JP3952486B2 - 岩盤ないし地盤固結用の注入薬液組成物及びそれを用いた安定強化止水工法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、低温安定性に優れ、粘度が低く作業性、混合性に優れ、更に岩盤ないし地盤の水分に影響されることなく安定した反応性が得られ、しかも土壌汚染をひきおこす可能性の少ない、ポリイソシアネート組成物と珪酸塩水溶液、又は珪酸塩水溶液と活性水素化合物との組み合わせからなる岩盤ないし地盤固結用の注入薬液組成物及びその組成物を低圧の混合装置を使用して岩盤ないし地盤に注入する安定強化止水工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
不安定岩盤や不安定地盤の強化方法として、無機−有機複合系の水ガラスと称する珪酸塩水溶液とポリイソシアネート組成物との組み合わせが、これまでに多数技術開示されている（特許第２５９１５４０号公報、特許第２７４４７５７号公報、特公平７−７２２７１号公報、特公昭６２−２１０３９号公報等参照）。
【０００３】
いずれの技術も有機ポリイソシアネートやそれのイソシアネート基末端ウレタンプレポリマーの低粘度化による岩盤、地盤への浸透性の向上や珪酸塩水溶液との相溶性向上の目的で、低分子量二塩基酸のジエステル類、１価又は多価アルコール類の酢酸エステル類、アルキレンカーボネート類等の反応性希釈剤や、塩素化パラフィン、ジオクチルフタレート、ジブチルフタレート、ジオクチルアジペート等のような可塑剤や、メチルエチルケトン、トルエン、キシレン、１，１，１−トリクロルエタン等の不活性希釈剤（分子中に活性水素基を含有しない希釈剤）等を併用できるとしている。更に、これらの技術は親水性付与による珪酸塩水溶液との相溶性向上、均一な固結体の形成の目的で、有機ポリイソシアネートとポリオールとの反応によりイソシアネート基末端ウレタンプレポリマーを得る場合に、エチレンオキシド単位を少なくとも５質量％以上含むポリオールによる変性が好ましいとしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
岩盤ないし地盤固結用の注入薬液については、例えばウレタン系薬液を使用する場合、「山岳トンネル工法におけるウレタン注入の安全管理に関するガイドライン」（平成４年１０月日本道路公団発行）に沿って管理するものとされており、このガイドラインの中で地下水の水質管理が挙げられており、水質基準に適合する注入薬液が必要である。
【０００５】
例えば、特許第２５９１５４０号公報によれば、そこに記載の希釈剤（粘度低下剤）は、珪酸塩水溶液のアルカリ性によりアルカリ加水分解されることが示されており、例えばエチレングリコールジアセテートは加水分解してエチレングリコールと酢酸が生成するとされている。
【０００６】
一般的に上記のような非反応型の添加剤は、樹脂中に取り込まれた後、経時により僅かずつ樹脂外へしみ出してくるのが通例であるので、土壌汚染の防止の観点から好ましくない。また、反応性希釈剤であってもその未反応物が、経時によりしみ出してくる可能性がある。例えば、反応性希釈剤としてのプロピレンカーボネートのようなアルキレンカーボネートは、分解して土壌に浸透し、地下水の水質の汚濁状況の指標である過マンガン酸カリウム消費量（ＣＯＤ値とも表現する）の増大の原因となる。
【０００７】
これらの希釈剤や可塑剤は、混合により粘度低下効果があるため、作業性の向上（特に、寒冷地での現場施工時の粘度上昇や固化の回避）や液同士の混合性の向上、更には特許第２５９１５４０号公報に記載のように、分解生成物とポリイソシアネートとの反応により硬化性が向上し、強度のアップ等の効果が期待できるため、本分野では通例として使用されてきた。場合によっては、上記の各効果と難燃性の効果を一挙に得るために難燃剤を使用する場合もある。
【０００８】
