发明的实施形式
以下具体叙述本发明
一般讲，通常在城市土建中，注入间距取为1m，单位承受面积取为
1m2，1个分级为0.5m，注入率为0.35，注入量为(1×1×0.5)×
0.35＝175L，注入速度取为10L/min，则注入时间需要17.5分钟。因而，
在土中需要的凝胶化时间，最长也不过17～20分钟。
对此，在因防止液状化而带来大容量土的地基改进中，注入间距取
为4m，单位承受面积取为4×4＝16m2，1个注入分级要加长、取为2m，
注入量则为(4×4×2)×0.35(注入率)＝11200L，每分钟吐出量即使
大到20L/min，所需要的时间为11200/20＝560分钟＝9.3小时。
因而，土中需要的凝胶化时间为9～10小时，或者要求比以上注入
时间更长的凝胶化时间。不用说，像进行偏移那样的砂砾地基，虽然有
时以较短的1分钟凝胶化时间进行注入，尽管如此，仍要保持所需要的
凝胶化时间，在注入中大幅度缩短凝胶化时间，会妨碍充分的浸透凝固、
广范围的浸透、低压浸透注入。
鉴于上述事实，本发明的浇注地基用灰浆和用它浇注地基的施工方
法，使土中的凝胶化时间从短时间(1分钟)到10小时，或者更长，可
防止凝胶化时间缩短，并能在防止地基液状化中有效改进大容量土的地
基，以下详细叙述本发明。
1.水玻璃-磷酸系
将非碱性硅溶胶的PH和匀(ホモ)凝胶、粗(サンド)凝胶(丰
浦标准砂和千叶县产海砂)的凝胶化时间的关系图，过去的水玻璃-硫
酸系示于图1，水玻璃-磷酸(精制)系示于图2。图1、2的水玻璃浓
度实例，SiO2的含量均为约5％。
在图1、2中，曲线(a)(A)表示匀凝胶(ホモゲル)、曲线(b)
(B)表示用丰浦标准砂制得的粗凝胶(サンドゲル)、曲线(c)(C)
表示用千叶县产海沙制提的粗凝胶。不用多说，这时的凝胶化时间，水
玻璃浓稠时，相对的短，稀薄时则向长时间转变。因而，在加长凝胶化
时间时，要使水玻璃浓度本身稀薄。
当将图1的非碱性硅溶胶和图2的本发明由这种水玻璃-磷酸系形
成的非碱性硅溶胶进行比较时，匀凝胶的曲线a和A中，在低PH范围
内，曲线a的凝胶化时间要远远长于曲线A的凝胶化时间，随着PH升
高，曲线A的凝胶化时间反而长于曲线a的凝胶化时间。即，曲线A的
曲线倾斜度比曲线a的曲线倾斜度要缓慢的多。可以认为产生这种状况
的原因是磷酸的电离常数远远小于硫酸，在和水玻璃的反应中诱发了缓
冲作用。
当观察产生问题的土中凝胶化时间时，图1中丰浦标准砂时的曲线
b明显短于曲线a，而千叶县产海沙时的曲线c明显的更短。
然而，图2中曲线B不比曲线A短，常常是长于曲线A。曲线C的
缩短程度也非常的小，从而可知在土中的凝胶化时间能维持很长。曲线
的倾斜也很缓慢，在高PH下也能维持相当长的凝胶化时间。可以认为
这种状况是除了上述磷酸的电离、缓冲外，在土中还起到了封锁金属的
作用，掩蔽了土中的金属。如上述，可以判明，当使用磷酸制造非碱性
硅溶胶时，与用硫酸时比较，显著降低了土中凝胶化时间的缩短。这就
是说作为防止液状化用的灰浆，发现了极大的划时代的现象。虽然如此，
但一般讲，水玻璃的浓度变浓稠时，凝胶化时间缩短，变稀薄时，会延
长。
为了保持适宜防止液状化的凝胶化时间与水玻璃的浓度、即SiO2含
量和水玻璃的种类，即，水玻璃的摩尔比有关。作为水玻璃的种类，已
查明，最好是摩尔比为3.6～5.0范围的高摩尔比的。摩尔比为5以上
的水玻璃，一般给制造带来麻烦，费用增高，目前还没有使用。
本发明中，使用这种摩尔比为3.6～5.0的高摩尔比水玻璃，可很
好地达到上述目的，除此之外，作为反应剂的酸量、添加剂的用量也要
少量，因此可获得的效果是反应生成物的量也很少，并减少了从凝胶化
物中溶出盐类的量等。
作为水玻璃的浓度，从凝胶化时间和凝固强度两个方面考虑，硅溶
胶中的SiO2(％)下限为3％，上限与使用时的水玻璃摩尔比有关，发现
