JP6134955B2 - 地盤注入用固結材 - Google Patents
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Description
本発明は、地盤注入用固結材に関し、特に地盤注入時に地盤への浸透性が良好であり、また固結時の収縮率が小さい地盤注入用固結材に関する。
従来、地盤の液状化防止注入工事に有用な地盤注入用固結材としては、例えば、珪酸ソーダと酸成分を含有する地盤注入用固結材が知られている。珪酸ソーダ（水ガラス）としては、いわゆる５号珪酸ソーダ（ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏで表されるモル比が３．７程度）、３号珪酸ソーダ（ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏで表されるモル比が３．２程度）等が用いられている。また、地盤注入用固結材のＳｉＯ２含有量を増加するために、水ガラスにコロイダルシリカを配合したものも知られている。
具体的には、特許文献１には、コロイダルシリカと水ガラスの混合物（アルカリ性シリカ溶液）に反応剤として硫酸、リン酸、塩化アルミニウム等を添加することにより得られるグラウト（地盤注入用固結材）が記載されている。特に［0029］段落には、「例えば、アルカリ性シリカ溶液に酸性反応剤を添加して該溶液を酸性〜中性領域に調整して所定のゲル化時間を有するグラウトとすることができる。」と記載されている。
しかしながら、上記従来の地盤注入用固結材には次のような問題がある。即ち、従来の地盤注入用固結材はＳｉＯ２含有量を増加するために水ガラスにコロイダルシリカを混合する場合があるが、粒径の大きなコロイダルシリカが混合されることにより地盤注入時に地盤への浸透性が十分でない。また、コロイダルシリカを配合しない水ガラス系の地盤注入用固結材の場合、固結時の収縮率が大きいという問題がある。
よって、これらの問題を改善した地盤注入用固結材の開発が望まれている。
本発明は、地盤注入時に地盤への浸透性が良好であり、また固結時の収縮率が小さい地盤注入用固結材を提供することを目的とする。
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、特定の高モル比珪酸ソーダと酸成分と水とを混合することにより得られる地盤注入用固結材が上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は、下記の地盤注入用固結材に関する。
１．ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏで表されるモル比が３．８〜５．３でありＳｉＯ２濃度が１７質量％以上である高モル比珪酸ソーダと、酸成分と、水とを混合することにより得られる地盤注入用固結材であって、
（１）前記高モル比珪酸ソーダは、珪酸ソーダと活性珪酸とを混合することによりＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏで表されるモル比が３．８〜５．３である混合液を調製後、当該混合液を濃縮して当該混合液のＳｉＯ２濃度を１７質量％以上に調整することにより得られ、
（２）前記活性珪酸は、珪酸コロイド溶液である、
ことを特徴とする地盤注入用固結材。
２．前記モル比が５．０を超えて５．３以下である、上記項１に記載の地盤注入用固結材。
３．前記ＳｉＯ２濃度が１７〜２３質量％である、上記項１又は２に記載の地盤注入用固結材。
４．前記珪酸ソーダは、ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏで表されるモル比が３〜５であり、且つ、ＳｉＯ２濃度が１０〜３０質量％である、上記項１〜３のいずれかに記載の地盤注入用固結材。
