JP4507393B2

JP4507393B2 - 地盤硬化方法

Info

Publication number: JP4507393B2
Application number: JP2000355262A
Authority: JP
Inventors: 豊光山田; 洋加藤
Original assignee: 名古屋カレット株式会社
Priority date: 2000-11-22
Filing date: 2000-11-22
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2020-11-22
Also published as: JP2002155279A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は地盤硬化方法に関する。地盤の強化及び止水を図るため、地盤中へ硬化用薬液を注入して該地盤を硬化させることが行なわれる。本発明はかかる地盤硬化方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、前記のような地盤硬化方法として一般に、地盤中へ、硬化用薬液として、酸性シリカゾルと、アルカリ性剤の水溶液とを注入する方法が行なわれている（特公昭５４−１９０８８、特公平３−２４５１５）。この場合の酸性シリカゾルは水ガラスの水溶液と酸性剤の水溶液とを混合してｐＨ１〜２程度に調製した水分散液であり、かかる酸性剤としては通常、硫酸又は硫酸を主成分とするものが用いられている。またアルカリ性剤としては、水酸化ナトリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム等が用いられている。一方、前記のような地盤硬化方法としては、地盤中へ、硬化用薬液として、水ガラスの水溶液と、酸性剤の水溶液とを注入する方法も行なわれている。この場合の酸性剤としても通常、硫酸又は硫酸を主成分とするものが用いられている。
【０００３】
かかる従来の地盤硬化方法ではいずれも、水ガラスのゲル化を利用して地盤を硬化させている。既によく知られている通り、水ガラスのゲル化は、地盤中へ注入する硬化用薬液の組成やゲル化時の温度等によっても影響されるが、硬化用薬液のｐＨにより大きく影響される。例えば、水ガラスの水溶液に硫酸の水溶液を徐々に加え、そのｐＨを順次下げると、該水ガラスは概して、ｐＨ６．０〜９．０において数秒〜数十秒でゲル化する所謂瞬結状態になり、またｐＨ４．５〜６．０未満において数分〜数十分でゲル化する所謂中結状態になり、更にｐＨ３．０〜４．５未満において数時間〜数十時間でゲル化する所謂長結状態になり、そしてｐＨ２未満では安定な酸性シリカゾルになる。
【０００４】
したがって前記した従来の地盤硬化方法では概して、地盤中へ注入する硬化用薬液のｐＨを調整することにより地盤の硬化時間を調節しているのであるが、注入作業の現場では、その前後の作業をも全体として円滑に進めるため、前記のような瞬結を行なう場合は少なく、多くの場合は前記のような中結又は長結を行なっているのが実情である。具体的には、酸性シリカゾルに対するアルカリ性剤の水溶液の使用割合により、又は水ガラスの水溶液に対する酸性剤の水溶液の使用割合により、地盤中へ注入する硬化用薬液のｐＨを酸性領域における所望値となるように調整しているのである。
【０００５】
ところで、注入作業の現場では、酸性シリカゾルとアルカリ性剤の水溶液とを、又は水ガラスの水溶液と酸性剤の水溶液とを、１）双方を注入直前に混合しておいてから注入する方法（１ショット法）、２）双方を途中混合しながら注入する方法（１．５ショット法）、３）双方を注入直後に混合する方法（２ショット法）のいずれかで、地盤中へ硬化用薬液を注入している。そしてこれらの方法において一般に、１）の方法では１本の注入管を用い、また２）の方法では１本のＹ字管を用い、更に３）の方法では２本の注入管又は１本の２重注入管を用いている。かかる注入作業の現場では、前記のような注入管の外に、タンク、ポンプ、配管等の各種の機材が使用されているが、これらのなかには、酸性シリカゾルや酸性剤の水溶液等、酸性液と直接に接触する機材もある。従来の地盤硬化方法では、かかる機材が酸による腐食を受け易く、とりわけそれが鉄で作製されている場合には酸による腐食が激しく、その寿命が短いという問題があり、その改善が強く要請されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、地盤中への硬化用薬液の注入作業に用いる機材の酸による腐食を抑えてその寿命を長くした地盤硬化方法を提供する処にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決する本発明は、地盤中へ硬化用薬液を注入して該地盤を硬化させる方法において、硬化用薬液として水ガラスの水溶液と酸性剤の水溶液との混合液を用い、該混合液に該混合液１Ｌ当たり０．５〜５ｇとなる量の下記の腐食抑制剤を混合したものを地盤中へ注入することを特徴とする地盤硬化方法に係る。
