(57)【要約】【課題】  水ガラスと酸性硬化剤とを水性液の形態で地盤中へ混合注入し、水ガラスのゲル化を利用することにより該地盤を硬化させる地盤硬化法において、水ガラスのゲルタイムを、経済的且つ簡便に、実際の地盤硬化作業現場で求められる数分〜数十分の間で制御することができる地盤硬化法を提供する。【解決手段】  水ガラスと酸性硬化剤とを水性液の形態で地盤中へ混合注入するときに、更に重質酸化マグネシウムを水性液の形態で地盤中へ混合注入した。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水ガラスと酸性硬化剤とを水性液の形態で地盤中へ混合注入し、水ガラスのゲル化を利用することにより該地盤を硬化させる地盤硬化法において、更に重質酸化マグネシウムを水性液の形態で地盤中へ混合注入することを特徴とする地盤硬化法。
【請求項２】
重質酸化マグネシウムが原料を１２００〜２０００℃で焼成した嵩比重０．４〜３．６ｇ／cm３のものである請求項１記載の地盤硬化法。
【請求項３】
水ガラスと、酸性硬化剤と、重質酸化マグネシウムとを、下記の数１を満足するように地盤中へ混合注入する請求項１又は２記載の地盤硬化法。
【数１】
2005225950.tif 000007
（数１において、
［Ｎａ２Ｏ］：水ガラス中のＮａ２Ｏのモル数
［ＭｇＯ］：重質酸化マグネシウム中のＭｇＯのモル数
［ＨｎＡ］：酸性硬化剤中の酸のモル数
ｎ：酸性硬化剤中の酸の価数）
【請求項４】
水ガラスと、酸性硬化剤と、重質酸化マグネシウムとを、水ガラスのゲル化直前におけるｐＨが４〜７となるように地盤中へ混合注入する請求項１〜３のいずれか一つの項記載の地盤硬化法。
【請求項５】
水ガラスと、酸性硬化剤と、重質酸化マグネシウムとを、水ガラスのゲル化に要する時間が５〜６０分間となるように地盤中へ混合注入する請求項１〜４のいずれか一つの項記載の地盤硬化法。
【請求項６】
水ガラスと酸性硬化剤との混合水性液を作製し、この混合水性液と重質酸化マグネシウムの水性液とを地盤中へ混合注入する請求項１〜５のいずれか一つの項記載の地盤硬化法。
【請求項７】
水ガラスと重質酸化マグネシウムとの混合水性液を作製し、この混合水性液と酸性硬化剤の水性液とを地盤中へ混合注入する請求項１〜５のいずれか一つの項記載の地盤硬化法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は地盤硬化法に関する。地盤の強化及び止水を図るため、地盤中に薬液を混合注入して該地盤を硬化させることが行なわれる。本発明はかかる地盤硬化法の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、前記のような地盤硬化法として一般に、水ガラスと酸性硬化剤とを水性液の形態で地盤中へ混合注入し、酸性から中性領域において水ガラスがゲル化するのを利用することにより該地盤を硬化させることが行なわれており、かかる混合注入の方法として、水ガラスの水性液と酸性硬化剤の水性液とを、予め混合しておいた後に地盤中へ注入する方法、地盤中へ注入する途中で混合する方法、地盤中へ注入すると同時に混合する方法等が行なわれている。ところで、酸性硬化剤としては通常、硫酸が使用されているが、水ガラスは強アルカリ性を示し、また硫酸で代表される酸性硬化剤は強酸性を示すため、双方を水性液の形態で地盤中へ混合注入すると、地盤中へ混合注入した薬液のｐＨが振れ易い。一方、水ガラスのゲル化に要する時間（以下、単に水ガラスのゲルタイムという）は、地盤中へ混合注入した薬液のｐＨによって大きな影響を受け、酸性から中性領域では概してそのｐＨが低くなるほど対数的に長くなるので、薬液のｐＨが振れると、水ガラスのゲルタイムが大きく乱れ、地盤硬化に要する時間が乱れて、硬化作業の前後に予定されている他の作業の進行に重大な支障をきたすこととなる。そこで従来、地盤中へ混合注入する薬液のｐＨを制御し、よって水ガラスのゲルタイムを制御するため、更に調整剤乃至緩衝剤として、水酸化マグネシウムを混合注入する方法（例えば特許文献１及び２参照）、ヘキサメタリン酸アルカリ金属塩を混合注入する方法（例えば特許文献３及び４参照）、硫酸アルミニウムを混合注入する方法（例えば特許文献５及び６参照）等が提案されている。
