JPS598311B2 - 薬液注入工法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般的には薬液注入による地盤の改良に係り、
特に水ガラスとセメントと高炉スラグとを組み合わせた
注入薬液及び該薬液を用いる地盤改良方法に係る。

セメント及び水ガラスを主材とする薬液を注入して地盤
の強化又は止水を行なう工法は多種実用化されている。

然し乍ら、従来から用いられてきた薬液は高アルカリ性
（ｐＨ＝１１乃至１２）の水ガラスを使用するものであ
り、固結物はｐＨ＝約１１以上の高アルカリ性を呈し、
固結後長期間にわたつてアルカリを溶出し続け地盤のア
ルカリ汚染の問題を惹き起こすものであつた。本発明者
は、セメントと水ガラスとを主材とし、アルカリ汚染を
惹き起こさない注入薬液の開発に努力し、セメントと酸
性（ｐＨ＝１乃至４）の水ガラスとアルカリ剤とを粗み
合わせた新規で優秀な特性を持つ注入薬液を開発し、こ
れについては昭和５０年１１月２９日付で別途に特許出
願した。

本発明は、本発明者による前記の先行特許出願に係る注
入薬液及び注入工法の改良発明である。本発明による薬
液の第一成分である酸性水ガラス液は、市販されている
ｐＨ＝１１乃至１２の高アルカリ性水ガラス液を強酸性
を示す酸性液材中に激しく撹拌しつつ流入させて調整す
る。酸性水ガラス液の調整に用いるに適した酸性液材は
、硫酸、塩酸、硝酸及び酸性硫酸塩類である。上述の如
くにして調整した酸性水ガラス液をセメントと高炉スラ
グとを含有する懸濁液に混合しても、セメントは硬化し
ない。

これはセメントを水和する水として酸性の水を用いると
、セメントが硬化しないと同様の現象である。然るに、
セメントとスラグとを含有する懸濁液に溶解性アルカリ
剤を混入すれば、現場における注入操作に適するゲルタ
イムを有する注入薬液が得られ、しかも懸濁液中のセメ
ントを硬化させることができることが見い出された。本
発明において好適に使用でき、酸性雰囲気下においてセ
メントを硬化させるという目的を達成できるアルカリ剤
は、例えば炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、第一及
び第二燐酸ナトリウム並びに上記各化合物中のナトリウ
ムをカリウムで置換した化合物類を含む水に易溶性の化
合物類である。

例えば石灰、酸化マグネシウム等の水に難溶性のアルカ
リ剤は本発明におけるアルカリ剤としては不適当である
。ｐＨ１乃至４程度に調整した酸性水ガラス液と、セメ
ント懸濁液に易溶性のアルカリ剤を混入した液とを組み
合わせた場合には、セメント粒子を除く溶液のＰＨはほ
ぼ中性に近い弱アルカリ性（ＰＨ８前後）でゲル化する
が、固結物を水中に入れると硬化後のセメントからアル
カリが溶脱し続け、固結物と接触した水は強アルカリ性
を呈する。

溶脱するアルカリの主成分は水酸化カルシウムＣａ（０
Ｈ）２である。本発明の第一の目的は、上記の如きアル
カリの溶脱を未然に防止することである。

即ち、更に硬化後のセメントから離脱するＣａ（０Ｈ）
２と反応するスラグを混入することにより、アルカリの
溶脱を最少限度に抑えるとともに固結物の強度を大幅に
増大させることである。本発明の第二の目的は、水ガラ
スを用いた注入薬液を用いて改良された地盤の案定性を
増大させることである。

水ガラス単独或いは水ガラスとセメントから成る注入薬
液を用いて改良した地盤は安定性に乏しく、３〜６力月
経過後にクラツクが入つてもろくなるという欠陥がある
ことが判明した。本発明の第二の目的は、この欠陥を克
服することである。本発明において使用する高炉スラグ
は、溶解状態から水で急冷され固化した所謂水滓であり
、主要な化学成分はＳｌＯ２３Ｏ〜３１％、ＡＩ２Ｏ３
ｌ４〜２０％、ＣａＯ３８〜４２％、ＭｇＯ３〜８％で
ある。

