WO2021153046A1 - 地盤改良剤及び地盤改良方法 - Google Patents

地盤改良剤及び地盤改良方法 Download PDF

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WO2021153046A1
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viscosity
agent
ground
curing agent
thickener
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齋藤　誠
佐々木　崇
伊藤　弘樹
渡辺　亨
茂生 笹原
雄司 松山
悠 奥野
佳裕 三谷
Original Assignee
デンカ株式会社
富士化学株式会社
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    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K17/00—Soil-conditioning materials or soil-stabilising materials
    • C09K17/02—Soil-conditioning materials or soil-stabilising materials containing inorganic compounds only
    • C09K17/12—Water-soluble silicates, e.g. waterglass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • C09K17/00—Soil-conditioning materials or soil-stabilising materials
    • C09K17/40—Soil-conditioning materials or soil-stabilising materials containing mixtures of inorganic and organic compounds
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    • C09K17/46—Inorganic compounds mixed with organic active ingredients, e.g. accelerators the inorganic compound being a water-soluble silicate
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D3/00—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
    • E02D3/12—Consolidating by placing solidifying or pore-filling substances in the soil

Definitions

  • the present invention relates to a ground improving agent and a ground improving method.
  • a curable injection agent is injected into the ground through a rod in order to strengthen the soft ground
  • many injection agents are known.
  • the injection agent for example, a suspension type using cement milk or the like, and a solution type using water glass or a polymer are known.
  • the suspension type is superior in terms of compressive strength during hardening, but it is not suitable for tunnel construction on soft ground (including rock) because it has low permeability to the ground and the solidification speed is slow. In some cases.
  • a two-component curable injection agent containing a polymer has been widely used.
  • a hole is drilled along the arch of the top in the top of the tip of the face to prevent the top of the tunnel face from falling.
  • the ground is strengthened by injecting a two-component curable injection material into the ground and allowing it to penetrate into the ground.
  • Patent Document 1 describes a cured composition composed of a solution A containing water glass as a main component and a solution B composed of isocyanate, and Patent Documents 2 to 4 use isocyanate as an injection material. Has been described.
  • Injection materials such as Patent Documents 1 to 4 have the advantage of low viscosity and easy injection into the ground, but isocyanate is sensitized even if it is thin when inhaled or in contact with the skin, and is strongly affected. Therefore, considering the handling aspect of the injectable material using isocyanate, various measures are required when using it. On the other hand, the two-component curing type injection agent that does not use isocyanate is often inferior in characteristics to the injection material containing isocyanate. That is, a practical gel time cannot be obtained, or a high initial strength cannot be obtained.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a ground improving agent that makes it easy to efficiently obtain a practical gel time and high initial strength.
  • the present inventors have included water glass, a main agent having a specific range of viscosities, and an acid-releasing organic compound, and cured the specific range of viscosities.
  • a ground improving agent in combination with an agent, and have completed the present invention. That is, the present invention is as follows.
  • Ground conditioner [2] The ground improving agent according to [1], wherein the ratio of the viscosity of the main agent to the viscosity of the curing agent (viscosity of the curing agent / viscosity of the main agent) is 0.1 to 10.
  • the ground improving agent according to any one of [1] to [6], wherein the hardening agent contains a thickener.
  • the thickener is a cellulosic thickener, a gum-based thickener, and a gum-based thickener.
  • a ground improvement method in which a 1.5-shot method or a 2-shot method is used to inject into the ground.
  • the ground improving agent according to the present embodiment is composed of a combination of a specific main agent and a curing agent. These are separated separately so that they do not mix until they are used as ground improvers.
  • the main agent, the curing agent, and the like will be described.
  • the main agent contains water glass and has a viscosity at 20 ° C. of 40 to 2000 mPa ⁇ s.
  • the water glass according to the present embodiment is an aqueous solution of alkali silicate, specifically, an aqueous solution of sodium silicate or potassium silicate, and preferably an aqueous solution of sodium silicate.
  • the viscosity of the main agent at 20 ° C. is 40 to 2000 mPa ⁇ s, preferably 40 to 1000 mPa ⁇ s, and more preferably 50 to 500 mPa ⁇ s. If the viscosity is less than 40 mPa ⁇ s, it will overflow in the ground, and if it exceeds 2000 mPa ⁇ s, the permeability will decrease.
  • the viscosity at 20 ° C. can be measured with a tuning fork type vibration viscometer. The viscosity can be adjusted by adjusting the molar ratio (SiO 2 / Na 2 O) described later or diluting with water or the like.
  • the viscosity can be set in a desired range by adjusting the heating temperature and the heating time at the time of the final heating-dissolution reaction from the silica source and the sodium source. For example, the higher the heating temperature and the longer the heating time, the higher the viscosity.
