JP2007038060A - 二液硬化型材料の供給方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 補修作業が短時間で完了可能となるような二液硬化型材料の供給方法を提供すると共にそのような供給装置を従来よりも小型化し簡単に移動させて使用することができる供給装置を提供する。
【解決手段】別々の容器10a,10b内に充填された二液硬化型材料を構成するＡ液及びＢ液をほぼ同量ずつ所定容積のチャンバールーム15内に導入し、Ａ液とＢ液が混合しないように接触させてその接触面にゲル状の膜を形成させ、そして、この状態を保持したままで１本のホース30で吐出手段36圧送し、吐出する直前又は吐出する際に混合手段40により混合して硬化させることを特徴とし、その装置は第一と第二の容器10a、10bと、同時開閉する同時開閉バルブ12と、Ａ液とＢ液の接触面にゲル状の膜を形成させるためのチャンバールーム15と、ポンプ20と、ホース30と、吐出手段36と、混合手段40を備えて構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、二液硬化型材料の供給方法及びその装置に関し、特に、主材と硬化材のようにＡ液とＢ液の二液からなる材料を混合することによって短時間に硬化する二液硬化型材料の供給方法及びその装置に関する。

近年、高速鉄道においては、地震、雪害、水害等の影響を排除して安全性を確保するためにコンクリートで路盤化した路盤コンクリート上にレールを止めるコンクリート製の枕木に相当する標準化された軌道スラブを乗せ、その上にレールを固定したスラブ式軌道が採用されている。このスラブ式軌道では路盤コンクリート上に軌道スラブを上下・左右方向に正しく位置するように調整した後、軌道スラブと路盤コンクリートとの間隙にセメントとアスファルト等から構成される乳剤を注入して固定するようになっている。

このようなスラブ式軌道も、長期間にわたる列車の通過等によって受ける加重、温度変化やレールの緊締力の超過などで剥離や亀裂等の損傷を受ける。その結果、レールが浮き上がったり、位置が変化してしまうことがある。また、経年変化により地盤も劣化する。このような場合の補修は昼間の列車の運行を妨げることないように鉄道が休止している夜間の３〜５時間程度の間に行なうしかない。そして、そのような短時間の間に路盤コンクリートから軌道スラブを剥がし、位置を再調整し、再度硬化薬液を注入し固定する必要がある。さらに、地震等によって地盤に変化が起こればきわめて短時間に多くの場所を検査・補修しなければならない。なぜなら鉄道は国民経済の動脈でありその停滞は許されないからである。

このような補修方法としては、例えば、特開平１１−２５６５０４に開示された方法が提案されている。この方法は、劣化部分を削り取った後に、二液ウレタン樹脂にゴムチップ等をバインダーとして加えた補修材料を充填して硬化するというものである。しかし、この補修方法は多くの作業時間を必要とするため通過列車を制限するか、作業部分を縮小して施行する必要があった。劣化部分を削り取って補修材料を充填して硬化させるのには少なくとも２４時間以上の時間が必要だからである。

そのため、特開２００２−１２９５０３において短時間で施工することができる補修方法が提案されている。この方法は、きわめて短時間で硬化する二液硬化型材料を用い、二液を混合した後、直ちに亀裂等の隙間に二液硬化型材料を充填して固化するというものである。

特開平１１−２５６５０４号公報 特開２００２−１２９５０３号公報

しかし、特許文献２に開示された補修方法は、図３及び段落番号「００１４」から明らかなように、Ａ液とＢ液の二液からなる硬化材（二液室温硬化型ラジカル重合性樹脂）をそれぞれ別々に圧送し、注入直前で混合して硬化させるようになっている。すなわち、２台のポンプでＡ液とＢ液をそれぞれ２本の高圧ホースで別々に混合機まで送る必要があった。また、混合機も耐高圧性のものを使用する必要があった。そのため装置全体が大型化してしまうという問題があった。鉄道施設のように長距離にわたり補修箇所を確認しつつ移動しながら行う補修作業では使用する装置が大型であるとその運搬等に多大な労力を必要とし、特に、高架橋上、トンネル内、寒冷地等では装置が大型であるというのは作業上の欠点となっていた。

