JPS581716B2 - 土質の安定化法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は土質を安定化させる方法に関する。

軟弱地盤を固結・硬化させたり、透水を防止したりする
ことは土木、建築、農業あるいは鉱業等の分野において
は重要な問題であり、従来からグラウト工法としてセメ
ントミルク、ケイ酸塩、クロムリグニン等を含有する薬
液（土質安定剤）を土壌に注入し、土壌中でゲル化させ
る工法が知られており、特に最近ではアクリルアミド系
、尿素系、ウレタン系などの合成高分子土質安定剤が種
種開発され実用化されている。

これらの合成高分子系土質安定剤のうち、アクリルアミ
ド単量体（またはアクリルアミド単量体と共重合し得る
水溶性ビニル単量体とアクリルアミド単量体との単量体
混合物）、水溶性ジビニル単量体およびレドツクス系触
媒の混合物水溶液から成るいわゆるアクリルアミド系土
質安定剤は土壌中への浸透性が良好なこと、ゲル化時間
（ゲルタイム）の調節が容易なこと、ゲル体の強度が高
くて耐透水性が良好なこと、施工時の作業性がよいこと
などの点で他の土質安定剤にくらべてすぐれており、代
表的な高分子系土質安定剤として知られている。

しかしながら、従来のアクリルアミド系土質安定剤は土
壌中でゲル化が終了した後にも比較的多量のビニル系単
量体（主としてアクリルアミド単量体）がゲル体（重合
体）中に残存しているという欠点がある。

アクリルアミドの重合体は殆ど無害であるが、アクリル
アミド単量体はマウスを用いた経口毒性でＬＤ５ｏが２
５２ｍｇ／ｋｇであって毒性が強い。

最近、生活環境の保全と公衆衛生の向上を基調とした公
害防止思想の普及により土壌中で重合させた高分子系土
質安定剤中に残存する単量体の毒性が大きな社会問題と
なっており、重合したあと残存単量体が少ない高分子系
土質安定剤、換言すれば重合率の非常に高い高分子系土
質安定剤の開発が要望されている。

重合後の高分子系土質安定剤中に残存する単量体の量は
用いられたビニル単量体およびジビニル単量体の種類に
もよるが、特に重合触媒の選択如何によって大きな差異
が生じる。

アクリルアミド系土質安定剤は過硫酸塩、水溶性過酸化
物のような水溶性ラジカル触媒だけでもゲル化させるこ
とができるが、たとえば寒冷地における施工の場合のよ
うに、常温以下の低温においても該安定剤をすみやかに
ゲル化させる必要があることから、アクリルアミド系土
質安定剤においては、通常、触媒として上記ラジカル触
媒に更に水溶性の還元性物質（重合を促進させるための
もの）が加えられた、いわゆるレドツクス系触媒と呼ば
れていろものが用いられている。

アクリルアミド系土質安定剤に用いられるレドツクス系
触媒の還元剤成分として従来種々の化合物が提案されて
いるが、第３級アミン、ポリアルキレンポリアミンなど
のアミン類は活性がすぐれていること、これを用いた場
合は薬液のゲルタイムの調節が容易であることなどの特
長を有するすぐれた還元剤であって、特にこれと還元性
金属塩と併用すると低温においても薬液のゲル化時間を
長短任意に調節することができるという利点がある。

しかしながら、このような還元剤成分が用いられたレド
ツクス系触媒によりアクリルアミド系土質安定剤を土壌
中でゲル化させた場合でも、ゲル化後たとえば２４時間
経過した後の重合体中には少ないときでも１００ｐｐｍ
、多い場合には１０００ｐｐｍ以上のアクリルアミド単
量体が残存し、しかもゲルタイムを短縮させようとして
多量のアミンを用いたり、アミンと還元性金属塩を併用
したりするとアクリルアミド単量体の残存量は更に大巾
に増加し、このため土壌が汚染されて公害防止上好まし
くない結果を引き起す。

このようなことから、本発明者らは従来技術にみられる
上記欠点を是正しようとして種々研究した結果、アクリ
ルアミド系土質安定剤により土質を安定化させるに当り
、レドツクス系触媒の還元剤成分としてアミン類と亜硫
酸塩（または亜硫酸水素塩）を併用することにより土壌
中に注入した土質安定剤の重合率が著しく高められ、こ
のためゲル化後の土質安定剤中に残存するアクリルアミ
ド単量体の量を極めて少なくすることができることを知
り、本発明に到達した。

