JP7158125B2 - 岩盤又は地盤固結用の注入薬液組成物及びそれを用いた土壌安定強化止水工法 - Google Patents

Description

本発明は、珪酸塩水溶液混合物と、ポリイソシアネート組成物からなる注入薬液組成物及び該組成物を使用して岩盤又は地盤に注入する土壌安定強化止水工法に関するものである。

不安定岩盤や不安定地盤の強化方法として、無機－有機複合系の土壌安定化のための薬液である水ガラスと称する珪酸塩水溶液とポリイソシアネート組成物との組み合わせる技術が多く開示されている。

特許文献１～３では、ポリイソシアネート組成物に粘度低下剤（反応性希釈剤・可塑剤・不活性希釈剤等）が添加されている。前記粘度低下剤は、低粘度化による岩盤や地盤への浸透性の向上や貯蔵安定性の向上等の目的で、低分子量二塩基酸のジエステル類、モノ又は多価アルコール類の酢酸エステル類、アルキレンカーボネート類等の反応性希釈剤や塩素化パラフィン、ジオクチルフタレート、ジブチルフタレート、ジオクチルアジペート等のような可塑剤やメチルエチルケトン、トルエン、キシレン、１，１，１－トリクロルエタン等の不活性希釈剤（分子中に活性水素化合物を含有しない希釈剤）等が併用できると記載されており、ほとんどの実施例にて使用されている。

なお、上記の反応性希釈剤は、特許文献１に記載のように珪酸塩水溶液のアルカリ成分によりアルカリ加水分解されることが示されており、例えばエチレングリコールジアセテートは、加水分解してエチレングリコールと酢酸が生成し、イソシアネートと反応するとされている。

これらの希釈剤や可塑剤を混合することにより、注入薬液の粘度を低下させる効果や、固化の防止効果があるため、作業性の向上、特に、寒冷地での現場施工時での粘度上昇や固化の回避や液配合時における混合性の向上、更には、特許文献１に記載のように分解生成物とポリイソシアネートとの反応により硬化性が向上し、強度のアップ等の効果が期待できるため本分野では通例として使用されてきた。場合によっては、上記の各効果と難燃性の効果を一挙に得るために難燃剤を使用する場合もある。

また、一般的には難燃剤や可塑剤等の非反応型の添加剤は、樹脂中に取り込まれた後、僅かではあるが樹脂外へしみ出してくるのが通例であるので、環境面からは好ましくない。また、反応性希釈剤であってもその未反応物が経時によりしみ出してくる可能性があるため、特に湧水、漏水がある施工現場においては粘度低下剤を使用しない方が好ましいと言える。

また、特許文献２～４では、ポリイソシアネートにエチレンオキサイド（以下ＥＯとも言う）ユニットが付加されたポリエーテルポリオールを反応させた組成物の使用が記載されている。

これらはポリイソシアネートに親水性を持つポリエーテルポリオールを変性することにより珪酸塩水溶液混合物との相溶性が向上し、安定した発泡性が期待できる。一方で、ポリイソシアネートは水と反応するイソシアネート基を持つため、親水性を付与することにより大気中の水分と反応しやすくなる。これにより、例えば貯蔵安定性の悪化による増粘や、施工時の薬液タンク内で反応固形物が発生し、ポンプの詰まりなど作業性に悪影響を及ぼす危険性が高まる。

近年におけるトンネル掘削においては、利便性向上のための距離短縮の目的から、特に湧水・漏水の多い不安定岩盤や不安定地盤においても掘削が必要となる機会が増加している。このため、薬液に関しても水分による影響を受けやすくなるため、前記した粘度低下剤の使用や親水性付与ポリイソシアネートを使用する場合は、これまで以上に溶出物や作業性の悪化に関して注意をしなければならない。

特開平４－２８３２９０号公報 特開平４－３１８０９６号公報 特開平６－２０７１７４号公報 特開平１１－１１６９５５号公報

本発明は以上のような背景技術に鑑みてなされたものであり、粘度低下剤の添加やポリイソシアネートへの親水性ポリオールの変性を行うことなく、特に湧水・漏水が多い環境下においても水分に影響されることなく安定した作業性・反応性が得られ、また、浸透性に優れ、しかも土壌汚染をひきおこす可能性の低い岩盤固結用の珪酸塩水溶液混合物と、ポリイソシアネート組成物からなる注入薬液組成物を提供することである。