【０００３】
しかし、前記の従来法には、それぞれに相応の利点があるものの、概して非経済的であり、とりわけ水ガラスのゲルタイムを実際の地盤硬化作業現場で求められる数分〜数十分の間で制御するのが難しいという問題がある。
【特許文献１】特開昭６０−５３５８７号公報
【特許文献２】特開昭６１−１５９４８５号公報
【特許文献３】特開平２−５１５８２号公報
【特許文献４】特開平２−８６６８５号公報
【特許文献５】特開２０００−３２８０５５号公報
【特許文献６】特開２００２−３０９２５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、水ガラスのゲルタイムを、経済的且つ簡便に、実際の地盤硬化作業現場で求められる数分〜数十分の間で制御することができる地盤硬化法を提供する処にある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記の課題を解決する本発明は、水ガラスと酸性硬化剤とを水性液の形態で地盤中へ混合注入し、水ガラスのゲル化を利用することにより該地盤を硬化させる地盤硬化法において、更に重質酸化マグネシウムを水性液の形態で地盤中へ混合注入することを特徴とする地盤硬化法に係る。
【０００６】
本発明に係る地盤硬化法も、水ガラスと酸性硬化剤とを水性液の形態で地盤中へ混合注入し、酸性から中性領域において水ガラスがゲル化するのを利用することにより該地盤を硬化させる地盤硬化法に関し、この限りにおいては前記した従来一般の地盤硬化法と同様である。水ガラスとしては通常はＪＩＳ３号の水ガラスを使用するが、Ｎａ２Ｏ１モルに対してＳｉＯ２を３．３モル以上の割合で含有するＳｉＯ２高モル比の水ガラス、またイオン交換樹脂やイオン交換膜で水ガラス中のナトリウムを強制的に低減したＳｉＯ２超高モル比のコロイド状シリカを使用するのが好ましい。かかるＳｉＯ２高モル比、またＳｉＯ２超高モル比のものを使用すると、酸性硬化剤の使用量を少なくでき、反応物の生成量を少なくできて、土壌への環境負荷を抑制できる。水ガラスとしてはＪＩＳ１号やＪＩＳ２号のようなＳｉＯ２低モル比の水ガラスを使用することもできるが、同様の理由により好ましくない。また酸性硬化剤としては塩酸、硫酸、リン酸、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、クエン酸及びこれらの混合物等を使用できるが、経済的な観点から、通常は硫酸を使用する。
【０００７】
本発明に係る地盤硬化法では、更に重質酸化マグネシウムを水性液の形態で地盤中へ混合する。死焼マグネシア又はマグネシアクリンカーと通称される重質酸化マグネシウムはか焼マグネシアと通称される軽質酸化マグネシウムと区別されており、それ自体は市販されている。双方は原料の焼成温度、例えば水酸化マグネシウムや炭酸マグネシウム等の焼成温度が異なり、重質酸化マグネシウムは軽質酸化マグネシウムよりも高い焼成温度で得られるもので、したがって重質酸化マグネシウムは軽質酸化マグネシウムをより高温で焼成することによっても得られる。
【０００８】
水ガラスと酸性硬化剤とを水性液の形態で地盤中へ混合注入する地盤硬化法では、地盤中へ混合注入した水ガラスが酸性から中性領域においてゲル化するのを利用する。このとき、地盤中へ混合注入した薬液のｐＨが水ガラスのゲル化に大きな影響を及ぼすことは前記した通りであり、薬液のｐＨが低過ぎると、水ガラスがゲル化するのに極めて長時間を要し、逆に薬液のｐＨが中性領域であると、水ガラスが極めて短時間で、場合によっては瞬時にゲル化してしまう。水ガラス及び酸性硬化剤と共に重質酸化マグネシウムを水性液の形態で地盤中へ混合注入すると、地盤中へ混合注入した薬液のｐＨを酸性から中性領域へと緩やかに上昇させることができ、結果として水ガラスのゲルタイムを実際の地盤硬化作業現場で求められる数分〜数十分の間に安定して制御できる。かかる重質酸化マグネシウムの効果は、重質酸化マグネシウムが、地盤中へ混合注入した薬液中に、酸性領域において少しづつ溶け出し、中性領域において殆ど溶け出さなくなるためと推察されるが、軽質酸化マグネシウムや水酸化マグネシウムでは得られない。
