JPH04202594A - グラウト材 - 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、軟弱地盤の強化に用いられるグラウト材に関
し、詳しくは、凝固時間の調整が容易であるグラウト材
に関する。

（従来の技術） 従来、軟弱地盤の強化や漏水地盤の止水のために、懸濁
型のセメント系注入材や、溶液型の水ガラス系注入材が
一般に用いられている。前者は、主として、ダム工事の
ような恒久的な強度を必要とする場合に用いられており
、後者は、主として、トンネル工事のように、掘削時ま
で一時的に強度を必要とする場合に、仮設のグラウト材
として用いられている。また、上記懸濁型と溶液型とを
組み合わせたものも、用途に応じて用いられている。

従来、溶液型のグラウト材においては、主剤として水ガ
ラスが用いられており、その凝固剤としては、主に穏和
な重炭酸アルカリ金属塩が用いられている。このような
水ガラス系グラウト材は、低廉であり、土壌への浸透性
にすぐれるものの、種々の欠点をもっていることが知ら
れている。

即ち、完全に中和されないままに水ガラスから形成され
た凝固物の中からアルカリ成分が溶脱し、これによって
地下水が汚染されるおそれがあること、金属イオンの介
在によって、凝固したゲルが破壊され、ゲルが収縮して
、離しよう水を分離すること（所謂シネリシス（Ｓｙｎ
ｅｒｅｓｉｓ）　）として知られている。）、凝固物の
中から未反応の水ガラスが溶出し、その結果、凝固物の
強度が低下すること等である。

そこで、このような問題を解決するために、水ガラスを
硫酸で中和しつつ、更に酸性側に移行させて酸性シリカ
ゾルを生成させ、これをアルカリ性凝固剤で中和し、凝
固させるシリカゾル法が知られている。この方法によれ
ば、前記したような地下水のアルカリ汚染のおそれがな
く、強度も経時的に増大する利点がある。しかし、この
シリカゾル法には、凝固物中に中和によって生成した硫
酸ナトリウムが残存しており、この硫酸ナトリウムは中
性塩ではあるが、ナトリウムイオンや硫酸イオンによる
金属腐食の弊害を避けることができない。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、従来のグラウト材における上記したような問
題を解決するためになされたものであって、凝固性の高
いカルシウム分を大量に含み、離しよう水の分離、アル
カリ障害等がなく、しかも、凝固時間を容易に調整する
ことができるグラウト材を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明によるグラウト材は、 Ａ　　５ｉＯｚ濃度４０〜２０重量％、ＮａｚＯ濃度１
重量％以下及び粒子径１０μｍ以下、２５℃における粘
度１３センチボイズ以下であるコロイダルシリカ、 Ｂ　（ａ）酸化カルシウム濃度が０．２重量％から８重
量％のカルシウムサッカレート水溶液、（ハ）濃度が０
．２重置％から飽和のカルシウムキレート化剤、及び （ｃ）濃度が０．２重量％から飽和の重炭酸アンモニウ
ム とからなることを特徴とする。

とからなることを特徴とする。

本発明によるグラウト材の調製において用いるコロイダ
ルシリカは、得られる凝固ゲルが高い強度を有するよう
に、ＳｉＯ□濃度が４０〜２０重量％、好ましくは３５
〜２５重量％の範囲である。ＳｉＯ□濃度が４０重量％
を越えるときは、コロイダルシリカの濃度が高すぎて不
安定であって、凝固しやすく、また、地中への広範囲の
注入が困難である。

他方、２０重量％より少ないときは、コロイダルシリカ
の濃度が低すぎて、得られる凝固ゲルが十分な強度をも
たない。

コロイダルシリカは、微細なシリカ粒子を水に均一に分
散させてなる懸濁液であって、完全な中性下では極めて
不安定であって、直ちに凝固することが知られている。

従って、通常、製造され、市販されているコロイダルシ
リカは、イオン交換法にてナトリウムイオンが除去され
ているが、僅かにアルカリ側に保持して安定化されてい
る。

グラウト材として用いるには、コロイダルシリカ中のＮ
ａ　ｔｏ濃度は、前述した金属腐食の観点からは、低い
ほどよい。他方、１重量％を越えるときは、凝固ゲル中
にアルカリ成分が残存し、その後に地下水に溶出するお
それがある。そこで、本発明においては、コロイダルシ
リカ中のＮａｚＯ１度は、コロイダルシリカの安定化の
ために、１重量％以下の範囲であれば許容されるものと
し、好ましくは、０．７重量％以下の範囲である。従っ
て、本発明において用いるコロイダルシリカは、９〜１
０程度のｐＨを有している。

