JP4610782B2

JP4610782B2 - Construction method of embankment and manufacturing method of polyurethane foam for civil engineering

Info

Publication number: JP4610782B2
Application number: JP2001134361A
Authority: JP
Inventors: 清志守屋; 善行大沼; 孝喜城野; 隆一小森; 重夫島田
Original assignee: Nippon Polyurethane Industry Co Ltd; Achilles Corp
Current assignee: Nippon Polyurethane Industry Co Ltd; Achilles Corp
Priority date: 2001-05-01
Filing date: 2001-05-01
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2021-05-01
Also published as: JP2002327439A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、盛土の施工方法及び土木用ポリウレタンフォームの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、道路建設、敷地造成或いは築堤等の目的で盛土を形成する場合、砂、土砂等を用いた締固め工法が採用されてきた。しかし、この工法の場合、盛土を構成する砂、土砂等の荷重（単位体積当たりの質量が、約１．４〜２．１ｔｆ／ｍ³程度）が大きく、そのため盛土の下部地盤において沈下が生じたり、下部地盤に近い盛土自体の部分がいわゆる滑り現象により外部に広がってしまうという問題があった。特に、盛土構築場所が、粘性土から構成された難弱地盤上の場合、山岳部の急峻な地形等の地滑りが起き易い地盤上の場合等の施工条件の厳しい場所においては、上記地盤上に形成する盛土の安定性の問題が生じていた。
【０００３】
上記の問題に対する対策を講じた工法として、盛土や壁体の材料として超軽量の発泡スチロール等の発泡体を使うＥＰＳ工法がある。ＥＰＳ工法は、土砂やコンクリートの約１／１００程度の密度の発泡体ブロックにより盛土を構成するので、その軽量性のために基礎地盤の強化が不要となりこの点において施工性に優れており、施工後の自立性、耐水性、断熱性にも優れている。
【０００４】
このようなＥＰＳ工法は、例えば、特開昭５５−１２９５９４号公報、特開昭６２−４５８０１号公報及び特開平７−３４４７１号公報に開示されている。また、特開平５−１４８８３９号公報には、地盤とＥＰＳブロックから構成された層との隙間に発泡ポリウレタン樹脂を注入するしたＥＰＳ工法が開示されている。
【０００５】
更に、特開平１−４３６２０号公報には型枠内に発泡体を注入し、軽量盛土の施工方法が開示されている。また、特開昭６４−６６３１６号公報には、ポリウレタン発泡体ブロックを製造する際に発泡剤として水を使用する軽量盛土構造法が開示されている。また、特開平８−６０６６５号公報には、透水性を改良した連続気泡性水発泡ウレタン樹脂からなる軽量のポリウレタン発泡体ブロックが開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭５５−１２９５９４号公報、特開昭６２−４５８０１号公報及び特開平７−３４４７１号公報に記載される工法では、単一の規格形状のＥＰＳブロック（一般的に１ｍ×２ｍ×０．５ｍ程度の大きさの直方体の発泡体ブロック）を工場で生産して運搬、施工するために、現場により異なる種々の形状に適合させるには、現場でブロックを加工したり、切断しなければならない等の手間がかかるという問題があった。
【０００７】
その上、このＥＰＳ工法では、積み重ねられたブロック同士が一体化されて固定されたものでなく、ブロック間に隙間が形成されているので荷重がかかった場合や地震の発生等によってブロックがずれることがあり、これにより、上層の路盤にヒビ割れ等が発生する問題点があった。又、現在のＥＰＳ工法では、盛土構築場所に必要量のブロックを運ぶのに要する運搬回数が多くなって運送コストが高くなってしまうという問題があった。更に、ブロックを施工する前に仮置きをしなければならず、地形によりそのスペース確保も困難な場合があった。
【０００８】
また、特開平５−１４８８３９号公報に記載のＥＰＳ工法は発泡体を十分に注入することができないという問題があった。更に、特開平１−４３６２０号公報に記載のＥＰＳ工法は一定の型枠内に発泡体を注入するため型枠の敷設や取り外し等の作業に手間を要する上、型枠が複雑な形状の場合には、発泡体を十分に注入することができないという問題があった。
【０００９】
また、特開昭６４−６６３１６号公報及び特開平８−６０６６５号公報に記載の方法は、ポリウレタン発泡体ブロックを積層し軽量盛土を構築する方法であり、各ブロック間の一体性が不十分であり、上積荷重が大きい場合には構築物の安定性に問題が生じていた。
【００１０】
更に、特開昭６４−６６３１６号公報及び特開平８−６０６６５号公報に記載の方法の場合、ポリウレタン発泡体ブロックを得るために発泡剤の水を多量に使用しなければならないので、ブロックを連続的に数段積み重ねて形成する必要がある場合、水とイソシアネートとの反応により発生する反応熱が大きくなり、ブロック内部にヒビ割れ（クラック）が生じたり、蓄熱によりヤケなどのブロックの品質低下の原因となる欠点が発生する問題があった。また、ブロックを形成するための原料液の粘度が高いため混合不良が発生し、ブロックを構成するポリウレタンフォームのセル形状が不均一になり、ブロックの機械的強度が低下してしまう欠点があった。更に、軽量化のため多量の水を使用すると、ブロックを構成するポリウレタンフォームに過剰の尿素結合が形成され、フォームが脆くなってしまうという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、盛土構築場所において、優れた強度と耐久性を有する軽量の盛土を迅速かつ容易に構築することができ、しかも環境に与える負荷が小さい盛土の施工方法、及び、使用場所において、優れた強度と耐久性を有するポリウレタンフォームを任意の大きさ及び形状で迅速かつ容易に形成することができ、しかも環境に与える負荷が小さい土木用ポリウレタンフォームの製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明は、盛土の構築場所において、ポリウレタンフォームを製造する際に、発泡剤として超臨界状態、亜臨界状態又は液体状態の二酸化炭素を使用することにより、環境に与える負荷を従来よりも低減しつつ、優れた強度と耐久性を有する軽量のポリウレタンフォームを任意の形状と大きさで迅速かつ容易に製造することができることを見出し、本発明に到達した。
【００１３】
すなわち、本発明は、ポリイソシアネートと活性水素化合物と発泡剤とを含む原料液を使用し、ポリウレタンフォームからなる発泡体層を含む盛土を盛土構築場所において形成する盛土の施工方法であって、発泡剤として超臨界状態、亜臨界状態又は液体状態の二酸化炭素を用いること、を特徴とする盛土の施工方法を提供する。
【００１４】
本発明の盛土の施工方法では、発泡剤として超臨界状態、亜臨界状態又は液体状態の二酸化炭素を用いるので、盛土の施工中において環境に与える負荷を従来よりも低減することができる。また、本発明の盛土の施工方法は、盛土構築場所においてポリウレタンフォームの製造を行う方法なので、ポリウレタンフォームの発泡体ブロックを製造するための工場設備及び運搬設備が不要であり、従来のＥＰＳ工法の場合に比べて施工性に優れている。
【００１５】
また、本発明の盛土の施工方法は、盛土を構成するポリウレタンフォームを連続的にしかも一体化した状態で形成することが可能であるため、剛性の高い軽量盛土を極めて容易にかつ簡便に構築することができる。また、本発明の盛土の施工方法は、大幅な工期短縮を図ることができる。更に、本発明の盛土の施工方法は、安全性の点においても優れ、構造物保護などの大規模な構築物施工にも、小規模な施工(例えば、裏込め用途)にも対応することができる。
【００１６】
また、本発明は、ポリイソシアネートと活性水素化合物と発泡剤とを含む原料液を調製する原料液調製工程と、原料液を使用して、ポリイソシアネートと活性水素化合物とを反応させるとともに得られるポリウレタンの発泡硬化を進行させ、ポリウレタンフォームを形成する発泡体形成工程と、を有しており、発泡剤として超臨界状態、亜臨界状態又は液体状態の二酸化炭素を用いること、を特徴とする土木用ポリウレタンフォームの製造方法を提供する。
【００１７】
本発明の土木用ポリウレタンフォームの製造方法では、発泡剤として超臨界状態、亜臨界状態又は液体状態の二酸化炭素を用いるので、ポリウレタンフォームの製造中において環境に与える負荷を従来よりも低減することができる。
【００１８】
本発明の土木用ポリウレタンフォームの製造方法は、発泡剤として少なくとも超臨界状態、亜臨界状態又は液体状態の何れかの状態とした二酸化炭素を使用するため、ポリウレタンフォーム中のセルサイズを均一にすることが容易にでき、しかも、セルのサイズは球形近似した場合、平均の直径を例えば、５〜300μｍと非常に小さくすることが容易にできる。そのため、ポリウレタンフォーム中のセル密度を高くすることが容易にでき、優れた強度と耐久性を有する品質の高いポリウレタンフォーム製造することが容易にできる。
【００１９】
これに対して、発泡剤としてハイドロクロロフルオロカーボンや水、或いは、水とハイドロフルオロカーボンとの混合物等を使用した従来のポリウレタンフォームの製造方法により製造されるポリウレタンフォームはポリウレタンフォーム中のセルサイズが不均一であり、セルのサイズは、上記のように球形近似した場合、通常、平均の直径が１０〜1000μｍと大きくなってしまう。
【００２０】
ここで、本発明において、「亜臨界状態の二酸化炭素」とは、圧力が二酸化炭素の臨界圧以上でありかつ温度が臨界温度未満である液体状態の二酸化炭素、或いは圧力が二酸化炭素の臨界圧未満でありかつ温度が臨界温度以上である液体状態の二酸化炭素、又は、温度及び圧力が共に臨界点未満ではあるがこれに近い状態、具体的には、温度が２０℃以上でありかつ圧力が５ＭＰａ以上の二酸化炭素を示す。また、「液体状態の二酸化炭素」とは上記亜臨界状態以外の液体状態の二酸化炭素を示す。
【００２１】
また、本発明において、ファインセルとは、セルサイズが小さくかつそのサイズがそろっているセルを示す。
【００２２】
更に、本発明において「活性水素化合物」とは、ポリイソシアネートに対して活性な活性水素を有する化合物を示し、例えば、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール等を示す。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の盛土の施工方法及び土木用ポリウレタンフォームの製造方法のついて更に詳細に説明する。
【００２４】
本発明のポリウレタンフォームの製造方法は、主として、先に述べたポリイソシアネートと活性水素化合物と発泡剤とを含む原料液を調製する原料液調製工程と、原料液調製工程において調製した原料液を使用して、ポリイソシアネートと活性水素化合物とを反応させるとともに得られるポリウレタンの発泡硬化を進行させ、ポリウレタンフォームを形成する発泡体形成工程とから構成されている。
【００２５】
図１は、本発明の土木用ポリウレタンフォームの製造方法に基づきポリウレタンフォームを製造するための装置の基本構成の一例を示す系統図である。図１に示すポリウレタンフォーム製造装置１は、主として、液化二酸化炭素ボンベ１０と、熱交換器２０と、圧縮計量ポンプ３０と、活性水素化合物貯蔵容器５０と、チラー６０と、圧縮計量ポンプ７０と、スタテイックミキサー８０と、ヒータ９０と、加熱ホース１００と、ポリイソシアネート貯蔵容器１１０と、圧縮計量ポンプ１２０と、ヒータ１３０と、加熱ホース１４０と及びスプレーノズルを備えたガン１５０とから構成されている。
【００２６】
図１に示すポリウレタンフォーム製造装置１の構成を更に詳しく説明すると、液化二酸化炭素ボンベ１０と熱交換器２０とは、流体ラインＬ１０を介して接続されており、流体ラインＬ１０は、熱交換器２０内部に設けられた伝熱管Ｌ２０に接続されている。
【００２７】
また、熱交換器２０にはチラー６０が流体ラインＬ６０と流体ラインＬ６１とを介して接続され、チラー６０中のブラインが熱交換器２０とチラー６０との間で循環可能な構成とされている。すなわち、チラー６０中のブラインが流体ラインＬ６０を介して熱交換器２０に供給され、熱交換器２０内において、伝熱管Ｌ２０内を通過する液化二酸化炭素と伝熱管Ｌ２０外を通過するブラインとが熱交換する構成となっている。そして、熱交換後のブラインは流体ラインＬ６１を介してチラー６０に戻され所定の温度に調製される。
【００２８】
更に、熱交換器２０と圧縮計量ポンプ３０は流体ラインＬ２１を介して接続されており、熱交換器２０内において熱交換された後の液化二酸化炭素が圧縮計量ポンプ３０内に供給される構成となっている。この圧縮計量ポンプ３０はピストン３１を有しており、ピストン３１のストロークの長さの調整によって液化二酸化炭素の吐出量及び圧力を任意に調整できる構成になっている。
【００２９】
また、圧縮計量ポンプ３０のシリンダーの外周部（図示せず）にはチラー６０が流体ラインＬ６０から分岐された流体ラインＬ６２と、流体ラインＬ６１に接続された流体ラインＬ６３とを介して接続されており、チラー６０中のブラインが圧縮計量ポンプ３０とチラー６０との間で循環可能な構成とされている。
【００３０】
すなわち、チラー６０中のブラインが流体ラインＬ６２を介して圧縮計量ポンプ３０のシリンダーの外周に供給され、圧縮計量ポンプ３０内における液化二酸化炭素とシリンダーの外周を通過するブラインとが熱交換する構成となっている。そして、熱交換後のブラインは流体ラインＬ６３及び流体ラインＬ６１を介してチラー６０に戻され所定の温度に調製される。これにより、圧縮計量ポンプ３０において、ピストン３１の吸引ストローク時に液化二酸化炭素が気化してしまうことを防止することができる。
【００３１】
一方、ポリウレタンフォームの原料であるポリオール等の活性水素化合物が含有された活性水素化合物貯蔵容器５０は流体ラインＬ５０を介して圧縮計量ポンプ７０に接続されている。この圧縮計量ポンプ７０も圧縮計量ポンプ３０と同様にピストン（図示せず）のストロークの長さの調整によって活性水素化合物の吐出量及び圧力を任意に調整できる構成になっている。そして、圧縮計量ポンプ７０は流体ラインＬ７０を介してスタテイックミキサー８０に接続されている。これにより、活性水素化合物を所定の量及び圧力に調節してスタテイックミキサー８０に供給することができる。
【００３２】
また、圧縮計量ポンプ３０は流体ラインＬ３０を介して流体ラインＬ７０に接続されている。そして、圧縮計量ポンプ３０から所定の量に調節されて吐出された液化二酸化炭素は流体ラインＬ７０において活性水素化合物と合流し、スタテイックミキサー８０に供給される。そして、スタテイックミキサー８０において液化二酸化炭素と活性水素化合物は十分に混合されることになる。
