(57)【要約】      （修正有）【課題】コロイダルシリカの使用量を従来より低減しても、同等の地盤改良効果を奏し得る地盤注入材、その製造方法、および、これを用いた地盤改良工法を提供する。【解決手段】コロイド溶液と、水ガラス溶液と、酸性反応剤または酸性シリカゾルとが混合されてなり、酸性ないし中性を呈する地盤注入材であって、コロイド溶液と水ガラス溶液とを混合してなるアルカリ性シリカ溶液が、２５℃において白濁を呈する地盤注入材、その製造方法、および、この地盤注入材を用いた地盤改良工法である。【選択図】図１１
2020070559.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コロイド溶液と、水ガラス溶液と、酸性反応剤または酸性シリカゾルとが混合されてなり、酸性ないし中性を呈する地盤注入材であって、
前記コロイド溶液と前記水ガラス溶液とを混合してなるアルカリ性シリカ溶液が、２５℃において白濁を呈することを特徴とする地盤注入材。
【請求項２】
前記コロイド溶液および前記水ガラス溶液を含み、２５℃において白濁を呈する前記アルカリ性シリカ溶液と、前記酸性シリカゾル、または、前記酸性反応剤および水ガラスと、を混合してなり、酸性ないし中性を呈する請求項１記載の地盤注入材。
【請求項３】
海水を練り混ぜ水とする請求項１または２記載の地盤注入材。
【請求項４】
さらに、塩を含有する請求項１〜３のうちいずれか一項記載の地盤注入材。
【請求項５】
さらに、コロイダルシリカを含有する請求項１〜４のうちいずれか一項記載の地盤注入材。
【請求項６】
さらに、粉体の少なくとも一種以上を含有する請求項１〜５のうちいずれか一項記載の地盤注入材。
【請求項７】
さらに、マイクロバブルを含む請求項１〜６のうちいずれか一項記載の地盤注入材。
【請求項８】
コロイド溶液と水ガラス溶液とを混合して水ガラスをコロイド化することで得られたアルカリ性シリカ溶液に、酸性シリカゾルを混合するか、または、酸性反応剤および水ガラスを、混合した後に混合するか若しくは順不同で混合して、酸性ないし中性に調整された地盤注入材を得ることを特徴とする地盤注入材の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜７のうちいずれか一項記載の地盤注入材を地盤に注入することを特徴とする地盤改良工法。
【請求項１０】
請求項１〜７のうちいずれか一項記載の地盤注入材と、マイクロバブル液とを、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、地盤注入材（以下、単に「注入材」とも称する）、その製造方法および地盤改良工法の改良に関する。本発明は、詳しくは、地盤中にシリカ系グラウトを注入し固結することにより、液状化防止、吸出し防止、さらには恒久補強などの恒久的な地盤改良を行う地盤改良工法に関する。
【０００２】
耐久性に優れた注入材として、水ガラスグラウトの劣化要因であるアルカリを酸またはイオン交換法によって除去した酸性シリカ溶液が使用されている。このうち、水ガラスのアルカリを酸で除去した酸性シリカゾルは、シリカの溶脱がほとんどなく浸透固結性に優れているが、そのゲルは小さなシリカ（粒径１ｎｍ）が線状にからまった構造のため、変形しやすく収縮が大きくなり、強度の低下や地下水に対する抵抗が小さいという問題があり、所定の強度の持続性が必要とされる、地下水流の存在する港湾地区の液状化防止に用いるには問題があった。それに対して、シリカコロイドはシリカの粒径が大きく（粒径１０〜２０ｎｍ）、そのゲルは高強度で変形や収縮がほとんどなく耐久性に優れていることが、出願人の研究によって判明している。しかし、その強度発現が遅いところから、本出願人は既にシリカコロイドと水ガラスと酸とを有効成分として、大きなシリカと小さなシリカとからなるシリカ濃度が薄くてかつ強度発現の速い複合シリカを開発して、液状化対策工に広く用いている。しかし、コロイドはきわめて高価であるところから、経済的に優れた複合シリカを得ることが課題であった。本発明は、地盤改良に合わせて経済的に上記目的を可能とする複合シリカ、および、その製造方法の発明に係るものである。
【背景技術】
【０００３】
従来、軟弱地盤の基礎の強化や、掘削時の地盤安定、液状化対策等の目的で、地盤にシリカ系グラウトからなる地盤注入材を注入して地盤改良を行う地盤改良工法が知られている。シリカ系グラウトの配合時には、通常、練り混ぜ水として水道水が使用される。
【０００４】
一方、コロイダルシリカは地盤改良成分としての有効性に優れることから、恒久的な地盤改良が必要とされる箇所においては、数多く施工が行われているが、コロイダルシリカは高価であるため、地盤改良工法に用いる場合、価格を抑えることが難しいという問題があった。
【０００５】
地盤改良に係る先行技術として、例えば、特許文献１には、コロイダルシリカと、水ガラスとを含み、地盤への注入前にはそれ自体でゲル化しないアルカリ性シリカ溶液からなる地盤注入用固結材が開示されており、特許文献２には、水ガラスおよび酸性材を有効成分として含有せしめることにより、水ガラスの見かけ上のモル比を増加させてなるアルカリ性の地盤注入用シリカ溶液が開示されている。
【０００６】
