特開 2023-168366 地盤注入用薬液、その製造方法及び地盤注入硬化方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023168366

(43)【公開日】2023-11-24

(54)【発明の名称】地盤注入用薬液、その製造方法及び地盤注入硬化方法

(51)【国際特許分類】

   C09K 17/12 20060101AFI20231116BHJP

   C09K 17/00 20060101ALI20231116BHJP

   E02D 3/12 20060101ALI20231116BHJP

【ＦＩ】

C09K17/12 P

C09K17/00 P

E02D3/12 101

【審査請求】有

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023149791

(22)【出願日】2023-09-15

(62)【分割の表示】P 2020105564の分割

【原出願日】2020-06-18

(71)【出願人】

【識別番号】599068832

【氏名又は名称】名古屋カレット株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100080816

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 朝道

(74)【代理人】

【識別番号】100098648

【弁理士】

【氏名又は名称】内田 潔人

(72)【発明者】

【氏名】加藤 洋

(57)【要約】

【課題】地盤中に薬液を注入して該地盤を硬化させるための地盤注入用薬液、その製造方法及び地盤注入硬化方法を提供する。
【解決手段】Ａ液として水ガラス及び可溶性アルカリ物質の水溶液と、Ｂ液としてスラグ懸濁液の組成を有し、次の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の条件を満たすことを特徴とする地盤注入用薬液：
該地盤注入用薬液１Ｌ当たり、
（ａ）３．５＞［ＳｉＯ_２］＞０．３
（ｂ）２．８＞［ＳｉＯ_２］／［Ｎａ_２Ｏ］＞１．７
（ｃ）５＞［ＣａＯ］＞０．３
を用いる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

地盤中に薬液を注入して該地盤を硬化させるための地盤注入用薬液であって、Ａ液として水ガラス及び可溶性アルカリ物質の水溶液と、Ｂ液としてスラグ懸濁液の組成を有し、次の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の条件を満たすことを特徴とする地盤注入用薬液：
該地盤注入用薬液１リットル当たり、
（ａ）３．５＞［ＳｉＯ_２］＞０．３
（ｂ）２．８＞［ＳｉＯ_２］／［Ｎａ_２Ｏ］＞１．７
（ｃ）５＞［ＣａＯ］＞０．３
ここで［ＳｉＯ_２］は水ガラス中のＳｉＯ_２のモル濃度と可溶性アルカリ物質中のＳｉＯ_２の合計のモル濃度、［Ｎａ_２Ｏ］は水ガラス中のＮａ_２Ｏのモル濃度と可溶性アルカリ物質をＮａ_２Ｏ換算した合計のモル濃度、［ＣａＯ］はスラグ中のＣａＯのモル濃度をそれぞれ表し、
前記可溶性アルカリ物質は、結晶性ケイ酸ソーダ、オルソケイ酸ソーダ、セスキケイ酸ソーダ、又は苛性アルカリの１以上である。

【請求項2】

前記スラグのブレーン値が８０００ｃｍ^２／ｇ以上の請求項１記載の地盤注入用薬液。

【請求項3】

液状化防止または礫層注入に使用する請求項１又は２に記載の地盤注入用薬液。

【請求項4】

ゲル化時間が、０．５時間以上の範囲又は１時間以上の範囲で調節可能である請求項１～３のいずれかに記載の地盤注入用薬液。

【請求項5】

地盤中に薬液を注入して該地盤を硬化させるための地盤注入用薬液の製造方法であって、
Ａ液として水ガラス及び可溶性アルカリ物質の水溶液と、Ｂ液としてスラグ懸濁液の組成を有する地盤注入用薬液を、次の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の条件を満たすよう夫々調製すること：
該地盤注入用薬液１リットル当たり、
（ａ）３．５＞［ＳｉＯ_２］＞０．３
（ｂ）２．８＞［ＳｉＯ_２］／［Ｎａ_２Ｏ］＞１．７
（ｃ）５＞［ＣａＯ］＞０．３
ここで［ＳｉＯ_２］は水ガラス中のＳｉＯ_２のモル濃度と可溶性アルカリ物質中のＳｉＯ_２の合計のモル濃度、［Ｎａ_２Ｏ］は水ガラス中のＮａ_２Ｏのモル濃度と可溶性アルカリ物質をＮａ_２Ｏ換算した合計のモル濃度、［ＣａＯ］はスラグ中のＣａＯのモル濃度をそれぞれ表し、
前記可溶性アルカリ物質は、結晶性ケイ酸ソーダ、オルソケイ酸ソーダ、セスキケイ酸ソーダ、又は苛性アルカリの１以上であること
を特徴とする地盤注入用薬液の製造方法。