  • the molar ratio of sodium oxide to silicon dioxide is preferably 2.6 to 5, and more preferably 2.9 to 4. ..
  • the initial strength can be further improved.
  • Such water glass includes No. 3 sodium silicate (No. 3 water glass) and No. 4 silicic acid specified in JIS standard (JIS-K-1408) or blended in accordance with JIS standard. Soda (No. 4 water glass) and No. 5 sodium silicate (No. 5 water glass) are preferable.
  • the solid content concentration of the water glass is preferably 20 to 60% by mass, more preferably 25 to 50% by mass. When it is 20 to 60% by mass, high strength can be obtained.
  • the solid content concentration of water glass is a water glass in the form of an aqueous solution obtained by removing volatile substances such as water and a solvent (solid components), and this solid component is substantially a silicate compound such as sodium silicate.
  • the solid content concentration (%) [mass after drying (g) / mass before drying (g)] ⁇ 100.
  • the radius of gyration of the water glass is preferably 0.5 to 5 nm, and more preferably 0.5 to 2 nm.
  • the radius of gyration of the water glass can be measured by the method described in the examples.
  • the curing agent contains an acid-releasing organic compound and has a viscosity at 20 ° C. of 40 to 2000 mPa ⁇ s.
  • the acid-releasing organic compounds include alkylene carbonates such as ethylene carbonate and propylene carbonate, water-soluble aldehyde compounds such as glioxal, cyclic lactones such as ⁇ -butyrolactone, dicarboxylic acid alkyl esters such as succinic acid dimethyl ester, and ethylene glycol diacetate. Examples thereof include acetylated products of alkylene glycols, and alkylene carbonates and water-soluble aldehyde compounds are preferable.
  • ethylene carbonate which is an alkylene carbonate
  • water are decomposed into ethylene glycol and carbonic acid (H 2 CO 3 ), and carbonic acid (CO 3 2- ) present in this solution is ionized and Na + in the water glass of the main agent.
  • H 2 CO 3 ethylene glycol and carbonic acid
  • CO 3 2- carbonic acid
  • the acid-releasing organic compound is more preferably an alkylene carbonate.
  • the content of the acid-releasing organic compound in the curing agent is preferably 1 to 99% by mass, more preferably 10 to 30% by mass, from the viewpoint of solidification rate and strength.
  • the viscosity of the curing agent at 20 ° C. is 40 to 2000 mPa ⁇ s, preferably 40 to 1000 mPa ⁇ s, and more preferably 50 to 500 mPa ⁇ s. If the viscosity is less than 40 mPa ⁇ s, it will overflow in the ground, and if it exceeds 2000 mPa ⁇ s, the permeability will decrease.
  • the viscosity at 20 ° C. can be measured with a tuning fork type vibration viscometer. The viscosity can be adjusted with a thickener, water or the like.
  • the curing agent preferably does not contain an isocyanate compound.
  • the isocyanate compound is the isocyanate used in an injection material using isocyanate, for example, diphenylmethane-4,4'-diisocyanate (MDI), polypeptide MDI (C-MDI), tolylene diisocyanate (TDI), hexamethylene. Examples thereof include diisocyanate (HDI), isophorone diisocyanate (IPDI), and xylylene diisocyanate (XDI). Handling safety can be enhanced by not containing an isocyanate compound.
  • MDI diphenylmethane-4,4'-diisocyanate
  • C-MDI polypeptide MDI
  • TDI tolylene diisocyanate
  • HDI diisocyanate
  • IPDI isophorone diisocyanate
  • XDI xylylene diisocyanate
  • the curing agent preferably further contains a thickener.
  • the thickener By including the thickener, the viscosity at 20 ° C. can be easily set to a desired value in the range of 40 to 2000 mPa ⁇ s. Therefore, the content of the thickener is determined by the desired viscosity.
  • the thickener include an acrylic thickener, a starch-based thickener, a vinyl-based thickener, a cellulose-based thickener, a gum-based thickener, an inorganic thickener, and the like, and a cellulose-based thickener. It is preferably at least one of a thickener, a gum-based thickener, and an inorganic thickener, and a cellulosic thickener is more preferable.
  • Examples of the cellulosic thickener include carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose, hydroxyethyl methyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, cellulose nanofiber and the like.
  • Examples of the gum-based thickener include guar gum and rutan gum.
  • Examples of the inorganic thickener include bentonite, kaolinite, sepiolite, talc, silica fume and the like.
  • the ground improver according to the present embodiment is preferably combined so that the ratio of the viscosity of the main agent to the viscosity of the curing agent (viscosity of the curing agent / viscosity of the main agent) described above is 0.1 to 10. It is more preferable to combine them so as to be 0.1 to 3. By combining the ratios so as to be 0.1 to 10, each effect can be easily exerted, and a practical gel time and high initial strength can be easily obtained more efficiently.
