(57)【要約】【課題】  珪酸塩系土質安定用薬液の硬化体（ホモゲル体）強度を改良し、薬液のゲルタイムを４０分から１時間４０分とした場合でも硬化体強度の発現が良好であり、薬液を得るための硬化剤の貯蔵安定性が良好で、かつ地盤中に薬液を注入し、処理した土質が、従来よりも長期的に強度の低下を抑制できる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、炭酸水素塩と硫酸マグネシウムの合計１００質量部あたり、硫酸マグネシウムを５質量部以上１８質量部以下含む硬化剤を、珪酸ソーダ水溶液のＳｉＯ2に対して２３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。【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、炭酸水素塩と硫酸マグネシウムの合計１００質量部あたり、硫酸マグネシウムを５質量部以上１８質量部以下含む硬化剤を、珪酸ソーダのＳｉＯ2に対して２３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】
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。
【背景技術】
【０００２】
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、珪酸塩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恐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て硬化体の強度が低くなることは、周知事項の一つとして挙げられる。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４０分から１時間４０分程度、好ましくは１時間から１時間３０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、Ｎａ2Ｏ １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、薬液のゲルタイムが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することができること、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】
しかし前記した如く、ゲルタイムを長く調整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４０分から１時間４０分程度にした場合では、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】
また、特許文献２は、安定化処理した地盤の強度や環境面を改善するために、炭酸水素塩類化合物にマグネシウム塩類化合物を珪酸ナトリウム中の珪酸に対するモル比を０．０５以下、および炭酸水素塩類化合物に対するモル比を０．０５から１．００の範囲で混合する土質処理剤が提案されている。
【０００８】
この公報に記載されている土質処理剤は、珪酸ナトリウムを主剤とし、これに重炭酸塩類とマグネシウム塩類化合物からなる硬化剤を用いた土質処理剤を用いることで、処理した土質の圧縮強度が高くかつ不透水性であり、さらに酸を使用することがないので腐食がなく、硬化時間の設定が容易で、生成するゲルも均一で止水性の大きいものが得られることを目的としたものである。
【０００９】
しかしながら、炭酸水素塩とマグネシウム塩との混合物を貯蔵しておくと、下記のような反応が起こる場合があり、生成した炭酸マグネシウムが水に不溶性であるために、土質安定用薬液としての性能が発揮できない場合があった。
【化１】
2005247894.tif 000002
【００１０】
（Ｍはアルカリ金属など、Ａは硫酸イオン・塩化物イオンなど）
一方、珪酸ソーダ水溶液とゲル化剤との反応によって生成したゲルは、一般的に時間の経過と共に強度低下や止水効果の低下など、処理した地盤の安定的効果が減少或いは消失してしまうというのが定説であった。
【００１１】
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ため、薬液のゲルタイムを４０分から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、このよう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。
【００１２】
また前記の如く、特許文献２で提案されている土質処理剤を得るための硬化剤の貯蔵安定性が良好である薬液が望まれていた。
【００１３】
さらに、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、薬液のゲルタイムを４０分から１時間４０分程度とした場合においても、処理した土質が、従来よりも長期的に強度の低下を抑制できるような薬液が望まれていた。
【００１４】
これらすべてを同時に満足できるような、薬液が望まれていた。
【非特許文献１】現場施工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
【特許文献１】特開昭５４−３１９０６号公報
【特許文献２】特開昭５１−１４０３１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
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４０分から１時間４０分とした場合でも硬化体強度の発現が良好であり、薬液を得るための硬化剤の貯蔵安定性が良好で、かつ地盤中に薬液を注入し、処理した土質が、従来よりも長期的に強度の低下を抑制できる珪酸塩系土質安定用薬液を提供することにある。
【００１６】
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以下の通りとし、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。
