(57)【要約】  【課題】複雑な反応装置を使用することなく、高濃度の非アルカリ性珪酸水溶液の調製を繰り返してもゲル化物を含まない、地盤注入薬液に適した非アルカリ性珪酸水溶液の製造方法を提供する。  【解決手段】絞り部を付した２つの原料供給管が合流し、該合流部にて１つの排出管と連結してなるＹ字型の反応装置を使用し、該反応装置の２つの原料供給管から酸性剤水溶液と珪酸ソーダ溶液を５．０ｍ／ｓｅｃ以上の流速でそれぞれ供給し、上記合流部にて両成分を接触させ、１．０ｍ／ｓｅｃ以上の流速で排出管より流出させ、薬液注入用非アルカリ性珪酸水溶液を製造する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤注入薬液用非アルカリ性珪酸水溶液の製造方法であって、絞り部を付した２つの原料供給管が合流し、該合流部にて１つの排出管と連結してなるＹ字型の反応装置を使用し、該反応装置の２つの原料供給管から酸性剤水溶液と珪酸ソーダ溶液を５．０ｍ／ｓｅｃ以上の流速でそれぞれ供給し、上記合流部にて両成分を衝突混合させ、１．０ｍ／ｓｅｃ以上の流速で排出管より流出させることを特徴とする地盤注入薬液用非アルカリ性珪酸水溶液の製造方法。
【請求項２】
珪酸ソーダ溶液の中和率が１．０５〜１．３となるよう珪酸ソーダ溶液および酸性剤水溶液を供給して、ＳｉＯ２の含有量が６０〜２８０ｇ／Ｌである薬液注入用非アルカリ性珪酸水溶液を製造することを特徴とする請求項１記載の薬液注入用非アルカリ性珪酸水溶液の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤注入薬液用非アルカリ性珪酸水溶液の製造方法であって、ゲル化物がなく固化強度に優れた均一で高濃度のＳｉＯ２を含有する薬液注入用非アルカリ性珪酸水溶液の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非アルカリ性珪酸水溶液を応用した地盤注入薬液は広く用いられているが、一般に、珪酸ソーダ溶液中に酸性剤水溶液を加え非アルカリ性珪酸水溶液を得ようとしても、アルカリ領域でゲル化するため十分な量の酸性剤を混合しても均一な非アルカリ性珪酸水溶液を得ることができないので、酸性剤水溶液中に珪酸ソーダ溶液を添加混合する方法がとられている。該製造方法においては、反応槽内で高速攪拌翼により酸性剤水溶液を激しく攪拌しながら珪酸ソーダ溶液を高圧で酸性剤水溶液中に噴射する方法（特許文献１参照）または、特定構造の製造装置を用いて酸性剤水溶液中に珪酸ソーダ溶液を噴射する際、噴射圧により生ずる水流により攪拌混合する方法（特許文献２参照）等が採用されている。
【０００３】
しかしながら、上記のような製造方法においては、酸性剤水溶液と珪酸ソーダ溶液が噴射ノズルを介して接するため、噴射ノズル開口部にゲル化物を生成しやすい。また、反応槽の稼動を停止すると槽内の液圧によって調製された非アルカリ性珪酸水溶液が噴射ノズル内に逆流し、残留する珪酸ソーダ溶液と反応しゲル化物を生成する。該製造方法においては、バッチ運転となるが、これらのゲル化物の生成は非アルカリ性珪酸水溶液を調製するたびに少量ずつ噴射ノズル内に生成堆積してゆく。その結果、非アルカリ性珪酸水溶液の調製を繰り返してゆくと、噴射ノズル内に堆積したゲル化物が剥がれ落ち、噴射ノズルの先端を閉塞させ非アルカリ性珪酸水溶液の調製が困難となったり、反応槽内にゲル化物を多量に噴出し、該非アルカリ性珪酸水溶液を地盤注入薬液として用いた場合、注入ポンプを閉塞させたり、地盤への浸透性を損ね注入効果に悪影響を及ぼしたりする。
【０００４】
更に、該製造方法においては、ＳｉＯ２含有量が８５ｇ／Ｌを超える非アルカリ性珪酸水溶液を調製する場合は、反応槽内に噴射させる珪酸ソーダ溶液の速度を低下させないと酸性剤水溶液との混合が不十分となり、アルカリ性を呈する部分が生じ瞬時にゲル化物を生じるため、実質的に高濃度の非アルカリ性珪酸水溶液を調製することは困難であった。