【００３３】
スタテイックミキサー８０は流体ラインＬ８０を介してヒータ９０に接続されている。このヒータ９０は、スタテイックミキサー８０で混合された後の活性水素化合物と液化二酸化炭素との混合物を所定の温度に加熱するためのものである。このヒータ９０で加熱することにより、活性水素化合物と二酸化炭素との混合物中の二酸化炭素の状態を、超臨界状態、亜臨界状態又は液体状態の何れかに制御することができる。
【００３４】
また、ヒータ９０は流体ラインＬ９０を介して加熱ホース１００に接続されており、加熱ホース１００はさらにガン１５０に接続されている。これにより、ヒータ９０において超臨界状態、亜臨界状態又は液体状態の何れかの状態なった二酸化炭素と活性水素化合物との混合物はガン１５０に供給される。ここで、加熱ホース１００はガン１５０中に超臨界状態、亜臨界状態、又は液体状態の二酸化炭素及び活性水素化合物の混合物が導入される前にこれを加熱することにより、ガン１５０中において調製される原料液の保温と保圧を図るために設けられるものである。
【００３５】
また、ポリウレタンフォームのもう一方の原料であるポリイソシアネートが含有されたポリイソシアネート貯蔵容器１１０は流体ラインＬ１１０を介して圧縮計量ポンプ１２０に接続されている。この圧縮計量ポンプ１２０も圧縮計量ポンプ３０と同様にピストン（図示せず）のストロークの長さの調整によってポリイソシアネートの吐出量及び圧力を任意に調整できる構成になっている。そして、圧縮計量ポンプ１２０は流体ラインＬ１２０を介してヒータ１３０に接続されている。更に、ヒータ１３０は流体ライン１４０を介して加熱ホース１４０に接続されており、加熱ホース１４０はさらにガン１５０に接続されている。
【００３６】
これにより、ポリイソシアネートを所定の量、温度及び圧力に調節してガン１５０に供給することができる。ここで、加熱ホース１４０は加熱ホース１００と同様にガン１５０中にポリイソシアネートが導入される前にこれを加熱することにより、ガン１５０中において調製される原料液の保温と保圧を図るために設けられるものである。
【００３７】
ここで、ガン１５０内には加熱ホース１４０から流入するポリイソシアネートと、加熱ホース１００から流入する超臨界状態、亜臨界状態、又は液体状態の二酸化炭素及び活性水素化合物の混合物とを混合するためのミキシングチャンバー等のスペース（図示せず）が設けられている。
【００３８】
上述のポリウレタンフォーム製造装置１の各構成要素は、本実施形態のポリウレタンフォームの製造方法の原料液調製工程と発泡体形成工程に基づいて以下のように作動させる。
【００３９】
原料液調製工程においては、先ず、チラー６０の流体ラインＬ６０の開閉弁６２及び開閉弁６４を開き、熱交換器２０と圧縮計量ポンプ３０にブラインを循環させる。また、圧縮計量ポンプ３０、圧縮計量ポンプ７０、圧縮計量ポンプ１２０、スタティックミキサー８０、ヒーター９０及びヒータ１３０の作動を開始させる。次に、熱交換器２０、圧縮計量ポンプ３０、ヒーター９０及びヒータ１３０が所定の温度に安定化した後、活性水素化合物貯蔵容器５０の開閉弁（図示せず）とポリイソシアネート貯蔵容器１１０の開閉弁（図示せず）と、常温に保った液化二酸化炭素ボンベ１０の開閉弁１２を開ける。
【００４０】
ここで、液化二酸化炭素ボンベ１０の内圧により、液化二酸化炭素ボンベ１０中の液化二酸化炭素は流体ラインＬ１０を介して熱交換器２０に供給される。ここで、熱交換器２０内においてチラー６０からのブラインによって液化二酸化炭素の温度は−１０〜１０℃、好ましくは０℃に冷却するように調節される。
【００４１】
そして、熱交換器２０から出た液化二酸化炭素は、圧縮計量ポンプ３０に送られ、所定の量と圧力に調節されて流体ラインＬ３０内に吐出される。なお、ここでもチラー６０からのブラインによって液化二酸化炭素の温度は−１０〜１０℃、好ましくは０℃に維持されている。
【００４２】
一方、圧縮計量ポンプ７０に吸引されることにより、活性水素化合物貯蔵容器５０中の活性水素化合物は流体ラインＬ５０を介して圧縮計量ポンプ７０に供給され、所定の量と圧力に調節されて流体ラインＬ７０内に吐出される。また、流体ラインＬ３０内に吐出された液化二酸化炭素は、流体ラインＬ７０内に供給され、活性水素化合物とともにスタティックミキサー８０に供給され十分に混合される。
【００４３】
更に、スタティックミキサー８０から流体ラインＬ８０内に送出された活性水素化合物と液化二酸化炭素との混合物はヒータ９０内に導入され、該混合物中の液化二酸化炭素は、超臨界状態、亜臨界状態又は液体状態の何れかの状態とされる。そして、超臨界状態、亜臨界状態又は液体状態の何れかの状態とされた二酸化炭素と活性水素化合物との混合物は流体ラインＬ９０及び加熱ホース１００を介してガン１５０中に供給される。
【００４４】
一方、圧縮計量ポンプ１２０に吸引されることにより、ポリイソシアネート貯蔵容器１１０中のポリイソシアネートは流体ラインＬ１１０を介して圧縮計量ポンプ１２０に供給され、所定の量と圧力に調節されて流体ラインＬ１２０内に吐出される。また、流体ラインＬ１２０内に吐出されたポリイソシアネートは、ヒータ１４０において所定の温度と圧力とされ、流体ラインＬ１３０及び加熱ホース１４０を介してガン１５０に供給される。そして、ガン１５０のミキシングチャンバー内において加熱ホース１４０から流入するポリイソシアネートと、加熱ホース１００から流入する超臨界状態、亜臨界状態、又は液体状態の二酸化炭素及び活性水素化合物の混合物とが混合することにより原料液が調製される。
【００４５】
ここで、本発明に用いられる原料液の圧力は特に限定されるものではなく、原料液の成分組成、超臨界状態の二酸化炭素などの発泡剤の特性及び原料液の粘度により決定してよいが、超臨界状態の二酸化炭素の臨界圧力以上であることが好ましい。例えば、超臨界状態の二酸化炭素を発泡剤として使用する場合には、圧力は５．０ＭＰａ〜２０ＭＰａであることが好ましく、７．２ＭＰａ〜１５ＭＰaであることがより好ましい。
【００４６】
本発明において使用される原料液温度は、原料液中の成分が熱的に分解する温度以下であればよく、発泡剤等の原料液中の成分の種類や濃度により決定される。原料液の温度の下限値は１０℃であり、原料液の温度の上限値は、原料液中の成分の熱的安定性により選択される。この場合の好ましい原料液の温度は２０〜９０℃であり、より好ましい原料液の温度は３１℃〜５０℃である。
【００４７】
また、本発明において、発泡剤は超臨界状態、亜臨界状態又は液体状態の二酸化炭素であるが、これら状態の二酸化炭素の他に別の発泡剤を併用してもよい。本発明において、これら状態の二酸化炭素と併用可能な発泡剤は、発泡剤としての効果に加えてポリオール等に対して希釈剤としての効果を発揮し、作業性、施工性の向上に優れたものであれば特に限定されない。例えば、アルキルアルカノエート類、ジアルキルエーテル類、ハイドロフルオロカーボン、フルオロカーボン、イソシアネート基と反応して二酸化炭素を発生する水等が挙げられる。また、二酸化炭素以外の超臨界状態、亜臨界状態又は液体状態にある流体を他の発泡剤として超臨界状態、亜臨界状態又は液体状態の二酸化炭素と併用してもよい。
【００４８】
特に、本発明においては、ポリウレタンフォームの外観、密度及び圧縮強度の観点から、発泡剤として超臨界状態、亜臨界状態又は液体状態の二酸化炭素と水とを使用することが好ましい。ここで、二酸化炭素とともに併用する水の量が少ない場合はそれを補うべく超臨界状態、亜臨界状態又は液体状態の二酸化炭素を増量する必要があり、そのためガン１５０からの吐出の勢いが増して平滑な平面のポリウレタンフォームを得ることが困難になる傾向がある。また、二酸化炭素とともに併用する水の量が多くなるとポリウレタンフォームの密度が低下し圧縮強度が低下する傾向にある。
【００４９】
なお、道路の盛土用としてのポリウレタンフォームの圧縮強度としては、４Ｎ／ｃｍ²であることが好ましく、６Ｎ／ｃｍ²であることが好ましい。この場合、水の配合量は原料液の総質量に対して３〜５質量％であることが好ましい。水の配合量が原料液の総質量に対して３質量％未満であると、ポリウレタンフォームの密度が高くなって材料コストが高騰してしまう。一方、水の配合量が原料液の総質量に対して５質量％を超えるとポリウレタンフォームの密度が低くなって圧縮強度が不十分となるおそれがある。
【００５０】
なお、図１に示したポリウレタンフォームの製造装置において、水は活性水素化合物貯蔵容器５０に予め混入しておくことが好ましい。
【００５１】
また、超臨界流体は液体に近い挙動を示し、液体に近い高い密度を有するとともに液体よりも小さな粘性を有する。そのため、超臨界流体は液体と比較して高い拡散係数を有しており、溶媒としての溶解能力が高く高性能の反応媒体となる。そのため、本発明において使用する超臨界状態の二酸化炭素は高分子量の物質も急速に溶解させることができる。
【００５２】
上記の観点から、本発明において、発泡剤は超臨界状態、亜臨界状態又は液体状態の二酸化炭素であるが、超臨界状態の二酸化炭素を用いることがより好ましい。この場合、超臨界状態の二酸化炭素は原料液の粘度を低下させるため、良好な施工性を与え、内部に均一なファインセルを有するポリウレタンフォームが得られる。超臨界状態の二酸化炭素は、臨界温度が低い、毒性がない、非燃焼性、キセノン、クリプトン等の発泡剤となり得る流体と比較しても低コストであるという特徴がある。また、超臨界状態の二酸化炭素の溶解性は、従来発泡剤として使用されてきた脂肪族炭化水素（例えば、ブタン、ペンタン、ヘキサン）とほぼ同等の溶解性を有している。脂肪族炭化水素は発泡時に空気中に放散し、燃焼性、爆発性を高めることが懸念されてきた。しかし、二酸化炭素は非燃焼性であり、非毒性、そして環境的にもやさしい発泡剤であるため、超臨界状態の二酸化炭素を使用することは安全性の観点からも有用なことである。
【００５３】
また、発泡剤として超臨界状態の二酸化炭素を使用する場合、その使用量はポリウレタンフォームの密度の最終目標値及び原料液の粘度により選択されるが、原料液の総質量に対して０．５〜３０質量％であることが好ましく、１〜１０質量％であることがより好ましい。このようにすることにより、発泡温度における原料液の粘度がポリウレタンフォームの形成に適した粘度にすることが容易となる。超臨界状態の二酸化炭素の使用量をこのようにすれば、ガン１５０より吐出された原料液中の超臨界状態の二酸化炭素が瞬間的に断熱膨張を引き起こすと同時に、急激な冷却化により、フォームセル核の安定化を促し、安定なフォームセル形状及びフォームの品質安定性への寄与となる
【００５４】
ここで、超臨界状態の二酸化炭素の使用量が原料液の総質量に対して３０質量％を超えると、原料液がポリオール（活性水素化合物）と超臨界状態の二酸化炭素との二相に分離するおそれがある。一方、超臨界状態の二酸化炭素の使用量が原料液の総質量に対して０．５質量％未満となると他の発泡剤の量を増加させる必要があり、本発明の効果を発揮できなくなるおそれがある。
【００５５】
なお、上記のように原料液が二相に分離することを防止する観点から、使用する前にポリイソシアネートと活性水素化合物等の原料液成分の超臨界状態の二酸化炭素に対する溶解度の測定を行い、適切な原料液成分を予め選択して使用してもよく、或いは、改質剤を用いて原料液成分の超臨界状態の二酸化炭素に対する相溶性及び溶解性を増大させてもよい。このような改質剤は、超臨界状態の二酸化炭素の他に液体状態或いは亜臨界状態の二酸化炭素を発泡剤とする場合にも用いてもよい。亜臨界状態又は超臨界状態の二酸化炭素の溶解力は相溶性を変えうる改質剤、例えば任意の界面活性剤や相溶化剤を使用することにより調節することができる。
【００５６】
上記の界面活性剤や相溶化剤を超臨界状態、亜臨界状態又は液体状態の二酸化炭素と共に原料液に添加して使用する場合、界面活性剤や相溶化剤の使用量は原料液の総質量に対して０．１〜３０質量％であることが好ましい。また、整泡剤も有効な改質剤になりうる。よって、ガン１５０のミキシングチャンバーを通過して容易に吐出しうる均一な原料液にするべく適切な粘度（例えば、２５℃において、５０〜３０００ｍＰａ・ｓ）に調節される。所望の原料液の粘度を逸脱した過剰の二酸化炭素の使用は原料液から多量の二酸化炭素が揮散或いは放散され十分な強度と耐久性を有するポリウレタンフォームが得られない場合がある。原料液の粘度を適切な値に調節することにより、躯体に塗布された時点において残存する未反応の原料液内の反応により内部のセルの分布が均一で平滑性のあるポリウレタンフォームが得られる。
【００５７】
また、本発明において、ポリウレタンフォームを形成するための原料液には、少なくともポリイソシアネート、活性水素化合物及び発泡剤が含有されていればよく、他の添加物としては、触媒の他に、例えば、整泡剤、難燃剤、減粘剤等が含有されていてもよい。なお、図１に示したポリウレタンフォームの製造装置において、触媒は活性水素化合物貯蔵容器５０に予め混入しておくことが好ましい。
【００５８】
上記のポリイソシアネートとしては、例えば、芳香族ポリイソシアネートとしては、２、４’−ジフェニルエーテルジイソシアネート、４、４’−ジフェニルエーテルジイソシアネート、２、４−トルエンジイソシアネート、２、６−トルエンジイソシアネート、４、６−ジメチルー１、３−フェニレンジイソシアネート、４、４’−ジベンジルジイソシアネート、９、１０−アントラセンジイソシアネート、３、３’−ジメチル−４、４’−ジフェニルジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、２、６’−ジメチル４、４’−ジフェニルジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、２、４’−ジフェニルメタンジイソシアネート、4、4’−ジフェニルメタンジイソシアネート等が挙げられる。
【００５９】
また、脂肪族ジイソシアネートとしては、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等が挙げられる。更に、脂環族ジイソシアネートとしては、イソフホロンジイソシアネート、水素添加ＴＤＩ（トルエンジイソシアネート）、水素添加ＭＤＩ（ジフェニルメタンジイソシアネート）等が挙げられる。また、上記の芳香族ポリイソシアネート、脂肪族ジイソシアネート又は脂環族ジイソシアネートのイソシアネート基の一部をウレタン及び／又はウレアに変性したものものを用いてもよく、イソシアネート基の一部をビュウレット、アロファネート、カルボジイミド、オキサジリドン、アシド、イミド等に変性したものを用いてもよい。
【００６０】
更に、上記の中でもポリイソシアネートはＭＤＩ系ポリイソシアネートであることが好ましく、下記式（１）で表されるポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートであることがより好ましい。なお、下記式（１）中、ｎは０〜８の整数を示す。また、下記式（１）で表されるポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートを用いる場合でも、上記のポリイソシアネートの少なくとも１種を併用してもよい。
【化１】