【請求項6】

前記スラグのブレーン値が８０００ｃｍ^２／ｇ以上である請求項５記載の地盤注入用薬液の製造方法。

【請求項7】

ゲル化時間を、０．５時間以上の範囲又は１時間以上の範囲で調節する請求項５又は６に記載の地盤注入用薬液の製造方法。

【請求項8】

地盤中に薬液を注入して該地盤を硬化させるための地盤注入硬化方法であって、
Ａ液として水ガラス及び可溶性アルカリ物質の水溶液と、Ｂ液としてスラグ懸濁液の組成を有する地盤注入用薬液を、次の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の条件を満たすよう準備する工程：
該地盤注入用薬液１リットル当たり、
（ａ）３．５＞［ＳｉＯ_２］＞０．３
（ｂ）２．８＞［ＳｉＯ_２］／［Ｎａ_２Ｏ］＞１．７
（ｃ）５＞［ＣａＯ］＞０．３
ここで［ＳｉＯ_２］は水ガラス中のＳｉＯ_２のモル濃度と可溶性アルカリ物質中のＳｉＯ_２の合計のモル濃度、［Ｎａ_２Ｏ］は水ガラス中のＮａ_２Ｏのモル濃度と可溶性アルカリ物質をＮａ_２Ｏ換算した合計のモル濃度、［ＣａＯ］はスラグ中のＣａＯのモル濃度をそれぞれ表し、
前記可溶性アルカリ物質は、結晶性ケイ酸ソーダ、オルソケイ酸ソーダ、セスキケイ酸ソーダ、又は苛性アルカリの１以上である、
Ａ液、Ｂ液を混合して地盤に注入する工程
を含むことを特徴とする地盤注入硬化方法。

【請求項9】

前記スラグのブレーン値が８０００ｃｍ^２／ｇ以上である請求項８記載の地盤注入硬化方法。

【請求項10】

液状化防止または礫層注入に注入する請求項８又は９に記載の地盤注入硬化方法。

【請求項11】

ゲル化時間を、０．５時間以上の範囲又は１時間以上の範囲で調節する請求項８～１０のいずれかに記載の地盤注入硬化方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は地盤注入用薬液、その製造方法及び地盤注入硬化方法に関する。地盤の強化や止水を図るため、地盤中に薬液を注入して該地盤を硬化させることが行われる。特に地震による地盤の液状化防止にも薬液注入が行われる。

【背景技術】

【0002】

従来、上記のような地盤改良剤ないし地盤注入硬化方法として、高炉スラグと水酸化アルカリを用いたものとして特許文献１、スラグを主成分とし水ガラスを用いたものとしては、特許文献２、特許文献３等がある。その他スラグと水ガラスを用いたものには、特許文献４、特許文献５がある。また、水ガラスを用いないものとしては特許文献６がある。

【0003】

通常のモル比の水ガラスを使用する場合、液状化防止等に使用するような時間単位の長いゲルタイムは得られない。そのため特許文献３ではＳｉＯ_２／Ｎａ_２Ｏのモル比が１．４５以下であり、遅延剤として炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、リン酸ナトリウムの群から選ばれた一種または二種以上のゲル化遅延剤が添加される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平４－２９３９９４

