(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水ガラス系グラウト薬剤を土壌中に注入してゲル化させ、該地盤を固化し安定化を図る土質改良方法において、硬化剤としてスチ−ムストリッピング処理された塩素（Ｃｌ）含量が５ｐｐｍ以下であり、かつフッ素（Ｆ）含量が５０ｐｐｍ以下である湿式燐酸液を含有する薬液を使用することを特徴とする土質改良方法。
【請求項２】
スチ−ムストリッピング処理を、塩素及びフッ素を含有する原料湿式燐酸の硫酸濃度を０．５〜１０重量％に調整したのち、１２０〜１７０℃の温度条件下で行う請求項１記載の土質改良方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土質の改良方法に関し、さらに詳しくは軟弱地盤に水ガラス系グラウト薬剤を注入し、地盤強化あるいは漏水地盤の止水を行う土質改良方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、軟弱地盤の強化や漏水地盤を止水する目的で、種々の土質改良剤を土壌中に注入し硬化させるグラウト工法が知られている。なかでも、水ガラスを主剤として硬化剤と組み合わせて使用する珪酸塩系グラウト工法は、安価であること、他の有機系土質改良剤に比べ動植物等に害を起こす危険性が殆どなく、環境を汚染しないこと等のため広く実用化されている。
水ガラス水溶液に酸を加えると容易に反応して珪酸含水ゲルを形成し硬化することを利用し、硬化剤として種々の酸が提案されている。なかでも、燐酸は他の鉱酸（硫酸，塩酸，硝酸）に比べ危険性が少なく取り扱いも容易なことから一般に用いられている。
【０００３】
従来より湿式燐酸液は、金属類の電解研磨用及び化学研磨用処理液の原料，燐酸塩原料，染色用助剤及び活性汚泥の栄養剤等各種の分野に多用されている。この湿式燐酸液は、燐鉱石を硫酸で分解して得られるが、原料燐鉱石に由来して各種の不純物を含む。この方法では、燐鉱石と硫酸を反応させオルト燐酸液と石膏のスラリ−を得た後、濾過あるいは遠心分離等の手段により固−液分離が行われる。ここで得られる燐酸液は、通常約２５〜３５重量％のＰ2 Ｏ5 を含んでいる。更に、この燐酸液は真空濃縮等の方法で通常約４０〜６５重量％Ｐ2 Ｏ5 濃度迄濃縮され、工業用燐酸液として使用される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の工業用燐酸液は不純物として含有する塩素及びフッ素等の為に腐食性が強く、装置材料に特別の配慮が必要となり使用上コストアップの一因ともなっている。
通常、工業用燐酸液は原料燐鉱石や製造プロセスにより多少の違いはあるが、塩素（Ｃｌ）を２０〜１００ｐｐｍ、フッ素（Ｆ）を１，０００〜４，０００ｐｐｍ程度含有している。さらに、これらの成分は揮発性が強く、土質改良薬剤等種々の工業用途に使用する際に環境問題（臭気，公害等）を引き起こすことから、強く低減が望まれている。
【０００５】
上記課題を解決する手段として、有機溶媒による抽出法あるいは再結晶法等の燐酸精製法がある。しかし、これらは高純度燐酸製造用に開発された方法であり、極めて複雑なプロセスでコストも高くなることからグラウト薬剤用途等の燐酸液製造には適用出来ない。
本発明の目的とするところは、湿式燐酸液中の有害な塩素分及びフッ素分を除去し、腐食性，有害性を低減させたより安価な湿式燐酸液を水ガラス系グラウト薬剤用途に提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、かかる実情に鑑み、グラウト薬剤として使用可能な有害な塩素分及びフッ素分が除去され、かつ腐食性の低い燐酸液に関し鋭意位検討を重ねた結果、以下の方法を見い出し本発明を完成するに至った。
