JPS6020992A - 地盤改良剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は強度、耐久性に優れた無公害化された地盤改良
剤に関するものである。

軟弱地盤の改良には水ガラスを主剤とする条材を注入す
る方法が一般的にとられている。

水ガラス系築材は安価であり、ゲル化時間の調節も容易
であるが大きな欠点が２つある。

１つは水ガラスが強アルカリ性物質であるため酸性反応
剤を用いても実用上可能なゲル化時間を得るには硬化物
はアルカリ性にならざるを得す、溶脱したアルカリによ
り地下水が汚染されることである。

理論上は水ガラスに含まれるアルカリ量と当量の酸性物
質を加えて中和すれば中性の硬化物が得られるが、この
様な量の酸性物質を加えると瞬時に不均一なゲル体を生
じ実用上使用不能なため一般的にはアルカリ相当量υ下
の酸性物質を硬化剤として使用しており、従って上記の
様な地下水のアルカリ汚染という問題がついて・廻る。

もう１つの大きな欠点は硬化物の耐久性が劣るという問
題である。

硬化物から徐々に未反応水ガラス及び、硬化剤と水ガラ
スとの反応により生じた塩が溶出し。

結果として硬化物の強度が低下してくる。

従って、短期間の地盤改良を目的とする場合は問題ない
が例えばダム建設時の地盤改良の様に耐久性が必要とさ
れる場合には好ましくない。

これら水ガラス系築材の欠点を改良した次の様な方法が
ある。１つは硫酸の様な強酸中に水ガラスを加え酸性活
性珪酸をつくり、これを主剤としてアルカリ性硬化剤゛
て中和硬化させる方法である。

この方法は地下水のアルカリ汚染を改良した好ましい方
法であるが主剤中には酸と水ガラスのアルカリにより生
成したＮａ２ＳＯ４の様な塩を多量に含有しているため
、この塩の溶出に伴なう地下水の水質変化に難点がある
。

又、上記酸性活性珪酸水溶液は、酸性域では長いゲル化
時間を保持するが、これにアルカリを加えて中性領域で
ゲル化せしめる場合には、ゲル化時間が大巾に短縮して
しまい、市が５〜８付近の間では、ゲル化時間が数分〜
数秒となり、充分な浸透性が得られないという問題があ
った。

別の方法として中性コロイダルシリカを主剤とする方法
もある。この方法は一般に中性シリカゾルとして市販さ
れている商品、即ち、イオン交換樹脂を通して得られる
活性珪酸水溶液を加熱等により分子量敵方あるいはそれ
以上に縮合安定化し、次いで５ｉｎ２含量２０〜３０％
に濃縮したものであり、直径１０ｍμ程度の粒子の分散
体を主剤とする方法である。

この中性コロイダルシリカは従来繊維処理剤、紙のスベ
リ防止剤、塗料添加剤等を主用途とした商品であるため
この目的に合致した、安定性、粒子径、濃度に調整され
、安定化されている。

本発明者等の研究によれは、このような安定化された中
性コロイダルシリカを地盤固結剤として用いようとする
場合、ＳｉＯ□　濃度を非常に高くしなければ注入目的
を達するだけの強度を得ることが出来ず、特に初期強度
が小さいために流水によりゲルが流されてしまうという
欠点がある。即ち、地盤注入の目的のためには通常固結
砂の一軸圧縮強度が２　ｋｙ／（ｘｎ２以上を必要とす
るが、通常の水ガラスグラウトは、そのために水ガラス
濃度として３０（重量）５以上を用いている。これは５
１０２　濃度に換算すると、はＳ：９（重量）５以上に
相当する。ところが、上述した中性コロイダルシリカを
用いて上記強度を得るにはＳｉＯ２濃度が２０（重量）
５以上を要することが判った。

