JPH03237187A - 地盤注入用硬化性組成物 - 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〕 本発明はシリカゲルを用いた地盤注入用硬化性組成物に
係り、特に長いゲル化時間で固結強度が大であり、かつ
固結物の恒久性に優れた地盤注入用硬化性組成物に関す
る。

〔従来の技術〕

地盤中に注入して該地盤を固結する前記硬化性組成物と
して、従来水ガラスと反応剤とからなるものが知られて
いるが、これはゲル化時間を長くして浸透性を良くしよ
うとする場合、反応剤を少なくしなければならず、この
ため、水ガラス中のシリカ分が析出しきらず、未反応シ
リカ分が溶脱してしまい、高い強度や恒久性を得ること
ができなかった。

また、高強度を有する水ガラスグラウトとして水ガラス
と多価金属化合物とからなるものが知られている。これ
は水ガラスと多価金属化合物を反応せしめて多価金属の
珪酸塩を形成せしめるものであるが、高強度あるいは恒
久性を得るために水ガラス中のシリカ分のほぼ全量と反
応するに足る多価金属化合物を使用すると、ゲル化時間
が大幅に短縮してしまうという欠点があった。

また、上述の多価金属化合物として、石灰類（消石灰、
炭酸カリウム、ドロマイト、珪酸カルシウム等）のよう
な難水溶性懸濁物質、あるいはＣａＣ２３、ＭｇＣｊ！
ｗ等のアルカリ土金属の塩化物のような水溶性化合物が
挙げられる。このうち、水溶性化合物は懸濁物質と比べ
て浸透性に優れているが、水ガラスを瞬間的にゲル化さ
せ、土粒手間浸透が得られない。すなわち、従来の注入
工法において、シリカ分と水溶性アルカリ上金属塩を混
合して長いゲル化時間を得る溶液型硬化材は存在し得な
かった。

さらに、珪酸のコロイド溶液を用いた水ガラスグラウト
も知られている。これは水ガラスをイオン交換樹脂に通
して水ガラス中のアルカリ分を除去して得られた珪酸コ
ロイド溶液に酸や塩を加え、あるいはさらに水ガラスを
加えて得られるものである。

上述の珪酸コロイド溶液は水ガラスのＮａイオンを除去
して得られた５１０２の粒径をほぼ６〜５０ｍμに増粒
して安定化処理されたものである。このような珪酸コロ
イド溶液はセメントや石灰等の多価金属電解質物質と急
激に反応して豆腐状にゲル化しＣしまい、したがって、
多価金属化合物を反応剤として用いてゲル化時間を長く
し、かつ均質な固結物を得ることは困難である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

そこで、本発明の目的はシリカゲルを主成分として用い
ることによりゲル化時間が長く、かつ固結強度が高く、
固結物の恒久性に優れ、前述の公知技術に存する欠点を
改良した地盤注入用硬化性組成物を提供することにある
。

Ｃ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、シリカゲ
ルと、多価金属化合物と、水溶性アルカリとからなるこ
とを特徴とする。

本発明における上述シリカゲルは水ガラスと反応剤を混
合した含水シリカをつぶしてなるもの、あるいは市販の
粒状ないしは粉状シリカあるいはこれらを微粉状に粉砕
したもの、さらにはホワイトカーボン等である。

上述ホワイトカーボンにおける特に効果的なものは微粉
あるいは超微粒子状の無水あるいは水和珪酸および珪酸
塩である。

ホワイトカーボンは、一般に、その組成によって次の４
種類に分類されている。

１）無水けい酸（Ｓｉ口、） Ｓｉｎ、が約９８％以上で付着水分や結合水はきわめて
少ない。微量の水を含んではいるが、２）の含水けい酸
に対比して無水けい酸と称されている。

２）含水けい酸（Ｓｉ０１ｎｔｌＪ＞ ５ｉＤ＝が約８０〜９０％で付着水分、結合水が多い。

水和けい酸とも言う。

３）含水けい酸カルシウム（ｘＳｉＯｌＣａＯ・ｎＨｚ
Ｏ）Ｓｉｎ、が約５５〜６５％で、水和けい酸カルシウ
ムとも言う。

４）含水けい酸アルミニウム（ｘｓｉＯ＊’＾１２０３
　ｎＨＪ）Ｓ１０．が約６０〜７０％で、水和けい酸ア
ルミニウムとも言う。

微粉アルミノけい酸塩もこの部類に入る。

また、ホワイトカーボンの製造法としては次の乾式法、
湿式法等が挙げられる。

■乾式法：Ａ、有機ケイ素化合物の分解、Ｂ、ハロゲン
化ケイ素の分解、 Ｃ，ケイフッ化水素酸の分解、 Ｄ、ケイ砂およびコークスの混合物 のアークによる加熱等がある。

■湿式法：Ａ、ケイ酸ナトリウムの酸による分解、 Ｂ、ケイ酸ナトリウムのアンモニウ ム塩による分解、 Ｃ，ケイ酸ナトリウムのイオン交換 樹脂による分解、 Ｄ、ケイ酸ナトリウムから誘導した アルカリ土類の酸による分解、 Ｅ、その他ケイ酸のオルガノゲルか らオートクレーブでエアロゲル をつくるオルガノゲル法がある。

