JPS62243676A - 水ガラスのゲル化に用いる酸性反応剤溶液 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、軟弱地盤の止水や地盤強化を目的とする水ガ
ラス系薬液注入工法に関し、特に水ガラス系薬液注入工
法において使用する酸性反応剤及び酸性反応剤の製造方
法に関する。

〈発明の背景〉 水ガラス系薬液注入工法では元来は高アルカリ性の水ガ
ラスのゲル化・固結のためにはゲル化剤を使用する。こ
のようなゲル化剤は酸性反応剤と、アルミン酸ソーダの
如きアルカリ反応剤とに別けることができる。アルカリ
反応剤は、アルカリ性領域でのゲル化剤として使用され
、酸性反応剤はアルカリ性領域でのゲル化剤として使用
される場合と近年になって開発された中性−酸性領・域
でのゲル化のためのゲル化剤として使用される場合があ
る６ 中性−酸性領域でゲル化させる方法は、水ガラスに酸性
反応剤を添加して中性−酸性領域で直接にゲル化させる
直接法と、水ガラスを一旦強酸性にして調製した酸性シ
リカゾル（酸性水ガラス）にアルカリ剤を添加して所定
のＰＩ−１値においてゲル化させる間接法とに別けるこ
とができる。

この間接法においては、酸性シリカゾルの調製のために
酸性反応剤を使用しなければならない。

〈従来の技術〉 従来から用いられてきた酸性反応剤としては、硫酸、塩
酸、燐酸などの無機酸、重硫酸ソーダ、チオ燐酸ソーダ
などの酸性塩類、蟻酸、酢酸などの有機酸がある。

これらの酸性反応剤のうち、効力及び取り扱い上の問題
、更には環境保全及び経済性を考慮して、強酸性を呈す
る硫酸が多用されている。

然し乍ら、）ｌ、ＳＯ４を１０％以上（１０７ｇ／Ｑ以
上）含有する硫酸溶液は劇物に指定されており、その取
り扱い及び管理については法的な規制を受けることにな
る。従って、薬液注入工法の施工や建設現場で発生する
アルカリ廃液の処理に硫酸を用いる場合には上記の法的
な規制による制約がある。即ち、劇物を使用できない現
場での施工に際しては、予め劇物の指定範囲外であるＨ
、５ｏ４１０％以下に調製しておいた硫酸を現場に運搬
して使用しなければならない。このため、現場から離れ
た場所に硫酸の稀釈のための設備を準備しなければなら
ず、設備費が嵩むばかりでなく運搬の費用も増す、更に
大きな問題点は、稀釈した硫酸は酸性反応剤としての効
力が低下すること間を要するうえに、溶解に際してガス
の発生に基因する臭気の問題が起こり、密閉状態のトン
ネル内などの現場では作業環境上の問題も起こる。冬本
発明は、上記のような従来技術の問題点の解決を意図す
るものである。

即ち１本発明は、　　Ｈ，Ｓｏ４含有量が１０％以下で
あり、しかも酸性反応剤として高い効力を持つ安価な酸
性反応剤溶液を提供せんとするものである。

〈問題点を解決するための手段〉 本発明による酸性反応剤は、硫酸ナトリウムを稀釈した
硫酸水溶液に添加し溶解させて調製したものであること
と、下記の［Ａ］及びＣＢ］の閾条件を満足することを
特徴とする６条件［Ａ］：硫酸の含有量が酸性反応剤溶
液１ｌ当たり１０６ｇ以下であること。

条件［８］　：硫酸ナトリウムの添加量が酸性反応剤溶
液１ｌ当たり１２０　ｇ乃至４８０ｇの範囲内にあるこ
と。

本発明による酸性反応剤溶液は、水ガラス系注入薬液で
用いる酸性反応剤として使用できるばかりでなく、建設
工事で発生するアルカリ排水の中和処理にあたっても使
用できる。

