(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
珪酸塩系土質安定用薬液に用いる重炭酸塩系硬化剤であって、該重炭酸塩系硬化剤が、ａ成分：重炭酸ナトリウム、ｂ成分：重炭酸カリウム、ｃ成分：形態が粉末状のナフタレンスルホン酸系化合物、リグニンスルホン酸系化合物、オキシポリカルボン酸系化合物及びメラミンスルホン酸系化合物よりなる群から選ばれた少なくとも一種並びにｄ成分：炭酸アルカリ金属塩からなり、その硬化剤各成分の割合がａ成分とｂ成分の量比が85：15〜15：85、ｃ成分がａ成分とｂ成分の合計量100質量部あたり0.02〜３質量部、かつｄ成分がａ成分とｂ成分の合計量100質量部あたり0.02〜10質量部の範囲であることを特徴とする珪酸塩系土質安定用薬液における重炭酸塩系硬化剤。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は珪酸塩系土質安定用薬液における重炭酸塩系硬化剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、地盤中でゲル化させる地盤安定化工法が知られているが、特にアルカリ珪酸塩水溶液を主剤液とし、これと硬化剤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り、他のグラウトと比較して公害を起こす恐れが小さい等の特徴があり、現在広く実用化されている．
【０００３】
珪酸塩系土質安定用薬液は、硬化剤の使用量を適宜変化させ施工の目的や地盤の状況に応じ、所望のゲルタイムに調整され施工が行われている。これら珪酸塩系グラウト用の硬化剤としては、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分の範囲いわゆる瞬結型から緩結型まで幅広く調整出来る事などの点から、重炭酸塩からなる硬化剤が広く用いられている。
【０００４】
また、出願人は特開平08-277524号公報で炭酸塩を主成分とする硬化剤として重炭酸ナトリウムと重炭酸カリウムを56:44〜75:25の範囲で組み合わせることにより、形成された硬化体の強度の発現が良好で、かつ、離しょう現象の少ない珪酸塩系土質安定用薬液および地盤安定化工法を提案している。
【０００５】
従来の重炭酸塩を主成分とする珪酸塩系土質安定剤の硬化剤は長期間貯蔵した場合、硬化剤が固結し、硬化剤を水に溶解させ硬化剤液を調製している時に溶解槽の撹拌羽を破壊する等の問題点があった。
【０００６】
また、硬化剤液の調製において、特にゲルタイムを早くするためにアルカリ珪酸塩に対する硬化剤重量比を高めた場合、溶解時間が長くなり、硬化剤を水に溶解させ硬化剤液を調製するのに長時間を要し、施工が長引くなどの作業上の問題点もあった。さらに、アルカリ珪酸塩に対する硬化剤の使用量を変化させ、薬液のゲルタイムを10数秒から数分の範囲のいわゆる緩結に調整した場合やゲルタイム10秒以内のいわゆる瞬結に調整した場合にも、安定化処理した地盤の強度が低く,処理した地盤を切削したときに該地盤が崩壊したり亀裂を生じる等の問題点があった。
【０００７】
特開平08-277524号公報記載の重炭酸塩を主成分とした硬化剤を改良した硬化剤を用いた珪酸塩系土質安定用薬液は硬化体の強度の発現が良好で、かつ、離しょう現象の少ないものであったが、硬化剤自体を長期間貯蔵した場合に固結したり、硬化剤を水に溶解させ硬化剤液を調製するのに溶解時間が長く、施工が長引くなどの作業上の問題点があり、改善が望まれていた。また、強度に関しては従来の重炭酸塩からなる硬化剤を用いた場合に比較して改善がなされていたが、超軟弱地盤の様なさらに強度を必要とする場面においては、いまだ十分とは言えず、更なる改善が望まれていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、珪酸塩系土質安定用薬液における重炭酸塩からなる硬化剤であって、長期間貯蔵しても固結を起こしにくく、かつ水への溶解性が良く、形成する硬化体の強度の発現を良好である重炭酸塩系硬化剤を提供することにある。