【００１７】
（１）硬化剤の貯蔵安定性：硬化剤４５０ｇを１５ｃｍ×１８ｃｍのポリエチレンビニール袋に（φ0．5ｍｍ×１２ヶのピンホールをつけたもの）入れ、封したものを試験体とし０．２Ｎ／mm2の荷重のもと３５℃、湿度６５％の恒温恒湿室内で６ヶ月間貯蔵した。しかる後、サンプルと硬化剤液が１３リットルとなるように２０℃の水を加え、ミキサー（スリーワンモーター）を用いて攪拌し、硬化剤が完全に溶解すること。
【００１８】
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；
（２）薬液のゲルタイム：４０分以上、１時間４０分以下の時間内で硬化（ゲル化）すること。
【００１９】
（３）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。
【００２０】
（４）硬化体（砂ゲル体）強度：薬液と豊浦珪砂を用いて最密な硬化体となるように作製し、１日間経過後における、成型した硬化体（径３ｃｍ、高さ約６ｃｍ）をイオン交換水１リットルに浸漬し、２８日間経過後における硬化体の一軸圧縮強度値が、０．１０Ｎ／mm2以上であること。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
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。
【００２２】
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、炭酸水素塩と硫酸マグネシウムの合計１００質量部あたり、硫酸マグネシウムを５質量部以上１８質量部以下含む硬化剤を、珪酸ソーダのＳｉＯ2に対して２３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。
【００２３】
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。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の珪酸塩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４０分から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り、薬液を得るための硬化剤の貯蔵安定性が良好で、かつ地盤中に薬液を注入し、処理した土質が、従来よりも長期的に強度の低下を抑制でき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および／または炭酸水素カリウムが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
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、珪酸ソーダ」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製して製造され多ものを用いる。
【００２６】
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。
【００２７】
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。および／または硬化体（砂ゲル体）の経時における強度低下を抑制する効果が低く本発明の目的を達成することができない。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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。本発明の珪酸塩系土質安定用薬液の硬化剤は、炭酸水素塩と硫酸マグネシウムからなる。
【００３０】
本発明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。
【００３１】
この中、硬化体強度の発現に優れること、あるいは、入手や現場での取り扱いが良好であることから、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】
本発明の硫酸マグネシウムとしては、工業用製品など一般的に市販されているものを用いることができる。硫酸マグネシウムは、７水塩、３水塩、２．５水塩、や１．５水塩など結晶水を含んだ形で市販されており、何れの硫酸マグネシウムを用いることもできるが、貯蔵時の固結、現場での取り扱いや経済性から３水塩を用いるのが好ましい。
【００３３】
本発明の硬化剤における硫酸マグネシウムの割合としては、炭酸水素塩と硫酸マグネシウムの合計１００質量部あたり、下限値５質量部以上、好ましくは下限値１０質量部以上である。一方、上限値は１８質量部以下、好ましくは下限値１５質量部以下の範囲となるように配合された硬化剤組成で用いる。なお、ここでいう硫酸マグネシウムの質量は、結晶水を含まない無水物とした時の割合である。
【００３４】
硬化剤の組成として規定した特定範囲に対して、硫酸マグネシウムが本発明で規定する範囲の下限値５質量部未満の場合では、硬化体（砂ゲル体）の経時における強度低下を抑制する効果が低く本発明の目的を達成することができない。一方、本発明で規定する範囲の上限値１８質量部を超える場合には、硬化剤としての貯蔵安定性が悪い場合、および／またはＡ液とＢ液を混合したときに得られる薬液が白濁、或いは部分的にゲル化が起こり、硬化体（砂ゲル体）の経時における強度低下を抑制する効果が低く本発明の目的を達成することができない。
【００３５】
本発明の珪酸塩系土質安定用薬液の硬化剤の配合量は、薬液中のＳｉＯ2に対して下限値２３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に対する硬化剤の配合量が、本発明で規定する範囲の下限値２３質量％以上を外れ少ない場合は薬液のゲルタイム、硬化体（ホモゲル体）強度および硬化体（砂ゲル体）の経時における強度低下を抑制する効果が低く何れの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。