すなわち本発明は、水ガラス系グラウト薬剤を土壌中に注入してゲル化させ、該地盤を固化し安定化を図る土質改良方法において、硬化剤としてスチ−ムストリッピング処理された湿式燐酸液を含有する薬液を使用する土質改良方法を提供するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の燐酸液は、燐鉱石を硫酸で分解して得られる湿式燐酸液をベ−スとする。すなわち、原料燐酸液として燐鉱石を硫酸で分解して得られる２５〜３５重量％Ｐ2 Ｏ5 燐酸液を真空濃縮等の方法で４０〜６５重量％Ｐ2 Ｏ5 濃度とした工業用湿式燐酸液を使用する。
上記燐酸液は、スチ−ムストリッピング処理前にあらかじめ硫酸濃度を所定の濃度に調整すればより効果的な処理が可能となる。
【０００８】
硫酸濃度の調整は、燐鉱石と硫酸の反応によって得られる湿式燐酸液に硫酸を添加して行うことができる。あるいは、湿式燐酸液を製造する工程において、過剰の硫酸を使用して燐鉱石を分解し、生成する燐酸液中に所定量の硫酸分が残るようにすることでも可能である。燐酸液中への硫酸添加は、スチ−ムストリッピング処理における塩素及びフッ素の除去効果を高める働きがある。
燐酸液中の硫酸濃度は、０．５〜１０重量％が好ましく、さらに好ましくは１．５〜５重量％である。添加量が０．５重量％未満では塩素及びフッ素の除去効果が小さい。一方、１０重量％を超えると塩素及びフッ素の除去効果は大きくなるが、得られる燐酸液は硫酸含量が大きくなり、使用上問題となるので好ましくない。
【０００９】
次に、この原料燐酸液をスチ−ムストリッピング処理するが、使用する装置は特に制限はなく、通常の気−液接触装置が使用可能である。例えば、通気撹拌槽，気泡塔，充填塔及びスプレ−塔等であり、バッチあるいは連続いずれの方式でも運転可能である。
スチ−ムストリッピング処理は、１２０〜１７０℃の温度条件下で行われるのが好ましい。１２０℃未満では、塩素及びフッ素の除去効率が著しく低いばかりか、使用するスチ−ムの一部が凝縮し燐酸濃度の低下を招くことから好ましくない。一般に塩素及びフッ素の除去効率は、高温度になる程高くなるが、１７０℃を超えると除去効率のアップもさほど望めず、加熱に多量のエネルギ−を消費し、かえって不経済となるので好ましくない。
【００１０】
加熱操作は、スチ−ムと接触させる前にあらかじめ燐酸液を所定の温度に加熱する方法、あるいは燐酸液をスチ−ムストリッピング処理時スチ−ムで直接加熱する方法、いずれでも行うことができる。
使用するスチ−ム量は、操作温度，硫酸添加量及び気−液接触装置の種類等を考慮して決定すべきである。例えば、充填塔方式のストリッピング処理では、燐酸液に対し０．３〜２倍量のスチ−ムで十分である。
【００１１】
本操作により、燐酸液中の塩素（Ｃｌ）量は５ｐｐｍ以下に、フッ素（Ｆ）量は５０ｐｐｍ以下に低減可能である。
工業用燐酸の腐食性に関しては、塩素及びフッ素等腐食性の強い成分が主な因子と考えられるが、本発明により上記の成分が減少することで金属材料に対する腐食性も大幅に低減し、安価な材料の使用が可能となる。
さらに、本発明による燐酸液を硬化剤として使用した場合、原因は明らかではないが含有微量不純物の為か、精製燐酸に比べホモゲルおよびサンドゲル強度が大きくなる優れた実用的効果が得られる。
【００１２】
本発明において主剤となる水ガラス水溶液については特に制限はないが、ＪＩＳに規定される３号及び２号珪酸ソ−ダが入手が容易で好適である。
