DE60316879T2 - Mörtelzusammensetzung zur Stabilisierung während des Grabens von Tunneln und Konstruktionsverfahren mit erhöhter Stabilität unter Verwendung derselben - Google Patents

Mörtelzusammensetzung zur Stabilisierung während des Grabens von Tunneln und Konstruktionsverfahren mit erhöhter Stabilität unter Verwendung derselben Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine chemische Mörtelzusammensetzung zur Stabilisierung, die zum Zweck der Verfestigung und Stabilisierung von Gesteinsbett mit einer Schotterzone oder instabilen und weichen Rettung oder zum Stoppen von Wasser oder der Füllung von Luftraum in Gesteinsbett oder Boden mit Wasserleckage oder Quellwasser beim Graben von Tunneln verwendet wird. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Bauverfahren zum Erhöhen von Stabilität.
  • Als ein Bauverfahren zum Erhöhen der Stabilität von instabilem Gesteinsbett oder Boden beim Graben von Tunneln gibt es das Verfahren zum Einspritzen einer chemischen Mörtelzusammensetzung, die Polyisocyanat und eine wässrige Natriumsilikatlösung als die Hauptbestandteile aufweist. Polyisocyanat und Natriumsilikat weisen hervorragendes Reaktionsvermögen auf und eine diese als Hauptbestandteile enthaltende chemische Mörtelzusammensetzung hat hohe Verfestigungseigenschaften. Polyisocyanat ist jedoch nicht ausreichend hinsichtlich Eindringungsvermögen in Gesteinsbett und Boden, da die Viskosität von Polyisocyanat relativ hoch ist, und ein Verdünnungsmittel wird zum Verbessern von Fließfähigkeit und Eindringungsvermögen verwendet.
  • Konventionell sind organische Lösungsmittel wie zum Beispiel Ethylacetat, Toluol, Xylol, 1,1,1-Trichlorethan, Methylchlorid und Trifluorchlormethan als das Verdünnungsmittel verwendet worden. Diese organischen Lösungsmittel weisen jedoch hohe Flüchtigkeit auf und werden nach Verfestigung freigesetzt, wodurch die Umwelt geschädigt wird.
  • Als ein Mittel zum Lösen des obigen Problems offenbart das Japanische Patent Nr. 2591540 ein Verfahren zum Verwenden eines reaktiven Verdünnungsmittels, das durch eine wässrige Natriumsilikatlösung wie zum Beispiel Ethylenglykoldiacetat oder Triethylenglykol-Dimethylether hydrolisiert werden kann. Diesem Verfahren zufolge kann die Viskosität von Polyisocyanat durch Hinzugeben eines reaktiven Verdünnungsmittels zu Polyisocyanat angepasst werden und die Vereinbarkeit der wässrigen Natriumsilikatlösung und von Polyisocyanat kann verbessert werden. Außerdem wird durch Hydrolyse des reaktiven Verdünnungsmittels ein komplexer reaktionsverfestigter Strukturkörper erhalten und werden die Eigenschaften des verfestigten Körpers verbessert.
  • Verdünnungsmittel wie zum Beispiel Ethylenglykoldiacetat und Triethylenglykol-Dimethylether weisen jedoch einen relativ niedrigen Entzündungspunkt auf, der den Entzündungspunkt von Polyisocyanat bei Hinzufügung zu Polyisocyanat senkt. Infolgedessen muss die Handhabung vorsichtig hinsichtlich Betriebssicherheit und primärer Lagerung erfolgen, und die Konservierungsmenge ist begrenzt.
  • JP 2002 047490A offenbart einen Einspritzmörtel, der Wasserglas, Polyisocyanat sowie ein Verdünnungsmittel enthält, das ein Monoester aus einer aliphatischen Monocarbonsäure mit einem Polyoxyalkylen-Alkylether aufweist.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer chemischen Mörtelzusammensetzung zur Stabilisierung beim Graben von Tunneln, die hohe Vereinbarkeit und hohes Reaktionsvermögen von einer wässrigen Natriumsilikatlösung und Polyisocyanat und verbesserte Eigenschaften als ein verfestigter Körper aufweist und sicher in der Arbeitsumgebung und im Sinne von Transport und Lagermenge gehandhabt werden kann. Ferner schafft die vorliegende Erfindung ein Bauverfahren zum Erhöhen von Stabilität unter Verwendung der Zusammensetzung.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine chemische Mörtelzusammensetzung zur Stabilisierung beim Graben eines Tunnels, die (A) eine wässrige Natriumsilikatlösung und (B) eine Polyisocyanatzusammensetzung umfasst, die (B1) Polyisocyanat und (B2) ein Verdünnungsmittel aufweist, wobei das Verdünnungsmittel (B2) Diester aufweist, die von Dicarbonsäure und Polyetheralkohol erhalten werden.
  • Bei der oben genannten chemischen Mörtelzusammensetzung zur Stabilisierung enthält das Verdünnungsmittel (B2) vorzugsweise Diester, die von aliphatischer Dicarbonsäure und Polyoxyalkylenalkyl-Etheralkohol erhalten werden.
  • Bei der oben genannten chemischen Mörtelzusammensetzung zur Stabilisierung enthält das Verdünnungsmittel (B2) Diester, die von aliphatischer Dicarbonsäure und Polyoxyalkylenalkyl-Etheralkohol und Propylencarbonat erhalten werden.
