JPH0742459B2 - 地盤注入用薬液 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は水ガラス等のシリカ化合
物とアルミン酸アルカリ金属塩溶液と多価金属化合物か
らなる地盤注入用薬液に係り、特にアルミン酸アルカリ
金属塩溶液の組成を所定の値に特定した地盤注入用薬液
に関する。

【０００２】

【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、ゲル化時
間が通常１分以内と極めて短く、特に夏期にはゲル化時
間が数秒〜数10秒まで短縮し、これをさげるには冷却す
るか、あるいは水ガラスに苛性ソーダを用いる方法がと
られる。しかし、それでも充分な強度を得るには数分以
内のゲル化時間に限定される。もちろん、水ガラスに対
してアルミン酸ソーダの量を過少にすればゲル化時間は
急激に長くなるが、全くゲル化しなくなることもあり、
その調整は極めて困難である上に固結体の強度は軟弱で
あって実用に供せるものではない。

【０００３】また、苛性ソーダを混合した水ガラスに充
分な強度を得るだけのアルミン酸ソーダを反応剤として
加えた場合、シリカ分が析出しやすく安定した注入液の
作液は困難かあるいは急激にゲル化してしまう。以上よ
り、水ガラス−アルミン酸ソーダ系の注入工法は長いゲ
ル化時間で安定した作液によって高強度を得ることは不
可能であった。

【０００４】また、水ガラスに消石灰や炭酸カルシウム
等のカルシウム塩を用いる方法が知られている。この場
合、水ガラスのモル比を低くしたり、あるいは苛性ソー
ダを水ガラスに加えることにより、ゲル化時間を長くす
ることはできるが難溶性のため浸透性が悪いことと、強
度の発現が遅いという問題があった。特に水ガラスにア
ルカリを加えると水ガラスが不安定になりシリカ分が析
出しやすくなり、また強度発現には数日以上の熟成が必
要であり、実用性が極めて低い。

【０００５】

【発明が解決しようとする問題点】本発明の目的は、シ
リカ化合物とアルミン酸アルカリ金属塩溶液と多価金属
化合物からなる地盤注入用薬液において、長いゲル化時
間で高強度を得、かつ浸透性に優れた注入材を得るため
に特定の範囲にアルミン酸アルカリ金属塩溶液の組成を
調製した地盤注入用薬液を提供することにある。

【０００６】

【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、本発明によれば、シリカ化合物と、アルミン酸ア
ルカリ金属塩溶液と、多価金属化合物とからなる地盤注
入用薬液において該アルミン酸アルカリ金属塩溶液は
〔Ｍｅ₂ Ｏ〕／〔Ａｌ₂ Ｏ₃ 〕の値が2.８以上となるよ
うに調製されたことを特徴とする。ここでＭｅはアルカ
リ金属で、〔Ｍｅ₂ Ｏ〕はアルミン酸アルカリ金属塩溶
液とシリカ化合物中のＭｅ₂ Ｏの合計モル濃度、〔Ａｌ
₂ Ｏ₃ 〕アルミン酸アルカリ金属塩溶液中のＡｌ₂ Ｏ₃
のモル濃度をそれぞれ表す。

【０００７】

【発明の具体的な説明】発明者はシリカ化合物とアルミ
ン酸アルカリ金属塩溶液と多価金属化合物からなる系に
おいて、長いゲル化時間で確実にゲル化し、しかも強度
ならびに浸透性に優れたグラウトを得るために要求され
る条件としては、シリカ化合物や多価金属化合物の種類
や量によっても左右されるが、就中使用するアルミン酸
アルカリ金属塩溶液の組成が大きく影響することを見出
した。

【０００８】アルミン酸アルカリ金属塩として、例えば
アルミン酸ソーダをとりあげてみると、工業的には酸化
アルミニウムと酸化ナトリウムを炉で加熱するか、また
は水酸化アルミニウムと水酸化ナトリウムの反応によっ
て、あるいは上記アルミン酸ナトリウムに苛性ソーダを
加えて製造され、組成的にはＡｌ₂ Ｏ₃ とＮａ₂ Ｏと水
で表わされ、シリカ化合物とアルミン酸ソーダ溶液と多
価金属化合物からなる混合系の〔Ｎａ₂ Ｏ〕／〔Ａｌ₂
Ｏ₃ 〕の値が2.8 以上になるように調製したアルミン酸
ソーダ溶液を使用することにより、前記目的を達成し、
本発明を完成した。

