JPS5815519B2

JPS5815519B2 - 薬液注入工法

Info

Publication number: JPS5815519B2
Application number: JP6509274A
Authority: JP
Inventors: 義治島田
Original assignee: Kyokado Engineering Co Ltd
Current assignee: Kyokado Engineering Co Ltd
Priority date: 1974-06-10
Filing date: 1974-06-10
Publication date: 1983-03-25
Also published as: JPS514814A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は公害低下環、種々の効果を有する薬液注入工法
に関し、詳細には、基本固結材として酸性反応剤水溶液
に水ガラスを加えて得られる非アルカリ性珪酸液による
薬液注入工法に関し、さらに詳細には、非アルカリ性珪
酸液の弱酸性から中性領域（ｐＨ５前後〜・８付近）に
おけるゲル化によって地盤を固結する、薬液注入工法に
関する。

水ガラスのゲル化の原理は古くから知られているが、そ
れを地盤注入に用いようとする場合、そのゲル化の挙動
が地盤注入工法の目的（充分な強度を得る事）と手段（
浸透に充分なゲル化時間を保持しろる事やゲル化時間を
連続的に調整出来る事等）に合致したものである事が必
要でその実用化には非常に困難な問題が伴うものである
。

本発明は公害問題の点から水ガラスの弱酸性〜中性付近
のゲル化を注入工法に応用する事に着目したものである
が、水ガラスに酸性反応剤を加えてい〈従来の方法では
水ガラスが実用性のない程の薄い濃度では設置可能なゲ
ル化時間を保持するが地盤固結のために実用性のある水
ガラス濃度では中性になる迄に瞬結してしまうために実
用化出来ないという問題点を酸性反応剤水溶液に水ガラ
スを加えて弱酸性から中性付近（ｐＨが５〜８付近）に
調整する事によってアルカリ公害のないグラウト工法の
実用化を可能にならしめたものである。

地盤内に固結薬液を注入して該地盤を固結（あるいは止
水）するに際し、最近、高分子系固結薬液の注入により
地下水汚染、土壌汚染等の問題が生じ、建設公害として
問題となりつつあり、公害性のない薬液注入工法の開発
が重要な課題とされている。

すでに知られているように、水ガラス系注入工法は固結
薬液（グラウト）が完全に固結すれば、その安全性は高
いものであると考えられているが、水ガラスそのものは
アルカリ性が高く、これに反応剤を加えた従来実用化さ
れている固結薬液もまたアルカリ性を呈し、このため、
完全に固結しないまま該薬液が直接用水に流入した場合
、あるいは、地盤に注入後、水ガラスの固結体から多量
の水酸化アルカリが浸出した場合、水ガラス中の水酸化
アルカリによる地下水汚染等の危険が生じ、水質保全、
環境保全の点からその解結が望まれていた。

一般に、地盤注入に用いられている水ガラスは液状水ガ
ラス、すなわち、液状の珪酸アルカリ金属塩であって、
水溶液中で次式のとおり加水分解してアルカリ性を呈す
る。

Ｍｅ２（）ｎｓｉ０２＋Ｈ２０＝２ＭｅＯＨ＋ｎＳｉ
Ｏ２この水溶液中に酸や塩を加えると珪酸ゲルを生じ、
これがグラウト材として地盤の固結あるいは止水に利用
されるのである。

従来の薬液注入工法はこのような水ガラスのゲル化現象
すな４つち水ガラスのアルカリ領域におけるゲル化を利
用したものである。

詳細には、水ガラス水溶液に酸性反応剤を添加し、この
添加量を徐々に増加していくとｐＨは低下すると共にゲ
ル化時間が短かくなるが、これは水ガラスが主剤となっ
ているため、その混合液はアルカリ性でありアルカリ性
の範囲内で反応剤の量を調節し、ゲル化時間を調整する
というのが原則である。

したがって、該注入工法では、グラウトの実用上のｐＨ
値は通常、１２〜１０付近であり、グラウト中には水酸
化アルカリが存在し、地下水等の該水酸化アルカリによ
る汚染はさけられないものであった。

