(57)【要約】【課題】非アルカリ性グラウトのＰＨ調整が容易でない。【解決手段】水ガラスと、この水ガラスと反応しない粉末で、水中で中性ないし弱アルカリ性を呈する中和緩衝剤との混合液をＡ液、酸性反応剤をＢ液とし、これらＡ，Ｂ両液を地盤中に注入し、地盤内において非アルカリ領域でゲル化させる。【選択図】図１ 
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水ガラスに酸性反応剤を加えて非アルカリ領域でゲル化させるグラウト注入工法において、水ガラスと、この水ガラスと反応しない粉末で、水中で中性ないし弱アルカリ性を呈する中和緩衝剤との混合液をＡ液、酸性反応剤をＢ液とし、前記Ａ，Ｂ両液を地盤中に注入し、地盤内において非アルカリ領域でゲル化させることを特徴とする非アルカリ性グラウト注入工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟弱地盤の止水や地盤強化を目的とした浸透性の非アルカリ性グラウト注入工法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、水ガラス溶液に酸性反応剤溶液を加えていくと、ゲルタイムが徐々に短くなると共にＰＨが低下していき、ＰＨ8.5付近で最もゲルタイムが短くなり、さらに酸性反応剤溶液を加えていくとゲルタイムが徐々に長くなることは広く知られている。
【０００３】
そして、ＰＨ8.5付近よりアルカリ側でゲル化させるグラウトをアルカリ性グラウトと、またＰＨ8.5付近より酸性側でゲル化させるグラウトを非アルカリ性グラウトと言い、さらに非アルカリ性グラウトには、水ガラスに酸性反応剤を加えて直接目的の酸性側のゲルタイムに調整する直接法と、水ガラスに過剰な酸性反応剤を加えてＰＨ１〜２の酸性水ガラス（シリカゾルという）を作り、これにアルカリ剤等を加えて目的の酸性側のゲルタイムに調整する間接法とが知られている。
【０００４】
従来直接法に用いられる酸性反応剤として硫酸が上げられるが、強酸であるために僅かな添加量の違いでＰＨが大幅に変化し、ゲルタイムの調整が非常に難しいため、硫酸単独で使用することができず、硫酸よりも酸度の弱いリン酸やリン酸塩等を硫酸に混ぜて使用している。
【０００５】
しかし、これらの酸度の弱い酸を硫酸と併用して用いることでゲルタイムの調整に若干の改善は見られるものの、硫酸をベースとしているためにゲルタイムの調整が難しいことに変わりはない。
【０００６】
一方本件発明者は、第一工程として水ガラスに過剰な硫酸を加えてＰＨ１〜２の酸性水ガラスを作り、これに第二工程として炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムまたはこれらの混合物の微粉末を水に加えた懸濁液を添加して、目的のＰＨ値、すなわちゲルタイムに調整する間接法を提案した。
【０００７】
しかし、この間接法には次のような問題がある。
１）第一工程と第二工程の二段階に亘ってＰＨ調整を行う必要があるため、それぞれのＰＨ調整の誤差が重ね合わされるため、ゲルタイムの調整管理が必ずしも容易ではない。
２）第一工程の酸性水ガラスの製造に市販品にない特殊で高価な装置を必要とする。
３）第一工程でＰＨ１〜２の酸性水ガラスを作り、これに第二工程で炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムまたはこれらの混合物の懸濁液を添加してＰＨ８〜４程度に戻すため、余分な硫酸を使うことになり、不経済である。
【０００８】
【特許文献１】特開昭５１−１０７６１３号公報
【特許文献２】特公昭６２−１２２８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
第一工程として水ガラスに過剰な硫酸を加えてＰＨ１〜２の酸性水ガラスを作り、これに第二工程として炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムまたはこれらの混合物の微粉末を水に加えた懸濁液を添加して、目的のＰＨ値、すなわちゲルタイムに調整する間接法には次のような問題がある。
１）第一工程と第二工程の二段階に亘ってＰＨ調整を行う必要があるため、それぞれのＰＨ調整の誤差が重ね合わされるため、ゲルタイムの調整管理が必ずしも容易ではない。
２）第一工程の酸性水ガラスの製造に市販品にない特殊で高価な装置を必要とする。
