(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
珪酸ナトリウム水溶液と金属イオンを含有する燐酸液からなるグラウト薬剤を土壌に注入し、土壌中でゲル化させることを特徴とする土質安定化法において、燐酸液に含有する金属イオンが、Ｆｅ、Ｍｇ、およびＮａであり、燐酸液に含有する金属イオンの濃度が、Ｆｅ０．１〜０．５重量％、Ｍｇ０．２〜１．０重量％、およびＮａ０．１〜０．５重量％である土質安定化法。
【請求項２】
金属イオンを含有する燐酸液が、スチームストリッピング処理された燐酸液であることを特徴とする請求項１に記載の土質安定化法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、改良された珪酸塩系グラウトにより土質を安定化させる方法であって、処理土壌を従来よりも高強度にすることが可能な土質安定化法を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来土質安定化剤は、珪酸ナトリウムを主剤とする無機系と、アクリルアマイド、尿素樹脂等の有機系に大別される。
有機系は、一般に固体粒子を含まない溶液で比較的粘度が低いので、土壌内に均一に浸透させることが可能でゲルタイムの調節範囲も広いという長所を有するが、人体や動植物に著しく有害で、しかも水質や土壌等を汚染する等の薬害を生ずる欠点が明らかにされ、近年の使用は殆ど行われていない。
【０００３】
無機系の土質安定化剤としては、珪酸ナトリウムを主剤としたものが一般的であり、この珪酸塩系グラウト工法は、安価であること、有害性は比較的軽微で、一過性であり、強いアルカリ性も土壌に吸収されやすいので、土壌安定化の目的に適している。珪酸ナトリウム水溶液に酸を加えると容易に反応して珪酸含水ゲルを形成し硬化することを利用し、硬化剤として種々の酸が提案されている。なかでも、燐酸液は他の鉱酸（塩酸、硫酸、硝酸など）と比較して危険性が少なく取扱いも容易なことから一般に好んで用いられている。
【０００４】
燐酸液には、その製造方法から乾式燐酸液と湿式燐酸液に大別されるが、本発明の使用目的より湿式燐酸液が好ましい。
従来より湿式燐酸液は、金属類の電解研磨用および化学研磨用処理液の原料、各種燐酸塩の原料、染色用助剤および活性汚泥排水処理の栄養剤など各種の分野に多用されている。この湿式燐酸液は、一般には燐鉱石を硫酸で分解することにより得られるが、原料燐鉱石に由来して各種の不純物を含む。この方法では、燐鉱石と硫酸を反応させオルト燐酸液と石膏のスラリーを得た後、濾過あるいは遠心分離などの手段により固−液分離が行われる。ここで得られる燐酸液は、通常約２５〜３５重量％のＰ２Ｏ５を含有している。さらに、この燐酸液は真空濃縮などの方法で通常約４０〜６５重量％のＰ２Ｏ５濃度まで濃縮されたのち、工業用燐酸液として使用される。
【０００５】
従来の工業用燐酸液は、不純物として含有する塩素および弗素などのために腐食性が強く、装置材料に特別な配慮が必要となり使用上コストアップの一因ともなっている。これらの成分は揮発性が高く、土壌安定剤など種々の工業用途に使用する際に環境問題（臭気、水質汚濁）を引き起こすことから、有機溶媒による抽出法あるいは再結晶法などの燐酸精製方法が知られているが、これらは高純度燐酸製造用に開発された方法であり、極めて複雑なプロセスでコストも高くなることから土壌安定剤用としての燐酸液製造には適用出来ない。
【０００６】
最近、この塩素および弗素などを効率良く除去する方法として、スチームストリッピングによる方法（特願平７−２３０３７０号公報）が提案されているが、本発明はその除去方法に特に限定されるものではない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的とするところは、湿式燐酸液中に特定の金属イオンを含有する安価な湿式燐酸液を珪酸ナトリウム系土壌安定剤として使用し、処理土壌を従来よりも高強度にすることが可能な土質安定化法を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、かかる実情に鑑み、土壌安定剤として高い安全性を有し、特定の金属イオンを含有することにより処理土壌を従来よりも高強度にすることが可能な土質安定化法を見出し本発明を完成するに至った。