環境保護上、これらの物質を使用しなければ必然的にシステムの粘度上昇や低温での固化現象をきたし、実用に供する事が困難になり、実用上の利点と環境保護との両立を図ることがこれまで困難な状況であった。特に、珪酸塩水溶液に比べてポリイソシアネート組成物の方は相対的に粘度か高く、更にはそれを活性水素化合物で変性したイソシアネート基（以下、ＮＣＯ基と略称する）末端のプレポリマーの場合にはより粘度が高くなり、特に寒冷期や寒冷地では更に粘度が高くなるため混合性や岩盤ないし地盤への浸透性が悪くなり、固化（結晶化）の改良とともにその改良が求められていた。一方、有機ポリイソシアネートを親水性ポリオールで変性した親水性ＮＣＯ基末端ウレタンプレポリマーの場合、珪酸塩水溶液との反応により得られる発泡体が親水性となり、岩盤ないし地盤に含まれる水分に対する親和性が向上し、雨水等により溶出して地下水、井戸水、河川水の汚染の原因となっていた。
【０００９】
また、ＮＣＯ基末端プレポリマー側の組成変更により強度の向上を図るためには低分子量のポリオールを使用する必要があるが、プレポリマーの粘度が高くなり作業性が悪くなると共に発泡体がもろくなる傾向にあり、それらのバランスを取ることが困難であった。
【００１０】
更に、ＮＣＯ基末端ウレタンプレポリマーが親水性の場合、珪酸塩水溶液又は珪酸塩水溶液に含まれる水との反応性が向上し、混合液の増粘が激しくなり、現場施工の場合、ポンプ圧力を高くしないと、混合不良の問題が起こる可能性があった。通常、送液のためのポンプ圧は、５ＭＰａを越えると、配管等の破損のおそれがあるため施工不可の判断がなされており、気温が高い夏期には、増粘が速くなるため、現場施工の条件を制限するものとして位置付けられていた。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは環境保護の観点から、上述の希釈剤、可塑剤、難燃剤等を使用せず、ポリイソシアネートの低温時の結晶固化を防ぎ、発泡体のもろさを出すことなく強度向上を図り、発泡体の土壌汚染の程度を軽減でき、現場施工時の送液の圧力が低いシステムの開発を目指して鋭意研究を重ねた結果、特定のポリイソシアネート組成物を用いた注入薬液組成物を用いることにより、上述の問題点を解決できることを見い出し、本発明に至った。
【００１２】
すなわち本発明は、以下の（１）〜（６）に示されるものである。
（１） ジフェニルメタンジイソシアネート（ａ１）及びジフェニルメタンジイソシアネート系多核縮合体（ａ２）を含有する有機ポリイソシアネート（ａ）とポリ（オキシプロピレン）ポリオール（ｂ）との反応から得られるイソシアネート基末端プレポリマーを含有するポリイソシアネート組成物（Ａ）、珪酸塩水溶液（Ｂ）からなる岩盤ないし地盤固結用の注入薬液組成物において、
（ａ）中の（ａ１）と（ａ２）の質量比が（ａ１）：（ａ２）＝２０：８０〜７０：３０であり、（ａ１）中の２，２′−ジフェニルメタンジイソシアネート（イ）、２，４′−ジフェニルメタンジイソシアネート（ロ）及び４，４′−ジフェニルメタンジイソシアネート（ハ）の質量比が（（イ）＋（ロ））：（ハ）＝５：９５〜６０：４０であり、（ｂ）が数平均分子量が７６以上３００未満のもの（ｂ１）と、数平均分子量３００以上１０，０００以下のもの（ｂ２）を含有することを特徴とする、岩盤ないし地盤固結用の注入薬液組成物。
【００１３】
（２） 活性水素基含有化合物（Ｃ）を更に含有してなることを特徴とする、前記（１）の岩盤ないし地盤固結用の注入薬液組成物。
【００１４】
（３） 三級アミン触媒（Ｄ）を更に含有してなることを特徴とする、前記（１）又は（２）の岩盤ないし地盤固結用の注入薬液組成物。
【００１５】
（４） 界面活性剤（Ｅ）を更に含有してなることを特徴とする、前記（１）から（３）のいずれかの岩盤ないし地盤固結用の注入薬液組成物。
【００１６】
（５） 岩盤ないし地盤に所定間隔で複数個の孔を穿設し、前記孔内に中空の注入ボルトを挿入し、前記（１）から（４）のいずれかの注入薬液組成物を、０．１〜５ＭＰａの圧力にて送液混合し、岩盤ないし地盤に注入して固結させることを特徴とする、岩盤ないし地盤の安定強化止水工法。
【００１７】
（６） 前記（１）から（４）のいずれかの注入薬液組成物を、０．１〜１ＭＰａの圧力にて送液混合し、岩盤ないし地盤に注入して固結させることを特徴とする、請求項５記載の岩盤ないし地盤の安定強化止水工法。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明を更に詳細に説明する。