本発明は上記各技術の欠点を補い、公害の心配がなく強
度、耐久性に優れた経済的な地盤改良剤を提供するもの
である。

即ち本発明の地盤改良剤は実質的に塩を含まない活性珪
酸水溶液を主剤とすることを特徴とするものである。こ
こで実質的に塩を含まない活性珪酸水溶液とは、実質的
に塩を含まず、ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏモル比５０以上１．
ｕ２〜ｆＯを有し、水溶液中の全珪酸の珪素原子の実質
的全量が縮合に関与できるシラノール基を少な（とも１
ケ翁しており、しかもそのシラノール基が縮合反応時に
立体的な障害となっていない分子量１０００以下の珪酸
の水溶液で、その５１０２　の濃度が１２重頭金以下、
好ましくは２〜１０（重量）％の溶液であるものが好ま
しい。

この活性珪酸水溶液の市は、注入液の製造、注入準備中
或は注入時にゲル化せずに安定しているために、８〜１
０又は４〜２が好ましく、製造の容易さから、ｐＨ４〜
２が特に好ましい。

かかる活性珪酸水溶液を得る方法としては、水溶性珪酸
塩すなわち、珪酸ソーダ、珪酸カリ、珪酸アンモニウム
等をイオン交換法、電気泳動法、透析法等により脱アル
カリして活性状態にあるものを得る方法が挙げられる。

上記水溶性珪酸塩としてはモル比１〜５のものを用いる
のがよく、工業的にはＪＩＳ　Ｓ号珪酸ソーダを用いる
のが好ましい。また脱アルカリ法としてはイオン交換法
、特にイオン交換樹脂によるのが、高濃度の活性珪酸溶
液が得られるので特に好ましい。

尚この活性珪酸水溶液は、製造後何ら安定化処理を行な
わず、短時間の間に使用するものであるが、放置によっ
て、縮合反応が一部おこっても、本発明の目的を達成で
きる程度のものであればさしつかえない。

又、ここで原料として用いられる水溶性珪酸塩は、脱ア
ルカリ法程の容易さ及び得られる活性珪酸水溶液の安定
性から、通常市販の水溶性珪酸塩を希釈して使用するの
が好ましく、その濃度は得られる活性珪酸水溶液のＳｉ
Ｏ２含量が２〜１０％となるように希釈するのが好まし
い。

本発明の活性珪酸水溶液は、前述した市販中性コロイダ
ルシリカと異なり、分子量も低く、粒径も微小で反応性
が良好であり、短時間のうちにゲル化するため、使用時
間に応じた安定性のものをつくるほか、注入現場かその
付近で製造する方法が好ましい。

例えばＪＩＳ　５号珪酸ソーダを陽イオン交換樹脂を通
して得られるＳｉＯ□　５％、ｐＨ５，４の水溶液は、
ゲル化するまで約１日を要するため、十分グラウト材と
して使用できる。

本発明の地盤改良剤は上記活性珪酸水溶液を主剤とし、
目的に応じて通常知られているｐＨ調整剤又は（及び）
硬化剤を適宜含有する。

更に本発明の地盤改良剤中の活性珪酸水溶液は、目的に
応じて適宜の割合で使用できるが、本液中の５１０２Ｄ
度が２〜１０重量％となるように活性珪酸水溶液を使用
すれば、従来使用されている水ガラスグラウトにおける
５１０２　濃度よりも低濃度で従来の水ガラスグラウト
と同程度の強度が得られ、しかも耐久性に優れたものが
得られる。勿論、中性コロイダルシリカを用いる場合に
（らべずつと薄い５１０２　濃度℃高い強度を得ること
ができる。

更に本発明の注目すべき点は、従来の酸性液中に水ガラ
スを加えて得られる酸性珪酸水溶液を用いたグラウトに
くらべて、中性領域で長いゲルタイムが得られる点と、
同一のゲル化時間と８１０２　濃度の配合で、より高い
固結強度が得られる点にある。

又、ゲル化時間調整剤又はゲル化反応剤として、本発明
の目的が達せられる限度内で無機塩等を使用することが
出来、本成のゲル化時間の短縮及び強度の増加からは使
用量の少なくてすむ多価金属の無機塩が好ましい。かか
る無機塩としては硫酸アルミニウム、塩化マグネシウム
、炭酸水素ナトリウム、硫酸マグネシウム、硝酸アルミ
ニウム、リン酸アルミニウム、塩化カルシウム等を挙げ
ることができる。

