発明の名称 地盤注入用薬液 発行国 日本国特許庁（ＪＰ） 公報種別 公開特許公報（Ａ） 公開番号 特開平９−７８０６４ 公開日 平成９年（１９９７）３月２５日 出願番号 特願平７−２６１０５１ 出願日 平成７年（１９９５）９月１４日 代理人 【弁理士】 【氏名又は名称】染谷 仁 発明者 栢原 健二 / 玉井 哲一 要約 目的 地盤中に注入して該地盤を固結する水ガラス−スラグ系の懸濁型地盤注入用薬液であって、配合水として海水、海水を含む水、あるいは海水の有効成分を含む水溶液を用いるにもかかわらず、ゲル化時間の調整が可能であるのみならず、充分に長いゲル化時間を保持し得、さらにはスラグ成分の沈降をも起こさず、均質に分散され、高強度で耐久性のある固結体を得る。 構成 水ガラスと、海水の存在下、あらかじめ少量の水ガラスの混合されたスラグと、海水、海水を含む水あるいは海水の含有成分を含む水溶液を有効成分として含有することにより構成される。 特許請求の範囲 【請求項１】 水ガラスと、海水の存在下、あらかじめ少量の水ガラスの混合されたスラグと、海水、海水を含む水、または海水の含有成分を含む水溶液とを有効成分としてなる懸濁型地盤注入用薬液。 【請求項２】 請求項１のスラグは比表面積が6000cm2/ｇ以上の微粒子スラグである請求項１の懸濁型地盤注入用薬液。 【請求項３】 前記海水の含有成分を含む水溶液がアルカリ金属塩またはアルカリ土金属塩を含む水溶液である請求項１の懸濁型地盤注入用薬液。 【請求項４】 請求項３のスラグは比表面積が6000cm2/g 以上の微粒子スラグである請求項３の懸濁型地盤注入用薬液。 発明の詳細な説明 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は海水あるいはそれに類似する水溶液（海水等という）を配合成分として用いた懸濁型の地盤注入用薬液に係り、特に、海水等を用いるにもかかわらず、ゲル化時間の調整が可能であるのみならず、充分に長いゲル化時間を保持し得、さらにスラグの沈降を起こさず、均質に分散され、高強度で耐久性に優れた固結体を得る懸濁型の地盤注入用薬液に関する。 【０００２】セメントグラウト、水ガラスグラウト等の地盤注入用薬液は配合液として、従来、清水が使われていた。この理由は清水以外の水、例えば海水、温泉水、工業廃水等では、地盤注入用薬液に本来的に要求される要件、例えば浸透に必要な流動時間、低粘性、固結強度、耐久性等の要件が得られないからである。 【０００３】しかし、近年、海岸付近での地盤改良の必要性が増大するにつれ、地盤注入用薬液の配合に際して、この付近での清水の確保が難しく、これを遠方から運んで来なければならなかったり、あるいは、場合によっては、清水の確保が不可能であったり等の不都合が生じている。 【０００４】そこで、最近では、セメントやスラグ等の懸濁型グラウトの配合液として、海水を用いることが試みられている。例えば、セメント−水ガラス系グラウトにおいて、水ガラスとしてモル比２.5〜３.0のものを用いたり、可溶性アルカリ材を添加したり、等の手段を講じて、このグラウトの配合液として海水を用いることが試みられている。 【０００５】しかし、セメント−水ガラス系グラウトはゲル化時間が本来的に短い。しかも、これに加えて、さらに、海水のゲル化促進効果により、上述の海水を用いたセメント−水ガラス系グラウトでは、ゲル化時間が数秒という極めて短いものとなり、このため、充分な浸透効果が得られなかった。 【０００６】また、高炉スラグと海水を混合したものを地盤に注入することも提案されている。しかし、高炉スラグに海水を添加したところで、海水はほぼ中性を呈するものであって、高炉スラグの潜在水硬性を刺激するには至らず、このため充分な強度発現は不可能である。 