【０００９】
本発明の珪酸塩系土質安定剤の硬化剤を見い出すにあたって、目的とする性能基準を次のとおりとし、これらの性能基準をいずれも満たした時、本発明の目的が達成されたとした。
【００１０】
(1)硬化剤450gを15cm×18cmのポリエチレンビニール袋（0.5mmφ×6ヶのピンホールをつけたもの）に入れ、封したものを試験体とし0.2N/mm2荷重のもと35℃、湿度65％の恒温恒湿室内で一年間貯蔵した。
しかる後、サンプルを12メッシュのふるい上にあけ、ふるい上に残った重量Ａ(g)とふるいを通過した重量Ｂ(g)を測定し、下式より固結率を算出し,固結率が10%未満であれば目的を達成されたとした。
固結率（％）＝Ａ／（Ａ＋Ｂ）×１００
【００１１】
(2)５℃の環境下、ドラム缶内に硬化剤20kgと硬化剤液が200リットルとなるように５℃の水を加え、ミキサー(パワーミックスPM220B東芝(株)製)を用いて攪拌し硬化剤が完全に溶解するまでの時間が５分以内であれば目的が達成されたとした。
【００１２】
(3)アルカリ珪酸塩として、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液として、Ａ液とＢ液とを等量づつ混合して得られた薬液が温度20℃において；
Ｂ液中の硬化剤量を調整し薬液のゲルタイムを1分30秒〜2分30秒(緩結)に調整した時、ゲル化１日経過後における形成された硬化体（ホモゲル体）の一軸圧縮強度値が0.015N/mm2以上であり、かつＢ液の硬化剤量を調整し薬液のゲルタイムを７〜10秒(瞬結)に調整したとき、ゲル化１日経過後における形成された硬化体（ホモゲル体）の一軸圧縮強度値が0.045N/mm2以上であれば目的を達成されたとした。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記問題点を改善し課題を解決すべく鋭意検討した結果、珪酸塩系土質安定用薬液における硬化剤において、該重炭酸塩系硬化剤がａ成分：重炭酸ナトリウム、ｂ成分：重炭酸カリウムの重炭酸塩とc成分：形態が粉末状のナフタレンスルホン酸系化合物、リグニンスルホン酸系化合物、オキシポリカルボン酸系化合物及びメラミンスルホン酸系化合物からなる群より選ばれた少なくとも一種並びにd成分：炭酸アルカリ金属塩からなり、その量比が重量比でａ成分とｂ成分の比が特定の範囲で、（ａ成分＋ｂ成分）100質量部あたりｃ成分が特定範囲で、かつ（ａ成分＋ｂ成分）100質量部あたりｄ成分が特定の範囲となるように配合された組成にす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。
【００１４】
すなわち、本発明は「珪酸塩系土質安定用薬液に用いる重炭酸塩系硬化剤であって、該重炭酸塩系硬化剤がａ成分：重炭酸ナトリウム、ｂ成分：重炭酸カリウム、ｃ成分：形態が粉末状の,ナフタレンスルホン酸系化合物、リグニンスルホン酸系化合物、オキシポリカルボン酸系化合物、メラミンスルホン酸系化合物よりなる群から選ばれた少なくとも一種並びにd成分：炭酸アルカリ金属塩からなり、その硬化剤各成分の割合がａ成分とｂ成分の量比が85：15〜15：85、ｃ成分がａ成分とｂ成分の合計量100質量部あたり0.02〜３質量部、かつd成分がａ成分とｂ成分の合計量100質量部あたり0.02〜10質量部の範囲であることを特徴とする珪酸塩系土質安定用薬液における重炭酸塩系硬化剤。」を要旨とする。
【００１５】
【発明実施の形態】
以下、本発明の詳細を説明する。
【００１６】
本発明の土質安定用薬液における硬化剤は、ａ成分：重炭酸ナトリウム、ｂ成分：重炭酸カリウムの重炭酸塩とｃ成分：形態が粉末状のナフタレンスルホン酸系化合物、リグニンスルホン酸系化合物、オキシポリカルボン酸系化合物及びメラミンスルホン酸系化合物よりなる群から選ばれた少なくとも一種並びにｄ成分：炭酸アルカリ金属塩からなる。
【００１７】
