(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリ珪酸塩水溶液を含む主剤液と硬化剤の水溶液を組み合わせてなる珪酸塩系土質安定用薬液であって、硬化剤がスルファミン酸１００質量部に対して鉱酸のアンモニウム塩０．０１３〜１質量部、水溶性多価金属塩５〜３０質量部を含んでなり、主剤液のＳｉＯ２成分に対する硬化剤中の水溶性多価金属塩のモル比（ＳｉＯ２／水溶性多価金属塩）が１０〜１３５となるように配合されてなることを特徴とする珪酸塩系土質安定用薬液。
【請求項２】
鉱酸のアンモニウム塩がスルファミン酸アンモニウムである請求項１記載の珪酸塩系土質安定用薬液。
【請求項３】
水溶性多価金属塩が、カルシウム塩、マグネシウム塩、アルミニウム塩よりなる群から選ばれた少なくも１種である請求項１または２記載の珪酸塩系土質安定用薬液。
【請求項４】
珪酸塩系土質安定用薬液を地盤内に注入し、地盤内で硬化させて地盤を安定化させるにあたり、請求項１乃至３いずれか一項に記載の珪酸塩系土質安定用薬液を用いることを特徴とする地盤安定化工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤安定化工法用の珪酸塩系土質安定用薬液に関する。
【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、地盤内でゲル化させる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成分とする主剤液と、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、安価である、他の土質安定用薬液と比較して公害を起こすおそれが小さいなどの特徴から、現在広く実用化されている。この珪酸塩系土質安定用薬液は、施工の目的や地盤の状況に応じて硬化剤の使用量を調節することにより薬液のゲルタイムを調整して施工が行われている。例えば、土壌粒子の間隙に薬液を充分浸透させた後ゲル化させる、いわゆる浸透注入工法による施工では薬液のゲルタイムを数分〜数十分に調整して用いられている。
【０００３】
また、上記浸透注入工法においても、地盤の土質条件によって薬液が未だゲル化しないうちに施工箇所以外の地盤中に流出して施工を不確実なものにしたり、薬液が地下水や井戸水に流入して公害問題を起こしたりするおそれがある場合や、漏水地盤を止水するような場合には薬液のゲルタイムを十数秒以内に調整してゲル化させる施工法、いわゆる瞬結工法で施工が行われている。
【０００４】
珪酸塩系土質安定用薬液の硬化剤としては現在種々の物質が知られており、幅広く実用化されているが、この中でも特にスルファミン酸は吸湿性、腐食性の低い粉末状白色結晶であり、水に溶解すると硫酸に匹敵する強酸性を示すので取り扱いの容易な硬化剤として有用なことは周知の通りである。
【０００５】
特開昭５６−１５５２８７号公報にはスルファミン酸に水溶性無機塩を配合成分として併用する珪酸塩系土質安定用薬液に用いる硬化剤が開示されている。この公報に記載されている硬化剤はスルファミン酸と水溶性無機塩とを質量比２：１〜１：１程度とした混合物を主体としており、スルファミン酸と混合させられる水溶性無機塩としては、硫酸、塩酸、硝酸、燐酸、ピロ燐酸、硼酸、炭酸、アルミン酸、塩素酸、過塩素酸、珪フッ酸、重クロム酸、過マンガン酸、スルファミン酸などの無機酸のアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、遷移金属塩などの金属塩または酸性金属塩もしくはアンモニウム塩のうち水溶性のものが挙げられている。特に有用な水溶性無機塩として、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化カルシウムなどが挙げられ、これにより生成する珪酸ゲルの硬度が大きくなること、即ちスルファミン酸を硬化剤とした場合に比べ強度の発現が改良されることが記載されている。