【０００８】
本発明に係る地盤硬化方法でも、地盤中へ硬化用薬液を注入して該地盤を硬化させる。地盤中へ注入する硬化用薬液の組成は、それを地盤中へ注入することにより該地盤を硬化させ得るものであれば、特に制限されないが、硬化用薬液としては、水ガラスの水溶液と酸性剤の水溶液との混合液を用いる。
【０００９】
硬化用薬液として用いる水ガラスとしては、通常はＪＩＳ３号の水ガラスを用いるが、Ｎａ₂Ｏ１モル当たりＳｉＯ₂を３．６〜４．５モルの割合で含有するＳｉＯ₂高モル比の水ガラスを用いることもできる。また硬化用薬液として用いる酸性剤としては、通常は塩酸、硫酸、これらと共に用いる場合のリン酸等の無機酸を用い、なかでも硫酸を用いるが、かかる無機酸を主成分とし、更に無機酸のアルミニウム塩類及びリン酸塩類から選ばれる一つ又は二つ以上を含有するものが好ましい。無機酸のアルミニウム塩類、例えば硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム等を用いると、そのような硬化用薬液を地盤中へ注入したとき、強固で耐久性の強いアルミニウムシリケートを形成する。またリン酸塩類、例えばリン酸２水素ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウム、テトラポリリン酸ナトリウム等を用いると、そのような硬化用薬液を地盤中へ注入するとき、該硬化用薬液のｐＨの振れを抑える優れた緩衝作用を示す。前記した硬化用薬液として用いるアルカリ性剤としては通常、水酸化ナトリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム等を用いる。
【００１０】
本発明に係る地盤硬化方法において、地盤中への硬化用薬液の注入は、前記した１ショット法で注入する。水ガラスの水溶液と酸性剤の水溶液とを地盤中へ注入する直前に混合しておいてから注入する方法（１ショット法）を採用するのである。
【００１１】
本発明に係る地盤硬化方法では、以上説明した硬化用薬液と共に腐食抑制剤を用いる。前記したように、硬化用薬液を地盤中へ注入する注入作業の現場では、硬化用薬液を地盤中へ注入するための注入管の外に、タンク、ポンプ、配管等、各種の機材を使用し、これらのなかには、硬化用薬液として用いる酸性シリカゾル、該酸性シリカゾルの調製に用いる酸性剤の水溶液、硬化用薬液として用いる酸性剤の水溶液、硬化用薬液として用いる酸性シリカゾルとアルカリ性剤の水溶液との混合液、硬化用薬液として用いる水ガラスの水溶液と酸性剤の水溶液との混合液等、酸性液と直接に接触するものもある。かかる機材は酸による腐食を受け易く、とりわけそれが鉄で作製されている場合には酸による腐食が激しい。本発明に係る地盤硬化方法では、かかる酸による機材の腐食を抑えるため、腐食抑制剤を用いる。結果として、硬化用薬液の外に、腐食抑制剤をも、地盤中へ注入するのである。腐食抑制剤の注入方法には各種があるが、本発明に係る地盤硬化方法では、水ガラスの水性液と酸性剤の水性液との混合液に腐食抑制剤を加える。
【００１２】
本発明に係る地盤硬化方法では、一方で本来の地盤硬化を図りつつ、同時に他方で酸による機材の腐食抑制を図る。これに適う腐食抑制剤としては、ジエチル尿素、ジブチルチオ尿素、ベンゾチアゾール等の有機硫黄化合物、１級アミン、２級アミン、３級アミン等を有するアミン化合物、第４級アンモニウム化合物等も挙げられるが、本発明に係る地盤硬化方法では、分子中に２個以上のアミノ基を有する重量平均分子量３００〜１５００００のポリアミン系化合物又はその塩を用いる。かかるポリアミン系化合物にはポリアリルアミン系化合物やポリジアリルアミン系化合物等があり、またその塩には塩酸塩やアンモニウム塩等があるが、なかでも下記の式１、式２、式３、式４又は式５で示される構成単位を繰り返し単位とするものから選ばれる一つ又は二つ以上が好ましい。これらはいずれも、それ自体としては公知であり、市販品を利用できる。
【００１３】
【式１】

