JPH0366794A - 地盤注入用薬液 - 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〕 本発明は珪酸コロイド溶液と酸性シリカゾルとからなる
地盤注入用薬液に係り、特に中性近辺で比較的長い時間
でゲル化し、固結物の耐久性にすぐれ、かつ浸透性がよ
く、固結強度が大きく、地下水の汚染のない公害防止に
すぐれた地盤注入用薬液に関する。

さらに、無機塩類、アルカリ剤あるいは酸を添加するこ
とによりゲル時間の調整を可能にし、またセメントの混
合により強固なるセメントグラウトをうることができる
。

〔従来の技術〕

従来の水ガラスを用いたグラウトは、水ガラスと酸性反
応剤からなり、強アルカリ領域で固結するものであり、
浸透性に劣り、ゲル化時間を長くすることができず、し
かも高強度を得ることができず、またアルカリが溶脱す
るおそれがあるため地下水をアルカリ性にし、かつアル
カリによるシリカの溶脱のため耐久性が得られなかった
。その改良法として水ガラスと酸性反応剤を混合して得
られる酸性シリカゾルと塩基性反応剤により弱酸性から
弱アルカリ領域で固結せしめてアルカリの逸脱防止と強
度の増加がはかられている。しかし高強度を得るために
水ガラス濃度を高くするとゲル化時間が短くなり、長い
ゲル化時間を得るためにはＰＨを強酸性にしなければな
らず、より一層の強度増加をはかることは不可能であっ
た。またゲルの収縮現象がみられるため粗い土層に注入
した場合長期的に透水性の低下が生ずるので恒久性グラ
ウトとしては不充分である。

水ガラスをアルカリをイオン交換樹脂処理で除き、シリ
カゾルを増粒して弱アルカリ性で安定化した超微粒子の
珪酸コロイド溶液を用いて、これに酸、塩、セメント等
を加えて一定時間後にゲル化せしめる注入材も開発され
ている。このグラウトは長期にわたって強度増加の現象
を示し、シリカの溶脱もほとんどなく、極めて耐久性に
すぐれている。しかし初期強度が小さく、初期の強度を
高くするためにはシリカ分の濃度を濃厚にする必要があ
り、かつ高強度に達するまでに長い年月を要する。さら
にイオン交換樹脂処理を行うため高濃度の配合を要し、
経済的にも問題がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、基礎地盤の支持力の増加、地山の強化、堤防
・トンネル等の止水工事等の恒久性を要する目的、さら
に注入後数年後に掘削するような長期仮設工事において
も、もちろん適用でき、従来のグラウト以上に浸透性が
よく、固結強度が一層すぐれ二次汚染のない恒久性の地
盤注入用薬液を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

珪酸コロイド溶液は水ガラスのアルカリ分をイオン交換
樹脂により除いた超微粒子のシリカ溶液であり、これと
酸性シリカゾルを組み合わせることにより、前記の目的
を達成することを特徴とし、必要に応じてこの系に無機
塩類・アルカリ剤あるいは酸の添加によりゲル化時間の
調整をはかることができ、セメントの混合により従来の
セメント系グラウトの強度を増加することができる。

〔作用〕

酸性シリカゾルを用いたグラウトも珪酸コロイド溶液を
用いたグラウトも、ともに公知であるが本発明はこれら
を組み合わせることにより酸性シリカゾルは珪酸コロイ
ド溶液によってゲル化の方向に移行するとともに、珪酸
コロイド溶液は酸性シリカゾルによってゲル化の方向に
移行して、この珪酸コロイドのシリカの粒径は大きく、
酸性シリカゾルのシリカ粒子は小さくこの両者を組み合
わせてゲル化させると酸性シリカゾル中のシリカ分と珪
酸コロイド溶液中のシリカ分が互いに相乗的に結合して
、密実な構造の形成することを見出し、これによって初
期強度・長期強度ともにすぐれ、シリカ分の溶脱・ゲル
の収縮はほとんどみられず、従って強度、止水性からみ
て極めてずぐれこ固結体を得ることができ、本発明を完
成した。

本発明は酸性シリカゾルグラウトよりも濃厚なシリカを
用いて、しかも長いゲル化時間でゲル化せしめ高強度を
得ることができる。また珪酸コロイドを用いたグラウト
よりも低いシリカ濃度で高い初期強度と高い長期強度さ
らに低粘性のため優れた浸透性を得ることができる。こ
の系に無機塩類、アルカリ剤、酸のいずれか或いは複数
を添加するとゲル化時間の調整をはかることができる。