其上限限度最好是摩尔比(n)的1.7倍。即，SiO2(％)的浓度范围最
好是3(％)＜SiO2(％)＜1.7n(％)。n表示水玻璃的摩尔比。当在3％
以下时，浸透性虽然好，但凝固的确实性存在问题，凝固强度显著降低。
当在1.7n％以上时发现凝胶化时间很快，浸透性和在土中的均匀凝固很
难。因此，本发明最好同时满足上述各条件。
2.水玻璃-磷酸-添加剂系
从上述中明确判断发现了水玻璃-磷酸系中凝胶化时的特殊现象。
因此可调整凝胶化时间，获得凝固物强度的增强，若提高所用水玻璃的
浓度，可进一步提高防止液状化的效果。
本发明者们还发现，使由水玻璃-磷酸形成的硅溶胶中所用水玻璃
的摩尔比、硅溶胶液性范围保持上述规定，通过添加水溶性多价金属盐、
碱金属氯化物、氨基磺酸，可获得凝胶化的调整，SiO2浓度(水玻璃的
浓度)的上限可提高到10％，并能获得强度的增强。
水溶性多价金属盐和磷酸反应，形成多价金属和磷酸以不溶性复盐
形式存在的酸性液。这种液体与水玻璃产生中和反应，引发二氧化硅的
交联反应和二氧化硅的析出，我们认为这时，二氧化硅在溶液中以悬浮
的多价金属磷酸盐为中心而析出成为溶胶，最终形成磷酸多价金属硅酸
盐的不溶性坚硬固化物。结果，带来了强度的增加。进而提供了一种注
入材料组合物大体上作为不溶性盐，从硅溶胶中溶出的成分很少，对环
境影响也很小的注入液剂。
作为水溶性多价金属盐，具体有氯化铝、聚氯化铝、硫酸铝、明矾
等铝盐、氯化钙、氯化镁等碱土金属盐、氯化铁、硫酸铁等铁盐。
碱金属氯化物通过少量碱金属离子的作用，一般具有加快凝胶化时
间的效果。因此，具有瞬时凝结的效果，即使凝胶化时间非常长，对需
花费过多时间的场合也是有加速凝结效果的。而且对凝固强度也能获得
一定的效果。具体讲例如，有氯化钠和氯化钾。
即使用氨基磺酸代替一部分磷酸，对凝胶化时间的变动影响也很
小，可以相应的减少磷酸的使用。
多少也能获得凝固体强度的强化效果。若将一部分磷酸置换成硫
酸，则作为整体接近于硫酸体系，结果是磷酸的特性明显消失。对此，
使用氨基磺酸，这种倾向非常小，表现出上述的效果。
3.粗磷酸
上述1、2中使用的磷酸是通常工业用精制磷酸，但可以用精制处
理前的粗磷酸代替它。对于磷酸的制造，有干式法和湿式法。在任何一
种方法中也要使用精制处理前的粗磷酸。粗磷酸通常含有一些SO3、
Fe2O3、Al2O3、SiO2等杂质。其中铁成分主要以磷酸铁的形式存在，这种
磷酸铁对溶胶(胶体)的凝结有促进作用，可以认为带来了很好的效果。
4.液性
作为本发明浇注地基用灰浆材料的液性，酸性时，凝胶化时间长，
浸透性很好，以瞬时凝结配合，为了获得大强度凝固的PH，可以使用中
性范围，作为中性范围，可使用的PH为5～9。
5.使用上述浇注地基用的灰浆材料，浇注地基的施工方法
可以利用地基注入施工法复合浇注上述本发明的浇注地基用的灰浆
材料。即，在需要浇注的地基中，首先注入一次注入材料瞬时凝结性灰
浆或水泥等悬浊型灰浆(例如，凝胶化时间在30秒以内)。这时的一次
注入材料也可以是如本发明中所述的灰浆材料。利用这种方法向地基中
填充粗糙部分。
接着，向上述一次注入的地基中，作二次注入材料，注入如本发明
中所述的灰浆材料。这时，作为二次注入材料，由于在过去的灰浆材料
中存在一次注入材料，虽然缩短了凝胶化时间，但作为二次注入材料，
若使用上述的本发明灰浆，则不会发生这样的情况，使大范围的注入成
为可能。
发明的实施例
以下利用实施例详细讲述本发明，但本发明不受这些实施例所限
定。
1.使用材料
(1)水玻璃
使用由表1所示组成形成的高摩尔比水玻璃和通常的JIS3号水玻
璃。
表1
水玻璃
比重(20℃)
SiO2(％)
Na2O(％)
摩尔比
高摩尔比水玻璃
1.32
25.5
7.03
3.75
JIS3号水玻璃
1.39
29.2
9.5
3.17
(2)磷酸
(a)精制磷酸