そこで、本発明は、このような問題点を考慮してなされたものであり、短時間で補修作業が完了することを可能とするためにＡ液とＢ液の二液からなる硬化材を効率的に供給することができる二液硬化型材料の供給方法を提供することを目的とする。
また、Ａ液とＢ液の二液からなる硬化材を供給する装置を従来よりも小型化し、高架橋上やトンネル内等の狭い場所でも簡単に移動させて使用することができる二液硬化型材料の供給装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために請求項１に記載の本発明は、二種類の材料を混合することによって硬化する二液硬化型材料の供給方法であって、別々の容器内に充填された二液硬化型材料を構成するＡ液及びＢ液をほぼ同量ずつ所定容積のチャンバールーム内に導入し、チャンバールーム内でＡ液とＢ液が混合することがないように接触させることによりその接触面にゲル状の膜を形成させ、そして、この状態を保持したままで１本のホースにより吐出手段までポンプで圧送し、吐出手段から吐出する直前又は吐出する際にＡ液とＢ液を混合手段により混合して硬化させることを特徴とする。

従来のように、Ａ液とＢ液の二液を別々のポンプで別々のホースで圧送するのでななく、二液を１つのポンプでしかも１本のホースで圧送する。その原理は、別々の容器内に充填された二液硬化型材料を構成するＡ液及びＢ液二液をそれぞれほぼ同容量ずつチャンバールーム内に導入して混合させることなく面接触させる。接触面ではフイルム状態の薄いゲル状の膜が生成される。この膜は分子量が大きくならず膜の形成後約５〜１０分間であればこの膜状の液体の粘度は大体２０万ＣＰ以下を維持する。この状態で一液のポンプで圧送すると２０ＭＰａの圧力で２０〜３０ｍ程度の圧送が可能となる。しかもホースの中では乱流がほとんど起こらず二液が混合することはない。従って、１本のホース内を二液が混ざることなく圧送することができる。そして、ホースの先端に混合機を備えたコントロールバルブをセットすることにより注入直前で二液を混合機で混合し硬化を開始させつつ補修箇所に注入する。
また、この二液の接触面にはＡ液及びＢ液の各液が同量取り込まれてくる性質があり、定量装置で圧送する必要は全くなく±５％の誤差でチャンバールーム内に導入することができこれにより、一台のポンプと一本のホースで圧送が可能となった。

上記課題を解決するために請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の二液硬化型材料の供給方法において、Ａ液及びＢ液の比重差が０．２以下であることを特徴とする。

上記課題を解決するために請求項３に記載の本発明は、請求項１又は２に記載の二液硬化型材料の供給方法において、Ａ液及びＢ液の初期粘度はそれぞれ１，０００〜３，０００ＣＰであり、温度変化に対してほぼ同一の傾向にあることを特徴とする。

上記課題を解決するために請求項４に記載の本発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の二液硬化型材料の供給方法において、Ａ液及びＢ液はチャンバールーム内で３０〜３００秒保持されることを特徴とする。

上記課題を解決するために請求項５に記載の本発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の二液硬化型材料の供給方法において、Ａ液とＢ液の接触後の粘度が３０万ＣＰ以下であることを特徴とする。

上記課題を解決するために請求項６に記載の本発明は、二種類の材料を混合することによって硬化する二液硬化型材料を供給する装置であって、二液硬化型材料を構成するＡ液を貯蔵するための第一の容器と、二液硬化型材料を構成するＢ液を貯蔵するための第二の容器と、第一の容器内に充填されたＡ液と第二の容器内に充填されたＢ液とを同期して同時にほぼ同量ずつ供給停止することが可能な同時開閉バルブと、同時開閉バルブによって供給されたＡ液とＢ液が混合することがないように接触させてその接触面にゲル状の膜を形成させるためのチャンバールームと、接触面にゲル状の膜が形成された状態のＡ液とＢ液を圧送するためのポンプと、ポンプに取り付けられるホースと、ホースの一端に設けられる吐出手段と、そして、接触面にゲル状の膜が形成された状態のＡ液とＢ液を混合する混合手段とを備えて構成されていることを特徴とする。

