JPH01190786A

JPH01190786A - 固結用材料

Info

Publication number: JPH01190786A
Application number: JP1619888A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kashiwabara; 栢原　健二
Original assignee: Kyokado Engineering Co Ltd
Current assignee: Kyokado Engineering Co Ltd
Priority date: 1988-01-27
Filing date: 1988-01-27
Publication date: 1989-07-31
Anticipated expiration: 2010-12-13
Also published as: JPH07116437B2

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〕本発明は水ガラスと、石灰を必須成分とする反応剤を含
有し、主として地盤注入用集材として利用される固結用
材料に係り、特にゲル化時間の調整が容易であり、かつ
長いゲル化時間でも高強度を得、しかも長期固結強度に
優れた固結用材料に関する。

〔従来の技術〕

地盤注入用集材として、従来、水ガラスにセメントのよ
うな懸濁性反応剤を加えてなる水ガラスグラウト（懸濁
型グラウト）、あるいは水ガラスに有機系反応剤や、無
機の塩のような溶液性反応剤を加えてなる水ガラスグラ
ウトが知られている。

このうち、溶液性反応剤を用いた水ガラスグラウトは懸
濁性反応剤を用いたものよりも浸透性に優れているとい
う利点を有するが、強度が低く、特にゲル化時間を長く
調整する場合には反応剤を少なくすることになり、した
がって水ガラス中に未反応のＳｉＯ□分が多く残存し、
このため強度が一層低くなり、かつ長期固結用強度も得
られないという問題があった。

さらに、セメントを用いる懸濁型グラウトもまた、ゲル
化時間を長く調整した場合には前述の同様の問題が生し
た。

そこで、ゲル化時間を長く調整する水ガラスグラウトと
して、低モル比の水ガラスを用いるセメント水ガラスグ
ラウトが提案されている。（特公昭５１−８４８６号公
報）。しかし、この場合でも、ゲル化時間はせいぜい数
分から１０分程度しか長くならず、これでは水ガラスと
反応剤をミキサー中で充分に撹拌混合してから注入する
という事はできず、両者を注入管で合流してそのまま注
入するという手段をとらざるを得なかった。したがって
、このような合流注入では、充分な浸透効果が得られな
いのみならず、注入材の混合が不充分であって反応が不
完全となり、このため地盤中の固結物は長期間安定した
ものとはならなかった。

また、地盤中にあらかしめ反応剤を注入しておき、その
後この注入個所に低モル比の水ガラスを注入する工法も
提案されているが、この工法では地盤中において両液を
一定の比率で反応させることが事実上不可能であり、こ
のため充分な固結効果あるいは長期固結効果を期待する
ことは困難である。

また、ゲル化時間を長く設定するために、まず水ガラス
と少量のセメントを混合し、この上ずみ液を地盤中に注
入する工法、あるいはカルシウム化合物を水と混合して
静置し、その上ずみ液を低モル比の水ガラスと混合して
極めて少量の水溶性カルシウム化合物を含む水ガラスダ
ラトを地盤中に注入する工法が知られている。

しかし、これらの工法に用いられるグラウトは１０ミク
ロン程度のカルシウム化合物の微粒子を含むものの、実
質的には溶液型水ガラスグラウトと同しであり、水ガラ
ス中に含まれるＳｉＯ□分に対するカルシウム分が極め
て少なく、このため未反応のＳｉＯ□が多く残存し、固
結強度が低くなるとともに耐久性にも劣るものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述の従来工法におけろ水ガラスグラウトは水ガラス中
のＳｉＯ□に対する反応剤の量を少なくしてゲル化時間
を長くするものであり、このため固結強度が小さくなり
、かつ耐久性も劣下することになり、反応剤の量を多く
するとゲル化時間が早くなっ□てしまい、ミキサー中で
の充分な混合ができなくなり、したがって、注入管ロン
ドで合流するか、あらかしめ水ガラスか反応剤を地盤中
に注入しておいてから、他方をその後に注入して地盤中
で反応させることになり、このため反応が不充分となっ
て固結強度あるいは耐久性が得られなかった。

そこで、本発明の目的は水ガラス中のＳｉＯ□分を反応
せしめるに充分な量の反応剤を用いるにもかかわらず、
水ガラスと反応剤をミキサー中で混合してゆっくりと地
盤中に注入するに充分な長いゲル化時間を保持に得、す
なわち、長いゲル化時間で高固結強度を得、かつ浸透性
ならびに長期間耐久性を保持し、しかもゲル化時間の調
整が容易であり、前述の公知技術に存する欠点を改良し
た固結用材料を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