薬液中の珪酸ソ−ダの濃度は施工上重要な因子であり、固結時間及び土壌の含水率等を考慮して決定すべきである。通常、珪酸ソ−ダに関して５〜３０重量％程度の薬液が使用される。
また、薬液中の硬化剤濃度についても特に制限はないが、通常０．２〜１０重量％Ｐ2 Ｏ5 濃度程度である。
【００１３】
なお、スチ−ムストリッピング処理された湿式燐酸を、酸性硫酸ソ−ダ，燐酸ソ−ダ，グリオキザ−ル等の硬化剤と併用しても差し支えない。
さらに、本発明水ガラス系グラウト薬剤に、ベントナイト，珪藻土，シリカ等を添加して固結体の強化を図ることも可能である。
いずれにせよ施工に当たっては、対象地盤の土質調査を行い、最適ゲルタイムを決定した上で薬液の配合を決めるのが望ましい。
本発明の施工については、特に制限はなく一般的に行われている方法が採用できる。すなわち、▲１▼土壌への注入直前に水ガラス水溶液と硬化剤溶液をＹ字管により混合する方法、▲２▼水ガラス水溶液と硬化剤溶液を混合し一液として注入する方法等により行うことができる。
【００１４】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。なお、製造例，実施例，比較例中の％およびｐｐｍはそれぞれ重量％および重量ｐｐｍを示す。
製造例１
燐鉱石（ファラボア鉱：南ア共和国産）を硫酸で分解して得られた湿式燐酸液に９８％硫酸を添加し、Ｐ2 Ｏ5 ＝５３％，Ｈ2 ＳＯ4 ＝４％，Ｃｌ＝５０ｐｐｍ，Ｆ＝２，０００ｐｐｍの燐酸液を調合した。この燐酸液１，０００ｍｌを外部加熱装置装備通気撹拌槽（内容量２ｌ）に移し、１５０℃に加熱した。次に、槽下部に設けられたスパ−ジャ−より１５０℃のスチ−ムを４００ｇ／ｈで８時間吹き込むことでスチ−ムストリッピング処理を行った。得られた燐酸液を分析したところ、Ｐ2 Ｏ5 ＝５３．５％，Ｈ2 ＳＯ4 ＝４％，Ｃｌ＜１ｐｐｍ，Ｆ＝８ｐｐｍであり、原料燐酸で感じられた刺激臭が消失しており無臭であった。
次に、上記燐酸液５００ｍｌをポリエチレン容器に入れ、ステンレス試験片（ＳＵＳ−３１６製，３０×２０×２ｍｍ）を５０℃の温度で６０日間浸漬して試験片の重量減より腐食速度を求める材質テストを行った。その結果、腐食速度は、０．０６ｍｍ／ｙであり、この材料が十分使用に耐え得ることが判った。
【００１５】
製造例２
燐鉱石（ファラボア鉱：南ア共和国産）を硫酸で分解して得られた湿式燐酸液に９８％硫酸を添加し、Ｐ2 Ｏ5 ＝５３．５％，Ｈ2 ＳＯ4 ＝３．５％，Ｃｌ＝５０ｐｐｍ，Ｆ＝２，０００ｐｐｍの燐酸液を調合した。カ−ボン製ラシヒリングを充填したフッ素樹脂ライニングの充填塔（直径＝１００ｍｍ，高さ＝３ｍ）の上部より１４０℃に加熱した上記燐酸液を３０Ｋｇ／ｈで供給し、下部より１４０℃のスチ−ムを２５Ｋｇ／ｈで吹き込み、連続スチ−ムストリッピング処理を行った。得られた燐酸液を分析したところ、Ｐ2 Ｏ5 ＝５３．５％，Ｈ2 ＳＯ4 ＝３．５％，Ｃｌ＜１ｐｐｍ，Ｆ＝１ｐｐｍであり、原料燐酸で感じられた刺激臭が消失しており無臭であった。
製造例１と同様に材質テスト（ＳＵＳ−３１６）を行った。その結果、腐食速度は０．０５ｍｍ／ｙであり、この燐酸液の腐食性は小さいことが判った。
【００１６】
比較製造例１
燐鉱石（ファラボア鉱：南ア共和国産）を硫酸で分解して得られた湿式燐酸液（Ｐ2 Ｏ5 ＝５４％，Ｈ2 ＳＯ4 ＝０．３％，Ｃｌ＝５２ｐｐｍ，Ｆ＝２，１００ｐｐｍ）について、製造例１と同様に材質テスト（ＳＵＳ−３１６）を行った。その結果、腐食速度は１．６ｍｍ／ｙであり、この燐酸液の腐食性は強く、上記材料が使用に耐えないことが判明した。また、この燐酸液は刺激臭が強く取り扱い上問題となる。
