(57)【要約】【課題】  珪酸塩系土質安定用薬液の経過時間に伴う強度の低下を抑制し、かつその様な硬化剤を用いても貯蔵安定性に優れる、珪酸塩系土質安定用薬液に用いる硬化剤および土質安定用薬液を提供する。【解決手段】  珪酸ナトリウムを主剤とした土質安定用薬液に用いる硬化剤であって、該硬化剤が炭酸水素塩と硫酸マグネシウムとを含んでなり、かつ炭酸水素塩と硫酸マグネシウムの合計１００質量部あたり、硫酸マグネシウムが５質量部以上１８質量部以下の範囲内であることを特徴とする土質安定用薬液に用いる硬化剤、およびその硬化剤を配合してなることを特徴とする土質安定用薬液。【特許請求の範囲】
【請求項１】
珪酸ナトリウムを主剤とした土質安定用薬液に用いる硬化剤であって、該硬化剤が炭酸水素塩と硫酸マグネシウムとを含んでなり、かつ炭酸水素塩と硫酸マグネシウムの合計１００質量部あたり、硫酸マグネシウムが５質量部以上１８質量部以下の範囲内であることを特徴とする土質安定用薬液に用いる硬化剤。
【請求項２】
珪酸ナトリウムを主剤とし、硬化剤を含む硬化剤水溶液とを組み合わせてなる土質安定用薬液であって、前記硬化剤水溶液が請求項１記載の硬化剤を配合してなることを特徴とする土質安定用薬液。
【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に用いる硬化剤およびそれを用いた土質安定用薬液に関する。
【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】
上記の珪酸塩系土質安定用薬液に用いる硬化剤としては、従来種々の物質が提案されているが、危険性がなくて取り扱いが容易なこと、その使用量を変えることで薬液のゲルタイムを数秒から数十分以上の、いわゆる瞬結型から長結型まで幅広く調製できることなどの点から、炭酸水素塩系からなる硬化剤が広く用いられている。
【０００４】
炭酸水素塩からなる硬化剤を用いた従来の珪酸塩系土質安定用薬液は、安定化処理した地盤の強度が低く、処理された土質を掘削した時に、該地盤が崩壊する場合があったり、形成された硬化体が水を分離して収縮する離しょう現象が著しくて硬化体に亀裂が生じるなどの問題点があった。
【０００５】
これら問題を解決する為に、特許文献１で、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。
【０００６】
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。また、炭酸水素塩に上記以外の塩を配合して、これら問題を解決する方法も提案されている。
【０００７】
一方、珪酸塩系土質安定用薬液を用いた地盤安定化工法は、小規模で軽量な施工機械で地盤中のかなり深いところまでを改良でき、しかも注入管の方向もどの方向でも任意に設定できることや、急速施工が可能なため、出水事故などに機敏に対応して応急工事としての役目を果たせるといった利便がある。
【０００８】
しかしながら、このような利便性があるために、事故対策や本工事が終わるまでの暫定工事として行われることが多く、あくまでも短期間の効果を目的とした場面が多かった。しかし、最近では従来の土質安定用薬液を用いた暫定的な工事より長期的効果を狙った地盤改良工事としても期待されるようになってきた。
【０００９】
前記に示した特許文献１では、あくまでも暫定工事における初期圧縮強度などの問題点を解決するためのものであり、長期的に強度の低下を防止或いは抑制することについては一切言及されていない。
【００１０】
また、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】
2005247893.tif 000002
（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）
また、珪酸ナトリウム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】
上記のようなことから、硬化剤としての貯蔵安定性が良く、かつその硬化剤を用いた土質安定用薬液を注入し、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ような硬化剤ならびに土質安定用薬液が望まれていた。
【特許文献１】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】
【００１２】
本発明の目的は、硬化剤としての貯蔵安定性が良く、かつ地盤へ薬液を注入し、処理した土質の強度が時間の経過と共に強度低下するのを抑制できる珪酸塩系土質安定用薬液に用いる硬化剤ならびに土質安定用薬液を提供することにある。
【００１３】
本発明の珪酸塩系土質安定用薬液に用いる硬化剤を見出すにあたって、目的の性能基準を次のとおりとし、これらの性能基準を満たした時、本発明の目的が達成されたとした。
【００１４】
（1）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６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れば本発明の目的を達成されたとした。