【０００５】
【特許文献１】特開昭５３−８０４２１号公報
【特許文献２】特開昭６３−３０７１０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明の目的は、複雑な反応装置を使用することなく、高濃度の非アルカリ性珪酸水溶液の調製を繰り返しても、ゲル化物を含まない地盤注入薬液に適した非アルカリ性珪酸水溶液の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を続けてきた。その結果、Y字型の反応装置において、酸性剤水溶液および珪酸ソーダ溶液の供給速度と接触混合後の排出速度によって非アルカリ性珪酸水溶液の性状が異なるとの知見を得、更に研究を重ね、本発明を提案するに至った。
【０００８】
即ち、本発明は、地盤注入薬液用非アルカリ性珪酸水溶液の製造方法であって、絞り部を付した２つの原料供給管が合流し、該合流部にて１つの排出管と連結してなるＹ字型の反応装置を使用し、該反応装置の２つの原料供給管から酸性剤水溶液と珪酸ソーダ溶液を５．０ｍ／ｓｅｃ以上の流速でそれぞれ供給し、上記合流部にて両成分を衝突混合させ、１．０ｍ／ｓｅｃ以上の流速で排出管より流出させることを特徴とする地盤注入薬液用非アルカリ性珪酸水溶液の製造方法である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の方法によれば、酸性剤水溶液中に珪酸ソーダ溶液を高圧で噴射したり、高速攪拌翼やスタテックミキサー等の特別なミキサーを装着しなくても、地盤注入薬液として用いる、均一で高濃度のＳｉＯ２を含有する非アルカリ性珪酸水溶液を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１１】
本発明に用いるＹ字型の反応装置としては、基本的には２つの原料供給管が合流し、該合流部にて１つの排出管と連結した構造を有する。本発明に用いる反応装置の材質は、原料として用いる酸性剤水溶液、珪酸ソーダ溶液に対する耐薬品性を有するものであれば特に制限はなく、ガラス、金属、プラスチック、ゴム等の公知の材料を用いることができる。図１に本発明に使用するＹ字管の反応装置の例を示す。図１に示すように、このＹ字型の反応装置は、酸性剤水溶液または珪酸ソーダ溶液が供給される原料供給管１、１'が合流してなり、合流部３にて排出管２が連結してなる。更に、このＹ字型反応装置には、原料供給管１、１'において原料の流速を調整するための絞り部４、４'を設ける。
【００１２】
本発明において、ゲル化物を含むことなく非アルカリ性珪酸水溶液を製造する効果は、該Ｙ字型反応装置において原料供給管１、１'における酸性剤水溶液と珪酸ソーダ溶液とを衝突させる際のそれぞれの流速と、合流部３における混合後の反応生成物を排出管２において排出する流速との相乗効果によって得られる。即ち、本発明においては、絞り部４、４'の流速が酸性剤水溶液、珪酸ソーダ溶液ともに５．０ｍ／ｓｅｃ以上、好ましくは７．０ｍ／ｓｅｃ以上、更に好ましくは１０．０ｍ／ｓｅｃ以上が好ましい。流速が５．０ｍ／ｓｅｃ未満の場合は、合流部３における衝突混合が不十分となり排出管２から排出された非アルカリ性珪酸水溶液中にゲル化物を生成するので好ましくない。
【００１３】
更に、合流部３において混合された反応生成物は速やかに排出管２から排出させる必要がある。具体的には、該反応生成物を１．０ｍ／ｓｅｃ以上、好ましくは１．３ｍ／ｓｅｃ以上で排出させる。排出流速が１．０ｍ／ｓｅｃ未満の場合は、合流部３内に反応生成物が滞留するため、原料供給管における絞り部４、４'にて流速を上げても、合流部３において滞留した反応生成物のために、酸性剤水溶液と珪酸ソーダ溶液の衝突混合が不十分となり排出管２から排出された非アルカリ性珪酸水溶液中にゲル化物を生成するので好ましくない。
