專利名稱：澆注地基用的灰漿和澆注地基的施工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于在地基中，即使和砂土接觸，也不會顯著縮短膠化時(shí)間，能夠長時(shí)間保持呈現(xiàn)出高浸透性，而且能很容易調(diào)整在土中的凝膠化時(shí)間的燒注地基用的灰漿，因此適于改進(jìn)大容量地基，并防止地基的液狀化施工等，以及使用這種灰漿澆注地基的施工方法。
傾斜的和較深地下的周邊地基等，由于存在地下水，而使地基帶有流動性，作為防止地基液狀化而注入的灰漿材料，通常適于廣泛應(yīng)用的澆注材料最好是凝膠化時(shí)間長，特別是能減少在土中凝膠化時(shí)間的縮短，呈現(xiàn)出高浸透性，確確實(shí)實(shí)凝固，而且，凝固物最好是盡量能接近于中性的澆注材料。
作為這種凝膠化時(shí)間長的灰漿，過去開發(fā)了使用非堿性硅溶膠溶液型的水玻璃系灰漿。
然而，這種使用非堿性硅溶膠的溶液型水玻璃系灰漿，在向地基浸透中，和砂土接觸，PH值由酸性轉(zhuǎn)變成中性，因此，顯著縮短了在土中的凝膠化時(shí)間，作為用來防止地基液狀化的灰漿，不可能得到廣泛范圍的燒注，而且也不適用。
因此，本發(fā)明的目的是改進(jìn)上述公知技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，提供一種在地基中即使和砂土接觸，也不會顯著縮短凝膠化時(shí)間，能夠長時(shí)間保持呈現(xiàn)高浸透性的澆注地基用的灰漿，因此，作為用來防止地基液狀化的灰漿是非常有效的，以及使用這種灰漿澆注地基的施工方法。
為達(dá)到上述目的，依照本發(fā)明，其特征是含有有效成分水玻璃和磷酸，同時(shí)還要滿足以下(1)、(2)和(3)的條件(1)水玻璃的摩爾比(n)為3.6～5.0。
(2)SiO2的濃度為，3(％)＜SiO2(％)＜1.7n(％)(3)液性為酸性～中性。
進(jìn)而，為達(dá)到上述目的，依照本發(fā)明，其特征是含有水玻璃、磷酸、以及從可溶性多價(jià)金屬鹽、堿金屬氯化物和氨基磺酸中選出的一種或數(shù)種，作為有效成分，同時(shí)要滿足以下(1)、(2)和(3)的條件。
(1)水玻璃的摩爾比(n)為3.6～5.0，(2)SiO2的濃度為，3(％)＜SiO2(％)＜10.0(％)，(3)液性為酸性～中性。
進(jìn)而，為達(dá)到上述目的，依照本發(fā)明，其特征是在地基中作為一次注入材料，注入瞬時(shí)凝結(jié)性灰漿或懸濁性灰漿，在填充地基的粗糙部分后，作為二次注入材料，再注入上上述澆注地基用的灰漿。
發(fā)明的實(shí)施形式以下具體敘述本發(fā)明一般講，通常在城市土建中，注入間距取為1m，單位承受面積取為1m2，1個(gè)分級為0.5m，注入率為0.35，注入量為(1×1×0.5)×0.35＝175L，注入速度取為10L/min，則注入時(shí)間需要17.5分鐘。因而，在土中需要的凝膠化時(shí)間，最長也不過17～20分鐘。
對此，在因防止液狀化而帶來大容量土的地基改進(jìn)中，注入間距取為4m，單位承受面積取為4×4＝16m2，1個(gè)注入分級要加長、取為2m，注入量則為(4×4×2)×0.35(注入率)＝11200L，每分鐘吐出量即使大到20L/min，所需要的時(shí)間為11200/20＝560分鐘＝9.3小時(shí)。