  • Bei der oben genannten chemischen Mörtelzusammensetzung zur Stabilisierung beträgt der Entzündungspunkt der Polyisocyanatzusammensetzung (B) vorzugsweise mindestens 200°C.
  • Bei der oben genannten chemischen Mörtelzusammensetzung zur Stabilisierung enthält die wässrige Natriumsilikatlösung (A) vorzugsweise einen Aminkatalysator.
  • Bei der oben genannten chemischen Mörtelzusammensetzung zur Stabilisierung enthält die wässrige Natriumsilikatlösung (A) vorzugsweise Polyol.
  • Bei der oben genannten chemischen Mörtelzusammensetzung zur Stabilisierung weist das Polyisocyanat (B1) vorzugsweise ein Urethanvorpolymer auf, das eine Isocyanatgruppe (NCO) an der Endstelle enthält, die erhalten wird, indem Polyisocyanat und Polyol zur Reaktion gebracht werden.
  • Bei der oben genannten chemischen Mörtelzusammensetzung zur Stabilisierung enthält Polyisocyanatzusammensetzung (B) einen Silikonschaumstabilisator.
  • Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Bauverfahren zum Erhöhen der Stabilität beim Graben eines Tunnels in einem Bergtunnelbauverfahren, bei dem eine jegliche der oben genannten chemischen Mörtelzusammensetzungen in Gesteinsbett oder Boden zum Verfestigen durch ein Urethanspritzvortrieb-Bauverfahren und/oder großflächiges abstützendes Spritz-Bauverfahren eingespritzt wird.
  • Die chemische Mörtelzusammensetzung der vorliegenden Erfindung weist (A) eine wässrige Natriumsilikatlösung und (B) eine Polyisocyanatzusammensetzung auf.
  • Als die wässrige Natriumsilikatlösung von Bestandteil (A) kann eine wässrige Natriumsilikatlösung als der Hauptbestandteil verwendet werden, die gewöhnlich im Handel erhältlich ist. Natriumsilikat wird durch die folgende Formel dargestellt Na2O·xSiO2·nH2O.
  • Hier stellt x das Molverhältnis von SiO2 (Siliziumdioxid) und Na2O (Natriumoxid) dar und beträgt vorzugsweise 0,5 bis 4, stärker bevorzugt 2 bis 3,5. Wenn x kleiner als 0,5 ist, besteht die Neigung, dass das Gleichgewicht im Reaktionsvermögen schlecht wird, wenn der Anteil der Erstarrungsreaktion von Kieselsäureanhydrid in der Schaumhärtungsreaktion sinkt. Wenn x größer als 4 ist, tendieren die Mischeigenschaften mit (B) und die Verarbeitungsfähigkeit in Gebrauch dazu, sich zu verschlechtern, da die Viskosität der wässrigen Natriumsilikatlösung hoch wird.
  • Die Konzentration des Feststoffanteils innerhalb der wässrigen Lösung wird vorzugsweise angepasst, um 20 bis 60 Gewichtsprozent, stärker bevorzugt 30 bis 50 Gewichtsprozent zu werden. Wenn die Konzentration des Feststoffanteils kleiner als 20 Gewichtprozent ist, besteht die Tendenz, dass das Flammverzögerungsverhalten abnimmt, wenn anorganische Bestandteile in dem verfestigten Körper reduziert werden. Wenn die Konzentration des Feststoffanteils größer als 60 Gewichtprozent ist, tendieren die Mischeigenschaften mit (B) und das Verarbeitungsvermögen während Gebrauch zu einer Verschlechterung, da die Viskosität des Bestandteils (A) hoch wird.
  • Die Polyisocyanatzusammensetzung des Bestandteils (B) enthält Polyisocyanat (B1) und ein Verdünnungsmittel (B2).
  • Beispiele des Polyisocyanats (B1) sind Polyisocyanate wie zum Beispiel Diphenylmethan-Diisocyanat und ein Isomer davon, Polymethylen-Polyphenyl-Polyisocyanat (polymeres MDI), Diphenylmethan-Diisocyanat modifiziert mit Carbodiimid, Trylen-Diisocyanat, unbearbeitetes Trylen-Diisocyanat, Xylylen-Diisocyanat, Isophoron-Diisocyanat, Naphthalen-Diisocyanat, hydriertes Diphenylmethan-Diisocyanat, Trimethylenxylylen-Diisocyanat und eine Mischung daraus. Weitere Beispiele schließen Additionsprodukte ein, die durch Modifizierung von Polyisocyanat mit Wasser, niederem Monoalkohol oder Polyol erhalten werden, Urethanvorpolymere, die eine Isocyanatgruppe an der Endstelle enthalten, welche durch Reaktion von Polyisocyanat mit verschiedenen Polyolen erhalten wird, Mischungen daraus, Additionsprodukte daraus, Mischungen von Vorpolymeren und eine oder mindestens zwei Arten eines jeglichen der oben aufgeführten Polyisocyanate und Dimere oder Trimere, die durch Hinzufügen eines Katalysators zu den oben genannten Polyisocyanaten erhalten werden.
