JPH0480290A - 地盤注入剤 - 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、水性コロイダルシリカを主剤に用いた地盤注
入用薬液であって、軟弱地盤の強化や湧き出し地下水の
止水などに使用される地盤注入剤に関する。

〔従来の技術〕

従来、地盤注入剤としては水ガラスを主剤としたものが
多用され、その硬化側（ゲル化剤）にはポルトランドセ
メント、消石灰、鉄鋼スラグ等のカルシウム塩類や、硫
酸水素ナトリウム、硫酸マグネシウム、リン酸等の各種
酸類、グリオキザール、エチレンカーボネートなどの有
機酸、エステル類が使用されてきた。また、水ガラスの
アルカリを嫌って水性コロイダルシリカを主剤とした注
入側も提案されている。

例えば、水性コロイダルシリカに、消石灰やポルトラン
ドセメント（特開昭５９−６６４８２号公報）、スルフ
ァミン酸マグネシウム等のアルカリ土類金属塩（特開昭
６３−１６８４８５号公報）、塩化ナトリウムや硫酸水
素ナトリウム等のアルカリ金属塩（特開昭５９−１５２
９８５号公報）、アルミニウム塩等の３価の金属塩（特
開昭５９−１５２９８４号公報）等の電解質を加えて硬
化させる方法が提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

水ガラスを使用する方法は、既に多数の文献で紹介され
ているように、注入した材料に含まれる多量のナトリウ
ム塩の存在のため耐久性に問題があり、さらには溶出し
てくる塩類のために地下水の汚染や地下埋設物の腐食が
問題になっている。

酸性水ガラスを使用した場合にも、これらの欠点はまっ
たく同様である。そこで、アルカリ金属塩を実質的に含
まないか、あるいは全く含まないコロイダルシリカの利
用が注目されてきているが、コロイダルシリカを効果的
にゲル化させることは極めて難しく、現在でも多数の研
究がこのために行われている。特にコロイダルシリカと
ゲル化剤を混合してからゲル化が起こるまでの時間（ゲ
ルタイムと記す）を調節するのは極めて難しい。例えば
アルカリ金属土類塩の電解質は、瞬間的にコロイドの安
全性を破壊しゲル化を起こすため添加量を微妙に調節し
なくてはならず、多過ぎれば注入前にゲル化し、少なけ
れば注入後の地下水の希釈によりゲル化しなくなる。そ
のため、予めゲル化剤を注入し、次いでコロイダルシリ
カを注入するような二重の手間をかける方法等も提案さ
れている。炭酸ナトリウム、硫酸ナトリウム等のアルカ
リ金属塩、アルミニウム塩、鉄塩等の３価の金属塩でも
この問題は全く同しである。

この問題の解決法は、コロイダルシリカと同時に注入さ
れるゲル化剤がコロイダルシリカをゲル化するムこ充分
以上のゲル化成分を含有し、かつそのゲル化成分を注入
後徐々に放出し、かつコロイダルシリカと同しように地
盤中にすみずみまで浸透することができる物質でな（で
はならない。これらの条件を満足する物質を模索検討し
た結果、アルカリ土類金属イオンをイオン交換して担持
させたアルミノンリケードが好ましい結果を示した。

本発明者らは、以上の事実に注目してこれら条件を満足
する物質を鋭意研究したところ、驚くべきことに、水性
コロイダルシリカを王剤として、アルカリ土類金属イオ
ンをイオン交換して担持させたアルミノシリケートをゲ
ル化剤に使用する薬剤が優れた地盤注入性能を発揮する
ことを知見し、本発明を完成するに至った。

〔課題を解決するための手段］ すなわち、本発明により提供される地盤注入剤は、水性
コロイダルシリカと、アルカリ土類金属イオンを担持す
るアルミノシリケートからなることを構成上の特徴とす
るものである。

以下、本発明について詳述する。

本発明に使用する水性コロイダルシリカは、公知であり
、例えば、水ガラスを原料とするイオン交換法、酸中和
法、電気透析法等あるいはシリカゲルの解膠法で製造さ
れ、米国特許第２５７７４８４号明細書、米国特許第３
７１１４１９号明細書、米国特許第２５７２５７８号明
細書、特開昭５２−３３８９９号公報、米国特許第３６
６８０８８号明細書、特開平１−３１７１１５号公報等
に記載されている。他にも、例えば米国特許第３６５０
９７７号明細書や特公平４６−７３６７号公報記載の金
属シリコンの酸化による製法や、米国特許第２９５１０
４４号明細書や特開昭６２−１２７２１６号公報記載の
微細シリカ粉末の水分散による製法に基づくコロイダル
シリカも使用できる。