【０００６】
さらにこの公報に開示された珪酸塩系土質安定用薬液に用いる硬化剤は、通常５〜１５質量％の水溶液とした硬化剤１００質量部程度と、通常３０〜７０％の水溶液とした珪酸塩系土壌安定剤１００質量部とを混合し硬化剤として使用している。
【０００７】
ここで、アルカリ珪酸塩として珪酸塩系土質安定用薬液用に通常使用されるＪＩＳ３号水ガラスを用い、水溶性無機塩として塩化カルシウムを用いた場合、薬液中のＳｉＯ２成分に対する硬化剤中の水溶性無機塩のモル比（ＳｉＯ２／水溶性無機塩）は２．１〜２２．５となるが、このような範囲では薬液中のＳｉＯ２成分の析出を生じる場合があり、均一な硬化体が得難いものであった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
スルファミン酸を硬化剤とした珪酸塩系土質安定用薬液では以下のような問題点があった。
【０００９】
▲１▼強度の発現が充分なものとは言えず、例えばアルカリ珪酸塩に対する硬化剤の量比を少なく用い、薬液のゲルタイムを十〜十数分程度に調整し、地盤中への浸透注入により施工を行なった場合、処理された地盤を切削したときにこの地盤が崩壊してしまう。また、漏水地盤を止水するためにアルカリ珪酸塩に対する硬化剤の量比を多くして薬液のゲルタイムを十数秒以内とする瞬結工法で施工した場合でも漏水地盤を充分に止水できない。
【００１０】
▲２▼実施工現場では、硬化剤液を調製する際の硬化剤の溶解時間は短いほど作業効率が向上して好ましいものである。しかし、硬化剤であるスルファミン酸は水に対する溶解速度が遅いため、特に冬場の施工など水温が低い時期での施工では硬化剤を溶解して硬化材液を調製するのに長時間を要する。そのため、薬液の地盤への注入速度によっては硬化剤液調製が間に合わず、硬化剤液調製のために施工を一時中断せねばならないなど施工効率が悪い。
【００１１】
▲３▼所定のゲルタイムを得るために必要なアルカリ珪酸塩に対する硬化剤の量比が多いため、実施工の場面では多量の硬化剤を施工現場へ搬入し貯蔵しておくためのスペースが必要となり、現場での作業性が悪いうえ不経済である。
【００１２】
一方、上記特開昭５６−１５５２８７号公報で開示された珪酸塩系土質安定用薬液に用いる硬化剤では、スルファミン酸を硬化剤とした場合の溶解速度が遅いこと、所定のゲルタイムを得るために必要なアルカリ珪酸塩に対する硬化剤の量比が多いことに関する問題点は未だ解決されていない。さらに上述のように、薬液を調製した際、ゲル体の主体をなす薬液中のＳｉＯ２成分が析出し沈降して、均一な硬化体を形成されず、実質上地盤安定用薬液として使用できないという問題もあった。
【００１３】
本発明の目的は、従来の珪酸塩系土質安定用薬液に用いる硬化剤における上記問題点を改善し、低温時の施工においても硬化剤の水に対する溶解速度が速く、かつ、アルカリ珪酸塩に対する硬化剤の量比が従来よりも少量であっても所定のゲルタイムが得られ、さらに、調製された薬液がゲル体の主体をなす薬液中のＳｉＯ２成分の析出・沈降により均一な硬化体が得られなくなるということがなく、アルカリ珪酸塩に対する硬化剤の量比の少ないゲルタイム十分〜十数分のいわゆる中結〜長結型とした場合においても、又、アルカリ珪酸塩に対する硬化剤の量比を多くしたゲルタイム十秒以内のいわゆる瞬結型の場合においても形成された硬化体の強度発現が良好であり、確実・効率よく地盤を安定化処理できる珪酸塩系土質安定用薬液に用いる硬化剤を提供することにある。
【００１４】
本発明の珪酸塩系土質安定用薬液に用いる硬化剤は下記（１）〜（４）のような性能を満たすことが目安となる。
