(57)【要約】【課題】  経時強度に関する耐久性に優れた水ガラス系土質安定用薬液を提供する【解決手段】  アルミニウム化合物を酸化物（Ａｌ２Ｏ３）換算で０．２質量％以上１．０質量％以下の割合で含有し、かつＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏモル比が２．８以上３．４以下の水ガラスに、ゲル化剤成分として炭酸水素塩を水ガラス中のＮａ２Ｏに対し、炭酸水素塩／Ｎａ２Ｏモル比が０．５以上０．９以下の割合で配合してなることを特徴とする水ガラス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】
アルミニウム化合物を酸化物（Ａｌ２Ｏ３）換算で０．２質量％以上１．０質量％以下の割合で含有し、かつＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏモル比が２．８以上３．４以下の水ガラスに、ゲル化剤成分として炭酸水素塩を水ガラス中のＮａ２Ｏに対し、炭酸水素塩／Ｎａ２Ｏモル比が０．５以上０．９以下の割合で配合してなることを特徴とする水ガラス系土質安定用薬液。
【請求項２】
ゲル化剤成分としての炭酸水素塩が炭酸水素ナトリウムおよび／または炭酸水素カリウムである、請求項１記載の水ガラス系土質安定用薬液。
【請求項３】
ゲル化剤成分としての炭酸水素塩に、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウムの群からなる少なくとも１種が内割りで１質量％以上２０質量％以下の範囲で配合されている、請求項１または２記載の水ガラス系土質安定用薬液。
【請求項４】
土質安定用薬液を地盤に注入し、地盤内でゲル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乃至３のいずれかに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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤改良のための水ガラス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。
【背景技術】
【０００２】
従来、軟弱地盤を強化したり、漏水地盤を止水したりするために、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、水ガラスとゲル化剤成分とを組み合わせた薬液からなる、いわゆる水ガラス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】
水ガラス系土質安定用薬液のゲル化剤としては従来種々の物質が提案されているが、危険性がなく、地盤安定化の施工の際に施工機器への腐食の恐れが少ないこと等から、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のような炭酸水素塩が広く用いられている。
【０００４】
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水溶液（即ち水ガラス）を主剤とし、これに炭酸水素塩をゲル化剤として配合した薬液を地盤に注入し、地盤中でゲル化させる土質の安定化法を提案した。
【０００５】
この特許文献１に記載されている水ガラス系土質安定用薬液は、水ガラス濃度を高めることでゲル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ことを目的としたものである。
【０００６】
しかし、この特許文献１で提案した水ガラス系土質安定用薬液により安定化処理した地盤の、経時における強度維持の効果（即ち、経時強度に関する耐久性）は未だ十分なものとは言えず、そのため最悪の場合には一度地盤安定化工法を施工した地盤に対し、ある一定時間経過後に再度地盤安定化工法を施工せねばならなくなる場合が生じるなど、作業上あるいは経済性において非効率となる場合があったため、経時強度に関する耐久性に関し更なる改良が望まれていた。
【０００７】
一方、水ガラス系土質安定用薬液の耐久性を向上させたものとして、特許文献２では、従来の水ガラス系土質安定用薬液の主剤としての水ガラスに代わり、シリカアルミナゾルを主剤として用いる土質安定用薬液が開示されている。
【０００８】
この土質安定用薬液は、ＪＩＳ  Ｋ１４０８で規定されている１号珪酸ソーダ，２号珪酸ソーダ，３号珪酸ソーダ，４号珪酸ソーダ及び特殊珪酸ソーダ（ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏモル比１．７〜４．０）などの水ガラスと、一般に市販されているアルミナゾル，ポリ塩化アルミニウム，硫酸アルミニウム，燐酸アルミニウム等のアルミニウム塩とを反応させて得られるシリカアルミナゾルを主剤に用いることで、従来の水ガラス系土質安定用薬液よりもシネレシス現象（ゲル化体から水が分離しゲル化体の体積が減少してしまう現象）を小さくし「従来の水ガラス系土質安定用薬液のゲル化体はシネレシス現象により体積が収縮するため耐久性に欠ける。」という問題点を解決することを目的の一つとしたものである。
【０００９】
しかし、この特許文献２で提案されている土質安定用薬液は、耐久性としてはシネレシス現象を減少させる手段が開示されているだけであり、経時強度に関する耐久性を高める手段については一切言及されていない。
【特許文献１】特開昭５４−３１９０６号公報
【特許文献２】特開平７−１８６５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、特許文献１で提案した水ガラス系土質安定用薬液を改良し、水ガラス系土質安定用薬液により安定化処理した地盤の強度が経時で維持できる、即ち、経時強度に関する耐久性に優れた水ガラス系土質安定用薬液を提供することにある。
【００１１】