またセメントの混合は、この系の高濃度シリカとの相乗
作用で極めて高強度のグラウトとすることができる。

〔発明の実施例〕

以下実施例により具体的に詳述する。

１、使用酸性シリカゾル （１）使用水ガラス 次の組成、物性からなる３号水ガラスを使用する。

比重（２０℃）：　１．４１２、Ｓ、ｉｏ、：２８．２
９％Ｎａ２Ｏ：９．９４％、　ｎ（モル比）：２．９４
粘度（２５℃）：８０ｃｐｓ （２〉酸性シリカゾルの配合 表−１に示す２種類の配合（１０００ｍ　ｌ！当り）に
かかる酸性シリカゾルを使用する。

表−１ ２、使用珪酸コロイド溶液 珪酸コロイド溶液は水ガラスのアルカリ分をイオン交換
樹脂によって除去してシリカ溶液を安定化した超微粒子
シリカ溶液で、次の組成、物性のものを使用する。

比重（２５℃）：１．２１２　、Ｓ　ｉ　０２　　：　
３０゜６％Ｎ　ａ　２０：　０．３９％、　　ＰＨ：１
０．ロ平均粒径：１０〜２０ｒｎμ 粘度（２５℃）：＜１５ｃｐｓ ３、酸性シリカゾル−水ガラス系 酸性シリカゾルとして表−１の（ｒｊ）と、硬化剤とし
て水ガラスを使用した系についてゲル化時間、Ｐｌ（お
よびＳｉＯ２の量を第１図に示す。

４、酸性シリカゾル−塩基性反応剤系 酸性シリカゾルとして表−１の（ロ）と、硬化剤として
水酸化マグネシウムを使用した系に一ついてゲル化時間
、ＰＨおよびＳ　１０　ｘの量を第２図に示す。

硬化剤として水酸化マグネシウムのほかに水酸化カルシ
ウム、炭酸カルシウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナト
リウム、りん酸系塩類その他の塩基性反応剤についても
同じような傾向をとる。

５、珪酸コロイド溶液−硬化剤系 珪酸コロイド溶液とその硬化剤として塩化ナトリウム、
酸性硫酸ナトリウムを使用した系につい゛Ｃゲル化時間
、ＰＨおよびＳ＋Ｏｉの量を表−２に示す。

表−２ ６、珪酸コロイド溶液−酸性シリカゾル系本発明にかか
る珪酸コロイド溶液と表−１の酸性シリカゾルとからな
る系についてゲル化時間、ＰＨおよび５ｉｎｓの量を第
３図（珪酸コロイド溶液（容量％）、第４図（珪酸コロ
イド溶液３容量％）、第５図（珪酸コロイド溶液５容量
％）、第６図（珪酸コロイド溶液１０容量％）、第７図
（珪酸コロイド溶液２０容量％）、第８図（珪酸コロイ
ド溶液３０容量％）、第９図（珪酸コロイド溶液５０容
量％）に示す。

７、珪酸コロイド溶液−酸性シリカゾル−助剤系第７図
の系に反応助剤として塩化ナトリウム２ｇ１水酸化カル
シウム０．２ｇ、１０％硫酸１ｍＡをそれぞれ添加した
系についてゲル化時間を第１０図に示す。

助剤としてはアルカリ金属・アルカリ土類金属・アルミ
ニウムの炭酸塩、酸性炭酸塩、硫酸塩、酸性硫酸塩、塩
化物等、アルカリ剤としては、アルカリ金属・アルカリ
土類金属・アルミニウムの水酸化物、または水中で水酸
化物となるこれらの金属酸化物、酸としては硫酸その他
の鉱酸においてもゲル化時間の変化調整をはかるのに使
用できる。

８、固結体の物性 上記の系のうち代表的なものとして次の表−３に示す配
合にかかる系について物性を測定する。

（１）固結強度 表−３の配合にかかる系について標準砂固結体を作成し
て、ポリ塩化ビニルフィルムで包み、密閉状態で養生し
た一軸圧縮強度を表−４に示す。

（２）容積変化および溶解シリカ 表−３の配合にかかる系についてホモゲルを作成して水
中に保存した時の容積変化を溶出したシリカを測定した
結果を表−５、表−６にそれぞれ示す。

表−４ 表−５ （−は容積の収縮、 十は容積の増加を示す） く３） 透水試験 表 ３の配合にかかる系について標準砂固結体を作成して、 １　ｋｇ　ｆ　／　ｃｒｌの水頭で連続透水を行い、 透水係数を求めた結思を表 ７に示す。