５．前記活性珪酸は、ＳｉＯ２濃度が３〜６質量％である、上記項１〜４のいずれかに記載の地盤注入用固結材。
１．ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏで表されるモル比が３．８〜５．３でありＳｉＯ２濃度が１７質量％以上である高モル比珪酸ソーダと、酸成分と、水とを混合することにより得られる地盤注入用固結材であって、
（１）前記高モル比珪酸ソーダは、珪酸ソーダと活性珪酸とを混合することによりＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏで表されるモル比が３．８〜５．３である混合液を調製後、当該混合液を濃縮して当該混合液のＳｉＯ２濃度を１７質量％以上に調整することにより得られ、
（２）前記活性珪酸は、珪酸コロイド溶液である、
ことを特徴とする地盤注入用固結材。
２．前記モル比が５．０を超えて５．３以下である、上記項１に記載の地盤注入用固結材。
３．前記ＳｉＯ２濃度が１７〜２３質量％である、上記項１又は２に記載の地盤注入用固結材。
４．前記珪酸ソーダは、ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏで表されるモル比が３〜５であり、且つ、ＳｉＯ２濃度が１０〜３０質量％である、上記項１〜３のいずれかに記載の地盤注入用固結材。
５．前記活性珪酸は、ＳｉＯ２濃度が３〜６質量％である、上記項１〜４のいずれかに記載の地盤注入用固結材。
以下、本発明の地盤注入用固結材について詳細に説明する。
本発明の地盤注入用固結材は、ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏで表されるモル比が３．８〜５．３でありＳｉＯ２濃度が１７質量％以上である高モル比珪酸ソーダと、酸成分と、水とを混合することにより得られることを特徴とする。
上記特徴を有する本発明の地盤注入用固結材は、５号珪酸ソーダ又は３号珪酸ソーダと酸成分と水とを混合することにより得られる従来品の地盤注入用固結材と比較して固結時の収縮率が小さいという特性がある。また、コロイダルシリカを混合してＳｉＯ２濃度を増加した従来品との関係では、同じモル比において固結時の強度が大きいという特性がある。また、特定の高モル比珪酸ソーダを用いることにより、ＳｉＯ２含有量を増加するためにコロイダルシリカを混合する必要がなく地盤注入時に地盤への浸透性が良好である。
（高モル比珪酸ソーダ）
上記高モル比珪酸ソーダは、上記特定のモル比及びＳｉＯ２濃度が満たされている限り製造方法は限定されないが、高モル比珪酸ソーダの長期安定性を考慮して下記の製造方法により製造されるものが好ましい。即ち、珪酸ソーダと活性珪酸とを混合することによりＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏで表されるモル比が３．８〜５．３である混合液を調製後、当該混合液を濃縮して当該混合液のＳｉＯ２濃度を１７質量％以上に調整する製造方法により製造されるものが好ましい。以下、当該製造方法について例示的に説明する。
（高モル比珪酸ソーダ）
上記高モル比珪酸ソーダは、上記特定のモル比及びＳｉＯ２濃度が満たされている限り製造方法は限定されないが、高モル比珪酸ソーダの長期安定性を考慮して下記の製造方法により製造されるものが好ましい。即ち、珪酸ソーダと活性珪酸とを混合することによりＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏで表されるモル比が３．８〜５．３である混合液を調製後、当該混合液を濃縮して当該混合液のＳｉＯ２濃度を１７質量％以上に調整する製造方法により製造されるものが好ましい。以下、当該製造方法について例示的に説明する。
