JP5851481B2 - 土質の安定強化止水用注入薬液組成物およびそれを用いた安定強化止水工法 - Google Patents
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Description
[1]ポリオールおよびアミン化合物を含んでなる(A)成分とイソシアネート化合物を含んでなる(B)成分とからなる、実質的に水を含まない、土質の安定強化止水用注入薬液組成物であって、
前記ポリオールが、ポリエーテルポリオール(a1)を含有するものであり、
前記アミン化合物が、一級または二級アミノ基を有するアミン化合物(b1)を含有するものである、
土質の安定強化止水用注入薬液組成物、
[2]前記ポリオールが、ヒマシ油系ポリエステルポリオール(a2)を更に含有するものである、上記[1]記載の土質の安定強化止水用注入薬液組成物、
[3]ポリエーテルポリオール(a1)のヒマシ油系ポリエステルポリオール(a2)に対する配合割合[(a1)/(a2)]が、1.3以上、好ましくは1.5以上、より好ましくは3.5以上である、上記[2]記載の土質の安定強化止水用注入薬液組成物、
[4]一級または二級アミノ基を有するアミン化合物(b1)が、ジエチルトルエンジアミン、ジエタノールアミン、1,2−プロパンジアミン、3−アミノメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキシルアミン、ヘキサメチレンジアミン、および末端アミノ化プロピレングリコール(重量平均分子量2000未満)からなる群から選ばれる少なくとも一つの化合物である、上記[1]〜[3]のいずれか1項に記載の土質の安定強化止水用注入薬液組成物、
[5](A)成分および(B)成分の粘度が、いずれも、25℃において、650mPa・Sec以下、好ましくは450mPa・Sec以下である、上記[1]〜[4]のいずれか1項に記載の土質の安定強化止水用注入薬液組成物、
[6]岩盤ないし地盤に所定間隔で複数個の孔を穿設する工程、
前記孔内に中空のボルトを挿入する工程、および、
前記ボルトの開口部より、上記[1]〜[5]のいずれか1項に記載の土質の安定強化止水用注入薬液組成物を、岩盤ないし地盤に注入し、固結させる工程
からなる、土質の安定強化止水工法、
に関する。
本発明において、(A)成分は、ポリオールおよびアミン化合物を含んでなるものである。ここに、該ポリオールは、ポリエーテルポリオール(a1)を含有するものであって、さらに、ヒマシ油系ポリエステルポリオール(a2)を含有することもできる。一方、アミン化合物は、一級または二級アミノ基を有するアミン化合物(b1)を含有するものであり、さらに、三級アミン化合物(b2)を含有することもできる。
本発明に用いられるポリエーテルポリオール(a1)としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、オクタノール、ラウリルアルコールなどのモノオール;エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ブチレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオールなどのジオールや、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などのポリオール;そのほかモノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジグリセリン、ソルビトール、蔗糖などの活性水素含有化合物の単体もしくはこれらの混合物に、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、スチレンオキシドなどのアルキレンオキシドを1種または2種以上使用し、公知の方法で付加重合して得られるモノオールまたはポリオールが挙げられる。