因而，土中需要的凝膠化時(shí)間為9～10小時(shí)，或者要求比以上注入時(shí)間更長的凝膠化時(shí)間。不用說，像進(jìn)行偏移那樣的砂礫地基，雖然有時(shí)以較短的1分鐘凝膠化時(shí)間進(jìn)行注入，盡管如此，仍要保持所需要的凝膠化時(shí)間，在注入中大幅度縮短凝膠化時(shí)間，會妨礙充分的浸透凝固、廣范圍的浸透、低壓浸透注入。
鑒于上述事實(shí)，本發(fā)明的澆注地基用灰漿和用它澆注地基的施工方法，使土中的凝膠化時(shí)間從短時(shí)間(1分鐘)到10小時(shí)，或者更長，可防止凝膠化時(shí)間縮短，并能在防止地基液狀化中有效改進(jìn)大容量土的地基，以下詳細(xì)敘述本發(fā)明。
1.水玻璃-磷酸系將非堿性硅溶膠的PH和勻(ホモ)凝膠、粗(サンド)凝膠(豐浦標(biāo)準(zhǔn)砂和千葉縣產(chǎn)海砂)的凝膠化時(shí)間的關(guān)系圖，過去的水玻璃-硫酸系示于

圖1，水玻璃-磷酸(精制)系示于圖2。圖1、2的水玻璃濃度實(shí)例，SiO2的含量均為約5％。
在圖1、2中，曲線(a)(A)表示勻凝膠(ホモゲル)、曲線(b)(B)表示用豐浦標(biāo)準(zhǔn)砂制得的粗凝膠(サンドゲル)、曲線(c)(C)表示用千葉縣產(chǎn)海沙制提的粗凝膠。不用多說，這時(shí)的凝膠化時(shí)間，水玻璃濃稠時(shí)，相對的短，稀薄時(shí)則向長時(shí)間轉(zhuǎn)變。因而，在加長凝膠化時(shí)間時(shí)，要使水玻璃濃度本身稀薄。
當(dāng)將圖1的非堿性硅溶膠和圖2的本發(fā)明由這種水玻璃-磷酸系形成的非堿性硅溶膠進(jìn)行比較時(shí)，勻凝膠的曲線a和A中，在低PH范圍內(nèi)，曲線a的凝膠化時(shí)間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)長于曲線A的凝膠化時(shí)間，隨著PH升高，曲線A的凝膠化時(shí)間反而長于曲線a的凝膠化時(shí)間。即，曲線A的曲線傾斜度比曲線a的曲線傾斜度要緩慢的多?？梢哉J(rèn)為產(chǎn)生這種狀況的原因是磷酸的電離常數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于硫酸，在和水玻璃的反應(yīng)中誘發(fā)了緩沖作用。
當(dāng)觀察產(chǎn)生問題的土中凝膠化時(shí)間時(shí)，圖1中豐浦標(biāo)準(zhǔn)砂時(shí)的曲線b明顯短于曲線a，而千葉縣產(chǎn)海沙時(shí)的曲線c明顯的更短。
然而，圖2中曲線B不比曲線A短，常常是長于曲線A。曲線C的縮短程度也非常的小，從而可知在土中的凝膠化時(shí)間能維持很長。曲線的傾斜也很緩慢，在高PH下也能維持相當(dāng)長的凝膠化時(shí)間。可以認(rèn)為這種狀況是除了上述磷酸的電離、緩沖外，在土中還起到了封鎖金屬的作用，掩蔽了土中的金屬。如上述，可以判明，當(dāng)使用磷酸制造非堿性硅溶膠時(shí)，與用硫酸時(shí)比較，顯著降低了土中凝膠化時(shí)間的縮短。這就是說作為防止液狀化用的灰漿，發(fā)現(xiàn)了極大的劃時(shí)代的現(xiàn)象。雖然如此，但一般講，水玻璃的濃度變濃稠時(shí)，凝膠化時(shí)間縮短，變稀薄時(shí)，會延長。
為了保持適宜防止液狀化的凝膠化時(shí)間與水玻璃的濃度、即SiO2含量和水玻璃的種類，即，水玻璃的摩爾比有關(guān)。作為水玻璃的種類，已查明，最好是摩爾比為3.6～5.0范圍的高摩爾比的。摩爾比為5以上的水玻璃，一般給制造帶來麻煩，費(fèi)用增高，目前還沒有使用。
