JP5121704B2 - 土手、山腹／丘陵、及び斜面、並びに流動する水中に少なくとも部分的に存在する構造体を、鉱物粒子とエポキシ樹脂とを含む複合材料により、安定化し、保護する方法 - Google Patents

Description

本発明は、土手、山腹/丘陵、及び斜面、並びに流動する水中に少なくとも部分的に存在する構造体、例えば支持部材及び建築部材を、鉱物粒子、好ましくは石、特に粉砕した岩と、エポキシ樹脂とを含む複合材料により、安定化し、且つ保護する方法に関する。

流水を調整するために、土手、特に土手の斜面の安定化が必要となることが多い。新たに建設を行う場合や、特に水路及び堤防の修復を行う場合には、土手の少なくとも一部を安定化しなければならない。

現在では、粉砕した岩や高品質のコンクリートを含む複合体が予め製造されており、上記のような修復箇所に配設される。しかしながら、この方法では、土手の損傷箇所を現場で修復することは不可能である。更に、修復に用いる部品は一般にその重量が非常に大きい。また、コンクリートは弾性に乏しいため不具合がある。すなわち、コンクリートは応力に耐性を有さず、その複合体は分離しやすい。

土手の損傷箇所を現場で修復するために、タール組成物又は湿潤コンクリート又は湿潤モルタルを土手の斜面の粉砕した岩上に放出して硬化させ、強化することも可能である。この方法によると、土手の斜面の強化は所定の時間に完成する。しかし、完成までの間にはフェノール化合物又は他の環境上有害な化合物がタールから放出するという、特に環境／生態上の不具合が生ずる。更に、上記方法によると、構造体が実質的に間隙のない構造となり、土手内部の全ての空隙部分が充填されている状態となる。

鉱物成分を含む成形体を製造するため、及び、特に鉱業の分野で、岩の層を安定化するためにポリウレタンを用いることは公知である。

すなわち、ＤＥ３５０２９９７号は、鉱業においてポリウレタンフォームを用い地質形態／組織を強化するための方法が記載されている。ここで、強化対象の組織にはドリルで孔が設けられ、この孔にポリウレタン反応のための液体成分を投入した後に、孔が閉鎖される。そして、ポリウレタンが発泡し、岩組織の開口に広がる。しかしながら、ポリウレタンが発泡する間に水が浸入するとフォームが破壊することになるため、この方法は斜面、特に土手の斜面の修復に使用することはできない。

ＤＥ１０２４１２９３号には土手を安定化するための方法が記載されている。同文献によると、強疎水性の緻密なポリウレタンを、安定化を行う土手部分に施与する。しかしながら、この方法を行うためには、対応の土手部分が均一な表面を有していることが必要となる。

この方法の他の実施の形態において、岩、好ましくは粉砕した岩を金型に導入し、そこにポリウレタン組成物を添加することにより成形体を製造する。ここで、ポリウレタン組成物とはポリウレタンを製造するための出発成分の液体反応混合物を意味する。硬化の後に得られた成形体は土手の斜面に設置される。

しかしながら、上記双方の方法では、岩上へのポリウレタンの均一分布が実現されない。土手上にポリウレタンを分布させる場合、特に不均一な地盤では斜面の強化／固化の状態が不十分となる。

ＤＥ３５０２９９７号 ＤＥ１０２４１２９３号

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、土手、山腹/丘陵、及び斜面、又は流動する水中に少なくとも部分的に存在する構造体を安定化し、且つ保護する方法であって、土手の強度を増大させ、安定化して、大きな機械応力に耐性を与える簡単な方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明者等は、土手、山腹/丘陵、及び斜面、又は構造体を、エポキシ樹脂と、相互に分離した鉱物粒子（loose mineral particles）とを含む複合材料により、安定化し、且つ保護する方法を見出した。

本発明の方法では、エポキシ樹脂の液体出発成分を、鉱物粒子に導入し、エポキシ樹脂を硬化させる。本発明では、第一段階としてエポキシ樹脂の液体出発成分を鉱物粒子と混合器中で混合することが可能であり、第二段階では同混合物を安定化対象の土手部分又は流動する水中に部分的に存在する構造体、例えば支持部材及び構造部材上に放出する。更に、エポキシ樹脂の混合物と鉱物粒子との混合物を金型に導入してもよく、金型中でエポキシ樹脂の硬化を行う。得られた成形体は安定化対象の土手部分又は流動する水中に少なくとも部分的に存在する構造体、例えば支持部材及び構造部材上に施される。