本発明に用いられるヒマシ油系ポリエステルポリオール(a2)は、ヒマシ油、ヒマシ油脂肪酸、ヒマシ油に水素付加した水添ヒマシ油またはヒマシ油脂肪酸に水素付加した水添ヒマシ油脂肪酸を用いて製造されたポリオールである。このようなヒマシ油系ポリエステルポリオール(a2)としては、ヒマシ油、ヒマシ油とその他の天然油脂とのエステル交換物、ヒマシ油と多価アルコールとの反応物、ヒマシ油脂肪酸と多価アルコールとのエステル化反応物、水添ヒマシ油、水添ヒマシ油とその他の天然油脂とのエステル交換物、水添ヒマシ油と多価アルコールとの反応物、水添ヒマシ油脂肪酸と多価アルコールとのエステル化反応物、および、これらにアルキレンオキサイドを付加重合したポリオールなどが挙げられる。このうち、ヒマシ油が最も好ましい。
前記ポリエーテルポリオール(a1)およびヒマシ油系ポリエステルポリオール(a2)の配合割合(質量比)は、(a1)/(a2)が1.3以上であり、より好ましくは1.5以上、さらに好ましくは3.5以上である。1.3未満の場合には、硬化物の圧縮強度が低下する傾向がある。該配合割合は、最も好ましくは、約4.0である。この場合の「約」とは、±0.1程度の変動を許容する趣旨である。
本発明に用いられる、一級または二級アミノ基を有するアミン化合物(b1)としては、例えば、モノメチルアミン、モノエチルアミン、モノブチルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジn−プロピルアミン、ジイソプロピルアミン、ジブチルアミン、ジアミルアミン、ジヘキシルアミン、メチルエチルアミン、メチルプロピルアミン、メチルイソプロピルアミン、エチルプロピルアミン、エチルイソプロピルアミン、N−メチルドデシルアミン、ビス(2−エチルヘキシル)アミン等のアルキルモノアミン;モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン等のアルカノールモノアミン;シクロペンチルアミン、シクロヘキシルアミン、N−メチルシクロヘキシルアミン、N−エチルシクロヘキシルアミン、またはジシクロヘキシルアミン等の脂環式モノアミン;N−メチルベンジルアミン、ジベンジルアミン、ベンジルアミン、p−メチルベンジルアミン等の芳香族モノアミン;モルホリン、ピロリジン、ピペリジンまたは1Hピラゾール等のヘテロ環式モノアミン;ヒドラジン;エチレンジアミン、1,2−ジアミノプロパン、1,3−ジアミノプロパン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ヘプタメチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、ネオペンタンジアミン等の脂肪族ジアミン;4,4'−ジアミノシクロヘキシルメタン、イソホロンジアミン、ビスアミノメチルシクロヘキサン、2,5−または2,6−ジアミノメチルビシクロ〔2,2,1〕ヘプタン、ジアミノシクロヘキサン、ジエチルトルエンジアミン等の脂環式ジアミン;ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルエーテル、キシリレンジアミン、フェニレンジアミン、3,5−ジエチル−2,4−ジアミノトルエン、3,5−ジエチル−2,6−ジアミノトルエン等の芳香族ジアミン;ジエチレントリアミン等の脂肪族トリアミン;1,3,5−トリス(アミノメチル)ベンゼン、1,3,5−トリス(アミノメチル)シクロヘキサン等の芳香族または脂環式トリアミン;水、エチレングリコール、プロピレングリコール等にプロピレンオキサイドおよび/またはエチレンオキサイドを付加重合して得たポリオキシアルキレングリコール類のヒドロキシル基をアミノ基に変換して得られるポリオキシアルキレンジアミン;グリセリン、トリメチロールプロパン等にプロピレンオキサイドおよび/またはエチレンオキサイドを付加重合して得たポリオキシアルキレントリオール類のヒドロキシル基をアミノ基に変換して得られるポリオキシアルキレントリアミン等が挙げられる。
本発明において、三級アミン化合物(b2)としては、公知のものを特に制限なく用いることができ、例えば、N,N−ジメチルオクチルアミン、N,N−ジメチルラウリルアミン、N,N,N',N'−テトラメチルヘキサメチレンジアミン、N,N,N',N'−テトラメチルプロピレンジアミン、N,N,N',N'−テトラメチルエチレンジアミン、N,N,N',N',N''−ペンタメチルジエチレントリアミン、トリメチルアミノエチルピペラジン、ビス−(ジメチルアミノエチル)エーテル、ヘキサヒドロ−S−トリアジン、トリエタノールアミン、トリエチレンジアミン、2−メチルトリエチレンジアミン、N,N−ジメチルアミノエチルモルホリン、ジメチルアミノプロピルイミダゾール、ヘキサメチルトリエチレンテトラミン、ヘキサメチルトリプロピレンテトラミン、N,N,N−トリス(3−ジメチルアミノプロピル)アミンなどが挙げられる。