【式２】

【式３】

【式４】

【式５】

【００１４】
本発明は係る地盤硬化方法において、地盤中へ注入する硬化用薬液に対する腐食抑制剤としての前記したようなポリアミン系化合物又はその塩の使用量は、硬化用薬液１Ｌ当たり、０．５〜５ｇの割合となるようにする。経済的に機材の酸による腐食を抑えるためである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明に係る地盤硬化方法の実施形態としては、下記の１）〜４）が挙げられる。
１）ＪＩＳ３号の水ガラス１４０kg及び残部として水を用い、水ガラスの水溶液２００Ｌを調製する（Ａ液）。別に、７８％硫酸２２kg、アルミナ分含有量１７％の硫酸アルミニウム４kg及び残部として水を用い、酸性剤の水溶液２００Ｌを調製する（Ｂ液）。Ａ液とＢ液とを混合し、その混合液に腐食抑制剤として前記の式２で示される構成単位を繰り返し単位とする重量平均分子量約１０００のポリアミン系化合物の塩（日東紡績社製の商品名ＰＡＡ−ＨＣＩ−０１）を４００ｇ溶解したものを前記の１ショット法により地盤中へ注入する地盤硬化方法。
【００１６】
２）腐食抑制剤として前記の式３で示される構成単位を繰り返し単位とする重量平均分子量約５０００のポリアミン系化合物の塩（日東紡績社製の商品名ＰＡＳ−Ａ−１）を２kg用いたこと以外は前記の１）と同様に行なう地盤硬化方法。
【００１７】
３）腐食抑制剤として前記の式４で示される構成単位を繰り返し単位とする重量平均分子量約５０００のポリアミン系化合物の塩（日東紡績社製の商品名ＰＡＳ−９２）を２００ｇ用いたこと以外は前記の１）と同様に行なう地盤硬化方法。
【００１８】
４）腐食抑制剤として前記の式５で示される構成単位を繰り返し単位とする重量平均分子量約３２８のポリアミン系化合物（三菱ガス化学社製の商品名ガスカミン３２８）を４００ｇ用いたこと以外は前記の１）と同様に行なう地盤硬化方法。
【００１９】
【実施例】
試験区分１（硬化試験）
参考例１
ＪＩＳ３号の水ガラス７０ｇ、７８％硫酸１４ｇ及び残部として水を用い、ｐＨ１．８の酸性シリカゾル２００mlを調製し、この酸性シリカゾルに腐食抑制剤として前記の式２で示される構成単位を繰り返し単位とする重量平均分子量約１０００のポリアミン系化合物の塩（日東紡績社製の商品名ＰＡＡ−ＨＣＩ−０１）を０．４ｇ溶解した（Ａ液）。別に、水酸化マグネシウム０．８ｇ及び残部として水を用い、アルカリ性剤の水溶液２００mlを調製した（Ｂ液）。そして、Ａ液とＢ液とを混合した。混合液のｐＨは３．４、ゲルタイムは２０時間であった。
【００２０】
比較例１
腐食抑制剤を用いないこと以外は参考例１と同様に行なった。混合液のｐＨは３．４、ゲルタイムは２０時間であり、ゲルの状態は参考例１と同じであった。
【００２１】
参考例２
ＪＩＳ３号の水ガラス９８ｇ及び残部として水を用い、水ガラスの水溶液２００mlを調製した（Ａ液）。別に、７８％硫酸１８ｇ及び残部として水を用い、酸性剤の水溶液２００mlを調製し、この酸性剤の水溶液に実施例１と同じ腐食抑制剤を０．４ｇ溶解した（Ｂ液）。そして、Ａ液とＢ液とを混合した。混合液のｐＨは３．０、ゲルタイムは２８時間であった。
【００２２】
比較例２
腐食抑制剤を用いないこと以外は参考例２と同様に行なった。混合液のｐＨは３．０、ゲルタイムは２８時間であり、ゲルの状態は参考例２と同じであった。
【００２３】
実施例３
ＪＩＳ３号の水ガラス１４０ｇ及び残部として水を用い、水ガラスの水溶液２００mlを調製した（Ａ液）。別に、７８％硫酸２２ｇ、アルミナ分含有量１７％の硫酸アルミニウム４ｇ及び残部として水を用い、酸性剤の水溶液２００mlを調製した（Ｂ液）。Ａ液とＢ液とを混合し、その混合液に参考例１と同じ腐食抑制剤を０．４ｇ溶解した。そのｐＨは３．５、ゲルタイムは５時間であった。
【００２４】
比較例３
腐食抑制剤を用いないこと以外は実施例３と同様に行なった。そのｐＨは３．５、ゲルタイムは５時間であり、ゲルの状態は実施例３と同じであった。
