JP2002327174A

JP2002327174A - 地山固結用薬液組成物

Info

Publication number: JP2002327174A
Application number: JP2001134607A
Authority: JP
Inventors: Toru Yamada; 亨山田; Hiroshi Samezawa; 博鮫沢
Original assignee: Dai Ichi Kogyo Seiyaku Co Ltd
Current assignee: DKS Co Ltd
Priority date: 2001-05-01
Filing date: 2001-05-01
Publication date: 2002-11-15
Anticipated expiration: 2021-05-01
Also published as: JP4790928B2

Abstract

(57)【要約】【課題】地山への浸透性に優れるとともに、地山から
のリークが止まりやすく、地盤の安定化効果に優れる地
山固結用薬液組成物を提供する。【解決手段】ポリオール、触媒、発泡剤及び粘度低下
剤を含有するＡ液と、ポリイソシアネートを含有するＢ
液とからなり、前記触媒が３級アミン触媒及び３量化触
媒であり、前記粘度低下剤が一般式：Ｒ^１Ｏ（Ｒ^２Ｏ）
_ｎＨ（Ｒ^１は炭素数１〜４のアルキル基、Ｒ^２はエチレ
ン又はプロピレン、ｎは２〜６である。）で表されるモ
ノオールであり、Ａ液及びＢ液の粘度がそれぞれ１００
ｍＰａ・ｓ／２５℃以下で、両者の配合比が重量比でＡ
液／Ｂ液＝１／１〜１／３であることを特徴とする地山
固結用薬液組成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、破砕帯を有する岩
盤や不安定軟弱地盤の固結安定化、特に、トンネル工事
などで薬液が浸透しにくい砂質土などの地盤に用いられ
る地山固結用注入薬液組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、不安定岩盤や地盤の安定強化には
無機ないし有機系グラウトの注入が行われている。しか
しながら、一般に多用されている無機系のセメントミル
クでは固結速度が遅く、強度の発現が遅いため、短時間
に固結して強度が発現することが要求されるトンネルの
掘削時における不安定地山を早期に安定強化させる目的
は達し得ない。

【０００３】一方、ポリオールとポリイソシアネートを
主成分とする速硬性硬質発泡ポリウレタンは、ポリオー
ル成分の粘性が高く、さらに、ポリオール成分とイソシ
アネート成分の２液が混合されてから短時間で発泡反応
が始まるため、地山に浸透しにくいという欠点がある。
また、２液が混合されてからの反応が遅くなるようにす
ると、地山に注入した薬液が注入ボルトの周囲や地山か
らリークした場合に、止まりにくいという問題が生じ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、薬
液粘度が低く、２液を混合してから発泡が開始されるま
での時間が長く、従って地山への浸透性に優れるととも
に、一旦発泡を開始すると速やかに硬化してリークが止
まりやすく、地盤の安定化効果に優れる地山固結用薬液
組成物を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の点
に鑑みて鋭意研究を重ねた結果、ポリオールとポリイソ
シアネートを主成分とする速硬性硬質発泡ポリウレタン
において、粘度低下剤として特定のモノオールを用いる
ことで、薬液の粘度を下げ、浸透しにくい地盤への浸透
性を向上させるとともに、触媒として３級アミン触媒と
３量化触媒を併用することで、２液が混合されてから発
泡が開始されるまでの時間を長くできるとともに、一旦
発泡が開始されると速やかに硬化するためリークが止ま
りやすいということを見出し、本発明を完成するに至っ
た。

【０００６】すなわち、本発明の地山固結用薬液組成物
は、ポリオール、触媒、発泡剤及び粘度低下剤を含有す
るＡ液と、ポリイソシアネートを含有するＢ液とからな
り、前記触媒が３級アミン触媒及び３量化触媒であり、
前記粘度低下剤が一般式：Ｒ ^１Ｏ（Ｒ^２Ｏ）_ｎＨ（Ｒ^１
は炭素数１〜４のアルキル基、Ｒ^２はエチレン又はプロ
ピレン、ｎは２〜６である。）で表されるモノオールで
あり、Ａ液及びＢ液の粘度がそれぞれ１００ｍＰａ・ｓ
／２５℃以下で、両者の配合比が重量比でＡ液／Ｂ液＝
１／１〜１／３であることを特徴とする。

