JPH0629422B2 - 固結用材料 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は水ガラスと石灰を含有し、主として地盤注入用
薬材として利用される固結用材料に係り、特に長いゲル
化時間でも高強度を得、しかも長期固結強度に優れた固
結用材料に関する。

〔従来の技術〕

地盤注入用薬材として、従来、水ガラスにセメントのよ
うな懸濁性反応剤を加えてなる水ガラスグラウト（懸濁
型グラウト）、あるいは水ガラスに有機系反応剤や、無
機の塩のような溶液性反応剤を加えてなる水ガラスグラ
ウトが知られている。

このうち、溶液性反応剤を用いた水ガラスグラウトは懸
濁性反応剤を用いたものよりも浸透性に優れているとい
う利点を有するが、強度が低く、特にゲル化時間を長く
調整する場合には反応剤を少なくすることになり、した
がって水ガラス中に未反応のＳｉＯ_２分が多く残存し、
このため強度が一層低くなり、かつ長期固結用強度も得
られないという問題があった。

さらに、セメントを用いる懸濁型グラウトもまた、ゲル
化時間を長く調整した場合には前述の同様の問題が生じ
た。

そこで、ゲル化時間を長く調整する水ガラスグラウトと
して、低モル比の水ガラスを用いるセメント水ガラスグ
ラウトが提案されている。（特公昭５１−８４８６号公
報）。しかし、この場合でも、ゲル化時間はせいぜい数
分から10分程度しか長くならず、これでは水ガラスと反
応剤をミキサー中で充分に撹拌混合してから注入すると
いう事はできず、両者を注入管で合流してそのまま注入
するという手段をとらざるを得なかった。したがって、
このような合流注入では、充分は浸透効果が得られない
のみならず、注入材の混合が不充分であって反応が不完
全となり、このため地盤中の固結物は長期間安定したも
のとはならなかった。

また、地盤中にあらかじめ反応剤を注入しておき、その
後この注入個所に低モル比の水ガラスを注入する工法も
提案されているが、この工法では地盤中において両液を
一定の比率で反応させることが事実上不可能であり、こ
のため充分な固結効果あるいは長期固結効果を期待する
ことは困難である。

また、ゲル化時間を長く設定するために、まず水ガラス
と少量のセメントを混合し、この上ずみ液を地盤中に注
入する工法、あるいはカルシウム化合物を水と混合して
静置し、その上ずみ液を低モル比の水ガラスと混合して
極めて少量の水溶性カルシウム化合物を含む水ガラスグ
ラウトを地盤中に注入する工法が知られている。

しかし、これらの工法に用いられるグラウトは10ミクロ
ン程度のカルシウム化合物の微粒子を含むものの、実質
的には溶液型水ガラスグラウトと同じであり、水ガラス
中に含まれるＳｉＯ_２分に対するカルシウム分が極めて
少なく、このため未反応のＳｉＯ_２が多く残存し、固結
強度が低くなるとともに耐久性にも劣るものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述の従来工法における水ガラスグラウトは水ガラス中
のＳｉＯ_２に対する反応剤の量を少なくしてゲル化時間
を長くするものであり、このため固結強度が小さくな
り、かつ耐久性も劣下することになり、反応剤の量を多
くするとゲル化時間が短くなってしまい、ミキサー中で
の充分な混合ができなくなり、したがって、注入管ロッ
ドで合流するか、あらかじめ水ガラスか反応剤を地盤中
に注入しておいてから、他方をその後に注入して地盤中
で反応させることになり、このため反応が不充分となっ
て固結強度あるいは耐久性が得られなかった。

そこで、本発明の目的は水ガラス中のＳｉＯ_２分を反応
せしめるに充分な量の反応剤を用いるにもかかわらず、
水ガラスと反応剤をミキサー中で混合してゆっくりと地
盤中に注入するに充分な長いゲル化時間を保持に得、す
なわち、長いゲル化時間で高固結強度を得、かつ浸透性
ならびに長期間耐久性を保持し、前述の公知技術に存す
る欠点を改良した固結用材料を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

前述の目的を達成するため、本発明によれば、水ガラス
と、石灰とを含み、以下の要件を満たしてなることを特
徴とする。

(1)ＳｉＯ_２／Ｎａ_２Ｏがモル比で1.5〜2.2の範囲内で
あること。

(2)ＣａＯ／ＳｉＯ_２がモル比で0.2〜2.0の範囲内であ
ること。

(3)ＳｉＯ_２の含有量が前記材料100cc当り0.07モル以上
であること。

(4)石灰の含有量が前記材料100cc当り１ｇ以上であるこ
と。

前述の本発明において、水ガラスはモル比が1.5〜2.2の
液状あるいは粉状水ガラス、あるいは液状水ガラスに苛
性ソーダ、炭酸ソーダ等のアルカリを添加して上記モル
比に調整された水ガラス等である。モル比が1.5よりも
低くなるにつれて、水ガラスのシリカ分が反応剤と反応
しないまま析出されやすくなり、安定したグラウトを得
にくくなるのみならず、強度も低下し、カルシウム分を
増やしても固結しにくくなる。また、モル比が2.2より
も高くなるにつれ、長期固結強度が低下し、耐久性が得
られにくくなり、かつ少量のカルシウム分の存在により
ゲル化が速くなり、ＳｉＯ_２分との反応に充分な量のカ
ルシウム分を混入できなくなる。