【００２５】
参考例又は実施例４〜６
腐食抑制剤として前記の式３で示される構成単位を繰り返し単位とする重量平均分子量約５０００のポリアミン系化合物の塩（日東紡績社製の商品名ＰＡＳ−Ａ−１）を２ｇ用いたこと以外は参考例又は実施例１〜３と同様に行なった。参考例１に対応する参考例４のｐＨは３．４、ゲルタイムは２０時間、参考例２に対応する参考例５のｐＨは３．０、ゲルタイムは２８時間、更に実施例３に対応する実施例６のｐＨは３．５、ゲルタイムは５時間であった。
【００２６】
比較例４〜６
腐食抑制剤を用いないこと以外は参考例又は実施例４〜６と同様に行なった。参考例４に対応する比較例４のｐＨは３．４、ゲルタイムは２０時間、参考例５に対応する比較例５のｐＨは３．０、ゲルタイムは２８時間、実施例６に対応する比較例６のｐＨは３．５、ゲルタイムは５時間であり、各比較例のゲルの状態は対応する各参考例又は実施例と同じであった。
【００２７】
参考例又は実施例７〜９
腐食抑制剤として前記の式４で示される構成単位を繰り返し単位とする重量平均分子量約５０００のポリアミン系化合物の塩（日東紡績社製の商品名ＰＡＳ−９２）を０．２ｇ用いたこと以外は参考例又は実施例１〜３と同様に行なった。参考例１に対応する参考例７のｐＨは３．４、ゲルタイムは２０時間、参考例２に対応する参考例８のｐＨは３．０、ゲルタイムは２８時間、更に実施例３に対応する実施例９のｐＨは３．５、ゲルタイムは５時間であった。
【００２８】
比較例７〜９
腐食抑制剤を用いないこと以外は参考例又は実施例７〜９と同様に行なった。参考例７に対応する比較例７のｐＨは３．４、ゲルタイムは２０時間、参考例８に対応する比較例８のｐＨは３．０、ゲルタイムは２８時間、実施例９に対応する比較例９のｐＨは３．５、ゲルタイムは５時間であり、各比較例のゲルの状態は対応する各参考例又は実施例と同じであった。
【００２９】
参考例又は実施例１０〜１２
腐食抑制剤として前記の式５で示される構成単位を繰り返し単位とする重量平均分子量約３２８のポリアミン系化合物（三菱ガス化学社製の商品名ガスカミン３２８）を０．４ｇ用いたこと以外は参考例又は実施例１〜３と同様に行なった。参考例１に対応する参考例１０のｐＨは３．４、ゲルタイムは２０時間、参考例２に対応する参考例１１のｐＨは３．０、ゲルタイムは２８時間、更に実施例３に対応する実施例１２のｐＨは３．５、ゲルタイムは５時間であった。
【００３０】
比較例１０〜１２
腐食抑制剤を用いないこと以外は参考例又は実施例１０〜１２と同様に行なった。参考例１０に対応する比較例１０のｐＨは３．４、ゲルタイムは２０時間、参考例１１に対応する比較例１１のｐＨは３．０、ゲルタイムは２８時間、実施例１２に対応する比較例１２のｐＨは３．５、ゲルタイムは５時間であり、各比較例のゲルの状態は対応する各参考例又は実施例と同じであった。
【００３１】
試験区分２（腐食抑制試験その１）
試験区分１の参考例１、４、７及び１０については腐食抑制剤を溶解した酸性シリカゾルを試験液とし、またこれらに対応する比較例１、４、７及び１０については腐食抑制剤を溶解しない酸性シリカゾルを試験液とした。これらの各比較例の試験液は同じである。試験区分１の参考例２、５、８及び１１については腐食抑制剤を溶解した酸性剤の水溶液を試験液とし、またこれらに対応する比較例２、５、８及び１１については腐食抑制剤を溶解しない酸性剤の水溶液を試験液とした。これらの各比較例の試験液は同じである。試験区分１の実施例３、６、９及び１２については腐食抑制剤を溶解した混合液を試験液とし、またこれらに対応する比較例３、６、９及び１２については腐食抑制剤を溶解しない混合液を試験液とした。これらの各比較例の試験液は同じである。
【００３２】
各試験液に、縦５０mm×横３２mm×厚さ６mmの平板状の鉄片を３０分間浸漬した後、引き上げた鉄片を同じ各試験液に再び３０分間浸漬するという操作を、通算７日間行ない、その重量減（％）を求めた。結果を表１にまとめて示した。
【００３３】
【表１】

