JPH07258635A

JPH07258635A - 地盤注入用材料

Info

Publication number: JPH07258635A
Application number: JP8094194A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kashiwabara; 健二栢原
Original assignee: Kyokado Engineering Co Ltd
Current assignee: Kyokado Engineering Co Ltd
Priority date: 1994-03-28
Filing date: 1994-03-28
Publication date: 1995-10-09
Anticipated expiration: 2015-07-31
Also published as: JP3072346B2

Abstract

(57)【要約】【目的】水ガラス系グラウトの製造の際に用いられる
地盤注入用材料であって、特に、水ガラスゲルのシリカ
分が、地盤中に先行して存在するコンクリート構造物、
セメント系高圧噴射注入によるセメント硬化物等からの
アルカリによって溶解することがなく、したがって、地
盤中に存在する前記コンクリート構造物、セメント硬化
物等との共存性にきわめて優れた地盤注入用材料を得
る。【構成】水ガラス系グラウトに使用する地盤注入用材
料であって、水ガラスに金属イオン封鎖剤およびリン酸
系化合物をそれぞれ別々に、あるいは、併用して含有せ
しめて構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は地盤中に注入して該地盤
を固結する水ガラス系グラウトの製造の際に用いられる
水ガラス材料にかかり、特に、水ガラスゲルのシリカ分
が、地盤中に先行して存在するコンクリート構造物、セ
メント系高圧噴射注入によるセメント硬化物等からのア
ルカリによって溶解することがなく、したがって、地盤
中に存在する前記コンクリート構造物、セメント硬化物
等との共存性にきわめて優れた地盤注入用材料に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】地盤中に注入して該地盤を固結するグラ
ウトとして、従来、水ガラス系グラウトが用いられてい
る。これは水ガラス液を主材料とし、これに反応剤を配
合してなるものである。

【０００３】これが地盤中に注入され、固結されたとき
に、この固結体は、地盤中に先行して存在するコンクリ
ート構造物、セメント系高圧噴射注入によるセメント硬
化物等と往々にして接触される。

【０００４】

【発明が解決しようとする問題点】ところで、一般に、
地盤中に存在するコンクリート構造物や、セメント硬化
物はアルカリを溶出して中性化する傾向にある。

【０００５】このようなコンクリート構造物やセメント
硬化物に前記水ガラス系グラウトの固結体が接触する
と、前記コンクリート構造物やセメント硬化物から溶出
するアルカリによって水ガラスゲルのシリカ分が溶解
し、固結体に空隙が生じて透水性が低下し、そこから漏
水が生じてしまう。すなわち、前記水ガラス系グラウト
の水ガラス材料は地盤中に存在する前述コンクリート構
造物、セメント硬化物等との共存性に劣るものである。

【０００６】そこで、本発明の目的は地盤中に注入して
該地盤を固結する水ガラス系グラウトを製造する際に用
いられる水ガラス材料であって、水ガラスゲルのシリカ
分が、地盤中に先行して存在するコンクリート構造物、
セメント系高圧噴射注入によるセメント硬化物等からの
アルカリによって溶解せず、したがって、地盤中に存在
する前記コンクリート構造物、セメント硬化物等との共
存性にきわめて優れ、上述の公知技術に存する欠点を排
除した地盤注入用材料を提供することにある。

【０００７】

【問題点を解決するための手段】上述の目的を達成する
ため、本発明によれば、水ガラス系グラウトに使用され
る地盤注入用材料であって、水ガラスに金属イオン封鎖
剤およびリン酸系化合物のいずれか一方または両方を含
有せしめてなることを特徴とする。

【０００８】

【発明の具体的説明】以下、本発明を具体的に説明す
る。本発明に用いられる金属イオン封鎖剤としては、テ
トラポリリン酸塩、ヘキサメタリン酸塩（特にナトリウ
ム塩が良い）、トリポリリン酸塩、ピロリン酸塩、酸性
ヘキサメタリン酸塩、酸性ピロリン酸塩等の縮合リン酸
塩類、エチレンジアミン四酢酸、ニトリロトリ酢酸、グ
ルコン酸、酒石酸またはこれらの塩類等が挙げられ、実
用的には縮合リン酸塩類が好ましい。

