(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液状化対策工に用いる地盤改良材であって、
金属珪素を原材料とするアルカリを除去することなく製造されたシリカゾルとともに、希釈水ガラス及び硫酸が配合されている、ことを特徴とする地盤改良材。
【請求項２】
シリカゾル、希釈水ガラス及び硫酸を混合して地盤改良材を製造するにあたり、
前記シリカゾルとして金属珪素を原材料とするアルカリを除去することなく製造されたものを用いるとともに、
前記硫酸を水で希釈してから前記シリカゾルと混合し、この混合液を前記希釈水ガラスと混合して配合する、
ことを特徴とする地盤改良材の製造方法。
【請求項３】
シリカゾル、希釈水ガラス及び硫酸を配合して地盤改良材を製造するにあたり、
前記シリカゾルとして金属珪素を原材料とするアルカリを除去することなく製造されたものを用いるとともに、
前記シリカゾルを水で希釈してから前記硫酸と混合し、この混合液を前記希釈水ガラスと混合して配合する、
ことを特徴とする地盤改良材の製造方法。
【請求項４】
シリカゾル、希釈水ガラス及び硫酸を配合して地盤改良材を製造するにあたり、
前記シリカゾルとして金属珪素を原材料とするアルカリを除去することなく製造されたものを用いるとともに、
前記硫酸を水で希釈してから前記希釈水ガラスと混合し、この混合液を前記シリカゾルと混合して配合する、
ことを特徴とする地盤改良材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液状化対策工や岩盤注入工などに用いるに好適な地盤改良材及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の地盤改良材（グラウト）としては、硫酸等の硬化材とともに注入する水ガラス（珪酸ソーダ）や、水ガラスに硫酸等の酸性中和剤を反応させてアルカリを除去し熟成してゾル状にした酸性シリカゾル（コロイダルシリカ）、水ガラスからイオン交換等によってアルカリを除去したコロイダルシリカ（シリカゾル）、あるいはこれらを混合したものなどがある（例えば、水ガラス及びコロイダルシリカを主材とし、硬化材として燐酸及びグリオキザールが添加された特許文献１参照。）。これら従来の地盤改良材は、硬化後強度、ゲルタイム、地盤への浸透性、環境への影響など、さまざまな配慮がなされ、提案されたものである。
【０００３】
しかしながら、この従来の地盤改良材は、耐久性の点で十分なものとはいえなかった。これは、水ガラスはもちろん、コロイダルシリカ（シリカゾル）も、自己溶解を誘発するナトリウム等のアルカリ分が完全に除去されていないためである。
【特許文献１】特開平１０‐３６８４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする主たる課題は、耐久性に優れた地盤改良材及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題を解決した本発明は、次のとおりである。
【０００６】
〔請求項１記載の発明〕
液状化対策工に用いる地盤改良材であって、
金属珪素を原材料とするアルカリを除去することなく製造されたシリカゾルとともに、希釈水ガラス及び硫酸が配合されている、ことを特徴とする地盤改良材。
【０００７】
【０００８】
【０００９】
〔請求項２記載の発明〕
シリカゾル、希釈水ガラス及び硫酸を混合して地盤改良材を製造するにあたり、
前記シリカゾルとして金属珪素を原材料とするアルカリを除去することなく製造されたものを用いるとともに、
前記硫酸を水で希釈してから前記シリカゾルと混合し、この混合液を前記希釈水ガラスと混合して配合する、
ことを特徴とする地盤改良材の製造方法。
【００１０】
〔請求項３記載の発明〕
