(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モル比（［ＳｉＯ２］／［Ｎａ２Ｏ］）が３．６以上かつ３．８以下である水ガラスに水を配合して希釈水ガラスとし、
その希釈水ガラスと酸とを混合し撹拌翼により撹拌して得た、シリカ濃度が１３（ｗ／ｖ）％以上かつ１５（ｗ／ｖ）％以下の酸性シリカゾル溶液を含み、
前記撹拌時の撹拌動力が０．６Ｗ／ｌ以上であり、
前記希釈水ガラスのシリカ濃度が１７（ｗ／ｖ）％以上かつ１８（ｗ／ｖ）％以下であり、かつ、前記希釈水ガラスの前記酸への混合速度が練り上がり薬液における単位体積あたりの添加シリカ量として１８０ｇ／ｍｉｎ・ｌ以下である、地盤改良材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤改良に用いる薬液としての地盤改良材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、地盤の性状を改良する地盤改良工法として、地盤にケーシング及び注入ロッドを挿入し、ケーシングを引き抜いた後、注入ロッドの注入口から注入材（薬液）を注入する工法が存在する。この注入材（薬液）としては、酸や塩等の反応剤を添加してゲル化させる水ガラス系のグラウトが汎用されていた。
【０００３】
しかしながら、水ガラスに少量の酸や塩を反応剤として添加した薬液では、ゲル化後に自身のアルカリによるシリカの再溶解現象がみられ、改良地盤の耐久性に乏しい。そこで、現在では、水ガラス及び中和剤たる酸を混合して非アルカリ性又は酸性のシリカゾルグラウトを得て、このシリカゾルグラウトを注入材として使用する方法（工法）が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１０８２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
地盤の強化力を高め、地盤改良の性能を向上させるために、より高濃度のシリカゾルグラウトを得ることが要望されている。しかし、シリカゾルグラウトの原料である水ガラスのモル比（［ＳｉＯ２］／［Ｎａ２Ｏ］）が高すぎると、シリカが高分子化して活性なシラノール基が減少してしまい、結果として高強度の地盤固化体を得ることが難しい。
【０００６】
一方、水ガラスのモル比が低すぎると、酸との混合の際に中和して塩が析出し易くなり、ゲルタイムが短くなったり析出物が溶液中に分散してしまう。また、水ガラスと酸との混合の際に中性を経由して酸性（又は非アルカリ性）となるが、中性状態で塩分濃度が高いと、溶解性シリカが不安定となりゲル化を生じてしまう。
【０００７】
本発明が解決しようとする主たる課題は、地盤の強化力を高め、地盤改良性能を向上させるために、シリカ濃度が高濃度の地盤改良材を得ることにある。そして、高シリカ濃度の地盤改良材を得るために、その製法に所定の工夫をすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題を解決した本発明は、以下の趣旨に基づく。
【０００９】
［趣旨１］
モル比（［ＳｉＯ２］／［Ｎａ２Ｏ］）が３．６以上かつ３．８以下である水ガラスに水を配合して希釈水ガラスとし、
その希釈水ガラスと酸とを混合し撹拌して得た、シリカ濃度が１３（ｗ／ｖ）％以上かつ１５（ｗ／ｖ）％以下の酸性シリカゾル溶液を含む地盤改良材の製造方法。
【００１０】
［趣旨２］
前記撹拌時の撹拌動力が０．６Ｗ／ｌ以上であってもよい。
【００１１】
［趣旨３］
前記希釈水ガラスのシリカ濃度が１７（ｗ／ｖ）％以上かつ１８（ｗ／ｖ）％以下であり、かつ、前記希釈水ガラスの前記酸への混合速度が練り上がり薬液における単位体積あたりの添加シリカ量として１８０ｇ／ｍｉｎ・ｌ以下であってもよい。
【００１２】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下添付図面を参照して説明される好ましい実施の形態によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、通常では得ることが困難な高シリカ濃度の地盤改良材を得る。その地盤改良材を地盤改良工法に用いれば、地盤の強化力を従来よりも高めることができ、地盤改良性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態に係る薬液の配合説明図である。
【図２】実施形態に係る薬液の製造方法を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜地盤改良材の説明＞