本発明に用いられるポリイソシアネート組成物（Ａ）は、いわゆる２核体と言われるＮＣＯ基及びベンゼン環を１分子中に各２個有するジフェニルメタンジイソシアネート（以下、ＭＤＩと略称する）（ａ１）と、いわゆる多核体と言われるＮＣＯ基及びベンゼン環を１分子中に各３個以上有するジフェニルメタンジイソシアネート系多核縮合体（以下、ポリメリックＭＤＩと略称する）（ａ２）を含有する有機ポリイソシアネート（ａ）と、ポリ（オキシプロピレン）ポリオール（ｂ）との反応から得られるイソシアネート基末端プレポリマーを含有するものである。
【００１９】
有機ポリイソシアネート（ａ）における（ａ１）と（ａ２）の質量比は、作業性、毒性、強度等の総合的に考慮すると、（ａ１）：（ａ２）＝２０：８０〜７０：３０であることが必要であり、（ａ１）：（ａ２）＝３０：７０：〜７０：３０が好ましい。
【００２０】
ＭＤＩ（ａ１）が少なすぎる場合は低粘度化が達成しにくい。また、（ａ１）が多すぎる場合は、（ａ１）自体の低温時の固化（結晶化）による影響が強く出て好ましくない。
【００２１】
ＭＤＩ（ａ１）は、２，２′−ジフェニルメタンジイソシアネート（以下、２，２′−ＭＤＩと略称する）（イ）、２，４′−ジフェニルメタンジイソシアネート（以下、２，４′−ＭＤＩと略称する）（ロ）及び４，４′−ジフェニルメタンジイソシアネート（以下、４，４′−ＭＤＩと略称する）（ハ）からなるものである。（ａ１）の質量比は、（（イ）＋（ロ））：（ハ）＝５：９５〜６０：４０、好ましくは（（イ）＋（ロ））：（ハ）＝１０：９０〜５５：４５である。
【００２２】
ＭＤＩ（ａ１）中の２，２′−ＭＤＩ（イ）と２，４′−ＭＤＩ（ロ）の合計量（（イ）＋（ロ））が５質量％未満の場合は、低温時の固化（結晶化）による影響が強く出ることと、珪酸塩水溶液（Ｂ）や活性水素基含有化合物（Ｃ）との相溶性が低下しやすくなり、また、（ハ）は、（イ）と（ロ）より珪酸塩水溶液（Ｂ）の水や活性水素化合物（Ｃ）の活性水素基との反応が速いため、混合後の増粘が激しくなり、混合装置（ポンプ）の圧力を高くしないと相溶性が不良となり好ましくない。一方、６０質量％以上の時は、（ハ）よりも（イ）と（ロ）の方が分子構造的に柔軟なため強度が発現しにくく、例えばトンネル工事現場等のように強度が要求される岩盤ないし地盤用固結剤としては不適当である。
【００２３】
なお、少量であるならば、トリレンジイソシアネート、フェニレンジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート等の芳香脂肪族ジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、３−メチル−１，５−ペンタンジイソシアネート、リジンジイソシアネート等の脂肪族ジイソシアネート、更には、イソホロンジイソシアネート、水素添加トリレンジイソシアネート、水素添加キシリレンジイソシアネート、水素添加ジフェニルメタンジイソシアネート、水素添加テトラメチルキシリレンジイソシアネート等の脂環族ジイソシアネートも併用できる。これらのＮＣＯ基の一部をビウレット、アロファネート、カルボジイミド、ウレトンイミン、イソシアヌレート（３量体）、ウレトジオン（２量体）、オキサゾリドン、アミド、イミド等で変性したものも使用することができる。これらは、単独又は２種以上の混合物として使用することができる。しかし、蒸気圧の低いポリイソシアネートは作業環境が悪化するので、使用しないほうが好ましい。
【００２４】
ポリ（オキシプロピレン）ポリオール（ｂ）ではない、親水性のポリオールを用いた場合、珪酸塩水溶液との反応により得られる発泡体の親油性が低下し、結果として発泡体に親水性が付与され、前記のように土壌汚染の原因となりうる。更にオキシプロピレンユニットが５質量％より少ないと、珪酸塩水溶液中の水や活性水素基含有化合物との反応が速くなるため、混合後の液の粘度増加が大きくなり、混合装置（ポンプ）の圧力を高くしないと相溶性が不良となりやすく、また、岩盤や地盤への注入が円滑に進まないため、強度が不足しやすい。
【００２５】
【００２６】
更に、ポリ（オキシプロピレン）ポリオール（ｂ）は、数平均分子量が７６以上３００未満、好ましくは７６〜２００であるもの（ｂ１）と、数平均分子量３００以上１０，０００以下、好ましくは５００〜８，０００であるもの（ｂ２）を含有するものである。なお、得られるポリイソシアネート組成物（Ａ）の粘度等を考慮すると、（ｂ）の平均官能基数は１〜５が好ましく、更には１〜３がより好ましい。
【００２７】
