(57)【要約】【課題】海水を用いて簡便に調製でき、実用的なゲルタイムを有し、海水等との接触による白濁が生じ難いグラウト材の提供。【解決手段】下記（Ａ）液と下記（Ｂ）液と下記（Ｃ）液との混合物であり、前記混合物の１Ｌに対する前記（Ａ）液の含有量が４００〜７００ｍＬ／Ｌであり、かつ前記混合物のｐＨが５〜８．３であることを特徴とするグラウト材。（Ａ）液：ＳｉＯ２含有量が１０〜４１質量％であるコロイダルシリカ、（Ｂ）液：ｐＨ調整剤、（Ｃ）液：海水。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記（Ａ）液と下記（Ｂ）液と下記（Ｃ）液との混合物であり、
前記混合物の１Ｌに対する前記（Ａ）液の含有量が４００〜７００ｍＬ／Ｌであり、かつ前記混合物のｐＨが５〜８．３であることを特徴とするグラウト材。
（Ａ）液：ＳｉＯ２含有量が１０〜４１質量％であるコロイダルシリカ。
（Ｂ）液：ｐＨ調整剤。
（Ｃ）液：海水。
【請求項２】
前記（Ａ）液のｐＨが９〜１１であり、前記（Ｂ）液が酸性液である、請求項１に記載のグラウト材。
【請求項３】
前記グラウト材の総体積に対する、ＳｉＯ２含有量が１０〜３８質量／体積％である、請求項１または２に記載のグラウト材。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のグラウト材を地盤に注入することを特徴とする地盤改良工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はグラウト材、およびグラウト材を用いた地盤改良工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、液状のグラウト材を地盤の空隙に注入して止水層を形成する地盤改良工法が知られている。
ナノサイズのシリカ粒子が水中に分散したコロイダルシリカを主成分とするシリカ系グラウト材は、浸透性、耐久性に優れているため、細粒分の多い砂地盤の止水材として使用され、さらに岩盤の微細な亀裂に注入するグラウト材としての利用が期待されている。
シリカ系グラウト材は、例えば、コロイダルシリカに硬化促進剤を添加することで、所定時間（ゲルタイム）経過後にゲル化して止水材となる。硬化促進剤は、施工現場にて、無機塩の粉末を水道水（練り混ぜ水）に溶解して調製することが多い。
【０００３】
特許文献１では、シリカ系グラウト材を調製する際に、コロイダルシリカに配合する練り混ぜ水及び硬化促進剤に配合する練り混ぜ水として海水を使用する方法が提案されている。具体的には、コロイダルシリカ中のＮａ２Ｏの量と、コロイダルシリカに配合する練り混ぜ水中の塩分の量との比率を適切な範囲に調整することにより、実用的なゲルタイムを得る方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５０１７６２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載されている方法は、海岸付近等の水道水が得られにくい現場でシリカ系グラウト材を調製するのに好適であるが、より簡便な方法が望まれる。
また、砂地盤の間隙や岩盤亀裂の内部が海水環境の場合、シリカ系グラウト材を注入する過程で、グラウト材が内部の海水と触れると瞬時に局所的なゲル化（白濁現象）が起こる場合がある。かかるゲル化（白濁現象）が生じるとグラウト材の浸透性が低下するという問題がある。また海水だけでなく、マグネシウムやカルシウム等を含む地下水や湧水（以下、海水等という）との接触によっても同様のゲル化（白濁現象）が生じる場合がある。
本発明は、海水を用いて簡便に調製でき、実用的なゲルタイムを有し、海水等との接触による白濁が生じ難いグラウト材、および該グラウト材を用いた地盤改良工法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は以下の態様を有する。
［１］  下記（Ａ）液と下記（Ｂ）液と下記（Ｃ）液との混合物であり、前記混合物の１Ｌに対する前記（Ａ）液の含有量が４００〜７００ｍＬ／Ｌであり、かつ前記混合物のｐＨが５〜８．３であることを特徴とするグラウト材。
（Ａ）液：ＳｉＯ２含有量が１０〜４１質量％であるコロイダルシリカ。