シリカゾル、希釈水ガラス及び硫酸を配合して地盤改良材を製造するにあたり、
前記シリカゾルとして金属珪素を原材料とするアルカリを除去することなく製造されたものを用いるとともに、
前記シリカゾルを水で希釈してから前記硫酸と混合し、この混合液を前記希釈水ガラスと混合して配合する、
ことを特徴とする地盤改良材の製造方法。
【００１１】
〔請求項４記載の発明〕
シリカゾル、希釈水ガラス及び硫酸を配合して地盤改良材を製造するにあたり、
前記シリカゾルとして金属珪素を原材料とするアルカリを除去することなく製造されたものを用いるとともに、
前記硫酸を水で希釈してから前記希釈水ガラスと混合し、この混合液を前記シリカゾルと混合して配合する、
ことを特徴とする地盤改良材の製造方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、耐久性に優れた地盤改良材及びその製造方法となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本発明の実施の形態を説明する。
本形態の地盤改良材は、金属珪素（シリコン）から製造されたシリカゾル（コロイダルシリカ）が配合されていること、つまり水ガラスではなく金属珪素を原材料とするコロイダルシリカが配合されていることを特徴とする。水ガラスを原材料とすると、硬化材や中和剤として硫酸等の酸と反応させたとしても製造されるコロイダルシリカコロイド中に残留したアルカリが残り、耐久性が劣る。これに対し、金属珪素はアルカリを含まないため、金属珪素を原材料とするコロイダルシリカもアルカリを含まず、したがって当該コロイダルシリカが配合された地盤改良材は、耐久性に優れたものとなる。
【００１４】
ここで金属珪素からシリカゾルを製造する方法は、特に限定されない。例えば、金属珪素からシリカゾルを製造する方法を開示する米国特許２６１４９９５号公報や、金属珪素からテトラメチルシリケートを製造する方法を開示する米国特許２４７３２６０号公報、テトラメチルシリケートからシリカゾル（コロイダルシリカ）を製造する方法を開示する特開平６−３１６４０７号公報などを参考にすることができる。
【００１５】
金属珪素から製造されたシリカゾルは、そのまま地盤改良材とすることもでき、また、この地盤改良材は、その用途が特に限定されない。ただし、得られた地盤改良材を液状化対策工に用いる場合は、金属珪素から製造されたシリカゾルとともに、希釈水ガラス及び酸性中和剤たる硫酸を配合するのが好ましい。水ガラス及び硫酸を配合すると、安価に強度向上を図ることができる。この点、水ガラスを配合すると、たとえ酸性中和剤たる硫酸も配合するとしてもアルカリ残留の問題が生じる。しかしながら、液状化対策工の場合は、大きな強度の必要性はなく配合される水ガラスが比較的少量ため、少量のアルカリ残留は、大きな問題とはならない。なお、液状化対策工については、例えば、特許第３１０２７８６号公報などを参考にすることができる。
【００１６】
以上において、ＪＩＳ３号水ガラスを使用する場合、シリカゾル、３号水ガラス、硫酸の配合割合（容量基準）は、１ｍ3あたり５０Ｌ：５０Ｌ：水ガラス中和量×１．０５〜５００Ｌ：３００Ｌ：水ガラス中和量×２．０、好ましくは１ｍ3あたり８０Ｌ：８０Ｌ：水ガラス中和量×１．１〜２００Ｌ：２００Ｌ：水ガラス中和量×１．５である。また、特殊高モル水ガラス（ＳｉＯ2（２４％）、Ｎａ2Ｏ（６．２％）、比重１．２８）を使用する場合、シリカゾル、特殊水ガラス、硫酸の配合割合（容量基準）は、１ｍ3あたり５０Ｌ：５０Ｌ：水ガラス中和量×１．０５〜５００Ｌ：４００Ｌ：水ガラス中和量×２．０、好ましくは１ｍ3あたり８０Ｌ：８０Ｌ：水ガラス中和量×１．１〜２５０Ｌ：２５０Ｌ：水ガラス中和量×１．５である。さらに、特殊高モル水ガラス（ＳｉＯ2（１８％）、Ｎａ2Ｏ（４．１％）、比重１．２０）を使用する場合、シリカゾル、特殊水ガラス、硫酸の配合割合（容量基準）は、１ｍ3あたり５０Ｌ：５０Ｌ：水ガラス中和量×１．０５〜４００Ｌ：５００Ｌ：水ガラス中和量×２．０、好ましくは１ｍ3あたり８０Ｌ：８０Ｌ：水ガラス中和量×１．１〜２５０Ｌ：２５０Ｌ：水ガラス中和量×１．５である。シリカゾルの配合割合に対する水ガラスの配合割合が多いと、注入材中の塩分濃度が高くなり収縮等の問題が発生する。他方、シリカゾルの配合割合に対する希釈水ガラスの配合割合が少ないと、強度が大幅に低下する。
