JPH0713232B2

JPH0713232B2 - 地盤注入用薬液

Info

Publication number: JPH0713232B2
Application number: JP28188390A
Authority: JP
Inventors: 健二栢原
Original assignee: 強化土エンジニヤリング株式会社
Priority date: 1990-10-22
Filing date: 1990-10-22
Publication date: 1995-02-15
Anticipated expiration: 2010-02-15
Also published as: JPH04159389A; TW205079B

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は水ガラス、アルミン酸のアルカリ金属塩および
炭酸のアルカリ土金属塩、あるいはさらに、アルカリ金
属を有するアルカリを有効成分とし、ゲル化時間が長い
にもかかわらず高強度を呈し、かつ極めて優れた浸透性
を発揮する地盤注入用薬液に関する。

〔従来の技術〕

水ガラスをアルミン酸ソーダによってゲル化せしめるこ
とは古くから知られているが、長時間でのゲル化時間の
調整は極めて困難である上に、固結体の強度が軟弱であ
る。また、セメントを使用しない無機系の懸濁型水ガラ
スグラウトも知られている。これは水ガラスの反応剤と
して石灰を用いるものである。これら懸濁型水ガラスグ
ラウトは溶液型グラウトに比べて強度的には優れるもの
の、懸濁状であるため、たとえ微粒子状の石灰を使用し
たとしても、その浸透性には自ら限度があり、溶液型に
は到底及ばない。したがって、長時間のゲル化時間で、
しかも浸透性に優れた高強度の懸濁型の水ガラスグラウ
トが要望されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、水ガラスとアルミン酸のアルカリ金属
塩からなるグラウトに炭酸のアルカリ土金属塩、さらに
はアルカリ金属を有するアルカリカルシウムをある範囲
内において調整配合することにより、広範囲にわたる水
ガラス、アルミン酸ソーダの使用を可能とし、かつ長い
ゲル化時間を要して懸濁状から溶液状へと徐々に移行し
ながら浸透してゆき強度的にも今までにない高強度のグ
ラウトを得る地盤注入用薬液を提供することにある。

〔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、本発明の地盤注入用薬液に
よれば、水ガラス、アルミン酸のアルカリ金属塩および
炭酸のアルカリ土金属塩あるいはさらにアルカリ金属を
有するアルカリを有効成分とすることを特徴とする。

上述の各成分は配合液１当り次の（Ａ）および（Ｂ）
の条件を同時に満足するように配合されることが好まし
い。

（Ａ）水ガラスからのSiO₂モル濃度が1.0モル以上、好
ましくは1.0〜3.4。

（Ｂ）水ガラスおよびアルミン酸のアルカリ金属塩、あ
るいはさらにアルカリ金属を有するアルカリからの全Me
₂Oモル濃度に対する水ガラスからのSiO₂モル濃度の比が
2.5以下、好ましくは0.5〜2.5。

さらに本発明は前述の（Ａ）および（Ｂ）の条件に加え
て次の（Ｃ）および（Ｄ）の条件を同時に満足するよう
に配合されることもできる。

（Ｃ）アルミン酸のアルカリ金属塩からのAl₂O₃モル濃
度に対する水ガラスからのSiO₂モル濃度の比が５以上、
好ましくは30〜５。

（Ｄ）炭酸のアルカリ土金属塩モル濃度が0.5モル以
上、好ましくは0.5〜1.7モル。

ここで、前述のアルミン酸のアルカリ金属塩とはアルミ
ン酸ソーダ、アルミン酸カリ等であり、さらに、炭酸の
アルカリ土金属塩とは炭酸カルシウム、炭酸マグネシウ
ム等である。また、アルカリ金属を有するアルカリとは
苛性アルカリ、アルカリ金属の炭酸塩、リン酸２アルカ
リ金属塩等であるが、特に苛性アルカリのような強アル
カリが効果的である。

