地盤改良用注入材及びその製造方法
【課題】水ガラス、中和剤及び水のほか、コロイダルシリカ及び金属イオン封鎖剤が配合された長結性注入材との組み合わせで使用するに好適な瞬結性の地盤改良用注入材とする。
【解決手段】水ガラス、中和剤及び水と伴に、コロイダルシリカ及び金属イオン封鎖剤が配合された主材と、この主材に混合される水ガラス及び水が配合された希釈水ガラスと、を有し、前記主材及び前記希釈水ガラスの少なくとも一方にアルカリ金属塩が配合されている、ことを特徴とする地盤改良用注入材。
【解決手段】水ガラス、中和剤及び水と伴に、コロイダルシリカ及び金属イオン封鎖剤が配合された主材と、この主材に混合される水ガラス及び水が配合された希釈水ガラスと、を有し、前記主材及び前記希釈水ガラスの少なくとも一方にアルカリ金属塩が配合されている、ことを特徴とする地盤改良用注入材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、瞬結性の地盤改良用注入材及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、地盤の性状を改良する地盤改良工法として、地盤にケーシング及び注入ロッドを挿入し、ケーシングを引き抜いた後、注入ロッドの注入口からセメントや水ガラス等の注入材（薬液）を注入する工法が存在する。また、この工法の一形態として、ゲルタイムの短い瞬結性の注入材と、ゲルタイムの長い長結性の注入材とを併用する工法が存在する（例えば、特許文献１等参照。）。この注入材併用工法においては、まず、瞬結性の注入材を一次注入して注入ロッド回りの閉塞や地盤の荒詰めを行い、次に、長結性の注入材を二次注入（浸透注入）して地盤固結体を造成する。
【０００３】
現在、この地盤改良工法においては、さまざまな成分の注入材が使用されており、その一例として、酸性シリカゾル（Ａ液）及び希釈水ガラス（Ｂ液）を２ショット注入してなる瞬結性注入材と、酸性シリカゾルからなる長結性注入材とを併用する形態が存在する（例えば、特許文献２の実施例４等参照。）。しかしながら、本出願人は、その後、ゲルタイムや浸透性等の点でより優れた長結性注入材を開発するに至った（特許文献３参照）。この長結性注入材は、水ガラス、硫酸等の中和剤及び水のほか、コロイダルシリカ及びクエン酸等の金属イオン封鎖剤が配合されたものである。
【０００４】
もっとも、現時点では、この長結性注入材に対応する瞬結性注入材が存在しない。したがって、注入材併用工法において当該長結性注入材を使用する場合は、酸性シリカゾル（Ａ液）及び希釈水ガラス（Ｂ液）を２ショット注入してなる瞬結性注入材等と組み合わせる必要がある。しかるに、この形態によると、瞬結性注入材のＡ液と長結性注入材とが異なることになり、薬液の管理等が煩瑣になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−６０８７６号公報
【特許文献２】特開平６−４９８３７号公報
【特許文献３】特開平１１−３２３３３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする主たる課題は、水ガラス、中和剤及び水のほか、コロイダルシリカ及び金属イオン封鎖剤が配合された長結性注入材と組み合わせて使用するに好適な瞬結性の地盤改良用注入材、及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題を解決した本発明は、次の通りである。
［請求項１記載の発明］
水ガラス、中和剤及び水と伴に、コロイダルシリカ及び金属イオン封鎖剤が配合された主材と、
この主材に混合される水ガラス及び水が配合された希釈水ガラスと、を有し、
前記主材及び前記希釈水ガラスの少なくとも一方にアルカリ金属塩が配合されている、
ことを特徴とする地盤改良用注入材。
【０００８】
［請求項２記載の発明］
前記希釈水ガラスは、モル比３．５以上の水ガラスが配合され、かつ前記アルカリ金属塩が水に対する濃度１％以上となるように配合されている、
請求項１記載の地盤改良用注入材。
【０００９】
［請求項３記載の発明］
前記アルカリ金属塩として、塩化ナトリウム、硫酸ナトリウム、硝酸ナトリウム、塩化カリウム、硫酸カリウム、硝酸カリウム、塩化リチウム、硫酸リチウム、硝酸リチウム、クエン酸ナトリウム、クエン酸カリウム、リンゴ酸ナトリウム、リンゴ酸カリウム、リン酸ナトリウム及びリン酸カリウムの群から選択されたいずれか一種以上が使用されている、
請求項１又は請求項２記載の地盤改良用注入材。
【００１０】
［請求項４記載の発明］
水ガラス、中和剤及び水と伴に、コロイダルシリカ及び金属イオン封鎖剤を配合して得た主材と、
この主材に混合される水ガラス及び水を配合して得た希釈水ガラスと、の少なくとも一方にアルカリ金属塩を配合する、
ことを特徴とする地盤改良用注入材の製造方法。
【００１１】
（主な作用効果）
