JPS5853678B2 - 土質の安定化法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は炭酸ガスをゲル化剤とする水ガラス系グラウト
により土質を安定化させる方法に関する。

従来、軟弱地盤を強化したり、漏水地盤を止水するため
に種々の薬液を土壌に注入し、土壌中でゲル化させるグ
ラウト工法が知られているが、最近は珪酸ソーダ水溶液
（水ガラス）を主剤とし、これとゲル化剤を組み合せた
、いわゆる水ガラス系グラウトが広く実用化されている
。

水ガラス系グラウトのゲル化剤とし、従来、酸、酸性塩
、水溶性多価金属塩、有機エステル、アルデヒド等多く
の物質が提案されているが、従来のゲル化剤は酸性が強
くて水ガラスをゲル化させる際、不均一なゲルを生成さ
せたり、危険物であったり、高価であるなど欠点のある
ものが多い。

本発明は水ガラス系グラウトにより土質を安定化させる
にあたり、炭酸ガスをゲル化剤として用いて種々有利に
土質を安定化しようとするものである。

水ガラスを炭酸ガスによってゲル化させる技術は金属鋳
造用の型砂を製造する分野に釦いては公知である。

この技術は型砂へ水ガラスを混合して成型したのち炭酸
ガスを吹込んで次の反応により討したが、炭酸ガスは気
体であり、かつ水に対する溶解度が小さいため、これを
水ガラス系グラウトのゲル化剤として使用した場合は、
従来に釦けるように主剤とゲル化剤を常圧下で混合して
グラウトを調合する方法は不適当であることを知っんす
なわち、従来、水ガラス系グラウトの施工法として、い
わゆる二液−系統式薬液注入法と称し、主剤とゲル化剤
を施工前にそれぞれ別々の調合槽（常圧開放槽）で施工
に適した適宜の濃度の水溶液に調合し、施工時に両者を
Ｙ字管を用いて混合し、ポンプで土壌中に圧入する方法
が最も多く採られているが、炭酸ガスをゲル化剤とした
場合は炭酸ガスの水に対する溶解度が小さく（０，１４
５ｇＣＯ２／１００ｇＨ２Ｏ、常圧、２５°Ｃ）、実用
的な濃度のゲル化剤水溶液をつくることができないこと
からこの方法を適用することができない。

他の施工法としては、主剤とゲル化剤を同一槽（常圧開
放槽）で水溶液にしたのち直ちに土壌中に注入する。

いわゆる−液一系統式薬液注入法と云われる方法があっ
て、この方法によれば炭酸ガスをゲル化剤とした場合も
実用的なグラウトが得られるが、この方法にしたがい、
常温、常圧下で水ガラス中に炭酸ガスを吹込んだ場合は
、炭酸ガスの水ガラス中への溶解が悪くて実施工におい
て最も多く用いられているゲルタイムが数分のグラウト
を調合するのにはかなり長時間を要する。

たとえば、ＪＩ８３号珪酸ソーダ：水−１：３（容量）
の割合の通常の土質安定化用水ガラスに常温、常圧下で
炭酸ガスを吹込んだ場合、ゲルタイムが数分のグラウト
を得るには炭酸ガスの大気中への逃散損失が全くないよ
う徐々に吹込むと６０分以上もの時間を要する。

この場合、炭酸ガスの吹込量を多くするとより短時間で
目的とするグラウトが得られるが、かかる場合は炭酸ガ
スの大気中への逃散損失が多くて不経済である。

たとえば、前記と同様の水ガラスに炭酸ガスを数分間吹
込んだだけでゲルタイムが数分のグラウトを得ようとす
ると、吹込んだ炭酸ガスの大部分（８０％以上）が液に
吸収されないまま大気中に逃散してしまう。

このようなことから、本発明者らは炭酸ガスの損失がな
くて、しかもゲルタイムの短いグラウトが短時間で得ら
れるような方法を見出すべく種々研究した結果、密閉容
器に高圧の炭酸ガスと水を供給し、該容器中で両者を接
触混合させて加圧炭酸水を製造し、次いで得られた加圧
炭酸水を、加圧状態を維持させたまま水ガラスを混合さ
せることによりその目的が達せられること、そしてかか
る方法で調合したグラウトを土壌に注入し、土壌中でゲ
ル化させることにより種々有利に土質を安定化させるこ
とができることを知り本発明に到達した。

