JPH11323330A - 地盤注入用グラウト材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 地盤注入用グラウト材であって、地盤中で土
と接触してもゲル化時間の短縮が低減され、かつ高浸透
性を有し、地盤の液状化防止に有効なグラウトを得る。 【構成】 水ガラスをイオン交換膜を隔膜として電解透
析し、脱アルカリ処理して得られる透析珪酸と、金属イ
オン封鎖剤およびリン酸系化合物のいずれか一方または
両方とを有効成分としてなることから構成される。金属
イオン封鎖剤としてはクエン酸等の脂肪族オキシカルボ
ン酸、ないしは縮合リン酸塩が用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は地盤中で土と接触し
てもゲル化時間の短縮が低減され、かつ高浸透性を有
し、このため地盤の液状化防止に有効な地盤注入用グラ
ウト材に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、埋立地等の開発にともない、地盤
中で土と接触してもゲル化時間の短縮が少なく、かつ、
浸透性にも優れて広い注入範囲が可能な、地盤の液状化
防止に適した地盤注入用グラウト材の開発が特に望まれ
ている。この種のグラウト材として、従来、超微粒子シ
リカや非アルカリ性シリカゾル等を用いた溶液型の水ガ
ラス系グラウトが開発されている。

【０００３】

【発明が解決すべき課題】液状化防止のための注入材と
しては、広大な地盤領域を固化して地下水の流動をおさ
える必要があるので、注入孔範囲を広くするために、浸
透性にすぐれ、ゲル化時間が長く、恒久性にすぐれてい
ることが必要である。

【０００４】一方、溶液型の水ガラス系グラウトは一般
に、ゲル化とともに粘性が高くなって、浸透性が悪くな
り、しかも、ゲル化時間の調整、特に長時間でのゲル化
時間の調整が極めて困難である。また、非アルカリ性シ
リカゾルは土中で浸透中にｐＨが酸性から中性方向に移
向するため、土中でゲル化時間が著しく短縮されてしま
い、地盤の液状化防止用グラウトとしては広い注入範囲
を得ることが困難である。

【０００５】本発明者等は注入液が地盤中でゲル化時間
が短縮するのは単に注入液が中性値に移向することのみ
に原因があるのではなく、地盤中に存在する金属イオ
ン、特にカルシウムや鉄、アルミニウム等が注入液中の
シリカと反応して多価金属塩が形成されて、ゲル化が促
進されることが原因であることをつきとめ、これらの金
属塩が形成される作用を抑制することによって従来のグ
ラウトの問題を解決することを見い出して本発明を完成
した。

【０００６】そこで、本発明の目的は地盤中で土と接触
してもゲル化時間の短縮が低減され、かつ高浸透性を有
し、このため、地盤の液状化防止に適し、上述の公知技
術に存する欠点を改良した地盤注入用グラウト材を提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明によれば、水ガラスをイオン交換膜を隔膜と
して電解透析し、脱アルカリ処理して得られる透析珪酸
と、金属イオン封鎖剤およびリン酸系化合物のいずれか
一方または両方とを有効成分としてなることを特徴とす
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的に詳述す
る。

【０００９】本発明に用いられる透析珪酸は水ガラスを
イオン交換膜を隔膜として電解透析し、脱アルカリ処理
して得られるアルカリ含有量の低減された脱アルカリ水
ガラス水溶液であって、ｐＨ値が弱アルカリ性から弱酸
性、通常は１０前後のものである。

【００１０】この透析珪酸は本出願人により特願平９−
２２５６２６として特許出願され、例えば、電解透析槽
と、この槽内部の対向する両端面にそれぞれ配置された
一対の陽極および陰極と、これら陽陰電極間の最も陽極
側には陰イオン交換膜が、最も陰極側には陽イオン交換
膜がそれぞれ位置して、交互に、かつ複数の区画を形成
するように配置された陽および陰イオン交換膜とを備え
た装置を用いて次のようにして製造される。

【００１１】すなわち、上述複数の区画のうち、陽極お
よび陰極の位置する区画に水を填充するとともに、その
他の区画にそれぞれ水ガラス水溶液および水を交互に填
充し、かつ、陽陰電極間に電流を通電することにより、
水ガラス水溶液中のＮａ^＋イオンが陽イオン交換膜を介
して隣接する一方の側の区画に填充された水中に該膜を
通して透過放出され、かつ、ＯＨ⁻イオンが陰イオン交
換膜を介して隣接する他方の側の区画に填充された水中
に該膜を通して透過放出され、これより水ガラス水溶液
が脱アルカリ処理されてアルカリ含有量の低減された透
析珪酸を得る。

