JP2023006556A - Silica grout and ground injection method using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、地熱水由来のシリカコロイドを有効成分とするシリカグラウトおよびそれを用いた地盤注入工法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a silica grout containing geothermal water-derived silica colloid as an active ingredient and a ground grouting method using the silica grout.
地盤を固結する耐久性に優れた地盤注入材として、本出願人によるコロイダルシリカを用いた注入材がすでに知られている(特許文献1)。コロイダルシリカはそれ自体が安定性に優れ、固結性がないため、塩および/または酸を加えて不安定化させてゲル化させるか、あるいは、さらに水ガラスを加えて強度発現を速くしたり、長い浸透性をもつ酸性~弱アルカリ性のpHに調整して、シリカグラウトに用いられる。 A grouting material using colloidal silica proposed by the present applicant is already known as a ground grouting material that consolidates the ground and has excellent durability (Patent Document 1). Colloidal silica itself is very stable and non-caking, so you can add salt and/or acid to destabilize and gel, or add water glass to speed up strength development. It is used in silica grout, adjusted to an acidic to slightly alkaline pH with long penetration.
これらのコロイダルシリカは、水ガラスのアルカリをイオン交換法により除去した弱酸性のシリカゾルを弱アルカリ性のpH領域で増粒させてつくるか、または、金属シリカを溶解して製造される。これらのシリカコロイドは、製造にあたって多くのエネルギーとコストを要するため、近年の地球温暖化を防ぐための脱CO2の社会的要求から、低エネルギーですむ地盤改良材および地盤注入工法が望まれている。 These colloidal silicas are produced by granulating a weakly acidic silica sol obtained by removing alkali from water glass by an ion exchange method in a weakly alkaline pH range, or by dissolving metallic silica. These silica colloids require a lot of energy and cost to manufacture, so in response to the social demand for CO 2 reduction to prevent global warming in recent years, low-energy ground improvement materials and ground injection methods are desired. there is
一方で、近年、火山地帯の地熱エネルギーを利用した地熱発電が注目されており、これに伴い、地熱水由来のシリカコロイドの収集方法が提案されている(特許文献2)。地熱発電は、蒸気や熱水からなる地熱流体を地下から取り出して、発電に用いるものである。地下は高温高圧であり、地盤中の岩石の成分であるシリカも溶解しており、この地熱水由来のシリカコロイドは、水ガラスを用いて高エネルギーを要するイオン交換法により得られる従来のコロイドに比べて、地球温暖化の原因であるCO2ガスを低減でき、環境保全性や製造コストの低減の点で優れたシリカコロイドということができる。 On the other hand, in recent years, geothermal power generation using geothermal energy in volcanic areas has attracted attention, and along with this, a method for collecting colloidal silica derived from geothermal water has been proposed (Patent Document 2). In geothermal power generation, geothermal fluids, such as steam and hot water, are taken out from underground and used for power generation. Underground is high temperature and high pressure, and silica, which is a component of rocks in the ground, is also dissolved.This silica colloid derived from geothermal water is a conventional colloid obtained by the ion exchange method that uses water glass and requires high energy. Compared to , silica colloid can reduce CO 2 gas, which is a cause of global warming, and can be said to be excellent in terms of environmental conservation and production cost reduction.
また、特許文献3,4には、地熱水由来のシリカを用いた地盤注入用固結材が開示されている。
Further,
上述したように、地盤注入用固結材として、イオン交換法によるシリカコロイドを用いたシリカグラウトは、本発明者らによる発明(特許文献1)等で使用されている。また、地熱水由来のシリカコロイドを用いる地盤注入技術は、すでに知られている(特許文献3,4)。しかし、本発明者らによる研究では、地熱水由来のシリカコロイドは地熱水中の場所の条件やコロイド化の条件により組成のばらつきが大きく、地盤注入工法に用いる場合、従来使用されている、SiO2以外の不純物をほとんど含まないイオン交換法によるシリカコロイドと比べて粒子径分布幅が広く(6~90nm)、あるいはばらついており、製造から現場使用に至るまでの安定性が不十分であり、また、施工にあたってのゲルタイムが不安定であり、粘性が高く、注入目的に要求される所定の設計強度や浸透性を得るための浸透固結性が不安定であり、かつ、細粒土地盤への浸透が阻害されて好ましくないことが判った。なぜならば、液状化対策に用いる場合は、現場土を用いて室内試験および浸透固結試験を行い、所定の強度が得られる配合を設定して本施工に適用するため、シリカコロイドの品質が一定でないと、現場適用した場合に室内試験で得られた所定の浸透固結性が現場で確保できず、注入設計が難しくなるからである。
As described above, silica grout using silica colloid obtained by the ion exchange method is used as a consolidating material for ground injection in the invention (Patent Document 1) and the like by the present inventors. In addition, a ground injection technique using colloidal silica derived from geothermal water is already known (
地熱水由来のシリカコロイドを用いた地盤注入材(特許文献3)によれば、地熱水から収集されるシリカコロイドは粒子径幅が6~90nmと広く、その尖度が0~6.0と低く(すなわち、粒子径分布幅が広く粒子径分布のピークが低い)、また、特許文献2によれば、地熱水にはSiO2の他に、Ca、K、Al、Na、S、Cl、Asなどが溶解されているという特性がある。このように地熱水由来のシリカコロイドの粒子径分布幅が広く、溶存物が種々の濃度で含まれている理由は、地熱水は地殻中に岩石由来の多くのイオン類などの溶存物質を含むため、地熱水を85~200℃の初期温度から25~70℃まで冷却するとこれらの溶存物質の溶解度が低下し、溶存物が析出してシリカコロイドの成長が開始し、これを沈殿材を用いたり限外ろ過やダイヤフィルトレーションを用いてコロイダルシリカ濃縮物を生成させることで、このシリカコロイドが得られるためである。また、地熱水中の溶存物の種類や濃度は、地熱水が噴出する場所や濃さ、岩盤の種類や地熱によって異なることも理由となる。
According to a ground injection material using colloidal silica derived from geothermal water (Patent Document 3), colloidal silica collected from geothermal water has a wide particle size width of 6 to 90 nm and a kurtosis of 0 to 6.0 nm. 0 (that is, the particle size distribution width is wide and the peak of the particle size distribution is low), and according to
また、特許文献2には、地熱水中に含まれるヒ素、アンチモン、水銀およびホウ素等はシリカコロイド内に結合されておらず、よってシリカコロイドを生成した濃縮物から限界ろ過およびダイヤフィルトレーションを組み合わせて得る際に、ICPおよびXRFによる化学分析で重金属を検出限界以下に除去できる旨、記載されている。但し、その環境基準値は、土壌溶出基準または地下水基準、第二溶出基準、一律排水基準があり、それぞれ異なった値である(特許文献4)。したがって、検出限界値が地盤注入目的に対応した環境基準値以下を一律排水基準とすれば、その基準値以下ならばそのまま地盤注入に使用できるし、それを超えればさらに精製するか不溶化剤を用いて基準値以下にすればよい。
Also, in
地熱水から生成するコロイドの粒径や粒子径分布幅、濃度は、冷却温度や熱処理、その後のpHなどによって異なる。これらの条件によって種々の粒子径分布を有するシリカコロイドを生成させることができる(特許文献2)。しかし、従来このように地熱水からのシリカコロイドの物性については記載されているが、それを地盤注入に適用した場合の問題点およびその解決方法については、何ら知られていなかった。本発明者らは、地熱水由来のシリカコロイドの地盤注入のための実用化研究を進めた結果、以下のことがわかった。 The particle size, particle size distribution width, and concentration of colloids generated from geothermal water vary depending on the cooling temperature, heat treatment, and subsequent pH. Silica colloids having various particle size distributions can be produced under these conditions (Patent Document 2). However, although the physical properties of silica colloids from geothermal water have been described in the past, there has been no knowledge about the problems when applying them to ground injection and how to solve them. The inventors of the present invention conducted research on the practical application of ground injection of silica colloid derived from geothermal water, and as a result, found the following.
地熱水中に含まれるシリカ材を地盤注入に用いる場合の課題は、以下のとおりである。
すなわち、地熱水中に含まれるシリカ材には、SiO2以外にCa、K、Al、Fe、As等が含まれている。また、地熱水からコロイダルシリカ濃縮物を生成させるための沈殿材として、NaCl、CaCl2、FeCl3、MgCl、ポリ塩化アルミニウム等が使用されている。これらの溶存物はシリカコロイドの安定性のみならずシリカグラウトのゲル化に影響をもつ成分である(特許文献1参照)。地熱水の噴出箇所は、場所や深度や岩石の成分によって異なる。従って、採取された地熱水の場所や濃度、地熱によって、これらのSiO2以外の溶存物の種類や濃度も異なる。また、これらの溶存物は、シリカ溶液のゲル化や安定性に影響をもつイオンであるため、地盤注入に適用する場合、シリカコロイド製造後、使用に至るまでの貯蔵期間(可使期間)の材料としての安定性や注入材の配合、強度設計時におけるゲル化にバラつきが生じたり、あるいは、多様な地盤に注入した場合に地盤中の組成物と反応して土中におけるゲル化にバラつきが生じたり、また、現場貯蔵中に温度によってゲル化が進行して注入材として不安定が生ずる可能性がある。
The following are the problems when using silica material contained in geothermal water for ground injection.
That is, the silica material contained in the geothermal water contains Ca, K, Al, Fe, As, etc. in addition to SiO2 . Also, NaCl, CaCl 2 , FeCl 3 , MgCl, polyaluminum chloride, etc. are used as precipitating agents for producing colloidal silica concentrates from geothermal water. These dissolved substances are components that affect not only the stability of silica colloid but also the gelation of silica grout (see Patent Document 1). Geothermal water eruptions vary depending on location, depth, and rock composition. Accordingly, the types and concentrations of dissolved substances other than SiO 2 also differ depending on the location and concentration of the geothermal water collected and the geothermal heat. In addition, since these dissolved substances are ions that affect the gelation and stability of the silica solution, when applying to ground injection, the storage period (pot life) after silica colloid production until use Stability as a material, mixing of injection materials, gelation at the time of strength design, or variation in gelation in the soil due to reaction with the composition in the ground when injected into various grounds. Also, temperature-dependent gelation during field storage may result in instability as an injection material.
以上の課題を解決するために、本発明者らは、地熱水中に含まれるシリカ材を地盤注入に適用するにあたって上述した溶存物の違いが地盤注入の実際に影響を及ぼさないように、後述するように品質を一定にすることにより貯蔵中あるいは施工中における品質を安定せしめ、ならびに、注入材そのもののゲルタイムおよびpH、すなわち、気中ゲルタイム(GT0)、気中pH(pH0)、それを地盤に注入した場合の土中pH(pHs)、および、土中ゲルタイム(GTs)を確認して、注入方式および注入設計から得られた注入時間(H)との関連を確認し、注入液中の溶存物のばらつきによる影響を抑え、注入目的を満たす配合設計を行うことができるようにして、地熱水由来のシリカ材を用いたシリカグラウトの実用化を可能にした。 In order to solve the above problems, the present inventors, when applying the silica material contained in the geothermal water to ground injection, prevent the above-mentioned difference in dissolved substances from affecting the ground injection, as described later. The quality is stabilized during storage or construction by keeping the quality constant as described above, and the gel time and pH of the injection material itself, that is, gel time in air (GT0), pH in air (pH 0), and it is applied to the ground. Confirm the soil pH (pHs) and soil gel time (GTs) when injected, confirm the relationship with the injection time (H) obtained from the injection method and injection design, and dissolve in the injection solution By suppressing the influence of variations in materials and making it possible to design a mixture that satisfies the purpose of injection, silica grout using silica material derived from geothermal water has been made practical.
また、注入目的を達するためには、注入対象地盤からの注入材の逸脱を防ぎ、粗い層に対し懸濁液または瞬結性グラウトを一次注入して地盤を均質化してから、本発明のシリカグラウトを注入すれば、対象となる地盤を確実に固結することができる。 In addition, in order to achieve the purpose of injection, it is necessary to prevent the injection material from deviating from the ground to be injected, and to homogenize the ground by first injecting a suspension or a quick-setting grout into the rough layer, and then the silica of the present invention. By injecting grout, the target ground can be firmly consolidated.
