JPH10102058A - 地盤注入材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 腐植土を含有する有機酸を含む軟弱地盤に対
して、ブリージングを発生することなく優れた硬化能及
び耐久性が得られる地盤注入材を提供する。 【解決手段】 コロイダルシリカと、セメント系固化材
とを成分として含む地盤注入材である。ゲルタイム調節
剤を更なる成分として含む場合、コロイダルシリカと、
セメント系固化材と、ゲルタイム調節剤とが、重量比に
して、１：２．５〜２５：０．１２〜１．２の割合で含
まれる。セメント系固化材の比表面積が２７００ｃｍ²
／ｇ以上でありかつその化学組成において、ＳｉＯ
₂と、Ａｌ₂Ｏ₃と、ＣａＯと、ＳＯ₃とが、重量比にし
て、１５〜２５：３．５以上：４０〜７０：４．０以上
の割合で含まれる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軟弱地盤の強化、
止水のために適用する地盤注入材に関し、特に、自然含
水比の高い地盤、腐植土を含有する軟弱地盤等に好適な
地盤注入材に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、地盤注入材は、地盤の強化及び止
水を目的として、土木工事の補助工法における仮設材と
しての役割を担ってきたが、近年、既設構造物の地盤強
化、液状化防止の手段としても特に注目されるようにな
った。

【０００３】既存の地盤注入材としては、ＪＩＳ規格で
代表されるセメントスラリーやセメント系固化材スラリ
ーが主に用いられてきた。しかしながら、これらの材料
は、地盤中で固液分離現象いわゆるブリージングが発生
するという問題点があった。ブリージングが発生する
と、地盤に注入した注入材の固結後に注入材固結体の位
置が計画した位置より低くなったり、ブリージング水の
逸脱後は固結体上端の地盤が陥没したりする等の問題が
生じていた。

【０００４】ブリージングを防ぐ有効な方法の１つとし
て、注入材の固化時間を短縮することが考えられ、その
ために水ガラスを主剤とする地盤注入材が多用されるよ
うになった。水ガラスに対する硬化剤としては、例え
ば、ポルトランドセメント、消石灰、鉄鋼スラグ等のカ
ルシウム塩類、硫酸水素ナトリウム、硫酸マグネシウ
ム、リン酸等の酸、グリオキザール、エチレンカーボネ
ート等の有機酸類、又は特定のエステル類が用いられて
きた。

【０００５】しかしながら、水ガラスを主剤とした地盤
注入材は、既に多くの文献等で指摘されている通り、耐
久性及び公害等の問題がある。

【０００６】一方、水ガラス以外を主剤とする地盤注入
材としては、コロイダルシリカを主剤とするものが、幾
つか提案されている。主剤であるコロイダルシリカに対
する硬化剤として、例えば、消石灰やセメントを用いる
方法（特開昭５９−６６４８２号公報）、スルファミン
酸マグネシウム等のアルカリ土類金属塩を用いる方法
（特開昭６３−１６８４８５号公報）、塩化ナトリウム
や硫酸水素ナトリウム等のアルカリ金属塩を用いる方法
（特開昭５９−１５２９８５号公報）、アルミニウム塩
等の３価の金属塩を用いる方法（特開昭５９−１５２９
８４号公報）等がある。

【０００７】また、その他の地盤注入材の例としては、
特公昭６２−１７６３６号公報に、ＪＩＳ規格適合のポ
ルトランドセメントスラリーとシリカゾルとからなる地
盤注入材が提案されている。

【０００８】しかしながら、これらの従来の地盤注入材
では、ブリージングに対してある程度の効果は期待でき
るものの、港湾、海岸施設、河川施設、道路及び鉄道施
設の地盤において、特に腐植土のような有機酸（フミン
酸等の腐植酸）を多量に含む地盤に対しては、硬化能が
低下する。有機酸を含む地盤の場合、主剤のコロイダル
シリカについては有機酸とは反応せず問題ないが、一
方、セメント等のアルカリ系の硬化剤については、通
常、有機酸と反応するためその水和反応が阻害されてし
まうために硬化能が低下し、耐久性が得られないことと
なる。このような有機酸を含む地盤に対して有効に適用
できる地盤注入材の成分構成は未だ提示されていない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上の状況に鑑み、本
発明の目的は、軟弱地盤に対して有効な地盤注入材を提
供することである。特に、本発明の目的は、腐植土を含
有するすなわち有機酸を含む軟弱地盤に対して、ブリー
ジングを発生することなく優れた硬化能及び耐久性が得
られる地盤注入材を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明による地盤注入材は、コロイダルシリカと
セメント系固化材とを成分として含む。

