特許 6102404 シリカゾルグラウトの製造方法及び製造設備

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6102404

(24)【登録日】2017年3月10日

(45)【発行日】2017年3月29日

(54)【発明の名称】シリカゾルグラウトの製造方法及び製造設備

(51)【国際特許分類】

   C09K 17/12 20060101AFI20170316BHJP

   C09K 17/02 20060101ALN20170316BHJP

   C09K 103/00 20060101ALN20170316BHJP

【ＦＩ】

   C09K17/12 P

   !C09K17/02 P

   C09K103:00

【請求項の数】6

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2013-65911(P2013-65911)

(22)【出願日】2013年3月27日

(65)【公開番号】特開2014-189622(P2014-189622A)

(43)【公開日】2014年10月6日

【審査請求日】2016年2月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】000115463

【氏名又は名称】ライト工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100082647

【弁理士】

【氏名又は名称】永井 義久

(72)【発明者】

【氏名】大西 高明

(72)【発明者】

【氏名】永岡 藤彦

【審査官】 柴田 啓二

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−０２７０２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２５５０４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２１９２４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−３０７１０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−２２７９１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５５−１１２２８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平４−０９３３９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平７−３１３８６０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０９Ｋ １７／００−１７／５２

Ｅ０２Ｄ ３／１２

Ｃ０１Ｂ ３３／１４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水ガラス及び酸を混合してシリカ濃度が１２〜２０（質量／容量）％のシリカゾルグラウトを製造する方法であって、
液体貯留槽及びラインミキサーを有し、前記ラインミキサーの一端部に繋がる送液路及び他端部に繋がる返液路が備わる液体循環機構を用いて、前記液体貯留槽内の酸を、前記送液路を通して前記ラインミキサーに送り、このラインミキサーを通した後、前記返液路を通して前記液体貯留槽に戻すことで循環させ、
前記ラインミキサーの一端部に繋がる水ガラス供給路を通して水ガラスを前記ラインミキサーに送ることで、循環する酸に前記ラインミキサーにおいて水ガラスを混入する、
ことを特徴とするシリカゾルグラウトの製造方法。

【請求項2】

前記ラインミキサーにおいて混入する水ガラスの流量を、前記送液路を通して当該ラインミキサーに送る液体の流量の１／０．５〜１／１０とする、
請求項１記載のシリカゾルグラウトの製造方法。

【請求項3】

前記液体貯留槽内のシリカ濃度が所定値まで高まった段階で、前記酸を循環させたまま前記液体貯留槽内の液体を抜き始め、この抜き出す液体の容量に応じて前記液体貯留槽内に酸を追加する、
請求項１又は請求項２記載のシリカゾルグラウトの製造方法。

【請求項4】

前記酸の追加を前記送液路に対して行う、
請求項３記載のシリカゾルグラウトの製造方法。

【請求項5】

前記液体の抜き出しを、前記返液路から行う、
請求項３又は請求項４記載のシリカゾルグラウトの製造方法。

【請求項6】

水ガラス及び酸を混合してシリカ濃度が１２〜２０（質量／容量）％のシリカゾルグラウトを製造する設備であって、
液体貯留槽及びラインミキサーを有し、前記ラインミキサーの一端部に繋がる送液路及び他端部に繋がる返液路が備わり、前記液体貯留槽内の酸を、前記送液路を通して前記ラインミキサーに送り、このラインミキサーを通した後、前記返液路を通して前記液体貯留槽に戻すことで循環させる液体循環機構と、
前記液体貯留槽に酸を供給する酸供給手段と、前記ラインミキサーの一端部に繋がり、かつ当該ラインミキサーに水ガラスを供給する水ガラス供給路と、が備えられており、前記水ガラス供給路を通して水ガラスを前記ラインミキサーに送ると、循環する酸に前記ラインミキサーにおいて水ガラスが混入される構成とされている、
ことを特徴とするシリカゾルグラウトの製造設備。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、地盤改良等に使用可能なシリカゾルグラウトの製造方法及び製造設備に関するものである。