【００１７】
ところで、以上のようにシリカゾル、希釈水ガラス及び硫酸を混合して地盤改良材を製造するにあたっては、シリカゾルと硫酸とを直接混合すること、及び、シリカゾルと希釈水ガラスとを直接混合することは、避けるのが好ましい。シリカゾルと硫酸とを直接混合すると、ゲル化するのが早く、例えば、シリカゾル１００Ｌと硫酸２３．５Ｌとを直接混合すると、数分〜数時間でゲル化してしまう。また、シリカゾルと希釈水ガラスとを直接混合すると、白濁、沈殿の問題が生じ易く、例えば、本発明者らが試験したところによると、シリカゾル１００Ｌと希釈水ガラス（水：水ガラス＝２：１）３６０Ｌとを直接混合すると、瞬時に白濁、沈殿の問題が生じた。
【００１８】
これらを避ける方法としては、次の３形態を推奨する。
すなわち、シリカゾルとして金属珪素から製造されたものを用いることを前提に、（１）硫酸を水で希釈（例えば、硫酸濃度５０％以下、好ましくは２０％以下に希釈。）してからシリカゾルと混合し、この混合液を希釈水ガラスと混合する、（２）シリカゾルを水で希釈（例えば、シリカ濃度２０％以下、好ましくは１５％以下に希釈。）してから硫酸と混合し、この混合液を希釈水ガラスと混合する、（３）硫酸を水で希釈（例えば、硫酸濃度５０％以下、好ましくは２０％以下に希釈。）してから希釈水ガラスと混合し、この混合液をシリカゾルと混合する、形態である。
【００１９】
以上に対し、本形態の地盤改良材は、その用途にかかわらず、好ましくは先行してセメント系の地盤改良材が注入されている地盤に注入される場合（岩盤注入など）は、金属珪素から製造されたシリカゾルとともに、マグネシウム塩を配合するのが好ましい。この点、本形態の地盤改良材による固結物（本形態の地盤改良材が注入されて強度の高まった地盤）は、アルカリ金属水酸化物に対して溶解する傾向がある。しかしながら、マグネシウム塩等のアルカリ土類金属塩を配合すると、アルカリ側でアルカリ土類金属珪酸塩が生成され、アルカリに対する固結物の耐久性が向上する。ただし、たとえアルカリ土類金属塩であってもカルシウム塩を配合すると、混合後数分以内に白濁、沈殿（ゲル化）してしまい、溶液系の特徴である高浸透性を期待できない。したがって、マグネシウム塩を配合するのが好ましい。特に、先行してセメント系の地盤改良材が注入されている地盤に注入される場合は、金属珪素から製造されたシリカゾルとともに、マグネシウム塩が配合されていると、安定したゲルタイムを得ることができるとの利点がある。
【００２０】
ここで、マグネシウム塩が配合される前にシリカゾルのｐＨを２〜８、好ましくは３〜７に、硫酸を代表とする無機酸でｐＨ調整を行うのが好ましい。本形態のシリカゾルはｐＨ９〜１０であるが、この状態でマグネシウム塩を添加すると、瞬結となり、高い浸透性が得られない可能性がある。
【００２１】
ここでシリカゾルとマグネシウム塩との配合割合（容量：重量基準）は、１０００Ｌ：１０ｇ〜１０００Ｌ：５００ｇ、好ましくは１０００Ｌ：５０ｇ〜１０００Ｌ：２００ｇである。コロイダルシリカの配合割合に対するマグネシウム塩の配合割合が多いと、粘度が上昇し浸透性能が劣る。他方、コロイダルシリカの配合割合に対するマグネシウム塩の配合割合が少ないと、セメントと注入材が接触し、注入材がアルカリになったとき、ゲルタイムが大幅に長くなる。
【００２２】