【００３４】
表１において、腐食抑制剤の使用量は試験液１００ml当たりの腐食抑制剤の使用量（ｇ）である。
【００３５】
試験区分３（腐食抑制試験その２）
試験区分１の参考例１において、腐食抑制剤の使用量を変えた複数の酸性シリカゾルを調製し、これらを試験液として、試験区分２と同様に、鉄片の重量減（％）を求めた。また試験区分１の参考例２において、腐食抑制剤の使用量を変えた複数の酸性剤の水溶液を調製し、これらを試験液として、試験区分２と同様に、鉄片の重量減（％）を求めた。更に試験区分１の実施例３において、腐食抑制剤の使用量を変えた複数の混合液を調製し、これらを試験液として、試験区分２と同様に、鉄片の重量減（％）を求めた。結果を図１に示した。
【００３６】
図１は、横軸に試験液１００ml当たりの腐食抑制剤の使用量（ｇ）を目盛り、縦軸に鉄片の重量減（％）を目盛っていて、片対数で腐食抑制剤の使用量（ｇ）に対する重量減（％）を示している。図中、１は酸性シリカゾルにおける鉄片の重量減曲線、２は酸性剤の水溶液における鉄片の重量減曲線、３は混合液における鉄片の重量減曲線を示しており、点１１は参考例１の酸性シリカゾル、点１２は比較例１の酸性シリカゾル、点２１は参考例２の酸性剤の水溶液、点２２は比較例２の酸性剤の水溶液、点３１は実施例３の混合液、点３２は比較例３の混合液に相当している。
【００３７】
図示を省略するが、試験区分１の参考例又は実施例４〜６、７〜９及び１０〜１２で用いた他の腐食抑制剤についても同様にその使用量を変えた腐食抑制試験を行なったところ、図１とほぼ同様の傾向を示した。
【００３８】
【発明の効果】
既に明らかなように、以上説明した本発明には、本来の地盤硬化とこれに用いる機材の腐食抑制とを同時に且つ経済的に図ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る地盤硬化方法において腐食抑制剤の使用による腐食抑制効果を例示するグラフ。
【符号の説明】
１・・酸性シリカゾルにおける鉄片の重量減曲線、２・・酸性剤の水溶液における鉄片の重量減曲線、３・・混合液における鉄片の重量減曲線

Claims

地盤中へ硬化用薬液を注入して該地盤を硬化させる方法において、硬化用薬液として水ガラスの水溶液と酸性剤の水溶液との混合液を用い、該混合液に該混合液１Ｌ当たり０．５〜５ｇとなる量の下記の腐食抑制剤を混合したものを地盤中へ注入することを特徴とする地盤硬化方法。
腐食抑制剤：分子中に２個以上のアミノ基を有する重量平均分子量３００〜１５００００のポリアミン系化合物又はその塩
酸性剤が、無機酸である請求項１記載の地盤硬化方法。
酸性剤が、無機酸を主成分とし、更に無機酸のアルミニウム塩類及びリン酸塩類から選ばれる一つ又は二つ以上を含有するものである請求項１又は２記載の地盤硬化方法。
ポリアミン系化合物又はその塩が、下記の式１、式２、式３、式４又は式５で示される構成単位を繰り返し単位とするものから選ばれる一つ又は二つ以上である請求項１〜３のいずれか一つの項記載の地盤硬化方法。
【式１】

【式２】

【式３】

【式４】

【式５】