また、特許文献３には、水ガラスと塩とから得られた塩析シリカを有効成分とする地盤注入材が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−３０４７号公報（特許第３７１４５８６号）
【特許文献２】特開２００５−７５８９９号公報（特許第４６７９８１１号）
【特許文献３】特開２０１８−７０８０３号公報（特許６１５９９６３号）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述のように、コロイダルシリカは地盤改良成分として有効であるものの、高価であるという難点がある。よって、コロイダルシリカの使用量を従来より低減しても、同等の地盤改良効果を奏し得る地盤注入材の実現が求められていた。
【０００９】
そこで本発明の目的は、上記問題を解消して、コロイダルシリカの使用量を従来より低減しても、同等の地盤改良効果を奏し得る地盤注入材、その製造方法、および、これを用いた地盤改良工法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは鋭意検討した結果、コロイドを含む溶液と水ガラス溶液とを混合して水ガラスをコロイド化することにより得られるアルカリ性シリカ溶液を用いることで、上記課題を解決できることを見出して、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明の地盤注入材は、コロイド溶液と、水ガラス溶液と、酸性反応剤または酸性シリカゾルとが混合されてなり、酸性ないし中性を呈する地盤注入材であって、
前記コロイド溶液と前記水ガラス溶液とを混合してなるアルカリ性シリカ溶液が、２５℃において白濁を呈することを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の地盤注入材は、前記コロイド溶液および前記水ガラス溶液を含み、２５℃において白濁を呈する前記アルカリ性シリカ溶液と、前記酸性シリカゾル、または、前記酸性反応剤および水ガラスと、を混合してなり、酸性ないし中性を呈するものとすることができる。また、本発明の地盤注入材においては、海水を練り混ぜ水とすることもできる。さらに、本発明の地盤注入材は、さらに、塩を含有することが好ましく、コロイダルシリカを含有することも好ましく、粉体の少なくとも一種以上を含有することも好ましい。さらにまた、本発明の地盤注入材は、さらに、マイクロバブルを含むことも好ましい。
【００１３】
本発明の地盤注入材の製造方法は、コロイド溶液と水ガラス溶液とを混合して水ガラスをコロイド化することで得られたアルカリ性シリカ溶液に、酸性シリカゾルを混合するか、または、酸性反応剤および水ガラスを、混合した後に混合するか若しくは順不同で混合して、酸性ないし中性に調整された地盤注入材を得ることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の地盤改良工法は、上記本発明の地盤注入材を地盤に注入することを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の地盤改良工法においては、上記本発明の地盤注入材と、マイクロバブル液とを、地盤に注入してもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、コロイダルシリカの使用量を従来より低減しても、同等の地盤改良効果を奏し得る地盤注入材、その製造方法、および、これを用いた地盤改良工法を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来および本発明の注入材におけるシリカコロイドの粒径の測定結果を示すグラフである。
【図２】実施例で使用した浸透水圧養生槽を示す説明図である。
【図３】透水試験の結果を示すグラフである。
【図４】モールドにおける採取位置と試料名との対応を示す説明図である。
【図５】Ａ液（希釈）のシリカ含有量およびｐＨの関係を示すグラフである。
【図６】Ａ液（希釈）の場合、シリカ６ｗ／ｖｏｌ％配合（水飽和後注入）の場合、および、シリカ６ｗ／ｖｏｌ％配合（直接注入）の場合のシリカ含有量を示すグラフである。
【図７】シリカ６ｗ／ｖｏｌ％配合についての、高さ１３０ｃｍモールドにおける水飽和後注入および直接注入の採取位置別、並びに、高さ１０ｃｍモールド（平均値）の２８日強度（一軸圧縮強度）の試験結果を示すグラフである。
【図８】各シリカ濃度の場合の経過日数別の一軸圧縮強度を示すグラフである。
【図９】図６における、Ａ液（希釈）の場合、シリカ６ｗ／ｖｏｌ％配合（水飽和後注入）の場合、および、シリカ６ｗ／ｖｏｌ％配合（直接注入）の場合のシリカ含有量と、図７における、シリカ６ｗ／ｖｏｌ％配合についての、高さ１３０ｃｍモールドにおける水飽和後注入および直接注入の採取位置別、並びに、高さ１０ｃｍモールド（平均値）の２８日強度（一軸圧縮強度）の試験結果とを、併せて示したグラフである。
【図１０】塊状の物（部分ゲル）の例を示す写真図である。
【図１１】白濁した靄状の溶液（白濁ゲル）の例を示す写真図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