（Ｂ）液：ｐＨ調整剤。
（Ｃ）液：海水。
［２］  前記（Ａ）液のｐＨが９〜１１であり、前記（Ｂ）液が酸性液である、［１］のグラウト材。
［３］  前記グラウト材の総体積に対して、ＳｉＯ２含有量が１０〜３８質量／体積％である、［１］または［２］のグラウト材。
［４］  前記［１］〜［３］のいずれかのグラウト材を地盤に注入することを特徴とする地盤改良工法。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、実用的なゲルタイムを有し、海水等との接触による白濁が生じ難い、シリカ系グラウト材が得られる。
本発明のグラウト材は、海水を用いて、従来の硬化促進剤を使用することなく、簡便に調製できる。
本発明の地盤改良工法によれば、従来の硬化促進剤を使用することなく、海水を用いて、地盤改良を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例および比較例のグラウト材のｐＨの測定結果を示すグラフである。
【図２】実施例および比較例のグラウト材のゲルタイムの測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を説明する。
本実施形態のグラウト材は（Ａ）液と（Ｂ）液と（Ｃ）液との混合物である。
本明細書において「ｐＨ」は特に断りのない限り２５℃におけるｐＨの値である。
本明細書において「比重」は特に断りのない限り２５℃における比重の値である。
【００１０】
＜（Ａ）液＞
（Ａ）液は、ＳｉＯ２含有量が１０〜４１質量％のコロイダルシリカである。分散媒は水である。ＳｉＯ２のほかに、Ｎａ２Ｏを含んでもよい。Ｎａイオンはコロイド粒子の安定化に寄与する。
（Ａ）液のＳｉＯ２含有量が前記範囲の下限値以上であるとゲル化後の強度が充分に高くなりやすく、上限値以下であると（Ａ）液の安定性が充分に高くなりやすい。（Ａ）液のＳｉＯ２含有量は２０〜４１質量％が好ましく、２５〜３５質量％がより好ましい。
（Ａ）液中に存在するコロイド粒子の平均粒径は４〜１００ｎｍが好ましく、１０〜８０ｎｍがより好ましく、１０〜２０ｎｍがさらに好ましい。コロイド粒子の平均粒径が前記範囲の下限値以上であると実用的なゲルタイムが得られやすい。上限値以下であると浸透性に優れる。
（Ａ）液のｐＨは９〜１１が好ましく、９〜１０がより好ましい。（Ａ）液のｐＨが前記の範囲内であると（Ａ）液の安定性が充分に高くなりやすい。
（Ａ）液の総質量に対する、Ｎａ２Ｏの含有量は、１．０質量％以下が好ましく、０．６質量％未満がより好ましい。
【００１１】
前記コロイダルシリカは、水ガラスを、イオン交換樹脂またはイオン交換膜で処理して、水ガラス中のアルカリの一部または全部を除去して得られた活性シリカを増粒し、コロイド状にしたものが好ましい。活性シリカの分散液に、Ｎａイオンを加えて安定化してもよい。さらに加熱濃縮してもよい。
（Ａ）液として好適なコロイダルシリカの具体例としては、強化土エンジニヤリング社製のパーマロックＨｉシリカ（商品名）等が挙げられる。
【００１２】
＜（Ｂ）液＞
（Ｂ）液はｐＨ調整剤である。ｐＨ調整剤の種類及び（Ｂ）液の添加量は、（Ａ）液のｐＨ及び得ようとするグラウト材のｐＨに応じて選択できる。
例えば、（Ａ）液のｐＨが９〜１１であり、（Ｂ）液が酸性液であってもよい。酸性液のｐＨは１以下が好ましい。
酸性液としては無機酸又は無機塩の水溶液が好ましい。無機酸としては、リン酸、硫酸、硝酸、スルファミン酸、塩酸、および無機酸を２種以上用いた混酸等が挙げられる。無機塩としては前記無機酸の金属塩、重硫酸ソーダ（硫酸水素ナトリウム）等が挙げられる。また、アルカリ金属酸性塩の水溶液も使用できる。ｐＨを管理しやすい点でリン酸水溶液がより好ましい。
【００１３】
＜（Ｃ）液＞
（Ｃ）液は海水である。天然の海水でもよく、人工海水でもよい。海水の塩分濃度は一般的に３．３〜３．５質量％である。塩分の主要元素のおおよその組成としては以下が挙げられる。以下の数値は、海水１ｋｇ当たりの含有量（単位：ｍｇ／ｋｇ）と、塩分の元素合計に対する含有率（単位：質量％）である。
塩素：１９３５０±５００ｍｇ／ｋｇ（約５８．２１±２質量％）、
ナトリウム：１０７８０±５００ｍｇ／ｋｇ（約３２．４３±２質量％）、