【００１２】本発明に用いられる金属イオン封鎖剤は土
中におけるゲル化時間の短縮を少なくするために効果の
ある物質であって、具体的には脂肪族オキシカルボン
酸、例えば、クエン酸、酒石酸、グルコン酸等、縮合リ
ン酸塩、例えば、ピロリン酸、トリリン酸、トリメタリ
ン酸、テトラメタリン酸等のポリリン酸の塩、具体的に
は、ピロリン酸ナトリウム、酸性ピロリン酸ナトリウ
ム、トリポリリン酸ナトリウム、テトラポリリン酸ナト
リウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム、酸性ヘキサメタ
リン酸ナトリウムまたはこれらのカリウム塩等が挙げら
れ、このほかにエチレンジアミン四酢酸、ニトリロトリ
酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸、ヒドロキシエチル
エチレンジアミン三酢酸、プロピレンジアミン四酢酸、
ビス（２−ヒドロキシフエニル酢酸）エチレンジアミン
およびこれらの塩類等も挙げられるが、経済性、実用性
等を考慮すると、特に、クエン酸と縮合リン酸塩が最も
好ましい。これらの金属イオン封鎖剤はいずれか一種類
または任意の複数種を組み合わせて使用される。

【００１３】さらに、本発明に用いられるリン酸系化合
物は上述金属イオン封鎖剤と同様、土中におけるゲル化
時間の短縮を少なくするために効果のある物質であっ
て、具体的にはリン酸、正リン酸塩、酸性リン酸塩等、
上記縮合リン酸塩以外のリン酸系化合物である。これら
のリン酸系化合物もまた、いずれか一種または任意の複
数種を組み合わせて使用される。

【００１４】なお、本発明では、上述の金属イオン封鎖
剤およびリン酸系化合物はいずれか一方のみならず、両
方を一緒に用いることもできる。さらに、本発明では、
これら金属イオン封鎖剤およびリン酸系化合物に加え
て、必要に応じてｐＨ値やゲル化時間を調製するため
に、酸、アルカリ、塩類等を適宜用いることもできる。

【００１５】上述のようにしてなる本発明グラウト材は
ゲル化直前まで比較的低粘性で、かつ、土中におけるゲ
ル化時間の短縮が少ないので高浸透性を呈する。この現
象は金属イオン封鎖剤が土中の微量金属を封鎖するこ
と、リン酸系化合物が土中において縮合を起こして金属
封鎖作用を呈すること、透析珪酸がそれ自体脱塩されて
いることの相乗効果に基因するものと思われる。

【００１６】

【発明の実施例】以下、本発明を実施例によって詳述す
るが、本発明はこれらの実施例によって限定されるもの
ではない。

【００１７】１．使用材料 （１）水ガラス 各種モル比のものが使用できるが、最も一般的なＪＳ３
号水ガラスを使用。

【００１８】（２）透析珪酸 水ガラスをイオン交換膜法により処理して、ｐＨ１０．
４、珪酸（ＳｉＯ_２）濃度 約５％の透析珪酸を使用。

【００１９】（３）金属イオン封鎖剤 （ａ）エチレンジアミン四酢酸

【００２０】

【化１】（ＨＯＯＣ・ＣＨ_２）_２Ｎ（ＣＨ_２）_２Ｎ（Ｃ
Ｈ_２ＣＯＯＨ）_２

【００２１】（ｂ）クエン酸 脂肪族オキシカルボン酸として最も実用的、かつ効果的
な次の構造式を有するクエン酸（工業薬品）をとりあげ
た。

【００２２】

【化２】

【００２３】（ｃ）縮合リン酸塩 （ア）ヘキサメタリン酸ナトリウム（ＮａＰＯ_３）_６ （イ）酸性ピロリン酸ナトリウム Ｎａ_２Ｈ_２Ｐ_２Ｏ_７

【００２４】（４）リン酸系化合物 縮合リン酸系以外のリン酸系化合物として最も一般的な
リン酸とリン酸二水素ナトリウムを使用。 （ａ）リン酸 ７５％工業用リン酸 Ｈ_３ＰＯ_４ （ｂ）リン酸二水素ナトリウム ＮａＨ_２ＰＯ_４・２Ｈ
_２Ｏ