前述の目的を達成するため、本発明によれば、水ガラス
と、反応剤とを含み、以下の要件を満たしてなることを
特徴とする。

（八）　Ｓ　ｉ　Ｏ□／　Ｎａ２Ｏがモル比で０．５−
２．５の範囲内であること。

（Ｂ）ＳｉＯ□の含有量が前記材料１００ｃｃ当り０．
０７モル以上であること。

（Ｃ）反応剤が石灰を必須成分とし、これとアルカリ金
属化合物および／または多価金属化合物との併用物であ
ること。

前述の本発明において、水ガラスはモル比が０．５〜２
．５、好ましくは１．０〜２．５、さらに好ましくハ１
．５〜２．０の液状あるいは粉状水ガラス、あるいは液
状水ガラスに苛性ソーダ、炭酸ソーダ等のアルカリを添
加して上記モル比に調整された水ガラス等である。モル
比が０，５以下になると、シリ力分が析出されやすくな
り、安定したグラウトを得にくくなるのみならず、強度
も低下し、カルシウム分を増やしても固結しにく（なる
。また、モル比が２．５以上になると、長期固結強度が
低下し、耐久性が得られに（くなり、かつ少量のカルシ
ウム分の存在によりゲル化が速くなり、ＳｉＯ□分との
反応に充分な量のカルシウム分を混入できなくなる。

また、本発明に用いられる前記石灰は生石灰または消石
灰あるいはドロマイト（消石灰や生石灰が含まれる）等
、消石灰または生石灰を含有する物質である。

さらに、本発明において、反応剤が多価金属化合物を含
まない場合には石灰／　Ｓ　ｉ　Ｏ２がモル比で０２以
上であり、また、多価金属を含む場合には石灰士長価金
属化合物／ＳｉＯ□がモル比で０．２以」二である。ア
ルカリ金属化合物は具体的にはＮａＣｊ！　、　Ｎ　ａ
　ＨＣＯ：＋、Ｋ　ＨＣｏ３、ＫＣＩ等であり、また多
価金属化合物は具体的にはカルシウム、マグネシウム、
アルミニウム、鉄等の塩化物、炭酸塩、酸化物、水酸化
物（ただし、消石灰、生石灰を除り）、珪酸塩、セメン
ト等である。

以下、本発明を次の実験例によって詳述する。

〔実験−１〕３号水ガラス（モル比２．９４、Ｓ　ｉ　０２　：　２
８．２９％、Ｎａ２Ｏ：　９．９４％、比重１．４）と
消石灰系のゲル化時間を測定し、結果を表−１に示す。

表−１ＳｉＯ□：　０．１６５モル／混合液１００ｃｃ表−１
より、３号水ガラスではＣａ（ＯＨ）２のいずれの量で
もゲル化時間が短いことがわかる。

また、強度も小さく、例えば試料崩３の場合、固結標準
砂は３０日後で１　、５　ｋｇ　／　（Ｊｌｌ、１ケ月
水中養生後で０．８ｋｇ／ｃｒＡ程度である。

〔実験−２〕水ガラス水溶液−セメント系の実験結果を表−２に示す
。

水ガラス水溶液は実験−１の水ガラスに苛性ソーダを加
えてモル比を調整した。混合液（Ａ液とＢ液）１００ｃ
ｃ当り、５ｉｆ２含有量は０．１６５モルであ表−２表−２よりモル比が低くなれば、水ガラス−セメント系
はゲル化時間が長くなるが、固結性が極めて悪く、ゲル
化が不安定になる事が判る。

〔実験−３〕モル比２゜０あるいは１．０の水ガラス水溶液−セメン
トあるいは消石灰の」二ずみ液系の実験結果を表−３に
示す。

なお、水ガラス水溶液は実験−１の水ガラスをＡ液５０
ｃｃ当り２５ＣＣ用い、苛性ソーダを加えてモル比を調
整した。また、セメントあるいは消石灰の上ずり、　？
（ｌを水１００ｃｃにセメントあるいは消石灰をそれぞ
れ２０ｇづつ混合し、１時間静止してのち、上ずみ液を
５Ｑｃｃとり、Ｂ液とした。

表−３表−３における固結標準砂の一軸圧縮強度（ｋｇ／ｃｍ
ｌ）は３日後で、それぞれ、試料尚順に、０．８．０．
７、−１０．５．１力月後で０．５．０．４、−１０．
３を示し、注入目的のための強度としては弱すぎること
がわかった。