本発明の地盤注入材は、コロイド溶液と、水ガラス溶液と、酸性反応剤または酸性シリカゾルとが混合されてなり、酸性ないし中性を呈する地盤注入材であって、コロイド溶液と水ガラス溶液とを混合してなるアルカリ性シリカ溶液が、２５℃において白濁を呈することを特徴とする。より具体的には、本発明の地盤注入材は、コロイド溶液および水ガラス溶液を含み、２５℃において白濁を呈するアルカリ性シリカ溶液と、酸性シリカゾル、または、酸性反応剤および水ガラスと、を混合してなり、酸性ないし中性を呈するものである。
【００１９】
すなわち、本発明においては、コロイドを含む液体であるコロイド溶液と水ガラス溶液とを混合することで、水ガラスによってコロイドの電気二重層が破壊されて不安定化し（塩析）、そのままでは固結しない非固結性の不安定なアルカリ性複合シリカ溶液が生成する。ここで、コロイド溶液は常温２５℃において白濁を呈し、このコロイド溶液と水ガラス溶液とを混合して得られるアルカリ性シリカ溶液も、コロイドを含むため２５℃において白濁を呈する。すなわち、本発明においては、コロイダルシリカに限らず、コロイドを含む液体を使用して水ガラスをコロイド化できるので、従来よりも少ない使用量のコロイド溶液を用いて、必要なコロイド量を含むシリカ溶液を確保することができる。よって、材料コストを抑えることができるとともに、輸送コストも抑えることができ、コスト性を向上するとともに労力を削減できる。なお、従来の、白濁や部分ゲルとなって注入材として使用するのが不可能な配合は、図１０に示すような塊状の物（部分ゲル）や、図１１に示すような白濁した靄状の溶液（白濁ゲル）となる。この場合、溶液中におけるシリカ濃度が均質ではないため、ブリージングがすぐに起きてしまうことや地盤が部分的に低強度になってしまうこと、粒径が大幅に大きくなり、浸透性が低下して所定の量が地盤に注入されないことなどの問題が生ずる。これに対し、本発明に係る、白濁を呈するアルカリ性シリカ溶液は、溶液全体においてシリカがコロイド粒径となり、溶液全体が均質なシリカ濃度を保つことによって、注入材として地盤改良を行っても全体が均質な状態を保つものである。
【００２０】
本発明の地盤注入材は、上記アルカリ性シリカ溶液と、酸性シリカゾルまたは酸性反応剤、特には、酸性シリカゾル、または、酸性反応剤および水ガラスと、を混合してなり、酸性ないし中性を呈するが、これらの混合順については、特に制限されない。上記アルカリ性シリカ溶液に対し酸性シリカゾルを混合してもよく、酸性反応剤および水ガラスを混合した後に、得られた混合物を上記アルカリ性シリカ溶液に対し混合してもよく、または、上記アルカリ性シリカ溶液に対し、酸性反応剤および水ガラスを順不同で個々に混合してもよい。得られた地盤注入材は、白濁を呈していてもよく、また、透明であってもよい。
【００２１】
第一に、上記アルカリ性シリカ溶液に対し、酸性反応剤および水ガラスを、この順で混合する場合は、以下のようになる。
まず、上記非固結性の不安定なアルカリ性希釈シリカ溶液に対し、酸性反応剤を混合することで、アルカリが除去されて、ｐＨが酸性〜中性を呈し、シラノール基がシロキサン結合によって重合する、安定化したシリカ溶液が形成される（重合反応）。次いで、このシリカ溶液に水ガラスを混合して、強度やゲルタイム、ｐＨを任意に調整することで、地盤改良に使用可能な非アルカリ性複合シリカ溶液が得られる。
【００２２】
第二に、上記アルカリ性シリカ溶液に対し、酸性反応剤および水ガラスを、あらかじめ混合した後に、混合する場合は、以下のようになる。
まず、酸性反応剤と、水ガラスとを混合することで、水ガラスからアルカリが除去されて、シラノール基がシロキサン結合によって重合する、酸性シリカゾルが形成される（重合反応）。次いで、上記非固結性の不安定なアルカリ性希釈シリカ溶液に対し、この酸性シリカゾルを混合して、強度やゲルタイム、ｐＨを任意に調整することで、地盤改良に使用可能な非アルカリ性複合シリカ溶液が得られる。上記アルカリ性シリカ溶液に対し、酸性シリカゾルを混合する場合も、酸性反応剤と水ガラスとを混合して酸性シリカゾルを得る重合反応が省略される以外は上記と同様である。
【００２３】
第三に、上記アルカリ性シリカ溶液に対し、水ガラスおよび酸性反応剤を、この順で混合する場合は、以下のようになる。
まず、上記非固結性の不安定なアルカリ性希釈シリカ溶液に対し、水ガラスを混合することで、強度やゲルタイムを調整したアルカリ性シリカ溶液が形成される。次いで、このアルカリ性シリカ溶液に酸性反応剤を混合することで、アルカリが除去されて、シラノール基がシロキサン結合によって重合する、ｐＨが任意に調整された安定化した非アルカリ性複合シリカ溶液が得られる（重合反応）。
【００２４】
本発明に使用できるコロイド溶液としては、コロイダルシリカの他、鉄コロイド、牛乳など、コロイドを含む溶液であればいかなるものであってもよい。また、水ガラスとしては、水で希釈した水ガラス溶液の他、水ガラスの原液を用いることもできる。
【００２５】
水ガラスをイオン交換樹脂膜やイオン交換膜で処理して得られた活性シリカあるいは金属シリカは、シリカ粒径が１〜５ｎｍに成長して数日後にはゲル化するが、微量の苛性アルカリや水ガラスを加えて弱アルカリ性に安定化させたコロイダルシリカは、上述の活性シリカを加熱することにより濃縮増粒し、ｐＨを９〜１０に調整して安定化して得られる。このようにして得られたコロイダルシリカは、シリカ濃度が５質量％以上、通常は３０質量％程度であり、また、通常、粒径が１０〜２０ｎｍである。本発明において、コロイダルシリカは、シリカ濃度が２〜２０質量％、特には５０質量％以下程度までの高濃度のものを用いることができる。また、水ガラスのシリカの粒径は０．１ｎｍ、水ガラスのアルカリを酸で除去した酸性シリカゾルのシリカの粒径はほぼ１ｎｍである。