本発明は、水ガラスを主剤とし炭酸ガスをゲル化剤とす
るグラウトにより土質を安定化させるに当り、密閉容器
中で高圧の炭酸ガスを水に接触吸収させて加圧炭酸水を
製造し、次いで得られた加圧炭酸水を加圧状態を維持さ
せたままラインミキサー（管路混合器）中で水ガラスと
混合させ、このようにして得られたグラウトを土壌に注
入し、土壌中でゲル化蔭せることを特徴とする土質の安
定化法である。

第１図は本発明の実施態様をあられすフローシートであ
る。

以下、第１図を参照しつつ本発明を説明する。

炭酸ガス貯槽１（通常、液化炭酸ガスボンベが用いられ
る）むよび水貯槽２より高圧の炭酸ガスむよび水のそれ
ぞれを密閉容器３に供給する。

その際、炭酸ガスの流量は流量調節弁１′により調節し
、そして水は専用のポンプ２′により密閉容器３に供給
する。

密閉容器３は炭酸ガス供給孔、圧力計、加圧炭酸水排出
孔、その他必要に応じて撹拌機、液体噴霧器等が設けら
れたり、炭酸ガスと水の気液接触を良好にさせるためそ
の内部に充填物がつめられたりした加圧炭酸水製造用の
耐圧容器である。

密閉容器３には炭酸ガス釦よび水の供給や加圧炭酸水の
排出を自動化するための自動制御装置を取り付けること
もできる。

密閉容器３に供給した高圧の炭酸ガスむよび水は公知の
気液混合法にしたがい混合して加圧炭酸水を製造する。

その方法として、たとえば撹拌機により仕込水を激しく
撹拌して水相に炭酸ガスを巻き込ませて気液接触をさせ
る方法、密閉容器３の上部より該容器内に水を微細液滴
状に噴霧して炭酸ガスと気液接触させる方法あるいは密
閉容器３内に適当な充填物をつめ、上部より水をシャワ
ー状に散布して炭酸ガスと気液接触させる方法などが挙
げられる○ いずれの方法を採択するにせよ、密閉容器３内に供給し
た高圧の炭酸ガスと水はなるべく緊密に接触混合させる
ことが望ましい。

炭酸ガスの水に対する溶解度は圧力が高いほど大きく、
そして水温が低いほど大きい。

したがって、密閉容器３内で製造される加圧炭酸水中の
ＣＯ２濃度は供給水の温度および供給炭酸ガスの圧力（
＝該容器内に充満させる炭酸ガスの圧力）を変化させる
ことにより種々変えられるが、通常は供給水の水温は一
定にして釦き、供給炭酸ガスの圧力を種々変化させるこ
とによってＣ０２濃度を調節することが望ましい。

後続のグラウト調合工程でゲルタイムの短いグラウトを
調合する場合はこの工程でＣ０２濃度の高い加圧炭酸水
を製造し、反対にゲルタイムの長いグラウトを調合する
場合はＣＯ２濃度の低い加圧炭酸水を製造する。

なか、加圧炭酸水の製造に用いる炭酸ガスの圧力は通常
数ｋｇ／−・ゲージ−数十ｋｇ／−・ゲージである。

次いで、上記のようにして製造した加圧炭酸水は加圧状
態を維持させたままライン□キサ−５（管路混合器）に
供給する。

加圧炭酸水は通常、密閉容器３内の高められた炭酸ガス
の圧力によりラインミキサー５に送られるが、ポンプを
用いて送ることもできる。

ラインミキサー５に供給した加圧炭酸水は該□キサー中
で水ガラスと混合器せてグラウトを調合する○ 水ガラスは水ガラス貯槽４より専用のポンプ４′により
ライン□キサ−５に供給する。

本発明に用いる水ガラスとしては従来土質安定化に用い
られている水ガラスが用いられるが、通常はＪＩ８３号
珪酸ソーダが好適に用いられる。

ラインミキサー（Ｌｉｎｅ Ｍｉｘｅｒ）とはよく知ら
れているように、ガス−液、液−液を管路中で撹拌する
ためのものであって、オリフィス接触器、噴流接触器（
たとえば、化学工業便覧、丸善出版社、昭和４３年５月
１０ＥＩ発行、全訂改版第３版、第１１００〜１１０１
頁参照）、混合ノズル、Ｙ字管等種々の形式のものが知
られている。

本発明に釦いてはいずれの形式のものを用いられるが、
特に保守管理が容易である点から、動く部分のない構造
のエレメントが管内に封入されたいわゆるスタティック
ライン□キサ−（ＳｔａｔｉｃＬｉ ｎｅ Ｍｉ ｘｅ
ｒ ）あるいはＹ字管を用いることが好ましい。