【００１１】また、本発明による地盤注入材の別の態様
は、上記成分に加えてゲルタイム調節剤を更なる成分と
して含む。

【００１２】さらに上記ゲルタイム調節剤を含む態様に
おいて、前記コロイダルシリカと、前記セメント系固化
材と、前記ゲルタイム調節剤とが、重量比にして、１：
２．５〜２５：０．１２〜１．２の割合で含まれること
を特徴とする。

【００１３】さらに、本発明による地盤注入材の別の態
様は、上記いずれかの態様において、前記セメント系固
化材の比表面積が２７００ｃｍ²／ｇ以上であり、か
つ、該セメント系固化材の化学組成において、ＳｉＯ₂
と、Ａｌ₂Ｏ₃と、ＣａＯと、ＳＯ₃とが、重量比にし
て、１５〜２５：３．５以上：４０〜７０：４．０以上
の割合で含まれる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明による地盤注入材は、基本
的に、少なくともコロイダルシリカとセメント系固化材
とを成分として含むものである。現在まで、コロイダル
シリカとセメント系固化材との組合せによる地盤注入材
は、知られていない。

【００１５】本発明で使用するコロイダルシリカは、水
ガラスを原料としてイオン交換法、解膠法、酸中和法、
電気透析法等により製造される。この製造法の例として
は、特開昭５２−３３８９９号、特開平１−３１７１１
５号、米国特許第２５７７４８４号、同第３７１１４１
９号、同第２５７２５７８号、及び同第３６６８０８８
号の各公報等に開示がある。

【００１６】コロイダルシリカのその他の製造方法とし
ては、特公昭４６−７３６７号及び米国特許第３６５０
９７７号の各公報等に記載の金属シリコンの酸化による
方法、又は、特開昭６２−１２７２１６及び米国特許第
２９５１０４４号の各公報等に記載の微細シリカ粉末の
水分散による方法があり、これらの製造方法により得ら
れるコロイダルシリカも、本発明に使用することができ
る。

【００１７】コロイダルシリカの特性として、粒子径の
大きいものはゲル強度が弱くなるので、平均粒子径が３
〜１００ｎｍのものが使用可能であり、特に平均粒子径
５０ｎｍ以下、さらに２０ｎｍ以下のものが実用的に好
適である。とりわけ、平均粒子径３〜１５ｎｍの小粒子
グレードのコロイダルシリカは、ゲル強度が特に高く最
適である。尚、平均粒子径が３ｎｍ未満のグレードのコ
ロイダルシリカは、水ガラスと同様にアルカリ安定剤の
含有量が多く、本発明の目的には適合しない。

【００１８】尚、コロイダルシリカは、通常、コロイド
の安定化のために微量のアルカリイオン(又は水素イオ
ン)を含有するが、本発明に使用するコロイダルシリカ
のアルカリ含有量は、ＳｉＯ₂／Ｍ₂Ｏ（Ｍはアルカリ金
属）のモル比で５〜５００の範囲内となるものが好まし
い。

【００１９】本発明においては、上記のコロイダルシリ
カと共にセメント系固化材を用いることが特に重要な要
件である。セメント系固化材とは、ＪＩＳ規格のポルト
ランドセメント及び混合セメントとは異なる種類のもの
である。通常、セメントは、ポルトランドセメント及び
ポルトランドセメントを母体として高炉スラグ、フライ
アッシュ等の混和材を所定の割合で混合したＪＩＳ規格
のセメントと、コロイドセメントや超速硬セメント等の
ＪＩＳ規格外の特殊セメントに大別される。セメント系
固化材は、この中で特殊セメントに属しており、ＪＩＳ
規格の特定成分の補強、粒度調整あるいは土質等の目的
に応じて有効成分を添加したものである。

【００２０】本発明で使用するセメント系固化材は、そ
の添加有効成分として、スラグ、フライアッシュ等のボ
ゾラン材、アルミナセメント、ジェットセメント等の強
度増進材、又は石膏、硫酸ソーダ等の水和の刺激材を含
む。さらに、比表面積が２７００ｃｍ²／ｇ以上であ
り、かつ、各成文の重量比が、ＳｉＯ₂：Ａｌ₂Ｏ₃：Ｃ
ａＯ：ＳＯ₃＝１５〜２５：３．５以上：４０〜７０：
４．０以上となる化学組成を有する。ＣａＯについて
は、セメント系固化材全体に占める割合が重量にして５
８〜６０ｗｔ％、ＳＯ₃については、同じく９〜１３ｗ
ｔ％含有するものが特に好ましい。