【００２６】
なお、従来のシリカグラウト製造時の希釈水ガラスの比重は１．０５〜１．１５（１．１５以下）までであったが、本発明においては、水ガラスの比重１．１５を超えるものが使用可能であり、好ましくは１．２５〜１．４３である。
【００２７】
本発明により得られる上記非固結性の不安定なアルカリ性シリカ溶液のｐＨは、例えばｐＨ７以上の、アルカリ領域の範囲である。
【００２８】
本発明において、酸性反応剤としては、硫酸、リン酸、硝酸、塩酸、スルファミン酸等の無機酸、および、これらの混酸等を用いることができる。また、有機酸を使用することもでき、これらを併用することも可能である。酸性シリカゾルとしては、水ガラスのアルカリを酸で除去した酸性シリカゾルを用いることができる。
【００２９】
本発明の地盤注入材には、さらに、他のシリカ溶液を配合することもできる。他のシリカ溶液としては、活性シリカ、コロイダルシリカ、金属シリカ等のシリカの他、水ガラスの原液を希釈せずに使用することもでき、これらから選択される複数種を併用してもよい。さらに、シリカコロイドと水ガラスと酸とを加えるか、または、コロイドと酸性シリカゾルを混合した酸性の複合シリカコロイドの他、コロイダルシリカと塩と水を混合した配合や、これにさらに酸が含まれる配合、コロイダルシリカが含まれない水ガラスと酸のみの配合などを用いることもできる。ここで、酸性シリカコロイドは、ｐＨ１〜８程度のものである。
【００３０】
本発明の地盤注入材は、小さな粒径の水ガラスまたは酸性シリカゾルと、コロイド化され増粒されたシリカコロイドとの２つの粒子径のシリカによる複合シリカ粒子が形成されることにより、水ガラス単体の配合よりも、地盤改良材として用いる場合に、より強度や耐久性に優れた結果が得られる。本発明の地盤注入材は酸性ないし中性を呈し、ｐＨは、例えば、ｐＨ８．６以下の酸性〜中性である。
【００３１】
ここで、様々な細粒子の粒径を比較した結果を、下記の表１に示す。本発明の注入材には、さらに、ホワイトカーボン、粉末シリカ、ベントナイト、石膏、石灰、セメント、スラグ、水溶性アルミニウム塩等の粉体の少なくとも一種以上を含有させることができる。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
図１に、従来および本発明の注入材における粒径の測定結果を示すグラフを示す。上記表１中のホワイトカーボンは、５ｎｍ〜５μｍの粒径であるが、ホワイトカーボン溶液を用いた土を充填した供試体への浸透試験ではフィルタリングが起き、全体に浸透しなかった。しかし、本発明者らが開発したコロイド溶液を用いた注入材は、より大きな粒径を有するにもかかわらず（図１）、ろ過などされずに浸透することが分かった。なお、図１中、従来の注入材は、シリカ成分として従来のコロイダルシリカを用いたものである。図１に示す結果から、従来の注入材と比較すると、本発明におけるシリカコロイドは粒径が大きいことがわかる。しかし、本発明におけるシリカコロイドを用いた注入材を用いて浸透試験を行ったところ、浸透性および強度等について、優れた結果が得られた。
【００３４】
本発明の地盤注入材には、さらに、塩を含有させてもよい。塩としては、例えば、一価金属塩や多価金属塩を用いることができる。一価金属塩のイオンとしてはＬｉ、Ｎａ、Ｋなどが挙げられる。また、多価金属塩の多価金属イオンとしては、Ｃａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｂａなどを挙げることができる。多価金属塩としては、中でも、塩化カルシウム、塩化マグネシウムおよび硫酸マグネシウムからなる群から選ばれる１種または２種以上の混合物を好適に用いることができる。また、本発明の地盤注入材においては、海水を練り混ぜ水として用いることもできる。
【００３５】
本発明の地盤注入材には、マイクロバブルまたはマイクロバブル水等のマイクロバブルを混合した配合液を使用してもよい。また、本発明の地盤注入材と、マイクロバブル液とを、併用して地盤に注入することもできる。マイクロバブルまたはマイクロバブル液を併用することにより、液状化対策等に使用でき、経済的にも従来の注入材より優れたものとなる。マイクロバブル水は、地震動に伴う間隙水圧の上昇を空気が収縮することにより抑制する効果を有することが、実験によって確認されている。しかし、実地盤においては、地下水流があることや、地下水流の影響を排除すべく格子状に閉鎖して行った実験では、浸透したマイクロバブル水が上方に移動する現象等が確認されるなど、長期的な耐久性については明確な結論が出るには至っていない。しかし、マイクロバブルが長期間地盤中に固定されていれば非常に経済的な技術である。
【００３６】
本発明の地盤改良工法は、上記本発明の地盤注入材を地盤に注入することを特徴とするものであり、これにより本発明の所期の効果を得ることができる。
【実施例】
【００３７】