  • Weiter kann ein Urethanpolymer, das eine Isocyanatgruppe an der Endgruppe enthält, die durch Reaktion der oben aufgeführten Polyisocyanate mit einem im Folgenden beschriebenen Monool oder Polyol durch ein bekanntes Verfahren so erhalten wird, dass das Äquivalenzverhältnis von NCO-Gruppen und OH-Gruppen (NCO-Gruppen/OH-Gruppen) innerhalb des Bereichs von 1,5 bis 300, stärker bevorzugt 2,0 bis 100 liegt, geeignet als Polyisocyanat (B1) verwendet werden. Wenn das Äquivalenzverhältnis von NCO-Gruppen und OH-Gruppen kleiner als 1,5 ist, besteht die Tendenz, dass sich die Verarbeitbarkeit während Gebrauch verschlechtert, da die Viskosität der Lösung hoch wird, und wenn das Verhältnis größer als 300 ist, besteht die Tendenz, dass der Effekt, sich in ein Urethanvorpolymer zu ändern, abnimmt.
  • Polyethermonool und Polyetherpolyol werden durch Additionspolymerisation einer aktiven Wasserstoffverbindung und von Alkylenoxid durch ein bekanntes Verfahren erhalten. Beispiele der aktiven Wasserstoffverbindungen sind Monoole wie zum Beispiel Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol, Oktanol und Laurylalkohol; Diole wie zum Beispiel Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Propylenglykol, Dipropylenglykol, Butylenglykol, 1,3-Butandiol, 1,4-Butandiol und 1,6-Hexandiol; Polyole wie zum Beispiel Glycerin, Trimethylolpropan und Pentaerythritol; und die anderen Alkohole wie zum Beispiel Monoethanolamin, Diethanolamin, Triethanolamin, Diglycerin, Sorbit und Saccharose. Diese aktiven Wasserstoffverbindungen können allein oder in einer Mischung aus mindestens zwei Arten verwendet werden. Beispiele der Alkylenoxide sind Ethylenoxid, Propylenoxid, Butylenoxid und Styroloxid. Diese Alkylenoxide können allein oder in einer Mischung aus mindestens zwei Arten verwendet werden.
  • Von diesen Polyisocyanatbestandteilen ist polymeres MDI, das eine extrem geringe Flüchtigkeit in der Temperatur der Einsatzumgebung aufweist, flüssig und hat eine mit Wirtschaftlichkeit verknüpfte Struktur, und ein dieses verwendendes Vorpolymer ist hinsichtlich Sicherheit und Gesundheit und Wirtschaftlichkeit bevorzugt.
  • Der Anteil von Isocyanatgruppen in dem Polyisocyanat (B1) beträgt vorzugsweise 10 bis 50 Gewichtprozent, stärker bevorzugt 20 bis 35 Gewichtprozent. Wenn der Anteil von Isocyanatgruppen kleiner als 10 Gewichtprozent ist, neigt die Stabilität des verfestigten Körpers dazu, abzunehmen, da die vernetzte Struktur durch die Reaktion des Kieselsäureanhydrid-Urethankomplexes und die Ureabindung reduziert werden. Wenn der Anteil größer als 50 Gewichtprozent ist, neigt der verfestigte Körper dazu, brüchig zu werden, da die Vernetzungspunkte innerhalb des durch Reaktion verfestigten Körpers bedeutend zunehmen.
  • Das Verdünnungsmittel (B2) weist hervorragende Verträglichkeit mit Polyisocyanat (B1) und die Auswirkung auf, den Viskositätsgrad zu senken, und muss ein Verdünnungsmittel mit hervorragender Lagerstabilität des Bestandteils (B) sein. Zum Beispiel offenbart das Japanische Patent Nr. 2591540 als das reaktive Verdünnungsmittel Diester einer zweibasischen Säure mit niedrigem Molekulargewicht, Essigester von Monool oder Polyol, Alkylencarbonate, Ether, zyklische Ester, Essiganhydrid, verschiedene Acrylester und Methacrylester. In der vorliegenden Erfindung wird durch Verwendung von Diester, das von Dicarbonsäure und Polyetheralkohol als Verdünnungsmittel (B2) erhalten wird, und Anpassen des Entzündungspunkts des Bestandteils (B) auf mindestens 200°C, eine chemische Mörtelzusammensetzung zur Stabilisierung erhalten, die im Hinblick auf die Arbeitsumgebung hervorragende Sicherheit bietet.
  • Das Verdünnungsmittel (B2) kann ein Verdünnungsmittel sein, das durch die wässrige Natriumsilikatlösung durch Alkali hydrolysiert wird, wie es bei dem oben aufgeführten Verdünnungsmittel der Fall ist, oder nicht durch Alkali hydrolysiert und nicht besonders begrenzt ist, solange es ein Diester ist, das von Dicarbonsäure und Polyetheralkohol erhalten wird. Insbesondere ist ein Verdünnungsmittel, das durch die wässrige Natriumsilikatlösung durch Alkali hydrolysiert wird, hinsichtlich der Reaktionsfähigkeit mit der wässrigen Natriumsilikatlösung (A) und Polyisocyanat (B) bevorzugt. Hier bezieht sich Hydrolyse darauf, wenn das Hydrolyseverhältnis 5 bis 100% beträgt, gemessen 2 Stunden nach Mischung des Verdünnungsmittels mit Natriumsilikat in Anwesenheit eines Aminkatalysators unter Siedebedingungen bei Rücklauf. Genauer ausgedrückt bezieht sich Hydrolyse darauf, wenn das Hydrolyseverhältnis 5 bis 100% beträgt, gemessen 2 Stunden, nachdem 15 Gewichtsteile des Verdünnungsmittels basierend auf 100 Gewichtsteilen von Natriumsilikat Nr. 1 (Feststoffanteil: 40%, Verhältnis von SiO2/Na2O: 2.2) unter Siedebedingungen bei Rücklauf gemischt wurden, zu denen 1% N,N,N'-Trimethylaminoethyl-Ethanolamin als der Aminkatalysator hinzugegeben wird.