上述の本発明は如何なるモル比（SiO₂のモル濃度/Na₂O
のモル濃度）の水ガラス、また、如何なるモル比（Me₂O
のモル濃度/Al₂O₃のモル濃度）のアルミン酸アルカリ金
属塩をも使用でき、長時間を要して徐々に懸濁状から溶
液状へと移行しながらゲル化に至る。したがって、その
間に徐々ではあるが、確実に地盤に浸透し、しかも溶液
型グラウトとしてはもちろん懸濁型グラウト（セメント
を除く）としても今までにない高強度のグラウトを得る
ことができる。

〔作用〕

炭酸のアルカリ土金属塩は生石灰や消石灰等の石灰類と
は異なる挙動を示す。すなわち、石灰類は水ガラスのモ
ル比SiO₂/Me₂Oの全ての領域でゲル化現象を起こす。一
方、炭酸のアルカリ土金属塩はモル比がほぼ１付近かあ
るいはそれ以下でないと、多量添加してもゲル化を起こ
さない。その場合、配合直後からゲル化後に至るまで懸
濁状の白濁した状態のまま白色ゲルを形成する。すなわ
ち、炭酸のアルカリ土金属塩は本来、水ガラスとは反応
しないものであるが、モル比が１付近あるいはそれ以下
の水ガラス中では、遊離の苛性ソーダの作用によってCa
（OH）_２を形成し、これが水ガラスのSiO₂と反応するも
のと思われる。

また、石灰類はその大部分が10ミクロン以上の粒子で占
められており、このため細粒土には浸透し得ない。それ
に対して、炭酸のアルカリ土金属塩では、例えば炭酸カ
ルシウムの場合、重炭酸カルシウムと沈降炭酸カルシウ
ムとがあるが、このうち、特に沈降炭酸カルシウムはそ
のほとんどが10μ以下の粒径からなり、細粒土に対する
浸透性に優れている。また、炭酸カルシウムは水ガラス
との反応性は本質的にはないが、アルミン酸のアルカリ
金属塩、例えばアルミン酸ソーダに加えるとアルミン酸
ソーダが直ちにゲル化することからアルミン酸ソーダと
は反応性がある。ところが、本発明のように、例えば水
ガラスと、アルミン酸ソーダと、炭酸カルシウムの系で
はアルミン酸ソーダと炭酸カルシウムは直ちに反応する
ことなく、しかも、長時間を要してゲル化に至る間に徐
々に反応が進行して透明状に近い溶液状となるため、溶
液型に近い浸透性を示すようになるのである。この理由
は明らかでないが、水ガラス−アルミン酸ソーダ−炭酸
カルシウムの系が配合当初はそれぞれ遊離の状態で懸濁
状を呈しており、苛性ソーダの添加もしくは添加するこ
となく、SiO₂、Na₂O、Al₂O₃、CaCO₃のある濃度範囲内で
徐々に反応が進み、何らかの可溶性の構造をもったカル
シウム・アルミニウム珪酸塩に変化して、強固なゲルを
形成するものと思われる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を実施例によって詳述する。

実施例１〔１〕使用材料（１）水ガラスモル比の異なる表−１に示す組成の３種類の水ガラスを
使用。

（２）アルミン酸ソーダ次の二種類の表−２に示すアルミン酸ソーダ液を使用。

（３）苛性ソーダ水酸化ナトリウム試薬一級を使用。

（４）炭酸カルシウム炭酸カルシウム試薬一級を使用。

〔２〕本発明にかかる水ガラス−アルミン酸ソーダ−炭
酸カルシウム−（苛性ソーダ）からなる系。

水ガラス、アルミン酸ソーダ、炭酸カルシウムおよび苛
性ソーダの配合順は如何なる方法でも均一に充分撹拌混
合すればよい。しかし、アルミン酸ソーダと苛性ソーダ
とは反応して沈澱を発生するため十分撹拌混合して均一
な懸濁状とすることが必要である。

以下の実施ではＡ液として水ガラス、アルミン酸ソー
ダ、苛性ソーダ、水からなる配合液800mlを、Ｂ液とし
て炭酸カルシウムの水懸濁液200mlを用いて、Ａ液とＢ
液を合流してゲル化に至らしめた。配合ならびにゲル化
時間と固結標準砂の一軸圧縮強度試験結果を表−３に一
括して示す。