本発明は、更に、上記の如き酸性反応剤溶液の製造方法
を提供するものである。本発明による酸性反応剤溶液の
製造方法は、攪はん手段を備えた耐酸性容器に所定量の
粉末状のＮａ、ＳＯ４を入れ、必要量の水を加え更にＨ
，ＳＯ，を添加し、混合物の温度を常温から１００℃の
範囲に保ちつつ攪はん下で反応させた後に放冷すること
により、生成するＮａ１ｌＳＯ４を晶出させることなく
溶解状態に保持したことを特徴とする。

即ち１本発明は硫酸含有量１０％以上の硫酸水溶液に中
性の硫酸ソーダを加えると下記の反応により重硫酸ソー
ダと１０％以下の硫酸とを含有する酸性反応剤溶液が得
られることにもとすくものである。

ＨｚＳＯ＊　　＋　Ｎａ５ＳＯ＊　　＝　　ＮａＨＳＯ
４−−−−−（１）上式（１）の反応により生成したＮ
ａＨＳＯ，は高濃度でも結晶として析出することなく溶
解状態で液中に保持される。その結果、多量のＮａ、Ｓ
ｏ。

を添加することが可能となり、極めて多量のＮａ２ＳＯ
４を含有する（ＩＩ２Ｓｏ、換算で１ｌ当たり約３７０
〜４８０ｇ）酸性反応剤溶液を調製することができる。

これに対し、に２Ｓ０４　も下記の式（２）に示される
反応によりＫＨＳＯ３を生成するがＫＨＳＯ３は常温（
３０℃乃至０℃）における溶解度が比較的小さいために
（１１□ＳＯ，換算で１ｌ当たり約３１０〜１０２　ｇ
）実用上のメリットが低い、　　Ｋ、ＳＯ４はＮａ、　
ＳＯ４よりも高価であることも考慮して１本発明の技術
的範囲は硫酸と重硫酸ソーダ客噛癲キーポとの混合溶液
に限定した。

Ｋ、Ｓｏ４＋・ｊ４．ｓｏ、　＝　ＫＨ３Ｏ，−−−−
−（２）なお１本明細書中で用いる「常温」という語句
は、夏季の最高気温から水又は水溶液の凝固点までの温
度を意味するものである。

上記（１）の反応を行なわせる装置は、特に限定される
ものではないが、本発明において好ましく使用される装
置を第１図に示しである。こので稀釈されている硫酸を
貯蔵・運搬するための第２の容器３からポンプ４により
管５を介して硫酸を導入する。モータ６により、攪はん
翼７を回転させて混合容器１の内部の液を攪はんして充
分に混合させて、所期の酸性反応剤溶液を調製する。

尚、材料の混合順序は、特に限定されず。

上記と逆の方法、即ち混合容器１に所定量の稀釈硫酸水
溶液を入れておき、これに硫酸ソーダ（粉末）を加えて
もよい、然し乍ら、短時間の間にできるだけ多量の硫酸
ソーダを硫酸に溶解させるためには、前記の如く、攪は
んにより粉末状の硫酸ソーダを水に分散させた状態の混
合物に硫酸を添加する方法のほうが好ましい。

製造時の水温は、溶解時間の短縮のためには高温度のほ
うがよいが、通常は室温から１００℃の間の温度、好ま
しくは４０〜６０℃の範囲内の温度で調製する。

本発明で使用する硫酸は、予め水で稀釈された硫酸であ
るが、好ましくはＨ２ＳＯ，含有量が少なくとも２０％
以上である。硫酸水溶液中に粉末状の硫酸ソーダを混入
する方法を採用した場合には、濃硫酸の使用は避けるべ
きである。

本発明の酸性反応剤溶液の製造に当たって添加する硫酸
ソーダの添加量は上式（１）の反応によって生成するＮ
ａＨＳＯ，の水に対する溶解度で決まるｍ　　Ｎａ　Ｈ
ＳＯ４の水に対する溶解度は、水温に大きく左右される
が１本発明では酸性反応剤溶液が使用時の温度で液状を
保持することが必須の条件であることから、常温（２０
〜３０℃）において酸性反応剤溶液１ｌ当たり約４８０
ｇを上限とした。