  • Darüber hinaus ist von den Diestern, die von Dicarbonsäure und Polyetheralkohol erhalten werden, aus aliphatischer Dicarbonsäure und Polyoxyalkylenalkyl-Etheralkohol erhaltener Diester besonders wirksam.
  • Als die aliphatische Dicarbonsäure wird aliphatische Dicarbonsäure mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen, stärker bevorzugt 4 bis 8 Kohlenstoffatomen verwendet. Beispiele sind aliphatische gesättigte Dicarbonsäuren wie zum Beispiel Oxalsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Pimelinsäure, Suberinsäure, Azelainsäure und Sebacinsäure sowie aliphatische ungesättigte Dicarbonsäuren wie zum Beispiel Maleinsäure und Fumarsäure.
  • Als der Polyoxyalkylenalkyl-Etheralkohol können diejenigen verwendet werden, die durch ein bekanntes Verfahren durch Hinzugeben von Alkylenoxid zu aliphatischem Monoalkohol erhalten werden, welcher einen Initiator darstellt. Als der aliphatische Monoalkohol wird Monoalkohol mit 1 bis 24 Kohlenstoffatomen, stärker bevorzugt 1 bis 8 Kohlenstoffatomen verwendet. Beispiele sind Alkylalkohole wie zum Beispiel Methanol, Ethanol, n-Propanol, n-Butanol, n-Amylalkohol, n-Hexanol, n-Heptanol, n-Oktanol, n-Nonanol, n-Decanol, n-Laurylalkohol, n-Tridecanol, n-Tetradecanol, n-Pentadecanol, n-Heptadecanol, n-Octadecanol (Stearylalkohol), Isopropanol, Isobutanol, 2-Ethylhexanol, Methyl-1-Nonanol, Dimethyl-1-Octanol, Tetramethyl-1-Hexanol, 3-Ethyl-4,5,6-Trimethyloctanol, 4,5,6,7-Tetramethylnonanol, 2-Hexyldodecanol, 2-Hexadecyloctanol und eine Mischung daraus. Als das Alkylenoxid wird Alkylenoxid mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen, stärker bevorzugt 2 bis 4 Kohlenstoffatomen verwendet und Beispiele sind Ethylenoxid, Propylenoxid, Butylenoxid und eine Mischung daraus.
  • In der vorliegenden Erfindung ist ein Diester, das aus Adipinsäure und n-Butanol, dem Ethylenoxid hinzugefügt wurden, erhalten wurde, besonders bevorzugt, da die Viskosität des Bestandteils (B) geeignet angepasst wird, um die Verarbeitbarkeit zu verbessern, und die verbessernde Auswirkung von Verträglichkeit zwischen dem Bestandteil (A) und Bestandteil (B) ist groß.
  • Der Entzündungspunkt von aus aliphatischer Dicarbonsäure und Polyoxyalkylenalkyl-Etheralkohol erhaltenem Diester beträgt vorzugsweise mindestens 70°C, stärker bevorzugt mindestens 200°C. Wenn der Entzündungspunkt niedriger als 70°C liegt, besteht die Tendenz, dass der Entzündungspunkt des Bestandteils (B) auf unter 200°C gesenkt wird, selbst wenn die Menge des hinzugegebenen Diesters klein ist.
  • Das Molekulargewicht-Zahlenmittel von Diester, das aus aliphatischer Dicarbonsäure und Polyoxyalkylenalkyl-Etheralkohol erhalten wird, beträgt vorzugsweise 200 bis 2000, stärker bevorzugt 300 bis 600.
  • Auch durch Verwenden von Propylencarbonat in dem Verdünnungsmittel (B2) kann die Verträglichkeit zwischen dem Bestandteil (A) und (B) weiter verbessert werden. Wenn jedoch polymeres MDI als Polyisocyanat (B1) verwendet wird und Propylencarbonat zusammen damit als Verdünnungsmittel (B2) verwendet wird, wird in dem Fall, dass Propylencarbonat in einer großen Menge beigemischt ist, der Entzündungspunkt des Bestandteils (B) niedriger als 200°C, da der Entzündungspunkt von Propylencarbonat eine niedrigere Temperatur von ungefähr 130°C aufweist. Deshalb muss in diesem Fall die Menge von hinzugegebenem Propylencarbonat weniger als 5 Gewichtprozent innerhalb des Bestandteils (B) betragen.
  • Die Menge von Verdünnungsmittel (B2), die hinzugegeben wird, umfasst vorzugsweise 0,5 bis 80 Gewichtprozent, stärker bevorzugt 1 bis 50 Gewichtprozent innerhalb des Bestandteils (B). Wenn die Menge von Verdünnungsmittel (B2) weniger als 0,5 Gewichtprozent ist, besteht die Tendenz, dass die Verdünnungswirkung des Bestandteils (B) und der Effekt zum Verbessern der Vereinbarkeit der gemischten Lösung unzureichend werden. Wenn die Menge ferner mehr als 80 Gewichtprozent beträgt, kann die Stabilität des verfestigten Körpers nicht ausreichend gezeigt werden, da das Reaktionsaushärtungsvermögen der gemischten Lösung aus Bestandteil (A) und Bestandteil (B) schlecht sind, weil wenig Polyisocyanat (B1) in dem Bestandteil (B) enthalten ist.
