JPS6212280B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、シリカゾル溶液を用いた地盤注入
薬液に関するものである。 一般に、強アルカリである水ガラスは、その水
溶液に酸性反応剤を加えて任意の特定PH値に固定
的に調整維持することにより、その調整PH値に対
応したゲルタイムで固結するという性質を有し、
その調整PH値がアルカリ領域、酸性領域のいずれ
においてもPH値が中性付近でゲルタイムが最も短
くなり、強酸性又は強アルカリ性に近ずく程長い
ゲルタイムで固結することが広く知られている。 そして、従来この水ガラスの性質を利用してア
ルカリ領域の特定PH値に調整した水ガラスを注入
する工法が実施されていたが、酸と未反応の水ガ
ラスが残留するため、アルカリの溶脱による地盤
のアルカリ汚染公害の問題を生じ、そのため近年
においては水ガラスに加える酸の添加量を増加し
てそのアルカリ分の全量を除去することにより、
酸性領域の特定PH値に調整したシリカゾル（酸性
水ガラス溶液）を作り、、酸性領域における特定
のPH値に対応したゲルタイムを得て注入する注入
工法が専ら実施されているのが現状である。 しかるに、このシリカゾルの調整PH値とゲルタ
イムの対応関係をグラフに表わすと明瞭なよう
に、PH３付近からPH５付近の長いゲルタイムが得
られる範囲においてはほぼ垂直な直線で表され、
水ガラスと酸性反応剤などの微量な配合量の相違
によつてPHが大幅に変動し、このPH変化に対応し
てゲルタイムが大幅に変動するため、シリカゾル
をこの範囲における正確なPH値に調整することは
極めて困難で、極く微量なPH調整を確実になし得
る混合装置を開発しない限り、数分から数時間の
ゲルタイムが得られるシリカゾルの注入施工は現
実には採用しえないと考えられていたのである。 そのため、従来においては比較的PH調整の容易
なPH５〜８の弱酸性乃至中性の範囲の所定PH値に
調整して、数秒乃数分の極く短いゲルタイム（主
として30秒前後）のシリカゾルを注入する工法が
採用され、更にこの工法においてPH調整をより容
易化し、ゲルタイムの設定を容易化するために、
予めPH１〜３程度の強酸性に調整されたシリカゾ
ルに水溶性アルカリ反応剤を添加し、配合時にお
いて予め弱酸性乃至中性の特定値に微調整して注
入するようにしたシリカゾル注入工法も採用され
ている。 しかしながら、この工法に用いる注入液は、配
合時において既に中性乃至弱酸性に維持されてい
ることから注入後地盤や地下水に影響を与えない
点では優れているが、水ガラスと酸性反応剤及び
水溶性アルカリ反応剤の配合量による微妙なPH調
整操作の下に厳密なPH管理を要する上に、得られ
るゲルタイムも瞬結から数分という極めて短いも
のに限定されるという難点がある。 この発明は前記従来のシリカゾルを用いた注入
薬液の課題を解決するために、ゲル化剤として水
に難溶性の炭酸塩である炭酸カルシウム又は炭酸
マグネシウム若しくはこれらの混合物粉末を水に
混入した懸濁液を、強酸性に調整したシリカゾル
中に添加混合することにより、シリカゾルに対し
て緩やかに中和反応を進行させ、PHを中性方向に
連続流動的に移行させながら地盤に注入し、中和
反応の時間的な遅れによつて、困難なPH調整操作
を一切要することなく確実に長いゲルタイムを得
て注入することができ、しかも反応収束時にシリ
カゾルそのものを中性に移行して地盤や地下水に
影響を与えないようにした合理的な地盤注入薬液
を提案するものである。 以下この発明を具体的な実施例に基づいて説明
すると、水ガラス水溶液を酸性液剤で処理して得
た強酸性シリカゾル（通常はPH１〜３以下）を製
造し、これにゲル化剤として水に難溶性の微粉末
で水中では中性乃至ほぼ中性を呈し、酸に対して
緩やかな中和反応をなす炭酸カルシウム
CaCO₃、又は炭酸マグネシウムMgCO₃、若しく
はこれらの混合物の微粉末を水に混入した懸濁液
として添加混合する。 上記ゲル化剤の粉末の粒度は、通常の撹拌操作
によつて粉末が水中に浮遊し、20〜30分間程度浮
遊液状を保つ程度の粒子であればよい。 このような水に難溶性の炭酸カルシウム又は炭
酸マグネシウム粉末などは、水中では粉末を維持