【特許文献2】特開平７－１１９１３８

【特許文献3】特開平７－１２７０４７

【特許文献4】特開平９－２６３７５９

【特許文献5】特開平９－３１６４４９

【特許文献6】特開平１１－２９３２４４

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記先行技術文献の開示内容は引用をもって、本書に繰込み記載されているものとする。
以下の分析は、本発明者によってなされたものである。
例えば、特許文献４では、アルミン酸ソーダを用いて、１０分～３５分、又は、さらに重炭酸ソーダを用いて３３～５７分のゲル化時間が実施例として示されている。しかしアルミン酸ソーダは２０１９年に劇物指定となり、少量であっても使用できないという問題がある。

【0006】

特許文献３においては、上述の遅延剤特に重炭酸ソーダは、水とスラグと配合直後は水ガラス希釈液と混合したゲルタイムを遅延させるに有効ではあるけれども、配合してから時間経過とともにＢ液であるスラグと遅延剤が反応し、Ａ液である水ガラスと混合した時のゲルタイムが遅延し、Ｂ液の煉り置き数時間後には硬化しなくなる。そのためＢ液の調製後、速やかにＡ液との混合注入を完了しなければならないという問題がある。

【0007】

また、水ガラスとスラグと、ゲル化時間調整剤としてアルカリ剤であるアルミン酸アルカリからなるものとしては特許文献４、特許文献５等がある。しかし、アルミン酸ソーダは劇物指定となり、使用できないことは既述のとおりである。

【0008】

そのため特許文献６では水ガラスを使用せずスラグの潜在水硬性を消石灰で刺激することによって長いゲルタイムを得ている。しかし水ガラスを使用しないため粘度の立ち上がりが非常に悪く、ゲルタイムが不安定であり、実用上問題がある。またスラグと同等のミクロンオーダーの微粒子消石灰を使用しているが、消石灰は凝集性が非常に強く界面活性剤を用いても完全に分散させることができない。その結果浸透阻害を起こして細砂に浸透できないという問題がある。

【0009】

水ガラスとスラグと、アルカリ剤としてアルミン酸アルカリを用いる注入薬液は、アルミン酸ソーダが、２０１９年に劇物指定となって使用できなくなった。そのためにそれに代わるものとして劇物を用いないで同等以上の性能を有する地盤注入用薬剤及び地盤注入硬化方法が求められている。

【0010】

本発明は、その一視点において、懸濁物質としてはスラグを主体とし、水ガラスを使用しても（特に１時間オーダの）長いゲルタイムが調整可能な、液状化防止にも安心して（即ち、劇物を使用することなく）使用できる地盤注入用薬液を提供することを目的とする。本発明は他の一視点において、同様な地盤注入硬化方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の第１の視点によれば、地盤中に薬液を注入して該地盤を硬化させるための地盤注入用薬液が提供される。該地盤注入用薬液は、Ａ液として水ガラス及び可溶性アルカリ物質の水溶液と、Ｂ液としてスラグ混濁液の組成を有し、次の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の条件を満たすことを特徴とする。
該地盤注入用薬液1リットル当たり、
（ａ）３．５＞［ＳｉＯ_２］＞０．３
（ｂ）２．８＞［ＳｉＯ_２］／［Ｎａ_２Ｏ］＞１．７
（ｃ）５＞［ＣａＯ］＞０．３
ここで［ＳｉＯ_２］は水ガラス中のＳｉＯ_２のモル濃度と可溶性アルカリ物質中のＳｉＯ_２の合計のモル濃度、［Ｎａ_２Ｏ］は水ガラス中のＮａ_２Ｏのモル濃度と可溶性アルカリ剤をＮａ_２Ｏ換算した合計のモル濃度、［ＣａＯ］はスラグ中のＣａＯのモル濃度をそれぞれ表す。