【０００９】また、リン酸系化合物としては、リン酸、
各種の酸性リン酸塩、中性リン酸塩、塩基性リン酸塩等
が挙げられる。

【００１０】上述の金属イオン封鎖剤およびリン酸系化
合物はいずれか一方を単独で、あるいは両方一緒に用い
られる。これらは水ガラス中に均一に完全溶解されるこ
とが望ましく、不均質なシリカ分を形成せしめてはなら
ない。このためには、これらの含有量は金属イオン封鎖
剤が縮合リン酸塩類の場合には、これらの合計量または
単独量が水ガラスのＮａ₂Ｏ量に対してリン（Ｐ）とし
て約１〜30％の範囲であり、また、金属イオン封鎖剤が
上述のエチレンジアミン四酢酸等、リンを含有しない化
合物の場合には、この化合物の含有量が水ガラスのＮａ
₂Ｏ量に対して約３〜50％の範囲である。これらの含有
量が上述の上限を越えると、水ガラスの部分ゲル化が起
こったり、水ガラスが白濁状の不安定な状態となり、金
属イオン封鎖剤やリン酸系化合物を完全に溶解して安定
な状態を保つことが難しくなる。また、下限以下では、
本発明の効果を奏し得なくなる。

【００１１】前述の金属イオン封鎖剤、リン酸系化合物
またはこれらの混合物を水ガラス中に溶解せしめる手段
としては、完全に溶解が達成されれば如何なる方法でも
よいが、水ガラス原液中に金属イオン封鎖剤、リン酸系
化合物またはこれらの混合物の粉末をそのまま分散せし
めると、溶解するまでに部分的にゲル化を起こして白濁
するおそれがあるので、金属イオン封鎖剤、リン酸系化
合物またはこれらの混合物の濃厚な水溶液を調製した上
で水ガラス原液中に必要量を徐々に攪拌し続けながら添
加する等の方法をとることが望ましい。

【００１２】上述の構成からなる本発明にかかる地盤注
入用材料はこれに反応剤（硬化剤）を添加して所定のゲ
ル化時間に調整することにより水ガラス系グラウトを得
る。このようにして製造される水ガラス系グラウトは地
盤中に注入され、該地盤を固結する。このとき、この水
ガラス系グラウトは、同時に地盤中に先行して存在する
コンクリート構造物やセメント硬化物（以下、コンクリ
ート等という）の表面に防護被膜を形成し、コンクリー
ト等の外部から内部への上述反応剤はもちろん、海水等
の侵入を遮断し、かつコンクリート等の内部から外部へ
のアルカリの溶出を遮断する。この結果、上述の水ガラ
ス系グラウトに含有される反応剤によるコンクリート等
の劣化や中性化が防止されるとともに、上述水ガラス系
グラウトゲル化物もまた、セメント等からのアルカリに
よる影響も防止される。さらに、セメント等と前記水ガ
ラス系グラウトゲル化物はその接触面で強固に結合する
ため、セメント等の中性化も防止するものである。

【００１３】上述の反応剤としては、酸性塩、炭酸塩、
重炭酸塩、炭酸ガス、炭酸水、塩化物、アルミン酸塩、
グリオキザール、エチレンカーボネートのような炭酸エ
ステル、多価酢酸エステル等が挙げられ、さらにこの
他、、セメント、石灰、スラグ等も反応剤として単独
で、または上記反応剤に併用して用いることができる。

【００１４】上述の本発明材料は注入現場で製造するこ
とはもちろん可能であるが、工場等で製造して注入現場
に持ち込むことが設備や手間の面から望ましい。もちろ
ん、上述の本発明は現場において、さらにリン酸化合物
をゲル化剤として加えることもできる。

【００１５】

【作用】上述の構成からなる本発明材料は、水ガラス中
で金属イオン封鎖剤やリン酸系化合物のイオンと共存し
た珪酸コロイドが生成され、実質的にゲル化することな
く安定している。このような材料に反応剤を加えて水ガ
ラス系グラウトとすると、珪酸コロイドを中心としてシ
リカの重合が進み、上記イオンが均等にとりこまれた状
態のゲルが形成する。この際、珪酸コロイドは金属イオ
ン封鎖剤やリン酸系化合物を含んだ状態でコンクリート
等の主としてカルシウムと反応して強固な防護被膜を形
成する。リン酸系化合物はそれ自体では金属イオンのマ
スキング作用を示さないが、水ガラス中で徐々に縮合系
を形成して縮合リン酸塩と同じような作用を示すように
なるものと思われる。