すなわち、本発明では、エポキシ樹脂と、相互に分離した鉱物粒子とを含む複合体を製造する方法であって、
ａ）相互に分離した鉱物粒子と、エポキシ樹脂の液体出発成分を混合器にて混合し、
ｂ）得られた混合物を混合器から放出し、
ｃ）エポキシ樹脂を硬化させる方法が提供される。

相互に分離した鉱物粒子とは、好ましくは石、特に好ましくは粉砕された岩、特に粉砕された花崗岩である。鉱物粒子の粒径は１〜５０ｃｍであり、特に好ましくは１〜２０ｃｍ、非常に好ましくは２〜１５ｃｍ、極めて好ましくは２．５〜６．５ｃｍである。

相互に分離した鉱物粒子と、エポキシ樹脂の出発成分とを混合するための混合器としては、原則として、鉱物粒子をエポキシ樹脂の液体出発成分でほぼ完全に湿潤可能である全ての機器を使用することができる。ドラム等の開放容器を含む混合器（ミキサー）であって、内容器を装填したものが極めて好適であることがわかっている。混合は、ドラムを回転させるか、内容器を動かして行う。

上述の混合物は、コンクリートミックスの製造に係る建築産業等で公知であり、使用される。

安定化対象の表面に混合物を直接施与する場合には、ミキサーを、トラクター、フロントローダー又はトラック等の自動車に付属させておくと有効である。同実施の形態によると、混合物を施与すべき場所ごとに、混合物を移送することができる。混合器が空になった後には、例えばレーキを用いて混合物を手作業にて分配することができる。

本発明の方法の一実施の形態では、鉱物粒子とエポキシ樹脂の液体出発成分との混合は、連続的に行われる。この目的のために、鉱物粒子とエポキシ樹脂の液体出発成分が混合器に連続的に導入され、湿潤した鉱物粒子が連続的に放出される。この操作では、鉱物粒子を十分に湿潤させるために必要な期間に亘り、混合器中に出発材料を確実に存在させる必要がある。エポキシ樹脂の液体出発成分により湿潤した鉱物粒子が安定化に必要な量で放出されるように、安定化対象部分に沿って所望の速度にて移動可能な混合器を用いると好ましい。静止状態で連続的に混合手段を稼動し、混合器から放出した湿潤状態の鉱物粒子を所望の場所に運搬することも可能である。

本発明の方法を連続的に行う他の実施の形態では、混合器を回転ドラムとし、これに鉱物粒子を連続的に導入する。ドラムはノズルを具備し、ノズルからエポキシ樹脂の出発成分が鉱物粒子上に連続的に分配される。これによると、ドラムの回転により、エポキシ樹脂と鉱物粒子との十分な混合が確実に行われる。そして、エポキシ樹脂／鉱物粒子複合材料は、ドラム端部の開口から連続的に放出される。回転ドラムは水平であってもよいが、放出を促進するために所定角度にて傾斜していてもよい。

連続法の他の実施の形態では、トンネル内を移動するコンベヤベルト上で鉱物粒子を連続的に運搬してもよい。トンネルはエポキシ樹脂の出発材料を鉱物粒子上に連続的に放出するための開口を有する。コンベヤベルトの端部では、鉱物粒子が開放部を有する混合ドラム内に落下し、ここから複合材料が放出される。運搬速度は調節可能である。

複合材料を含む層の厚さは、好ましくは３ｃｍ以上、特に好ましくは１０ｃｍ以上、特に好ましくは１０ｃｍ以上である。膜厚が小さいとき、特に３ｃｍ未満の層では、安定性が不十分となることが多い。最大膜厚は場所の状態にもよるが、例えば５メートル以下とされる。

成形体の製造では、相互に分離した状態の鉱物粒子とエポキシ樹脂の液体出発成分とを混合した後、その混合物を金型に導入する。金型は上部が開放していることが好ましく、金型中でエポキシ樹脂が硬化する。このように製造された複合体が土手に施される。成形体は１００±５０×１００±５０×１５±１０ｃｍの寸法とされると好ましい。

混合時間は、少なくとも鉱物粒子が液体混合物により、できる限り完全に湿潤し、エポキシ樹脂が硬化しない長さとされる必要がある。

他の実施の形態において、相互に分離した鉱物粒子を所望の厚さで安定化対象の土手に施し、スプレーガンなどの好ましい機器によりエポキシ樹脂の液体出発成分を既に配置されている鉱物粒子に施し、次いで硬化させることも可能である。しかしながら、この方法は、混合器中で鉱物粒子を液体出発材料と混合する方法と比較して、エポキシ樹脂の分配が更に不均一となり、エポキシ樹脂の存在しない箇所が生ずることを排除することができないという不具合を有する。更に不完全な付着状態の砂や土等の不純物が存在する場合には、鉱物粒子同士の付着や、複合体材料の安定性に不都合が生ずる場合がある。