75％的工业用精制磷酸，比重(20℃)1.58
(b)粗磷酸
在磷酸制造中，精制前呈黄褐色，磷酸含量约75％的粗制磷酸，
比重(20℃)＝1.65
(3)硫酸
75％的工业用硫酸
(4)聚氯化铝(ポリ塩化アルミニウム)
JIS规定的聚氯化铝
(5)氯化钙(2水盐)
试剂一级
(6)氯化钠
试剂一级
(7)氨基磺酸(HOSO2NH2)
试剂一级
(8)砂
作为细砂使用丰浦标准砂，作为粉砂使用千叶县的海沙。
2.测定方法
(1)粗凝胶的轴向压缩强度
将用丰浦标准砂制成的粗凝胶进行7天和28天的聚偏二氯乙烯密
闭养护(20℃)，利用土质工学会基准「土の一轴压缩试验方法」进行
测定。
(2)凝胶化时间
(a)匀凝胶的凝胶化时间
在20℃利用杯的倒置法(カツプ倒立法)进行测定。
(b)土中的凝胶化时间
在20℃将灰浆液和砂混合，静置、弃去上清液，向砂中插入
竹串，然后拔出，将残留痕迹时作为土中凝胶化时间进行测
定。
(3)PH
用玻璃电极PH计进行测定。
3.实施例
(1)配合试验
本发明中的配合例和比较配合例一并示于表2中
表2
实
施
例
No
比
较
例
No
配合比例(每1000g)
配 合 液
|
水玻璃
(g)
磷酸
(g)
硫
酸
(g)
添加剂(g)
水
(g)
SiO2
(g)
PH
凝胶化时间(20℃)(分)
粗凝胶轴向压
缩强度(丰浦标
准砂)(kgf/cm2)
高摩
尔比
JIS3
号
精
制
粗
聚氯
化铝
氯
化
钙
氯
化
钠
氨基
磺酸
匀凝胶
土中(粗凝胶)
丰浦标
准砂
千叶县
产海沙
7日
28日
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
2
3
4
5
240
240
240
240
240
240
240
-
-
160
160
160
160
160
350
110
300
400
-
-
-
-
-
-
-
210
210
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
77
58
-
-
-
-
-
-
-
110
36
98
130
82
77
58
49
30
-
-
-
-
51
49
50
51
48
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
42
48
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
10
-
-
-
10
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
10
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
10
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
10
-
-
-
10
678
683
702
711
730
683
702
748
742
789
781
780
779
782
530
854
602
460
6.1
6.1
6.1
6.1
6.1
6.1
6.1
6.1
6.1
4.1
4.1
4.1
4.1
4.1
8.9
2.8
7.7
10.2
2.9
3.5
5.8
6.7
8.7
3.5
5.8
3.8
2.9
3.5
3.6
3.5
3.5
3.5
3.8
3.4
3.5
3.6
150
65
4.0
1.6
0.3
60
3.5
70
1000
80
60
65
65
65
45
280
25
20
210
100
4.8
1.9
0.4
90
4.2
3.0
40
110
110
120
120
120
70
350
30
25
45
30
2.0
1.0
0.2
25
1.3
0.8
4.0
35