本発明に好適に用いられるスタティックラインミキサー
の構造例を第２図に示す。

ラインミキサー５に供給する加圧炭酸水および水ガラス
はほぼ同程度の圧力で該□キサ−に供給することが望ま
しい。

いずれか一方の液の供給圧力が高過ぎると、その液が他
の液の供給管内に逆流して該ミキサー中で両液を混合す
ることができなくなる恐れがある。

ラインミキサー５に供給された加圧炭酸水中よび水ガラ
スは該ミキサー中において加圧状態で混合されるので水
ガラス中にＣＯ２（炭酸）が迅速に吸収蔭れ、加圧炭酸
水中のＣ０２濃度に応じたゲルタイムのグラウトが殆ど
瞬間的に調合される。

ラインミキサー５内で調合されたグラウトは、通常、該
ミキサー内の圧力を利用してそのまま土壌に注入し、土
壌中でゲル化させて土質を安定化させる。

ラインミキサー５と注入管の間に絞り弁６を設置してお
くと、ラインミキサー５内での液の混合を加圧状態で行
なうことができる。

グラウトのゲルタイムの調節は、通常、ライン□キサ−
５に供給する加圧炭酸水中のＣＯ２濃度を種々変化させ
ることにより行なう。

すなわち、ゲルタイムの短いグラウトをつくる場合はＣ
Ｏ２濃度の高い加圧炭酸水を用い、反対にゲルタイムの
長いグラウトをつくる場合はＣ０２濃度の低い加圧炭酸
水を用いる。

本発明は回分方式だけではなく連続で行なうことも勿論
可能である。

すなわち、高圧の炭酸ガスと水を連続的に密閉容器３に
供給して加圧炭酸水を連続的に製造し、引続き該加圧炭
酸水中よび水ガラスを連続的にラインミキサー５に供給
して得られたグラウトを連続的に土壌に注入する。

この連続方式によれば大規模工事に用いる多量のグラウ
トも小規模の装置で製造して土壌に注入することができ
る。

本発明の利点としては種々あるが、たとえばリン酸、ア
ルミン酸などの従来のゲル化剤にくらべて安価な炭酸ガ
スをゲル化剤として用いるため、従来よりも経済的にグ
ラウトを製造することができる。

また、本発明によればグラウトのゲルタイムの調節がき
わめて容易で、たとえば連続注入中にグラウトのゲルタ
イムを変更するような場合は密閉容器３に供給する炭酸
ガスの流量を弁操作により適宜加減するだけで容易に所
望をするゲルタイムのグラウトにすることができる。

さらに、従来の注入においては多くの場合、主剤とゲル
化剤を別々の槽で水溶液に調合するため通常、少なくと
も２個の撹拌機付調合槽とそれぞれの送液用ポンプを必
要とするが、本発明に卦いてはゲル化剤水溶液を製造す
るための小容量の耐圧検１個とグラウト調合用のライン
ミキサーを１個必要とするだけである。

さらにまた、本発明に唱いでは、通常、小容量のライン
ミキサー中でグラウトを調合するので、万一、該ミキサ
ー内でグラウトがゲル化してしまったような場合でもゲ
ル化物の量が少なく、被害を最小限に抑えることができ
る。

その他、グラウト製造に伴う労力を大巾に軽減すること
ができる等、本発明にしたがえば種々のメリットを期待
することができる。

次に本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明
は以下の実施例に制約されるものではなへ実施例 １ 撹拌機（巾５０７ｎｍ１長さ１３０ｍｍのステンレス製
の羽根が取り付けられた擢型撹拌機）が設けられた内容
積１５１のステンレス製オートクレーブに温度約２５℃
の水を１０．２Ａ？仕込んだ。

次いで撹拌機を１００〜２５０回転／分の速度で回転寧
せて水相を撹拌しながら液化炭酸ガスボンベより炭酸ガ
スをオートクレーブに供給した。

炭酸ガスを供給している間、オートクレーブ内＊ォは供
給炭酸ガスにより常に所定の圧力が保たれるようにする
。

炭酸ガスをオートクレーブに３５０秒間供給した時点で
生成した加圧炭酸水を供給炭酸ガスの圧力を利用してオ
ートクレーブ外に排出して第２図に示したような構造の
スタティックラインミキサー（直径１７間、長さ９００
７１！扉）に３．４５１１分の速度で供給した。