すなわち、本発明は（イ）アクリルアミト単量体または
アクリルアミド単量体と共重合し得る水溶性ビニル単量
体とアクリルアミド単量体との混合物（口）水溶性ジビ
ニル単量体および（ハ）レドツクス系触媒を含む薬液を
土壌に注入し、土壌中でゲル化させて土質を安定化させ
るに当り、レドツクス系触媒の還元剤成分としてアミン
類と亜硫酸（水素）塩を併用することを特徴とする土質
の安定化法を要旨とするものである。

本発明においてアクリルアミド単量体と混合して用いら
れる水溶性ビニル単量体はアクリルアミドと共重合し得
るものであって、その代表的なものとして、メタクリル
アミド、メチロールアクリルアミドのようなアクリルア
ミド誘導体、アクリル酸およびその一価の塩、メタクリ
ル酸およびその一価の塩、酢酸ビニル、ヒドロキシエチ
ルアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、ジ
メチルアミノエチルメタクリレートおよびその塩、ジメ
チルジアリルアンモニウムクロライドなどが挙げられる
。

これら水溶性ビニル単量体のアクリルアミド単量体に対
する混合割合は施工目的（安定化させた土壌の強度、止
水の程度をどのようにするか等）に応じて適宜変化させ
られるが、通常はアクリルアミド単量体：水溶性ビニル
単量体−１：０．５以下（モル比）である。

本発明に用いられる水溶性ジビニル単量体は、アクリル
アミド単量体（またはこれと他の水溶性ビニル単量体と
の単量体混合物）と共重合して三次元網構造の重合体を
生成し得るものであって、たとえばメチレンビスアクリ
ルアミドのようなアルキリデンビスアクリルアミド、ジ
ヒドロキシエチレンビスアクリルアミドのような多価ア
ルデヒド化合物とアクリルアミドの縮合物、■・３−ジ
（アクリルアミドメチル）−２−イミタゾリドンのよう
な環状ポリメチレン尿素とホルムアルテヒドおよびアク
リルアミドの縮合物、ヘキサヒドロー１・３・５−トリ
アクロイル−ｓ−トリアジンなどのアクリルアミドの縮
合物、アクリル酸またはメタクリル酸の多価金属塩など
を挙げることができる。

これら水溶性ジビニル単量体のアクリルアミド単量体（
またはこれと他の水溶性ビニル単量体との単量体混合物
）に対する混合割合は、通常、重量で１〜３０％にする
ことが好ましい。

本発明に用いられるレドツクス系触媒の酸化剤成分とし
ては、通常用いられている過硫酸塩、過酸化水素、水溶
性有機ペルオキシド、過塩素酸などが挙げられるが、特
に過硫酸カリウムや過硫酸アンモニウムで代表される過
硫酸塩が好適に用いられる。

本発明においてはレトツクス系触媒の還元剤成分として
アミン類と亜硫酸（水素）塩を併用するが、用いられる
アミン類としては、たとえばジメチルアミノプロピオニ
トリル、ジメチルアミノエタノール、ジメチルアミンプ
ロパノール、トリエタノールアミン、ニトリロトリスプ
口ピオンアミド、トリエチルアミン、トリメチルアミン
、Ｎ・Ｎ−Ｎ’・Ｎ′−テトラメチルエチレンジアミン
のような第三級アミン、ジエタノールアミン、モルホリ
ン、ピペラジンのような第二級アミン、トリエチレンテ
トラミン、テトラエチレンペンタミンのようなポリエチ
レンポリアミン、ポリエチレンイミン、ポリアクリルア
ミドのジメチルアミノメチル化物、ポリジメチルアミノ
エチルメタクリレートのような高分子アミンなどが挙げ
られるが、特にシメチルアミンプロピオニトリル、トリ
エタノールアミン、ジメチルアミノエタノール、トリエ
チルアミン、ジエタノールアミンなどを用いた場合は重
合後の土質安定剤中に残存するアクリルアミド単量体の
量を少なくすることができて好ましい。