【背景技術】

【0002】

薬液注入工法に使用する注入材（薬液）としては、酸等の反応剤を添加してゲル化させる水ガラス系のグラウトが存在する。しかしながら、この水ガラス系のグラウトを使用すると、水ガラスが高アルカリ性であるが故に、注入地盤がｐＨ１０〜１２程度のアルカリ性になり、注入地盤の地下水がアルカリ性になるおそれがある。また、水ガラス系のグラウトを使用すると、ゲル化しなかった水ガラスが地盤から溶出するため、注入地盤の耐久性が不十分になるおそれもある。

【0003】

そこで、現在では、水ガラス及び中和剤たる酸を混合して非アルカリ性又は酸性のシリカゾルグラウトを得、このシリカゾルグラウトを注入材として使用する方法（工法）も存在する。この方法は、水ガラスを原料とするものの、シリカ粒子をゾル状に加工したうえで地盤に注入するものであるため、上記水ガラス系のグラウトを使用した場合におけるような問題が生じない。

【0004】

また、このシリカゾルグラウトは更なる改良が進められており、例えば、非アルカリ性又は酸性のシリカゾルにポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）を添加した注入材が提案されるに至っている（例えば、特許文献１、２等参照。）。この注入材は、ゲルタイムを自由に調節することができ、大変有用であるとされている。しかしながら、この注入材は、ゲルタイムを自由に調節することができるものの、その製造工程（作液工程）には、改良前のシリカゾルグラウトの場合と同様に、次に示すような問題が存在する。

【0005】

すなわち、シリカゾルグラウトの製造方法としては、例えば、図３の（１）に示すように、希釈酸Ｘを撹拌手段１０１で撹拌しつつ、当該希釈酸Ｘに希釈水ガラスＹを添加する方法がある。しかしながら、この製造方法には、希釈酸Ｘに対する水ガラスＹの混合割合を増やすと、撹拌手段１０１による撹拌が困難になるとの問題がある。また、この製造方法によると、希釈酸Ｘに水ガラスＹを混入した際にｐＨが不安定になり（ｐＨショック）、部分ゲルが生じるおそれがある。

【0006】

一方、シリカゾルグラウトの製造方法としては、例えば、図３の（２）に示すように、希釈酸Ｘ及び希釈水ガラスＹを、ラインミキサー１０２を使用して混合する方法もある。しかしながら、この製造方法による場合は、希釈酸Ｘに対する希釈水ガラスＹの混合割合を増やした場合にゲル化が生じる。したがって、希釈水ガラスＹの混合割合を多くすることができず、得られるシリカゾルグラウトのシリカ濃度を十分に高くすることができない。この点、近年では、注入地盤の強度向上の要求が強く、シリカ濃度の向上も強く望まれている。したがって、シリカ濃度を十分に高くすることができない製造方法は大きな弱点を有することになる。また、この製造方法においても、希釈酸Ｘ及び希釈水ガラスＹがラインミキサー１０２において接触した際にｐＨが不安定になるため、部分ゲルが生じるおそれがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開昭５９−１９６３８８号公報

【特許文献2】特開２０１２−２４１３６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明が解決しようとする主たる課題は、シリカ濃度を高くすることができるシリカゾルグラウトの製造方法及び製造設備を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

この課題を解決するための本発明は、次の通りである。
〔請求項１記載の発明〕
水ガラス及び酸を混合してシリカ濃度が１２〜２０（質量／容量）％のシリカゾルグラウトを製造する方法であって、
液体貯留槽及びラインミキサーを有し、前記ラインミキサーの一端部に繋がる送液路及び他端部に繋がる返液路が備わる液体循環機構を用いて、前記液体貯留槽内の酸を、前記送液路を通して前記ラインミキサーに送り、このラインミキサーを通した後、前記返液路を通して前記液体貯留槽に戻すことで循環させ、
前記ラインミキサーの一端部に繋がる水ガラス供給路を通して水ガラスを前記ラインミキサーに送ることで、循環する酸に前記ラインミキサーにおいて水ガラスを混入する、
ことを特徴とするシリカゾルグラウトの製造方法。