水ガラス、中和剤及び水と伴に、コロイダルシリカ及び金属イオン封鎖剤が配合された主材に、水ガラス及び水が配合された希釈水ガラスを混合するものとし、かつ主材及び希釈水ガラスの少なくとも一方にアルカリ金属塩を配合するものとすると、ゲルタイムが確実に短くなる。そして、当該主材自体はゲルタイムが長いため長結性注入材として使用することができ、従って上記した課題が達成される。なお、ゲルダイムが確実に短くなるメカニズムは後述する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、水ガラス、中和剤及び水のほか、コロイダルシリカ及び金属イオン封鎖剤が配合された長結性注入材と組み合わせて使用するに好適な瞬結性の地盤改良用注入材、及びその製造方法となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】地盤改良用注入材の配合説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明の実施の形態を説明する。
本形態の地盤改良用注入材（以下、単に「本注入材」ともいう。）は、ゲルタイムの短い、例えば、４０秒以下、好ましくは８秒以下の瞬結性注入材であり、水ガラス、中和剤及び水のほか、コロイダルシリカ及び金属イオン封鎖剤が配合された従来の長結性注入材との組み合わせで使用するに好適な注入材である。具体的には、図１に示すように、主材（Ａ液）に希釈水ガラス（Ｂ液）を混合するものとし、かつ両者の少なくとも一方にアルカリ金属塩を配合する。以下、順に説明する。
【００１５】
［Ａ液（主材）］
本注入材のＡ液には、水ガラス、硫酸等の中和剤及び水と伴に、コロイダルシリカ及びクエン酸等の金属イオン封鎖剤が配合され、更に必要によりアルカリ金属塩が配合される。このＡ液に配合される水ガラスとしては、例えば、ＪＩＳ１４０８に規定の珪酸ソーダ（ＸＮａ2Ｏ・ＹＳｉＯ2）相当品、すなわち、ＪＩＳ１号、２号、３号水ガラスや、珪素を溶解してモル比４以上の高モル比とした水ガラス、脱アルカリして高モル比とした水ガラス等を使用することができる。また、ナトリウム以外のアルカリ金属、例えば、カリウムやリチウム等を成分とする水ガラスも適宜選択して使用することができる。なお、ＪＩＳ３号水ガラスは、ＳｉＯ2（２８〜３０質量％）、Ｎａ2Ｏ（９〜１０質量％）とされた水ガラスであり、モル比が２．８〜３．３３とされる。
【００１６】
この水ガラスは、硫酸等の中和剤、コロイダルシリカ及び金属イオン封鎖剤と配合（混合）してＡ液を生成するが、この硫酸等の中和剤等と配合する前に水と配合して希釈するのが好ましい。水ガラスを水で希釈しておくことで、中和剤と配合した際におけるゲル化を防止することができる。水ガラスの水による希釈は、シリカ濃度が２５（質量／容量）％以下となるように行うのが好ましく、１０〜２０（質量／容量）％となるように行うのがより好ましい。
【００１７】
ここで、水ガラスの希釈に使用する水は、水ガラスと配合するに先立って、アルカリ金属塩を配合（添加）しておくのが好ましい。このアルカリ金属塩の配合によって本注入材のゲルタイムを短く保つことができる。このアルカリ金属塩は、水に対して、例えば、濃度０．１〜１０％となるように、好ましくは１〜４％となるように配合することができる。ただし、瞬結性を示す本注入材のＡ液と長結性注入材とで同じ薬液を使用する場合は（図１参照）、塩害防止等の観点から、アルカリ金属塩は後述するＢ液に配合するものとし、Ａ液に配合する量は少なくし、又は配合しない方が好ましい。
【００１８】
なお、アルカリ金属塩の配合は、水ガラス及び水を配合するのと同時に、あるいは水ガラス及び水の配合に次いで行うこともできる。また、アルカリ金属塩の配合によってゲルタイムが短くなるとするメカニズムや、アルカリ金属塩の具体例等は、後述Ｂ液の詳細を説明する際に説明する。
【００１９】
以上のようにして水ガラス、水及びアルカリ金属塩を配合した混合液（アルカリ金属塩配合希釈水ガラス）には、硫酸等の中和剤、コロイダルシリカ及びクエン酸等の金属イオン封鎖剤を配合（混合）する。この配合は、得られるＡ液のｐＨが１〜５となるように行うのが好ましく、ｐＨが２．５〜４．５となるように行うのがより好ましい。ｐＨが１未満となるように配合すると、多量の余剰酸により地盤を酸性汚染するおそれがある。他方、ｐＨが５を超える配合では、Ａ液が不安定で作液時にゲル化するおそれがある。
【００２０】
水珪酸（Ｈ2ＳｉＯ2（ＯＨ）2）の酸解離定数はｐＫａ1＝９．８６、ｐＫａ2＝１３．１であるので、中和剤としては、その酸解離定数が９．８６以下の酸を使用するのが好ましい。酸解離定数が９．８６以下の酸としては、例えば、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸、ギ酸等を例示することができる。ただし、コストの観点からは硫酸を使用するのが好ましく、安定性の観点からは塩酸を使用するのが好ましい。これらの酸は、通常、水で希釈して使用され、例えば、７５％硫酸であれば１５〜６０Ｌ／ｍ3の割合で他の成分と配合される。
【００２１】
また、コロイダルシリカとしては、例えば、水ガラスに硫酸等の中和剤を反応させてアルカリを除去し、熟成してゾル状にしたもの、イオン交換等によって水ガラスからアルカリを除去して得たもの（透析珪酸）、金属珪素（シリコン）を原料として製造したもの、これらから２種以上を選択して混合したもの、等を使用することができる。なお、透析珪酸については、特開平１１−６１１２４号公報等を参考にすることができる。また、金属珪素からコロイダルシリカを製造する方法については、例えば、米国特許２６１４９９５号公報、米国特許２４７３２６０号公報、特開平６−３１６４０７号公報等を参考にすることができる。
