JP6065218B2 - 溶液型グラウト材の製造方法及びその製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、コロイダルシリカを主成分とする溶液型グラウト材の製造方法、及びその溶液型グラウト材の製造装置に関する。

近年、コロイダルシリカを主成分とする溶液型グラウト材は、地盤の間隙や岩盤の亀裂への浸透性が高く、しかも、耐久性に優れていることから砂地盤の液状化対策や岩盤亀裂の止水材として広く利用されている。

この溶液型グラウト材は、粒径１０ｎｍ程度のコロイド粒子を主成分としている。そして、この溶液型グラウト材で所望の止水効果を得るには、地盤の間隙や岩盤の亀裂へ十分に浸透する必要があるが、この浸透性はグラウト材中の粒子の目詰まりに影響されることが本出願人の実験によって確認されている。

上記実験の概要について説明すると、この実験は、高さ４０ｃｍの珪砂からなる模擬地盤に、２５μｍのふるいでろ過処理したコロイダルシリカを主成分とする溶液型グラウト材と、ろ過処理しない溶液型グラウト材とを注入して行われている。そして、図３には、この実験により得られた時間経過（ｍｉｎ）とグラウト材の浸透距離（ｃｍ）との関係が示されている。

図３に示されるように、ろ過処理された溶液型グラウト材は、グラウト材の粘性から計算された予想浸透距離と実験結果はほぼ一致している。これに対して、ろ過処理されていない溶液型グラウト材では、実験結果の浸透距離がグラウト材の粘性から計算された予想浸透距離から大きく下回っていて、粘性変化だけでは説明できない浸透性低下が生じていることが分かる。このことから、ろ過処理されていない溶液型グラウト材では、溶液型グラウト材中に２５μｍ以上の粒径の粒子が存在し、これが目詰まりを起こすことにより模擬地盤における浸透性の低下が生じていることが予想される。
つまり、シリカ系グラウトに硬化促進剤を添加する際、本来、徐々に生じるべきゲル化が局所的に急激に進行することにより大きな粒径のゲルがわずかではあるが形成されてしまうためと考えられる。

上述のように、グラウト材の粒径はグラウト材の浸透性に大きく影響するので、所定の粒度を有するグラウト材を得ることが重要になる。このため、特許文献１では、グラウト材を重力を利用した分級槽で粒径に応じた分布状態に分級し、次いで、その分級槽から所定範囲の粒度分布のグラウト材を分取するようにし、所定範囲の粒度分布のグラウト材を得るようにしている。

特開平８−３３３５７０号公報

上述のように、グラウト材の粒径はグラウト材の浸透性に大きく影響するので、所定の粒度を有するグラウト材を得ることが重要である。しかしながら、上記特許文献１に示されるように、重力を利用した分級槽で所定範囲の粒度分布のグラウト材を分取して得る場合には、装置が大型化・複雑化するという課題を有している。

また、所定の粒径以下のグラウト材を得るために、フィルタ材を用いたろ過処理が提案されている。このろ過処理は、所定の粒径以下のグラウト材を確実に得ることができるが、ろ過処理の継続によりフィルタ材の目詰まりによる機能低下が生じるので、フィルタ材の交換や逆洗等でフィルタ材の機能再生を定期的に実施する必要があり、施工現場で多量のグラウト材をろ過処理で得るには課題を有している。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、簡単な構成により、所定の粒径以下のグラウト材を得ることのできる溶液型グラウト材の製造方法及びその製造装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る溶液型グラウト材の製造方法では、内槽と、該内槽の周囲に所定の間隔を保って設けられた上部開口を有する有底筒状の外槽と、を有するミキサーを用いてコロイダルシリカを主成分とする溶液型グラウト材を製造する溶液型グラウト材の製造方法であって、前記内槽に供給された前記溶液型グラウト材の原料に遠心力を付加し、その遠心力が作用する前記原料の中心部分から地盤に注入する溶液型グラウト材を抽出する工程と、前記遠心力により前記内槽から溢れ出た前記抽出される溶液型グラウト材以外の原料の粗粒分を、前記外槽に受け入れる工程と、前記外槽で受け入れた前記原料の粗粒分を配管を介して移動させて前記内槽に戻す工程と、を有し、前記外槽内の前記粗粒分は、前記配管を介して前記内槽に戻される循環の際に粉砕されて細分化され、再び溶液型グラウト材の原料として用いられることを特徴としている。

