JPH08269449A

JPH08269449A - 地盤注入用薬液および地盤注入工法

Info

Publication number: JPH08269449A
Application number: JP7051995A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kashiwabara; 健二柏原
Original assignee: Kyokado Engineering Co Ltd
Current assignee: Kyokado Engineering Co Ltd
Priority date: 1995-02-17
Filing date: 1995-02-17
Publication date: 1996-10-15

Abstract

(57)【要約】【目的】地盤注入用薬液および地盤注入工法であっ
て、ゲル化時間を瞬結領域から緩結領域にわたる広範囲
に容易に調整し得、かつ良好な浸透性をもって高強度の
固結体を得る。【構成】上述の地盤注入用薬液は水ガラスに水溶性ア
ルミニウム化合物、または、水ガラスに水溶性アルミニ
ウム化合物と、無機塩類または無機塩基類とを配合して
約10時間から３日間の間に必ずゲル化するアルミ変成水
ガラスを主材として構成される。さらに、前述の地盤注
入工法は水ガラスに水溶性アルミニウム化合物、また
は、水ガラスに水溶性アルミニウム化合物と、無機塩類
または無機塩基類とを配合して得られるアルミ変成水ガ
ラスを主材とする地盤注入用薬液を前記アルミ変成水ガ
ラスの製造経過後、或時間以内に硬化剤と混合して地盤
中に注入することから構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は特異な水ガラスを主材と
して含有する地盤注入用薬液およびこの薬液を特異な手
段により地盤中に注入して該地盤を固結する地盤注入工
法に係り、詳細には該薬液を瞬結領域から緩結領域にわ
たる広範囲のゲル化時間に容易に調整し得、かつ良好な
浸透性をもって高強度に固結し得る地盤注入用薬液およ
び地盤注入工法に関する。

【０００２】

【従来の技術】地盤を固結するための地盤注入用薬液と
して、従来、水ガラス水溶液に無機塩あるいは有機塩を
添加したり、あるいはこれにグリオキザール、エステル
類、セメント等を添加して該水ガラス水溶液をゲル化せ
しめる水ガラスグラウトが知られている。

【０００３】上述の公知技術において、水ガラスに対し
て無機塩として水溶性無機塩を添加した例では、ゲル化
時間の調整にあたって、わずかな無機塩量の違いでゲル
化時間が大幅に変化してしまう。特に、わずかに過少な
量であるだけで全くゲル化しないという現象が生じてし
まい、このため固結が不確実であった。

【０００４】また、水ガラスに対して炭酸水素ナトリウ
ムや炭酸水素カリウム等の炭酸水素塩を用いた例では、
これらは水ガラスとの反応性が高く、極めて速やかに反
応するため、水ガラスに対して少量しか添加することが
できない。このため、水ガラスは充分にゲル化されず、
得られるホモゲルは離漿水を多く含んで体積変化を起こ
す。したがって、地盤の止水性は不充分となるだけでな
く、固結強度も著しく低下してしまう。

【０００５】さらに、アルカリ金属塩化合物やＣａ、Ｍ
ｇ、Ａｌ等の水溶性多価金属塩化合物を用いた例では、
これらは上述と同様、水ガラスと極めて速やかに反応す
るので、水ガラスに対して少量しか用いることができ
ず、このため、水ガラスは部分的にしかゲル化されず、
均質なゲルを得ることが困難である。しかも、この部分
的にゲル化された反応生成物は急速に沈澱してしまい、
土粒子への浸透を阻害する。しかも、ゲル化物中には、
未反応シリカ分が多くなり、このため、固結強度は極め
て低くなる。また、固結強度を高めるためにこの添加量
を多くすると、水ガラスは瞬結的にゲル化してしまい、
浸透性を悪くする。