【００６１】
ポリイソシアネートに対して活性な活性水素化合物としては、例えば、エチレングリコール、プロパンジオール、ブタンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、テトラメチレングリコール、ヘキサメチレングリコール、シクロヘキサンジメタノール、ビスフェノールＡ、３−メチル−１、５−ペンタンジオール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、シュークローズ、グルコース、フラクトースソルビトール、メチルグリコキシド等の活性水素を有する化合物のうち少なくとも１種が挙げられる。また、例えば、上記の他の活性水素を有する化合物としては、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ジエチレントリアミン、トルエンジアミン、メタフェニレンジアミン、ジフェニルメタンジアミン、キシリレンジアミン等のようなアミンのうちの少なくとも１種が挙げられる。
【００６２】
更に、活性水素化合物としてポリエーテルポリオールを使用してもよく、ポリエーテルポリオールとしては、例えば、上記例示した活性水素化合物のうちの少なくとも一種を開始剤として、アルキレンオキサイド等のモノマーを公知の方法により付加重合することによって得られるものが挙げられる。なお、付加重合反応に使用するモノマーとしては、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、グリシジルエーテル、メチルグリシジルエーテル、ｔ−ブチルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル等が挙げられる。
【００６３】
また、活性水素化合物としてポリエステルポリオールを使用してもよく、ポリエステルポリオールとしては、例えば、エチレングリコール、プロパンジオール、ブタンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリメチレングリコール、テトラメチレングリコール、ヘキサメチレングリコール、デカメチレングリコール、ネオペンチルグリコール、３−メチルー１、５−ペンタンジオール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトール、ビスフェノールＡのような少なくとも２つ以上のヒドロキシル基を有する化合物のうちの少なくとも１種と、例えば、アジピン酸、マロン酸、コハク酸、酒石酸、ピメリン酸、セバシン酸、シュウ酸、フタル酸、テレフタル酸、アゼライン酸、トリメリット酸、グルタコン酸、α−ヒドロムコン酸、β−ジエチルサクシン酸、ヘミメリチン酸、１、４−シクロヘキサンジカルボン酸等のような少なくとも２つ以上のカルボキシル基を有する化合物のうちの少なくとも１種とを使用し、公知の方法によって製造したものが挙げられる。
【００６４】
更に、上記のポリエステルポリオールの他に、ポリアルキレンテレフタレートポリマーと低分子ジオールとのエステル交換により生成されるポリエステルポリオールも使用することができる。なお、低分子ジオールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ブタンジオール、グリセロール、トリメチロールプロパン、シクロヘキサンジメタノール等が挙げられる。
【００６５】
また、本発明においては、原料液におけるイソシアネートインデックスが０．９５〜２．０であることが好ましい。ここで、イソシアネートインデックスとは、ポリイソシアネートと活性水素基含有化合物との配合当量比（イソシアネート基／活性水素基当量比）を示す。イソシアネートインデックスが０．９５未満であると、得られるポリウレタンフォームの圧縮強度が小さくなるおそれがある。一方、イソシアネートインデックスが２．０を超えると、通常のウレタン化触媒では未反応のポリイソシアネートが残りやすい。また、上記と同様の観点から、原料液におけるイソシアネートインデックスは１．０〜１．５であることがより好ましい。
【００６６】
ポリイソシアネートと活性水素基含有化合物とのウレタン化反応を進行させるための触媒は特に限定されず、例えば公知の触媒を使用することができる。例えば、ジブチル錫アセテート、ジブチル錫ジラウレート等の錫化合物、塩化物、塩化亜鉛、臭化亜鉛、塩化錫等の金属ハロゲン化物、トリエチレンジアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、テトラメチルヘキサメチレンジアミン、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、Ｎ−メチルモルホリン、Ｎ−エチルモルホリン、ジメチルシクロヘキシルアミン等のアミン系化合物があげられる。また、公知の第４級アンモニウム塩化合物、トリマー化触媒などが挙げられこれらの単独もしくは混合物が使用される。
【００６７】
原料液に含有させる整泡剤は特に限定されるものではなく、例えば、硬質ポリウレタンフォームの製造において効果のあるものは全て利用できる。例えば、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル等のポリオキシアルキレン系の整泡剤、オルガノシロキサン等のシリコーン系の整泡剤を使用してもよい。
【００６８】
次に、発泡体形成工程について説明する。発泡体形成工程は、ガン１５０のミキシングチャンバー内で発泡剤を含んだポリオール成分（活性水素化合物）とポリイソシアネート成分とが混合されて躯体上に吐出されるので、ポリイソシアネートと活性水素化合物との反応が進行しポリウレタンが形成されると同時に、発泡剤により気泡（セル）構造が形成され、かつ、硬化が進行しポリウレタンフォームが躯体上に形成される。ここで、躯体とは、コンクリートの擁壁、地盤、地盤上に敷設（施工）された不織布や樹脂層のことである。
【００６９】
ここで、ガン１５０より放出された原料液１６０は、発泡剤として使用する超臨界状態、亜臨界状態又は液体状態の二酸化炭素の冷却効果により、躯体に達する前に外部雰囲気の温度近く、或いはそれ以下の温度にまで急速に冷却される。そのため、従来の原料液を加熱する形式の発泡体の製造方法では使用する発泡剤の揮発性のために発泡剤の損失が多く発生したが、これに対して、本発明のポリウレタンフォームの製造方法では上記の冷却効果により、ポリウレタンフォーム中のセル核が安定に形成されると同時に、揮発性発泡剤の多くがフォームセル中に残存し、躯体に発泡されたフォームセルサイズの微細化、フォームの平滑性、気泡の安定性に役立つ。またセルサイズが微細であることにより、より強靭で軽量のポリウレタンフォームが得られる。なお、ガン１５０から躯体までの距離は特に限定されるものではないが、一般的にはミストの拡散性等の作業性の観点から１００ｍｍ〜２０００ｍｍであることが好ましい。
【００７０】
また、本発明のポリウレタンフォームの製造方法は、後述する盛土の施工の他に、裏込め用途、自立壁等に適用することができる。
【００７１】
次に、本発明の盛土の施工方法について説明する。本発明の盛土の施工方法は、ポリイソシアネートと活性水素化合物と発泡剤とを含む原料液を使用し、ポリウレタンフォームからなる発泡体層を含む盛土を盛土構築場所において形成する盛土の施工方法であって、発泡剤として超臨界状態、亜臨界状態又は液体状態の二酸化炭素を用いる方法であればよく、その他の施工手順や施工場所等の条件は特に限定されないが、本発明の盛土の施工方法おいては、前述の本発明のポリウレタンフォームの製造方法に基づいて製造したポリウレタンフォームを発泡体層に用いることが好ましい。
【００７２】
図１に示したような本発明のポリウレタンフォームの製造方法に基づくポリウレタンフォームの製造装置はコンパクトに構成することができるので、盛土構築場所において、優れた強度と耐久性を有する軽量の盛土を迅速かつ容易に構築することができる。また、施工中における環境に与える負荷を従来よりも低減することができる。更に、工期を大幅に短縮することができる。
【００７３】
図２は、本発明の盛土の施工方法に基づき形成された盛土の一例の構成を示す該略断面図である。以下、図２に示す盛土２の施工方法について説明する。
【００７４】
先ず、急峻な地盤３００の傾斜面Ｆ３００に、金属板、コンクリート板等からなる擁壁２２０を設工する。次に、傾斜面Ｆ３００と擁壁２２０との間にできる空隙部分に、例えば、図１に示したポリウレタンフォームの製造装置１を用いてポリウレタンフォームの原料液を注入し、該空隙部分にポリウレタンフォームからなる発泡体層２００を形成する。発泡体層２００の形成方法としては、亀裂が発生しないようするため層の厚さが３０〜１００ｍｍ程度である層を地盤にちかい下部の側から順次積層して形成する方法が好ましい。次に、発泡体層２００の上部の面に、擁壁２２０から傾斜面Ｆ３００にかけてコンクリート床板（図示せず）をかけ渡し、その上にアスファルトを敷設して舗装道路２３０を完成させる。このとき、舗装道路２３０にアンカー２５０を連結し、該アンカー２５０を地盤３００中に埋め込むことにより擁壁２２０の補強を図る。
【００７５】
なお、ポリウレタンフォームからなる発泡体層２００と傾斜面Ｆ３００との間には、必要に応じてポリウレタン塗膜層を形成してもよい。また、ポリウレタンフォームからなる発泡体層２００は通水性がないので、傾斜面Ｆ３００に沿って流れる雨水を排水するため、排水通路（図示せず）を付設してもよく、不織布などからなる透水層（図示せず）を発泡体層２００と傾斜面Ｆ３００との間に設けてもよい。更に、擁壁２２０にもアンカー（図示せず）を連結し、該アンカーを地盤３００中に埋め込むことにより擁壁２２０の補強を図ってもよい。
【００７６】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００７７】
例えば、上記の実施形態においては、原料液調製工程において、発泡剤となる超臨界状態、亜臨界状態又は液体状態二酸化炭素をポリイソシアネートよりも先に活性水素化合物に混入させる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、超臨界状態、亜臨界状態又は液体状態二酸化炭素は、活性水素化合物よりも先にポリイソシアネートに混入させてもよく、ポリイソシアネートと活性水素化合物との両方に混入させてもよい。例えば、図１における活性水素化合物貯蔵容器５０とポリイソシアネート貯蔵容器１１０の設置位置を変える等して液化二酸化炭素をポリイソシアネートに混合する構成としてもよい。更に、図１において、流体ラインＬ３０を分岐して例えば流体ラインＬ１２０に接続し、流体ラインＬ３０内の液化二酸化炭素をポリイソシアネートとポリオールの両方に混合してもよい。
【００７８】
また、上記のポリウレタンフォームの製造装置１においては、スプレーされる液の温度を一定に保持する観点からガン自身１５０の保温を行うためのヒータなどの保温手段（図示せず）を設けてもよい。更に、装置を構成する各流体ライン内を流通する流体の温度を保持する観点から、各流体の保温を行うためのヒータなどの保温手段（図示せず）を設けてもよい。
【００７９】
更に、上記のポリウレタンフォームの製造装置１においては、スプレーノズルを備えたガン１５０を用いて原料液を外部に吐出する場合について説明したが、原料液を外部に吐出する手段は特にこれに限定されるものではなく、例えばミキシングヘッドを用いてもよい。
【００８０】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明の盛土の施工方法及び土木用ポリウレタンフォームの製造方法の内容をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
【００８１】
（実施例１〜実施例１４）
表１に示す配合比でポリオールＡ（シュークロースアミン系ポリエーテルポリオール、水酸基価；３００ＫＯＨｍｇ／ｇ、粘度（２５℃）；１５００ｍＰａ・ｓ）、ポリオールＢ（エチレンジアミン系ポリエーテルポリオール、水酸基価；７６０ＫＯＨｍｇ／ｇ、粘度（２５℃）；５００００ｍＰａ・ｓ）、整泡剤（シリコーン系整泡剤）、触媒（ペンタメチルジエチレントリアミン）、粘度調製剤（トリスクロロプロピルフォスフェート）及び水を配合したポリオールを含む液を調製した。一方、ポリイソシアネート（ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート、ＮＣＯ基含有量；３１質量％、粘度（２５℃）；３５０ｍＰａ・ｓ）を準備した。
【００８２】
その後、ガスマーアドミラル社製のＨ−２０００発泡機とガスマーアドミラル社製のモデルＧＸ−７ガンを使用して、ポリオールとポリイソシアネートを混合し、更に発泡剤となる二酸化炭素を混入させて原料液とするとともにこれを開口部を有する木箱（内部の空間が１８００×１８００×１０００ｍｍの大きさの直方体）に向けて吐出してポリウレタンフォームを木箱の内部に形成した。なお、このときの原料液の噴射条件を表２及び表３に示す。
【００８３】
なお、表２に示す二酸化炭素の含有量は、１００×（導入した二酸化炭素の質量）／（二酸化炭素を含む原料液の総質量）で表される値である。また、木箱の内部に形成するポリウレタンフォームの層は一度の吐出により高さが５０ｍｍとなるように形成し、その後１０分の間隔をおいて繰り返し積層して、最終的に高さ１０００ｍｍとなるように形成した。また、実施例１〜実施例１４の原料液の調製において、実施例１〜実施例１２及び実施例１４は二酸化炭素をポリオールに予め混入し、実施例１３においてはポリイソシアネートに二酸化炭素を予め混入した。
【００８４】
なお、表２〜表５中の「ＮＣＯ／ＯＨ」の値は前述のイソシアネートインデックスを示す。
【００８５】
（実施例１５〜実施例１８）
二酸化炭素と水の配合比を表４に示す値にしたこと以外は表１に示す配合比で、実施例１〜実施例１４と同様の手順でウレタンフォームを製造した。
【００８６】
（比較例１及び比較例２）
二酸化炭素を使用しなかったこと以外は表１に示す配合比で、実施例１〜実施例１４と同様の手順でウレタンフォームを製造した。
【００８７】
［評価試験］
以上のようにして得られた実施例及び比較例のポリウレタンフォームの層に関して、ポリウレタンフォームの亀裂の発生の程度、ポリウレタンフォームの内部に形成されたセルの状態、ポリウレタンフォームの内部温度、ポリウレタンフォームの密度、ポリウレタンフォームの圧縮強度を以下の方法で評価し、この結果を表２〜表５に示す。
【００８８】
（１）ポリウレタンフォームの亀裂の発生の程度の評価
ポリウレタンフォームの層の形成直後から２４時間経過後にポリウレタンフォームの層を２等分して目視観察し、内部に亀裂の発生が確認されるか否かを調べた。
【００８９】
（２）ポリウレタンフォームの内部に形成されたセルの状態、
ポリオールとポリイソシアネートの混合が良好で、セルが細かく均一に分布しており、むらのないものを３、やや粗いがむらのないものを２、混合が不良で粗く、むらのあるものを１とした。
【００９０】
（３）ポリウレタンフォームの内部温度
形成したポリウレタンフォームの層の中心部の温度の最高値を熱電対で測定しポリウレタンフォームの内部温度とした。この温度はポリウレタンフォーム自体の熱的劣化を防止する観点から１００℃〜１７０℃であることが好ましく。１７０℃〜２００℃を超えるとポリウレタンフォーム自体の熱的劣化が進行してしまう。
【００９１】
（４）ポリウレタンフォームの密度
ポリウレタンフォームの層の亀裂がない部分から１００×１００×３０ｍｍの試験片を採取し、ＪＩＳＡ９５１１規定の密度の測定方法に準拠してポリウレタンフォームの密度を測定した。
【００９２】
（５）ポリウレタンフォームの圧縮強度
ポリウレタンフォームの層の亀裂がない部分から１００×１００×３０ｍｍの試験片を採取し、ＪＩＳＫ７２２０規定の圧縮強度の測定方法に準拠してポリウレタンフォームの１％歪時の圧縮強度を測定した。
【００９３】
【表１】