【0012】

本発明の第２の視点において、地盤中に薬液を注入して該地盤を硬化させるための地盤注入用薬液の製造方法が提供される。即ち、該地盤注入用薬液の製造方法は、
Ａ液として水ガラス及び可溶性アルカリ物質の水溶液と、Ｂ液としてスラグ懸濁液の組成を有する地盤注入用薬液を次の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の条件を満たすよう夫々調製することを特徴とする：
該地盤注入用薬液１リットル当たり、
（ａ）３．５＞［ＳｉＯ_２］＞０．３
（ｂ）２．８＞［ＳｉＯ_２］／［Ｎａ_２Ｏ］＞１．７
（ｃ）５＞［ＣａＯ］＞０．３
ここで［ＳｉＯ_２］は水ガラス中のＳｉＯ_２のモル濃度と可溶性アルカリ物質中のＳｉＯ_２の合計のモル濃度、［Ｎａ_２Ｏ］は水ガラス中のＮａ_２Ｏのモル濃度と可溶性アルカリ物質をＮａ_２Ｏ換算した合計のモル濃度、［ＣａＯ］はスラグ中のＣａＯのモル濃度をそれぞれ表す。

【0013】

本発明の第３の視点において、地盤中に薬液を注入して該地盤を硬化させるための地盤注入硬化方法が提供される。該地盤注入硬化方法は、
Ａ液として水ガラス及び可溶性アルカリ物質の水溶液と、Ｂ液としてスラグ懸濁液の組成を有する地盤注入用薬液を、次の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の条件を満たすよう準備する工程：
該地盤注入用薬液１リットル当たり、
（ａ）３．５＞［ＳｉＯ_２］＞０．３
（ｂ）２．８＞［ＳｉＯ_２］／［Ｎａ_２Ｏ］＞１．７
（ｃ）５＞［ＣａＯ］＞０．３
ここで［ＳｉＯ_２］は水ガラス中のＳｉＯ_２のモル濃度と可溶性アルカリ物質中のＳｉＯ_２の合計のモル濃度、［Ｎａ_２Ｏ］は水ガラス中のＮａ_２Ｏのモル濃度と可溶性アルカリ物質をＮａ_２Ｏ換算した合計のモル濃度、［ＣａＯ］はスラグ中のＣａＯのモル濃度をそれぞれ表す、
Ａ液、Ｂ液を混合して地盤に注入する工程、
を含むことを特徴とする。

【発明を実施するための形態】

【0014】

地盤注入用薬液１リットル当り、条件（ａ）３．５＞［ＳｉＯ_２］＞０．３とするが、地盤注入用薬液１リットル中のＳｉＯ_２モル濃度３．５以上になると、Ｂ液の粘性が上がって良好な浸透を阻害する。また０．３以下では実用化強度に達しない。
地盤注入用薬液１リットル中の [ＳｉＯ_２]モル濃度は２．５～０．７が好ましく、さらには、２．０～０．８が好ましい。

【0015】

条件（ｂ）２．８＞［ＳｉＯ_２］／［Ｎａ_２Ｏ］＞１．７については、以下、［ＳｉＯ_２］／［Ｎａ_２Ｏ］を、単に「モル比」とも称する。水ガラスと可溶性アルカリ合計のモル比は、２．８以上ではスラグを刺激できず強度増加を期待できない。また、１．７以下ではゲルタイムが短い傾向がある。モル比は、さらに２．７～１．８が好ましく、より好ましくは２．５～１．８又はさらに２．３～１．８である。

【0016】

条件（ｃ）５＞[ＣａＯ]＞０．３は、地盤注入用薬液１リットル当りに含まれるスラグ中のＣａＯモル濃度であるが、ＣａＯモル濃度５以上ではＢ液の粘性が上がりすぎ、また、０．３以下では溶液型薬液と同程度の低い強度となるので好ましくない。より好ましくは、[ＣａＯ]モル濃度は、４～０．５であり、より好ましくは３～０．７である。

【0017】

Ａ液としての水ガラスの水溶液の調製に用いる水ガラスは、市販されている任意の水ガラスを出発材料として使用できる。通常はＪＩＳ３号の水ガラスを使用するが、モル比が２．３以下の水ガラスが入手できる場合は可溶性アルカリ物質の添加量を少なくできるため経済的に好ましい。ＪＩＳ３号水ガラスを用いても、条件（ｂ）になるよう、可溶性アルカリ物質で調整して用いる。