上述のように（ｂ）は、分子量分布の異なる活性水素基含有化合物（（ｂ１）及び（ｂ２））からなるが、これは（ｂ）が単一成分の場合、強度の向上を図ろうとすると発泡体がもろくなりバランスをとるのが困難であるのに対し、２成分にすることで剛性と弾性を兼ね備えた性質を発現させることができる。換言すれば、広い温度範囲で一定の強度を保持することができる。すなわち、夏期や冬期、昼と夜のように寒暖の差が大きい場合に岩盤ないし地盤の温度が変化しても強度変化が少なく、また、場合によっては夏期施工用と冬期施工用、温暖地用と寒冷地用として複数グレードを使い分けする必要もなくなり 耐久性のある岩盤ないし地盤用固結剤を得ることができる。なお、上記の低分子量タイプ（ｂ１）と高分子量タイプ（ｂ２）との質量比は、（ｂ１）：（ｂ２）＝１０：９０〜９０：１０が好ましい。
【００２８】
本発明に用いられるポリ（オキシプロピレン）ポリオール（ｂ）は、例えば、プロピレングリコールや、下記に示す化合物を開始剤としてプロピレンオキシドを有する低分子環状エーテルの単独又は２種以上を公知の方法により付加重合させて得られる活性水素基含有ポリエーテル等が挙げられる。なお、このような低分子環状エーテルとは、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド等のアルキレンオキシド、グリシジルエーテル、メチルグリシジルエーテル等が挙げられる。
【００２９】
前記ポリエーテル類の開始剤としては、メチルアルコール、エチルアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン等の官能基数１〜５のモノ又はポリオール類、エチレンジアミン、プロピレンジアミン等のジアミン類、モノエタノールアミン、Ｎ−メチルジエタノールアミン等の２官能アミノアルコール類、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル等のグリコールエーテル類を単独又は２種以上の混合物として使用することができる。
【００３０】
有機ポリイソシアネート（ａ）とポリ（オキシプロピレン）ポリオール（ｂ）を反応させる際の割合は、ＮＣＯ基／水酸基＝１．１〜３００．０の範囲が好ましい。
【００３１】
ポリイソシアネート組成物（Ａ）のイソシアネート含量（以下、ＮＣＯ含量と略称する）は２０〜３１質量％が好ましく、更には２１〜３０質量％が好ましく、２２〜３０質量％が最も好ましい。また、２５℃における粘度は４０〜４００ｍＰａ・ｓが好ましく、更には９０〜３５０ｍＰａ・ｓが好ましく、１００〜３３０ｍＰａ・ｓが最も好ましい。
【００３２】
本発明に用いられる珪酸塩水溶液（Ｂ）は、二酸化珪素を２０〜４０質量％、酸化ナトリウムを５〜２０質量％含有する水溶液が好ましく、更には、二酸化珪素を２１〜３６質量％、酸化ナトリウムを８〜１７質量％含有する珪酸塩水溶液が好ましい。具体的には、１号珪酸ソーダＳ２、２号珪酸ソーダＮ５、２号珪酸ソーダＱ３、２号珪酸ソーダＴ８（いずれも東曹産業株式会社製）等が挙げられる。
【００３３】
本発明においてポリイソシアネート組成物（Ａ）と珪酸塩水溶液（Ｂ）質量比は（Ａ）／（Ｂ）＝０．７〜１．３の範囲で使用するのが好ましい。
【００３４】
また、これらの珪酸塩水溶液に、相溶性向上と物性向上の目的のために、活性水素基含有化合物（Ｃ）を併用することができる。この活性水素基含有化合物（Ｃ）は、前述の（ロ）をそのまま使用できる他、活性水素基を１分子中に２個以上有するものであれば、特に制限はない。
【００３５】
具体的には、アミン系モノ又はポリオール、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン等のアミノアルコール系モノ又はポリオール、片末端をアルキル基で封鎖したポリオキシアルキレンモノアルキルエーテル類、アジピン酸、無水フタル酸等の二塩基酸とエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリメチロールプロパン等のグリコールやトリオールとの脱水縮合反応により得られる各種ポリエステルポリオール、ε−カプロラクタムの開環重合により得られるラクトン系ポリオール、ポリカーボネート系ジ又はポリオール、アクリル系ポリオール、ポリブタジエン系ポリオール、そしてノボラック樹脂やレゾール樹脂等のフェノール系ポリオール、更にはポリオール中でアクリロニトリル、スチレン等のビニル系モノマーをラジカル重合させたタイプや、これらのポリマーをポリオール中に分散溶解させたポリマーポリオール、テトラヒドロフランのカチオン重合により得られるポリテトラメチレン系ポリオール等を挙げることができ、これらは単独で又は２種以上混合して使用することができる。これらの活性水素基含有化合物は、珪酸塩水溶液と上記ポリイソシアネート組成物の合計量に対して、３０質量％まで添加することができる。
