JPS61174292A - ｐＨ緩衝剤を用いる薬液注入工法 - 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、軟弱地盤特に砂質土を対象にした地盤の止水
や強化を目的とする薬液の注入工法に関し、より詳細に
は、シリカゾル系薬液にｐＨ緩衝作用を持つ薬剤を混入
したシリカゾル系薬液を用いる注入工法に関する。

本発明において使用するシリカゾル系薬液は、好ましく
は酸性シリカゾルである。本出願の第ニー１　＝ の発明においては、ｐＨ緩衝作用を持つ薬剤に加えてシ
リカゾル系薬液にアルカリ剤を添加する。

溶液型水ガラス系注入薬液を用いる薬液注入工法は、水
ガラスに直接硬化剤を添加してアルカリ性又は中性−酸
性領域（非アルカリ性領域）でゲル化させる方法（直接
法）と、水ガラスを酸性液材で処理して強酸性のシリカ
ゾルを製造しこの強酸性のシリカゾルにアルカリ反応剤
を加えて中性−酸性領域でゲル化させる方法（間接法）
とに大別できるが、後者の方法で用いる注入薬液をシリ
カゾル系薬液と呼んでおり１本発明はこのシリカゾル系
薬液を使用する工法である。

シリカゾル系薬液は反応性が高く、活性化されているた
め固結性、止水性も優れており、固結強度及び耐久性等
の特性も直接法によりアルカリ領域でゲル化させた場合
と比較して格段に優れている。このため、シリカゾル系
薬液は開発後日が浅いにも拘らず広く使用され多くの実
績をあげている。

然し乍ら、シリカゾル系薬液は、注入薬液の工法」二の
重要な性質であるゲル化時間（以下、ゲルタイムという
）の調整が困難であるという欠点をもつ。この欠点は、
へ次のような理由に拠るものと考えられる。

（１）　　　強酸性のシリカゾルは可使時間（シリカゾ
ル調製後放置してゲル化するまでの時間、通常は常温で
約−日以内）が短いために、施工現場で水ガラスと酸性
液材とを混合して調製するが、所望する一定のｐＨ値を
持つシリカゾルをつくることは非常に困難である。

（２）　　　厳密な工程管理を行なって所望する一定の
ｐＨ値を持つシリカゾルを調製したとしても微量のアル
カリの混入により薬液のｐＨ値が大きく変動するため一
定のゲルタイムを得ることが難しい。

添付の図面中、第１図に水ガラスのｐＨ値とゲルタイム
の関係を示す。第１図の曲線の左右の両端部を見ればわ
かるように、ゲルタイムの長い部分ではゲルタイムが長
くなるにつれてｐＨ値の少しの変化でゲルタイムが大き
く変動する。

従って、現在のところ実地に応用されているのは、中性
−酸性領域（ｐＨ３〜８前後）の内でもｐｈｉ値が多少
変化してもゲルタイムの変動がそれほど大きくないｐＨ
７〜８前後の範囲、ゲルタイムで言えば１分程度以下の
瞬結性薬液としての応用が最も多い。

これに対しｐＨ値が小さくなるにしたがってゲルタイム
が非常に長くなるため、ゲルタイムを所定の時間に調整
することが著しく困難になる。

即ち、強酸性シリカゾルに水溶性アルカリ剤等のアルカ
リ反応剤を添加することによりゲルタイム（ｐＨ値）を
調整するわけであるが、微量の水溶性アルカリ剤の添加
によりｐＨ値が大きく変化し、ゲルタイムも大きく変化
するからである。従来技術では、アルカリ剤として、水
ガラス液、重曹、炭酸ソーダ等のアルカリ剤が用いられ
ており、なかでも水ガラスを用いることが多いが、ゲル
タイムは１分以下の瞬結性の薬液として用いることが殆
どであり、１分以上のゲルタイムを持つ薬液として用い
るとｐＨの管理が困難となり、所望するゲルタイ１１が
得られ難いことは、」二連のとうりである。

