(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、五角形から十二角形の多角形筒状を有し、かつ、該多角形筒状の攪拌槽の内周面に、略半円柱状の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】
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円筒状の攪拌槽と、該攪拌槽内に配置された攪拌機とを備え、該円筒状の攪拌槽の内周面に、略半円柱状の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３】
前記突出部が、前記攪拌槽の内周面に、３箇所以上設けられている請求項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】
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１〜３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。
【請求項５】
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、
上面が開口した攪拌槽内に前記酸性溶液を貯留して、該酸性溶液を該攪拌槽内で攪拌しながら、該酸性溶液に対し上方から前記シリカ溶液を噴射することを特徴とするシリカゾルグラウトの製造方法。
【請求項６】
前記シリカ溶液として、水ガラスの原液を希釈せずに用いる請求項４または５記載のシリカゾルグラウトの製造方法。
【請求項７】
海水を練り混ぜ水として使用する請求項４〜６のうちいずれか一項記載のシリカゾルグラウトの製造方法。
【請求項８】
前記シリカ溶液の前記酸性溶液に対する添加を、時間間隔をあけて行う請求項４〜７のうちいずれか一項記載の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。一方で、部分ゲルの発生を防止するためには、２液の合流方法についても重要となる。
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、酸性溶液とシリカ溶液との混合条件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。
【００１６】
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、五角形から十二角形の多角形筒状を有し、かつ、該多角形筒状の攪拌槽の内周面に、略半円柱状の突出部が設けられていることを特徴とするものである。
【００１７】
さらに、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円筒状の攪拌槽と、該攪拌槽内に配置された攪拌機とを備え、該円筒状の攪拌槽の内周面に、略半円柱状の突出部が設けられていることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明においては、前記突出部が、前記攪拌槽の内周面に、３箇所以上設けられていることが好ましい。
【００１９】
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、
上記特定形状を有する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。
【００２０】
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、
上面が開口した攪拌槽内に前記酸性溶液を貯留して、該酸性溶液を該攪拌槽内で攪拌しながら、該酸性溶液に対し上方から前記シリカ溶液を噴射することを特徴とするものである。
【００２１】
本発明の本発明のシリカゾルグラウトの製造方法においては、前記シリカ溶液として、水ガラスの原液を希釈せずに用いることができ、また、海水を練り混ぜ水として使用することもできる。また、前記シリカ溶液の前記酸性溶液に対する添加を、時間間隔をあけて行うこともできる。
【発明の効果】
【００２２】
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】
【００２３】
【図１】配合液のｐＨの変動を示すグラフである。
【図２】（ａ），（ｂ）は、本発明のシリカゾルグラウトの製造装置の一例を示す概略説明図である。
【図３】従来の攪拌槽を示す水平方向の模式的断面図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は、本発明に係る攪拌槽の一例を示す水平方向の模式的断面図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は、本発明に係る攪拌槽の他の例を示す水平方向の模式的断面図である。
【図６】本発明に係る攪拌槽のさらに他の例を示す水平方向の模式的断面図である。
【図７】噴射ノズルの数を変えた場合の混合速度の比率の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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（ａ），（ｂ）に、本発明のシリカゾルグラウトの製造装置の一例の概略説明図を示す。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、上面が開口し酸性溶液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、攪拌槽１内に貯留される酸性溶液Ａに対し非接触となるように、すなわち、酸性溶液Ａの液面より上方であって、混合後の混合液の液面よりも上方となる位置に配置され、シリカ溶液Ｂを噴射する噴射ノズル３とを備えている。また、図中の符号４は、シリカ溶液Ｂを貯留する貯留槽を示す。