本発明の活性珪酸は低分子量て反応性が太きいため、硬
化剤の添加率は少なくてよく、２価の金属塩では０．１
〜１重景頭金添加量で６価の金属塩では更に少ない量で
ゲル化時間を数分以内にすることができる。

又、本発明の地盤改良剤は、中性で注入されるのが好ま
しく、活性珪酸水溶液が酸性の場合にはアルカリ剤、ア
ルカリ性の場合には酸剤をｐ）（調整剤として少量注入
時に用いればよい。

本発明の地盤改良剤は前記の如く公害上の問題点を解決
したはかりでな（、低濃度のシリカ含量で地盤を強化で
き、その耐久性において優れている。

即ち、通常の水ガラス系グラウトでは経日的に強度低下
がおこるのに対し、本発明の地盤改良剤では、得られた
サンドゲルの強度が徐々に向上するので、ダム建設時の
地盤改良の如く耐久性を必要とする用途にも使用できる
。

例えば水ガラス系グラウトと同程度のサンドゲル強度を
得るのに、中性シリカゾルを用いる場合には、注入液中
のＳ　ｉｏ　２　製置が２０％以上必璧１あるのに対し
て、本発明の地盤改良剤では５％程度で済むのである。

本発明の活性珪酸水溶液は、そのｆｆ法が容易であり、
含まれる珪酸が低分子量のものであるため硬化性及び強
度においてばらつきの少な（゛注入液が得られる。

又、本発明の地盤改良剤は、硫酸の如き強酸酸性液を使
用しないため、注入機器の腐蝕の問題がない。また酸性
シリカゾルを用〜・る場合に比較して塩の溶出が少な（
地下水の水質変化が小さい。又、本発明の地盤改良剤は
使用される活性珪酸の分子量が小さく、低濃度であるた
め初期の粘度が低（浸透性が良好である。

更に本発明の地盤改良剤は、中性コロイダルシリカを用
いる場合にくらべ、５１０２　低濃度で大きい強度が得
られ水希釈によるゲル化時間の変化が小さいという利点
がある。

本発明の活性珪酸水溶液は例えばイオン交換樹脂塔にＪ
ＩＳ　Ｓ号珪酸ソーダの希釈液を通すだけで簡単に得ら
れ、その上８１０２　含量が少な（ても高強度の硬化体
が得られることから市販の中性コロイダルシリカよりは
るかに経済的である。

尚、本発明における地盤改良剤は上記活性珪酸水溶液自
体を地盤中に加圧注入したりあるいは土砂と混合したり
して地盤の強度増加や水密性を付与せしめることも出来
るし、更に上記活性珪酸水溶液にセメント、石灰、ある
いは粘度の様な懸濁性物質を混入して用いることも出来
る。

又、上記活性珪酸水溶液やそれを用いた懸濁物は注入や
混合の他に吹付あるいはヘドロ等の凝集、沈殿、固化等
に用いることが出来る。

以下に本発明の実施例を示す。

（活性珪酸水溶液の調製〕 調製例１ 珪酸ソーダＪＩＳ　５号品（旭電化工業（株）製品５ｉ
ｎ２２９．０％、Ｎａ２Ｏ９−０％）を水で希釈し５ｉ
ｎ２５．８％、Ｎａ２Ｏ１，８％の希釈珪酸ソーダ水溶
液をつくった。この水溶液をあらかじめ１０％塩酸な用
いて通常の方法で調整された水素型陽イオン交換樹脂（
オルガノ（株）製品、アンバー２イトＩＲ−１２０Ｂ）
塔に通液し５ｉｎ２５．８％の活性珪酸水溶液を得た。