以下、実施形態に係る薬液（地盤改良材）１について説明する。図１に示すように、薬液１は、水ガラス２に水３を配合して希釈水ガラス４とし、その希釈水ガラス４を、撹拌しつつ酸５に混合して得た酸性シリカゾル溶液６を含む。
【００１６】
薬液１は、酸性シリカゾル溶液６そのものであってもよい。薬液１に更に別の希釈水ガラスをぶつけることにより瞬結性を獲得してもよい。アルカリ性の希釈水ガラスを加えることで、薬液１のｐＨを調整することができる。薬液１のｐＨを調整することで、薬液１のゲルタイムを調整することができるため、酸性シリカゾル溶液６への希釈水ガラスの混合の有無、その希釈水ガラスのシリカ濃度等により、薬液１を瞬結材とすることも長結材とすることも可能である。
【００１７】
酸性シリカゾル溶液６の生成に使用される水ガラス２としては、珪酸ソーダ（ＸＮａ２Ｏ・ＹＳｉＯ２）を用いることができるが、高モル比の水ガラスであることが好ましい。より具体的には、モル比（［ＳｉＯ２］／［Ｎａ２Ｏ］）が３．６以上かつ３．８以下の水ガラス２が使用されることが好ましい。
【００１８】
水ガラスのモル比が高過ぎるとシリカの高分子化や大径化を生じてしまう。そのような水ガラスを薬液１の生成に用いると、薬液１を用いた地盤の固化強度が、薬液１に含有されるシリカ量の割に低くなる可能性がある。水ガラスのモル比が低過ぎるとＮａイオンが相対的に多量となってしまい酸５との混合時に生成される塩が多量となり、塩の溶解度を超えて析出し易く、その析出物が薬液１中に分散してしまう可能性がある。また、水ガラスは塩によって凝集、ゲル化するため、薬液１を作液する際の希釈水ガラス添加工程において、部分ゲルが生成され易くなる。しかしながら、水ガラスのモル比を３．６以上かつ３．８以下の範囲とすることで、上記のような不具合を防止することができる。
【００１９】
水ガラス２は、中和剤たる酸５と配合（混合）して酸性シリカゾル溶液６を生成する前に、水３と配合して希釈し希釈水ガラス４としておくのが好ましい。水ガラス２を水３で希釈しておくことで、酸５と配合した際におけるゲル化を防止することができる。水ガラス２の水３による希釈は、シリカ濃度が１７〜１８（ｗ／ｖ）％以下となるように行うのがより好ましい。希釈水ガラスのシリカ濃度が高いと、酸への水ガラスの分散が遅くなり、部分ゲルを生じる。希釈水ガラスのシリカ濃度が低いと、当初の希釈酸の容量が少なすぎてミキシングをすることが難しい。
【００２０】
水で希釈して得た希釈水ガラス４は中和剤たる酸５と混合され、酸性シリカゾル溶液６が生成される。この酸性シリカゾル溶液６が薬液１として使用される。酸性シリカゾル溶液６は、シリカ濃度が１３（ｗ／ｖ）％以上かつ１５（ｗ／ｖ）％以下のものであることが好ましい。シリカ濃度が高い方が、地盤に対してより強固に固化体を生成することができ、高い地盤改良性能を発揮することができる。
【００２１】
酸性シリカゾル溶液６のｐＨは、１〜４であることが好ましく、１〜３となることがより好ましい。ｐＨが１未満となると、多量の余剰酸により地盤を酸性汚染する懸念がある。他方、ｐＨが３を超える混合では、酸性シリカゾルが不安定で作液時にゲル化する可能性が増大する。
【００２２】
酸５としては、例えば、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸、ギ酸、クエン酸等を例示することができる。ただし、コストの観点からは硫酸を用いるのが好ましく、安定性の観点からは塩酸を用いるのが好ましい。
【００２３】
なお、希釈水ガラス４と酸５とを混合した酸性シリカゾル溶液６を含む薬液１に対し、更にアルカリ性溶液を混合してもよい。アルカリ性溶液を混合することにより、薬液１のｐＨを調整し、ゲルタイムを調整することができる。薬液１にアルカリ性溶液をぶつけることで、瞬結性を獲得することもできる。なお、アルカリ性溶液としては、種々のものを用いることができ、例えば苛性ソーダ溶液を用いることができ、希釈水ガラスを用いることもできる。
【００２４】
＜地盤改良材の製造方法の説明＞
図２は、薬液１の製造方法（作液方法）を説明するための模式図である。薬液１を製造するには、容器内の酸５をモータＭ１等の回転駆動源により撹拌しつつその酸５に対して希釈水ガラス４を投入する。酸５の撹拌は、希釈水ガラス４の投入以前から行っていることが好ましく、その撹拌動力は０．６Ｗ／ｌ以上であることが好ましい。
【００２５】
撹拌動力を０．６Ｗ／ｌ以上とすることで、酸５に投入された希釈水ガラス４を素早く拡散させることができ、局所的に酸５と希釈水ガラス４とで中和反応が生じて塩やシリカが析出してしまうのを防止することができる。なお、撹拌動力と動力数との関係は、以下に示す永田の式に基づいて算出される。
