(57)【要約】【課題】超瞬結性のアルカリ金属珪酸塩系の溶液型注入材を提供する。【解決手段】アルカリ金属珪酸塩を含有するＡ材と、可溶性アルミニウム塩５０〜７０部と有機酸５０〜３０部を含有するＢ材とからなる注入材であり、アルカリ金属珪酸塩が水ガラス、可溶性アルミニウム塩が硫酸アルミニウム、有機酸がクエン酸である注入材であることが好ましい。また、Ａ材の固形分濃度が５〜３５％、Ｂ材の固形分濃度が９〜３０％であることが好ましい。さらに、アルカリ金属珪酸塩を含有するＡ材と、可溶性アルミニウム塩５０〜７０部と有機酸５０〜３０部を含有するＢ材とからなる注入材を、それぞれ別々に圧送し、注入口付近で合流混合させ地盤に注入する注入工法である。【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Ａ材と、可溶性アルミニウム塩５０〜７０部と有機酸５０〜３０部を含有するＢ材とからなる注入材。
【請求項２】
アルカリ金属珪酸塩が水ガラス、可溶性アルミニウム塩が硫酸アルミニウム、有機酸がクエン酸である請求項１記載の注入材。
【請求項３】
Ａ材の固形分濃度が５〜３５％、Ｂ材の固形分濃度が９〜３０％である請求項１または２記載の注入材。
【請求項４】
アルカリ金属珪酸塩を含有するＡ材と、可溶性アルミニウム塩５０〜７０部と有機酸５０〜３０部を含有するＢ材とからなる注入材を、それぞれ別々に圧送し、注入口付近で合流混合させ地盤に注入する注入工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、注入材及び注入工法に関する。例えば、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注入材及びそれを用いた注入工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、薬液型の地盤注入材が用いられてきた。この地盤注入材として、粒子を含有しない溶液型注入材が用いられている。
【０００３】
溶液型注入材は、溶液で粒子が無いため浸透性に優れている。溶液型注入材の一種たる水ガラス系溶液型注入材として、（１）珪酸ソーダ、（２）グリオキサール、（３）水溶性のアルミニウム塩、及び、（４）水溶性の有機酸、水溶性の無機酸および水溶性の酸性無機塩のうちの少なくとも１種、が添加された水性混合液を含有する水性混合液が挙げられる（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−１９９６８４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のアルカリ金属珪酸塩を主剤とした溶液型注入材では、ゲルタイムが５秒以内に分類される超瞬結性という性能を満たすものが無かった。特許文献１の実施例１〜４、比較例１〜４、比較例６を見ると、ゲルタイムは最小２分３０秒、最大３分５８秒と長い。特許文献１の比較例５を見ると、数秒で不均一なゲルになるので、注入材として使用できない。
【０００６】
本発明は、超瞬結性のアルカリ金属珪酸塩系の溶液型注入材を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、（１）アルカリ金属珪酸塩を含有するＡ材と、可溶性アルミニウム塩５０〜７０部と有機酸５０〜３０部を含有するＢ材とからなる注入材、（２）アルカリ金属珪酸塩が水ガラス、可溶性アルミニウム塩が硫酸アルミニウム、有機酸がクエン酸である（１）の注入材、（３）Ａ材の固形分濃度が５〜３５％、Ｂ材の固形分濃度が９〜３０％である（１）または（２）の注入材、（４）アルカリ金属珪酸塩を含有するＡ材と、可溶性アルミニウム塩５０〜７０部と有機酸５０〜３０部を含有するＢ材とからなる注入材を、それぞれ別々に圧送し、注入口付近で合流混合させ地盤に注入する注入工法、である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の溶液型注入材は、ゲルタイムが５秒以内という、超瞬結性に優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を詳細に説明する。