【００２２】
ここで、コロイダルシリカとしては、水ガラスに中和剤を反応させて得たものよりも透析珪酸を使用するのが好ましく、金属珪素を原料として得たものを使用するのがより好ましい。この点、周知のように注入材がアルカリを含むと地盤固結体の耐久性が低下する。したがって、コロイダルシリカの配合によって水ガラスの配合を減らすのが好ましいが、水ガラスに硫酸等の中和剤を反応させてコロイダルシリカを得たとしてもアルカリは残留する。また、透析珪酸は残留するアルカリが少ないがゼロではない。これに対し、金属珪素はアルカリを含まないため、金属珪素を原料として得たコロイダルシリカもアルカリを含まず、従って最も好ましいコロイダルシリカとなる。
【００２３】
一方、金属イオン封鎖剤は、地盤中において注入材のゲルタイムが変動してしまうのを防止する効果を有する。金属イオン封鎖剤として、脂肪族オキシカルボン酸、例えば、クエン酸、酒石酸、グルコン酸等、縮合リン酸塩、例えば、ピロリン酸、トリリン酸、トリメタリン酸、テトラメタリン酸等のポリリン酸の塩、具体的には、ピロリン酸ナトリウム、酸性ピロリン酸ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウム、テトラポリリン酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム、酸性ヘキサメタリン酸ナトリウム又はこれらのカリウム塩等を使用することができる。また、エチレンジアミン四酢酸、ニトリロトリ酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸、ヒドロキシエチルエチレンジアミン三酢酸、プロピレンジアミン四酢酸、ビス（２−ヒドロキシフエニル酢酸）エチレンジアミン及びこれらの塩類等も使用することができる。ただし、経済性、実用性等の観点からは、クエン酸を使用するのが好ましい。
【００２４】
Ａ液中におけるコロイダルシリカ及びクエン酸の配合量は、コロイダルシリカをコロイダルシリカ由来ＳｉＯ2として１〜３５（質量／容量）％、クエン酸を０．１〜３０（質量／容量）％とするのが好ましく、コロイダルシリカをＳｉＯ2として２〜５（質量／容量）％、クエン酸を０．５〜２（質量／容量）％とするのがより好ましい。
【００２５】
［Ｂ液（反応材）］
本注入材のＢ液には、従来の希釈水ガラスに配合されていた水ガラス及び水のほか、必要によりアルカリ金属塩が配合される。このＢ液に配合される水ガラスとしては、Ａ液に配合される水ガラスと同様のものを使用することができる。ただし、Ｂ液に配合する水ガラスは、モル比が３．５以上であるのが好ましく、３．６〜４．５であるのがより好ましい。水ガラスのモル比が３．３未満であると、アルカリ金属塩が配合された水と配合する際に、ゲル化が生じるおそれがある。
【００２６】
水ガラスの希釈に使用する水は、水ガラスと配合するに先立って、アルカリ金属塩を配合（添加）しておくのが好ましい。このアルカリ金属塩の配合によって本注入材のゲルタイムを短く保つことができる。このゲルタイムが短く保たれるメカニズムを以下、説明する。
【００２７】
本形態の主材に希釈水ガラスを混合するとゲル化する主な要因としては、中和反応、及び塩（電解質）の存在が考えられる。中和反応によるゲル化は、シリカがｐＨ６〜８で不安定になることを原因として生じるものである。また、塩の存在によるゲル化は、水ガラス及び硫酸等の中和剤を配合した際に、硫酸ナトリウム等のアルカリ金属塩が生成されることを原因として生じるものである。つまり、シリカは、アルカリ側においてＮａ+とＳｉＯ32-とに電離することによって溶液状態を維持しているが、Ａ液に含まれるアルカリ金属塩によってＳｉＯ32-の電荷バランスが崩れ、ゲル化が生じることになる。
【００２８】
この点、主材のシリカ濃度が高い場合は、中和反応の進行が速く、また、主材に含まれるアルカリ金属塩の濃度が高いため、当該アルカリ金属塩の存在によるゲル化の進行も速くなる。しかるに、水ガラスやコロイダルシリカの配合量を減らしてシリカ濃度を下げると、中和反応が遅くなり、また、中和に際して生成されるアルカリ金属塩の濃度が低くなるため、ゲル化の進行が遅くなる。なお、単に高モル比の水ガラスを使用しても、主材に含まれるアルカリ金属塩の濃度が低くなるため、ゲル化の進行が遅くなる。
【００２９】
Ｂ液におけるアルカリ金属塩は、前述したＡ液（主材）におけるような塩害の問題が生じないため、水に対して、濃度１〜７％となるように配合するのが好ましく、濃度３〜６％となるように配合するのがより好ましい。なお、アルカリ金属塩の配合は、Ｂ液における場合も、水ガラス及び水を配合するのと同時に、あるいは水ガラス及び水の配合に次いで行うことができる。
【００３０】
Ａ液における場合も、Ｂ液における場合も、アルカリ金属塩としては、主材や希釈水ガラスと配合して不均一にゲル化しないものを使用するのが好ましい。したがって、ｐＨが変化するとゲルが生じ易くなるという観点から、中性塩を使用するのが好ましい。また、シリカとの反応性という観点からは、アルカリ土類金属塩ではなくアルカリ金属塩を使用するのが好ましい。なお、アルカリ土類金属塩を使用すると、不均一にゲル化するおそれがある。