【００１５】
また、珪酸ナトリウムとして、日本工業規格（JIS K-1408）に規定されている３号珪酸ソーダを用い、３号珪酸ソーダ８０リットルと水１２０リットルの割合で混合して調製した水溶液を主剤液（Ａ液）としたとき、硬化剤を含む水溶液をＢ液とし、液温２０℃において、
（２）Ａ液とＢ液とを等容量ずつ混合した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が０．１０Ｎ／mm2以上であること。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、珪酸ナトリウム水溶液をゲル化させるために用いる硬化剤を、炭酸水素塩と硫酸マグネシウムとし、しかも硬化剤中の硫酸マグネシウムの量比を特定範囲で用いることにより、意外にも、従来の珪酸塩系土質安定用薬液を用いたときより、経時での強度低下を抑制できることを知り、本発明を完成するに至った。
【００１７】
すなわち、本発明の第一の発明は「珪酸ナトリウムを主剤とした土質安定用薬液に用いる硬化剤であって、該硬化剤が炭酸水素塩と硫酸マグネシウムとを含んでなり、かつ炭酸水素塩と硫酸マグネシウムの合計１００質量部あたり、硫酸マグネシウムが５質量部以上１８質量部以下の範囲内であることを特徴とする土質安定用薬液に用いる硬化剤」を要旨とする。
【００１８】
さらに、本発明の第二の発明は「珪酸ナトリウムを主剤とし、硬化剤を含む硬化剤水溶液とを組み合わせてなる土質安定用薬液であって、前記硬化剤水溶液が第一の発明の硬化剤を配合してなることを特徴とする土質安定用薬液」を要旨とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の珪酸塩系土質安定用薬液に用いる硬化剤は貯蔵安定性が良く、かつそれを用いた土質安定用薬液は、従来の珪酸塩系土質安定剤では得られなかった効果、即ち、地盤に薬液を注入し、処理した土質の強度が時間の経過と共に低下するのを抑制することができる効果を奏で、これにより従来の土質安定剤より長期的な地盤安定化が図れるという特徴を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の土質安定用薬液における硬化剤は、炭酸水素塩と硫酸マグネシウムからなる。本発明の炭酸水素塩としては、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、および炭酸水素アンモニウム等を挙げることができ、例えば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。また、これら炭酸水素塩は単独或いは組み合わせて用いることができる。
【００２１】
この中、硬化体の初期強度発現性などが優れていること、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。また、低温時の施工性を考慮した場合には、炭酸水素カリウム単独、あるいは炭酸水素ナトリウムと炭酸水素カリウムを組み合わせて用いるのが好ましい。
【００２２】
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、いず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。
【００２３】
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、好ましくは上限値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。
【００２４】
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。
【００２５】
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５質量部未満では、硬化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、１８質量部を超えると、硬化剤としての貯蔵安定性が悪い場合があり、かつ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できないばかりでなく、珪酸塩系土質安定用薬液としての一般的な性能を確保することができない。
【００２６】
次に、本発明の硬化剤を用いた珪酸塩系土質安定用薬液の主剤の珪酸ナトリウムには、従来から珪酸塩系土質安定剤に用いられていたもの、例えば日本工業規格（JIS K-1408）に規定されている２〜３号珪酸ソーダ、またはＳｉＯ2／Ｎａ2Ｏ（モル比）が４〜６の範囲であるシリカゾル等を用いることが出来る。また、商品名「ニトロック」（（株）菱晃  製）を用いることもできる。
【００２７】