上記の欠点を克服するために、本発明者は水溶性のアル
カリ剤の代りに、強酸性の水ガラス水溶液には溶解しな
いが酸とは反応する炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム
の微粉末を用いる方法を発明し、これについては先に特
許出願（特願昭５３−６６３１０号）した。この先願発
明によれば、難溶性の炭酸塩類微粉末を用いることによ
り、水溶性のアルカリ剤を用いた場合と比べてゲルタイ
ムは比較的制御しやすくなり長いゲルタイムをとること
もできるようになるけれども、それでも現場の条件を考
慮すると２〜１０分程度が限度であり１０分以上のゲル
タイムの調整は非常に難しい。又、炭酸カルシウムは、
粉末状であり溶液状のゲル化剤に比較すると管理が難し
い欠点がある。

本発明は、以上のような強酸性シリカゾルに加えるアル
カリ剤等のゲル化剤としての欠点を取り除いた施工性の
良い溶液性で且つゲルタイムの調整が非常に容易な新規
なゲル化剤を提案するものである。

一般に、シリカゾル系薬液のゲルタイムは、シリカゾル
濃度（５ｉｌｌ含有厘）、温度及びｐＨ値値によって決
まる。このうち、シリカゾル濃度と温度（液温）は事前
にチェックできるので、残る一つの因子即ちｐＨ値を管
理すれば目的のゲルタイムを設定することができる。

本発明によればｐＨ値の管理を容易にするためにｐＨ緩
衝剤を使用し、これにより従来技術では非常に困難であ
ったシリカゾル系薬液のゲルタイムの調整を容易にし、
安定した長いゲルタイムを持つシリカゾル系薬液をつく
ることもできる。

本発明において使用するｐＨ緩衝剤としては、ＰＨ緩衝
機能を持つ２種又は３種以上の化合物の組合せを使用す
る。目的とするゲルタイムが得られるｐＨ値となるよう
、使用する強酸性シリカゾルの濃度や温度を考慮に入れ
て、ｐＩ（緩衝剤を選択する。ｐＨ緩衝剤添加後のシリ
カゾル系薬液のＰＨ値は、所望する設定ゲルタイムによ
って適宜に定めればよいが、一般的に好ましいｐＨ値範
囲６一 はｐ１１３〜７程度である。勿論、薬液のｐＨ値は」二
記の好ましい範囲内のみに限定されるものではなく、所
望するゲルタイムに応じて広い範囲内で選択することが
できる。

従って、本発明で使用するｐＨ緩衝剤も各種の組合せの
なかから目的ｐＨ値に合わせて選択すればよいわけであ
るが、特に好ましいものとしては、以下の組合せを挙げ
ることができる。

酢酸／酢酸ナトリウム くえん酸／燐酸二ナトリウム 燐酸−カリウム／はう砂 こはく酸／はう砂 はう砂／くえん酸−カリウム くえん酸−カリウム／水酸化す１〜リウム燐酸二ナトリ
ウム／燐酸−カリウム くえん酸二ナトリウム／塩酸 フタル酸水素カリウム／水酸化す１〜リウム所望するｐ
Ｈ値に合わせて選定し調整したｐｏ値を有するｐＨ緩衝
剤を強酸性シリカゾル液に添加することにより、従来法
において用いられてきた水溶性アルカリ剤や粉末状のア
ルカリ剤に比べて遥かにゲルタイムの調整が容易になり
、ゲルタイムの調整の容易さで示すと実に約６ｆｆｌか
ら百倍以上にもなる。また、本発明のｐＨｆｆｉ衝剤の
もう一つの特徴は、シリカゾルのゲル化時のｐＨ値値に
合わせてその付近のｐＨ値に調整した薬液を準備するこ
とができるという利点である。

本発明は、強酸性シリカゾルに直接ｐＨ緩衝剤を添加し
てゲル化させる方法と、強酸性シリカゾル液にアルカリ
剤とｐＨ緩衝剤とを添加する方法とを含む。

」二記の本発明方法のうち、アルカリ剤とｐｌ＋緩衝剤
とを併用する方法をとる場合において、添加するアルカ
リ剤とｐｌ＋緩衝剤の添加順序は特に限定されないけれ
ども、好ましくは、先ずアルカリ剤を加えた直後にｐＨ
Ｂ衝剤を添加するのが好ましい。

