説明

地盤硬化方法

【課題】セメントとアルカリ剤とを混合して硬化剤の水性液を調製するときに、双方を混合してから比較的長時間アルカリ剤のゲル化に対する遅延効果を持続させ、よってかかる硬化剤の水性液を酸性水ガラスの水性液と混合したときに、短時間のうちに不均一なゲルが生成するのを防止して、充分な強度、特に初期強度を発現させることができる地盤硬化方法を提供する。
【解決手段】地盤中に、薬液として、水ガラスを酸で処理した酸性水ガラスの水性液と、セメント及びアルカリ剤を含有する硬化剤の水性液とを注入し、該地盤を硬化させる方法において、硬化剤の成分として更にオキシカルボン酸及びその塩から選ばれる少なくとも一つを用いた。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は地盤硬化方法に関する。地盤の強化や止水を図るため、地盤中に薬液を注入して該地盤を硬化させることが行なわれる。本発明は、かかる地盤硬化方法のうちで、地盤中に、薬液として、水ガラスを酸で処理した酸性水ガラスの水性液と、セメント及びアルカリ剤を含有する硬化剤の水性液とを注入する方法の改良に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、地盤中に、薬液として、水ガラスを酸で処理した酸性水ガラスの水性液と、セメント及びアルカリ剤を含有する硬化剤の水性液とを注入し、該地盤を硬化させる方法が知られている。かかる従来法には、硬化剤の成分として、セメントの他に、アルカリ剤のみを用いる方法(例えば特許文献1及び2参照)、アルカリ剤及び高炉スラグを用いる方法(例えば特許文献3参照)等がある。
【0003】
しかし、これらの従来法には、セメントとアルカリ剤とを混合して硬化剤の水性液を調製するときに、双方を混合してから比較的短時間のうちにアルカリ剤のゲル化に対する遅延効果が低下し、そのような硬化剤の水性液を酸性水ガラスの水性液と混合すると、短時間で不均一なゲルが生成して、充分な強度、特に初期強度が発現しないという問題があり、更に高炉スラグを用いる場合には、異臭が発生するという問題もある。従来法では、セメントとアルカリ剤とを混合して硬化剤の水性液を調製するときは、これを短時間のうちに、通常は30〜40分のうちに使い切ることが求められるのであるが、このようなことは地盤硬化の作業現場における実情に全くそぐわない。
【特許文献1】特開昭52−65917号公報
【特許文献2】特開昭60−4586号公報
【特許文献3】特開昭52−99608号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明が解決しようとする課題は、地盤中に、薬液として、水ガラスを酸で処理した酸性水ガラスの水性液と、セメント及びアルカリ剤を含有する硬化剤の水性液とを注入して該地盤を硬化させるに際し、セメントとアルカリ剤とを混合して硬化剤の水性液を調製するときに、双方を混合してから比較的長時間アルカリ剤のゲル化に対する遅延効果を持続させ、よってかかる硬化剤の水性液を酸性水ガラスの水性液と混合したときに、短時間のうちに不均一なゲルが生成するのを防止して、充分な強度、特に初期強度を発現させることができる地盤硬化方法を提供する処にある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
前記の課題を解決する本発明は、地盤中に、薬液として、水ガラスを酸で処理した酸性水ガラスの水性液と、セメント及びアルカリ剤を含有する硬化剤の水性液とを注入し、該地盤を硬化させる方法において、硬化剤の成分として更にオキシカルボン酸及びその塩から選ばれる少なくとも一つを用いることを特徴とする地盤硬化方法に係る。
【0006】
本発明に係る地盤硬化方法(以下単に本発明の方法という)でも、地盤中に、薬液として、水ガラスを酸で処理した酸性水ガラスの水性液と、セメント及びアルカリ剤を含有する硬化剤の水性液とを注入し、該地盤を硬化させる。本発明の方法において、水ガラスとしては、市販されている任意の水ガラスを使用でき、通常はJIS3号の水ガラスを使用するが、NaO1モル当たりSiOを3.3モル以上の割合で含有するSiO高モル比のものや、水ガラス中のナトリウムをイオン交換樹脂やイオン交換膜で強制的に低減したSiO超高モル比のものを使用すると、結果としてナトリウム塩、例えばNaSOの生成を少なくでき、土壌への環境負荷を少なくできる。また本発明の方法において、かかる水ガラスを処理するための酸としては、各種の無機酸や有機酸を使用できるが、通常は経済的な観点から硫酸を使用する。
【0007】
前記のような水ガラス又はその水希釈液と、前記のような酸又はその水希釈液とを混合して、酸性水ガラスの水性液を調製する。ここで水性液というのは、水をベースとする溶液、乳化液、分散液又は懸濁液を意味し、これは後述する硬化剤の水性液についても同様である。本発明の方法において、酸性水ガラスの水性液は、固形分を通常は5〜25質量%、好ましくは10〜20質量%含有するものとし、またpHを通常は4以下、好ましくは2以下に調整したものとする。
【0008】
本発明の方法では、硬化剤の水性液として、セメント及びアルカリ剤を含有し、更にオキシカルボン酸及びその塩から選ばれる少なくとも一つを含有する水性液を用いる。セメントとしては、普通ポルトランドセメントや早強ポルトランドセメント等のポルトランドセメントの他に、高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメント、スラグセメント、アルミナセメント、コロイドセメント等の混合セメントや特殊セメントを使用できる。またアルカリ剤としては、それ自体は公知の各種を使用できるが、使用の便宜上から通常は水に可溶性のもの、なかでも経済的な観点からアルカリ金属の水酸化物、炭酸化物及び炭酸水素化物から選ばれるもの、具体的には、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム等を使用する。
【0009】
本発明の方法において、オキシカルボン酸及びその塩としては、それ自体は公知の各種を使用できるが、使用の便宜上から通常は水に可溶性のもの、なかでも経済的な観点から脂肪族オキシカルボン酸及びそのアルカリ金属塩から選ばれるもの、具体的には、乳酸、リンゴ酸、クエン酸、酒石酸、グルコン酸及びそのナトリウム塩やカリウム塩から選ばれるものを使用する。
【0010】
前記のようなセメント又はその水混練物と、前記のようなアルカリ剤又はその水希釈液と、前記のようなオキシカルボン酸及びその塩から選ばれるもの又はその水希釈液とを混合して、硬化剤の水性液を調製する。本発明の方法において、硬化剤の水性液は、セメント100質量部当たり、アルカリ剤を通常は0.5〜5質量部、好ましくは2〜4質量部、またオキシカルボン酸及びその塩から選ばれるものを通常は0.25〜3質量部、好ましくは1〜2質量部の割合で含有するものとし、またセメントを含みこれらを合計した固形分として通常は20〜60質量%、好ましくは30〜50質量%含有するものとする。
【0011】
前記したように、本発明の方法でも、地盤中に薬液として酸性水ガラスの水溶液と硬化剤の水性液とを注入する。かかる注入は、1)双方の水性液を事前に混合しておいてから地盤中に注入する方法、2)双方の水性液を注入管内にて合流させることにより混合しつつ地盤中に注入する方法、3)双方の水性液を地盤中に注入した直後に混合する方法等、いずれでもよい。もっとも、地盤硬化の作業現場における実情からは、酸性水ガラスの水性液として固形分を5〜25質量%含有する水性液を調製し、また硬化剤の水性液として固形分を20〜60質量%含有する水性液を調製して、双方を、酸性水ガラスの水性液/硬化剤の水性液=1/20〜3/1(質量比)の割合となるよう、注入管内にて合流させることにより混合しつつ地盤中に注入する方法が好ましい。
【発明の効果】
【0012】
本発明の方法によると、地盤中に、薬液として、水ガラスを酸で処理した酸性水ガラスの水性液と、セメント及びアルカリ剤を含有する硬化剤の水性液とを注入し、該地盤を硬化させるときに、硬化剤の水性液中におけるアルカリ剤のゲル化に対する遅延効果を持続させることができ、よって双方の水性液を混合したときに、短時間のうちに不均一なゲルが生成するのを防止して、充分な強度、特に初期強度を発現させることができる。
【実施例】
【0013】
試験区分1(水性液の調製)
酸性水ガラスの水性液(A液)の調製
NaO1モル当たりSiOを3.4モルの割合で含有するSiO高モル比の水ガラス40mlに水60mlを混合して水ガラスの水希釈液100mlを調製した。別に、水93mlに78%(質量%、%は以下同じ)硫酸7mlを混合し、更に前記の水ガラスの水希釈液100mlを混合して酸性水ガラスの水性液(A−1液)200mlを調製した。このA−1液のpHは0.39、固形分は11.7%であった。
【0014】
硬化剤の水溶液(B液)の調製
水175mlに、アルカリ剤として炭酸ナトリウム2g、オキシカルボン酸としてクエン酸1g及び普通ポルトランドセメント75gを混合して硬化剤の水性液(B−1液)200mlを調製した。このB−1液の固形分は31%であった。同様にして他の硬化剤の水性液(B−2液〜B−6液)を各200ml調製した。これらの内容を表1にまとめて示した。
【0015】
【表1】