【００３１】
中性のアルカリ金属塩としては、種々存在するが、塩化ナトリウム、硫酸ナトリウム、硝酸ナトリウム、塩化カリウム、硫酸カリウム、硝酸カリウム、塩化リチウム、硫酸リチウム、硝酸リチウムの群から選択されたいずれか一種以上を使用するのが好ましい。ただし、アルカリ塩ではあるが、クエン酸ナトリウム、クエン酸カリウム、リンゴ酸ナトリウム、リンゴ酸カリウム、リン酸ナトリウム及びリン酸カリウムも好適に使用することができ、これらのアルカリ塩及び上記中性塩の群から選択されたいずれか一種以上を使用するのが好ましい。
【００３２】
［適用例］
本注入材は、Ａ液（主材）及びＢ液（反応材）が２ショット注入されてなるものであり、前述特許文献１（特開平１０−６０８７６号公報）に開示されるようなロッド注入工法の瞬結性注入材（一次注入材）として使用することができるほか、特開平９−３８６８号公報に開示されるような二重管ダブルパッカー注入工法の瞬結性注入材としても使用することができる。本注入材によって注入管（注入ロッドやマンシェットチューブ等）回りの閉塞や地盤の荒詰め等が行われる。また、本注入材のＡ液は、そのままの状態で長結性注入材（二次注入材）としても使用することができ、土粒子間に浸透注入されることによって地盤固結体が造成される。
【実施例】
【００３３】
次に、本発明の実施例を説明する。
水ガラス、３０％コロイダルシリカ、７５％硫酸、５０％クエン酸、塩化ナトリウム及び水が配合されたＡ液（主材）と、水ガラス、塩化ナトリウム及び水が配合されたＢ液（反応材）とを２：１の容量割合で混合し、得られた混合液についてゲルタイムを測定した。Ａ液の配合割合を表１に、Ｂ液の配合割合を表２に示し、結果を表３に示した。
【００３４】
【表１】
【００３５】
【表２】
【００３６】
【表３】
【００３７】
表１のＡ１〜Ａ６は塩化ナトリウムを配合しない作液例であり、水ガラスの配合量や種類（３号又は５号）を変化させることによって、シリカ濃度を変化させている。また、表１のＡ７〜Ａ９は塩化ナトリウムを配合した作液例であり、塩化ナトリウムの配合量を変化させている。このＡ７〜Ａ９の作液例は、Ａ５の作液例と水ガラス等の配合量を同一としており、従ってシリカ濃度も同一である。
【００３８】
一方、表２のＢ２〜Ｂ５は塩化ナトリウムを配合した作液例であり、塩化ナトリウムの配合量を変化させている。このＢ２〜Ｂ５の作液例は、塩化ナトリウムを配合しない作液例であるＢ１と水ガラスの配合量及び種類を同一としており、従ってシリカ濃度も同一である。本実施においては、作液の際にゲル化するのを避けるために、全て水ガラスとして５号水ガラスを使用している。ただし、比較のために水ガラスの配合量を変えた作液例Ｂ６及びＢ７を示しており、この作液例Ｂ６及びＢ７は塩化ナトリウムも配合されていない。
【００３９】
なお、３号水ガラスの物性はＳｉＯ2 ２８．５％、Ｎａ2Ｏ ９．３％、モル比３．２であり、５号水ガラスの物性はＳｉＯ2 ２５．５％、Ｎａ2Ｏ ７．１％、モル比３．７であった。
【００４０】
（考察）
表３の測定結果から、Ａ液のシリカ濃度が低くなるとゲルタイムが長くなるが、塩化ナトリウムの配合によってゲルタイムを短くできることが知見された。また、Ｂ液に塩化ナトリウムを配合しない場合（作液例Ｂ１）の結果から、Ａ液に塩化ナトリウムを配合してもゲルタイムを短くできることが知見された。ただし、Ａ液に塩化ナトリウムを配合すると、前述したように塩害の問題が生じるため、Ｂ液に塩化ナトリウムを配合する方が好適である。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、ロッド注入工法や二重管ダブルパッカー注入工法の瞬結性注入材、及びその製造方法として適用可能である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、瞬結性の地盤改良用注入材及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、地盤の性状を改良する地盤改良工法として、地盤にケーシング及び注入ロッドを挿入し、ケーシングを引き抜いた後、注入ロッドの注入口からセメントや水ガラス等の注入材（薬液）を注入する工法が存在する。また、この工法の一形態として、ゲルタイムの短い瞬結性の注入材と、ゲルタイムの長い長結性の注入材とを併用する工法が存在する（例えば、特許文献１等参照。）。この注入材併用工法においては、まず、瞬結性の注入材を一次注入して注入ロッド回りの閉塞や地盤の荒詰めを行い、次に、長結性の注入材を二次注入（浸透注入）して地盤固結体を造成する。
【０００３】
現在、この地盤改良工法においては、さまざまな成分の注入材が使用されており、その一例として、酸性シリカゾル（Ａ液）及び希釈水ガラス（Ｂ液）を２ショット注入してなる瞬結性注入材と、酸性シリカゾルからなる長結性注入材とを併用する形態が存在する（例えば、特許文献２の実施例４等参照。）。しかしながら、本出願人は、その後、ゲルタイムや浸透性等の点でより優れた長結性注入材を開発するに至った（特許文献３参照）。この長結性注入材は、水ガラス、硫酸等の中和剤及び水のほか、コロイダルシリカ及びクエン酸等の金属イオン封鎖剤が配合されたものである。
