(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸性溶液にシリカ溶液を混合してシリカゾルグラウトを得るシリカゾルグラウトの製造装置において、
前記酸性溶液を貯留する攪拌槽と、該攪拌槽内に配置された攪拌機とを備え、該攪拌槽が、上部より底部が断面積の小さい形状を有し、かつ、該攪拌槽の内周面に、突出部が設けられていることを特徴とするシリカゾルグラウトの製造装置。
【請求項２】
前記攪拌機が、せん断力を発生可能な１枚または２枚以上の攪拌翼を備える請求項１記載のシリカゾルグラウトの製造装置。
【請求項３】
前記突出部が、略半円柱状、略三角柱状または略四角柱状である請求項１または２記載のシリカゾルグラウトの製造装置。
【請求項４】
前記突出部が、柱体の高さ方向が、前記攪拌槽の内周面と、該攪拌槽の底面に対し垂直な面とが交差する直線の方向に対し平行となるように設けられている請求項３記載のシリカゾルグラウトの製造装置。
【請求項５】
前記突出部が、前記攪拌槽の内周面に、該攪拌槽の高さ方向において１列で、かつ、該攪拌槽の周方向に沿って略等間隔に複数個で設けられている請求項１〜４のうちいずれか一項記載のシリカゾルグラウトの製造装置。
【請求項６】
前記突出部が、前記攪拌槽の内周面に、該攪拌槽の高さ方向において２列以上で、かつ、該攪拌槽の周方向に沿って略等間隔に複数個で設けられている請求項１〜４のうちいずれか一項記載のシリカゾルグラウトの製造装置。
【請求項７】
前記突出部が、前記攪拌槽の内周面に、該攪拌槽の高さ方向においてランダムに、かつ、該攪拌槽の周方向に沿って略等間隔に複数個で設けられている請求項１〜４のうちいずれか一項記載のシリカゾルグラウトの製造装置。
【請求項８】
酸性溶液にシリカ溶液を混合してシリカゾルグラウトを得るシリカゾルグラウトの製造方法において、
請求項１〜７のうちいずれか一項記載の製造装置を用いて、前記攪拌槽内に前記酸性溶液を貯留し、該酸性溶液を該攪拌槽内で攪拌しながら、該酸性溶液に対し前記シリカ溶液を添加することを特徴とするシリカゾルグラウトの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリカゾルグラウトの製造装置および製造方法（以下、単に「製造装置」および「製造方法」とも称する）の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液状化防止等に非アルカリ性シリカ溶液が用いられるようになってきている。液状化防止注入は、いつ起こるか分からない地震に対しての地盤強化であるので、長期耐久性が要求される。よって、水ガラスの劣化要因となるアルカリを酸で除去して製造される酸性領域のシリカグラウトの使用が適切であることが分かっている。しかし、近年の大規模な液状化防止注入を経済的に行うためには、大容量の酸性シリカ製造装置を用いて急速施工を行うことが必要となる。
【０００３】
ところが、大きな容器を用いて大量の注入液を作ることは、従来の方法では、不均質なゲルが析出するため困難であった。その理由は、従来、非アルカリ性シリカ系グラウトを製造するに際し、水ガラスのアルカリを酸で除去する方法を用いた場合、アルカリ領域から中性領域を通過するに際して部分的なゲル化が生ずることから、目的とするｐＨや比重を有する均一なシリカ系グラウトを得ることが困難だったことによる。
【０００４】
図１は、シリカ溶液のｐＨとゲル化時間とシリカ濃度との関係を示すグラフである。図１中のケース１は、水ガラスに酸を加えて酸性シリカ溶液を作るに当って、ゲル化時間が瞬結に近いｐＨが中性の領域を通過するため、均質な酸性シリカ液が作製できない。このため、ケース２に示すように、酸性液に水ガラスを加える方法を用いている。酸性シリカ液を作る方法としては、Ｙ字管を用いて水ガラスと酸とを酸過剰に合流混合する方法（Ｙ字方式）や、容器中に過剰の酸性液を計量して、酸性液中において所定の量の水ガラスを噴出混合する方法が用いられる（バッチ方式）。このうちＹ字方式の製造方法では、Ａ液（水ガラス液）とＢ液（酸性液）とを正確な混合比率で混合することが難しいため、塊状シリカが析出しやすい。これに対して、Ａ液とＢ液とを容器内に順次供給するバッチ方式の製造方法は、正確にＡ液とＢ液を計量して混合できるので、塊状シリカが析出しにくく、好ましい。