40
45
42
45
20
120
1.1
0.6
2.7
3.2
3.6
3.8
4.0
3.0
3.3
3.7
4.0
2.0
2.3
2.2
2.1
2.3
4.2
0.7
3.4
4.1
3.2
3.5
3.9
4.2
4.4
3.3
3.7
4.0
4.3
2.4
3.0
2.7
2.4
2.9
4.7
1.0
3.6
4.4
从表2可知，使SiO2浓度相同，将水玻璃一硫酸体系(比较例No.1、
2)和本发明的体系(实施例No.1～7)进行比较，在同等PH下，匀凝
胶的凝胶化时间，比较例虽然非常长，而土中凝胶化时间，却相反；实
施例都相当长。当比较粗磷酸和精制磷酸的情况时(实施例No.6、7和
实施例No.2、3)，所有粗磷酸的凝胶化时间稍长，强度也稍高。这样，
本发明在PH为酸性～中性中，使在土中能够调整凝胶化时间，从短时
间变化到长时间。
当降低SiO2浓度时(实施例No.8)，当然凝胶化时间增长，但强度
却降低了。当SiO2浓度超出本发明范围低于3％时(比较例No.3)，强度
降低的相当多。反之，当浓度SiO2超过1.7n(1.7×3.75＝6.4)％时(比
较例No.4)，即使在低PH下，凝胶化时间也相当快，强度也不会相应地增
强。
加入添加剂的实施例9～13，与未添加添加剂的对照实施例No.8比
较，匀凝胶的凝胶化时间一般稍有缩短，但土中的凝胶化时间，与此相
反，显示出稍有增长的趋势。强度明显地得到增强。但是，比较例No.5，
如看到的那样，增稠水玻璃的浓度，当SiO2达到10％以上时即使在低PH
下，土中的凝胶化时间也加快，而且容易产生部分凝胶化。
根据以上，按照本发明范围配合的灰浆，当PH高、接近于中性时，
土中的凝胶化时间也加快，当降低PH时，可以增长，并能在广泛范围
内调整土中的凝胶化时间。特别是，在低PH下，能保持土中相当长的
凝胶化时间，并能获得浸透性的提高。
(2)浸透试验
正如从上述配合试验结果所明确的那样，本发明能容易地调整土中
的凝胶化时间，特别是能保持长时间的凝胶化时间，获得优良的浸透性，
为了慎重起见，使用图3所示实验室中的浸透注入试验装置进行了浸透
试验。
图3中，向具有通过压力计2、3与压缩机1相连接的搅拌器4的
水槽5中，填充注入材料6。7是内径50mm、高1m的丙烯制管子，将其
中的丰浦标准砂(以下记为标准砂)8分成九层，各层通过水平打击进
行夯实，使其相对密度达到60％。
接着，由压缩机1以0.5kgf/cm2的注入压力，将填充在水槽5中的
注入材料6压入到管7中的标准砂8中。注入材料浸透到标准砂8中，
观察浸透距离。图3中的9、10为切换阀门，11、12是金属网，13是
量筒，试验中所用的有代表性的注入材料和试验结果示于表3。
表3
浸
透
试
验
No
注入材料
注 入 结 果
表2
PH
|
1
实施例No.1
2.9
标准砂8的整个长度很好的浸透
2
实施例No.2
3.5
标准砂8的整个长度很好的浸透
3
实施例No.3
5.8
从标准砂8的下部向上可浸透的高度为35～40cm
4
实施例No.7
5.8
从标准砂8的下部向上可浸透的高度为30～35cm
5
实施例No.9
3.6
标准砂8的整个长度很好的浸透
6
实施例No.13
3.8
标准砂8的整个长度很好的浸透
7
比较例No.1
3.8
从标准砂8的下部向上可浸透的高度为25～30cm
8
比较例No.2
2.9
从标准砂8的下部向上可浸透的高度为75～85cm
9
比较例No.5
3.6
从标准砂8的下部向上可浸透的高度为55～65cm
从表3的结果可知，本发明的实施例中，PH在4以下的低PH时，
充分地浸透到整个长度，而水玻璃-硫酸系(试验No.7，8)即使在低PH
下，也没有观察到充分的浸透。水玻璃的浓稠浓度若在本发明的范围之
外(试验No.9)，即使在低PH下，也不可能获得充分的浸透。