JPS60124687A

JPS60124687A - 改良剤

Info

Publication number: JPS60124687A
Application number: JP23313583A
Authority: JP
Inventors: Gubuano Danieru; ダニエル　グヴアノ
Original assignee: Raito Kogyo Co Ltd
Current assignee: Raito Kogyo Co Ltd
Priority date: 1983-12-09
Filing date: 1983-12-09
Publication date: 1985-07-03

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】

］発明の技術分野１本発明は、地盤等の改良のための特別の水ガラス系改良
剤に関する。［発明の技術的背景とその問題点１地盤に薬液を注入することによって、地盤の強度向上や
止水性を改善することが汎〈用いられている。この場合
の薬液としては、公害防止や価格等の点で水力ラス系の
ものを用いるのが一般的である。水ガラスは、ケイ砂と炭酸ソーダとを反応させる乾式法
か、ケイ砂と水酸化ナトリウムとを反応させる湿式法に
よって製造されるが、現在の主流は乾式法である。いず
れの方法によっても、得られる水ガラスはコロイド状（
またガラス質でもある）である、そして、水ガラス中の
ＳｉまたはＳｉＯの０の結合手は他の原子と結合してお
り、フリーなものではないし、イオン化もしていない、
湿式法においてすら、ケイ砂と水酸化ナトリウムとが反
応した後、工場におけるストック時間、運搬時間、およ
び現場での施工待時間を合計すると、その時間は最低で
も１力月である。他方、水ガラスは安価で土粒子中によく浸透し、しかも
公害の面で安全である利点があるものの、他の材料や硬
化剤と組合せても強度および止水性に限界がある。水ガ
ラスと硬化剤とを反応させる古い手法として、ヨーステ
ン（Ｊｏｏｓｔｅｎ）工法がある。同工法は、水ガラス
に対して塩化カルシウムＧａ１１２を反応させるもので
、硅酸ゲルを瞬時に生成させるものである。しかし、こ
の工法は瞬結性であり、かつあくまでもゲル化によって
地盤の止水性を改良しようとするもので、本発明のよう
に結晶を生成させるものではない。また、現在ではあま
り使用されていないのは、止水性の点で優れているもの
の、ＪＩ！！盤の強度向上に然程効果がないためである
と思料される。ともあれ、現在までに、水力ラスと他の材料とを反応さ
せて、土粒子間に結晶を生成させて地盤の改良を図ると
いう試みは全くなされていない。［発明の目的］本発明の目的は、水ガラス自体の経済性、良浸透性等の
利点を生かしつつ、その難点であるところの必ずしも強
度増大効果および止水性が高〜くないことを解決し、セ
メントと同様の恒久性を確保しようとするものである。［発明の基礎的知見１本発明者は、第１に、ケイ砂またはケイ砂化合物、たと
えば水ガラスとアルカリ金属の水酸化物または炭酸塩と
を反応させると、一般式ｘ２０◆ｎ５ｉ０２　（Ｍは一
価アルカリ金属）であられされる水溶液であり、−価の
アルカリ金属の水酸化物を加えることによって、ケイ酸
をイオン化し活性化を付与した活性液が得られるが、そ
の反応後１日以上経過すると、ケイ酸化合物が所々で分
断され、イオン化する。また反応後１４日以上経過する
と、イオン化したケイ酸が重合してしまうこと、第２に
前述のようにイオン化された状態の間にＭ２Ｏ・ｎ５ｉ
０２水溶液を地盤中に注入し、その地盤中の土粒子間で
カルシウム等と反応させると、ｘＨ”ｏ・ｙＳ！Ｏｚ　
・２Ｈ２０（Ｍ　’は金属、カルシウムを用いればに°
はＣａ）なる結晶が生成し、かつこの結晶生成に伴って
従来一般に用いられている水ガラス系薬液を用いる方法
に決してない優れた恒久性、著しい強度向上および高透
水係数を示すことを知見した。この反応過程は必らずしも明らかではないけれども１次
の通りではないかと考えられる。たとえば、水ガラスと
水酸化ナトリウムとを反応させて得た活性溶液と、塩化
カルシウム溶液とを地盤中で反応させる場合を考えてみ
ると次の通りである。（１）水ガラスと水酸化ナトリウムとの接触・・（１）（ＩＩ）上記（Ｉ）による接触に伴う活性化０）１　０
）１イオン化すなわち水ガラスがＮａＯＨと反応し、水ガラスの結合
が所々で分断され、（Ａ）または（Ｂ）のイオン状ＩＥ