一方、水ガラスに酸を加えて、該水ガラスのｐＨ値とゲ
ル化時間との関係を調べると、水ガラスの稀釈水溶液で
は、ｐＨ値は低下するとともにゲル化時間も短かくなり
、弱アルカリ性の付近でゲル化時間が最も短かくなり、
ｐＨ値がさらに酸性側に移行するにつれてゲル化時間は
逆に延長することが知られている。

この現象を横軸にｐＨ値、縦軸にゲル化時間を目盛って
グラフに表わせば、描かれたグラフは通常、凹状の放物
線になる。

しかしながら、該グラフがアルカリ領域から酸性領域に
至るまで連続した放物線を形成するためには（いいかえ
れば、ゲル化時間がゼロ、すなわち瞬結にならないため
には）、前述のとおり、水ガラス濃度は非常に稀釈され
ていなければならない。

この濃度は８１０２分で表わせば、通常１〜２係であり
、地盤固結用グラウトとして実用効果のない濃度である
。

従来、地盤固結に実際に用いられている水ガラス濃度は
５８〜３２重量％（Ｓｉ０２の含有率で示せば、１７
〜９重量係重量あるが、このような濃度では、水ガラス
に酸性反応剤を添加してゆくと、ｐＨ値は低下し、同時
にゲル化時間も短縮し、ｐＨ１０付近で瞬結領域に入っ
てしまう。

コノため、従来から実用に供されているアルカリ領域に
おける水ガラス系グラウトのように、グラウトを「水ガ
ラスに反応剤を加える」という基本原理と同一概念で把
えるかぎり、グラウトの中性値でのゲル化は不可能であ
る。

なぜならば、水ガラスのゲル化をグラウト工法に応用し
得るためには、ゲル化に至るまでに充分な流動可能な時
間を保持し得るとともに、ゲル化時間の調節性、すなわ
ち、ゲル化時間を長い時間から短かい時間まで連続的に
変動し得ることが重要な要件だからである。

ところが、従来工法では、実際には、アルカリ領域から
中性領域に至る間に瞬結領域が横たわりこのため、グラ
ウトとして必要な流動性の保持および連続的なゲル化時
間の調節が阻止される。

このような理由から、従来の水ガラス注入工法では、ア
ルカリ領域のグラウトしか存在し得なかったし、また、
アルカリ領域以外のグラウトが使用された事実も全くな
く、この具体的方法の提示すらなかった。

本発明の目的は前述の欠点を改良し、以下の諸利点を保
持した地盤固結法を提供する。

（Ａ）水ガラス中のアルカリが除去されているため
公害性が低い。

（Ｂ）水ガラスに酸性反応剤を加えていく場合弱ア
ルカリ性付近で瞬結してしまい中性〜弱酸性では流動不
能になるような水ガラス濃度を用いても、弱酸性から中
性領域で十分な流動可能時間を保持し得る。

（Ｃ）水ガラスに酸性反応剤を加えていく場合弱ア
ルカリ性付近で瞬結してしまい中性〜弱酸性では流動不
能になるような水ガラス濃度を用いても弱酸性から中性
領域で、ゲル化時間を充分浸透可能な時間から瞬結に至
るまで、連続的に調整し得る。

（Ｄ）弱酸性から中性領域で濃い水ガラス濃度を用
いる事が出来るため固結体の強度が太きい。

（Ｅ）グラウトの浸透性が良い。

このような目的を達成するため、本発明方法は非アルカ
リ性珪酸液の弱酸性から中性領域におけるゲル化によっ
て地盤を固結することからなり、該非アルカリ性珪酸液
は酸性液に水ガラスを加えあるいはこれらにさらにゲル
化促進剤とを混合して該珪酸のアルカリ金属塩水溶液中
の水酸化アルカリを除去して得られる。