本発明者らの研究によれば、地熱水由来のシリカコロイドを有効成分とするシリカグラウトは、上記溶存物の影響で、シリカコロイドの粒子径分布幅が大きいほど、また大きな粒径のシリカコロイドを含有するほど、品質のばらつきによる上記問題が大きくなることがわかった。また、粒径が小さすぎると、金属イオンの含有物の存在によりシリカコロイドが不安定になる。さらに、地盤注入を目的とするシリカコロイドの観点からみる場合、施工現場では冬期は低温になり、夏場は直射日光により貯蔵槽や配合槽は高温になる。従って、夏場は高温でシリカコロイド溶液は反応が進行し、冬場は凝結現象も生じる。そのため、地盤注入工法としては、シリカコロイドそのものの品質の安定化が望ましい。また、上記溶存物が多ければ粘度が高くなり、ゲル化時間や浸透固結性が不安定になり、浸透距離を長くするには注入圧が上昇することが判った。さらに、溶存物を含むシリカコロイドが大きな粒径のシリカを含むと、土粒子間における間隙充填率が低下して、固結強度がばらつきやすく、問題が生ずることが判った。さらにまた、不均質な地盤に注入する場合、粘性が高くゲルタイムが短いと粗い部分から注入対象外へ逸脱して、細かい部分に浸透しにくいため、地盤注入目的には適用しにくいことが判った。 According to the research of the present inventors, silica grout containing geothermal water-derived silica colloid as an active ingredient has a larger particle size distribution width of silica colloid due to the influence of the above-mentioned dissolved matter, and silica with a larger particle size It was found that the more colloid contained, the greater the above-mentioned problems due to the variation in quality. On the other hand, if the particle size is too small, the silica colloid becomes unstable due to the presence of metal ion inclusions. Furthermore, from the viewpoint of silica colloid intended for ground injection, the temperature at the construction site is low in winter, and the temperature in the storage tank and mixing tank is high due to direct sunlight in summer. Therefore, in summer, the silica colloid solution reacts at high temperatures, and in winter, a condensation phenomenon occurs. Therefore, as a ground injection method, it is desirable to stabilize the quality of silica colloid itself. In addition, it was found that if the amount of dissolved matter is large, the viscosity becomes high, the gelation time and the permeation caking property become unstable, and the injection pressure increases in order to lengthen the permeation distance. Furthermore, it has been found that if the colloidal silica containing dissolved matter contains silica having a large particle size, the filling ratio of the voids between the soil particles decreases, and the consolidation strength tends to vary, causing a problem. Furthermore, when injecting into heterogeneous ground, if the viscosity is high and the gel time is short, it will deviate from the injection target from the rough part and it will be difficult to penetrate the fine part, so it was found that it is difficult to apply to the ground injection purpose. .
従来技術では、地熱水由来のコロイドを地盤注入に適用する場合のSiO2以外の溶存物の存在も、その問題点も知られていなかった。また、特許文献3には、地熱水由来のシリカコロイドはイオン交換法によるシリカコロイド(粒子径分布幅が10~20nm)に比べて、粒子径分布幅が大きく(6~90nm)、尖度が小さく(0~6.0)、イオン交換法のコロイドと同等かやや低い固結効果があると記載されているが、これらの溶存物を含むシリカコロイドを地盤注入に適用した場合に、ゲル化や浸透固結が不安定になる問題点も、それを解決する地盤注入工法についても、また重金属の問題についても、何ら記載されていない。
In the prior art, neither the presence of dissolved substances other than SiO 2 nor the problems thereof were known when applying colloids derived from geothermal water to ground injection. In addition, in
また、特許文献2では、単に地熱水由来のシリカコロイド並びにその製造方法について記載されているだけであって、それを注入材として用いることも、注入材として用いる場合の問題点も、それを解決することができる地盤注入工法の記載もない。
In addition,
本発明は、上述した課題を解決し、地熱水由来のシリカコロイドを地盤注入工法に適用することを可能にすることを目的とする。また、引用文献4は、本出願人による発明であって、シリカを含有する地熱水そのものにおける重金属の含有量が不溶化材を用いて環境基準値以下または一律排水基準値以下に低減された注入材を用いる地盤注入工法であり、不溶化材を加えた地熱水をそのまま注入材として注入するのに対して、本発明は、地熱水から収集したシリカを所定のシリカ濃度で粒子径分布幅を狭く調整して溶存物のばらつきによる影響を少なくし、品質を一定化したコロイドを有効成分としたシリカグラウトである。本発明のシリカグラウトは、地熱水由来のシリカコロイドが注入目的に対応した環境基準値以下を満たせば、そのまま注入できるし、または、シリカコロイドに不溶化材を加えて基準値以下に調整して注入するものであって、不溶化材は少なくて済み、地熱水そのものを地盤に注入するものではない。従って、特許文献2,4も、本発明とは異なる注入材である。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-described problems and to make it possible to apply geothermal water-derived silica colloid to the ground grouting method. In addition, Cited Document 4 is an invention by the present applicant, in which the content of heavy metals in the geothermal water itself containing silica is reduced to below the environmental standard value or uniformly below the wastewater standard value using an insolubilizing material. In contrast to the geothermal water to which the insolubilizing agent is added is directly injected as the injection material, the present invention uses silica collected from the geothermal water with a predetermined silica concentration and a particle size distribution width. is narrowly adjusted to reduce the influence of variations in dissolved matter, and the quality is stabilized. The silica grout of the present invention can be injected as it is if the silica colloid derived from geothermal water meets the environmental standard value or less corresponding to the injection purpose, or it can be adjusted to below the standard value by adding an insolubilizing agent to the silica colloid. It is an injection method, and only a small amount of insolubilizing material is required, and the geothermal water itself is not injected into the ground. Therefore,
そこで本発明の目的は、注入材としての品質のばらつきを低減することにより、シリカコロイドの製造から現場施工に至るまでの安定性に優れ、かつ、現場注入にあたってのシリカグラウトのゲル化が安定であり、浸透固結性も安定した環境負荷の少ないシリカグラウトおよびそれを用いた地盤注入工法を提供することにある。 Therefore, the object of the present invention is to reduce the variation in quality as an injection material, thereby achieving excellent stability from silica colloid production to on-site construction, and stable gelation of silica grout during on-site injection. To provide a silica grout which has a stable permeation and consolidation property and less environmental load, and a ground grouting method using the silica grout.
地熱水由来のシリカコロイドは、特許文献3には粒子径分布幅が6~90nmと記載され、特許文献2には、製造方法にもよるが種々の粒子径範囲のコロイドが得られると記載されている。このように地熱水由来のシリカコロイドはSiO2濃度も粒子径分布幅も広く製造法によって粒子径分布幅が異なり、かつ、SiO2以外の溶存物が含有しており、これらの溶存物は、地盤注入に用いる場合の品質のばらつきによる施工にいたるまでの注入材としての安定性や注入した場合のゲル化と地盤における浸透固結性や現場施工における所定の効果を得るための配合設計に影響する。
The geothermal water-derived silica colloid is described in
本発明者らは、以上述べたような、従来の地熱水由来のシリカコロイドを用いたシリカグラウトの課題を解決するために、地熱水由来のシリカコロイドが本来、粒子径分布幅が大きく、あるいは粒子径分布幅のばらつきが大きく、また、組成の濃度や種類のばらつきが大きく、かつ、コロイドの安定性やゲル化に影響をもつSiO2以外の溶存物を含むことに着目し、図1に示すように粒子径を小さくかつ最大粒子径と最小粒子径との粒子径分布幅を小さく(すなわち、粒子径分布における標準偏差を小さく、或いは尖度を大きく)することで、品質を一定にしたシリカコロイドを有効成分として含むシリカグラウトを用いることにより、上述の貯蔵中や施工中の現場における品質を安定化させ、コロイドのゲル化と浸透固結性の安定性や配合設計の問題を解決して、細粒土への浸透固結性と長い浸透距離を得ることが可能になることを見出した。また、このように品質を一定化することにより、溶存物の金属イオンが強度増加に寄与するものと思われ、イオン交換法によるシリカコロイドに比べて固結砂強度が大幅に増加するという極めて優れた効果が得られることが判った。その結果、地熱水由来のシリカコロイドの地盤注入への適用を可能にし、かつ、注入工事にあたって品質のばらつきによる地盤注入への影響を抑えて安定したゲル化と固結性を得、高い強度を得、注入目的に要求される設計強度を可能にし、所定の浸透性を得るための浸透固結性を確実にして液状化対策工等の広範囲の地盤改良に適合することが可能になった。特に、図2に記載されているように、特許文献3における地熱水から収集したシリカコロイドは、6~90nmの大きな粒子径分布幅と低い尖度3.29(特許請求の範囲では0~6)をもつ。これに対し、イオン交換法によるシリカコロイドでは、粒子径分布幅がそれよりも小さく、大きな尖度で14.51である。ここで尖度とは、正規分布に対する分布形態を表す指標である。また、両者の強度試験では、上記地熱水由来のシリカコロイドを用いたシリカグラウトによる固結砂の強度は、イオン交換法のそれに比べてやや低い結果となる。これに対し、本発明者らは、粒子径の小さい方向に粒子径分布の幅を狭めることで、大きな粒径のシリカ粒子を含まず、品質を一定にした地熱水由来のシリカコロイドを用いて、イオン交換法によるシリカコロイドを用いた強度と比較することにより、シリカグラウトの強度が大幅に増加することを見出した。
In order to solve the problems of silica grout using conventional silica colloids derived from geothermal water, as described above, the present inventors found that geothermal water-derived silica colloids originally have a large particle size distribution width. , Alternatively, there is a large variation in the particle size distribution width, and there is a large variation in the concentration and type of composition, and it contains dissolved substances other than SiO that affect colloidal stability and gelation. As shown in 1, by reducing the particle size and narrowing the particle size distribution width between the maximum particle size and the minimum particle size (that is, reducing the standard deviation in the particle size distribution or increasing the kurtosis), the quality is kept constant. By using silica grout containing silica colloid as an active ingredient, it stabilizes the quality at the site during storage and construction described above, and solves the problems of colloidal gelation and penetration caking stability and formulation design. It was found that it was possible to solve the problem and obtain infiltration and caking properties into fine-grained soil and a long infiltration distance. In addition, by stabilizing the quality in this way, it is thought that the dissolved metal ions contribute to the strength increase, and compared to the silica colloid produced by the ion exchange method, the cemented sand strength is greatly increased, which is extremely excellent. It was found that the effect was obtained. As a result, it is possible to apply silica colloid derived from geothermal water to ground injection, and to suppress the influence on ground injection due to variations in quality during injection work, to obtain stable gelation and consolidation, and high strength. It is possible to achieve the design strength required for the injection purpose, ensure the infiltration consolidation property to obtain the predetermined permeability, and adapt to a wide range of ground improvement such as liquefaction countermeasure work. . In particular, as shown in FIG. 2, the silica colloid collected from geothermal water in
また、図1に係る上記粒子径を小さい方向に粒子径分布幅(粉体、つまり集合体としての粒子の大きさは、多数個の測定結果を大きさ(粒子径)毎の存在比率の分布として表すのが一般的である。これを粒子径分布という。)をせばめた本発明に係るシリカコロイドについて、図2~7より標準偏差を求め表2に示し、また、尖度も示した。標準偏差とは、平均値からのバラツキ具合を表す指標の一つであり、ここではこの値が大きい場合、粒度の分布幅が大きくなる。表2の標準偏差は、特許文献3のシリカコロイドは11.7であり、コロイド1は4.24である。本発明に用いるシリカコロイドでは、コロイド2は1.44、コロイド3は1.93であった。本発明者らによれば、粒子径の小さい方向に粒子径分布の幅を狭めることで大きな粒径のシリカ粒子を含まず、品質が一定となった本発明に用いる地熱水由来のシリカコロイドでは、標準偏差が10以下と小さくなり、地盤注入材として優れた効果が得られることがわかった。
In addition, the particle size distribution width (powder, that is, the size of the particles as an aggregate is the distribution of the abundance ratio for each size (particle size) based on the measurement results of a large number of particles in the direction of decreasing the particle size according to FIG. This is referred to as a particle size distribution.) With respect to the silica colloid according to the present invention, the standard deviation was determined from FIGS. The standard deviation is one of the indices representing the degree of dispersion from the average value, and here, when this value is large, the distribution width of the particle size is large. The standard deviation in Table 2 is 11.7 for the silica colloid of
本発明者らは、地熱水由来のシリカコロイドは地熱水が湧出した場所、岩石の種類、温度やコロイドの生成方法によってシリカ濃度や粒子径分布、溶存物の種類および濃度が異なることから、地盤注入の目的としてどのような粒子径分布のシリカコロイドが適切かという研究を行った。 The inventors of the present invention have found that silica colloids derived from geothermal water differ in silica concentration, particle size distribution, and dissolved matter types and concentrations depending on the location where the geothermal water springs out, the type of rock, the temperature, and the method of forming the colloid. , we investigated what kind of particle size distribution of silica colloid is suitable for the purpose of ground injection.