【０００９】
本発明に係る地盤硬化法において、重質酸化マグネシウムとしては原料を１２００〜２０００℃で焼成した嵩比重０．４〜３．６ｇ／cm３のものを用いるのが好ましい。また水ガラスと、酸性硬化剤と、重質酸化マグネシウムとを、下記の数１を満足するように地盤中へ混合注入する方法が好ましい。更に水ガラスと、酸性硬化剤と、重質酸化マグネシウムとを、水ガラスのゲル化直前におけるｐＨが４〜７となるように地盤中へ混合注入する方法が好ましい。そして水ガラスと、酸性硬化剤と、重質酸化マグネシウムとを、水ガラスのゲルタイムが５〜６０分間となるように地盤中へ混合注入する方法が好ましい。いずれも、水ガラスのゲルタイムを、実際の地盤硬化作業現場で求められる数分〜数十分の間で制御し易くするためである。
【００１０】
【数１】
2005225950.tif 000003
【００１１】
数１において、
［Ｎａ２Ｏ］：水ガラス中のＮａ２Ｏのモル数
［ＭｇＯ］：重質酸化マグネシウム中のＭｇＯのモル数
［ＨｎＡ］：酸性硬化剤中の酸のモル数
ｎ：酸性硬化剤中の酸の価数
【００１２】
本発明に係る地盤硬化法では、以上説明したように、水ガラス、酸性硬化剤及び重質酸化マグネシウムをいずれも水性液の形態で地盤中へ混合注入する。かかる混合注入の方法としては、１）３成分の各水性液を地盤中へ混合注入する方法、２）３成分のうちでいずれか２成分の混合水性液を作製し、この混合水性液と他の１成分の水性液とを地盤中へ混合注入する方法、３）３成分の混合水性液を作製し、この混合水性液を地盤中へ注入する方法が挙げられる。なかでも、本発明に係る地盤硬化法としては、水ガラスと酸性硬化剤との混合水性液を作製し、この混合水性液と重質酸化マグネシウムの水性液とを地盤中へ混合注入する方法が好ましく、また水ガラスと重質酸化マグネシウムとの混合水性液を作製し、この混合水性液と酸性硬化剤の水性液とを地盤中へ混合注入する方法がより好ましい。これらの方法は実際の地盤硬化作業現場における作業に即した簡便な方法であり、またこれらの方法によると、重質酸化マグネシウムによる前記した効果を適宜に発揮させることができ、したがって地盤中へ混合注入した薬液のｐＨを所望通りに制御して、水ガラスのゲルタイムを実際の地盤硬化作業現場で求められる数分〜数十分の間で所望通りに制御することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る地盤硬化法によると、地盤中へ混合注入した水ガラスのゲルタイムを、したがって地盤硬化に要する時間を、経済的且つ簡便に、実際の地盤硬化作業現場で求められる数分〜数十分の間で制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に係る地盤硬化法の実施形態としては、下記の１）〜６）が挙げられる。
１）Ｎａ２Ｏ１モルに対してＳｉＯ２を３．４モルの割合で含有するＳｉＯ２高モル比の水ガラス８０Ｌに水と重質酸化マグネシウム（宇部マテリアル社製の商品名ＵＢＥ９５−３２５Ｆ、１２００〜２０００℃で焼成して粉砕した嵩比重約１．１９のもの）２kgとを加え、混合水性液（Ａ液）２００Ｌを調製する。別に、７８％硫酸１０Ｌに水を加えて酸性硬化剤の水性液（Ｂ液）２００Ｌを調製する。かかるＡ液とＢ液とを、Ａ液／Ｂ液＝１／１（容量比）の割合で地盤中へ混合注入する地盤硬化法。尚、この地盤硬化法に相当するモデル実験では、水ガラスのゲルタイムは約１２分、また水ガラスのゲル化直前における薬液のｐＨは６．３である。
