JPH0717902B2

JPH0717902B2 - 地盤注入用硬化性組成物

Info

Publication number: JPH0717902B2
Application number: JP2033328A
Authority: JP
Inventors: 健二栢原
Original assignee: 強化土エンジニヤリング株式会社
Priority date: 1990-02-14
Filing date: 1990-02-14
Publication date: 1995-03-01
Anticipated expiration: 2010-03-01
Also published as: JPH03237187A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はホワイトカーボンを用いた地盤注入用硬化性組
成物に係り、特に長いゲル化時間で固結強度が大であ
り、かつ固結物の恒久性に優れた地盤注入用硬化性組成
物に関する。

〔従来の技術〕

地盤中に注入して該地盤に固結する前記硬化性組成物と
して、従来水ガラスと反応剤とからなるものが知られて
いるが、これはゲル化時間を長くして浸透性を良くしよ
うとする場合、反応剤を少なくしなければならず、この
ため、水ガラス中のシリカ分が析出しきらず、末反応シ
リカ分が溶脱してしまい、高い強度や恒久性を得ること
ができなかった。

また、高強度を有する水ガラスグラウトとして水ガラス
と多価金属化合物とからなるものが知られている。これ
は水ガラスと多価金属化合物を反応せしめて多価金属の
珪酸塩を形成せしめるものであるが、高強度あるいは恒
久性を得るために水ガラス中のシリカ分のほぼ全量と反
応するに足る多価金属化合物を使用すると、ゲル化時間
が大幅に短縮してしまうという欠点があった。

また、上述の多価金属化合物として、石灰類（消石灰、
炭酸カリウム、ドロマイト、珪酸カルシウム等）のよう
な難水溶性懸濁物質、あるいはCaCl₂、MgCl₂等のアルカ
リ土金属の塩化物のような水溶性化合物が挙げられる。
このうち、水溶性化合物は懸濁物質と比べて浸透性に優
れているが、水ガラスを瞬間的にゲル化させ、土粒子間
浸透が得られない。すなわち、従来の注入工法におい
て、シリカ分の水溶性アルカリ土金属塩を混合して長い
ゲル化時間を得る溶液型硬化材は存在し得なかった。

さらに、珪酸のコロイド溶液を用いた水ガラスグラウト
も知られている。これは水ガラスをイオン交換樹脂に通
して水ガラス中のアルカリ分を除去して得られた珪酸コ
ロイド溶液に酸や塩を加え、あるいはさらに水ガラスを
加えて得られるものである。

上述の珪酸コロイド溶液は水ガラスのNaイオンを除去し
て得られたSiO₂の粒径をほぼ６〜50mμに増粒して安定
化処理されたものである。このような珪酸コロイド溶液
はセメントや石灰等の多価金属電解質物質と急激に反応
して豆腐状にゲル化してしまい、したがって、多価金属
化合物を反応剤として用いてゲル化時間を長くし、かつ
均質な固結物を得ることは困難である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

そこで、本発明の目的はホワイトカーボンを主成分とし
て用いることによりゲル化時間が長く、かつ固結強度が
高く、固結物の恒久性に優れ、前述の公知技術に存する
欠点を改良した地盤注入用硬化性組成物を提供すること
にある。

〔問題点を解決するための手段〕

前述の目的を達成するため、本発明によれば、ホワイト
カーボンと、多価金属化合物と、水溶性アルカリとから
なることを特徴とする。

上述ホワイトカーボンにおける特に効果的なものは微粉
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。

１）無水けい酸（SiO₂） SiO₂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、２）の含水けい酸に対
比して無水けい酸と称されている。

２）含水けい酸（SiO₂・nH₂O） SiO₂が約80〜90％で付着水分、結合水が多い。水和けい
酸とも言う。

３）含水けい酸カルシウム（xSiO₂・CaO・nH₂O） SiO₂が約55〜65％で、水和けい酸カルシウムとも言う。

４）含水けい酸アルミニウム（xSiO₂・Al₂O₃ nH₂O） SiO₂が約60〜70％で、水和けい酸アルミニウムとも言
う。

微粉アルミノけい酸塩もこの部類に入る。

また、ホワイトカーボンの製造法としては次の乾式法、
湿式法等が挙げられる。

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、 D.ケイ砂およびコークスの混合物のアークによる加熱等
がある。

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のよる分解、 D.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プでエ
アロゲルをつくるオルガノゲル法がある。