本発明に係る(A)成分には、上記した各成分の他に、必要に応じて、シリコン系整泡剤、希釈剤、難燃剤、顔料、無機充填剤、架橋剤、カップリング剤等の公知の添加剤を、本発明の目的を損なわない範囲で加えることができる。
本発明において、(A)成分は、作業性の観点から、その粘度は、25℃において、650mPa・sec以下であることが好ましく、より好ましくは600mPa・sec以下、さらに好ましくは450mPa・sec以下である。
本発明において、(B)成分は、イソシアネート化合物を含んでなるものである。
イソシアネート化合物としては、ジフェニルメタンジイソシアネートおよびその異性体、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート(ポリメリックMDI)、トリレンジイソシアネート、クルードトリレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート、水添ジフェニルメタンジイソシアネート、トリメチレンキシリレンジイソシアネートなどのポリイソシアネートの単独または混合物;これらポリイソシアネートのカルボジイミド変性体や、触媒を加えて2量体または3量体としたもの:これらポリイソシアネートを、前記ポリエーテルポリオール(a1)またはヒマシ油系ポリエステルポリオール(a2)と反応させてなるイソシアネート基末端ウレタンプレポリマーの単独または混合物などが挙げられる。
本発明に係る(B)成分には、その他の成分として、必要に応じて、(A)成分の項で説明した従来公知の添加剤を、本発明の目的を損なわない範囲で加えることができる。
本発明において、(B)成分は、作業性の観点から、その粘度は、25℃において、650mPa・sec以下であることが好ましく、より好ましくは600mPa・sec以下、さらに好ましくは450mPa・sec以下である。
本発明の土質の安定強化止水注入薬液組成物は、その(A)成分および(B)成分のいずれにも、実質的に水を含まないものである。このため、硬化物が十分な強度を有する。したがって、漏水や湧水のある岩盤ないし地盤への適用による止水において特に有用となる。
本発明に係る(A)成分と(B)成分は、使用時混合することにより、硬化物を形成する。
(A)成分と(B)成分の混合比は、(A)成分中のポリオールのOH基およびNH2基と、(B)成分中のNCO基との反応当量比、すなわち、(OH+NH2)/NCOが、1/5〜5/1の範囲にあるのが好ましく、より好ましくは1/3〜2/1である。かかる反応当量比が前記範囲よりも大きい場合には、硬化物が柔かく、その強度が非常に小さくなる傾向があり、また前記範囲よりも小さい場合には、硬化時間が長くなり、また固結体の強度が小さく脆くなる傾向がある。
本発明の土質の安定強化止水注入薬液組成物は、それぞれ20℃に調整した(A)成分と(B)成分とを混合した際のゲルタイムが、25〜55秒であることが好ましい。ゲルタイムが25秒未満であると作業性が悪化する傾向があり、一方、55秒超であると白濁が生じる傾向があり、好ましくない。ここで、ゲルタイムとは、総量30gの(A)成分と(B)成分をそれぞれ20℃とした後ハンドミキシングにより混合する際に、ゲル化するまでの時間(すなわち、硬化が進行し、糸引きが始まる時間)をいう。
本発明の土質の安定強化止水注入薬液組成物は、漏水や湧水によって硬化物が流出した際の環境への悪影響を低くする意味から、硬化物の発泡倍率は低いことが好ましく、例えば、12倍以下であり、より好ましくは11倍以下、さらに好ましくは9倍以下である。一方、発泡倍率の下限値について、特に限定はないが、通常、2倍以上である。本発明において、発泡倍率とは、硬化反応終了後の硬化物の体積を、原料たる(A)成分および(B)成分の体積で除することにより、算出される値である。発泡倍率は、(A)成分100質量部に対して水1質量部を加えたものに、(B)成分を混合し、発泡させることにより測定される。