（その他）
（１）本形態において使用することができる水ガラスは、その種類が特に限定されない。例えば、ＪＩＳ１４０８規定の珪酸ソーダ（ＸＮａ2Ｏ・ＹＳｉＯ2）相当品、すなわち、ＪＩＳ１号、２号、３号水ガラス や、珪素を溶解してモル比（ＳｉＯ2／Ｎａ2Ｏ）４程度の高モル比とした水ガラスなどを使用することができる。これらのうち、例えば、ＪＩＳ３号水ガラス は、ＳｉＯ2（２８〜３０質量％）、Ｎａ2Ｏ（９〜１０質量％）及び水（残部）からなるものであり、モル比（ＳｉＯ2／Ｎａ2Ｏ）が２．８〜３．３３とされる。
【００２３】
（２）本形態において使用することができる水ガラスは、ナトリウム以外のアルカリ金属、例えば、カリウムやリチウムなどを構成成分としていてもよい。本明細書において、水ガラスという言葉を用いているのは、アルカリ金属がナトリウムであることに限定する趣旨ではない。
【００２４】
（３）本形態の水ガラスは、水で希釈して希釈水ガラスとして使用するが、その希釈率は特に限定されない。ただし、希釈率は、好ましくは１．５倍〜４倍、より好ましくは２〜３倍である。希釈率が１．５倍を下回ると、水ガラスの粘性が大きく酸性液と混ざりにくい為、部分ゲルが発生しやすい。他方、希釈率が４倍を上回ると、シリカゾルの配合割合を大きくできないとの問題がある。
【実施例】
【００２５】
次に、本発明の実施例を説明する。
〔試験例１〕
金属珪素から製造されたシリカゾルと希釈水ガラス及び硫酸とが配合された地盤改良材について、耐久性を評価する試験を行った。原材料の種類及び配合割合は、表１に示すとおりとした。また、評価項目は、サンドゲルタイム（時間）、ホモゲルタイム（時間）、サンドゲル一軸強度（ｋＰａ、材令７日、豊浦砂を使用。）、サンドゲル一軸強度（ｋＰａ、材令２８日、豊浦砂を使用。）とした。結果は、表１に示した。なお、コロイダルシリカ（シリカゾル）としては、済南銀豊硅制品公司製（ＳｉＯ2：３．３質量％、Ｎａ2Ｏ：０．３５質量％、比重１．２１）を使用した。また、水ガラスとしては、ＳｉＯ2（２８．５質量％）、Ｎａ2Ｏ（９．４質量％）及び水（残部）からなり、比重１．４の３号水ガラスを使用した。この３号水ガラスは、３倍に希釈して使用した。
【００２６】
【表１】
0004926014.tif 000002
【００２７】
〔試験例２〕
金属珪素から製造されたシリカゾルとアルカリ土類金属塩とが配合された地盤改良材について、アルカリ土類金属塩としてマグネシウム塩を使用した場合とカルシウム塩を使用した場合とを比較する試験を行った。原材料の種類及び配合割合並びに結果を、表２に示した。なお、外観は目視によって評価した。
【００２８】
【表２】
0004926014.tif 000003
【００２９】
〔試験例３〕
金属珪素から製造されたシリカゾルにアルカリ土類金属塩を配合する場合と配合しない場合とを比較する試験を行った。また、アルカリ土類金属塩を配合した場合のシリカゾルのｐＨとゲル化時間の関係および原材料の種類及び配合割合並びに結果を、表３に示した。
【００３０】
【表３】
0004926014.tif 000004
【００３１】
〔試験例４〕
試験例３で示した地盤改良材の一部（参考例３、参考例４、参考例５及び比較例６）について、数ｍｍ〜数十ｍｍに粉砕した超微粒子セメント固結物と混合し、サンドゲルタイム及び硫化水素発生量（ｐｐｍ、２４時間平均）を測定した。地盤改良材の種類及び結果を表４に示した。なお、超微粒子セメント固結物としては、アロフィックス（Ｗ／Ｃ：１００％、ＭＣセット１％、材令２日）を用いた。
【００３２】
【表４】
0004926014.tif 000005
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、液状化対策工や岩盤注入工などに用いる地盤改良材及びその製造方法として、適用可能である。