即ち、本発明は以下の（１）～（５）の実施形態を含む。

（１）珪酸塩水溶液混合物（Ａ液）と、ポリイソシアネート組成物（Ｂ液）とを含む岩盤又は地盤固結用の注入薬液組成物であって、珪酸塩水溶液混合物（Ａ液）が、二酸化珪素を２０～４０重量％、及び酸化ナトリウムを５～２０重量％含有し、二酸化珪素：酸化ナトリウムの重量比が１：０．７～１：０．３であり、固形分が１０～７０重量％である珪酸塩水溶液（ａ）と、分子量が２００～１５００、プロピレンオキサイド：エチレンオキサイドの重量比が７０：３０～１０：９０、末端水酸基の一級化率が２０モル％～１００モル％であるプロピレンオキサイド及びエチレンオキサイドの付加重合生成物を含む活性水素基含有化合物（ｂ）、３級アミン触媒を含む触媒（ｃ）及び、陰イオン系界面活性剤を含む相溶化剤（ｄ）を含有する珪酸塩水溶液混合物であり、ポリイソシアネート組成物（Ｂ液）が、ジフェニルメタンジイソシアネート及びジフェニルメタンジイソシアネート系多核縮合体を含有する有機ポリイソシアネートと、ポリオキシプロピレンポリオールとの反応生成物であるイソシアネート基末端プレポリマーを含有するポリイソシアネート組成物であることを特徴とする、岩盤又は地盤固結用の注入薬液組成物。

（２）珪酸塩水溶液混合物（Ａ液）と、ポリイソシアネート組成物（Ｂ液）の２５℃における粘度がそれぞれ３０～２００ｍＰａ・ｓであり、珪酸塩水溶液混合物（Ａ液）とポリイソシアネート組成物（Ｂ液）の重量比率が１：０．８～１：２であることを特徴とする、上記（１）に記載の岩盤又は地盤固結用の注入薬液組成物。

（３）岩盤又は地盤に穿設された一又は複数個の注入孔に上記（１）又は（２）に記載の注入薬液組成物を注入して固結させることを特徴とする、土壌安定強化止水工法。

（４）岩盤又は地盤に所定間隔で一又は複数個の孔を穿設し、当該孔に中空の注入ボルトを挿入し、前記注入ボルトを通して、上記（１）又は（２）に記載の注入薬液組成物を注入して固結させることを特徴とする、土壌安定強化止水工法。

（５）上記（１）又は（２）に記載の注入薬液組成物を、０．１～１０ＭＰａの圧力にて送液混合し、岩盤又は地盤に注入して固結させることを特徴とする、上記（３）又は（４）に記載の土壌安定強化止水工法。

本発明の岩盤又は地盤固結用の注入薬液組成物は、湧水・漏水が多い環境下においても水分に影響されることなく安定した作業性・反応性が得られ、浸透性にも優れるため、溶出物による土壌汚染をひきおこす可能性が低く、安定した岩盤又は地盤を得ることができる。

本発明を更に詳細に説明する。まず、土壌固結用注入薬液組成物に関して説明する。

本発明の岩盤又は地盤固結用の注入薬液組成物は、珪酸塩水溶液（ａ）、活性水素基含有化合物（ｂ）、３級アミン触媒を含む触媒（ｃ）、陰イオン系界面活性剤を含む相溶化剤（ｄ）を含有する無機系液状物であるＡ液（以下「Ａ液」とも言う）と、ポリイソシアネートを含有するＢ液（以下「Ｂ液」とも言う）からなり、このＡ液とＢ液を配合した直後に、この配合液を岩盤又は地盤に注入し、発泡・樹脂化させて土壌の止水や強化等に効果のある薬液組成物である。

本発明に用いられる珪酸塩水溶液（ａ）は、二酸化珪素を２０～４０重量％、及び酸化ナトリウムを５～２０重量％含有する水溶液であり、二酸化珪素を２１～３６重量％、及び酸化ナトリウムを８～１７重量％含有する水溶液が好ましい。珪酸塩水溶液における二酸化珪素と酸化ナトリウムの重量比は、二酸化珪素：酸化ナトリウム＝１：０．７～１：０．３である。また、珪酸塩水溶液の固形分は１０～７０重量％であり、２０～５０重量％が好ましい。市販されている珪酸塩水溶液の固形分が高すぎる場合は、水で希釈してもよい。具体的な商品としては、１号珪酸ソーダＯ０、１号珪酸ソーダＳ０、２号珪酸ソーダＭ５、２号珪酸ソーダＱ３（東曹産業社製）等が挙げられる。