【0010】

〔請求項２記載の発明〕
前記ラインミキサーにおいて混入する水ガラスの流量を、前記送液路を通して当該ラインミキサーに送る液体の流量の１／０．５〜１／１０とする、
請求項１記載のシリカゾルグラウトの製造方法。

【0011】

〔請求項３記載の発明〕
前記液体貯留槽内のシリカ濃度が所定値まで高まった段階で、前記酸を循環させたまま前記液体貯留槽内の液体を抜き始め、この抜き出す液体の容量に応じて前記液体貯留槽内に酸を追加する、
請求項１又は請求項２記載のシリカゾルグラウトの製造方法。

【0012】

〔請求項４記載の発明〕
前記酸の追加を前記送液路に対して行う、
請求項３記載のシリカゾルグラウトの製造方法。

【0013】

〔請求項５記載の発明〕
前記液体の抜き出しを、前記返液路から行う、
請求項３又は請求項４記載のシリカゾルグラウトの製造方法。

【0014】

〔請求項６記載の発明〕
水ガラス及び酸を混合してシリカ濃度が１２〜２０（質量／容量）％のシリカゾルグラウトを製造する設備であって、
液体貯留槽及びラインミキサーを有し、前記ラインミキサーの一端部に繋がる送液路及び他端部に繋がる返液路が備わり、前記液体貯留槽内の酸を、前記送液路を通して前記ラインミキサーに送り、このラインミキサーを通した後、前記返液路を通して前記液体貯留槽に戻すことで循環させる液体循環機構と、
前記液体貯留槽に酸を供給する酸供給手段と、前記ラインミキサーの一端部に繋がり、かつ当該ラインミキサーに水ガラスを供給する水ガラス供給路と、が備えられており、前記水ガラス供給路を通して水ガラスを前記ラインミキサーに送ると、循環する酸に前記ラインミキサーにおいて水ガラスが混入される構成とされている、
ことを特徴とするシリカゾルグラウトの製造設備。

【発明の効果】

【0015】

本発明によると、シリカ濃度を高くすることができるシリカゾルグラウトの製造方法及び製造設備となる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本形態に係るシリカゾルグラウトの製造設備フロー図である。

【図2】本形態に係るシリカゾルグラウトの製造設備フロー図の変形例である。

【図3】従来のシリカゾルグラウトの製造設備フロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

次に、本発明の実施の形態を説明する。
本形態のシリカゾルグラウトの製造設備は、水ガラス及び酸を混合して非アルカリ性又は酸性のシリカゾルグラウトを製造する設備であり、酸（液体）やこの酸に水ガラスが混入されてなる液体を循環する液体循環機構が備わる。

【0018】

この液体循環機構は、図１に示すように、液体貯留槽１１及び液体混合手段、図示例ではラインミキサー２を有し、液体貯留槽１１内の液体をラインミキサー２に送る送液手段、図示例では送液路２１、及びラインミキサー２からの液体を液体貯留槽１１内に戻す返液手段、図示例では返液路１が備わる。

【0019】

また、本製造設備には、ラインミキサー２に水ガラスＹを供給する水ガラス供給手段が備わる。この水ガラス供給手段は、水ガラス貯留槽１２及び水ガラス供給路２２を有し、水ガラス貯留槽１２内の水ガラスＹが水ガラス供給路２２を通してラインミキサー２に送られる構成とされている。