この活性珪酸水溶液の出は２．５であった。

５ｔｏ２／Ｎａ２ｏ　＝　１　ｓ　ｏ　ｏ　、この液は
室温で３日間ゲル化しなかった。

調製例２ 調製例１の希釈珪酸ソーダ水溶液の代りに、ＳｉＯ７，
２％ＨＮａ２Ｏ２ｍ２　％のものを使用し、同様にして
、８１０２　７−１％の活性珪酸水溶液を得た。この活
性珪酸水溶液のｐＨは３．０であった。

ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏ＝　１０００、この液は室温で２日
間ゲル化しなかった。

実施例１〜５、比較例１〜４ 調製例１，２で製造した活性珪酸水溶液を使用してゲル
タイムの測定、サンドゲルの圧縮強度の測定、ホモゲル
からの８１０２　の溶出を測定した。

処方は表−１に示す通りである。

表−１中で使用されている原料は以下の通りである。

１）中性シリカゾル：加電化工業（株）製アプライドＡ
Ｔ−３０ ２〕　酸性シリカゾル： ９５％硫酸６．３ｇ、水５５．７１の水溶液を激しく攪
拌しながら、珪曹ＪＩＳ　５号（加電化工業（株）製）
３０Ｉに水１８９の溶液を注ぎ入れた。５ｉｏ２Ｃｌ度
８．０％、ＰＩ（１，８ ３）珪曹（ＪＩＳ　５号）：加電化工業（株）製その他
の原料は試薬１級を使用した。

上記例の薬液中の５１ｏ２ａ度、−」及びゲルタイムは
表−２の通りである。

表−２ 前記処方の薬液を５．０閤φＸ１０（ｍＬの金型に流し
こみ豊浦標準砂で固めて強度測定用サンドゲルとした。

強度測定は、ＪＩＳＡ１２１６の土質の一軸圧縮強度測
定に準じて行なった。材令は表中に記す（水中養生）。

サンドグルリ圧縮強度は表−３の通りである。

表−３ 表−３より本発明の地盤改良剤は中性シリカゾルグツウ
ド（比較例３，４）に較べ低濃度の８１０２　で格段忙
大きな強度が得られることが判る。

又、表−２１表−３より本発明の地盤改良剤は酸性シリ
カゾルグラウド（比較例２）に較べ、地中への浸透が充
分なゲル化時間に調節しうろことがわかる。

又、アルカリ領域の水ガラスゲ２ウド（比較例１）に較
べ強度が大きくかつ長期強度にも優れることが判る。

硬化物の耐久性の１つの尺度である５ｉｎ２の溶出量の
測定結果は表−４の通りである。

供試体の調製法は、前記処方の薬液で２００Ｉのホモゲ
ルを作成し、１０倍量の蒸留水中に浸漬した。所定日数
後に２００１！検水をとり、新たに蒸留水２００Ｉを加
えた。

５ｉｎ２　の分析は蒸発乾固し重量を測定する方法に従
った。

５１０２　の溶出率は、比較例１を除いて、５０日後に
は一定値を示し、その後の溶出は殆んど認められなかっ
た。これより本発明品は溶出率が低く、耐久性に優れて
いることが判る。

次に本発明による活性珪酸水溶液と酸性シリカゾルのグ
ラウトとしての特性を比較するためにＳｉＯ２濃度を両
者同一とし、−値とゲル化時間、固結砂強度との関係を
測定した。その結果を表５、表６に示す。

尚、活性珪酸水溶液は、前述の活性珪酸水溶液の調製例
２によるものを苛性ソーダで調製して一１値を変化させ
、５１０２　濃度は５重量％と一定にした。

一方酸性シリカゾルは表−１に示す酸性シリカゾルを用
いて苛性ソーダでＰｆ（を変化させて、５１０２　の濃
度は５重量％と一定にした。

表−５，６より本発明の活性珪酸水溶液は中性領域にお
いても充分浸透に必要なゲル化時間が得られ、且固結強
度が高いことが判る。

衣　−５ 表−６ 酸性シリカゾルの場合 次に本発明による活性珪酸水溶液と中性シリカゾルのグ
ラウトとしての特性を比較するために、ＰＨを一定値（
はＭ６）、且、ゲル化時間を一定値（はｒ１０分）とし
、５１０２＃度を変化させ固結標準砂の一軸圧縮強度（
１日湿室養生後の強度）を測定した。

