JPS5944345B2 - 水ガラス系土質安定剤の地盤注入法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は水ガラス系土質安定剤の改良された地盤注入法
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、従来から土質安定化工法としてセ
メントミルク、クロムリグニン等を含有する薬液を地盤
に注入し、地盤中で硬化させる工法が知られており、特
に最近では地盤注入用薬液として水ガラス水溶液と硬化
剤からなる、いわゆる水ガラス系土質安定剤が安価であ
ること、取り扱いが容易なこと、他のグラウトにくらべ
て公害を起す危険性が比較的少ないなどの特徴があるこ
とから広く利用されている。

一般に水ガラス水溶液は強アルカリ性を呈していて、こ
れに酸、酸性塩のような酸性物質を添加すると中和反応
を起して硬化することが知られており、現在、水ガラス
系土質安定剤の硬化剤として硫酸のような酸あるいは硫
酸水素ナトリウム、硫酸水素カリウムのような硫酸水素
アルカリ金属塩が好んで用いられている。

水ガラス系土質安定剤を地盤に注入する場合は、予め注
入前に水ガラス水溶液を含有するＡ液と、硬化剤水溶液
を含有するＢ液とをそれぞれ別々に調合し、そして注入
時に両液をそれぞれ専用のポンプに送り、各ポンプの吐
出部に接続させたＹ字管中において両液を混合して得ら
れた混合液（土質安定剤）を地盤中に注入する方法が通
常行なわれている。

そしてこの土質安定剤の地盤注入には、経済性の点から
通常は鉄製（時にはステンレス製）のポンプが用いられ
ているが、Ｂ液用ポンプは酸性の強い液体を吸引・吐出
するので酸による腐食が激しく、このため土質安定剤の
地盤注入中にＡ、Ｂ両液の送液バランス（混合バランス
）が崩れて、地盤中で土質安定剤のゲルタイムが大巾に
変動するというトラブルが生じる。

従来、かかる欠点を是正するため、Ｂ液に金属防食剤を
添加してＢ液用ポンプの腐食を防止させる方法が試みら
れているが、このような方法では十分満足すべき効果が
得られない。

かかる実情に鑑み、本発明者らは、硫酸または硫酸水素
アルカリ金属塩を硬化剤として用いた水ガラス系土質安
定剤を前記地盤注入法により地盤に注入する場合にＢ液
用ポンプを長期間に亘り腐食させないようにする方法を
見出すべく種々研究した結果、Ｂ液に水ガラスを添加し
てそのｐＨを２以上に調節することによつて目的が達成
されることを知り、本発明に到達した。

すなわち本発明は、硬化剤として硫酸または硫酸水素ア
ルカリ金属塩と金属防食剤とを含有するＢ液を、鉄製ま
たはステンレス製のポンプに吸引・吐出させたのち、水
ガラス水溶液を含有するＡ液と混合させ、次いで得られ
た混合液を地盤に注入するに当たり、Ｂ液に水ガラスを
添加して、そのＰＨを２以上に調節することを特徴とす
る水ガラス系土質安定剤の地盤注入法に係るものである
。

本発明にしたがえば、単にＢ液に、硫酸または硫酸水素
アルカリ金属塩のみ若しくは硫酸または硫酸水素アルカ
リ金属塩と金属防食剤のみが含有させられた従来の注入
法にくらべてＢ液用ポンプの腐食を格段に防止すること
ができる。本発明に用いられる水ガラスとしては、従来
この種の水ガラス系土質安定剤に常用されている水ガラ
スを用いることができる。

たとえば、ＪＩＳＫ−１４０８に規定されているＳｌＯ
２／Ｎａ２Ｏのモル比が１〜３のＪｌＳｌ、２および３
号水ガラスが用いられるが、その他ＳｌＯ２／Ｎａ２Ｏ
のモル比がＪＩＳｌ〜３号水ガラスよりも高い水ガラス
を使用することもできる。

本発明において硬化剤として用いる硫酸水素アルカリ金
属塩の種類としては、通常、硫酸水素ナトリウム（酸性
硫酸ソーダ）、硫酸水素カリウム（酸性硫酸カリ）など
が挙げられる。これらの硬化剤はそれぞれ単独のみなら
ず混合して用いることもできる。

また本発明に用いられる金属防食剤とは、酸による金属
の腐食を防止する働きを有する薬剤であつて、従来この
種の薬剤として多くの化合物が提案されており、たとえ
ばアルキルアミン類Ｒ２ （Ｒ，−Ｎ＜Ｊ，．Ｒｌ＝炭素数３〜１８のアルキ轟Ｃ
Ｏル基、アルケニル基またはアリル基、Ｒ２、Ｒ３＝＝
水素原子または炭素数３〜１８のアルキル基、アルケニ
ル基もしくはアリル基）、アルキルメルカプタン類（Ｒ
−ＳＨ．Ｒ一炭素数１〜１２のアルキル基）、アルキル
アルデヒド類（Ｒ−ＣＨＯｌＲ一水素原子または炭素数
１〜１８のアルキル基、アルケニル基またはアリル基）
、アルキルスフイド類（Ｒ，ＳＲ２、Ｒ，、Ｒ２一炭素
数１〜８のアルキル基）、アルキルチオ尿素類Ｒ （ＳＣ（Ｎ〈 １）２、Ｒ１、Ｒ２一炭素数１〜８のＤ
アルキル基）、イソチアゾール、３−メルカプトイソチ
アゾール、３−メルカプトベンゾイソチアゾールのよう
なイソチアゾール類、チアゾール、２一メルカプトチア
ゾール、２−メルカプトベンゾチアゾール、ベンゾチア
ゾールのようなチアゾール類などが挙げられるが、アル
キルアミン類を含有する金属防食剤、たとえば市販のレ
スコールＡ一８５２、Ａ−８６０、Ａ−８５４、Ａ−８
５５、Ａ一８７２（注、商品名、日東化学工業株式会社
製品）などが効果がすぐれていて好適なものと云える。