【００９４】
【表２】

【００９５】
【表３】

【００９６】
【表４】

【００９７】
【表５】

【００９８】
（実施例１９）
図２に示した地盤と同様の急峻な地盤３００上に、本発明の盛土の施工方法及び土木用ポリウレタンフォームの製造方法に基づき、図２に示したものと同様の構成を有する盛土２を実験的に作製した。なお、傾斜面Ｆ３００とコンクリート板からなる擁壁２２０との間にできる空隙部分｛最大深さ（高さ）；３０００ｍｍ、最大巾；３０００ｍｍ、長さ；４０００ｍｍ｝に、ポリウレタンフォームを形成する際の条件は先に述べた実施例７と同様の条件とした。
【００９９】
また、ポリウレタンフォームからなる発泡体層２００を形成する際に、地盤３００に向けて一度に吐出させる原料液の量は発泡体層２００の高さが５０ｍｍとなる量に調節し、１日の積層高さは１５００ｍｍとし、２日間かけて発泡体層２００の形成を完了した。実際に形成されたポリウレタンフォームからなる発泡体層２００は、形成中の内部発熱量が少ないため内部に亀裂の発生が認められなかった。また、発泡体層２００は、構築場所の地盤３００の傾斜面Ｆ３００の形状にうまくなじみこれに一体化した強靭で耐久性の高い構造体として形成されていた。
【０１００】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の盛土の施工方法によれば、盛土構築場所において、優れた強度と耐久性を有する軽量の盛土を迅速かつ容易に構築できるとともに、施工中の環境に与える負荷を十分に小さくすることができる。また、本発明の土木用ポリウレタンフォームの製造方法によれば、使用場所において、優れた強度と耐久性を有するポリウレタンフォームを任意の大きさ及び形状で迅速かつ容易に形成することができるとともに、製造中の環境に与える負荷を十分に小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の盛土の施工方法及び本発明の土木用ポリウレタンフォームの製造方法に基づきポリウレタンフォームを製造するための装置の基本構成の一例を示す系統図である。
【図２】本発明の盛土の施工方法に基づき形成された盛土の一例の構成を示す該略断面図である。
【符号の説明】
１…ウレタンフォーム製造装置、２…盛土、１０…液化二酸化炭素ボンベ、１２，６２，６４…開閉弁、２０…熱交換器、３０…圧縮計量ポンプ、３１…ピストン、５０…活性水素化合物貯蔵容器、６０…チラー、７０…圧縮計量ポンプ、８０…スタテイックミキサー、９０…ヒータ、１００…加熱ホース、１１０…ポリイソシアネート貯蔵容器、１２０…圧縮計量ポンプ、１３０…ヒータ、１４０…加熱ホース、１５０…スプレーノズルを備えたガン、１６０…ポリウレタンフォーム形成用の原料液、２００…ポリウレタンフォームからなる発泡体層、２２０…擁壁、２３０…舗装道路、２５０…アンカー、３００…地盤、Ｆ３００…地盤の傾斜面、Ｌ１０…流体ライン、Ｌ２０…伝熱管、Ｌ２１，Ｌ３０，Ｌ５０，Ｌ６０，Ｌ６１，Ｌ６３，Ｌ７０，Ｌ８０，Ｌ９０，Ｌ１１０，Ｌ１２０，Ｌ１３０…流体ライン。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a banking construction method and a method for producing a polyurethane foam for civil engineering.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, when embankment is formed for the purpose of road construction, site construction or embankment, a compacting method using sand, earth and sand, etc. has been adopted. However, in the case of this construction method, the load of sand, earth and sand constituting the embankment (the mass per unit volume is about 1.4 to 2.1 tf / m ^Three Therefore, there is a problem that subsidence occurs in the lower ground of the embankment, or a portion of the embankment itself close to the lower ground spreads outside due to a so-called slip phenomenon. In particular, if the embankment construction site is on a weak ground composed of cohesive soil, or where the construction conditions are severe, such as when the ground is prone to landslide such as steep terrain in the mountainous area, There was a problem of stability of the embankment to be formed.
[0003]
As a construction method that takes measures against the above problems, there is an EPS construction method that uses a foam such as ultralight foamed polystyrene as a material for embankment or wall. In the EPS method, the embankment is made up of foam blocks with a density of about 1/100 that of earth and sand or concrete, so the foundation is not strengthened due to its light weight, and the workability is excellent in this respect. It is excellent in later independence, water resistance and heat insulation.
[0004]
Such an EPS method is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 55-129594, 62-45801, and 7-34471. Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-1488839 discloses an EPS method in which a polyurethane foam resin is injected into a gap between the ground and a layer composed of EPS blocks.
[0005]
Further, JP-A-1-43620 discloses a method for constructing a lightweight embankment by injecting a foam into a mold. Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-66316 discloses a lightweight embankment method using water as a foaming agent when producing a polyurethane foam block. JP-A-8-60665 discloses a lightweight polyurethane foam block made of an open-celled water-foamed urethane resin with improved water permeability.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the construction methods described in JP-A-55-129594, JP-A-62-45801 and JP-A-7-34471, an EPS block having a single standard shape (generally 1 m × 2 m × In order to produce, transport, and construct a rectangular solid foam block with a size of about 0.5m at the factory, the block must be processed or cut on site to adapt to different shapes depending on the site. There was a problem that it took time and effort.
[0007]
In addition, in this EPS method, the stacked blocks are not integrated and fixed, but a gap is formed between the blocks, so the blocks are displaced due to a load or the occurrence of an earthquake. As a result, there is a problem that cracks and the like occur in the upper roadbed. In addition, the current EPS method has a problem that the number of times of transportation required to transport a necessary amount of blocks to the embankment construction site increases and the transportation cost increases. Furthermore, temporary construction had to be done before constructing the block, and it was sometimes difficult to secure the space due to the topography.
[0008]
Further, the EPS method described in JP-A-5-148839 has a problem that the foam cannot be sufficiently injected. Furthermore, the EPS method described in Japanese Patent Laid-Open No. 1-443620 injects foam into a certain mold, and thus requires labor for laying and removing the mold, and the mold has a complicated shape. Has a problem that the foam cannot be sufficiently injected.
[0009]
Further, the methods described in JP-A-64-66316 and JP-A-8-60665 are methods for constructing a lightweight embankment by laminating polyurethane foam blocks, and the integrity between the blocks is insufficient. There was a problem in the stability of the structure when the upper load was large.
[0010]
Furthermore, in the case of the methods described in JP-A-64-66316 and JP-A-8-60665, a large amount of blowing agent water must be used to obtain a polyurethane foam block, so that the block is continuously used. If it is necessary to form several layers, the reaction heat generated by the reaction between water and isocyanate increases, cracks are generated inside the block, and the quality of blocks such as burns deteriorates due to heat storage. There was a problem that caused a drawback. Further, since the viscosity of the raw material liquid for forming the block is high, poor mixing occurs, and the cell shape of the polyurethane foam constituting the block becomes non-uniform, resulting in a decrease in the mechanical strength of the block. . Furthermore, when a large amount of water is used for weight reduction, there is a problem that an excessive urea bond is formed in the polyurethane foam constituting the block and the foam becomes brittle.
[0011]
The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and can be used to quickly and easily construct a lightweight embankment having excellent strength and durability at an embankment construction site, and to give the environment. Construction method for embankment with a small load, and a polyurethane foam having excellent strength and durability can be quickly and easily formed in any size and shape at the place of use, and civil engineering with a small load on the environment It is an object of the present invention to provide a method for producing a polyurethane foam for use.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have found that the present invention is a supercritical state, a subcritical state or a liquid state as a foaming agent when producing polyurethane foam at a construction site of embankment. By using carbon dioxide, lightweight polyurethane foam with excellent strength and durability can be quickly and easily manufactured in any shape and size while reducing the burden on the environment compared to conventional products. And reached the present invention.
[0013]
That is, the present invention is a banking construction method that uses a raw material liquid containing a polyisocyanate, an active hydrogen compound, and a foaming agent, and forms a banking containing a foam layer made of polyurethane foam at a banking construction site. An embankment construction method characterized by using carbon dioxide in a supercritical state, a subcritical state, or a liquid state as an agent.
[0014]
In the embankment construction method according to the present invention, carbon dioxide in a supercritical state, a subcritical state, or a liquid state is used as the foaming agent, so that the load on the environment during the construction of the embankment can be reduced as compared with the conventional method. In addition, since the embankment construction method of the present invention is a method of producing polyurethane foam at the embankment construction site, factory equipment and transportation equipment for producing polyurethane foam foam blocks are unnecessary, and the conventional EPS construction method is used. Excellent workability compared to the case.
[0015]
In addition, the embankment construction method of the present invention can form a polyurethane foam constituting the embankment continuously and in an integrated state, so that a highly rigid and lightweight embankment is constructed very easily and simply. be able to. Further, the embankment construction method of the present invention can greatly reduce the work period. Furthermore, the embankment construction method of the present invention is excellent in terms of safety, and can be applied to large-scale construction such as structure protection and small-scale construction (for example, backfilling use). .
[0016]
The present invention also provides a raw material liquid preparation step for preparing a raw material liquid containing polyisocyanate, an active hydrogen compound, and a foaming agent, and a polyurethane obtained by reacting polyisocyanate with an active hydrogen compound using the raw material liquid. A foam-forming step for forming a polyurethane foam, and using carbon dioxide in a supercritical state, a subcritical state, or a liquid state as a foaming agent. A method for producing a polyurethane foam is provided.
[0017]
In the method for producing a polyurethane foam for civil engineering according to the present invention, carbon dioxide in a supercritical state, a subcritical state or a liquid state is used as a foaming agent. it can.
[0018]
In the method for producing a polyurethane foam for civil engineering according to the present invention, carbon dioxide in at least one of a supercritical state, a subcritical state or a liquid state is used as a foaming agent, so that the cell size in the polyurethane foam is made uniform. In addition, when the cell size is approximated to a sphere, the average diameter can be easily reduced to, for example, 5 to 300 μm. Therefore, the cell density in the polyurethane foam can be easily increased, and a high-quality polyurethane foam having excellent strength and durability can be easily produced.
[0019]
On the other hand, polyurethane foam produced by a conventional polyurethane foam production method using hydrochlorofluorocarbon, water, or a mixture of water and hydrofluorocarbon as a foaming agent has a nonuniform cell size in the polyurethane foam. When the cell size is approximated to a sphere as described above, the average diameter is usually as large as 10 to 1000 μm.
[0020]
Here, in the present invention, “subcritical carbon dioxide” means carbon dioxide in a liquid state in which the pressure is equal to or higher than the critical pressure of carbon dioxide and the temperature is lower than the critical temperature, or the critical pressure of carbon dioxide. Or carbon dioxide in a liquid state in which the temperature is lower than the critical temperature or higher, or a state in which both the temperature and pressure are lower than the critical point but close to this, specifically, the temperature is 20 ° C. or higher and the pressure is Carbon dioxide of 5 MPa or more is shown. “Liquid carbon dioxide” refers to carbon dioxide in a liquid state other than the subcritical state.