【０００４】
もっとも、現時点では、この長結性注入材に対応する瞬結性注入材が存在しない。したがって、注入材併用工法において当該長結性注入材を使用する場合は、酸性シリカゾル（Ａ液）及び希釈水ガラス（Ｂ液）を２ショット注入してなる瞬結性注入材等と組み合わせる必要がある。しかるに、この形態によると、瞬結性注入材のＡ液と長結性注入材とが異なることになり、薬液の管理等が煩瑣になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−６０８７６号公報
【特許文献２】特開平６−４９８３７号公報
【特許文献３】特開平１１−３２３３３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする主たる課題は、水ガラス、中和剤及び水のほか、コロイダルシリカ及び金属イオン封鎖剤が配合された長結性注入材と組み合わせて使用するに好適な瞬結性の地盤改良用注入材、及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題を解決した本発明は、次の通りである。
［請求項１記載の発明］
水ガラス、中和剤及び水と伴に、コロイダルシリカ及び金属イオン封鎖剤が配合された主材と、
この主材に混合される水ガラス及び水が配合された希釈水ガラスと、を有し、
前記主材及び前記希釈水ガラスの少なくとも一方にアルカリ金属塩が配合されている、
ことを特徴とする地盤改良用注入材。
【０００８】
［請求項２記載の発明］
前記希釈水ガラスは、モル比３．５以上の水ガラスが配合され、かつ前記アルカリ金属塩が水に対する濃度１％以上となるように配合されている、
請求項１記載の地盤改良用注入材。
【０００９】
［請求項３記載の発明］
前記アルカリ金属塩として、塩化ナトリウム、硫酸ナトリウム、硝酸ナトリウム、塩化カリウム、硫酸カリウム、硝酸カリウム、塩化リチウム、硫酸リチウム、硝酸リチウム、クエン酸ナトリウム、クエン酸カリウム、リンゴ酸ナトリウム、リンゴ酸カリウム、リン酸ナトリウム及びリン酸カリウムの群から選択されたいずれか一種以上が使用されている、
請求項１又は請求項２記載の地盤改良用注入材。
【００１０】
［請求項４記載の発明］
水ガラス、中和剤及び水と伴に、コロイダルシリカ及び金属イオン封鎖剤を配合して得た主材と、
この主材に混合される水ガラス及び水を配合して得た希釈水ガラスと、の少なくとも一方にアルカリ金属塩を配合する、
ことを特徴とする地盤改良用注入材の製造方法。
【００１１】
（主な作用効果）
水ガラス、中和剤及び水と伴に、コロイダルシリカ及び金属イオン封鎖剤が配合された主材に、水ガラス及び水が配合された希釈水ガラスを混合するものとし、かつ主材及び希釈水ガラスの少なくとも一方にアルカリ金属塩を配合するものとすると、ゲルタイムが確実に短くなる。そして、当該主材自体はゲルタイムが長いため長結性注入材として使用することができ、従って上記した課題が達成される。なお、ゲルダイムが確実に短くなるメカニズムは後述する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、水ガラス、中和剤及び水のほか、コロイダルシリカ及び金属イオン封鎖剤が配合された長結性注入材と組み合わせて使用するに好適な瞬結性の地盤改良用注入材、及びその製造方法となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】地盤改良用注入材の配合説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明の実施の形態を説明する。
本形態の地盤改良用注入材（以下、単に「本注入材」ともいう。）は、ゲルタイムの短い、例えば、４０秒以下、好ましくは８秒以下の瞬結性注入材であり、水ガラス、中和剤及び水のほか、コロイダルシリカ及び金属イオン封鎖剤が配合された従来の長結性注入材との組み合わせで使用するに好適な注入材である。具体的には、図１に示すように、主材（Ａ液）に希釈水ガラス（Ｂ液）を混合するものとし、かつ両者の少なくとも一方にアルカリ金属塩を配合する。以下、順に説明する。
【００１５】
［Ａ液（主材）］
本注入材のＡ液には、水ガラス、硫酸等の中和剤及び水と伴に、コロイダルシリカ及びクエン酸等の金属イオン封鎖剤が配合され、更に必要によりアルカリ金属塩が配合される。このＡ液に配合される水ガラスとしては、例えば、ＪＩＳ１４０８に規定の珪酸ソーダ（ＸＮａ2Ｏ・ＹＳｉＯ2）相当品、すなわち、ＪＩＳ１号、２号、３号水ガラスや、珪素を溶解してモル比４以上の高モル比とした水ガラス、脱アルカリして高モル比とした水ガラス等を使用することができる。また、ナトリウム以外のアルカリ金属、例えば、カリウムやリチウム等を成分とする水ガラスも適宜選択して使用することができる。なお、ＪＩＳ３号水ガラスは、ＳｉＯ2（２８〜３０質量％）、Ｎａ2Ｏ（９〜１０質量％）とされた水ガラスであり、モル比が２．８〜３．３３とされる。
