(57)【要約】【課題】アルカリ成分含有地盤及びアルカリ成分の影響を受ける地盤に注入する場合でも可使時間の短縮が抑制された地盤注入用固結材及びそれを用いた地盤注入工法を提供する。【解決手段】珪酸ソーダ、硫酸及びアルミニウム化合物を含有する地盤注入用固結材、並びに、当該地盤注入用固結材をアルカリ成分含有地盤及びアルカリ成分の影響を受ける地盤に注入する地盤注入工法であって、アルミニウム化合物の作用により、アルカリ成分に起因する地盤注入用固結材の可使時間の短縮が抑制されている地盤注入工法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
珪酸ソーダ、硫酸及びアルミニウム化合物を含有する地盤注入用固結材。
【請求項２】
更にコロイダルシリカを含有する、請求項１に記載の地盤注入用固結材。
【請求項３】
前記アルミニウム化合物は、硫酸アルミニウム、アルミン酸ソーダ及びゼオライトからなる群から選択される少なくとも１種である、請求項１又は２に記載の地盤注入用固結材。
【請求項４】
アルカリ成分含有地盤に注入する、請求項１〜３のいずれかに記載の地盤注入用固結材。
【請求項５】
前記アルカリ成分含有地盤は、カルシウム成分又はセメント成分を含有し、ｐＨが７．５〜１２の範囲である、請求項４に記載の地盤注入用固結材。
【請求項６】
前記アルカリ成分含有地盤は、護岸又は岸壁の近傍の地盤である、請求項４又は５に記載の地盤注入用固結材。
【請求項７】
護岸又は岸壁の近傍の地盤に対してセメント成分を注入撹拌した後に、当該セメント成分を注入撹拌した領域に隣接して注入する工法に用いる、請求項１〜３のいずれかに記載の地盤注入用固結材。
【請求項８】
前記珪酸ソーダは、ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏで表されるモル比が３．１〜５．２であり、且つ、ＳｉＯ２濃度が１７〜３０質量％である、請求項１〜７のいずれかに記載の地盤注入用固結材。
【請求項９】
前記コロイダルシリカは、ＳｉＯ２の平均粒子径が３〜３０ｎｍであり、且つ、ＳｉＯ２濃度が２０〜５０質量％である、請求項２〜８のいずれかに記載の地盤注入用固結材。
【請求項１０】
前記コロイダルシリカと前記珪酸ソーダの割合は、ＳｉＯ２の質量比に換算して１０：９０〜６０：４０である、請求項２〜９のいずれかに記載の地盤注入用固結材。
【請求項１１】
珪酸ソーダ、硫酸及びアルミニウム化合物を含有する地盤注入用固結材をアルカリ成分含有地盤に注入する地盤注入工法であって、
前記アルミニウム化合物の作用により、地盤のアルカリ成分に起因する前記地盤注入用固結材の可使時間の短縮が抑制されている地盤注入工法。
【請求項１２】
護岸又は岸壁の近傍の地盤に対してセメント成分を注入撹拌した後に、当該セメント成分を注入撹拌した領域に隣接して地盤注入用固結材を注入する地盤注入工法であって、
前記地盤注入用固結材は、珪酸ソーダ、硫酸及びアルミニウム化合物を含有し、
前記アルミニウム化合物の作用により、隣接領域のセメント成分に起因する前記地盤注入用固結材の可使時間の短縮が抑制されている地盤注入工法。
【請求項１３】
前記地盤注入用固結材は、更にコロイダルシリカを含有する、請求項１１又は１２に記載の地盤注入工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤注入用固結材及びそれを用いた地盤注入工法に関し、特にアルカリ成分含有地盤及びアルカリ成分の影響を受ける地盤に注入する際に可使時間（ゲルタイム）の短縮が抑制された地盤注入用固結材及びそれを用いた地盤注入工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、珪酸ソーダを必須成分として含有する地盤注入用固結材は知られている。例えば、特許文献１の請求項１には、「コロイダルシリカと、水ガラス（珪酸ソーダ）とを含み、地盤への注入前にはそれ自体でゲル化しないアルカリ性シリカ溶液からなる地盤注入用固結材。」が記載されている。
【０００３】