このように、本発明によれば、ナトリウム成分が微量の
コロイダルシリカを用いるので、前述したシリカゾル法
と異なり、硫酸イオンは勿論、ナトリウムイオンに基づ
く金属腐食の問題が解決される。

また、本発明において用いるコロイダルシリカ中のシリ
カの粒子径は１０μｍ以下、好ましくは７μｍ以下であ
る。１０μｍを越えるときは、シリカ粒子径が大きすぎ
るために、得られるグラウト材を地中に広範囲に浸透さ
せることが困難である。

更に、コロイダルシリカは、２５℃において、その粘度
が１３センチポイズ以下であることが必要であり、好ま
しくは１０センチポイズ以下である。上述したと同様に
、粘度が１３センチボイズを越えるときは、粘度が高す
ぎて、得られるグラウト材を地中に広範囲に浸透させる
ことが困難であるからである。

次に、本発明によるグラウト材においては、凝固剤とし
て、穏和な弱アルカリであって、凝固時間を長く、或い
は広範囲に設定し得ること、高濃度に水に溶解すること
、離しよう水を分離しやすい金属イオンを含まないもの
であること、揮発性の化合物であって、有害な、又は腐
食性の物質を残さないものであること、安定であって、
分解や変質がないこと、低廉であり、入手も容易である
こと等の種々の利点を有するところから、重炭酸アンモ
ニウムが用いられる。

この重炭酸アンモニウムは、ｐＨ約８の弱アルカリ性物
質であって、２０重量％以上の高濃度にて水に溶解し、
金属イオンを含まず、分解すれば、炭酸ガスとアンモニ
アとになるので、残留物質がなく、炭酸アンモニアに比
べて安定である。従来、重炭酸アンモニウムは、水ガラ
スの凝固剤とじては知られているが、コロイダルシリカ
の凝固剤としては知られていない。

本発明によるグラウト材の調製に際しては、重炭酸ナト
リウムは、１０重置％水溶液乃至飽和水溶液、好ましく
は１０〜２０重量％濃度の水溶液として用いられる。飽
和溶解度を越える量を水に加えてなるスラリー状のもの
を用いることは、凝固物に重炭酸アンモニウムが固体と
して残留するので、凝固剤の均一性が失なわれる。しか
し、１０重量％よりも低濃度では、得られるグラウト材
が十分に強度の大きい凝固物を与えない。

このような重炭酸ナトリウムの１０重量％水溶液乃至飽
和水溶液は、グラウト材の調製に際して、コロイダルシ
リカ１００容量部に対して、５〜４０容量部、好ましく
は１０〜３０容置部の範囲で用いられる。重炭酸ナトリ
ウムの水溶液の配合量がコロイダルシリカ１００容量部
に対して５容量部よりも少ないときは、得られるゲルが
強度において不十分である。しかし、４０容量部を越え
るときは、グラウト材の凝固時間を制御することができ
ない。

コロイダルシリカは重炭酸アンモニウムによって凝固す
るが、しかし、得られる含水ゲルは、長期の強度安定性
が十分ではない。

そこで、本発明によれば、含水ゲルを強化するために、
コロイダルシリカと長期的に反応して不溶化物を形成す
る物質、即ち、化学的には不溶性のケイ酸塩を形成する
物質が添加剤として配合され、ここに、このような添加
剤として水酸化カルシウムが用いられる。

水酸化カルシウムの水溶液は、ｐＨ約１１のアルカリ性
であるが、放置によって、中性、不溶性の炭酸カルシウ
ムを生成する。しかしながら、よく知られているように
、水酸化カルシウムは水に難溶性であって、その溶解度
は常温で０．１５重量％にすぎない。