【００１４】
反応生成物を排出管２より１．０ｍ／ｓｅｃ以上の流速で流出させるには、絞り部４、４’から供給される液量の合計より、排出管内の流速が１．０ｍ／ｓｅｃ以上になるように、原料の供給量、排出口径等を決定してやればよい。
【００１５】
本発明に用いる酸性剤水溶液としては特に限定されず、公知の酸性剤の水溶液、即ち、硫酸、塩酸、硝酸等の鉱酸；重硫酸ナトリウム等の強酸性の塩の水溶液を用いることができる。また、これらの酸や塩に更にリン酸塩、マグネシウム塩、アルミニウム塩等の塩類を添加併用しても良い。酸性剤水溶液の濃度は特に制限されないが、２〜１５Ｎの範囲であって、５．０ｍ／ｓｅｃ以上の流速で供給する際に、珪酸ソーダ溶液の中和率が１．０５〜１．３の範囲となるように供給できる濃度であることが好ましい。
【００１６】
本発明において、珪酸ソーダ溶液の中和率は下記式（１）で表されるものであり、珪酸ソーダ溶液の中和率が１．０５〜１．３の範囲であれば、得られる非アルカリ性珪酸塩水溶液が短時間の内にゲル化することなく、かつ、ゲル化物を含むことないので、地盤に対し浸透性に優れる注入薬液として使用でき好ましい。
【００１７】
【数１】
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【００１８】
本発明に用いる珪酸ソーダ溶液は特に限定されず、公知のもの、即ち、１号珪酸ソーダ、２号珪酸ソーダ、３号珪酸ソーダやこれらの水溶液が使用できる。珪酸ソーダ溶液の濃度は、５．０ｍ／ｓｅｃ以上の流速で供給した際に得られる非アルカリ性珪酸水溶液中のＳｉＯ２濃度が６０ｇ〜２８０ｇ／Ｌの範囲になるように酸性剤水溶液の供給量を勘案して決定することが好ましい。
【００１９】
溶液型薬液の固化強度（以下、砂ゲル強度とも言う）は、薬液中のＳｉＯ２濃度によって影響を受け、ＳｉＯ２濃度が６０ｇ〜２８０ｇ／Ｌの範囲であれば、地盤注入後の固化強度が十分に発現する、改良効果に優れた薬液を提供することができる。
【００２０】
更に本発明の方法は、１６０ｇ〜２８０ｇ／Ｌといった高ＳｉＯ２濃度の薬液注入用非アルカリ性珪酸水溶液を、ゲル化物を生じることなく製造することができるので、ＳｉＯ２濃度が１６０ｇ〜２８０ｇ／Ｌである薬液注入用非アルカリ性珪酸水溶液の製造に特に適している。
【００２１】
本発明において、Ｙ字型反応装置を組み込んだ地盤注入薬液用非アルカリ性珪酸水溶液の調製工程を具体的に示せば、図２に示すように、原料供給管１、１'に接続された酸性剤水溶液と珪酸ソーダ溶液をそれぞれ供給するための原料貯槽５、５'およびポンプ６、６'等の原料移送手段により、酸性剤水溶液と珪酸ソーダ溶液をそれぞれＹ字型反応装置に供給し、絞り部４、４'により流速を５．０ｍ／ｓｅｃ以上とした酸性剤水溶液と珪酸ソーダ溶液を合流部３において衝突混合させたのち、１．０ｍ／ｓｅｃ以上の流速で排出管２より排出させ、排出管２の後に接続した貯槽７に製造した地盤注入薬液用非アルカリ性珪酸水溶液を貯蔵するのが一般的である。
【００２２】
本発明において、得られた地盤注入薬液用非アルカリ性珪酸水溶液を地盤に注入する際には、公知の注入装置を用いそのまま注入すれば良いが、該非アルカリ性珪酸水溶液を更に水で希釈してＳｉＯ２濃度を調整することにより、ゲル化時間や固結強度を変化させたり、重炭酸塩や炭酸塩などの水溶液を加えゲル化時間を調整したりすることもできる。
【００２３】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。
【００２４】