【0018】

Ａ液として水ガラスと可溶性アルカリ物質である苛性アルカリ、結晶性ケイ酸ソーダ、オルソケイ酸ソーダ、またはセスキケイ酸ソーダの１以上を用いる。苛性アルカリは苛性ソーダおよび／または苛性カリ等が用いられる。結晶性ケイ酸ソーダとしてはメタケイ酸ソーダ５水塩および／または９水塩が一般的であるが無水物も使用でき、オルソケイ酸ソーダやセスキ酸ソーダも使用でき、これらの混合物も使用できる。Ｂ液としてのスラグ懸濁液と１ショット、１．５ショットあるいは２ショットといずれの混合方式でも注入できる時間単位のゲルタイムの設定、調節は、可溶性アルカリ物質の添加量を変えることにより、容易に設定、調節できる。

【0019】

Ｂ液としてスラグ懸濁液を調製するスラグは、地盤（特に液状化防止のための軟弱地盤）や砂層ないし礫層に十分浸透させるため細かい方が好ましく、８０００ｃｍ^２／ｇ以上のブレーン値（比表面積）が望ましく、１００００ｃｍ^２／ｇ以上、さらには２００００ｃｍ^２／ｇ～３００００ｃｍ^２／ｇ以上が好ましい。また本薬液は浸透注入をさせる時間オーダの緩結薬液としての使用を主たる用途とするが、浸透性が必要でないゲルタイムが数秒～十数秒の瞬結薬液として使用する場合には、消石灰などの瞬結剤ないしゲルタイム短縮剤を併用できることは言うまでもない。

【0020】

Ａ液として水ガラスとアルカリ物質混合液と、Ｂ液としてスラグ懸濁液とを１ショット、１．５ショットあるいは２ショットといずれの混合方式でも注入できるよう時間単位のゲルタイムを可溶性アルカリ物質の添加量を変えることにより、容易に設定できる。（例えば、図１参照）

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】図１は実施例４についてメタケイ酸ソーダ９水塩の添加量とゲルタイムの関係を示す図である。

【図2】図２は実施例６についてメタケイ酸ソーダ９水塩の添加量とゲルタイムの関係を示す図である。

【実施例0022】

以後の実施例で使用する材料を示す。
使用材料
スラグ：（株）デイ・シイ製ファインセラメントＦＣＲ－５Ａ（ブレーン値１１０００ｃｍ^２／ｇ 粒径Ｄ50＝１．８μｍ、以降スラグＡという）とファインセラメントＦＣＲ－Ｂ１Ｓ（ブレーン値２００００ｃｍ^２／ｇ Ｄ50＝３．５μｍ、以降スラグＢという）
苛性ソーダ：東ソー（株）４８％工業用液体苛性ソーダ
メタケイ酸ソーダ９水塩：東洋珪酸曹達（株）
水ガラス：愛知珪曹工業（株）

【実施例0023】

Ｎａ_２Ｏ１モルに対しＳｉＯ_２を２．１５モルの割合で含有する固形分濃度４１％の水ガラス１００ｍｌにメタケイ酸ソーダ９水塩１ｇを添加し水を加えて希釈混合した水ガラスとメタケイ酸ソーダの水溶液２００ｍｌ（Ａ液）を調製した。一方、スラグＡ７５ｇと水を添加混合してスラグ懸濁液（Ｂ液）２００ｍｌを調製した。Ａ液１００ｍｌとＢ液１００ｍｌを混合し、φ３５ｍｍ×１００ｍｍのモールドに豊浦砂（粒径Ｄ５０＝０．２ｍｍ）を相対密度Ｄｒ＝６０％で充填した後、モールド上部から真空ポンプで吸引してモールド下部から薬液を浸透注入した。浸透注入開始から１０秒以内に上部から薬液があふれ出てトラップに捕捉された。２８日後の一軸圧縮強度は３ＭＮ／ｍ^２であり、薬液のゲルタイムは３時間２２分であった。なお、ゲルタイムの測定は、Ａ液とＢ液をビーカに入れて混合してからマグネットスターラで撹拌し続け水面が止まった時間をゲルタイムとした（以下、同様）。