本発明によれば、水酸化カルシウムがショ糖液に大量に
溶解することを利用し、グラウト材の調製に際して、カ
ルシウムサッカレート水溶液として用いられる。酸化カ
ルシウムは、シヨＩＮ１モルに対して１〜６モルが結合
する。具体的には、１２℃において、ショ糖の１０％水
溶液に酸化カルシウムは約２％が溶解し、２０％水溶液
には約５％溶解する（石膏石灰便覧、第１５頁（技報堂
）、新版窯業工学便覧、第１４８６頁（技報堂））。

本発明において用いるカルシウムサッカレート水溶液は
、０．２〜８重量％、好ましくは１〜５重量％の酸化カ
ルシウム濃度を有する。カルシウムサッカレート水溶液
における酸化カルシウムの濃度が０．２％よりも小さい
ときはグラウト材におけるカルシウム成分量が不十分で
あって、凝固した含水ゲル中に不溶化物を多く形成させ
るに至らない、一方、８％を越える高濃度のカルシウム
サッカレート溶液は、その調製が困難であるほか、その
ような高濃度のカルシウムサッカレート水溶液は、粘度
が高すぎて、地中に十分に均一に浸透させることが困難
である。更に、カルシウム成分の凝固が促進され、その
速度を制御することも困難である。

しかし、コロイダルシリカとカルシウムサッカレート水
溶液とを直接に混合すれば、コロイダルシリカは直ちに
凝固し、均一な含水ゲルの凝固物を安定に得ることがで
きない。従って、本発明においては、カルシウムサッカ
レート水溶液中のカルシウム成分をカルシウムキレート
化剤によってキレート化し、そのマスキング効果によっ
て、コロイダルシリカとの反応を遅延させ、不溶化を緩
慢に起こらせる。

このようなキレート化剤として、本発明においては、無
機系、有機系のいずれも用いられる。無機系としては、
種々のリン酸ナトリウム、例えば、トリポリリン酸ナト
リウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム、テトラポリリン
酸ナトリウム、ウルトラポリリン酸ナトリウム等を挙げ
ることができる。

また、有機系としては、例えば、ＥＤＴＡ　（ジアンモ
ニウム塩、ジナトリウム塩等）を挙げることができる。

これらのなかでは、安全性が高（、且つ、低層であるト
リポリリン酸ナトリウムが好ましく用いられる。

このようなキレート化剤は、グラウト材の調製に際して
、濃度が０．２％から飽和の水溶液、好ましくは５〜３
０重量％の水溶液として用いられる。

キレート化剤の水溶液の濃度が０．２重量％よりも小さ
いときは、キレート化によるカルシウムの可溶化の効果
が不十分である。

本発明において、キレート化剤は、その濃度にもよるが
、例えば、酸化カルシウム濃度２重量％のカルシウムサ
ッカレート１容量部に対して、通常、２〜５容量部が用
いられる。

このようにして、本発明によれば、カルシウムキレート
化剤を併用することによって、コロイダルシリカとカル
シウムサッカレートとの間の瞬結を阻止し、コロイダル
シリカを緩慢に凝固させることができる。

本発明によるグラウト材は、以上のよう、４成分系であ
って、かかる配合によって、コロイダルシリカを緩結さ
せるには、例えば、先ず、カルシウムサッカレート水溶
液とキレート他剤水溶液とを混合し、これに重炭酸アン
モニウム水溶液を加える。これら王者は反応せず、安定
な混合物を形成する。次いで、この混合物をコロイダル
シリカに加えると、１分から数時間の間に全体が凝固す
る。

従って、凝固時間の長いグラウト材は、上記のように、
カルシウムサッカレート水溶液とキレート他剤水溶液と
重炭酸アンモニウム水溶液との混合物とコロイダルシリ
カとを混合した後、−重管を用いて地中に注入すればよ
い、しかし、凝固時間の短いグラウト材の場合は、カル
シウムサッカレート水溶液とキレート他剤水溶液と重炭
酸アンモニウム水溶液との混合物とコロイダルシリカと
を別々に二重管を用いて地中に注入し、地中で混合すれ
ばよい。