【０００９】従来の水ガラス−アルミン酸ソーダ系グラ
ウトに用いるアルミン酸ソーダは通常モル比（〔Ｎａ₂
Ｏ〕／〔Ａｌ₂ Ｏ₃ 〕、〔Ｎａ₂ Ｏ〕〔Ａｌ₂ Ｏ₃ 〕は
Ｎａ₂ Ｏ、Ａｌ₂ Ｏ₃ のそれぞれのモル濃度を表す）が
２付近より低いものが用いられていた。これは水ガラス
をゲル化せしめて充分な強度を得るためであり、したが
って、高強度を得るにはゲル化時間は極めて短いものに
なり、高強度で長いゲル化時間の配合は不可能であっ
た。

【００１０】本発明者はモル比が2.８以上のアルミン酸
アルカリ金属塩溶液は、それ自体では水ガラスをゲル化
させようとしても、ゲル化は全く行われないか、あるい
はゲル化しても実用にならないほど弱いものであった。
しかしながら、水ガラスとアルミン酸ソーダからなる系
において〔Ｎａ₂ Ｏ〕／〔Ａｌ₂ Ｏ₃ 〕の値を2.８以上
にし、これにアルカリ土金属等の多価金属化合物を混合
すると長いゲル化時間が可能で、しかも強度に優れた注
入材が得られることを見出した。

【００１１】アルミン酸ソーダに代えてアルミン酸カリ
ウムを使用しても当然同様である。シリカ化合物として
珪酸のアルカリ金属塩である水ガラスを使用した場合の
〔Ｍｅ₂ Ｏ〕はアルミン酸アルカリ金属塩溶液と水ガラ
スの両者から由来したＭｅ₂ Ｏのモル濃度に相当する。
シリカ化合物として、水ガラスの他にスラグ、シリカフ
ューム、フライアッシュ、ホワイトカーボン、珪華、白
土類等があげられ、Ｍｅ₂ Ｏを含有していない場合は当
然、アルミン酸アルカリ金属溶液自体における〔Ｍｅ₂
Ｏ〕／〔Ａｌ₂ Ｏ₃ 〕の値となる。

【００１２】多価金属化合物としては、炭酸カルシウ
ム、塩化カルシウム、水酸化カルシウム、硫酸カルシウ
ム、酸化カルシウム等のカルシウム化合物およびカルシ
ウムに代えてマグネシウム化合物、その他硫酸鉄、塩化
鉄、鉄ミョウバン、硫酸銅等があげられる。以上のうち
アルカリ土金属の水酸化物、酸化物、炭酸塩等の難溶性
アルカリ土金属化合物が特に長いゲル化時間で高強度を
得るのに適している。

【００１３】

【作用】多価金属化合物中には、水ガラスと直接反応す
る消石灰、生石灰、塩化物、硫酸鉄等また直接反応しな
い炭酸塩等があり、化合物によってまちまちである。水
ガラス以外のシリカ化合物はもちろんそれ自体反応性は
ない。しかし、Ｍｅ₂ Ｏの濃度がある程度濃厚となり、
それにアルミニウムの両性電解質という性質が加わって
〔Ｍｅ₂ Ｏ〕／〔Ａｌ₂ Ｏ₃〕の値が2.８以上の近辺か
ら水ガラスはもちろん、水ガラス以外のシリカ化合物で
も徐々に反応性を帯び広範囲の多価金属化合物とゲル化
反応を起こすようになるものと思われる。

【００１４】しかも、多価金属化合物として炭酸カルシ
ウムのような難溶性塩を用いても反応進行中に徐々に澄
明状になり、したがって、細粒土にも浸透し易い注入薬
液となることがわかった。すなわち、本発明におけるア
ルミン酸塩の存在下では、シリカ化合物のＳｉＯ₂ とア
ルミン酸塩中のアルミナが何等かの形の共存状態となっ
て長いゲル化時間でゲル化に至り、シリカ・アルミナ・
カルシウム（多価金属）からなる固結物を形成するもの
と思われる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を実施例によって具体的に説明
する。 １．使用材料 (1)シリカ化合物 代表的なシリカ化合物として表１に示す２種類の水ガラ
スと１種類のスラグを使用する (a) 水ガラス