【００１７】
実施例１
珪酸ソ−ダ（ＪＩＳ−３号，比重＝１．４）９８ｇに水１３０ｇを加えＡ液とした。別に、製造例１のスチ−ムストリッピング処理済み湿式燐酸液（比重＝１．６３）１５ｇを水１９０ｇで希釈して調製した硬化剤溶液をＢ液とした。
Ａ液とＢ液を混合し、２０℃におけるゲル化タイムを測定したところ１０秒であった。また、上記薬液によりホモゲルの試験体（直径＝５０ｍｍ，長さ＝１００ｍｍ）を作り２４時間後ホモゲルの一軸圧縮強度測定を行ったところ、０．４７Ｋｇｆ／ｃｍ2であった。
さらに、Ａ，Ｂ両液を混合したものを豊浦標準砂に浸透固結させて得たサンドゲルの一軸圧縮強度を土質試験法ＪＩＳＡ−１２１６に準じた方法でゲル化１日後に測定したところ、４．６Ｋｇｆ／ｃｍ2であった。
また、作業中には一般の工業用湿式燐酸にみられる刺激臭もなく、環境上の問題も発生しなかった。
【００１８】
実施例２
珪酸ソ−ダ（ＪＩＳ−３号，比重＝１．４）１１２ｇに水１２０ｇを加えＡ液とした。別に、製造例１のスチ−ムストリッピング処理済み湿式燐酸液９．８ｇを水１９４ｇで希釈して調製した硬化剤溶液をＢ液とした。
Ａ液とＢ液を混合し、２０℃におけるゲル化タイムを測定したところ８分２０秒であった。
さらに、実施例１と同様にホモゲルおよびサンドゲルの一軸圧縮強度測定を行ったところ、それぞれ０．１１および４．１Ｋｇｆ／ｃｍ2であった。
【００１９】
実施例３
珪酸ソ−ダ（ＪＩＳ−３号，比重＝１．４）１４０ｇに水１００ｇを加えＡ液とした。別に、製造例２のスチ−ムストリッピング処理済み湿式燐酸液（比重＝１．６３）２０ｇを水１８８ｇで希釈して調製した硬化剤溶液をＢ液とした。
Ａ液とＢ液を混合し、２０℃におけるゲル化タイムを測定したところ４．２秒であった。
さらに、実施例１と同様にホモゲルおよびサンドゲルの一軸圧縮強度測定を行ったところ、それぞれ０．６５および６．６Ｋｇｆ／ｃｍ2であった。
【００２０】
実施例４
珪酸ソ−ダ（ＪＩＳ−３号，比重＝１．４）１６８ｇに水８０ｇを加えＡ液とした。別に、製造例２のスチ−ムストリッピング処理済み湿式燐酸液１１．４ｇ、および４０％グリオキザ−ル（比重＝１．３）９．１ｇを水１８６ｇで希釈して調製した硬化剤溶液をＢ液とした。
Ａ液とＢ液を混合し、２０℃におけるゲル化タイムを測定したところ６分であった。
さらに、実施例１と同様にホモゲルおよびサンドゲルの一軸圧縮強度測定を行ったところ、それぞれ０．５２および５．８Ｋｇｆ／ｃｍ2であった。
【００２１】
比較例１
薬液の配合割合は実施例１と同様であるが、湿式燐酸に代えて精製燐酸（Ｐ2 Ｏ5 ＝５４．５％，比重＝１．５８）を使用した。
Ａ液とＢ液を混合し、２０℃におけるゲル化タイムを測定したところ１２秒であった。
さらに、実施例１と同様にホモゲルおよびサンドゲルの一軸圧縮強度測定を行ったところ、それぞれ０．４１および３．８Ｋｇｆ／ｃｍ2であった。
【００２２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明は水ガラス系グラウト工法において、硬化剤としてスチ−ムストリッピング処理された湿式燐酸を使用するものである。燐酸処理に要する設備も簡単であることから安価で経済的な薬剤であり、グラウト薬剤として優れた性能を発揮するばかりか、揮発性を有する塩素およびフッ素が低減されており、これ迄の種々の問題（刺激臭，環境問題）も解決される。
さらに、ステンレスに対する腐食性も低いことから材質上の制約も少なく、グラウト施工上利点となる。