叙上の金属防食剤を硫酸または硫酸水素アルカリ金属塩
の水溶液に添加すると、該水溶液に接触する金属の腐食
を多かれ少なかれ防止することができるが、いずれの薬
剤においてもその効果には限界があつて十分長期に亘つ
て金属の腐食を防止することができるとは云い難い。

しかるに、本発明者らの研究によれば、このような金属
防食剤が添加された硫酸または硫酸水素アルカリ金属塩
の水溶液に、更に水ガラスを添加してそのＰＨを２以上
に調節したものに金属を接触させた場合は、水ガラスが
添加されない場合にくらべて金属の腐食が格段に防止さ
れることが見出された。

なお、金属防食剤が添加された硫酸または硫酸水素アル
カリ金属塩の水溶液に水ガラスを添加して液のＰＨを２
以上余りにも高くしても、ＰＨを２にした場合にくらべ
て金属防食効果が顕著に増加するものではなく、かえつ
て水ガラスの使用量が増加して不経済なので、通常はＰ
Ｈ２〜２．５程度に調節するのが望ましい。

一方、上記の硫酸または硫酸水素アルカリ金属塩の水溶
液に水ガラスを添加して液のＰＨを２以下、たとえば１
．７とか１．４に調節しても、ＰＨ２に調節した場合ほ
どの効果は期待することができない。

本発明の実施に当たり、Ａ液中に含有させる水ガラスの
量は施目的、たとえば処理地盤の強度をどのようにする
かなどによつて種々変化させられるが、たとえばＪＩＳ
３号水ガラスが用いられた場合は、通常Ａ液２００ｅ中
にこれを４０〜１４０１含有させる。

Ａ液中の水ガラス濃度を高くするほど処理地盤の強度を
大きくすることができる。Ｂ液中に含有させる硫酸また
は硫酸水素アルカリ金属塩の量は地盤に注入したグラウ
トをどのようなＰＨ条件で硬化させるかによつて決めら
れる。

周知のごとく、水ガラス水溶液と酸性物質を組み合せた
土質安定剤においては、酸性物質の使用量を増加させて
土質安定剤のＰＨを低下させるほど土質安定剤のゲノレ
タイム（硬化時間）は短くなり、そしてＰＨ約８付近（
臨界ＰＨという）では土質安定剤は殆ど瞬結状態でゲル
化するが、更に酸性物質の使用量を増加させてＰＨをよ
り低下させると土質安定剤のゲルタイムは再び長くなり
、この土質安定剤のＰＨ対ゲルタイムの関係は抛物線に
似た曲線になる。したがつて、この土質安定剤は、臨界
ＰＨよりもアルカリ側の領域（通常、アルカリ性領域と
いう）および酸側の領域（通常、中性ないし酸性領域と
いう）のいずれの領域においても酸性物質の使用量に応
じたゲルタイムで硬化する。

このようなことから、本発明においてはＢ液中に含有さ
せる硫酸または硫酸水素アルカリ金属塩の量は、地盤に
注入した土質安定剤をアルカリ性領域で硬化させる場合
は比較的少量でよいが、中性ないし酸性領域で硬化させ
るような場合は、アルカリ性領域で硬化させる場合より
も多く用いる。

たとえば、ＪＩＳ３号水ガラスを７０１含有するＡ液２
００１と、これと等容量のＢ液の混合物からなる土質安
定剤を地盤中においてアルカリ性領域で０．１〜１０分
の時間で硬化させる場合に硬化剤として９８％硫酸を用
いたときは、これをＢ液中に３〜６１含有させる。一方
、硬化剤としてたとえば硫酸水素ナトリウムを用いたと
きは、これをＢ液中に１４〜３０ｋｇ含有させる。また
、上記土質安定剤を地盤中において中性ないし酸性領域
で上記と同じ時間で硬化させる場合は、硫酸の使用量は
７〜８／？に、そして硫酸水素メトリウムの使用量は３
４〜３６ｋｇにそれぞれ増加させる。

Ｂ液中に含有させる金属防食剤の量は、硫酸または硫酸
水素アルカリ金属塩水溶液に接触する金属を防食する場
合に慣用されている量でよく、その使用量はＢ液中の硫
酸または硫酸水素アルカリ金属塩の濃度にもよるが、普
通、Ｂ液に対して０．１〜０．５重量％用いる。