  • the main agent and the curing agent are mixed at the time of use, introduced into the ground, rock, etc. by injection or pouring, and are satisfactorily reacted and cured.
  • the ground improvement method according to the present embodiment is a ground improvement method in which the ground improvement agent of the present invention (that is, the main agent and the curing agent) is injected into the ground by a 1.5-shot method or a 2-shot method.
  • the 1.5-shot method is a method in which the main agent and the curing agent are collided and mixed near the inlet of the injection pipe, and the mixed solution is injected. This is a method in which the pipes are separately supplied via the pipe, collided and mixed at the tip of the injection pipe, and discharged. Compared with the one-shot method in which the main agent and the curing agent are mixed in advance and the mixed solution is injected, the main agent and the curing agent can be consolidated quickly and high strength can be obtained.
  • Water glass Water glass manufactured by Fuji Chemical Co., Ltd. was used.
  • the molar ratio of sodium oxide to silicon dioxide (SiO 2 / Na 2 O) in water glass can be determined by adjusting the composition of the raw material, and by adjusting the heating temperature and heating time when the raw material is heated and dissolved. The viscosity at 20 ° C. was adjusted.
  • Acid-releasing organic compounds Ethylene carbonate manufactured by Toa Synthetic Co., Ltd., Propylene carbonate manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.
  • Water Tap water Thickener: Methyl cellulose thickener manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.
  • Example 1 The main ingredient was water glass with a molar ratio of 3.2 and a viscosity of 204 mPa ⁇ s. Further, 7.5 parts by mass of ethylene carbonate, 41.8 parts by mass of water, and 1.0 part by mass of a thickener were mixed to prepare a curing agent having a viscosity of 205 mPa ⁇ s. The following tests were conducted on a ground improving agent obtained by combining the above-mentioned main agent and curing agent at the ratios shown in Table 1. The test temperature was 20 ° C. The results are shown in Table 1.
  • Example 2 Water glass having a molar ratio of 3.7 and a viscosity of 100 mPa ⁇ s was used as the main agent shown in Table 1. Further, ethylene carbonate, water, and a thickener were mixed at the ratios shown in Table 1 to prepare a curing agent having a viscosity shown in Table 1. The same test as in Example 1 was carried out for a ground improving agent formed by combining the above-mentioned main agent and a curing agent. The results are shown in Table 1.
  • Example 3 Water glass having a molar ratio of 3.2 and a viscosity of 343 mPa ⁇ s was used as the main agent shown in Table 1. Further, ethylene carbonate, water, and a thickener were mixed at the ratios shown in Table 1 to prepare a curing agent having a viscosity shown in Table 1. The same test as in Example 1 was carried out for a ground improving agent formed by combining the above-mentioned main agent and a curing agent. The results are shown in Table 1.
  • Example 4 Water glass having a molar ratio of 3.2 and a viscosity of 692 mPa ⁇ s was used as the main agent shown in Table 1. Further, ethylene carbonate, water, and a thickener were mixed at the ratios shown in Table 1 to prepare a curing agent having a viscosity shown in Table 1. The same test as in Example 1 was carried out for a ground improving agent formed by combining the above-mentioned main agent and a curing agent. The results are shown in Table 1.
  • Example 5 Water glass having a molar ratio of 3.2 and a viscosity of 1270 mPa ⁇ s was used as the main agent shown in Table 1. Further, ethylene carbonate, water, and a thickener were mixed at the ratios shown in Table 1 to prepare a curing agent having a viscosity shown in Table 1. The same test as in Example 1 was carried out for a ground improving agent formed by combining the above-mentioned main agent and a curing agent. The results are shown in Table 1.
  • Example 6 Water glass having a molar ratio of 3.2 and a viscosity of 1821 mPa ⁇ s was used as the main agent shown in Table 1. Further, ethylene carbonate, water, and a thickener were mixed at the ratios shown in Table 1 to prepare a curing agent having a viscosity shown in Table 1. The same test as in Example 1 was carried out for a ground improving agent formed by combining the above-mentioned main agent and a curing agent. The results are shown in Table 1.
  • Example 7 The main agent of Example 1 was used. Further, ethylene carbonate, water, and a thickener were mixed at the ratios shown in Table 1 to prepare a curing agent having a viscosity shown in Table 1. The same test as in Example 1 was carried out for a ground improving agent formed by combining the above-mentioned main agent and a curing agent. The results are shown in Table 1.
  • Example 1 Water glass having a molar ratio of 3.2 and a viscosity of 10 mPa ⁇ s was used as the main agent shown in Table 1. Further, ethylene carbonate and water were mixed at the ratio shown in Table 1 to prepare a curing agent having a viscosity shown in Table 1. The same test as in Example 1 was carried out for a ground improving agent formed by combining the above-mentioned main agent and a curing agent. The results are shown in Table 1.
