(57)【要約】【課題】珪酸塩系土質安定用薬液の硬化体強度を改良し、薬液のゲルタイムを１時間から１時間４０分程度とした場合でも硬化体強度の発現が良好な、珪酸塩系土質安定用薬液を提供する。【解決手段】ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏモル比が３．３以上４．０以下の珪酸ソーダ水溶液に、硬化剤成分として炭酸水素塩を珪酸ソーダのＳｉＯ２に対して２４質量％以上２９質量％以下の割合で配合してなることを特徴とする珪酸塩系土質安定用薬液および該土質安定用薬液を用いることを特徴とする地盤安定化工法。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏモル比が３．３以上４．０以下の珪酸ソーダ水溶液に、硬化剤成分として炭酸水素塩を珪酸ソーダのＳｉＯ２に対して２４質量％以上２９質量％以下の割合で配合してなることを特徴とする珪酸塩系土質安定用薬液。
【請求項２】
炭酸水素塩が炭酸水素ナトリウムである、請求項１記載の土質安定用薬液。
【請求項３】
土質安定用薬液を地盤に注入し、地盤内で硬化させて地盤を安定化させるにあたり、土質安定用薬液として請求項１ないし２記載の土質安定用薬液を用いることを特徴とする地盤安定化工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤改良のための珪酸塩系土質安定用薬液及びこれを用いた地盤安定化工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、軟弱地盤を強化したり、漏水地盤を止水するために種々の薬液を地盤内に注入し、地盤内でゲル化させる地盤安定化工法が知られているが、特に、珪酸ソーダ水溶液と硬化剤成分とを組み合わせた薬液からなる、いわゆる珪酸塩系土質安定用薬液は、安価である、他の土質安定用薬液と比較して公害を起こすおそれが小さいなどの特徴から、現在広く実用化されている。
【０００３】
この珪酸塩系土質安定用薬液における基本的な性状として、珪酸ソーダ水溶液に配合する硬化剤成分の使用量を少なくしゲルタイムを長く調節した場合、ゲルタイムを長く調節するにつれ硬化体の強度が低くなることは、周知事項の一つとして上げられる。また、この珪酸塩系土質安定用薬液の地盤内への注入方式に関しても種々の方式が知られている。この一例として、非特許文献１には、二重管ダブルパッカー注入方式が紹介されており、この注入方式は、ゲルタイムの長い注入材による均等浸透をめざしたものであることが記載されている。そして、二重管ダブルパッカー注入方式による実施工場面においては、珪酸塩系土質安定用薬液のゲルタイムは通常１時間から１時間４０分程度に調整し施工されている。
【０００４】
一方、本出願人は、特許文献１で、Ｎａ２Ｏ１モルにつきＳｉＯ２を３．８〜４．２モルの割合で含む珪酸ソーダを主剤とし、これに重炭酸塩を硬化剤として配合した薬液を土壌に注入し、土壌中で硬化させる土質の安定化法を提案した。
【０００５】
この公報に記載されている珪酸塩系土質安定用薬液は、薬液のゲルタイムは１分〜５分程度の、いわゆる緩結の薬液を対象に、このゲルタイムの場合において珪酸ソーダ濃度を高めることで硬化体の強度を高くできること、薬液のゲルタイムの変動を少なくする事を目的としたものである。
【０００６】
しかし前記した如く、ゲルタイムを長く調節するにつれ硬化体の強度が低くなるという、珪酸塩系土質安定用薬液における基本的な性状のため、この特許文献１で提案した珪酸塩系土質安定用薬液を二重管ダブルパッカー注入方式による施工に適用するため、硬化剤成分としての炭酸水素塩の使用量を調節し、薬液のゲルタイムを１時間から１時間４０分程度とした場合では、硬化体強度に関しては未だ充分なものとは言い難い状況であった。
【０００７】
【非特許文献１】
現場技術者のための土と基礎シリーズ９、薬液注入工法の調査・設計から施工まで、第４刷、土質工学会発行、第５章注入方式の種類と特徴
【０００８】
【特許文献１】
特開昭５４−３１９０６号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前記の如く、特許文献１で提案した珪酸塩系土質安定用薬液を二重管ダブルパッカー注入方式による施工に適用する為、薬液のゲルタイムを１時間から１時間４０分程度とした場合には、硬化体の強度に関しては未だ充分なものとは言い難く、この様なゲルタイムに調整した場合においてもより高い強度が発現する薬液が望まれていた。
【００１０】
本発明の目的は、特許文献１で提案した珪酸塩系土質安定用薬液の硬化体強度を改良し、薬液のゲルタイムを１時間から１時間４０分程度とした場合でも硬化体強度の発現が良好な、珪酸塩系土質安定用薬液を提供することにある。
【００１１】
本発明の珪酸塩系土質安定用薬液および地盤安定化工法を見出すに当たっての、目的とする薬液の性能基準を次の通りとし、これらの性能基準をいずれも満たしたとき、本発明の目的が達成されたとした。
【００１２】