本發(fā)明中，使用這種摩爾比為3.6～5.0的高摩爾比水玻璃，可很好地達(dá)到上述目的，除此之外，作為反應(yīng)劑的酸量、添加劑的用量也要少量，因此可獲得的效果是反應(yīng)生成物的量也很少，并減少了從凝膠化物中溶出鹽類的量等。
作為水玻璃的濃度，從凝膠化時(shí)間和凝固強(qiáng)度兩個(gè)方面考慮，硅溶膠中的SiO2(％)下限為3％，上限與使用時(shí)的水玻璃摩爾比有關(guān)，發(fā)現(xiàn)其上限限度最好是摩爾比(n)的1.7倍。即，SiO2(％)的濃度范圍最好是3(％)＜SiO2(％)＜1.7n(％)。n表示水玻璃的摩爾比。當(dāng)在3％以下時(shí)，浸透性雖然好，但凝固的確實(shí)性存在問題，凝固強(qiáng)度顯著降低。當(dāng)在1.7n％以上時(shí)發(fā)現(xiàn)凝膠化時(shí)間很快，浸透性和在土中的均勻凝固很難。因此，本發(fā)明最好同時(shí)滿足上述各條件。
2.水玻璃-磷酸-添加劑系從上述中明確判斷發(fā)現(xiàn)了水玻璃-磷酸系中凝膠化時(shí)的特殊現(xiàn)象。因此可調(diào)整凝膠化時(shí)間，獲得凝固物強(qiáng)度的增強(qiáng)，若提高所用水玻璃的濃度，可進(jìn)一步提高防止液狀化的效果。
本發(fā)明者們還發(fā)現(xiàn)，使由水玻璃-磷酸形成的硅溶膠中所用水玻璃的摩爾比、硅溶膠液性范圍保持上述規(guī)定，通過添加水溶性多價(jià)金屬鹽、堿金屬氯化物、氨基磺酸，可獲得凝膠化的調(diào)整，SiO2濃度(水玻璃的濃度)的上限可提高到10％，并能獲得強(qiáng)度的增強(qiáng)。
水溶性多價(jià)金屬鹽和磷酸反應(yīng)，形成多價(jià)金屬和磷酸以不溶性復(fù)鹽形式存在的酸性液。這種液體與水玻璃產(chǎn)生中和反應(yīng)，引發(fā)二氧化硅的交聯(lián)反應(yīng)和二氧化硅的析出，我們認(rèn)為這時(shí)，二氧化硅在溶液中以懸浮的多價(jià)金屬磷酸鹽為中心而析出成為溶膠，最終形成磷酸多價(jià)金屬硅酸鹽的不溶性堅(jiān)硬固化物。結(jié)果，帶來了強(qiáng)度的增加。進(jìn)而提供了一種注入材料組合物大體上作為不溶性鹽，從硅溶膠中溶出的成分很少，對環(huán)境影響也很小的注入液劑。
作為水溶性多價(jià)金屬鹽，具體有氯化鋁、聚氯化鋁、硫酸鋁、明礬等鋁鹽、氯化鈣、氯化鎂等堿土金屬鹽、氯化鐵、硫酸鐵等鐵鹽。
堿金屬氯化物通過少量堿金屬離子的作用，一般具有加快凝膠化時(shí)間的效果。因此，具有瞬時(shí)凝結(jié)的效果，即使凝膠化時(shí)間非常長，對需花費(fèi)過多時(shí)間的場合也是有加速凝結(jié)效果的。而且對凝固強(qiáng)度也能獲得一定的效果。具體講例如，有氯化鈉和氯化鉀。
即使用氨基磺酸代替一部分磷酸，對凝膠化時(shí)間的變動影響也很小，可以相應(yīng)的減少磷酸的使用。
多少也能獲得凝固體強(qiáng)度的強(qiáng)化效果。若將一部分磷酸置換成硫酸，則作為整體接近于硫酸體系，結(jié)果是磷酸的特性明顯消失。對此，使用氨基磺酸，這種傾向非常小，表現(xiàn)出上述的效果。
