薬液注入工法及び注入材
【課題】ポリ塩化アルミニウムの添加量や練置き時間に基づくことなく注入材のゲルタイムを調節することができる薬液注入工法とする。
【解決手段】水ガラス及び中和剤たる酸を混合した後、ポリ塩化アルミニウムを添加して得た注入材を地盤に注入する薬液注入工法であって、前記水ガラスのモル比（［ＳｉＯ2］／［Ｎａ2Ｏ］）に基づいて前記注入材のゲルタイムを調節する。
【解決手段】水ガラス及び中和剤たる酸を混合した後、ポリ塩化アルミニウムを添加して得た注入材を地盤に注入する薬液注入工法であって、前記水ガラスのモル比（［ＳｉＯ2］／［Ｎａ2Ｏ］）に基づいて前記注入材のゲルタイムを調節する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤改良等を目的とする薬液注入工法及びこの工法に使用する注入材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、薬液注入工法に使用する注入材（薬液）としては、酸等の反応剤を添加してゲル化させる水ガラス系のグラウトが汎用されていた。しかしながら、水ガラスが高アルカリ性であるため、水ガラス系のグラウトを使用すると、注入地盤がｐＨ１０〜１２程度のアルカリ性になる。その結果、注入地盤の地下水がアルカリ性になる等の問題が生じる。また、水ガラス系のグラウトを使用すると、ゲル化しなかった水ガラスが地盤から溶出するため、耐久性に劣るとの問題も生じる。
【０００３】
そこで、現在では、水ガラス及び中和剤たる酸を混合して非アルカリ性又は酸性のシリカゾルグラウトを得、このシリカゾルグラウトを注入材として使用する方法（工法）が提案されている。この方法は、水ガラスを原料とするものの、シリカ粒子をゾル状に加工したうえで地盤に注入するものであり、上記水ガラス系のグラウトを使用した場合におけるような問題が生じない。もっとも、この従来のシリカゾルグラウトはゲルタイム（ゲル化時間）を調節するのが難しいとの問題を有している。
【０００４】
そこで、ゲルタイムを自由に調節することができる注入材として、「酸性液中に水ガラスを混入してなったｐＨ１〜４の酸性シリカゾルにポリ塩化アルミニウムを添加してなったことを特徴とする酸性シリカゾルの地盤注入薬剤」が提案されている（特許文献１の特許請求の範囲（２）参照）。この提案は、「ＰＡＣ添加量とゲル化時間の関係はｐＨとゲル化時間の関係に比べ、緩慢であり、通常要求される１０分〜２時間程度のゲル化時間に自由に調整できる」とする。しかしながら、本発明者は、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）の添加量に基づくことなく注入材のゲルタイムを調節することができないかを更に模索した。この点、特許文献１は、酸性シリカゾル液（Ａ液）の調整後、ＰＡＣ液（Ｂ液）を添加するまでの練おき時間に基づいてもゲルタイムを調整できるとしている。しかしながら、練おき時間を設けることは製造効率の低下に繋がる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５９−１９６３８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
発明が解決しようとする主たる課題は、ポリ塩化アルミニウムの添加量や練置き時間に基づくことなく注入材のゲルタイムを調節することができる薬液注入工法及び注入材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］
水ガラス及び中和剤たる酸を混合して得た酸性シリカゾルに、ポリ塩化アルミニウムを添加して得た注入材を地盤に注入する薬液注入工法であって、
前記水ガラスのモル比（［ＳｉＯ2］／［Ｎａ2Ｏ］）に基づいて前記注入材のゲルタイムを調節する、
ことを特徴とする薬液注入工法。
【０００８】
［請求項２記載の発明］
前記ポリ塩化アルミニウムの添加は、水ガラス及び酸の混合後、５分以内に行う、
請求項１記載の薬液注入工法。
【０００９】
［請求項３記載の発明］
水ガラス及び中和剤たる酸を混合した後、ポリ塩化アルミニウムを添加して得た注入材であって、
前記水ガラスのモル比（［ＳｉＯ2］／［Ｎａ2Ｏ］）が４．５以上である、
ことを特徴とする注入材。
【００１０】
（主な作用効果）