４００リットルあたりＳｉＯ２を２６ｋｇ含有する珪酸ソーダ水溶液に、硬化剤成分を配合して得られた薬液が、温度２０℃において；
（１）薬液のゲルタイム：１時間以上、１時間４０分以下の時間内で硬化（ゲル化）すること。
【００１３】
（２）硬化体（ホモゲル体）強度：ゲル化して１日間経過後における、形成された硬化体（ホモゲル体）の一軸圧縮強度値が、０．００３Ｎ／ｍｍ２以上であること。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、珪酸ソーダ水溶液のＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏモル比を特定範囲のモル比とし、これに硬化剤成分としての炭酸水素塩を珪酸ソーダに対し特定範囲の量比で用いることにより、意外にも、前記の性能基準をいずれも満たすことを知り、本発明を完成した。
【００１５】
すなわち、本発明の第一の発明は「ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏモル比が３．３以上４．０以下の珪酸ソーダ水溶液に、硬化剤成分として炭酸水素塩を珪酸ソーダのＳｉＯ２に対して２４質量％以上２９質量％以下の割合で配合してなることを特徴とする珪酸塩系土質安定用薬液。」を要旨とする。
【００１６】
また、本発明の第二の発明は「土質安定用薬液を地盤に注入し、地盤内で硬化させて地盤を安定化させるにあたり、土質安定用薬液として第一の発明の土質安定用薬液を用いることを特徴とする地盤安定化工法。」を要旨とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の珪酸塩系土質安定用薬液の主剤としての珪酸ソーダ水溶液は、例えば「１３９０１の化学商品、化学工業日報社発行、第２類ソーダ工業薬品、ケイ酸ソーダ」に記載された製法等、珪酸ソーダの従来公知の製法を基に、ＳｉＯ２とＮａ２Ｏのモル比を下限値３．３以上、好ましくは下限値３．５以上、一方、上限値４．０以下、好ましくは上限値３．８未満の範囲となるように調整して製造されたものを用いる。
【００１８】
また、「ナノロック主剤」（商品名、（株）菱晃製）を用いることもできる。
【００１９】
珪酸ソーダ水溶液のＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏモル比が本発明で規定する下限値３．３よりも小さい場合、および本発明で規定する上限値４．０よりも大きい場合とも、硬化体（ホモゲル体）強度に関して、本発明が目的とする性能が得られない。
【００２０】
これらの、珪酸ソーダ水溶液は施工時に土質安定化に適した濃度とするために適宜水で希釈することもできる。
【００２１】
例えば、珪酸ソーダ水溶液（以下、Ａ液とも言う。）と硬化剤水溶液（以下、Ｂ液とも言う。）とを等容量ずつ混合しながら地盤内に注入する通常の施工方法においては、通常、Ａ液２００リットル中にＳｉＯ２が下限値２０ｋｇ以上、好ましくは下限値２５ｋｇ以上、一方、上限値４０ｋｇ以下、好ましくは３５ｋｇ以下となるように調製したものを、Ａ液として使用する。
【００２２】
Ａ液中のＳｉＯ２の濃度は高くするほど処理地盤の強度を大きくすることができる。一方、ＳｉＯ２の濃度が高くなりすぎると薬液の粘度が高くなり、ポンプによる圧送の際機器負荷が増大したり、薬液の地盤内での浸透性が低下する傾向にある。
【００２３】
本発明の珪酸塩系土質安定用薬液の硬化剤成分としての炭酸水素塩の種類としては、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素アンモニウムが挙げられ、例えば工業用薬品など、一般に市販されているものを用いることができる。また、これら炭酸水素塩は単独であっても、混合状態であってもよい。
【００２４】
この中、硬化体強度の発現に優れること、他の炭酸水素塩に比較し比較的安価であり入手し易いことなどから、本発明においては炭酸水素ナトリウムが好ましい。
【００２５】
本発明の珪酸塩系土質安定用薬液の硬化剤成分としての炭酸水素塩の配合量は、薬液中のＳｉＯ２に対して下限値２４質量％以上、上限値が２９質量％以下の範囲となるように配合する。薬液中のＳｉＯ２に対する硬化剤成分としての炭酸水素塩の配合量が、本発明で規定する範囲の下限値２４質量％以上を外れ少ない場合は薬液のゲルタイムおよび硬化体（ホモゲル体）強度の両面で本発明が目的とする性能が得られない。一方、本発明で規定する範囲の上限値の２９質量％以下を外れ多い場合は、薬液のゲルタイムに関して、本発明が目的とする性能が得られない。
【００２６】
なおここで、本発明の目的からは脱するが、薬液中のＳｉＯ２に対する炭酸水素塩の量比を、本発明で規定する範囲を外れ多い量の範囲で適宜その使用量を調整すれば、従来から知られている、例えばゲルタイムが１０秒程度以下のいわゆる瞬結の薬液や、ゲルタイムが数分程度のいわゆる緩結の薬液としての使用も可能である。
【００２７】