【００３６】
活性水素基含有化合物（Ｃ）と珪酸塩水溶液（Ｂ）との相溶性を考慮すると、活性水素基含有化合物（Ｃ）は、親水性のものが好ましい。また、活性水素基含有化合物（Ｃ）の数平均分子量は、発泡体の強度、液の粘度等を考慮すると、６２〜１０，０００が好ましく、１００〜８，０００が特に好ましい。数平均分子量が６２より小さいと、ウレタン基濃度が高くなり、強度は発現するが、低温時に固化のおそれがある。一方、数平均分子量が１０，０００より大きいと、逆にウレタン基濃度が低くなり、強度不足のため、岩盤ないし地盤固結用としては好ましくない。なお、この活性水素基含有化合物（Ｃ）は、使用に際しては、珪酸塩水溶液に添加して用いるのが一般的である。
【００３７】
ポリイソシアネート組成物（Ａ）と珪酸塩水溶液（Ｂ）との二相関の反応性を調整する目的で、珪酸塩水溶液（Ｂ）には、水溶性で微臭かつ安定性の良い三級アミン系触媒（Ｄ）を用いるのが好ましい。三級アミン系触媒（Ｄ）としては、トリエチルアミン、トリエチレンジアミン、Ｎ−メチルモルホリン、Ｎ−メチルイミダゾール、ピリジン、Ｎ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラメチルヘキサメチレンジアミン、ビス（２−ジメチルアミノエチル）エーテル、α−ピコリン等が挙げられる。
【００３８】
本発明で好ましい三級アミン系触媒（Ｄ）としては、ポリイソシアネート組成物（Ａ）と反応する活性水素を有する三級アミン系触媒も好ましい。このようなタイプのアミン系触媒は、経時によりしみ出してくることがなく、土壌汚染を起こさないので、本発明の趣旨に合致するものである。このこのようなタイプの三級アミン系触媒としては、Ｎ，Ｎ−ジメチル−エタノールアミン、Ｎ−メチル−ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ′−トリメチルアミノエチル−エタノールアミン等が挙げられる。
【００３９】
同じく反応性を調整する目的で使用される触媒のうち、ジブチルチンジラウレート、ジオクチルチンジラウレート、ナフテン酸カルシウム、オクチル酸スズ、オクチル酸亜鉛等の金属系触媒は土壌汚染のおそれがあるため、本発明の目的に合致しないので好ましくない。
【００４０】
また、上記と同様にポリイソシアネート組成物（Ａ）と珪酸塩水溶液（Ｂ）の二相関の分散や反応性を調整する目的で、界面活性剤（Ｅ）を併用するのが更に好ましい。界面活性剤（Ｅ）としては、エチレンオキシド、プロピレンオキシド等のアルキレンオキシドを含有するポリグリコールエーテルと、少なくとも１個の活性水素を含有する有機化合物とを縮合することによって得られる。この少なくとも１個の活性水素を含有する有機化合物としては、アルコール、フェノール、チオール、１級又は２級アミンや、１個以上のアルキル置換基を有するフェノール系化合物のポリアルキレンオキシド誘導体を挙げることができる。界面活性剤（Ｅ）は、あらかじめ珪酸塩水溶液（Ｂ）及び／又はポリイソシアネート組成物（Ａ）に添加することができるが、珪酸塩水溶液（Ｂ）にあらかじめ混合した場合、攪拌の際に泡立ち、ポンプによる送液の際に泡を巻き込んで正確に計量できなくなるので、ポリイソシアネート組成物（Ａ）のみに混合して使用するのが好ましい。なお、界面活性剤（Ｅ）の添加量は、珪酸塩水溶液（Ｂ）又はポリイソシアネート組成物（Ａ）に対して０．０５〜５質量％が好ましい。
【００４１】
また、界面活性剤（Ｅ）として、シリコーン系界面活性剤を挙げることができ、これには活性水素基を含有するものと含有しないものとがある。好ましいのは、活性水素基を含有しないタイプである。例えば、各種のシロキサンポリアルキレンオキシドブロック共重合体が挙げられる。具体的には、ユニオンカーバイド製のＬ−５３４０、テー・ゴールドシュミット製のＢ−８４５１、Ｂ−８４０７等を挙げることができる。