本発明の最も特徴とするところは次のとおりである。

すなわち、従来の水ガラス注入工法が基本固結材料とし
て液状水ガラス水溶液、すなわち、珪酸のアルカリ金属
塩水溶液を用いその主材たる水ガラスそのものが水酸化
アルカリで安定した珪酸の含有液であり、これに酸また
は塩を添加して該グラウトを不安定化して珪酸ゲルを析
出するという原理によるものである以−ヒ、水酸化アル
カリの存在から生じる種々の問題は解決し得ないし、又
水ガラスの充分な濃度を用いて中性にするにはどうして
も瞬結の領域を通るため軟弱地盤に対して充分な固結効
果を有する注入工法として実用化不能であると考え、従
来の「水ガラスに反応剤を添加する」という考えから脱
却して「酸性液に水ガラスを添加する」という新しい考
え方を基本としたのである。

すなわち、本発明の基本素材は酸性液と水ガラスとを混
合して、特に、酸性液中に水ガラスを加えて、水ガラス
中の水酸化アルカリを除去して得られた、酸性から中性
を呈する非アルカリ性珪酸液である。

そして、この基本素材では、加える水ガラスの量が増え
るにつれて、ｐＨ値は酸性から弱酸性を経て中性に至り
、ゲル化時間は長いゲル化時間から短いゲル化時間に連
続的に移向していく水ガラス水溶液に酸を添加して得ら
れる従来の水ガラスグラウトにおいて、酸の添加量とｐ
Ｈ値とゲル化時間との関係を具体的に示せば次のとおり
である。

すなわち、５８重量係３号水ガラス水溶液に７５係リン
酸を２．３，４．％（重量係）と添加すると、ｐＨ値
は１２．２、１］、、５、］、１．０であり、
ゲル化時間は■、１０分、瞬結となる。

また、前述の水ガラスの代りに３２重量係３号水ガラス
水溶液を用いると、それぞれ、ｐＨ値は１１、．９．８
、８．１ゲル化時間は閃、５分、瞬結となり、ｐＨ値が
９．０から瞬結領域に入る。

さらに１９．８重量％３号水ガラス水溶液の場合、７５
係リン酸を２，３重量係と増やすと、それぞれｐＨ値は
９．４，７．３、ゲル化時間は１５分、瞬結となり、ｐ
Ｈ値が８３から瞬結領域に入る。

通常、従来の水ガラスグラウトで使用される水ガラス濃
度は５８〜３２重量％であるが、この範囲では、ｐＨ値
が１０前後で瞬結領域に人ってしまうことがわかる。

このように、水ガラスに反応剤を加えてゲル化時間を短
縮させてい〈従来の水ガラスグラウト工法ではわずかの
酸の量で容易に瞬結領域に人ってしまうためその実用範
囲はアルカリ領域に限定されてしまう。

このため水ガラス中には未反応の過剰の水酸化アルカリ
とゲル化にあづからなかった珪酸分が多量に存在し、し
たがって材料の無駄を生じ、かつ、水酸化アルカリに依
る地下水の汚染を生ずる。

さらに、使用される水ガラスの量が多いにも拘わらず析
出される珪酸液が少ないため、水ガラスの濃度が濃いわ
りには強度が低く、かつ、アルカリの存在のため配合液
の粘度が高く、したがって浸透性が悪い。

次に本発明の基本素材たる、水酸化アルカリを除去した
非アルカリ性珪酸液の具体的つくり方とゲル化の調節方
法を以下の実験結果に基づいて述べる。

酸性液として７５％リン酸６重量係液に３号水ガラスを
１３．５，１９．８，２２．９，２４．７゜３１．８重
量係づつ添加すると、それぞれ、ｐＨ値は２以下、３、
４．５、５．２、６．８、ゲル化時間は数日、２０分、
３分、瞬結となる。

また、以下の実験例に示すように、弱酸性〜中性付近の
非アルカリ性珪酸液の配合をきめるため酸性反応剤と水
ガラスの比率と濃度を知るには、所定濃度の水ガラスと
酸性反応剤をまぜて中性領域に達した点を基準として酸
性反応剤と水ガラスの比率を定める事によって、酸性〜
中性に至る任意のｐＨ値を示す非アルカリ性珪酸液を得
る事が出来る。