上述のホワイトカーボンのPHは一般に、無水珪酸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9.5〜10.5である。

また、ホワイトカーボンの粒径は10〜100mμが普通であ
るが、通常は軽く集合して１〜５μ程度の凝集粒になっ
ており、粒度測定器を用いて粒度分布を測定すると、平
均粒径が１〜100μを示している。

ホワイトカーボンは通常ではゴム充填材として用いられ
るが、本発明者はこれを注入材料として用いた場合、ホ
ワイトカーボンの有する以下の特性が注入材として有用
であることに着目し、本発明を完成するに至った。

（１）粒径が小さく、かつ軽い。（真比重約2.0見掛比
重0.15〜0.3g 1cc）。

（２）比表面積が大きく（BET表面積50〜300m²/g）、粒
子表面の吸着活性が強い。

（３）粒子同志がストラクチヤー（網目構造）を構成
し、さらに適度に凝集している。ホワイトカーボンのス
トラクチヤーの測定は吸油量の測定によるが、この吸油
量は約120〜280cc/100gである。

ホワイトカーボンの一般的特性を表−１に示す。

さらに、市販ホワイトカーボンの特性を表−２に示す。

上述のホワイトカーボンとして、本発明では、製造過程
中の中間生成物を用いることもでき、また、ホワイトカ
ーボンを含水状にしてペーストあるいはスラリー状にし
て用いることもできる。

上述の多価金属化合物としては、カルシウム、マグネシ
ウム、アルミニウム、鉄等の塩化物、炭酸塩、硫酸塩等
が用いられる。

さらに上述水溶性アルカリ剤としては苛性ソーダ、炭酸
ソーダ、アルミン酸ソーダ等の任意のアルカリを用いる
ことができるが、苛性アルカリが最も効果的である。

〔作用〕

本発明に用いられるホワイトカーボンの一種である含水
珪酸カルシウムや含水珪酸アルミニウムは通常のグラウ
ト工法に用いられる珪酸カルシウムとはその特性を異に
する。すなわち、通常のグラウト工法に用いられる珪酸
カルシウムは銑鉄等の製造の際に副生するスラグの粉末
であって、可溶性珪酸、石灰等を含み、石灰との硬化性
を有するが、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クチヤーを形成
せず、また、比表面積も小さく、吸着活性もない。この
理由はホワイトカーボンは含水珪酸（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OH
基を多く有し、水素結合により水を吸着するためであ
る。したがって、本発明におけるホワイトカーボンは通
常の珪酸カルシウムや珪酸アルミニウムとは区別される
ものである。

さらに、珪藻土、シリカフューム、珪華、フライアッシ
ュ等のSiO₂粒子もまた、本発明のホワイトカーボンとは
異なる。すなわち、これらは水と混合して放置すると沈
澱してしまい、珪酸のコロイド溶液とはなり得ない。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クチヤーを形成しない。

これに対して本発明にかかるホワイトカーボンは水との
混合により水を吸収し、沈澱することなく溶液全体に分
散してコロイドとなり、網状のストラクチヤーを形成す
る。

上述の本発明にかかるホワイトカーボンは、一般の水ガ
ラス反応剤とはもちろんのこと、特に反応性の高い多価
金属化合物と混合しても、多価金属化合物が難溶性の場
合はもちろん、CaCl₂やMgCl₂のように水溶性の場合でも
実質的にゲル化反応を起こさない。何となれば、ホワイ
トカーボンは水ガラスと硫酸、あるいはその他の反応剤
と混合され、あるいは水ガラス中のシリカ分子表面のシ
ラノール基がシロキサン結合され、高分子化して反応が
完了したあとの生成物からなるものであるから、それ自
体では反応剤との反応性がすでになくなっているからで
ある。

しかるに、このようなホワイトカーボンはアルカリに容
易に溶解してしまうという特性がある。すなわち、１％
苛性ソーダ溶液中で常温で数十分〜数時間のうちに完全
に溶けてしまう。これに対して、シリカフュームや珪藻
土やフライアッシュはホワイトカーボンと異なり、苛性
ソーダ中に24時間放置しておいても一部が溶けるのみ
で、完全には溶けることがない。

