JPS5980487A - 地盤注入用薬液 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は軟弱あるいは漏水地盤を固結あるいは従来、止
水工事等に於ては薬注人工法が広く用いられて来ている
が、薬液が地下水を汚染する可（１）−１ 無性がおり、主材を完全に反応させる薬液供給が極めて
困難であシ、近時、しばしば地下水が汚染される公害問
題が生じて来る様になった１、従来性われている水ガラ
スグラウトでは水ガラスに硫酸等の酸剤やアルカリ金属
塩を混合させる方法がとられて来／こ、 地盤注入の目的である固結効果を得るためには配合液中
のグラウト水ガラスの濃度は１０重量％以上である事が
必要であるが、このような濃度ではｐＨが８〜９付近で
瞬結してしまうため一般に水ガラスグラウトはｐＨが９
以上の領域で用いられ、従って水ガラスの当量が完全に
反応する事は困難で地盤中には未反応の水ガラスが生ず
る事をさけられない３、 このような問題を解決するには水ガラスを酸性ないし中
性のｐＨ領域でゲル化させればグラウト配合液中の水ガ
ラスを完全に反応せしめる事が可能となるが、水ガラス
に酸を加えていく場合、中性或は酸性に至るまでにゲル
化したり塊状シリカ分を配合液中に生成してし菫うため
注入に適した配合液をつくる事は出来ない。

本発明は、塊状シリカ分を形成せず、しかも注入工法の
目的と手法に適した酸性から中性領域で固結するグラウ
トの調整法を見出しそれを用いた注入工法を提供するも
のであって、前述の目的を達成するため、本発明によれ
ば、鉱酸水溶液の内部に水ガラス液を吐出して酸過剰の
状態でｐＨを増大せしめながら前記鉱酸水溶液と水ガラ
ス液を混合し、これによって非アルカリ性珪酸水溶液を
得ることを特徴とし、前記水ガラス液の吐出速度は毎秒
５０ｃｒｎ以上であり、かつ吐出圧力はＩ　Ｋｔ／６１
以上であることを特徴とする。

以下本発明を具体的に詳述する。

本発明によって注入工法の目的と実際の現場においてお
こなわれる手法に適した酸性から中性領域で固結する配
合液中に水ガラス液を１０重量％以上含むグラウトはあ
る特定の手法によってはじめて可能である事が見出され
それによって酸性から中性領域の水ガラスグラウトの実
用化が以下のように完成したものであって特に水ガラス
の含有量１０俤以上を含む酸性領域内にある所足のｐＨ
値ケ有する配合液を微調整せずとも塊状のシリカ分を析
出する事なく製造してそのま＼グラウトとして注入する
事を可能にしたものであって、非アルカリ性の珪酸水溶
液のグラウト工法への実用化を飛躍的に進歩せしめたも
のである。

・；１）　　上述したように水ガラス水溶液に酸を加え
る方法でｄ：酸性、中性領域の配合液の調整は不可能で
ある。酸の水溶液と水ガラス水溶液を同時に混合容器中
に投入して攪拌混合しても塊状のシリカ分が析出して注
入液としては不適である。

■　酸の水溶液を投入しである混合容器中に水ガラス水
溶液を上から投入しながら攪拌しても配合液中に水ガラ
ス濃度が１０１１以上になると塊状のシリカ分が析出し
て注入液としては不適となる。これは水ガラスと酸性液
を反応させる場合、反応熱が高くなり、シリカ分が析出
されやすい状態になるからである１、実際の注入の場合
において使用する混合装置は容器が５０を以上、通常は
１００を以上であるが、実験室の実験に比してこのよう
に大きな容量で配合すると、発熱反応で塊状の７リ力分
を析出しやすい。実験において硫酸水溶液中にモル比３
．６の水ガラスの水溶液を加え彦がら急速攪拌し、配合
液中の水ガラス含有量が８俤でｐＨが３．５、ゲル化時
間がω分としたものの、固結標準砂の一日後の一軸圧縮
強度は１．５　Ｌｑ／−を示した。正常の注入目的を達
することのできるためには固結砂の一軸圧縮強度は２　
Ｋｇ／ｉ以上を必要とするが、そのためには配合液中の
水ガラス濃度は１０重量％以上が必要である。