上記製造方法で使用する珪酸ソーダとしては限定されず、市販品やそれに水を加えて希釈した希釈溶液を使用できる。
珪酸ソーダのモル比（ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏ）は限定されないが、３〜５程度が好ましく、汎用の珪酸ソーダが使えるため、３．１〜３．８程度がより好ましい。
珪酸ソーダに含まれるシリカ濃度としては、１０〜３０質量％程度が好ましく、２０〜３０質量％程度がより好ましい。
上記製造方法で使用する活性珪酸としては特に限定されず、例えば、上記珪酸ソーダの水希釈液をイオン交換又は電気透析により脱アルカリ処理することにより得られる珪酸コロイド溶液が使用できる。なお、上記活性珪酸は完全に脱アルカリされているものだけでなく、アルカリが一部残存しているものでもよい。
上記活性珪酸のＳｉＯ２濃度は限定的ではないが、３〜６質量％程度が好ましい。
上記製造方法では、上記珪酸ソーダ（水希釈液も含む）と上記活性珪酸を混合することによりモル比が３．８〜５．３（好ましくは４．８〜５．３）である混合液を調製する。なお、モル比が５．０を超えて５．３以下（好ましくは５．１以上５．３以下）に調整することにより、最終製品の地盤注入用固結材の収縮率を低減することができる（後述の試験例３９）。ここで、特に珪酸ソーダに活性珪酸を添加する態様によれば、混合液を中性領域にすることなくモル比をより確実に調整することができる点で好ましい。
次いで、混合液を濃縮して混合液のＳｉＯ２濃度を１７質量％以上に調整する。濃縮の程度は最終製品の用途に応じて適宜設定できるが、安定性と取扱性とを考慮すると、１７〜２３質量％が好ましく、１８〜２２質量％がより好ましい。濃縮後のＳｉＯ２濃度が２３質量％を超える場合には、粘性が高くなり取扱性が低下するおそれがある。
濃縮方法は限定されないが、例えば、加温下（好ましくは４０〜６０℃程度）でロータリーエバポレーターを用いて濃縮すればよい。
上記濃縮により得られる高モル比珪酸ソーダは、長期安定性が優れており、調製後１００時間を経過しても実質的に変化が認められない長期安定性の優れた高モル比珪酸ソーダである。特に好ましい実施態様では、調製後１００日経過後も実質的に変化が認められない程度の優れた長期安定性が得られる。
特にモル比が４．８〜５．２であり、ＳｉＯ２濃度が１８〜２２質量％である場合には、試験例の結果からも明らかなように、調製後１００日経過後において変化が認められない。
（地盤注入用固結材）
本発明の地盤注入用固結材は、上記高モル比珪酸ソーダと酸成分と水とを混合することにより得られる。
（地盤注入用固結材）
本発明の地盤注入用固結材は、上記高モル比珪酸ソーダと酸成分と水とを混合することにより得られる。
上記酸成分としては限定されないが、硫酸及び／又はリン酸が好ましい。これらの酸は複数種類を混合して使用することもできる。これらの酸は、酸濃度が５０〜８０質量％の市販の酸溶液がそのまま使用できる。
上記酸成分及び水の混合割合は、地盤注入用固結材の所望のＳｉＯ２含有量、ｐＨ及びゲルタイムに応じて適宜設定することができる。本発明では、地盤注入用固結材のＳｉＯ２含有量は２〜１５質量％が好ましく、３〜１２質量％がより好ましい。また、ｐＨとゲルタイムは関連しており、地盤注入用固結材の用途が液状化防止用である場合には、ｐＨ２〜４程度、ゲルタイム１０時間以上に設定することが好ましい。他方、地盤注入用固結材が瞬結〜緩結タイプ（ゲルタイム１０秒〜１時間程度）の場合には、ｐＨ４〜８程度に設定することが好ましい。よって、水の混合割合はＳｉＯ２含有量の調整の点で設定し、酸成分の混合割合はｐＨ及びゲルタイムの調整の点で設定すればよい。