以下、本発明を、実施例を用いてより詳細に説明する。なお、本発明がこれらの例によて制限されるものでないのはもちろんである。
【００３８】
＜試験１＞
下記の表中に示す配合に従い、Ａ液を作製した後、Ａ液に酸性反応剤を混合し、さらに残りの成分を混合して、各実施例および比較例の地盤注入材を作製した。ここではＡ液に対し残りの成分を順次混合したが、Ａ液以外の成分を先に混合してから、その混合液をＡ液と混合してもよい。
【００３９】
【表２】
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＊１）コロイダルシリカ：比重１．２１、シリカ濃度３０質量％、Ｎａ２Ｏ０．７、モル比１０３
＊２）５号水ガラス：比重１．３２、シリカ濃度２５．５質量％
＊３）硫酸：７５％、比重１．６７４
なお、全量は４００ｍｌである。また、本発明において使用できるシリカ成分の濃度は、上記濃度に限られない。
【００４０】
実施例２は、実施例１に対し水ガラス分を増量した例であり、これによりシリカ濃度を高めることができる。また、比較例１は、各成分について実施例１と同じ使用量を用いているが、従来の複合シリカコロイドの配合手順による注入材であり、粒径および透水性において差が見られる。
【００４１】
ここで、図２に示すような浸透水圧養生槽において、養生用モールド内に供試体を配置し、動水勾配ｉ＝５０の浸透水圧下における各種シリカグラウトの固結豊浦砂の透水試験（長期止水持続性試験、相対密度８０％）を行った。供試体の大きさは、直径５ｃｍ、高さ１０ｃｍであった。その結果を、図３のグラフに示す。図示するように、実施例１の注入材によれば、無機系水ガラスや酸性シリカゾルなどの注入材と比べて透水率が低くなっていることがわかる。
【００４２】
＜試験２＞
さらに、本発明の注入材について、以下に従い、浸透性の確認を行った。
【００４３】
（試験条件）
供試体は、豊浦砂を用いて相対密度８０％で作製した。下記の表中に示すシリカ６質量％配合の注入材で試験を行った。直径５ｃｍ×高さ１３０ｃｍのモールドを使用し、１３０ｃｍを１０区画に分けて、シリカ含有量の測定を行い、浸透性の状況を確認した。
【００４４】
【表３】
2020070559.tif 000005
【００４５】
シリカ６ｗ／ｖｏｌ％配合の注入材は、以下のようにして作製した。まず、コロイダルシリカ、水ガラスおよび水を混合して、Ａ液を調製した。次に、このＡ液と、Ｂ液の配合成分である水ガラスおよび水とを混合した。さらに、このＡ液とＢ液との混合液に、Ｃ液である硫酸を混合して、注入材を得た。なお、本発明においては、まずＢ液の配合成分である水ガラスおよび水と、Ｃ液である硫酸とを混合したのち、このＢ液とＣ液との混合物をＡ液に混合してもよく、また、まずＡ液とＣ液である硫酸とを混合したのち、このＡ液とＣ液との混合物をＢ液の配合成分である水ガラスおよび水に混合してもよく、いずれの手順で得られた注入材でも、同様の効果が得られる。
【００４６】
（試験結果）
１．Ａ液のみの浸透性確認
結果として、Ａ液のみの浸透は不可能であった。上載圧力０．２５ＭＰａ、浸透圧力０．１７ＭＰａでモールド下端から３ｃｍ浸透させるのに３０分かかり、その後の浸透は見られなかった。直径５ｃｍ×高さ１０ｃｍモールドで同様に注入を行ったが、結果は同じであった。
【００４７】
２．Ａ液を希釈した場合の浸透性確認
下記の表中に示すように、Ａ液以外の残りＢ液およびＣ液の液量をすべて水に置き換え、Ａ液を希釈（１０倍）した作液で浸透試験を行った（６ｗ／ｖｏｌ％濃度比）。上載圧力０．２８ＭＰａ、浸透圧力０．１８ＭＰａで４時間注入したが、排液させるに至らず、浸透できた範囲は下段から８０ｃｍ〜９５ｃｍ程度（目視）となった（Ａ−８〜Ａ−９付近）（図４参照）。動粘度計で粘度を測定したところ、Ａ液のみでは４．３５ｍＰａ・ｓであった。希釈したＡ液（水で１０倍）は０．９４ｍＰａ・ｓであった。
【００４８】
【表４】
2020070559.tif 000006
【００４９】
本来なら、排液からシリカ含有量を測定する予定であったが、排液させることができなかったので、Ａ液を希釈（１０倍）した作液については、供試体を１０分割で解体して、シリカ含有量の測定を行った。その結果を、下記の表中に示す。表中の試料名は図４に対応し、下部からＡ−１〜Ａ−１０とした。なお、ｐＨは試験紙にて目視確認した。また、図５に、Ａ液（希釈）のシリカ含有量およびｐＨの関係について、グラフで示す。
【００５０】
【表５】
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【００５１】
上記表５および図５から、７７ｃｍ〜１１０ｃｍ（Ａ−８〜Ａ−１０）の区間で、シリカ含有量とｐＨ値に矛盾が生じている。目視で確認したＡ液（希釈）の浸透状況とｐＨ値には関係性がみられるが、シリカ含有量には関係性がみられなかった。
【００５２】
結果として、Ａ液のみでは、アルカリ領域で粒径が大きいためか、豊浦砂（相対密度８０％）には浸透させることはできなかった。Ａ液を水道水で希釈した場合（約１０倍）は、ある程度注入させることはできたが、高さ１３０ｃｍモールドから排液させることはできなかった。シリカ含有量の計測では、注入開始位置から２０ｃｍ程度まで高いシリカの含有量を計測したが、それ以降は大きな数値の変化は見られなかった。Ａ液の粒径が大きなものが、注入開始位置でとどまったと考えることもできる。