【表１】 (b) スラグ 比重：３.2、 ＳｉＯ₂ ：３６.6％、 ＣａＯ：４３.2
％ Ａｌ₂ Ｏ₃ ：１１.0％、 その他：（ＭｇＯ、ＦｅＯ
等）

【００１６】(2)アルミン酸アルカリ金属塩溶液 アルミン酸アルカリ金属塩溶液として表２に示す４種類
のアルミン酸ソーダ液を使用する。

【表２】

【００１７】(3)多価金属化合物 一般的なカルシウムと鉄の化合物をとりあげ、前者とし
て炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、後者として硫酸
第一鉄を使用する。 (a) 炭酸カルシウム 炭酸カルシウム（ＣａＣＯ₃ ）化学用 (b) 水酸化カルシウム 水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）₂ ）試薬一級 (c) 硫酸第一鉄 硫酸第一鉄（ＦｅＳＯ₄ ・７Ｈ₂ Ｏ）試薬一級

【００１８】２．シリカ化合物とアルミン酸ソーダと多
価金属化合物とからなる系 上記の系の配合とゲル化時間ならびにサンドゲルの水中
養生２日、10日、30日後の一軸圧縮強度を表３に示す。

【表３】

【００１９】〔Ｎａ₂ Ｏ〕／〔Ａｌ₂ Ｏ₃ 〕の値が2.８
以上の場合は、実施No.32 、33を除き、一般にゲル化時
間は長いにもかかわらず、高い強度を示している。これ
に対して、〔Ｎａ₂ Ｏ〕／〔Ａｌ₂ Ｏ₃ 〕の値が2.８以
下の実施 No.13〜15では未固結の状態であり、実施No.2
5 、29ではゲル化時間が早く、強度的にも劣っている。
また、〔Ｎａ₂ Ｏ〕／〔Ａｌ₂ Ｏ₃ 〕の値は2.８以上の
実施No.32 、33はもともとの〔Ｎａ₂ Ｏ〕／〔Ａｌ₂ Ｏ
₃ 〕の値は2.８以下であるものをシリカ化合物中に苛性
ソーダを添加混合して強制的に〔Ｎａ₂ Ｏ〕／〔Ａｌ₂
Ｏ₃ 〕の値を2.８以上にしている。

【００２０】このように、アルミン酸ソーダとしてアル
ミン酸ソーダに苛性ソーダを加えてＮａ₂ Ｏの量を調整
して使用することは差支えないが、〔Ｎａ₂ Ｏ〕／〔Ａ
ｌ₂ Ｏ₃ 〕の値を2.８以上にするために、シリカ化合物
に人為的に苛性ソーダを加えて調整をはかる場合は、そ
うでない場合に比べて強度は小さくなる。上記の本発明
に係る配合系では混合後徐々に粘性をあげてゲル化に至
る。

【００２１】配合混合時はもちろん濃厚な懸濁状である
が、反応の進行とともに懸濁状態が徐々に薄れて、ゲル
化時には使用する多価金属化合物の種類にもよるが、一
般に透明に近い状態となる。したがって、サンドゲル作
成に当たっては浸透が極めて容易で懸濁型グラウトにし
ては非常に優れた浸透性を発揮することがうかがえた。

【００２２】このように、シリカ化合物とアルミン酸ア
ルカリ金属塩溶液と多価金属化合物と水との混合系にお
いて、〔Ｍｅ₂ Ｏ〕／〔Ａｌ₂ Ｏ₃ 〕の値が2.８以上と
なるようにアルミン酸アルカリ金属塩溶液のＭｅ₂ Ｏと
Ａｌ₂ Ｏ₃ の組成を調製することが極めて有効であるこ
とがわかる。

【００２３】

【発明の効果】以上の結果から、本発明に係わるアルミ
ン酸アルカリ金属塩溶液をグラウト素材として、シリカ
化合物・多価金属化合物と混合して使用することによ
り、次の効果が明らかである。 １．シリカ化合物として水ガラスの他に広範囲のシリカ
化合物が利用できる。 ２．長時間でゲル化するにもかかわらず、強度的に極め
て優れている。 ３．懸濁型グラウトにしては、極めて優れた浸透性を示
す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリカ化合物と、アルミン酸アルカリ金
   属塩溶液と、多価金属化合物とからなる地盤注入用薬液
   において、該アルミン酸アルカリ金属塩溶液は〔Ｍｅ₂
   Ｏ〕／〔Ａｌ₂ Ｏ₃ 〕の値が2.８以上となるように調製
   されてなる地盤注入用薬液。ここでＭｅはアルカリ金属
   で、〔Ｍｅ₂ Ｏ〕はアルミン酸アルカリ金属塩溶液とシ
   リカ化合物中のＭｅ₂ Ｏの合計モル濃度、〔Ａｌ
   ₂ Ｏ₃ 〕アルミン酸アルカリ金属塩溶液中のＡｌ₂ Ｏ₃
   のモル濃度をそれぞれ表す。