本発明の水ガラス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、目的とする経時強度に関する耐久性の性能基準を下記の通りとし、この性能基準を満たしたときに、本発明の目的が達成されたとした。
【００１２】
・細密充填した豊浦硅砂に、水ガラスにゲル化剤成分を配合して得られた薬液を注入し作製した、径３ｃｍ×高さ６ｃｍの砂ゲルを、２０℃のイオン交換水１リットル中で養生し、材令３ヶ月時点の砂ゲルの一軸圧縮強度値が、材令１日時点での砂ゲルの一軸圧縮強度値を下回らないこと。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、アルミニウム化合物を酸化物換算で特定の量比で含有し、かつＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏモル比を特定の範囲のモル比とした水ガラスに、ゲル化剤成分としての炭酸水素塩を水ガラス中のＮａ２Ｏに対し特定の範囲のモル比で用いることにより、意外にも前記の性能基準を満たすことを知り、本発明を完成した。
【００１４】
即ち、本発明の第一の発明は「アルミニウム化合物を酸化物（Ａｌ２Ｏ３）換算で０．２質量％以上１．０質量％以下の割合で含有し、かつＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏモル比が２．８以上３．４以下の水ガラスに、ゲル化剤成分として炭酸水素塩を水ガラス中のＮａ２Ｏに対し、炭酸水素塩／Ｎａ２Ｏモル比が０．５以上０．９以下の割合で配合してなることを特徴とする水ガラス系土質安定用薬液。」を要旨とする。
【００１５】
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、地盤内でゲル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。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の水ガラス系土質安定用薬液により、従来の水ガラス系土質安定用薬液では得られなかった効果、即ち、水ガラス系土質安定用薬液により安定化処理した地盤の強度が経時で維持でき、耐久性に優れ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。
【００１７】
なお、本発明の水ガラス系土質安定用薬液におけるゲル化剤成分としての炭酸水素塩は炭酸水素ナトリウムおよび／または炭酸水素カリウムが好ましい。
【００１８】
さらに、本発明の水ガラス系土質安定用薬液におけるゲル化剤成分としての炭酸水素塩に、塩化マグネシウム，硫酸マグネシウムなどを配合することで、ゲル化体の強度を高く調整できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の水ガラス系土質安定用薬液の主剤としての水ガラスは、アルミニウム化合物を酸化物（Ａｌ２Ｏ３）換算で下限値０．２質量％以上、好ましくは下限値０．３質量％以上、一方、上限値１．０質量％以下、好ましくは上限値０．６質量％以下の割合で含有し、かつＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏモル比が下限値２．８以上、好ましくは下限値３．０以上、一方、上限値３．４以下、好ましくは上限値３．２以下の範囲のものを用いる。
【００２０】
この様な組成の水ガラスの製造方法は特に限定されるものではないが、例えば「１３９０１の化学品、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」に記載された水ガラスの製法に準拠して製造することができ、具体的には下記の様な方法を例示することができる。
【００２１】
・出来上がりの水ガラスの組成が上記規定の範囲となるように、予めＳｉＯ２とＮａ２Ｏとアルミニウム化合物の含有量を調整したカレットをオートクレーブで溶解する方法。
【００２２】
・ＪＩＳ  Ｋ１４０８で規定されている水ガラス製造用カレットと、アルミニウム化合物（例えば、アルミン酸ソーダなど）を、出来上がりの水ガラスの組成が上記規定範囲となる様にオートクレーブに仕込み溶解する方法。
【００２３】
この中、後者の方法はＪＩＳ  Ｋ１４０８で規定されている水ガラス製造する為のカレットを転用できるので効率的である。
【００２４】
水ガラス中のアルミニウム化合物の含有量が、本発明で規定する範囲の上限値より多い場合、および本発明で規定する下限値よりも少ない場合は、材令３ヶ月時点の砂ゲルの一軸圧縮強度値が、材令１日時点での砂ゲルの一軸圧縮強度値を下回り、本発明が目的とする性能が得られない。
【００２５】
また、水ガラスのＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏモル比が、本発明で規定する範囲の上限値よりも大きい場合、および本発明で規定する下限値よりも小さい場合も、材令３ヶ月時点の砂ゲルの一軸圧縮強度値が、材令１日時点での砂ゲルの一軸圧縮強度値を下回り、本発明が目的とする性能が得られない。
【００２６】
なお、上記した本発明で規定する組成範囲にある水ガラスは、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。
【００２７】
例えば、水ガラス水溶液（以下、Ａ液とも言う。）とゲル化剤水溶液（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、好ましくは上限値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。
【００２８】
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したりする傾向にある。
【００２９】
本発明の水ガラス系土質安定用薬液のゲル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などが挙げられ、例えば工業薬品など、一般に市販されているものを用いることができる。