【００５３】
３．シリカ６ｗ／ｖｏｌ％配合（水飽和後注入）の浸透性確認
供試体を水飽和させてから、シリカ６ｗ／ｖｏｌ％配合の注入を行った（水飽和後注入）。まず、水道水で注入を行い、最初の排水まで４０分注入した。その後、水飽和した状態で上記シリカ６ｗ／ｖｏｌ％配合の注入材を注入し、３時間４５分で２．０ｌ排液させて終了した。上載圧力０．０５〜０．２８ＭＰａ、浸透圧は常に上載圧力の半分とした。シリカ含有量の測定結果を下記の表中に示す。表中の試料名は図４に準じて、下部から１−１〜１−１０とした。
【００５４】
【表６】
2020070559.tif 000008
【００５５】
４．シリカ６ｗ／ｖｏｌ％配合（直接注入）の浸透性確認
供試体が乾燥状態のまま、シリカ６ｗ／ｖｏｌ％配合の注入を行った（直接注入）。最初の排液まで１時間３０分注入（排液があった時点で終了）した。上載圧力０．０５〜０．２ＭＰａ、浸透圧は常に上載圧の半分とした。シリカ含有量の測定結果を下記の表中に示す。表中の試料名は図４に準じて、下部から２−１〜２−１０とした。
【００５６】
【表７】
2020070559.tif 000009
【００５７】
図６に、Ａ液（希釈）の場合、シリカ６ｗ／ｖｏｌ％配合（水飽和後注入）の場合、および、シリカ６ｗ／ｖｏｌ％配合（直接注入）の場合のシリカ含有量のグラフを示す。図６中の採取位置は図４に準じて、下部から１〜１０とした。
【００５８】
シリカ６ｗ／ｖｏｌ％配合について水飽和後注入と直接注入とを比較すると、注入直後では、水飽和後注入で大きな値を示したが、それ以降では対比する限り、大きな数値の変化は見られなかった。Ａ液のみの注入（希釈）と比較すると、シリカ含有量は約１０，０００〜１５，０００ｍｇ／ｋｇの差が見られた。Ａ液のみでは注入は難しかったが、シリカ６ｗ／ｖｏｌ％配合としては水飽和後の注入、および、乾燥状態での直接注入のどちらにおいても、計測結果からは、十分な浸透が行えたと推測される。この結果から、Ａ液にＢ液、Ｃ液を加えていく過程で、粒径の変化が生じて、最終的な注入液は、浸透性が十分得られる粒径になっているものと推測される。
【００５９】
＜試験３＞
さらに、本発明の注入材について、以下に従い、強度の確認を行った。
【００６０】
（試験条件）
（１）直径５ｃｍ×高さ１３０ｃｍモールド
直径５ｃｍ×高さ１３０ｃｍのモールドを使用した。浸透性の確認を行った供試体から、一軸圧縮強度を測定した（相対密度Ｄｒ＝８０％）。また、水飽和後注入から１０本採取して、一軸圧縮試験を行った。さらに、直接注入から１０本採取して、一軸圧縮試験を行った。
【００６１】
（２）直径５ｃｍ×高さ１０ｃｍモールド
上記（１）との対比のために、直径５ｃｍ×高さ１０ｃｍのモールドの供試体を直接注入で作製して、一軸圧縮試験を行った（相対密度Ｄｒ＝８０％）。直径５ｃｍ×高さ１０ｃｍのモールドは、シリカ６ｗ／ｖｏｌ％濃度以外に４ｗ／ｖｏｌ％および８ｗ／ｖｏｌ％の場合についても、強度対比のために作製した。強度測定は７日強度および２８日強度について行ったが、６ｗ／ｖｏｌ％のみ６０日強度も測定した。
【００６２】
（試験結果）
１．高さ１３０ｃｍモールド（浸透試験で用いた供試体より）の２８日強度
図７に、シリカ６ｗ／ｖｏｌ％配合についての、高さ１３０ｃｍモールドにおける水飽和後注入および直接注入の採取位置別、並びに、高さ１０ｃｍモールド（平均値）の２８日強度（一軸圧縮強度）の試験結果を、まとめて示す。水飽和後注入の採取位置１番は、供試体がモールドから脱型できず、供試体高さが１０ｃｍ（実測５．４ｃｍ）未満で強度試験を行ったので、結果には示さない。
【００６３】
２．高さ１０ｃｍモールドの強度
図８に、各シリカ濃度の場合の経過日数別の一軸圧縮強度をまとめて示す。
【００６４】
直径５ｃｍ×高さ１０ｃｍモールドの２８日平均強度（２２０ｋＮ／ｍ２）と比較すると、この強度を下回ったのは水飽和後注入の採取位置８〜１０（注入始点から７７ｃｍ〜１１０ｃｍ）となる。最も低い強度を示した（水飽和後注入８番１９９ｋＮ／ｍ２）数値と直径５ｃｍ×高さ１０ｃｍモールドの２８日平均強度との差は−２１ｋＮ／ｍ２で約１０％の差であり、大きな差とは考えにくい。強度の対比から推測すると、水飽和後注入、直接注入ともにシリカコロイドの浸透は十分なされており、概ね１０ｃｍモールドと同程度の強度を確認することができた。
【００６５】
図９に、図６における、Ａ液（希釈）の場合、シリカ６ｗ／ｖｏｌ％配合（水飽和後注入）の場合、および、シリカ６ｗ／ｖｏｌ％配合（直接注入）の場合のシリカ含有量と、図７における、シリカ６ｗ／ｖｏｌ％配合についての、高さ１３０ｃｍモールドにおける水飽和後注入および直接注入の採取位置別、並びに、高さ１０ｃｍモールド（平均値）の２８日強度（一軸圧縮強度）の試験結果とを、併せて示す。
【００６６】
以上の結果、浸透性について、シリカ含有量測定からシリカ６ｗ／ｖｏｌ％配合は問題ないと推測できた。高さ１０ｃｍモールドの強度比較からも、浸透性は問題ないと推測できた。また、Ａ液のみでは浸透しないが、Ａ液を含む注入材は上述より浸透することが推測できた。Ａ液を含む注入材を完成させるために加えるＢ液、Ｃ液の過程で粒径の変化が起きていると推測され、Ｃ液の酸性反応剤が大きく寄与していると推測される。
【図１】