加圧炭酸水を上記ラインミキサーに供給するのと同時に
ＪＩ８３号珪酸ソーダを該ミキサーに０．６５１／分の
速度で供給した。

珪酸ソーダの供給圧力は加圧炭酸水のそれとほぼ同じで
ある。

ラインミキサーの出口には絞り弁を設けてラインミキサ
ー内を加圧状態に保持した。

ラインミキサーに供給された両液は該□キサー内で一様
なグラウトに混合されてその出口より流出する。

次いで、ラインミキサーより流出したグラウトはそのま
ま豊浦標準砂中に注入してゲル化させ、ゲル化後、得ら
れた酸ゲルの一軸圧縮強度を測定した○ 実験条件および得られた結果を第１表に示す。

第１表から明らかなように、オートクレーブ内のＣＯ２
圧力を種々変化させることにより製造した加圧炭酸水と
水ガラスをラインミキサー内で混合させることにより、
長短任意のゲルタイムのグラウトを調合することができ
る。

実施例 ２ 塔頂に液体噴霧器が設けられた内容積１５１のステンレ
ス製置筒形スプレー塔に炭酸ガスを連続的に供給し、塔
内を供給炭酸ガスにより所定の圧力に保たせなから塔頂
の液体噴霧器より温度３０℃の水を微細な液滴として塔
内に連続的に噴霧して加圧炭酸水を連続的に製造した。

このようにして製造した加圧炭酸水をひきつづきスプレ
ー塔内に供給する炭酸ガスの圧力を利用して実施例１で
用いたのと同じラインミキサーの入口に連続的に供給す
ると同時にＪＩ８３号水ガスをポンプにより上記炭酸水
の供給圧とほぼ同じ圧力で該ミキサー人口に連続的に供
給し、該ミキ＊＊サー中で両液を均一に混合したのち豊
浦標準砂中に注入してゲル化させ、ゲル化後、得られた
砂ゲルの一軸圧縮強度を測定した。

実験条件および得られた結果を第２表に示す。

実施例 ３ 塔内にテラレツテパッキング（注、充填物；既に引用し
た化学工学便覧、第４９１頁参照）をつめた直径１６０
ｍｍ、長さ４３０ｍｍの大きさのステンレス製円筒形充
填塔に炭酸ガスを連続的に供給し、塔内を供給炭酸ガス
により所定の圧力に保たせなから塔頂に設けられた液体
噴霧器より水を塔内に連続的に噴霧して加圧炭酸水を連
続的に製造した。

このようにして得られた加圧炭酸水をひきつづき塔内に
供給する炭酸ガスの圧力を利用して実施例１で用いたの
と同じラインミキサーの入口に連続的に供給すると同時
にＪＩ８３号水ガラスをポンプにより上記炭酸水の供給
圧とほぼ同じ圧力で該ミキサー人口に連続的に供給し、
該ミキサー中で両液を均一に混合したのち豊浦標準砂中
に注入してゲル化させ、ゲル化後、得られた砂ゲルの一
軸圧縮強度を測定した。

実験条件および得られた結果を第３表に示す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施態様をあられすフローシートであ
る。 １・・・・・・炭酸ガス貯槽、１′・・・・・・流量調
節弁、２・・・・・・水貯槽、２′・・・・・・水用ポ
ンプ、３・・・・・・密閉容器、４・・・・・・水ガラ
ス貯槽、４′・・・・・・水ガラス用ポンプ、５・・・
・・・ラインミキサー（管路混合器）、６・・・・・・
絞り弁、 また、第２図は本発明に用いられるスタティックライン
ミキサーの構造をあられす図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水ガラスを主剤とし炭酸ガスをゲル化剤とするグラ
   ウトにより土質を安定化させるに当り、密閉容器中で高
   圧の炭酸ガスを水に接触吸収させて加圧炭酸水を製造し
   、次いで得られた加圧炭酸水を加圧状態を維持させたま
   まラインミキサー（管路混合器）中で水ガラスと混合さ
   せ、このようにして得られたグラウトを土壌に注入し、
   土壌中で＊珪酸を遊離させ、これと炭酸ソーダで砂の粒
   子を結合させてゲル化づせるものであり、これは簡便な
   型砂の製造法として広く実用化されている。 本発明者らは炭酸ガスは無害であって、従来の水ガラス
   系グラウトのゲル化剤にくらべると安価であり、しかも
   上記技術におけるように水ガラスと砂の成型体に単にこ
   れを吹付けただけでも金属溶湯の重さに充分耐えられる
   強度の型砂が得られてゲル化剤としての効力も大きいこ
   とから炭酸ガスが水ガラス系グラウトのゲル化剤として
   適したものであることを知りその実用化について種々検
   ＊ゲル化させることを特徴とする土質の安定化法。