【００３０】
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。
【００３１】
この中、ゲル化体強度の発現に優れること、入手し易いこと、貯蔵安定性に優れ取扱い性が容易であることなどから、本発明においては炭酸水素ナトリウムおよび／または炭酸水素カリウムが好ましい。
【００３２】
本発明の水ガラス系土質安定用薬液のゲル化剤成分としての炭酸水素塩の配合量は、水ガラス中のＮａ２Ｏに対し、炭酸水素塩／Ｎａ２Ｏモル比が、下限値が０．５以上、上限値が０．９以下の範囲となるように配合する。
【００３３】
水ガラス中のＮａ２Ｏに対するゲル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０．５以上を外れ少ない場合、上限値の０．９以下を外れ多い場合とも、砂ゲルゲル化体の一軸圧縮強度は時間の経過と共に低下し、本発明が目的とする性能が得られない。
【００３４】
さらに、本発明の水ガラス系土質安定用薬液のゲル化剤成分としての炭酸水素塩には、塩化マグネシウム，硫酸マグネシウムの群からなる少なくとも１種を配合することもできる。
【００３５】
塩化マグネシウム，硫酸マグネシウムの群からなる少なくとも１種の配合量は、炭酸水素塩に対し、内割りで下限値１質量％以上、好ましくは下限値１０質量％以上、上限値２０質量％以下の範囲であり、この範囲内で配合することにより、ゲル化体の強度を高く調整できる。
【００３６】
塩化マグネシウム，硫酸マグネシウムの群からなる少なくとも１種の配合量が、本発明で規定する下限値の１質量％を超えて少ない場合は、ゲル化体の強度を高める効果は得られない。一方上限値の２０質量％を超えて多い場合は、水ガラス水溶液（Ａ液）とゲル化剤水溶液（Ｂ液）の混合状況や薬液の温度などの付帯条件によっては、不測的にシャーベット状の不均一なゲルが生成してしまう場合があり好ましくない。
【００３７】
なお、本発明の水ガラス系土質安定用薬液は、ゲル化剤成分としての炭酸水素塩の配合量を本発明で規定する範囲内で多く用いると薬液のゲルタイムを短く、一方炭酸水素塩の配合量を本発明で規定する範囲内で少なく用いると薬液のゲルタイムを長く調整できる。
【００３８】
本発明の水ガラス系土質安定用薬液を地盤安定化工法に用いる場合、アルミニウム化合物を酸化物（Ａｌ２Ｏ３）換算で本発明で規定する範囲で含有し、かつＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏモル比が本発明で規定する範囲である水ガラスをさらに適宜水で希釈してＡ液を、また、ゲル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Ｎａ２Ｏに対するゲル化剤成分としての炭酸水素塩の、炭酸水素塩／Ｎａ２Ｏモル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ゲル化させて地盤を安定化させる方法を例示できる。
【００３９】
この様に調製した薬液の注入に際しては、単管式、二重管式、多重管式などの各種注入管を用いることができ、また、Ａ液とＢ液とを予め混合して注入管へ導く方法、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へ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。
【実施例】
【００４０】
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。
【００４１】
実施例および比較例
ＪＩＳ  Ｋ１４０８で規定されている３号ケイ酸ソーダ（即ち、３号水ガラス）製造用カレットとアルミン酸ソーダ（工業薬品）とをオートクレーブ中で溶解し、アルミニウム化合物含有量やＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏモル比が種々異なる水ガラスを調製した。
【００４２】
この水ガラスに適宜水を加え調製した水ガラス水溶液に、ゲル化剤成分としての炭酸水素塩や塩化マグネシウムおよび硫酸マグネシウム（いずれも試薬１級）を所定量溶解して得られた薬液について性能を評価した。
【００４３】
薬液性能の各種評価項目と試験方法は下記の通りである。
【００４４】
・砂ゲルの一軸圧縮強度：径３ｃｍの型枠内に細密充填した豊浦硅砂に薬液を注入し作製した、径３ｃｍ×高さ６ｃｍの砂ゲルを供試体とし、２０℃のイオン交換水１リットル中で所定期間養生後、一軸圧縮試験を行った。
【００４５】
・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。
【００４６】
各評価における、水ガラスのアルミニウム化合物の酸化物（Ａｌ２Ｏ３）換算での含有量とＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏモル比、薬液４００リットルあたりの組成としてのＳｉＯ２量およびゲル化剤成分の種類と量、ゲル化剤成分である炭酸水素塩の水ガラス中のＮａ２Ｏに対するモル比、それぞれについての測定結果を表１にまとめて示した。
【表１】
2005206719.tif 000002
表１から明らかなように、本発明の規定をみたした場合には、材令３ヶ月時点での砂ゲルの一軸圧縮強度値は、材令１日時点での砂ゲルの一軸圧縮強度値を下回ることが無く性能基準を満たし、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、水ガラスのアルミニウム化合物の酸化物（Ａｌ２Ｏ３）換算での含有量やＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏモル比、ゲル化剤成分である炭酸水素塩の水ガラス中のＮａ２Ｏに対するモル比が本発明の規定から外れた場合には、材令３ヶ月時点での砂ゲルの一軸圧縮強度値は材令１日時点での砂ゲルの一軸圧縮強度値を下回ってしまうため性能基準を満たさず、本発明の目的を達成できない。