本発明では、溶液型グラウト材の原料に遠心力が付加されると、粒径の大きなコロイドは遠心力により中心部分から外側に移動し、粒径の小さいコロイドを含む溶液型グラウト材は遠心力の中心部分に移動する。このため、従来の重力を利用した分級槽のように大型化・複雑化した装置、あるいは、フィルタ材交換や逆洗等で機能再生を定期的に実施する必要のあるフィルタ材を用いた装置と異なり、簡単な構成により、遠心力が作用する原料の中心部分から粒径の小さいコロイドを含む溶液型グラウト材を多量に得ることができる。

また、本発明によれば、粒径の大きなコロイドを含む溶液型グラウト材の原料の粗粒分は、再び原料として用いられる移動の途中、及び、再度、遠心力が付加される過程において粒径の大きなコロイドが細分化される。このため、溶液型グラウト材の原料は、系外に排出されることなく無駄なく利用することができる。

また、本発明に係る溶液型グラウト材の製造装置では、内槽と、前記内槽に設けられ、コロイダルシリカを主成分とする溶液型グラウト材の原料に遠心力を付加する遠心力付加手段と、前記内槽において、前記遠心力付加手段で付加された遠心力が作用する前記原料の中心部分から地盤に注入する溶液型グラウト材を抽出する抽出手段と、前記遠心力により前記内槽から溢れ出た前記抽出される溶液型グラウト材以外の原料の粗粒分を受け入れ可能で、前記内槽の周囲に所定の間隔を保って設けられた上部開口を有する有底筒状の外槽と、前記外槽で受け入れた前記原料の粗粒分を前記内槽に戻すように移動させるための配管と、を備え、前記外槽内の前記粗粒分は、前記配管を介して前記内槽に戻される循環の際に粉砕されて細分化され、再び溶液型グラウト材の原料として用いられることを特徴としている。

本発明によれば、溶液型グラウト材の原料に遠心力が付加されると、粒径の大きなコロイドは遠心力が作用する原料の中心部分から外側に移動し、粒径の小さいコロイドを含む溶液型グラウト材は遠心力の中心部分に移動する。このため、従来の重力を利用した分級槽のように大型化・複雑化した装置、あるいは、フィルタ材交換や逆洗等で機能再生を定期的に実施する必要のあるフィルタ材を用いた装置と異なり、簡単な構成により、遠心力の中心部分から粒径の小さいコロイドを含む溶液型グラウト材を多量に得ることができる。

また、この場合、粒径の大きなコロイドを含む溶液型グラウト材の原料は、再び原料として用いられる移動の途中、及び、再度、遠心力が付加される過程において粒径の大きなコロイドが細分化される。このため、溶液型グラウト材の原料は、系外に排出されることなく無駄なく利用することができる。

また、本発明に係る溶液型グラウト材の製造装置では、遠心力付加手段は、前記内槽内の中心部を回転軸として回転する攪拌翼と、を有することを特徴としている。

この場合、溶液型グラウト材の原料は、円筒形からなる内槽内で遠心力が付加される。このため、遠心力を付加する装置は、簡単な構成の内槽で実現することができる。

また、本発明に係る溶液型グラウト材の製造装置では、前記内槽の底面付近で、かつ槽壁付近には、散気管が設けられていることが好ましい。

この場合、内槽の槽壁の近くに存在する粒径の大きなコロイドが浮上する気泡に同伴させて槽外に積極的に排出させることができる。

また、本発明に係る溶液型グラウト材の製造装置では、遠心力付加手段は、サイクロン式分離装置で構成されることを特徴としている。

この場合、溶液型グラウト材の原料は、サイクロン式分離装置で遠心力が付加される。このため、遠心力を付加する装置は、簡単な構成のサイクロン式分離装置で実現することができる。