水性コロイダルシリカは、３〜１１００ｎの平均粒子径
を有するものが使用できるが、粒子径の大きいものはゲ
ル強度が弱（平均径５０ｎ−以下がその意味では実用的
であろう。市販品の標準グレードは平均径１０〜２０ｎ
ｍで、これは実用できる。３〜ＩＯｎｍの小粒子グレー
ドはゲル強度が高く特に好ましい。

さらに３ｎｍ以下の平均粒子径を有するコロイダルシリ
カもあるが、このグレードは水ガラスのようにアルカリ
安定化剤の含有量が多く本発明の目的には適合しがたい
。

水性コロイダルシリカは、通常、コロイドの安定化剤と
して微量のアルカリイオン（または水素イオン）を含有
するが、本発明で使用する水性コロイダルシリカのアル
カリ含有量はＳｉＯ□／Ｍ２０（式中Ｍはアルカリ金属
）で５〜５００のものが好ましい。

本発明の地盤注入剤は、水性コロイダルシリカを主剤に
使用し、アルカリ土類金属イオンをイオン交換して担持
させたアルミノシリケートをゲル化剤に使用することを
特徴とするが、かがるアルミノシリケートとしては、ゼ
オライトや合成ゼオライトの前駆体である非晶質アルミ
ノシリケートが好適に使用される。これらアルミノシリ
ケートは、平均粒子径が０．１〜１０−の範囲にある粒
度部分が９０％以上にあるものが好ましい。

ゼオライトとしては、各種のゼオライトが適用できるが
、例えばＡ型ゼオライト、Ｘ型ゼオライト、Ｙ型ゼオラ
イト、Ｐ型ゼオライト、又はモルデナイトから選ばれた
合成ゼオライトのＩＭまたは２種以上、特にＡ型ゼオラ
イトが工業的に有利である。また、他のゼオライトとし
て国内で大量に産出できるクリノプチロライトのような
天然ゼオライトも使用できる。

さらに、合成ゼオライトの前駆体である非晶質アルミノ
シリケートは、ゲル状物質ではあるが、一般の天然又は
合成ゼオライトと同様に活性でカ千オン交換能があり、
特に製造１歴に限定はなく適用することができる。

本発明における前記アルミノシリケートは、いずれもナ
トリウム型になっているのでアルカリ土類金属塩水溶液
でイオン交換処理してアルカリ土類金属イオンを置換担
持したものでなければならない。

アルカリ土類金属としては、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ。

Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａがあるが、Ｍｇ、Ｃａが工業的に安価
に使用でき好ましい。ゼオライト中のアルカリ土類金属
の量はそのゼオライトのイオン交換当量の３０〜２００
％であるのがよく、３０％以下ではアルカリ土類金属の
放出ができないか、又はゲル化速度が極度に遅くなるた
めに大量のゼオライトを使用することになる。したがっ
て、注入側の粘度が高くなり注入し難くなる。

上限はイオン交換当量の１００％の量で充分であるが、
使用するゼオライトの製法による原因でイオン交換当量
以上の量が付着、吸着されていても２００％を越えなけ
れば実質的に支障はない。

また、アルミノシリケートに担持したアルカリ土類金属
イオンを重量％で表せば、アルミノシリケート粉末中に
酸化物基準で５〜３０重量％含有することが好適な範囲
となる。

〔作　用〕

本発明に係る地盤注入剤は、電解質の溶解や解離による
イオン成分の放出と異なりイオン交換によるイオンの放
出がイオンを徐々に行われるため、コロイダルシリカを
ゲル化させて均質強固な物性の硬化体を生成させる。ま
た、アルミノシヶートに含有されているアルカリ土類金
属イオンがコロイダルシリカのゲル化に必要以上大過剰
であっても、コロイダルシリカの安定側として存在する
アルカリイオンや水素イオン或は土壌中のイオンとイオ
ン交換作用した分だけのアルカリ土類金Ｉイオンが放出
されるだけで、ゼオライト中の余分のイオンは実質的に
作用を発現しないためゲルタイムを長くも短くも設定で
きる。例えば、アルミノシリケートに含有されているア
ルカリ土類金属イオンを速やかに放出させるにはコロイ
ダルシリカのアルカリイオンを（ＮａＯＨを添加するな
どして）調節することで極短時間のゲルタイムも可能で
ある。従ってアルミノシリケートにはコロイダルシリカ
をゲル化させるに充分以上のゲル化剤成分（アルカリ土
類金属イオン）を地盤中に導入することができるため確
実な硬化作用を得られる。