  • Bezüglich des Mischungsverhältnisses des Bestandteils (A) und Bestandteils (B) werden vorzugsweise 10 bis 1000 Gewichtsteile, stärker bevorzugt 50 bis 500 Gewichtsteile des Bestandteils (B) basierend auf 100 Gewichtsteilen des Bestandteils (A) hinzugegeben. Wenn die Menge des Bestandteils (B) weniger als 10 Gewichtsteile beträgt, wird die Mischung instabil und neigt dazu, inhomogen zu werden. Wenn die Menge des Bestandteils (B) ferner mehr als 1000 Gewichtsteile beträgt, sinken die anorganischen Komponenten innerhalb des verfestigten Körpers und es kann keine ausreichende Feuerfestigkeit erhalten werden.
  • In der vorliegenden Erfindung kann ein Aminkatalysator zu dem Bestandteil (A) gemischt werden, und infolgedessen kann Reaktionsaushärtung des Bestandteils (A) und Bestandteils (B) gefördert werden. Beispiele von Aminkatalysatoren sind
    N,N,N',N'-Tetramethylhexamethylendiamin,
    N,N,N',N'-Tetramethylpropylendiamin,
    N,N,N',N',N''-Pentamethyldiethylentriamin,
    N,N',N'-Trimethylaminoethylpiperazin, N,N,N',N'-Tetramethylethylendiamin, bis-(Dimethylaminoethyl)ether, N,N',N'-tris(3-Dimethylaminopropyl)hexahydro-S-Triazin, 2-Methyltriethylendiamin, N,N-Dimethylaminoethylmorpholin, Dimethylaminopropylimidazol, Hexamethyltriethylentetramin, Hexamethyltripropylentetramin,
    N,N,N-tris(3-Dimethylaminopropyl)amin, N-Methyl-N,N-bis(3-Dimethylaminopropyl)amin, Triethylendiamin,
    N-Methylmorpholin, N-Methylimidazol, 1,2-Dimethylimidazol, N,N-Dimethylethanolamin, N,N-Dimethylaminoethoxyethanol, N,N-Dimethylaminohexanol, N,N,N'-Trimethylaminoethylethanolamin, und N-Methyl-N'-Hydroxyethylpiperazin. Diese können allein oder in Kombinationen derselben verwendet werden. Von diesen sind N,N-Dimethylaminohexanol und N,N,N'-Trimethylaminoethylethanolamin, die geringen Geruch und geringe Hautreizung aufweisen, hinsichtlich der Arbeitsumgebung bevorzugt.
  • Die Menge von hinzugegebenem Aminkatalysator beträgt vorzugsweise 0,01 bis 20 Gewichtprozent innerhalb des Bestandteils (A). Wenn die Menge des Aminkatalysators kleiner als 0,01 Gewichtprozent ist, besteht die Tendenz, dass die Steuerung der Schaumaushärtungsreaktion schwierig wird, und wenn die Menge größer als 20 Gewichtprozent ist, tendieren die wirtschaftlichen Kosten dazu, hoch zu werden.
  • Weiter kann Polyol in den Bestandteil (A) gemischt werden, und infolgedessen kann die Reaktionsaushärtfähigkeit der Mischung angepasst werden. Beispiele des Polyols sind Diole wie zum Beispiel Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Propylenglykol, Dipropylenglykol, Butylenglykol, 1,3-Butandiol, 1,4-Butandiol und 1,6-Hexandiol und Polyole wie zum Beispiel Glycerin, Trimethylolpropan und Pentaerythritol. Weitere Beispiele schließen Polyetherol ein, das durch ein bekanntes Verfahren von Additionspolymerisation von Monoethanolamin, Diethanolamin, Triethanolamin, Diglycerin, Sorbit, Saccharose oder eine Mischung aus diesen mit Alkylenoxiden wie zum Beispiel Ethylenoxid, Propylenoxid, Butylenoxid, Styroloxid oder einer Mischung aus diesen, Polyesterpolyol und Polycarbonatpolyol erhalten werden. Von diesen sind Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Propylenglykol, Dipropylenglykol, Butylenglykol, 1,3- Butandiol, 1,4-Butandiol, 1,6-Hexandiol, Glycerin und Trimethylolpropan besonders bevorzugt, die stabil in dem Bestandteil (A) sind und ein relativ niedriges Molekulargewicht haben.
  • Die Menge von hinzugefügtem Polyol beträgt vorzugsweise 0,1 bis 50 Gewichtprozent innerhalb des Bestandteils (A). Wenn die Menge von Polyol kleiner als 0,1 Gewichtprozent ist, neigt der verfestigte Körper dazu, brüchig zu werden, da die vernetzte Struktur aufgrund von Urethanbindungen reduziert wird. Wenn die Menge mehr als 50 Gewichtprozent beträgt, neigt die Feuerbeständigkeit des verfestigten Körpers dazu, zu sinken, da die anorganischen Bestandteile innerhalb des verfestigten Körpers reduziert werden.
  • Ferner kann ein Silikonschaumstabilisator mit Dimethylpolysiloxan als Hauptbestandteil in den Bestandteil (B) gemischt werden. Es ist ein Silikonschaumstabilisator zu bevorzugen, der innerhalb des Bestandteils (B) stabil ist und keine aktiven Wasserstoffgruppen enthält.