【０００７】かかる本発明の地山固結用薬液組成物を用
いた場合には、３級アミン触媒に基づくウレタン結合、
尿素結合と、３量化触媒に基づくイソシアヌレート結合
を主体とした硬質発泡ポリウレタンの固結体が得られる
ので、固結強度が大きく、地盤の安定化効果が優れてい
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の地山固結用薬液組成物に
おいてＡ液に用いられるポリオールとしては、例えば、
ブタンジオール、ヘキサンジオールなどの２価アルコー
ル；エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリ
エチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピ
レングリコール、ブチレングリコール、グリセリン、ト
リメチロールプロパン、ジグリセリン、ひまし油、ソル
ビトール、蔗糖などの単独もしくは混合物；これらにプ
ロピレンオキシドやエチレンオキシドなどのアルキレン
オキシドを付加重合したポリオールなどが挙げられる。
また、エチレンジアミン、アニリン、トリレンジアミ
ン、モノ、ジ又はトリエタノールアミンなどにプロピレ
ンオキシドやエチレンオキシドなどのアルキレンオキシ
ドを付加重合したアミンポリオール類も有効である。

【０００９】上記Ａ液に配合される触媒としては、３級
アミン触媒と３量化触媒とが併用される。

【００１０】３級アミン触媒としては、例えば、トリエ
チレンジアミン、２−メチルトリエチレンジアミン、
Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルヘキサメチレンジア
ミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルプロピレンジ
アミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルエチレンジ
アミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’，Ｎ’’−ペンタメチルジ
エチレントリアミン、トリメチルアミノエチルピペラジ
ン、ビス−（ジメチルアミノエチル）エーテル、ヘキサ
ヒドロ−Ｓ−トリアジン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチ
ルモルホリン、ジメチルアミノプロピルイミダゾール、
ヘキサメチルトリエチレンテトラミン、ヘキサメチルト
リプロピレンテトラミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリス（３−ジ
メチルアミノプロピル）アミンなどの第３級アミンが挙
げられ、これらは単独、もしくは２種以上併せて用いる
ことができる。特に好ましい３級アミン触媒はトリエチ
レンジアミンである。トリエチレンジアミンは固体であ
るためジプロピレングリコールなどのポリオールに溶解
して用いることが好ましい。３級アミン触媒の配合量
は、通常、Ａ液１００重量部に対して０．１〜５重量部
の範囲である。

【００１１】３量化触媒としては、例えば、アルカリ性
脂肪酸塩、第４級アンモニウム塩などのイソシアネート
を３量化させる触媒が用いられる。特に好ましい３量化
触媒はオクチル酸のアルカリ金属塩であり、より具体的
にはオクチル酸カリウムである。オクチル酸カリウムは
固体であるためトリエチレングリコールなどのポリオー
ルに溶解して用いることが好ましい。３量化触媒の配合
量は、通常、Ａ液１００重量部に対して０．１〜５重量
部の範囲である。

【００１２】上記Ａ液に配合される発泡剤としては水が
好適である。水はＢ液のポリイソシアネートと反応して
炭酸ガスを発生することから発泡剤として作用する。水
の配合量は、通常、Ａ液１００重量部に対して０．５〜
５重量部の範囲である。

【００１３】上記Ａ液に配合される粘度低下剤として
は、下記構造式で表されるモノオールが用いられる。

【００１４】Ｒ^１Ｏ（Ｒ^２Ｏ）_ｎＨここで、Ｒ^１は炭素数１〜４のアルキル基、Ｒ^２はエチ
レン又はプロピレン、ｎは２〜６である。Ｒ^１が炭素数
４を超えるアルキル基の場合、および、ｎが６を超える
場合は、化合物の粘度が高くなり好ましくない。ｎが２
未満の場合は化合物の揮発性が高くなり好ましくない。

【００１５】上記粘度低下剤の配合量は、通常、Ａ液１
００重量部に対して５〜５０重量部の範囲である。

【００１６】上記Ａ液には、均一なセル構造を持つポリ
ウレタンフォームとするため、整泡剤を配合することが
好ましい。整泡剤としては、シリコーン整泡剤が好適で
あり、硬質発泡ポリウレタン樹脂に通常用いられるポリ
オキシアルキレンジメチルポリシロキサンコポリマーが
好ましい例として挙げられる。整泡剤の配合量は、通
常、Ａ液１００重量部に対して０．１〜２重量部の範囲
である。