[0021]
In the present invention, the fine cell means a cell having a small cell size and the same size.
[0022]
Furthermore, the “active hydrogen compound” in the present invention refers to a compound having active hydrogen active with respect to polyisocyanate, such as polyether polyol and polyester polyol.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the embankment construction method and the civil engineering polyurethane foam production method of the present invention will be described in more detail.
[0024]
The method for producing the polyurethane foam of the present invention mainly uses the raw material liquid preparation step for preparing the raw material liquid containing the polyisocyanate, the active hydrogen compound and the foaming agent described above, and the raw material liquid prepared in the raw material liquid preparation step. The foam is formed by reacting a polyisocyanate with an active hydrogen compound and by proceeding with foaming and hardening of the resulting polyurethane to form a polyurethane foam.
[0025]
FIG. 1 is a system diagram showing an example of a basic configuration of an apparatus for producing a polyurethane foam based on the method for producing a polyurethane foam for civil engineering of the present invention. The polyurethane foam manufacturing apparatus 1 shown in FIG. 1 mainly includes a liquefied carbon dioxide cylinder 10, a heat exchanger 20, a compression metering pump 30, an active hydrogen compound storage container 50, a chiller 60, a compression metering pump 70, It is composed of a static mixer 80, a heater 90, a heating hose 100, a polyisocyanate storage container 110, a compression metering pump 120, a heater 130, a heating hose 140, and a gun 150 equipped with a spray nozzle. .
[0026]
The configuration of the polyurethane foam manufacturing apparatus 1 shown in FIG. 1 will be described in more detail. The liquefied carbon dioxide cylinder 10 and the heat exchanger 20 are connected via a fluid line L10, and the fluid line L10 is connected to the heat exchanger 20. It is connected to a heat transfer tube L20 provided inside.
[0027]
In addition, a chiller 60 is connected to the heat exchanger 20 via a fluid line L60 and a fluid line L61, and brine in the chiller 60 can be circulated between the heat exchanger 20 and the chiller 60. . That is, the brine in the chiller 60 is supplied to the heat exchanger 20 through the fluid line L60, and in the heat exchanger 20, the liquefied carbon dioxide that passes through the heat transfer tube L20 and the brine that passes outside the heat transfer tube L20. It is configured to exchange heat. Then, the brine after the heat exchange is returned to the chiller 60 through the fluid line L61 and is adjusted to a predetermined temperature.
[0028]
Furthermore, the heat exchanger 20 and the compression metering pump 30 are connected via a fluid line L21, and the liquefied carbon dioxide after heat exchange in the heat exchanger 20 is supplied into the compression metering pump 30. It has become. The compression metering pump 30 has a piston 31 and is configured such that the discharge amount and pressure of liquefied carbon dioxide can be arbitrarily adjusted by adjusting the stroke length of the piston 31.
[0029]
Further, a chiller 60 is connected to an outer peripheral portion (not shown) of the cylinder of the compression metering pump 30 via a fluid line L62 branched from the fluid line L60 and a fluid line L63 connected to the fluid line L61. The brine in the chiller 60 can be circulated between the compression metering pump 30 and the chiller 60.
[0030]
That is, the brine in the chiller 60 is supplied to the outer periphery of the cylinder of the compression metering pump 30 via the fluid line L62, and the liquefied carbon dioxide in the compression metering pump 30 and the brine passing through the outer periphery of the cylinder exchange heat. It has become. The brine after the heat exchange is returned to the chiller 60 via the fluid line L63 and the fluid line L61, and is adjusted to a predetermined temperature. Thereby, in the compression metering pump 30, it is possible to prevent the liquefied carbon dioxide from being vaporized during the suction stroke of the piston 31.
[0031]
On the other hand, an active hydrogen compound storage container 50 containing an active hydrogen compound such as polyol, which is a raw material for polyurethane foam, is connected to a compression metering pump 70 via a fluid line L50. Similarly to the compression metering pump 30, the compression metering pump 70 has a configuration in which the discharge amount and pressure of the active hydrogen compound can be arbitrarily adjusted by adjusting the stroke length of a piston (not shown). The compression metering pump 70 is connected to the static mixer 80 via a fluid line L70. Thus, the active hydrogen compound can be adjusted to a predetermined amount and pressure and supplied to the static mixer 80.
[0032]
The compression metering pump 30 is connected to the fluid line L70 via the fluid line L30. The liquefied carbon dioxide discharged from the compression metering pump 30 after being adjusted to a predetermined amount merges with the active hydrogen compound in the fluid line L70 and is supplied to the static mixer 80. Then, in the static mixer 80, the liquefied carbon dioxide and the active hydrogen compound are sufficiently mixed.
[0033]
The static mixer 80 is connected to the heater 90 via a fluid line L80. The heater 90 is for heating the mixture of the active hydrogen compound and the liquefied carbon dioxide after being mixed by the static mixer 80 to a predetermined temperature. By heating with the heater 90, the state of carbon dioxide in the mixture of the active hydrogen compound and carbon dioxide can be controlled to any of a supercritical state, a subcritical state, and a liquid state.
[0034]
The heater 90 is connected to the heating hose 100 via the fluid line L90, and the heating hose 100 is further connected to the gun 150. As a result, the mixture of carbon dioxide and the active hydrogen compound in the supercritical state, subcritical state, or liquid state in the heater 90 is supplied to the gun 150. Here, the heated hose 100 is prepared in the gun 150 by heating the gun 150 before introducing a mixture of carbon dioxide and active hydrogen compounds in a supercritical, subcritical, or liquid state. It is provided in order to maintain the temperature and pressure of the raw material liquid.
[0035]
The polyisocyanate storage container 110 containing polyisocyanate, which is another raw material of the polyurethane foam, is connected to the compression metering pump 120 via a fluid line L110. Similarly to the compression metering pump 30, the compression metering pump 120 is configured to arbitrarily adjust the discharge amount and pressure of the polyisocyanate by adjusting the stroke length of a piston (not shown). The compression metering pump 120 is connected to the heater 130 via the fluid line L120. Further, the heater 130 is connected to the heating hose 140 via the fluid line 140, and the heating hose 140 is further connected to the gun 150.
[0036]
Thus, the polyisocyanate can be adjusted to a predetermined amount, temperature and pressure and supplied to the gun 150. Here, the heating hose 140 is heated in the same manner as the heating hose 100 before the polyisocyanate is introduced into the gun 150 in order to maintain the temperature and pressure of the raw material liquid prepared in the gun 150. It is provided.
[0037]
Here, in the gun 150, the polyisocyanate flowing from the heating hose 140 and the mixture of carbon dioxide and active hydrogen compound in the supercritical state, subcritical state, or liquid state flowing from the heating hose 100 are mixed. A space (not shown) such as a mixing chamber is provided.
[0038]
Each component of the above-mentioned polyurethane foam manufacturing apparatus 1 is operated as follows based on the raw material liquid preparation step and the foam formation step of the polyurethane foam manufacturing method of the present embodiment.
[0039]
In the raw material liquid preparation step, first, the on-off valve 62 and the on-off valve 64 of the fluid line L60 of the chiller 60 are opened, and brine is circulated through the heat exchanger 20 and the compression metering pump 30. In addition, the operation of the compression metering pump 30, the compression metering pump 70, the compression metering pump 120, the static mixer 80, the heater 90, and the heater 130 is started. Next, after the heat exchanger 20, the compression metering pump 30, the heater 90 and the heater 130 are stabilized at predetermined temperatures, the open / close valve (not shown) of the active hydrogen compound storage container 50 and the opening / closing of the polyisocyanate storage container 110 are opened. A valve (not shown) and the on-off valve 12 of the liquefied carbon dioxide cylinder 10 kept at room temperature are opened.
[0040]
Here, due to the internal pressure of the liquefied carbon dioxide cylinder 10, the liquefied carbon dioxide in the liquefied carbon dioxide cylinder 10 is supplied to the heat exchanger 20 via the fluid line L10. Here, the temperature of the liquefied carbon dioxide is adjusted to cool to −10 to 10 ° C., preferably 0 ° C., with the brine from the chiller 60 in the heat exchanger 20.
[0041]
And the liquefied carbon dioxide which came out of the heat exchanger 20 is sent to the compression metering pump 30, is adjusted to a predetermined quantity and pressure, and is discharged in the fluid line L30. Here again, the temperature of the liquefied carbon dioxide is maintained at −10 to 10 ° C., preferably 0 ° C., by the brine from the chiller 60.
[0042]
On the other hand, by being sucked into the compression metering pump 70, the active hydrogen compound in the active hydrogen compound storage container 50 is supplied to the compression metering pump 70 through the fluid line L50, and is adjusted to a predetermined amount and pressure to be adjusted to the fluid line. It is discharged into L70. The liquefied carbon dioxide discharged into the fluid line L30 is supplied into the fluid line L70 and supplied to the static mixer 80 together with the active hydrogen compound and sufficiently mixed.
[0043]
Furthermore, the mixture of the active hydrogen compound and liquefied carbon dioxide delivered from the static mixer 80 into the fluid line L80 is introduced into the heater 90, and the liquefied carbon dioxide in the mixture is in a supercritical state, a subcritical state, or a liquid. One of the states is set. Then, the mixture of carbon dioxide and the active hydrogen compound in any of the supercritical state, the subcritical state, and the liquid state is supplied into the gun 150 through the fluid line L90 and the heating hose 100.
[0044]
On the other hand, by being sucked into the compression metering pump 120, the polyisocyanate in the polyisocyanate storage container 110 is supplied to the compression metering pump 120 via the fluid line L110, and is adjusted to a predetermined amount and pressure to be within the fluid line L120. Discharged. Further, the polyisocyanate discharged into the fluid line L120 has a predetermined temperature and pressure in the heater 140, and is supplied to the gun 150 via the fluid line L130 and the heating hose 140. Then, in the mixing chamber of the gun 150, the polyisocyanate flowing from the heating hose 140 and the supercritical, subcritical, or liquid state mixture of carbon dioxide and active hydrogen compound flowing from the heating hose 100 are mixed. Thus, a raw material liquid is prepared.