後述するように水ガラスのモル比（［ＳｉＯ2］／［Ｎａ2Ｏ］）に基づいて注入材のゲルタイムを調節することができる。したがって、本発明によれば、ポリ塩化アルミニウムの濃度や練置き時間に基づくことなくゲルタイムを調節することができ、例えば、練置き時間を５分以下にする等して注入材の製造効率を向上させることができる。また、モル比が４．５以上であれば、モル比４で練置き時間３０分とするよりもゲルタイムを短くすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、ポリ塩化アルミニウムの添加量や練置き時間に基づくことなくゲルタイムを調節することができる薬液注入工法及び注入材となる。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明の実施の形態を説明する。
本形態の薬液注入工法は、水ガラス及び中和剤たる酸を混合して得た酸性シリカゾルに、ポリ塩化アルミニウムを添加して得た注入材を地盤に注入するものである。
【００１３】
水ガラスとしては、例えば、予備試験等を行って水ガラスのモル比（［ＳｉＯ2］／［Ｎａ2Ｏ］）とゲルタイムとの関係式を導き出しておき、この関係式に基づいて所望とするゲルタイムに対応するモル比の水ガラスを選択して使用する。
【００１４】
選択可能な水ガラスとしては、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例示することができる。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選択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％）及び水（残部）からなる水ガラスであり、モル比が２．８〜３．３３である。
【００１５】
本形態において、注入材のゲルタイムを短くする場合は、モル比４．５以上の水ガラスを使用するのが好ましい。モル比４．５以上の水ガラスを使用すれば、モル比４の水ガラスを使用し、後述する練置き時間を３０分とする場合よりも注入材のゲルタイムを短くすることができる。
【００１６】
水ガラスは、中和剤たる酸と混合するに先立って水で希釈するのが好ましい。水ガラスを水で希釈しておくと、酸を添加した際における水ガラスのゲル化を防止することができる。水での希釈は、シリカ濃度が１５（質量／容量）％以下となるように行うのが好ましく、５〜１３（質量／容量）％となるように行うのがより好ましい。
【００１７】
水で希釈して得た水ガラス水溶液は、中和剤たる酸と混合する。この混合は、得られる混合液（酸性シリカゾル）のｐＨが、１〜４となるように行うのが好ましく、１〜３となるように行うのがより好ましい。ｐＨが１未満となるように混合すると、多量の余剰酸により地盤を酸性汚染する懸念がある。他方、ｐＨが３を超える混合では、酸性シリカゾルが不安定で作液時にゲル化する可能性が増大する。
【００１８】
水珪酸（Ｈ2ＳｉＯ2（ＯＨ）2）の酸解離定数は、ｐＫａ１＝９．８６、ｐＫａ２＝１３．１なので、水ガラスと混合する酸としては、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、クエン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混合するのが好ましく、安定性の観点からは塩酸を混合するのが好ましい。
【００１９】
水ガラス及び酸は、ポリ塩化アルミニウムを添加するに先立って、撹拌・放置等をする練置きを行い、この練置きの時間に基づいてゲルタイムを調節することもできる。ただし、本形態においては、練置きを行わなくてもゲルタイムを調節することができる。したがって、製造効率の観点からは、練置き時間を５分以内にするのが好ましく、練置き時間を設けないのがより好ましい。なお、練置き時間は、水ガラス及び酸の混合後、ポリ塩化アルミニウムを添加するまでの時間をいう。
【００２０】
水ガラス及び酸の混合液に添加するポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）の一般式は、（Ａｌ2（ＯＨ）nＣｌ6-n）mであり、１≦ｎ≦５、ｍ≦１０、塩基度＝ｎ／６×１００％（４５〜６５％）である。
【００２１】
ポリ塩化アルミニウムの添加は、例えば、注入管に通す前の混合液に対して行っても、注入管を通る混合液に対して行っても、注入管の先端部で混合液と合流させることによってもよい。ポリ塩化アルミニウムは、例えば、Ａｌ2Ｏ3換算で１０〜１１％の水溶液として添加することができる。
【実施例】
【００２２】
次に、水ガラスのモル比（［ＳｉＯ2／Ｎａ2Ｏ］）に基づいて注入材のゲルタイムを調節できることを明らかにする実施例を説明する。
水ガラス及び７５％硫酸を混合し、ポリ塩化アルミニウムを添加して注入材を得るにあたって、水ガラスのモル比や混合割合、練置き時間、ポリ塩化アルミニウムの添加量等を、表１に示すように変化させて、各試験例における注入材のゲルタイムを測定した。結果も表１に示した。また、一部の試験例について、材令１日（σ１）及び材令７日（σ７）における一軸強度を測定した。この結果は、表２に示した。