これとは対照的に、鉱物粒子をエポキシ樹脂の液体出発成分と混合器中で混合する場合には、表面に不純物が不完全な状態で付着している上述のような鉱物粒子を用いることも可能である。これらの不純物は、混合工程での機械応力により鉱物粒子の表面から分離するため、鉱物粒子相互の付着を損なうことがないからである。

本発明の方法の好ましい実施の形態において、複合材料の表面に砂を施すことも可能である。表面に対して砂を確実に付着させるために、エポキシ樹脂の硬化が完了する前に砂を添加する。

所望の種類の砂を使用することができる。天然の砂であっても、スラグ砂又は粉砕したスラグ砂等の人工の砂であってもよい。

好ましくは、石英砂が用いられる。

砂の粒径は広範囲に選択可能であり、一般には０．００２〜２ｍｍであると好ましい。微砂、すなわち粒径０．０６〜０．２ｍｍの砂、粒径０．２〜０．６ｍｍの中粒砂、及び／又は粒径０．６〜２．０ｍｍの粗粒砂が好ましく使用される。

砂の使用量は、複合材料の表面が実質的に被覆されるが、成形体の気孔が閉塞されることはないように選択される。砂の使用量は２〜４ｋｇ／ｍ²（成形体面積あたり）とされると好ましい。

砂は鉱物粒子間の接点を補強する役割を果たす。更に、砂は複合材料のUV保護効果を増大させる。

砂によりもたらされた表面粗さは、配置した複合材料上への植物や蘚類等の生物の定着を促進する。これは、本発明の複合材料を自然保護区に配置する場合等に有効である。

エポキシ樹脂と鉱物粒子の使用割合は、複合体に十分な強度が与えられるように選定される。この場合にも、正確な使用割合は、使用対象の土手部分に対する複合材料の応力水準等により変化する。

本発明の複合材料では、鉱物粒子が、相互にほぼその接触面において結合するため間隙が生じて、当該複合材料は水透過性となる。この結果、粉砕した岩を含む複合体に付加される水によるエネルギーは、水が空隙に逃げ込むことにより、効果的に吸収され、複合材料の破壊が生ずることはない。

本発明では、土手とは、流水域、河川、又は水路等の堤を意味する。また、土手とは湖、貯水池又は海の沿岸部の岸も含む。更に、平坦な岸辺、傾斜部、ダム、プラットフォーム又は沖積堤／船着場であっても良い。また、造園、園芸又は山地等の山腹/丘陵、及び斜面を、本発明の方法により安定化し、保護を行うことができる。

本発明の方法は、更に、少なくとも部分的に水中に存在する構造体をいわゆる水面下での侵食から保護するためにも用いることができる。水面下の侵食とは、橋脚／橋の支柱でよく見られるように、一般には狭小帯域に水流が集中し、次いで更に大きな勾配が形成されて強い水流が生ずるなど、基礎構造部分が回動流（いわゆる渦巻流）により衝撃を受け、流水の水底、特に流水域の底部分が局所的に深さを増すことを示す。同様の作用が、例えば海の橋、水路の橋、及び／又は浮橋の支柱又は橋脚、波止場、例えば浮きドック、固定防波堤、船舶停泊所、乾ドック、又は埠頭における艇庫、堤防壁部、掘削装置、沖合設備、例えば風力設備、航路標識、灯台、測定用プラットフォーム、水力発電所、トンネル又は杭にも生ずる。

部分的に水中に存在する構造体を保護するためには、成形体を用いるか、又は初めに鉱物粒子をエポキシ樹脂の液体出発材料と混合し、次いで混合物を混合器から所望の部分に施して、現場にてエポキシ樹脂を硬化させる方法を用いると好ましい。所望の部分は、少なくとも部分的に水中に存在する部分である。この場合には、エポキシ樹脂の液体出発成分を分配すると、水の動きと材料の浮力により、液体成分が鉱物粒子上に均一に分配されないことがあり、不都合となりえる。

水面下での表面の侵食防止用に設置される複合材料の形状は、水流に応じて決定される。

水面下での表面の侵食防止用に設置される複合材料は、水流に応じ、構造体に直接設けられても、これらから離間して設けられてもよい。

複合材料体の上記間隙構造により流体力学的エネルギーが吸収されるので、波や流動エネルギーが急激に低下し、結果的には水面下での表面の侵食を減少させる。このため、構造体の損傷が回避され、支持部材及び構造部材の応力耐性が増大する。