本発明に用いる表4,5のシリカコロイド2,シリカコロイド3の粒子径分布を、動的光散乱法またはシアーズ法で測定した。また、このシリカコロイドを希釈して塩や酸、水ガラスと共に使用する場合に対応して、10倍希釈液を用いて、シリカ濃度3w/v%の粒子径分布を図6,7に示した。また、参考のために、表3のシリカコロイド1の粒子径分布を図2に、その10倍希釈液である3w/v%の粒子径分布幅を図5に、それぞれ示す。また、各コロイドの粒子径分布を図2にまとめた。表2に図2,3,4,5,6,7の粒子径分布測定結果による体積平均径(nm)を示す。
さらに、表2に、物性および粒子径、尖度、標準偏差、体積平均径(体積の平均径の値である)をまとめた。
The particle size distribution of
Furthermore, Table 2 summarizes the physical properties, particle size, kurtosis, standard deviation, and volume average diameter (value of volume average diameter).
図1に、粒子径分布のパターンをまとめる。本発明におけるシリカコロイドは、図1中に本発明として示すように、粒子径が小さく粒が揃っていることが特徴である。そして、地熱水由来のシリカコロイドにおいて、このようなパターンのシリカコロイドを用いることによって、地盤注入材としてのばらつきの少ない地盤注入材が得られることがわかった。 Figure 1 summarizes the pattern of the particle size distribution. As shown in FIG. 1, the silica colloid in the present invention is characterized by a small particle diameter and a uniform grain size. In addition, it was found that by using a silica colloid derived from geothermal water with such a pattern, it is possible to obtain a ground grouting material with little variation.
研究の結果、地熱水由来のシリカコロイドはコロイド生成にあたって生ずるシリカ濃度や粒子径分布幅が広く、あるいはばらつきが大きく(標準偏差は11より大きく、尖度が0~6)、地盤注入材としては品質の安定性に欠けるという問題があった。そこで、本発明者らは、シリカコロイドをシリカ濃度2~50w/v%の範囲で粒子径を小さく粒子径分布幅を狭めて品質を一定にすることにより、地盤注入材としてのばらつきを低減したシリカコロイドを用いるシリカグラウトを開発した。好適には、シリカコロイドの濃度が2~50w/v%の範囲で粒子径分布幅を狭く粒子径分布の体積平均径が粒径の小さい方向に移行するように狭めることにより、地盤注入材としてのばらつきを低減したシリカコロイドを用いるシリカグラウトであって、さらに好適には、粒子径分布幅2~20nmの範囲で、粒子径分布幅を狭めて品質を一定にすることにより、上記効果を得られることがわかった。本発明に用いるシリカコロイドは、図2、表4のシリカコロイド2、図2,図4、表5のシリカコロイド3であり、図3のシリカコロイドを10倍希釈したシリカコロイドを図6に、図4のシリカコロイドを10倍希釈したシリカコロイドを図7に、それぞれ示す。実際のシリカグラウトは、水ガラスや反応剤と共に用いることにより表4,図3のシリカコロイドが希釈されてシリカコロイドのシリカ濃度を3%濃度にして用いる場合があるからである。図2のシリカコロイド2,3,4、図3、図4、図6,図7、表4,表5より、本発明に係るシリカコロイドは標準偏差が10以下、粒子径分布幅は2~20nm、尖度は6よりも大きい。すなわち、特許文献3の粒子径分布幅が大きく尖度が小さいシリカコロイドを用いたシリカグラウトは、固結強度がイオン交換法(図2のコロイド1、図5、表3)による固結強度より低いかほぼ同一であるのに対し、本発明者らによる地熱水由来のシリカコロイドを用いたシリカグラウトは、イオン交換法によるシリカグラウト(シリカコロイド1)よりも固結強度が高くなることが判った(表2,表6、表7)。図2からわかるように、本発明者らによる地熱水由来のシリカコロイド(シリカコロイド2、3,4)は、粒子径分布幅がイオン交換法のコロイド(シリカコロイド1)よりも小さく、かつ、その粒子径分布曲線の傾きが立っている。すなわち、図1に示すように粒子径分布において粒子径が小さく、当然、特許文献3のコロイドよりも粒子径分布幅が小さく、尖度は6よりも大きく、好ましくは7~50である。このように本発明は、シリカコロイドの粒子径分布幅を狭くかつ粒径を小さく揃えて品質を一定にすることにより、地盤注入に用いてゲル化と浸透固結性が安定し、耐久性に優れ、強度が高く浸透性に優れ、安定した所定の設計強度が得られ、環境にも優れたシリカグラウトおよび注入工法を実現したものである。以下に具体的に説明する。
As a result of research, silica colloid derived from geothermal water has a wide range of silica concentration and particle size distribution, or a large variation (standard deviation is larger than 11, kurtosis is 0 to 6). had the problem of lacking quality stability. Therefore, the present inventors reduced the particle size of silica colloid in the silica concentration range of 2 to 50 w / v% and narrowed the particle size distribution width to make the quality constant, thereby reducing the variation as a ground injection material. Silica grout using silica colloid was developed. Preferably, when the concentration of silica colloid is in the range of 2 to 50 w/v%, the particle size distribution width is narrowed so that the volume average diameter of the particle size distribution shifts in the direction of smaller particle size. A silica grout that uses silica colloid with reduced variation in the particle size distribution, and more preferably, by narrowing the particle size distribution width to make the quality constant in the range of 2 to 20 nm, the above effect is obtained. It was found that The silica colloid used in the present invention is silica colloid 2 in FIG. 2 and Table 4 and
すなわち、本発明のシリカグラウトは、地熱水中のシリカを収集して得られたシリカコロイドを有効成分とするシリカグラウトであって、該シリカコロイドとして、コロイドの生成にあたって生ずる粒子径ごとの粒子数のばらつきが大きく幅広い粒子径分布幅を有する原料シリカコロイド、または、粒子径ごとの粒子数のばらつきが大きい原料シリカコロイドを、シリカ濃度2~50w/v%の範囲で、粒子径を小さくするとともに粒子径を揃えて粒子径分布幅を狭めた、地盤注入材としてのばらつきを低減したものを用いたことを特徴とするものである。 That is, the silica grout of the present invention is a silica grout containing as an active ingredient a silica colloid obtained by collecting silica in geothermal water, and as the silica colloid, the number of particles for each particle diameter generated in the generation of the colloid A raw silica colloid with a wide range of particle size distribution with large variations, or a raw silica colloid with a large variation in the number of particles for each particle size, is reduced in particle size and particles in a silica concentration range of 2 to 50 w / v%. It is characterized by the use of materials with uniform diameters, a narrowed particle size distribution, and reduced variation as a ground injection material.
また、本発明の他のシリカグラウトは、地熱水中のシリカを収集して得られたシリカコロイドを有効成分とするシリカグラウトであって、該シリカコロイドとして、シリカ濃度が2~50w/v%の範囲で、コロイドの生成にあたって生ずる粒子径ごとの粒子数のばらつきが大きく幅広い粒子径分布幅を有する原料シリカコロイドの、粒子径分布幅の標準偏差を10以下に狭めることにより、地盤注入材としてのばらつきを低減したものを用いることを特徴とするものである。 Another silica grout of the present invention is a silica grout containing silica colloid obtained by collecting silica in geothermal water as an active ingredient, and the silica colloid has a silica concentration of 2 to 50 w / v%. In the range, by narrowing the standard deviation of the particle size distribution width of the raw silica colloid, which has a wide particle size distribution width with a large variation in the number of particles for each particle size that occurs in colloid generation, to 10 or less, it can be used as a ground injection material. It is characterized by using a material with reduced variation.
本発明のシリカグラウトにおいては、前記シリカコロイドとして、粒子径分布幅を2~20nmの範囲に狭めることにより地盤注入材としてのばらつきを低減したものを用いることが好ましい。 In the silica grout of the present invention, it is preferable to use, as the silica colloid, one whose particle size distribution width is narrowed to a range of 2 to 20 nm to reduce variations as a ground injection material.
さらに、本発明のさらに他のシリカグラウトは、地熱水中のシリカを収集して得られたシリカコロイドを有効成分とするシリカグラウトであって、該シリカコロイドとして、シリカ濃度2~50w/v%の範囲で、コロイドの生成にあたって生ずる粒子径ごとの粒子数のばらつきが大きく幅広い粒子径分布幅を有する原料シリカコロイドを、粒子径分布幅が2~20nmの範囲で粒子径分布幅の標準偏差が10以下、尖度が7~50となるようにして、地盤注入材としてのばらつきを低減したものを用いることを特徴とするものである。 Furthermore, still another silica grout of the present invention is a silica grout containing as an active ingredient a silica colloid obtained by collecting silica in geothermal water, wherein the silica colloid has a silica concentration of 2 to 50 w / v% In the range, the raw material silica colloid having a wide particle size distribution width with a large variation in the number of particles for each particle size that occurs in the generation of colloids, the particle size distribution width is in the range of 2 to 20 nm, and the standard deviation of the particle size distribution width is 10 In the following, the kurtosis is set to 7 to 50 to reduce variations as a ground injection material.
本発明のシリカグラウトにおいては、好ましくは、前記シリカコロイドのシリカ濃度が2~50w/v%の範囲であって粒子径分布幅が2~20nmの範囲、好適には2.0~14.5nmの範囲であり、好適には前記シリカコロイドの体積平均径が2~15nmの範囲である。また、前記シリカコロイドのpHは、好適には8.5~10.5である。さらに、粒子径分布において尖度は7以上、好ましくは7~50である。さらにまた、粒子径分布幅の標準偏差は10以下である。 In the silica grout of the present invention, preferably, the silica colloid has a silica concentration in the range of 2 to 50 w/v% and a particle size distribution width in the range of 2 to 20 nm, preferably 2.0 to 14.5 nm. and preferably the volume average diameter of the silica colloid is in the range of 2 to 15 nm. Moreover, the pH of the silica colloid is preferably 8.5 to 10.5. Further, the particle size distribution has a kurtosis of 7 or more, preferably 7-50. Furthermore, the standard deviation of the particle size distribution width is 10 or less.
さらにまた、本発明のさらに他のシリカグラウトは、地熱水中のシリカを収集して得られたシリカコロイドを有効成分とするシリカグラウトであって、該シリカコロイド中に含まれる有害となる重金属の含有量が、地盤注入の目的に対応した環境基準値以下であることを特徴とするものである。 Furthermore, still another silica grout of the present invention is a silica grout containing as an active ingredient a silica colloid obtained by collecting silica in geothermal water, and containing harmful heavy metals contained in the silica colloid The amount is characterized by being below the environmental standard value corresponding to the purpose of ground injection.
本発明のシリカグラウトにおいては、前記シリカコロイドおよび/またはシリカグラウト中に含まれる重金属の含有量が、ゲル化物を蒸留水中に浸漬して溶出した重金属の分析値で、地盤注入の目的に対応した環境基準値以下であることが好ましい。 In the silica grout of the present invention, the content of heavy metals contained in the silica colloid and / or silica grout is an analysis value of heavy metals eluted by immersing the gelled material in distilled water, corresponding to the purpose of ground injection. It is preferably below the environmental standard value.