以下、実、験例によって、本発明をさらに詳述する。

実験例３号水ガラス５０ｃｃに４０係グリオキザール水溶液２
５ＣＣを加えたところ、ｐＨははシフを示し瞬間的に固
結した。

この事はこの配合では水ガラスに酸性反応剤を加えた場
合、ゲル化時間は弱アルカリ性付近を中心にしてｐＨが
７付近も瞬結領域にあり、流動性は得られない事を示し
ている。

以上の実験でｐＨが７を示す水ガラスと酸性反応剤の比
率を確認した上で３号水ガラス５０ｃｃ、４０係グリオ
キザール水溶液２５ｃｃに水を５０ｃｃ１００ＣＣ１２
００ＣＣを加えた配合を用いて、本発明における方法、
即ちグリオキザール水溶液に水ガラスを加えてゲルタイ
ムを測定したところ瞬結２分、７分でｐＨははゾ中性を
示した。

この事は３号水ガラス５０ＣＣ４０％グリオキザール水
溶液２５ＣＣ水５０ｃｃでは中性付近は瞬結領域にある
が、水がそれ以上１ｏｏｃｃ、２００ｃｃにふえた配合
になると中性付近で流動可能な領域が得られる事が判る
。

しかしゲル化時間はｐｆ（か弱アルカリ性付近で最も短
かくなるため、上記の配合でも弱アルカリ性付近では瞬
結領域になり、水ガラス水溶液にグリオキザールを加え
るという方法では流動性のある中性領域の配合液が得ら
れない。

上記の実１験においてグリオキザール水溶液の割合をふ
やした配合を用いれば、ｐＨは酸性側に移向しゲル化時
間は長くなる。

この事は水ガラスのゲル化の最短の部分は弱アルカリ性
付近にあるため水ガラスに酸性反応剤を加えた場合は弱
アルカリ性付近で瞬結になってしまうような水ガラスの
濃度を用いても本発明によれば弱酸性から中性の領域で
充分流動可能なゲル化時間から瞬結までスムーズにゲル
化時間を変動しうる配合を得る事が出来る事を意味して
いる。

なお上記の実験においてゲル化促進剤として各種塩類を
用いる事が出来る。

たとえば、塩化カルシウムを０．５ｇ用いた場合、ｐＨ
は殆んど変わることなくゲル化は１〜３分短縮した。

その他、任意の塩類や、ポゾラン化剤、アルコールをゲ
ル化促進剤として用いる事が出来る。

上記実験において各成分の比重を３号水ガラス１．４．
４０％グリオキザール；１．２５、として成分濃度を重
量係で表わすと以下のようになる。

上記実験例から判るように、非アルカリ性珪酸液の形成
に用いる水ガラス量がほぼ５０重重量以下でしかも充分
効果的水ガラス量であっても、グラウト（非アルカリ性
珪酸液）は弱酸性から中性付近の範囲で瞬結せずに注入
工法に適した流動可能な領域をうろことが出来、この領
域を注入工法に利用することが出来る。

本発明において用いられる水ガラス濃度は５〜６０重量
係重量ましくは１０〜４０重量係で重量常は１５〜３５
重量係が重量的である。

特に水ガラス濃度が１０重重量以上になると水ガラスに
酸を加えてゲル化時間を短縮してい〈従来のアルカリ領
域における水ガラスグラウトでは、弱アルカリ領域付近
あるいはそれよりもアルカリ側で必ず瞬結領域に入って
しまうため中性領域におけるグラウトの適用が不可能と
なる。

しかるに本発明における非アルカリ性珪酸液を用いた場
合、グラウトとして充分実用効果のある水ガラス濃度を
用いても、例えば、１０重重量以上の水ガラス濃度を用
いても、弱酸性〜中性付近で充分注入可能な流動性を保
持して、しかも連続的なゲル化時間の調整が可能である
。