地盤注入薬液用非アルカリ性珪酸水溶液中のゲル化物の有無は、調製後の非アルカリ性珪酸水溶液に対し目視により確認した。また、ＳｉＯ２濃度は、ＩＣＰ発光分析法により測定した。ゲル化時間の測定は、非アルカリ性珪酸水溶液調製直後を開始時間とし、２０℃の大気中で非アルカリ性珪酸水溶液を容器に入れて放置し、流動性を消失して容器を傾けても流動しなくなるまでの時間を計測して行った。
【００２５】
砂ゲルの作製は、地盤工学会基準「薬液注入による安定処理土の供試体作製方法」（ＪＧＳ０８３１−２００）に準拠し、５ｃｍΦのモールドに豊浦砂を間隙率４０％で砂詰めした後、非アルカリ性珪酸水溶液を圧入し、次に、ゲル化時間を経過するまで静置後、脱型しラップで包み更に２８日間気中養生することにより行った。砂ゲル強度の測定は、日本工業規格「土の一軸圧縮試験方法」（ＪＩＳ  Ａ  １２１６：１９９８）に準拠して行なった。
【００２６】
実施例１
大きさ４４×４４ｍｍのY字管の反応装置を使用し、４．４９Ｎの硫酸を絞り部径１．２ｍｍに流量０．８Ｌ／ｍｉｎ（流速１１．８ｍ／ｓｅｃ）で、及びＳｉＯ２成分の含有量が２６６ｇ／Ｌの珪酸ソーダ溶液を絞り部径１．４ｍｍに流量１．０Ｌ／ｍｉｎ（流速１０．８ｍ／ｓｅｃ）で各々供給し、排出口径５．０ｍｍ、排出時の流速１．５ｍ／ｓｅｃにして、１分間反応させ、約１．８Ｌのゲル化物のない均質な非アルカリ性珪酸水溶液を得た。製造条件を表１に、物性等の測定結果を表２に示す。
【００２７】
非アルカリ性珪酸水溶液中のＳｉＯ２濃度は１５３ｇ／Ｌであった。また、そのゲル化時間は２．５８ｈｒで砂ゲルの圧縮強度は１，１１０ｋＮ／ｍ２であった。
【００２８】
実施例２
１２Ｎの硫酸を絞り部径０．８ｍｍに流量０．３５Ｌ／ｍｉｎ（流速１１．６ｍ／ｓｅｃ）で、及びＳｉＯ２成分の含有量が３５０ｇ／Ｌの珪酸ソーダ溶液を絞り部径１．４ｍｍに流量１．０Ｌ／ｍｉｎ（流速１０．８ｍ／ｓｅｃ）で各々供給し、排出口径４．０ｍｍ、排出時の流速１．８ｍ／ｓｅｃにして、非アルカリ性珪酸水溶液を得た。製造条件を表１に、物性等の測定結果を表２に示す。
【００２９】
実施例３
硫酸を流量０．３４Ｌ／ｍｉｎ（流速５．０ｍ／ｓｅｃ）で、及び珪酸ソーダ溶液を流量０．４６Ｌ／ｍｉｎ（流速５．０ｍ／ｓｅｃ）で各々供給し、排出口径４．０ｍｍ、排出時の流速１．１ｍ／ｓｅｃとした以外は実施例１と同様に行った。製造条件を表１に、物性等の測定結果を表２に示す。
【００３０】
比較例１
硫酸を流量０．３２Ｌ／ｍｉｎ（流速４．７ｍ／ｓｅｃ）、及び珪酸ソーダ溶液を流量０．４３Ｌ／ｍｉｎ（流速４．７ｍ／ｓｅｃ）で各々供給し、排出口径４．０ｍｍ、排出時の流速１．０ｍ／ｓｅｃとした以外は実施例１と同様に行った。製造条件を表１に、物性等の測定結果を表２に示す。
【００３１】
その結果、Y字型反応装置内部にゲルを生じ、運転不能となった。
【００３２】
比較例２
硫酸を流量０．３５Ｌ／ｍｉｎ（流速５．２ｍ／ｓｅｃ）、及び珪酸ソーダ溶液を流量０．４８Ｌ／ｍｉｎ（流速５．２ｍ／ｓｅｃ）で各々供給し、排出時の流速を０．７ｍ／ｓｅｃとした以外は実施例１と同様に行った。製造条件を表１に、物性等の測定結果を表２に示す。
【００３３】
その結果、Y字型反応装置内部にゲルを生じ、運転不能となった。
【００３４】
【表１】
2005194463.tif 000003
【００３５】
【表２】
2005194463.tif 000004
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に用いる反応装置の代表的な一例を示す概要図である。
【図２】本発明の代表的なフロー図である。
【符号の説明】
【００３７】
１，１’：原料供給管
２：排出管
３：合流部
４，４’：絞り部
５，５’：原料貯槽
６，６’：ポンプ
７：非アルカリ性珪酸水溶液貯槽
【図１】
2005194463.tif 000005
【図２】
2005194463.tif 000006