上記特許文献１には、コロイダルシリカと水ガラスの混合物（アルカリ性シリカ溶液）に反応剤として硫酸、リン酸、塩化アルミニウム等を添加できることが記載されている。この点について、特許文献１の［0029］段落には、「例えば、アルカリ性シリカ溶液に酸性反応剤を添加して該溶液を酸性〜中性領域に調整して所定のゲル化時間を有するグラウトとすることができる。」と記載されている。
【０００４】
従来の地盤注入用固結材は、アルカリ成分含有地盤（例えば、護岸、岸壁の近傍の地盤；カルシウム成分やセメント成分を含有する地盤等）及びアルカリ成分の影響を受ける地盤に注入する場合には、アルカリ成分に起因して可使時間が短縮されるという問題がある。可使時間が短縮されると地盤注入用固結材が十分に浸透しない間に固結してしまい施工不良となるおそれがある。
【０００５】
よって、アルカリ成分含有地盤及びアルカリ成分の影響を受ける地盤に注入する場合でも可使時間の短縮が抑制された地盤注入用固結材の開発が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３０４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、アルカリ成分含有地盤及びアルカリ成分の影響を受ける地盤に注入する場合でも可使時間の短縮が抑制された地盤注入用固結材及びそれを用いた地盤注入工法を提供す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、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、特定の組成の地盤注入用固結材によれば、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
即ち、本発明は、下記の地盤注入用固結材及び地盤注入工法に関する。
１．珪酸ソーダ、硫酸及びアルミニウム化合物を含有する地盤注入用固結材。
２．更にコロイダルシリカを含有する、上記項１に記載の地盤注入用固結材。
３．前記アルミニウム化合物は、硫酸アルミニウム、アルミン酸ソーダ及びゼオライトからなる群から選択される少なくとも１種である、上記項１又は２に記載の地盤注入用固結材。
４．アルカリ成分含有地盤に注入する、上記項１〜３のいずれかに記載の地盤注入用固結材。
５．前記アルカリ成分含有地盤は、カルシウム成分又はセメント成分を含有し、ｐＨが７．５〜１２の範囲である、上記項４に記載の地盤注入用固結材。
６．前記アルカリ成分含有地盤は、護岸又は岸壁の近傍の地盤である、上記項４又は５に記載の地盤注入用固結材。
７．護岸又は岸壁の近傍の地盤に対してセメント成分を注入撹拌した後に、当該セメント成分を注入撹拌した領域に隣接して注入する工法に用いる、上記項１〜３のいずれかに記載の地盤注入用固結材。
８．前記珪酸ソーダは、ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏで表されるモル比が３．１〜５．２であり、且つ、ＳｉＯ２濃度が１７〜３０質量％である、上記項１〜７のいずれかに記載の地盤注入用固結材。
９．前記コロイダルシリカは、ＳｉＯ２の平均粒子径が３〜３０ｎｍであり、且つ、ＳｉＯ２濃度が２０〜５０質量％である、上記項２〜８のいずれかに記載の地盤注入用固結材。
１０．前記コロイダルシリカと前記珪酸ソーダの割合は、ＳｉＯ２の質量比に換算して１０：９０〜６０：４０である、上記項２〜９のいずれかに記載の地盤注入用固結材。
１１．珪酸ソーダ、硫酸及びアルミニウム化合物を含有する地盤注入用固結材をアルカリ成分含有地盤に注入する地盤注入工法であって、
前記アルミニウム化合物の作用により、地盤のアルカリ成分に起因する前記地盤注入用固結材の可使時間の短縮が抑制されている地盤注入工法。
１２．護岸又は岸壁の近傍の地盤に対してセメント成分を注入撹拌した後に、当該セメント成分を注入撹拌した領域に隣接して地盤注入用固結材を注入する地盤注入工法であって、
前記地盤注入用固結材は、珪酸ソーダ、硫酸及びアルミニウム化合物を含有し、