■　配合液中に１０重ｔ％以上の水ガラスを含む非アル
カリ性珪酸水溶液を塊状のシリカ分を析出することなく
つくるためには少なくとも以下の手法が必要である。す
なわち、まず、混合容器中にｐ）１が０．５以下の鉱酸
水溶液を貯留しておいてから該鉱酸水溶液の液面よシも
下部に位置する混合容器（混合種）側壁あるいは底面の
孔あるいはノズルから、あるいは酸性液中に開孔するノ
ズルまたは孔を有する供給管から水ガラスを供給して急
速混合し、かつ、配合液全体のｐＨ＋＋１−ｉｓ以下の
酸性に保持する。

上記において、急速混合（撹拌）は後述するように水ガ
ラスの吐出（噴射）効果による混合態様を用いない場合
には攪拌翼の回転数が５００回転以上の回転による攪拌
翼混合を必要とするが、単に攪拌翼の回転のみでは全配
合液中の水ガラス濃度が加重ｆｉｔ％以上になると塊状
シリカ分が析出されやすくなり、後述する特殊な噴射に
よる攪拌を必要とする。。

（４）酸性領域の珪酸水溶液はｐＨが２以下では安定で
あるが、ゲル化時間が通常１０時間以上から数十時間を
示すので、グラウトに使用するためにはｐＨを増大させ
てゲル化時間を短縮しなくてはならないが、ｐＨが３以
上になると珪酸水溶液は急激に不安定になり塊状の７リ
力分を析出しやすくなる。特にこの傾向は配合液中の水
ガラスの含有量が２０％以上になると増大する。

このような現象を防ぐためにはまず、ｐＨが３以下の望
ましくは２．５以下の非アルカリ性珪酸水溶液をあらか
じめつくっておき、これを基本液として希釈水ガラス水
溶液又はアルカリ性水溶液を微量づつ加えてｐＨを微蕾
調整する事によシ塊状のシリカ分を析出することなく任
意のｐｇ値とゲル化時間を有するグラウトをつくる事が
出来る。

しかし、実際の注入工事において基本液の製造と微調整
の操作を行う事は操作用或は機械の構造上大変であるか
ら簡便に所定の酸性珪酸水溶液のグラウトを製造出来る
のが望ましい。

本発明者は以下の手法によってｐＨが０．５以下の鉱酸
水溶液中に水ガラスを吐出（噴射）しながら塊状シリカ
分を析出する事なく直接そのま＼注入可能な注入液を製
造する事を可能にした。

■　鉱酸水溶液中に水ガラス水溶液を供給する供給孔は
ノズル又は小孔による噴射構造とし、水ガラスを噴射孔
から鉱酸水溶液中に噴射する事によって塊状シリカ分を
析出せずして非アルカリ性粍酸水溶液をつくる事が出来
る。

この噴射速度は秒速５０ｃＩｎ以上望ましくは１００ｍ
以上がよい３、 （ロ）（ａ）において混合容器中にて鉱酸水溶液中に水
ガラスを噴射すると同時に攪拌翼を２００ｒｐｍ以上、
望ましくは３００　ｒｐｍ以上の回転数で（百１転させ
て混合する方法を併用するか或は水ガラス水溶液の噴射
管そのものを２００ｒｐｍ以上の回転数で１四転させる
方法を用いると塊状シリカ分を析出することなく配合液
中の水ガラス濃度を濃くする事を可能にする。

■　０）において鉱酸水溶液中への水ガラス水溶液の噴
射圧力はＩＫ９／！以上が、塊状シリカ分を析出する事
なく配合液中の水ガラス濃度を高めるのに役立つ。

■　以上のように鉱酸水溶液中に噴射構造を用いて水ガ
ラス水溶液を噴射せしめ、かつ、その噴射は噴射圧力、
ＩＫｆ／−以上、噴射速度５０ｃｒＲＺ８ｅＣ以上、攪
拌翼の回転数：　２０Ｏｒｐｍ以上で行う事によって塊
状のシリカ分を析出する事なく酸性領域（ｐＨ５以下）
の所定のｐＨを有する非アルカリ性珪酸水溶液を得、そ
れを注入液として注入する事が出来る。

このようにすると鉱酸水溶液中に加重量％以上通常は５
０〜１００重量％の高い濃度の水ガラス水溶液を噴出さ
せても塊状のシリカ分を析出する事なく混合出来るので
高い水ガラス濃度を含む非アルカリ性の珪酸水溶液をつ
くる事が出来る並びに噴射圧力、噴射速度が５０　ｃｍ
　／　Ｒ（３Ｑ以下、噴射圧力がＩ　Ｋｆ／ｄ以下、攪
拌翼の回転数が２００ｒｐｍ以下の場合いずれも配合液
中の水ガラス濃度が加重量％よシも濃くなるにつれて塊
状シリカ分が析出しやすくなる。