即ち、本発明のうち第二の発明によりいては、原材料と
して用いる強酸性シリカゾル液に設定ゲルタイムを得ら
れるｐＨ値にほぼ近いｐｏ値になると算定される量のア
ルカリ剤を加えたのちに、ｐＨ緩衝剤を添加することに
より、ｐＨ値の微調整を行ないゲルタイムの調整をする
。この第二の発明の方法によれば、高価なｐｌ＋緩衝剤
の添加量を少なくして目的とするゲルタイムの容易な管
理を達成できる。然し乍ら、アルカリ剤とｐＨ緩衝剤の
併用は、必然的に工程の複雑化を結果するので本発明方
法のうちどちらを採用するかは、実際の施工条件その他
の事情を考慮して適宜に選択すればよい。

本発明において使用する強酸性シリカゾル液は、水ガラ
スを酸性液材で処理して調製する。そのための方法とし
ては、酸性液材水溶液に水ガラスを噴射注入する方法や
稀釈した水ガラス水溶液を強く攪はんしつつ酸性液材を
噴射注入する方法があるが、何れの方法を採用してもよ
い。

また、本発明において使用する強酸性シリカゾル液のｐ
Ｈ値は、シリカゾル濃度、周囲温度、製造方法等により
異なるが、通常はｐＨ１〜３、好ましくはｐＨ値　１−
〜２前後のものを使用する。

強酸性シリカゾル液の原料となる水ガラスは、流動性を
有し注入可能でシリカゾル形成能を持つものであれば特
に制約は受けないが、この種の最も一般的な材料として
は珪酸ソーダ系でモル比が３以上のものが好ましい。珪
酸ソーダ系の水ガラスはＪＩＳ規格に規定されており、
本発明においてはＪＩＳ規格の何れの水ガラスを用いて
もよいが、モル比の高いＪＩＳ３号品以上品以上ラスを
用いるのが好ましい。

強酸性シリカゾル液の調製のために用いる酸性液材とし
ては、強酸性を示す酸又はその塩類であれば何を用いて
もよいが、最も好ましい酸性液材の例としては硫酸及び
重硫酸ソーダを挙げることができる。

本発明は、強酸性シリカゾル液にｐ）Ｉ緩衝剤またはｐ
Ｈ緩衝剤とアルカリ剤を加えて「中性−酸性」領域、一
般的にはｐＨ値ではｐＨ値　３〜７程度、ゲルタイムで
は１分以上数時間の範囲でゲル化させる方法である。

本発明の第二の発明においてｐＨ緩衝剤とともに用いる
アルカリ剤は、従来技術において水ガラスのゲル化のた
めに使用されてきたものと同じアルカリ剤であり、酸を
中和するアルカリ反応剤であれば、どのような架材でも
よいが、好ましくは溶液型のアルカリ剤、特に好ましい
ものは強アルカリ性の水ガラス、重曹等である。

本発明工法の実施に当たって採用する施工法としては各
種の方法が考えられるが、代表的な方法として下記の二
つの方法を例示しておく。

（ａ）　　バッチ方式 この方法は、通常、１ショット方式と呼ばれるもので、
一定容量の調合槽に強酸性シリカゾル液を入れ、次いで
、所望のゲルタイムになるように算出・計量したｐＨ緩
衝剤またはｐＨ緩衝剤とアルカリ剤を加えて１台の注入
ポンプを用いて注入する方法である。

（ｂ）　　連続法 この方法は、強酸性シリカゾル液（Ａ液）とｐＨ緩衝剤
液（Ｂ液）を別々に調合しておき２台の注入ポンプを用
意し、地盤内に薬液を注入する注入口に至る途中の注入
ホース又は注入管の内部でＡＢ両液を合流・混合させる
方法であるが、この方法は一般に１．５ショット方式％
式％ この連続法においては、ゲルタイム１８分以上の任意の
注入薬液を用いることができる。

また、ｐｉ（緩衝剤と併用するアルカリ剤液をＣ液とし
て、Ａ液、Ｂ液、Ｃ液を夫々別個に調製し３台の注入ポ
ンプを用意し、注入操作時に先ずＡ液とＣ液を合流させ
混合して得られるＡ＋Ｃ液に更にＢ液を合流させ混合し
て所望のゲルタイムを持つ薬液として地盤に注入するこ
ともできる。

