JPH03275793A - 地盤注入用非アルカリ性シリカゾル - 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〕 本発明は酸性反応剤と水ガラスからなる地盤注入用非ア
ルカリ性シリカゾルの改良に関する。

〔従来の技術〕

酸性反応剤と水ガラスからなる非アルカリ性シリカゾル
グラウトは、酸性から中性領域でゲル化せしめ、アルカ
リの溶脱がなく、珪酸含有量が少ない割には優れた固結
強度が得られる点から最近広く実用に供されている。し
かし、次に示すような欠点を有する。

（１）高濃度水ガラスの非アルカリ性シリカゾルの製造
には高度の製造技術が必要である。

水ガラス濃度かうすい場合の非アルカリ性シリカゾルの
製造は比較的容易であるが、水ガラス濃度が濃厚になる
と部分ゲル化を起こして不均一状態になり易く、ゲル化
時間が短いため、ミキサー中でゲル化してしまう。

したがって、高強度を得んがために高濃度水ガラスの非
アルカリ性シリカゾルを製造するには水ガラスの濃度に
限度がある。

（２）ゲル化時間の調整が困難である。

水ガラス濃度が濃いとゲル化調整に用いるアルカリ剤の
僅かの添加量によってｐＨの変動が激しく、したがって
、ゲル化時間の調整が困難である。

（３）以上から、比較的低濃度水ガラスのシリカゾルが
用いられた。

このため、長いゲル化時間で高強度のゲル化物を得るの
が困難であった。また、強度の低いゲル化物は水圧が加
わるとゲル化物が固結物から抜けやすいため、耐久性が
得られにくいという問題がある。

（４）従来の酸性反応剤と水ガラスからなる非アルカリ
性シリカゾルの固結体はゲルの収縮が大きい。

〔発明が解決しようとする問題点〕

使用する水ガラスに水ガラス以外のシリカ化合物を併用
してシリカゾル中の珪酸分の増加をはかるとともに異な
る粒径のシリカ粒子からなるシリカゾルを形成して高珪
酸含有の非アルカリ性シリカゾルを製造し、かつゲル化
物を密実な構造にすることを検討して、前記の問題の解
決をはかろうとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上述のように高濃度水ガラスによる非アルカリ性シリカ
ゾルの製造には困難を伴うので、水ガラス濃度は低くし
て、低い５１０２分を水ガラス以外のシリカ含有物の添
加によって補うことを検討し、５１０２分の多いシリカ
化合物でありながらゲル化時間が長く、しかも異なる粒
径のシリカを含有せしめて高強度と耐久性を得て、その
目的を達成することができた。すなわち、非アルカリ性
シリカゾルの製造にあたり、水ガラスに上記シリカ化合
物を加えた混合懸濁液と酸性反応剤を混合することによ
り、シリカ化合物が均一に分散した高濃度のＳｉＯ□を
含有するゲル化時間の長い非アルカリ性シリカゾルを得
ることができた。このシリカゾルは、シリカ化合物が直
ちに反応を起こすことなく、しかもシリカ化合物の表面
が水ガラスのアルカリによって一部溶けた状態になって
いるため粒子の異なるシリカコロイドを含有しながら均
一なシリカゾルを製造することが容易で、また、このシ
リカゾル中の５１０２分をすべて水ガラスにより製造し
たシリカゾルに比べて、ゲル化時間が長く、アルカリ反
応剤の添加によるゲル化時間の調整が比較的容易となる
。

また、強度的にはゲル自体の強度が高く、しかも固結砂
はその間隙に粒径の異なる粒子からなるゲル化物が密実
に填充されているため、水圧にもゲル化物が押し出され
ず耐久性が極めて優れた特性を有する。

本発明に用いられる水ガラスとして、３号水ガラスのほ
かに、１号、２号、４号が挙げられ、さらにその他の低
モル比水ガラスも用いられる。また、酸性反応剤として
７２％工業用薄硫酸のほかに各種濃度の硫酸液やこれに
酸性硫酸す）　ＩＪウムや各種塩類を溶解混合したもの
も使用できる。シリカ化合物としては以下の実施例で使
用するもののほかに各種のホワイトカーボン、酸性白土
、シリカフニームはもちろん、シリカ分を含有するその
他の化合物として理事、フライアッシュ、珪藻土類、水
ガラスのゲル化物をくだいたもの、その他のものも使用
できる。アルカリ反応剤としては炭酸水素ナトリウムの
ほかに炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム、加水分解によ
ってアルカリ性を呈する塩類、水ガラス水溶液、その他
各種の水酸化物も使用できる。