【0020】

本製造設備を使用してシリカゾルグラウトを製造するにあたっては、必要により、図示しない酸供給手段等を使用して液体貯留槽１１に酸Ｘを供給し、この液体貯留槽１１内に酸Ｘを貯留しておく。この酸Ｘは、送液路２１を通してラインミキサー２に送り、このラインミキサー２を通した後、返液路１を通して液体貯留槽１１に戻すことで循環させる。この循環は、図示しない循環ポンプ等を使用して行うことができる。

【0021】

循環する酸Ｘには、ラインミキサー２において水ガラスＹを混入する。この水ガラスＹの混入は、水ガラス供給路２２を通して行う。このような酸Ｘと水ガラスＹとの混合方法によると、循環する酸Ｘに対して、徐々に水ガラスＹが混入されることになるため、ｐＨショックが少ない。したがって、水ガラスＹの最終的な混合割合を多くすることができ、得られるシリカゾルグラウトのシリカ濃度を十分に高くすることができる。

【0022】

ラインミキサー２において混入する水ガラスＹの流量は、送液路２１を通してラインミキサー２に送られてくる液体の流量の１／０．５〜１／１０とするのが好ましく、１／１〜１／１０とするのがより好ましく、１／３〜１／１０とするのが特に好ましい。水ガラスＹの混入割合が１／０．５を上回ると、部分ゲルが生じるおそれがあり、この部分ゲルが原因となって、特に返液路１が詰まるおそれがある。他方、水ガラスＹの混入割合が低過ぎると、部分ゲルが生じるおそれはないが作業効率が悪くなる。また、酸濃度が高い溶液中のシリカゾルは不安定なため、ゲル化時間が短くなり、部分ゲルが生じるおそれはないが、溶液全体がゲル化するおそれがある。

【0023】

なお、送液路２１を通してラインミキサー２に送られてくる液体は、当初は酸Ｘであるが、本工程における水ガラスＹの混入によって循環する液体が酸Ｘ及び水ガラスＹの混合液（反応液）に変わり、したがって途中から混合液となる。

【0024】

以上の製造設備には、様々な改良を加えることができる。しかるに、例えば、図２に示すように、液体貯留槽１１内の液体のシリカ濃度が所定値まで高まった段階で当該液体貯留槽１１内の液体（上記混合液）を、排液路２３を通して抜き始めると好適である。この抜き出した液体は、シリカ濃度が所定値まで高まっており、そのままの状態で、あるいは適宜必要な処理を施したうえで、注入材たるシリカゾルグラウトとして使用することができる。

【0025】

ここでシリカ濃度の「所定値」とは、得られるシリカゾルグラウトの所望とされるシリカ濃度であり、例えば、１２〜２０（質量／容量）％とすることができる。なお、所定値（シリカ濃度）が２０％を上回ると、上記返液路１において部分ゲルが生じるおそれがある。他方、所定値が１２％を下回ると、従来の方法に対する本方法の優位性が不十分なものとなる。

【0026】

一方、以上のように液体貯留槽１１内の液体を抜き出す場合においては、この抜き出す液体の容量に応じて、つまり抜き出す液体の容量と同量のシリカゾルグラウトを作液するのに必要な酸Ｘを液体貯留槽１１内に追加する。この酸Ｘの追加を行うことで、シリカグラウトの製造を連続的に行うことができる。

【0027】

酸Ｘの追加は、例えば、酸貯留槽１３及び酸供給路２４を有する酸供給手段を使用して行うことができる。この酸供給手段を使用する場合は、酸貯留槽１３内に貯留された酸Ｘが酸供給路２４を通して液体貯留槽１１内に供給される。ただし、酸貯留槽１３内の酸Ｘは、液体貯留槽１１ではなく送液路２１に送る（供給する）こともできる。この方法によると、供給した酸Ｘが、水ガラスＹと混合される前に液体貯留槽１１内から抜き出されてしまうのを防止することができる。なお、酸Ｘは、例えば連絡路２５通して送液路２１に送ることができる。