【０００６】また、難溶性無機塩やセメントを用いた例
では、浸透性が悪くなり、さらには、上述の有機系の例
では、地下水のＢＯＤを増加させるという問題があっ
た。

【０００７】

【発明が解決しようとする問題点】これら各例におい
て、特に、水溶性無機塩を用いた例では、このゲル化が
確実に行われ、かつ、ゲル化時間の調整が容易となれ
ば、極めて有用な注入液となることが期待される。

【０００８】そこで、この期待を実現するために、３号
水ガラスにあらかじめＮａＣｌ、ＫＣｌあるいはアルカ
リ土金属塩を混合したものをＡ液とし、その他の硬化剤
水溶液をＢ液とし、これらＡ、Ｂ液を組み合わせる注入
工法が提案されている。

【０００９】しかし、この場合、３号水ガラスにＮａＣ
ｌ、ＫＣｌあるいはアルカリ土金属塩を混合すると、混
合液中にコロイドが急激に形成されるため、Ａ液を製造
してからＢ液を加えるまでの経過時間の違いによりゲル
化時間が大幅に異なり、ゲル化時間の調整がしにくいと
いう問題があった。

【００１０】また、水ガラスに強酸を加えて形成される
酸性水ガラスを基本素材とし、これにアルカリ剤を加え
る注入工法も知られている。しかし、これは強酸を用い
ることによる現場における取扱上の問題や、ゲル化時間
が調整しにくいという欠点を有している。

【００１１】さらに、水ガラスと反応剤をあらかじめ混
合してなるそれ自体ゲル化し得る配合液を基本素材と
し、これにゲル化剤を添加する工法も知られている。こ
れは基本素材が必ずゲル化するため、これにゲル化剤を
加えてゲル化時間を調整した注入液も必ずゲル化し、地
盤中における固結性が極めて優れているという長所を有
している。

【００１２】しかし、この方法の最大の欠点は基本素材
の配合後、その内部でコロイドの生成が急速に進行し、
その生成は配合後から注入に到るまでの時間の経過につ
れて加速されるということである。したがって、この基
本素材（Ａ液）にゲル化剤（Ｂ液）を添加してゲル化時
間を調整する際、Ａ、Ｂ混合液のゲル化時間は基本素材
（Ａ液）の配合時からＡ液にＢ液を混合するまでの経過
時間によってゲル化時間が異なってしまい、このため、
所定のゲル化時間を得ることが極めて難しい。

【００１３】そこで、本発明の目的はゲル化時間を瞬結
領域から緩結領域にわたる広範囲に容易に調整し得、か
つ良好な浸透性をもって高強度の固結体を得、上述の公
知技術に存する欠点を改良した地盤注入用薬液および地
盤注入工法を提供することにある。

【００１４】

【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、本発明の地盤注入用薬液によれば、水ガラスと、
水溶性アルミニウム化合物を配合し、さらに必要に応じ
てこれに無機塩類または無機塩基類を配合して得られる
自硬性アルミ変成水ガラスを主材としてなる。

【００１５】さらに、上述の目的を達成するため、本発
明の地盤注入工法によれば、水ガラスと、水溶性アルミ
ニウムを配合し、さらに必要に応じて、これに無機塩類
または無機塩基類を配合して得られる自硬性アルミ変成
水ガラスに硬化剤を混合して地盤中に注入してなる。

【００１６】

【作用】一般に、アルミニウム化合物は両性電解質であ
るので、少量のアルカリの存在では沈澱を生じるが、多
量のアルカリのもとでは溶解する。このようなアルミニ
ウム化合物は水ガラスのような強アルカリのもとでは水
ガラス中のシリカ分と反応して徐々に大きなコロイドに
発達する。このコロイドはゲル化に到るまでの時間内で
は優れた活性を保持している。

【００１７】すなわち、水ガラスは単分子に近い小さな
分子量の珪酸から大きな分子量に重合された珪酸を含有
するものと思われるが、このような水ガラスはアルミニ
ウム化合物と接触すると、反応が活発なまま、比較的小
さなコロイド粒子の状態を保ち、活性に優れたコロイド
状のアルミ活性が水ガラス（アルミ変成水ガラス）とな
る。