【００４２】
本発明においては、上記の活性水素基含有化合物（Ｃ）、三級アミン系触媒（Ｄ）、界面活性剤（Ｅ）以外に、各種カップリング剤、各種発泡剤、更には分散剤、増粘剤、酸化防止剤、耐熱性付与剤等の各種添加剤を添加することもできるが、あくまでも土壌汚染をおこさないものに限定すべきである。
【００４３】
本発明の岩盤ないし地盤固結用の注入薬液組成物は発泡性であり、かつ無機及び有機の双方の良好な特性を併せ持っている。本発明の注入薬液組成物は、珪酸塩水溶液とポリイソシアネート組成物とを公知の攪拌・混合装置を使用し、強制混合することにより発泡し固化する。また、本発明の注入薬液組成物は、混合直後の粘度上昇が大きくないため、０．１〜１ＭＰａという低圧での注入が可能となり、現場での施工性が格段に向上している。
【００４４】
本発明の岩盤ないし地盤の安定強化止水工法は、空隙やクラックの多い軟質ないし不安定な地盤、岩盤、破砕帯層等の土壌や地盤に所定間隔で複数個の孔を穿設し、前記孔内に中空の注入ボルトを挿入し、これを介して前述の注入薬液組成物を注入し固結させる方法である。注入固結する方法については特に限定はなく、公知の方法はいずれも採用しうる。
【００４５】
例えば、珪酸塩水溶液とポリイソシアネート組成物のそれぞれの注入量、圧力、配合比等をコントロールしうる比例配合ポンプを用い、それぞれを別々のタンクに入れる。そして、岩盤等の所定箇所（例えば、所定間隔で穿設された複数の孔）に、あらかじめ固定されたスタティックミキサーや逆止弁等を内装した有孔のロックボルトや注入ロッドを通して、この中に前期タンク内の各成分を加圧注入し、スタティックミキサーを通して、所定量の各成分を均一に混合する。そうすることにより、不安定な岩盤や地盤等の所定の岩盤ないし地盤に注入浸透、硬化させて固結安定化できる。
【００４６】
また例えば、トンネルの天盤部に注入する場合には、注入に先立ち、例えば所定の間隔でレッグオーガー等を用いて削孔し、所定の深さ、削孔角度の注入孔を設け、この注入孔にスタティックミキサー及びロックボルトを挿入する。そして、このロックボルトの口元を、注入薬液の逆流を防ぐために、急結セメントや発泡硬質ポリウレタン樹脂をあらかじめ含浸させたウエス等を用いてシールし、前記組成物を前記と同様の方法で注入することもできる。
【００４７】
このときの薬液の注入時の圧力は、０．１〜５ＭＰａであり、更には０．１〜１ＭＰａが好ましい。０．１ＭＰａ未満の場合は、岩盤・地盤への薬液の注入が困難になる。また、５ＭＰａを越える場合は、強力なポンプを用意することとなるので、ロックボルトや注入等、部材の接合部からの漏れや万が一の破裂により施工作業時の作業性、安全性が損なわれ、好ましくない。本発明では、混合直後の粘度増加が小さいので、従来のような２〜４ＭＰａという圧力よりも、低圧での注入が可能となる。
【００４８】
【実施例】
以下、本発明の実施例について詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。また、特にことわりのない限り、実施例及び比較例中の「部」及び「％」はそれぞれ「質量部」及び「質量％」を示す。
【００４９】
［合成例］
ポリイソシアネートＡ〜Ｋは、表１、２に示す原料の組み合わせで、イソシアネートとポリオールを混合した後、８０℃まで昇温して３時間反応させて、ポリイソシアネート組成物を得た。なお、ポリイソシアネートＫは、粘度が高いためプロピレンカーボネートで希釈した。それらの原料の種類、使用量、分析値を表１、２に示す。また、これらのイソシアネートの低温安定性を下記の条件にて測定した。その結果も表１、２に示す。
【００５０】
［ポリイソシアネート合成用原料］
ＮＣＯ−１：ＮＣＯ含量＝３３．５％
２，２′−ＭＤＩ＋２，４′−ＭＤＩ＝５０％
４，４′−ＭＤＩ＝５０％
ポリメリックＭＤＩ＝ ０％
ＮＣＯ−２：ＮＣＯ含量＝３１．３％
２，２′−ＭＤＩ＋２，４′−ＭＤＩ＝ ５％
４，４′−ＭＤＩ＝４５％
ポリメリックＭＤＩ＝５０％
ＮＣＯ−３：ＮＣＯ含量＝３３．６％
２，２′−ＭＤＩ＋２，４′−ＭＤＩ＝２８％
４，４′−ＭＤＩ＝７２％
ポリメリックＭＤＩ＝ ０％
ＮＣＯ−４：ＮＣＯ含量＝３１．３％
２，２′−ＭＤＩ＋２，４′−ＭＤＩ＝ ６％