本発明に用いられる活性水素基含有化合物（ｂ）は、開始剤にプロピレンオキサイド（以下ＰＯとも言う）及びＥＯを付加重合して得られるポリオールを主成分として使用する。ＰＯ及びＥＯ（以下ＰＯ／ＥＯと表記）が付加されたポリオールは疎水成分であるＰＯと親水成分であるＥＯを併せ持つため、水溶液であるＡ液成分と疎水性の高いＢ液成分の相溶性を向上させることができる。

開始剤としては、例えばプロピレングリコール、エチレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、トリエタノールアミン、ペンタエリスリトール、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、ソルビトール、蔗糖等が挙げられる。また、ＰＯ／ＥＯが付加されたポリオールはＥＯのみを付加重合したポリオールよりも結晶性が低いため、低温で固化し難く低温安定性にも優れる。

更に、ＰＯのみを付加重合したポリオールと比較して一般的に１級水酸基（以下水酸基を「ＯＨ基」と表記）を多く持つ。イソシアネート基との反応性は一般的に１級ＯＨ基＞水＞２級ＯＨ基であり、１級ＯＨ基を持つことにより水との反応による発泡（体積増加・密度低下）前に混合液中の樹脂成分の分子量が増加、つまり粘度・強度が上昇しやすいため湧水・漏水の多い環境下でも外部流出などが起こりにくく、岩盤又は地盤の安定強化が可能となる。

他に本発明で使用できる１級ＯＨ基を持つポリオールとしては、低分子量のアルコール類が挙げられる。低分子量のアルコール類としては、例えば、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、１，３－ブタンジオール、１，４－ブタンジオール、トリメチロールプロパン等が挙げられるが、これら低分子量アルコールは親水性が非常に高いため、Ａ液成分とＢ液成分の相溶性を向上させることができない。また、水溶性の高さから珪酸塩水溶液の粘度が上昇しやすく、添加量が増えるほど液送圧力の上昇・岩盤ないし地盤への浸透性低下などの悪影響を及ぼすため活性水素基含有化合物（ｂ）の主成分として用いるのは好ましくない。一方、混合液中の樹脂成分の粘度・強度を向上させる効果は期待できるためＡ液成分とＢ液成分の相溶性、珪酸塩水溶液の粘度に悪影響を与えない程度に併用してもよい。

本発明に用いられる活性水素基含有化合物（ｂ）の主成分であるＰＯ／ＥＯが付加されたポリオールの分子量は２００～１５００であり、３５０～１０００が好ましい。分子量２００未満では上述の低分子アルコールのように水溶性が高すぎるため相溶性の低下・粘度の上昇などが起きやすく、分子量が１５００を超えると得られる発泡体の強度に悪影響を及ぼす恐れがある。

また、ＰＯ／ＥＯが付加されたポリオールのＰＯ：ＥＯの重量比は、７０：３０～１０：９０であり、６０：４０～２０：８０がましい。ＥＯ重量比が３０重量％未満となると親水成分低下、ＥＯ重量比が９０重量％を超えると疎水成分低下により相溶性に悪影響を及ぼす恐れがある。

活性水素基含有化合物（ｂ）の末端ＯＨ基の一級化率は、イソシアネート基と水との反応による発泡前に樹脂成分の分子量を増加させる観点から、モル比で２０％～１００％であり、２５％～１００％が好ましい。

ここで末端ＯＨ基の一級化率とは、活性水素化合物（ｂ）の末端ＯＨ基全体に占める１級ＯＨ基の割合である。この１級化率はプロトン核磁気共鳴分光法により測定し、算出することができる。

ＰＯ及びＥＯを付加重合する開始剤としては、モノ又はポリオール類、ジアミン類、アミノアルコール類、グリコールエーテル類等を挙げることができる。

モノ又はポリオール類としては、メチルアルコール、エチルアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン等の官能基数１～５のモノ又はポリオール類を挙げることができる。