前記アルミニウム化合物の作用により、隣接領域のセメント成分に起因する前記地盤注入用固結材の可使時間の短縮が抑制されている地盤注入工法。
１３．前記地盤注入用固結材は、更にコロイダルシリカを含有する、上記項１１又は１２に記載の地盤注入工法。
【００１０】
以下、本発明の地盤注入用固結材及び地盤注入工法について詳細に説明する。
【００１１】
地盤注入用固結材
本発明の地盤注入用固結材は、珪酸ソーダ、硫酸及びアルミニウム化合物を含有することを特徴とする。
【００１２】
上記特徴を有する本発明の地盤注入用固結材は、アルミニウム化合物を含有するため、地盤注入用固結材をアルカリ成分含有地盤及びアルカリ成分の影響を受ける地盤に注入した場合でも可使時間の短縮が抑制されている。そのため、地盤の種類を問わず十分な浸透性を確保することができる。本発明の地盤注入用固結材は、カルシウム成分やセメント成分を含有するアルカリ成分含有地盤；護岸又は岸壁の近傍のアルカリ成分含有地盤；及びアルカリ成分の影響を受ける地盤に注入する場合でも可使時間の短縮が抑制されており、従前施工が容易でなかった地盤にも使用可能である点で有用性が高い。
【００１３】
上記珪酸ソーダとしては、市販品やそれに水を加えて希釈した希釈溶液を使用できる。
【００１４】
珪酸ソーダのモル比（ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏ）は限定されないが、３．１〜５．２程度が好ましく、汎用の珪酸ソーダが使えるため３．１〜３．８程度がより好ましい。
【００１５】
珪酸ソーダに含まれるシリカ濃度としては、１７〜３０質量％程度が好ましい。
【００１６】
本発明の地盤注入用固結材に含まれる酸としては硫酸を用いる。硫酸としてはＨ２ＳＯ４濃度が５０〜８０質量％の酸原液又はそれを水希釈した水溶液を使用できる。硫酸の量は地盤注入用固結材の所望のゲルタイム（即ちｐＨ）に応じて設定する。
【００１７】
本発明の地盤注入用固結材は、アルミニウム化合物を含有する。アルミニウム化合物を含有することにより、地盤注入用固結材をアルカリ成分含有地盤及びアルカリ成分の影響を受ける地盤に注入した場合でも可使時間の短縮が抑制でき、地盤の種類を問わず十分な浸透性を確保することができる。
【００１８】
上記アルミニウム化合物としては、例えば、硫酸アルミニウム、アルミン酸ソーダ及びゼオライトからなる群から選択される少なくとも１種が挙げられる。
【００１９】
上記ゼオライトは、例えば、特開２００９−１１３９９６号公報に開示された製造方法により好適に製造することができる。具体的には、ケイ酸アルカリ金属化合物（例えば、ケイ酸ナトリウム）とアルミン酸ソーダとアルカリ金属水酸化物（例えば、水酸化ナトリウム）とを含む透明な水溶液であるクリアー溶液を調製するクリアー溶液調製工程と、前記クリアー溶液を結晶化する結晶化工程とを有するゼオライト製造方法である。かかる製造方法によれば、Ｎａ２Ｏ、Ａｌ２Ｏ３及びＳｉＯ２成分を含有するゼオライトゾル（ゼオライト微粒子分散液）を簡便に調製することができる。
【００２０】
地盤注入用固結材中のアルミニウム化合物の含有量は、Ａｌ２Ｏ３換算値として０．０５〜０．３質量％が好ましい。かかる含有量であれば、特にｐＨが７．５〜１２のアルカリ成分含有地盤に注入する際の可使時間の短縮を効果的に抑制することができる。
【００２１】
本発明の地盤注入用固結材はコロイダルシリカを含有してもよい。コロイダルシリカはコロイド状の性状を示し、それ単独では半永久的にゲル化しない安定な物質である。コロイダルシリカとしては、市販品やそれに水を加えて希釈した希釈溶液を使用できる。
【００２２】
コロイダルシリカに含まれるシリカ（ＳｉＯ２）の平均粒子径としては、３〜３０ｎｍ程度が好ましく、４〜１５ｎｍ程度がより好ましい。なお、本明細書に記載の平均粒子径は窒素吸着によるＢＥＴ法（但しＢＥＴ法で測定困難な微粒子については動的光散乱法）により測定した値である。
【００２３】
コロイダルシリカに含まれるシリカ濃度としては、２０〜５０質量％程度が好ましい。
【００２４】