上記成分の混合方法は限定されないが、例えば、調製用容器に水の一部を入れておき、当該水を撹拌しながら酸成分及び残りの水で希釈した高モル比珪酸ソーダを滴下することにより各成分を混合することが好ましい。このような混合方法を採用することにより、各成分を効率的に混合することができるとともに酸成分の供給による調製用容器の腐食等の発生を効果的に抑制することができる。
本発明の地盤注入用固結材は、上記高モル比珪酸ソーダを原料として用いることにより、ＳｉＯ２含有量を増加するためにコロイダルシリカを混合する必要がない。通常、地盤注入用固結材に用いられるコロイダルシリカに含まれるシリカ（ＳｉＯ２）の平均粒子径は５〜３０ｎｍであり、従来この大きな平均粒子径が地盤への浸透性を不十分とする原因になっていたが、本発明ではコロイダルシリカを含有しないため地盤注入時に地盤への浸透性が良好である。
本発明の地盤注入用固結材は、地盤の液状化防止注入工事又は地盤補強工事に有用である。特にコロイダルシリカを含有しない点で地盤への浸透性が良好である上、従来品の地盤注入用固結材と比較して固結時の収縮率が小さい点で有利である。
本発明の地盤注入用固結材は、５号珪酸ソーダ又は３号珪酸ソーダと酸成分と水とを混合することにより得られる従来品の地盤注入用固結材と比較して固結時の収縮率が小さいという特性がある。また、コロイダルシリカを混合してＳｉＯ２濃度を増加した従来品との関係では、同じモル比において固結時の強度が大きいという特性がある。また、特定の高モル比珪酸ソーダを用いることにより、ＳｉＯ２含有量を増加するためにコロイダルシリカを混合する必要がなく地盤注入時に地盤への浸透性が良好である。
以下に試験例、実施例及び比較例を示して本発明を具体的に説明する。但し、本発明は実施例に限定されない。
試験例１〜３５
（高モル比珪酸ソーダの調製）
５号珪酸ソーダ（ＳｉＯ２濃度：２４．００質量％，Ｎａ２Ｏ濃度：６．６２質量％，モル比：３．７４）を水で希釈してシリカ濃度を５．０質量％とし、陽イオン交換樹脂を通して活性珪酸を調製した。活性珪酸のＳｉＯ２濃度は約４．７質量％であった。
（高モル比珪酸ソーダの調製）
５号珪酸ソーダ（ＳｉＯ２濃度：２４．００質量％，Ｎａ２Ｏ濃度：６．６２質量％，モル比：３．７４）を水で希釈してシリカ濃度を５．０質量％とし、陽イオン交換樹脂を通して活性珪酸を調製した。活性珪酸のＳｉＯ２濃度は約４．７質量％であった。
５号珪酸ソーダ（上記原液）に上記活性珪酸を撹拌しながら添加して濃縮前の高モル比珪酸ソーダを５種類調製した。具体的には、モル比４．８（ＳｉＯ２濃度１２質量％）、モル比５．０（ＳｉＯ２濃度１２質量％）、モル比５．１（ＳｉＯ２濃度１２質量％）、モル比５．２（ＳｉＯ２濃度１１質量％）、モル比５．３（ＳｉＯ２濃度１１質量％）の５種類の高モル比珪酸ソーダ（濃縮前）を調製した。
モル比が４．８である高モル比珪酸ソーダ（濃縮前：ＳｉＯ２濃度１２質量％）を、ＳｉＯ２濃度が１３質量％、１４質量％、１５質量％、１６質量％、１７質量％、１８質量％、１９質量％、２０質量％、２２質量％となるように１％ずつ濃縮した。濃縮前を試験例１とし、ＳｉＯ２濃度ごとに順に試験例２〜１０のサンプルとした。
モル比が５．０である高モル比珪酸ソーダ（濃縮前：ＳｉＯ２濃度１２質量％）を、ＳｉＯ２濃度が１３質量％、１４質量％、１５質量％、１６質量％、１７質量％、１８質量％、１９質量％、２０質量％、２１質量％となるように１％ずつ濃縮した。濃縮前を試験例１１とし、ＳｉＯ２濃度ごとに順に試験例１２〜２０のサンプルとした。
