(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水ガラス水溶液をＡ液とし、粗リン酸水溶液、または粗リン酸水溶液と硫酸の混合水溶液、または粗リン酸水溶液と水溶性アルミニウム塩の混合水溶液をＢ液とし、これらＡ液およびＢ液を２ショット方式により混合して地盤に直接注入することを特徴とし、前記粗リン酸水溶液は不純物として鉄分およびアルミニウムを少なくとも含み、かつリン鉱石を過剰の硫酸で分解の後、石膏を濾別して得られる精製前の粗リン酸であることを特徴とする地盤注入工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は水ガラスと粗リン酸を主成分として含む地盤注入用薬液に係り、特に、ゲル化時間の瞬結領域が広く、かつ固結体の収縮が極めて少ない瞬結性地盤注入用薬液に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水ガラスに対する瞬結性の無機系硬化剤として、従来、硫酸あるいはリン酸が衆知のものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、硫酸、リン酸ともに水ガラスの瞬結領域が狭くて使用量の調整に難がある。また、生成固結体は収縮が大きく、このため、遊離した離漿水が逸脱し易く、止水性の低下等、耐久性低下の原因にもなりかねない。
【０００４】
さらに、硫酸およびその含有物は硫酸が10％以上の濃度になると、毒物および劇物取締法の法的規制を受ける。また、リン酸は実用に供するにはかなり高価である。
【０００５】
そこで、本発明の目的は水ガラスの硬化剤として、リン酸を主成分とするにもかかわらず、水ガラスの瞬結領域を広めて、生成固結体の収縮を極めて少なくし、離漿水の逸脱による耐久性の低下を極力小さくでき、上述の公知技術に存する欠点を改良した水ガラス−リン酸系の地盤注入用薬液を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明の水ガラス−リン酸系地盤注入用薬液によれば、水ガラスと、不純物として鉄分およびアルミニウムを少なくとも含む粗リン酸と、硫酸または水溶性アルミニウム塩とを含み、前記粗リン酸がリン鉱石を過剰の硫酸で分解の後、石膏を濾別して得られる精製前の粗リン酸であることを特徴とする。
【０００７】
上述の構成からなる本発明地盤注入用薬液はゲル化時間の瞬結域が広く、かつ得られた固結体の収縮が極めて少ない。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体的に詳述する。
【０００９】
本発明に用いられる水ガラスはＪＩＳ１号、２号、３号、その他各種モル比の珪酸ソーダである。
【００１０】
本発明に用いられるリン酸は粗リン酸である。通常の精製リン酸は不純物として塩化物、硫酸塩、重金属、鉄等を含有するが、その量は何れも数ppm 以下である。これに対して、本発明の粗リン酸はリン鉱石を過剰の硫酸で分解の後、石膏を濾別して得られる精製処理前の粗リン酸であって、これは一般にＳＯ3 、Ｆｅ2 Ｏ3 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 、Ｆ等の不純物を１〜２％以下含有している。
【００１１】
本発明にかかる地盤注入用薬液は上述の水ガラスと、粗リン酸とを主成分として含有するが、この二成分系にさらに、硫酸を含有してもよく、また、水溶性アルミニウム塩を含有することもできる。
【００１２】
上述の硫酸としては、通常の工業用硫酸はもちろんのこと、その他、不純物の含有量が多い各種粗硫酸、廃硫酸等が用いられる。
【００１３】
水溶性アルミニウム塩としては、ポリ塩化アルミニウム、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウム、アルミニウム明ばん等が用いられ、この中で特にポリ塩化アルミニウムが優れている。
【００１４】
上述の構成からなる本発明薬液は従来の水ガラス−無機酸系薬液と比較すると、ゲル化時間の瞬結領域が広くなり、かつ得られた固結体の離漿水も少なく、これにより、固結体の収縮が極めて少なくなり、したがって、離漿水の逸脱による固結体の収縮が防止されて止水性が向上され、これにともなって耐久性の低下も防止される。このような現象は本発明薬液が特にアルカリ領域において顕著である。
【００１５】