【００１８】このように、アルミ変成水ガラスはその作
成条件により、ある時間内では大きな活性状態を保つ
が、ある時間を経過すると活性が低下し、反応性が悪く
なる。したがって、水ガラスにアルミニウム化合物を添
加後、ある時間内に他の硬化剤を加えて地盤中に注入し
てしまえば、ゲル化時間は長くすることも、短くするこ
ともでき、しかも高強度を発現する。

【００１９】このようなアルミ変成水ガラスを基本素材
とし、これに硬化剤を添加したグラウトは瞬結から緩結
の広い範囲にわたってゲル化時間の調整が容易で、か
つ、高い固結強度を呈する。しかし、この基本素材であ
るアルミ変成水ガラスは半永久的にゲル化することがな
いため、安定性および取扱い面では優れているが、これ
が地盤中で逸脱すると、それ自体に自硬性がないため、
未固結のままの状態を維持するという欠点がある。

【００２０】本発明は10時間から３日以内には必ずゲル
化する、いわゆる自硬性アルミ変成水ガラスを基本素材
とし、この基本素材をＡ液とし、従来から知られている
水ガラスの硬化剤をＢ液として、ＡＢ液を組み合わせて
地盤に注入するものである。

【００２１】一般に、この様な方式ではＡ液を製造して
からＢ液を加えるまでの経過時間の違いによってゲル化
時間が大幅に異なるという欠点があった。10時間から３
日の間に必ずゲル化するように配合されたアルミ変成水
ガラスをＡ液とした場合でも、このような現象はもちろ
んみられる。しかし、このように調整されたアルミ変成
水ガラスは配合後、ある時間を経過するまでは硬化剤に
よるゲル化時間の短縮は非常に少なく、ある時間が経過
すると急にゲル化時間が短縮されることがわかった。

【００２２】すなわち、ゲル化時間が10時間以上で約24
時間以内のアルミ変成水ガラスではそのゲル化時間の約
１／２時間程度、24時間以上72時間以内のアルミ変成水
ガラスでは約12時間程度が経過するまでの間は硬化剤と
反応せしめた場合、ゲル化時間はわずかの短縮はみられ
るが、大幅に短縮するようなことはなく、瞬結から緩結
の広い範囲にわたってゲル化時間の調整が非常に容易で
あり、さらに均質にして高い固結強度が得られる。

【００２３】

【発明の具体的説明】以下、本発明を具体的に詳述す
る。

【００２４】本発明に用いられる上述のアルミ変成水ガ
ラスは水ガラスに水溶性アルミニウム化合物、または水
ガラスに水溶性アルミニウム化合物と無機塩類または無
機塩基類とを配合して得られる。

【００２５】この配合は水ガラスの原液または水希釈液
に、攪拌羽根により攪拌しながら水溶性アルミニウム化
合物の水溶液または粉末を添加し、さらに必要に応じて
無機塩類または無機塩基類を添加することにより行われ
るが、より確実に均一な微粒子のアルミ変成水ガラスを
調整するためには急速混合することが好ましい。

【００２６】上述の水ガラスに対する水溶性アルミニウ
ム化合物の配合量、および水ガラスに対する水溶性アル
ミニウム化合物と、無機塩類または無機塩基類との配合
量は水ガラスを10時間から３日以内には必ずゲル化に到
らしめるに必要な量である。

【００２７】このような配合によって調整される上述の
アルミ変成水ガラスは、水ガラスのシリカ分がアルミニ
ウムで変成された均一で小さなコロイド粒子からなるも
のであって、10時間から３日の間には必ずゲル化する。

【００２８】本発明に用いられる水ガラスは従来から地
盤注入用薬液に用いられている水ガラスであって、Ｓｉ
Ｏ₂およびＮａ₂Ｏのモル比が２.0〜４.0、好ましくは
２.8以上のものである。