モル比が５．１である高モル比珪酸ソーダ（濃縮前：ＳｉＯ２濃度１２質量％）を、ＳｉＯ２濃度が１８質量％、１９質量％、２０質量％、２１質量％となるように濃縮した。濃縮前を試験例２１とし、ＳｉＯ２濃度ごとに順に試験例２２〜２５のサンプルとした。
モル比が５．２である高モル比珪酸ソーダ（濃縮前：ＳｉＯ２濃度１１質量％）を、ＳｉＯ２濃度が１８質量％、１９質量％、２０質量％、２１質量％となるように濃縮した。濃縮前を試験例２６とし、ＳｉＯ２濃度ごとに順に試験例２７〜３０のサンプルとした。
モル比が５．３である高モル比珪酸ソーダ（濃縮前：ＳｉＯ２濃度１１質量％）を、ＳｉＯ２濃度が１８質量％、１９質量％、２０質量％、２１質量％となるように濃縮した。濃縮前を試験例３１とし、ＳｉＯ２濃度ごとに順に試験例３２〜３５のサンプルとした。
濃縮は、ロータリーエバポレーターを使用して４５〜５５℃で実施した。
モル比が４．８でＳｉＯ２濃度が１２質量％であるサンプルはMR4.8-12%と表記する。試験例番号と各サンプルの対応は次の通りである。
（成分分析）
試験例１〜３５で得られた高モル比珪酸ソーダ（各サンプル）の２０℃付近の比重は、基本的に浮きばかりで測定したが、粘性が高くて測定できない場合はメスシリンダーに秤取り、重量と体積より算出した。２０℃付近の粘度はＢ型粘度計で測定した。
試験例１〜３５で得られた高モル比珪酸ソーダ（各サンプル）の２０℃付近の比重は、基本的に浮きばかりで測定したが、粘性が高くて測定できない場合はメスシリンダーに秤取り、重量と体積より算出した。２０℃付近の粘度はＢ型粘度計で測定した。
成分分析は濃縮前サンプルの中和滴定によるアルカリ濃度と１０００℃の強熱残分を測定し、強熱残分からアルカリ（Ｎａ２Ｏ）含有率と別途測定した不純物（金属酸化物）含有率を差し引いてシリカ濃度とした。濃縮後のサンプルについてはアルカリ濃度のみを測定し、モル比が変化しない前提でシリカ濃度を算出した。
各サンプルの成分分析結果を表２に示す。
（経時変化）
各サンプルをポリ容器に密封して室温（２０〜３５℃程度）で保存し、１００日後までの経時変化を肉眼で観察した。変化レベルは０〜５の６段階に分けて評価した。各変化レベルの判断基準を表３に示す。調製５日後において、試験例３２、３３のサンプルでは変化レベルの低い白濁が確認されたが、いずれも調製１００時間経過時点において、変化は認められなかった。調製１００日経過時点での高モル比珪酸ソーダの安定領域及び不安定領域を図３に示す。図３から明らかなように、モル比が４．８〜５．３でありＳｉＯ２濃度が１７〜２３質量％である場合には、適度な流動性を確保しながら長期間にわたる保存安定性を維持できることが分かる。
（２９Ｓｉ−ＮＭＲ測定）
各モル比のＳｉＯ２濃度が２０質量％サンプル（２０日程度経過したもの）の２９Ｓｉ−ＮＭＲスペクトルを測定した（ＪＥＯＬ ＬＡＭＢＤＡ ４００を使用した）。測定したスペクトルを図１に示す。図１から明らかなように、どのスペクトルもＱ０〜Ｑ３の明確なピークを示しており、低分子量の珪酸種を多く含んでおり、コロイダルシリカではなく珪酸ソーダに属することが分かる。Ｑ４に関しては、モル比の上昇に伴いやや幅が広くなり、高磁場側にピークトップがシフトしている。これはコロイド領域のシリカ粒子の粒径がモル比の上昇とともに大きくなることが理由と考えられる。また、モル比が４．８、５．０及び５．１であってＳｉＯ２濃度が２０質量％サンプル（２７０日程度経過したもの）の２９Ｓｉ−ＮＭＲスペクトルを図２に示す。２７０日程度経過後であっても、Ｑ０〜Ｑ３の明確なピークを示しており、低分子量の珪酸種を多く含んでおり、コロイダルシリカではなく珪酸ソーダに属することが分かる。
（経時変化）