したがって、これらのホワイトカーボンと反応剤をアル
カリとの共存状態におくと、ホワイトカーボンはアルカ
リによってシリカ分を溶出する。その結果、溶出された
シリカ分が反応剤と反応するためにゲル化反応を起こ
す。そして、ホワイトカーボンとアルカリの溶解は直ち
に行われることなく、ゆるやかに行われるので、ゲル化
には時間がかかるため、反応剤の量が多くても長いゲル
化時間でゲル化し、かつ高強度を呈するゲル化物が形成
される。

上述のように本発明にかかるホワイトカーボンはフライ
アッシュ、シリカフューム珪藻土等のシリカ化合物とち
がってアルカリで容易にかつ完全に溶けるという特性を
有するため、ゲル化時間を配合のちがいによって容易に
調整でき、かつ均質で強固な硬化物を得ることができ
る。特に反応剤が多価金属化合物の場合、不溶性の多価
金属シリカ化合物が生成され、極めた強固な硬化物が形
成される。また、特に、水溶性多価金属化合物を反応剤
として用いた場合、ゲル化時間が長く、しかも浸透性に
優れた地盤注入用硬化性組成物を得ることができる。

特に、本発明においては、ホワイトカーボンとCaやMgの
塩化物のような多価金属化合物と、苛性ソーダのような
水溶性アルカリとの組み合わせが優れている。この組み
合わせにかかる混合液からは時間とともにアルカリの作
用によりホワイトカーボンからシリカが溶解し、そのシ
リカと多価金属化合物が反応してゲル化する。ホワイト
カーボンを含む混合液は極めて微粒のコロイド溶液であ
るが、アルカリによるシリカの溶解は直ちに行われず、
徐々に行われるので、ゲル化が直ちに起こるようなこと
はなく、このため長いゲル化時間を保持し、しかも地盤
の細粒子間にも浸透する。シリカの溶解速度や溶解量は
アルカリの種類と濃度、ホワイトカーボンの濃度、多価
金属化合物の濃度の種類に依存する。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を実施例によって詳述する。

実施例 1.使用材料（１）シリカゲルシリカゲルとして粉状シリカゲルとホワイトカーボン、
含水水ガラスゲルを併用する。

ｉ）粉状シリカゲル市販シリカゲルを粉砕して、直径0.5mm以内の粉状にし
たもの。

ii）ホワイトカーボン表−２に示す物性の般用的なホワイトカーボンを使用す
る。

iii）含水水ガラスゲル水とガラスと硫酸により酸性シリカゾルをつくり、その
凝固物を粉砕したものを用いる。酸性シリカゾルとして
は表−３に示す配合、物性のものを用いる。

iv）水ガラス次の組成の市販３号水ガラスを使用する。

比重（20℃）:1.412、SiO₂:28.29％、Na₂O:9.94％、モ
ル比:2.94 ｖ）珪酸コロイド（イオン交換によって得られた市販珪
酸コロイド）以下に示す物性のものを使用する。

比重（20℃）:1.20、SiO₂（％）:30.5 Na₂O（％）：＜0.7、PH:9.5 平均粒径（ｍμ）:10〜20 粘度（25℃、cps）：＜15 （２）多価金属化合物次の多価金属化合物を使用した。

ｉ）塩化カルシウム２水塩（CaCl₂・2H₂O）試薬一級 ii）消石灰水酸化カルシウム〔Ca（OH）_２〕試薬一級 iii）炭酸カルシウム（CaCO₃）試薬一級 iv）硫酸アルミニウム〔Al₂（SO₄）_３〕試薬一級ｖ）硫酸第一鉄７水塩（FeSO₄・7H₂O）試薬一級（３）苛性アルカリ苛性アルカリとして水酸化ナトリウム（NaOH）の試薬一
級を使用する。

2.シリカゲル−多価金属化合物−水酸化ナトリウムから
なる系シリカゲルとして上記にあげた３種類と、多価金属化合
物として上記にあげた５種類と、水酸化ナトリウムから
なる系について、ゲル化時間ならびに固結体の水中養生
一軸圧縮強度を測定し、結果を表−４、５、６に示す。

〔発明の効果〕 1.ゲル時間水ガラスや珪酸コロイドは多価金属化合物によって瞬間
的にゲル化する。これに比べて、本発明にかかる系では
数分から数10分でのゲル化時間の調整が容易である。

2.固結強度本発明にかかる系では、ゲル化時間が長いにもかかわら
ず、強度が高く、しかも長期強度も優れている傾向にあ
り、優れた恒久性が期待できる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ホワイトカーボンと、多価金属化合物と、
水溶性アルカリとからなる地盤注入用硬化性組成物。