３）第一工程でＰＨ１〜２の酸性水ガラスを作り、これに第二工程で炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムまたはこれらの混合物の懸濁液を添加してＰＨ８〜４程度に戻すため、余分な硫酸を使うことになり、不経済である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、非アルカリ性グラウトのゲルタイムの調整を高価な装置を用いることなく、しかも酸性反応剤を余分に使うことなく容易化するために、水ガラスと、この水ガラスと反応しない粉末で、水中で中性ないし弱アルカリ性を呈し、酸性物質とは緩慢な中和反応を起こす中和緩衝剤との混合液をＡ液、酸性反応剤をＢ液とし、これらＡ，Ｂ両液を地盤中に注入し、地盤内において非アルカリ領域でゲル化させることを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、水ガラスと、この水ガラスと中和緩衝剤との混合液であるＡ液に、酸性反応剤であるＢ液を加えることにより、混合直後に水ガラスと酸性反応剤とが瞬時に反応（１次反応）した後、引き続いて水ガラスとの１次反応で残った酸性反応剤に中和緩衝剤が緩慢に反応（２次反応）を起こすため、非アルカリ領域でのグラウトのゲルタイムの調整を一工程で極めて容易かつ確実に行うことができる。
【００１２】
また、単にグラウト調合槽内、あるいは注入管内または注入管から吐出後にＡ，Ｂ両液を合流混合するだけでよいため、従来のように酸性水ガラスの製造及びそのための特殊で高価な装置や無駄な硫酸を必要とせず、従来一般的な注入設備を用いて従来の各種注入方法により安価に施工することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
非アルカリ性グラウトのゲルタイムの調整を容易化するという目的を、酸性水ガラスの製造及びそのための特殊で高価な装置や無駄な硫酸を必要とすることなく簡易な方法で実現した。
【実施例１】
【００１４】
本発明は、非アルカリ性グラウトにおいて、炭酸カルシウム粉末のような酸と緩慢な中和反応を起こす緩衝物質を第三成分として併用することがゲルタイムの調整に有効であることを見いだし、完成に至ったものである。
【００１５】
すなわち、水ガラス（液体）に緩衝物質の粉末を加えた混合液（Ａ液）に硫酸のような酸性反応剤（Ｂ液）を加えると、先ず水ガラスと酸性反応剤が瞬時に反応（以下１次反応という）し、続いて１次反応で残った酸性反応剤と緩衝物質が緩慢に反応（以下２次反応という）することをつきとめ、この緩衝物質の量を調整することで非アルカリ性グラウトのＰＨ調整、すなわちゲルタイムの調整を容易化するものである。
【００１６】
多くの実験の結果、緩衝物質としては炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウムの粉末で、水中に投入した場合に中性ないし弱アルカリ性を呈し、殆ど中性領域ＰＨ（ＰＨ5.8〜8.6）でありながら水ガラスのようなアルカリ物質とは反応しないが、酸性物質とは緩慢な中和反応を起こすもので、以下中和緩衝剤という。
【００１７】
本発明にいう中和緩衝剤は、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウムの粉末で、これを単独または２種以上を混合して用いる。
【００１８】
この中和緩衝剤に相当するかのように考えられるものとして、水酸化カルシウムが挙げられるが、これは高アルカリ性で水ガラスとの反応が強く、少量で水ガラスを短時間にゲル化させる能力があり、これを水ガラスに混合した場合にＡ液として不安定でグラウト注入の施工上きわめて制約を受けるため、さらには強アルカリで酸性反応剤と急激に反応するため、本発明の中和緩衝剤として用いるには適当ではなく、本発明の中和緩衝剤に相当しないものである。
本発明にいう酸性反応剤としては、硫酸（取り扱い上から約75％以下の水溶液が望ましい）、硫酸にリン酸を加えたもの、硫酸に第一リン酸塩、第二リン酸塩、第三リン酸塩、トリポリリン酸ソーダ等のリン酸塩（主にソーダおよびカリ）の一種または二種以上を加えた混合酸性反応剤などを併用して用いる。
【００１９】
また、本発明にいう水ガラス（珪酸ソーダ、珪酸カリおよびこれらの混合物）としてはその品質を特に限定するものではないが、モル比2.8〜４程度のものが好ましい。
【００２０】
図１は本発明に係るグラウトにおけるゲル化反応の経時的変化の一例を示したもので、先ずＡ液中の水ガラスと硫酸（酸性反応剤）が瞬時に反応（１次反応）して図１における混合時点のａ点からＰＨ2.2のｂ点まで直線的にＰＨ値が急上昇する。
【００２１】
続いて、上記１次反応で残った過剰の硫酸と中和緩衝剤が緩慢に反応（２次反応）し、図１におけるｂ−ｃ−ｄ線に沿ってＰＨ値が緩やかに上昇する。
【００２２】
この場合、図１におけるｃ点においてゲル化が起こり、そのゲルタイムは10分でゲル化後も２次反応はｄ点まで進行し、ＰＨは中性に向かって上昇する。
【００２３】
このように１次および２次の時間差をもった反応により、非アルカリ領域でのゲルタイムの調整が非常に容易となる。
【００２４】
このゲルタイムの調整は、水ガラスに対して大まかには酸性反応剤の添加量で行い、微調整は中和緩衝剤の添加量で行うことを基本としている。
【００２５】