〔作用〕

本発明における水ガラス以外のシリカ化合物は難溶性で
酸性中では未活性のまま沈降するが、強アルカリのもと
では活性化する。水ガラスは強アルカリ性であるため、
前記シリカ化合物の表面は部分的に溶解して活性化し、
水ガラス中の５１０２と共存のもとて均等に分散し、か
つ酸性反応剤と反応してＳ１０．の重合体を析出する。

一般に水ガラス水溶液と酸を混合してなる酸性シリカゾ
ルにおけるコロイド粒子は、水ガラス単分子のシリカを
起源として形成されるため極めて微粒である。それに対
して、水ガラス以外のシリカ化合物は難水溶性で通常０
．１ミクロンないし数１０ミクロンの大きさを有するた
め、それを起源とするシリカのコロイドは、水ガラスを
起源とするコロイドよりも大きな粒径よりなる。したが
って、水ガラスと上記シリカ化合物の混合物を起源とし
てつ（られたシリカゾルは粒径が小さいものと大きいも
のが分布したコロイド溶液が形成される。

このため、固結物には大きな粒径のシリカの網状構造の
中の小さなシリカが充填される結果、密実なゲル化物が
形成され、それが大きな強度をもたらすものと考えられ
る。また、実際の地盤にこれらの注入液が注入された場
合、土粒子間がこのような密実な構造のゲル化物でうま
っているため、大きな水圧が加わっても押し出されにく
い構造となり、したがって、耐久性の優れた改良地盤を
形成することになる。

また、シリカ化合物は水ガラスと共存のもので徐々にゲ
ル化が進行し、ゲル化後も徐々に反応が進行していく。

したがって、ゲル化のｐＨ範囲が広く固結体は徐々に強
度を増して長期固結強度に優れるものとなる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例によって詳述する。

■、使用材料 （１）水ガラス 次に示す組成の３号水ガラスを使用した。

比重（２０℃’）　　：　　１．４１２、ＳｉＯ□：　
　２８．２９％Ｎａｚ○：９．９４％、　モル比：２．
９４（２）シリカ化合物 シリカ化合物として表−１に示す３種類のものを使用し
た。

（３）酸性反応剤 酸性反応剤として７２％の工業用薄硫酸を使用した。

（４）アルカリ性反応剤 アルカリ性反応剤として炭酸水素ナトリウム（試薬−級
）を使用した。

２、非アルカリ性シリカゾル （１）製法 酸性反応剤の水溶液をつくり、急速攪拌しながらシリカ
化合物を水ガラス水溶液中に加えた懸濁液を混入して、
所望の非アルカリ性シリカゾルをつくる。必要に応じて
これにアルカリ反応剤の水溶液を添加混合して所望のｐ
Ｈ５ＳｉＯＪ度のシリカゾルをつくる。

シリカ化合物のシリカ分はアルカリのもとでのみ活性化
するので水ガラス水溶液に酸性反応剤とシリカ化合物を
混合して非アルカリ性懸濁液をつくっても、シリカ化合
物はほとんど遊離の状態で放置とともに沈降し上層はシ
リカ化合物をほとんど含まない単なる水ガラスのみによ
るシリカゾルを形成し、下層にはシリカ化合物がほとん
ど未反応のまま沈降した状態のシリカゾルが形成される
。

（２）ゲル化時間 （酸性反応剤〉−（水ガラス−シリカ化合物）の系、な
らびに対照として（酸性反応剤）−（水ガラス）の系に
おける、水ガラスからくる５１０２のモル濃度とシリカ
化合物からくるＳ】０２のモル濃度において、上記の方
法で調整した種々のｐＨ値に対応するゲル化時間を表−
２に示す。なお、対照とホワイトカーボン併用の場合に
ついて図示すると図−１のようになる。

表−２および図−１から水ガラス単独の場合（実施Ｎｎ
ｌおよび６）はｐＨの変化に対応するゲル化時間の変動
は急激であるが、水ガラスの一部をシリカ化合物で置き
換えると〈実施胤２〜５．７〜１２）ゲル化時間の長い
低ｐＨ領域ではゲル化時間は早くなり、ゲル化時間の短
い高ｐＨ領域では逆にゲル化時間は遅くなり瞬結状にな
るようなことはなく全船にゲル化時間の調整が容易とな
る。

特に、ホワイトカーボン併用の場合にその傾向が著しい
。

（３）標準砂固結体の一軸圧縮強度 上記表−２の一部の系について、モールド中に標準砂を
つめて手押しポンプで注入して得た供試体について、−
軸圧縮強度を測定した結果を表−３に示す。

表−３から水ガラス単独の場合の標準砂固結体（実施Ｎ
α１３オよび１８）に比べて、水ガラスの一部をシリカ
化合物で置き換えた標準砂固結体（実施Ｎα１４〜１７
および１９〜２４、特にホワイトカーボンの場合（実施
に１４．１５．１９．２０〉）は、３日後の一軸圧縮強
度は水ガラス単独の場合よりも強固であり、初期強度に
優れており、７日後にはさらに強度が大きくなり、３０
日後には明らかに大幅に強固な固結体となり、恒久性に
優れることが期待できる。