  • Example 2 Water glass having a molar ratio of 2.1 and a viscosity of 3000 mPa ⁇ s was used as the main agent shown in Table 1. Further, ethylene carbonate, water, and a thickener were mixed at the ratios shown in Table 1 to prepare a curing agent having a viscosity shown in Table 1. The same test as in Example 1 was carried out for a ground improving agent formed by combining the above-mentioned main agent and a curing agent. The results are shown in Table 1.
  • Example 3 Water glass having a molar ratio of 2.5 and a viscosity of 145 mPa ⁇ s was used as the main agent shown in Table 1. Further, ethylene carbonate and water were mixed at the ratio shown in Table 1 to prepare a curing agent having a viscosity shown in Table 1. The same test as in Example 1 was carried out for a ground improving agent formed by combining the above-mentioned main agent and a curing agent. The results are shown in Table 1.
  • Example 4 Water glass having a molar ratio of 103 and a viscosity of 5 mPa ⁇ s was used as the main agent shown in Table 1. Further, ethylene carbonate and water were mixed at the ratio shown in Table 1 to prepare a curing agent having a viscosity shown in Table 1. The same test as in Example 1 was carried out for a ground improving agent formed by combining the above-mentioned main agent and a curing agent. The results are shown in Table 1.
  • the present invention can be suitably used for filling the back cavity of various tunnels, filling the cavity of a civil engineering structure, etc., lightweight embankment, landfill, etc., particularly in the fields of civil engineering and construction.

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Abstract

水ガラスを含み、２０℃における粘度が４０～２０００ｍＰａ・ｓである主剤と、酸放出性有機化合物を含み、２０℃における粘度が４０～２０００ｍＰａ・ｓである硬化剤と、を組み合わせてなる地盤改良剤である。

Description

地盤改良剤及び地盤改良方法
　本発明は、地盤改良剤及び地盤改良方法に関する。
　地盤改良方法の一種として、軟弱な地盤を強固にするためにロッドを介して地中に硬化性を有する注入剤を注入する注入工法があり、数多くの注入剤が知られている。
　注入剤としては、例えば、セメントミルク等を用いた懸濁型、水ガラスや高分子を用いた溶液型が知られている。これらのうち、懸濁型は硬化時の圧縮強度という点で優れているが、地盤等への浸透性が低く、固結速度が遅いため、軟弱地盤（岩盤を含む）のトンネル工事には不向きな場合がある。
　そこで、近年では、高分子を含む２液硬化型の注入剤が広く用いられるようになってきている。例えば、軟弱地盤（岩盤を含む）のトンネル工事を行う場合、トンネル切羽の天盤の落下防止のために、切羽先端の天盤部に天盤のアーチに沿って孔を穿設し、この孔に２液硬化型注入材を注入して地盤に浸透させることにより、地盤を強化することが行なわれている。