3.粗磷酸上述1、2中使用的磷酸是通常工業(yè)用精制磷酸，但可以用精制處理前的粗磷酸代替它。對于磷酸的制造，有干式法和濕式法。在任何一種方法中也要使用精制處理前的粗磷酸。粗磷酸通常含有一些SO3、Fe2O3、Al2O3、SiO2等雜質(zhì)。其中鐵成分主要以磷酸鐵的形式存在，這種磷酸鐵對溶膠(膠體)的凝結(jié)有促進(jìn)作用，可以認(rèn)為帶來了很好的效果。
4.液性作為本發(fā)明澆注地基用灰漿材料的液性，酸性時(shí)，凝膠化時(shí)間長，浸透性很好，以瞬時(shí)凝結(jié)配合，為了獲得大強(qiáng)度凝固的PH，可以使用中性范圍，作為中性范圍，可使用的PH為5～9。
5.使用上述澆注地基用的灰漿材料，澆注地基的施工方法可以利用地基注入施工法復(fù)合澆注上述本發(fā)明的澆注地基用的灰漿材料。即，在需要澆注的地基中，首先注入一次注入材料瞬時(shí)凝結(jié)性灰漿或水泥等懸濁型灰漿(例如，凝膠化時(shí)間在30秒以內(nèi))。這時(shí)的一次注入材料也可以是如本發(fā)明中所述的灰漿材料。利用這種方法向地基中填充粗糙部分。
接著，向上述一次注入的地基中，作二次注入材料，注入如本發(fā)明中所述的灰漿材料。這時(shí)，作為二次注入材料，由于在過去的灰漿材料中存在一次注入材料，雖然縮短了凝膠化時(shí)間，但作為二次注入材料，若使用上述的本發(fā)明灰漿，則不會發(fā)生這樣的情況，使大范圍的注入成為可能。
發(fā)明的實(shí)施例以下利用實(shí)施例詳細(xì)講述本發(fā)明，但本發(fā)明不受這些實(shí)施例所限定。
1.使用材料(1)水玻璃使用由表1所示組成形成的高摩爾比水玻璃和通常的JIS3號水玻璃。
表1
(2)磷酸(a)精制磷酸75％的工業(yè)用精制磷酸，比重(20℃)1.58(b)粗磷酸在磷酸制造中，精制前呈黃褐色，磷酸含量約75％的粗制磷酸，比重(20℃)＝1.65(3)硫酸75％的工業(yè)用硫酸(4)聚氯化鋁(ポリ塩化アルミニウム)JIS規(guī)定的聚氯化鋁(5)氯化鈣(2水鹽)試劑一級(6)氯化鈉試劑一級
(7)氨基磺酸(HOSO2NH2)試劑一級(8)砂作為細(xì)砂使用豐浦標(biāo)準(zhǔn)砂，作為粉砂使用千葉縣的海沙。
2.測定方法(1)粗凝膠的軸向壓縮強(qiáng)度將用豐浦標(biāo)準(zhǔn)砂制成的粗凝膠進(jìn)行7天和28天的聚偏二氯乙烯密閉養(yǎng)護(hù)(20℃)，利用土質(zhì)工學(xué)會基準(zhǔn)「土の一軸壓縮試驗(yàn)方法」進(jìn)行測定。
(2)凝膠化時(shí)間(a)勻凝膠的凝膠化時(shí)間在20℃利用杯的倒置法(カツプ倒立法)進(jìn)行測定。
(b)土中的凝膠化時(shí)間在20℃將灰漿液和砂混合，靜置、棄去上清液，向砂中插入竹串，然后拔出，將殘留痕跡時(shí)作為土中凝膠化時(shí)間進(jìn)行測定。
(3)PH用玻璃電極PH計(jì)進(jìn)行測定。
3.實(shí)施例(1)配合試驗(yàn)本發(fā)明中的配合例和比較配合例一并示于表2中表2
<p>從表2可知，使SiO2濃度相同，將水玻璃一硫酸體系(比較例No.1、2)和本發(fā)明的體系(實(shí)施例No.1～7)進(jìn)行比較，在同等PH下，勻凝膠的凝膠化時(shí)間，比較例雖然非常長，而土中凝膠化時(shí)間，卻相反；實(shí)施例都相當(dāng)長。當(dāng)比較粗磷酸和精制磷酸的情況時(shí)(實(shí)施例No.6、7和實(shí)施例No.2、3)，所有粗磷酸的凝膠化時(shí)間稍長，強(qiáng)度也稍高。這樣，本發(fā)明在PH為酸性～中性中，使在土中能夠調(diào)整凝膠化時(shí)間，從短時(shí)間變化到長時(shí)間。
