(57)【要約】【課題】  地盤への浸透に優れ、ゲル強度が高く、各種土木工事における地盤改良工事や止水工事で用いられる地盤注入剤およびそれを用いた地盤注入工法を提供すること。【解決手段】  アルカリ金属珪酸塩を含有する水溶液のＡ剤と、アルカリ金属アルミン酸塩、アルカリ金属炭酸塩、及び有機酸を含有する水溶液のＢ剤とからなる地盤注入剤、アルカリ金属アルミン酸塩のR2O/Al2O3モル比が0.6〜2.5である該地盤注入剤、Ｂ剤が、アルカリ金属アルミン酸塩100部に対して、アルカリ金属炭酸塩を25〜400部、有機酸を50〜600部含有する該地盤注入剤、Ａ剤のアルカリ金属珪酸塩の、また、Ｂ剤のアルカリ金属アルミン酸塩、アルカリ金属炭酸塩、及び有機酸の濃度が40％以下である該地盤注入剤、Ａ剤とＢ剤の混合比率が10：90〜90:10である地盤注入剤、地盤に注入する直前に該Ａ剤と該Ｂ剤とを混合して注入する地盤注入工法を構成とする。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリ金属珪酸塩を含有する水溶液のＡ剤と、アルカリ金属アルミン酸塩、アルカリ金属炭酸塩、及び有機酸を含有する水溶液のＢ剤とからなる地盤注入剤。
【請求項２】
アルカリ金属アルミン酸塩のR2O/Al2O3モル比(ここで、Rはアルカリ金属)が0.6〜2.5であることを特徴とする請求項１に記載の地盤注入剤。
【請求項３】
Ｂ剤が、アルカリ金属アルミン酸塩100部に対して、アルカリ金属炭酸塩を25〜400部、有機酸を50〜600部含有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の地盤注入剤。
【請求項４】
Ｂ剤のアルカリ金属アルミン酸塩、アルカリ金属炭酸塩、及び有機酸の濃度が40％以下であることを特徴とする請求項１〜３のうちの１項に記載の地盤注入剤。
【請求項５】
Ａ剤のアルカリ金属珪酸塩の濃度が40％以下であることを特徴とする請求項１〜４のうちの１項に記載の地盤注入剤。
【請求項６】
Ａ剤とＢ剤の混合比率が、10：90〜90:10であることを特徴とする請求項１〜５のうちの１項に記載の地盤注入剤。
【請求項７】
地盤に注入する直前に請求項１〜６のうちの１項に記載のＡ剤とＢ剤とを混合して注入することを特徴とする地盤注入工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種土木工事における地盤改良工事や止水工事で用いられる地盤注入剤およびそれを用いた地盤注入工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、トンネル土木や都市土木等で、地山や地盤の安定化を図るために、薬液型の地盤注入剤が用いられてきた。
この地盤注入剤としては、セメント系粒子を含有する懸濁型地盤注入剤と、セメント系粒子を含有しない溶液型地盤注入剤とが用いられている。
【０００３】
懸濁型地盤注入剤は、強度発現性が優れるといったメリットを有する反面、粒子間隔の小さい密な砂質層には、薬液を浸透させることが困難であるというデメリットを有している。
さらに懸濁型地盤注入剤は、硬化するまでの時間、即ち、ゲルタイムが長いため止水に不向きであることが問題視されている。
【０００４】
一方、溶液型地盤注入剤として、アクリルアミドやウレタン系等の高分子系の注入剤が使用されてきたが、これらの薬液の井戸水への流入による公害問題で、旧建設省より昭和49年に「薬液注入工法による建設工事の施工に関する暫定指針」が通達され、高分子系の注入剤の使用は凍結となり、より安全で、かつ、より性能の良い地盤注入剤が望まれてきた。
【０００５】
そのような観点から、現在使用されている溶液型地盤注入剤は、水ガラスなどの主剤に、反応剤として、水に溶解する無機塩、有機溶液、酸、及びアルカリ溶液を、単体又は複合して使用するタイプであり、例えば、無機塩としては、炭酸塩、塩化物、硫酸塩、ホウ酸塩、及びリン酸塩が、また、有機溶液としては、エステル類と酢酸モノエーテルグリコールの混合物、プロピレンカーボネイト、アルデヒド類とホルムアルデヒドの混合物、ギ酸メチル、及びグリオキザールなどがあり、酸としては硫酸が一般的であり、アルカリ溶液としては、各種無機水酸化物等が使用されている。