マグネシウム：１２８０±５０ｍｇ／ｋｇ（約３．８５±０．２質量％）、
硫黄：８９８±５ｍｇ／ｋｇ（約２．７０±０．０２質量％）、
カルシウム：４１２±５ｍｇ／ｋｇ（約１．２４±０．０２質量％）、
カリウム：３９９±５ｍｇ／ｋｇ（約１．２０±０．０２質量％）。
【００１４】
＜グラウト材の製造方法＞
グラウト材は（Ａ）液と（Ｂ）液と（Ｃ）液とを混合して得られる。まず、（Ａ）液と（Ｂ）液とを混合し、ここに（Ｃ）液を加えて混合する方法が好ましい。
（Ａ）液の配合量は、（Ａ）液と（Ｂ）液と（Ｃ）液の混合物の１Ｌ、すなわちグラウト材の１Ｌに対する（Ａ）液の含有量が４００〜７００ｍＬ／Ｌとなるように設定する。
前記（Ａ）液の含有量が前記範囲内であると実用的なゲルタイムが得られやすい。また前記範囲の上限値以下であると海水等との接触による白濁が生じ難い。
前記（Ａ）液の含有量は４００〜６００ｍＬ／Ｌであることが好ましく、４５０〜６００ｍＬ／Ｌがより好ましい。
【００１５】
（Ｂ）液の配合量は、（Ａ）液と（Ｂ）液と（Ｃ）液の混合物のｐＨ、すなわちグラウト材のｐＨが５〜８．３となるように設定する。
グラウト材のｐＨが前記範囲の下限値以上であると実用的なゲルタイムが得られやすく、上限値以下であると海水等との接触による白濁が生じ難い。
【００１６】
グラウト材のｐＨによってゲルタイムが変わる。グラウト材を注入する地盤の形状や、作業環境等に応じて、好適なゲルタイムが得られるように、グラウト材のｐＨ（（Ｂ）液の配合量）を調整することが好ましい。
例えば、ゲルタイムが比較的長い方が好適である場合（例えば、ゲルタイムが１２０〜３００分）、グラウト材のｐＨは５〜７．５未満が好ましく、６〜７未満がより好ましい。
一方、ゲルタイムが比較的短い方が好適である場合（例えば、ゲルタイムが３０〜２００分）、グラウト材のｐＨは７〜８．３が好ましく、７．５〜８．３がより好ましい。
【００１７】
グラウト材の総体積に対する、ＳｉＯ２含有量は１０〜３８質量／体積％が好ましく、１５〜２５質量／体積％がより好ましい。なお、「１質量／体積％」は「１ｇ／１００ｍＬ」である。
前記ＳｉＯ２含有量が前記範囲内であると実用的なゲルタイムが得られやすい。また前記範囲の上限値以下であると海水等との接触による白濁が生じ難い。
【００１８】
本実施形態によれば、（Ａ）液と（Ｂ）液と（Ｃ）液の配合量を、前記の範囲とすることにより、実用的なゲルタイムと、海水等との接触による白濁（ゲル化）の防止を両立することができる。すなわち、前記特定のコロイダルシリカである（Ａ）液と、海水である（Ｃ）液とを上記の範囲で混合するときに、ｐＨ調整剤である（Ｂ）液を用いて混合物のｐＨを上記特定の範囲とすることにより、実用的なゲルタイムと、白濁（ゲル化）防止を両立できる。また、必要に応じて、（Ａ）液の配合量とグラウト材のｐＨ（（Ｂ）液の配合量）の一方又は両方を前記の範囲内で調整することにより、白濁（ゲル化）を防止しつつ、ゲルタイムを調整することができる。
【００１９】
実用的なゲルタイムとしては、３０〜３００分が好ましい。好適なゲルタイムは、グラウト材を注入する地盤の形状や、作業環境等に応じて使い分けることが好ましい。
例えば、地盤の空隙の奥深くまでグラウト材を注入する場合など、グラウト材の浸透距離が長い場合は、ゲルタイムが長い方が好ましい。また、グラウト材の調製槽と地盤への注入装置との間でグラウト材を循環させながら、グラウト材の一部を注入し残ったグラウト材に新しいグラウト材を追加する方法で連続運転する場合や、グラウト材の調製場所と地盤への注入場所とが離れている場合など、グラウト材の調製から注入までの時間が長い場合は、ゲルタイムが比較的長い方が好ましい。例えば、ゲルタイムは１２０〜３００分が好ましく、１５０〜３００分がより好ましい。
一方、グラウト材の浸透距離が比較的短い場合や、グラウト材の調製から注入までの時間が短い場合は、ゲルタイムは上記範囲より短くてもよい。例えば、ゲルタイムは３０〜２００分が好ましく、３０〜１５０分がより好ましく、３０〜１２０分がさらに好ましい。
【００２０】
本実施形態のグラウト材は、コロイダルシリカを主成分とするため、浸透性、耐久性に優れ、止水効果にも優れる。