本発明の珪酸塩系土質安定用薬液を地盤安定化工法に用いる場合、ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏモル比が本発明で規定する範囲のアルカリ珪酸塩水溶液をさらに適宜水で希釈してＡ液を、また、硬化剤成分としての炭酸水素塩を水に溶解してＢ液を、それぞれ調製し、調製されたＡ液とＢ液とを、Ａ液とＢ液との混合液中のＳｉＯ２に対する硬化剤成分としての炭酸水素塩の量比が本発明で規定する量比となるように混合して得られた薬液を地盤内に注入して硬化させて、地盤を安定化させる方法を例示できる。
【００２８】
この様に調製した薬液の注入に際しては、短管式、二重管式、多重管式等の各種注入管を用いることができ、又、Ａ液とＢ液とを予め混合して注入管に導く方法、Ａ液とＢ液とを注入管の基部に設けた混合部、例えばＹ字管形状の混合部で混合、注入する方法、Ａ液とＢ液とをそれぞれ独立に注入管に導いて注入管から地盤内に注入しながら地盤内において合流、混合させるなど、適宜の方法を施工性に応じて採用することができる。
【００２９】
【実施例】
以下に本発明を実施例を用いて更に説明するが、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。
【００３０】
実施例及び比較例
「１３９０１の化学商品、化学工業日報社発行、第２類ソーダ工業薬品、ケイ酸ソーダ」に記載された製法で調製した、種々のＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏモル比の珪酸ソーダを用い、４００リットルあたりのＳｉＯ２含有量が２６ｋｇとなるように適宜水を加え調整した珪酸ソーダ水溶液に、硬化剤成分として炭酸水素塩を所定量溶解して得られた薬液について、下記項目の性能を評価した。
【００３１】
なお、炭酸水素塩は試薬１級を用いた。
【００３２】
薬液性能の各評価項目の試験法と評価の基準は以下の通りである。
【００３３】
・評価項目及び評価方法、評価の基準
（１）薬液のゲルタイム：液温２０℃において、薬液を容器内に静置し、薬液の流動性がなくなるまでの所要時間をゲルタイムとした。
【００３４】
評価○：薬液のゲルタイムが１時間以上、１時間４０分以下であった。
【００３５】
評価×：薬液のゲルタイムが１時間未満であった。あるいは、薬液のゲルタイムが１時間４０分を超えて長かった。
【００３６】
（２）硬化体（ホモゲル体）強度：液温２０℃において、薬液を円柱型の型枠（径５ｃｍ×高さ１０ｃｍ）内に流し込み、形成された硬化体の材令１日の一軸圧縮強度を測定した。
【００３７】
評価○：ゲル化して１日間経過後における、硬化体（ホモゲル体）の一軸圧縮強度値が、０．００３Ｎ／ｍｍ２以上であった。
【００３８】
評価×：ゲル化して１日間経過後における、硬化体（ホモゲル体）の一軸圧縮強度値が、０．００３Ｎ／ｍｍ２未満であった。
【００３９】
各評価における、珪酸ソーダのＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏモル比、硬化剤成分としての炭酸水素塩の種類、薬液４００リットルあたりの組成、珪酸ソーダのＳｉＯ２に対する硬化剤成分としての炭酸水素塩の量比と、それぞれについての測定結果と評価、および総合評価を表１に示した。
【００４０】
なお総合評価は下記を示している。
【００４１】
総合評価○：薬液のゲルタイム、硬化体（ホモゲル体）強度の評価の両方ともが○であった。
【００４２】
総合評価×：評価項目の少なくとも一つが×であった。
【００４３】
【表１】
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表１から明らかなように、本発明の要件を満たした場合には、薬液は１時間以上、１時間４０分以下の時間内で硬化（ゲル化）し、硬化（ゲル化）して１日経過後における形成された硬化体（ホモゲル体）の一軸圧縮強度が、０．００３Ｎ／ｍｍ２以上となり、薬液の性能基準を満たし、本発明の目的を達成することができたのに対し、本発明で規定する配合成分を用いても、珪酸ソーダ水溶液のＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏモル比や、硬化剤成分の炭酸水素塩の珪酸ソーダ水溶液のＳｉＯ２に対する量比が本発明の規定から外れた場合は、薬液のゲルタイムや硬化体（ホモゲル体）強度の何れか一方、或は両方が、薬液の性能基準を満たさず、本発明の目的を達成できない。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の珪酸塩系土質安定用薬液により、従来の珪酸塩系土質安定用薬液では得られなかった効果、即ち、薬液のゲルタイムをダブルパッカー注入方式に最適な１時間から１時間４０分程度とした場合でも硬化体の圧縮強度の発現が良好であるという効果を奏で、これにより安全・確実・効率的に地盤を安定化できるという特徴を有する。なお、本発明の珪酸塩系土質安定用薬液における硬化剤成分としての炭酸水素塩は炭酸水素ナトリウムが好ましい。