以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に詳しく
説明する。

以下の実施例及び比較例において用いた水ガラス原液は
Ｎａ２Ｏ：　６．２％、　Ｓｉｎ、：’２３．９％、比
重３２ボーメ、モル比４．０の水ガラス；　　ｐＨ緩衝
剤としてはｒ酢酸−酢酸ナトリウム」混合液を用いた。

又、アルカリ剤としては、前記水ガラス原液を水で稀釈
した水ガラス水溶液を用いた６ 強酸性シリカゾルの調製 前記水ガラス原液と水とを混合して水ガラス水溶液をつ
くり、これに硫酸を混合・攪はんして表−１に示す配合
の強酸性シリカゾルを調製した。

表−１ 試薬１級品の酢酸ナトリウム（ＣＨ３Ｃ０ＯＮａ・３Ｈ
２０）１００　ｇに水を加えて３５０　ｃｃとしｐＨ８
，５の＃酸ナトリウム水溶液を得た。これに試薬１級品
の酢酸液（ｐＨ＝　２．３）を加えてｐＨ緩衝剤液を調
製した。配合を表−２に示す。

＝１３− 表−２ 前記の水ガラス原液（モル比：４）に水を加えて得た液
をアルカリ剤液として使用した。配合を表−３に示す。

表−３ 実施例Ｉ〜■及び比較例■〜■ 上記の表−］乃至表−３に示した強酸性シリカゾル、ｐ
Ｈ緩衝剤液及びアルカリ剤液を用いて次に表−４として
一括して示す配合で注入薬液を調製して実験に供した。

結果を表−４にまとめ、これらの結果に基づいてｐＨ緩
衝剤液の添加量またはＰＨ緩衝剤液とアルカリ剤液との
合計添加量に対するゲルタイムの変動をグラフ化して第
２図乃至第４図に示す。

（以下、余白） 本発明と従来法のゲルタイムの管理の難易度の判定のた
めの尺度（判定基準）として次のような判定基準を用い
た。

慣」５髭席□二　Ｂ液中のゲル化剤量によるゲルタイム
の変動 （ｉ）　　ゲルタイムが比較的短い（５分〜１０分）場
合には、ゲルタイム（Ｇ、Ｔ、）の変動度は以下の式で
表すことができる。