【００２１】本発明において使用可能な市販のセメント
系固化材としては、例えば、アサノクリーンセット（日
本セメント製）、チチブソイルフィックス（秩父・小野
田セメント製）、宇部ＵＫＣ（宇部興産製）、スタビラ
イト（三菱マテリアル製）、タフロック（住友・大阪セ
メント製）、セメント系ケミコ（秩父・小野田セメント
製）、日鐵アースタイト（日鐵セメント製）、ネオセメ
ントシリーズ（第一セメント製）、麻生ソリッドエース
（麻生セメント製）、ハイハード（日立セメント製）、
ソルスター（新日鐵化学製）、デンカソイルパック（電
気化学工業製）、ハードキープ（徳山曹達製）等が挙げ
られる。

【００２２】本発明による地盤注入材は、基本的に上記
の成分で構成されるが、必要に応じて、公知のセメント
分散剤や、平均粒子径が１マイクロメートル以下の合成
シリカや合成ゼオライトのような無機微粉末を配合して
もよい。特に、無機微粉末を配合した場合には、地盤注
入材のゲル強度がさらに向上するので、適用範囲が拡大
するので好ましい。

【００２３】次に、本発明による地盤注入材の成分とし
てセメント系固化材を用いる作用効果を、ＪＩＳ規格の
普通ポルトランドセメントを用いる場合と比較して説明
する。ＪＩＳ規格の普通ポルトランドセメントを含む地
盤注入材を、有機酸を含む地盤に適用すると、セメント
の初期水和反応により生じた水酸化カルシウムと有機酸
とが結合して、セメント粒子上に析出し、その後の水和
反応を阻害する。この結果、強度の発現が見られない。

【００２４】一方、本発明によるセメント系固化材を含
む地盤注入材を、有機酸を含む地盤に適用する場合、上
記のような水和反応の阻害は発生しない。セメント系固
化材は、多量の三酸化イオウ（ＳＯ₃）を含有するとい
う特徴がある。この三酸化イオウは、半水石膏（ＣａＳ
Ｏ₄・０．５Ｈ₂Ｏ）又は二水石膏（ＣａＳＯ₄・２Ｈ
₂Ｏ）の形で含まれている。この石膏成分が、セメント
の初期水和反応の生成物を取り込み、エトリンガイト
(３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・３ＣａＳＯ₄・３２Ｈ₂Ｏ)を多量
に生成することにより、有機酸との反応が避けられる。
従って、水和反応が阻害されることなく、強度上昇が達
成される。また、エトリンガイトが多量の水を結合水と
して取り込むと共に、珪酸カルシウムが生成することに
よっても、強度上昇の効果が得られる。

【００２５】さらに、ゲルタイム調節剤を用いる場合、
そのアルカリ金属塩は、セメント系固化材の水和促進材
としても作用し、ゲル強度を増長させる。

【００２６】以下、本発明の実施例をいくつか示すと共
に、これらの実施例の特性に関する試験結果を示す。
尚、示された実施例は、本発明を限定するものではな
い。

【００２７】

【表１】 ・本発明の各実施例の配合 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− ｜ Ａ液(２００ｍｌ) ｜ Ｂ液(２００ｍｌ) ｜コロイタ゛ル ケ゛ルタイム 水 ｜ セメント系 水 ｜シリカ(ml) 調節剤(g) (ml) ｜ 固化材(g) (ml) −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 実施例１ ｜ 20 6 180 | 148 148 実施例２ ｜ 20 4 180 | 70 176 実施例３ ｜ 20 2 180 | 40 188 実施例４ ｜ 30 6 170 | 148 148 実施例５ ｜ 30 4 170 | 70 176 実施例６ ｜ 30 2 170 | 40 188 実施例７ ｜ 40 6 160 | 148 148 実施例８ ｜ 40 4 160 | 70 176 実施例９ ｜ 40 2 160 | 40 188 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−