して地下水とほぼ同程度の中性乃至ほぼ中性を示
すが、酸に対しは直ちに全量の反応が進行せず、
時間的に緩慢に緩やかに中和反応を起すものであ
つて、中性乃至ほぼ中性であるが故に水に溶けて
アルカリ性を呈する炭酸ソーダ、苛性ソーダ、水
ガラス等の水溶性アルカリ反応剤のように、積極
的に酸と反応して過剰ならばアルカリ性にまで移
行するような力はなく、多少過剰に配合して酸性
液と反応してもアルカリ領域に移行することなく
中性を維持するものである。 そして、粉末であることから酸に対してはその
表面から内部にかけて徐々に連続的に反応し、反
応が収束するまでに所定時間を経過しながらその
間に液のPHを連続流動的に中性方向に移行させ
る。また、表面から内部に反応してゆく故に、表
面積が大きく液のPHが低い反応初期に反応が急速
に進行して、反応が内部に及び液のPHが高まるに
つれて徐々に鈍化する傾向を示し、そのため同じ
量ならば粒子の小さいものほど（全体の反応面積
が大きい）、また反応し易い品質のものほど反応
速度が速くなる傾向を示すことになり、また添加
量が多い程反応速度が速くなる。 このようなゲル化剤の挙動は、水溶液が単にア
ルカリ性を呈することに基づいて酸に対して瞬時
に中和反応して反応を収束し、ほとんど瞬時に一
定PH値を示して固定的に維持する水溶性アルカリ
反応剤には全く見られないものである。 従つて、上記水に難溶性のゲル化剤を強酸性シ
リカゾルに所要量添加混合すると、シリカゾルに
対して時間的に緩慢に中和反応を持続しながら第
１図に示すようにそのPH値を連続流動的にゆつく
りと中性方向に移行し、終局的には所定時間を経
過した中和反応収束時において地下水の水質基準
値と同程度のほぼ中性を呈することになる。 なお、第１図は上記ゲル化剤を添加後のシリカ
ゾルのPH値をゲル化後においても引き続き測定し
た結果をプロツトした一例を示したものであり、
横軸は対数目盛で示してある。この場合、反応初
期は反応が急激でPH値を正確に確認できないた
め、グラフから省略したが、上向き上り勾配に急
上昇するものである。 このようにしてシリカゾルの中和反応が時間的
に緩慢に進行し、当初の強酸性PH値から連続流動
的にゆつくりと中性方向に移行し、反応が多少鈍
化した時点に至つてゲル化し、ゲル化後も反応を
持続することになる。 従つて、ゲル化に至るまでの反応の時間的遅れ
の長さに対応して比較的長いゲルタイム、例えば
約10分〜30分以上のゲルタイムが得られ、このゲ
ルタイムは上記ゲル化剤の添加量が多い程反応が
速く進行してPHを中性方向に移行するから、それ
だけゲルタイムは短くなり、そのため添加量を適
宜調節することによつて任意のゲルタイムを設定
することができる。 このゲルタイムは、第２図に示すように上記水
に難溶性のゲル化剤の添加量に応じて緩やかに変
化し、多少添加量に誤差があつてもゲルタイムの
変動は小さく、しかも過剰に添加しても約２分以
下の瞬結性ゲルタイムにならないと共に、反応収
束時にアルカリ性に移行することなく中性に近い
値に維持される点において、実際施工に際してゲ
ルタイムの制御が極めて容易になる。 また、未反応の上記ゲル化剤が残留しても固結
に悪影響は認められず、地盤に対しても何ら公害
をもたらすことはない。 従つて、シリカゾル溶液をＡ液とし、上記ゲル
化剤の懸濁液をＢ液として1.5シヨツト工法によ
る注入を行うことができ、二台のポンプの吐出量
が多少変動しても、ゲルタイムが設定目標値から
大幅に変動することはない。 なお、第２図は、強酸性シリカゾル溶液に混入
する上記ゲル化剤の添加量を変化させた場合にお
けるゲルタイムの変化の一例を示したものであ
る。同図中、比較のために、同じシリカゾル溶液
100c.c.に水溶性アルカリ剤である炭酸ソーダを添
加した場合のゲルタイムの変化を点線で示した。 また、上記ゲル化剤はその反応初期において活
発な反応によつて急激なPH上昇を生ずるため、注
入に際して注入ポンプへのシリカゾル流送路の途
中において添加することにより、注入ポンプに到
達した時点でシリカゾルのPHを弱酸性乃至中性付
近を呈するようにして、ポンプの腐食を防止する
ことができる。 このようにこの発明の注入液は、最終的に地盤
や地下水に影響のない中性乃至ほぼ中性のPH値を