本発明のシリカグラウトは、前記シリカコロイドとともに酸および/または塩と配合水とを有効成分として含み、pHが1.0~10.5の範囲にあることが好ましい。また、本発明のシリカグラウトは、前記シリカコロイドとともに水ガラスと酸性反応剤および/または塩と配合水とを有効成分として含み、シリカ濃度が0.4~50.0w/v%であって、pHが1.0~10.0の範囲にあることも好ましい。上記において配合水は、通常は地盤注入に用いる水道水、河川水あるいは海水などである。 The silica grout of the present invention preferably contains acid and/or salt and blended water as active ingredients together with the silica colloid, and has a pH in the range of 1.0 to 10.5. In addition, the silica grout of the present invention contains water glass, an acidic reactant and / or salt and mixed water as active ingredients together with the silica colloid, and has a silica concentration of 0.4 to 50.0 w / v%, It is also preferred that the pH is in the range of 1.0 to 10.0. In the above, the mixed water is usually tap water, river water, seawater, or the like used for ground injection.
本発明の地盤注入工法は、上記本発明のシリカグラウトを地盤に注入して地盤を改良することを特徴とするものである。 The ground grouting method of the present invention is characterized by injecting the silica grout of the present invention into the ground to improve the ground.
本発明の地盤注入工法においては、前記シリカグラウトのpH(pH0)を地盤のpH値(pHs0)よりも酸性側である1~4の範囲とした上で、該シリカグラウトを地盤に注入することにより、該シリカグラウトの土中pH(pHs)を中性方向に移行させ、土中ゲルタイム(GTs)を短縮させて地盤を固結することが好ましい。 In the ground injection method of the present invention, the pH (pH 0) of the silica grout is set to a range of 1 to 4, which is more acidic than the pH value (pHs0) of the ground, and the silica grout is injected into the ground. Therefore, it is preferable to shift the soil pH (pHs) of the silica grout toward neutrality, shorten the soil gel time (GTs), and consolidate the ground.
また、本発明の地盤注入工法においては、一次注入材を注入して地盤の粗詰を行ってから、前記シリカグラウトを二次注入材として該地盤に注入することも好ましい。 Further, in the ground grouting method of the present invention, it is also preferable to inject the primary grouting material to perform rough packing of the ground, and then inject the silica grout as the secondary grouting material into the ground.
本発明によれば、ばらつきの大きい地熱水由来のシリカコロイドを用いて、シリカコロイドの製造から現場施工に至るまでの安定性に優れ、かつ、現場注入にあたってのシリカグラウトのゲル化が安定であり、浸透固結性も安定した環境負荷の少ないシリカグラウトおよびそれを用いた地盤注入工法を提供することが可能となった。 According to the present invention, using silica colloid derived from geothermal water, which has a large variation, it has excellent stability from the production of silica colloid to on-site construction, and the gelation of silica grout during on-site injection is stable. Therefore, it has become possible to provide silica grout with stable permeation and consolidation and low environmental impact, and a ground grouting method using the silica grout.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本発明のシリカグラウトは、地熱水中のシリカを収集して得られたシリカコロイドを有効成分とする。本発明においては、このシリカコロイドとして、コロイドの生成にあたって生ずる粒子径ごとの粒子数のばらつきが大きく幅広い粒子径分布幅を有する原料シリカコロイド、または、粒子径ごとの粒子数のばらつきが大きい原料シリカコロイドを、シリカ濃度2~50w/v%の範囲で、粒子径を小さくするとともに粒子径を揃えて粒子径分布幅を狭めた、地盤注入材としてのばらつきを低減したもの、または、シリカ濃度が2~50w/v%の範囲で、コロイドの生成にあたって生ずる粒子径ごとの粒子数のばらつきが大きく幅広い粒子径分布幅を有する原料シリカコロイドの、粒子径分布幅の標準偏差を10以下に狭めることにより、地盤注入材としてのばらつきを低減したもの、または、シリカ濃度2~50w/v%の範囲で、コロイドの生成にあたって生ずる粒子径ごとの粒子数のばらつきが大きく幅広い粒子径分布幅を有する原料シリカコロイドを、粒子径分布幅が2~20nmの範囲で粒子径分布幅の標準偏差が10以下、尖度が7~50となるようにして、地盤注入材としてのばらつきを低減したものを用いる。または、シリカコロイド中に含まれる重金属の含有量が、地盤注入の目的に対応した環境基準値以下であるものを用いる。 The silica grout of the present invention contains silica colloid obtained by collecting silica in geothermal water as an active ingredient. In the present invention, as the silica colloid, a raw silica colloid having a wide particle size distribution width due to a large variation in the number of particles for each particle size generated in colloid production, or a raw silica colloid having a large variation in the number of particles for each particle size. Colloids with a silica concentration range of 2 to 50 w / v%, the particle size is reduced and the particle size is made uniform to narrow the particle size distribution width, and the variation as a ground injection material is reduced, or the silica concentration is In the range of 2 to 50 w/v%, the standard deviation of the particle size distribution width of the raw silica colloid, which has a wide particle size distribution width with a large variation in the number of particles for each particle size that occurs during colloid production, is narrowed to 10 or less. A material with reduced variation as a ground injection material, or a raw material with a wide particle size distribution width with a large variation in the number of particles for each particle size that occurs in the generation of colloids in the silica concentration range of 2 to 50 w / v% Silica colloid has a particle size distribution width of 2 to 20 nm, a standard deviation of the particle size distribution width of 10 or less, and a kurtosis of 7 to 50, so that the variation as a ground injection material is reduced. . Alternatively, colloidal silica containing heavy metals in which the content is equal to or less than the environmental standard value corresponding to the purpose of ground injection is used.
これにより、地盤注入材としての品質を一律にして、地熱水中に含まれる溶存物のばらつきに起因する問題を解消し、製造から現場施工に至るまでの安定性を確保して、現場注入の際のシリカグラウトのゲル化および浸透固結性を安定させて、所定の地盤改良を可能にしつつ、地盤汚染がなく環境負荷の少ないシリカグラウトおよびそれを用いた地盤注入工法を提供することができる。 As a result, the quality of the ground injection material is made uniform, the problem caused by the variation in the dissolved substances contained in the geothermal water is resolved, the stability is secured from manufacturing to construction on site, and the It is possible to provide a silica grout and a ground grouting method using the silica grout that stabilizes the gelation and penetration and consolidation properties of the silica grout and enables predetermined ground improvement while causing no ground pollution and less environmental load.
排水基準と環境基準の例を、下記の表1に示す。第二種特定有害物質の基準として、土壌溶出量基準または地下水基準、第二溶出量基準、さらに、自然的要因の上限値の目安、および、一律排水基準を一覧にした。環境基準としては、地下水の水質汚濁に係る環境基準、および、土壌環境基準を記載した。 Examples of effluent standards and environmental standards are shown in Table 1 below. Standards for Class II Specified Hazardous Substances include soil elution standards, groundwater standards, second elution standards, guidelines for upper limits for natural factors, and uniform wastewater standards. Environmental standards for groundwater pollution and soil environmental standards are listed.
特許文献2に記載されているように、地熱水由来のシリカコロイド中の重金属はシリカコロイド内に結合されておらず、シリカコロイド生成中にシリカ成分の濃縮物から限外ろ過およびダイヤフィルトレーションを組み合わせることによってICPおよびXRFによる化学分析の検出限界以下に除去できる。また、目的に応じ、不溶化剤を加えることによって基準値を満たすことができる。 Heavy metals in geothermal water-derived silica colloids are not bound within the silica colloids, as described in US Pat. A combination of rations can be removed below the detection limits of chemical analysis by ICP and XRF. In addition, depending on the purpose, the standard value can be satisfied by adding an insolubilizing agent.
以下に、汚染重金属の不溶化の例を説明する。
複合汚染土に対する不溶化として、宇部マテリアルズ株式会社製のマグネシウム系の不溶化材である「グリーンライムMP-S」を使用した不溶化の一例を示す。配合量30kg/m3を用いた試験では、ヒ素とセレンの含有量が約0.03mg/Lであったものが、養生6時間後には、土壌溶出量基準0.01mg/L以下まで低減している。マグネシウム系薬剤がヒ素を不溶化した事例である。よって、同様にして、地熱水中に含まれるヒ素やセレンなどの重金属を、環境基準値以下に不溶化することが可能であることがわかる。
Examples of insolubilization of contaminant heavy metals are described below.
An example of insolubilization using "Green Lime MP-S", a magnesium-based insolubilizer manufactured by Ube Materials Co., Ltd., is shown as an example of insolubilization for composite contaminated soil. In a test using a formulation amount of 30 kg/m 3 , the arsenic and selenium contents were about 0.03 mg/L, but after 6 hours of curing, the soil elution amount was reduced to 0.01 mg/L or less. ing. This is a case in which a magnesium-based chemical made arsenic insoluble. Therefore, it can be seen that it is possible to insolubilize heavy metals such as arsenic and selenium contained in geothermal water to levels below environmental standard values.
地盤注入を目的とする場合、通常、一律排水基準が用いられている。従って、シリカグラウトは、ICPやXRFなどによる化学分析によって、地盤注入の目的に対応した基準値以下を満足していればよい(特許文献4)。また、シリカコロイドおよび/またはシリカグラウト中に含まれる重金属の含有量が地盤注入の目的に対応した値以下であるか否かの判断は、そのゲル化物を蒸留水中に浸漬して溶出した重金属の分析値で判断すればよい。 For the purpose of ground injection, a uniform effluent standard is usually used. Therefore, silica grout should satisfy the reference value or less corresponding to the purpose of ground injection by chemical analysis such as ICP and XRF (Patent Document 4). In addition, whether or not the content of heavy metals contained in silica colloid and/or silica grout is below a value corresponding to the purpose of ground injection is determined by immersing the gelled product in distilled water and extracting heavy metals. Judgment should be made based on the analytical value.