【００２５】（５）硫酸 ７５％工業用硫酸 Ｈ_２ＳＯ
_４

【００２６】（６）硫酸水素ナトリウム 試薬一級 Ｎ
ａＨＳＯ_４

【００２７】（７）砂 図１に示す粒度分布をもつ細砂として豊浦砂、シルト質
砂として佐原砂を使用。

【００２８】２．測定法 （１）サンドゲル−軸圧縮強度 豊浦砂、佐原砂によるサンドゲルをポリ塩化ビニリデン
密閉養生（２０℃）して土質工学会規準「土の一軸圧縮
試験方法」により測定。

【００２９】（２）ゲル化時間 （ａ）ホモゲルのゲル化時間 ２０℃において、カップ倒立法により測定。

【００３０】（ｂ）土中ゲル化時間 ２０℃において、グラウト液を砂と混合・静止し、上澄
を捨て、砂に竹串を刺して引き抜き、跡が残った時を土
中ゲル化時間として測定。

【００３１】（３）ｐＨ ガラス電極ｐＨ計で測定。

【００３２】（４）粘性 Ｂ型粘度計で粘度が１００ｃｐｓを越えるまで測定。

【００３３】３．透析珪酸−金属イオン封鎖剤系 （１）透析珪酸−エチレンジアミン四酢酸系 透析珪酸−エチレンジアミン四酢酸系においてｐＨをエ
チレンジアミン四酢酸と硫酸で調製した。その時のゲル
化時間は表１のとおりである。

【００３４】

【表１】

【００３５】（２）透析珪酸−クエン酸系 透析珪酸−クエン酸系グラウトについて、ｐＨをクエン
酸と硫酸で調整した。これらのゲル化時間は表２のとお
りである。

【００３６】

【表２】

【００３７】（３）透析珪酸−縮合リン酸塩系 縮合リン酸塩としてヘキサメタリン酸ナトリウムと酸性
ピロリン酸ナトリウムを使用。低ｐＨを調整するため一
部硫酸を併用。これらのゲル化時間は表３のとおりであ
る。

【００３８】

【表３】

【００３９】４．透析珪酸−リン酸系化合物系 透析珪酸と縮合リン酸塩以外のリン酸系化合物との系で
あって、リン酸系化合物として最も一般的なリン酸とリ
ン酸二水素ナトリウムを使用してｐＨを調整した。これ
らのゲル化時間は表４のとおりである。

【００４０】

【表４】

【００４１】５．透析珪酸−金属イオン封鎖剤、リン酸
系化合物の系。 透析珪酸と、金属イオン封鎖剤と、リン酸系化合物との
併用からなる系を、透析珪酸、クエン酸、リン酸および
ヘキサメタリン酸ソーダを用い、さらに一部硫酸を併用
して調製した。これらのゲル化時間を表５に示す。

【００４２】

【表５】

【００４３】６．比較対照系 比較対照として次の（１）および（２）に示される２例
の系を調製した。

【００４４】（１）透析珪酸−硫酸水素ナトリウム系 透析珪酸と、硫酸水素ナトリウムとの系を表６に示すｐ
Ｈ値を呈するように調製し、これらのゲル化時間を測定
した。結果を表６に示す。

【００４５】

【表６】

【００４６】（２）水ガラス−硫酸水素ナトリウム系 水ガラスと、硫酸水素ナトリウムとの系を表７に示すｐ
Ｈ値を呈するように調製し、これらの測定をした。結果
を表７に示す。この場合、ｐＨの調整は極めて難しく、
綿密な調節のもとに調整した。水ガラスの濃度は上記透
析珪酸と略同一のＳｉＯ_２量になるようにした。

【００４７】

【表７】

【００４８】７．結果の考察 以上の実施例および比較対照例の各試料についてｐＨと
ゲル化時間との関係を図２〜７に示した。

【００４９】図２および図３はホモゲルのｐＨとゲル化
時間との関係、図４および図５は豊浦砂によるｐＨと土
中ゲル化時間との関係、図６および図７は佐原砂による
ｐＨと土中ゲル化時間との関係をそれぞれ表したグラフ
である。そのうち、図２、図４および図６は低ｐＨ時
（２〜５）、図３、図５および図７は高ｐＨ時（５〜
８）のときのゲル化時間の変化を表している。