さらに、上述の本発明薬液はゲル化時間を長く調整し得るのみならず、瞬結に至るまでのゲル化の調整が容易である。この現象は本発明薬液が特に酸性〜中性領域において顕著である。これらの本発明にかかる現象は水ガラス−粗リン酸系において顕著に現れ、粗リン酸の代わりに精製リン酸を用いたのではこのような現象は達成され得ない。
【００１６】
一般に、離漿水はゲル（コロイド）中に存在する液体が遊離して生じるものである。本発明はゲル中の液体を凝結剤で凝固することにより、離漿水としての遊離を抑制する。
【００１７】
すなわち、本発明の水ガラス−粗リン酸系では、粗リン酸中の不純物、特に鉄分がリン酸鉄の形で存在し、このリン酸鉄がゲル（コロイド）の凝結剤として作用してゲル中の液体を凝結し、離漿水としての遊離を抑制する。
【００１８】
また、本発明の水ガラス−粗リン酸−硫酸の系では、粗リン酸中の不純物、特に鉄分が硫酸と反応して硫酸鉄を生成し、この硫酸鉄がコロイドの凝結剤として作用してゲル中の液体を凝結し、離漿水としての遊離を抑制する。
【００１９】
さらに、本発明の水ガラス−粗リン酸−可溶性アルミニウム塩の系では、可溶性アルミニウム塩自体がコロイドの凝結剤として作用するとともに、粗リン酸中の不純物、特に鉄分が可溶性アルミニウム塩の凝結作用を助長する働きを呈してあたかも触媒として作用し、これによりゲル中の液体を凝結し、離漿水としての遊離を抑制する。
【００２０】
上述本発明における各成分の配合はいかなる方法を用いてもよいが、通常、水ガラス水溶液をＡ液とし、粗リン酸水溶液、または粗リン酸水溶液と硫酸の混合水溶液、または粗リン酸水溶液と水溶性アルミニウム塩の混合水溶液をＢ液とし、これらＡ液およびＢ液を２ショット方式により混合して地盤中に直接注入する方法が採用されている。
【００２１】
さらに、他の配合方法として、上述のＡ液およびＢ液を酸性水ガラス液を得るような配合で混合して緩結性配合液を調製し、これをそのまま地盤中に注入するか、あるいはこの配合液にさらに水ガラスやその他のゲル化促進剤を添加混合して後に地盤中に注入する。
【００２２】
さらにまた、別の配合方法として、Ａ−Ｂ合流液によるアルカリ側の瞬結性配合液と、Ａ液に対するＢ液の配合比率を増加して得られる弱酸性から酸性側の緩結性配合液とを併用して注入してもよく、また、セメント、ベントナイト等を一次注入した後に上述の緩結性配合液を二次注入してもよい。
【００２３】
【発明の実施例】
以下、本発明を実施例によって具体的に詳述するが、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。
【００２４】
１．使用材料
（１）水ガラス
比重（20℃) 1.３２、モル比  3.７５の珪酸ソーダを使用。
【００２５】
（２）リン酸
（ａ）工業用リン酸（精製リン酸）
75％の工業用精製リン酸を使用。不純物としては塩化物、硫酸塩、重金属、鉄等を含有するが、いずれも数ppm 以下である。
【００２６】
（ｂ）粗リン酸
75％の粗リン酸を使用。不純物として、Ｆｅ2 Ｏ3 1.１％、Ａｌ2 Ｏ3 0.８％、ＣａＯ  0.１％、ＳｉＯ2 0.５％、Ｆ  1.２％、その他微量の有機物、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎａ、Ｋ等を含有する。
【００２７】
（３）硫酸
７1.２％の工業用硫酸を使用。
【００２８】
（４）水溶性アルミニウム塩
（ａ）硫酸アルミニウム
無水の硫酸アルミニウム〔Ａｌ2(ＳＯ4)3 〕を使用。
（ｂ）ポリ塩化アルミニウム
Ａｌ2 Ｏ3 10％の液体ポリ塩化アルミニウムを使用。
【００２９】
２．Ａ液
20容量／容量％の水ガラス水溶液を作成してＡ液とした。
【００３０】
３．Ｂ液
次の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）および（ｅ）の５種類をそれぞれＢ液とした。
（ａ）工業用リン酸（精製リン酸）の希釈水溶液
（ｂ）粗リン酸の希釈水溶液
（ｃ）粗リン酸90重量％と、硫酸10重量％からなる混合液の希釈水溶液
（ｄ）粗リン酸90重量％と、硫酸アルミニウム10重量％からなる混合液の希釈水溶液
（ｅ）粗リン酸90重量％と、ポリ塩化アルミニウム10重量％からなる混合液の希釈水溶液
【００３１】
４．配合と物性