【００２６】
［永田の式］    Ｐ＝Ｎｐ・ρ・ｎ３・ｄ５ 
ここで、Ｐ：撹拌動力[Ｗ]
Ｎｐ：動力数
ρ：溶液の密度[ｋｇ／ｍ３]
ｎ：翼の回転数［ｒｐｓ］
ｄ：：翼径［ｍ］
【００２７】
また、酸５への希釈水ガラス４の投入速度（混合速度）は、練り上がり薬液における単位体積あたりの添加シリカ量として１８０ｇ／ｍｉｎ・ｌ以下であることが好ましい。投入速度は、バルブＶ１を調整することにより調整する。また、バルブＶ１による調整でなく、希釈水ガラス４の流路管径を調整することで希釈水ガラス４の投入速度を調整してもよい。希釈水ガラス４の投入速度を練り上がり薬液における単位体積あたりの添加シリカ量として１８０ｇ／ｍｉｎ・ｌ以下とすることで、酸５に投入された希釈水ガラス４を素早く拡散させることができ、局所的に酸５と希釈水ガラス４とで中和反応が生じて塩やシリカが析出してしまうのを防止することができる。
【００２８】
ここで、「練り上がり薬液における」とは、「酸５と希釈水ガラス４とを混合完了した状態での全体の薬液体積を基準として」の意味である。例示すると、酸５の体積が５０ｌであり、添加する希釈水ガラス４の体積が５０ｌであり、最終的に得られる薬液１の体積が両者の合計体積である１００ｌである場合において、「練り上がり薬液における単位体積あたりの添加シリカ量として１８０ｇ／ｍｉｎ・ｌの投入速度」は、「添加されるシリカ量が、１８ｋｇ／ｍｉｎ・１００ｌとなる投入速度」を意味する。
【００２９】
以上、実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その要旨の範囲内で様々な変形や変更が可能である。
【００３０】
＜実施例１＞
以下に示す実験条件のもと、円筒容器内の酸５に希釈水ガラス４を投入し、撹拌翼で撹拌しつつ薬液１を作液（生成）した。各実験に使用した水ガラス２、水ガラスを希釈するための水３、酸５を構成する硫酸と希釈水のそれぞれの配合（体積、濃度）を配合１−０，１−１，１−２，１−３，２−０，２−１，２−２，３−０とし、表１に示した。
【００３１】
各配合の材料に対し、撹拌動力、希釈水ガラス４のシリカ濃度、希釈水ガラス４の投入速度を変化させて作液状況を評価した。作液状況として、塩やシリカの析出、ゲル化の発生等の不具合を生じ、溶液としての薬液１の生成ができなかったものを「×」とし、上記のような不具合の発生がなく、薬液１が生成できたものを「○」とした。作液状況の評価結果を表２に示した。
【００３２】
[実験条件]
材料液温：２０℃
容器内径：１２．６ｃｍ
薬液１の粘度：２．７ｍＰａ・ｓｅｃ
薬液１の密度：１.１７４ｇ／cｍ３
練り上がり薬液１の液面の高さ：８ｃｍ
攪拌翼：６枚羽根タービン
翼径：５ｃｍ
翼幅：１ｃｍ
邪魔板：なし
練り上がり薬液量：１ｌ。
【００３３】
【表１】
0006510826.tif 000002
【００３４】
【表２】
0006510826.tif 000003
＊１：練り上がり薬液１における単位体積あたりの添加シリカ濃度[（ｗ／ｖ）％]
＊２：希釈水ガラス４のシリカ濃度[（ｗ／ｖ）％]
＊３：希釈水ガラス４の投入速度（練り上がり薬液１における単位体積あたりの添加シリカ量[ｇ／ｍｉｎ・ｌ]）
＊４：翼の回転数[ｒｐｍ]
＊５：希釈水ガラス４の投入速度[ｌ／ｍｉｎ]
【００３５】
＜実施例２＞
以下の表３に示すように、水ガラス２のモル比（［ＳｉＯ２］／［Ｎａ２Ｏ］）が３．７のものを使用した薬液（配合Ａ，Ｃ）と４．５のものを使用した薬液（配合Ｂ）を作液した。また、配合Ａ，Ｂでは、シリカ濃度が１０．０（ｗ／ｖ）％であり、配合Ｃでは、シリカ濃度が１４．１（ｗ／ｖ）％である。これら薬液を用いてケイ砂（東北６号ケイ砂）を固化させ、そのサンドゲル強度（一軸圧縮強度）を測定した。測定結果を表４に示した。
【００３６】
【表３】
0006510826.tif 000004
【００３７】
【表４】
0006510826.tif 000005
【符号の説明】
【００３８】
１…薬液（地盤改良材）          ２…水ガラス
３…水                                  ４…希釈水ガラス
５…酸                                  ６…酸性シリカゾル溶液
Ｍ１…モータ（回転駆動源）              
Ｖ１…バルブ
【図１】
0006510826.tif 000006
【図２】
0006510826.tif 000007