上記課題を解決するために請求項７記載の本発明は、請求項６に記載の二液硬化型材料の供給装置において、混合手段は、スタティックミキサーであることを特徴とする。

上記課題を解決するために請求項８載の本発明は、請求項６又は７に記載の二液硬化型材料の供給装置において、チャンバールームはポンプの吸入口の直前に配設されていることを特徴とする。

本発明に係る二液硬化型材料の供給方法及びその装置によれば、従来の補修方法及びそのための装置に比べて作業が簡単であり、装置のセッティングや分解、洗浄等の作業が軽減できるという効果がある。
また、本発明に係る二液硬化型材料の供給方法及びその装置によれば、短時間で補修作業が施行でき、しかも作業熟練が不要であるという効果がある。
さらに、本発明に係る二液硬化型材料の供給装置によれば、小型なので一度に数台並列に作業ができ、さらに短時間の補修工事に適合できるという効果がある。

以下、図面を用いて本発明に係る二液硬化型材料の供給方法及びその装置について詳細に説明する。図１は、本発明に係る二液硬化型材料の供給装置の一実施形態を模式的に示した概略断面図であり、図２は二液硬化型材料の供給装置１の一部断面側面図、図３は図２に示した二液硬化型材料の供給装置の平面図である。

図示された二液硬化型材料の供給装置１は、概略的に、二液硬化型材料を構成するＡ液及びＢ液をそれぞれ充填貯留するタンク１０ａ、１０ｂと、同時に開閉してＡ液とＢ液を同量ずつ供給する同時開閉バルブ１２と、Ａ液とＢ液が接触して膜を形成させるためのチャンバールーム１５と、Ａ液とＢ液を圧送する高圧ポンプ２０と、Ａ液とＢ液を送る高圧ホース３０と、Ａ液とＢ液を吐出注入する高圧注入バルブ３６と、Ａ液とＢ液を混合するミキサー３７を備えて構成されている。

タンク１０ａ、１０ｂは、約２,０００〜３,０００ｃｃの容量を備え、合成樹脂製により形成されており、下部側にそれぞれ開口部１１ａ、１１ｂが設けられている。そして、後述する同時開閉バルブ１２を開閉することによりタンク１０ａ、１０ｂ内のＡ液とＢ液をそれぞれチャンバールーム１５内に供給停止することができるようになっている。また、タンク１０ａ、１０ｂは、外部からその中身が監視できるように透明若しくは半透明の素材により形成することが好ましい。これによりＡ液とＢ液の補充のタイミングを知ることができ作業効率がアップする。しかし、そのような構成に限定されるべきものではなく、ステンレス等の金属製素材によって形成することももちろん可能である。
タンク１０ａ、１０ｂは、その上部側に図示しない供給口を設けてあり、二液硬化型材料を構成するＡ液及びＢ液が少なくなってきた際にその供給口からＡ液及びＢ液を補充できるようになっている。尚、Ａ液及びＢ液の補充についてはこれに限るものではなく、タンク１０ａ、１０ｂを取り外し、上述の開口部１１ａ、１１ｂから充填するように構成してもよい。

タンク１０ａ、１０ｂの下部には同時開閉バルブ１２が設けられている。同時開閉バルブ１２は、タンク１０ａの下部に設けられた開口部１１ａとチャンバールーム１５とを連通させる連通孔１２ａと、タンク１０ｂの下部に設けられた開口部１１ｂとチャンバールーム１５とを連通させる連通孔１２ｂとを備えて構成され、レバー１３を操作することによりタンク１０ａ、１０ｂとチャンバールーム１５とを同時に連通状態にしたり、閉塞状態にすることができるようになっている。図示された同時開閉バルブ１２は円柱状のバルブ本体に連通孔１２ａ、１２ｂがそれぞれ穿設されており、レバー１３によってバルブ本体を回転させることによって開口部１１ａとチャンバールーム１５及び開口部１１ｂとチャンバールーム１５とを連通させるようになっている。