本発明では、更に複合材料の修理が簡単な方法で行われるという利点を有する。

上述のように、エポキシ樹脂は液体出発成分から製造され、硬化して固相プラスチックを与える。これらのプラスチックはコンパクト（緻密な）、すなわち実質的に気孔を有さないことが好ましい。コンパクトプラスチックは多孔質のプラスチックよりも機械的安定性が大きいことで傑出している。エポキシ樹脂では気泡が生ずることはあるが、一般には問題とならない。しかしながら、気泡の発生はできる限り抑えると良い。

更に、プラスチックは疎水性であることが好ましい。これにより、水によるプラスチックの分解が抑制される。

本発明において、エポキシ樹脂は、エポキサイド基を含み、エポキサイド基と、適する硬化剤との重付加又は重合を経て得られたポリマーを意味する。本発明のエポキシ樹脂は、適する硬化剤を用いた重付加により得られることが好ましい。

エポキサイド基を含む化合物の好ましい例は、少なくとも２個のエポキサイド基を有し、室温で液体の化合物である。複数のエポキサイド基を有する異種化合物の混合物も使用可能である。このような化合物は、それぞれ疎水性であるか、複数のエポキサイド基を含み少なくとも１種類の疎水性化合物を含む混合物であると好ましい。疎水性の化合物は、例えばビスフェノールＡ又はビスフェノールＦとエピクロロヒドリンとの縮合反応により得られる。同化合物は単独で用いても、混合物として用いてもよい。

一実施の形態において、複数のエポキサイド基を含む疎水性化合物と、複数のエポキサイド基を含む自己乳化型の親水性化合物との混合物も使用される。疎水性化合物は、エポキサイド基を有する化合物の主鎖に親水基を導入することにより得られる。このような化合物とその製造法は、例えばＪＰ−Ａ−７−２０６９８２及びＪＰ−Ａ−７−３０４８５３に記載されている。

硬化剤は、エポキサイド基を有する化合物の単独重合体の触媒として作用する化合物、又はエポキサイド基又は二級ヒドロキシと共有結合反応を行う化合物、例えばポリアミン、ポリアミノアミド、ケチミン、無水カルボン酸、及びメラミン、尿素、フェノール、ホルムアルデヒドアダクトである。一級又は二級アミノ基、例えばジエチレントリアミン、トリエチレンテトラアミン、プロピレンジアミン又はキシレンジアミンと、カルボニル化合物、例えばアセトン、メチルエチルケトン、又はイソブチルメチルケトン、脂肪族、脂環式及び芳香族ポリアミン化合物及びポリアミド化合物が好ましく使用される。ケチミン又はケチミンを含む相溶性の混合物を硬化剤として用いると特に好ましい。

硬化剤に含まれる反応性基とエポキサイド基との割合は、０．７：１〜１．５：１であると好ましく、１．１：１〜１．４：１であると特に好ましい。

更に、エポキサイドを含む化合物と硬化剤の他に、溶媒、反応性希釈剤、フィラー、及び顔料を、エポキシ樹脂の製造に際して添加しても良い。このような添加剤は当業者に公知である。

本発明のエポキシ樹脂を主成分とする複合組成物の利点は、低コストであること、及びエポキシ樹脂の出発成分を簡単に処理可能なことである。例えば、処理においては健康に有害な蒸気は実質的に生じない。また、エポキシ樹脂の液体出発成分の混合物は粘度が低く、この結果、鉱物粒子との混合が簡単に行われ、経済的に計量給送が行われる。エポキシ樹脂を基礎材料とする複合材料の他の効果には優れた強度、耐侵食性、及び湿潤面でも得られる良好な付着性がある。

Claims (7)

1. エポキシ樹脂の液体出発成分と、相互に分離した粒径が１〜５０ｃｍの鉱物粒子と、を混合器中で混合することでエポキシ樹脂の液体出発成分を鉱物粒子に添加し、次に混合物を混合器から放出してそのエポキシ樹脂を硬化させることで製造される複合材料によって、土手、山腹/丘陵、及び斜面、又は流動する水中に少なくとも部分的に存在する構造体を安定化し、保護することを特徴とする安定化及び保護方法。
2. エポキシ樹脂の液体出発成分を鉱物粒子に添加した後であって、エポキシ樹脂の硬化前に、エポキシ樹脂の表面に砂を添加することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. バッチ式に行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 連続的に行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
5. 混合物を保護対象の土手、山腹/丘陵、斜面、又は構造体に直接施すか、又は保護対象の構造体に対して離間して施すことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 鉱物粒子とエポキシ樹脂の液体出発成分とを含む混合物をエポキシ樹脂の硬化前に金型に導入し、金型中で硬化させて成形体を得ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
7. 成形体を保護対象の土手、山腹/丘陵、斜面、又は構造体に当接させるか、又は保護対象の構造体に対して離間して配置することを特徴とする請求項６に記載の方法。