これら珪酸ナトリウムは一般に水溶液状になっているが、施工時に更に水で希釈して土質安定化に適した適宜の濃度の水溶液にする。例えば、珪酸ナトリウム水溶液（以下Ａ液と略す）と硬化剤水溶液（以下Ｂ液と略す）とを等容量ずつ混合しながら地盤中に注入する通常の施工法において、珪酸ナトリウム源としてＪＩＳ３号珪酸ソーダを用いた場合には通常、該珪酸ソーダ７０〜１２０リットルを水で希釈して２００リットルにしたものをＡ液として使用する。Ａ液中の珪酸ナトリウム濃度は高くするほど処理土質の初期強度を大きくすることができる。
【００２８】
本発明の土質安定用薬液における硬化剤の水溶液（Ｂ液）は、Ａ液とＢ液とを適宜の量比で混合して得られた薬液４００リットルあたり、例えば３号珪酸ソーダ８０リットルを含む場合には硬化剤組成物の質量に特に規定はないが、通常１０ｋｇ〜２０ｋｇの範囲となるように調製する。上記範囲内で、硬化剤の使用量を多くすると薬液のゲルタイムを短くすることができ、一方少なくすると薬液のゲルタイムを長く調整することができる。
【００２９】
実際の地盤安定化においては、主剤としての珪酸ナトリウムと水とを混合してＡ液を、また、本発明で規定した硬化剤を水に溶解してＢ液をそれぞれ調製し、調製されたＡ液とＢ液とを適宜の比率で混合して得られた薬液を地盤内に注入して硬化させ、地盤を安定化させる方法を例示することができる。
【００３０】
薬液の地盤内への注入に際しては、単管式、二重管式、多重管式などの各種注入管に用いることができ、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字管において混合して注入管に導く方法、あるいは、Ａ液とＢ液とをそれぞれ独立に注入管に導いて注入管内で混合する方法、あるいは、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合流・混合させる等適宜の方法を薬液のゲルタイムや施工性に応じて採用することができる。
【実施例】
【００３１】
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。
【００３２】
実施例および比較例
・Ａ液・・・JIS３号珪酸ソーダ８０mlに水１２０mlを加えて調製した。
【００３３】
・Ｂ液・・・炭酸水素カリウムと硫酸マグネシウム（いずれも試薬１級）とを種々の配合比で組み合わせ、容量が２００mlとなるように水を加えて溶解し、Ｂ液とした。
【００３４】
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。
【００３５】
・評価項目および評価方法、評価の基準
（１）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６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。
【００３６】
評価○：硬化剤が水に完全に溶解した。
【００３７】
評価×：硬化剤が水に完全に溶解せず、不溶物が観られた。
【００３８】
（２）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、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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
各評価における、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、Ｂ液中の硬化剤組成物の配合量と、薬液の性能評価項目として、硬化剤の貯蔵安定性、及びゲル化して１日間経過後における、形成された硬化体（砂ゲル体）をイオン交換水に浸漬させ、２８日間経過後における硬化体（砂ゲル体）の一軸圧縮強度について、測定結果と評価および総合評価を、表１に示した。また、Ａ液とＢ液との混合液の硬化時間（薬液のゲルタイム）、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。
【００４２】
なお、薬液の硬化時間は、液温２０℃において、等容量のＡ液とＢ液とを良く混合して容器内に放置し、混合液の流動性がなくなるまでの所要時間とした。
【００４３】
また、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。
【００４４】
表１に記載した如く、本発明の要件を満たした場合には、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以上確保されており、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、本発明で規定する硬化剤組成物１００質量部あたりの硫酸マグネシウムの質量比が、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場合がある、あるいは形成された硬化体（砂ゲル体）を２８日間イオン交換水に浸漬した後の一軸圧縮強度が０．１０Ｎ／mm2を下回り、本発明の目的を達成できない。
【表１】
2005247893.tif 000003