【００２９】さらに、本発明に用いられる水溶性アルミ
ニウム化合物は硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、
ポリ塩化アルミニウム等のアルミニウムの硫酸塩、ある
いはそれらを主成分とする複合塩、例えば、カリみょう
ばん等である。特に、注入現場で水ガラスと反応させる
場合には、安全性の高い硫酸アルミニウムまたは塩化ア
ルミニウムが好ましい。

【００３０】また、水溶性アルミニウム化合物と併用す
る無機塩類としてはアルカリ金属、アルカリ土金属等の
塩類、無機塩基類としてはアルカリ土金属の水酸化物が
好ましいが、その他の塩類、塩基類でも使用できる。

【００３１】上述のように調整されたアルミ変成水ガラ
スはゲル化時間が10〜24時間のものでは製造後、そのゲ
ル化時間の１／２時間程度、ゲル化時間が24〜72時間の
ものでは12時間位の間は高い活性を示している。そこ
で、この高活性の間に従来から知られている水ガラスの
硬化剤と混合して強固に反応せしめ、硬化する。

【００３２】上述の硬化剤としては、アルミ変成水ガラ
スのｐＨやアルミニウムの含有量にもよるが、一般には
アルカリ金属の炭酸水素塩が好ましい。しかし、注入対
象地盤に応じて、その他の無機塩類、無機酸類、有機反
応剤（トリアセチン、エチレンカーボネート、エチレン
グリコールの酢酸エステル等のエステル類、グリオキザ
ール等のアルデヒド類等）セメント、スラグ等も使用し
得る。

【００３３】

【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、これは本発明の一例に過ぎず、それに限定され
るものではない。

【００３４】１．使用材料（１）水ガラス次の組成からなる代表的な３号水ガラスを使用した。Ｎ
ａ₂Ｏ：９.6％、ＳｉＯ₂：２9.４％、比重：１.3９、
モル比：３.1６

【００３５】（２）アルミニウム化合物無水の硫酸アルミニウム（試薬一級：Ａｌ₂(ＳｉＯ₄)₃)
と塩化アルミニウム（試薬一級：ＡｌＣｌ₃・６Ｈ
₂Ｏ）を使用した。

【００３６】（３）無機塩類または無機塩基類（反応
剤）アルミニウム化合物と併用して使用する無機塩類または
無機塩基類として、塩化カルシウム（試薬一級：ＣａＣ
ｌ₂・２Ｈ₂Ｏ）と水酸化カルシウム（試薬一級：Ｃａ
（ＯＨ)₂) を使用した。

【００３７】（４）硬化剤アルミ変成水ガラスのゲル化に使用する硬化剤として、
無機化合物である炭酸水素カリウム（試薬一級：ＫＨＣ
Ｏ₃)、リン酸（75％リン酸、比重１.5８）、有機化合物
であるグリオキザール（純分：３5.３％、酢酸：４.7
％、水：６0.０％、比重：１.2５）、その他セメント
（ポルトランドセメント）を使用した。

【００３８】２．水ガラス−硫酸アルミニウムまたは塩
化アルミニウム−反応剤系これらの系について、ゲル化時間およびその時のゲル化
の状態を表１に示す。ゲル化時間はカップ倒立法に従っ
て測定した。

【００３９】

【表１】

【００４０】表１において、比較例NO.1はゲル化時間が
３日（72時間) 以上を要し、比較例NO.2は白濁が著し
く、３〜４時間経過すると粘性が上昇し、６〜７時間で
ゲル化する。このように比較例NO.1およびNO.2はゲル化
時間が10〜72時間の範囲外であって、本発明のアルミ変
成水ガラスとしては不適である。実施例NO.1〜６は10〜
72時間の間にゲル化し、本発明のアルミ変成水ガラスと
しては不適である。

【００４１】３．アルミ変成水ガラス−炭酸水素カリウ
ム系表１の本発明に係わる代表的な実施例NO.2および対照と
して比較例NO.1、２のアルミ変成水ガラスの製造後の経
過を追って、硬化剤として一定量の炭酸水素カリウムを
添加したときのゲル化時間と豊浦標準砂によるサンドゲ
ルの水中養生における一軸圧縮強度を表２に示す。ゲル
化時間はカップ倒立法、サンドゲルの一軸圧縮強度は土
質工学会基準「土の一軸圧縮試験法」に従って測定し
た。