  • Die hinzugegebene Menge des Silikonschaumstabilisators beträgt vorzugsweise 0,01 bis 5 Gewichtprozent innerhalb des Bestandteils (B). Wenn die Menge des Silikonschaumstabilisators kleiner als 0,01 Gewichtprozent ist, besteht die Tendenz, dass die Steuerung des Expansionsverhältnisses schwierig wird, da die schaumstabilisierende Wirkung des expandierten Gegenstands nachlässt. Wenn die Menge mehr als 5 Gewichtprozent beträgt, werden die Kosten wirtschaftlich hoch und der Silikonschaumstabilisator neigt dazu, für diesen Gebrauch ungeeignet zu werden.
  • Die chemische Mörtelzusammensetzung der vorliegenden Erfindung, die den Bestandteil (A) und Bestandteil (B) aufweist und die einen besonderen chemischen Mörtel aufweist, wird in Boden, Gesteinsbett oder eine Schotterzonenschicht eingespritzt, die weich oder instabil mit einem großen Anteil von Luftraum und Rissen ist, um sich in Urethanvortrieb-Bauverfahren oder großflächigen abstützenden Spritz-Bauverfahren (AGF-Bauverfahren) zu verfestigen, die zu dem Zweck der Verhinderung von Bruch der Oberfläche und Decke und von Erweiterung von Lockerung beim Graben von Tunneln ausgeführt werden. Dieses Einspritzverfahren zum Verfestigen ist nicht besonders begrenzt und ein bekanntes Verfahren kann verwendet werden. Ein Beispiel ist ein Verfahren der Verwendung einer Pumpe vom komparativen Mischtyp, die die Einspritzmenge, den Druck und das Mischungsverhältnis des Bestandteils (A) und Bestandteils (B) steuern kann. Bei diesem Verfahren werden der Bestandteil (A) und Bestandteil (B) in getrennten Tanks vorgesehen und perforierte Gesteinsanker oder Einspritzstangen, in denen ein statischer Mischer oder ein Rückschlagventil vorhergehend angebracht wird, werden installiert und zu bestimmten Stellen (zum Beispiel eine Mehrzahl von Öffnungen, die in Abständen von ungefähr 0,5 bis 3 m perforiert sind) im Gesteinsbett geführt. Jeder Bestandteil innerhalb der Tanks wird dann dorthin bei einem Einspritzdruck von 0,05 bis 5 MPa gespritzt, und eine bestimmte Menge des Bestandteils (A) und Bestandteils (B) werden homogen über den statischen Mischer gemischt. Die Mischung wird dann in die bestimmte Stelle des instabilen Gesteinbetts oder Bodens gespritzt und zum Eindringen in diese gebracht, und anschließend ausgehärtet, um durch Verfestigung zu stabilisieren.
  • Beim Einspritzen der Zusammensetzung in die Decke des Tunnels werden vor dem Einspritzen Löcher in bestimmten Abständen von ungefähr 2 m unter Verwendung eines Stangenbohrers mit einer Bohrspitze von 42 mm Durchmesser gebohrt, um Einspritzlöcher einer Tiefe von 2 m und eines Grabwinkels von 10 bis 30° zu erzeugen. Ein Gesteinsanker aus einem hohlen Kohlenstoffstahlrohr, der mit einem statischen Mischer und einem Rückschlagventil mit einer Eindringungstiefe von 3 m installiert wird, wird in dieses Einspritzloch eingeführt und die Öffnung des Gesteinsankers wird unter Verwendung von Alttuch und hartem Urethanschaumharz verschlossen, um Rückfluss des chemischen Mörtels zu verhindern. Dann wird der chemische Mörtel vorzugsweise durch das obige Verfahren eingespritzt. Der Einspritzvorgang wird beendet, wenn der Einspritzdruck plötzlich ansteigt oder wenn die bestimmte Einspritzmenge um ungefähr 50% erhöht wird. Gewöhnlich werden vorzugsweise 30 bis 200 kg des chemischen Mörtels pro Einspritzloch eingespritzt.
  • Dem Wasserstop-Bauverfahren zum Erhöhen von Stabilisierung der vorliegenden Erfindung zufolge können Stabilisierung und Wasserstoppen in instabilem Gesteinsbett und Boden über einen weiten Bereich ausgeführt werden, da der chemische Mörtel eine niedrige Viskosität und hohes Eindringungsvermögen in instabile Bereiche, Risse und Schotterzonen aufweist. Ferner ist das Verfahren dadurch vorteilhaft in der Praxis, dass der gehärtete verfestigte Körper, der gebildet wird, hohe Festigkeit, Haltbarkeit, hervorragende Haftung an Gesteinsbett und Feuerfestigkeit aufweist, und das Verfahren wirtschaftlich ist.
  • Die vorliegende Erfindung wird nun ausführlich basierend auf den folgenden Beispielen erklärt, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese begrenzt.
  • <Herstellung von Lösung A>
  • Die Materialien werden wie in Tabelle 1 gezeigt hinzugegeben und gemischt, um die Lösung A herzustellen. Die zum Herstellen von Lösung A verwendeten Materialien sind im Folgenden beschrieben.
  • (Wässrige Natriumsilikatlösung)
    • Natriumsilikat Nr. 1: SiO2/Na2O Verhältnis 2,5 (Molverhältnis), Feststoffanteil 37 Gewichtprozent.