　例えば、特許文献１には、水ガラスを主成分とするＡ液とイソシアネートからなるＢ液とからなる硬化組成物が記載され、特許文献２～４には、注入材にイソシアネートを用いたものが記載されている。
特開昭５５－１６００７９号公報 特開昭５５－３８８６２号公報 特開平４－２８３２９０号公報 特開平４－３１８０９６号公報
　特許文献１～４のような注入材は、低粘度で地盤への注入が容易であるといった利点を有するが、イソシアネートは吸入又は皮膚接触すると希薄でも感作され、強い影響を受けてしまう。したがって、イソシアネートを用いた注入材は取扱面を考慮すると、その使用に際して種々の対策が必要となる。一方で、イソシアネートを用いない２液硬化型の注入剤では、イソシアネートを含む注入材に比べて特性が劣る場合が多い。すなわち、実用的なゲルタイムが得られなかったり、高い初期強度が得られなかったりしてしまう。
　本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、実用的なゲルタイムと高い初期強度が効率よく得られやすくなる地盤改良剤を提供することを目的とする。
　本発明者らは、上記のような問題を解決するために鋭意研究を行った結果、水ガラスを含み、特定範囲の粘度の主剤と、酸放出性有機化合物を含み、特定範囲の粘度の硬化剤とを組み合わせてなる地盤改良剤により、当該課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、下記のとおりである。
［１］　水ガラスを含み、２０℃における粘度が４０～２０００ｍＰａ・ｓである主剤と、酸放出性有機化合物を含み、２０℃における粘度が４０～２０００ｍＰａ・ｓである硬化剤と、を組み合わせてなる地盤改良剤。
［２］　前記主剤の粘度と前記硬化剤の粘度との比（硬化剤の粘度／主剤の粘度）が０．１～１０である［１］に記載の地盤改良剤。
［３］　前記水ガラスにおける酸化ナトリウムと二酸化珪素とのモル比（ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏ）が２．６～５である［１］又は［２］に記載の地盤改良剤。
［４］　前記水ガラスの回転半径が０．５～５ｎｍである［１］～［３］のいずれかに記載の地盤改良剤。
［５］　前記硬化剤がイソシアネート化合物を含まない［１］～［４］のいずれかに記載の地盤改良剤。
［６］　前記酸放出性有機化合物がアルキレンカーボネートである［１］～［５］のいずれかに記載の地盤改良剤。
［７］　前記硬化剤が増粘剤を含む［１］～［６］のいずれかに記載の地盤改良剤
［８］　前記増粘剤が、セルロース系増粘剤、ガム系増粘剤、及び無機系増粘剤の少なくともいずれかである［１］～［７］のいずれかに記載の地盤改良剤
［９］　［１］～［８］のいずれかに記載の地盤改良剤を、地盤中に１．５ショット方式又は２ショット方式で注入する地盤改良方法。
　本発明によれば、実用的なゲルタイムと高い初期強度が効率よく得られやすくなる地盤改良剤を提供することができる。
［地盤改良剤］
　本実施形態に係る地盤改良剤は、特定の主剤と硬化剤とを組み合わせてなる。これらは地盤改良剤として使用するまでは混合しないように別々に分離されている。以下、主剤及び硬化剤等について説明する。
（主剤）
　主剤は水ガラスを含み、２０℃における粘度が４０～２０００ｍＰａ・ｓである。
　本実施形態に係る水ガラスは、ケイ酸アルカリの水溶液であり、具体的には、ケイ酸ナトリウムやケイ酸カリウムの水溶液であり、ケイ酸ナトリウムの水溶液であることが好ましい。
　主剤の２０℃における粘度は４０～２０００ｍＰａ・ｓであり、４０～１０００ｍＰａ・ｓであることが好ましく、５０～５００ｍＰａ・ｓであることがより好ましい。当該粘度が４０ｍＰａ・ｓ未満では、地盤中で溢流してしまい、２０００ｍＰａ・ｓを超えると、浸透性が低下してしまう。２０℃における粘度は音叉型振動式粘度計にて測定することができる。上記粘度は、後述のモル比（ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏ）を調整したり、水等で希釈したりすることで調整することができる。また、シリカ源とナトリウム源とから、最終的に加熱溶解反応させる際の加熱温度や加熱時間を調整することで上記粘度を所望の範囲にすることができる。例えば、加熱温度が高く、加熱時間が長いほど粘度が上昇する。
　水ガラスがケイ酸ナトリウムである場合の酸化ナトリウムと二酸化珪素とのモル比（ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏ）は２．６～５であることが好ましく、２．９～４であることがより好ましい。当該モル比が２．６～５であることで、初期強度をより向上させることができる。このような水ガラスとしては、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ－Ｋ－１４０８）にて規定されている、又は、ＪＩＳ規格に準拠して配合された、３号珪酸ソーダ（３号水ガラス）、４号珪酸ソーダ（４号水ガラス）、５号珪酸ソーダ（５号水ガラス）が好ましい。