【００２３】
なお、使用した水ガラスは、ＪＩＳ３号水ガラス（ＳｉＯ2 ２８．５重量％、Ｎａ2Ｏ ９．３重量％、モル比３．２）、５号水ガラス（ＳｉＯ2 ２５．５重量％、Ｎａ2Ｏ ７．１重量％、モル比３．７）、４号水ガラス（ＳｉＯ2 ２４．０重量％、Ｎａ2Ｏ ６．２重量％、モル比４．０）、特殊水ガラス（ＳｉＯ2 １８．２重量％、Ｎａ2Ｏ ４．２重量％、モル比４．５）である。また。使用したポリ塩化アルミニウムは、水道用ポリ塩化アルミニウム溶液（Ａｌ2Ｏ3 １０．０重量％、塩基度５４．６重量％）である。
【００２４】
【表１】
【００２５】
【表２】
【００２６】
表１から明らかなように、水ガラスのモル比に基づけば、ポリ塩化アルミニウムの添加量や練置き時間に基づくことなく注入材のゲルタイムを調節することができることが分かる。また、試験例８及び９、試験例１３及び１４、並びに試験例１８及び１９の各対比から、モル比４．５以上の水ガラスを使用すれば、モル比４の水ガラスを使用し、練置き時間を３０分とするよりもゲルタイムを短くできることが分かる。さらに、表２から明らかなように、ポリ塩化アルミニウムを添加すると、特に初期強度が十分に高くなることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、地盤改良等を目的とする薬液注入工法及びこの工法に使用する注入材として適用可能である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤改良等を目的とする薬液注入工法及びこの工法に使用する注入材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、薬液注入工法に使用する注入材（薬液）としては、酸等の反応剤を添加してゲル化させる水ガラス系のグラウトが汎用されていた。しかしながら、水ガラスが高アルカリ性であるため、水ガラス系のグラウトを使用すると、注入地盤がｐＨ１０〜１２程度のアルカリ性になる。その結果、注入地盤の地下水がアルカリ性になる等の問題が生じる。また、水ガラス系のグラウトを使用すると、ゲル化しなかった水ガラスが地盤から溶出するため、耐久性に劣るとの問題も生じる。
【０００３】
そこで、現在では、水ガラス及び中和剤たる酸を混合して非アルカリ性又は酸性のシリカゾルグラウトを得、このシリカゾルグラウトを注入材として使用する方法（工法）が提案されている。この方法は、水ガラスを原料とするものの、シリカ粒子をゾル状に加工したうえで地盤に注入するものであり、上記水ガラス系のグラウトを使用した場合におけるような問題が生じない。もっとも、この従来のシリカゾルグラウトはゲルタイム（ゲル化時間）を調節するのが難しいとの問題を有している。
【０００４】
そこで、ゲルタイムを自由に調節することができる注入材として、「酸性液中に水ガラスを混入してなったｐＨ１〜４の酸性シリカゾルにポリ塩化アルミニウムを添加してなったことを特徴とする酸性シリカゾルの地盤注入薬剤」が提案されている（特許文献１の特許請求の範囲（２）参照）。この提案は、「ＰＡＣ添加量とゲル化時間の関係はｐＨとゲル化時間の関係に比べ、緩慢であり、通常要求される１０分〜２時間程度のゲル化時間に自由に調整できる」とする。しかしながら、本発明者は、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）の添加量に基づくことなく注入材のゲルタイムを調節することができないかを更に模索した。この点、特許文献１は、酸性シリカゾル液（Ａ液）の調整後、ＰＡＣ液（Ｂ液）を添加するまでの練おき時間に基づいてもゲルタイムを調整できるとしている。しかしながら、練おき時間を設けることは製造効率の低下に繋がる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５９−１９６３８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
発明が解決しようとする主たる課題は、ポリ塩化アルミニウムの添加量や練置き時間に基づくことなく注入材のゲルタイムを調節することができる薬液注入工法及び注入材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］
水ガラス及び中和剤たる酸を混合して得た酸性シリカゾルに、ポリ塩化アルミニウムを添加して得た注入材を地盤に注入する薬液注入工法であって、
前記水ガラスのモル比（［ＳｉＯ2］／［Ｎａ2Ｏ］）に基づいて前記注入材のゲルタイムを調節する、