実施例 １０００を容量の回転翼と先端部にノズルを装着した水
ガラス供給管を挿入した混合容器中に硫酸水溶液を貯留
し、濃度が１００重ｔｅＩｂの水ガラス液（即ち、市販
水ガラス原液）を硫酸水溶液の液面よシも下部に開孔し
たノズル孔から硫酸水溶液中に噴射した。その際の噴射
圧力は５　Ｋｙ　／　ｃｙｌ　、噴射速度５００ｃｍ／
ｓθＣ１回転翼の回転数は４００ｒｐｍであった。この
結果、塊状シリカ分を析出する事なく　ｐＨが２゜９の
非アルカリ性珪酸水溶液が得られた。その全配合液中の
組成はモル比３．６の水ガラス液間重量％７５％硫酸８
．０重世チでゲル化時間は２時間であり、この非アルカ
リ性珪酸水溶液をそのま＼グラウト液として砂質地盤に
注入した。掘削採取した固結砂の一軸圧縮強度は１０．
２　Ｋ９／ｅｖｉｌを示した。又、噴射圧力２　Ｋｆ／
ｄ、噴射速度３００１Ｍ／　８θＣ１回転翼の回転数を
２５０ｒｐｍとして出来上った配合液の組成がモル比３
．３の水ガラス液２３．０車計チ、７０チ硫酸水溶液５
．１事量チ（７０チ硫酸水溶液〇−全配合液中に５．１
事情チ含まれる〕のｐＨが４．１ゲル化時間が（７）分
の非アルカリ性珪酸水溶液が得られた。これをその壕ま
注入して得られた固結砂の一軸圧縮強度は５．１３＋；
ｆ／−を得た。

以上において噴射圧力をＩＫｇ／ｍ以下、噴射速度を５
０　ｃｍ　／　ｓｅｃ　、或は１回転数を２００ｒｌ）
ｍ以下にした場合いずれも、操作中に塊状のシリカ分が
析出され、注入液としては不適当になる事が判った。

以上の手法によれば配合液中に水ガラス液が１゜重量％
以上望ましくは加重量−以上含有するｐＨが５以下の所
定のｐＨ値を有し、直接１液方式で注入出来る非アルカ
リ性珪酸水溶液をつくる事が可能であるが、そのゲル化
時間を設定出来る精度は１．２．３．４．５時間といっ
た時間のオーダーで設定出来るのみである。実際の通常
の注入では塊状のシリカ分がその液中に配合時に析出し
なければ、この程度のゲル化時間とゲル化時間の設定の
精度で実用上問題ないのであるが、特に地盤が異った層
からなっていて粗い層から注入液が逸脱したり、或は地
下水が流動していて逸脱する可能性がある時は上記非ア
ルカリ性珪酸水溶液を基本液として更に調整してゲル化
時間の精度を高めたり或は急速固結する必要性がある。

この調整方法には以下の２通りの方法をとる事が出来る
。即ち第１の調整方法は上記の非アルカリ性珪酸水浴液
に希釈水ガラス又はアルカリを少量づつ加えて酸性或は
中性の所定のｐＨ値望ましくはｐＨが５以下の所定のｐ
Ｈ値に微調整し、それによって得られたグシウトケ注入
する方法である。この調整方法は１液力式でゲル化時間
の艮い注入液を注入するのに調している。又、この調整
方法は上記の非アルカリ性珪酸水溶液と水ガラス水溶液
或はアルカリ水溶液を合流する事によって酸性又は中性
の所定のｐＨ値に１４！して注入する方法である。この
合流は注入管の先端部或は注入管と注入ポンプの間の管
路においてＹ字管を用いて合流させてもよいし、又注入
管として二重管を用いて地中における二重管の末端部に
て合流して注入してもよい。この調整方法は合流方式で
短いゲル化時間の注入ｇ、を注入するのに適している。

実施例 ｔｎｏｏ　を容量の回転翼と先端ノスルを装着した水ガ
ラス又はアルカリ液を供給する管を挿入した混合容器の
中に硫酸水溶液を貯溜し、１００重量％濃度の水ガラス
液（即ち、市販水ガラス原液）を硫酸水溶液の液面より
も下部に開孔したノズル孔から噴射した。その際の噴射
圧力はＡ　Ｋｑ　／　ｃｔｄ　、噴射速度３ＱＯｃｍ／
ｓｅｃ回転翼の回転数は５００回転であった。