４，４′−ＭＤＩ＝３０％
ポリメリックＭＤＩ＝６４％
ＮＣＯ−５：ＮＣＯ含量＝３１．１％
２，２′−ＭＤＩ＋２，４′−ＭＤＩ＝１５％
４，４′−ＭＤＩ＝１５％
ポリメリックＭＤＩ＝７０％
ＮＣＯ−６：ＮＣＯ含量＝３３．４％
２，２′−ＭＤＩ＋２，４′−ＭＤＩ＝１００％
４，４′−ＭＤＩ＝０％
ポリメリック体＝ ０％
ＮＣＯ−７：ＮＣＯ含量＝３３．７％
２，２′−ＭＤＩ＋２，４′−ＭＤＩ＝ ０％
４，４′−ＭＤＩ＝１００％
ポリメリックＭＤＩ＝ ０％
ＮＣＯ−８：ＮＣＯ含量＝３１．１％
２，２′−ＭＤＩ＋２，４′−ＭＤＩ＝０％
４，４′−ＭＤＩ＝４２％
ポリメリック体＝５８％
ＯＨ−１ ：数平均分子量＝２５０
官能基数＝３
プロピレンオキシドユニット＝１００％
（三洋化成工業製 サンニックストリオールＧＰ−２５０）
ＯＨ−２ ：数平均分子量＝１，０００
官能基数＝２
プロピレンオキシドユニット＝１００％
（三洋化成工業製 サンニックスジオールＰＰ−１０００）
ＯＨ−３ ：数平均分子量＝４，０００
官能基数＝２
プロピレンオキシドユニット＝１００％
（三洋化成工業製 サンニックスジオールＰＰ−４０００）
ＯＨ−４ ：数平均分子量＝２００
官能基数＝２
プロピレンオキシドユニット＝０％
（三洋化成工業製 ＰＥＧ−２００）
ＯＨ−５ ：数平均分子量＝４，０００
官能基数＝２
プロピレンオキシドユニット＝２０％
（三洋化成工業製 ニューポール ８０−４０００）
※ＮＣＯ−４の核体分布（ＧＰＣピーク面積％）
２核体：３６％、３核体：３３％、４核体：１０％
５核体＋６核体：５％、７核体以上：１６％
低温安定性試験
ポリイソシアネート組成物を−１０℃の条件下で１カ月間放置し、その外観をチェックし、結晶が発生している場合は保温、加熱溶解が必要であると考え、「不良」と判定し、結晶の発生していない場合を「良好」と判定した。
【００５１】
【表１】

【００５２】
【表２】

【００５３】
［実施例１〜６］
表３に示す配合でポリイソシアネート組成物、珪酸塩水溶液（１号珪酸ソーダＳ２：東曹産業株式会社製）、活性水素基含有化合物、三級アミン触媒、整泡剤を配合し、６００ｒｐｍ／１０秒間（２０℃）の条件で混合攪拌した。そして、以下の方法にて発泡体の発泡の外観及び発泡体の発泡倍率、物性試験並びに耐水性を測定した。その結果を表３に示す。
【００５４】
［比較例１〜５］
表４に示す配合にする以外は、実施例１と同様にして評価した。その結果を表４に示す。
【００５５】
【表３】

【００５６】
【表４】

【００５７】
表３、４において、
ＴＭＨＤＡ ：Ｎ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラメチルヘキサメチレンジアミン
Ｗ ：ポリエーテルポリオール
（三洋化成工業製 サンニックスジオールＰＥＧ−３００）
Ｙ ：ポリエーテルポリオール
（三洋化成工業製 サンニックスＦＡ−７０３）
Ｂ−８４０７：テー・ゴールドシュミット製シリコーン系界面活性剤
表３と表４の各種データを比較すれば、比較例のタイプによっては実施例と比較して遜色のないデータもあるが、総じて比較例は配合液の耐水性が悪いため環護面でも好ましくないと判断できる。
【００５８】
［発泡体の試験方法］
（１）発泡体の外観
前述のようにポリイソシアネート組成物と珪酸塩水溶液とを配合して得られた発泡体をナイフで切断し、その内部の状況を観察した。断面が不均一状態であるものを「不良」と判定し、均一状態であるものを「良好」と判定した。
（２）一軸圧縮強度
ＪＳＦ Ｔ５１１（土壌工学会基準の土の一軸圧縮試験方法）に準じて、１０、２０、４０℃について行った。
（３）耐水性
ポリイソシアネート組成物と珪酸塩水溶液とをそれぞれ５０ｇずつ配合し、その直後の流動状態の液体をあらかじめ３００ｃｍ³ の水を入れたポリカップに素早く入れて、水中での発泡状態を観察する。その際に、ポリカップの水が白濁したものを「不良」と判定し、透明であるものを「良好」と判定した。
【００５９】
実施例７
