JPH0745657B2

JPH0745657B2 - 地盤の安定化法

Info

Publication number: JPH0745657B2
Application number: JP11353987A
Authority: JP
Inventors: 俊介田沢; 勝彦栗原; 健司武内; 光治石田
Original assignee: 日東化学工業株式会社
Priority date: 1987-05-12
Filing date: 1987-05-12
Publication date: 1995-05-17
Anticipated expiration: 2010-05-17
Also published as: JPS63278991A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、地盤の安定化法に関する。

詳しくは、コロイダルシリカを主剤とし、二酸化炭素を
硬化剤とするけい酸塩系地盤安定剤（以下、グラウトと
いう）を用いる地盤の安定化法に関する。

〔従来技術〕

従来、けい酸塩系地盤安定剤の主剤として用いられてい
るけい酸ソーダは、一般に、けい酸ソーダ中のNa₂Oに対
するSiO₂のモル比（SiO₂/Na₂O）が2.9〜3.4であるJIS K
−1408,3号品が多用されている。通常、これらのけい酸
ソーダは水で希釈されて主剤液とされ、各種の硬化剤と
混合されることによってグラウトが製造される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

けい酸ソーダを主剤とし、二酸化炭素を硬化剤とするグ
ラウトはよく知られているが、これらのグラウトには次
のような難点がある。

１）けい酸ソーダ水溶液を硬化させて得られる硬化物
の強度は、主剤であるけい酸ソーダと硬化剤との比率を
適宜に調整すれば、硬化剤がグリオキザール，エチレン
カーボネートなど有機系のものである場合には一般にけ
い酸ソーダ濃度を高めるにつれて大きくなり、砂ゲルの
一軸圧縮強度は８〜10kgf/cm²程度ないしそれ以上の値
が得られるのに対して、硬化剤が無機系のものである場
合には、けい酸ソーダ濃度を高めても得られる硬化物の
強度には限界があり、せいぜい２〜4kgf/cm²程度の値し
か得られない。

２）グラウトの硬化時間の調節は、通常、主剤に対す
る硬化剤の使用量比を種々変化させることによって行わ
れる。二酸化炭素を硬化剤とする場合についていえば、
硬化時間の短いグラウトを得るには、化学量論的に多量
の二酸化炭素を必要とする。従って、このような場合
に、ガス状の二酸化炭素をけい酸ソーダと混合する方法
では、グラウト中に多量の未反応ガスを包含することに
なって均一なグラウトを得ることができず、このような
状態のグラウトを用いると地盤安定化を充分に行うこと
が困難である。

炭酸水とけい酸ソーダとを混合してグラウトを製造する
方法では、二酸化炭素濃度の高い炭酸水を用いることを
要する。ところが、二酸化炭素の水に対する溶解度は常
温常圧では0.2％程度と極めて小さいため、二酸化炭素
の濃度を高めた加圧炭酸水を製造し、これを取り扱うに
際しては高圧力下での操作が必要となるので、労働安全
上およびエネルギー面などの点で問題があり、更に、加
圧炭酸水の製造設備，加圧炭酸水を用いるグラウト注入
設備，ポンプ・配管その他の附帯設備などの諸設備費用
が極めて高価なものとなる。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者らは、前記の欠点を改善するために種々研究を
行い、硬化剤として二酸化炭素を用いるグラウトにおい
て、主剤としてコロイダルシリカ含有組成物を用いる
と、けい酸ソーダを主剤とする従来の溶液型無機系グラ
ウトでは得ることができなかった高強度の硬化物が得ら
れ、また、炭酸水を用いて硬化時間の短いグラウトを得
る場合にも操作圧力を大幅に低減することができること
を見出し本発明を完成した。

本発明は、「二酸化炭素を硬化剤とするけい酸塩系地盤
安定剤を用いて地盤を安定化させる方法に於て、主剤と
してコロイダルシリカを含んでなる組成物を用いること
を特徴とする地盤の安定化法」を要旨とする。

以下、本発明について説明する。

本発明の方法で用いるグラウトの主剤原料とするコロイ
ダルシリカは、けい酸，けい酸アルミニウムなどの微粒
子を水性媒体中に分散させたコロイド溶液であり、組成
物100重量部あたりSiO₂として10〜50重量部、好ましく
は15〜40重量部、更に好ましくは20〜30重量部を含むも
のである。