    • Natriumsilikat Nr. 2: SiO2/Na2O Verhältnis 2,5 (Molverhältnis), Feststoffanteil 40 Gewichtprozent.
    • Natriumsilikat Nr. 3: SiO2/Na2O Verhältnis 2,2 (Molverhältnis), Feststoffanteil 41 Gewichtprozent.
  • (Aminkatalysator)
    • TMAEEA: N,N,N'-Trimethylaminoethylethanolamin (Polyol)
    • EG: Ethlenglykol
  • TABELLE 1
    Lösung A Nr. A-I A-II A-III
    Natriumsilikat 1(Gew.-Teile) 100
    Natriumsilikat 2(Gew.-Teile) 100
    Natriumsilikat 3(Gew.-Teile) 100
    TMAEEA (Gew.-Teile) 1,0 2,0 0,8
    EG (Gew.-Teile) 2,0 1,0
  • <Herstellung von Lösung B>
  • Die Materialien werden wie in Tabelle 2 hinzugegeben und gemischt, um die Lösung B herzustellen. Die zum Herstellen der Lösung B verwendeten Materialien sind im folgenden beschrieben.
  • (Polyisocyanat)
    • P-MDI-1: PAPI135 (erhältlich von Dow Polyurethane Japan Co., Ltd), NCO-Anteil 31,5 Gewichtprozent
    • P-MDI-2: polymeres Vorpolymer des Typs MDI, NCO-Anteil 27,5 Gewichtprozent (hergestellt und Reaktion von 95 Gewichtsteilen PAPI135 (erhältlich von Dow Polyurethane Japan Co., Ltd) und 5 Gewichtsteilen Polyoxyalkylentriol mit einem Molekulargewicht-Zahlenmittel von 1500, das durch Additionspolymerisation von Glyzerin mit 70 Gewichtprozent Propylenoxid und 30 Gewichtprozent Ethylenoxid bei 80°C für 3 Stunden erhalten wird).
  • (Verdünnungsmittel)
    • DBEFA: Diester, das von Adipinsäure und Zusatz erhalten wird, der durch Hinzugeben von Ethylenoxid zu n-Butanol hergestellt wird, Entzündungspunkt 215°C, Molekulargewicht-Zahlenmittel 434.
    • PC: Propylencarbonat, Entzündungspunkt 132°C
    • EGDAC: Ethylenglykoldiacetat, Entzündungspunkt 96°C
  • (Silikonschaumstabilisator)
    • SZ-1642, Silikonschaumstabilisator erhältlich von Nippon Unicar Co., Ltd.
  • Tabelle 2
    Lösung B Nr. B-I B-II B-III B-IV B-V
    P-MDI-1 (Gew.-Teile) 100 100 100
    P-MDI 2 (Gew.-Teile) 100 100
    DBEFA (Gew.-Teile) 25 4,0
    PC (Gew.-Teile) 3,0 10
    EGDAC (Gew.-Teile) 10
    SZ-1642 (Gew.-Teile) 1,0 0,1 1,0 0,5 1,0
    Entzündungspunkt(°C) 208 202 178 150 208
  • BEISPIELE 1 bis 3 und VERGLEICHSBEISPIELE 1 bis 3
  • Jeweils 100 g der Lösung A und der Lösung B eingestellt auf eine Temperatur von 20°C wurden abgewogen und in den in Tabelle 3 gezeigten Kombinationen in einen 1 L Polybecher gegeben. Dann wurde die Mischung mit einem Mischer bei einer Geschwindigkeit von 500 UpM 10 Sekunden lang vermischt und gerührt. Die folgenden Bewertungen der Eigenschaften wurden durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt. Im Vergleichsbeispiel 3 konnte eine um das Dreifache expandierte Testprobe nicht geformt werden, da das Expansionsverhältnis niedrig war und die Druckfestigkeit nicht gemessen werden konnte
    • (1) Entflammbarkeit von Lösung B: Lösung B mit einem Entzündungspunkt (offenes Becherverfahren von Cleveland) von mindestens 200°C (klassifiziert als Petroleum der Klasse 4 der unter dem Feuerschutzgesetz vorgeschriebenen Gefahrstoffklasse 4) wurde als 0 bewertet und Lösung B mit einem Entzündungspunkt von mindestens 70°C und kleiner als 200°C (klassifiziert als Petroleum der Klasse 3 der unter dem Feuerschutzgesetz vorgeschriebenen Gefahrstoffklasse 4) wurde als X bewertet.
    • (2) Vereinbarkeit der gemischten Lösung: Die durch Vermischen von Lösung A und Lösung B durch das oben genannte Verfahren erhaltene Lösung wurde visuell betrachtet. Die Lösung, die homogen vermischt war und einen homogenen reaktionsverfestigten Körper lieferte, wurde als 0 bewertet, und die Lösung, die inhomogen war und einen unregelmäßigen reaktionsverfestigten Körper lieferte, wurde als X bewertet.
    • (3) Expansionsverhältnis: Das Volumen des expandierten Gegenstands nach Reaktionsaushärtung, wenn Mischen durch das oben genannte Verfahren ausgeführt wurde, wurde von der Skala auf dem Polybecher abgelesen und anschließend durch das Volumen der Lösung vor Reaktionsaushärtung dividiert, um das Expansionsverhältnis zu erhalten.
    • (4) Aushärtungszeit: Die Zeit für die Reaktionsaushärtung der gemischten Lösung, die durch das obige Verfahren vermischt wurde, wurde mit einer Stoppuhr gemessen.
