JPS60124691A - グラウト注入方法 - 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】 【発明の技術分野１ 本発明は、地盤改良のために特別のケイ酸アルカリとこ
れに反応するの薬剤とを使用するグラウト注入工法に関
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、に
や正水性を改善することが汎く用いられている。この場
合の薬液としては、公害防止や価格等の点で水ガラス系
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〈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
化剤と組合ゼ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ＣａＣ１ｚ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１に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、地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、水ガ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］ 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Ｍ２Ｏ−ｎ５ｉＯｚ　（Ｍｔよ
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８２０φｎ５ｉＯｚ
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、１゛０−ｙｓｉｏｚ　・ＺＨ
２０（Ｍ　’は金属、カルシウムを用いればＮｏ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、次
の通りではないかと考えられる。たとえば、水力ラスと
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。

（Ｉ）水力ラスと水酸化ナトリウムとの接触・　・（１
） （ＩＩ）ｌ記（Ｉ）による接触に伴う活性化イオン化 すなわち水ガラスがＭａＯ）１と反応し、水ガラスの結
合が所々で分断され、【Ａ）または（Ｂ）のイオン状態
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、０．１層終〜ｌ＃Ｌ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、ｘｃａＯｚ　・ｙｓｉＯｚ　・２Ｈ２
０（たとえば３ＣａＯ＊　２Ｓｉ０２・３）１２０）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６ると、注入管を用いてＢ液（Ｃ
ａＣＩｚ　）を注入すると１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！。

１　・・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胸上と止水性
の改善効果があられれる。

［発明の概要ｌ 前記目的を達成するための未発ＩＪＪは、一般式Ｍ２０
・ｎ５ｉＯｚ　（ここでには−価のアルカリ金属）の水
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を付与した第１液
と、Ｍｇ、Ｚｎ、ＡＩおよび３価のＦｅの１’ｆから選
ばれた塩化物、水酸化物または炭酸化物水溶液からなる
第２液とを、地盤内において始めて接触するように注入
することを特徴とするものである。

本発明者は、活性化ケイｍアルカリがカルシウム塩と反
応して結晶を生成することを認めたが、他の反応剤を使
用できないかとさらに研究を進めたところ、現実的に十
分に反応しかつ価格等の面から実用的であるものを見出
した。そこで提案するのが本発明である。

［発明の具体例Ｊ 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・ｎ５ｉＯ□　（こ
こでＸ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斂化アルカリた
とえばＮａＯＨ１１ＫＯＨ１ＩＬｉＯＨ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、ゲーゾ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１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５ｉ
Ｏｚ　／　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１〜１４１１の
間に使用する必要がある。第３図にモル比３．４の３号
水ガラスと３０％の水酸化ナトリウムとを反応させて得
た液と、塩化カルシウム水溶液と反応させた場合の一輌
圧縮強度の時間変化を得た。同図から、目標の１０ｋｇ
／ｃｍ’以上の強度を得るためには、Ｕ（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。この可使時間が規定されるのは、
分子鎖の切断に最低２４時間要し、また１４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ＫＯ）ＩおよびＬｉＯＨ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６ｏｓ　、特に８０％以上含まれている
のが望ましい、活性液の粘度は、これが土粒子間に好適
に浸透するために、５〜５０ｃｐ　ｓ、特に２０〜３０
ｃｐ　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５ｉ０２　／　ＮａｚＯモル比は、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、酢酸カルシ
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、ノＣａＯ／　５ｉＯｚ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、Ｍｇ、　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ＪＩＩ！Ｉｍ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。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。

反応液を先行庄ス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、
しかる後に活性液を注入することも有効な方法である。

反応式は（３）、（４）式であられされる。

ＣａＣ１ｚ　＋　Ｎａ０１１−＋Ｃａ（ＯＨ）ｚ　↓＋
２Ｎ託１・１１（３）Ｃａ（ＯＨ）２＋　ＮａｚＯ＊　
ｎ５ｉ０２＋ｘＣａＯ＊　ｙｓｉｏ２　＊　ｚＨｚ。

・・（０ （３）式の反応はＣａ（ＤＨ）ｚ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ｔよ、注入口のごく近傍にのみＧ
ａ（ＯＨ）ｚ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ＣａｃＩｚ
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℃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１ 次に実施例によって本発明の詳細な説明する。

（実施例１） Ｎａ２０／Ｓｉ（＋２のモル比３．４の水ガシス（ＳＩ
Ｏ２：２４．８％　、Ｈ２Ｏ：８７．７Ｘ、　Ｎａ２Ｏ
ニア、５％）（７）市販品８０１と４８％のＮａＯＨを
３０％としたもの２２文とを反応させ、３８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１０７　ｕ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ｎ（開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Ｊ 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／Ｓ　ｉ（ｈ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〈活性化度の相関図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）一般式Ｍ２０・１ＳｉＯｚ　（ここで阿は一価の
   アルカリ金属）の水溶液であり、・−価のアルカリ金属
   の水酸化物を加えることによって、ケイ酸をイオン化し
   活性を付与した第１液と、Ｍｇ、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
   物水溶液からなる第２液とを、地盤内において始めて接
   触するように注入することを特徴とするグラウト注入工
   法。