(シリカコロイドの物性)
図2に、各シリカコロイドの粒径加積曲線を示す。表2に、各シリカコロイドの物性を示す。図3,図4はそれぞれ、表4,表5のシリカ濃度がほぼ30wt%の粒子径分布測定結果(粒子径分布幅が9.0~14.5nm)を示す。図6,7はそれぞれ、表4,5のシリカコロイドの10%希釈液であり、すなわち、シリカ濃度3wt%の粒子径分布測定結果を示す。本発明の実施にあたっては、シリカコロイドの使用濃度は2wt%~50wt%の範囲で用いられるので、図6,7はそれぞれ、シリカコロイドの使用濃度が3wt%の場合の粒子径分布に相当すると見なすことができる。その場合の粒子径分布は、ほぼ2~7nmの範囲にある。以上より、本発明におけるシリカコロイドはシリカ濃度2~50wt%で、粒子径分布幅を狭めて用いることができる。なお、シリカコロイドの濃度は最大50wt%であるので、本発明に係るシリカコロイドのシリカ濃度は、2~50wt%とした。表2中、特許文献3の地熱水由来のコロイドの粒径および尖度は、特許文献3中に記載されている。また、図3~図7に、シリカコロイドの粒子径分布測定結果を示す。図3はシリカコロイド2,図4はシリカコロイド3、図5はシリカコロイド1の10%希釈液、図6はシリカコロイド2の10%希釈液、図7はシリカコロイド3の10%希釈液の、粒子径分布測定結果である。シリカコロイド1は、表3のイオン交換法による従来のシリカコロイドであって、その尖度は特許文献3の従来のコロイダルシリカの尖度である。また、コロイド2,3,4の尖度は、本発明者らによる推定値である。また、表2のコロイド2,3の物性は、蝶理(株)による(表4、表5)。コロイド4は、コロイド2とコロイド3を1:1で混合したコロイドである。また、イオン交換法によるシリカコロイドの物性は、関東珪曹ガラス(株)による(表3)。
(Physical properties of silica colloid)
FIG. 2 shows the particle size accumulation curve of each silica colloid. Table 2 shows physical properties of each silica colloid. 3 and 4 show the particle size distribution measurement results (particle size distribution width of 9.0 to 14.5 nm) when the silica concentration in Tables 4 and 5 is approximately 30 wt %, respectively. 6 and 7 are 10% dilutions of the silica colloids in Tables 4 and 5, respectively, and show the results of particle size distribution measurement with a silica concentration of 3 wt%. In carrying out the present invention, the concentration of silica colloid used is in the range of 2 wt % to 50 wt %, so FIGS. be able to. The particle size distribution in that case is approximately in the range from 2 to 7 nm. As described above, the silica colloid in the present invention can be used with a silica concentration of 2 to 50 wt % and a narrow particle size distribution width. Since the maximum concentration of silica colloid is 50 wt %, the silica concentration of the silica colloid according to the present invention was set to 2 to 50 wt %. In Table 2, the particle size and kurtosis of the geothermal water-derived colloid of
文献3のシリカコロイド:特許文献3の地熱水由来のシリカコロイドであって、粒子径分布幅は広く(6~90nm)、尖度3.29であって0~6.0の範囲にあるシリカコロイドである。シリカコロイドは粒子径分布幅が広く、粒子径分布図のピークは低い。
Silica colloid of Document 3: Silica colloid derived from geothermal water of
シリカコロイド1:水ガラスからイオン交換法によって製造したものであって、粒子径分布幅が10~20nm、尖度は14.51であって10以上のシリカコロイドである(特許文献3参照)。いずれにせよ、イオン交換法におけるシリカコロイドは、粒子径分布幅が地熱水由来のシリカコロイドよりも小さく、粒子径分布のピークが高く、尖度は7以上である(特許文献3では14,51)。
Silica colloid 1: A silica colloid produced from water glass by an ion exchange method, having a particle size distribution width of 10 to 20 nm and a kurtosis of 14.51, which is 10 or more (see Patent Document 3). In any case, the silica colloid in the ion exchange method has a smaller particle size distribution width than the geothermal water-derived silica colloid, a high peak in the particle size distribution, and a kurtosis of 7 or more (
本発明のシリカコロイド:粒子径分布幅は、図2よりイオン交換法のコロイド(シリカコロイド1)の粒子径分布幅よりも狭く、粒子径分布図のピークも特許文献3のシリカコロイドや特許文献1のシリカコロイドよりも高い。なお、表2のシリカコロイド2、3、4の尖度は、本発明者らによる推測値である。本発明のシリカコロイドは、地盤注入目的のシリカグラウトに用いる地熱水由来のシリカコロイドであって、地熱水から収集したシリカコロイドの粒子径分布幅を、粒子径分布の最大粒径と最小粒径との平均値を中心値としたとき、中心値が小さくなるように狭め、かつ、粒径を小さくすることにより、コロイドの品質を一定にして、含有する金属イオンのコロイドの安定性やゲル化への影響を抑制して施工現場への適用性を高め、配合にあたってゲル化を安定にし、浸透性を向上させ、固結砂の強度増加および固結の安定化を図り、現場における設計強度を得られるようにしたものである。本発明のシリカグラウトに用いる地熱水由来のシリカコロイドの標準偏差が10以下であって、特許文献3のシリカコロイドの粒子径分布幅よりも狭く、尖度は大きい。尖度は7~100、好ましくは7~50である。
Silica colloid of the present invention: The particle size distribution width is narrower than the particle size distribution width of the ion-exchange colloid (silica colloid 1) from FIG. 1 higher than silica colloid. Note that the kurtosis of
シリカコロイド2,3(表4,5)は、本発明に用いる地熱水由来のシリカコロイドであって、シリカコロイド2は粒子径分布幅を9~11nmに、シリカコロイド3は粒子径分布幅を12.5~14.5nmに、それぞれ粒子径分布幅を狭くして調整したものであり、シリカコロイド4は、シリカコロイド2,3を1:1に混合したものである。シリカコロイド2,3,4は、本発明のシリカグラウトに用いるシリカコロイドであって、シリカコロイドのシリカ濃度が2~50wt%の範囲で(図3,4,6,7)、さらに好ましくは、シリカ濃度30wt%では9~14.5nmの範囲内で粒子径分布幅を狭く調整したものである。さらに、標準偏差は10以下であり、尖度は7以上のシリカコロイドになる。
このように本発明に係る地熱水由来のシリカコロイドは、特許文献3の地熱水由来のシリカコロイドの幅広いシリカ粒子径分布を、粒径の狭い方向へ粒子径分布幅を狭めて、粒子径分布幅を狭くかつ注入に適した粒径の範囲に一定に品質を揃えたものである。これによって、地盤注入に適用した場合、粒径の大きなシリカ粒子を含まず、かつ、粒径の小さすぎるシリカ粒子を含まず、地盤注入材として浸透性およびゲル化が安定して品質が一定になることにより、SiO2と溶存イオンのばらつきによるゲル化の不安定を改善したものである。これにより、ゲル化が安定し、浸透性が向上し、また、コロイドの粒径を小さくすることによりコロイドの比表面積が大きくなるため、シリカ同士あるいはコロイドと土粒子との反応性が大きくなるため、固結砂の強度が大きくなることがわかった。その理由は、コロイドの粒径が小さくなると比表面が大きくなり、したがってコロイドの表面のシラノール基(Si-OH)が多くなり、その結果シロキサン結合(-Si-O-Si-)が多くなり、これによりコロイド同士の結合が多くなり、ゲルの強度が高くなるものと思われる。粒径がこれ以下になると、ゲル化が速くなりコロイドの凝集が起きやすく、貯蔵における安定性や注入作業における注入液が不安定になるので好ましくない。また、粒径がこれ以上になると、比表面積が小さくなり、コロイド表面のシラノール基が少なくなり、従ってゲルの強度が小さくなる。また、シリカ溶液中にCa、Al等の反応性成分が含まれていると、貯蔵中に反応が進行し、シリカが析出しやすくなり、不安定になり、かつ、注入などにおける細粒土への浸透が不十分になりやすい。
As described above, the geothermal water-derived silica colloid according to the present invention has a wide silica particle size distribution of the geothermal water-derived silica colloid of
シリカコロイド2,3は、図2,表4,5より、シリカ粒子径分布幅がシリカコロイド1に比べて小さい。また、シリカコロイド1よりも粒子径分布のピークは高くなり、尖度もシリカコロイド1よりも大きくなる。シリカコロイド4も同様である。シリカコロイド4はシリカコロイド2と3を1:1で混合したものであるので、シリカコロイド4は、シリカコロイド2,3の平均的な特徴をもつ。
本発明のシリカグラウトに用いるシリカコロイドは、原料シリカコロイドの粒子径分布幅を狭めたものであり、好ましくは粒子径分布幅を2~20nmの範囲に狭めることにより地盤注入材としてのばらつきを低減したものを用いるものであり、より好ましくは粒子径分布幅が9~14.5nmであって、いずれもシリカコロイド1よりも狭い粒子径範囲にあり、本発明者らの推定ではそれぞれ尖度は36.0~42.9であって、尖度は7~100の範囲にあり、7~50の範囲が好ましい。
The silica colloid used for the silica grout of the present invention has a narrowed particle size distribution width of the raw material silica colloid, preferably by narrowing the particle size distribution width to a range of 2 to 20 nm to reduce variations as a ground injection material. More preferably, the particle size distribution width is 9 to 14.5 nm, and both are in a narrower particle size range than
従って、本発明に係るシリカコロイドを含むシリカグラウトは、特許文献3のシリカコロイドとは異なるシリカグラウトである。特許文献3のシリカコロイドは、シリカコロイド1よりも強度はやや低いと記載されている。このため、本発明に用いるシリカコロイドとしてシリカコロイド2,3を用いて、シリカコロイド1との比較を行った。その結果、本発明に係るシリカコロイドはシリカコロイド1よりも高い固結強度を得ることがわかり、粒径を小さくかつ粒子径分布幅を狭めて品質を一定にすることによる本発明の効果を実証することができた。
Therefore, the silica grout containing silica colloid according to the present invention is silica grout different from the silica colloid of
表3に、イオン交換法によるシリカコロイドの物性を示す。 Table 3 shows physical properties of the silica colloid obtained by the ion exchange method.
(各シリカコロイドの粒度特性)
図2に、シリカコロイド1,2,3および特許文献3のシリカコロイドの累積頻度分布を示す。また、一般に、注入材の注入可能限界は粒子径分布曲線の粒径の大きい領域が細粒土に対する浸透性を阻害することがわかっている。表2より、およそ20nmよりも大きな粒径のシリカコロイドを含まないシリカコロイド2,3,4は、細粒土に対する浸透固結性が優れていることがわかる。従って、本発明では、本シリカコロイドを有効成分とするシリカグラウトの粒径および粒子径分布幅に着目して品質を一定にして固結性と浸透性とに優れた地盤注入材に関するものであって、その実験例を以下に示すものとする。
(Particle size characteristics of each silica colloid)
FIG. 2 shows the cumulative frequency distribution of
本発明における地熱水由来のシリカコロイドを用いたシリカグラウトの注入材としての性能について、シリカコロイド2は、特許文献3のシリカコロイドと比較して大きな粒径のシリカを含まず、かつ、粒径および粒子径分布幅が小さい。これより、比表面積が大きく、シリカ表面のシラノール基の数が多いことより、ホモゲルおよび固結砂(サンドゲル)の一軸圧縮強度が大きくなる。また、浸透性に関しても、図2より、90%粒径の関係が「特許文献3のシリカコロイド>シリカコロイド1>シリカコロイド3>シリカコロイド4>シリカコロイド2」であることより、シリカコロイド2,3が最も浸透性に優れ、シリカコロイド1よりも浸透性に優れた結果が得られることがわかる。本発明において使用する地熱水由来のシリカコロイドは、シリカ濃度2~50wt%で粒子径分布幅を狭めたものとすることで、地盤注入に適したシリカコロイドを得ることができる。
Regarding the performance as a casting material of silica grout using silica colloid derived from geothermal water in the present invention,
本発明者らの研究の結果、地熱水由来のシリカコロイドの粒子径分布幅の領域はシリカ濃度によって変化し、シリカ濃度が2~50wt%の範囲では、シリカ濃度が高ければ粒径の大きい領域に粒子径分布を有し、シリカ濃度が低くなると、粒子径分布は粒径の小さい領域に移行することを見出した(図3~6)。図6,7は、シリカ濃度が30wt%のコロイド溶液の粒子径分布曲線であって、これを10倍希釈液(シリカ濃度3wt%)で測定して得られた結果である。シリカ濃度が2~50wt%でも、同様の結果が得られる。このような現象は従来知られておらず、本発明者らが初めて見出したものである。これによって、地盤条件および注入目的に対応したシリカ濃度を用いても、要求される改良効果が得られる信頼性のある設計および安定した改良工効果を得ることができる。 As a result of the research by the present inventors, the range of the particle size distribution width of silica colloid derived from geothermal water varies depending on the silica concentration, and in the silica concentration range of 2 to 50 wt%, the higher the silica concentration, the larger the particle size. It was found that the particle size distribution has a region, and when the silica concentration is lowered, the particle size distribution shifts to the region of smaller particle size (Figs. 3-6). 6 and 7 are particle size distribution curves of a colloidal solution with a silica concentration of 30 wt %, and are the results obtained by measuring this with a 10-fold diluted solution (silica concentration of 3 wt %). Similar results are obtained with silica concentrations of 2-50 wt %. Such a phenomenon has not been known in the prior art, and was discovered by the inventors for the first time. As a result, it is possible to obtain a reliable design and a stable improvement work effect that can obtain the required improvement effect even if the silica concentration corresponding to the ground conditions and injection purpose is used.
本発明者らの研究では、シリカ濃度2~50wt%の範囲でシリカ濃度30wt%の粒子径分布が9.0~14.5nmのシリカコロイドは、シリカ濃度を10倍薄めてシリカ濃度3wt%とすると、粒子径分布が2~7nm付近を呈する。すなわち、シリカコロイドの粒子径分布幅は、シリカ濃度が薄くなると粒径が小さい方へと移動して分布することがわかった。 According to the research of the present inventors, silica colloid with a particle size distribution of 9.0 to 14.5 nm with a silica concentration of 2 to 50 wt% and a silica concentration of 30 wt% is diluted by 10 times to a silica concentration of 3 wt%. Then, the particle size distribution is around 2 to 7 nm. In other words, it was found that the particle size distribution width of the silica colloid is distributed by moving toward smaller particle sizes as the silica concentration becomes lower.