以下重炭酸ナトリウムをａ成分、重炭酸カリウムをｂ成分、形態が粉末状のナフタレンスルホン酸系化合物、リグニンスルホン酸系化合物、オキシポリカルボン酸系化合物及びメラミンスルホン酸系化合物よりなる群から選ばれた少なくとも一種をｃ成分、炭酸アルカリ金属塩をｄ成分と略す。
【００１８】
本発明のａ成分、ｂ成分は一般に市販されているものを用いることが出来る。
ｃ成分は粉末ナフタレンスルホン酸系化合物はナフタレンスルホン酸やアルキルアリルスルホン酸のアルカリ(土類)金属塩、またはこれらのホルマリン縮合物など粉末状の各種誘導体で、市販品では例えばマイティ100(花王(株)社製)をあげることが出来る。
【００１９】
ｃ成分の粉末リグニンスルホン酸系化合物はリグニンスルホン酸のアルカリ(土類)金属塩、またはこれらのホルマリン縮合物など粉末状の各種誘導体で、市販品では例えば、サンフローR(サンフロー(株)社製)をあげる事が出来る。ｃ成分のポリカルボン酸系化合物はカルボキシル基を有する化合物のアルカリ(土類)金属塩の付加または縮合重合物など粉末状の各種誘導体で、例えば市販品のパリック＃１(エフ・ピー・ケイ(株)製))を35℃で質量変化0.1％未満になるまで乾燥させたもの等を用いることが出来る。
【００２０】
ｃ成分の粉末メラミンスルホン酸系化合物はメラミンスルホン酸のアルカリ(土類)金属塩、またはこれらのホルマリン縮合物など粉末状の各種誘導体で,市販品では例えば,SMF-PD(日産化学工業(株)製)を挙げることが出来る。
【００２１】
これらｃ成分はいずれも粉末のもので、液状のものを用いると固結の原因となる。また、ｄ成分はM2CO3(MはLi、Na、Kのアルカリ金属元素を示す)の化学式で表現される化合物であり、一般に市販されているものを用いることが出来る。
【００２２】
本発明の硬化剤は、これらａ成分、ｂ成分、ｃ成分、ｄ成分の量比が質量比でａ成分：ｂ成分=85：15〜15：85の範囲であり、ｃ成分は（ａ成分＋ｂ成分）100質量部あたり0.02〜３質量部、かつ（ａ成分＋ｂ成分）100質量部あたりｄ成分が0.02〜10質量部の範囲となるように配合された組成である珪酸塩系土質安定用薬液における重炭酸塩系硬化剤である。
【００２３】
硬化剤の組成として規定した量比範囲に対して、硬化剤中の（ａ成分＋ｂ成分）100質量部あたりのａ成分またはｂ成分が15質量部より少ないとき、または85質量部よりも多いときには形成された硬化体の一軸圧縮強度に関して前記の性能基準を満たさず本発明の目的を達成することが出来ない。
【００２４】
また、ｃ成分の量比が（ａ成分＋ｂ成分）100質量部あたり0.02質量部より少ないときには５℃における圧縮強度および溶解性や固結に関して、また３質量部より多いときには固結に関していずれも前記の性能を満たさず本発明の目的を達成することが出来ない。
【００２５】
また、ｄ成分の量比が（ａ成分＋ｂ成分）100質量部あたり0.02質量部より少ないとき、または10質量部より多いときには固結に関していずれも前記の性能を満たさず本発明の目的を達成することが出来ない。
【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アルカリ珪酸塩には、従来から珪酸塩系土質安定用薬液に用いられているもの、例えば、日本工業規格（JIS  K1408）に規定されている１〜３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できる。また商品名「ニトロック」（三菱レイヨン社製）を用いることも出来る。
【００２７】
これら珪酸ソーダ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、珪酸ソーダ水溶液（以下Ａ液と略す）と硬化剤液（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、珪酸ソーダ源としてJIS３号水ガラスが用いられた場合は通常、該珪酸ソーダ70〜120容量部を水で希釈して200容量部にしたものをＡ液として使用する。Ａ液中の珪酸ソーダ濃度は高くする程処理地盤の強度を大きくすることが出来る。
【００２８】
