれか１項に記載の止水剤および／または圧
   密剤。 ５ シリカ含量が30重量％以下である特許請求の
   範囲第１〜第４項のいずれか１項に記載の止水剤
   および／または圧密剤。 ６ 前記剤の粘度が５〜50cpの範囲である、特
   許請求の範囲第１〜第５項のいずれか１項に記載
   の止水剤および／または圧密剤。 ７ 非−コロイド性の濃厚なシリカのアルカリ溶
   液であり、周囲温度下でソーダ中に100μm未満の
   平均粒径を有するシリカを溶解することによつて
   得られ、比SiO₂／Na₂Oが２未満、0.8以上であ
   り、かつ該溶液のシリカ含量が約20重量％より大
   きいことを特徴とする、注入により使用可能な、
   カルシウム化合物と反応して不溶性化合物を生成
   する地盤並びに構造材用の止水剤および／または
   圧密剤を、カルシウム化合物と混合し、得られた
   混合物を圧力下で注入することを特徴とする、カ
   ルシウム化合物に乏しい地盤および／または構造
   材を止水および／または圧密化する方法。 ８ 混合するカルシウム塩が、塩化カルシウム、
   ギ酸カルシウム、酢酸カルシウムまたはプロピオ
   ン酸カルシウムである特許請求の範囲第７項記載
   の方法。 ９ カルシウム化合物の溶液を注入し、その後、
   非−コロイド性の濃厚なシリカのアルカリ溶液で
   あり、周囲温度下でソーダ中に100μm未満の平均
   粒径を有するシリカを溶解することによつて得ら
   れ、比SiO₂／Na₂Oが２未満、0.8以上であり、か
   つ該溶液のシリカ含量が約20重量％より大きいこ
   とを特徴とする、注入により使用可能な、カルシ
   ウム化合物と反応して不溶性化合物を生成する地
   盤並びに構造材用の止水剤および／または圧密剤
   を圧力下で注入することを特徴とする、カルシウ
   ム化合物に乏しい地盤および／または構造材を止
   水および／または圧密化する方法。