【００１５】
（１）スルファミン酸としては、３２メッシュ篩残分が５０質量％程度の一般に市販されている工業用のスルファミン酸を用いて調製された硬化剤２０ｋｇを５℃の水に溶解して２００リットルの硬化剤液とする際の硬化剤の溶解時間が８分以内であること。
【００１６】
アルカリ珪酸塩としてＪＩＳ３号珪酸ソーダを用い、ＪＩＳ３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とし、硬化剤を含む水溶液を硬化剤液として、主剤液と硬化剤液とを等容量ずつ混合して得られた薬液が温度２０℃において、
（２）ゲル体の主体をなす薬液中のＳｉＯ２成分が析出し沈降して、均一な硬化体が得られること。
【００１７】
（３）１５秒未満のゲルタイムの薬液を得るのに必要な硬化材液２００リットル中の硬化剤の使用量が２０ｋｇ未満であること。
【００１８】
（４）硬化剤液の硬化剤量を調整して薬液のゲルタイムを十〜十数分程度に調製したときに形成された硬化体（ホモゲル体）の材令１日の一軸圧縮強度が０．０１Ｎ／ｍｍ２以上であり、かつ、硬化剤液中の硬化剤量を調整して薬液のゲルタイムを１５秒未満に調製したときに形成された硬化体（ホモゲル体）の材令１日の一軸圧縮強度が０．０３Ｎ／ｍｍ２以上であること。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、酸性アンモニウム塩及び水溶性多価金属塩をスルファミン酸に対して特定の質量比の範囲内で組み合わせ硬化剤とすることで、意外にも、アルカリ珪酸塩に対する硬化剤の量比が少なくゲルタイム十分程度とした場合も、硬化剤の量比を多くしてゲルタイム十数秒以内とした場合でも形成された硬化体の強度の発現が良好であること。また、低温時においても硬化剤の水に対する溶解速度が速く、アルカリ珪酸塩に対する硬化剤の量比が少量であっても所定のゲルタイムが得られること、さらに薬液中のＳｉＯ２成分に対する硬化剤中の多価金属塩のモル比を特定の範囲内とすることで、薬液中のＳｉＯ２成分が析出し沈降することを回避できることを見出し、本発明に到達した。
【００２０】
すなわち、本発明の第一の発明は、アルカリ珪酸塩水溶液を含む主剤液と硬化剤の水溶液を組み合わせてなる珪酸塩系土質安定用薬液であって、硬化剤がスルファミン酸１００質量部に対して鉱酸のアンモニウム塩０．０１３〜１質量部、水溶性多価金属塩５〜３０質量部を含んでなり、主剤液のＳｉＯ２成分に対する硬化剤中の水溶性多価金属塩のモル比（ＳｉＯ２／水溶性多価金属塩）が１０〜１３５となるように配合されてなることを特徴とする珪酸塩系土質安定用薬液を要旨とする。
【００２１】
本発明の第二の発明は、珪酸塩系土質安定用薬液を地盤内に注入し、地盤内で硬化させて地盤を安定化させるにあたり、前記第一の発明の珪酸塩系土質安定用薬液を用いることを特徴とする地盤安定化工法を要旨とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の珪酸塩系土質安定用薬液の主剤として使用されるアルカリ珪酸塩は、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  Ｋ−１４０８）に規定される１〜３号珪酸ソーダ、ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏ（モル比）が４〜１００の範囲にあるシリカゾルなどを用いることができる。又「ニトロック」（商品名、三菱レイヨン社製）を用いることもできる。これらの珪酸ソーダは一般に水溶液になっているが施工時に土質安定化に適した濃度とするために適宜水で希釈することもできる。例えば、珪酸ソーダ水溶液（以下、Ａ液ともいう。）と硬化剤液（以下、Ｂ液ともいう。）とを等容量ずつ混合しながら地盤内に注入する通常の施工方法において、珪酸ソーダとしてＪＩＳ３号を用いる場合は、通常、ＪＩＳ３号水ガラス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液中の珪酸ソーダの濃度は高くするほど処理地盤の強度を大きくすることができる。