2020070559.tif 000010
【図２】
2020070559.tif 000011
【図３】
2020070559.tif 000012
【図４】
2020070559.tif 000013
【図５】
2020070559.tif 000014
【図６】
2020070559.tif 000015
【図７】
2020070559.tif 000016
【図８】
2020070559.tif 000017
【図９】
2020070559.tif 000018
【図１０】
2020070559.tif 000019
【図１１】
2020070559.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成31年4月5日(2019.4.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コロイド溶液と、水ガラス溶液と、酸性反応剤または酸性シリカゾルとが混合されてなり、酸性ないし中性を呈する地盤注入材であって、
（１）前記コロイド溶液と前記水ガラス溶液とを混合してなるアルカリ性シリカ溶液が、２５℃において白濁を呈するとともに、高さ１３０ｃｍのモールドにおいて豊浦砂を相対密度８０％で用いて浸透性試験を行った際に、浸透しきれないシリカ粒子を含み、
（２）前記地盤注入材が、酸成分として硫酸を使用し高さ１３０ｃｍのモールドにおいて豊浦砂を相対密度８０％で用いて浸透性試験を行った際に、浸透しきれることを特徴とする地盤注入材。
【請求項２】
前記コロイド溶液および前記水ガラス溶液を含み、２５℃において白濁を呈する前記アルカリ性シリカ溶液と、前記酸性シリカゾル、または、前記酸性反応剤および水ガラスと、を混合してなり、酸性ないし中性を呈する請求項１記載の地盤注入材。
【請求項３】
海水を練り混ぜ水とする請求項１または２記載の地盤注入材。
【請求項４】
さらに、塩を含有する請求項１〜３のうちいずれか一項記載の地盤注入材。
【請求項５】
さらに、コロイダルシリカを含有する請求項１〜４のうちいずれか一項記載の地盤注入材。
【請求項６】
さらに、粉体の少なくとも一種以上を含有する請求項１〜５のうちいずれか一項記載の地盤注入材。
【請求項７】
さらに、マイクロバブルを含む請求項１〜６のうちいずれか一項記載の地盤注入材。
【請求項８】
請求項１記載の地盤注入材の製造方法であって、
前記コロイド溶液と前記水ガラス溶液とを混合して水ガラスをコロイド化することで得られた前記アルカリ性シリカ溶液に、前記酸性シリカゾルを混合するか、または、前記酸性反応剤および水ガラスを、混合した後に混合するか若しくは順不同で混合して、酸性ないし中性に調整された地盤注入材を得ることを特徴とする地盤注入材の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜７のうちいずれか一項記載の地盤注入材を地盤に注入することを特徴とする地盤改良工法。
【請求項１０】
請求項１〜７のうちいずれか一項記載の地盤注入材と、マイクロバブル液とを、地盤に注入することを特徴とする地盤改良工法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
すなわち、本発明の地盤注入材は、コロイド溶液と、水ガラス溶液と、酸性反応剤または酸性シリカゾルとが混合されてなり、酸性ないし中性を呈する地盤注入材であって、
（１）前記コロイド溶液と前記水ガラス溶液とを混合してなるアルカリ性シリカ溶液が、２５℃において白濁を呈するとともに、高さ１３０ｃｍのモールドにおいて豊浦砂を相対密度８０％で用いて浸透性試験を行った際に、浸透しきれないシリカ粒子を含み、
（２）前記地盤注入材が、酸成分として硫酸を使用し高さ１３０ｃｍのモールドにおいて豊浦砂を相対密度８０％で用いて浸透性試験を行った際に、浸透しきれることを特徴とするものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明の地盤注入材の製造方法は、本発明の地盤注入材の製造方法であって、
前記コロイド溶液と前記水ガラス溶液とを混合して水ガラスをコロイド化することで得られた前記アルカリ性シリカ溶液に、前記酸性シリカゾルを混合するか、または、前記酸性反応剤および水ガラスを、混合した後に混合するか若しくは順不同で混合して、酸性ないし中性に調整された地盤注入材を得ることを特徴とするものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
すなわち、本発明においては、コロイドを含む液体であるコロイド溶液と水ガラス溶液とを混合することで、水ガラスによってコロイドの電気二重層が破壊されて不安定化し（塩析）、そのままでは固結しない非固結性の不安定なアルカリ性複合シリカ溶液が生成する。すなわち、本発明においては、コロイダルシリカに限らず、コロイドを含む液体を使用して水ガラスをコロイド化できるので、従来よりも少ない使用量のコロイド溶液を用いて、必要なコロイド量を含むシリカ溶液を確保することができる。よって、材料コストを抑えることができるとともに、輸送コストも抑えることができ、コスト性を向上するとともに労力を削減できる。なお、従来の、白濁や部分ゲルとなって注入材として使用するのが不可能な配合は、図１０に示すような塊状の物（部分ゲル）や、図１１に示すような白濁した靄状の溶液（白濁ゲル）となる。この場合、溶液中におけるシリカ濃度が均質ではないため、ブリージングがすぐに起きてしまうことや地盤が部分的に低強度になってしまうこと、粒径が大幅に大きくなり、浸透性が低下して所定の量が地盤に注入されないことなどの問題が生ずる。これに対し、本発明に係る、白濁を呈するアルカリ性シリカ溶液は、溶液全体においてシリカがコロイド粒径となり、溶液全体が均質なシリカ濃度を保つことによって、注入材として地盤改良を行っても全体が均質な状態を保つものである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