すなわち本発明は、珪酸ナトリウム水溶液と金属イオンを含有する燐酸液からなるグラウト薬剤を土壌に注入し、土壌中でゲル化させることを特徴とする土質安定化法を提供するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の燐酸液は、燐鉱石を硫酸で分解して得られる湿式燐酸液を基本とする。すなわち、原料燐酸液として燐鉱石を硫酸で分解して得られる２５〜３５重量％Ｐ２Ｏ５燐酸液を真空濃縮などの方法で４０〜６５重量％Ｐ２Ｏ５濃度とした工業用湿式燐酸液を使用する。不純物として含有する塩素および弗素などをスチームストリッピングなどの方法により除去せしめたのち得られる燐酸液を用いる。該燐酸液の金属はＦｅ、Ｍｇ、Ｎａなどを含有する。そして該燐酸液に含有する金属イオン濃度は、Ｆｅ０．１〜０．５重量％、Ｍｇ０．２〜１．０重量％およびＮａ０．１〜０．５重量％である。これら成分の濃度が処理土壌の強度に大きく影響していることを見出したのである。さらには、精製された燐酸液に比べホモゲルおよびサンドゲル強度が大きくなる優れた実用的効果が得られる。
【００１０】
この原因は明らかではないが、燐酸液中の金属イオンは、ゲルを安定化させてシネリシス現象を防止する作用があるためと推察している。
燐酸液中に含有する金属イオン濃度が低いと充分な強度が得られない。また、金属イオン濃度が高くなると析出物および沈殿物が生成しノズルなどを閉塞する不都合が生じるので好ましくない。
【００１１】
本発明において主剤となる珪酸ナトリウム水溶液については特に制限はないが、ＪＩＳに規定される３号および２号珪酸ナトリウムの入手が容易で好適である。グラウト薬剤中の珪酸ナトリウム濃度は施工上重要な因子であり、固結時間および土壌の含水率などを考慮して決定すべきである。通常、珪酸ナトリウムに関して５〜３０重量％程度のグラウト薬剤が使用される。
また、グラウト薬剤中の燐酸液濃度についても特に制限はないが、通常０．２〜１０重量％Ｐ２Ｏ５濃度程度である。
【００１２】
なお、本発明の湿式燐酸液を、酸性硫酸ナトリウム、燐酸ナトリウム、グリオキザールなどの硬化剤と併用しても差支えない。さらに本発明珪酸ナトリウム系土壌安定剤に、ベントナイト、珪藻土、シリカなどを添加して固結体の強化を図ることも可能である。
【００１３】
施工に当っては、対象地盤の土壌調査を行い、最適ゲルタイムを決定した上でグラウト薬剤の配合を決めるのが望ましい。
本発明の施工については、特に制限はなく一般的に行われている方法が採用できる。
【００１４】
すなわち、▲１▼土壌への注入直前に珪酸ナトリウム水溶液と燐酸液をＹ字管により混合する方法。▲２▼珪酸ナトリウム水溶液と燐酸液を混合し一液として注入する方法などにより行うことができる。
【００１５】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明の要旨をそれらに限定するものではない。以下、製造例、実施例、比較例中の％およびｐｐｍは総て重量％および重量ｐｐｍを示す。
製造例１
燐鉱石（ファラボア鉱；南ア共和国産）を硫酸で分解して、Ｐ２Ｏ５濃度５３％、Ｃｌ濃度５０ｐｐｍ、Ｆ濃度２０００ｐｐｍの湿式燐酸液が得られた。該湿式燐酸液に９８％硫酸及び金属イオンを添加し、Ｈ２ＳＯ４濃度３．５％、Ｆｅ濃度０．３％、Ｍｇ濃度０．５％およびＮａ濃度０．３％の燐酸液を調合した。この燐酸液１０００ｍｌを外部加熱装置付き通気攪拌槽（内容量２Ｌ）に移し、１５０℃に加熱した。次いで槽下部に設けたスパージャーより１５０℃のスチームを４００ｇ毎時で８時間吹き込むことでスチームストリッピング処理を行った。得られた燐酸液を分析したところ、Ｐ２Ｏ５濃度５３．６％、Ｈ２ＳＯ４濃度３．５％、Ｃｌ濃度１ｐｐｍ以下、Ｆ濃度７ｐｐｍ、Ｆｅ濃度０．３％、Ｍｇ濃度０．５％およびＮａ濃度０．３％であり、原料燐酸で感じられた刺激臭は全く無かった。
この燐酸液５００ｍｌをポリエチレン容器に入れ、ステンレス試験片（ＳＵＳ−３１６製、３０×２０×２ｍｍ）を５０℃の温度で６０日間浸漬して試験片の重量減より腐食速度を求める材質試験を行った。その結果、腐食速度は、０．０６ｍｍ／ｙであり、この材料が充分使用に耐え得ることが判った。
【００１６】
製造例２