本発明の土質安定用薬液における硬化剤組成物の水溶液(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重量が特に規定はないが、通常10.0kg〜35.0kgの範囲となるように調製する。上記範囲以内で、硬化剤組成物の使用量を多くすると薬液のゲルタイムを短くことが、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出来る。
【００２９】
実際の地盤安定化においては、主剤としてのアルカリ珪酸塩と水とを混合してＡ液を、また、本発明で規定した硬化剤組成物と水とを混合して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出来る。
【００３０】
薬液の地盤内の注入に際しては、単菅式、二重菅式、多重菅式などの各種注入菅に用いる事ができ、またＡ液とＢ液とを予め混合して注入菅に導く方法、Ａ液とＢ液とを注入間の基部に設けた混合部−例えば、Ｙ字菅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菅に導いて注入菅内で混合する方法，あるいは、Ａ液とＢ液とをそれぞれ独立に注入菅に導いて、注入菅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出来る。
【００３１】
【実施例】
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】
硬化剤が１tとなるようにナウターミキサーに24メッシュのふるいを通過させた重炭酸ナトリウムおよび重炭酸カリウムを投入し、さらに24メッシュのふるいを通過させたｃ成分を投入、最後に24メッシュのふるいを通過させた炭酸アルカリ塩を投入し、30分混合したものを硬化剤とし、試験に用いた。
なお、重炭酸ナトリウムと重炭酸カリウム、炭酸アルカリ塩はいずれも試薬１級を用いた。
【００３３】
また、ｃ成分に用いた物質は以下の通り。
・粉末ナフタレンスルホン酸系化合物：マイティ100(花王(株)社製)
・粉末リグニンスルホン酸系化合物  ：サンフローＲ(サンフロー(株)社製)
・粉末オキシポリカルボン酸系化合物：パリック＃１(エフ・ピー・ケイ(株)製)
)を35℃で重量変化0.1％未満になるまで乾燥させたもの
・粉末メラミンスルホン酸系化合物：SMF-PD(日産化学工業(株)製)
・脂肪酸アルキルエステル      ：パステルM-180(ライオン(株)製)
【００３４】
各試験における硬化剤組成物の重炭酸ナトリウムと重炭酸カリウムの質量比、Ｂ液中並びにＡ液とＢ液の混合液（薬液）中の硬化剤組成物の配合処方と、薬液の評価項目として、硬化剤の固結性、硬化剤の水への溶解性、硬化体のイチジク圧縮強度、それぞれについての測定結果と評価及び総合評価を表１、表２に示した。
【００３５】
薬液性能の各評価項目の試験方法と判断基準は次のとおりである。
・固結性・・・硬化剤450gを15cm×18cmのポリエチレンビニール袋（0.5mmφ×6ヶのピンホールをつけたもの）に入れ，封したもの試験体とし0.02N/mm2荷重のもと35℃、R.H.65%の恒温恒湿室内で一年間貯蔵した。
しかる後、サンプルを12メッシュのふるい上にあけ、ふるい上に残った重量Ａ(g)とふるいを通過した重量をＢ(g)測定し、最後に下式より固結率を算出した。
固結率（％）＝Ａ／（Ａ＋Ｂ）×100
評価◯・・・固結率が10%未満であった。
×・・・固結率が10%以上であった。
【００３６】
・水への溶解性評価・・・５℃の環境下、ドラム缶内に硬化剤20kgと硬化剤液が200リットルとなるように５℃の水を加え、ミキサー（パワーミックスPM220B東芝(株)製）を用いて攪拌し硬化剤が完全に溶解するまでの時間を測定した。
評価◯・・・５分以内に完全に溶解した。
×・・・完全に溶解するのに５分以上かかった。
【００３７】
・硬化体の一軸圧縮強度・・・硬化体の一軸圧縮強度の評価は以下の条件で評価した。
・Ａ液・・・JIS３号珪酸ソーダ80リットルに水120リットルを加えて調整した。