図１に、従来および本発明の注入材における粒径の測定結果を示すグラフを示す。上記表１中のホワイトカーボンは、５ｎｍ〜５μｍの粒径であるが、ホワイトカーボン溶液を用いた土を充填した供試体への浸透試験ではフィルタリングが起き、全体に浸透しなかった。しかし、本発明者らが開発したコロイド溶液を用いた注入材は、より大きな粒径を有するにもかかわらず（図１）、フィルタリングなどされずに浸透することが分かった。なお、図１中、従来の注入材は、シリカ成分として従来のコロイダルシリカを用いたものである。図１に示す結果から、従来の注入材と比較すると、本発明におけるシリカコロイドは粒径が大きいことがわかる。しかし、本発明におけるシリカコロイドを用いた注入材を用いて浸透試験を行ったところ、浸透性および強度等について、優れた結果が得られた。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
【表５】
2020070559.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】令和1年8月19日(2019.8.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コロイダルシリカと、水ガラス溶液と、酸性反応剤または酸性シリカゾルとが混合されてなり、酸性ないし中性を呈する地盤注入材であって、
（１）前記コロイダルシリカと前記水ガラス溶液とを混合してなるアルカリ性シリカ溶液が、２５℃において白濁を呈するとともに、直径５ｃｍ×高さ１３０ｃｍのモールドにおいて豊浦砂を相対密度８０％で用いて浸透性試験を行った際に、浸透しきれないシリカ粒子を含み、
（２）前記地盤注入材が、シリカ６ｗ／ｖｏｌ％にて、酸成分として硫酸を使用し直径５ｃｍ×高さ１３０ｃｍのモールドにおいて豊浦砂を相対密度８０％で用いて浸透性試験を行った際に、浸透しきれることを特徴とする地盤注入材。
【請求項２】
前記コロイダルシリカおよび前記水ガラス溶液を含み、２５℃において白濁を呈する前記アルカリ性シリカ溶液と、前記酸性シリカゾル、または、前記酸性反応剤および水ガラスと、を混合してなり、酸性ないし中性を呈する請求項１記載の地盤注入材。
【請求項３】
海水を練り混ぜ水とする請求項１または２記載の地盤注入材。
【請求項４】
さらに、塩を含有する請求項１〜３のうちいずれか一項記載の地盤注入材。
【請求項５】
さらに、粉体の少なくとも一種以上を含有する請求項１〜４のうちいずれか一項記載の地盤注入材。
【請求項６】
さらに、マイクロバブルを含む請求項１〜５のうちいずれか一項記載の地盤注入材。
【請求項７】
請求項１〜６のうちいずれか一項記載の地盤注入材を地盤に注入することを特徴とする地盤改良工法。
【請求項８】
請求項１〜６のうちいずれか一項記載の地盤注入材と、マイクロバブル液とを、地盤に注入することを特徴とする地盤改良工法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
すなわち、本発明の地盤注入材は、コロイダルシリカと、水ガラス溶液と、酸性反応剤または酸性シリカゾルとが混合されてなり、酸性ないし中性を呈する地盤注入材であって、
（１）前記コロイダルシリカと前記水ガラス溶液とを混合してなるアルカリ性シリカ溶液が、２５℃において白濁を呈するとともに、直径５ｃｍ×高さ１３０ｃｍのモールドにおいて豊浦砂を相対密度８０％で用いて浸透性試験を行った際に、浸透しきれないシリカ粒子を含み、
（２）前記地盤注入材が、シリカ６ｗ／ｖｏｌ％にて、酸成分として硫酸を使用し直径５ｃｍ×高さ１３０ｃｍのモールドにおいて豊浦砂を相対密度８０％で用いて浸透性試験を行った際に、浸透しきれることを特徴とするものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明の地盤注入材は、前記コロイダルシリカおよび前記水ガラス溶液を含み、２５℃において白濁を呈する前記アルカリ性シリカ溶液と、前記酸性シリカゾル、または、前記酸性反応剤および水ガラスと、を混合してなり、酸性ないし中性を呈するものとすることができる。また、本発明の地盤注入材においては、海水を練り混ぜ水とすることもできる。さらに、本発明の地盤注入材は、さらに、塩を含有することが好ましく、粉体の少なくとも一種以上を含有することも好ましい。さらにまた、本発明の地盤注入材は、さらに、マイクロバブルを含むことも好ましい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】削除
【補正の内容】