【０００６】
このように、溶液型地盤注入剤は、溶液で粒子が無いため浸透性に優れているが、硬化後の硬化体から溶液の流出が生じやすいものがあり、寸法安定性に欠けるものが多い。また、反応剤の種類によっては対応に注意を要する物もある(特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、及び特許文献６参照)。
【特許文献１】特開昭５２−１１３５０５号公報
【特許文献２】特開昭５７−０４７２２６号公報
【特許文献３】特開昭５２−０８７８０７号公報
【特許文献４】特開昭５１−０８２９１３号公報
【特許文献５】特開昭５２−１２０５０７号公報
【特許文献６】特開昭５７−１９５７８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、浸透性に優れ、ゲル強度が高い地盤注入剤を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は種々検討を重ねた結果、特定の反応剤を使用することにより水ガラス系溶液型注入剤の中でも硬化後の溶液の流出が少なく、耐久性の向上した注入剤が得られるという知見を得て本発明を完成するに至った。
【０００９】
即ち、本発明は、アルカリ金属珪酸塩を含有する水溶液のＡ剤と、アルカリ金属アルミン酸塩、アルカリ金属炭酸塩、及び有機酸を含有する水溶液のＢ剤とからなる地盤注入剤であり、アルカリ金属アルミン酸塩のR2O/Al2O3モル比(ここで、Rはアルカリ金属)が0.6〜2.5である該地盤注入剤であり、Ｂ剤が、アルカリ金属アルミン酸塩100部に対して、アルカリ金属炭酸塩を25〜400部、有機酸を50〜600部含有する該地盤注入剤であり、Ｂ剤のアルカリ金属アルミン酸塩、アルカリ金属炭酸塩、及び有機酸の濃度が40％以下である該地盤注入剤であり、Ａ剤のアルカリ金属珪酸塩の濃度が40％以下である地盤注入剤であり、Ａ剤とＢ剤の混合比率が、10：90〜90:10である地盤注入剤であり、地盤に注入する直前に該Ａ剤と該Ｂ剤とを混合して注入する地盤注入工法である。
【００１０】
以下、本発明をさらに詳しく説明する。
なお、本発明における部や％は、特に規定のない限り質量基準である。
【００１１】
本発明で使用するアルカリ金属珪酸塩を含有する水溶液(以下、水ガラス類という)は、珪酸ソーダや珪酸カリウムなどの水溶液であり、SiO2/R2Oモル比で2.0〜5.0程度が好ましく、これらの混合液も使用可能である。SiO2/R2Oモル比がこの範囲外では、粘性が高くなる、もしくは、液の安定性が悪くなるなどの課題が生じる場合がある。ここで、Rはアルカリ金属である。
これらの中でも安価に入手可能な珪酸ソーダ水溶液を使用することが好ましい。
Si02/Na2Oモル比が2.1〜2.3の珪酸ソーダは１号珪酸ソーダ、2.4〜2.6の珪酸ソーダは２号珪酸ソーダ、3.0〜3.3の珪酸ソーダは３号珪酸ソーダであり、いずれの珪酸ソーダも使用可能であるが、粘性が高くなく地盤への浸透性が高いことから３号珪酸ソーダの使用が好ましい。
水ガラス類の濃度は、水ガラス類100部中、40部以下が好ましく、30部以下がより好ましい。40部を超えると水ガラス類の粘度が高くなり、反応剤との混合性や注入作業時の圧送性が悪くなる場合がある。
【００１２】
本発明で使用するアルカリ金属アルミン酸塩(以下、アルミン酸アルカリという)とは、ゲルの強度を長期にわたって安定化させるものであり、アルミン酸ソーダやアルミン酸カリウムのことであり、これらの一種又は二種以上が使用可能である。
アルミン酸アルカリのR2O/Al2O3（Rはアルカリ金属）モル比は、0.6〜2.5が好ましく、1.0〜１.7がより好ましい。この範囲外ではゲル強度が低下する場合がある。