　なお、高アルカリ濃度の水ガラスでは、中和に多量の酸を要するため、酸の量が一定であれば逆に初期強度の発現は遅くなると推定される。例えば、１号水ガラス等のアルカリの高い水ガラスでは、核生成が律速段階としてあるため、初期強度が立ち上がらず、かつ一度凝集して再分散しているため不均一な構造のゲルができてしまい、良好な初期強度が得られないと考えられる。
　また、水ガラスの固形分濃度は、２０～６０質量％であることが好ましく、２５～５０質量％であることがより好ましい。２０～６０質量％であることで、高い強度を得ることができる。水ガラスの固形分濃度は、水溶液の形態にある水ガラスから、水や溶剤等の揮発する物質を除いたもの（固形成分）であって、この固形成分が、珪酸ナトリウム等の珪酸化合物に実質的に相当するものであり、固形分濃度（％）＝［乾燥後の質量（ｇ）／乾燥前の質量（ｇ）］×１００で求めることができる。
　また、安定的な一次粒子生成の観点から、水ガラスの回転半径は０．５～５ｎｍであることが好ましく、０．５～２ｎｍであることがより好ましい。水ガラスの回転半径は実施例に記載の方法で測定することができる。
（硬化剤）
　硬化剤は酸放出性有機化合物を含み、２０℃における粘度が４０～２０００ｍＰａ・ｓである。
　酸放出性有機化合物とは、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のアルキレンカーボネート、グリオキザール等の水溶性アルデヒド化合物、γ-ブチロラクトン等の環状ラクトン、コハク酸ジメチルエステル等のジカルボン酸アルキルエステル、エチレングリコールジアセテート等のアルキレングリコールのアセチル化物等が挙げられ、アルキレンカーボネート、水溶性アルデヒド化合物が好ましい。
　例えば、アルキレンカーボネートであるエチレンカーボネートと水がエチレングリコールと炭酸（Ｈ２ＣＯ３）に分解し、この溶液中に電離して存在する炭酸（ＣＯ３ ２－）と主剤の水ガラス中のＮａ＋とが反応してシリカが重合することで、より良好な強度が発現されると考えられる。また、高濃度（高シリカ濃度）の水ガラスであれば、シリカの量が多いためゲル化した際に骨格構造が比較的成長し高い強度が得られると考えられる。このような観点から酸放出性有機化合物は、アルキレンカーボネートがより好ましい。
　硬化剤中の酸放出性有機化合物の含有量は、固結速度や強度の観点から、１～９９質量％であることが好ましく、１０～３０質量％であることがより好ましい。
　硬化剤の２０℃における粘度は４０～２０００ｍＰａ・ｓであり、４０～１０００ｍＰａ・ｓであることが好ましく、５０～５００ｍＰａ・ｓであることがより好ましい。当該粘度が４０ｍＰａ・ｓ未満では、地盤中で溢流してしまい、２０００ｍＰａ・ｓを超えると、浸透性が低下してしまう。２０℃における粘度は音叉型振動式粘度計にて測定することができる。上記粘度は、増粘剤や水等で調整することができる。
　硬化剤はイソシアネート化合物を含まないことが好ましい。イソシアネート化合物としては、イソシアネートを用いた注入材に用いられる当該イソシアネートであり、例えば、ジフェニルメタン－４，４’－ジイソシアネート（ＭＤＩ）、ポリメリックＭＤＩ（Ｃ－ＭＤＩ）、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）、キシリレンジイソシアネート（ＸＤＩ）等が挙げられる。イソシアネート化合物を含まないことで取り扱いの安全性を高めることができる。
　硬化剤は、さらに増粘剤を含むことが好ましい。増粘剤を含むことで２０℃における粘度は４０～２０００ｍＰａ・ｓの範囲で所望の値にしやすくすることができる。したがって、増粘剤の含有量は、所望の粘度で決まる。
　増粘剤としては、アクリル系増粘剤、デンプン系増粘剤、ビニル系増粘剤、セルロース系増粘剤、ガム系増粘剤、及び無機系増粘剤等が挙げられ、セルロース系増粘剤、ガム系増粘剤、及び無機系増粘剤の少なくともいずれかであることが好ましく、セルロース系増粘剤がより好ましい。
　セルロース系増粘剤としては、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、セルロースナノファイバー等が挙げられる。
　ガム系増粘剤としては、グアーガム、リュータンガム等が挙げられる。
　無機系増粘剤としては、ベントナイト、カオリナイト、セピオライト、タルク、シリカフューム等が挙げられる。
　本実施形態に係る地盤改良剤は、既述の主剤の粘度と硬化剤の粘度との比（硬化剤の粘度／主剤の粘度）が０．１～１０となるように組み合わされることが好ましく、０．１～３となるように組み合わされることがより好ましい。当該比が０．１～１０となるように組み合わされることで、それぞれの効果が発揮されやすくなって、実用的なゲルタイムと高い初期強度がより効率よく得られやすくなる。