【０００５】
このように、部分ゲルの発生を防止するためには、急速なゲル化が生じないように酸を過剰に配合したり、水ガラスを希釈して混合するなどの手法を用いざるを得ないが、酸を過剰に添加したシリカゾルグラウトでは、環境や構造物への影響を考慮する必要があり、希釈した水ガラスでは、水ガラス濃度が低く、改良地盤において十分な高強度が得られないという問題があった。
【０００６】
シリカゾルの製造に係る先行技術として、例えば、特許文献１には、酸の中に水ガラスを加えて強酸性のシリカゾルを得るにあたり、最終所望珪酸含有率を達成するために必要な希釈水の全量を水ガラス原液に添加して希釈水ガラス液を調製した後、上端が密閉された円筒部と、その下端に連設され、下部に吐出口を設けた円錐部とからなる混合装置の円筒部内に、その軸線に対して直角に導入した多量の希釈水ガラス液を連続的に移動しながら、これに垂直に少量の強酸性鉱酸液を連続的に加圧噴射し、かつ、両液を乱流状態で旋回混合する技術が開示されている。また、特許文献２には、絞り部を付した２つの原料供給管が合流し、この合流部にて１つの排出管と連結してなるＹ字型の反応装置を使用し、この反応装置の２つの原料供給管から酸性剤水溶液と珪酸ソーダ溶液を所定の流速でそれぞれ供給し、上記合流部にて両成分を衝突混合させ、所定の流速で排出管より流出させる地盤注入薬液用非アルカリ性珪酸水溶液の製造方法が開示されている。
【０００７】
さらに、特許文献３には、水ガラスの水溶液と硬化剤の水溶液とを混合して非アルカリ性地盤硬化用薬液を製造するにあたり、水ガラスおよび硬化剤の水溶液をそれぞれ貯留する第１，第２貯留槽と、第１貯留槽に接続され水ガラスの水溶液を供給する第１供給系と、第２貯留槽に接続され硬化剤の水溶液を供給する第２供給系と、第１，第２供給系の下流側に接続されこれらを合流する合流管と、合流管の出口側に接続されたミキサと、ミキサの出口側に設置され非アルカリ性地盤硬化用薬液を貯留する第３貯留槽とを備え、合流管の出口側が入口側よりも大径に形成され、入口側が出口側よりも上方に配置され、入口側に接続された第１供給系及び第２供給系の下流側が入口側よりも更に上方に配置されて成る非アルカリ性地盤硬化用薬液の製造装置が開示されている。
【０００８】
さらにまた、特許文献４には、所定の寸法を有する円筒形混合槽と、この混合槽の底面に垂直な中心線上に、先端が下向きにかつ底面から上方に所定の距離に位置するように混合槽内に配置されたノズルとから構成される非アルカリ性珪酸水溶液の製造装置を用い、混合槽に酸性剤水溶液を装填し、この水溶液中に水ガラス液をノズルの先端から所定の圧力で注入混合する非アルカリ性珪酸水溶液の製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特公平５−７５６９２号公報
【特許文献２】特開２００５−１９４４６３号公報
【特許文献３】特許第４５０７３３９号（特開２００１−２４７８６５号）公報
【特許文献４】特公平７−８７２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
近年、大規模地盤改良工事の迅速な施工が求められており、このため、注入時におけるグラウトの製造についても、さらなる迅速化が求められている。また、改良地盤の高強度化を図るためには、高濃度のシリカゾルグラウトの使用が有効である。かかる観点から、高濃度のシリカゾルグラウトの製造を、従来よりもさらに迅速に行うための技術が求められている。
【００１１】