（４）浸透試験 内径５ｃｍ、高さｌｏａｍのモールド中に豊浦標準砂を
填充して、小型注入ポンプを用いてモールド下面から表
−３の基糸について浸透試験を行った。

対照の実施Ｎ（Ｌ１３（ＳｉＯ２＋　１．３６モル／１
）に比べて、酸性白土併用の実施に１６を除いた実施Ｎ
α１４゜１５．１７は誤差程度の若干の時間の遅れは見
られたものの、上部まで浸透して溢出した。また、対照
の実施恥１８（Ｓｉ○、　：　２．６６モル／１）に比
べて、酸性白土を併用しない実施Ｎα１９．２０（ホワ
イトカーボン併用）、実施狙２２（シリカフニーム併用
）では上記と同様、誤差程度の若干の時間の遅れは見ら
れたものの上部まで浸透して溢出した。溢出した液は注
入時のものとほとんど変化はなかった。

酸性白土を併用した実施Ｎα２１．２３．２４では表−
１かられかるように使用した酸性白土の粒子が大きかっ
たため、粒度の大きな粒子の土に注入すれば、問題はな
く同一の傾向を得ることができる。

なお、比較のために、表−３の配合において、水ガラス
と酸を混合して酸性シリカゾルをつくってから、シリカ
化合物を混合した配合物を用いた場合は、注入液中のシ
リカ化合物が分離して下面の土粒子間に目づまりを起こ
して注入液が上部まで浸透して溢出せしめることは不可
能であった。

（５）収縮試験 （４）に用いたモールド中に表−３に示す配合でゲル化
物をつくり、水中養生を行って収縮率を測定した。その
結果を表−３中に示す。これより本発明によるゲル化物
はシリカ化合物を加えない場合に比べて収縮率が極めて
少なく、したがって、水密性に関する耐久性が優れてい
ることがわかる。

なぜならば、水密性の耐久性はゲルの収縮あるいはゲル
化物のシリカ分の溶脱によって生ずるからである。

（６〉耐水圧試験 （４）の実験で表−３の配合で行ったモールド中の固結
標準砂に対して１ｋｇ／ｃｄの水圧を加えて連続透水性
の変化を調べた。なお、酸性白土の場合は標準砂と注入
液を混合して固結物をモールド中で形成した。その結果
を表−３に透水係数で示す。

それによれば、本発明では長期間にわたって透水係数が
小さくなり、水密性の耐久性が極めて少ないことがわか
る。これは土粒子間中のゲルが異なるシリカの填充によ
って水圧に対してもシリカが溶脱しにくく、また押し出
されにくく、抵抗の大きな構造になっていることを物語
っている。

〔発明の効果〕

以上より、酸性反応剤と水ガラスとの混合により非アル
カリ性シリカゾルを製造またはこれにアルカリ反応剤を
添加してｐＨを変化せしめてゲル化時間を調整するにあ
たって、水ガラスとシリカ化合物の混合系を酸性反応剤
と混合することにより、従来困難とされていた高い濃度
の３１０．含有状態においても非アルカリ性シリカゾル
の製造が容易となる。また、このようにして製造した非
アルカリ性シリカゾルはｐＨの変化によるゲル化時間の
変動が従来のものに比べて緩慢となり、特に、瞬結状態
の不均一なゲルを形成するようなことはない。

固結強度においては、初期強度が強く、また、徐々にゲ
ル化が進んで長期的には大幅に固結体の強度が増大し耐
久性の優れた特性を得ることができる。

また、混合系自体は白濁したコロイド状で水ガラスと反
応して、従来の溶液型の非アルカリ性シリカゾルにほと
んど遜色のない浸透性を示す。

【図面の簡単な説明】

図−１は非アルカリ性シリカゾルのｐＨの変化に対応す
るゲル化時間の変化を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）酸性反応剤と水ガラス液との混合により得られる
   非アルカリ性シリカゾルにおいて、あらかじめ前記水ガ
   ラス液に水ガラス以外のシリカ化合物を含有させること
   を特徴とする地盤注入用アルカリ性シリカゾル。
2. （２）請求項第１項に記載された非アルカリ性シリカゾ
   ルにおいて、前記水ガラス以外のシリカ化合物はホワイ
   トカーボンであるシリカゾル。
3. （３）請求項第１項に記載の非アルカリ性シリカゾルに
   おいて、前記非アルカリ性シリカゾルにアルカリ性反応
   剤を添加して、前記非アルカリ性シリカゾルのゲル化時
   間を調整することを特徴とするシリカゾル。