[0045]
Here, the pressure of the raw material liquid used in the present invention is not particularly limited and may be determined by the composition of the raw material liquid, the characteristics of the blowing agent such as supercritical carbon dioxide, and the viscosity of the raw material liquid. It is preferable that the pressure be higher than the critical pressure of carbon dioxide in a supercritical state. For example, when carbon dioxide in a supercritical state is used as the foaming agent, the pressure is preferably 5.0 MPa to 20 MPa, and more preferably 7.2 MPa to 15 MPa.
[0046]
The raw material liquid temperature used in this invention should just be below the temperature which the component in a raw material liquid decomposes | disassembles thermally, and is determined by the kind and density | concentration of components in raw material liquids, such as a foaming agent. The lower limit value of the temperature of the raw material liquid is 10 ° C., and the upper limit value of the temperature of the raw material liquid is selected according to the thermal stability of the components in the raw material liquid. The preferable temperature of the raw material liquid in this case is 20 to 90 ° C, and the more preferable temperature of the raw material liquid is 31 to 50 ° C.
[0047]
In the present invention, the blowing agent is carbon dioxide in a supercritical state, a subcritical state, or a liquid state, but another blowing agent may be used in combination with carbon dioxide in these states. In the present invention, the foaming agent that can be used in combination with carbon dioxide in these states exhibits an effect as a diluent for polyols in addition to the effect as a foaming agent, and is excellent in workability and workability. If it is, it will not specifically limit. Examples include alkyl alkanoates, dialkyl ethers, hydrofluorocarbons, fluorocarbons, water that reacts with isocyanate groups to generate carbon dioxide, and the like. Further, a fluid in a supercritical state, subcritical state, or liquid state other than carbon dioxide may be used in combination with carbon dioxide in the supercritical state, subcritical state, or liquid state as another blowing agent.
[0048]
In particular, in the present invention, it is preferable to use carbon dioxide and water in a supercritical state, a subcritical state, or a liquid state as a foaming agent from the viewpoint of appearance, density, and compressive strength of the polyurethane foam. Here, when the amount of water used in combination with carbon dioxide is small, it is necessary to increase the amount of carbon dioxide in the supercritical state, subcritical state, or liquid state to compensate for this, and this increases the momentum of discharge from the gun 150. It tends to be difficult to obtain a smooth flat polyurethane foam. Further, when the amount of water used together with carbon dioxide increases, the density of the polyurethane foam tends to decrease and the compressive strength tends to decrease.
[0049]
The compressive strength of polyurethane foam for road embankment is 4 N / cm. ² Preferably, 6 N / cm ² It is preferable that In this case, it is preferable that the compounding quantity of water is 3-5 mass% with respect to the total mass of a raw material liquid. When the blending amount of water is less than 3% by mass with respect to the total mass of the raw material liquid, the density of the polyurethane foam increases and the material cost increases. On the other hand, when the blending amount of water exceeds 5% by mass with respect to the total mass of the raw material liquid, the density of the polyurethane foam is lowered and the compression strength may be insufficient.
[0050]
In the polyurethane foam manufacturing apparatus shown in FIG. 1, it is preferable that water is mixed in the active hydrogen compound storage container 50 in advance.
[0051]
A supercritical fluid behaves like a liquid, has a high density close to that of a liquid, and has a viscosity smaller than that of a liquid. Therefore, the supercritical fluid has a higher diffusion coefficient than the liquid, and has a high dissolving ability as a solvent and becomes a high-performance reaction medium. Therefore, the supercritical carbon dioxide used in the present invention can rapidly dissolve high molecular weight substances.
[0052]
From the above viewpoint, in the present invention, the blowing agent is carbon dioxide in a supercritical state, a subcritical state, or a liquid state, but it is more preferable to use carbon dioxide in a supercritical state. In this case, since carbon dioxide in the supercritical state lowers the viscosity of the raw material liquid, it gives good workability and a polyurethane foam having a uniform fine cell inside is obtained. Carbon dioxide in a supercritical state is characterized by a low critical temperature, non-toxicity, non-combustibility, and low cost compared to a fluid that can be a blowing agent such as xenon and krypton. In addition, the solubility of carbon dioxide in the supercritical state has substantially the same solubility as that of aliphatic hydrocarbons (eg, butane, pentane, hexane) that have been conventionally used as blowing agents. It has been a concern that aliphatic hydrocarbons are diffused into the air during foaming to improve combustibility and explosiveness. However, since carbon dioxide is a nonflammable, non-toxic and environmentally friendly blowing agent, it is useful from the viewpoint of safety to use carbon dioxide in a supercritical state.
[0053]
When carbon dioxide in a supercritical state is used as the foaming agent, the amount used is selected depending on the final target value of the density of the polyurethane foam and the viscosity of the raw material liquid, but 0.5% relative to the total mass of the raw material liquid. It is preferable that it is -30 mass%, and it is more preferable that it is 1-10 mass%. By doing in this way, it becomes easy to make the viscosity of the raw material liquid at the foaming temperature suitable for the formation of the polyurethane foam. By using the amount of carbon dioxide in the supercritical state in this way, the supercritical carbon dioxide in the raw material liquid discharged from the gun 150 momentarily causes adiabatic expansion, and at the same time, by rapid cooling, the foam Helps stabilize cell nuclei and contributes to stable foam cell shape and foam quality stability
[0054]
Here, when the amount of carbon dioxide used in the supercritical state exceeds 30% by mass with respect to the total mass of the raw material liquid, the raw material liquid is separated into two phases of polyol (active hydrogen compound) and supercritical carbon dioxide. There is a risk. On the other hand, if the amount of carbon dioxide used in the supercritical state is less than 0.5% by mass with respect to the total mass of the raw material liquid, it is necessary to increase the amount of the other blowing agent, and the effects of the present invention may not be exhibited. There is.
[0055]
In addition, from the viewpoint of preventing the raw material liquid from separating into two phases as described above, the solubility of the raw material liquid components such as polyisocyanate and active hydrogen compound in carbon dioxide in a supercritical state is measured before use, Appropriate raw material liquid components may be selected in advance and used, or a modifier may be used to increase the compatibility and solubility of the raw material liquid components in the supercritical carbon dioxide. Such a modifier may also be used when a liquid or subcritical carbon dioxide is used as the blowing agent in addition to the supercritical carbon dioxide. The solubility of carbon dioxide in the subcritical state or supercritical state can be adjusted by using a modifier capable of changing the compatibility, for example, any surfactant or compatibilizing agent.
[0056]
When the surfactant or compatibilizer is added to the raw material liquid together with carbon dioxide in the supercritical state, subcritical state or liquid state, the amount of the surfactant or compatibilizer used is the total mass of the raw material liquid. It is preferable that it is 0.1-30 mass% with respect to. Foam stabilizers can also be effective modifiers. Accordingly, the viscosity is adjusted to an appropriate viscosity (for example, 50 to 3000 mPa · s at 25 ° C.) so as to obtain a uniform raw material liquid that can be easily discharged through the mixing chamber of the gun 150. Use of excess carbon dioxide that deviates from the viscosity of the desired raw material liquid may cause a large amount of carbon dioxide to be volatilized or released from the raw material liquid, and a polyurethane foam having sufficient strength and durability may not be obtained. By adjusting the viscosity of the raw material liquid to an appropriate value, a polyurethane foam having a uniform and smooth distribution of internal cells can be obtained by the reaction in the unreacted raw material liquid remaining at the time of application to the housing.
[0057]
In the present invention, the raw material liquid for forming the polyurethane foam only needs to contain at least a polyisocyanate, an active hydrogen compound, and a blowing agent. As other additives, in addition to the catalyst, for example, A foam stabilizer, a flame retardant, a viscosity reducing agent and the like may be contained. In the polyurethane foam manufacturing apparatus shown in FIG. 1, the catalyst is preferably mixed in the active hydrogen compound storage container 50 in advance.
[0058]
As said polyisocyanate, for example, as aromatic polyisocyanate, 2,4′-diphenyl ether diisocyanate, 4,4′-diphenyl ether diisocyanate, 2,4-toluene diisocyanate, 2,6-toluene diisocyanate, 4,6-6- Dimethyl-1,3-phenylene diisocyanate, 4,4′-dibenzyl diisocyanate, 9,10-anthracene diisocyanate, 3,3′-dimethyl-4,4′-diphenyl diisocyanate, xylylene diisocyanate, 2,6′-dimethyl4 Examples include 4′-diphenyl diisocyanate, xylylene diisocyanate, 2,4′-diphenylmethane diisocyanate, 4,4′-diphenylmethane diisocyanate, and the like.
[0059]
In addition, examples of the aliphatic diisocyanate include tetramethylene diisocyanate and hexamethylene diisocyanate. Furthermore, examples of the alicyclic diisocyanate include isophorone diisocyanate, hydrogenated TDI (toluene diisocyanate), hydrogenated MDI (diphenylmethane diisocyanate), and the like. Moreover, what modified a part of isocyanate group of said aromatic polyisocyanate, aliphatic diisocyanate, or alicyclic diisocyanate to urethane and / or urea may be used, and a part of isocyanate group is a burette, allophanate, Those modified to carbodiimide, oxaziridone, acid, imide and the like may be used.
[0060]
Furthermore, among the above, the polyisocyanate is preferably an MDI polyisocyanate, and more preferably a polymethylene polyphenyl polyisocyanate represented by the following formula (1). In addition, in following formula (1), n shows the integer of 0-8. Moreover, even when using the polymethylene polyphenyl polyisocyanate represented by following formula (1), you may use together at least 1 sort (s) of said polyisocyanate.
[Chemical 1]