このようなコロイダルシリカは調製することもできる。例えば、珪酸ソーダの水希釈液をイオン交換により脱アルカリ処理し、次いで得られた活性珪酸にアルカリ剤を添加してｐＨを調整するとともに加熱により造粒することにより調製する。
【００２５】
上記コロイダルシリカと珪酸ソーダの割合（混合割合）は限定されないが、ＳｉＯ２の質量比に換算して１０：９０〜６０：４０程度が好ましい。かかる範囲の中でも、地盤注入用固結中のＳｉＯ２（換算値）において、コロイダルシリカに由来するＳｉＯ２量が１５〜５５質量％となるように割合を調整することが好ましい。コロイダルシリカに由来するＳｉＯ２量が５５質量％を超えると固結強度が低下するおそれがある。また、コロイダルシリカに由来するＳｉＯ２量が１５質量％未満となると地盤注入用固結材が固結時に収縮し易くなるおそれがある。
【００２６】
本発明の地盤注入用固結材は上記成分以外に各成分の希釈用の水を含むことができる。そして、本発明の地盤注入用固結材のＳｉＯ２濃度は４〜１０質量％程度が好ましい。
【００２７】
本発明の地盤注入用固結材の製造方法は、上記成分を含有する固結材が調製できる限り特に限定されないが、コロイダルシリカを含有する態様では、硫酸及びアルミニウム化合物の混合物に珪酸ソーダを混合した後、コロイダルシリカを混合する順序で地盤注入用固結材を調製する場合には、前記混合物に珪酸ソーダを混合する際の部分ゲルの発生を抑制できるためより好ましい。
【００２８】
地盤注入工法
本発明の地盤注入用固結材は、アルカリ成分含有地盤及びアルカリ成分の影響を受ける地盤への地盤注入工法に好適に適用することができる。
【００２９】
アルカリ成分含有地盤としては、カルシウム成分又はセメント成分を含有し、ｐＨが７．５〜１２の範囲の地盤が挙げられる。例えば、コンクリートやセメントにより構築された護岸又は岸壁の近傍の地盤が挙げられる。つまり、本発明の地盤注入用固結材は、既存の岸壁又は護岸の補強；岸壁増深時の岸壁前面の地盤改良；岸壁背面の地盤の土圧低減及び吸出防止；既存の構造物の下部地盤の支持力増加などの用途に優れた効果を発揮する。
【００３０】
アルカリ成分の影響を受ける地盤としては、隣接領域に含まれるアルカリ成分との接触や隣接領域からのアルカリ成分の浸潤が想定される地盤が挙げられる。例えば、セメント成分を注入撹拌した領域に隣接する地盤が挙げられる。よって、本発明の地盤注入用固結材は、護岸又は岸壁の近傍の地盤に対してセメント成分を注入撹拌した後に、当該セメント成分を注入撹拌した領域に隣接して注入する工法に用いる場合でも、部分ゲルの発生が抑制されており可使時間の短縮が抑制されている。
【００３１】
上記工法は、例えば、矢板式岸壁の前面又は背面に地盤改良、土圧軽減、吸出防止等を目的としてセメント成分を注入撹拌する場合に、セメント成分を注入撹拌できない一部分の領域にセメント成分に代えて本発明の地盤注入用固結材を注入する態様が挙げられる。具体的には、矢板式岸壁の前面（海側）を地盤改良する際、深層混合処理工によってセメント成分を注入撹拌する場合には撹拌翼が接触するおそれのある矢板式岸壁の極近傍の領域に本発明の地盤注入用固結材を注入する態様が挙げられる。また、矢板式岸壁の背面（陸側）に土圧軽減や吸出防止の対策を行う際、高圧噴射撹拌工によってセメント成分を注入撹拌する場合にいわゆる捨石層（捨石の重量は概ね５〜１００ｋｇ程度である）にはセメント成分を高圧噴射によって注入撹拌することは困難であるため、捨石層にセメント成分に代えて本発明の地盤注入用固結材を注入する態様が挙げられる。
【００３２】
本発明の地盤注入工法では、アルミニウム化合物の作用により、地盤のアルカリ成分に起因する地盤注入用固結材の可使時間の短縮が抑制されているため、従前施工が容易でなかった地盤にも使用可能である点で有用性が高い。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の地盤注入用固結材は、アルミニウム化合物を含有するため、地盤注入用固結材をアルカリ成分含有地盤及びアルカリ成分の影響を受ける地盤に注入した場合でも可使時間の短縮が抑制されている。そのため、地盤の種類を問わず十分な浸透性を確保することができる。本発明の地盤注入用固結材は、カルシウム成分やセメント成分を含有するアルカリ成分含有地盤；護岸又は岸壁の近傍のアルカリ成分含有地盤；及びアルカリ成分の影響を受ける地盤に注入する場合でも可使時間の短縮が抑制されており、従前施工が容易でなかった地盤にも使用可能である点で有用性が高い。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下に実施例及び比較例を示して本発明を具体的に説明する。但し、本発明は実施例に限定されない。