【００５０】図中、ａは透析珪酸−エチレンジアミン四
酢酸系、ｂは透析珪酸−クエン酸系、ｃは透析珪酸−縮
合リン酸系、ｄは透析珪酸−縮合リン酸系以外のリン酸
系化合物系のそれぞれゲル化時間曲線であり、ｘとｙは
比較対照例としての透析珪酸−硫酸水素ナトリウム系お
よび水ガラス−硫酸水素ナトリウム系のそれぞれゲル化
時間曲線である。

【００５１】図２および図３から、ホモゲルのゲル化時
間曲線については、本発明にかかるａ〜ｄは何れも近似
し、比較対照例ｘ、ｙのゲル化時間については、何れも
ａ〜ｄに比べて短く、特に当然のことながらｙのゲル化
時間はかなり早いことがわかる。

【００５２】図４〜図７の土中ゲル化時間については、
砂（豊浦砂、佐原砂）によって傾向を異にするが、図２
および図３のホモゲルのゲル化時間よりも短縮されてい
る。この短縮の程度については、ａ〜ｄはｘ、ｙに比べ
ると非常に小さく、ａ〜ｄでは依然として長いゲル化時
間を維持していることがわかる。特に、曲線ｙと比べる
と格段に長いゲル化時間を示している。

【００５３】ここで、曲線ａ〜ｄの曲線を細かく観察す
ると、図２および図３のホモゲルではほとんど差はみら
れないが、土中ゲル化時間を表している図４〜図７では
曲線ｂ）すなわち、クエン酸系が特にゲル化時間が長
く、かつ、ゆるやかな安定した傾斜を保っている。

【００５４】曲線ｄの縮合リン酸を除くリン酸系化合物
の系では、曲線ａ〜ｃに比べると若干ゲル化時間は短い
ようである。しかし、何れにしても、本発明にかかる曲
線ａ〜ｄは比較対照例ｘ、ｙに比べて、土中におけるゲ
ル化時間の短縮は一般に少なく、したがって、ゲル化時
間は長く安定化している。特に、比較的低いｐＨ域では
その傾向が著しい。

【００５５】表５の金属イオン封鎖剤とリン酸系化合物
を併用した場合においても、比較対照例（表６、表７）
に比べて土中ゲル化時間の短縮は明らかに小さくなって
いる。

【００５６】８．粘性 図２および図３のホモゲルにおいて、本発明の系（図
中、曲線ａ〜ｄ）と比較対照例の系（図中、曲線ｘ）で
は、ｐＨが約６．０、比較対照例の系（図中、曲線ｙ）
では、ｐＨが約３．５の配合液について、時間を追って
２０℃における粘性の変化を測定した。経過時間（ゲル
化時間に対する割合）に対する粘度の変化を図示すると
図８のようになる。

【００５７】図８において、本発明にかかる系では、ほ
ぼ曲線Ｉ近辺に集中している。比較対照例の透析珪酸−
硫酸水素ナトリウム系では、ほぼ曲線ＩＩ近辺、比較対
照例の水ガラス−硫酸水素ナトリウム系では、ほぼ曲線
ＩＩＩ近辺に集中しており、本発明にかかる曲線Ｉは比
較対照例ＩＩ、さらにＩＩＩに比べて低粘性のままゲル
化に至ることがわかる。

【００５８】９．固結強度 上記の本発明ならびに比較対照例の試験配合液を用い
て、豊浦砂と佐原砂によるサンドゲルを作成し、材令７
日の一軸圧縮強度を測定した。結果を表８に示す。

【００５９】

【表８】

【００６０】表８から、全般に、特に比較対照例のグラ
ウト材ではかなりの変動がみられるが、本発明グラウト
材は比較対照例のグラウト材に比べると、土中ゲル化に
長時間を要するにもかかわらず、強度的にはほとんど差
はみられないことがわかる。

【００６１】なお、上述例では、金属イオン封鎖剤とし
てエチレンジアミン四酢酸、クエン酸、ヘキサメタリン
酸ナトリウム、酸性ピロリン酸ナトリウムを用い、ま
た、縮合リン酸以外のリン酸系化合物としてはリン酸、
リン酸二水素ナトリウムを用いたが、もちろんこれ以外
のニトリロトリ酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸、ヒ
ドロキシエチルエチレンジアミン三酢酸、プロピレンジ
アミン四酢酸、ビス（２−ヒドロキシフエニル酢酸）エ
チレンジアミン、およびこれらの塩類、グルコン酸、酒
石酸、トリポリリン酸ナトリウム、リン酸水素二ナトリ
ウムおよびこれらのカリウム塩等でも、程度の差はあ
れ、同傾向の効果が得られる。