各サンプルをポリ容器に密封して室温（２０〜３５℃程度）で保存し、１００日後までの経時変化を肉眼で観察した。変化レベルは０〜５の６段階に分けて評価した。各変化レベルの判断基準を表３に示す。調製５日後において、試験例３２、３３のサンプルでは変化レベルの低い白濁が確認されたが、いずれも調製１００時間経過時点において、変化は認められなかった。調製１００日経過時点での高モル比珪酸ソーダの安定領域及び不安定領域を図３に示す。図３から明らかなように、モル比が４．８〜５．３でありＳｉＯ２濃度が１７〜２３質量％である場合には、適度な流動性を確保しながら長期間にわたる保存安定性を維持できることが分かる。
（２９Ｓｉ−ＮＭＲ測定）
各モル比のＳｉＯ２濃度が２０質量％サンプル（２０日程度経過したもの）の２９Ｓｉ−ＮＭＲスペクトルを測定した（ＪＥＯＬ ＬＡＭＢＤＡ ４００を使用した）。測定したスペクトルを図１に示す。図１から明らかなように、どのスペクトルもＱ０〜Ｑ３の明確なピークを示しており、低分子量の珪酸種を多く含んでおり、コロイダルシリカではなく珪酸ソーダに属することが分かる。Ｑ４に関しては、モル比の上昇に伴いやや幅が広くなり、高磁場側にピークトップがシフトしている。これはコロイド領域のシリカ粒子の粒径がモル比の上昇とともに大きくなることが理由と考えられる。また、モル比が４．８、５．０及び５．１であってＳｉＯ２濃度が２０質量％サンプル（２７０日程度経過したもの）の２９Ｓｉ−ＮＭＲスペクトルを図２に示す。２７０日程度経過後であっても、Ｑ０〜Ｑ３の明確なピークを示しており、低分子量の珪酸種を多く含んでおり、コロイダルシリカではなく珪酸ソーダに属することが分かる。
試験例３６
５号珪酸ソーダ（上記原液）に上記活性珪酸を撹拌しながら添加して濃縮前の高モル比珪酸ソーダ（モル比４．０、ＳｉＯ２濃度１９質量％）を調製した。これを、ＳｉＯ２濃度が２３質量％となるまで濃縮した。
５号珪酸ソーダ（上記原液）に上記活性珪酸を撹拌しながら添加して濃縮前の高モル比珪酸ソーダ（モル比４．０、ＳｉＯ２濃度１９質量％）を調製した。これを、ＳｉＯ２濃度が２３質量％となるまで濃縮した。
濃縮液の分析値は、Ｎａ２Ｏ：６．０９ｗｔ％、比重：１．２７６、粘度：４１．０ｍＰａ・ｓであった。調製から１００日経過後の濃縮液を観察したところ、実質的に変化は認められなかった。
試験例３７
５号珪酸ソーダ（上記原液）に上記活性珪酸を撹拌しながら添加して濃縮前の高モル比珪酸ソーダ（モル比４．５、ＳｉＯ２濃度１５質量％）を調製した。これを、ＳｉＯ２濃度が１８質量％となるまで濃縮した。
５号珪酸ソーダ（上記原液）に上記活性珪酸を撹拌しながら添加して濃縮前の高モル比珪酸ソーダ（モル比４．５、ＳｉＯ２濃度１５質量％）を調製した。これを、ＳｉＯ２濃度が１８質量％となるまで濃縮した。
濃縮液の分析値は、Ｎａ２Ｏ：４．２５ｗｔ％、比重：１．２０９、粘度：１３．２ｍＰａ・ｓであった。調製から１００日経過後の濃縮液を観察したところ、実質的に変化は認められなかった。
実施例１〜３及び比較例１〜３
先ず、下記表４に示される各種珪酸材料を用意した。モル比５．１、モル比４．８及びモル比５．３の高モル比珪酸ソーダは前記試験例１〜３５の製造方法に倣って調製した。他の珪酸材料は市販品を用いた。
先ず、下記表４に示される各種珪酸材料を用意した。モル比５．１、モル比４．８及びモル比５．３の高モル比珪酸ソーダは前記試験例１〜３５の製造方法に倣って調製した。他の珪酸材料は市販品を用いた。
下記表５に示される各成分を混合することにより地盤注入用固結材を調製した。何れも、水の一部を調製用容器に入れた後、当該水を撹拌しながら他の成分を滴下することにより地盤注入用固結材を調製した。なお、比較例３は５号珪酸ソーダ（モル比３．７４）にコロイダルシリカを加えて予めモル比５．１の珪酸原料を調製したものであり、実施例１と同じモル比であるが珪酸原料の種類が異なるものである。