【００４２】

【表２】

【００４３】表２から実施例NO.7はゲル化時間が20〜25
時間のアルミ変成水ガラスを使用している例で、アルミ
変成水ガラスを製造後、７〜10時間位を経過するまで
は、炭酸水素カリウム添加によるゲル化時間は長く、し
かも変動が少なく固結強度もよい。

【００４４】７〜10時間を経過するとゲル化時間は急速
に早まり、固結強度は弱化してくる。比較例NO.3はゲル
化時間が６〜７時間のアルミ変成水ガラスを使用してい
る例で、炭酸水素カリウム添加後のゲル化時間は早く、
しかも変化が急激で固結強度も若干劣っている。

【００４５】比較例NO.4ではゲル化時間が90〜１00時間
の非常に長いゲル化時間を示すアルミ変成水ガラスを使
用している例で、アルミ変成水ガラス製造後12時間位を
経過するまでは、炭酸水素カリウム添加によるゲル化時
間は長く、しかも変動は少ないが固結強度は実施例NO.7
に比べると一段と劣る。

【００４６】すなわち、表２からゲル化時間が10〜72時
間になるように調整したアルミ変成水ガラスはもちろん
自硬性を有し、或時間が経過するまでは硬化剤の添加に
よるゲル化時間は長く、しかも変動がわずかで調整が容
易である。

【００４７】したがって、浸透性にも優れ、またこの間
では固結強度も優れている。表２においては、表１の実
施例NO.2のアルミ変成水ガラスを使用した例をあげた
が、他の実施例NO.1、3 、4 、5 、6 のアルミ変成水ガ
ラスを使用しても同じような傾向を示す。

【００４８】４．炭酸水素カリウムの濃度変化試験長時間（10〜72時間）で必ずゲル化する本発明にかかる
アルミ変成水ガラスは或時間が経過するまでは安定で長
いゲル化時間を要して固結し、かつその間は硬化剤と混
合した場合のゲル化時間の変動も少なく、しかも固結強
度においても優れていることが上述からわかった。

【００４９】ここで表１の実施例NO.2の製造後約３時間
を経過したアルミ変成水ガラスをＡ液とし、これに濃度
の異なる炭酸水素カリウム水溶液をＢ液として、ＡＢ液
を混合した時のゲル化時間と豊浦標準砂によるサンドゲ
ルの水中養生における一軸圧縮強度の測定を行った。

【００５０】比較例として、Ａ液として表１の比較例N
O.2の製造後約３時間を経過したアルミ変成水ガラスお
よび同じ濃度の通常の水ガラス水溶液を用い、Ｂ液とし
て濃度の異なる炭酸水素カリウム水溶液を添加混合した
ものを用いた。これらの結果を表３および図１に示す。
ゲル化時間およびサンドゲル一軸圧縮強度は前回にした
がって測定した。

【００５１】

【表３】

【００５２】表３および図１より実施例NO.8の本発明に
かかるアルミ変成水ガラス−炭酸水素カリウム系（図中
─○─○─の曲線）はゲル化時間の短いアルミ変成水ガ
ラスを用いた比較例NO.5（図中─●─●─の曲線）に比
べて曲線の傾斜がゆるやかで瞬結から緩結に至る広範囲
でのゲル化時間の調整が容易である。また、炭酸水素カ
リウムの添加量が相対的に多くなるため固結強度におい
ても優れている。

【００５３】比較例NO.6の単なる水ガラス−炭酸水素ナ
トリウム系（図中─×─×─の曲線）では曲線の傾斜は
一段と激しく、また、ホモゲルの体積変化が大きく、離
漿水も多く固結強度も一段と劣っている。