呈するにも拘らず、従来のように特定PH値に正確
に調整するという困難な操作を一切要することな
くPH調整に無関係に長いゲルタイムを得られる点
において、従来の水溶性アルカリ反応剤を用いて
特定PH値に調整維持したシリカゾル注入液では得
られない特徴を有するものである。 以下に実施例並びに比較例を挙げてこの発明の
特徴を明らかにする。 この実施例及び比較例において、水ガラス原液
は、比重34.5ボーメ、SiO₂ 23.5重量％、Na₂O含
有量7.3重量％ののもの、ゲル化剤としての炭酸
カルシウム及び炭酸マグネシウムは沈降性の試薬
一級品、炭酸ソーダは試薬一級品、硫酸は工業用
75％硫酸をそれぞれ用いた。また、液温は18〜20
℃に保つた。 実施例 １〜５ 下記のシリカゾル溶液とゲル化剤として炭酸カ
ルシウム懸濁液を用いて各種配合の注入液を作つ
たところ、表１に示す結果を得た。 ［酸性シリカゾル溶液の配合］ 水ガラス原液 200容量部 硫 酸 30容量部 水 770容量部 上記の配合によつて得られたシリカゾル溶液の
PH値は1.8であつた。 ［ゲル化剤の配合］ 炭酸カルシウム 50Kg 水 500

【表】 表１から分るように、この発明による注入薬液
のPH値は、混合後の時間の経過に伴なつて緩やか
に変化しており、実施例５のように長いゲルタイ
ムが得られる場合においても、ゲル化時において
は混合直後の強酸性PH値よりも中性に近いPH値を
示すという特徴がある。 また、反応は当然未反応状態のゲル化時以降に
おいても引き続き進行するため、中和反応収束時
において確実に固結物のPH値をほぼ中性に移行
し、地盤や地下水に対し酸性化などの影響がない
という効果も発揮することになる。 なお、実施例１の配合よりもゲル化剤の量を増
加しても、ゲルタイムはほとんど変化しないこと
が実験で確かめられた。 比較実験例 この発明との比較のため、従来の水に可溶なア
ルカリ剤である炭酸ソーダ（Na₂CO₃）をゲル化剤
として用いて実験した例を表２に示す。 使用したシリカゾルの配合は上記実施例１〜５
と同様である。 ［ゲル化剤の配合］ 炭酸ソーダ 50Kg 水 500

【表】 表２から分るように、水に可溶なゲル化剤を用
いた場合には、注入液のPH値は時間の経過に無関
係に一定値を維持し、配合時における水にゲル化
剤の添加量の微量な変動によつて、ゲルタイムが
大幅に変動する。 実施例 ６〜９ 下記のシリカゾル溶液とゲル化剤として炭酸マ
グネシウム懸濁液を用いて各種配合の注入液を作
つたところ、表３に示す結果を得た。 ［酸性シリカゾル溶液の配合］ 水ガラス原液 300容量部 硫 酸 45容量部 水 655容量部 上記の配合によつて得られたシリカゾル溶液の
PH値は1.6であつた。 ［ゲル化剤の配合］ 炭酸マグネシウム 25Kg 水 500

【表】 実施例10〜12；比較実験例 シリカゾル溶液とゲル化剤の混合比の変動に伴
なう注入液のゲルタイムの変動が、この発明の場
合と、従来の可溶性アルカリ反応剤用いた場合と
でどのように相違するかを明らかにするために、
表４に示す配合実験を行つた。 この場合、使用したシリカゾル溶液は実施例６
〜９で用いたものと同じものであり、またゲル化
剤はそれぞれ実施例１〜５及び比較実験例〜
で用いたものと同じものである。

【表】 表４から分るように、可溶性アルカリ反応剤を
用いた場合には、配合比の変動に伴ないゲルタイ
ムが敏感に大きく変動するのに対して、この発明
による注入液は配合比のバラツキによるゲルタイ
ムの変動が小さく、現場作業におけるゲルタイム
の制御が容易であることが分る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明工法の注入液の時間経過に伴
なうPH値の変化の一例を示す線図、第２図はこの
発明に用いる炭酸カルシウムの添加量とゲルタイ
ムの対応関係の一例を示す線図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 水ガラスを酸性液剤で処理して得た強酸性シ
   リカゾル溶液に、炭酸カルシウム、炭酸マグネシ
   ウム又はこれらの混合物の微粉末を水に混入した
   懸濁液を添加混合してなることを特徴とする地盤
   注入薬液。