これら粒子の大きさは100mμ以下であることが好まし
い。

本発明で用いるコロイダルシリカはグラウトの製造に用
いるため、分離現象が起きるのを防ぎ、温度変化による
粘度の増減を低減し、低温下での凍結を防止し、また、
硬化剤である二酸化炭素との反応により高強度の硬化物
が得られるよう、予めアルカリ雰囲気としておくことが
好ましい。

そのため、アルカリ成分としてNa,Kなどアルカリ金属の
水酸化物，炭酸塩，けい酸塩などの水溶性で、かつ、硬
化剤として作用しない化合物を添加するとよい。

アルカリ成分の添加量は、たとえばNa化合物の場合、組
成物100重量部あたりNa₂Oとして３〜14重量部、好まし
くは４〜11重量部、更に好ましくは５〜９重量部の範囲
がよい。

具体的には、組成物100重量部あたりNaとして１〜９重
量部、好ましくは２〜７重量部、更に好ましくは３〜６
重量部の水酸化ナトリウム，炭酸ナトリウムなどの少な
くとも一種と、0.4〜５重量部、好ましくは0.6〜４重量
部、更に好ましくは0.8〜３重量部の水溶性粉末けい酸
ソーダとを組合せて添加するとよい。

本発明の方法において用いるグラウトを製造するには、
施工目的に適したグラウトの硬化時間ないし所望の硬化
物強度に応じてコロイダルシリカを含んでなる本発明の
組成物を必要により水で希釈し、注入用主剤液として使
用する。注入用主剤液100あたり、通常、SiO₂として1
0〜40kgを含むようにする。

本発明で硬化剤として用いる二酸化炭素は、通常所定の
容器に充填された高圧の気体または液体で、本発明の方
法において使用上の限定はない。

充填容器から減圧弁を経て二酸化炭素をガス状で抜き出
し、たとえば、特公昭58−14894号公報に示される方法
または反応器を用いて主剤液と混合しグラウトを製造す
ることができる。

別法として特公昭58−53678号公報に示されるように、
充填塔，攪拌槽，ラインミキサー，二流体ノズルなどの
気−液接触装置を用い二酸化炭素を水に吸収溶解させて
炭酸水を製造し、得られた炭酸水と主剤液とを混合する
方法は、本発明の実施態様として好ましい。二酸化炭素
を水に溶解させるにあたり、気−液接触装置内を二酸化
炭素により加圧状態に保持することによって高濃度の炭
酸水を得ることが出来る。

二酸化炭素と主剤液とを混合させるための装置として
は、本発明においてはその構造は限定しないが、両者を
よく混合し得る構造のものが好ましく、たとえば、グラ
ウトの地盤注入に常用されているＹ字構造，単純二重管
構造，オリフィス接触器，流体混合用エレメント，二流
体ノズル，スタチックミキサーなどが好適に用いられ
る。なお、グラウト注入時に二酸化炭素が揮散するのを
防止するため、上記混合装置の出口側に弁，コック，ノ
ズルなどの保圧構造を設けるとよい。

硬化剤としての二酸化炭素の使用量は、主剤液に含まれ
るNa₂O:1モルに対して、CO₂として１〜1/6モル相当量の
範囲とするのがよい。

二酸化炭素の使用量が主剤液中のNa₂O:1モルに対してCO
₂として1/6モル相当量未満では、グラウトの硬化時間が
長くなり、ゲル化しても生成するゲルの強度は極めて小
さく、固結が充分でない。一方、主剤液中のNa₂O:1モル
に対してCO₂として１モル相当量を超えると、二酸化炭
素が反応しきれずグラウト中で気泡が発生したり、気泡
が発生するに至らないまでもゲルの状態が不均一となる
ので地盤安定化には好ましくない。

二酸化炭素の使用量は、施工目的に適したグラウトの硬
化時間に応じて調整する。

主剤液と硬化剤とを混合して得られたグラウトを地盤に
注入し硬化させる。

ガス状の二酸化炭素と主剤液とを直接接触させてグラウ
トを製造する場合でも、従来のけい酸ソーダ水溶液を用
いたときに比較して、本発明の主剤を用いると反応が容
易となり、より均一なグラウトが得られ、処理地盤をよ
り堅固にすることができる。