【００２３】
一方、珪酸ソーダ濃度が高くなりすぎると薬液の粘度が高くなり、ポンプによる圧送の際機器負荷が増大したり、薬液の地盤内での浸透性が低下する傾向にある。
【００２４】
本発明の珪酸塩系土質安定用薬液の硬化剤は、スルファミン酸に後述する鉱酸のアンモニウム塩と水溶性多価金属塩を後述の量比で配合することで得られる。スルファミン酸は上記Ａ液を地盤内でゲル化させるために用いられるものであって、一般に市販されているものを用いることができる。
【００２５】
本発明の珪酸塩系土質安定用薬液に用いる硬化剤の配合成分の鉱酸のアンモニウム塩とは、スルファミン酸、硫酸、塩酸、硝酸、燐酸、ピロ燐酸、硼酸、炭酸、アルミン酸、塩素酸、過塩素酸、珪フッ酸、重クロム酸、過マンガン酸などの鉱酸のアンモニウム塩であり、安全性・取り扱い性から、スルファミン酸アンモニウムが好ましい。
【００２６】
本発明の珪酸塩系土質安定用薬液に用いる硬化剤の配合成分である鉱酸のアンモニウム塩の配合量はスルファミン酸１００質量部当たりの下限値として０．０１３質量部、好ましくは０．２質量部以上である。上限値としては１質量部、好ましくは０．５質量部以下である。
【００２７】
酸性アンモニウム塩の配合量が本発明で規定する量比よりも少ない場合は硬化剤の溶解時間が長くなり、一方、多い場合は硬化剤の使用量が多くなり、本発明が目的とする性能が得られない。
【００２８】
本発明の珪酸塩系土質安定用薬液に用いる硬化剤の配合成分の水溶性多価金属塩とは、スルファミン酸、硫酸、塩酸、硝酸、燐酸、ピロ燐酸、硼酸、炭酸、アルミン酸、塩素酸、過塩素酸、珪フッ酸、重クロム酸、過マンガン酸などの鉱酸の２価または３価金属の塩のうち水溶性のものである。この中で、水溶性のカルシウム塩、マグネシウム塩、アルミニウム塩が好ましい。なかんずく有用な水溶性多価金属塩としては、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、硫酸アルミニウムを例示することができる。なお、カルシウム塩、マグネシウム塩、アルミニウム塩であっても、例えば硫酸カルシウム、燐酸カルシウム、硫酸マグネシウム、炭酸マグネシウムなど水に対し難溶性の塩もあるが、これら難溶性の塩は土質安定用薬液としてのＢ液を調製できず、実質上使用できない。また、金属塩として、塩化ナトリウム、塩化カリウムなどの１価の金属塩などの本発明で規定する配合成分以外のもののみを配合しても、本発明が目的とする硬化体（ホモゲル体）の一軸圧縮強度が得られない。
【００２９】
本発明の珪酸塩系土質安定用薬液に用いる硬化剤の配合成分である水溶性多価金属塩の配合量は、スルファミン酸１００質量部当たりの下限値としては５質量部、好ましくは２０質量部であり、上限値としては３０質量部である。水溶性多価金属塩の配合量が本発明で規定する量比の範囲を外れた場合は、本発明が目的とする硬化体（ホモゲル体）の一軸圧縮強度が得られない。
【００３０】
本発明の珪酸塩系土質安定用薬液に用いる硬化剤の配合成分である酸性アンモニウム塩及び水溶性多価金属塩は一般に市販されているものを用いることができる。本発明の珪酸塩系土質安定用薬液に用いる硬化剤は水に溶解してＢ液として用いる。
【００３１】
水溶性多価金属塩の使用量は、Ａ液とＢ液とを混合した薬液において、薬液中のＳｉＯ２成分に対する硬化剤中の水溶性多価金属塩のモル比ＳｉＯ２／多価金属塩が、下限値１０、上限値１３５の範囲内において、所望のゲルタイムに応じて薬液のゲルタイムを短くする場合は多く、薬液のゲルタイムを長くする場合は少なく調節して用いる。