製造例１と同様に調合した湿式燐酸液を、カーボンラシヒリングを充填した弗素樹脂ライニングの充填塔（直径１００ｍｍ、充填高さ３ｍ）の上部から１４０℃に加熱した上記湿式燐酸液を３０Ｋｇ／ｈで供給し、下部より１４０℃のスチームを２５Ｋｇ／ｈで吹き込み連続スチームストリッピング処理を行った。
得られた燐酸液を分析したところ、Ｐ２Ｏ５濃度５３．５％、Ｈ２ＳＯ４濃度３．５％、Ｃｌ濃度１ｐｐｍ以下、Ｆ濃度１ｐｐｍ以下、Ｆｅ濃度０．３％、Ｍｇ濃度０．５％およびＮａ濃度０．３％であり、原料燐酸液で感じられた刺激臭は無かった。
製造例１と同様に材質試験を行った。その結果、腐食速度は、０．０５ｍｍ／ｙであり、この材料が充分使用に耐え得ることが判った。
【００１７】
比較製造例１
燐鉱石（ファラボア鉱；南ア共和国産）を硫酸で分解して得られた湿式燐酸液に金属イオンを加え、調合した燐酸液（Ｐ２Ｏ５濃度５４％、Ｈ２ＳＯ４濃度０．３％、Ｃｌ濃度５２ｐｐｍ、Ｆ濃度２１００ｐｐｍ、Ｆｅ濃度０．３％、Ｍｇ濃度０．５％およびＮａ濃度０．３％）について、製造例１と同様に材質テストを行った。その結果、腐食速度は、１．６ｍｍ／ｙであり、この燐酸液の腐食性は強く、上記材料が使用に耐えないことが判明した。また、この燐酸液は刺激臭が強く取扱い上問題となった。
【００１８】
実施例１
珪酸ナトリウム（ＪＩＳ３号、比重１．４）９８ｇに水１３０ｇを加えＡ液とした。別に製造例１の湿式燐酸液（比重１．６３）１５ｇを水１９０ｇで希釈し、調整した硬化剤溶液をＢ液とした。
Ａ液とＢ液を混合し、２０℃におけるゲル化タイムを測定したところ１０秒であった。また、上記グラウト薬剤によりホモゲルの試験体（直系５０ｍｍ、長さ１００ｍｍ）を作り２４時間後ホモゲルの一軸圧縮強度測定をおこなったところ、０．７８Ｋｇｆ／ｃｍ２であった。
さらに、Ａ、Ｂ両液を混合したものを豊浦標準砂に浸透固結させて得たサンドゲルの一軸圧縮強度測定を土質試験法ＪＩＳＡ−１２１６に準じた方法でゲル化１日後に測定したところ、６．５Ｋｇ／ｃｍ２であった。
また、作業中には一般の工業用湿式燐酸液に見られる刺激臭もなく、環境上の問題も発生しなかった。
【００１９】
実施例２
珪酸ナトリウム（ＪＩＳ３号、比重１．４）１１２ｇに水１２０ｇを加えＡ液とした。別に製造例１の湿式燐酸液（比重１．６３）９．８ｇを水１９４ｇで希釈して調整した硬化剤溶液をＢ液とした。
Ａ液とＢ液を混合し、２０℃におけるゲル化タイムを測定したところ８分２０秒であった。さらに、実施例１と同様にホモゲルおよびサンドゲルの一軸圧縮強度測定を行ったところ、それぞれ０．２５および６．２Ｋｇｆ／ｃｍ２であった。
【００２０】
実施例３
珪酸ナトリウム（ＪＩＳ３号、比重１．４）１４０ｇに水１００ｇを加えＡ液とした。別に製造例２の湿式燐酸液（比重１．６３）２０ｇを水１８８ｇで希釈して調整した硬化剤溶液をＢ液とした。
Ａ液とＢ液を混合し、２０℃におけるゲル化タイムを測定したところ４．２秒であった。さらに、実施例１と同様にホモゲルおよびサンドゲルの一軸圧縮強度測定を行ったところ、それぞれ０．８８および７．９Ｋｇｆ／ｃｍ２であった。
【００２１】
実施例４
珪酸ナトリウム（ＪＩＳ３号、比重１．４）１９３ｇに水６０ｇを加えＡ液とした。別に製造例２の湿式燐酸液（比重１．６３）９ｇ、および４０％グリオキザール（比重１．３）１６ｇを水１８２ｇで希釈して調整した硬化剤溶液をＢ液とした。
Ａ液とＢ液を混合し、２０℃におけるゲル化タイムを測定したところ１９分であった。さらに、実施例１と同様にホモゲルおよびサンドゲルの一軸圧縮強度測定を行ったところ、それぞれ１．５３および１０．３Ｋｇｆ／ｃｍ２であった。
【００２２】
比較例１
グラウト薬剤配合は実施例１と同様に行い、湿式燐酸液に代えて精製燐酸液（Ｐ２Ｏ５５４．３％、比重１．５８）を使用した。
Ａ液とＢ液を混合し、２０℃におけるゲル化タイムを測定したところ１２秒であった。さらに、実施例１と同様にホモゲルおよびサンドゲルの一軸圧縮強度測定を行ったところ、それぞれ０．４１および３．８Ｋｇｆ／ｃｍ２であった。
【００２３】
【発明の効果】
本発明は珪酸ナトリウム水溶液を用いるグラフト工法において、硬化剤として従来用いていた鉱酸に比し危険性の少ない、特定の金属イオンを含有する燐酸液を用いるものである。特定の金属イオンを含有し、安価な燐酸液を用いることにより、高価な精製燐酸液より、処理土壌を従来よりも高強度にすることが可能な土質安定化法を提供するものである。