なお、Ｂ液中の硫酸または硫酸水素アルカリ金属塩の濃
度が高くなるほど、金属防食剤の使用量を多くする。

本発明において、硬化剤と金属防食剤を含有するＢ液に
添加する水ガラスの量は、Ｂ液のＰＨを２以上にするの
に必要な量であつて、その量はＢ液中に存在する硫酸ま
たは硫酸水素アルカリ金属塩の濃度に応じて変化させ、
これら硬化剤の濃度が高いほど水ガラスの添加量を多く
する。

Ｂ液に水ガラスを添加することにより、Ｂ液中の硬化剤
と水ガラスの間で中和反応が起つて珪酸（ＳｉＯ２）が
遊離するが、この混合物は水ガラス濃度が低いので長時
間、たとえば常温で１週間程度放置しても硬化するよう
なことはない。

しかし、これ以上放置すると徐々に粘度が高くなつて硬
化する恐れがあるので、本発明に用いるＢ液は調合後あ
まりにも長時間貯蔵するのは望ましくない。Ｂ液に添加
する水ガラスの種類としては、Ｂ液中の硬化剤濃度が比
較的低い場合、たとえばＡ、Ｂ混合液（土質安定剤）を
地盤中でアルカリ性領域で硬化させるような場合は、通
常市販されている任意の水ガラスを使用することができ
るが、Ｂ液中の硬化剤濃度が比較的高い場合、たとえば
Ａ、Ｂ混合液を地盤中で中性ないし酸性領域で硬化させ
るような場合はＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏのモル比が比較的高
い水ガラス、たとえばＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏのモル比が４
前後、望ましくは３．８〜４．２程度の水ガラスを用い
るのが望ましい。Ｂ液中の硬化剤濃度が高い場合、たと
えばＢ液中のＨ２ＳＯ４濃度６〜８重量％の場合に、Ｂ
液にＪｌＳｌ〜３号水ガラスのようなＳｉＯ２／Ｎａ２
Ｏのモル比が１〜３の水ガラスを添加してＢ液のＰＨを
２以上にすると、その理由は明確ではないが、低温時に
Ｂ液中に中和副生芒硝が析出してＡ液と混合し難くなる
ので好ましくない。

なお、本発明に用いるＢ液は、水ガラスと金属防食剤の
水溶液に、撹拌下に硬化剤を添加して調合することが望
ましい。

次に本発明を実施例により説明する。

実施例 １ 硬化剤として７０％硫酸、金属防食剤としてレスコール
（商品名、日東化学工業株式会社製品）、水ガラスおよ
び水の各成分を第１表に記載したような割合で混合して
水ガラス系土質安定剤のＢ液を調合した。

次いで、このＢ液６１を図面に示すごとき、その内部に
ＦＣ−２０（ねずみ鋳鉄、寸法５０×２５×３．５ｍｍ
）、ＳＵＳ−２７（通常のステンレス、寸法５０×３０
×２ｍｍ）およびＳＰＣＣ（冷間圧延鋼板、寸法５０×
３０×２ｍｍ）の３種類のテストピースを静置させたガ
ラス製円筒容器２内に温度３０℃を保持させつつ毎秒０
．１７ｍの流速で７時間流した。

イＹＢ液のＰＨ、各テ
ストピースのＢ液による腐食減量等を測定した結果を第
１表に示す。第１表から明らかなごとく、本発明に用い
るＢ液は、従来のＢ液（硬化剤と金属防食剤の混合物水
溶液）にくらべて金属腐食性が格段に少なく、また単に
硬化剤と水ガラスの混合物水溶液のみからなるＢ液にく
らべても金属腐食性が格段に少ない。

したがつて、本発明に用いるＢ液の金属防食効果は、金
属防食剤と水ガラスの相剰作用によるものであることは
明らかである。実施例 ２ 硬化剤として硫酸水素ナトリウム、金属防食剤としてレ
スコール（実施例１と同じもの）、水ガラスおよび水の
各成分を第２表に記載したような割合で混合して水ガラ
ス系土質安定剤のＢ液を調合した。

ずＹ次いで、こ
のＢ液を用いて実施例１と同じ方法にしたがい、金属腐
食試験を行なつた。得られた結果を第２表に示す。

第２表から明らかなごとく、本発明に用いるＢ液は、従
来のＢ液にくらべて金属腐食性が格段に少ない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 硬化剤として硫酸または硫酸水素アルカリ金属塩と
   金属防食剤とを含有するＢ液を、鉄製またはステンレス
   製のポンプに吸引・吐出させたのち、水ガラス水溶液を
   含有するＡ液と混合させ、次いで得られた混合液を地盤
   に注入するに当たり、Ｂ液に水ガラスを添加してそのｐ
   Ｈを２以上に調節することを特徴とする水ガラス系土質
   安定剤の地盤注入法。 ２ 硫酸水素アルカリ金属塩が硫酸水素ナトリウムまた
   は／および硫酸水素カリウムである特許請求の範囲第１
   項記載の水ガラス系土質安定剤の地盤注入法。