しかしながら、特許文献１〜３に開示されているような合流式の製造装置では、２液の合流を正確に行うことが難しく、合流する液量にバラつきが生じやすいために、高濃度のシリカゾルを製造しようとすると、部分ゲルが生じやすいという問題があった。また、特許文献１に係る技術では、水ガラスを希釈しなくてはシリカゾルを製造できず、水ガラスを原液で使用することができないという難点もあった。さらに、練り混ぜ水に海水を使用すると、瞬時にゲル化してしまい、使用することができなかった。
【００１２】
これに対し、特許文献４に開示されているようなバッチ式の製造装置もあるが、バッチ式の場合、攪拌槽を大きくすると混合が不十分になりやすく、正確な混合ができないおそれがあった。一方、小さい攪拌槽を用いれば、十分にかつ正確な混合を行うことが可能であるが、一度に製造できるシリカゾルの量が少なくなって、製造効率が低下してしまう。
【００１３】
そこで本発明の目的は、高濃度のシリカゾルグラウトを、部分ゲル化を生ずることなく、高効率で製造することができ、さらに、水ガラスの原液を用いることや、海水を練り混ぜ水として使用することも可能なシリカゾルグラウトの製造装置および製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らの検討の結果、酸性シリカ溶液を大量に製造しようとすると、大きな容器中で均質に攪拌することが困難になり、塊状シリカが生じやすいことが判った。
本発明者らは、その原因を以下のように解明して、本発明を完成したものである。
まず、従来のバッチ方式の混合容器は円筒状または四角柱状であるが、水ガラスを酸性液中で円筒状容器内で混合すると、大きな容器では混合されるのが混合軸の周辺のみになって、混合液が共回りしてしまい、容器の外周壁近傍では流速が遅くなり、混合が不十分になってシリカが析出しやすくなることがわかった。また、四角柱状の容器の場合、混合液が中心近くで共回りして、角部では停滞してしまい、混合が全体として十分に行われないことがわかった。
上記の点から、本発明者らは、シリカゾルグラウトの製造に用いる攪拌槽の形状および構造の観点から鋭意検討した結果、本発明を完成するに至った。
【００１５】
すなわち、本発明のシリカゾルグラウトの製造装置は、酸性溶液にシリカ溶液を混合してシリカゾルグラウトを得るシリカゾルグラウトの製造装置において、
前記酸性溶液を貯留する攪拌槽と、該攪拌槽内に配置された攪拌機とを備え、該攪拌槽が、上部より底部が断面積の小さい形状を有し、かつ、該攪拌槽の内周面に、突出部が設けられていることを特徴とするものである。
本発明によれば、上部より底部が断面積の小さい形状を有する攪拌槽としたことで、混合液の製造時における深さ方向の回転速度を異ならせ、かつ、攪拌槽の内周面の深さ方向に突起物を設けることで混合性を改善することができ、これにより、濃いシリカ溶液を用いてもシリカの部分ゲルを生じさせずに、均質なシリカ溶液を製造することが可能となった。
【００１６】
本発明の製造装置においては、前記攪拌機が、せん断力を発生可能な１枚または２枚以上の攪拌翼を備えることが好ましい。また、前記突出部は、略半円柱状、略三角柱状または略四角柱状とすることができる。
【００１７】
さらに、本発明の製造装置においては、前記突出部を、柱体の高さ方向が、前記攪拌槽の内周面と、該攪拌槽の底面に対し垂直な面とが交差する直線の方向に対し平行となるように設けることが好ましい。この場合、前記突出部は、前記攪拌槽の内周面に、該攪拌槽の高さ方向において１列で、かつ、該攪拌槽の周方向に沿って略等間隔に複数個で設けることができ、前記攪拌槽の内周面に、該攪拌槽の高さ方向において２列以上で、かつ、該攪拌槽の周方向に沿って略等間隔に複数個で設けることができ、また、前記攪拌槽の内周面に、該攪拌槽の高さ方向においてランダムに、かつ、該攪拌槽の周方向に沿って略等間隔に複数個で設けることもできる。
【００１８】
また、本発明のシリカゾルグラウトの製造方法は、酸性溶液にシリカ溶液を混合してシリカゾルグラウトを得るシリカゾルグラウトの製造方法において、