になる。従来一般の水ガラスがコロイド性かつ非イオン
性であるのに対して、本発明に係る活性液は、非コロイ
ド性でかつイオン性であるという特別の挙動状態にある
。しかも分子が分断されているので、分子鎖が短い、こ
の大きさは、０．１ｍＫ〜ｌ井程度である。かくして得られた活性液が地盤中において塩化カルシウ
ムと接触すると、ｘｃａＯｅ　ｙｓｉＯｚ　・２Ｈ２０
（たとえば３ＣａＯｅ　２Ｓｉ（ｈ　・３Ｈ２０）なる
結晶を生成させる。この過程を模式的に第１図および第
２図によって説明すると、注入管を用いてＢ液（ＣａＣ
Ｉ２）を注入すると、土粒子ｌの周囲にＢ液が吸着され
る。その後、Ａ液を注入すると、各土粒子に吸着したＢ
液と活性水ガラスが接触し、そのＮａ分とＢ液のＣａ分
とが置換反応し、各土粒子ｌ。ｌ　拳会間において結晶が生成し、これが成長し、各土
粒子１．１　・・間を密に埋める。これによって、薬液
の恒久性が得られ、さらに地盤全体の強度向上と止水性
の改善効果があられれる。［発明の概要Ｊ前記目的を達成するための本発明は、Ｎａ２Ｏ・ｎ５ｉ
Ｏｚの水溶液で、かつ水酸化ナトリウムを加えることに
よって、ケイ酸をイオン化し活性を付与したものであり
、前記ＳｉＯ２／　ＮａｚＯのモル比が２．０〜２．５
であることを特徴とするものである。前述のように、この種の活性水ガラスは良好な地盤改良
効果を与えてくれる。この場合、ＳｉＯ２／Ｎａ　２０
のモル比が小さい程、分子鎖の分断性に優れるけれども
、たとえばＣａＣｌ　２と反応するときに、活性水ガラ
ス中のＨａと塩化カルシウムのＣａとが置換するのに、
それだけ時間がかかる。そこで、前記モル比を２．０〜
２．５の高いモル比となし、初期の物性（強度、止水性
）を向上させるとともに、高価なＣａＣｌ２およびＮａ
ＯＨの使用量を極力少くして経済性を図らんとするのが
本発明である。〔発明の具体例１以下本発明をさらに詳説する。本発明によれば、まず一般式Ｍ２０・ｎ５ｉｏｚ　（こ
こで踵は一価のアルカリ金属）の水溶液であり、−価の
アルカリ金属水酸化物を加えることによって、ケイ酸を
イオン化し活性化を付加した活性化ケイ酸アルカリ（以
下活性液ともいう）が基本となる。ここで、アルカリ金
属としてはカリウム、ナトリウム、リチウム等が用いら
れる。他の高位のアルカリを用いることもできるけれど
も、高価であることや、放射線を発するなどの点から適
当でない。活性液を得る場合、シリカをそのまま水酸化アルカリた
とえばＮａＯＨ６ＫＤＨ−ＬｉＯＨに溶解するか、市販
の活性化ケイ酸アルカリ、たとえば水ガラスと水酸化ア
ルカリとを反応させればよい。シリカとしては、熱分解
法シリカ、珪藻土、ゲーズまたはシリカエアロゲルを用
いることができる。水酸化アルカリとして現実的なもの
は水酸化ナトリウムである。シリカを単に水酸化ナトリ
ウムに溶解するのであれば、単に湿式法による水ガラス
と同一であるとも一見考えられるかもしれないが、従来
の水ガラスは安定状態にあるのに対して、本発明に係る
水ガラスは活性化状態にある点で明確な差異がある。現
実的に、水ガラスは地盤改良用等に多く用いられ、かつ
安価で市販されているので、この市販品と水酸化アルカ
リと反応させて活性液を作るのが好適である。市販水ガ
ラスとしては、３号程度のものを用いて所望のＳｉＯ□
／　ＮａｚＯのモル比に調整すればよい。かくして得られる活性液は、その製造後１〜工４１１の
間に使用する必要がある。第３図にモル比３．４の３号
水力ラスと３０％の水酸化ナトリウムとを反応させてｔ
ｉＩた液と、塩化カルシウム水溶液と反応させた場合の
一軸圧縮強度の時間変化を得た。同図から、目標の１（
１ｋｇ／ｃｒｎ’以上の強度を得るためには、Ｏｆ使時
間を１−１４日の間とする必要があることが判る。特に
好ましいのは１〜７日である。このｔｉｊ使時開時間定
されるのは、分子鎖の切断に最低２４時間要し、また１
４日を超えると、再結合が起るためであると考えられる
。同様のことは、水ガラスをＫＯＩ（およびＬｉ０）ｌ
に反応させてもみられる。結晶を確実に生成させるためには、活性液中に非コロイ
ド性のシリカが６ｏｚ、特に８０％以上含まれているの
が望ましい。活性液の粘度は、これが±粒子間に好適に
浸透するために、５〜５０ｃｐ　ｓ、特に２０〜３０ｃ
ｐ　ｓが望ましい、必要ならば、粘度調整に水を用いて
もよい。活性液の５ｉ（ｈ　／　Ｎａ２Ｏ％ル比は、１．５〜２
．５が好ましい。モル比が小さいほどケイ酸分子の分断
性に優れ、結晶化効果が大きいが、あまり小さいとＮａ