【００２５】
本発明の製造装置においては、噴射ノズル３を介して、酸性溶液Ａに対しシリカ溶液Ｂを非接触噴射できるので、水ガラスのアルカリが中和されやすいアルカリ領域を通らなくなり、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Ｂとを均一に混合することができる。また、噴射ノズル３が酸性溶液Ａに対し、図２のように非接触となる位置に配置されているので、噴射ノズルが酸性溶液内に配置されている場合のように、２液が直接合流する部分で部分ゲルが生じやすくなるという問題が生じない。また、バッチ方式での製造であるために、酸性溶液Ａがシリカ溶液Ｂに対し過剰になるように所定の濃度を正確な量で配合することができるので、高濃度のシリカゾルであっても、部分ゲルが生じにくい。以上より、本発明によれば、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。
【００２６】
また、本発明においては、噴射ノズル３の先端からシリカ溶液を噴射することも、部分ゲルを起こさせない一つの要因となっている。これは、以下のような理由による。すなわち、本発明における水面より上の空中からシリカ溶液Ｂを噴射する非接触法では、シリカ溶液Ｂが噴射によって広範囲に水滴になって酸性溶液Ａに対し降り注ぐことになるが、界面の水ガラスの量は小さく、これが酸性溶液Ａ中に撹拌混合されるので、１粒１粒を見た場合、図１中でアルカリ側から酸性側に移行する領域を経る間もなく直ちに酸性側の状態になって酸性シリカとなるので、部分ゲルを生じない。これに対し、従来の酸性液中における水ガラスの噴射法では、噴射孔の周辺では酸性液より水ガラスの量が多いため、図１のアルカリ側から酸性側へ移行する領域を経ざるを得ないので、その際に部分ゲルが生ずる。特に、シリカ濃度が高いとその傾向が強いので、濃いシリカ溶液をつくることが困難となる。
【００２７】
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。また、上述したように、酸性溶液Ａとシリカ溶液Ｂとを正確に配合することができるので、従来よりもシリカ濃度を高くすることができ、高強度の地盤改良が可能である。さらに、酸性溶液Ａとシリカ溶液Ｂとを正確に配合できるので、酸を過剰に加える必要がなく、酸の使用量を最低限に抑えることができるので、環境性にも優れている。
【００２８】
本発明において、噴射ノズル３は、少なくとも１個設けることで、液中で水ガラスが拡散して酸性液中に落下するので、本発明の所期の効果が得られるものであるが、好適には図中の（ａ）に示すように、複数個、例えば３〜６個で設けることが、均一な混合の観点からは好ましい。また、噴射ノズル３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。さらに、本発明において、攪拌機２の条件については特に制限はないが、せん断撹拌能力を有するものが好ましく、例えば、回転数２００ｒｐｍ以上のものを好適に使用することができる。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。
【００２９】
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。
【００３０】
本発明の製造装置においては、上記噴射ノズルを用いることで、所期の効果を得ることができるものであるが、噴射ノズルを用いることに代えて、攪拌槽として、所定の形状を有するものを用いることによっても、同様の効果を得ることができる。具体的には、本発明の他の実施形態においては、攪拌槽として、五角形から十二角形の多角形筒状を有するものを用いる。すなわち、水平方向の断面形状が、五角形から十二角形の多角形形状である、筒状の攪拌槽を用いる。
【００３１】
すなわち、従来の攪拌槽としては、図３（ａ）に示すような円筒状のものが一般的であったが、円筒状の攪拌槽の内部に貯留された液を攪拌機により攪拌しようとすると、外周側にいくほど攪拌速度が遅くなるため、攪拌槽を大容量化して槽の直径が大きくなるにつれて、均一な混合が難しくなることに加え、槽内部の液全体が攪拌機とともに回転する共回りが生じて、攪拌機を回転させても液が混合されず、濃度の不均一が生ずるという問題があった。そこで、本発明者らの実験の結果、本発明においては、攪拌槽の形状を改良して、上記特定の多角形筒状を有するものとした。このように攪拌槽の内壁の形状を多角形とすることで、断面形状が円の場合におけるような共周りの発生を防止することができる。その一方、図３（ｂ）に示すように攪拌槽の内壁の形状が四角形であると、その隅部において液が滞留しやすくなって、やはり均一な混合を妨げるため、五角形以上の多角形として、その断面における隅部の角度を鈍角とする。また、断面形状が十二角形を超えると、隅部の角度が大きくなりすぎて、実質的に円に近くなるので、十二角形以下の多角形とすることが必要である。好適には、五角形から八角形の多角形筒状を有する攪拌槽を用いる。図４に、本発明に係る（ａ）五角形形状の攪拌槽、および、（ｂ）六角形形状の攪拌槽の水平方向の模式的断面図を示す。
【００３２】