〔実施例〕

以下に実施例を挙げて説明するが、ここでゲルタイムと
はコロイダルシリカにゲル化剤を添加してから混合物が
流動性を失うまでの時間をいい、混合物の入ったビーカ
ーを９０度傾けても流下しなくなる時点までを測定した
。また、ゲル化体の強度とは、ゲル化前の混線物を５０
ｓ−φＸ１００−ＩＩＩＨの型枠に入れてゲル化させ所
定時間後に取り出してアームスラー型強度試験機を用い
て測定した一軸圧縮強度である。

実施例１〜１２及び比較例１〜３ 表１のＡ−１，２に示したコロイダルシリカと、表２の
Ｂ−１，２，３及び４に示したＡ型ゼオライト又はＸ型
ゼオライト、Ａ型ゼオライト前駆体の置換体を使用して
、表３に示した配合のＡ液とＢ液（スラリー）とにより
各種の地盤圧入剤を作成する。Ａ液とＢ液を混合しマグ
不チックスクーラーで攪拌を続けて地盤注入剤のゲル化
反応に基づくゲルタイムを測定した。

各注入剤の組成とゲルタイムの結果を表３に示す。

表 表 実施例１３〜１６ 表１のＡ−１に示したコロイダルシリカ２０（ｌｄに表
２のＡ型ゼオライトを粉末のまま添加して、表４に示し
た配合の地盤注入液を作成しマグ不チックスターラーで
攪拌を続けてゲルタイムを測定した。またゲルタイムの
約１０秒前に注入剤を５．０１ΦＸ１０ｃｍＬの型枠に
流し込んで強度測定用ホモゲルを作成した。各注入剤の
組成とこれを用いた結果について表４に示す。

実施例１７ 実施例４の配合の注入剤を５．０１ΦＸ１００ｃｍＬの
型枠に入った豊浦標準砂に加圧注入し、強度測定用サン
ドゲルを作成した。３日後にサンドゲルの注入部、中間
部、及び先端部より５．０　ｃｍΦＸＩＯｃｍＬの試験
体を切取り強度試験を行った。強度試験後の各試験体を
粉砕して希塩酸中で煮沸し、ゼオライトの／１．Ｏ，成
分を溶出して、ＩＣＰで含有量を測定した。結果を表５
に示したが、ゼオライトが先端部までよく浸透し均一な
硬化体になっていることが分かる。

比較として、比較例１の注入剤を用いて同じ試験を行っ
たが、砂粒子によってセメント粒子が濾過されてしまい
、大半の量のセメントは注入部より約１０ｃｍのところ
までしか浸透せず、中間部はコロイダルシリカだけのた
めゲル化していなかった。

またゲル化時間が短いため先端部までは注入できなかっ
た。

表 〔発明の効果〕 本発明に係る地盤注入剤は、電解質のように瞬間的にコ
ロイドをゲル化することなく、長いゲルタイムでも確実
にゲル化することができる。

さらに、アルミノシリケートは、その粒度が０゜１＝ｌ
Ｏｌｎａと微細な粒度をもつため、従来セメント系の物
質が注入しにくい地盤さえ注入することができ、地盤中
への浸透性のよい注入剤を提供できる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、水性コロイダルシリカと、アルカリ土類金属イオン
   を担持するアルミノシリケートからなることを特徴とす
   る地盤注入剤。 ２、アルカリ土類金属イオンを担持するアルミノシリケ
   ートがゼオライト粉末であり、アルカリ土類金属イオン
   をゼオライト粉末中に酸化物基準で５〜３０重量％含有
   担持する請求項１記載の地盤注入剤。 ３、アルカリ土類金属イオンを担持するアルミノシリケ
   ートがゼオライトの前駆体である非晶質アルミノシリケ
   ート粉末であり、アルカリ土類金属イオンを非晶質アル
   ミノシリケート粉末中に酸化物基準で５〜３０重量％含
   有担持する請求項１記載の地盤注入剤。