　主剤と硬化剤とは、使用時に混合されて、地盤や岩盤等に対して注入や流し込み等によって導入されて良好に反応硬化される。より良好に反応硬化させる観点から、これらの混合質量比は、主剤：硬化剤＝１：０．５～１：３であることが好ましく、１：０．５～１：１であることがより好ましい。
［地盤改良方法］
　本実施形態に係る地盤改良方法は、本発明の地盤改良剤（すなわち主剤と硬化剤）を、地盤中に１．５ショット方式又は２ショット方式で注入する地盤改良方法である。
　１．５ショット方式とは主剤と硬化剤とを注入管入口附近で衝突混合させてその混合液を注入する方法であり、２ショット方式とは主剤と硬化剤とを二重管からなる注入管を介して別々に供給し、該注入管の先端部で衝突混合させ、吐出させる方法である。主剤と硬化剤とを予め混合し、その混合液を注入する１ショット方式に比べ、早く固結し高強度性を得ることができる。
　以下、実施例及び比較例を用いて本発明を更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を逸脱しない限り、下記の実施例に限定されるものではない。
［使用材料］
　水ガラス：富士化学（株）製の水ガラスを使用した。水ガラスにおける酸化ナトリウムと二酸化珪素とのモル比（ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏ）は原料組成を調整することで、また、原料を加熱溶解反応させる際の加熱温度及び加熱時間を調整することで、２０℃における粘度を調整した。
　酸放出性有機化合物：東亜合成（株）製のエチレンカーボネート、関東化学（株）製のプロピレンカーボネート
　水：水道水
　増粘剤：信越化学工業（株）製のメチルセルロース系増粘剤（メトローズＳＢＱ－３００００ＰＥ）
　圧縮強度測定用砂：豊浦砂
　浸透長さ測定用砂：姫川砂及びデンカ（株）製の採掘石灰砂の混合品（粒度調整品）
［実施例１］
　モル比３．２、粘度２０４ｍＰａ・ｓの水ガラスを主剤とした。また、エチレンカーボネート７．５質量部と、水４１．８質量部と、増粘剤１．０質量部とを混合して粘度が２０５ｍＰａ・ｓの硬化剤を作製した。
　上記主剤と硬化剤とを表１に示す割合で、組み合わせてなる地盤改良剤について、下記の試験を行った。なお、試験温度は２０℃とした。結果を表１に示す。
［試験］
（１）ゲルタイムの測定
　ゲルタイム測定は下記記載のカップ倒立法で行い、表１に示す割合で主剤と硬化剤を混合した直後から、薬液の流動性が無くなるまでの時間をゲルタイムとした。また、混合前の主剤と硬化剤は２０℃±２℃として測定を行った。
（カップ倒立法）
　カップ内に硬化性注入材料を充填し、所定の時間が経過した後にカップを倒して流動性が無くなるまでの時間を測定する方法
　なお、ゲルタイムは６０～１８０ｓｅｃであることが好ましい。
（２）１日圧縮強度の測定（サンドゲル圧縮強度：ＪＩＳ　Ａ　１２１６）
　内径２．５ｃｍの塩ビパイプに、表１に示す割合で主剤と硬化剤を混合した直後の混合液を流し入れた。バイブレーションしながら混合液に豊浦砂を混合し、サンドゲル（直径２．５ｃｍ，高さ５．０ｃｍ）を作製した。２４時間後の１日圧縮強度（サンドゲル圧縮強度）を測定した。
　なお、サンドゲル圧縮強度は２Ｎ／ｍｍ２以上であることが好ましい。
（３）浸透長さの測定
　直径５ｃｍの土木学会基準のビニル袋に浸透長さ測定用砂を２０ｃｍになるように充填し、表１に示す割合で主剤溶液と硬化剤溶液を混合した直後の混合液２００ｍｌを上部面より注ぎ入れ自然浸透させ、その浸透長さを測定した。
　なお、浸透長さは２０ｃｍ以上であることが好ましい。
（４）粘度の測定
　表１に示す割合の主剤及び硬化剤のそれぞれの粘度（２０℃）は、音叉型振動式粘度計で測定した。
（５）水ガラスの粒子の回転半径の測定
　測定サンプル（主剤）を２ｍｍの石英チューブへ入れ、あいちシンクロトロン光センターのビームラインＢＬ８Ｓ３で小角Ｘ線散乱測定を行った。測定条件は、Ｘ線の光エネルギー１３．５ｋｅＶ（０．０９２ｎｍ）、露光時間３００秒、カメラ長０．４５ｍと１．１０ｍとした。カメラ長が０．４５ｍでは、回転半径が約０．３５～２．００ｎｍの粒子を範囲の対象としており、カメラ長１．１０ｍでは、回転半径が約１～５ｎｍの粒子を測定の範囲としているため、１号と２号水ガラスについてはカメラ長０．４５ｍで測定を行った。検出器には、Ｒ－ＡＸＩＳ　ＩＶ＋＋を用い、測定により得られた散乱曲線をギニエ解析により回転半径を求めた。解析には、以下のギニエの法則を用いた。すなわち、散乱強度を測定し、散乱強度の自然対数に対して散乱ベクトルの二乗をプロット（得られるプロットはギニエプロットと称される）し、傾きを求めることにより、水ガラスの粒子の回転半径を求めた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 
［実施例２］
　モル比３．７、粘度１００ｍＰａ・ｓの水ガラスを表１記載の主剤とした。また、表１に示す割合で、エチレンカーボネートと、水と、増粘剤とを混合して粘度が表１記載の硬化剤を作製した。