各実施例及び比較例において、各成分の配合量を調整することにより、シリカ濃度が３、６及び１０質量％、ｐＨが４、３及び２．２の３種類の地盤注入用固結材を調製した。何れの地盤注入用固結材もゲルタイムは２０時間となるように調整した。
試験例３８（一軸圧縮強さ測定）
実施例１及び比較例３で作製した地盤注入用固結材（何れも地盤注入用固結材のシリカ濃度が６質量％、ｐＨが３）を用いて砂（豊浦砂）を固めて円柱の供試体（直径５ｃｍ、高さ１０ｃｍ）を作製し、供試体の一軸圧縮強さを測定した。実施例及び比較例ごとに供試体を３本ずつ作製し、その平均値を求めた。
実施例１及び比較例３で作製した地盤注入用固結材（何れも地盤注入用固結材のシリカ濃度が６質量％、ｐＨが３）を用いて砂（豊浦砂）を固めて円柱の供試体（直径５ｃｍ、高さ１０ｃｍ）を作製し、供試体の一軸圧縮強さを測定した。実施例及び比較例ごとに供試体を３本ずつ作製し、その平均値を求めた。
供試体の作製方法及び測定方法は次の通りとした。
（１）円柱の型（内径５ｃｍ、高さ１２ｃｍ）からその円柱の体積を求める。
（２）豊浦砂を、上記体積に対して相対密度５０％になるように計量する。相対密度は砂の種類により異なり、相対密度１００％はその砂を限界まで密に詰めた状態、０％はできる限り緩く詰めた状態であり、５０％はその中間の状態である。
（３）上記円柱の型に地盤注入用固結材を入れ、そこに計量した豊浦砂が均一になるように流し込む。
（４）地盤注入用固結材がゲル化して所定の材齢となるまで静置して待つ。
（５）ゲル化した後、円柱を高さ１０ｃｍになるように整えて供試体とする。
（６）供試体を圧縮強さ測定機で圧縮し、供試体が壊れた時の一軸圧縮強さを測定する。一軸圧縮強さの単位は（圧力／単位面積）である。
（１）円柱の型（内径５ｃｍ、高さ１２ｃｍ）からその円柱の体積を求める。
（２）豊浦砂を、上記体積に対して相対密度５０％になるように計量する。相対密度は砂の種類により異なり、相対密度１００％はその砂を限界まで密に詰めた状態、０％はできる限り緩く詰めた状態であり、５０％はその中間の状態である。
（３）上記円柱の型に地盤注入用固結材を入れ、そこに計量した豊浦砂が均一になるように流し込む。
（４）地盤注入用固結材がゲル化して所定の材齢となるまで静置して待つ。
（５）ゲル化した後、円柱を高さ１０ｃｍになるように整えて供試体とする。
（６）供試体を圧縮強さ測定機で圧縮し、供試体が壊れた時の一軸圧縮強さを測定する。一軸圧縮強さの単位は（圧力／単位面積）である。
一軸圧縮強さの測定結果を図４に示す。図４中、（１）は実施例１、（２）は比較例３の測定結果である。図４から明らかなように、実施例１の方が比較例３よりも各材齢における一軸圧縮強さが優れていることが分かる。
試験例３９（収縮率測定）
実施例１、比較例１及び比較例２で作製した地盤注入用固結材（何れも地盤注入用固結材のシリカ濃度が６質量％、ｐＨが３）の収縮率を測定した。実施例及び比較例ごとにサンプルを２つずつ作製し、その平均値を求めた。
実施例１、比較例１及び比較例２で作製した地盤注入用固結材（何れも地盤注入用固結材のシリカ濃度が６質量％、ｐＨが３）の収縮率を測定した。実施例及び比較例ごとにサンプルを２つずつ作製し、その平均値を求めた。
収縮率の測定方法は次の通りとした。
（１）２５０ｃｍ３のメスフラスコを用意し、地盤注入用固結材を１５０ｃｍ３入れ、ゲル化して固まるまで待つ。
（２）固まった後、２５０ｃｍ３を示す線まで水を加える。この時点で１００ｃｍ３の水を入れたことになる。
（２）一定時間毎（最初は２日毎、固化から２週間以降は１４日毎）に水を取り出し、２５０ｃｍ３を示す線まで水を加えることを繰り返して水量を計量する。