上記調製法は活性珪酸水溶液の場合は、活性珪酸水溶液
の調製例２て得られたものに、水を加えて５ｉ０２ａ度
を変化させると共に、苛性ソーダを加えて一値をは’Ｘ
６にし、Ｎａｐ／　を加えてゲル化時間なはＳ：１０分
になるようにして得た。

又、中性シリカゾルの場合は１５表−１に示す中性シリ
カゾルを用いて水を加えて、５ｉｎ２　濃度を変化させ
ると共に、硫酸を加えてＰｆ（値をはｇ６にし、硫酸ア
ルミニウムを加えてゲル化時間なはＷ２Ｏ分になるよう
にして得た。

結果を表−７に示すが、これより活性珪酸水溶液の場合
は、５１０２　濃度が２．０重ｄ％以上で２　ｋｇ／ｒ
ｍ２以上の固結砂強度を得るのに対し、中性シリカゾル
の場合は、５ｉｎ２　濃度が２０ｉ景％以上でないと２
　ｋｇ／１ｍ２以上の強度を５ることが出来ない一りエ
が判る。

現場施工例 透水係数がは２に＝１０−５薗／ｓｅａの砂地盤で試験
注入を行なった。

注入液の種類は、活性珪酸水溶液、中性シリカゾル、酸
性シリカゾルの三種とし、それぞれ２０ｍずつ離れた地
点に注入した。注入深度は地表面下５〜３ｍとし、０．
５ｍの注入スグージで各ステージ毎に２５０Ｊずつ、合
計１０００１注入した。

注入液の配合は、５１０２　濃度がいずれも５．０重量
％となるようにした。活性珪酸水溶液並びに中性シリカ
ゾルについては、表−７の記号８と同一配合にし、ゲル
化時間１０分、ｐｉ（値６とした。又、酸性シリカゾル
については、表−６に示すようにｐＨ６、ゲル化時間５
０秒配合とした。

以上示すように三種の配合液は、ｐＨ値と８１０２濃度
は一定に出来るが、ゲル化時間は、酸性シリカゾルはゲ
ル化時間が中性領域では早くなってしまうため、他と同
一にすることは不可能である。注入に際しては注入地点
より１０ｍ離れた地点に観測井を設け、注入前（１月前
）、注入中、注入後（３日後並びに１週間後）の地下水
を採取し、地下水の水質変化を調査した。

又、注入前後の透水係数を測定し、かつ注入後掘削して
固結状況を観察し、並びに固結体を採取して一軸圧縮強
度を測定した。

その結果は以下の通りである。

水質試験結果は表−８の通りであるが、活性珪酸水溶液
は酸性シリカゾルに較べて、注入前、中、後にかげて殆
んど変化を生じない手が判る。

表−８ 注入前後の透水係数を比較すると、表−９の通りになっ
たが、これより活性珪酸水溶液の場合は極めて透水係数
の改善がすぐれている事が判る。

表−９ 又、掘削調査による固結状況は、活性珪酸水溶液の場合
、直径はｒｌｍの半円柱状の固結体が得られ、固結砂の
一軸圧縮強度は、はｒ　５．４ｋｙ／薗２であった。中
性シリカゾルの場合は直径はは３：８０閤程度の円柱体
が得られたが、固結体の強度は、ｏ　、　８　Ｉｃｙ／
ａｎ２程度であった。酸性シリカゾルの場合ば、ゲル化
時間が短いため脈状注入がかなりみられ、０．５〜１．
５ｍの直ｑ％で固結し、その強度は４　、５　ｋｇ／ｃ
ｍ２であった。

出願人代理人　古　谷　馨

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 実質的に塩を含まない活性珪酸水溶液を主剤とする地盤
   改良剤。