【００１６】また、金属イオン封鎖剤とリン酸系化合物
の併用は幾分相乗的なマスキング作用を呈するのではな
いかと思われる。そしてこれらがゲル化する前に地盤中
に存在するコンクリート等と接触すると、これらのイオ
ンが前記グラウト中の反応剤に先行してコンクリート等
の表面でカルシウムイオンと選択的に反応するととも
に、珪酸コロイドとともに表面に強固な被覆膜を形成す
る。この結果、コンクリート等の内部からのアルカリの
溶出を防止して水ガラスゲル化物がアルカリによって溶
解することを防止する。

【００１７】さらに、室内実験から推定すると、金属イ
オン封鎖剤やリン酸系化合物と水ガラス成分の反応によ
り、珪酸コロイドを生成して金属イオン封鎖剤やリン酸
系化合物のもつマスキンチグ作用を一層活性化し、接触
するコンクリート等の表面のカルシウムと選択的に反応
して均一で、むらのない白色系の不動態性被覆膜が形成
されるものと思われる。

【００１８】

【実施例】以下本発明を実施例によって具体的に説明す
るが、本発明はそれらに限定されるものではない。

【００１９】１．使用材料 (1) 水ガラス次の組成の３号水ガラスを使用した。Ｎａ₂Ｏ：９.45 ％、ＳｉＯ₂：２8.36％比重（20℃）：１.399 モル比：３.10

【００２０】(2) 反応剤以下の６種類の反応剤を使用した。 (イ) 硫酸：75％工業用硫酸 (ロ) リン酸：75％工業用リン酸 (ハ) 硫酸水素ナトリウム：試薬一級（ＮａＨＳＯ₄・Ｈ
₂Ｏ） (ニ) 炭酸水素ナトリウム：試薬一級（ＮａＨＣＯ₃) (ホ) グリオキザール次の組成の水溶液を使用した。比重：１.2５、グリオキザール：３５.1％有機酸：４.4％ (ヘ) 水酸化マグネシウム：試薬一級（Ｍｇ（ＯＨ)₂)

【００２１】(3) 金属イオン封鎖剤次の４種を使用した。 (イ) ヘキサメタリン酸ナトリウム((ＮａＰＯ₃)₆) (ロ) 酸性ピロリン酸ナトリウム（Ｎａ₂Ｈ₂Ｐ₂Ｏ₇) (ハ) エチレンジアミン四酢酸二ナトリウム（Ｃ₁₀Ｈ₁₄Ｎ
₂Ｎａ₂Ｏ₈・２Ｈ₂Ｏ) (ニ) クエン酸ナトリウム：試薬一級（Ｃ₆Ｈ₅Ｏ₇Ｎa
₂₃・２Ｈ₂Ｏ)

【００２２】(4) リン酸系化合物 75％工業用リン酸（前記）とリン酸一ナトリウム（試薬
一級、ＮａＨ₂ＰＯ₄・２Ｈ₂Ｏ) を使用した。

【００２３】２．金属イオン封鎖剤および／またはリン
酸系化合物含有水ガラス液（本発明材料） (1) 50％金属イオン封鎖剤水溶液およびリン酸系化合物
水溶液の調製約40℃に加温された水中に攪拌しながら所定量の金属イ
オン封鎖剤およびリン酸系化合物をそれぞれ分注し、完
全に溶解するまで攪拌を続行する。ほとんど常温になる
まで放冷し、次の４種類の50％金属イオン封鎖剤水溶液
と一種類の50％リン酸系化合物水溶液を調製した。 (イ) 50％酸性ピロリン酸ナトリウム水溶液（Ｐ液と記
す） (ロ) 50％ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液（Ｈ液と記
す） (ハ) 50％エチレンジアミン四酢酸二ナトリウム水溶液
（Ｅ液と記す） (ニ) 50％クエン酸ナトリウム水溶液（Ｋ液と記す） (ホ) 50％リン酸一ナトリウム水溶液（Ｎ液と記す）