（３）水を入れ換えるまでにゲルが収縮していれば、次に加える水量は増えることになる。例えば、初めて水を入れたときの量が１００ｇで、２回目に入れた量が１０６ｇならば、この間にゲルは６ｃｍ３収縮したことになる。このとき最初のゲルは１５０ｃｍ３なので、収縮率は４％ということになる。
（１）２５０ｃｍ３のメスフラスコを用意し、地盤注入用固結材を１５０ｃｍ３入れ、ゲル化して固まるまで待つ。
（２）固まった後、２５０ｃｍ３を示す線まで水を加える。この時点で１００ｃｍ３の水を入れたことになる。
（２）一定時間毎（最初は２日毎、固化から２週間以降は１４日毎）に水を取り出し、２５０ｃｍ３を示す線まで水を加えることを繰り返して水量を計量する。
（３）水を入れ換えるまでにゲルが収縮していれば、次に加える水量は増えることになる。例えば、初めて水を入れたときの量が１００ｇで、２回目に入れた量が１０６ｇならば、この間にゲルは６ｃｍ３収縮したことになる。このとき最初のゲルは１５０ｃｍ３なので、収縮率は４％ということになる。
収縮率の測定結果を図５に示す。図５から明らかなように、材齢約３０日後以降は、実施例１が比較例１及び比較例２よりも経時的な収縮率が低く抑えられていることが分かる。
次いで、１４０日経過時点でのゲルの収縮率を縦軸に、そのとき使用した珪酸ソーダのモル比を横軸にとってグラフを作成した（図６）。併せて、横軸を塩濃度（ＳｉＯ２、Ｎａ２Ｏ、Ｈ２ＳＯ４の濃度の合計）、縦軸を収縮率としたグラフを作成した（図７）。
これらのグラフから、モル比５．０及びモル比５．３における収縮率を算出した。収縮率はモル比に基づく場合と塩濃度に基づく場合の２通りで算出した。モル比に基づく場合は、実際に測定された図６の３点の関係を最小二乗法によって一次関数（直線）で表し、その式にモル比５．０及びモル比５．３を代入することにより求めた。塩濃度に基づく場合は、モル比５．０の塩濃度（９．１９％）とモル比５．３の塩濃度（９．０４％）を算出後、実際に測定された図７の３点の関係を最小二乗法によって一次関数（直線）で表し、その式にモル比５．０の塩濃度とモル比５．３の塩濃度を代入することにより求めた。
算出結果を下記表６に示す。表６の結果から明らかなように、モル比５．０の場合よりもモル比が大きい場合の方が収縮率を低く抑えられることが分かる。
Claims (5)
- ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏで表されるモル比が３．８〜５．３でありＳｉＯ２濃度が１７質量％以上である高モル比珪酸ソーダと、酸成分と、水とを混合することにより得られる地盤注入用固結材であって、
（１）前記高モル比珪酸ソーダは、珪酸ソーダと活性珪酸とを混合することによりＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏで表されるモル比が３．８〜５．３である混合液を調製後、当該混合液を濃縮して当該混合液のＳｉＯ２濃度を１７質量％以上に調整することにより得られ、
（２）前記活性珪酸は、珪酸コロイド溶液である、
ことを特徴とする地盤注入用固結材。 - 前記モル比が５．０を超えて５．３以下である、請求項１に記載の地盤注入用固結材。
- 前記ＳｉＯ２濃度が１７〜２３質量％である、請求項１又は２に記載の地盤注入用固結材。
- 前記珪酸ソーダは、ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏで表されるモル比が３〜５であり、且つ、ＳｉＯ２濃度が１０〜３０質量％である、請求項１〜３のいずれかに記載の地盤注入用固結材。
- 前記活性珪酸は、ＳｉＯ２濃度が３〜６質量％である、請求項１〜４のいずれかに記載の地盤注入用固結材。
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