このスラグはＣａ（０Ｈ）２やＮａＯｌｌ等のアルカリ
塩類を含む水と水和して水和物を形成し凝集・硬化する
という潜在硬化性を有している。高アルカリ性の水ガラ
ス液を利用する従来技術による注入薬液の場合にも、セ
メントとスラグの混合物を水に懸濁させた懸濁懸を利用
する薬液が実用化されている。

然し乍ら、高アルカリ性の水ガラスと、セメントと、ス
ラグとを組み合わせた注入薬液の場合には、水ガラスが
高アルカリ性であるため、スラグによる中和効果は事実
上ほとんど意義のないものであり、固結物全体から溶出
するアルカリの減少には役立たない。本発明の場合には
、上述の従来技術とは異なり、固結物全体が中性に近い
弱アルカリ性であるためセメントから溶出するアルカリ
分を中和するスラグ成分の作用が大きな効果をもたらす
結果になるわけである。

本発明において用いる高炉スラグとしては、市販されて
いるどのスラグを使用してもよく、セメントとスラグの
組合せ及び混合比は所望に応じて任意に選定できる。以
下に実施例を掲げて本発明につき更に詳細に説明する。

特に断わらない限り、以下の実施例において用いた水ガ
ラスは２０℃における比重が１．３２であり、Ｎａ２Ｏ
を７．３３重量％、ＳｉＯ２を２３．７９重量％含有す
るモル比３．５５の水ガラスであり、用いたスラグは新
日本製鉄株式会社から市販されている高炉スラグ（商品
名：エスメント）である。又、水ガラスの中和に用いた
酸性液材は、試薬１級品に相当する品質の硫酸１容量部
を水３容量部で稀釈した硫酸液である。実施例 １ 上述の水ガラス原液２０１に水２２．５１を加えてよく
撹拌した。

上記の硫酸液７．５１を激しく撹拌しながら上記の割合
で稀釈した水ガラス液を徐々に添加してＰＨｌ．２の酸
性水ガラス液５０１を得た。別途に、ポルトランド・セ
メント１５ｋｇと、スラグ２２．５１＜ｇと炭酸ナトリ
ウム１１＜ｇとを水２５１に懸濁させた懸濁液を準備し
た。

液温を１８乃至２０℃に保持し、懸濁液を撹拌しながら
、これに上記の酸性水ガラス液を混入した。混合物のゲ
ルタイムは１０〜２０分、上澄み液のＰＨは８．２であ
つた。混合物を４Ｘ４×１６ＣＴｆＬの三連型枠に流し
込んで２４時間放置して固結させた後、枠から取り出し
供試体Ａとした。比較試料として、以下の手順で供試体
Ｂをつくつた。

ポルトランド、セメント３７．５１＜９と炭酸ナトリウ
ム１ｋｇとを水２５１に懸濁させた懸濁液を準備した。
液温を１８乃至２０℃に保持し、懸濁液を撹拌しながら
、これに上記の酸性水ガラス液５０１を混入した。混合
物のゲルタイムは１０〜２０分、上澄み液のＰＨは８．
１であつた。混合物を上述したと同じ三連型枠に流し込
んで２４時間放置し固結させた後、枠から取り出し供試
体Ｂを得た。上記の供試体Ａ及びＢを水中で養生し、一
定時間毎に取り出して、ＪＩＳ−Ｒ５２Ｏｌの強さ試験
法に準じて一軸圧縮強度を測定した。

結果を表１に示す。次に、固結物からのアリカリ溶脱の
差異を調べるために、水中で７日間養生させて充分な強
度を持つようになつた固結物（４Ｘ４Ｘ１６Ｃ７ｆＬ）
をＰＨ６．ｌの水１２１中に浸漬し、水のＰＨの推移を
調査した。

結果を表２に示す。上の結果から明らかなように、セメ
ントとスラグと酸性水ガラス液とを組み合わせることに
より、固結後にセメントから溶脱するアルカリの量を最
少限度におさえ、注人材による地下水のアルカリ汚染を
防止できる。