ＯＨ使用量が多くなるため、高価となるし、かつアルカ
リがＣａ塩と完全に反応せず土中に残存しアルカリ公害
をひき起す懸念も残されている。もし、初期物性の向上
を図り、材料費を安くする目的においては、そのモル比
は２．０〜２．５とすべきである。モル比変化に伴う、
強度の経時変化を第４図に示した。このような活性液と反応する反応液としては。代表的なものはカルシウム塩溶液である。このカルシウ
ム塩としては、塩化カルシウム、蟻酸カルシウム、酢醸
カルシウムまたはプロピオン酸カルシウム等を挙げるこ
とができる。薬液全体としてのＣａｂ／　ＳｉＯ２比は
、０．３〜１．５が望ましい。塩化カルシウムはその中
でも溶解性に優れ、安価であるなどの点で最適である。しかしながら、Ｋｇ、　Ｚｎ、　ＡＩおよび３価のＦｅ
の群から選ばれた塩化物、水酸化物または炭酸化物も用
いることができる。実験室的に活性液と反応液とをビーカ内で反応させても
結晶は生成しないか十分でない、注入管の手前で、ある
いは注入管内で合流させても、両液の反応性が高いので
ゲル化物が生成し、これを地盤中に注入することになる
ので、結晶が生成せず、通常の水ガラス系薬液を注入す
る場合と同様で、恒久性のある強度の高い固結体を造成
することはできない、これに対して、両液を分離的に注
入し、地盤内において始めて接触させると、目的の良好
な結晶を生成させることができる。かかる分離注入法の具体例としては、第５図のように、
反応液（Ｂ液）をあるステップで注入し。次いで同一ステップで好ましくは３０分以内に活性液（
Ａ液）を注入することにより行う、また必要ならば、さ
らに同一ステップでＢ液→Ａ液（→）の注入を繰返して
もよい、かかる同一ステップの施工が終ったならば、ス
テップアップしてＢ液→Ａ液の注入を行う、第６図のよ
うに、２木の注入管を並設して両液を合流させるように
してもよい。第７図のように、同一注入管を用いて、異った注入位置
の注入口から各法を注入してもよい、Ｐはパッカーであ
る。活性液と反応液とを時間差をもって注入する場合、活性
液を先行させてもよいが、一般に反応液の粘性が低いの
で、続く粘度の高い活性液に押されて土粒子間から逸失
してしまうことがある。これに対して、活性液を先行さ
せると、これは粘度が高いので土粒子間に好適に残存し
、後行の反応液によって押し出されることはない、その
結果、強度が高く、止水性に優れた改良体を造成できる
。また、この種の地盤改良に当って、先に地盤になんらか
の処理をしておくことが多い、その代表例が、セメント
による処理である。この場合、セメント中にはフリーの
カルシウムが残存しているので、活性液を注入すると、
セメント中のフリーのカルシウム分と反応し結晶を生成
させることができる。また、元来、地盤そのものが石灰
質地盤の場合にも活性液と反応させることができる。し
かしながら、その種のカルシウム分の残存量は少いので
、補充的に反応液の注入を行うことが必要となることが
多い０周知のツレタンシュ注入工法では、セメントベン
トナイトで注入管周囲をパックしておくが、活性液はこ
れに好適に反応する。反応液を先行注入する場合の変形例として、始めに塩化
カルシウム溶液を注入した後、水酸化ナトリウムを注入
して、土粒子間に水酸化カルシウムの沈澱を生成させ、
しかる後装活性液を注入することも有効な方法である０
反応式は（３）、（４）式であられされる。ＣａＣｌ２　＋ＮａＯＨ＋Ｃａ（ＯＨ）ｚ　＋　＋２Ｎ
ａＣ１＊　・（３）Ｃａ（ＯＨ）２　＋　Ｎａ２Ｑ　ｅ
　ｎ５ｉ０２−＋ｘＧａＯｅ　ｙｓｉｏｚ　ｅ　ｚＨ２
Ｑ・・（４）（３）式の反応はＣａ（ＯＨ）２の沈澱を生じさせる反
応であるから、活性液により土粒子間から押し出される
ことはない、この方法は、注入口のごく近傍にのみＣａ
（ＯＨ）２の沈澱を予め生成させておくことにより、未
反応の活性液を残さない目的で、活性液とＣａＣｌ２等
の反応液との主反応の補助的方法として有効である。また、活性液と反応液との注入の順序は、荒い層では活
性液、中砂層は反応液、地下水の多くある地盤では活性
液をそれぞれ先行させるのが好ましい。ところで、活性液は、常温のものを使用する場合のほか
、４０”０以上に加温し、塩化カルシウム等の反応剤の
溶解量を増し、これを注入すると、地中に注入された時
点で液温か下がるので過飽和な状態が生じ、これを利用
して活性液と反応し易い状態を作り出すことも有効な方
法である。なお、本発明に係る活性液を用いて、コンクリート構造
物の亀裂補修に用いることもできる。