【００３２】
薬液中のＳｉＯ２成分に対する硬化剤中の水溶性多価金属塩のモル比（ＳｉＯ２／水溶性多価金属塩）が１０より小さい場合は、ゲル体の主体をなす薬液中のＳｉＯ２成分が析出し沈降して均一な硬化体が得られなくなる。
【００３３】
一方、薬液中のＳｉＯ２成分に対する硬化剤中の多価金属塩のモル比（ＳｉＯ２／水溶性多価金属塩）が１３５よりも大きい場合は、本発明が目的とする硬化体（ホモゲル体）の一軸圧縮強度が得られない。
【００３４】
本発明の珪酸塩系土質安定用薬液に用いる硬化剤を地盤安定化工法に用いる場合、主剤としてアルカリ珪酸塩を主成分とするものと必要に応じて水とを混合したＡ液を調製する。また、本発明で規定した硬化剤と水とを混合したＢ液を調製する。さらに、Ａ液とＢ液の混合液中におけるＳｉＯ２／水溶性多価金属塩のモル比が本発明で規定したモル比となるように混合して得られた薬液を地盤内に注入して硬化させて、地盤を安定化させる。
【００３５】
薬液の注入に際しては、短管式、二重管式、多重管式等の各種注入管を用いることができ、又、Ａ液とＢ液とを予め混合して注入管に導く方法、Ａ液とＢ液とを注入管の基部に設けた混合部、例えばＹ字管形状の混合部で混合、注入する方法、Ａ液とＢ液とをそれぞれ独立に注入管に導いて注入管から地盤内に注入しながら地盤内において合流、混合させるなど、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できる。
【００３６】
以上述べたように、本発明の珪酸塩系土質安定用薬液を用いると、低温時の施工においても硬化剤の水に対する溶解速度が速く、硬化剤の量比が従来よりも少量であっても所定のゲルタイムが得られ、薬液のゲルタイム十数秒以内であっても十分程度であっても得られる硬化体に高い強度を付与でき、薬液中のＳｉＯ2成分の析出し沈降して均一な硬化体が得られなくなって、地盤の安定化処理ができなくなるといった不測の事態も回避できる。
【００３７】
【実施例】
以下に本発明を実施例を用いて更に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００３８】
実施例及び比較例
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製した。
【００３９】
Ｂ液：スルファミン酸と各種配合成分を表１に記載の量を容量が２００リットルとなるように水に溶解して調製した。
【００４０】
スルファミン酸は工業用品を、各種配合成分は試薬１級を用いた。
【００４１】
各試験におけるスルファミン酸の量、配合成分の種類、量、Ｂ液２００リットルにおける硬化剤組成物の配合量、Ａ液とＢ液との混合液(Ａ＋Ｂ液)中におけるＳｉＯ２／水溶性多価金属塩ないし、比較例として１価の金属塩のモル比、及び硬化剤及び薬液の性能評価項目として、硬化剤組成物２０ｋｇを含むＢ液２００リットルを調製時での５℃における硬化剤組成物の溶解時間、Ａ液とＢ液混合時の状況（表中では混合状況と表示）、Ａ液とＢ液との混合液のゲルタイム、形成された硬化体（ホモゲル体）の材令１日の一軸圧縮強度のそれぞれについての測定結果と総合評価を表１に示した。
【００４２】
表の配合成分としての鉱酸のアンモニウム塩や水溶性多価金属塩の種類の欄において、Ｃ：スルファミン酸アンモニウム、Ｄ：硫酸アンモニウム、Ｅ：塩化カルシウム、Ｆ：塩化マグネシウム、Ｇ：硫酸アルミニウム、Ｈ：塩化カリウムを示す。
【００４３】
また、硬化剤及び薬液性能の各評価項目の試験法と評価の基準は以下の通りである。
【００４４】