上述のホワイトカーボンのＰＨは一般に、無水珪酸３〜
７、含水珪酸５〜１１、含水珪酸カルシウム９．５〜１
０．５、含水珪酸アルミニウム９．５〜１０．５である
。

また、ホワイトカーボンの粒径は１０〜１００ｍμが普
通であるが、通常は軽く集合して１〜５μ程度の凝集粒
になっており、粒度測定器を用いて粒度分布を測定する
と、平均粒径がｌ−１ｏｏμを示している。

ホワイトカーボンは通常ではゴム充填材として用いられ
るが、本発明者はこれを注入材料として用いた場合、ホ
ワイトカーボンの有する以下の特性が注入材として有用
であることに着目し、本発明を完成するに至った。

〈１〉粒径が小さく、かつ軽い。（真比重的２．０見掛
比重０１５〜０．３ｇ　１ｃｃ）。

（２）比表面積が太きく（ＢＥＴ表面積５０〜３００　
ｍ’７ｇ）、粒子表面の吸着活性が強い。

（３）粒子同志がストラフチャー（網目構造）を構成し
、さらに適度に凝集している。ホワイトカーボンのスト
ラフチャーの測定は吸油量の測定によるが、この吸油量
は約１２０〜２８０ｃｃ／　１００ｇである。

ホワイトカーボンの一般的特性を表−１に示す。

さらに、 市販ホワイトカーボンの特性を表 に示す。

上述のホワイトカーボンとして、本発明では、製造過程
中の中間生成物を用いることもでき、また、ホワイトカ
ーボンを含水状にしてペーストあるいはスラリー状にし
て用いることもできる。

上述の多価金属化合物としては、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、硫酸塩等
が用いられる。

さらに上述水溶性アルカリ剤としては苛性ソーダ、炭酸
ソーダ、アルミン酸ソーダ等の任意のアルカリを用いる
ことができるが、苛性アルカリが最も効果的である。

〔作用〕

本発明に用いられるホワイトカーボンの一種である含水
珪酸カルシウムや含水珪酸アルミニウムは通常のグラウ
ト工法に用いられる珪酸カルシウムとはその特性を異に
する。すなわち、通常のグラウト工法に用いられる珪酸
カルシウムは銑鉄等の製造の際に副生ずるスラグの粉末
であって、可溶性珪酸、石灰等を含み、石灰との硬化性
を有するが、水溶液はすぐに沈澱してしまい、ホワイト
カーボンのように水中に分散してストラフチャーを形成
せず、また、比表面積も小さく、吸着活性もない。この
理由はホワイトカーボンは含水珪酸（含水珪酸カルシウ
ム、含水珪酸アルミニウム〉粒子の内Ｂおよび表面にＤ
Ｈ基を多く有し、水素結合により水を吸着するためであ
る。したがって、本発明におけるホワイトカーボンは通
常の珪酸カルシウムや珪酸アルミニウムとは区別される
ものである。

さらに、珪藻土、シリカフニーム、理事、フライアッシ
ュ等の３１０□粒子もまた、本発明のホワイトカーボン
とは異なる。すなわち、これらは水と混合して放置する
と沈澱してしまい、珪酸のコロイド溶液とはなり得ない
。すなわち、表面活性、表面吸着、見掛比重等の特性が
ホワイトカーボンと異なり、ホワイトカーボンのように
水中全体に分散してストラフチャーを形成しない。

これに対して本発明にかかるホワイトカーボンは水との
混合により水を吸収し、沈澱することな（溶液全体に分
散してコロイドとなり、網状のストラクチヤ−を形成す
る。

上述の本発明にかかるシリカゲル、すなわち、ホワイト
カーボン、シリカゲル粉末、水ガラスのゲル化物をつぶ
したもの等は、一般の水ガラス反応剤とはもちろんのこ
と、特に反応性の高い多価金属化合物と混合しても、多
価金属化合物が難溶性の場合はもちろん、ＣａＣ１ｚや
ＭｇＣｊ！、のように水溶性の場合でも実質的にゲル化
反応を起こさない。

何となれば、シリカゲルは水ガラスと硫酸、あるいはそ
の他の反応剤と混合され、あるいは水ガラス中ノシリカ
分子表面のシラノール基がシロキサン結合され、高分子
化して反応が完了したあとの生成物からなるものである
から、それ自体では反応剤との反応性がすでになくなっ
ているからである。

しかるに、このようなシリカゲルはアルカリに容易に溶
解してしまうという特性がある。すなわち、１％苛性ソ
ーダ溶液中で常温で数十分〜数時間のうちに完全に溶け
てしまう。これに対して、シリカフニームや珪藻土やフ
ライアッシュはシリカゲルと異なり、苛性ソーダ中に２
４時間放置しておいても一部が溶けるのみで、完全には
溶けることがない。