チャンバールーム１５は、連通孔１２ａ、１２ｂを介して同時にほぼ同量ずつ供給されたＡ液とＢ液を接触させ、その接触面にゲル状の膜を形成させるための空間である。すなわち、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、チャンバールーム１５内に導入されたＡ液とＢ液はその接触面でのみ反応し、接触面にはゲル状の膜が形成される。チャンバールーム１５の体積は、ポンプの機能によって異なるが概ね３０〜３００秒程度保持できる程度の容量が必要である。この間にＡ液とＢ液との接触面にゲル状の膜を形成せしめ、その状態を保持したまま高圧ポンプ２０で圧送するためである。この点を詳述すると、高圧ポンプ２０によって所定量の二液が定量的に送り出されるが、少なくともチャンバールーム１５内で３０〜３００秒程度保持された後にシリンダ部２４内に供給されるような大きさのチャンバールーム１５を設けるということである。尚、チャンバールーム１５の下部側には膜により仕切られたＡ液とＢ液をその状態を保持したまま高圧ポンプ２０のシリンダ部２４に送り込むための吸入口２４ａが形成されている。

ところで、Ａ液とＢ液がその接触面にゲル状の膜を形成した状態で高圧ポンプ２０により圧送されるとチャンバールーム１５内にはタンク１０ａ、１０ｂからそれぞれＡ液とＢ液が取り込まれるが、このときＡ液とＢ液とは互いに同量ずつ取り込まれ、しかもこれには定量性があり、Ａ液とＢ液とは±５％以下の誤差の範囲でチャンバールーム１５内に供給される。加えてチャンバールーム１５内へのＡ液とＢ液の供給は、特別な装置を必要とせず、自然落下によって行うことができる。これはＡ液とＢ液との接触面に形成されるゲル状の膜を介して一体化するため高圧ポンプ２０によって送り出された分だけタンク１０ａ、１０ｂ内からＡ液とＢ液をそれぞれチャンバールーム１５内に引き込むような動作が行われるためであると考えられる。

このように、ゲル状の膜によって仕切られたＡ液とＢ液をその状態を保持したまま高圧ポンプ２０で圧送するためにはＡ液とＢ液には以下のような条件が必要となる。
１．Ａ液とＢ液の比重が非常に近いこと（０．２以下）
２．粘度の差が各２液と近く、温度変化に対して同一傾向にあること。
（初期粘度は１,０００〜３,０００ＣＰが好ましい。）
３．固化までの反応時間が短く１０分程度のもの。
４．二液が接触して増粘した際の最高粘度が３０万ＣＰ以下であること。

上記のような二液硬化型材料がアクリル系の接着剤で開発されたので本発明に係る二液硬化型材料の供給装置のように、１つのポンプ及び１本のホースでの注入が可能になった。もちろん、このような接着剤、止水剤、防水剤等のような二液硬化型材料は他の材料、例えば、エポキシ、オーハー、アクリル等の樹脂で製造可能であり、上記の条件に合致するのであればその材質を問うものではない。

本発明に用いられる二液硬化型材料としては、樹脂を二液に分割し、その一方を主剤（例えば「Ａ液」）、他方を硬化剤（例えば「Ｂ液」）とし、この二液を混合することによって室温でラジカル重合して硬化するタイプの重合性樹脂がある。このような二液硬化型材料は、速硬化性、湿潤面接着性、易作業性、易注入性及び高耐久性等がある、例えば、（メタ）アクリル樹脂がある。

図１に示されている高圧ポンプ２０は、ダイヤフラムポンプであり、図示しないエア供給装置から送られてきた高圧のエアを空気室２２ａ、２２ｂに導入することによってスプール２１を図１における左右方向に往復運動させ、スプール２１に取り付けられたシャフト２３の往復運動によってシリンダ部２４内に導入されたＡ液とＢ液を圧送するようになっている。チャンバールーム１５は高圧ポンプ２０の吸入口２４ａの直前に配設されており、スプール２１の往復運動によりシャフト２３が図１における最左側に位置したときにチャンバールーム１５内のＡ液とＢ液がシリンダ部２４内に引き込まれ、シャフト２３が最右側に至ったときにＡ液とＢ液を送り出す。
尚、高圧ポンプ２０の排出部２６には逆止弁２５が配設されている。