硬化剤溶解時間：５℃の環境下、ドラム缶内に硬化剤組成物２０ｋｇと硬化剤溶解後のＢ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し均一な水溶液となるまでに要した時間を測定した。なお、同欄では硬化剤組成物２０ｋｇの場合の測定結果を示し、表記：＊は測定しなかったことを示す。
【００４５】
Ａ液とＢ液混合時の状況：液温２０℃において、等容量のＡ液とＢ液をよく混合して容器内に静置し、混合液の状況を目視観察した。同欄における表記：○は珪酸成分の析出し沈降することが無く、均一なゲル体が形成されたことを示し、表記：×は珪酸成分が析出し沈降して、均一なゲル体が形成されなかったことを示す。
【００４６】
薬液のゲルタイム：液温２０℃において、当容量のＡ液とＢ液をよく混合して容器内に静置し、混合液の流動性がなくなるまでの所要時間をゲルタイムとした。
【００４７】
硬化体の一軸圧縮強度：液温２０℃において、Ａ液とＢ液の当容量混合液を円柱型の型枠（径５ｃｍ×高さ１０ｃｍ）内に流し込み、形成された硬化体（ホモゲル体）の材令１日の一軸圧縮強度を測定した。
【００４８】
なお、表１中、表記：−は、硬化剤溶解時間、Ａ液とＢ液混合時の状況、１５秒未満のゲルタイムの薬液を得るに必要な硬化剤の使用量、の何れかの性能が本発明の目的に達していなかったため、測定しなかったことを示す。
【００４９】
総合評価：硬化剤２０ｋｇの５℃での溶解時間が８分以内、混合状況が○、１０秒未満のゲルタイムの薬液を得るに必要な硬化材液２００リットル中の硬化剤の使用量が２０ｋｇ未満、ゲルタイムが十〜十数分程度の場合は、測定した一軸圧縮強度が０．０１Ｎ／ｍｍ２以上であり、ゲルタイムが１５秒未満の場合は一軸圧縮強度が０．０３Ｎ／ｍｍ２以上であるものを○とし、何れかの性能が上記基準に達しないものを×とした。
【００５０】
【表１】
0004094285.tif 000002
表１から明らかなように、本発明の要件を満たした場合には、硬化剤２０ｋｇの５℃での溶解時間が８分以内であり、Ａ液とＢ液の混合時にも珪酸成分の析出・沈降が無く均一なゲル体が形成され、硬化剤液２００リットル中の硬化剤の使用量が２０ｋｇ未満で１５秒未満のゲルタイムの薬液が得られ、ゲルタイムが十〜十数分程度とした場合に形成された硬化体（ホモゲル体）の材令１日の一軸圧縮強度が０．０１Ｎ／ｍｍ２以上であり、ゲルタイムが１５秒未満とした場合は硬化体の材令１日の一軸圧縮強度が０．０３Ｎ／ｍｍ２以上となり、本発明の目的を達成することができたのに対し、本発明で規定する配合成分を用いても、スルファミン酸に対する鉱酸のアンモニウム塩や水溶性多価金属塩の量比が本発明の規定から外れた場合や、水溶性多価金属塩の珪酸成分に対するモル比が本発明の規定から外れた場合は、硬化剤２０ｋｇの５℃での溶解時間が長かったり、珪酸成分が析出し沈降したり、硬化剤の使用量が２０ｋｇ未満で１５秒未満のゲルタイムの薬液が得られなかったり、得られた硬化体の強度が低くなるなど、本発明の目的を達成できなかった。
【００５１】
【発明の効果】
本発明の珪酸塩系土質安定用薬液に用いる硬化剤は、従来のスルファミン酸に水溶性無機塩を配合成分として併用する珪酸塩系土質安定用薬液に用いる硬化剤に比較し、下記の特徴を有する。
▲１▼低温時の施工においても硬化剤の水に対する溶解速度が速い。
▲２▼アルカリ珪酸塩に対する硬化剤の量比が従来よりも少量であっても所定のゲルタイムが得られる。
▲３▼本発明の硬化剤を用いて調製される珪酸塩系土質安定用薬液は、薬液中の珪酸成分が析出し沈降することがないため、得られる硬化体が不均一となるようなことがない。
▲４▼薬液のゲルタイムを十分〜十数分とした場合であっても十数秒以内とした場合であっても得られる硬化体の強度発現が良好である。
従って、より安全・確実・効率的に地盤を安定化できる。