〔実験−４〕実験−１の３号水ガラスを混合液１００ｃｃ当り２５ｃ
ｃ　（Ｓ　ｉ０２　：　　０．１６５モル）配合し、こ
れに苛性ソーダを加えてモル比を調整した。また、消石
灰の添加量を混合液１００ｃｃ当り０．５　ｇ（０，０
０７モル）〜２５　ｇ　（０，３３８モル）の範囲で変
化させ、これらについてそれぞれゲル化時間を測定し、
結果を表−４に示した。

表−４より、混合液１００ｃｃ当り、Ｇ　ａ　（ＯＨ）
ｚが１ｇ以上で、かつＳ　ｉ　ｏｚ／　Ｎａ２Ｏ（モル
比）が２．５以下、ＣａＯ／ＳｉＯ□（モル比）が０．
１以上、好ましくは０゜２以上ではゲル化時間が１０秒
〜数分はもちろんのこと、数十分〜数１００分の長いゲ
ル化領域が存在することがわかる。

〔実験−５〕Ｓ　ｉｏｚ／Ｎａ２Ｏ（モル比）が２．０、Ｃａ　Ｏ／
　ＳｊＯ□（モル比）が１．０の条件下で、混合液１０
０ｃｃ当りの５Ｉ０２の含有量を変化させ、ゲル化実験
を行った。また、Ｓ　ｉｏ２／Ｎａ２Ｏ（モル比）１．
５に定め、Ｃａ　Ｏ／　Ｓ　１０２　（モル比）と混合
液１００ｃｃ当りのＳｉＯ□の含有量を変化させ、ゲル
化実験を行った。ごれらの結果を表−５、表−６および
表＝７に示す。また、５ｉ０２／Ｎａ２Ｏ１Ｃａ○／Ｓ
ｉＯ□を変化させて長期強度試験を行い、測定結果を表
−８に示す。

表−８ＳｉＯｚ　：　０．１６５モル／混合液１００ｃｃ上述
の測定結果から、ＳｉＯ□の含有量が大きい程またＣａ
Ｏ／ＳｉＯ□（モル比）が大きい程、ゲル化時間が短い
ことがわかる。特に、Ｓ　ｉ　０２／　Ｎａ２Ｏ（モル
比）が２．（ｌ（ｌ近から１．５付近において、ＣａＯ
／ＳｉＯ□の比率が１前後の充分大きな値にもかかわら
ず、充分に長いゲル化時間の領域があることがわかる。

すなわち、水ガラス中の５ｉ０２と充分に反応し得る量
のＣａ　　（ＯＨ）ｚを用いて、充分長いゲル化時間が
得られるので、大きな固結強度を得るとともに、面１久
性に優れた長期固結強度を得ることができる。

また、表−５、表−７および表−８より、水ガラスモル
比が低くなると長期強度が大きくなることがわかる。さ
らに、３号水ガラス（モル比２．９４）とモル比が２．
５の水ガラスの場合を比較すると、３号水ガラスでは長
期強度が低下するのに対し、モル比２．５の水ガラスで
は長期強度が増加することがわかる。さらにまた、長期
強度はモル比が１．５〜２．０付近で最も高いこともわ
かる。

なお、本発明は、実験−２における消石灰の上すめ液を
用いたちの比較すると、大きな強度を得るものであるが
、これは粉状消石灰を用いることに依存する。すなわち
、消石灰は比表面積がほぼ１０、０ＯＯｃ＋Ｎ　／　ｇ
の粉体であり、これを充分な量前記水ガラスに懸濁させ
ると、粉状消石灰のまわりにＳｉＯ□が吸着して反応し
、ゲルの内部に強固な構造を形成しなから土粒子間を填
充する。また、消石灰は長期間にわたって水ガラス中の
ＳｉＯ□にＣａイオンを供給して珪酸カルシウムを形成
しつづけるため、上ずみ液の場合に比べて強度が大きく
、かつ長期強度に優れた効果を発揮する。

また、水ガラスのモル比に関しては、モル比が２．５に
なると、これ以上の場合に比べて長期強度が優れるよう
になり、さらにモル比が２．０以下になると、消石灰を
当量付近加えても、数十分〜数時間というきわめて長い
ゲル化時間を得る特異な領域が出現する。