【００２４】(2) 金属イオン封鎖剤およびリン酸系化合
物含有水ガラス液の調製上記の調製された50％金属イオン封鎖剤水溶液および50
％リン酸系化合物水溶液を攪拌しながらそれぞれ水ガラ
ス原液中に徐々に添加し、完全に均一な溶液状とする。

【００２５】(イ) 酸性ピロリン酸ナトリウム含有水ガラ
ス液（Ｐ−Ｗ液と記す）水ガラス３00ml（４20ｇ）にＰ液60ｇを添加混合する。
各成分組成は次のようになる。水ガラス：４20ｇ（３00ml）酸性ピロリン酸ナトリウム： 30ｇ水： 30ｇ計４80ｇこの水ガラス液中のＮａ₂Ｏに対するリン（Ｐ）の含有
量は21.1％となる。

【００２６】(ロ) ヘキサメタリン酸ナトリウム含有水ガ
ラス液(1) （Ｈ₁−Ｗ液と記す）水ガラス２70ml（３78ｇ）にＨ液40ｇを添加混合する。
各成分組成は次のようになる。水ガラス：３78ｇ（２70ml) ヘキサメタリン酸ナトリウム： 20ｇ水： 20ｇ計４18ｇこの水ガラス液中のＮａ₂Ｏに対するリン（Ｐ）の含有
量は14.7％となる。

【００２７】(ハ) ヘキサメタリン酸ナトリウム含有水ガ
ラス液(2) （Ｈ₂−Ｗ液と記す）水ガラス３00ml（４20ｇ）にＨ液24ｇを添加混合する。
各成分組成は次のようになる。水ガラス：４20ｇ（３00ml) ヘキサメタリン酸ナトリウム： 12ｇ水： 12ｇ計４44ｇこの水ガラス液中のＮａ₂Ｏに対するリン（Ｐ）の含有
量は７.9％である。

【００２８】(ニ) ヘキサメタリン酸ナトリウム含有水ガ
ラス液(3) （Ｈ₃−Ｗ液と記す）水ガラス３00ml（４20ｇ）にＨ液１00ｇを添加混合す
る。各成分組成は次のようになる。水ガラス：４20ｇ（３00ml) ヘキサメタリン酸ナトリウム： 50ｇ水： 50ｇ計５20ｇこの水ガラス液中のＮａ₂Ｏに対するリン（Ｐ）の含有
量は32.9％となる。

【００２９】(ホ) エチレンジアミン四酢酸二ナトリウム
含有水ガラス液（Ｅ−Ｗ液と記す）水ガラス４20ｇ（３00ml）中にＥ液20ｇを添加混合す
る。各成分組成は次のようになる。水ガラス：４20ｇ（３00ml) エチレンジアミン四酢酸二ナトリウム： 10ｇ水： 10ｇ計４40ｇ上述の配合において、水ガラス中のＮａ₂Ｏに対するエ
チレンジアミン四酢酸二ナトリウムの含有量は25.2％で
ある。

【００３０】(ヘ) クエン酸ナトリウム含有水ガラス液
（Ｋ−Ｗ液と記す）水ガラス３50ｇ（２50ml）中にＫ液20ｇを添加混合す
る。各成分組成は次のようになる。水ガラス：３50ｇ（２50ml) クエン酸ナトリウム： 10ｇ水： 10ｇ計３70ｇ上述の配合において、水ガラス中のＮａ₂Ｏに対するク
エン酸ナトリウムの含有量は30.2％である。

【００３１】(ト) リン酸一ナトリウム含有水ガラス液
(1)(Ｎ₁−Ｗ液と記す）水ガラス３78ｇ（２70ml）とＮ液40ｇを添加混合する。
各成分組成は次のようになる。水ガラス：３78ｇリン酸一ナトリウム： 20ｇ水： 20ｇ計４18ｇこの水ガラス液中のＮａ₂Ｏに対するリン（Ｐ）の含有
量は11.1％となる。