これらのアミンはそれぞれ単独だけではなく、そのいく
つかを混合して用いてもよい。

また、本発明に用いられる亜硫酸塩の種類としてはたと
えば亜硫酸ナトリウム、亜硫酸リチウム、曲．硫酸カリ
ウム、亜硫酸アンモニウムなどが挙げられ、そして亜硫
酸水素塩の種類としては亜硫酸水素ナトリウム、亜硫酸
水素カリウム、亜硫酸水素アンモニウムのような水溶性
塩類は勿論のことその他、たとえば亜硫酸カルシウム、
亜硫酸バリウム、鰍硫酸鉛、亜硫酸鉄、亜硫酸銅のよう
な水に難溶性の塩類を挙げることができる。

これらの水難溶性塩類を用いた場合にも可溶性塩類を用
いた場合と同様の効果が期待できる。

亜硫酸塩および亜硫酸水素塩は、それぞれ単独だけでは
なく、混合して用いることもできる。

本発明においては上記亜硫酸（水素）塩のほかに第３の
還元剤成分として公知の還元剤たとえばロンガリット、
還元性金属イオンなどを用いることもできる。

その他、土壌に注入した薬液のゲル化を暫時抑制させる
ために適宜の重合抑制剤、たとえばフエリシアン塩やフ
エロシーアン塩を薬液に添加することもできる。

本発明において、レドックス系触媒の使用量は酸化剤成
分の場合は、通常、全単量体成分に対して１〜３０重量
％であり、一方、還元剤成分の場合は、通常、全単量体
成分に対してアミン類を０，５〜４０重量％、亜硫酸（
水素）塩を０．１〜２０重量％用いる。

本発明は次のように実施することが望ましい。

アクリルアミド単量体（またはこれと他の水溶性ビニル
単量体との単量体混合物）と水溶性ジビニル単量体の混
合物の４〜４０重量％水溶液に、全単量体成分に対し重
量で０．５〜４０％のアミン類と０，１〜２０％の亜硫
酸（水素）塩を添加し、更に必要に応じて適宜の公知の
重合促進剤あるいは重合抑制剤を加えた薬液をつくり、
これをＡ液とする。

次いで、Ａ液中の全単量体成分に対し重量で１〜３０％
のレドックス系触媒の酸化剤成分を含む水溶液をＡ液と
等容量つくり、これをＢ液とする。

上記Ａ，Ｂ両液を等容量づつ混合しながら土壌に注入し
、土壌中で重合ゲル化させる。

なお、本発明者らは先に特願昭５２−４５８５４号にお
いて、アクリルアミド系土質安定剤を調合する際、微生
物活性を有する土壌を水にといた上澄液を調合水として
使用することにより重合後の土質安定剤中に残存するア
クリルアミドの量をきわめて少なくすることができるこ
とを提案したが、本発明に用いろ土質安定剤を調合する
際、調合水として上記のような上澄液を用いれば重合後
の土質安定剤中に残存するアクリルアミド単量体の量を
更に減少させることができる。

また、本発明に用いる土質安定剤に従来より種種の土質
安定剤に用いられているセメントミルクのような懸濁物
質を適量添加すると更にすぐれた土質安定化効果が得ら
れる。

次に本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明
は以下の実施例に制約されるものではない。

なお、各例中、単に部とあるのはすべて重量をあらわす
ものとする。

実施例 １ アクリルアミド１３０部、メタクリル酸ナトリウム２２
６部、■・３−ジ（アクリルアミドメチル）−２−イミ
ダゾリドン２．０部、ジメチルアミンプロピオニトリル
１６部および亜硫酸水素ナトリウム１．０部の混合物を
水に溶解して全量を２００部とした。

これをＡ液とする。一方、過硫酸カリウム２．０部を水
に溶解して全量を２００部とした。

これをＢ液とする。Ａ，Ｂ両液の温度を２０℃に保ち、
等量づつ混合しながら１５００部の標準砂中に注入して
ゲル化させた。

１分４２秒後にゲル化した。ゲル化後、硬化砂中に残存
しているアクリルアミド単量体の量の経時変化および硬
化砂の物性を測定したところ第１表のごとくであった。

なお、硬化砂からの残存アクリルアミド単量体の抽出は
、サンプリングした硬化砂に約５倍量の純水を加え、こ
れをジュースミキサーでＩＯ分間混合粉砕後、１過して
砂および膨潤ゲルを除去することにより行ない、そして
このようにして得られたｒ液中のアクリルアミド単量体
の定量は薬毒物化学試験法〔日本薬学会編、衛生化学２
０巻３号第１５０頁（１９７４））に定めるガスクロマ
トグラフ法により行なった。