実施例２直径5cm、長さ10cmの小型コンクリートモールド中に標
準砂を充填して注入試験を行なった。

ただし、CaCO₃工業用重質炭酸カルシウムを用いた。

配合−1:CaCO₃の粒径分布はD₅₀＝10μだった。表−３の
配合No.15. 配合−2:配合−１において、アルミン酸ソーダを加え
ず、苛性ソーダ加えをて［SiO₂］_W/［Na₂O］＝1.41にな
るように調整する。

配合−3:配合−２のCaCO₃の代わりに同一モル濃度のCa
（OH）_２を用いる。Ca（OH）_２の粒径分布はD₅₀＝15μ
だった。

配合−4:表−３の配合No.20。

配合−5:配合−４において、アルミン酸ソーダを加え
ず、苛性ソーダを加えて［SiO₂］_W/［Na₂O］＝1.04にな
るように調整する。

配合−6:配合−５のCaCO₃の代わりに同一モル濃度のCa
（OH）_２を用いる。

配合−7:表−３の配合32。

配合−8:配合−７のアルミン酸ソーダを加えず苛性ソー
ダを加えて［SiO₂］_W/［Na₂O］＝1.07になるように調整
する。

配合−9:配合−８において、CaCO₃の代わりに同一モル
濃度のCa（OH）_２を用いる。

浸透固結状況は以下のとおりであった。

配合−５、配合−８は供試体の下半分までは浸透固結し
たが、上半分は浸透固結しなかった。配合−２は供試体
の下半分は浸透したが固結していなかった。配合−３、
配合−６、配合−９は供試体の下三分の一のみ浸透固結
したが、それより上部は浸透固結しなかった。

配合−１、配合−４、配合−７は供試体全体が浸透固結
した。

次に粒径分布がD₁₀＝0.05mm、D₉₀＝0.15mmという標準砂
より細かい細砂を直径5cm、長さ50cmのモールド中に填
充して浸透試験を行なったところ全体が浸透固結した。

〔３〕実施結果の考察以上の実施結果から次のようなことがわかる。

（１）実施No.1では［SiO₂］_Ｗが低く低強度である。

（２）実施No.3ではS/N、S/Aがともに大で、ゲル化時間
が早く、SiO₂が濃厚な割に低強度である。

（３）実施No.9および25はS/Nが小さくて、ゲル化時間
が余りにも長すぎて強度も低い。

（４）実施No.10はS/Aが小さくて、ゲル化時間が早すぎ
る。

（５）実施No.13、29、31、35、39、41はS/Aが大きすぎ
て、ゲル化時間が長すぎ、水ガラス濃度の割に低強度で
ある。

（６）実施No.11はCaCO₃の濃度が低く、低強度である。

（７）実施No.12はCaCO₃の濃度が大きく、粘性が高すぎ
る感がある。

（８）実施No.14、19は［SiO₂］_Ｗが大きく、粘性が高
すぎる感がある。

（９）モル比2.94の表−１のNo.1の水ガラスを使用の場
合は、ほとんどの場合、苛性ソーダの添加を必要とする
が、モル比の低いNo.2、３の水ガラスを使用の場合は必
ずしも苛性ソーダの添加を必要としない。

（10）以上の結果から、配合液１当り、［SiO₂］_Ｗ＝1.0以上、好ましくは1.0〜3.4、 S/N＝2.5以下、好ましくは0.5〜2.5、 S/A＝５以上、好ましくは30〜５、［CaCO₃］＝0.5以上、好ましくは0.5〜1.7 の範囲内にあることが望ましく、特に［SiO₂］_Ｗ＝1.5〜3.4、 S/N＝0.7〜1.7、 S/A＝27〜10、［CaCO₃］＝0.5〜1.7 の範囲内に配合を調整した薬液（実施No.4〜６、15〜1
8、20、21、23、24、30、32、33、36、37、40、42）は
極めて優れた効果があることがわかる。