一方、硫酸ソーダの下限は、溶解度には関係なく定める
ことができるけれども、酸性反応剤としての効力の面か
ら、少なくとも１７％硫酸の効力に相当する硫酸ソーダ
を添加する必要があり、１ｌ当たり約１２０ｇのＮａ２
ＳＯ４を入れることが必須の要件となる。即ち、本発明
においては、硫酸ナトリウムの添加量が酸性反応剤溶液
１ｌ当たり１２０ｇ乃至４８０ｇの範囲内にあること（
条件［Ｂ］　）が条件であり、この範囲内において硫酸
ソーダをできるだけ多量に含むものが好ましい。

本発明の酸性反応剤溶液中の硫酸の量は、劇物に指定さ
れた範囲外、即ち酸性反応剤溶液１ｌ当たり１０７ｇ以
下、であればよい。ゲル化剤としての効力の点からは勿
論Ｈ，Ｓｏ、分は多いほうがよいのは言うまでもない。

本発明による酸性反応剤溶液は、硫酸と硫酸ソーダとの
組合せによって調製されるが、本発明の酸性反応剤と同
じ成分を有し同一の効力が得られるものであればＮａ２
ＳＯ４以外の化合物を用いることもできる。

以上のようにして得られた本発明の酸性反応剤溶液の大
きな特徴は、これを水ガラスのゲル化剤として使用する
と酸性反応剤溶液製造時に用いた硫酸骨の効力に加えて
硫酸ナトリウムが此に見合った量の酸としての効力を発
揮することである。即ち１本発明の酸性反応剤溶液中に
含有される硫酸は１０％以下であるにもかかわらず、多
量のＮａ２ＳＯ４を共存させであるために、単独ではゲ
ル化剤としての効力を持たない硫酸ソーダが言わばゲル
化助剤として作用し、硫酸単独で用いる場合に比し＃効
力を持つゲル化剤となる。

従って、約１０％の硫酸をゲル化剤として使用する場合
と比較すると、本発明により約１０％の硫酸とＱ当たり
約４３０ｇの硫酸ソーダとから調製された本発明の酸性
反応剤溶液を用いた場合には酸性反応剤の運搬量を約１
／４にてき又使用する容器等も小さくて済むため経済上
の効果を持つばかりでなく、非アルカリ系の間接法にお
いて高濃度のシリカゾルを製造できるという技術的効果
を期待できる。

方法において問題となっていた臭気（ガス）の発生がな
く、溶解に要する時間による作業時間のロスもない。

本発明の酸性反応剤溶液に、更に、酸性のアルミニウム
塩、例えば硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、明ば
ん等を加えることにより、更に少量の酸性反応剤の使用
でゲル化させることができる。

〈実施例〉 以下に、実施例及び比較例を挙げて、本発明について更
に詳細に説明する。

以下の使用した水ガラスはＪＩＳ３号品、硫酸は７０．
７％の工業用希硫酸（１ｌ当たり１１５０ｇのＨ２ＳＯ
４を含有）、硫酸ソーダは工業用、重硫酸ソーダはグラ
ウト用、硫酸アルミニウムは工業用８％溶液を使用した
。

−験−１−１〜８　　び　　　　１〜８ビーカー内に所
定量の硫酸ソーダ（粉末）と水を入れ６０℃程度に温め
攪はん棒で攪はんしながら硫酸を加えて均一な液状にし
た後、６０℃、３０℃及び０℃の恒温そう中で２４時間
保持した後の溶液の状態を表１に示す１表１の結果から
判るように、本発明の酸性反応剤溶液は常温（３０〜０
℃）において完全な液状を保ち、１１□Ｓ０４分約１７
％以上の範囲でのＮａ、　ＳＯ４混入量は酸性反応剤溶
液１ｌ当たり約１２０〜４８０ｇであり、残留する硫酸
を１０％以下としなからＨ２ＳＯ４分として約１７〜３
４％（Ｑ当たり約２００〜４３０ｇ）に相当する効力を
発揮していることが表１の結果から明らかである。

これに対し、８２８０４分が１０％以下の場合における
に、Ｓｏ４の混入可能量は常温範囲内ではＱ当たり約１
３０ｇに過ぎず（Ｈ，３０４分として約１７％以下）実
用上大きな効力は得られないことが判る。尚、表１の実
施例２の酸性反応剤溶液について第１図に示す装置を用
い現場規模で本発明による酸性反応剤溶液を製造したが
実験室におけると同様の良好な結果が得られた。