當(dāng)降低SiO2濃度時(shí)(實(shí)施例No.8)，當(dāng)然凝膠化時(shí)間增長，但強(qiáng)度卻降低了。當(dāng)SiO2濃度超出本發(fā)明范圍低于3％時(shí)(比較例No.3)，強(qiáng)度降低的相當(dāng)多。反之，當(dāng)濃度SiO2超過1.7n(1.7×3.75＝6.4)％時(shí)(比較例No.4)，即使在低PH下，凝膠化時(shí)間也相當(dāng)快，強(qiáng)度也不會相應(yīng)地增強(qiáng)。
加入添加劑的實(shí)施例9～13，與未添加添加劑的對照實(shí)施例No.8比較，勻凝膠的凝膠化時(shí)間一般稍有縮短，但土中的凝膠化時(shí)間，與此相反，顯示出稍有增長的趨勢。強(qiáng)度明顯地得到增強(qiáng)。但是，比較例No.5，如看到的那樣，增稠水玻璃的濃度，當(dāng)SiO2達(dá)到10％以上時(shí)即使在低PH下，土中的凝膠化時(shí)間也加快，而且容易產(chǎn)生部分凝膠化。
根據(jù)以上，按照本發(fā)明范圍配合的灰漿，當(dāng)PH高、接近于中性時(shí)，土中的凝膠化時(shí)間也加快，當(dāng)降低PH時(shí)，可以增長，并能在廣泛范圍內(nèi)調(diào)整土中的凝膠化時(shí)間。特別是，在低PH下，能保持土中相當(dāng)長的凝膠化時(shí)間，并能獲得浸透性的提高。
(2)浸透試驗(yàn)正如從上述配合試驗(yàn)結(jié)果所明確的那樣，本發(fā)明能容易地調(diào)整土中的凝膠化時(shí)間，特別是能保持長時(shí)間的凝膠化時(shí)間，獲得優(yōu)良的浸透性，為了慎重起見，使用圖3所示實(shí)驗(yàn)室中的浸透注入試驗(yàn)裝置進(jìn)行了浸透試驗(yàn)。
圖3中，向具有通過壓力計(jì)2、3與壓縮機(jī)1相連接的攪拌器4的水槽5中，填充注入材料6。7是內(nèi)徑50mm、高1m的丙烯制管子，將其中的豐浦標(biāo)準(zhǔn)砂(以下記為標(biāo)準(zhǔn)砂)8分成九層，各層通過水平打擊進(jìn)行夯實(shí)，使其相對密度達(dá)到60％。
接著，由壓縮機(jī)1以0.5kgf/cm2的注入壓力，將填充在水槽5中的注入材料6壓入到管7中的標(biāo)準(zhǔn)砂8中。注入材料浸透到標(biāo)準(zhǔn)砂8中，觀察浸透距離。圖3中的9、10為切換閥門，11、12是金屬網(wǎng)，13是量筒，試驗(yàn)中所用的有代表性的注入材料和試驗(yàn)結(jié)果示于表3。
表3
從表3的結(jié)果可知，本發(fā)明的實(shí)施例中，PH在4以下的低PH時(shí)，充分地浸透到整個(gè)長度，而水玻璃-硫酸系(試驗(yàn)No.7，8)即使在低PH下，也沒有觀察到充分的浸透。水玻璃的濃稠濃度若在本發(fā)明的范圍之外(試驗(yàn)No.9)，即使在低PH下，也不可能獲得充分的浸透。
發(fā)明效果本發(fā)明的澆注地基用灰漿，可獲得如下效果1.在酸性～中性中，土中的凝膠化時(shí)間縮短很小。
2.在低PH范圍內(nèi)可以維持土中很長的凝膠化時(shí)間。
3.在酸性～中性范圍內(nèi)很容易調(diào)整土中的凝膠化時(shí)間。