【０００７】さらに、水ガラスのようなアルカリ分と、微粉化スラグとを混合してなるグラウトも開発されている。この場合、水ガラスとして低モル比のものを用いることにより、上記スラグの潜在水硬性が発現される。 【０００８】しかし、この系の混合液に海水を用いた場合、ゲル化時間が短縮されてしまい、充分に長いゲル化時間を保持し得ないという問題が生じる。しかも、海水を用いた場合、重炭酸塩や炭酸塩等のゲル化遅延剤が機能しなくなる。特に、水温が高くなると、この傾向が著しくなる。 【０００９】また、スラグはそれ自体比重が大きく、かつ水ガラスと直ちに反応を生じるものではなく、このため、現場で送液中に沈澱分離して、注入液としての組成が大幅に変動してしまい、ゲル化時間のバラツキが生じたり、強度のバラツキも生じたり等、注入効果が不確実となる。 【００１０】 【発明が解決しようとする課題】本発明者は海水をグラウトの配合液として使用して上述の問題点を排除すべく鋭意研究の結果、本発明を完成するに至った。 【００１１】そこで、本発明の目的は海水等を配合液として用いるにもかかわらず、ゲル化時間の調整が可能であって充分に長いゲル化時間を保持し得、さらに海水の水温が高くてもゲル化時間の遅延が可能であり、かつスラグの沈降を防止できて注入管系統中で均質に分散された注入液を送液し得、このため配合通りの注入液を地盤中に浸透せしめ、上述の公知技術に存する欠点を改良した地盤注入用薬液を提供することにある。 【００１２】 【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するため、本発明によれば、水ガラスと、海水の存在下、あらかじめ少量の水ガラスの混合されたスラグと、海水、海水を含む水、あるいは海水の含有成分を含む水溶液とを有効成分としてなることを特徴とする。 【００１３】 【発明の実施の形態】本発明に用いられる水ガラスはモル比約４位以下の任意の水ガラス、粉状水ガラス、メタ珪酸ソーダ等であるが、好ましくはモル比２.8以下の水ガラス、さらに好ましくはモル比２.0以下の水ガラスである。また、任意のモル比の水ガラスに苛性アルカリを添加してモル比２.8以下に調整された水ガラスであってもよい。 【００１４】本発明に用いられる上述スラグは海水の存在下、あらかじめ少量の水ガラス、例えば、水ガラス純分で約５重量％以下、好ましくは0.１〜３重量％の水ガラスの混合されたスラグである。水ガラスが５重量％以上になると、スラグと直ちに反応してしまい、遅延剤として機能しなくなる。ここに用いられる水ガラスとしては、モル比２.8以下のものが好ましく、また、スラグとしては高炉スラグである。 【００１５】高炉スラグは通常、酸化カルシウムを20〜50重量％含み、90％以上がガラス質である。この粒度は通常、ブレーン比表面積が3000〜4000cm2/ｇであるが、本発明に用いられるスラグは6000cm2/ｇ以上、特に8000cm2/ｇ以上が好ましい。これは水ガラスに含まれるアルカリとの反応性を向上せしめ、良好な固結性を得るためである。 【００１６】本発明に用いられる配合水は、上述のとおり、海水、海水を含む水、海水に存在する各種塩類を含む水溶液、例えば、Ｎａイオン、Ｍｇイオン、Ｃｌイオン、ＳＯ4 イオンによって形成されるアルカリ金属塩またはアルカリ土金属塩を含む水溶液等である。 【００１７】海水中には多くの塩類が含有されている。この塩類の総濃度は場所によって異なるが、各成分の含有比率はほぼ一定である。したがって、塩類の総濃度はハロゲンイオンの総量を塩素イオン濃度に換算する千分率（g/kg、‰）で表される。塩素量19‰の海水の組成（‰、g/kg）を表１に示す。 