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。
【００１０】
本発明におけるＡ材は、アルカリ金属珪酸塩を含有するものであり、通常、水溶液である。アルカリ金属珪酸塩水溶液としては、例えば、珪酸ソーダや珪酸カリウム等の水溶液が挙げられ、これらの混合液も使用可能である。ＳｉＯ２／Ｒ２Ｏ（Ｒはアルカリ金属）は、モル比で２．０〜５．０であることが好ましい。これらの中では、安価な点で、珪酸ソーダ水溶液（水ガラス）が好ましい。珪酸ソーダ水溶液は、ＪＩＳ  Ｋ  １４０８に規定され、Ｓｉ０２／Ｎａ２Ｏモル比２．１〜２．３のものは１号珪酸ソーダ、２．４〜２．６のものは２号珪酸ソーダ、３．０〜３．３のものは３号珪酸ソーダと呼ばれ、これらの中では、３号珪酸ソーダが好ましい。
【００１１】
Ａ材の固形分濃度は、５〜３５％が好ましく、１５〜２５％がより好ましい。５％未満だと凝結性状が悪く固まらない場合があり、３５％を超えると水ガラス水溶液の粘度が高くなり、Ｂ材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】
本発明におけるＢ材は、可溶性アルミニウム塩５０〜７０部と有機酸５０〜３０部を含有するものである。
【００１３】
可溶性アルミニウム塩としては、例えば、硫酸アルミニウム、硫酸アルミニウム・カリウム、硫酸アルミニウム・ナトリウム、塩化アルミニウム等が挙げられる。これらの中では、アルカリ金属珪酸塩との反応性、固化物の安定性の点で、硫酸アルミニウムが好ましい。硫酸アルミニウムは、粉状、液状共に使用可能であるが、有機酸との混合性、搬送性の点で、粉状のものが好ましい。硫酸アルミニウムの中では、水に対する溶解性が高い点で、８〜１８水塩が好ましく、１４〜１８水塩がより好ましい。
【００１４】
有機酸としては、例えば、炭素原子を２個以上有し、かつ、カルボキシル基、カルボニル基及びアルデヒド基からなる群のうちの１種又は２種以上を有するものが好ましい。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、アルドース、ウロン酸及びこれらの誘導体等が挙げられ、これらのうちの１種又は２種以上が使用可能である。
【００１５】
さらに、脂肪酸には、例えば、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、例えば、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、例えば、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には、例えば、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、例えば、クエン酸が挙げられる。２−ケトモノカルボン酸としては、例えば、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、例えば、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、例えば、フルクトースが挙げられる。２−ケトオキシモノカルボン酸としては、例えば、２−ケトグルコン酸が挙げられる。アルドースとしては、例えば、グリセルアルデヒド、エリスロース、アラビノース、グルコース及びグルコヘプトース等が挙げられる。ウロン酸としては、グルクロン酸が挙げられる。その他の有機酸として、例えば、リンゴ酸、蟻酸及び乳酸等が挙げられる。これらの塩等も使用可能である。これらの中では、クエン酸、リンゴ酸、グルコン酸及びそれらの塩からなる群のうちの１種又は２種以上が好ましく、クエン酸がより好ましい。クエン酸の中では、無水物がより好ましい。