（11）上記範囲内においては、水ガラスの懸濁型グラウ
トとして前例のない長時間（数時間）を要して確実にゲ
ル化に至り、強度的にも極めて優れていることがわか
る。

（12）水ガラス−炭酸カルシウムのみの系ではモル比が
１付近でないと固結効果がないことがわかるが、本発明
ではモル比がもっと高くても固結機能があり、アルカリ
度が少なくてすむため作業性に優れている。

（13）水ガラス−消石灰あるいは水ガラス−炭酸カルシ
ウムのみの系では標準砂への浸透は不充分となる。

（14）水ガラス−炭酸カルシウムのみの系と本発明の系
を比較すると、本発明の浸透性が優れている理由はアル
ミン酸ソーダの水ガラスや炭酸カルシウムに対する反応
性により炭酸カルシウムが浸透性のよい状態になり、そ
の結果、配合液の浸透性がよくなるものと思われる。

（15）本発明は、配合時は懸濁状を呈するが、時間の経
過とともに溶液状へ近づき、徐々に透明なゲルへと変化
し、水中養生経過とともに強度増加も大きい。

〔発明の効果〕

以上の事実から本発明にかかる地盤注入薬液は次の効果
が明らかである。

1.配合時は懸濁状態にありながらゲル化が進むに従って
徐々に懸濁物は溶解して溶液状に近づく。長いゲル化時
間（数時間）を維持できるので、その間に溶液状に近づ
きつつ浸透していくことからして、配合時は懸濁状であ
りながら、溶液状に近い浸透効果が期待できる。

2.固結体の強度としては前例のない高強度を示し、水中
養生経過による強度増加も大きく恒久性グラウトとして
優れることが期待できる。

3.本発明の範囲内になる如く、苛性ソーダを使用または
使用することなく、配合を調整することにより、如何な
るモル比の水ガラス、また如何なるモル比のアルミン酸
ソーダをも使用することができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水ガラス、アルミン酸のアルカリ金属塩お
よび炭酸のアルカリ土金属塩を有効成分とする地盤注入
用薬液であって、配合液１当り次の（Ａ）および
（Ｂ）の条件を同時に満足するように配合されることを
特徴とする地盤注入用薬液。（Ａ）水ガラスからのSiO₂モル濃度が1.0モル以上。（Ｂ）水ガラスおよびアルミン酸のアルカリ金属塩から
の全Me₂Oモル濃度に対する水ガラスからのSiO₂モル濃度
の比が2.5以下。
【請求項２】請求項１項に記載の地盤注入用薬液におい
て、配合液１当り前記（Ａ）および（Ｂ）の条件に加
えてさらに次の（Ｃ）および（Ｄ）の条件を同時に満足
するように配合されることを特徴とする地盤注入用薬
液。（Ｃ）アルミン酸のアルカリ金属塩からのAl₂O₃モル濃
度に対する水ガラスからのSiO₂モル濃度の比が５以上。（Ｄ）炭酸のアルカリ土金属塩モル濃度が0.5モル以
上。
【請求項３】水ガラス、アルミン酸のアルカリ金属塩、
炭酸のアルカリ土金属塩およびアルカリ金属を有するア
ルカリを有効成分とする地盤注入用薬液。
【請求項４】請求項第３項に記載の地盤注入用薬液にお
いて、配合液１当り次の（Ａ）および（Ｂ）の条件を
同時に満足するように配合されることを特徴とする地盤
注入用薬液。（Ａ）水ガラスからのSiO₂モル濃度が0.1モル以上。（Ｂ）水ガラス、アルミン酸のアルカリ金属塩およびア
ルカリ金属を有するアルカリからの全Me₂Oモル濃度に対
する水ガラスからのSiO₂モル濃度の比が2.5以下。
【請求項５】請求項第４項に記載の地盤注入用薬液にお
いて、配合液１当り前記（Ａ）および（Ｂ）の条件に
加えてさらに次の（Ｃ）および（Ｄ）の条件を同時に満
足するように配合されることを特徴とする地盤注入用薬
液。（Ｃ）アルミン酸のアルカリ金属塩からのAl₂O₃モル濃
度に対する水ガラスからのSiO₂モル濃度の比が５以上。（Ｄ）炭酸のアルカリ土金属塩モル濃度が0.5モル以
上。