【００１８】 【表１】 【００１９】〔実験例１〕本実験に用いられる材料として、表２に示される各種水ガラス（ａ−１、ａ−２、ａ−３、ａ−４）、表３に示される各種スラグ（ｂ−１、ｂ−２、ｂ−３、ｂ−４）、表４に示される各種助剤（ｃ−１、ｃ−２、ｃ−３、ｃ−４、ｃ−５、ｄ−１）、水道水（ｅ−１）および海水（ｅ−２）を用い、表５の実験No.1〜39に示される配合に従って、Ａ液およびＢ液を調製し、これらＡＢ合流液のゲル化時間を測定し、結果を表５に示した。 【００２０】 【表２】 【００２１】 【表３】 【００２２】表３において、平均粒径は粒径分布の累積値が50％を示す粒径、すなわち、メジアン径で表し、粒度分布幅は分布の上下それぞれ２.5％づつを除外した全粉体の95％を占める粒径の範囲を示す。 【００２３】また、表３におけるスラグはいずれも、ＳｉＯ2 ：３3.０２％、ＣａＯ：４1.９４％、Ａｌ2 Ｏ3 ：１2.８３％、ＭｇＯ：8.６１％、Ｆｅ2 Ｏ3 ：0.３７％の組成を有するものである。 【００２４】 【表４】 【００２５】 【表５】 【００２６】（注）表５の記号の説明（１）ａ−１、ａ−２、ａ−３、ａ−４はそれぞれ表２に示される水ガラス。 （２）ｂ−１、ｂ−２、ｂ−３、ｂ−４はそれぞれ表３に示されるスラグ。 （３）ｃ−１、ｃ−２、ｃ−３、ｃ−４、ｃ−５はそれぞれ表４に示される助剤１。 （４）ｄ−１は表４に示される助剤２。 （５）ｅ−１は水道水。 （６）ｅ−２は海水。 【００２７】表５において、Ａ液およびＢ液はそれぞれ、ミキサーからサンプリングし、混合してゲル化するまで攪拌しつづけた。 【００２８】なお、表５のＡ液およびＢ液は実際の地盤注入に当たっては、両者を混合して一液として注入してもよく、また、両者を別々にポンプで送液し、合流混合して注入してもよい。あるいはまた、混合槽中で、あらかじめスラグと海水と少量の水ガラスを混合しておき、これに水ガラス水溶液を投入して混合し、一液として注入してもよい。あるいはさらに、水ガラスと海水を混合しておき、これにスラグと少量の水ガラスを含む混合液、あるいはスラグと海水と少量の水ガラスを含む混合液を投入して作液してもよく、現場状況に合わせて任意の混合方法を採用することができる。 【００２９】表５より次のことがわかる。実験No.1〜４より、水ガラス−スラグ系グラウトでは、水道水を使用水（配合水）として用いれば、重曹であるゲル化促進剤が有効に作用してゲル化時間の調整が容易となることが示される。 【００３０】しかし、実験No.5〜９より、海水を使用水（配合水）として用いた場合、ゲル化時間が短縮し、特に、液温が30℃に上昇すると、ゲル化時間が大幅に短縮するのみならず、ゲル化遅延剤としての重曹が全く機能しないことがわかる。実際の現場では、海水を用いると、送液管内の注入液の液温は日射により30℃付近、あるいはそれ以上に上昇し、この場合、注入液の地盤中への浸透に必要な10分以上のゲル化時間は到底得られなくなる。 【００３１】これに対して、実験No.10 〜13より、スラグにあらかじめ少量の水ガラス（ｃ−３）を混合した場合、Ａ、Ｂ液の使用水として海水（ｅ−２）を用いても、ＡＢ合流液のゲル化時間は20℃の液温のみならず、30℃の液温でも充分に遅延し、しかも水ガラス（ｃ−３）の添加量によってゲル化時間の調整も可能であることが示される。 【００３２】さらに、実験No.14 〜18より、海水を用いず、この代わりに塩化ナトリウム（助剤２、ｄ−１）を用いても、上述と同様、水ガラス（ｃ−３）が充分にゲル化時間の遅延効果を呈していることが、実験No.14 との比較において充分に理解される。 【００３３】また、実験No.19 〜20より、スラグに少量の水ガラスを混合した場合、海水の存在がなければ、水ガラスの粘度は１分以内のうちに増大し、注入液としての浸透性が低下する。