【００３６】
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、たとえばゲルタイムが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。
【００３７】
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することができる。
【００３８】
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・混合させる等、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】
【００３９】
次に、実施例および比較例によって、本発明を具体的に説明する。本発明は、これら実施例に限定されるものではない。
【００４０】
実施例および比較例
「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、珪酸ソーダ」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。なお、炭酸水素塩および硫酸マグネシウム（無水）は試薬１級を用いた。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。
【００４１】
・評価項目および評価方法、評価の基準
（１）硬化剤の貯蔵安定性：硬化剤４５０ｇを１５ｃｍ×１８ｃｍのポリエチレンビニール袋に（φ0．5ｍｍ×１２ヶのピンホールをつけたもの）入れ、封したものを試験体とし０．２Ｎ／mm2の荷重のもと３５℃、湿度６５％の恒温恒湿室内で６ヶ月間貯蔵した。しかる後、サンプルと硬化剤液が１３リットルとなるように２０℃の水を加え、ミキサー（スリーワンモーター）を用いて攪拌し、硬化剤液の状態を目視観察した。
【００４２】
評価○：硬化剤が水に完全に溶解した。
【００４３】
評価×：硬化剤が水に完全に溶解せず、不溶物が観られた。
【００４４】
（２）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。
【００４５】
評価○：薬液のゲルタイムが４０分以上、１時間４０分以下であった。
【００４６】
評価×：薬液のゲルタイムが４０分未満であった。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。
【００４７】
（３）硬化体（ホモゲル体）強度：液温２０℃において、薬液を円柱形の型枠内に流し込み、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。
【００４８】
評価○：ゲル化して１日経過後における、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。
【００４９】
評価×：ゲル化して１日経過後における、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。
【００５０】
（４）硬化体（砂ゲル体）強度（材令２８日）：液温２０℃において、最密充填した豊浦硅砂に薬液を注入し、１日経過後に形成された硬化体径３ｃｍ×高さ約６ｃｍを、イオン交換水1リットルに浸漬し、２８日日間経過後における一軸圧縮強度を測定した。
【００５１】
評価○：浸漬して２８日経過後における、硬化体（砂ゲル体）の一軸圧縮強度値が、０．１０Ｎ／mm2以上であった。
【００５２】
評価×：浸漬して２８日経過後における、硬化体（砂ゲル体）の一軸圧縮強度値が、０．１０Ｎ／mm2未満であった。
【００５３】
各評価における、珪酸ソーダのＳｉＯ2／Ｎａ2Ｏモル比、硬化剤組成物における炭酸水素塩の種類、及び炭酸水素塩と硫酸マグネシウムとの合計１００質量部あたりの硫酸マグネシウムの質量、薬液４００リットルあたりの組成、珪酸ソーダのＳｉＯ2に対する硬化剤組成物の量比と、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。また、ゲル化して１日間経後における、形成された硬化体（砂ゲル体）の一軸圧縮強度についても併せて記載した。
【００５４】
なお、総合評価は下記を示している。
【００５５】
総合評価○：硬化剤の貯蔵安定性、薬液のゲルタイム、硬化体（ホモゲル体）強度、および硬化体（砂ゲル体）強度評価のいずれもが○であった。
【００５６】
総合評価×：評価項目の少なくとも一つが×であった。
【００５７】
また、ゲル化して１日間経過後における、形成された硬化体（砂ゲル体）の一軸圧縮強度についても併せて記載した。
【００５８】
なお、硬化体（砂ゲル体）強度の材令１日の一軸圧縮強度は、液温２０℃において、最密充填した豊浦硅砂に薬液を注入し、形成された硬化体径３ｃｍ×高さ約６ｃｍを、1日間経過後における一軸圧縮強度を測定した。
【００５９】
表１に記載した如く、本発明の要件を満たした場合には、貯蔵した硬化剤は水に完全溶解し、薬液は４０分以上、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以上で、かつ硬化（ゲル化）して１日経過後に形成された硬化体（砂ゲル体）を２８日間イオン交換水に浸漬しても、一軸圧縮強度が０．１０Ｎ／mm2以上確保され、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、硬化剤組成物１００質量部あたりの硫酸マグネシウムの量比、硬化剤組成物の珪酸ソーダ水溶液のＳｉＯ2に対する量比が本発明で規定する範囲から外れた場合は、硬化剤の貯蔵安定性が悪い、薬液のゲルタイム、形成された硬化体（ホモゲル体）強度や形成された硬化体（砂ゲル体）を２８日間イオン交換水に浸漬した後の強度の何れか一つあるいは2つ以上が、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。
【表１】
2005247894.tif 000003