【0028】

一方、酸Ｘが水ガラスＹと混合される前に液体貯留槽１１内から抜き出されてしまうのを防止するためには、返液路１から第２の排液路２６を通して液体（混合液）を抜き出す方法も考えることができる。

【0029】

〔水ガラス〕
水ガラスとしては、例えば、ＪＩＳ１４０８に規定の珪酸ソーダ（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４以上の高モル比とした水ガラス、脱アルカリして高モル比とした水ガラス等の中から１種又は２種以上を選択して使用することができる。

【0030】

また、本形態においては、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等を成分とする水ガラスも使用することができる。なお、ＪＩＳ３号水ガラスは、ＳｉＯ₂（２８〜３０質量％）、Ｎａ₂Ｏ（９〜１０質量％）及び水（残部）からなる水ガラスであり、モル比が２．８〜３．３３である。なお、シリカゾルグラウト（注入材）のゲルタイムを短くする場合は、モル比４．５以上の水ガラスを使用するのが好ましい。

【0031】

水ガラスは、中和剤たる酸と混合するに先立って水で希釈するのが好ましい。水ガラスを水で希釈しておくと、酸と混合した際における水ガラスのゲル化をより確実に防止することができる。水での希釈は、シリカ濃度が２５（質量／容量）％以下となるように行うのが好ましく、１５〜２０（質量／容量）％となるように行うのがより好ましい。

【0032】

〔中和剤たる酸〕
水珪酸（Ｈ₂ＳｉＯ₂（ＯＨ）₂）の酸解離定数は、ｐＫａ１＝９．８６、ｐＫａ２＝１３．１であるため、水ガラスと混合する酸としては、その酸解離定数が、９．８６以下の酸を使用するのが好ましい。酸解離定数が９．８６以下の酸としては、例えば、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸、ギ酸、クエン酸等を例示することができる。ただし、コストの観点からは硫酸を混合するのが好ましく、安定性の観点からは塩酸を混合するのが好ましい。

【0033】

中和剤たる酸は、水ガラスと混合するに先立って水で希釈するのが好ましい。酸を水で希釈しておくと、水ガラスと混合した際における酸の水和熱が減少し、水ガラスのゲル化をより確実に防止することができる。水での希釈は、酸濃度が２０〜７０（質量）％となるように行うのが好ましく、３０〜６０（質量）％となるように行うのがより好ましい。

【実施例】

【0034】

次に、本発明の実施例を説明する。
図１に示したシリカゾルグラウトの製造設備を使用して、酸及び水ガラスを混合する試験を行った。液体貯留槽１１に貯留する酸Ｘとしては、７５％硫酸と水とを混合した希釈硫酸を使用した。また、水ガラス貯留槽１２に貯留し、ラインミキサー２に供給する水ガラスＹとしては、５号水ガラス（ＳｉＯ₂（２６質量％）、Ｎａ₂Ｏ（７．２質量％））と水とを混合した希釈水ガラスを使用した。試験結果を表１に示した。

【0035】

【表1】

【0036】

この試験結果から、ラインミキサー２において混入する水ガラスＹの流量を、当該ラインミキサー２に送る液体（Ｘ，Ｘ＋Ｙ）の流量の１／０．５〜１／１０とすると、たとえシリカ濃度が高かったとしても、あるいは酸Ｘや水ガラスＹを流す速度（線速）が遅かったとしても、部分ゲルが生じるのをより確実に防止できることを知見した。

【産業上の利用可能性】

【0037】

本発明は、地盤改良等に使用可能なシリカゾルグラウトの製造方法及び製造設備として適用可能である。

【符号の説明】

【0038】

１…返液路、２…ラインミキサー、１１…液体貯留槽、１２…水ガラス貯留槽、１３…酸貯留槽、２１…送液路、Ｘ…酸、Ｙ…水ガラス。

【図1】

【図2】

【図3】