[0061]
Examples of active hydrogen compounds that are active against polyisocyanates include ethylene glycol, propanediol, butanediol, diethylene glycol, dipropylene glycol, tetramethylene glycol, hexamethylene glycol, cyclohexanedimethanol, bisphenol A, and 3-methyl-1. , 5-pentanediol, glycerin, trimethylolpropane, pentaerythritol, sucrose, glucose, fructose sorbitol, methylglycoxide, and other compounds having active hydrogen. Further, for example, the other active hydrogen-containing compound includes at least one of amines such as ethylenediamine, propylenediamine, diethylenetriamine, toluenediamine, metaphenylenediamine, diphenylmethanediamine, xylylenediamine, and the like. .
[0062]
Furthermore, a polyether polyol may be used as the active hydrogen compound. As the polyether polyol, for example, at least one of the above-exemplified active hydrogen compounds is used as an initiator, and a monomer such as alkylene oxide is obtained by a known method. What is obtained by addition polymerization is mentioned. Examples of the monomer used for the addition polymerization reaction include ethylene oxide, propylene oxide, glycidyl ether, methyl glycidyl ether, t-butyl glycidyl ether, and phenyl glycidyl ether.
[0063]
Polyester polyol may be used as the active hydrogen compound, and examples of the polyester polyol include ethylene glycol, propanediol, butanediol, diethylene glycol, dipropylene glycol, trimethylene glycol, tetramethylene glycol, hexamethylene glycol, At least one of compounds having at least two or more hydroxyl groups such as methylene glycol, neopentyl glycol, 3-methyl-1,5-pentanediol, glycerin, trimethylolpropane, pentaerythritol, sorbitol, and bisphenol A; For example, adipic acid, malonic acid, succinic acid, tartaric acid, pimelic acid, sebacic acid, oxalic acid, phthalic acid, terephthalic acid, azelaic acid, trimellitic acid Use at least one of compounds having at least two or more carboxyl groups such as toic acid, glutaconic acid, α-hydromuconic acid, β-diethylsuccinic acid, hemimellitic acid, 1,4-cyclohexanedicarboxylic acid, etc. And what was manufactured by the well-known method is mentioned.
[0064]
Furthermore, in addition to the above polyester polyol, a polyester polyol produced by transesterification of a polyalkylene terephthalate polymer and a low molecular diol can also be used. Examples of the low molecular weight diol include ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, dipropylene glycol, butanediol, glycerol, trimethylolpropane, and cyclohexanedimethanol.
[0065]
Moreover, in this invention, it is preferable that the isocyanate index in a raw material liquid is 0.95-2.0. Here, the isocyanate index indicates a blending equivalent ratio (isocyanate group / active hydrogen group equivalent ratio) of the polyisocyanate and the active hydrogen group-containing compound. If the isocyanate index is less than 0.95, the compression strength of the resulting polyurethane foam may be reduced. On the other hand, when the isocyanate index exceeds 2.0, an unreacted polyisocyanate tends to remain in a normal urethanization catalyst. From the same viewpoint as described above, the isocyanate index in the raw material liquid is more preferably 1.0 to 1.5.
[0066]
The catalyst for proceeding the urethanation reaction between the polyisocyanate and the active hydrogen group-containing compound is not particularly limited, and for example, a known catalyst can be used. For example, tin compounds such as dibutyltin acetate and dibutyltin dilaurate, metal halides such as chloride, zinc chloride, zinc bromide and tin chloride, triethylenediamine, triethylamine, tripropylamine, tetramethylhexamethylenediamine, pentamethyldiethylenetriamine And amine compounds such as trimethylaminoethylpiperazine, N-methylmorpholine, N-ethylmorpholine and dimethylcyclohexylamine. Moreover, a well-known quaternary ammonium salt compound, a trimerization catalyst, etc. are mentioned, These are used individually or in mixture.
[0067]
The foam stabilizer to be contained in the raw material liquid is not particularly limited, and for example, all those effective in the production of rigid polyurethane foam can be used. For example, a polyoxyalkylene-based foam stabilizer such as polyoxyalkylene alkyl ether or a silicone-based foam stabilizer such as organosiloxane may be used.
[0068]
Next, a foam formation process is demonstrated. In the foam formation process, the polyol component (active hydrogen compound) containing the foaming agent and the polyisocyanate component are mixed and discharged onto the housing in the mixing chamber of the gun 150, so that the polyisocyanate and the active hydrogen compound are mixed. At the same time as the reaction proceeds and polyurethane is formed, a foam (cell) structure is formed by the foaming agent, and curing proceeds and a polyurethane foam is formed on the housing. Here, the frame is a concrete retaining wall, the ground, or a non-woven fabric or resin layer laid (constructed) on the ground.
[0069]
Here, the raw material liquid 160 released from the gun 150 is close to the temperature of the external atmosphere before reaching the enclosure or due to the cooling effect of carbon dioxide in the supercritical state, subcritical state, or liquid state used as a foaming agent. It is rapidly cooled to the following temperature. For this reason, in the conventional foam production method for heating the raw material liquid, the foaming agent has a large loss due to the volatility of the foaming agent used. Then, due to the above cooling effect, cell nuclei in the polyurethane foam are stably formed, and at the same time, most of the volatile foaming agent remains in the foam cell and the foam cell size is reduced by foaming into the casing. Useful for smoothness and bubble stability. In addition, since the cell size is fine, a tougher and lighter polyurethane foam can be obtained. Although the distance from the gun 150 to the housing is not particularly limited, it is generally preferably 100 mm to 2000 mm from the viewpoint of workability such as diffusibility of mist.
[0070]
Moreover, the manufacturing method of the polyurethane foam of this invention can be applied to backfill use, a self-supporting wall, etc. other than the construction of the embankment mentioned later.
[0071]
Next, the embankment construction method of the present invention will be described. The banking construction method of the present invention is a banking construction method in which a raw material liquid containing a polyisocyanate, an active hydrogen compound and a foaming agent is used, and a banking containing a foam layer made of polyurethane foam is formed at the banking construction site. Any other method may be used as long as it uses carbon dioxide in a supercritical state, a subcritical state, or a liquid state as a foaming agent, and other conditions such as the construction procedure and construction location are not particularly limited. Therefore, it is preferable to use a polyurethane foam produced based on the above-described method for producing a polyurethane foam of the present invention for the foam layer.
[0072]
Since the polyurethane foam production apparatus based on the polyurethane foam production method of the present invention as shown in FIG. 1 can be made compact, a lightweight embankment having excellent strength and durability can be quickly formed at the embankment construction site. And can be easily constructed. Moreover, the load given to the environment during construction can be reduced as compared with the prior art. Furthermore, the construction period can be greatly shortened.
[0073]
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of an example of the embankment formed based on the embankment construction method of the present invention. Hereinafter, the construction method of the embankment 2 shown in FIG. 2 is demonstrated.
[0074]
First, the retaining wall 220 made of a metal plate, a concrete plate or the like is constructed on the inclined surface F300 of the steep ground 300. Next, for example, a polyurethane foam raw material liquid is injected into the gap formed between the inclined surface F300 and the retaining wall 220 using the polyurethane foam manufacturing apparatus 1 shown in FIG. 1, and the polyurethane foam is injected into the gap. A foam layer 200 is formed. As a method for forming the foam layer 200, a method in which a layer having a layer thickness of about 30 to 100 mm is sequentially stacked from the lower side closer to the ground to prevent cracking is preferable. Next, a concrete floor board (not shown) is applied to the upper surface of the foam layer 200 from the retaining wall 220 to the inclined surface F300, and asphalt is laid thereon to complete the paved road 230. At this time, the anchor 250 is connected to the paved road 230 and the retaining wall 220 is reinforced by embedding the anchor 250 in the ground 300.
[0075]
A polyurethane coating layer may be formed between the foam layer 200 made of polyurethane foam and the inclined surface F300 as necessary. Further, since the foam layer 200 made of polyurethane foam has no water permeability, a drainage passage (not shown) may be provided to drain rainwater flowing along the inclined surface F300, and a water permeable layer made of nonwoven fabric or the like. (Not shown) may be provided between the foam layer 200 and the inclined surface F300. Furthermore, the anchor wall 220 may be reinforced by connecting an anchor (not shown) to the retaining wall 220 and embedding the anchor in the ground 300.
[0076]
The preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, but the present invention is not limited to the above embodiment.
[0077]
For example, in the above-described embodiment, in the raw material liquid preparation step, the supercritical state, the subcritical state, or the liquid state carbon dioxide that becomes the foaming agent has been described as being mixed with the active hydrogen compound prior to the polyisocyanate. The present invention is not limited to this, and the supercritical state, subcritical state or liquid state carbon dioxide may be mixed into the polyisocyanate prior to the active hydrogen compound. You may mix in both. For example, it is good also as a structure which mixes liquefied carbon dioxide with polyisocyanate by changing the installation position of the active hydrogen compound storage container 50 and the polyisocyanate storage container 110 in FIG. Further, in FIG. 1, the fluid line L30 may be branched and connected to, for example, the fluid line L120, and the liquefied carbon dioxide in the fluid line L30 may be mixed with both the polyisocyanate and the polyol.
[0078]
The polyurethane foam manufacturing apparatus 1 may be provided with heat retaining means (not shown) such as a heater for keeping the gun itself 150 warm from the viewpoint of keeping the temperature of the sprayed liquid constant. . Furthermore, from the viewpoint of maintaining the temperature of the fluid flowing through each fluid line constituting the apparatus, heat retaining means (not shown) such as a heater for retaining each fluid may be provided.
[0079]
Furthermore, in the polyurethane foam manufacturing apparatus 1 described above, the case where the raw material liquid is discharged to the outside using the gun 150 equipped with the spray nozzle has been described, but the means for discharging the raw material liquid to the outside is particularly limited to this. For example, a mixing head may be used.
[0080]
【Example】
Hereinafter, although the content of the construction method of the embankment of this invention and the manufacturing method of the polyurethane foam for civil engineering of this invention is given in more detail with an Example and a comparative example, this invention is not limited to these Examples at all.
[0081]
(Example 1 to Example 14)
Polyol A (sucrose amine polyether polyol, hydroxyl value: 300 KOH mg / g, viscosity (25 ° C.); 1500 mPa · s), polyol B (ethylene diamine polyether polyol, hydroxyl value: 760 KOH mg / g) at the mixing ratio shown in Table 1. g, viscosity (25 ° C.); 50000 mPa · s), a liquid containing a polyol containing a foam stabilizer (silicone foam stabilizer), a catalyst (pentamethyldiethylenetriamine), a viscosity modifier (trischloropropyl phosphate) and water. Was prepared. On the other hand, polyisocyanate (polymethylene polyphenyl polyisocyanate, NCO group content; 31% by mass, viscosity (25 ° C.); 350 mPa · s) was prepared.
[0082]
Then, using H-2000 foaming machine manufactured by Gasmer Admiral and Model GX-7 gun manufactured by Gasmer Admiral, the polyol and polyisocyanate are mixed, and carbon dioxide as a foaming agent is further mixed into the raw material. The liquid was discharged toward a wooden box having an opening (a rectangular parallelepiped having an internal space of 1800 × 1800 × 1000 mm) to form a polyurethane foam inside the wooden box. The injection conditions of the raw material liquid at this time are shown in Tables 2 and 3.
[0083]
The carbon dioxide content shown in Table 2 is a value represented by 100 × (mass of introduced carbon dioxide) / (total mass of raw material liquid containing carbon dioxide). In addition, the polyurethane foam layer formed inside the wooden box is formed so as to have a height of 50 mm by one discharge, and then repeatedly laminated at intervals of 10 minutes, and finally has a height of 1000 mm. Formed as follows. Moreover, in preparation of the raw material liquid of Example 1- Example 14, Example 1- Example 12 and Example 14 mix a carbon dioxide beforehand with a polyol, and in Example 13, carbon dioxide is mixed beforehand with a polyisocyanate. did.
[0084]
In addition, the value of “NCO / OH” in Tables 2 to 5 indicates the aforementioned isocyanate index.
[0085]
(Example 15 to Example 18)
Urethane foams were produced in the same procedure as in Examples 1 to 14, except that the mixing ratio of carbon dioxide and water was changed to the values shown in Table 4.
[0086]
(Comparative Example 1 and Comparative Example 2)
Except that carbon dioxide was not used, urethane foam was produced in the same procedure as in Examples 1 to 14 with the compounding ratio shown in Table 1.
[0087]
[Evaluation test]
Regarding the polyurethane foam layers of Examples and Comparative Examples obtained as described above, the degree of occurrence of cracks in the polyurethane foam, the state of cells formed inside the polyurethane foam, the internal temperature of the polyurethane foam, the polyurethane foam The density and compressive strength of the polyurethane foam were evaluated by the following methods, and the results are shown in Tables 2 to 5.
[0088]
(1) Evaluation of the degree of occurrence of cracks in polyurethane foam
After the lapse of 24 hours from immediately after the formation of the polyurethane foam layer, the polyurethane foam layer was divided into two equal parts and visually observed to determine whether or not cracks were observed inside.
[0089]
(2) the state of the cells formed inside the polyurethane foam;
Good mixing of polyol and polyisocyanate, cells distributed finely and uniformly, 3 with no unevenness, 2 with slightly rough but unevenness, 1 with poor mixing and coarseness with unevenness, 1 did.
[0090]
(3) Internal temperature of polyurethane foam
The maximum temperature at the center of the formed polyurethane foam layer was measured with a thermocouple to determine the internal temperature of the polyurethane foam. This temperature is preferably 100 ° C. to 170 ° C. from the viewpoint of preventing thermal deterioration of the polyurethane foam itself. When the temperature exceeds 170 ° C. to 200 ° C., the thermal deterioration of the polyurethane foam itself proceeds.
[0091]
(4) Density of polyurethane foam
A test piece of 100 × 100 × 30 mm was taken from a portion of the polyurethane foam layer where there was no crack, and the density of the polyurethane foam was measured according to the density measuring method specified in JIS A9511.
[0092]
(5) Compressive strength of polyurethane foam
A test piece of 100 × 100 × 30 mm was taken from a portion of the polyurethane foam layer where there was no crack, and the compressive strength at 1% strain of the polyurethane foam was measured according to the compressive strength measuring method specified in JIS K7220.
[0093]
[Table 1]