このようにして次の組成の非アルカリ性珪酸水溶液の基
本液をつくった。

モル比４．０の水ガラス液の重量％　　５１チア５％硫
酸　　　　　　　　　　　　　１ｏ％ｐＨは１．６でゲ
ル化時間は１２時間であった。

以上のようにしてつくった基本原液に希釈水ガラス水溶
液（２０チ水ガラス水溶液即ち、モル比４．０の市販水
ガラス原液を加重量％、水を（資）重量％含む水溶液）
とアルカリ性塩水溶液（重炭酸水溶液の１０重量％水溶
液を用いた）を添加してｐＨを微量調整して得られたゲ
ル化時間を以下に示す。

又、上記と同様の方法で次の組成の基本液をつくった。

モル比４．０の水ガラス　　４５重量％７５チ硫酸　　
　　　　６．５重紫チ この基本液はｐＨ１，３ゲル化時間１５時間を示した。

次に１．５重量％重炭酸ソーダ水溶液をつくり、基本液
と重炭酸水溶液を同量づつ合流したところ３分でゲル化
した。合流液のｐＨは６．１を示した。

又、上記と同様な方法で次の組成の基本液をつくった。

モル比３．０の水ガラス液　２５重量％７５チ硫酸　　
　　　　６．０重量％ この基本液のｐ’Ｈは１．２ゲル化時間が関時間を示し
た。。

次に３号水ガラスの５重量％水溶液をつくり、基本液と
水ガラス水溶液を二重管を通して同量づつ合流したとこ
ろ、瞬間的にゲル化した。

本発明における鉱酸は硫酸、塩酸、リン酸等の酸や重硫
酸塩等の水溶液が酸性を呈する酸性塩（硫酸塩など）等
をあげる事が出来るが硫酸が最も適している。又、アル
カリとは、水酸化アルカリ金属、水酸化アルカリ土金属
、炭酸塩や重炭酸塩、リン酸塩、アルミン酸塩等のアル
カリ性塩、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等の金属
葭化物並びに普通ポルトランドセメント、高炉セメント
、アルミナセメント等をあげる事が出来更にこれらを併
用する事が出来るが、特に重炭酸アルカリ金属塩、炭酸
のアルカリ金属塩が適している。

なお、セメントとともにスラグを併用してもよい。

又水ガラスとしてはモル比が２〜５．５の任意の液状水
ガラスを用いる事が出来る。又、非アルカリ性珪酸水溶
液のゲル化はゲル化時のｐＨに依存し注入時〜ゲル化時
のｐＨが酸性値を呈していても中和反応は珪酸コロイド
の構造内部に含有されているアルカリによりゲル化後も
進行し、中性方向に整向し、最終的には排水規制である
ｐＨの範囲である５、８〜８．６の範囲に注入地盤の地
下水のｐＨ値はおさまるので、地下水の水質保全の点か
らも非常にすぐれたものと云えよう。

又、本発明の実施に当っての効果的な適用法の例を以下
に示す。

（汐ＩＪ−１） 地盤中に二重管からなる注入管を挿入し、二重管によっ
て構成きれる２つの流路のうち、１つの流路から非アル
カリ性珪酸水溶液を送って他の流路からアルカリを送っ
て二重管床端部にて合流せしめてゲル化時間の早いグラ
ウトで注入管のまわりの空隙と注入対象地盤中の粗い層
、弱い層を填充してのち、該非アルカリ性珪酸水溶液を
そのま＼送るか或は注入管の上端部或は注入管と注入ポ
ンプの中間の流路にてアルカリを該非アレカリ性珪酸水
溶液に合流させて、末端部で合流したグラウトのゲル化
時間よりも遅いゲル化時間のグラウトを地盤に注入する
　このようにするとゲル化時間の遅い浸透性の良いグラ
ウトは注入管のまわりがすでにゲル化時間の早いグラウ
トで填充されてしまっているので逸脱する事なく土粒子
間に浸透して固結させる事が出来る。

（例−２） 注入すべき地盤にあらかじめアルカリを注入する。この
ようなアルカリとしては特にセメント懸濁液が適してい
る。次に非アルカリ性珪酸水溶液を注入するとセメント
の過剰アルカリの存在のため非アルカリ性珪酸水溶液は
地盤中でゲル化が促進されるため注入液のゲル化時間が
長くても注入対象地盤外へ逸脱する事なく固結せしめる
事が出来る。

以上に示したように本発明は特許請求の範囲第１項に示
した方法を基本にして、以下の方法による注入用の非ア
ルカリ性珪酸水溶液の製造法を提示するものである。

１）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、非ア
ルカリ性珪酸水溶液はｐＨ値が５以下である方法、。