高圧ポンプ２０の排出部２６には、ジョイント２７が取り付けられており、このジョイント２７を介して高圧ホース３０が取り付けられている。
高圧ホース３０の先端にはスイベルジョイント３５を介して高圧注入バルブ３６が配置され、Ａ液とＢ液は混合することなく膜を隔てた状態で同時に高圧注入バルブ３６まで運ばれる。スイベルジョイント３５は、高圧注入バルブ３６を取り回す際に適宜回転して高圧ホース３０のねじれの発生を防止する。

また、高圧注入バルブ３６には、Ａ液とＢ液を混合するための混合手段であるスタティックミキサー４０が取り付けられている。スタティックミキサー４０は、図５に示すように、１８０°回転する螺旋状の案内部が９０°ごとにずれて積層された形状を有しており、Ａ液とＢ液がこのスタティックミキサー４０を通過する際に初めて混合が行われ硬化が開始される。このように、二液を吐出する際に混合が行われるため混合後極めて短時間で硬化が開始されるような二液硬化型材料であっても問題なく補修作業に用いることができる。そのため従来のようにわざわざ二液硬化型材料の硬化時間を遅らせるようなことは不要となる。

さらに、高圧注入バルブ３６には、ハンドレバー３６ａが設けられており、このハンドレバー３６ａを握るとＡ液とＢ液がスタティックミキサー４０を介して吐出され、ハンドレバー３６ａを離すと吐出が停止されるようになっている。

二液硬化型材料の供給装置１には、さらに、図示しないエア供給装置から供給されるエアの圧力を調整するためのエア圧力調整器２８、エア供給口２８ａ、圧力計２８ｂを備えている。これにより高圧ポンプ２０に供給するエアのある力を調整することができるようになっている。

以上説明した二液硬化型材料の供給装置１の動作について、本発明に係る二液硬化型材料の供給方法と共に説明する。図６は、本発明に係る二液硬化型材料の供給方法の一実施形態のフローチャートである。

初めに、同時開閉バルブ１２が閉まっているのを確認した後、Ａ液とＢ液を同量ずつタンク１０ａ、１０ｂ内に充填する。同時開閉バルブ１２のレバー１３を操作して同時開閉バルブ１２を全開にし、チャンバールーム１５内にＡ液とＢ液を導入する（ステップＳ１）。Ａ液とＢ液は面で接触しフイルム状の膜を形成する（ステップＳ２）。チャンバールーム１５内では約３０〜３００秒保持して膜を形成させる。チャンバールーム１５内での待機時間内に２液は混合するのではなく、接触面で反応して一枚のゲル化した膜を挟んだ高粘度（約２〜１０万ＣＰ）溶液に発達する。２〜１０万ＣＰに達した二液の反応速度は遅く、５〜１０分間放置しても固化することはない。また、高圧ホース３０で３０ｍ近く搬送しても高圧ホース３０内に乱流も発生せず注入には全く影響がない。

高圧ポンプ２０を作動させるとチャンバールーム１５内で膜を形成したＡ液とＢ液を同量ずつシリンダ部２４内に吸い込まれ、吸い込まれた二液は粘度が約２〜３０万ｃｐに達するが１本の高圧ホース３０で高圧注入バルブ３６に送られる（ステップＳ３）。そして、高圧注入バルブ３６を開放するとスタティックミキサー４０によって二液は完全に混合され（ステップＳ４）、補修箇所に吐出注入された二液硬化型材料は指定時間内に反応して硬化する（ステップＳ５）。スタティックミキサー４０を二液が通過した後は約５分間程度で硬化が進行し、約１０〜２０分で完全に硬化する。尚、スタティックミキサー４０内での硬化は常に監視し、吐出に影響のないように注意することが必要である。

ところで、本発明に係る二液硬化型材料の供給方法及び装置を説明するために、鉄道のスラブ補修を例にして説明したが、本発明方法及び装置はこれに限定するものではなく、一般家屋、ビルメンテナンス、防水・止水施行等の幅広い分野で利用することが可能である。