本発明のグラウトのゲルタイムは、非アルカリ領域の内、20〜30秒以下の瞬結グラウト、１〜10分程度の中結グラウト、約10分以上の長結グラウトとして主に硫酸の量を変化させることにより様々に調整することができる。
【００２６】
グラウトのＡ液の調合法は特に限定するものではないが、通常は調合槽等で水中に中和緩衝剤微粉末を投入して粒子を充分に分散させた後、水ガラスを加えることが望ましく、この中和緩衝剤の分散の際には必要に応じてセメント等の分散に用いる分散剤を添加してもよい。
【００２７】
実際のグラウト注入においてＡ液とＢ液とを混合する方法としては特に限定するものではないが、瞬結グラウトには二重管を用いて先端部でＡ液とＢ液を合流混合して注入するいわゆる２ショット方式、また中結グラウトにはＡ，Ｂ両液を注入ポンプから注入管に至る途中で合流混合して注入するいわゆる1.5ショット方式、あるいは２ショット方式、さらに長結グラウトはミキサー等の調合槽でＡ液を調合した後、Ｂ液を加える１ショット方式、あるいは1.5ショットおよび２ショット方式で行うことができる。
【００２８】
また、本発明に適用するグラウト注入の工法も特に限定するものではないが、瞬結グラウトには二重管ロット工法、中結および長結グラウトには二重管ロット工法および単管ロット工法、あるいはダブルパッカー工法等を採用することができ、さらに瞬結と緩結グラウトおよび中結と長結グラウトを併用する複合注入にも適用することができる。
【００２９】
Ａ液とＢ液の注入比も特に限定するものではないが、Ａ液の調合方法などに応じて、当量注入（Ａ，Ｂ液が同量）、あるいは比例注入（Ａ液に対してＢ液が少ない）で行う。
【００３０】
次に、本発明を表１に掲げる具体的な実験例に基づいてさらに説明する。
【００３１】
以下の実験に用いた水ガラスはSiO2 24.05％、Na2O3 7.42％、モル比3.34の品質のもので、また中和緩衝剤として炭酸カルシウム（軽質）は「片山化学工業製」、水酸化マグネシウムは「和光純薬工業製」、硫酸は工業用74％稀硫酸を用いた。
【００３２】
表１に実験に用いた非アルカリ性グラウトの配合例を示す。
【００３３】
【表１】
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「実験−１」  表１に示す実施例−１の配合で、Ｂ液の硫酸9.5ｇを加えてＰＨの経時的変化を測定した。
【００３４】
このとき得られたゲルタイム10分のときのＰＨの経時的変化を図１に示す。
【００３５】
この図１については前述の通り、Ａ，Ｂ両液の混合直後に急激な１次反応が起こり、続いて中性領域に向かって緩慢な２次反応が起こることが分かる。
【００３６】
このような反応は、水酸化マグネシウムおよび炭酸マグネシウムにおいても同様な傾向を示すものである。
【００３７】
なお、表１に掲げるＡ液は１ヶ月放置した後においてもゲル化せず、非常に安定であることが確認できた。
「実験−２」  表１に示す比較例および実施例−１〜実施例−３の配合で、加えるＢ液の硫酸の量を変化させ、それぞれのゲルタイムの変化を測定した。
【００３８】
その時のゲルタイムの変化を図２に示す。
【００３９】
図２において、水ガラス液に硫酸を直接加えた比較例の方法では、硫酸の量を8.0ｇから僅か0.3ｇ増しただけでゲルタイムが0.3分から1000分まで極端に急激に変化する、すなわち硫酸の量の僅少な誤差がゲルタイムの大幅な誤差となることから、ゲルタイムの調整が困難で、実際の現場ではその調整が不可能であることが分かる。
【００４０】
これに対して、本発明の中和緩衝剤粉末を混入した水ガラス液（Ａ液）に硫酸（Ｂ液）を加えた場合（実施例−１〜実施例−３の配合）は、図１に示すように１次および２次の時間差をもった反応により、硫酸の添加量の変化に対してゲルタイムの変化が緩やかで、ゲルタイムの調整が極めて容易になることが分かる。
【００４１】
すなわち、ゲルタイムが約0.2分から1000分になるまでの硫酸添加量の変化は、実施例−１においては8.0〜9.4ｇまでの1.4ｇまでの範囲、実施例−２においては8.0〜9.8ｇまでの1.8ｇまでの範囲、実施例−３においては8.0〜9.6ｇまでの1.6ｇまでの範囲内で余裕をもって正確にゲルタイムの調整を行うことが可能で、その結果ゲルタイムの調整が容易であることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
各種の注入方法による非アルカリ性グラウトの注入工法に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】この発明のＰＨ調整法によるＰＨの経時的変化の一例を示す線図である。
【図２】この発明による酸性反応剤の添加量とゲルタイムの関係を示す線図である。
【図１】
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【図２】
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