表−６ 表−７ ９、酸性シリカゾル−珪酸コロイド溶液−セメント系グ
ラウト 酸性シリカゾルと珪酸コロイド溶液にセメントを混合し
たセメントグラウトについて、対照の酸性シリカゾル−
水ガラス−セメントの系および珪酸コロイド溶液−セメ
ントの系と対比してゲル化時間と固結体の水中養生にお
ける固結強度を測定した結果を表−８に示す。

〔発明の効果〕

以上の実施例の資料から本発明については次のような効
果が明らかに認められる。

１、ゲル化時間 対照の酸性シリカゾル系のゲル化は、ゲル化時間の変動
が激しい（第１図、第２ｒＩＡ参照ニゲル化時間は対数
目盛）。従って酸性シリカゾル、硬化剤の調整に微妙に
影響されてゲル化時間の調整は極めて困難である。特に
数分から致ｌＯ分の調整は事実上不可能に近い。

これに比べて本発明にかかる系ではＳｔｏｗの濃度を高
くしても数分から数１００分にわたるゲル化時間の調整
が比較的容易である（第３．４．５．６．７．８．９図
参照）。従って優れた浸透性が期待でき、かつゲル化時
間が１００分以内ぐらいでのＰＨ領領域はほぼ中性に近
い状態にあることから、環境保全の点からも好ましい。

また、無機塩類、アルカリ剤、酸の少量の添加で、さら
にゲル化時間の調整をはかることができる。（第１０図
） ２゜固結強度 珪酸コロイド溶液−硬化剤の系（以下「珪酸コロイド溶
液系」と記す）では３ｉ０ｉの濃度を大きくできるので
（表−４の血４．５参照）、酸性シリカゾル−硬化剤の
系（以下「酸性シリカゾル系」と記す）に比べて強度を
大きくすることができる（表−４の弘１．２．３参照）
が、初期強度は逆に低い弱点をもっている。

本発明にかかる系（表−４の＆６〜１５〉では、珪酸コ
ロイド溶液の少量の併用で初期強度から高く、かつ同程
度の５ｉＯｚ濃度で比較してみても全般に高強度で珪酸
コロイド溶液と酸性シリカゾルとのゲル化反応に相乗作
用が働いて、両者の長所のみを発揮していることがわか
る。

３、容積変化および溶解シリカ 表−５、表−６のＮα１〜３から酸性シリカゾル系は容
積の収縮ならびに５ｉＯｚの溶脱が可成りみられるのに
対し、表−５、表−６のＮ［Ｌ４．５の珪酸コロイド溶
液系では容積変化、５ｉＯｚの溶脱はほとんどみられな
い。本発明にかかる系では珪酸コロイド溶液の少量の併
用でも、珪酸コロイド溶液系の影響を強くうけて容積変
化、５１０２の溶脱はほとんどみられない。

４、透水係数 本発明にかかる系では珪酸：Ｊロイド溶液系の影響を強
くうけて、常に一定した低い透水係数を示している。こ
れに対して酸性シリカゾル系では当初から透水係数は高
く、かつ日数経過の中途からさらに高く経過している。

（表−７参照）５、セメント系グラウト 表−８から本発明にかかる系では酸性シリカゾル系より
も極めて高強度であり、また珪酸コロイド系ど比較して
も遜色はなくむしろ優れていることがわかる。

６、相乗効果 以上総合して本発明は酸性シリカゾルと珪酸コロイド溶
液のもつ短所を互いに打消して、両者のもつ長所のみを
相乗的に発揮できるグラウトで耐久性に極めて優れてい
ることがうかがえる。

【図面の簡単な説明】

第１図は酸性シリカゾルと水ガラスの系、第２図は酸性
シリカゾルと水酸化マグネシラ去の系、第３図〜第９図
は珪酸コリイド溶液と酸性シリカゾルの系の、各ゲル化
時間、ＰＨおよびＳｉ○。 含有量を表したグラフを示し、第１０図は珪酸コロイド
溶液と酸性シリカゾルに各種助剤を添加ｉ５た系のゲル
化時間を表したグラフを示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）水ガラスと酸性反応剤を混合してえられる酸性シ
   リカゾルと、水ガラスをイオン交換樹脂処理によってア
   ルカリをほとんど除去してえられる珪酸のコロイド溶液
   とからなる地盤注入用薬液。
2. （２）請求項第１項に記載の地盤注入用薬液において、
   さらに無機塩類、アルカリ剤および酸の群から選ばれた
   一種またはそれ以上を含有してなる地盤注入用薬液。
3. （３）請求項第１または２項に記載の地盤注入用薬液に
   おいて、さらにセメントを含有してなる地盤注入用薬液
   。