また、本発明のシリカコロイドは、シリカコロイドの、シリカ濃度が2~50w/v%であって粒子径分布幅が2.0~14.5nmの範囲であり、体積平均径が2~15nmの範囲であることが好ましい。 Further, the silica colloid of the present invention has a silica concentration of 2 to 50 w/v%, a particle size distribution width of 2.0 to 14.5 nm, and a volume average diameter of 2 to 15 nm. A range is preferred.
本発明のシリカグラウトは、上記地熱水に含まれるシリカを収集したシリカコロイドと、酸および/または塩とを有効成分として含み、pHが1.0~10.5の範囲にあるものとするか、または、上記地熱水に含まれるシリカを収集したシリカコロイドと、水ガラスと酸性反応剤および/または塩とを有効成分として含み、シリカ濃度が0.4~50.0w/v%であって、pHが1.0~10.0の範囲にあるものとすることができる。また、本発明のシリカグラウトは、上記地熱水に含まれるシリカを収集したシリカコロイドと、水ガラスと、酸、塩およびアルカリのうちのいずれか一種または複数種とを有効成分として含む、非アルカリ性シリカグラウトとすることもできる。本発明のシリカグラウトのその他の構成については限定されず、水ガラスや酸成分、塩などは、通常、地盤注入材で用いられるものであれば、幅広く使用できる。 The silica grout of the present invention contains silica colloid obtained by collecting silica contained in the geothermal water and an acid and / or salt as active ingredients, and has a pH in the range of 1.0 to 10.5. Alternatively, it contains silica colloid obtained by collecting silica contained in the geothermal water, water glass and an acidic reactant and / or salt as active ingredients, and the silica concentration is 0.4 to 50.0 w / v% and a pH in the range of 1.0 to 10.0. In addition, the silica grout of the present invention is a non- It can also be an alkaline silica grout. Other compositions of the silica grout of the present invention are not limited, and water glass, acid components, salts, and the like can be widely used as long as they are usually used in ground grouting materials.
具体的には、酸としては、例えば、硫酸、リン酸、硝酸、塩酸、スルファミン酸等の無機酸、および、これらの混酸を用いることができる。その他の鉱酸等、クエン酸、グリコール酸、リンゴ酸、酒石酸、その他の有機酸等も幅広く使用することができるが、その中でも硫酸、リン酸および有機酸のうちの少なくとも一種が好ましい。塩としては、例えば、多価金属の無機塩、例えば、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化鉄、塩化アルミニウム、炭酸水素ナトリウム、硫酸アルミニウム、硫酸マグネシウム、硝酸アルミニウム、リン酸アルミニウムなどが挙げられる。アルカリとしては、例えば、消石灰、苛性アルカリ等が挙げられる。本発明の注入材には、さらに、多価金属化合物や無機または有機の金属イオン封鎖材を配合することもできる。また、本発明に係るシリカコロイドのpHは、好適には8.5~10.5の範囲である。 Specifically, as the acid, inorganic acids such as sulfuric acid, phosphoric acid, nitric acid, hydrochloric acid, sulfamic acid, and mixed acids thereof can be used. Other mineral acids such as citric acid, glycolic acid, malic acid, tartaric acid, and other organic acids can be widely used, but among them, at least one of sulfuric acid, phosphoric acid and organic acids is preferred. Salts include, for example, inorganic salts of polyvalent metals such as sodium chloride, calcium chloride, magnesium chloride, iron chloride, aluminum chloride, sodium bicarbonate, aluminum sulfate, magnesium sulfate, aluminum nitrate, and aluminum phosphate. . Examples of alkali include slaked lime and caustic alkali. The injection material of the present invention may further contain polyvalent metal compounds and inorganic or organic sequestering agents. Also, the pH of the silica colloid according to the present invention is preferably in the range of 8.5 to 10.5.
本発明のシリカグラウトは、地盤改良(補強)、液状化防止、耐震補強、住宅持ち上げなどに、幅広く適用できる。 The silica grout of the present invention can be widely applied to ground improvement (reinforcement), liquefaction prevention, seismic reinforcement, house lifting, and the like.
本発明において用いるシリカを含む地熱水としては、発電方式はフラッシュ式でもバイナリー式でもよく、その他の地熱発電方式を使った地熱水でもよい。本発明において、地熱水中のシリカの回収方法としては、限外ろ過やダイヤフィルトレーション、濃縮などを用いることができる。 The geothermal water containing silica used in the present invention may be of a flash type, a binary type, or geothermal water using other geothermal power generation methods. In the present invention, ultrafiltration, diafiltration, concentration, or the like can be used as a method for recovering silica from geothermal water.
また、地熱水中のシリカを収集したシリカ材に由来するシリカ濃度は30%、コロイダルシリカとしての平均粒径は1~100nmであるが、本発明においては粒子径分布幅を狭めて品質を一定にすることが、地盤注入における耐久地盤の形成と注入材としての安定性から好ましい。 In addition, the silica concentration derived from the silica material obtained by collecting silica in the geothermal water is 30%, and the average particle size as colloidal silica is 1 to 100 nm. It is preferable from the viewpoint of formation of durable ground in ground injection and stability as an injection material.
本発明のシリカコロイドと塩または酸+酸の配合においては、シリカ含有量はシリカ濃度2~50wt%を用いることができる。また、本発明のシリカコロイドと水ガラスと酸または酸+塩の場合は、シリカ濃度0.4%~50%の配合を用いることができる。 In the compounding of silica colloid and salt or acid+acid of the present invention, the silica content may be 2 to 50 wt % of silica concentration. In the case of the silica colloid, water glass and acid or acid+salt of the present invention, a silica concentration of 0.4% to 50% can be used.
本発明の地盤注入工法は、本発明のシリカグラウトを地盤に注入して地盤を改良することを特徴とする。 The ground grouting method of the present invention is characterized by pouring the silica grout of the present invention into the ground to improve the ground.
本発明の地盤注入工法においては、シリカグラウトのpH(pH0)を地盤のpH値(pHs0)よりも酸性側である1~4の範囲とした上で、このシリカグラウトを地盤に注入することにより、シリカグラウトの土中pH(pHs)を中性方向に移行させ、土中ゲルタイム(GTs)を短縮させて地盤を固結することができる。これにより、地熱水由来のシリカを用いたシリカグラウトの品質がばらつくことによって浸透固結がばらつくことに対する問題を、粒子径分布を狭めて品質を一定にすることができることに加え、施工法の改良によっても、多様な地盤中でも所定の効果が得られる地盤注入を行うことが可能となる。 In the ground injection method of the present invention, the pH (pH 0) of the silica grout is set to a range of 1 to 4, which is more acidic than the pH value (pHs0) of the ground, and the silica grout is injected into the ground. , the soil pH (pHs) of silica grout can be shifted toward neutrality, the soil gel time (GTs) can be shortened, and the ground can be consolidated. As a result, in addition to narrowing the particle size distribution and making the quality uniform, the problem of infiltration caking due to variations in the quality of silica grout using silica derived from geothermal water can be fixed. Even with the improvement, it becomes possible to perform ground injection with a predetermined effect even in various types of ground.
また、本発明に係るシリカコロイドは、地熱水中に反応性イオンを含むため粘性が高く、従って、シリカグラウトも粘性が高くなる。本発明は、シリカコロイドの粒度分布を狭くかつ小さい値になるようにして品質を一定にしたことにより浸透固結性を改善したものであるが、粘性が高いと、地盤が不均一の場合、浸透性の大きい層から注入液が逸脱しやすく、細粒土部分には浸透しにくく、地盤改良が不十分になりやすい。これを防ぐためには、対象地盤に対し、瞬結性グラウトや懸濁グラウトからなる一次注入材を注入して地盤の粗詰を行って地盤を拘束状態にしてから、本発明のシリカグラウトを二次注入材として地盤に注入することにより、注入液の粘性が高くても逸脱することなく、細かい土層にも浸透させることができる。 Further, since the silica colloid according to the present invention contains reactive ions in the geothermal water, the viscosity is high, so the silica grout also has a high viscosity. In the present invention, the particle size distribution of silica colloid is made narrow and small to keep the quality constant, thereby improving the permeation and caking properties. The grout tends to deviate from the highly permeable layer, and it is difficult to penetrate into fine-grained soil, resulting in insufficient ground improvement. In order to prevent this, the ground is roughly packed by injecting a primary grouting material consisting of quick setting grout or suspension grout into the target ground, and then the silica grout of the present invention is applied twice. By injecting it into the ground as the next injection material, even if the viscosity of the injection liquid is high, it can penetrate into fine soil layers without deviating.
実施例として、シリカコロイド1、シリカコロイド2、シリカコロイド3を用いたシリカグラウトの実験例を、以下に示す。実験の結果、粒径が小さくかつ粒子径分布幅が小さいシリカコロイドを用いた本発明のシリカグラウトは、粒子径分布幅の大きいシリカコロイドより浸透性も強度も良い結果が得られることがわかった。地熱水由来のシリカコロイドは、イオン交換法によるシリカコロイドと比べると初期粘度が高くなるが、これは、地熱水由来のシリカコロイドにはSiO2の他にCl、K、Ca、Fe、Asなどが含有されていることによると考えられる。本発明では、粒径を小さく粒子径分布幅を狭くして尖度を大きくすることによって、地熱水由来の粒子径分布幅の大きいシリカコロイドより安定した浸透性および強度を保持し、さらに、イオン交換法によるシリカコロイド1よりも高い安定した浸透性および強度を保持し、浸透固結性を改善している。シリカコロイド1は、SiO2の他の溶存物を含まないため品質が安定し、かつ、粘度が低いため土木用製品として施工性が優れている。これに対し、地熱水由来のシリカコロイドにおける上述した地盤注入用製品としての問題を、本発明では、粒径を小さく粒子径分布幅を狭くして品質を一定値にすることにより解決したものである。さらに、品質を一定化して用いることにより、ゲル化が安定し、かつ、地熱水中に含まれるK、Ca、Fe、Alの存在が、むしろ強度増加に役立っているものと思われる。
Experimental examples of silica grout using
(使用したシリカコロイド)
1)シリカコロイド1:イオン交換法によるシリカコロイド、表3参照。
2)シリカコロイド2:地熱水由来のシリカコロイド、表4参照。
3)シリカコロイド3:地熱水由来のシリカコロイド、表5参照。
4)シリカコロイド4:シリカコロイド2+シリカコロイド3(1:1で混合)。
(Silica colloid used)
1) Silica colloid 1: Silica colloid produced by the ion exchange method, see Table 3.
2) Silica colloid 2: Silica colloid derived from geothermal water, see Table 4.
3) Silica colloid 3: Silica colloid derived from geothermal water, see Table 5.
4) Silica Colloid 4:
(使用した材料の物性値)
5号水ガラス:モル比3.75、SiO2=25.5w/w%、
硫酸:75%濃度、比重1.675、
リン酸:75%濃度、比重1.58、
混酸:比重1.63(上記リン酸と硫酸との体積比1:1の混合物)、
塩化カリウム:比重2.0、
イオン交換法によるシリカコロイド(シリカコロイド1):比重(25℃)1.212、シリカ濃度30.6wt%、Na2O濃度0.39%、pH10.0、平均粒径10~20nm、
3号水ガラス:比重(20℃)1.412、SiO2:28.29wt%、Na2O:2.94、nモル比:2.94
(Physical properties of materials used)
No. 5 water glass: molar ratio 3.75, SiO 2 = 25.5 w/w%,
Sulfuric acid: 75% concentration, specific gravity 1.675,
Phosphoric acid: 75% concentration, specific gravity 1.58,
Mixed acid: specific gravity 1.63 (a mixture of the above phosphoric acid and sulfuric acid at a volume ratio of 1:1),
Potassium chloride: specific gravity 2.0,
Silica colloid by ion exchange method (silica colloid 1): specific gravity (25° C.) 1.212, silica concentration 30.6 wt %, Na 2 O concentration 0.39%, pH 10.0,
No. 3 water glass: specific gravity (20° C.) 1.412, SiO2: 28.29 wt %, Na 2 O: 2.94, n molar ratio: 2.94
以下に、各シリカコロイドを有効成分とするシリカグラウトの試験例を示す。
1.シリカコロイド+塩(+酸性反応剤)
1)配合液の特性
表6に、配合例(シリカ濃度29w/v%)の粘性、pH、ゲルタイム(20℃)を示す。表6より、(シリカコロイド+(塩+酸))を有効成分とするシリカグラウトは、シリカ濃度が同一でpHがほぼ同一の場合、濃度が同一のとき、シリカコロイド1のゲルタイムが他よりも長くなる。このことは、イオン交換法によるシリカコロイドはSiO2以外の他のイオンをほとんど含まず、これに対し地熱水由来のシリカコロイドは上述した他のイオンが含まれるため、ゲル化が速くなると考えられる。
Test examples of silica grout containing each silica colloid as an active ingredient are shown below.