以上の実験より、水ガラス−石灰系のグラウトにおいて
、Ｓ　ｉ　０２／　Ｎａ２Ｏ：　　０．５−２．５　、
Ｓ　ｉ　Ｏｚ：　０．０７モル以上／　１００ｃｃ、　
Ｃａ　Ｏ／　Ｓ　ｉ　Ｏｚ　：　　０．２以上の条件下
では長いゲル化時間で高強度、長期強度が得られること
がわかるが、一方、表−４から明らかなように、この系
のグラウトではゲル化時間の調整が難しい。

これに対して、本発明は反応剤として石灰に他の反応剤
を併用したものを用いることによりゲル化時間の調整が
容易となり、この実験を実験−６により示す。

〔実験−６〕水ガラスと、消石灰と、他の反応剤との混合系について
、ゲル化時間を測定し、結果を表−９に示した。表−９
において、混合液１００ｃＣ当りのＳｉＯ□含有量は０
．１９８モルである。

なお、比較のために、消石灰を含まない系についても実
験を行った。

表−９より、低モル比の水ガラス水溶液では反応剤とし
てセメントを単独で加えてもゲル化しないか、あるいは
ゲル化の機能が極めて低く、また、多価金属化合物を単
独で加えても、珪酸カルシウムのようにゲル化しないか
、あるいは塩化物のように瞬結になりやすく、ゲル化の
調整が困難であり、また、アルカリ金属化合物を単独で
加えてもＮａＨＣＯ３のようにゲル化しにくいことがわ
かり、これに対して、反応剤として石灰とアルカリ金属
化合物および／または多価金属化合物を併用するとゲル
化時間の調整が極めて容易となり、強度も増加すること
がわかる。

また、Ｃａ　ＣＯ３は水ガラスのモル比が１．０付近の
高アルカリでなくては反応し得ないが、石灰は１．０付
近のみならず、０．５〜２．５、特に１．５〜２．０の
モル比の水ガラスと反応して極めて長いゲル化時間を得
、それに他の反応剤を加えてゲル化時間の調整を容易と
することもわかる。

これは消石灰が単に難溶性であることのみならず、溶解
度が最適であることに起因するものと思ねれる。すなわ
ち、Ｃａ（ＯＨ）ｚの溶解度は０．１１７ｇ／１００ｇ
であり、ＣａＣ０ｚ（ｉ鮮度０．００６５ｇ／　１００
ｇ）や珪酸カルシウム等にくらべて比較的大きいもので
あり、このように、あまり溶解度が小さすぎても反応性
が少なくなり、本発明のカルシウム化合物として好まし
くなくなるものと思われる。

したがって、消石灰はＣａＣＯ３よりも少ない水ガラス
のアルカリ量で注入に適したゲル化時間を得ることがで
き、経済的にも、また地盤中のアルカリ度を大きくしな
い点からも極めて優れているものと云うことができる。

〔作用〕

本発明は水ガラスに石灰と他の反応剤を懸濁状態で存在
させて一時に反応が進行しないようにし、かつ混合液中
の５ｉＯｚ量、反応剤量、５ｉＯｚとＮａ２Ｏのモル比
、ＳｉＯ□とＣａＯのモル比を前述のような特定の範囲
に定めることにより、従来の低モル比水ガラス−セメン
トグラウトでは考えられないような長いゲル化時間、高
固結強度ならびに長期耐久性を得、かつゲル化時間の調
整が容易となる。

〔発明の効果〕

以上のとおり、本発明にがかる固結用材料はゲル化時間
を長くしても固結強度を得るとともに長期耐久性にも優
れ、かつゲル化時間の調整が容易であり、地盤固結用の
注入薬液として最適な固結用材料である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）水ガラス水溶液と、反応剤とを含み、以下の要件
（Ａ）乃至（Ｃ）を具備してなる固結用材料。（Ａ）ＳｉＯ＿２／Ｎａ＿２Ｏがモル比で０．５〜２．
５の範囲内であること。（Ｂ）ＳｉＯ＿２の含有量が前記材料１００ｃｃ当り０
．０７モル以上であること。（Ｃ）反応剤が石灰を必須成分とし、これとアルカリ金
属化合物および／または多価金属化合物との併用物であ
ること。
（２）石灰が消石灰または生石灰である請求項第１項に
記載の固結用材料。
（３）反応剤が多価金属を含まない場合には石灰／Ｓｉ
Ｏ＿２がモル比で０．２以上である固結用材料。
（４）反応剤が多価金属を含む場合には石灰＋多価金属
化合物／ＳｉＯ＿２がモル比で０．２以上である固結用
材料。