よって、本発明の製造装置においては、上記特定の多角形筒状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、図２に示す噴射ノズルを用いた製造装置に、上記特定の多角形筒状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。
【００３３】
図５（ａ），（ｂ）に、本発明に係る他の攪拌槽の水平方向の模式的断面図を示す。図示するように、本発明においては、多角形筒状の攪拌槽１１Ａ，１１Ｂの内周面に、略半円柱状の突出部１５Ａ，１５Ｂを設けることが好ましい。図５（ａ）は、五角形筒状の攪拌槽１１Ａの内周面に略半円柱状の突出部１５Ａを設けた状態を示し、同図（ｂ）は、六角形筒状の攪拌槽１１Ｂの内周面に略半円柱状の突出部１５Ｂを設けた状態を示す。このように、攪拌槽の内周面に突出部を設けることで、攪拌時において乱流が生じ、液がさらに攪拌、混合されやすくなるので、好ましい。この突出部は、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、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、突出部は、実質的には図示するように、多角形筒状の攪拌槽１１Ａ，１１Ｂの内周面のうち、多角形を構成する辺の略中央部分に設ける。
【００３４】
図６に、本発明に係るさらに他の攪拌槽の水平方向の模式的断面図を示す。図示するように、本発明においては、攪拌槽として、円筒状の攪拌槽２１の内周面に、略半円柱状の突出部２５が設けられているものを用いることもできる。前述したように、円筒状の攪拌槽をそのまま使用すると、液の共回りが生じて、液が十分混合されない問題が生ずるが、内周面に突出部を設けることで、共回りの発生を防止することができ、また、乱流を発生させることで、全体を十分に混合することが可能となって、本発明の所期の効果を得ることができるものとなる。
【００３５】
図５，６に示す実施形態は、各形状の攪拌槽の内周面に、複数個の部品を取り付けるのみで実施可能であり、攪拌槽自体のさらなる改良が不要であるので、実施が容易であるというメリットも有する。
【００３６】
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。  
【００３７】
本発明のシリカゾルグラウトの製造方法においては、上記特定形状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か、または、上面が開口した攪拌槽内で酸性溶液を攪拌しながら、酸性溶液に対し上方からシリカ溶液を噴射して混合するものであり、双方の手法を併用してもよい。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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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】
【００４３】
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って制限されるものではないのはもちろんである。
【００４４】
五角形の多角形筒状を有する攪拌槽（容量：１５０リットル）の内部に、攪拌機（シルバーソン・ニッポン（株）製，多用途対応バッチミキサー）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。
【００４５】
攪拌槽内にリン酸（比重１．５８）を充填し、攪拌機を回転数１５００ｒｐｍ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、リン酸に対し非接触となる位置に配置された１個の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（噴射あり）、または、そのまま攪拌槽内に自由落下により供給して（噴射なし）、リン酸と混合した。
【００４６】
【表１】
0005732657.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。
【００４７】
また、図１のグラフからわかるように、従来の製造方法では、ケース１のようにアルカリ領域から中性領域を通って酸性領域の配合液を作製するが、本発明では酸性溶液に対しシリカ溶液を噴射しながら混合するため、ケース２のように、酸性領域から弱酸性にｐＨが移行することになり、安定した配合液が作製でき、少ない反応剤のみで配合が可能となる。
【００４８】
結果として、五角形の多角形筒状を有する攪拌槽を使用し、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、噴射ノズルの使用なしでも、部分ゲルの発生はなかった。
【００４９】
次に、上記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１５００ｒｐｍの条件で回転させながら、３号水ガラスを、攪拌槽内の液に対し非接触となる位置に配置された噴射ノズルを用いて噴射圧力０．１ＭＰａで攪拌槽内に噴射して、水および７５％硫酸と混合した。
【００５０】
【表２】
0005732657.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。
【００５１】
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）の理論値を、下記の表３中に示す。
【００５２】
【表３】
0005732657.tif 000004
【００５３】