【0016】
試験区分2
実施例1〜3及び比較例1〜3
いずれの各例も、A液としては前記のA−1液200mlを用い、またB液として、実施例1ではB−1液200mlを用いて、同様に実施例2、3及び比較例1〜3ではB−2液〜B−6液200mlを用いて、双方を混合した。
【0017】
前記のB−1液〜B−6液として、調製直後、30分経過後、60分経過後及び120分経過後のものを用い、これらを前記のA−1液と混合し、混合してから10分経過後に、生成ゲルの一軸圧縮強度(kN/m)を測定した。結果を表2及び図1に示した。表2中の数値は、B液調製後の経過時間(分)による生成ゲルの一軸圧縮強度(kN/m)の変化を示している。また図1中、11は実施例1について、12は実施例2について、13は実施例3について、14は比較例1について、15は比較例2について、16は比較例3について、B液調製後の経過時間による生成ゲルの一軸圧縮強度(kN/m)の変化を示している。表2及び図1からも明らかなように、オキシカルボン酸やその塩を含有しないB液を用いた各比較例では、B液を調製してから短時間のうちにB液中におけるアルカリ剤のゲル化に対する遅延効果が失われ、これらのうちでは相応によい結果のB−4液を用いた比較例1でも、B−4液を調製してからほぼ40分程度経過後にはB−4液中のアルカリ剤のゲル化に対する遅延効果が失われ、その結果として生成ゲルの一軸圧縮強度が著しく低くなっているのに対し、オキシカルボン酸やその塩を含有するB液を用いた各実施例では、調製してから120分経過したB液を用いても、B液中におけるアルカリ剤のゲル化に対する遅延効果は失われず、その結果として充分に高い一軸圧縮強度の生成ゲルが得られている。
【0018】
【表2】