【００３２】(チ) リン酸一ナトリウム含有水ガラス液
(2)(Ｎ₂−Ｗ液と記す）水ガラス３50ｇ（２50ml）とＮ液１10ｇを添加混合す
る。各成分組成は次のようになる。水ガラス：３50ｇリン酸一ナトリウム： 55ｇ水： 55ｇ計４60ｇこの水ガラス液中のＮａ₂Ｏに対するリン（Ｐ）の含有
量は33.2％である。

【００３３】以上の金属イオン封鎖剤およびリン酸系化
合物含有水ガラス液は(ニ) と(チ) を除いて何れも数ケ月
の間白濁することなく、実質的にゲル化する心配のない
安定した溶液である。なお、(ニ) と(チ) は何れもリン
（Ｐ）の含有量が多すぎて、(ニ) では部分ゲル化を起こ
し、(チ) では、ほぼ30分でゲル化し、安定した溶液が得
られなかった。

【００３４】以下の実施にあたって使用する金属イオン
封鎖剤およびリン酸系化合物を含有した水ガラス液は調
製後１ケ月経過したものを使用した。

【００３５】３．使用グラウトの配合と養生水のｐＨ幅１ｍ、長さ２ｍ、深さ１ｍの水槽中に山砂を表面まで
詰め、かつ、水道水を表面まで満たした後、この中にコ
ンクリート供試体（直径10cm、高さ20cm) を埋め込み、
その周辺に、本発明水ガラスに反応剤を添加してなる注
入液を注入し、幅約５cmの固結物を形成した。１週間後
にコンクリート供試体を取り出して養生水中に養生し、
養生水のｐＨを測定した。

【００３６】使用した各グラウトの配合と測定した養生
水ｐＨを表１〜３に示す。

【００３７】

【表１】

【００３８】

【表２】

【００３９】

【表３】

【００４０】表１〜３から次のことがわかる。対照の水
中浸漬（実施NO.5）では養生水のｐＨは約12まで上昇し
ている。金属イオン封鎖剤またはリン酸系化合物の何れ
も含まない系（実施NO. １ｄ、３ｃ）では養生水のｐＨ
は12以上にまで上昇している。

【００４１】これに対して、リン酸系化合物を含んだ系
（実施No. ２ａ、２ｂ、２ｃ、４ａ、４ｂ、４ｃ）では
養生水のｐＨは８台から９台でおさまり、金属イオン封
鎖剤を含んだ系（実施No. １ａ、１ｂ、１ｃ、２ａ、２
ｂ、３ａ、３ｂ）では養生水のｐＨは７〜８台でおさま
っている。この中でも縮合リン酸系を含んでいる場合
（実施No.1ａ、１ｂ、１ｃ）では養生水のｐＨは殆どが
７台におさまっている。

【００４２】供試コンクリートの外観は対照および金属
イオン封鎖剤、リン酸系化合物を含んでいない系（実施
No. １ｄ、３ｃ）以外の金属イオン封鎖剤、リン酸系化
合物を使用した系では、すべて白色系の被覆膜が表面に
形成されていた。しかし、Ｎａ₂Ｏに対するリン（Ｐ）
量が本発明の上述範囲を越えた実施No.1ｂ、４ｃでは、
被覆膜にムラが見られた。

【００４３】また上記において、被覆膜の形成が優れて
いるもの程、セメント硬化物と水ガラス薬液による固結
砂との境界面で砂がセメント表面に強固に結合している
のが確認された。金属イオン封鎖剤またはリン酸系化合
物を含まない薬液や、被覆膜の形成が少なかったり、ム
ラの多いもの程固結砂とセメントとの境界面が弱く、あ
るいは固化していないという現象が見受けられた。

【００４４】さらに、水ガラス中のＮａ₂Ｏに対するリ
ン（Ｐ）の含有量は１％以上が好ましく、１％以下にな
るとｐＨは９前後にまで上昇し、ある程度効果は低下し
ているようである。しかし、これが約30％以上になると
それ程の効果はみられず、逆に若干効果は低下し、結果
的には数％から30％近辺を中心に効果が著しく発揮され
る。また、金属イオン封鎖剤がリンを含まない化合物の
場合には、Ｎａ₂Ｏに対するこの化合物の含有量は３〜
50％の範囲が好ましい。