下記の表４に、各例で得られた試験結果を示す。上記表中の理論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については理論値の範囲に入っていた。
【００５４】
【表４】
0005732657.tif 000005
【００５５】
次に、上記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。
【００５６】
【表５】
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【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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１５００ｒｐｍ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（液中）、または、水およびリン酸に対し非接触となる位置に配置された噴射ノズル（液外）を用いて、噴射圧力０．１ＭＰａで攪拌槽内に噴射し、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。
【００６０】
【表６】
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【００６１】
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１５００ｒｐｍ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（液中）、または、水およびリン酸に対し非接触となる位置に配置された噴射ノズル（液外）を用いて、噴射圧力０．１ＭＰａで攪拌槽内に噴射し、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。
【００６２】
【表７】
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【００６３】
次に、上記と同様の製造装置において、噴射ノズルの数を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。その結果を、下記の表８および図７に示す。
【００６４】
【表８】
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【００６５】
上記表中の結果から、噴射ノズルの個数を増やすことで、液を混合する速度が速くなり、製造能力が向上して、結果として、施工時間の短縮化が図れることが確かめられた。
【００６６】
次に、シリカ溶液、噴射ノズルの配置位置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。
【００６７】
【表９】
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＊）攪拌槽の大きさが大きいと部分ゲルができてしまい、使用不可となるが、小さければ使用可能である。
【００６８】
また、例えば、シリカ溶液として３号水ガラスを用いたとき、五角形筒状の攪拌槽を用いると、噴射ノズルの位置が液の外部にある場合は、配合液中のシリカ（ＳｉＯ２）濃度３０％まで使用可能であり、噴射ノズルの位置が液の内部にある場合は、同じく２０％まで使用可能である。これに対し、円筒状の槽を用いると、噴射ノズルの位置が液の外部にある場合は、配合液中のシリカ濃度２０％まで使用可能であり、噴射ノズルの位置が液の内部にある場合は、同じく１２％まで使用可能である。さらに、四角形筒状の槽を用いると、噴射ノズルの位置が液の外部にある場合は、配合液中のシリカ濃度２０％まで使用可能であり、噴射ノズルの位置が液の内部にある場合は、同じく１２％まで使用可能である。
【００６９】
上記の結果から、五角形筒状の攪拌槽を用いて噴射ノズルを液の外部に配置する組み合わせにより、最も良好な結果が得られることが分かる。なお、コロイダルシリカをさらに添加した場合は、配合液中のシリカ濃度を上げることができる。また、モル比２．０〜５．４の範囲にある水ガラスを使った場合も、ほぼ同等の結果である。
【００７０】
以上より、攪拌槽の形状を多角形筒状とすることで、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、噴射ノズルを液面に対し非接触で使用することで、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。また、噴射ノズルの個数を増やすことで、製造効率を向上できることも確かめられた。
【符号の説明】
【００７１】
１，１１Ａ，１１Ｂ，２１  攪拌槽
２  攪拌機
３  噴射ノズル
４  貯留槽
１５Ａ，１５Ｂ，２５  略半円柱状の突出部
Ａ  酸性溶液
Ｂ  シリカ溶液
【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。上面が開口し酸性溶液を貯留する攪拌槽１と、攪拌槽１内に配置された攪拌機２と、攪拌槽１内に貯留される酸性溶液に対し非接触となる位置に配置され、シリカ溶液を噴射する噴射ノズル３とを備える。
【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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【図７】
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