ジアミン類としては、エチレンジアミン、プロピレンジアミン等を挙げることができる。

アミノアルコール類としては、モノエタノールアミン、Ｎ－メチルジエタノールアミン等の２官能アミノアルコール類を挙げることができる。

グリコールエーテル類としては、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル等のグリコールエーテル類を挙げることができる。

これらの開始剤は、単独又は２種以上の混合物として使用することができる。

また、付加重合に関しては、公知の方法を使用してよい。

具体的な商品としては、トーホーポリオールＰＲＢ－４７５（東邦化学工業社製）やエクセノール４５０ＥＤ（旭硝子社製）、ユニルーブ７５ＤＥ－１５（日油社製）等が挙げられる。

本発明に用いられる３級アミン触媒を含む触媒（ｃ）は、イソシアネート基と水との反応による発泡前に樹脂成分の分子量を増加させる観点から、水溶性で微臭であり、且つ貯蔵安定性に優れる３級アミン触媒の中で、一般に樹脂化触媒と呼ばれる触媒を選択するのが好ましい。

樹脂化触媒としては、例えば、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’－テトラメチルヘキサンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’－テトラメチルエチレンジアミン、Ｎ，Ｎ－ジメチルアミノエタノール、トリエチレンジアミン、１，２－ジメチルイミダゾール、Ｎ－メチルイミダゾール、Ｎ－（Ｎ’，Ｎ’－２－ジメチルアミノエチル）モルフォリン等が挙げられる。

一方で、混合液中で樹脂化反応だけが進行した場合、粘度の急激な上昇により発泡体を形成しなくなる可能性もあるため、発泡性調整のために一般に泡化触媒と呼ばれる触媒を併用してもよい。

泡化触媒としては、例えば、ビス（ジメチルアミノエチル）エーテル、Ｎ，Ｎ－ジメチルアミノエトキシエタノール、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’’，Ｎ’’－ペンタメチルジエチレントリアミン等が挙げられる。

本発明における陰イオン系界面活性剤を含む相溶化剤（ｄ）は、Ａ液とＢ液の混合時に相溶性を向上することができる。加えて、珪酸塩水溶液を含んだ薬液では、混合するポリオールや触媒との原液比重差から液の層分離を生じるが、陰イオン系界面活性剤を添加することにより、この層分離を抑制することができ、作業性を向上することができる。

本発明に用いられる陰イオン系界面活性剤は、スルホン酸塩系界面活性剤、硫酸エステル塩系界面活性剤、酸性リン酸エステル系界面活性剤からなる群より選ばれる少なくとも１種の陰イオン系界面活性剤である。これらのうちｐＨが６～１０のものが好ましく、スルホン酸塩系界面活性剤が更に好ましい。

本発明に用いられるスルホン酸塩系界面活性剤としては、例えば、ドデシルベンゼンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、アルキレンジスルホン酸、ジアルキルサクシネートスルホン酸、モノアルキルサクシネートスルホン酸のアンモニウム塩、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、有機４級アンモニウム塩等が挙げられる。

硫酸エステル塩系界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル、ポリオキシエチレンヒマシ油エーテル硫酸エステル、ポリオキシエチレン多環フェニルエーテル硫酸エステルのアンモニウム塩、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、有機４級アンモニウム塩等が挙げられる。

酸性リン酸エステル系界面活性剤としては、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルリン酸エステルのアンモニウム塩、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、有機４級アンモニウム塩等が挙げられる。

本発明における陰イオン系界面活性剤を含む相溶化剤（ｄ）の添加量は、珪酸塩水溶液（ａ）に対して固形分換算で０．０１～１．５重量％が好ましく、０．０３～１．０重量％が更に好ましい。添加量が０．０１重量％未満ではＡ液とＢ液の相溶性向上効果が低く、１．５重量％を超えると混合液の反応性、発泡倍率、強度に悪影響を及ぼす恐れがある。

本発明におけるＢ液としては、ジフェニルメタンジイソシアネート及びジフェニルメタンジイソシアネート系多核縮合体を含有する有機ポリイソシアネートとポリオキシプロピレンポリオールとの反応生成物であるイソシアネート組成物を使用する。