本発明の溶液型グラウト材の製造方法及びその製造装置によれば、簡単な構成により、所定の粒径以下のグラウト材を多量に得ることができるという効果を奏する。

本発明の第１の実施の形態よる溶液型グラウト材の製造方法を実施するために用いる溶液型グラウト材の製造装置の概略構成図である。 第２の実施の形態よる溶液型グラウト材の製造方法を実施するために用いる溶液型グラウト材の製造装置の概略構成図である。 実験により得られた時間経過とグラウト材の浸透距離との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態による溶液型グラウト材の製造方法及びその製造装置について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、この実施の形態により限定されるものではなく、また、下記の実施の形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一ものも含まれる。

（第１の実施の形態）
図１は、本第１の実施の形態による溶液型グラウト材の製造方法を実施するために好適な溶液型グラウト材の製造装置（以下、「グラウト材製造装置」という）Ａ１の概略構成図である。このグラウト材製造装置Ａ１は、内槽１ａ（貯留槽）及び外槽１ｂを有するミキサー１で構成されている。

内槽１ａは、上部開口で有底の円筒形からなり、内部に所定容量の空間が形成されている。そして、この内槽１ａ内には、この中心部を回転軸としてモータ等によって回転する撹拌翼を備えた攪拌機２（遠心力付加手段）が設けられている。また、この内槽１ａ内の底面付近で、かつ、槽壁付近には、散気管３が設けられている。この散気管３は、図示しないコンプレッサから圧縮空気が供給されるように構成されている。
さらに、内槽１ａ内の底の中心部には、排出管４（抽出手段）が設けられていて、この排出管４に注入ポンプ５が接続されている。

内槽１ａには、図示のように、溶液型グラウト材の原料となるコロイダルシリカ、硬化促進剤及び図示しない水が供給されるように構成されている。使用されるコロイダルシリカは、地盤の間隙や岩盤の亀裂の止水材として用いられる周知のコロイダルシリカであり、硬化促進剤は、塩化カリウム（ＫＣｌ）等の周知の硬化促進剤であり、そして、水は工業用水等を精製して得られたものが用いられる。
なお、これら原料の配合割合は、溶液型グラウト材が注入される地盤や岩盤（以下、「地盤」で説明する。したがって、本発明で地盤というときは、岩盤も含まれている。）の性状によって決定され、また、内槽１ａの容量も使用される溶液型グラウト材の注入量等によって決められる。

外槽１ｂは、内槽１ａの周囲に所定の間隔を保って設けられた上部開口で有底の円筒形からなり、内槽１ａの槽壁上端部から溢れ出てくる溶液型グラウト材を受け入れられるように構成されている。そして、この外槽１ｂの底部近くには、ポンプ６を接続している配管７が接続されている。この配管７の吐出側は内槽１ａに向けられている。したがって、内槽１ａの槽壁上端部から溢れ出てきた溶液型グラウト材は、ポンプ６及び配管７を介して循環されるように構成されている。

次に、上記構成からなるグラウト材製造装置Ａ１を用いた溶液型グラウト材の製造方法について説明する。
先ず、内槽１ａに溶液型グラウト材の原料となるコロイダルシリカ、及び別槽で硬化促進剤と水とを予め練り混ぜられた作液が供給されるとともに、攪拌機２が駆動され、また、散気管３から気泡が放出される。なお、図１中の矢印で示される「硬化促進剤」は、上記作液を意味している（後述の図２においても同じ）。

内槽１ａの溶液型グラウト材は、攪拌機２により一方向に回転されて混合撹拌されるとともに、粒径の大きなコロイドは砕粉される。さらに、粒径の大きなコロイド（粗粒分）は、遠心力が付加されることにより内槽１ａの槽壁付近に集められる。そして、その粒径の大きなコロイドを含む溶液型グラウト材の原料（粗粒分）は外槽１ｂに排出される。この外槽１ｂへの排出は、散気管３から放出される気泡によって効率よく行われる。この撹拌機２による混合撹拌により、内槽１ａの中心部に粒径の小さいコロイドを含む溶液型グラウト材が集まったとき、後述するように、溶液型グラウト材が槽外に排出されて液位が下がり外槽１ｂへの排出量が少なくなるので、内槽１ａ内には、新たな溶液型グラウト材の原料（コロイダルシリカ、硬化促進剤及び水）が継ぎ足される。