上記本発明の製造装置を用いて、前記攪拌槽内に前記酸性溶液を貯留し、該酸性溶液を該攪拌槽内で攪拌しながら、該酸性溶液に対し前記シリカ溶液を添加することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、高濃度のシリカゾルグラウトを、部分ゲル化を生ずることなく、高効率で製造することができ、さらに、水ガラスの原液を用いることや、海水を練り混ぜ水として使用することも可能なシリカゾルグラウトの製造装置および製造方法を実現することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】配合液のｐＨの変動を示すグラフである。
【図２】本発明のシリカゾルグラウトの製造装置の一例の、（ａ）垂直方向および（ｂ）水平方向の概略断面図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は、本発明に係る攪拌槽の他の例の、水平方向の概略断面図であり、（ｃ），（ｄ）は、本発明の攪拌槽のさらに他の例の、垂直方向の概略断面図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は、本発明に係る攪拌槽のさらに他の例の、水平方向の概略断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の攪拌槽のさらに他の例の、垂直方向の概略断面図である。
【図６】本発明に係る攪拌槽のさらに他の例の、上方から見た概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図２に、本発明のシリカゾルグラウトの製造装置の一例の、（ａ）垂直方向および（ｂ）水平方向の概略断面図を示す。本発明のシリカゾルグラウトの製造装置は、酸性溶液にシリカ溶液を混合してシリカゾルグラウトを得るために用いられるものであり、図示するように、酸性溶液Ａを貯留する攪拌槽１と、攪拌槽１内に配置された攪拌機２と、を備えている。
【００２２】
図示するように、本発明においては、攪拌槽１が、上部１Ａより底部１Ｂが断面積の小さい形状を有しており、かつ、攪拌槽１の内周面に、突出部３が設けられている点に特徴がある。攪拌槽１の形状を、上部１Ａより底部１Ｂが断面積の小さい形状としたことで、酸性溶液とシリカ溶液との混合液を攪拌機２で攪拌する際に、攪拌機２による攪拌速度が上方および下方の双方で同じであっても、混合液の回転速度は上方では遅く、下方では速くなる。また、攪拌槽１の内周面に突出部３を設けたことで、この突出部３の近傍において攪拌時に乱流が生ずる。よって、本発明においては、これら攪拌機１の形状および突出部３の配置を組み合わせたことで、攪拌時に混合液が、垂直方向でも水平面内でも乱れて激しく混合されることになり、攪拌槽１内の全体で十分に攪拌、混合が行われて、攪拌槽の大容量化により製造速度の向上を図った場合でも、部分ゲルの発生を防止しつつ、酸性溶液Ａとシリカ溶液とを均一に混合することができる。よって、本発明によれば、上部より底部が断面積の小さい形状を有する攪拌槽としたことで、混合液の製造時における深さ方向の回転速度を異ならせ、かつ、攪拌槽の内周面の深さ方向に突起物を設けることで混合性を改善することができ、これにより、濃いシリカ溶液を用いてもシリカの部分ゲルを生じさせずに、均質なシリカ溶液を製造することが可能となった。
【００２３】
これにより、本発明においては、従来は大容量の配合が困難であったバッチ方式の製造装置において、部分ゲルの発生の問題なしで、かつ、製造速度の向上を図りつつ、高濃度シリカゾルグラウトの製造を行うことが可能となった。本発明によれば、シリカゾルグラウトを一度に大量に製造することができるので、従来よりも施工日数を削減することができ、コストダウンを図ることができる。
【００２４】