次に、非アルカリ性珪酸液として、酸性剤と、水ガラス
と塩等のゲル化促進剤とを用いて得た基本素材を使用す
る注入工法について述べる。

この方法の重要な特徴は、塩を用いる事によって、非ア
ルカリ性珪酸液の弱酸性から中性領域におけるゲル化の
調整を非常に容易ならしめ、かつこの領域における注入
可能な流動時間の保持を可能ならしめることにあり、本
発明における非アルカリ性のｐｌ（か弱酸性から中性の
領域で用いるグラウトの実用効果を飛躍的に増大せしめ
たものである。

すなわち、水ガラス濃度、酸性液濃度、加水量を一定に
してこれに塩を加え、その量を変動させることにより、
ｐＨ値を殆んど変える事なくゲル化時間を変動し得る。

すなわち、強度に大きな影響を与える水ガラス濃度を一
定値に保ち、かつ、水質保全の点から望ましい一定のｐ
Ｈ値を保ちつつ、塩の量を変動してゲル化時間を調節す
る事が出来る。

上記塩の代りに、ポゾラン化剤やアルコールを用いても
ゲル化促進作用を生ずる。

こ＼にポゾラン化剤とはセメント、石灰、スラグ等、そ
の他Ｃａ、ＡｌｔＭ＆、Ｆｅ等を含み、シリカ
分と反応して不溶性の珪酸塩を生ずる化合物を云う。

本発明は、上記実験に用いた３号水ガラス以外にモル比
１．５〜５．０までの水ガラスを用いて、そのアルカリ
量に対応した酸性反応剤の量で同様の配合調整が出来る
のはもちろんであり、かつモル比の変った水ガラスを用
いてそれぞれ特徴あるゲル化の性状を得る事が出来る。

実用上はガラスのモル比は通常３．０付所から４．０付
近のものが用いられる。

又、モル比が高い程、少量の酸性剤で中性領域を得るこ
とができる本発明における酸性反応剤としては、各種の
無機酸、有機酸、酸性塩の他にアルカリの存在のもとに
酸基を生ずるもの、例えばアルデヒド化合物エステル、
アミン等である。

本発明に使用する塩としては、リン酸塩、炭酸塩、塩化
物、硫酸塩、ホウ酸塩、アルミン酸塩、重炭酸塩、重亜
硫酸塩、重硫酸塩、ピロ硫酸塩、ピロリン酸塩、等の無
機塩、その他の有機塩、等があげられる。

また、前述において、酸性反応剤あるいはゲル化促進剤
はそれぞれ、１種またはそれ以上併用して用いてもよい
のはもちろんである。

このようにして、本発明の非アルカリ性珪酸液では、酸
性反応剤液の中に充分な濃度の水ガラスを加えて得られ
るものであるため、水ガラス水溶液中の水酸化アルカリ
は完全に除去され、しかも浸透可能な流動性のあるゲル
化時間を弱酸性〜中性領域にて連続的に得る事が出来る
。

したがって、この非アルカリ珪酸液の弱酸性から中性領
域のゲル化を用いて、水酸化アルカリに依る水質汚染は
おこらず、公害の点から安全なしかも充分地盤固結の可
能な注入工法を可能ならしめるものである。

Claims

【特許請求の範囲】１軟弱あるいは漏水地盤に固結薬液を注入して該地盤
を固結あるいは止水する薬液注入工法において、該固結
薬液として酸性反応剤水溶液中に水ガラスを加えて水ガ
ラス中のアルカリを除去して得られる混合水溶液を用い
てなり、該酸性反応剤と水ガラスの混合比は該水溶液の
ｐＨ値が弱酸性から中性の範囲内を呈するように定めら
れる薬液注入工法。２軟弱あるいは漏水地盤に固結薬液を注入して該地盤
を固結あるいは止水する薬液注入工法において、該固結
薬液として、酸性反応剤水液中に水ガラスとゲル化促進
剤を加えて水ガラス中のアルカリを除去して得られる混
合水溶液を用いてなり該酸性反応剤と水ガラスとゲル化
促進剤の混合比は該水溶液のｐＨ値が弱酸性から中性の
範囲内を維持するように定められる薬液注入工法。