外槽１ｂに排出された粗粒分において、ポンプ６及び配管７を介して循環される際、粗粒分が砕粉されて内槽１ａに戻される。また、内槽１ａに戻された粗粒分は攪拌機２により砕粉されて細分化される。したがって、外槽１ｂに排出された溶液型グラウト材の原料は、系外に排出されることなく無駄なく利用される。

内槽１ａの底部中心部には、遠心力の反作用として粒径の小さいコロイドを含む溶液型グラウト材が集まり、その溶液型グラウト材は、排出管４を介して槽外に取り出されるとともに、注入ポンプ５を介して図示しない地盤に注入される。

上記構成からなるグラウト材製造装置Ａ１は、注入ポンプ５を介して図示しない地盤に供給される溶液型グラウト材は、粒径の小さいコロイドを含む溶液型グラウト材からなるので、浸透性に優れた溶液型グラウト材とすることができる。しかも、この浸透性に優れた溶液型グラウト材は、内槽１ａ、外槽１ｂ及び攪拌機２を備えた簡単な構成からなるミキサー１で原料を無駄なく利用しながら多量に、かつ連続的に製造することができる利点がある。

（第２の実施の形態）
図２に示すように、溶液型グラウト材製造装置Ａ２は、サイクロン式分離装置１０及び混合槽２０を含んで構成されている。

サイクロン式分離装置１０（遠心力付加手段）は、周知のサイクロンセパレータと同様に、上部が大径で、下部に向かうに従い漸次小径となる筒体で構成され、上部の大径の接線方向に供給管１１が接続されている。そして、その上部の大径の中心部には、中間に注入ポンプ１２を介在させた、第１排出管１３（抽出手段）が設けられるとともに、下部の小径部の下端部には第２排出管１４が設けられている。

混合槽２０は、上部開口の内部に所定容量の空間を有するとともに、モータによって回転駆動される攪拌機２１が設けられている。そして、混合槽２０の底部には、サイクロン式分離装置１０の供給管１１が中間にポンプ２２を介在させて接続されている。また、混合槽２０の上部には、サイクロン式分離装置１０の第２排出管１４が中間に循環ポンプ２３を介在させて接続されている。

混合槽２０には、上述した図１に示すグラウト材製造装置Ａ１の内槽１ａと同様に、溶液型グラウト材の原料となるコロイダルシリカ、及び別槽で硬化促進剤と水とを予め練り混ぜられた作液が供給されるように構成されている。

次に、上記構成からなるグラウト材製造装置Ａ２を用いた溶液型グラウト材の製造方法について説明する。まず、混合槽２０において、溶液型グラウト材の原料となるコロイダルシリカ、硬化促進剤及び水が攪拌機２１により混合撹拌される。

混合槽２０内で混合撹拌された溶液型グラウト材の原料は、ポンプ２２及び供給管１１を介してサイクロン式分離装置１０に供給される。サイクロン式分離装置１０に供給された原料の粒径の大きなコロイド（粗粒分）は、遠心力が付加されることにより、サイクロン式分離装置１０の槽内壁側に移動するとともに、その粗粒分は、槽内壁に沿いながら徐々に下方に導かれる。そして、その粗粒分を含む溶液型グラウト材の原料は、循環ポンプ２３及び配管１４を介して混合槽２０内に戻される。

この循環ポンプ２３及び配管１４を介して混合槽２０内に戻され際、原料の粗粒分は、その循環時に砕粉されて混合槽２０内に戻される。また、混合槽２０内に戻された粗粒分は、攪拌機２１により砕粉されて細分化される。したがって、溶液型グラウト材の原料は、系外に排出されることなく無駄なく利用される。

サイクロン式分離装置１０の中心部には、遠心力の反作用として粒径の小さいコロイドを含む溶液型グラウト材が集まり、この溶液型グラウト材は、第１排出管１３を介して槽外に取り出されるとともに、注入ポンプ１２を介して図示しない地盤に注入される。