ことを特徴とする薬液注入工法。
【０００８】
［請求項２記載の発明］
前記ポリ塩化アルミニウムの添加は、水ガラス及び酸の混合後、５分以内に行う、
請求項１記載の薬液注入工法。
【０００９】
［請求項３記載の発明］
水ガラス及び中和剤たる酸を混合した後、ポリ塩化アルミニウムを添加して得た注入材であって、
前記水ガラスのモル比（［ＳｉＯ2］／［Ｎａ2Ｏ］）が４．５以上である、
ことを特徴とする注入材。
【００１０】
（主な作用効果）
後述するように水ガラスのモル比（［ＳｉＯ2］／［Ｎａ2Ｏ］）に基づいて注入材のゲルタイムを調節することができる。したがって、本発明によれば、ポリ塩化アルミニウムの濃度や練置き時間に基づくことなくゲルタイムを調節することができ、例えば、練置き時間を５分以下にする等して注入材の製造効率を向上させることができる。また、モル比が４．５以上であれば、モル比４で練置き時間３０分とするよりもゲルタイムを短くすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、ポリ塩化アルミニウムの添加量や練置き時間に基づくことなくゲルタイムを調節することができる薬液注入工法及び注入材となる。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明の実施の形態を説明する。
本形態の薬液注入工法は、水ガラス及び中和剤たる酸を混合して得た酸性シリカゾルに、ポリ塩化アルミニウムを添加して得た注入材を地盤に注入するものである。
【００１３】
水ガラスとしては、例えば、予備試験等を行って水ガラスのモル比（［ＳｉＯ2］／［Ｎａ2Ｏ］）とゲルタイムとの関係式を導き出しておき、この関係式に基づいて所望とするゲルタイムに対応するモル比の水ガラスを選択して使用する。
【００１４】
選択可能な水ガラスとしては、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例示することができる。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選択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％）及び水（残部）からなる水ガラスであり、モル比が２．８〜３．３３である。
【００１５】
本形態において、注入材のゲルタイムを短くする場合は、モル比４．５以上の水ガラスを使用するのが好ましい。モル比４．５以上の水ガラスを使用すれば、モル比４の水ガラスを使用し、後述する練置き時間を３０分とする場合よりも注入材のゲルタイムを短くすることができる。
【００１６】
水ガラスは、中和剤たる酸と混合するに先立って水で希釈するのが好ましい。水ガラスを水で希釈しておくと、酸を添加した際における水ガラスのゲル化を防止することができる。水での希釈は、シリカ濃度が１５（質量／容量）％以下となるように行うのが好ましく、５〜１３（質量／容量）％となるように行うのがより好ましい。
【００１７】
水で希釈して得た水ガラス水溶液は、中和剤たる酸と混合する。この混合は、得られる混合液（酸性シリカゾル）のｐＨが、１〜４となるように行うのが好ましく、１〜３となるように行うのがより好ましい。ｐＨが１未満となるように混合すると、多量の余剰酸により地盤を酸性汚染する懸念がある。他方、ｐＨが３を超える混合では、酸性シリカゾルが不安定で作液時にゲル化する可能性が増大する。
【００１８】
水珪酸（Ｈ2ＳｉＯ2（ＯＨ）2）の酸解離定数は、ｐＫａ１＝９．８６、ｐＫａ２＝１３．１なので、水ガラスと混合する酸としては、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、クエン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混合するのが好ましく、安定性の観点からは塩酸を混合するのが好ましい。
【００１９】
水ガラス及び酸は、ポリ塩化アルミニウムを添加するに先立って、撹拌・放置等をする練置きを行い、この練置きの時間に基づいてゲルタイムを調節することもできる。ただし、本形態においては、練置きを行わなくてもゲルタイムを調節することができる。したがって、製造効率の観点からは、練置き時間を５分以内にするのが好ましく、練置き時間を設けないのがより好ましい。なお、練置き時間は、水ガラス及び酸の混合後、ポリ塩化アルミニウムを添加するまでの時間をいう。
【００２０】
水ガラス及び酸の混合液に添加するポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）の一般式は、（Ａｌ2（ＯＨ）nＣｌ6-n）mであり、１≦ｎ≦５、ｍ≦１０、塩基度＝ｎ／６×１００％（４５〜６５％）である。