【００１３】
本発明で使用するアルカリ金属炭酸塩(以下、アルカリ炭酸塩という)とは、ゲルの強度を長期にわたって安定化させるものであり、例えば、炭酸ナトリウムや炭酸カリウムが挙げられ、これらの一種又は二種以上が使用可能である。
【００１４】
本発明で使用する有機酸とは、炭素Ｃを二個以上、かつ、カルボキシル基、カルボニル基、及びアルデヒド基の１個又は２個以上を含有するものであり、この化学式に合致するものであれば特に限定されるものではない。例えば、脂肪酸、ジカルボン酸、オキシモノカルボン酸、オキシジカルボン酸、オキシトリカルボン酸、２ケトモノカルボン酸、２ケトジカルボン酸、ケトース、２ケトオキシモノカルボン酸、ウロン酸、及びその他の有機酸又はこれらの塩等の誘導体が挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。
【００１５】
脂肪酸としては、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、及びカプロン酸等が挙げられる。
ジカルボン酸としては、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、及びアジピン酸等が挙げられる。
オキシモノカルボン酸としては、グリコール酸、グリセリン酸、エリスロン酸、アラボン酸、グルコン酸、及びグルコヘプトン酸等が挙げられる。
オキシジカルボン酸としては、オキシマロン酸、酒石酸、及びサッカリック酸等が挙げられる。
オキシトリカルボン酸としては、クエン酸等が挙げられる。
２ケトモノカルボン酸としては、ピルビン酸、２ケト酪酸、及び２ケト吉草酸等が挙げられる。
２ケトジカルボン酸としては、ケトマロン酸、２ケトコハク酸、及び２ケトグルタル酸等が挙げられる。
ケトースとしては、フルクトースなどが挙げられる。
２ケトオキシモノカルボン酸としては、２ケトグルコン酸等が挙げられる。
ウロン酸としては、グルクロン酸等が挙げられる。
その他の有機酸として、リンゴ酸、蟻酸、及び乳酸等が挙げられる。
本発明では、これらの塩等も使用可能であり、これらの中では、クエン酸、リンゴ酸、及びグルコン酸又はそれらの塩が好ましい。
【００１６】
アルミン酸アルカリ、アルカリ炭酸塩、及び有機酸の混合割合は、アルミン酸アルカリ100部に対して、アルカリ炭酸塩25〜400部、及び有機酸50〜600部が好ましい。この範囲外では、優れたゲル強度が得られない場合がある。
また、アルミン酸アルカリ、アルカリ炭酸塩、及び有機酸の合計の濃度は、40％以下であることが好ましい。40％を超えると、粘性が高く扱いにくくなる場合がある。
【００１７】
本発明の地盤注入剤の混合や使用方法としては、例えば、水ガラスをＡ剤とし、アルミン酸アルカリと有機酸とを均一に混合・溶解してＢ剤とし、それぞれ別々に圧送し、地盤注入前又は地盤注入後に混合する方法が可能である。
【００１８】
本発明において、Ａ剤とＢ剤の混合比率は、10：90〜90:10であることが好ましい。この比率外では、有効にゲル化せず、優れたゲル強度が得られない場合がある。
【００１９】
Ａ剤とＢ剤との混合設備は均一に混合できればいかなる設備も使用可能である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の地盤注入剤を使用することにより、地盤への浸透に優れ、ゲル強度が高いなどの効果を奏する。
【実施例１】
【００２１】
水ガラス類を水で希釈して20％の水溶液を調製し、これをＡ剤とした。
一方、一級試薬の水酸化カリウムと一級試薬の水酸化アルミニウムを使用し、K2O/Al2O3モル比が1.4のアルミン酸アルカリの10％水溶液を調製し、アルミン酸アルカリ100部に対して、表１に示す量のアルカリ炭酸塩と有機酸ａを混合してこれを濃度20％の水溶液とし、これをＢ剤とした。