図３（ａ）〜（ｄ）に、本発明に係る攪拌槽の他の例の、水平方向または垂直方向の概略断面図を示す。本発明において、攪拌槽１の内周面に設ける突出部３の形状としては、いかなる形状であってもよく、具体的には例えば、図２に示すような略半円柱状の他、図３（ａ），（ｂ）に示すように、略三角柱状または略四角柱状とすることも好ましい。図３の（ａ）に示す攪拌槽１１においては、略三角柱状の突出部１３が設けられており、（ｂ）に示す攪拌槽２１においては、略四角柱状の突出部２３が設けられている。突出部として、角部を有する形状のものを用いることで、攪拌効率がより向上することから、好ましい。また、例えば、略四角柱状の突出部の場合、柱体の高さ方向に垂直な断面の形状は、正方形であっても長方形であってもよいが、長方形の場合は、短辺が攪拌槽の周方向に沿うようにして突出部を配置することが、より乱流を生じやすくする点から、好ましい。さらに、図３の（ｃ）に示す攪拌槽９１のように、略半球状の突出部９３を設けてもよく、（ｄ）に示す攪拌槽１０１のように、略立方体状または略直方体状の突出部１０３を設けてもよい。
【００２５】
図４（ａ），（ｂ）に、本発明に係る攪拌槽のさらに他の例の、水平方向の概略断面図を示す。本発明において、攪拌槽１は、上部１Ａより底部１Ｂが断面積の小さい形状であればよく、これにより上記本発明の所期の効果を得ることができる。攪拌槽１の具体的な形状としては特に制限はなく、図２に示すような円錐台形状の他、四角錘台や、図４の（ａ）に示す五角錘台、（ｂ）に示す六角錘台等の多角錘台形状とすることができる。図４（ａ），（ｂ）に示す攪拌槽３１，４１においては、略円柱状の突出部３３，４３が設けられている。
【００２６】
また、本発明において、攪拌槽１の内周面に設ける突出部３は、１箇所以上設けられていれば所期の効果が得られるが、好適には、図示するように、攪拌槽の内周面に、複数個、特には、周方向に沿って等間隔で３箇所以上設けることが、均一な混合の観点から好ましい。ここで、図４（ａ），（ｂ）に示すように、攪拌槽が多角錘台形状である場合には、多角錘台形状の攪拌槽３１，４１の内周面のうち、断面の多角形を構成する辺の略中央部分に、突出部３３，４３を、設けることが好ましい。
【００２７】
さらに、図示するように、本発明において突出部が略柱体状の場合には、突出部は、柱体の高さ方向が、攪拌槽の内周面と、攪拌槽の底面に対し垂直な面とが交差する直線の方向に対し平行となるように、設けることが好ましい。このような配置とすることが、攪拌される混合液中に乱流を作り出す効果の点で、最も好ましい。
【００２８】
図５（ａ）〜（ｃ）に、本発明の攪拌槽のさらに他の例の、垂直方向の概略断面図を示す。本発明において、突出部の具体的な配置条件については、特に制限はなく、例えば、図５（ａ）に示す例では、突出部５３は、攪拌槽５１の内周面に、攪拌槽５１の高さ方向において１列で、かつ、攪拌槽５１の周方向に沿って略等間隔で設けられている。また、図５（ｂ）に示す例では、突出部６３は、攪拌槽６１の内周面に、攪拌槽６１の高さ方向において２列以上、例えば、２〜５列、図示する例では２列で、かつ、攪拌槽６１の周方向に沿って略等間隔で設けられている。この場合、２列以上で配置する突出部６３は、各列ごとに攪拌槽６１の周方向の位置をオフセットして配置することが好ましい。さらに、図５（ｃ）に示す例では、突出部７３は、攪拌槽７１の内周面に、攪拌槽７１の高さ方向においてランダムに、かつ、攪拌槽７１の周方向に沿って略等間隔で設けられている。突出部の高さ方向および周方向の個数は、容量に応じて適宜増やすことができる。
【００２９】
また、本発明の製造装置は、攪拌機２として、せん断力を発生可能な１枚または２枚以上の攪拌翼を備えることが好ましい。せん断撹拌能力を有する攪拌機２を用いることで、より攪拌能力を高めることができ、特に、攪拌翼を２枚以上とすることで、攪拌槽の容量がより増大した場合でも、攪拌槽の上部における攪拌能力にも優れるものとなる。このような攪拌翼としては、例えば、タービン翼を挙げることができ、回転数２００ｒｐｍ以上のものを好適に使用することができる。攪拌翼を２枚以上設ける場合には、攪拌槽の深さ方向に並べて配置してもよく、また、攪拌槽の水平面内の複数箇所に攪拌翼を配置してもよい。図６に、本発明に係る攪拌槽のさらに他の例を、上方から見た概略説明図を示す。図示する例では、８枚の攪拌翼８５ａ，８５ｂが、攪拌槽８１の深さ方向の位置を周方向に交互に入れ替えて、２段で配置されている。すなわち、図示する例において、斜線で示された攪拌翼８５ａと、白抜きで示された攪拌翼８５ｂとは、高さ方向の配置位置が異なるものであり、このように攪拌翼を２段で配置することで、高さ方向においてより良好に攪拌、混合が行われるものとなるので、好ましい。