4.根據(jù)以上，可適于改進(jìn)像防止液狀化施工工事那樣的大容量地基。
附圖的簡單說明圖1是水玻璃-硫酸系的非堿性硅溶膠的PH與勻凝膠、粗凝膠(豐浦標(biāo)準(zhǔn)砂和千葉縣產(chǎn)海沙)的凝膠化時(shí)間的相關(guān)圖。
圖2是水玻璃一磷酸體系的非堿性硅溶膠的PH與勻凝膠、粗凝膠(砂凝膠)(豐浦標(biāo)準(zhǔn)砂和千葉縣產(chǎn)海砂)的凝膠化時(shí)間的相關(guān)圖。
圖3是實(shí)驗(yàn)室用注入試驗(yàn)裝置的簡意圖。
符號說明1 壓縮機(jī)7丙烯制管2、3壓力計(jì)8豐浦標(biāo)準(zhǔn)砂4 攪拌器9、10切換閥門5 水槽 11、12金屬網(wǎng)6 注入材料 13 量筒
權(quán)利要求
1.一種澆注地基用的灰漿材料，特征是含有水玻璃和磷酸有效成分，并同時(shí)滿足以下(1)、(2)和(3)的條件，(1)水玻璃的摩爾比(n)為3.6～5.0(2)SiO2濃度為3(％)＜SiO2(％)＜1.7n(％)(3)液性為酸性～中性。
2.一種澆注地基用的灰漿材料，特征是含有水玻璃、磷酸、以及從可溶性多價(jià)金屬鹽、堿金屬氯化物和氨基磺酸中選出的一種或數(shù)種作為有效成分，并同時(shí)滿足以下(1)、(2)和(3)的條件，(1)水玻璃的摩爾比(n)為3.6～5.0(2)SiO2濃度為3(％)＜SiO2(％)＜10.0(％)(3)液性為酸性～中性
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2任一項(xiàng)記載的澆注地基用的灰漿材料，特征是權(quán)利要求1或2中的磷酸是粗磷酸。
4.一種澆注地基的施工方法，特征是向地基中，作為一次注入材料，注入瞬時(shí)凝結(jié)性灰漿或懸濁型灰漿，填充地基的粗糙部分后，作為二次注入材料，注入以下澆注地基用的灰漿材料，該灰漿材料含有水玻璃和磷酸有效成分，并同時(shí)滿足以下(1)、(2)和(3)的條件，即(1)水玻璃的摩爾比(n)為3.6～5.0(2)SiO2濃度為3(％)＜SiO2(％)＜1.7n(％)(3)液性為酸性～中性。
5.一種澆注地基的施工方法，特征是向地基中，作為一次注入材料，注入瞬時(shí)凝結(jié)性灰漿或懸濁型灰漿，填充地基的粗糙部分后，作為二次注入材料，注入以下澆注地基用的灰漿材料，該灰漿材料含有水玻璃、磷酸、以及從可溶性多價(jià)金屬鹽、堿金屬氯化物和氨基磺酸中選出的一種或數(shù)種作為有效成分，并同時(shí)滿足以下(1)、(2)和(3)的條件，即(1)水玻璃的摩爾比(n)為3.6～5.0(2)SiO2濃度為3(％)＜SiO2(％)＜10.0(％)(3)液性為酸性～中性。
全文摘要
澆注地基用的灰漿和澆注地基的施工方法,該灰漿在地基中即使與砂土接觸,也不會縮短凝膠化時(shí)間,能維持長時(shí)間呈現(xiàn)高浸透性而且容易調(diào)整凝膠化時(shí)間適于改進(jìn)大容量地基,防止地基液狀化施工。該灰漿含有水玻璃和磷酸有效成分,并同時(shí)滿足以下條件(1)水玻璃的摩爾比(n)為3.6～5.0,(2)SiO
文檔編號C09K17/02GK1264686SQ0010278
公開日2000年8月30日 申請日期2000年2月22日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月24日
發(fā)明者島田俊介, 柏原健二, 三輪求 申請人:強(qiáng)化土工程株式會社