【００１６】
この水ガラスは、硫酸等の中和剤、コロイダルシリカ及び金属イオン封鎖剤と配合（混合）してＡ液を生成するが、この硫酸等の中和剤等と配合する前に水と配合して希釈するのが好ましい。水ガラスを水で希釈しておくことで、中和剤と配合した際におけるゲル化を防止することができる。水ガラスの水による希釈は、シリカ濃度が２５（質量／容量）％以下となるように行うのが好ましく、１０〜２０（質量／容量）％となるように行うのがより好ましい。
【００１７】
ここで、水ガラスの希釈に使用する水は、水ガラスと配合するに先立って、アルカリ金属塩を配合（添加）しておくのが好ましい。このアルカリ金属塩の配合によって本注入材のゲルタイムを短く保つことができる。このアルカリ金属塩は、水に対して、例えば、濃度０．１〜１０％となるように、好ましくは１〜４％となるように配合することができる。ただし、瞬結性を示す本注入材のＡ液と長結性注入材とで同じ薬液を使用する場合は（図１参照）、塩害防止等の観点から、アルカリ金属塩は後述するＢ液に配合するものとし、Ａ液に配合する量は少なくし、又は配合しない方が好ましい。
【００１８】
なお、アルカリ金属塩の配合は、水ガラス及び水を配合するのと同時に、あるいは水ガラス及び水の配合に次いで行うこともできる。また、アルカリ金属塩の配合によってゲルタイムが短くなるとするメカニズムや、アルカリ金属塩の具体例等は、後述Ｂ液の詳細を説明する際に説明する。
【００１９】
以上のようにして水ガラス、水及びアルカリ金属塩を配合した混合液（アルカリ金属塩配合希釈水ガラス）には、硫酸等の中和剤、コロイダルシリカ及びクエン酸等の金属イオン封鎖剤を配合（混合）する。この配合は、得られるＡ液のｐＨが１〜５となるように行うのが好ましく、ｐＨが２．５〜４．５となるように行うのがより好ましい。ｐＨが１未満となるように配合すると、多量の余剰酸により地盤を酸性汚染するおそれがある。他方、ｐＨが５を超える配合では、Ａ液が不安定で作液時にゲル化するおそれがある。
【００２０】
水珪酸（Ｈ2ＳｉＯ2（ＯＨ）2）の酸解離定数はｐＫａ1＝９．８６、ｐＫａ2＝１３．１であるので、中和剤としては、その酸解離定数が９．８６以下の酸を使用するのが好ましい。酸解離定数が９．８６以下の酸としては、例えば、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸、ギ酸等を例示することができる。ただし、コストの観点からは硫酸を使用するのが好ましく、安定性の観点からは塩酸を使用するのが好ましい。これらの酸は、通常、水で希釈して使用され、例えば、７５％硫酸であれば１５〜６０Ｌ／ｍ3の割合で他の成分と配合される。
【００２１】
また、コロイダルシリカとしては、例えば、水ガラスに硫酸等の中和剤を反応させてアルカリを除去し、熟成してゾル状にしたもの、イオン交換等によって水ガラスからアルカリを除去して得たもの（透析珪酸）、金属珪素（シリコン）を原料として製造したもの、これらから２種以上を選択して混合したもの、等を使用することができる。なお、透析珪酸については、特開平１１−６１１２４号公報等を参考にすることができる。また、金属珪素からコロイダルシリカを製造する方法については、例えば、米国特許２６１４９９５号公報、米国特許２４７３２６０号公報、特開平６−３１６４０７号公報等を参考にすることができる。
【００２２】
ここで、コロイダルシリカとしては、水ガラスに中和剤を反応させて得たものよりも透析珪酸を使用するのが好ましく、金属珪素を原料として得たものを使用するのがより好ましい。この点、周知のように注入材がアルカリを含むと地盤固結体の耐久性が低下する。したがって、コロイダルシリカの配合によって水ガラスの配合を減らすのが好ましいが、水ガラスに硫酸等の中和剤を反応させてコロイダルシリカを得たとしてもアルカリは残留する。また、透析珪酸は残留するアルカリが少ないがゼロではない。これに対し、金属珪素はアルカリを含まないため、金属珪素を原料として得たコロイダルシリカもアルカリを含まず、従って最も好ましいコロイダルシリカとなる。
【００２３】
一方、金属イオン封鎖剤は、地盤中において注入材のゲルタイムが変動してしまうのを防止する効果を有する。金属イオン封鎖剤として、脂肪族オキシカルボン酸、例えば、クエン酸、酒石酸、グルコン酸等、縮合リン酸塩、例えば、ピロリン酸、トリリン酸、トリメタリン酸、テトラメタリン酸等のポリリン酸の塩、具体的には、ピロリン酸ナトリウム、酸性ピロリン酸ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウム、テトラポリリン酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム、酸性ヘキサメタリン酸ナトリウム又はこれらのカリウム塩等を使用することができる。また、エチレンジアミン四酢酸、ニトリロトリ酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸、ヒドロキシエチルエチレンジアミン三酢酸、プロピレンジアミン四酢酸、ビス（２−ヒドロキシフエニル酢酸）エチレンジアミン及びこれらの塩類等も使用することができる。ただし、経済性、実用性等の観点からは、クエン酸を使用するのが好ましい。