【００２８】表１に、試験に用いた実施例１〜９の配合
量を示す。主剤(Ａ液)は、コロイダルシリカ(シリカド
ール３０；日本化学工業製)スラリーと、ゲルタイム調
節剤として炭酸水素ナトリウムとを含む。また、硬化剤
(Ｂ液)は、セメント系固化材(スタビライトＭ−１５；
三菱マテリアル製)スラリーを含む。これらのＡ液とＢ
液を表１に示す配合量で混合し、その特性を試験するべ
く、(1)２０℃におけるゲルタイム、(2)サンドゲルの圧
縮強度、及び(3)ブリージング率についての測定を行っ
た。各測定方法を次に示す。

【００２９】(1)ゲルタイム 所定の配合で混合された地盤注入材をビーカーに入れ、
マグネチックスターラーで撹拌を続けると次第に粘度が
増大してゲル化する。この過程において、地盤注入材を
ビーカーに入れた時点から、ゲル化して流動性が消失し
ビーカーを９０度傾けても流下しなくなるまでの時間
を、ゲルタイムとして測定した。

【００３０】(2)圧縮強度（サンドゲル） 上記のように混合された地盤注入材の溶液４００ｍｌ
と、豊浦標準砂１０００ｍｌを均一に混合処理した後、
直径５０ｍｍ長さ１００ｍｍの円筒型枠に入れ、１時間
〜数時間後に脱型した供試体を水に浸漬する。そして、
所定の日数経過後、供試体を取り出して、圧縮強度試験
機にて一軸圧縮強度を測定した。

【００３１】(3)ブリージング率 上記のように混合された地盤注入材の溶液１０００ｍｌ
をメスシリンダーに入れ、所定時間放置後、３０分、１
時間、及び２時間後の上澄み液量を測定し、全容量中の
百分率で求めた。

【００３２】尚、比較例１として、ボルトランドセメン
ト１４８ｇ、分散剤ナフタレンスルホン酸と変性リグニ
ンの縮合物１ｇ、及び水３４８ｍｌの配合で混合された
地盤注入材を用いた。上記の実施例１〜９及び比較例１
の試験結果を表２に示す。

【００３３】

【表２】 ・本発明の実施例に対する各試験結果 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− ゲルタイム サンドゲル圧縮強度 ブリージング率 （分：秒） （kgf/cm²） (％) 1日 7日 28日 0.5h 1h 2h −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 実施例１ ２：２２ 3.1 11.0 11.0 0 0 0 実施例２ ４：１６ 1.2 3.5 4.6 0 0 0 実施例３ ２：５０ 1.0 2.0 2.9 0 0 0 実施例４ ２：１７ 4.5 12.1 14.8 0 0 0 実施例５ ２：３１ 2.3 4.9 6.4 0 0 0 実施例６ ４：３０ 2.3 3.7 3.8 0 0 0 実施例７ ３：４２ 6.2 12.9 13.9 0 0 0 実施例８ ３：４４ 3.1 6.9 9.3 0 0 0 実施例９ ２：１０ 4.0 6.4 7.2 0 0 0 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 比較例１ − 1.0 5.8 14.5 8 17 28 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−

【００３４】表２の結果から、比較例１では、２時間後
に２８％のブリージング率が測定されたのに対し、本発
明によるコロイダルシリカとセメント系固化材とを基本
成分とする地盤注入材は、ブリージングの発生が全くな
いことがわかる。用いたゲルタイム調節剤は、速いタイ
プのものであるが、いずれの実施例についても安定した
ゲルタイムが得られている。サンドゲル圧縮強度試験か
らは、特に、実施例１、４、及び７について良好な結果
が得られた。これらの実施例は、いずれもセメント系固
化材の配合割合が比較的大きいものである。

【００３５】次に、本発明による地盤注入材の腐植土に
対する耐久性を評価した結果を示す。試料として、表１
の本発明の地盤注入材の実施例から実施例１、実施例
５、及び実施例９を用い、また、比較例２として下記の
配合の地盤注入材を用いた。 ・比較例２ Ａ液：ＪＩＳケイ酸ソーダ３号１００ｍｌ、水１００ｍ
ｌ Ｂ液：ボルトランドセメント８０ｇ、水１７４ｍｌ

【００３６】上記の試料及び比較例２を、型に入れ、２
４時間後に脱型して圧縮強度測定用の硬化供試体を作成
した。硬化供試体の大きさ及び砂の配合は、前述の圧縮
強度試験に用いたものと同じである。その後、供試体
を、それぞれ２群に分け、一方の群はピートモスの３ｗ
ｔ％スラリーに浸漬させ、そしてもう一方の群は水道水
に浸漬させた。浸漬倍率は、浸漬液溶液／供試体の容積
比が４である。尚、いずれも２０℃で行われた。ピート
モスは、腐植土として試験に用いたもので、成分は次の
通りである。