    • (5) Druckfestigkeit: eine zylindrische Form eines Durchmessers von 5 cm und einer Höhe von 10 cm wurde mit ungefähr 90 g einer gemischten Lösung gefüllt, die durch das oben genannte Verfahren vermischt wurde, und ein ungefähr um das Dreifache expandierter Körper wurde durch Zusammendrücken geformt, wobei er durch einen Deckel zum Verhindern von Auslaufen des Inhalt bedeckt wurde. Die einachsige Druckfestigkeit der Testprobe, die nach Stehen lassen bei Raumtemperatur für 24 Stunden erhalten wurde, wurde gemäß JIS K 7220 (Verfahren für Druckprüfung von Hartschaumkunststoff) gemessen.
    • (6) Gesamtbewertung: Bei der Bewertung von (1) bis (5) wurden die Fälle mit mindestens einem X als X bewertet, und die Fälle, die nicht als 0 bewertet wurden.
    TABELLE 3
    Beispiel Vergleichsbeispiel
    1 2 3 1 2 3
    Lösung A A-I A-II A-III A-I A-II A-III
    Lösung B B-I B-II B-II B-III B-IV B-V
    (1)Entflammbark. von Lösung B O O O X X O
    (2) Vereinbark. von gemischter Lösung O O O O O X
    (3) Expansionsverhältnis x-fach) 6 7 5 5 4 1,5
    (4) Aushärtungszeit (Sekunden) 72 55 105 74 37 168
    (5) Druckfestigkeit (MPa) 3,1 4,1 2,7 2,9 3,6 ⊞
    (6) Gesamt-bewertung O O O X X X
    • ⊞ Eine um das Dreifache expandierte Testprobe konnte nicht geformt werden, da das Expansionsverhältnis niedrig war, daher konnte Festigkeit nicht gemessen werden.
  • Der vorliegenden Erfindung zufolge können in einer chemischen Mörtelzusammensetzung zur Stabilisierung beim Graben eines Tunnels, die (A) eine wässrige Natriumsilikatlösung und (B) eine Polyisocyanatzusammensetzung aufweist, die (B1) Polyisocyanat und (B2) ein Verdünnungsmittel enthält, durch Verwendung von Diestern, die von Dicarbonsäure und Polyetheralkohol erhalten werden, als das Verdünnungsmittel (B2), die Vereinbarkeit von Bestandteil (A) und Bestandteil (B), das Reaktionsvermögen und die Eigenschaften des verfestigten Körpers verbessert werden.
  • Ferner kann die Zusammensetzung durch Einstellen des Entzündungspunkts des Bestandteils (B) auf mindestens 200°C sicher in der Arbeitsumgebung und hinsichtlich Transport und Lagermenge gehandhabt werden.

Claims (9)

  1. Chemische Mörtelzusammensetzung zur Stabilisierung beim Graben eines Tunnels, umfassend: (A) eine wässrige Natriumsilikatlösung und (B) eine Polyisocyanatzusammensetzung, die (B1) Polyisocyanat und (B2) ein Verdünnungsmittel aufweist; wobei das Verdünnungsmittel (B2) Diester aufweist, die von Dicarbonsäure und Polyetheralkohol erhalten werden.
  2. Chemische Mörtelzusammensetzung zur Stabilisierung von Anspruch 1, bei der das Verdünnungsmittel (B2) Diester enthält, die von aliphatischer Dicarbonsäure und Polyoxyalkylenalkyl-Etheralkohol erhalten werden.
  3. Chemische Mörtelzusammensetzung zur Stabilisierung von Anspruch 1, bei der das Verdünnungsmittel (B2) Diester enthält, die von aliphatischer Dicarbonsäure und Polyoxyalkylenalkyl-Etheralkohol und Propylencarbonat erhalten werden.
  4. Chemische Mörtelzusammensetzung zur Stabilisierung von Anspruch 1, 2 oder 3, bei der der Entzündungspunkt der Polyisocyanatzusammensetzung (B) mindestens 200°C beträgt.
  5. Chemische Mörtelzusammensetzung zur Stabilisierung von Anspruch 1, 2, 3 oder 4, bei der die wässrige Natriumsilikatlösung (A) einen Aminkatalysator enthält.
  6. Chemische Mörtelzusammensetzung zur Stabilisierung von Anspruch 1, 2, 3 oder 4, bei der die wässrige Natriumsilikatlösung (A) Polyol enthält.
  7. Chemische Mörtelzusammensetzung zur Stabilisierung von Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, bei der das Polyisocyanat (B1) ein Urethanvorpolymer aufweist, das eine Isocyanatgruppe an einer Endstelle enthält, die erhalten wird, indem Polyisocyanat und Polyol zur Reaktion gebracht werden.
  8. Chemische Mörtelzusammensetzung zur Stabilisierung von Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, bei der die Polyisocyanatzusammensetzung (B) einen Silikonschaumstabilisator enthält.
  9. Bauverfahren zum Erhöhen der Stabilität beim Graben eines Tunnels in einem Bergtunnelbauverfahren, welches umfasst, die chemische Mörtelzusammensetzung von einem der Ansprüche 1 bis 8 in Gesteinsbett oder Boden zum Verfestigen durch ein Urethanspritzvortrieb-Bauverfahren und/oder großflächiges abstützendes Spritz-Bauverfahren einzuspritzen.
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