【００１７】本発明の地山固結用薬液組成物において上
記Ｂ液に用いられるポリイソシアネートとしては、ポリ
メリックＭＤＩが好適である。特に、２核体や異性体を
含む低粘度のポリメリックＭＤＩが好ましい。Ｂ液に
は、必要に応じ、低粘度化や難燃性を付与するために、
ポリメリックＭＤＩにハロゲン化リン酸エステルなどの
難燃剤や可塑剤を配合することができる。

【００１８】Ａ液とＢ液は、地盤への浸透性を良くする
ため、粘度がそれぞれ１００ｍＰａ・ｓ／２５℃以下で
あり、Ａ液／Ｂ液の配合比は、重量比で１／１〜１／３
の範囲である。配合比が１／１よりも大きい（即ち、Ｂ
液がＡ液よりも少なくなる）と、圧縮強度が低くなるた
め好ましくない。また、配合比が１／３よりも小さい
（即ち、Ｂ液がＡ液の３倍よりも多くなる）と、発熱温
度が高くなり、火災の危険性が生ずるので好ましくな
い。

【００１９】なお、本発明の地山固結用薬液組成物にお
いては、上記した各成分の他に、必要に応じて、顔料、
無機充填材、スコーチ防止剤等の安定剤などを添加する
ことができる。

【００２０】以上よりなる本発明の薬液組成物は、例え
ば、Ａ液とＢ液の注入量、圧力、配合比などをコントロ
ールできるポンプを用い、Ａ液とＢ液を別々のタンクに
入れ、浸透しにくい砂質土のトンネル切羽や天盤部に、
予め固定されたスタティックミキサーや逆止弁などを内
装した有孔のロックボルトや注入ロッドを通し、この中
に前記タンク内のＡ液とＢ液を注入圧０．０５〜５ＭＰ
ａで注入し、均一に混合されたＡ液及びＢ液を地盤に浸
透、硬化させることにより、地盤を固結安定化すること
ができる。

【００２１】

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳細に説
明するが、本発明はこれら実施例により限定されるもの
ではない。

【００２２】表１に示す配合にて実施例１，２及び比較
例１のＡ液とＢ液をそれぞれ別々に調製した。表中にお
ける各成分は以下の通りである。

【００２３】ポリオール：グリセリンにプロピレンオキ
サイドを付加した分子量３００のポリオール。

【００２４】粘度低下剤：Ｒ^１Ｏ（Ｒ^２Ｏ）_ｎＨにおい
て、Ｒ^１がメチル、Ｒ^２がプロピレン、ｎが２のモノオ
ール。

【００２５】３級アミン触媒Ａ：トリエチレンジアミン
をジプロピレングリコールに溶解した、トリエチレンジ
アミンが３３重量％の溶液。

【００２６】３級アミン触媒Ｂ：Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’，
Ｎ’’−ペンタメチルジエチレントリアミン。

【００２７】３量化触媒：オクチル酸カリウムをトリエ
チレングリコールに溶解した、オクチル酸カリウムが７
０重量％の溶液。

【００２８】整泡剤：シリコーン整泡剤（商品名：ＳＺ
１６２７、日本ユニカー社製）。

【００２９】ポリイソシアネート：ポリメリックＭＤＩ
（ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート）（商
品名：コスモネートＭ５０、三井化学社製）。

【００３０】難燃剤：トリスモノクロロイソプロピルホ
スフェート。

【００３１】調製した実施例１，２及び比較例１のＡ液
とＢ液について粘度を測定すると共に、クリームタイ
ム、ライズタイム、発泡倍率、硬化性、圧縮強度、浸透
性及びリーク硬化性を測定・評価した。測定・評価基準
は以下の通りである。