【００１５】
２）Ｎａ２Ｏ１モルに対してＳｉＯ２を３．４モルの割合で含有するＳｉＯ２高モル比の水ガラス８０Ｌに水と重質酸化マグネシウム（宇部マテリアル社製の商品名ＵＢＥ９５粉、１２００〜２０００℃で焼成して粉砕した嵩比重約１．２６のもの）１．５kgとを加え、混合水性液（Ａ液）２００Ｌを調製する。別に、７８％硫酸１０Ｌに水を加えて酸性硬化剤の水性液（Ｂ液）２００Ｌを調製する。かかるＡ液とＢ液とを、Ａ液／Ｂ液＝１／１（容量比）の割合で地盤中へ混合注入する地盤硬化法。尚、この地盤硬化法に相当するモデル実験では、水ガラスのゲルタイムは約５５分、また水ガラスのゲル化直前における薬液のｐＨは５．８である。
【００１６】
３）Ｎａ２Ｏ１モルに対してＳｉＯ２を３．４モルの割合で含有するＳｉＯ２高モル比の水ガラス８０Ｌに水と重質酸化マグネシウム（宇部マテリアル社製の商品名ＵＢＥ９５−３２５Ｆ、１２００〜２０００℃で焼成して粉砕した嵩比重約１．１９のもの）２kgとを加え、混合水性液（Ａ液）２００Ｌを調製する。別に、７８％硫酸８Ｌ及び１７％硫酸アルミニウム４kgに水を加えて酸性硬化剤の水性液（Ｂ液）２００Ｌを調製する。かかるＡ液とＢ液とを、Ａ液／Ｂ液＝１／１（容量比）の割合で地盤中へ混合注入する地盤硬化法。尚、この地盤硬化法に相当するモデル実験では、水ガラスのゲルタイムは約１５分、また水ガラスのゲル化直前における薬液のｐＨは６．２である。
【００１７】
４）Ｎａ２Ｏ１モルに対してＳｉＯ２を３．４モルの割合で含有するＳｉＯ２高モル比の水ガラス８０Ｌに水と重質酸化マグネシウム（宇部マテリアル社製の商品名ＵＢＥ９５粉、１２００〜２０００℃で焼成して粉砕した嵩比重約１．２６のもの）２kgとを加え、混合水性液（Ａ液）２００Ｌを調製する。別に、７８％硫酸８Ｌ及び１７％硫酸アルミニウム４kgに水を加えて酸性硬化剤の水性液（Ｂ液）２００Ｌを調製する。かかるＡ液とＢ液とを、Ａ液／Ｂ液＝１／１（容量比）の割合で地盤中へ混合注入する地盤硬化法。尚、この地盤硬化法に相当するモデル実験では、水ガラスのゲルタイムは約３８分、また水ガラスのゲル化直前における薬液のｐＨは６．０である。
【００１８】
５）ＪＩＳ３号の水ガラス５０Ｌに水１４２Ｌを加えて希釈し、これを７８％硫酸８Ｌ中に撹拌しながら加え、混合水性液（Ａ液）２００Ｌを調製する。別に、重質酸化マグネシウム（宇部マテリアル社製の商品名ＵＢＥ９５−３２５Ｆ、１２００〜２０００℃で焼成して粉砕した嵩比重約１．１９のもの）２kgに水を加えて水懸濁液（Ｂ液）１００Ｌを調製する。かかるＡ液とＢ液とを、Ａ液／Ｂ液＝２／１（容量比）の割合で地盤中へ混合注入する地盤硬化法。尚、この地盤硬化法に相当するモデル実験では、水ガラスのゲルタイムは約８分、また水ガラスのゲル化直前における薬液のｐＨは６．２である。
【００１９】
６）ＪＩＳ３号の水ガラス５０Ｌに水１４２Ｌを加えて希釈し、これを７８％硫酸８Ｌ中に撹拌しながら加え、混合水性液（Ａ液）２００Ｌを調製する。別に、重質酸化マグネシウム（宇部マテリアル社製の商品名ＵＢＥ９５粉、１２００〜２０００℃で焼成して粉砕した嵩比重約１．２６のもの）２kgに水を加えて水懸濁液（Ｂ液）１００Ｌを調製する。かかるＡ液とＢ液とを、Ａ液／Ｂ液＝２／１（容量比）の割合で地盤中へ混合注入する地盤硬化法。尚、この地盤硬化法に相当するモデル実験では、水ガラスのゲルタイムは約４０分、また水ガラスのゲル化直前における薬液のｐＨは５．６である。
【実施例】
【００２０】
試験区分１
Ｎａ２Ｏ１モルに対してＳｉＯ２を３．４モルの割合で含有するＳｉＯ２高モル比の水ガラス８０mlに水を加え、更に表１記載の添加量となるようマグネシウム化合物を加えて、混合水性液（Ａ液）２００mlを調製した。別に７８％硫酸１０mlに水を加えて酸性硬化剤の水性液（Ｂ液）２００mlを調製した。かかるＡ液とＢ液とを、Ａ液／Ｂ液＝１／１（容量比）の割合で混合した。このときの水ガラスのゲルタイム（分）と、水ガラスのゲル化直前における薬液のｐＨを求め、結果を表１にまとめて示した。