1. Silica colloid + salt (+ acidic reactant)
1) Characteristics of compounded liquid Table 6 shows the viscosity, pH, and gel time (20°C) of a compounded example (silica concentration: 29 w/v%). From Table 6, silica grout with (silica colloid + (salt + acid)) as an active ingredient has the same silica concentration and almost the same pH, and when the concentrations are the same,
また、上記の試験で、100mlの水に14gのKCL、または、14gのKCLと1gのNaHSO4を溶解した硬化液を、20℃で混合した。この混合液のpHは、KCLが14gの場合は、pHが8.4、ゲルタイムが2分45秒であり、KCLが14gとNaHSO4が1gの場合は、混合液のpHはほぼ6.9であり、30分後に均質なゲル化物が得られた。これより、酸性反応剤NaHSO4の存在により酸性側になると、ゲルタイムが長くなることがわかった。従って、ゲル化時間を長くするには、pHを酸性側に振ればよいことがわかった。なお、ここで酸は、硫酸でなくリン酸でもよいし、また、NaHSO4のような酸性反応剤でもよい。また、酸を用いなくても、塩のみでもよい。 In the above tests, 14g KCL or 14g KCL and 1g NaHSO4 dissolved in 100ml water were mixed at 20°C. The pH of this mixture is 8.4 with a gel time of 2 minutes and 45 seconds for 14 g of KCL and approximately 6.9 for 14 g of KCL and 1 g of NaHSO4. , and a homogeneous gelled product was obtained after 30 minutes. From this, it was found that the presence of the acidic reactant NaHSO 4 increases the gel time when it becomes acidic. Therefore, it was found that the pH should be shifted to the acidic side in order to lengthen the gelation time. The acid here may be phosphoric acid instead of sulfuric acid, or an acidic reactant such as NaHSO4 . Alternatively, only a salt may be used without using an acid.
2)固結砂の強度
表6に、7号珪砂、相対密度60%、混合法にて作製したサンドゲルの強度特性を、併せて示す。表6より、シリカコロイド1よりもシリカコロイド2,3,4の強度が高く、特に、シリカコロイド2の強度が大幅に高いことがわかった。その理由は上述した通りである。
2) Strength of consolidated sand Table 6 also shows the strength characteristics of sand gel produced by No. 7 silica sand, a relative density of 60%, and a mixing method. From Table 6, it was found that
3)ホモゲル強度と体積変化率
表6より、シリカコロイド1よりもシリカコロイド2,3,4の強度が高く、特に、シリカコロイド2の強度が高い。以上より、粒子径分布幅が狭く粒径の小さいシリカコロイドの強度が高いことがわかった。これは、粒径が小さいシリカコロイドの方が比表面積が大きいことと、粒径が小さく大きな粒径のシリカコロイドが少ないことから土粒間隙への浸透性が優れているためであると思われる。また、体積変化率は、シリカコロイド1もシリカコロイド2,3,4も同様に小さいことが判った。
3) Homogel strength and volume change rate As shown in Table 6,
2.シリカコロイド+水ガラス+酸(または酸+塩)
1)配合および強度
表7に、配合例(シリカ濃度6w/v%、シリカ濃度10w/v%)の粘性、pH、ゲルタイム(20℃)、および、各シリカグラウト(シリカコロイド+水ガラス+酸)の7号珪砂を用いて作製したサンドゲルの強度および経過日数との関係を示す。
2. silica colloid + water glass + acid (or acid + salt)
1) Formulation and strength Table 7 shows the viscosity, pH, gel time (20 ° C.) and each silica grout (silica colloid + water glass + acid ) shows the relationship between the strength of the sand gel produced using No. 7 silica sand and the elapsed days.
供試体作製方法:径φ5cm、高さ10cmのモールド中に、相対密度60%になるように7号珪砂を入れたところに、配合液を充填する。 Specimen preparation method: A mold having a diameter of φ5 cm and a height of 10 cm was filled with the compounded solution after putting No. 7 silica sand so that the relative density was 60%.
表7より、シリカコロイドを用いた(シリカコロイド+水ガラス+酸または(酸+塩))を有効成分とするシリカグラウトのゲルタイムは、シリカ濃度が同一で反応剤の量を調整して、pHによってゲルタイムをコントロールできることがわかった。サンドゲルの強度は、本発明のシリカコロイドの強度がシリカコロイド1よりも高いか、ほぼ同一であることがわかった。
From Table 7, the gel time of silica grout using silica colloid (silica colloid + water glass + acid or (acid + salt)) as an active ingredient is the same silica concentration and adjusting the amount of reactant, pH It was found that the gel time can be controlled by As for the strength of the sand gel, it was found that the strength of the silica colloid of the present invention was higher than that of
以上より、粒子径分布幅が狭くかつ粒子径分布幅が小さいシリカコロイドを含む地熱水由来のシリカコロイドを含むシリカグラウトは、イオン交換法によるシリカコロイドを含むシリカグラウトよりも、固結砂の強度が高くなることがわかった。その理由は、反応性の溶存物である金属イオンが含まれることによると思われる。 From the above, silica grout containing silica colloid derived from geothermal water containing silica colloid with a narrow particle size distribution width and a narrow particle size distribution width is more likely to produce solidified sand than silica grout containing silica colloid obtained by the ion exchange method. It was found to be stronger. The reason for this is thought to be the inclusion of metal ions, which are reactive dissolved substances.
図13(a),(b)に、各シリカコロイドを用いたサンドゲル(6%および10%)の強度と経過日数との関係を示す。 13(a) and (b) show the relationship between the strength of sand gels (6% and 10%) using each silica colloid and the elapsed days.
特許文献3の表1に記載と同一の配合である表8の配合で、各シリカコロイドの固結豊浦砂の一軸圧縮試験の比較を行った。相対密度は50%で作製し、一週強度の結果を表9に示す。その結果、粒子径分布幅が小さくかつ粒径の小さい本発明のシリカグラウト(シリカコロイド2,3,4)は、特許文献3の実施例1の強度よりも高くなることがわかった。また、同じくイオン交換法のシリカグラウト(特許文献3の比較例1)よりも強度が高くなることがわかった。
A comparison was made in the uniaxial compression test of solidified Toyoura sand of each silica colloid with the formulation of Table 8, which is the same formulation as described in Table 1 of
以上より、粒子径分布幅が狭くかつ粒径の小さい本発明の地熱水由来のシリカコロイドを用いたシリカグラウトの方が、特許文献3の粒子径分布幅の大きい地熱水由来のシリカグラウトよりも、固結砂強度が高いことがわかった。
From the above, the silica grout using the geothermal water-derived silica colloid of the present invention, which has a narrow particle size distribution width and a small particle size, is the geothermal water-derived silica grout with a large particle size distribution width of
また、特許文献3のイオン交換法によるシリカコロイドを用いたシリカグラウトよりも、本発明の地熱水由来のシリカグラウトの方が強度が高くなることがわかった。
In addition, it was found that the silica grout derived from geothermal water of the present invention has higher strength than the silica grout using silica colloid obtained by the ion exchange method of
以下に、本発明のシリカグラウトの現場採取土を用いた配合設計の例を示す。 The following are examples of formulation designs using field-collected soil for the silica grout of the present invention.
3.シリカコロイド2を用いた現場採取土による固結砂強度
1)使用薬液
表10に、使用材料の物性値を示す。
3. Concrete Sand Strength by Field Collected Soil Using
2)配合
表11に、配合の一覧を示す。
2) Formulation Table 11 shows a list of formulations.
3)強度試験
図8に供試体作製装置、図9に固結体作製方法をそれぞれ示す。
3) Strength test Fig. 8 shows the apparatus for preparing the specimen, and Fig. 9 shows the method for preparing the consolidated body.
モールド1は、砂などの試料を円柱状の供試体に形作るための型であり、図示するようなアクリルを素材に円筒状に形成され、上端部と下端部がそれぞれ支持体の上部フランジ6aと下部フランジ6bに固定されている。
The
そして、これと同時に試料内の残留空気や水は中空ロッド9を介してモールド1の外に排出され、廃水槽11に放出される。
At the same time, residual air and water in the sample are discharged out of the
また、モールド1の下部には薬液注入装置3、炭酸ガス注入装置4、脱気水注入装置5からそれぞれ送られてくる薬液、炭酸ガスおよび脱気水を注入するバルブ12が接続され、さらに、モールド1内の底部と天井部にはモールド1内の試料に薬液と脱気水が一様に浸透するように多孔質の通水層13がそれぞれ設置されている。
A
圧力管理装置は、モールド1内の試料に積荷板を介し、空圧によって必要な拘束圧を与える装置であって、一台のコンプレッサー14を分岐し、数種類のレギュレータ15によりモールド1内の供試体にさまざまな拘束圧を一度に与えることができるように構成されている。
The pressure control device is a device that applies a necessary confining pressure to the specimen in the
また、圧力管理装置2は、数種類の試験条件の下であっても一度に供試体の作製と養生を行えるように構成されている。
Moreover, the
薬液注入装置3は、モールド1内に薬液を送り、モールド1内の供試体に薬液を浸透注入させるための装置であり、スクリュージャッキ16によってレギュレータ15が駆動し、レギュレータ15の先端に取り付けられた載荷板17が薬液タンク18内の注入材を押すことにより注入材をモールド1内に送り、モールド1内の供試体に薬液を一定の速度で浸透注入させるように構成されている。
The
なお、スクリュージャッキ16はインバーターの働きによりその速度をコントロールすることができ、これにより注入材の注入速度、注入量および注入圧を調整できるようになっている。 The speed of the screw jack 16 can be controlled by the action of an inverter, thereby adjusting the injection speed, injection amount and injection pressure of the injection material.
炭酸ガス注入装置4は、供試体作製用モールド1内に炭酸ガスを注入するための装置である。この場合、モールド1内に炭酸ガスを注入することで、その後、脱気水注入装置5から脱気水を注入してモールド1内の試料を完全な飽和状態にすることができ、これによりモールド1内の供試体に薬液を均等に浸透させることができる。
The carbon dioxide
また、脱気水注入装置5の水槽内と薬液注入装置3の薬液タンク18内は、真空ポンプにより事前に水と薬液の脱気処理を行うことにより高品質の薬液注入供試体を作製することができる。
In addition, the inside of the water tank of the degassed
次に、本発明の装置および方法による薬液注入供試体の作製方法を説明する。 Next, a method of manufacturing a chemical-injected specimen using the apparatus and method of the present invention will be described.
最初に、モールド1の内周に作製後の供試体の脱型を容易にすべくグリスを塗り、モールド1の底部には多孔質の通水層を設置する。また、モールド1内に試料を投入し、所定密度になるように締め固め、その上に通水層を設置する。そして、モールド1の上端部を上フランジに固定する。
First, grease is applied to the inner periphery of the
なお、試料の密度は、原地盤より採取した不攪乱試料の湿潤密度と含水比を用いるか、不攪乱試料が得られない場合には,Meyerhofの提案する標準貫入試験のN値と最大最少密度試験より予測を行う。 For the density of the sample, the wet density and water content ratio of undisturbed samples collected from the original ground are used. Make predictions from tests.