・Ｂ液・・・硬化剤を所定量計り取り容量200リットルとなるように水を加え、硬化剤を完全に溶解させＢ液とした。
【００３８】
上記のようにして調整したＡ液とＢ液の各50mlずつを温度20℃において混合し、この混合液を円柱の型枠（径５cm×高さ10cm）内に流し込み、形成された硬化体の材令１日の一軸圧縮強度値を測定した。
【００３９】
評価◯・・・ゲルタイム７秒〜10秒の瞬結に調整した硬化体の一軸圧縮強度の値が、0.045N/mm2以上かつゲルタイム１分30秒〜２分30秒の緩結に調整した硬化体の一軸圧縮強度値が0.015N/mm2であった。
×・・・ゲルタイム７秒〜10秒の瞬結に調整した硬化体の一軸圧縮強度の値が、0.045N/mm2未満または１分30秒〜２分30秒の緩結に調整した硬化体の一軸圧縮強度値が0.015N/mm2未満であった。
【００４０】
総合評価
◯・・・硬化体の一軸圧縮強度、固結性、硬化剤の溶解性の評価が全て◯であった。
×・・・評価項目の少なくとも一つが×であった。
【００４１】
【表１】
0004601140.tif 000002
【００４２】
【表２】
0004601140.tif 000003
【００４３】
実験１〜５は硬化剤組成における重炭酸ナトリウムと重炭酸カリウムの重量比の薬液の性能への影響および硬化剤の固結性と水への溶解性への影響を示す。硬化剤組成物における重炭酸ナトリウムの量比が本発明の規定範囲よりも多いとき(実験１)、または少ないとき（実験５）には形成された硬化体の一軸圧縮強度に関して、前記の性能基準を満たさず、いずれも本発明の目的を達成することが出来なかった。
【００４４】
実験６は硬化剤中にｃ成分を含まない場合の薬液の性能への影響および硬化剤の固結性と水への溶解性への影響を示す。この場合、形成された硬化体の一軸圧縮強度および硬化剤の固結性および水への溶解性に関して、それぞれ前記性能基準を満たさず本発明の目的を達成することが出来なかった。
【００４５】
実験７〜11は硬化剤組成物における重炭酸塩の合計量とｃ成分の質量比の薬液の性能への影響および硬化剤の固結性と水への溶解性への影響を示す。ｃ成分の量比が本発明規定範囲より少ないとき（実験７）には形成された硬化体の一軸圧縮強度および硬化剤の固結性と水への溶解性に関して、一方、規定範囲より多いとき（実験11）には硬化剤の固結性に関して、それぞれ前記の性能基準を満たさず、いずれも本発明の目的を達成することが出来なかった。
【００４６】
実験12〜16は硬化剤組成物における重炭酸塩の合計量とＢ成分成分の質量比の薬液の性能への影響および硬化剤の固結性と水への溶解性への影響を示す。Ｂ成分が本発明規定範囲より少ないとき（実験12）、または多いとき（実験16）には硬化剤の固結性に関して前記の性能基準を満たさず、いずれも本発明の目的を達成することが出来なかった。
【００４７】
実験17〜20は比較例として本発明以外の炭酸塩を用いた場合の薬液の性能への影響および硬化剤の固結性と水への溶解性への影響を示す。本発明以外の炭酸塩を用いた場合はいずれに本発明の評価基準をすべて満たさず、本発明の目的を達成することができなかった。
【００４８】
これに対して、本発明の条件を満たした場合（実験2〜４、8〜10、13〜15）にはゲルタイムを７秒〜９秒に調整した時の形成された１日後の一軸圧縮強度値が0.045N/mm2以上であり、ゲルタイムを1分30秒〜2分30秒に調整したときの形成された１日後の一軸圧縮強度値が0.015N/mm2以上であり、１t/m2の加圧下、硬化剤を１年間貯蔵しても完全無固結であり、５℃の環境下、硬化剤を20kg計り取り容量200リットルとなるように５℃の水を加え、硬化剤が完全に溶解する時間が５分以内であって、いずれも前記薬液および硬化剤の性能基準を満たし、本発明の目的を達成することが出来た。
【００４９】
【発明の効果】
本発明の珪酸塩系土質安定用薬液の硬化剤によれば従来の硬化剤組成の組み合わせでは得られなかった性能、すなわち、長期間貯蔵しても固結を起こしにくく、かつ水への溶解性が良く、形成する硬化体の強度の発現を良好でより安全、確実に地盤を安定化出来る。