Ａ剤とＢ剤とを、20℃、相対湿度80％の室内で50：50の質量比率で混合し、ゲルタイム、分離水、及びゲル強度を測定した。
【００２２】
＜使用材料＞
水ガラス類：JIS ３号珪酸ナトリウム、Na2O 9.4％、SiO2 28.4％、SiO2/Al2O3モル比 3.12
アルミン酸アルカリ：アルミン酸カリウム、K2O/Al2O3モル比1.4
アルカリ炭酸塩:炭酸カリウム、一級試薬
有機酸ａ  ：無水クエン酸、一級試薬
水        ：水道水
【００２３】
＜測定方法＞
ゲルタイム：Ａ剤とＢ剤とを混合後、少量をカップに移し、著しく増粘して流動が困難になった時点の時間
分離水    ：ゲルタイムから１時間経過した時点で、分離水が全重量中３％未満の場合は○、３％以上で７％未満の場合は△、７％以上の場合は×とした。
ゲル強度  ：ゲルタイムから３時間後の硬化体を、JIS A 5201に準じ測定。１kg/cm2以上の場合は◎、0.5kg/cm2以上で１kg/cm2未満の場合は○、0.5kg/cm2未満の場合は△とした。
【００２４】
【表１】
2005146163.tif 000002
【実施例２】
【００２５】
表２に示すNa2O/Al2O3モル比のアルミン酸アルカリの10％水溶液を調製し、このアルミン酸アルカリ100部に対して、アルカリ炭酸塩100部と有機酸ａ200部を混合して20％濃度のＢ剤として、ゲルタイムとゲル強度を測定したこと以外は実施例１と同様に試験した。
また、一級試薬の水酸化カリウムと一級試薬の水酸化アルミニウムを原料として使用し、K2O/Al2O3モル比が1.4のアルミン酸カリウムの10％水溶液を調製し、同様に試験した。結果を表２に併記する。
【００２６】
【表２】
2005146163.tif 000003
【実施例３】
【００２７】
アルミン酸アルカリ100部に対して、アルカリ炭酸塩100部と表３に示す有機酸を200部使用して20％濃度のＢ剤とし、ゲルタイムとゲル強度を測定したこと以外は実施例１と同様に試験した。結果を表３に併記する。
【００２８】
＜使用材料＞
有機酸ｂ  ：クエン酸ソーダ、一級試薬
有機酸ｃ  ：グルコン酸、一級試薬
有機酸ｄ  ：リンゴ酸、一級試薬
有機酸ｅ  ：酒石酸、一級試薬
有機酸ｆ  ：有機酸ａと有機酸ｅの等量混合物
【００２９】
【表３】
2005146163.tif 000004
【実施例４】
【００３０】
アルミン酸アルカリ100部に対して、アルカリ炭酸塩100部と有機酸ａを200部使用して20％濃度のＢ剤とし、表４に示す比率のＡ剤とＢ剤を使用して、ゲルタイムとゲル強度を測定したこと以外は、実施例１と同様に試験した。結果を表４に併記する。
【００３１】
【表４】
2005146163.tif 000005
【実施例５】
【００３２】
水ガラス類を水で稀釈して表５に示す濃度の水溶液を調製し、これをＡ剤とした。
一方、Na2O/Al2O3モル比が1.4のアルミン酸アルカリの10％水溶液を調製し、このアルミン酸アルカリ100部に対して、アルカリ炭酸塩100部と有機酸ａ200部を混合してこれを20％濃度のＢ剤とし、ゲルタイムとゲル強度を測定したこと以外は、実施例１と同様に試験した。結果を表５に併記する。
【００３３】
【表５】
2005146163.tif 000006
【実施例６】
【００３４】
粗粒率2.8の砂を一辺が100cmのキュウビックの箱の中に振動をかけながら詰め、固めて、箱の上部のセンター部にＡ剤用とＢ剤用の注入管を深さ50cmの箇所まで差し込み、実施例４の注入剤の組み合わせでＡ剤とＢ剤の合計３kgを10秒間かけて注入した。注入から２時間経過したものについて、固化物を掘り出し、その固化物の硬化状態を触指で確認した。結果を表６に示す。
【００３５】
＜測定方法＞
硬化状態  ：固化物を掘り起こす課程で崩れ落ちるものを×、一部が崩れ落ちる場合を△、完全な形で掘り起こされるものを○とした。
【００３６】
【表６】
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