本発明の土質の安定強化止水注入薬液組成物において、硬化物の圧縮強度は、漏水や湧水の流出を防ぐ観点から、20MPa以上であることが好ましく、より好ましくは30MPa以上、さらに好ましくは40MPa以上、さらに好ましくは45MPa以上である。硬化物の圧縮強度は、(A)成分と(B)成分を、水を添加することなくそのまま混合して硬化させた硬化物について、JIS A 9511に準拠して、10mm×10mm×10mmの試験片を切り出して、インストロン万能試験機で測定するものである。
本発明において、(A)成分および(B)成分を混合した後、該混合物を10倍量の水に投入し、反応終了後、上澄み液を採取して測定されるpHは、5〜9であることが好ましい。
本発明の土質の安定強化止水注入薬液組成物は、例えばトンネル掘削の際、切羽天端の崩落防止や緩みの拡大防止を目的として行われるウレタン系注入式フォアポーリング工法または注入式長尺先受工法(AGF工法)において、破砕帯を有する岩盤や不安定軟弱地盤の固結による安定化・強化、地山とコンクリートセグメントの間の空隙などの充填による安定化・強化、土砂、岩石、レンガ、石炭などの空洞の封止による安定化・強化、コンクリートなどの人工構造物のクラックなどの補修、補強による安定化・強化、および、漏水や湧水のある岩盤ないし地盤への適用による止水などのために、岩盤または地盤に注入固結される。
(ポリエーテルポリオール(a1))
ポリオール(a1−1):グリセリンにプロピレンオキサイドを付加重合した平均水酸基価480mgKOH/gのポリエーテルポリオール(商品名:DKポリオールG480、第一工業製薬(株)製)
ポリオール(a1−2):プロピレングリコールにプロピレンオキサイドを付加重合した平均水酸基価280mgKOH/gのポリエーテルポリオール(商品名:ハイフレックスD400、第一工業製薬(株)製)
ポリオール(a1−3):ソルビトールにプロピレンオキサイドを付加重合した平均水酸基価550mgKOH/gのポリエーテルポリオール(商品名:エクセノール550SO、旭硝子(株)製)
ポリオール(a1−4):グリセリンにプロピレンオキサイドを付加重合した平均水酸基価56mgKOH/gのポリエーテルポリオール(商品名:ハイフレックスG3000C、第一工業製薬(株)製)
ポリオール(a2−1):ヒマシ油(商品名:ヒマシ油D、伊藤製油(株)製)
ポリオール(a2−2):官能基数1、平均水酸基価160のヒマシ油系ポリエステルポリオール(商品名:URIC H−31、伊藤製油(株)製)
ポリオール(a2−3):官能基数3、平均水酸基価200のヒマシ油系ポリエステルポリオール(商品名:URIC H−52、伊藤製油(株)製)
ポリオール(a2−4):官能基数3、平均水酸基価340のヒマシ油系ポリエステルポリオール(商品名:URIC H−81、伊藤製油(株)製)
ポリオール(a2−5):官能基数5、平均水酸基価320のヒマシ油系ポリエステルポリオール(商品名:URIC H−102、伊藤製油(株)製)
アミン化合物(b1−1):ジエチルトルエンジアミン(商品名:DETDA80、ロンザジャパン(株)製)
アミン化合物(b1−2):ジエタノールアミン((株)日本触媒製)
アミン化合物(b1−3):1,2−プロパンジアミン(和光純薬工業(株)製)
アミン化合物(b1−4):3−アミノメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキシルアミン(和光純薬工業(株)製)
アミン化合物(b1−5):ヘキサメチレンジアミン(ナカライテスク(株)製)
アミン化合物(b1−6):末端アミノ化ポリプロピレングリコール(商品名:ジェファーミンD−2000、ハンツマン社製)
アミン化合物(b2−1):トリエタノールアミン((株)日本触媒製)
アミン化合物(b2−2):トリエチレンジアミン(商品名:TEDA−L33、東ソー(株)製)
イソシアネート化合物1:ポリメリックMDI(商品名:フォームライトNE2000B、BASF INOACポリウレタン(株)製)
イソシアネート化合物2:ポリメリックMDI(商品名:フォームライトNE5000B、BASF INOACポリウレタン(株)製)