また、前記石灰は生石灰、消石灰あるいはドロマイト等
の塩基性炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３・Ｃａ（Ｏ
Ｈ）_２）あるいは石灰石から導かれ、Ｃａ（ＯＨ）_２を
有効成分とするものである。

以下、本発明を次の実験例によって詳述する。

〔実験−１〕 ３号水ガラス（モル比2.94、ＳｉＯ_２：28.29％、Ｎａ
_２Ｏ：9.94％、比重1.4）と消石灰系のゲル化時間を測
定し、結果を表−１に示す。

表−１より、３号水ガラスではＣａ（ＯＨ）_２のいずれ
の量でもゲル化時間が短いことがわかる。また、強度も
小さく、例えば試料No.３の場合、固結標準砂は30日後
で1.5kg／cm²、１ケ月水中養生後で0.8kg／cm²程度であ
る。

〔実験−２〕 水ガラス水溶液−セメント系の実験結果を表−２に示
す。

水ガラス水溶液は実験−１の水ガラスに苛性ソーダを加
えてモル比を調整した。混合液（Ａ液とＢ液）100cc当
り、ＳｉＯ_２含有量は0.165モルである。

表−２よりモル比が低くなれば、水ガラス−セメント系
はゲル化時間が長くなるが、固結性が極めて悪く、ゲル
化が不安定になる事が判る。

〔実験−３〕 モル比2.0あるいは1.0の水ガラス水溶液−セメントある
いは消石灰の上ずみ液系の実験結果を表−３に示す。

なお、水ガラス水溶液は実験−１の水ガラスをＡ液50cc
当り25cc用い、苛性ソーダを加えてモル比を調整した。
また、セメントあるいは消石灰の上ずみ液を水100ccに
セメントあるいは消石灰をそれぞれ20gづつ混合し、１
時間静止してのち、上ずみ液を50ccとり、Ｂ液とした。

表−３における固結標準砂の一軸圧縮強度（kg／cm²）
は３日後で、それぞれ、試料No.順に、0.8、0.7、−、
0.5、１カ月後で0.5、0.4、−、0.3を示し、注入目的の
ための強度としては弱すぎることがわかった。

〔実験−４〕 実験−１の３号水ガラスを混合液100cc当り25cc（0.165
モル）配合し、これに苛性ソーダを加えてモル比を調整
した。また、消石灰の添加量を混合液100cc当り0.5ｇ
（0.007モル）〜25ｇ（0.338モル）の範囲で変化させ、
これらについてそれぞれゲル化時間を測定し、結果を表
−４に示した。

表−４より、混合液100cc当り、Ｃａ（ＯＨ）_２が１ｇ
以上で、かつＳｉＯ_２／Ｎａ_２Ｏ（モル比）が2.2〜1.
5、ＣａＯ／ＳｉＯ_２（モル比）が0.2〜2.0ではゲル化
時間が10秒〜数分はもちろんのこと、数十分〜数100分
の長いゲル化領域が存在することがわかる。

なお、ＳｉＯ_２／Ｎａ_２Ｏ（モル比）が1.5以下であっ
ても長いゲル化領域が存在するが、あまりに低モル比と
することは経済的にも、地下水のアルカリ化の理由から
も好ましくなく、また固結性も低下する。

〔実験−５〕 ＳｉＯ_２／Ｎａ_２Ｏ（モル比）が2.0、ＣａＯ／ＳｉＯ
_２（モル比）が1.0の条件下で、混合液100cc当りのＳｉ
Ｏ_２の含有量を変化させ、ゲル化実験を行った。また、
ＳｉＯ_２／Ｎａ_２Ｏ（モル比）1.5に定め、ＣａＯ／Ｓ
ｉＯ_２（モル比）と混合液100cc当りのＳｉＯ_２の含有
量を変化させ、ゲル化実験を行った。これらの結果を表
−５、表−６および表−７に示す。また、ＳｉＯ_２／Ｎ
ａ_２Ｏ、ＣａＯ／ＳｉＯ_２を変化さて長期強度試験を行
い、測定結果を表−８に示す。

上述の測定結果から、ＳｉＯ_２の含有量が大きい程また
ＣａＯ／ＳｉＯ_２（モル比）が大きい程、ゲル化時間が
短いことがわかる。特に、ＳｉＯ_２／Ｎａ_２Ｏ（モル
比）が2.0から1.5において、ＣａＯ／ＳｉＯ_２の比率が
１前後の充分大きな値にもかかわらず、充分に長いゲル
化時間の領域があることがわかる。すなわち、水ガラス
中のＳｉＯ_２と充分に反応し得る量のＣａ（ＯＨ）_２を
用いて、充分長いゲル化時間が得られるので、大きな固
結強度を得るとともに、耐久性に優れた長期固結強度を
得ることができる。