本実施形態のグラウト材は、海水等との接触による白濁（ゲル化）が生じ難いため、Ｃａ、Ｍｇ、Ｎａ、Ｋ等の金属イオンが存在する地盤に注入しても良好な浸透性が得られる。
本実施形態のグラウト材は、コロイダルシリカ（Ａ液）と少量のｐＨ調整剤（Ｂ液）と海水（Ｃ液）とを混合するだけで得られるため、海岸付近等の水道水が得られにくい現場でも、簡便にグラウト材を調製できる。
【００２１】
＜地盤改良工法＞
本実施形態の地盤改良工法は、本実施形態のグラウト材を地盤に注入する方法である。
施工現場において、（Ａ）液と（Ｂ）液と（Ｃ）液を混合してグラウト材を製造し、得られたグラウト材を地盤に注入する方法が好ましい。
地盤に注入する方法は公知の方法を適宜用いることができる。
【００２２】
本実施形態の地盤改良工法は、例えば、海岸付近等の水道水が得られにくい現場での地盤改良に好適である。
本実施形態の地盤改良工法は、塩分が含まれる岩盤や、内部に海水等が存在する岩盤への注入を伴う地盤改良に好適である。
【実施例】
【００２３】
以下に実施例を用いて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
以下の材料を用いた。
（Ａ１）液：コロイダルシリカ（パーマロックＨｉシリカ（商品名）、強化土エンジニヤリング社製、ＳｉＯ２含有量３０．６質量％、Ｎａ２Ｏ含有量０．６質量％未満、ｐＨ９〜１０、コロイド粒子の平均粒径１４ｎｍ、比重１．２０〜１．２２）。
（Ｂ１）液：７５％リン酸水溶液（ｐＨ１未満、比重１．５５〜１．６０）。
（Ｃ１）液：人工海水（アクアマリン（商品名）、八洲薬品社製、比重１．０２〜１．０３）。具体的には、塩化ナトリウム４９０．６８ｇ、塩化マグネシウム（６水塩）２２２．２３ｇ、硫酸ナトリウム（無水）８１．８８ｇ、塩化カルシウム（２水塩）３０．７０ｇ、塩化カリウム１３．８９ｇ、炭酸水素ナトリウム４．０２ｇ、臭化カリウム２．０１ｇ、塩化ストロンチウム（６水塩）０．８５ｇ、ホウ酸０．５４ｇ、及びフッ化ナトリウム０．０６ｇを純水に溶解して全量を２０Ｌとし、０．１３Ｎの水酸化ナトリウムを添加してｐＨを８．２に調整したものを（Ｃ１）液として使用した。
【００２４】
以下の測定方法又は評価方法を用いた。
（グラウト材のｐＨ）
ｐＨメーター（ＨＯＲＩＢＡ社製：ガラス電極型）によりグラウト材のｐＨを測定した。
【００２５】
（ゲルタイム）
各例の配合でグラウト材を製造した直後からゲル化が完了するまでの時間を測定した。
具体的には、容量１３３ｍＬのボトルに（Ａ）液を入れ、（Ｂ）液を添加して混合し、さらに（Ｃ）液を添加して混合してグラウト材を製造した。製造直後にボトルを静置し、１分毎に振盪してグラウト材の内部に発生する気泡が上昇しなくなった時点をゲル化完了と判定した。（Ｃ）液の添加直後からゲル化完了までの時間をゲルタイムとして計測した。
【００２６】
（白濁の有無）
容量１００ｍＬのシャーレに、前記（Ｃ１）液と同じ人工海水を約１００ｍＬ入れ、ここに製造直後のグラウト材の約１ｍＬを注射器で垂らした。グラウト材が人工海水に接触した直後の状態を目視で観察し、白濁の有無を判定した。
【００２７】
（実施例１〜１５、比較例１〜１６）
表１〜３に示す配合で、（Ａ）液と（Ｂ）液を混合した後、全量が１０００ｍＬになるように（Ｃ）液を加えて混合し、グラウト材を得た。表中のグラウト材の「ＳｉＯ２含有量」は、（Ａ１）液の比重を１．２１とした計算値である。
得られたグラウト材のｐＨ、ゲルタイムを前記の方法で測定した。また前記の方法で白濁の有無を評価した。結果を表１〜３に示す。図１のグラフはグラウト材のｐＨの測定結果であり、図２のグラフはゲルタイムの測定結果である。
【００２８】
【表１】
2020015903.tif 000002
【００２９】
【表２】
2020015903.tif 000003
【００３０】
【表３】
2020015903.tif 000004
【００３１】
表１〜３及び図１、２の結果に示されるように、（Ａ１）液の含有量が４００〜７００ｍＬ／Ｌであり、かつグラウト材のｐＨが５〜８．３となるように調製した実施例１〜１５のグラウト材は、海水に接触しても白濁を生じなかった。ゲルタイムも実用的な範囲であった。
【図１】
2020015903.tif 000005
【図２】
2020015903.tif 000006