（以下、余白） ’−−２９〜１９　　び　　　　９〜１５表１に示す実
施例２及び６の酸性反応剤溶液と水ガラス溶液とを組み
合わせてアルカリ領域でゲル化させた結果を表２に示す
、（実施例９〜１６及び実施例１７〜１９） 表２には、比較のために、実施例２及び６の酸性反応剤
溶液の製造時に使用したと同量の硫酸を用いた例を比較
例９〜１２（硫酸：３４２ｍＱ／Ｑ）及び比較例１３〜
１５（硫酸：２８２ｍＱ／Ｑ）として示しである。

表２の結果から判るように、比較例よりも本発明の酸性
反応剤溶液（実施例）のほうが酸としての効力が若干大
きく、添加量が同じであればゲルタイムが短くなるとい
う興味ある知見が得られた。

又、酸性アルミニウム塩を含有する本発明による酸性反
応剤溶液は、更に酸としての効力が大きい。

（以下、余白） 去」し−１ 実験−２で使用した本発明の酸性反応剤溶液（実施例２
の酸性反応剤溶液を使用）と比較例（硫酸のみを使用）
を実験−２の配合に準じて、直接法による中性−酸性領
域でゲル化させた場合のＢ液添加量とＰＨ値との関係を
第２図にｐＨ値とゲルタイムの関係を第３図に示した。

図面のグラフから１本発明の実施例を示す曲線のほうが
、比較例を示す曲線よりも傾斜が緩やかであり、少しで
はあるが、ゲルタイムの調整が容易であることが判る。

−−４−例２０　び比　　１６） 実施例２の酸性反応剤溶液とこれに対応する量の硫酸を
単独使用した溶液（比較例）とを用いて非アルカリ系の
間接法の主材である酸性シリカゾルの製造をした例を示
す。

この結果から１強酸性のシリカゾルの製造に当たっては
、硫酸を単独で使用するほうが得策ではあるが１本発明
の酸性反応剤溶液を用いてシリカゾルを製造することも
できることが判る。

去１ビニｉ 実施例２の酸性反応剤溶液を使用して酸性シリカゾルを
製造した結果を表４に示す。

表４の結果から明らかなように、比較例の１０％硫酸単
独の使用では高濃度のシリカゾル溶液の製造は不可能で
あり、従って高い強度を要求される場合の注入薬液を調
合できないという致命剤溶液は１０％硫酸の約３．６倍
の効力を発揮しており、高濃度のシリカゾル溶液の製造
が可能と−なり、惹いては極めて高い強度を要求される
場合の注入薬液を調合できる。

（以下、余白） −１−６（比較例） ２０ＯｍＱ入りのグラウトミキサー（回転数ニア５）を
用いて、従来から注入薬液で使用されて来ている重硫酸
ソーダ（ＮａＨＳＯ＊・Ｈ，Ｏ１粉末）を夫々１２ｋｇ
及び１４ｋｇミキサーに入れ水を加えて２００Ｑとして
２５℃に保ちつつ攪はんしたところ、何れも１分以内に
溶解したが、溶解時に悪臭を発した。

一方、水温を１℃としたときには、臭気は耐えられる程
度であったが、重硫酸ソーダの溶解に、夫々、約５分及
び１１分を要した。

一般に、ミキサーを用いて注入現場で注入薬液を調合す
る場合、調合に要する時間は作業上極めて重要な要素と
なり、通常は１〜２分以内に調合を完了する必要がある
と考えられている。従って、従来法による重硫酸ソーダ
の現場での溶解使用は、特に冬期に多量の重硫酸ソーダ
を含有する配合の場合には施工上問題がある。

又、冬期において多量の重硫酸ソーダを水に溶解するこ
とは著しく困難であるため、粉末状の重硫酸ソーダを使
用して高濃度の酸性シリカゾルを調製することの困難性
は実験−５からも明らかであろう。