なお、第１排出管１３を介して溶液型グラウト材が槽外に取り出されることにより、混合槽２０内の液位が所定まで下がったとき、混合槽２０内には、新たな溶液型グラウト材の原料（コロイダルシリカ、硬化促進剤及び水）が継ぎ足される。

上記構成からなる溶液型グラウト材製造装置Ａ２では、注入ポンプ１２を介して図示しない地盤に供給される溶液型グラウト材は、粒径の小さいコロイドを含む溶液型グラウト材からなるので、浸透性に優れた溶液型グラウト材とすることができる。しかも、この浸透性に優れた溶液型グラウト材は、サイクロン式分離装置１０を備えた簡単な構成からなり、原料を無駄なく利用しながら連続的に製造することができる利点がある。

以上、本発明による溶液型グラウト材の製造方法及びその製造装置の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、本実施の形態では、抽出される溶液型グラウト材以外の原料の粗粒分が、再び溶液型グラウト材の原料として用いられる方法及び製造装置としているが、これに限定されず、その粗粒分を再利用しない方法及び製造装置としてもよい。
また、溶液型グラウト材の製造装置では、攪拌機２や散気管３を設ける構成としているが、これらは省略することも可能である。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

Ａ１，Ａ２ 溶液型グラウト材の製造装置（グラウト材製造装置）
１ ミキサー
１ａ 内槽（貯留槽）
１ｂ 外槽
２ 攪拌機（遠心力付加手段）
３ 散気管
４ 排出管（抽出手段）
５ 注入ポンプ
６ ポンプ
７ 配管
１０ サイクロン式分離装置（遠心力付加手段）
１１ 供給管
１２ 注入ポンプ
１３ 第１排出管（抽出手段）
１４ 第２排出管
２０ 混合槽
２１ 攪拌機
２２ ポンプ
２３ 循環ポンプ

Claims (5)

1. 内槽と、該内槽の周囲に所定の間隔を保って設けられた上部開口を有する有底筒状の外槽と、を有するミキサーを用いてコロイダルシリカを主成分とする溶液型グラウト材を製造する溶液型グラウト材の製造方法であって、
   前記内槽に供給された前記溶液型グラウト材の原料に遠心力を付加し、その遠心力が作用する前記原料の中心部分から地盤に注入する溶液型グラウト材を抽出する工程と、
   前記遠心力により前記内槽から溢れ出た前記抽出される溶液型グラウト材以外の原料の粗粒分を、前記外槽に受け入れる工程と、
   前記外槽で受け入れた前記原料の粗粒分を配管を介して移動させて前記内槽に戻す工程と、
   を有し、
   前記外槽内の前記粗粒分は、前記配管を介して前記内槽に戻される循環の際に粉砕されて細分化され、再び溶液型グラウト材の原料として用いられることを特徴とする溶液型グラウト材の製造方法。
2. 内槽と、
   前記内槽に設けられ、コロイダルシリカを主成分とする溶液型グラウト材の原料に遠心力を付加する遠心力付加手段と、
   前記内槽において、前記遠心力付加手段で付加された遠心力が作用する前記原料の中心部分から地盤に注入する溶液型グラウト材を抽出する抽出手段と、
   前記遠心力により前記内槽から溢れ出た前記抽出される溶液型グラウト材以外の原料の粗粒分を受け入れ可能で、前記内槽の周囲に所定の間隔を保って設けられた上部開口を有する有底筒状の外槽と、
   前記外槽で受け入れた前記原料の粗粒分を前記内槽に戻すように移動させるための配管と、
   を備え、
   前記外槽内の前記粗粒分は、前記配管を介して前記内槽に戻される循環の際に粉砕されて細分化され、再び溶液型グラウト材の原料として用いられることを特徴とする溶液型グラウト材の製造装置。
3. 前記遠心力付加手段は、
   前記内槽内の中心部を回転軸として回転する攪拌翼と、
   を有することを特徴とする請求項２に記載の溶液型グラウト材の製造装置。
4. 前記内槽の底面付近で、かつ槽壁付近には、散気管が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の溶液型グラウト材の製造装置。
5. 前記遠心力付加手段は、サイクロン式分離装置で構成されることを特徴とする請求項２に記載の溶液型グラウト材の製造装置。

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