JP2003147358A

JP2003147358A - 地山固結用薬液組成物

Info

Publication number: JP2003147358A
Application number: JP2001343601A
Authority: JP
Inventors: Ryuichi Yoshitome; 竜一吉留; Hiroshi Samezawa; 博鮫沢
Original assignee: Dai Ichi Kogyo Seiyaku Co Ltd
Current assignee: DKS Co Ltd
Priority date: 2001-11-08
Filing date: 2001-11-08
Publication date: 2003-05-21
Anticipated expiration: 2021-11-08
Also published as: JP3944878B2

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、及び発泡剤を含有す
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、前記ポリオールが主としてポリオキシアルキレンジ
オールであり、前記触媒が３級アミン触媒及び３量化触
媒であり、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。ポリオキシアルキレンジオールは、分子量
が２００〜１２００で、オキシアルキレン鎖中のオキシ
プロピレン鎖が７０重量％以上であるものが好適であ
る。

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を遅くなるようにす
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、ポリオールとして特定のジオールを用いるこ
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、及び発泡剤を含有するＡ液と、
ポリイソシアネートを含有するＢ液とからなり、前記ポ
リオールが主としてポリオキシアルキレンジオールであ
り、前記触媒が３級アミン触媒及び３量化触媒であり、
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、十分な固結強度を持ち、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
おいて上記Ａ液のポリオールとしては、例えば、エチレ
ングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオー
ル、ヘキサンジオールなどの２価アルコールに、エチレ
ンオキシドやプロピ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キシアルキレンジオールが主
として用いられる。

【０００９】かかるポリオキシアルキレンジオールの中
でも、分子量が２００〜１２００で、オキシアルキレン
鎖中のオキシプロピレン鎖が７０重量％以上であるもの
が、粘度が低く、地盤中の湧水に対して溶出しにくいこ
とから、特に好ましく用いることができる。

【００１０】上記ポリオールには、Ａ液の粘度を１００
ｍＰａ・ｓ／２５℃より大きくしない範囲内で、ポリオ
キシアルキレンジオール以外のポリオールを配合しても
よい。そのようなポリオールとしては、グリセリン、ト
リメチロールプロパン、ジグリセリンなどの２価アルコ
ール以外の多価アルコールにアルキレンオキシドを付加
重合したポリオキシアルキレンポリオールが好適であ
る。なお、上記ポリオキシアルキレンジオールはポリオ
ール全体の８０重量％以上使用されることが好ましい。

【００１１】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量化触媒が併用される。

【００１２】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
であり、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。

【００１３】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、酢酸又はオクチル酸のアルカリ金属塩であり、
より具体的には酢酸カリウム、オクチル酸カリウムが挙
げられる。酢酸カリウム、オクチル酸カリウムは固体で
あるため、酢酸カリウムは水などに溶解して、オクチル
酸カリウムは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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】上記Ａ液には、更に、粘度低下剤としてエ
ーテル系やエステル系の可塑剤を添加することができ
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液とＢ液が地盤に浸
透、硬化することにより、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１，２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Ａ：プロピレングリコールにプ
ロピレンオキシドを付加した分子量４００のポリオー
ル。

【００２４】ポリオールＢ：グリセリンにプロピレンオ
キシドを付加した分子量３００のポリオール。

【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（５０％水溶液）：酢酸カリウ
ムを水に溶解した、酢酸カリウムが５０重量％の水溶
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１，２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。測定方法及び
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みシールした。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
圧が０．１〜２ＭＰａの範囲にて、３０ｋｇ（Ａ液、Ｂ
液の合計量）を注入した。但し、比較例２では地山への
浸透性が悪く、注入圧が２ＭＰａを越え、注入が困難と
なり、注入量は１７ｋｇ（Ａ液、Ｂ液の合計量）となっ
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】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。比較例２では、リークはインターバル注入で止まっ
たが、薬液（Ａ液）の粘度が高く、浸透性に劣ることか
ら、注入圧が高くなり、所定の注入量を注入することが
できず、注入ボルト周辺の砂は未固結であった。

【００３７】

【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。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ポリオール、触媒、及び発泡剤を含有する
Ａ液と、ポリイソシアネートを含有するＢ液とからな
り、前記ポリオールが主としてポリオキシアルキレンジオー
ルであり、前記触媒が３級アミン触媒及び３量化触媒であり、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。
【請求項２】前記ポリオキシアルキレンジオールは、分
子量が２００〜１２００で、オキシアルキレン鎖中のオ
キシプロピレン鎖が７０重量％以上であることを特徴と
する請求項１記載の地山固結用薬液組成物。