[0094]
[Table 2]

[0095]
[Table 3]

[0096]
[Table 4]

[0097]
[Table 5]

[0098]
(Example 19)
On the steep ground 300 similar to the ground shown in FIG. 2, the bank 2 having the same configuration as that shown in FIG. 2 was tested based on the banking construction method of the present invention and the polyurethane foam manufacturing method. Was made. In addition, when forming a polyurethane foam in the space | gap part {maximum depth (height); 3000 mm, maximum width; 3000 mm, length; 4000 mm} formed between the inclined surface F300 and the retaining wall 220 which consists of a concrete board. The conditions were the same as in Example 7 described above.
[0099]
Further, when forming the foam layer 200 made of polyurethane foam, the amount of the raw material liquid discharged at one time toward the ground 300 is adjusted so that the height of the foam layer 200 is 50 mm. The height was 1500 mm and the formation of the foam layer 200 was completed over 2 days. In the foam layer 200 made of polyurethane foam actually formed, the generation of cracks was not recognized inside because the internal heat generation amount during formation was small. In addition, the foam layer 200 was formed as a tough and highly durable structure that was well adapted to the shape of the inclined surface F300 of the ground 300 at the construction site and integrated therewith.
[0100]
【The invention's effect】
As described above, according to the embankment construction method of the present invention, a lightweight embankment having excellent strength and durability can be constructed quickly and easily at the embankment construction site, and the load applied to the environment during construction can be increased. It can be made sufficiently small. In addition, according to the method for producing a polyurethane foam for civil engineering of the present invention, a polyurethane foam having excellent strength and durability can be quickly and easily formed in an arbitrary size and shape at the place of use. The load on the inside environment can be sufficiently reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system diagram showing an example of the basic configuration of an apparatus for producing polyurethane foam based on the embankment method of the present invention and the polyurethane foam for civil engineering of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of an example of embankment formed based on the embankment construction method of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Urethane foam manufacturing apparatus, 2 ... Embankment, 10 ... Liquefied carbon dioxide cylinder, 12, 62, 64 ... Open-close valve, 20 ... Heat exchanger, 30 ... Compression metering pump, 31 ... Piston, 50 ... Active hydrogen compound storage container 60 ... chiller, 70 ... compression metering pump, 80 ... static mixer, 90 ... heater, 100 ... heating hose, 110 ... polyisocyanate storage container, 120 ... compression metering pump, 130 ... heater, 140 ... heating hose, 150 ... Gun with spray nozzle, 160 ... Raw material liquid for forming polyurethane foam, 200 ... Foam layer made of polyurethane foam, 220 ... Retaining wall, 230 ... Paved road, 250 ... Anchor, 300 ... Ground, F300 ... Inclination of ground Surface, L10 ... Fluid line, L20 ... Heat transfer tube, L21, L30, L50, L60, L61, L6 , L70, L80, L90, L110, L120, L130 ... fluid line.

Claims

Using a raw material liquid containing a polyisocyanate, an active hydrogen compound and a foaming agent, an embankment construction method for forming an embankment including a foam layer made of polyurethane foam at an embankment construction site,
Using carbon dioxide and water in the supercritical state, subcritical state or liquid state as the blowing agent ,
The amount of the carbon dioxide, the construction method of the embankment, wherein 1 to 5% by mass Rukoto relative to the total mass of the raw material liquid.

2. The embankment construction method according to claim 1 , wherein an isocyanate index in the raw material liquid is 0.95 to 2.0.

A raw material liquid preparation step of preparing a raw material liquid containing a polyisocyanate, an active hydrogen compound and a foaming agent;
Using the raw material liquid, reacting the polyisocyanate with the active hydrogen compound and advancing foam curing of the resulting polyurethane to form a polyurethane foam,
Using carbon dioxide and water in the supercritical state, subcritical state or liquid state as the blowing agent ,
The amount of the carbon dioxide, the production method of civil engineering polyurethane foam, wherein from 1 to 5% by mass Rukoto, relative to the total mass of the raw material liquid.

The isocyanate index in the said raw material liquid is 0.95-2.0, The manufacturing method of the polyurethane foam for civil engineering of Claim 3 characterized by the above-mentioned.