次に、こうしてモールド1内の試料を所定の密度に締め固めて供試体を作製したら、図8に示すようにモールド1を圧力管理装置2、薬液注入装置3、炭酸ガス注入装置4、脱気水注入装置5にそれぞれ接続する。
Next, after compacting the sample in the
4)シリカグラウトの設定配合の決定
相対密度38.0%、現場採取土、現場土のpH4.44、設計強度qu=145kN/m2、室内目標強度qu=145×2=290kN/m2とした。
以上の条件で、表11の配合で強度試験を行った。その結果を、図11に示す。これより、設計強度をqu=145kN/m2、安全率を2として、室内目標強度を290kN/m2を満たすためには、シリカ濃度を9%にすればよいことがわかった。この結果より、シリカグラウトの設定配合を表12とした。また、配合液の配合は、表13より、現場土のpH(pH4.44)よりも酸性側で設定することにより、充分な浸透固結性が得られることが判った。また、以上より、現場採取土を用いて複数の配合による室内試験を行い、そのデータに基づいて、現場の実際において目標とする設計強度を得て、配合設計ができることがわかった。
4) Determining the setting composition of silica grout Relative density 38.0%, site collected soil, site soil pH 4.44, design strength qu = 145 kN / m 2 , indoor target strength qu = 145 × 2 = 290 kN / m 2 bottom.
Under the above conditions, a strength test was conducted with the formulations shown in Table 11. The results are shown in FIG. From this, it was found that the silica concentration should be 9% in order to satisfy the indoor target strength of 290 kN/m 2 with the design strength of qu=145 kN/m 2 and the safety factor of 2. Based on this result, Table 12 was used as the setting composition of silica grout. Moreover, from Table 13, it was found that sufficient permeation and caking properties can be obtained by setting the composition of the composition solution to be more acidic than the pH of the soil at the site (pH 4.44). In addition, from the above, we conducted laboratory tests with multiple mixtures using field-collected soil, and based on the data, we found that the target design strength can be obtained in the actual field, and the mixture can be designed.
5)配合液の土中ゲルタイムと気中ゲルタイムと気中pH
表13に示す。
5) Gel time in soil, gel time in air, and pH in air of compounded liquid
Table 13 shows.
4.シリカコロイド2を用いたシリカグラウトの浸透試験
1)使用薬液
上記「3.シリカコロイド2を用いた現場採取土による固結砂強度」で設定した配合を用いた。
4. Silica Grout Penetration Test Using
2)試験条件
試験装置:図10の長さ1.0m、直径0.05mのアクリルモールド中に相対密度38.0%になるように現場砂を充填し、水で飽和した後に透水係数を求める目的で水圧50kPaで水を注水した。その結果、透水係数k=3.23-5m/secを得た。その後、上記シリカグラウトを50kPaで注入した結果を、図12に示す。以上より、上記「3.シリカコロイド2を用いた現場採取土による固結砂強度」と同様の現場採取土を用いた室内試験によって設置した配合処方(表12)により浸透試験を行った結果、浸透長1mで設計強度134kN/m2、室内目標強度290kN/m2を得られることがわかった。
2) Test conditions Test equipment: In-situ sand is filled in an acrylic mold with a length of 1.0 m and a diameter of 0.05 m in Fig. 10 so that the relative density is 38.0%, and the hydraulic conductivity is determined after saturation with water. Water was injected at a water pressure of 50 kPa for the purpose. As a result, a permeability coefficient of k=3.23 −5 m/sec was obtained. After that, the result of injecting the silica grout at 50 kPa is shown in FIG. Based on the above, a permeation test was performed using the formulation (Table 12) set by the same laboratory test using on-site soil as in "3. Strength of consolidated sand by on-site soil collection using
5.強度試験結果のまとめ
1)配合が「シリカコロイド+(塩および/または酸)」である場合において、シリカ濃度を一定にした場合の固結砂の強度を調べた。
これより、粒子径分布幅を狭くかつ粒径を小さく調整したコロイド2の方が、粒子径分布幅が広いコロイド1よりも、固結砂の強度が高くなることが判った。また、シリカコロイド3はシリカコロイド2と同等であった。シリカコロイド4はシリカコロイド2とシリカコロイド3の中間であった。シリカコロイド1よりも本発明のシリカグラウトの強度が大きい理由は、粒子径分布幅の狭いシリカコロイドはコロイド粒子の比表面積が大きいため、ゲルの強度が大きく、従って固結砂の強度が大きくなるため、および、地熱水中に含まれる金属イオンが強度増加に貢献しているためと思われる。
5. Summary of strength test results 1) In the case of compounding "silica colloid + (salt and/or acid)", the strength of consolidated sand was investigated with a constant silica concentration.
From this, it was found that
2)配合が「コロイド+水ガラス+(酸および/または塩)」である場合において、シリカ濃度を一定にした場合の強度を調べた。水ガラスの粒径は0.1nm、水ガラスと酸を混合した酸性水ガラス、すなわち、酸性シリカゾルの粒径は1nmと考えられているので、シリカ濃度が一定のとき、水ガラスを加えた方が、全シリカの比表面積が大きくなるため、ゲルの強度が高く、固結砂の強度が大きくなる。本発明に係るホモゲルは、シリカコロイド2,3,4はいずれも、シリカコロイド1よりも強度が高かった。サンドゲルの強度は、シリカコロイド1よりも高いか、ほぼ同一であった。従って、含まれているシリカコロイドの粒子径分布幅が小さく、かつ、粒径が小さい方の強度が、大きくなることがわかった。以上より、地熱水中に含まれているSiO2以外のイオンなどの溶存物が、本来注入液のゲル化の安定性に好ましくなかったのが、粒子径分布幅を狭くして品質を一定にすることによって、むしろ強度増加に付与するという注入工法としての新たな効果を発現したものである。
2) In the case where the composition is "colloid + water glass + (acid and/or salt)", the strength was investigated with a constant silica concentration. The particle size of water glass is 0.1 nm, and the particle size of acidic water glass, which is a mixture of water glass and acid, that is, acidic silica sol, is thought to be 1 nm. However, since the specific surface area of all silica is increased, the strength of the gel is increased and the strength of the solidified sand is increased. In the homogel according to the present invention,
6.浸透試験結果のまとめ
シリカコロイド2を用いた表11の配合で、現場土を用いた図10の浸透試験では、浸透距離1m区間で強度の低減が少なく、全長にわたって十分な浸透固結強度が得られることがわかった。また、要求される設計強度に対応する室内目標強度が得られることがわかった。これによって、本発明のシリカグラウトが、実施工において所定の設計強度を得られるものであることがわかった。
6. Summary of penetration test results In the penetration test of Fig. 10 using field soil with the composition of Table 11 using
7.発明の効果
本発明者らは、地熱水由来のシリカコロイドの特性を研究した結果、地熱水由来のシリカコロイドの、粒子径分布幅が広くSiO2以外に溶存物が多く含まれていることによる品質の不安定性に係る欠点を、粒子径分布幅の大きい側のシリカコロイドを除去して粒子径分布幅を小さく調整し、品質を一定にしたシリカコロイドを用いることにより解消することができ、浸透性に優れるとともに強度および環境性に優れるシリカグラウトおよびそれを用いた地盤注入工法が得られることを見出した。
7. Effect of the Invention As a result of studying the properties of silica colloid derived from geothermal water, the present inventors found that the silica colloid derived from geothermal water has a wide particle size distribution width and contains many dissolved substances other than SiO2 . The drawback of unstable quality due to this can be eliminated by removing the silica colloid on the side with the larger particle size distribution width, adjusting the particle size distribution width to be small, and using silica colloid with constant quality. We have found that a silica grout with excellent permeability, strength and environmental friendliness and a ground grouting method using the same can be obtained.
1 モールド(供試体作製用モールド)
2 圧力管理装置
3 薬液注入装置
4 炭酸ガス注入装置
5 脱気水注入装置
6a 支持体の上部フランジ
6b 支持体の下部フランジ
8 バルブ
9 中空ロッド
11 廃水槽
12 バルブ
13 多孔質の通水層
14 コンプレッサー
15 レギュレータ
16 スクリュージャッキ
17 載荷板
18 薬液タンク
19 変位計
1 Mold (mold for fabricating specimen)
2
すなわち、本発明のシリカグラウトは、地熱水中のシリカを収集して得られたシリカコロイドを有効成分とするシリカグラウトであって、該シリカコロイド中に含まれる重金属の含有量が地盤注入の目的に対応した環境基準値以下であり、
前記シリカコロイドとして、シリカ濃度2~50w/v%の範囲で、コロイドの生成にあたって生ずる粒子径ごとの粒子数のばらつきが大きく幅広い粒子径分布幅を有し、かつSiO2以外の溶存物の種類および濃度のばらつきが大きい原料シリカコロイドを、粒子径分布幅が2~20nmの範囲で粒子径分布幅の標準偏差が10以下、尖度が7~50となるようにして、粒子径を揃えて粒子径分布幅を狭めることで、地盤注入材としてのばらつきを低減したものを用いることを特徴とするものである。
That is, the silica grout of the present invention is a silica grout containing silica colloid obtained by collecting silica in geothermal water as an active ingredient, and the content of heavy metals contained in the silica colloid is suitable for the purpose of ground injection. It is below the corresponding environmental standard value,
The silica colloid has a silica concentration in the range of 2 to 50 w/v%, has a wide particle size distribution width with a large variation in the number of particles for each particle size that occurs during colloid generation, and a type of dissolved matter other than SiO 2 And the raw silica colloid with a large concentration variation is adjusted so that the standard deviation of the particle size distribution width is 10 or less and the kurtosis is 7 to 50 in the range of 2 to 20 nm, and the particle size is uniform. By narrowing the particle size distribution width, it is characterized by using a material with reduced variation as a ground injection material.
本発明のシリカグラウトにおいては、前記シリカコロイドの粒子径分布幅の領域が、シリカ濃度が2~50wt%の範囲で、シリカ濃度が高ければ粒径の大きい領域に存在し、シリカ濃度が低くなると粒径の小さい領域に移行することが好ましい。 In the silica grout of the present invention, the silica colloid particle size distribution width region is in the range of 2 to 50 wt% of silica concentration, and the higher the silica concentration, the larger the particle size. It is preferable to move to the smaller particle size region.
Claims (13)
13. The ground grouting method according to claim 11 or 12, wherein the ground is rough packed by injecting the primary grouting material, and then the silica grout is injected into the ground as a secondary grouting material.
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Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08333570A (en) * | 1995-06-08 | 1996-12-17 | Kyokado Eng Co Ltd | Production of grouting liquid for ground consolidation, apparatus therefor and grouting method |
JPH093871A (en) * | 1995-06-22 | 1997-01-07 | Nissan Chem Ind Ltd | Ground injection method |
JPH10102058A (en) * | 1996-10-01 | 1998-04-21 | Toko Kensetsu Kk | Grout |
JP2018524256A (en) * | 2015-06-19 | 2018-08-30 | ジーイーオーフォーティー リミテッド | Method for producing silica concentrate |
JP2019011473A (en) * | 2017-06-30 | 2019-01-24 | 富士化学株式会社 | Consolidating material for grouting |
JP6796305B1 (en) * | 2020-02-18 | 2020-12-09 | 強化土エンジニヤリング株式会社 | Ground injection method and ground injection material |
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Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08333570A (en) * | 1995-06-08 | 1996-12-17 | Kyokado Eng Co Ltd | Production of grouting liquid for ground consolidation, apparatus therefor and grouting method |
JPH093871A (en) * | 1995-06-22 | 1997-01-07 | Nissan Chem Ind Ltd | Ground injection method |
JPH10102058A (en) * | 1996-10-01 | 1998-04-21 | Toko Kensetsu Kk | Grout |
JP2018524256A (en) * | 2015-06-19 | 2018-08-30 | ジーイーオーフォーティー リミテッド | Method for producing silica concentrate |
JP2019011473A (en) * | 2017-06-30 | 2019-01-24 | 富士化学株式会社 | Consolidating material for grouting |
JP6796305B1 (en) * | 2020-02-18 | 2020-12-09 | 強化土エンジニヤリング株式会社 | Ground injection method and ground injection material |
JP6910045B1 (en) * | 2020-12-08 | 2021-07-28 | 強化土エンジニヤリング株式会社 | Ground consolidation material, its manufacturing method and ground injection method using it |
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