【００２４】
Ａ液中におけるコロイダルシリカ及びクエン酸の配合量は、コロイダルシリカをコロイダルシリカ由来ＳｉＯ2として１〜３５（質量／容量）％、クエン酸を０．１〜３０（質量／容量）％とするのが好ましく、コロイダルシリカをＳｉＯ2として２〜５（質量／容量）％、クエン酸を０．５〜２（質量／容量）％とするのがより好ましい。
【００２５】
［Ｂ液（反応材）］
本注入材のＢ液には、従来の希釈水ガラスに配合されていた水ガラス及び水のほか、必要によりアルカリ金属塩が配合される。このＢ液に配合される水ガラスとしては、Ａ液に配合される水ガラスと同様のものを使用することができる。ただし、Ｂ液に配合する水ガラスは、モル比が３．５以上であるのが好ましく、３．６〜４．５であるのがより好ましい。水ガラスのモル比が３．３未満であると、アルカリ金属塩が配合された水と配合する際に、ゲル化が生じるおそれがある。
【００２６】
水ガラスの希釈に使用する水は、水ガラスと配合するに先立って、アルカリ金属塩を配合（添加）しておくのが好ましい。このアルカリ金属塩の配合によって本注入材のゲルタイムを短く保つことができる。このゲルタイムが短く保たれるメカニズムを以下、説明する。
【００２７】
本形態の主材に希釈水ガラスを混合するとゲル化する主な要因としては、中和反応、及び塩（電解質）の存在が考えられる。中和反応によるゲル化は、シリカがｐＨ６〜８で不安定になることを原因として生じるものである。また、塩の存在によるゲル化は、水ガラス及び硫酸等の中和剤を配合した際に、硫酸ナトリウム等のアルカリ金属塩が生成されることを原因として生じるものである。つまり、シリカは、アルカリ側においてＮａ+とＳｉＯ32-とに電離することによって溶液状態を維持しているが、Ａ液に含まれるアルカリ金属塩によってＳｉＯ32-の電荷バランスが崩れ、ゲル化が生じることになる。
【００２８】
この点、主材のシリカ濃度が高い場合は、中和反応の進行が速く、また、主材に含まれるアルカリ金属塩の濃度が高いため、当該アルカリ金属塩の存在によるゲル化の進行も速くなる。しかるに、水ガラスやコロイダルシリカの配合量を減らしてシリカ濃度を下げると、中和反応が遅くなり、また、中和に際して生成されるアルカリ金属塩の濃度が低くなるため、ゲル化の進行が遅くなる。なお、単に高モル比の水ガラスを使用しても、主材に含まれるアルカリ金属塩の濃度が低くなるため、ゲル化の進行が遅くなる。
【００２９】
Ｂ液におけるアルカリ金属塩は、前述したＡ液（主材）におけるような塩害の問題が生じないため、水に対して、濃度１〜７％となるように配合するのが好ましく、濃度３〜６％となるように配合するのがより好ましい。なお、アルカリ金属塩の配合は、Ｂ液における場合も、水ガラス及び水を配合するのと同時に、あるいは水ガラス及び水の配合に次いで行うことができる。
【００３０】
Ａ液における場合も、Ｂ液における場合も、アルカリ金属塩としては、主材や希釈水ガラスと配合して不均一にゲル化しないものを使用するのが好ましい。したがって、ｐＨが変化するとゲルが生じ易くなるという観点から、中性塩を使用するのが好ましい。また、シリカとの反応性という観点からは、アルカリ土類金属塩ではなくアルカリ金属塩を使用するのが好ましい。なお、アルカリ土類金属塩を使用すると、不均一にゲル化するおそれがある。
【００３１】
中性のアルカリ金属塩としては、種々存在するが、塩化ナトリウム、硫酸ナトリウム、硝酸ナトリウム、塩化カリウム、硫酸カリウム、硝酸カリウム、塩化リチウム、硫酸リチウム、硝酸リチウムの群から選択されたいずれか一種以上を使用するのが好ましい。ただし、アルカリ塩ではあるが、クエン酸ナトリウム、クエン酸カリウム、リンゴ酸ナトリウム、リンゴ酸カリウム、リン酸ナトリウム及びリン酸カリウムも好適に使用することができ、これらのアルカリ塩及び上記中性塩の群から選択されたいずれか一種以上を使用するのが好ましい。
【００３２】
［適用例］
本注入材は、Ａ液（主材）及びＢ液（反応材）が２ショット注入されてなるものであり、前述特許文献１（特開平１０−６０８７６号公報）に開示されるようなロッド注入工法の瞬結性注入材（一次注入材）として使用することができるほか、特開平９−３８６８号公報に開示されるような二重管ダブルパッカー注入工法の瞬結性注入材としても使用することができる。本注入材によって注入管（注入ロッドやマンシェットチューブ等）回りの閉塞や地盤の荒詰め等が行われる。また、本注入材のＡ液は、そのままの状態で長結性注入材（二次注入材）としても使用することができ、土粒子間に浸透注入されることによって地盤固結体が造成される。
【実施例】
【００３３】
次に、本発明の実施例を説明する。
水ガラス、３０％コロイダルシリカ、７５％硫酸、５０％クエン酸、塩化ナトリウム及び水が配合されたＡ液（主材）と、水ガラス、塩化ナトリウム及び水が配合されたＢ液（反応材）とを２：１の容量割合で混合し、得られた混合液についてゲルタイムを測定した。Ａ液の配合割合を表１に、Ｂ液の配合割合を表２に示し、結果を表３に示した。
【００３４】
【表１】
【００３５】
【表２】
【００３６】
【表３】
【００３７】