【００３５】
実施例１〜３及び比較例１
（アルカリ成分含有地盤（模擬地盤１、２）の調製）
下記表１に示す組成の天然砂Ａ（ｐＨ５．７）に高炉セメントＢ種を添加することによりアルカリ成分含有地盤（模擬地盤１、２）を調製した。高炉セメントＢ種の添加量と調製されたアルカリ成分含有地盤のｐＨを下記表２に示す。
【００３６】
【表１】
2013147630.tif 000002
【００３７】
【表２】
2013147630.tif 000003
【００３８】
（地盤注入用固結材の調製）
コロイダルシリカ（ＳｉＯ２濃度４０質量％）、珪酸ソーダ（５号珪酸ソーダ、モル比３．７５、ＳｉＯ２濃度２５．５質量％）、硫酸（Ｈ２ＳＯ４濃度７８質量％）及び各種アルミニウム化合物を混合することにより、下記表３に示す比較例１及び実施例１〜３の地盤注入用固結材（いずれもＳｉＯ２濃度４質量％、ｐＨ２．５）を調製した。
【００３９】
なお、各アルミニウム化合物のＡｌ２Ｏ３濃度（換算値）は下記の通りである。
・硫酸アルミニウム：１３質量％（北陸化成工業所製）
・アルミン酸ソーダ：１９質量％（北陸化成工業所製）
・ゼオライト微粒子分散液：４．８質量％
【００４０】
【表３】
2013147630.tif 000004
【００４１】
（可使時間の短縮抑制効果の確認）
模擬地盤１、２（１０ｇ）に対して各実施例及び比較例の地盤注入用固結材（１０ｇ）を注入することにより可使時間（ゲルタイム）を測定した。測定結果を下記表４に示す。
【００４２】
【表４】
2013147630.tif 000005
【００４３】
表４の結果から明らかなように、アルミニウム化合物を含まない比較例１の地盤注入用固結材の場合にはアルカリ成分含有地盤（模擬地盤１、２）における可使時間の短縮が顕著であったが、アルミニウム化合物を含む実施例１〜３の地盤注入用固結材の場合にはアルカリ成分含有地盤（模擬地盤１、２）においても可使時間の短縮を効果的に抑制できていることが分かる。
【００４４】
実施例４〜６及び比較例２
（アルカリ成分含有地盤（天然砂Ｂ））
下記表５に示す組成の天然砂Ｂ（ｐＨ８．４）を用意した。
【００４５】
【表５】
2013147630.tif 000006
【００４６】
（地盤注入用固結材の調製）
コロイダルシリカ（ＳｉＯ２濃度４０質量％）、珪酸ソーダ（５号珪酸ソーダ、モル比３．７５、ＳｉＯ２濃度２５．５質量％）、硫酸（Ｈ２ＳＯ４濃度７８質量％）及び各種アルミニウム化合物を混合することにより、下記表６に示す比較例２及び実施例４〜６の地盤注入用固結材（いずれもＳｉＯ２濃度１０質量％、ｐＨ３．０）を調製した。
【００４７】
なお、各アルミニウム化合物のＡｌ２Ｏ３濃度（換算値）は下記の通りである。
・硫酸アルミニウム：１３質量％（北陸化成工業所製）
・アルミン酸ソーダ：１９質量％（北陸化成工業所製）
・ゼオライト微粒子分散液：４．８質量％
【００４８】
【表６】
2013147630.tif 000007
【００４９】
（可使時間の短縮抑制効果の確認）
天然砂Ｂ（１０ｇ）に対して各実施例及び比較例の地盤注入用固結材（１０ｇ）を注入することにより可使時間（ゲルタイム）を測定した。測定結果を下記表７に示す。
【００５０】
【表７】
2013147630.tif 000008
【００５１】
表７の結果からも明らかなように、アルミニウム化合物を含まない比較例２の地盤注入用固結材の場合には天然砂Ｂにおける可使時間の短縮が顕著であったが、アルミニウム化合物を含む実施例４〜６の地盤注入用固結材の場合には天然砂Ｂにおいても可使時間の短縮を効果的に抑制できていることが分かる。