また、表−５、表−７および表−８より、水ガラスモル
比が低くなると、長期強度が大きくなることがわかる。
さらに、３号水ガラス（モル比2.94）とモル比が2.0の
水ガラスの場合を比較すると、３号水ガラスでは長期強
度が低下するのに対し、モル比2.0の水ガラスでは長期
強度が増加することがわかる。さらにまた、長期強度は
モル比が1.5〜2.2で最も高いこともわかる。

なお、本発明は、実験−２における消石灰の上ずみ液を
用いたものと比較すると、大きな強度を得るものである
が、これは消石灰を用いることに依存する。たとえば、
消石灰は比表面積が、ほぼ10,000cm²／ｇの粉体であ
り、これを充分な量前記水ガラスに懸濁させると、粉状
カルシウム化合物のまわりにＳｉＯ_２が吸着して反応
し、ゲルの内部に強固な構造を形成しながら土粒子間を
填充する。また、消石灰は長期間にわたって水ガラス中
のＳｉＯ_２にＣａイオンを供給して珪酸カルシウムを形
成しつづけるため、上ずみ液の場合に比べて強度が大き
く、かつ長期強度に優れた効果を発揮する。

また、水ガラスのモル比に関しては、モル比が2.2にな
ると、これ以上の場合に比べて長期強度が優れるように
なり、さらにモル比が2.0以下になると、消石灰を当量
付近加えても、数十分〜数時間というきわめて長いゲル
化時間を得る特異な領域が出現する。

〔実験−６〕 水ガラスと、消石灰と、他の反応剤との混合系につい
て、ゲル化時間を測定し、結果を表−９に示した。表−
９において、混合液100cc当りのＳｉＯ_２含有量は0.198
モルである。

表−９より、ＣａＣｌ_２のような水溶性カルシウム化合
物は瞬結となってしまい、水ガラスのモル比のいかんに
かかわらず、ゲル化時間を長くし得ず、また、ＣａＣＯ
_３は水ガラスのモル比が１付近の高アルカリでなくては
水ガラスと反応し得ず、これに対して消石灰は1.5〜2.2
のモル比の水ガラスとも反応して、注入に最も適したゲ
ル化時間を得ることができ、さらに、消石灰の他のカル
シウム化合物とを併用することにより、モル比が1.5〜
2.2の広範囲の水ガラス領域で充分長いゲル化時間のグ
ラウトを得ることがわかる。

これは消石灰が単に難溶性であることのみならず、溶解
度が最適であることに起因するものと思われる。すなわ
ち、Ｃａ（ＯＨ）_２の溶解度は0.117g／100gであり、Ｃ
ａＣＯ_３（溶解度0.0065g／100g）や珪酸カルシウム等
にくらべて比較的大きいものであり、このように、あま
り溶解度が小さすぎても反応性が少なくなり、本発明の
カルシウム化合物として好ましくなくなるものと思われ
る。

したがって、消石灰はＣａＣＯ_３よりも少ない水ガラス
のアルカリ量で注入に適したゲル化時間を得ることがで
き、経済的にも、また地盤中のアルカリ度を大きくしな
い点からも極めて優れているものと云うことができる。

なお、本発明では、石灰と他の水溶性反応剤を併用して
もかまわない。

また、本発明は施工に際して、ミキサー中で混合して得
られるが、必要に応じてＡ液として水ガラス、Ｂ液とし
て石灰配合液を用意し、これらＡ、Ｂ液を合流して地盤
中に注入してもよく、また、Ａ液として水ガラスと石灰
の混合液をつくり、これを送液しながら他の反応剤ある
いは任意のモル比の水ガラス（本発明に用いられる水ガ
ラスよりもモル比の高い水ガラスを加えればゲル化時間
は早くなる）を合流して地盤中に注入することもでき
る。

〔作用〕

本発明は水ガラスに石灰を懸濁状態で存在させて一時に
反応が進行しないようにし、かつ混合液中のＳｉＯ
_２量、石灰量、ＳｉＯ_２とＮａ_２Ｏのモル比、ＳｉＯ_２
とＣａＯのモル比を前述のような特定の範囲に定めるこ
とにより、従来の低モル比水ガラス−セメントグラウト
では考えられないような長いゲル化時間、高固結強度な
らびに長期耐久性を得る。

〔発明の効果〕

以上のとおり、本発明にかかる固結用材料はゲル化時間
を長くしても固結強度を得るとともに長期耐久性にも優
れ、地盤固結用の注入薬液として最適な固結用材料であ
る。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水ガラスと、石灰とを含み、以下の要件
   (1)〜(4)を具備してなる固結用材料。 (1)ＳｉＯ_２／Ｎａ_２Ｏがモル比で1.5〜2.2の範囲内で
   あること。 (2)ＣａＯ／ＳｉＯ_２がモル比で0.2〜2.0の範囲内であ
   ること。 (3)ＳｉＯ_２の含有量が前記材料100cc〜当り0.07モル以
   上であること。 (4)石灰の含有量が前記材料100cc当り１ｇ以上であるこ
   と。
2. 【請求項２】請求項第１項に記載の固結用材料におい
   て、前記石灰が生石灰または消石灰である固結用材料。