【００３７】・ピートモス成分 ｐＨ ：４．１〜５．５ 塩基置換容量：１５９〜１７７（me/100g） 有機物 ：９０〜９８ｗｔ％ 灰分 ：２．０〜１０ｗｔ％ 窒素 ：０．８〜２．３ｗｔ％ リン酸 ：０．１１〜０．４９ｗｔ％ カリ ：０．０６〜０．１３ｗｔ％ 石灰 ：０．１２〜１．８ｗｔ％

【００３８】そして、材令（経過日数）７日、２８日、
９１日後におけるそれぞれの供試体の一軸圧縮強度を測
定することにより、耐久性を試験した。結果を表３に示
す。

【００３９】

【表３】 ・ピートモス浸漬による耐久性試験結果 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− ｜ 実施例１ 実施例５ 実施例９ ｜ 比較例２ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 材令 ７日 ｜ １．０ １．０ １．０ ｜ ０．７ ２８日 ｜ １．０ １．０ １．０ ｜ ０．４ ９１日 ｜ １．２ ０．９ ０．９ ｜ ０．５ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− (表中の値：水道水に浸漬した同材令同一試料に対する圧縮強度の比)

【００４０】表３では、各材令（経過日数）において、
水道水に浸漬した同一試料の圧縮強度の値を基準（１.
０）とし、それに対するピートモスに浸漬した試料の圧
縮強度の値を相対的に示している。本発明による地盤注
入材の各実施例については、ピートモス浸漬条件下にお
いても、水道水浸漬の場合とほぼ同等の強度０．９〜
１．２が得られている。これに対して、従来の地盤注入
材である比較例２については、７日後で０．７、２８日
後で０．４、そして９１日後で０．５と、ピートモス浸
漬条件下では大きく強度が低下していることがわかる。
この結果から、本発明による地盤注入材は、ピートモス
のような有機酸を含む腐植土においても、硬化を阻害さ
れることなく十分な強度を発揮することができることが
示された。

【００４１】以上のような各試験結果から、本発明によ
る地盤注入材は、コロイダルシリカと、セメント系固化
材と、ゲルタイム調節剤とが、重量比にして、１：２．
５〜２５：０．１２〜１．２の割合で含まれるものが好
適である。

【００４２】

【発明の効果】本発明による地盤注入材は、コロイダル
シリカとセメント系固化材を基本的成分とする新規の組
成を有するので、従来の地盤注入材に見られるブリージ
ングが全く発生しない。しかもゲルタイムが安定してい
る。

【００４３】さらに、本発明による地盤注入材の有用な
特徴として、有機酸を含有する腐植土軟弱地盤に対して
も、優れた硬化能すなわち耐久性を有する。加えて、本
発明による地盤注入材には公害問題の心配もほとんどな
く、実用性の高いものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大西 正 大阪府吹田市江坂町１丁目12番38号 東興 建設株式会社大阪支店内 (72)発明者 馬場 英明 東京都江東区亀戸９丁目15番１号 日本化 学工業株式会社内 (72)発明者 関根 彰 東京都江東区亀戸９丁目15番１号 日本化 学工業株式会社内 (72)発明者 佐藤 定森 大阪市西区京町堀１丁目７番12号 浅野化 学産業株式会社内 (72)発明者 森下 勝弥 大阪市西区京町堀１丁目７番12号 浅野化 学産業株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コロイダルシリカと、セメント系固化材
   とを成分として含むことを特徴とする地盤注入材。
2. 【請求項２】 ゲルタイム調節剤を更なる成分として含
   むことを特徴とする請求項１に記載の地盤注入材。
3. 【請求項３】 前記コロイダルシリカと、前記セメント
   系固化材と、前記ゲルタイム調節剤とが、重量比にし
   て、１：２．５〜２５：０．１２〜１．２の割合で含ま
   れることを特徴とする請求項２に記載の地盤注入材。
4. 【請求項４】 前記セメント系固化材の比表面積が２７
   ００ｃｍ²／ｇ以上であり、かつ、該セメント系固化材
   の化学組成において、ＳｉＯ₂と、Ａｌ₂Ｏ₃と、ＣａＯ
   と、ＳＯ₃とが、重量比にして、１５〜２５：３．５以
   上：４０〜７０：４．０以上の割合で含まれることを特
   徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の地盤注入
   材。