上記Ａ液２00mlに対して、上記各種Ｂ液（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）および（ｅ）をそれぞれ表１に示す配合比率で配合してＡ−Ｂ合流液を調製し、これらＡ−Ｂ合流液について、それぞれ、20℃におけるゲル化時間（秒) と固結体の収縮率（％）を測定し、結果を表１に示した。ゲル化時間はカップ倒立法で測定し、また、固結体の収縮率は密閉容器中に固結体を20℃で10日間放置し、生じた離漿水の量から算出した。
【００３２】
【表１】
0003981514.tif 000002
【００３３】
表１中、比較例No.1〜７は水ガラス−工業用リン酸系、実施例No.1〜７は水ガラス−粗リン酸系、実施例No.8〜15は、水ガラス−粗リン酸・硫酸混合液系、実施例 No.16〜24は水ガラス−粗リン酸・硫酸アルミニウム混合液系、実施例 No.25〜33は水ガラス−粗リン酸・ポリ塩化アルミニウム混合液系である。
【００３４】
Ｂ液量（硬化剤量）に対応するゲル化時間を図１のグラフ、Ｂ液量に対する固結体の収縮率（％）を図２のグラフにそれぞれ示した。
【００３５】
図１、２中、曲線１は水ガラス−工業用リン酸（精製リン酸）系、曲線２は水ガラス−粗リン酸系、３は水ガラス−粗リン酸−硫酸系、曲線４は水ガラス−粗リン酸−硫酸アルミニウム系、曲線５は水ガラス−粗リン酸−ポリ塩化アルミニウム系の試料についての、それぞれ、Ｂ液（硬化剤）添加量（ml) とゲル化時間（秒）の関係、Ｂ液（硬化剤）添加量（ml) と固結体の収縮率との関係を表したグラフである。
【００３６】
図１において、Ｕ字形曲線の瞬結域（例えば、ゲル化時間20秒以内) の幅を比較すると、硬化剤として工業用リン酸（ａ）を用いた比較例の系（曲線１）では、他の本発明にかかる系よりも明らかに幅が狭い。
【００３７】
本発明における系の中では、単なる水ガラス−粗リン酸（ｂ）系（曲線２）よりも、水ガラス−粗リン酸−硫酸（ｃ）系（曲線３）、水ガラス−粗リン酸・水溶性アルミニウム塩（ｄ）（ｅ）系（曲線４、５）の方が明らかに瞬結域の幅が広い。水溶性アルミニウム塩としては硫酸アルミニウム（実施例 No.16〜24）（曲線４）よりポリ塩化アルミニウム（実施例 No.25〜33）（曲線５）の方がＵ字形曲線の幅が広く効果的である。
【００３８】
すなわち、本発明の系では、従来の水ガラス−リン酸系の瞬結域に使用する硬化剤添加量の領域を広め得ることが伺える。したがって、本発明は瞬結域の調整が容易であるということができる。
【００３９】
図２を観察すると、硬化剤の添加量、すなわち、ゲル化時間の長短によって固結体の収縮率はもちろん変動するが、相対的にみて硬化剤として工業用リン酸（精製リン酸）（曲線１）を用いた系では、他の本発明にかかる系に比べて収縮率が大きい。
【００４０】
本発明の系の中では単なる水ガラス−粗リン酸の系（曲線２）よりも水ガラス−粗リン酸・硫酸系（曲線３）、水ガラス−粗リン酸・水溶性アルミニウム塩系（曲線４、５）の方が相対的に収縮率は小さい。水溶性アルミニウム塩としては、ポリ塩化アルミニウム（曲線５）が効果的である。
【００４１】
このように本発明の系では、固結体の収縮を小さくすることができ、したがって離漿水の逸脱による耐久性の低下も少なくなることが期待できる。
【００４２】
さらに、本実施例はもちろん本発明にかかる系において、硬化剤中の硫酸の使用量は純硫酸として10％以下で充分であり、したがって、毒物および劇物取締法の適用を受けることはなく、また、粗リン酸はもちろん精製リン酸より安価であるという利点がある。
【００４３】
【発明の効果】
以上の結果から、水ガラスの硬化剤として、粗リン酸さらに粗リン酸と硫酸の系、または粗リン酸と水溶性アルミニウム塩（特に、ポリ塩化アルミニウム）の系を使用することにより、従来からの水ガラス−リン酸系、さらに広く水ガラス−無機酸系に比べて明らかに次の効果を奏し得るものである。
【００４４】
１．瞬結域に使用する硬化剤の添加量の幅が広くできるので、瞬結型グラウトとしての瞬結領域の調整が容易となる。
【００４５】
２．固結体の収縮率が少ない。すなわち、固結率に優れている。したがって、離漿水の逸脱による収縮や止水性等の耐久性の低下を少なくすることに期待がもてる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｂ液（硬化剤）添加量とゲル化時間との関係を表したグラフである。
【図２】Ｂ液（硬化剤）添加量と固結体の収縮率との関係を表したグラフである。
【図１】
0003981514.tif 000003
【図２】
0003981514.tif 000004