比較例 １ 亜硫酸水素ナトリウムを用いなかった外はすべて実施例
１と同じ方法によりアクリルアミド系土質安定剤を調合
して標準砂中に注入した。

Ａ，Ｂ両液は３分４秒でゲル化した。

ゲル化後、硬化砂中に残存するアクリルアミド単量体量
の経時変化および硬化砂の一軸圧縮強度を測定した結果
を第２表に示す。

本比較例ｌと実施例ｌの結果の比較から明らかなように
、アクリルアミド系土質安定剤により標準砂を固結させ
るに際し、レドツクス系触媒の還元剤成分としてジメチ
ルアミノプロピオニトリルと硫酸水素ナトリウムを併用
した場合（実施例１は硫酸水素ナトリウムが用いられな
い場合（比較例１）にくらべてゲル化後２４時間経過し
た硬化砂中に残存するアクリルアミド単量体の量を約ｌ
／１０に減少させることができる。

比較例 ２ 亜硫酸水素ナトリウムの代りに硫酸第一鉄（７水和物）
０．４部とクエン酸（ｌ水和物）０．２部を用いた外は
すべて実施例ｌと同じ方法にしたがいアクリルアミド系
土質安定剤を調合して標準砂中に注入した。

Ａ，Ｂ両液は１分１７秒でゲル化した。

ゲル化後、硬化砂中に残存するアクリルアミド単量体の
量の経時変化および硬化砂の一軸圧縮強度を測定した結
果を第３表に示す。

本比較例２と実施例１の結果の比較から明らかなように
、アクリルアミド系土質安定剤により標準砂を固結させ
るに際し、レドツクス系触媒の還元剤成分としてジメチ
ルアミンプロピオニトリルと硫酸水素ナトリウムを併用
した場合（実施例ｌは、硫酸水素ナトリウムの代りに他
の水溶性還元剤（硫酸第１鉄とクエン酸）を用いた場合
（比較例１）にくらべてゲル化後２４時間経過した硬化
砂中に残存するアクリルアミド単量体の量を約１／１０
に減少させることができる。

実施例 ２〜６ アクリルアミド１３．０部、メタクリル酸ナトリウム２
．０部、■・３−（ジアクリルアミドメチル）一２−イ
ミダゾリドツ２．０部、トリエタノールアミン２．４部
および第４表に示すような還元剤の混合物を水に溶解し
て全量を２００部にした。

これをＡ液とする。

一方、過硫酸カリウム２．０部を水に溶解して全量を２
００部にした。

これをＢ液とする。Ａ，Ｂ両液の温度を２０℃に保ち、
等容量づつ混合しながら１５００部の標準砂中に注入し
てゲル化させた。

ゲル化後、硬化砂中に残存するアクリルアミド単量体の
量の経時変化および硬化砂の一軸圧縮強度を測定した結
果を第４表に示す。

第４表から明らかなように、本発明方法にしたがいレド
ツクス系触媒の還元剤成分としてトリエタノールアミン
と亜硫酸水素塩（または亜硫酸塩）を併用した場合はゲ
ル化後２４時間経過した硬化砂中に残存するアクリルア
ミド単量体の量は実施例１の場合と同様に少なく、好結
果が得られた。

比較例 ３〜４ 実施例２において還元剤成分として亜硫酸水素ナトリウ
ムを用いずにトリエタノールアミンだけを第５表に記載
のような量用い、他はすべて実施例２と同じ方法でアク
リルアミド系土質安定剤により標準砂を固結させた。

固結砂について実施例２の場合と同様の試験をした結果
を第５表に示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ （イ）アクリルアミド単量体またはアクリルアミド
   単量体と共重合し得る水溶性ビニル単量体とアクリルア
   ミド単量体との混合物、（口）水溶性ジビニル単量体お
   よび（ハ）レドックス系触媒を含む薬液を土壌に注入し
   、土壌中でゲル化させて土質を安定化させるに当り、レ
   ドツクス系触媒の還元剤成分としてアミン類と亜硫酸（
   水素）塩を併用することを特徴とする土質の安定化法。