【００３０】
なお、図示はしないが、本発明の製造装置において、混合量の管理には流量計を用いることができる。かかる流量計としては、電磁式、超音波式、羽根車式等のいかなるものであってもよい。
【００３１】
本発明の製造装置においては、上記攪拌槽および攪拌機を備える以外の点については、特に制限はなく、常法に従い、適宜構成することが可能である。例えば、攪拌槽内の酸性溶液に対しシリカ溶液を混合する手法としては、シリカ溶液を、酸性溶液上に、ノズルを用いて噴射または配管を介して自由落下で流入させる方法や、攪拌槽内に配管を介して流入させる方法などを用いることができる。この場合、使用するノズルや配管の数については特に制限はなく、１箇所または２箇所以上、例えば、３〜６箇所とすることができる。特に、噴射ノズルを用いる場合、液中で水ガラスが拡散して酸性液中に落下するので、均一な混合の点で好ましい。噴射ノズルの噴射圧力は、例えば、０．１ＭＰａ以上、好適には０．１〜０．５ＭＰａとすることができる。
【００３２】
なお、一度に製造できるシリカゾルグラウトの量は、従来のバッチ式の製造装置では１００リットルから１５０リットルであり、合流式の製造装置では、毎分６５リットルから１５０リットルであった。これに対し、本発明の製造装置においては、例えば、２００リットルから４００リットルのシリカゾルグラウトを一度に製造することが可能である。
【００３３】
よって、本発明の製造装置においては、上記特定の形状および構造を有する攪拌槽を用いるものとしたことで、攪拌槽の大容量化により製造速度の向上を図った場合でも、部分ゲルの発生を防止しつつ、酸性溶液とシリカ溶液とを均一に混合することができる。特に、せん断攪拌能力を有する攪拌翼を備えた攪拌機を、上記特定の形状および構造を有する攪拌槽を組み合わせることで、部分ゲルの発生をより効果的に抑制して、高濃度シリカゾルグラウトを一度に大量に製造することが可能となる。
【００３４】
また、本発明の製造装置は、簡易な構造を有し、比較的小型であるため、車上に搭載して使用することも可能である。  
【００３５】
本発明のシリカゾルグラウトの製造方法においては、上記特定の形状および構造を有する攪拌槽を備える本発明の製造装置を用いて、酸性溶液を攪拌槽内で攪拌しながら、酸性溶液に対しシリカ溶液を添加するものである。これにより、部分ゲルの発生を防止しつつ、酸性溶液とシリカ溶液とを均一に混合することができ、高濃度シリカゾルグラウトを一度に大量に製造することが可能となる。
【００３６】
本発明において、酸性溶液に用いる酸としては、硫酸、リン酸、硝酸、塩酸、スルファミン酸等の無機酸、および、これらの混酸を用いることができる。また、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。ここで、シリカ溶液として水ガラスの原液を使用する場合には、シリカ溶液の酸性溶液に対する添加を、時間間隔をあけて行うことが好ましい。
【００３７】
活性シリカは、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％以上、通常は３０％程度であり、また粒径が５〜２０ｎｍである。
【００３８】
なお、従来のシリカゾル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。
【００３９】