もちろん、Ａ、Ｂ合流液の粘度も合流直後に１00センチポイズ以上に増大し、これにたとえ、実験No.20 のように、ゲル化遅延剤（ｃ−１）を添加しても、浸透固結が困難となる。 【００３４】これに対して、スラグと少量の水ガラスを海水（またはＮａＣｌ等、海水の含有成分を含む水溶液）の存在下で混合した場合、その混合物の粘度はほぼ10センチポイズであり、これと水ガラスとの合流液（混合液）もゲル化に至る直前まで20センチポイズ以下の粘度を保ち、優れた浸透性を呈する。 【００３５】したがって、本発明では、スラグと少量の水ガラスを海水等の存在下で混合することが重要である。この理由は明らかではないが、スラグに少量の水ガラスと海水成分が作用してスラグ表面が一時的に反応性の低いコロイドで覆われ、微粒子スラグの活性を一時的に抑制する。この状態で多量の水ガラスが加わると、水ガラスのアルカリ分がスラグ表面のコロイドを溶解し、水ガラスのアルカリで微粒子スラグが活性化され、水硬性が発現するものと思われる。 【００３６】これに対して、スラグと少量の水ガラスの混合の際に海水等が存在しない場合には、ゲル化時間の延長が困難で、粘性も大幅に増大する。 【００３７】実験No.21 〜23はスラグの種類を表３のｂ−３に変えた本発明にかかる例であって、スラグの使用量の変化によってゲル化時間の調整が可能であり、かつ、いずれも充分に長いゲル化時間を保持している。 【００３８】実験No.24 〜26は本発明において、海水の代わりに塩化ナトリウム（ｄ−１）を用いても海水と同様の効果を呈することを示している。 【００３９】実験No.27 はスラグとしてブレーン比表面積4000cm2/ｇのスラグ（表２のｂ−１）を用いた例であり、この場合はゲル化時間が長すぎてしまい、好ましくない。 【００４０】実験No.28 〜39は水ガラスの種類を表２のａ−１〜ａ−４に変化させ、かつ、スラグに混合される水ガラスの種類を表４のｃ−２〜ｃ−５に変化させ、使用水として、海水、および海水を使用しない場合には塩化ナトリウム（ｄ−１）を用いたときの本発明にかかる例であって、いずれも、ゲル化時間の調整が可能であるとともに長いゲル化時間を保持し得ることを示している。 【００４１】〔実験例２〕表５の実験No.1、３、６、９、12、17の各試料について、（１）Ｂ液の沈降性、（２）ＡＢ合流液の均質性とゲル化時間のバラツキ／20℃、（３）強度（kgf/cm2)、（４）強度のバラツキ比について測定し、結果を表６に示した。 【００４２】表６における各試験項目の詳細は次のとおりである。 【００４３】（１）Ｂ液の沈降性について。 送液ホース１00ｍで送液したときの各試料のサンプリング液を用いた。 【００４４】（２）ＡＢ合流液の均質性とゲル化時間のバラツキ（20℃) について。 Ａ液送液１00ｍ、Ｂ液送液１00ｍで送液したときの合流部分から採取した10個のサンプリング液を用いた。 【００４５】（３）強度について。 配合ミキサーからサンプリングし、均質に混合してゲル化させてつくった供試体の28日一軸圧縮強度（kgf/cm2)を測定した。 【００４６】（４）強度のバラツキ比上記第（２）項のサンプリング液を混合し、ゲル化させてつくった10個の供試体の28日一軸圧縮強度のバラツキ比を測定した。 