【００４５】４．被覆膜の成分的検討さらにまた、縮合リン酸塩類またはリン酸系化合物ある
いはこれらの混合物を含有する本発明の水ガラス液を使
用した水ガラス系グラウトはコンクリート等の表面に不
溶性の被覆膜を形成して、コンクリート等からのアルカ
リの溶出を抑制するものと思われる。したがって、本発
明にかかわる表１の実施 No.１ａと、対照（金属イオン
封鎖剤およびリン酸系化合物不含）としての表１の実施
No.１ｄ、および縮合リン酸塩やリン酸塩の使用量が多
すぎる表１の実施No.1ｄ、表３の実施No.4ｃのコンクリ
ートを１05℃で５時間乾燥後、表面をかきとり、その成
分の分析を行った結果を表４に示す。

【００４６】

【表４】

【００４７】表４から試料Ａは対照（金属イオン封鎖剤
およびリン酸系化合物不含）の試料Ｂに比べて、シリカ
分、リン分、カルシウム分が共に明らかに多く、強固な
被覆効果がうかがえる。また、縮合リン酸塩、リン酸塩
の多すぎる試料Ｃ、Ｄでは、被覆にムラがみられ、多量
使用しているにも拘らず、かえって効果が低下している
こともうかがえる。その理由は水ガラスが実質的にゲル
化しない程度にリン酸化合物を含んでいる場合は、水ガ
ラス自体の内部で均質なシリカ・リン酸系ゾルからなる
安定した水ガラス水溶液となっており、これがゲル化剤
とともにセメントに作用すると、選択的にリン酸カルシ
ウムと反応する特性から、均質で強固なリン酸・カルシ
ウム系の強固な被覆がセメントの表面に形成されるため
と思われる。

【００４８】

【発明の効果】

１．水ガラス系に金属イオン封鎖剤および／またはリン
酸系化合物を含有せしめた本発明にかかる材料はこれを
水ガラス系グラウトに使用することにより、コンクリー
ト等の表面に不動態性の被覆膜を形成して、コンクリー
ト等からのアルカリの溶出を防止し、接触するグラウト
のシリカゲルの劣化・弱化を防止するという効果を奏す
る。

【００４９】２．注入現場以外で確実な調製をはかった
上で、注入現場に持ち込むことも可能で、注入現場にお
ける設備、手数が省け、注入現場では単なる水ガラスと
して取り扱うことができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ０４Ｂ 28/24 Ｃ０９Ｋ 17/48 ＰＥ０２Ｄ 3/12 １０１ // Ｃ０４Ｂ 111:70 Ｃ０９Ｋ 103:00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水ガラス系グラウトに使用する地盤注入
用材料であって、水ガラスに金属イオン封鎖剤および／
またはリン酸系化合物を含有せしめてなる地盤注入用材
料。
【請求項２】前記金属イオン封鎖剤が縮合リン酸塩で
ある請求項１の地盤注入用材料。
【請求項３】前記縮合リン酸塩がテトラポリリン酸
塩、ヘキサメタリン酸塩、トリポリリン酸塩、ピロリン
酸塩、酸性ヘキサメタリン酸塩および酸性ピロリン酸塩
の群から選択される請求項２の地盤注入用材料。
【請求項４】前記金属イオン封鎖剤がエチレンジアミ
ン四酢酸、ニトリロトリ酢酸、グルコン酸、酒石酸およ
びこれらの塩類の群から選択される請求項１の地盤注入
用材料。
【請求項５】前記リン酸系化合物がリン酸、酸性リン
酸塩、中性リン酸塩および塩基性リン酸塩の群から選択
される請求項１の地盤注入用材料。
【請求項６】金属イオン封鎖剤が請求項２の縮合リン
酸塩の場合には、縮合リン酸塩および／またはリン酸系
化合物の含有量は水ガラスのＮａ₂Ｏ量に対してリン
（Ｐ）として約１〜30％の範囲である請求項１の地盤注
入用材料。
【請求項７】金属イオン封鎖剤が請求項４の化合物の
場合には、この化合物の含有量は水ガラスのＮａ₂Ｏ量
に対して約３〜50％の範囲である請求項１の地盤注入用
材料。
【請求項８】請求項１の地盤注入用材料にさらにゲル
化剤を含有させてなる請求項１の地盤注入用材料。