また、本発明においては、最初に、酸性溶液と海水を混合して、その後にシリカ溶液を混合することができるため、海水を練り混ぜ水として使用しても、海水による直接の影響を受けないというメリットがある。これにより、コスト性をより向上することができる。
【００４０】
なお、本発明において、シリカゾルを製造する際の各成分の攪拌機への投入は、水、酸性溶液、シリカ溶液の順で行うことができ、シリカ溶液としては、水ガラス、活性シリカコロイドの順とすることが好ましい。但し、水と酸性溶液とは同時に投入してもよく、水ガラスと活性シリカコロイドとを同時に投入してもよい。また、シリカ溶液のうちでも特に水ガラスは、ポンプ等を用いて勢いよく噴射投入することが好ましい。  
【実施例】
【００４１】
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はないのはもちろんである。
【００４２】
図２に示すような、上部より底部の断面積が小さい略円錐台形状を有する攪拌槽（容量：１５０リットル）の内部に、高さ方向に２枚のタービン翼を備える攪拌機（東京硝子機械（株）製，品名：Ｆｉｎｅスリーワンモータ）を配置した製造装置を用いて、シリカゾルグラウトの製造を行った。攪拌槽の内周面には、略半円柱状の突出部が、柱体の高さ方向が、攪拌槽の内周面と、攪拌槽の底面に対し垂直な面とが交差する直線の方向に対し平行となるよう、攪拌槽の高さ方向において１列で、かつ、攪拌槽の周方向に沿って略等間隔で（１列配置）、計４個で設けられていた。
【００４３】
下記の表中に示すように攪拌槽の形状および突出部の条件をそれぞれ変えて、攪拌槽内にリン酸（比重１．５８）を充填し、攪拌機を回転数８００ｒｐｍの条件で回転させながら、下記の表１中に示すシリカ溶液を、攪拌槽内に自由落下により供給して、リン酸と混合した。
【００４４】
【表１】
0005861852.tif 000002
＊１）原液５号水ガラス：比重（２０℃）１．３２、ＳｉＯ２：２５．５質量％、Ｎａ２Ｏ：７．０３質量％、モル比３．７５。
希釈５号水ガラス：原液５号水ガラス８０リットルを希釈水１２０リットルで希釈したもの。
【００４５】
結果として、略円錐台形状を有し、内周面に略半円柱状の突出部が設けられている攪拌槽を使用し、シリカ溶液として希釈水ガラスまたは原液水ガラスを用いてシリカゾルの製造を行った場合、部分ゲルの発生はなかった。これに対し、略円錐台形状を有するが内周面に略半円柱状の突出部が設けられていない攪拌槽を使用した場合、および、内周面に略半円柱状の突出部が設けられているが円筒状である攪拌槽を使用した場合、部分ゲルが発生してしまった。
【００４６】
次に、実験例１と同様の製造装置を用いて、下記表２に示す配合で、シリカゾルグラウトの製造を行った。まず、攪拌槽内に、水および７５％硫酸を順次投入し、攪拌機を回転数８００ｒｐｍの条件で回転させながら、３号水ガラスを、攪拌槽内に自由落下により供給して、水および７５％硫酸と混合した。
【００４７】
【表２】
0005861852.tif 000003
＊２）３号水ガラス：比重（２０℃）１．４１、ＳｉＯ２：２９質量％、Ｎａ２Ｏ：９．０５％、モル比３．２。
【００４８】
上記表２に示す配合に基づき得られる練り上がり配合液（シリカゾルグラウト）の計算値を、下記の表３中に示す。
【００４９】
【表３】
0005861852.tif 000004
【００５０】
下記の表４に、各例で得られた試験結果を示す。上記表中の計算値と比較したところ、比重は０．０１以内に収まっていた。また、ｐＨについては計算値の範囲に入っていた。
【００５１】
【表４】
0005861852.tif 000005
【００５２】
次に、実験例１と同様の製造装置を用いて、下記表５に示す配合で、シリカゾルグラウトの製造を行った。
【００５３】
【表５】
0005861852.tif 000006
【００５４】
上記シリカ溶液としては、以下のものを用いた。
コロイダルシリカ：陽イオン交換樹脂で処理した水ガラス水溶液にアルカリを添加し、加熱して縮合安定化せしめ、濃縮した無水珪酸のこう質溶液であって、ＳｉＯ２：約３０質量％、Ｎａ２Ｏ：０．７質量％以下、比重（２０℃）：１．２１〜１．２２、ｐＨ：９〜１０の物性を呈するコロイダルシリカ。