【００６２】以上のとおり、本発明にかかる地盤注入用
グラウト材はゲル化時間、特に土中ゲル化時間を長く保
持でき、しかもゲル化直前まで比較的低粘性を維持する
ので、浸透性に優れ、また、従来のグラウトに匹敵した
固結強度を示し、特に液状化防止には非常に好ましい効
果を期待できる。

【００６３】

【発明の効果】本発明にかかる地盤注入用グラウト材は
次のような効果を奏し得るものである。

【００６４】１．ゲル化時間、特に土中ゲル化時間が長
く保持できる。

【００６５】２．ゲル化直前まで比較的低粘性を維持す
る。

【００６６】３．ゲル化が長びくにもかかわらず、従来
の水ガラス系グラウトに略匹敵する固結強度を示す。

【００６７】４．したがって、著しく浸透性に優れ、特
に液状化防止に有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】豊浦砂および佐原砂についての粒径加積曲線で
ある。

【図２】ホモゲルについてのｐＨ値に対するゲル化時間
を表したグラフである。

【図３】ホモゲルについてのｐＨ値に対するゲル化時間
を表したグラフである。

【図４】豊浦砂についてのｐＨ値に対する土中ゲル化時
間を表したグラフである。

【図５】豊浦砂についてのｐＨ値に対する土中ゲル化時
間を表したグラフである。

【図６】佐原砂についてのｐＨ値に対する土中ゲル化時
間を表したグラフである。

【図７】佐原砂についてのｐＨ値に対する土中ゲル化時
間を表したグラフである。

【図８】本発明グラウト材と比較対照例のグラウト材の
配合後の経過時間に対する粘性の変化を表したグラフで
ある。

【符号の説明】

ａ 透析珪酸−エチレンジアミン四酢酸系 ｂ 透析珪酸−クエン酸系 ｃ 透析珪酸−縮合リン酸系 ｄ 透析珪酸−リン酸系化合物系 ｘ 透析珪酸−硫酸水素ナトリウム系 ｙ 水ガラス−硫酸水素ナトリウム系 Ｉ 本発明にかかる系 ＩＩ 透析珪酸−硫酸水素ナトリウム系 ＩＩＩ 水ガラス−硫酸水素ナトリウム系

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１０年９月２８日

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１７】１．使用材料 （１）水ガラス 各種モル比のものが使用できるが、最も一般的なＪＩＳ
３号水ガラスを使用。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２２】

【化２】

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４７】

【表７】

【手続補正５】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

【手続補正６】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】 ─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１１年５月２８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明によれば、水ガラスをイオン交換膜を隔膜と
して電解透析し、脱アルカリ処理して得られる透析珪酸
と、金属イオン封鎖材およびリン酸系化合物のいずれか
一方または両方とを有効成分として含み、前記金属イオ
ン封鎖剤ないしはリン酸系化合物が土中の微量金属を封
鎖してシリカとの反応を抑制し、これによりゲル化時間
の短縮が低減されて高浸透性を保持することを特徴とす
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 栢原 健二 東京都文京区本郷２−15−10 強化土エン ジニヤリング株式会社内 (72)発明者 三輪 求 東京都文京区本郷２−15−10 強化土エン ジニヤリング株式会社内 (72)発明者 半田 斌 東京都千代田区九段北４−２−35 ライト 工業株式会社内 (72)発明者 村瀬 俊彰 東京都千代田区九段北４−２−35 ライト 工業株式会社内 (72)発明者 藤沢 伸行 東京都千代田区九段北４−２−35 ライト 工業株式会社内 (72)発明者 飯尾 正俊 東京都千代田区九段北４−２−35 ライト 工業株式会社内 (72)発明者 羽田 哲也 東京都千代田区九段北４−２−35 ライト 工業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水ガラスをイオン交換膜を隔膜として電
   解透析し、脱アルカリ処理して得られる透析珪酸と、金
   属イオン封鎖剤およびリン酸系化合物のいずれか一方ま
   たは両方とを有効成分としてなる地盤注入用グラウト
   材。
2. 【請求項２】 請求項１において、金属イオン封鎖剤が
   脂肪族オキシカルボン酸および縮合リン酸塩の群から選
   択される請求項１に記載の地盤注入用グラウト材。