【００５４】５．アルミ変成水ガラス−グリオキザール
系およびアルミ変成水ガラス−セメント系製造後約３時間を経過した表１の実施例NO.2のアルミ変
成水ガラスをＡ液とし、Ｂ液としてグリオキザール−リ
ン酸水溶液およびセメント懸濁液を使用した例を表４に
示す。対照として単なる水ガラス、グリオキザール−リ
ン酸の系を比較例にあげた。ゲル化時間、サンドゲル一
軸圧縮強度は前記と同様に測定した。

【００５５】

【表４】

【００５６】表４から本発明にかかるアルミ変成水ガラ
ス−グリオキザール酸の系（実施例NO.7）は単なる水ガ
ラス、グリオキザール−リン酸の系（比較例NO.6）と比
べると明らかに固結強度が優れている。また本発明にか
かるアルミ変成水ガラス−セメント系（実施例NO.8）で
も優れた固結強度を示している。

【００５７】

【発明の効果】

１．本発明にかかるアルミ変成水ガラスは長時間後にゲ
ル化するので或時間内では安定で取扱いが容易である。
また逸脱した場合でも必ず固結し、未固結の状態におか
れることがない。

【００５８】２．本発明にかかるアルミ変成水ガラスは
製造後そのゲル化時間に応じて約数時間から約10数時間
経過するまでは安定した活性を維持し、硬化剤と混合し
た場合、製造後の時間の経過に伴うゲル化時間の短縮は
わずかで、この間はほぼ安定して長いゲル化時間を保持
する。

【００５９】３．本発明にかかるアルミ変成水ガラスに
対して硬化剤の添加量を変化せしめて注入する場合、ゲ
ル化時間の変動が緩やかで、瞬結から緩結の広範囲にわ
たってゲル化時間を調節することが容易である。

【００６０】４．特に長時間のゲル化調整が容易である
ことは土壌への浸透性を向上できる期待が持てる。

【００６１】５．しかも、本発明では従来の無機系の水
ガラスグラウトでは得られない高強度が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】アルミ変成水ガラスまたは水ガラスと炭酸水素
カリウムからなる系において炭酸水素カリウムの添加量
に対するゲル化時間の変化を示したグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── 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Ｃ０９Ｋ 17/08 Ｃ０９Ｋ 17/08 ＰＥ０２Ｄ 3/12 １０１Ｅ０２Ｄ 3/12 １０１ // Ｃ０９Ｋ 103:00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水ガラスと、水溶性アルミニウム化合物
とを配合して得られる自硬性アルミ変成水ガラスを主材
とする地盤注入用薬液。
【請求項２】水ガラスと、水溶性アルミニウム化合物
との配合物にさらに無機塩類または無機塩基類を配合し
て得られる自硬性アルミ変成水ガラスを主材とする請求
項１の地盤注入用薬液。
【請求項３】前記水溶性アルミニウム化合物がアルミ
ニウムの硫酸塩または塩化物である請求項１の地盤注入
用薬液。
【請求項４】請求項１の自硬性アルミ変成水ガラスが
10〜72時間のゲル化時間を有してなる請求項１の地盤注
入用薬液。
【請求項５】請求項２の自硬性アルミ変成水ガラスが
10〜72時間のゲル化時間を有してなる請求項２の地盤注
入用薬液。
【請求項６】水ガラスと、水溶性アルミニウムを配合
し、さらに必要に応じて、これに無機塩類または無機塩
基類を配合して得られる自硬性アルミ変成水ガラスに硬
化剤を混合して地盤中に注入することを特徴とする地盤
注入工法。
【請求項７】請求項５の硬化剤がアルカリ金属の炭酸
水素塩である請求項６の地盤注入工法。
【請求項８】請求項５の水溶性アルミニウム化合物が
アルミニウムの硫酸塩または塩化物である請求項６の地
盤注入工法。
【請求項９】請求項５の自硬性アルミ変成水ガラスが
10〜72時間のゲル化時間を有してなる請求項６の地盤注
入工法。