【００１６】
可溶性アルミニウム塩と有機酸の混合比率は、可溶性アルミニウム塩と有機酸の合計１００部中、可溶性アルミニウム塩５０〜７０部と有機酸５０〜３０部であることが好ましく、可溶性アルミニウム塩５５〜６５部と有機酸４５〜３５部であることがより好ましい。有機酸が３０部未満だと圧縮強度が小さくなり、固化体の安定性が悪くなる場合があり、５０部を超えるとゲルタイムが長くなり、圧縮強度が小さくなり、固化体の安定性が悪くなる場合がある。
【００１７】
Ｂ材の固形分濃度は、９〜３０％が好ましく、１０〜１５％がより好ましい。９％未満だと瞬結せず、ゲルタイムが長くなり、固化体の安定性も悪くなる場合があり、３０％を超えると溶液のｐＨが低くなるので金属製の注入管が腐食する場合があり、低温時では、溶解速度の低下や再結晶化が発生する場合がある。
【００１８】
本発明の注入材の混合方法及び注入方法としては、例えば、アルカリ金属珪酸塩と水を含有するＡ材、可溶性アルミニウム塩、有機酸及び水を含有するＢ材を、それぞれ別に作製した後、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を用いる。Ｂ材については、可溶性アルミニウム塩、有機酸及び水を一括混合して作製してもよく、可溶性アルミニウム塩と有機酸を予め混合した混合物と水を混合してもよい。Ａ材とＢ材の混合比率は、混合性の点で、３０：７０〜７０：３０（体積比）であることが好ましく、４０：６０〜６０：４０（体積比）であることがより好ましい。この混合比率の範囲外だと、ゲル化しない場合がある。
【００１９】
本発明で使用するこれらＡ材とＢ材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。例えば、注入ポンプ、注入管、Ｙ字管を使用して、土壌中に注入する。
【００２０】
本発明のアルカリ金属珪酸塩系の溶液型注入材は、従来のアルカリ金属珪酸塩系の溶液型地盤注入材では使用できなかった、恒久性や耐久性を必要とする用途、例えば、長期間仮設土木用途にも使用できる。長期間仮設土木用途としては、例えば、地下埋設下水道管の地下水止水用途、地下室コンクリート壁とその裏面に接する土壌との一体強化の用途、恒久的な止水や地盤の安定化を目的とする地盤改良用途等が挙げられる。
【実施例１】
【００２１】
２０℃、湿度９０％の恒温室で実施した。アルカリ金属珪酸塩を水で希釈して固形分濃度２０％の水溶液を調整し、これをＡ材とした。一方、可溶性アルミニウム塩と有機酸を表１に記載した比率で混合し、水で希釈し、固形分濃度１０％の水溶液を調整し、Ｂ材を作製した。次いで、Ａ材、Ｂ材を混合し、各物性を測定した。Ａ材、Ｂ材の混合比率は、５０：５０（体積比）とした。結果を表１に示す。
【００２２】
＜使用材料＞
アルカリ金属珪酸塩：市販品、水溶液、水ガラス、ＪＩＳ  Ｋ  １４０８で規定される３号珪酸ソーダ、Ｎａ２Ｏ＝９．４％、ＳｉＯ２＝２８．４％、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３（モル比）＝３．１２
可溶性アルミニウム塩ア：市販品、硫酸アルミニウム、１４〜１８水塩
可溶性アルミニウム塩イ：市販品、硫酸アルミニウム、無水物
有機酸Ａ：市販品、クエン酸、無水物
水：水道水
【００２３】
＜測定方法＞
ゲルタイム：Ａ材とＢ材を混合してから、混合溶液を９０度傾けてもゲルが流出、変形しなくなるまでの時間をゲルタイムとした。
離漿水率：Ａ材とＢ材を混合してから、２０℃、湿度９０％の恒温恒湿室内で２８日間養生、静置した。得られたゲルについて、生成した離漿水の容量を測定し、Ａ材とＢ材との混合液の容量に対する容積比(％)を離漿水率として評価した。
圧縮強度：Ａ材とＢ材を混合してから、２０℃、湿度９０％の恒温恒湿室内で２８日間養生、静置した。得られたゲルについて、ＪＩＳ  Ａ  １２１６に従って圧縮強度を測定した。