又、スラグを添加することにより、初期強度及び最終強
度を著しく増大させることができる。実施例 ２ ポルトランド・セメント１０１＜９とスラグ１５ｋｇと
炭酸ナトリウム１ｋｇとを水３４１に懸濁させた。

得られた懸濁液を撹拌し液温を１８乃至２０℃に保持し
つつ、これに実施例１で用いたと同じ酸性水ガラス液を
混入した。混合物のゲルタイムは２０〜３０分、上澄み
液のＰＨは８．５であつた。実施例１と同様にして固結
させて供試体Ｃを得た。ポルトランド・セメント２５１
＜９と炭酸ナトリウム１ｋｇとを水３４１に懸濁させた
液を撹拌しながら、これに実施例１で用いたと同じ酸性
水ガラス液を混入した。液温を１８乃至２０℃に保持し
た場合におけるゲルタイムは２０〜２０分、上澄み液の
ＰＨは８．７であつた。実施例１と同様にして固結させ
て比較供試体Ｄを得た。実施例１に記載したと同様にし
て供試体Ｃ及びＤの一軸圧縮強度を測定し、表３の結果
を得た。

実施例 ３実施例１及び２で用いた酸性水ガラス液１容
量部に対し水１容量部を加えて稀釈した酸性水ガラス液
５０１を準備した。

別に、ポルトランド・セメント１０ｋ９とスラグ１５ｋ
ｇと炭酸ナトリウム１ｋ９とを水３４１に懸濁させた懸
濁液を準備した。

以下の手順及び条件は実施例１と同様にして固結させた
。混合物のゲルタイムは約１分、上澄み液のＰＨは８．
０であつた。得られた固結物が充分な強度を発現するま
で水中で養生し、養生後の固結物を長期間にわたつて水
中に浸漬し、水のＰＨの推移を調査したところＰＨは８
を起えることはなかつた。比較例 モル比３．３５の水ガラス原液１容量部に水１容量部を
加えた高アルカリ性（ＰＨ＋１２）の水ガラス液５０１
を準備した。

別に、上記の各実施例で用いたと同じセメント１５ｋｇ
とスラグ２５ｋｇとを水３７１に懸濁させた液を準備し
た。

以下の手順及び条件は実施例１と同様にして固結させた
。混合物のゲルタイムは１分１０秒、上澄み液のＰＨは
１２以上であつた。水中で養生中の固結物の強度を表４
に示す。表４かられかるように、従来技術による高アル
カリ性水ガラスとセメントとを組み合わせた薬液にスラ
グを添加した場合には、初期強度が低く、本発明による
場合に比べて強度の発現が非常に遅い。従来法による場
合には、施工時に多量の高アルカリ液が放出され、更に
固結後においても水と接触すると固結物からアルカリ分
が溶出し続け、アルカリ汚染の問題を惹き起こすことは
、上述の通りである。以上に述べたように、本発明によ
れば施工時においても施工後長期間経過した後において
も、アルカリ汚染を惹き起こす惧れがなく、本発明によ
つて得られる固結物は強度的にも極めて優れたものであ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ｐＨを１乃至４程度に調整した酸性水ガラス液を主
   材とし、これにセメントとスラグとアルカリ剤との懸濁
   混合液を組み合わせたことを特徴とする注入薬液。 ２ ｐＨを１乃至４程度に調整した酸性水ガラス液をＡ
   液とし、セメントとスラグとアルカリ剤とを懸濁させた
   混合液をＢ液とし、Ａ液とＢ液とを注入管内で合流させ
   て地盤内に注入することを特徴とする薬液注入工法。 ３ ｐＨを１乃至４程度に調整した酸性水ガラス液をＡ
   液とし、セメントとスラグとアルカリ剤とを懸濁させた
   混合液をＢ液とし、Ａ液及びＢ液と注入対象地盤内の土
   壌とを強制的に撹拌混合しつつ薬液の注入を行なうこと
   を特徴とする地盤固結方法。