〔発明の効果〕

本発明により、次のような効果が得られる。

１）けい酸ソーダを主剤とする従来の溶液型無機系グ
ラウトでは得ることができなかった高強度の硬化物を得
ることができる。

２）硬化剤としての二酸化炭素の所要量が従来より節
減できる。

３）硬化剤として炭酸水を用いる方式の場合、同じ硬
化時間のグラウトを得るのに従来より低濃度の炭酸水を
用いることができ、炭酸水を製造し取り扱う圧力を大巾
に低減することができる。

これによって、炭酸水製造設備だけでなく、注入ポンプ
・配管・注入管など各種の装置機器類についても構造を
簡単にすることができ、また、省エネルギーの面からも
極めて有利になる。

４）硬化剤としてガス状の二酸化炭素を用いる場合、
未反応の二酸化炭素が少なく、地盤内の圧力を上昇させ
ることなく、地盤の安定化が可能である。

〔実施例〕

以下、実施例および比較例により本発明を具体的に説明
する。

実施例−１および比較例−1. ・主剤液（Ａ液）の調製；コロイダルシリカ含有組成物（CS）に水を加え、200
として各種濃度のＡ液を調製した。

比較のため、JIS ３号けい酸ソーダ（SS）を同様にし
て比較用のＡ液を調製した。

・硬化剤（Ｂ液）の調製；充填式吸収塔（ステンレス鋼製，直径270mm,高さ1800m
m,S型テラレット充填）に上部から水を、一方、下部か
ら二酸化炭素を供給し、炭酸水を製造した。

水および二酸化炭素の各供給速度と、二酸化炭素の流量
を制御して塔内圧力を調節する機構によって塔内圧力を
調節することにより炭酸水中の二酸化炭素の濃度を調整
し、Ｂ液を調製した。

グラウト注入管は、その先端部のA,B両液の合流部にス
タチックミキサーを内装し、該合流部内の圧力を保持で
きるスプリング式保圧弁を該ミキサーの出口に設けたも
のを用いた。

ポンプを用いて、該合流部の一方の入口にＡ液を、他方
の入口にはＢ液を、それぞれ３／分の速度で供給し
た。A,B両液は該合流部内で瞬間的に混合されグラウト
が得られた。

標準砂を充填したモールド中にそれぞれ得られたグラウ
トを注入し、各々の硬化時間および硬化１日後の砂ゲル
の一軸圧縮強度を測定した結果を第１表に示す。試験温
度は20℃であった。

一般に、JIS ３号けい酸ソーダはSiO₂を28〜30重量％
含有している。本実施例では、グラウト中のSiO₂含有率
が比較例よりも少ない場合でも、硬化時間が10秒以下な
いし数秒程度で瞬結工法に適したグラウトが得られ、し
かも、得られる砂ゲルの圧縮強度が格段に向上してい
る。

実施例−２および比較例−2. ・主剤液（Ａ液）の調製；実施例−１に準じて、コロイダルシリカ含有組成物（C
S）、および比較のためJIS ３号けい酸ソーダ（SS）各
100にそれぞれ水を加え、各々200としてＡ液を調製
した。

・硬化剤（Ｂ液）の調製；実施例−１で用いた装置により、実施例−１に準じた方
法でＢ液中のCO₂量を調整し、各種濃度のＢ液を調製し
た。

得られたＡ液とＢ液とを等容量混合してグラウトを得、
各々の硬化時間を測定した。

Ａ液およびＢ液の温度は20℃であった。

これらの結果から、グラウトの硬化時間−Ｂ液中のCO₂
量−操作圧力の各対応値を第２表に示した。

第２表に示すように、Ｂ液を製造する吸収塔操作圧力を
高めるとＢ液中のCO₂量が増大し、得られるグラウトの
硬化時間が短縮される傾向は実施例および比較例に共通
しているが、本発明の主剤−コロイダルシリカ含有組成
物を用いた場合には同じ硬化時間を示すグラウトを得る
のに、従来のJIS ３号けい酸ソーダを用いた場合に比
較して吸収塔内の圧力を10kg/cm²−Ｇ以上も大巾に低減
することができる。

なお、従来の技術JIS ３号けい酸ソーダを用いた場合
には、グラウトの硬化時間を10秒よりも短縮しようとす
るとグラウトからガスが発生するので地盤安定化工事へ
の実用に供するには問題があり、このような条件では使
用することができない。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】二酸化炭素を硬化剤とするけい酸塩系地盤
安定剤を用いて地盤を安定化させる方法に於て、主剤と
してコロイダルシリカを含んでなる組成物を用いること
を特徴とする地盤の安定化法。