以下に実施例を挙げて本発明を説明する。

（実施例） 実施例１ 市販のコロイダルシリカ（触媒化成工業■製５Ｉ３５０
．５ｉＯ１濃度３０重量％、ＮａｚＯ濃度０．６重量％
、粒子径８μｍ、２５℃における粘度１０センチボイズ
以下）と、市販の水酸化カルシウムとショＩ！（いずれ
もキシダ化学■製）から調製したカルシウムサッカレー
トの０．４重量％水溶液、市販のトリポリリン酸ナトリ
ウム（キシダ化学■製）の９．１重量％水溶液、ＥＤＴ
Ａジアンモニウム塩（■同位化学研究所製）の１６．７
重量％水溶液及び重炭酸アンモニウム（キシダ化学■製
）の９．１重量％水溶液を用いて、第１表に示す組成を
有するグラウト材を調製し、含水ゲルの凝固時間を測定
した。結果を第１表に示す。

凝固時間の測定は次のようにして行なった。即ち、上記
したカルシウムサッカレート水溶液とキレート他剤水溶
液と重炭酸アンモニウム水溶液との混合物とコロイダル
シリカの所定量をそれぞれ内径２２■の試験管に秤り取
り、これらを一つの試験管に集めて混合した時点から、
混合液が試験管を傾けても動かなくなる時点までの時間
を測定して、これを凝固時間とした。

実施例２ 実施例１と同様にして、コロイダルシリカ（触媒化成工
業■製５Ｉ３５０）、カルシウムサッヵレート約２重量
％水溶液、トリポリリン酸ナトリウム１４．３重量％水
溶液及び重炭酸アンモニウム２０重量％水溶液を用いて
、第２表に示す組成を有する比較的高濃度のグラウト材
を調製し、含水ゲルの凝固時間を測定した。結果を第２
表に示す。

実施例３ 実施例２で用いたコロイダルシリカ、カルシウムサッカ
レート、トリポリリン酸ナトリウム及び重炭酸アンモニ
ウムを第３表記載の如く配合したグラウト材を調製し、
ホモゲルの凝固時間を測定した。結果を第３表に示す。

比較例 実施例２で用いたコロイダルシリカとカルシウムサッカ
レートとを混合したところ、直ちに凝固した。即ち、こ
の二液からなる配合物は、グラウト材としての使用には
不適当なものであった。

また、実施例１で用いたコロイダルシリカ、ＥＤＴＡジ
アンモニウム塩、トリポリリン酸ナトリウム及び重炭酸
アンモニウムを第４表記載の如く適宜配合して得たグラ
ウト材を凝固時間は、第４表に示すとおりであった。

カルシウムサッカレート及び／又はキレート化剤を配合
しないこれらのグラウト材は、凝固時間が必要以上に速
く、強度用いる十分でない傾向があった。

（発明の効果） 本発明によるグラウト材は、特定のコロイダルシリカに
、濃度が特定されたカルシウムサッカレート、カルシウ
ムキレート化剤及び重炭酸アンモニウムの混合物が配合
されてなり、凝固剤として重炭酸アンモニウムを用いる
と共に、強度発現のためのカルシウムサッカレートと反
応遅延剤としてのカルシウムキレート化剤とを予め配合
し、かかる配合物とコロイダルシリカとを混合してなる
ので、コロイダルシリカの凝固を広い時間範囲で安定し
て行なうことができる。

また、凝固物の強度も良好であり、従来のシタカゾル法
の如く、金属腐食を惹起することもない。

特許出願人　積水化学工業株式会社 代表者　廣１）　馨

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ａ　ＳｉＯ＿２濃度４０〜２０重量％、Ｎａ＿２
   Ｏ濃度１重量％以下及び粒子径１０μｍ以下、２５℃に
   おける粘度１３センチポイズ以下であるコロイダルシリ
   カ、 Ｂ（ａ）酸化カルシウム濃度が０．２重量％から８重量
   ％のカルシウムサッカレート水溶液、 （ｂ）濃度が０．２重量％から飽和のカルシウムキレー
   ト化剤、及び （ｃ）濃度が０．２重量％から飽和の重炭酸アンモニウ
   ムとからなることを特徴とするグラウト材。