【0019】
前記のB−1液〜B−6液として、調製してから60分経過後のものを用い、これらを前記のA−1液と混合し、混合してから10分経過後、1時間経過後、1日経過後、5日経過後、7日経過後に、生成ゲルの一軸圧縮強度(kN/m)を測定した。結果を表3及び図2に示した。表3中の数値は、双方混合後の経過時間に対する生成ゲルの一軸圧縮強度(kN/m)の変化を示している。また図2中、21は実施例1について、22は実施例2について、23は実施例3について、24は比較例1について、25は比較例2について、26は比較例3について、双方混合後の経過時間による生成ゲルの一軸圧縮強度(kN/m)の変化を示している。表3及び図2からも明らかなように、オキシカルボン酸やその塩を含有しないB液を用いた各比較例では、それを調製してから60分経過しているB液を用いているため、生成ゲルの一軸圧縮強度が著しく低くなっているのに対し、オキシカルボン酸やその塩を含有するB液を用いた各実施例では、充分に高い一軸圧縮強度の生成ゲルが得られている。
【0020】
【表3】

【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】B液調製後の経過時間と得られる生成ゲルの一軸圧縮強度との関係を示すグラフ。
【図2】それを調製してから60分経過後のB液とA液とを混合したときの混合後の経過日数と得られる生成ゲルの一軸圧縮強度との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【0022】
11〜13,21〜23 実施例の一軸圧縮強度の変化を示す曲線
14〜16,24〜26 比較例の一軸圧縮強度の変化を示す曲線

【特許請求の範囲】
【請求項1】
地盤中に、薬液として、水ガラスを酸で処理した酸性水ガラスの水性液と、セメント及びアルカリ剤を含有する硬化剤の水性液とを注入し、該地盤を硬化させる方法において、硬化剤の成分として更にオキシカルボン酸及びその塩から選ばれる少なくとも一つを用いることを特徴とする地盤硬化方法。
【請求項2】
アルカリ剤が、アルカリ金属の水酸化物、炭酸化物及び炭酸水素化物から選ばれる少なくとも一つである請求項1記載の地盤硬化方法。
【請求項3】
オキシカルボン酸及びその塩が、脂肪族オキシカルボン酸及びそのアルカリ金属塩である請求項1又は2記載の地盤硬化方法。
【請求項4】
酸性水ガラスの水性液が、pH4以下に調整したものである請求項1〜3のいずれか一つの項記載の地盤硬化方法。
【請求項5】
硬化剤の水性液が、セメント100質量部当たり、アルカリ剤を0.5〜5質量部、またオキシカルボン酸及びその塩から選ばれるものを0.25〜3質量部の割合で含有するものである請求項1〜4のいずれか一つの項記載の地盤硬化方法。
【請求項6】
酸性水ガラスの水性液として固形分を5〜25質量%含有する水性液を調製し、また硬化剤の水性液として固形分を20〜60質量%含有する水性液を調製して、双方を、酸性水ガラスの水性液/硬化剤の水性液=1/20〜3/1(質量比)の割合となるよう地盤中に注入する請求項1〜5のいずれか一つの項記載の地盤硬化方法。
【請求項7】
酸性水ガラスの水性液と硬化剤の水性液とを注入管内にて合流させつつ地盤中に注入する請求項1〜6のいずれか一つの項記載の地盤硬化方法。

【図1】
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【図2】
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【公開番号】特開2008−7662(P2008−7662A)
【公開日】平成20年1月17日(2008.1.17)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−180593(P2006−180593)
【出願日】平成18年6月30日(2006.6.30)
【出願人】(597006300)愛知珪曹工業株式会社 (1)
【Fターム(参考)】