表１のＡ１〜Ａ６は塩化ナトリウムを配合しない作液例であり、水ガラスの配合量や種類（３号又は５号）を変化させることによって、シリカ濃度を変化させている。また、表１のＡ７〜Ａ９は塩化ナトリウムを配合した作液例であり、塩化ナトリウムの配合量を変化させている。このＡ７〜Ａ９の作液例は、Ａ５の作液例と水ガラス等の配合量を同一としており、従ってシリカ濃度も同一である。
【００３８】
一方、表２のＢ２〜Ｂ５は塩化ナトリウムを配合した作液例であり、塩化ナトリウムの配合量を変化させている。このＢ２〜Ｂ５の作液例は、塩化ナトリウムを配合しない作液例であるＢ１と水ガラスの配合量及び種類を同一としており、従ってシリカ濃度も同一である。本実施においては、作液の際にゲル化するのを避けるために、全て水ガラスとして５号水ガラスを使用している。ただし、比較のために水ガラスの配合量を変えた作液例Ｂ６及びＢ７を示しており、この作液例Ｂ６及びＢ７は塩化ナトリウムも配合されていない。
【００３９】
なお、３号水ガラスの物性はＳｉＯ2 ２８．５％、Ｎａ2Ｏ ９．３％、モル比３．２であり、５号水ガラスの物性はＳｉＯ2 ２５．５％、Ｎａ2Ｏ ７．１％、モル比３．７であった。
【００４０】
（考察）
表３の測定結果から、Ａ液のシリカ濃度が低くなるとゲルタイムが長くなるが、塩化ナトリウムの配合によってゲルタイムを短くできることが知見された。また、Ｂ液に塩化ナトリウムを配合しない場合（作液例Ｂ１）の結果から、Ａ液に塩化ナトリウムを配合してもゲルタイムを短くできることが知見された。ただし、Ａ液に塩化ナトリウムを配合すると、前述したように塩害の問題が生じるため、Ｂ液に塩化ナトリウムを配合する方が好適である。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、ロッド注入工法や二重管ダブルパッカー注入工法の瞬結性注入材、及びその製造方法として適用可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水ガラス、中和剤及び水と伴に、コロイダルシリカ及び金属イオン封鎖剤が配合された主材と、
この主材に混合される水ガラス及び水が配合された希釈水ガラスと、を有し、
前記主材及び前記希釈水ガラスの少なくとも一方にアルカリ金属塩が配合されている、
ことを特徴とする地盤改良用注入材。
【請求項２】
前記希釈水ガラスは、モル比３．５以上の水ガラスが配合され、かつ前記アルカリ金属塩が水に対する濃度１％以上となるように配合されている、
請求項１記載の地盤改良用注入材。
【請求項３】
前記アルカリ金属塩として、塩化ナトリウム、硫酸ナトリウム、硝酸ナトリウム、塩化カリウム、硫酸カリウム、硝酸カリウム、塩化リチウム、硫酸リチウム、硝酸リチウム、クエン酸ナトリウム、クエン酸カリウム、リンゴ酸ナトリウム、リンゴ酸カリウム、リン酸ナトリウム及びリン酸カリウムの群から選択されたいずれか一種以上が使用されている、
請求項１又は請求項２記載の地盤改良用注入材。
【請求項４】
水ガラス、中和剤及び水と伴に、コロイダルシリカ及び金属イオン封鎖剤を配合して得た主材と、
この主材に混合される水ガラス及び水を配合して得た希釈水ガラスと、の少なくとも一方にアルカリ金属塩を配合する、
ことを特徴とする地盤改良用注入材の製造方法。
【請求項１】
水ガラス、中和剤及び水と伴に、コロイダルシリカ及び金属イオン封鎖剤が配合された主材と、
この主材に混合される水ガラス及び水が配合された希釈水ガラスと、を有し、
前記主材及び前記希釈水ガラスの少なくとも一方にアルカリ金属塩が配合されている、
ことを特徴とする地盤改良用注入材。
【請求項２】
前記希釈水ガラスは、モル比３．５以上の水ガラスが配合され、かつ前記アルカリ金属塩が水に対する濃度１％以上となるように配合されている、
請求項１記載の地盤改良用注入材。
【請求項３】
前記アルカリ金属塩として、塩化ナトリウム、硫酸ナトリウム、硝酸ナトリウム、塩化カリウム、硫酸カリウム、硝酸カリウム、塩化リチウム、硫酸リチウム、硝酸リチウム、クエン酸ナトリウム、クエン酸カリウム、リンゴ酸ナトリウム、リンゴ酸カリウム、リン酸ナトリウム及びリン酸カリウムの群から選択されたいずれか一種以上が使用されている、
請求項１又は請求項２記載の地盤改良用注入材。
【請求項４】
水ガラス、中和剤及び水と伴に、コロイダルシリカ及び金属イオン封鎖剤を配合して得た主材と、
この主材に混合される水ガラス及び水を配合して得た希釈水ガラスと、の少なくとも一方にアルカリ金属塩を配合する、
ことを特徴とする地盤改良用注入材の製造方法。
【図１】
【公開番号】特開２０１３−１０８３０（Ｐ２０１３−１０８３０Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４３１９２（Ｐ２０１１−１４３１９２）
【出願日】平成２３年６月２８日（２０１１．６．２８）
【出願人】（０００１１５４６３）ライト工業株式会社 (137)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２８日（２０１１．６．２８）
【出願人】（０００１１５４６３）ライト工業株式会社 (137)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]