本発明に係る二液硬化型材料の供給装置の一実施形態を模式的に示した概略断面図である。 二液硬化型材料の供給装置の一部断面側面図である。 図２に示した二液硬化型材料の供給装置の平面図である。 （ａ）〜（ｃ）は膜の形成を説明するための説明図である。 スタティックミキサーの斜視図である。 本発明に係る二液硬化型材料の供給方法の一実施形態を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 二液硬化型材料の供給装置
１０ａ タンク
１０ｂ タンク
１１ａ 開口部
１１ｂ 開口部
１２ａ 連通孔
１２ｂ 連通孔
１３ レバー
１５ チャンバールーム
２０ 高圧ポンプ
２１ スプール
２２ａ 空気室
２２ｂ 空気室
２３ シャフト
２４ シリンダ部
２４ａ 吸入口
２５ 逆止弁
２６ 排出部
２７ ジョイント
２８ エア圧力調整器
３０ 高圧ホース
３５ スイベルジョイント
３６ 高圧注入バルブ
３６ａ ハンドレバー
３７ ミキサー
４０ スタティックミキサー

Claims (8)

1. 二種類の材料を混合することによって硬化する二液硬化型材料の供給方法であって、
   別々の容器内に充填された前記二液硬化型材料を構成するＡ液及びＢ液をほぼ同量ずつ所定容積のチャンバールーム内に導入し、当該チャンバールーム内で前記Ａ液とＢ液が混合することがないように接触させることによりその接触面にゲル状の膜を形成させ、そして、この状態を保持したままで１本のホースにより吐出手段までポンプで圧送し、前記吐出手段から吐出する直前又は吐出する際に前記Ａ液とＢ液を混合手段により混合して硬化させることを特徴とする二液硬化型材料の供給方法。
2. 請求項１に記載の二液硬化型材料の供給方法において、
   前記Ａ液及びＢ液の比重差が０．２以下であることを特徴とする二液硬化型材料の供給方法。
3. 請求項１又は２に記載の二液硬化型材料の供給方法において、
   前記Ａ液及びＢ液の初期粘度はそれぞれ１，０００〜３，０００ＣＰであり、温度変化に対してほぼ同一の傾向にあることを特徴とする二液硬化型材料の供給方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の二液硬化型材料の供給方法において、
   前記Ａ液及びＢ液は前記チャンバールーム内で３０〜３００秒保持されることを特徴とする二液硬化型材料の供給方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の二液硬化型材料の供給方法において、
   前記Ａ液とＢ液の接触後の粘度が３０万ＣＰ以下であることを特徴とする二液硬化型材料の供給方法。
6. 二種類の材料を混合することによって硬化する二液硬化型材料を供給する装置であって、
   前記二液硬化型材料を構成するＡ液を貯蔵するための第一の容器と、
   前記二液硬化型材料を構成するＢ液を貯蔵するための第二の容器と、
   前記第一の容器内に充填されたＡ液と前記第二の容器内に充填されたＢ液とを同期して同時にほぼ同量ずつ供給停止することが可能な同時開閉バルブと、
   前記同時開閉バルブによって供給されたＡ液とＢ液が混合することがないように接触させてその接触面にゲル状の膜を形成させるためのチャンバールームと、
   前記接触面にゲル状の膜が形成された状態のＡ液とＢ液を圧送するためのポンプと、
   前記ポンプに取り付けられるホースと、
   前記ホースの一端に設けられる吐出手段と、そして、
   前記接触面にゲル状の膜が形成された状態のＡ液とＢ液を混合する混合手段と、
   を備えて構成されていることを特徴とする二液硬化型材料の供給装置。
7. 請求項６に記載の二液硬化型材料の供給装置において、
   前記混合手段は、スタティックミキサーであることを特徴とする二液硬化型材料の供給装置。
8. 請求項６又は７に記載の二液硬化型材料の供給装置において、
   前記チャンバールームは前記ポンプの吸入口の直前に配設されていることを特徴とする二液硬化型材料の供給装置。

Images