２、特許請求の範囲第１項に記載の方法において、水ガ
ラスの供給量は全配合液の１０重量％以上である方法。

３）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、鉱酸
水ｍｅは硫改水ｆ？４液である方法。

４）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、鉱酸
水溶液中への水ガラス液の供給混合は混合槽中で行なう
方法。

５）上記４）に６［８載の方法において、混合槽中に鉱
酸水溶液を貯溜し、該混合槽中の鉱酸水溶液の液面よシ
も内部に水ガラスを供給するようにした方法。

６）上記４）または５）に記載の方法において、該混合
槽中の鉱酸水溶液の液面よシも下部に位置する混合槽壁
面または混合槽底面にノズルまたは孔を開孔し、このノ
ズルまたは孔より水カラスを供給するようにした方法。

７）特許請求の範囲第１項、又は上記４）　、　５）に
記載の方法において、鉱酸水溶液中にノズルまたは孔を
有する噴射管を挿入し、このノズルまたは孔より水ガラ
スを供給するようにした方法。

８）特許請求の範囲第１項、又は上記４）　、　５）　
、　６）　。

７）に記載の方法において、鉱酸水溶液中への水ガラス
液の供給混合は鉱酸水溶液中に水ガラス液を噴射して行
なう方法。

９）特許請求の範囲第１項、又は上記４）、５）、６）
。

７）に記載の方法において、鉱酸水溶液中への水ガラス
液の供給混合は鉱酸水溶液を機械的にかくはんしながら
行なう方法。

１０）特許請求の範囲第１項、又は上記４）、５）、６
）。

７）に記載の方法において、鉱酸水溶液中への水ガラス
液の供給混合は鉱酸水溶液中に水ガラスを噴射するとと
もに該鉱酸水溶液の機械的かくはんを併用して行なう方
法。

１１）　　上記９）　、　１０）に記載の方法において
、該機械的かくはんはかくはん翼を回転することによっ
て行なう方法。

１２）上記９）に記載の方法において、該機械的かくは
んの回転数は５００　ｒｐｍ以上である方法、】３）上
記１０）に記載の方法において、該機械的かくはんの回
転数は２００　’ｒ′ｐｍ以上である方法。

１４）上記７）に記載の方法において、該噴射管は鉱酸
水溶液中で２０Ｏｒｐｍ以上の回転数で回転させるよう
にした方法。

１５）上記１（υに記載の方法において、鉱酸水溶液中
への水ガラス液の供給混合は噴射圧力ＩＫ７／−以上、
噴射速Ｋ　５０　ｃｍ　／　ｓ（つｅ以上、および機械
的かくほんの回転数２００ｒｐｍ以上で行なう方法。

１６）特許請求の範囲第１項に記載の方法において非ア
ルカリ性珪酸水浴液はさらにセメント、金縞酸化物、ま
たは塩を含有する方法。

１７）特許請求の範囲第１項に６己載の方法において、
非アルカリ性珪酸水溶液全基本液とし、この基本液にさ
らに水ガラス水溶液またはアルカリ性水溶液を添加して
膣液を酸性から中性の範囲内の所定のｐＨ値に訓帯する
方法。

１８）上記１７）に記載の方法において、非アルカリ性
珪酸水溶数の基本液はｐＨ値が０．５〜７（，０の範囲
内にある方法。

１９）上記１７）に記載の方法において、非アルカリ性
珪酸水浴液の基本液はｐＨ値が１〜２．５の範囲内にあ
る方法。

２０）　　上記１７）に記載の方法において、該グラウ
トに希釈水カラスまたは希釈アルカリ性水溶液を微量づ
つ添加しながら該グラウトのｐＨ値を微蘭整するように
した方法。

２、特許請求の範囲第１項において、非アルカリ性珪酸
水溶液は鉱酸水溶液の他に塩または金属酸化物を含む方
法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、鉱酸水溶液の内部に水ガラス濃度が加重量％以上の
   水ガラス液を毎秒５０ｃｒｎ以上の吐出速度で吐出して
   酸過剰の状態でｐＨを増大せしめながら前記鉱酸水溶液
   と水ガラス液を混合して水ガラス量が少なくとも１０重
   量％であってｐＨが５以下の非アルカリ性珪酸水溶液を
   得、次いでこの水溶液にさらに水ガラスおよびアルカリ
   性物質のうちの一種または複数種を添加して前記非アル
   カリ性珪酸水溶液のｐＨを５以上に調整したことを特徴
   とする地盤注入用薬液。 ２、特許請求の範囲第１項に記載の地盤注入用薬液にお
   いて、前記薬液がさらに塩を含有してなる薬液。 （１）