（ｉｉ）　　ゲルタイムが比較的長い（１０分〜３０分
）場合には、ゲルタイム（Ｇ　、　Ｔ　、）の変動度は
以下の式で表すことができる。

（ｉｉｉ）　　ゲルタイムが非常に長い（３０分〜６０
分）場合には、ゲルタイム（Ｇ、Ｔ、）の変動度は以下
の式で表すことができる。

上記の判定基準で算出した値が大きいほうが、ゲルタイ
ムの管理が容易であることになる。

さて、第２図乃至第４図に示した実施例及び比較例につ
いて、上記の判定基準を用いてゲルタイムの管理の難易
度について判定してみよう。

Ａ二１Ａ−１シリカゾル（高濃度の強酸性シリカゾル）
を用いたゲルタイムが比較的長い（１０分〜３０分）場
合 ☆実施例■におけるゲルタイム管理の難易度：（２６−
、３，４）／３．’４　＝　６．６５★比較例Ｉにおけ
るゲルタイム管理の難易度：（１３，２−１，２，２）
／１２．２　＝　０．０８Ａ□−１ｉＡ−１シリカゾル
を（高濃度の強酸性シリカゾル）用いたゲルタイムが比
較的短い（５分〜１０分）場合 ☆実施例■におけるゲルタイム管理の難易度：（１８，
４−１２，６）７１２．６　＝　０．４６☆比較例■に
おけるゲルタイム管理の難易度：（１４，２−１３，２
）／１３．２　＝　０．０７６に二工　Ａ−２シリカゾ
ル（中濃度の強酸性シリカゾル）を用いたゲルタイムが
比較的長い（１０分〜３０分）場合 ☆実施例■におけるゲルタイム管理の難易度：（２７，
０−７，５）／７．５　＝　２．６★比較例■における
ゲルタイム管理の難易度：（２７，’ｌ　−２６，７）
／２６．７　＝　０．０１５紅二旦　Ａ−２シリカゾル
を（中濃度の強酸性シリカゾル）用いたゲルタイムが比
較的短い（５分〜１０分）場合 ☆実施例■におけるゲルタイム管理の難易度：（４１，
０−２０）／２０　＝　１０．５☆比較例■におけるゲ
ルタイム管理の難易度：（２７，５−２７，０）／２７
．０　＝　０．０１９Ａ、−１Ａ−３シリカゾル（低濃
度の強酸性シリカゾル）を用いたゲルタイムが非常に長
い（３０分〜６０分）場合 ★実施例■におけるゲルタイム管理の難易度＝（２５，
０−１６，０）／１６．０　＝　０．５６☆比較例■に
おけるゲルタイム管理の難易度：（２６，８−２６，０
）／２６．０　＝　０．０３１−１９＝ Ａ３−ｉｉＡ−３シリカゾルを（低濃度の強酸性シリカ
ゾル）用いたゲルタイムが比較的長い（１０分〜３０分
）場合 ☆実施例■におけるゲルタイム管理の難易度：（３０，
０−１５，０）／１５．０　＝　１．０☆比較例■にお
けるゲルタイム管理の難易度：（２７，０−２６，８）
／２６．８　＝　０．００７４上記のＡ□−ｉ　”Ａ、
　−ｉｉ’の計算結果に基いて、ゲルタイムの調整の難
易度を以下の表−５にまとめる。

（以下、余白） 弐二旦：　　ゲルタイムの調整の難易度表−８５に歴然
と数値化して示すように、本発明方法によりｐＨ緩衝剤
を強酸性シリカゾルに添加してゲル化させた場合には、
ゲルタイムの管理が著しく容易になる（数値化すると実
に６倍から１７３倍もの容易化度で示される）。このこ
とは、第２図〜第７図の各実施例の曲線の傾きと各比較
例の曲線の傾きとを比較しても一目瞭然である。

また、本発明方法によりｐＨｆｉ衝剤とアルカリ剤とを
強酸性シリカゾルに添加してゲル化させた場合にも、ゲ
ルタイムの管理の容易化度は数値化すると１０倍以上に
なり、本発明方法の効果は大きい。ｐｏ緩衝剤とアルカ
リ剤とを併用する場　　　　合においては、添加するｐ
）Ｉ緩衝剤の量を一定にしアルカリ剤添加量を変動させ
るよりも、添加するアルカリ剤の量を一定にしｐＨ緩衝
剤添加量を変動させるほうが、より効果的であることも
わかる。

尚、上記の実施例においては、Ｔｅ１（緩衝剤として酢
酸と酢酸す１〜リウムの混合水溶液を用いたが、その他
のｐＨ緩衝剤を用いた実験例においてもも同様の結果が
得られた。

以上に述べたところから明らかなように、本発明は、シ
リカゾル系の主剤を用いて中性−酸性領域でゲル化させ
固結させる薬液注入工法の最大の問題点であったゲルタ
イムの管理の困難性を克服できる方法を提供するもので
あり、施工上極めて実用価値の高いものである。

【図面の簡単な説明】

、第１図は、従来法において、水ガラスにアルカリ剤を
添加した場合における一般的なゲルタイムの変動を示す
グラフである。 第２図乃至第４図は、本発明の実施例及び比較例におけ
るゲル化剤の添加量とゲルタイムの変動との関係を示す
グラフである。 ＝２２− 州

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）水ガラスを酸性液材で処理した強酸性シリカゾル
   液を主剤とし、これにｐＨ緩衝剤を加えて、中性−酸性
   領域でゲル化させることを特徴とするシリカゾル系薬液
   の注入工法。
2. （２）水ガラスを酸性液材で処理した強酸性シリカゾル
   液を主剤とし、これにアルカリ剤とｐＨ緩衝剤とを加え
   て、中性−酸性領域でゲル化させることを特徴とするシ
   リカゾル系薬液の注入工法。