【００２１】
ポリ塩化アルミニウムの添加は、例えば、注入管に通す前の混合液に対して行っても、注入管を通る混合液に対して行っても、注入管の先端部で混合液と合流させることによってもよい。ポリ塩化アルミニウムは、例えば、Ａｌ2Ｏ3換算で１０〜１１％の水溶液として添加することができる。
【実施例】
【００２２】
次に、水ガラスのモル比（［ＳｉＯ2／Ｎａ2Ｏ］）に基づいて注入材のゲルタイムを調節できることを明らかにする実施例を説明する。
水ガラス及び７５％硫酸を混合し、ポリ塩化アルミニウムを添加して注入材を得るにあたって、水ガラスのモル比や混合割合、練置き時間、ポリ塩化アルミニウムの添加量等を、表１に示すように変化させて、各試験例における注入材のゲルタイムを測定した。結果も表１に示した。また、一部の試験例について、材令１日（σ１）及び材令７日（σ７）における一軸強度を測定した。この結果は、表２に示した。
【００２３】
なお、使用した水ガラスは、ＪＩＳ３号水ガラス（ＳｉＯ2 ２８．５重量％、Ｎａ2Ｏ ９．３重量％、モル比３．２）、５号水ガラス（ＳｉＯ2 ２５．５重量％、Ｎａ2Ｏ ７．１重量％、モル比３．７）、４号水ガラス（ＳｉＯ2 ２４．０重量％、Ｎａ2Ｏ ６．２重量％、モル比４．０）、特殊水ガラス（ＳｉＯ2 １８．２重量％、Ｎａ2Ｏ ４．２重量％、モル比４．５）である。また。使用したポリ塩化アルミニウムは、水道用ポリ塩化アルミニウム溶液（Ａｌ2Ｏ3 １０．０重量％、塩基度５４．６重量％）である。
【００２４】
【表１】
【００２５】
【表２】
【００２６】
表１から明らかなように、水ガラスのモル比に基づけば、ポリ塩化アルミニウムの添加量や練置き時間に基づくことなく注入材のゲルタイムを調節することができることが分かる。また、試験例８及び９、試験例１３及び１４、並びに試験例１８及び１９の各対比から、モル比４．５以上の水ガラスを使用すれば、モル比４の水ガラスを使用し、練置き時間を３０分とするよりもゲルタイムを短くできることが分かる。さらに、表２から明らかなように、ポリ塩化アルミニウムを添加すると、特に初期強度が十分に高くなることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、地盤改良等を目的とする薬液注入工法及びこの工法に使用する注入材として適用可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水ガラス及び中和剤たる酸を混合して得た酸性シリカゾルに、ポリ塩化アルミニウムを添加して得た注入材を地盤に注入する薬液注入工法であって、
前記水ガラスのモル比（［ＳｉＯ2］／［Ｎａ2Ｏ］）に基づいて前記注入材のゲルタイムを調節する、
ことを特徴とする薬液注入工法。
【請求項２】
前記ポリ塩化アルミニウムの添加は、水ガラス及び酸の混合後、５分以内に行う、
請求項１記載の薬液注入工法。
【請求項３】
水ガラス及び中和剤たる酸を混合した後、ポリ塩化アルミニウムを添加して得た注入材であって、
前記水ガラスのモル比（［ＳｉＯ2］／［Ｎａ2Ｏ］）が４．５以上である、
ことを特徴とする注入材。
【請求項１】
水ガラス及び中和剤たる酸を混合して得た酸性シリカゾルに、ポリ塩化アルミニウムを添加して得た注入材を地盤に注入する薬液注入工法であって、
前記水ガラスのモル比（［ＳｉＯ2］／［Ｎａ2Ｏ］）に基づいて前記注入材のゲルタイムを調節する、
ことを特徴とする薬液注入工法。
【請求項２】
前記ポリ塩化アルミニウムの添加は、水ガラス及び酸の混合後、５分以内に行う、
請求項１記載の薬液注入工法。
【請求項３】
水ガラス及び中和剤たる酸を混合した後、ポリ塩化アルミニウムを添加して得た注入材であって、
前記水ガラスのモル比（［ＳｉＯ2］／［Ｎａ2Ｏ］）が４．５以上である、
ことを特徴とする注入材。
【公開番号】特開２０１２−２４１３６８（Ｐ２０１２−２４１３６８Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１０５４７（Ｐ２０１１−１１０５４７）
【出願日】平成２３年５月１７日（２０１１．５．１７）
【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２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１７日（２０１１．５．１７）
【出願人】（０００１１５４６３）ライト工業株式会社 (137)
【Ｆターム（参考）】
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