ヌ】レー灸 セメントを懸濁させてセメント粒子を沈降加えたところ
液のｐＨは７．８になった。

比較のために、１０％硫酸水溶液を用いて同様の操作を
行なったところ、０．７２　ｆｆの使用で液のｐＨ値は
７．２を示した。

去】ヒ１− 溶液０．３０　Ｑを加えたところ液のｐＨは６．９にな
った・ 比較のために、１０％硫酸水溶液を用いて同様の操作を
行なったところ、１．ＯＱの使用で液のρ］１値は７．
１になった。

〈発明の効果〉 以上の説明から明らかなように、本発明の酸性反応剤溶
液は硫酸と硫酸ソーダとを組み合わせることにより、液
中に残留する硫酸分を１０％以下にしながら、硫酸分１
７〜３４％相当の効力を持ち常温で液状に保持できる。

本発明による酸性反応剤溶液は地盤注入工法においてゲ
ル化剤として使用できる外、建設工事で発生するアルカ
リ性廃水の中和処理材としても利用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の酸性反応剤溶液の製造に用いる装置
を模式的に示す説明図である。 第２図は、本発明の実施例と比較例の 第３図は１本発明の実施例と比較例のＰＨとゲルタイム
の変化との関係を示すグラフである。 １：混合装置、　　　　２：攪はん手段３：容器　　　
　　　　４：ポンプ ５：管　　　　　　　　６：モータ ７：攪はん翼 冨　１　口 懺　２島 Ｂ北（ｊＯＱ−也ｈ１１） Ｐ１″（

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）水ガラスを主材とし、これに酸性反応剤を加えて
   アルカリ性領域又は中性−酸性領域でゲル化させる薬液
   注入工法において水ガラスをゲル化させるために用いる
   酸性反応剤溶液であって、前記酸性反応剤が硫酸ナトリ
   ウムを硫酸水溶液に添加・溶解させて成り、下記の［Ａ
   ］及び［Ｂ］の両条件を満足することを特徴とする酸性
   反応剤溶液： 条件［Ａ］：硫酸の含有量が酸性反応剤溶液１ｌ当たり
   １０６ｇ以下であること、 条件［Ｂ］：硫酸ナトリウムの添加量が酸性反応剤溶液
   １ｌ当たり１２０ｇ乃至４８０ｇ の範囲内にあること。
2. （２）更に１種又は２種以上の酸性アルミニウム塩を含
   有することを特徴とする特許請求の範囲第（１）項に記
   載の酸性反応剤溶液。
3. （３）建設工事で発生するアルカリ排水の中和処理のた
   めに用いる酸性反応剤溶液であって、前記酸性反応剤が
   硫酸ナトリウムを硫酸水溶液に添加・溶解させて成るこ
   とと、下記の［Ａ］及び［Ｂ］の両条件を満足すること
   を特徴とする酸性反応剤溶液： 条件［Ａ］：硫酸の含有量が酸性反応剤溶液１ｌ当たり
   １０６ｇ以下であること、 条件［Ｂ］：硫酸ナトリウムの添加量が酸性反応剤溶液
   １ｌ当たり１２０ｇ乃至４８０ｇ の範囲内にあること。
4. （４）特許請求の範囲第（１）項に記載の酸性反応剤溶
   液の製造方法であって、攪はん手段を備えた耐酸性容器
   に所定量の粉末状のＮａ＿２ＳＯ＿４を入れ、必要量の
   水を加え更にＨ＿２ＳＯ＿４を添加し、混合物の温度を
   常温から１００℃の範囲に保ちつつ攪はん下で反応させ
   た後に放冷することにより、生成するＮａＨＳＯ＿４を
   晶出させることなく溶解状態に保持したことを特徴とす
   る方法。
5. （５）特許請求の範囲第（１）項に記載の酸性反応剤溶
   液の製造方法であって、稀釈した硫酸溶液に粉末状のＮ
   ａ＿２ＳＯ＿４を添加し、混合物の温度を常温から１０
   ０℃の範囲に保ちつつ攪はん下で反応させた後に放冷す
   ることにより、生成するＮａＨＳＯ＿４を晶出させるこ
   となく溶解状態に保持したことを特徴とする方法。