【００２１】
【表１】
2005225950.tif 000004
【００２２】
表１において、
ゲルタイム（分）：水ガラスのゲルタイム
ｐＨ：水ガラスのゲル化直前におけるｐＨ
重質酸化マグネシウム１：宇部アテリアル社製の商品名ＵＢＥ９５−３２５Ｆ（１２００〜２０００℃で焼成して粉砕した嵩比重約１．１９のもの）
重質酸化マグネシウム２：宇部アテリアル社製の商品名ＵＢＥ９５粉（１２００〜２０００℃で焼成して粉砕した嵩比重約１．２６のもの）
軽質酸化マグネシウム：協和化学工業社製の商品名工業用酸化マグネシウム１０００
これらは以下同じ
【００２３】
図１は表１における各例について、マグネシウム化合物の添加量（ｇ）に対する水ガラスのゲルタイム（分）を片対数で示すグラフである。図１中、１は実施例１を、２は実施例２を、３は比較例１を、４は比較例２を示している。表１及び図１の結果からも、重質酸化マグネシウムを用いた各実施例の場合には、水ガラスのゲルタイムを実際の地盤硬化作業現場で求められる数分〜数十分、詳しくは５〜６０分の間で容易に制御できるが、軽質酸化マグネシウムを用いた比較例１や水酸化マグネシウムを用いた比較例２の場合には、水ガラスのゲルタイムを同様に制御するのが難しいことがわかる。
【００２４】
試験区分２
Ｎａ２Ｏ１モルに対してＳｉＯ２を３．４モルの割合で含有するＳｉＯ２高モル比の水ガラス８０mlに水を加え、更に表２記載の添加量となるようマグネシウム化合物を加えて、混合水性液（Ａ液）２００mlを調製した。別に７８％硫酸８ml及び１７％硫酸アルミニウム４ｇに水を加えて酸性硬化剤の水性液（Ｂ液）２００mlを調製した。かかるＡ液とＢ液とを、Ａ液／Ｂ液＝１／１（容量比）の割合で混合した。このときの水ガラスのゲルタイム（分）と、水ガラスのゲル化直前における薬液のｐＨを求め、結果を表２にまとめて示した。
【００２５】
【表２】
2005225950.tif 000005
【００２６】
図示を省略するが、表２の結果からも、重質酸化マグネシウムを用いた各実施例の場合には、水ガラスのゲルタイムを実際の地盤硬化作業現場で求められる数分〜数十分、詳しくは５〜６０分の間で容易に制御できるが、軽質酸化マグネシウムを用いた比較例３や水酸化マグネシウムを用いた比較例４の場合には、水ガラスのゲルタイムを同様に制御するのが難しいことがわかる。
【００２７】
試験区分３
ＪＩＳ３号の水ガラス５０mlに水１４２mlを加えて希釈し、これを７８％硫酸８ml中に撹拌しながら加えて、混合水性液（Ａ液）２００mlを調製した。別に表３記載の添加量となるようマグネシウム化合物に水を加えて水性懸濁液（Ｂ液）１００mlを調製した。かかるＡ液とＢ液とを、Ａ液／Ｂ液＝２／１（容量比）の割合で混合した。このときの水ガラスのゲルタイム（分）と、水ガラスのゲル化直前における薬液のｐＨを求め、結果を表３にまとめて示した。
【００２８】
【表３】
2005225950.tif 000006
【００２９】
図示を省略するが、表３の結果からも、重質酸化マグネシウムを用いた各実施例の場合には、水ガラスのゲルタイムを実際の地盤硬化作業現場で求められる数分〜数十分、詳しくは５〜６０分の間で容易に制御できるが、軽質酸化マグネシウムを用いた比較例５や水酸化マグネシウムを用いた比較例６の場合には、水ガラスのゲルタイムを同様に制御するのが難しいことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る地盤硬化法の実施例等について、マグネシウム化合物の添加量（ｇ）に対する水ガラスのゲルタイム（分）を片対数で示すグラフ。
【符号の説明】
【００３１】
１  実施例１のゲルタイム曲線
２  実施例２のゲルタイム曲線
３  比較例１のゲルタイム曲線
４  比較例２のゲルタイム曲線
【図１】
2005225950.tif 000008