固化体観察：Ａ材とＢ材を混合してから、２０℃、湿度９０％の恒温恒湿室内で２８日間養生、静置した。得られたゲルについて、触手にて固化体観察を行った。
【００２４】
【表１】
2007177087.tif 000002
【００２５】
表１に示すように、本発明の注入材は、ゲルタイムが短く、離漿水率が小さい。さらに、圧縮強度が大きいので耐久性に優れた固化体が得られる。また、硫酸アルミニウムの中では、１４〜１８水塩が、無水物より離漿水率が小さく圧縮強度が大きい。
【実施例２】
【００２６】
可溶性アルミニウム塩アと有機酸を６０部：４０部といった比率で混合し、可溶性アルミニウム塩ア６０部と有機酸４０部を含有し、かつ、表２に示した固形分濃度を有するＢ材を使用したこと以外は、実施例１と同様に実施し、各物性を測定した。結果を表２に示す。
【００２７】
＜測定方法＞
Ｂ材溶解性：表２に示す温度、湿度９０％の恒温室で、可溶性アルミニウム塩と有機酸を、混合し、水で希釈し、所定の固形分濃度を有する水溶液を調整し、Ｂ材を作製した。Ｂ材を作製する工程において、可溶性アルミニウム塩と有機酸の溶解性を確認した。短時間で可溶性アルミニウム塩と有機酸が完全溶解した場合を良、長時間で可溶性アルミニウム塩と有機酸が完全溶解した場合を可とした。
Ｂ材析出性：２０℃、湿度９０％の恒温室で、可溶性アルミニウム塩と有機酸を、混合し、水で希釈し、所定の固形分濃度を有する水溶液を調整し、Ｂ材を作製した。次いで、表２に示す温度、湿度９０％の恒温室で、Ｂ材を２８日間静置し、Ｂ材の性状を確認した。析出物が見られなかった場合を良とし、析出物が僅かに見られた場合を可とした。
【００２８】
【表２】
2007177087.tif 000003
【００２９】
表２に示すように、本発明の注入材は、Ｂ材の固形分濃度が増加すると、ゲルタイムが短くなり、離漿水率も小さい。さらに、圧縮強度が大きいので耐久性に優れる固化体が得られる。
【実施例３】
【００３０】
可溶性アルミニウム塩アと表３に示す有機酸を６０部：４０部の比率で混合した混合物を、２１０日間保存した後、この混合物を水で希釈し、固形分濃度１０％の水溶液を調整しＢ材を作製したこと以外は実施例１と同様に実施し、各物性を測定した。結果を表３に示す。
【００３１】
＜使用材料＞
有機酸Ｂ：市販品、クエン酸、１水塩
【００３２】
【表３】
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【００３３】
表３に示すように、クエン酸の中では無水物が１水塩より長期間保存後に使用しても、ゲルタイムが短く、離漿水率が小さい。さらに、圧縮強度が大きいので耐久性に優れる固化体が得られる。
【実施例４】
【００３４】
本発明の溶液型注入材による施工例を示す。軟弱なシルト層の下をシールド工法によって下水管を敷設する工事で、実施Ｎｏ．１−４の配合に従って、Ａ材３０リットル／分、Ｂ材３０リットル／分の吐出量となるように調整しながら、別々の注入ポンプで送り、１．５ショットで、瞬時に混合できる薬液注入機に導入して、地盤内に圧力注入した。注入圧力は１〜２ｋｇ／ｃｍ２であった。
所定量注入後調査したところ、地盤とセグメントの空隙部には溶液型注入材がしっかりと充填されていた。注入箇所の湧水も止まっており、止水材として使用できた。さらに、２８日経過しても空隙部には溶液型注入材がしっかりと充填されており、恒久性や耐久性を示していた。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明のアルカリ金属珪酸塩系の溶液型注入材は、ゲルタイムが５秒以内という超瞬結性を示すため、地盤注入材として土木・建築分野で幅広く使用することが可能である。他にも、離漿水率が小さく、さらに、長期の圧縮強度が高く耐久性に優れる固化体が得られるため、従来のアルカリ金属珪酸塩系の溶液型地盤注入材では使用できなかった、恒久性や耐久性を必要とする用途にも使用できる。