破砕帯を有するトンネル天盤部に、４２ｍｍφビットのレッグオーガーにより２ｍ間隔で削孔角度２５〜３５°（トンネル掘削方向に対する角度）で５個削孔し、この孔に炭素鋼製の注入ボルト（外径２７．２ｍｍ、内径１５ｍｍ、長さ３ｍ、静止ミキサー及び逆止弁内蔵）を挿入し、口元部分３０ｃｍに２液硬質発泡ポリウレタン樹脂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。次いで、この固定した各注入孔に、実施例１で調製した注入薬液組成物を注入圧２〜５ＭＰａ、孔当たり８０〜１２０ｋｇ注入した。注入してから５０分後に掘進によりトンネル地盤の状態を調査したところ、地盤は、表面の孔を中心とした半径５ｍの半球状で固結安定化していて、また、この範囲から、漏水は全く確認されなかった。薬液注入固結部分をサンプラーで５ｃｍφ×１０ｃｍの円柱形状にサンプリングし、一軸圧縮強度を測定したところ、６．０ＭＰａであった。なお、未改良部は、破砕帯のためサンプリング不可能であった。
【００６０】
実施例８
注入圧力を０．５〜０．９ＭＰａにする以外は実施例７と同様にして評価した。注入してから５０分後に掘進によりトンネル地盤の状態を調査したところ、地盤は、表面の孔を中心とした半径５ｍの半球状で固結安定化していて、また、この範囲から、漏水は全く確認されなかった。薬液注入固結部分をサンプラーで５ｃｍφ×１０ｃｍの円柱形状にサンプリングし、一軸圧縮強度を測定したところ、５．５ＭＰａであった。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の岩盤ないし地盤固結用の注入薬液組成物において、ポリイソシアネート組成物に、２，２′−ＭＤＩ、２，４′−ＭＤＩ、４，４′−ＭＤＩ、ポリメリックＭＤＩからなる有機ポリイソシアネートと、オキプロピレンユニット含有量の多い、数平均分子量の異なる２種類の活性水素基含有化合物を反応させて得られたポリイソシアネート組成物を用いることによって、広い温度範囲で安定した強度が発現でき、土壌汚染を引き起こしやすい希釈剤、可塑剤、難燃剤等を使用することなく、また、従来公知の無機−有機複合系の岩盤ないし地盤の安定化のための薬液において生じ易い欠点である発泡体の親水性に起因する土壌汚染や低温時の高粘度化を解決することができる。更に、本発明により、現場施工の際に低圧での注入も可能となり土壌への優れた浸透性、充填性が得られ、それを用いた安定強化止水工法により、山岳トンネル、大断面トンネル堀削工事、大深度地下土木工事等において、岩盤ないし地盤を広範囲に確実にしかも高強度に安定化し止水することができる。

Claims (6)

1. ジフェニルメタンジイソシアネート（ａ１）及びジフェニルメタンジイソシアネート系多核縮合体（ａ２）を含有する有機ポリイソシアネート（ａ）とポリ（オキシプロピレン）ポリオール（ｂ）との反応から得られるイソシアネート基末端プレポリマーを含有するポリイソシアネート組成物（Ａ）、珪酸塩水溶液（Ｂ）からなる岩盤ないし地盤固結用の注入薬液組成物において、
   （ａ）中の（ａ１）と（ａ２）の質量比が（ａ１）：（ａ２）＝２０：８０〜７０：３０であり、（ａ１）中の２，２′−ジフェニルメタンジイソシアネート（イ）、２，４′−ジフェニルメタンジイソシアネート（ロ）及び４，４′−ジフェニルメタンジイソシアネート（ハ）の質量比が（（イ）＋（ロ））：（ハ）＝５：９５〜６０：４０であり、（ｂ）が数平均分子量が７６以上３００未満のもの（ｂ１）と、数平均分子量３００以上１０，０００以下のもの（ｂ２）を含有することを特徴とする、岩盤ないし地盤固結用の注入薬液組成物。
2. 活性水素基含有化合物（Ｃ）を更に含有してなることを特徴とする、請求項１に記載の岩盤ないし地盤固結用の注入薬液組成物。
3. 三級アミン触媒（Ｄ）を更に含有してなることを特徴とする、請求項１又は２に記載の岩盤ないし地盤固結用の注入薬液組成物。
4. 界面活性剤（Ｅ）を更に含有してなることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の岩盤ないし地盤固結用の注入薬液組成物。
5. 岩盤ないし地盤に所定間隔で複数個の孔を穿設し、前記孔内に中空の注入ボルトを挿入し、請求項１から４のいずれかに記載の注入薬液組成物を、０．１〜５ＭＰａの圧力にて送液混合し、岩盤ないし地盤に注入して固結させることを特徴とする、岩盤ないし地盤の安定強化止水工法。
6. 請求項１から４のいずれかに記載の注入薬液組成物を、０．１〜１ＭＰａの圧力にて送液混合し、岩盤ないし地盤に注入して固結させることを特徴とする、請求項５記載の岩盤ないし地盤の安定強化止水工法。