【００４７】 【表６】 【００４８】表６において、実験No.1の試料（表５の実験No.1) は水ガラス−スラグ−水系グラウトであり、実験No.2の試料（表５の実験No.3) はゲル化遅延剤として重曹を含む水ガラス−スラグ−水系グラウトであり、実験No.3の試料（表５の実験No.6) は重曹を含む水ガラス−スラグ−海水系グラウトであり、実験No.4の試料（表５の実験No.9) は水ガラス−スラグ−海水系グラウトであり、実験No.5の試料（表５の実験No.12)は水ガラス−少量の水ガラスの混合されたスラグ−海水系グラウトであって、本発明にかかる薬液（グラウト）に相当し、実験No.6の試料（表５の実験No.17)は水ガラス−少量の水ガラスの混合されたスラグ−海水の含有成分を含む水溶液系グラウトであって、本発明にかかる薬液（グラウト）に相当する。 【００４９】表６から明らかなように、実験No.5および６の本発明にかかる薬液（グラウト）は海岸地帯等において長距離をホースで送液しても、ホース中にスラグの沈澱物が析出されずに均質であり、また、サンプリング毎のスラグの濃度もほとんど変わらず、さらに、ゲル化時間比も0.９〜1.１の範囲におさまって安定しており、さらにまた、一軸圧縮強度も大きく、かつ強度のバラツキも非常に小さい。このため、本発明にかかるグラウトは施工性に優れ、浸透性や固結効果に関しても信頼性が高い。 【００５０】〔実験例３〕表５の実験No.1、３、６、12、17、21、24〜34、36、38について、28日一軸圧縮強度および３ケ月一軸圧縮強度を測定し、結果を表７に示した。 【００５１】表７における強度の測定は上述の実験例２と同様、配合ミキサーからサンプリングし、均質に混合してゲル化させてつくった供試体の28日および３ケ月一軸圧縮強度（kgf/cm2)を測定することにより行なった。 【００５２】 【表７】 【００５３】表７中、実験No.4〜９および11〜19は本発明にかかる薬液（グラウト）である。これらはいずれも、28日および３ケ月一軸圧縮強度の両方とも大きな強度を示したことが表７によって示される。 【００５４】なお、本発明に使用される上述水ガラスはシリカ分が多すぎると、ゲル化が急速に進み、また、アルカリ分が少なすぎると、スラグの水硬性が発現し得ない。そこで、シリカ分の好ましい最大量は注入液１m3当り、表２のａ−１の水ガラス４00ｌに相当するシリカ分であり、アルカリ分の好ましい最大量は表２のａ−１の水ガラス50ｌに相当するアルカリ分（Ｎａ2 Ｏ）である。 【００５５】本発明に使用される上述水ガラスは上述したように、苛性アルカリを加えたものであってもよいが、得られる薬液（注入液）に苛性アルカリを加えることもできる。この場合、苛性アルカリ量は水ガラスのアルカリ分に換算して考えればよい。 【００５６】上述の本発明に用いられる水ガラス量は固形分に換算して薬液（注入液）１m3当り25〜２kgが好ましく、これより多いと、スラグとの混合中に、水ガラス自体のゲル化が進行してしまい、あるいは、薬液のゲル化が促進してしまい、ゲル化の遅延効果がなくなる。また、これより少ない場合にも薬液のゲル化の遅延効果が減少する。 【００５７】この遅延効果を良好に達成し得る水ガラス量はシリカ分としての最大量が表２のａ−１水ガラスの場合、薬液１m3当り25kgであり、アルカリ分としての最小量が同じく薬液１m3当り２kgである。 【００５８】本発明に用いられるスラグの配合量は薬液１m3当り４00〜50kgの範囲内であることが好ましい。 【００５９】 【発明の効果】以上のとおり、本発明は水ガラス−スラグ系グラウトにおいて、スラグとして特定のものを用いることにより、海水、海水を含む水、あるいは海水の含有成分を含む水溶液を上記グラウトの配合液として用いるにもかかわらず、高温下でも上記グラウトのゲル化時間の調整を可能とし、さらには、長いゲル化時間を得ることができ、しかも低粘性を維持し、高強度と耐久性をも期待し得、かつ、送液中に材料分離を起こさずに均質性を保持し、この結果、優れた浸透性と、固結性と、作業性とを可能とするものである。 【表５】 【表５】