(A)成分からなる液をA剤、(B)成分からなる液をB剤とし、表1記載の配合に従い原料を適宜混合することにより、A剤およびB剤をそれぞれ調製した。
A剤およびB剤について、JIS K−7117−1に準じ、BL型粘度計(東機産業(株)製)にて、25℃における粘度(mPa・Sec)を測定した。
(ゲルタイム)
表1記載の配合に従い調製したA剤およびB剤を、表1に記載の混合比で、合計30gとなるように別々に調製した。A剤およびB剤の温度をいずれも20℃とした後、該A剤およびB剤をハンドミキシングにより混合し、ゲルタイム(硬化が進行し糸引きが始まる時間)を測定した。
表1記載の配合に従い調製したA剤およびB剤を、表1に記載の混合比で、合計30gとなるように別々に調製した。A剤にのみ、A剤100質量部に対して1質量部の水を加えた。該A剤およびB剤の温度をいずれも20℃とした後、該A剤およびB剤をハンドミキシングにより混合し、発泡開始時間および発泡終了時間を測定した。硬化反応終了後、硬化物の体積を、原料たるA剤およびB剤の最初の体積で除することにより、発泡倍率を算出した。
表1記載の配合に従い調製したA剤およびB剤を、表1に記載の混合比で、合計30gとなるように別々に調製した。該A剤およびB剤の温度をいずれも20℃とした後、該A剤およびB剤をハンドミキシングにより混合し硬化物を得た。該硬化物から、10mm×10mm×10mmの試験片を切り出し、JIS A 9511に準拠して、インストロン万能試験機で測定した。
表1記載の配合に従い調製したA剤およびB剤を、表1に記載の混合比で、合計30gとなるように別々に調製した。A剤およびB剤をいずれも20℃とした後、調整したA剤およびB剤を10秒間ハンドミキシングにより混合し、次いで、該混合物を速やかに300gの水を入れた容器に投入した。該容器に蓋をし、A剤およびB剤の混合開始から30秒後に、該容器全体を激しく上下に振とうし、10秒間継続した。発泡終了後、容器内から水を採取し、水の濁りを、目視および分光光度計(日立分光光度計U−3900H((株)日立ハイテクノロジーズ製)で測定した500nmにおける光の透過率(%))で測定した。透過率は50%以上であることが好ましい。
Claims (5)
- ポリオールおよびアミン化合物を含んでなる(A)成分とイソシアネート化合物を含んでなる(B)成分とからなる、実質的に水を含まない、土質の安定強化止水用注入薬液組成物であって、
前記ポリオールが、ポリエーテルポリオール(a1)と、ヒマシ油系ポリエステルポリオール(a2)とを含有するものであり、
前記アミン化合物が、一級または二級アミノ基を有するアミン化合物(b1)を含有するものである、
土質の安定強化止水用注入薬液組成物。 - ポリエーテルポリオール(a1)のヒマシ油系ポリエステルポリオール(a2)に対する配合割合[(a1)/(a2)]が、1.3以上である、請求項1記載の土質の安定強化止水用注入薬液組成物。
- 一級または二級アミノ基を有するアミン化合物(b1)が、ジエチルトルエンジアミン、ジエタノールアミン、1,2−プロパンジアミン、3−アミノメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキシルアミン、ヘキサメチレンジアミン、および末端アミノ化プロピレングリコール(重量平均分子量2000未満)からなる群から選ばれる少なくとも一つの化合物である、請求項1または2記載の土質の安定強化止水用注入薬液組成物。
- (A)成分および(B)成分の粘度が、いずれも、25℃において、650mPa・Sec以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の土質の安定強化止水用注入薬液組成物。
- 岩盤ないし地盤に所定間隔で複数個の孔を穿設する工程、
前記孔内に中空のボルトを挿入する工程、および、
前記ボルトの開口部より、請求項1〜4のいずれか1項に記載の土質の安定強化止水用注入薬液組成物を、岩盤ないし地盤に注入し、固結させる工程
からなる、土質の安定強化止水工法。
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