【実施例】

次に実施例によって本発明の詳細な説明する。（実施例１）ＮａｚＯ／５ｉ０２のモル比３．４の水ガラス（ＳｉＯ
ｚ　：２４．８％、　Ｈ２Ｏ：８７．７％、　ＮａｚＯ
ニア、５駕）の市販品８０見ト４８％の　Ｎａ０）ｌを
３０％としたちの２２文とを反応させ、３６時間放置し
た。その後、これを粘度調整のために、１／４倍量の水
で希釈して活性液を得た。他方、２水塩化カルシウム７５ｋｇを１０７１の水に溶
解し反応液を得た。その後、モールドに両液を１００：
１１０の割合の量で、かつ注入の順序を決めて、他方の
液を先の液の注入後１５分後に注入し、−軸圧縮強度お
よび透水係数の経時変化を調べた。その結果を第１表に
示す。第　１　表第　２　表第１表の結果から、本発明法によれば、従来法に比して
、圧縮強度が高く、止水性に優れ、しかも恒久性のある
改良体を造成できることが明らかである。また、活性液
先行の方が一般的に強度が高いことも判る。さらに、本
発明例では、電子顕微鏡下の観察で結晶の生成が認めら
れた。（実施例２）実施例１と同じ水ガラスを、ＫＯＨおよびＬｉＯＨと反
応させて活性液を得て、塩化カルシウム先行で注入を行
った結果を第３表に示す。第　３　表強度の結果を第４表に示す。第　４　表（実施例０活性化保持時間に伴う可使時間と液温との関係を調べた
ところ、第８図の結果が得られた。【発明の効果］以上の通り、本発明は、活性化ケイ酸アルカリを用いる
ので、結晶生成による恒久性のある改良体を造成できる
とともに、強度および止水性に優れた改良を行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明に係る結晶生成過程の説明
図、第３図は活性化維持の時間変化を示す相関図、第４
図はＮａｚＯ／ＳｉＯ□モル比を変えた場合の強度−経
時相関図、第５図（ａ）〜（Ｃ）、第６図および第７図
は分離注入法（地盤中での合流法）を示す概略図、第８
図は液温の差異に基く活性化度の相関図である。第１図第３図泊′階ｊ艇の処成吟覇（日）第４図第５図（０）　（ｂ）　（Ｃ）

Claims

【特許請求の範囲】

（＋）　Ｎａ２Ｑ・ｎＳ　ｉｎ□の水溶液で、かつ水酸
化ナトリウムを加えることによって、ケイ醸をイオン化
し活性を付与したものであり、前記５ｉＯｚ　／　Ｎａ
ｚＯのモル比が２．０〜２．５であることを特徴とする
改良剤。