【００３２】粘度：ＪＩＳＫ６８３３に準じて測定
した。

【００３３】クリームタイム、ライズタイム、発泡倍
率、硬化性：液温を２０℃に調整したＡ液４０ｇとＢ液
８０ｇを１Ｌポリカップに採り、スパチュラで１０秒間
攪拌した。攪拌開始から発泡が開始されるまでの時間を
クリームタイム、攪拌開始から発泡が完了するまでの時
間をライズタイム、発泡後の体積を発泡前の体積で除し
たものを発泡倍率とした。硬化性は、発泡完了時に発泡
体を指で触れ、粘着性がないものを「○」、硬化が遅く
粘着性があるものを「×」とした。

【００３４】圧縮強度：直径が５ｃｍ、高さが１０ｃｍ
のサミット缶を用い、４倍発泡体になるように拘束して
供試体を作成し、ＪＩＳＫ７２２０に準じて測定し
た。

【００３５】浸透性、リーク硬化性：砂質土の地山のト
ンネル切羽に、スタティックミキサーを内蔵した、長さ
３ｍの注入ボルトを挿入し、口元部分の地山と注入ボル
トの隙間を、２液硬質発泡ポリウレタンを含浸させたメ
リヤス製ウエスを鉄棒で押し込んでシールした。実施例
および比較例の薬液（Ａ液、Ｂ液）を注入ポンプで、注
入圧０．１〜２ＭＰａの範囲にて３０ｋｇ（Ａ液、Ｂ液
の合計量）注入した。リーク硬化性については、注入中
に、ボルトの口元から薬液がリークしても、インターバ
ル注入によりリーク物が速やかに反応硬化し、リークが
止まった場合を「○」、インターバル注入してもリーク
物の硬化が遅いために、いつまでもリークし続けた場合
を「×」と評価した。また、注入終了１時間後、地山へ
の薬液の浸透性を評価するため、注入ボルト周辺を掘削
し、固結状況を調査した。砂質土に薬液が浸透し、注入
ボルト周辺の砂が注入ボルトを中心にフランクフルトの
ように固結している場合を「○」、薬液が砂質土に浸透
せず、注入ボルト周辺の砂が固結していない場合を
「×」と評価した。

【００３６】

【表１】

【００３７】表１に示すように、実施例１，２では、リ
ークしてもインターバル注入によりリークが止まり、薬
液の粘度が低く、クリームタイムも長いので、砂質土へ
の浸透性が良い結果となった。これに対して、比較例１
では、薬液（Ａ液）の粘度が高く、浸透性が劣る上に、
リークしたものがインターバル注入しても硬化が遅いの
でリークし続けたことから、注入ボルト周辺の砂は未固
結であった。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の地山固結
用薬液組成物であると、薬液粘度が低く、しかもクリー
ムタイムが長いため、地山への浸透性に優れる。しか
も、一旦発泡を開始すると速やかに硬化するため、地山
に注入した薬液が注入ボルトの周囲や地山からリークし
ても該リークが止まりやすく、地盤の安定化効果に優れ
る。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０８Ｇ 101:00）Ｃ０９Ｋ 103:00 Ｃ０９Ｋ 103:00 (72)発明者鮫沢博滋賀県大津市一里山一丁目19−４Ｆターム(参考） 2D040 AB01 AC01 AC02 AC05 BB09 CB03 CD08 DC01 4H026 CA06 CB08 CC06 4J034 BA02 BA03 CA02 CA03 CA04 CA05 CA13 CB01 CB02 CB03 CB04 DG03 DG04 HA02 HA06 HC12 HC35 HC65 HC67 KD02 KD11 KD12 NA03 NA08 QB13 QB19 QC01 RA10 RA19 SA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ポリオール、触媒、発泡剤及び粘度低下剤
を含有するＡ液と、ポリイソシアネートを含有するＢ液
とからなり、前記触媒が３級アミン触媒及び３量化触媒であり、前記粘度低下剤が一般式：Ｒ^１Ｏ（Ｒ^２Ｏ）_ｎＨ（Ｒ^１
は炭素数１〜４のアルキル基、Ｒ^２はエチレン又はプロ
ピレン、ｎは２〜６である。）で表されるモノオールで
あり、Ａ液及びＢ液の粘度がそれぞれ１００ｍＰａ・ｓ／２５
℃以下で、両者の配合比が重量比でＡ液／Ｂ液＝１／１
〜１／３であることを特徴とする地山固結用薬液組成
物。