【００５５】
水ガラスをイオン交換樹脂で処理してアルカリの大部分を除去し、造粒して得られた（株）ＡＤＥＫＡ製のコロイダルシリカを使用した。
使用する水ガラスのモル比は０．５〜４．５の間であり、好ましくは３〜４である。
【００５６】
上記配合Ａを用いて、まず、攪拌槽内に水およびリン酸を順次充填し、攪拌機を回転数８００ｒｐｍの条件で回転させながら、５号水ガラスを、水およびリン酸の混合液中に配置された噴射ノズルを用いて噴射圧力０．１ＭＰａで攪拌槽内に噴射するか、または、攪拌槽内に自由落下により供給して、水およびリン酸と混合した。下記の表６に、各例で得られた試験結果を示す。
【００５７】
【表６】
0005861852.tif 000007
【００５８】
次に、上記配合Ｂを用いて、まず、攪拌槽内に水およびリン酸を順次充填し、攪拌機を回転数８００ｒｐｍの条件で回転させながら、５号水ガラスおよびコロイダルシリカを順次、水およびリン酸の混合液中に配置された噴射ノズルを用いて噴射圧力０．１ＭＰａで攪拌槽内に噴射するか、または、攪拌槽内に自由落下により供給して、水およびリン酸と混合した。下記の表７に、各例で得られた試験結果を示す。
【００５９】
【表７】
0005861852.tif 000008
【００６０】
次に、実験例１と同様の製造装置において、突出部の形状を変えるか、または、突出部の配置を、攪拌槽の高さ方向において２列で、かつ、攪拌槽の周方向に沿って略等間隔で設けるか（図５（ｂ），２列配置）、若しくは、攪拌槽の高さ方向においてランダムに、かつ、攪拌槽の周方向に沿って略等間隔で設けて（図５（ｃ），ランダム配置）、シリカゾルグラウトの製造を行った。その結果を、下記の表８に示す。
【００６１】
【表８】
0005861852.tif 000009
【００６２】
上記表中の結果から、突出部の形状または配置を変えた場合でも、部分ゲルの発生がないことが確かめられた。
【００６３】
次に、シリカ溶液および攪拌槽の形状を下記の表９に示すように変えた以外は実験例１と同様にして、シリカゾルグラウトの製造を行った。下記の表９に、各例で得られた試験結果を併せて示す。
【００６４】
【表９】
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【００６５】
以上より、攪拌槽の形状を、上部より底部が断面積の小さい形状とするとともに、攪拌槽の内周面に、突出部を設けることで、攪拌槽を大型化した場合でも、部分ゲル化を生ずることなくシリカゾルグラウトを製造することが可能であり、よりシリカ濃度を高くした場合においても、部分ゲルの発生なしでシリカゾルグラウトの製造が可能となることが確かめられた。
【符号の説明】
【００６６】
１，１１，２１，３１，４１，５１，６１，７１，８１，９１，１０１  攪拌槽
１Ａ  上部
１Ｂ  底部
２  攪拌機
３，１３，２３，３３，４３，５３，６３，７３，９３，１０３  突出部
８５ａ，８５ｂ  攪拌翼
Ａ  酸性溶液
【要約】
【課題】高濃度のシリカゾルグラウトを、部分ゲル化を生ずることなく、高効率で製造することができ、さらに、水ガラスの原液を用いることや、海水を練り混ぜ水として使用することも可能なシリカゾルグラウトの製造装置および製造方法を提供する。
【解決手段】酸性溶液にシリカ溶液を混合してシリカゾルグラウトを得るシリカゾルグラウトの製造装置である。酸性溶液Ａを貯留する攪拌槽１と、攪拌槽内に配置された攪拌機２とを備え、攪拌槽が、上部１Ａより底部１Ｂが断面積の小さい形状を有し、かつ、攪拌槽の内周面に、突出部３が設けられている。
【選択図】図２【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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