したがって、これらのシリカゲルと反応剤をアルカリと
の共存状態におくと、シリカゲルはアルカリによってシ
リカ分を溶出する。その結果、溶出されたシリカ分が反
応剤と反応するためにゲル化反応を起こす。そして、シ
リカゲルとアルカリの溶解は直ちに行われることなく、
ゆるやかに行われるので、ゲル化には時間がかかるため
、反応剤の量が多くても長いゲル化時間でゲル化し、か
つ高強度を呈するゲル化物が形成される。

上述のように本発明にかかるシリカゲルはフライアッシ
ュ、シリカフニーム珪藻上等のシリカ化合物とちがって
アルカリで容易にかつ完全に溶けるという特性を有する
ため、ゲル化時間を配合のちがいによって容易に調整で
き、かつ均質で強固な硬化物を得ることができる。特に
反応剤が多価金属化合物の場合、不溶性の多価金属シリ
カ化合物が生成され、極めて強固な硬化、物が形成され
る。

また、特に、水溶性多価金属化合物を反応剤として用い
た場合、ゲル化時間が長く、しかも浸透性に優れた地盤
注入用硬化性組成物を得ることができる。

特に、本発明においては、ホワイトカーボンとＣａやＭ
ｇの塩化物のような多価金属化合物と、苛性ソーダのよ
うな水溶性アルカリとの組み合わせが優れている。この
組み合わせにかかる混合液からは時間とともにアルカリ
の作用によりホワイトカーボンからシリカが溶解し、そ
のシリカと多価金属化合物が反応してゲル化する。ホワ
イトカーボンを含む混合液は極めて微粒のコロイド溶液
であるが、アルカリによるシリカの溶解は直ちに行われ
ず、徐々に行われるので、ゲル化が直ちに起こるような
ことはなく、このため長いゲル化時間を保持し、しかも
地盤の細粒手間にも浸透する。シリカの溶解速度や溶解
量はアルカリの種類と濃度、ホワイトカーボンの濃度、
多価金属化合物の濃度の種類に依存する。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を実施例によって詳述する。

寒奥豊 １、使用材料 （１）シリカゲル シリカゲルとして粉状シリカゲルとホワイトカーボン、
含水水ガラスゲルを併用する。

ｉ）粉状シリカゲル 市販シリカゲルを粉砕して、直径０．５ｍｍ以内の粉状
にしたもの。

ｉｉ＞ホワイトカーボン 表−２に示す物性の般用的なホワイト カーボンを使用する。

１ｉｉ）含水水ガラスゲル 水ガラスと硫酸により酸性シリカゾル をつくり、その凝固物を粉砕したもの を用いる。酸性シリカゾルとしては表 ３に示す配合、物性のものを用いる。

（２） ｉｖ）水ガラス 次の組成の市販３号水ガラスを使用す る。

比重（２０℃）：１．４１２．５Ｉ０２　：　２Ｂ、　
２９％、Ｎａ２Ｏ：　９．９４％、　モル比：２．９４
■）珪酸コロイド（イオン交換によって得られた市販珪
酸コロイド〉 以下に示す物性のものを使用する。

比重（２０℃）：１．２０ＳＳｉｎｓ（％）：３０．５
Ｎａ２０（％）：＜０．７　、Ｐ）Ｉ　：　９．５平均
粒径（ｍμ）：１０〜２０ 粘度（２５℃、ｃｐｓ）：　＜１５ 多価金属化合物 次の多価金属化合物を使用した。

ｌ）塩化カルシウム２水塩 （Ｃａ　Ｃｊ！２　・２　Ｈ２０）　　試薬−級ｎ）消
石灰 水酸化カルシウム 〔Ｃａ　（ＯＨ）２）　　　　　　試薬−級ｉｉｉ　）
炭酸カルシウム （ＣａＣＯ２〉　　　　　　試薬−級 ｉｖ）硫酸アルミニウム ［／１２（ＳＯ２）、〕　　　　　試薬−級■）硫酸第
一鉄７水塩 （ＦｅＳ○４’７Ｈ２０）　　　試薬−級（３）苛性ア
ルカリ 苛性アルカリとして水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）の試
薬−級を使用する。

２、シリカゲル−多価金属化合物−水酸化ナトリウムか
らなる系 シリカゲルとして上記にあげた３種類と、多価金属化合
物として上記にあげた５種類と、水酸化ナトリウムから
なる系について、ゲル化時間ならびに固結体の水中養生
−軸圧縮強度を測定し、結果を表−４，５，６に示す。

〔発明の効果〕

１．ゲル時間 水ガラスや珪酸コロイドは多価金属化合物によって瞬間
的にゲル化する。これに比べて、本発明にかかる系では
数分から数１０分でのゲル化時間の調整が容易である。

２、固結強度 本発明にかかる系では、ゲル化時間が長いにもかかわら
ず、強度が高く、しかも長期強度も優れている傾向にあ
り、優れた恒久性が期待できる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリカゲルと、多価金属化合物と、水溶性アルカ
   リとからなる地盤注入用硬化性組成物。
2. （２）請求項第１項に記載の硬化性組成物において、前
   記シリカゲルがホワイトカーボンである組成物。