　上記主剤と硬化剤とを組み合わせてなる地盤改良剤について、実施例１同様の試験を行った。結果を表１に示す。
［実施例３］
　モル比３．２、粘度３４３ｍＰａ・ｓの水ガラスを表１記載の主剤とした。また、表１に示す割合で、エチレンカーボネートと、水と、増粘剤とを混合して粘度が表１記載の硬化剤を作製した。
　上記主剤と硬化剤とを組み合わせてなる地盤改良剤について、実施例１同様の試験を行った。結果を表１に示す。
［実施例４］
　モル比３．２、粘度６９２ｍＰａ・ｓの水ガラスを表１記載の主剤とした。また、表１に示す割合で、エチレンカーボネートと、水と、増粘剤とを混合して粘度が表１記載の硬化剤を作製した。
　上記主剤と硬化剤とを組み合わせてなる地盤改良剤について、実施例１同様の試験を行った。結果を表１に示す。
［実施例５］
　モル比３．２、粘度１２７０ｍＰａ・ｓの水ガラスを表１記載の主剤とした。また、表１に示す割合で、エチレンカーボネートと、水と、増粘剤とを混合して粘度が表１記載の硬化剤を作製した。
　上記主剤と硬化剤とを組み合わせてなる地盤改良剤について、実施例１同様の試験を行った。結果を表１に示す。
［実施例６］
　モル比３．２、粘度１８２１ｍＰａ・ｓの水ガラスを表１記載の主剤とした。また、表１に示す割合で、エチレンカーボネートと、水と、増粘剤とを混合して粘度が表１記載の硬化剤を作製した。
　上記主剤と硬化剤とを組み合わせてなる地盤改良剤について、実施例１同様の試験を行った。結果を表１に示す。
［実施例７］
　実施例１の主剤を用いた。また、表１に示す割合で、エチレンカーボネートと、水と、増粘剤とを混合して粘度が表１記載の硬化剤を作製した。
　上記主剤と硬化剤とを組み合わせてなる地盤改良剤について、実施例１同様の試験を行った。結果を表１に示す。
［比較例１］
　モル比３．２、粘度１０ｍＰａ・ｓの水ガラスを表１記載の主剤とした。また、表１に示す割合で、エチレンカーボネートと、水とを混合して粘度が表１記載の硬化剤を作製した。
　上記主剤と硬化剤とを組み合わせてなる地盤改良剤について、実施例１同様の試験を行った。結果を表１に示す。
［比較例２］
　モル比２．１、粘度３０００ｍＰａ・ｓの水ガラスを表１記載の主剤とした。また、表１に示す割合で、エチレンカーボネートと、水と、増粘剤とを混合して粘度が表１記載の硬化剤を作製した。
　上記主剤と硬化剤とを組み合わせてなる地盤改良剤について、実施例１同様の試験を行った。結果を表１に示す。
［比較例３］
　モル比２．５、粘度１４５ｍＰａ・ｓの水ガラスを表１記載の主剤とした。また、表１に示す割合で、エチレンカーボネートと、水とを混合して粘度が表１記載の硬化剤を作製した。
　上記主剤と硬化剤とを組み合わせてなる地盤改良剤について、実施例１同様の試験を行った。結果を表１に示す。
［比較例４］
　モル比１０３、粘度５ｍＰａ・ｓの水ガラスを表１記載の主剤とした。また、表１に示す割合で、エチレンカーボネートと、水とを混合して粘度が表１記載の硬化剤を作製した。
　上記主剤と硬化剤とを組み合わせてなる地盤改良剤について、実施例１同様の試験を行った。結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 
　本発明は、特に土木分野、建築分野等で、各種トンネルの背面空洞充填、土木構造物の空洞充填等の裏込め、軽量盛土、埋め立て等に好適に利用できる。

 

Claims (9)

  1. 　水ガラスを含み、２０℃における粘度が４０～２０００ｍＰａ・ｓである主剤と、
    　酸放出性有機化合物を含み、２０℃における粘度が４０～２０００ｍＰａ・ｓである硬化剤と、を組み合わせてなる地盤改良剤。
  2. 　前記主剤の粘度と前記硬化剤の粘度との比（硬化剤の粘度／主剤の粘度）が０．１～１０である請求項１に記載の地盤改良剤。
  3. 　前記水ガラスにおける酸化ナトリウムと二酸化珪素とのモル比（ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏ）が２．６～５である請求項１又は２に記載の地盤改良剤。
  4. 　前記水ガラスの回転半径が０．５～５ｎｍである請求項１～３のいずれか１項に記載の地盤改良剤。
  5. 　前記硬化剤がイソシアネート化合物を含まない請求項１～４のいずれか１項に記載の地盤改良剤。
  6. 　前記酸放出性有機化合物がアルキレンカーボネートである請求項１～５のいずれか１項に記載の地盤改良剤。
  7. 　前記硬化剤が増粘剤を含む請求項１～６のいずれか１項に記載の地盤改良剤。
  8. 　前記増粘剤が、セルロース系増粘剤、ガム系増粘剤、及び無機系増粘剤の少なくともいずれかである請求項１～７のいずれか１項に記載の地盤改良剤。
  9. 　請求項１～８のいずれか１項に記載の地盤改良剤を、地盤中に１．５ショット方式又は２ショット方式で注入する地盤改良方法。
     

     
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