本発明に用いられるポリオキシプロピレンポリオールは、数平均分子量が５００～５０００が好ましく、１０００～４０００が更に好ましい。数平均分子量が５００より小さい場合、ウレタン基濃度が高くなり強度は発現するが、粘度も高くなることで作業性に悪影響を及ぼす恐れがある。数平均分子量が５０００を超える場合、ウレタン基濃度が低下し強度が低下しやすい。また、ポリオキシプロピレンポリオールの分子量が上がるにつれて有機ポリイソシアネート成分との相溶性が悪化するため、数平均分子量が５０００を超えるポリオキシプロピレンポリオールの使用はＢ液の濁り・沈殿物発生の原因となる恐れがある。

また、変性量としては変性前の有機ポリイソシアネート成分に対して３～２０重量％が好ましく、５～１５重量％が更に好ましい。変性量が３重量％未満の場合、Ａ液とＢ液の相溶性及び配合後の発泡倍率向上効果が低く、変性量が２０重量％を超えるとＢ液が高粘度となり作業性が悪化する恐れがある。

本発明における発泡倍率は５～２０倍とすることが好ましい。この範囲にすることで、より十分な地盤安定化及び止水効果を得ることができる。

本発明に用いられるジフェニルメタンジイソシアネートとジフェニルメタンジイソシアネート系多核縮合体を含有する有機ポリイソシアネートとポリオキシプロピレンポリオールとの反応は、公知の方法を使用することができる。

本発明におけるＡ液とＢ液の粘度は、作業性の観点からそれぞれ２５℃において３０～２００ｍＰａ・ｓであることが好ましい。

また、Ａ液とＢ液の配合比は重量比でＡ液：Ｂ液＝１：０．８～１：２の範囲で使用するのが好ましい。この範囲外の時は、強度が不足しやすくなる。

本発明においては、必要に応じて前述以外の界面活性剤や触媒、その他顔料、染料、香料、充填材、ゲル化防止剤、カップリング剤、発泡剤、分散剤、増粘剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、耐熱性付与剤等の各種添加剤を添加することもできるが、あくまでも土壌汚染をおこさないものに限定すべきである。

次に、土壌固結用注入薬液組成物を用いた土壌安定強化止水工法に関して説明する。これまでに説明してきた本発明の土壌固結用注入薬液組成物は発泡性があり、かつ、無機系材料及び有機系材料の双方の良好な特性を併せ持っている。本発明の土壌固結用注入薬液組成物は、従来のものより特に湧水・漏水環境下での発泡性、作業性が飛躍的に向上している。このため、湧水・漏水の有無にかかわらず空隙やクラックの多い軟質又は不安定な地盤、岩盤、破砕帯層等において、安定強化や止水に用いられる。本発明の土壌安定強化工法は特に限定はなく、公知の方法はいずれも採用し得る。

例えば、Ａ液とＢ液のそれぞれの注入量、圧力、配合比等をコントロールしうる比例配合ポンプを用い、それぞれを別々のタンクに入れる。そして、岩盤等の所定箇所（例えば、所定間隔で穿設された複数の孔）に注入孔を設け、あらかじめ固定されたスタティックミキサーや逆止弁等を内装した有孔のロックボルトや注入ロッド等を通して、この中に前記タンク内の各成分を加圧注入し、スタティックミキサーを用いて、所定量の各成分を均一に混合する。このようにして、不安定な岩盤や地盤等の所定の土壌に注入浸透、硬化させて固結安定強化できる。

また、トンネルの天盤部に注入する場合は、注入に先立ち、例えば所定の間隔でレッグオーガー等を用いて削孔し、所定の深さ、削孔角度の注入孔を設け、この注入孔にスタティックミキサー及びロックボルトを挿入する。そして、このロックボルトの口元を、注入薬液の逆流を防ぐために、急結セメントや発泡硬質ポリウレタンをあらかじめ含浸させたウエス等を用いてシールし、前記組成物を前記と同様の方法で注入することもできる。

以上説明した通り、本発明の土壌固結用注入薬液組成物は、従来公知の無機―有機複合系の土壌固結用注入薬液が有していた欠点を改良されたものである。すなわち、本発明の土壌固結用注入薬液組成物は、土壌汚染や地下水の水質汚染を引き起きしやすい希釈剤、可塑剤、難燃剤を用いることなく、低粘度で貯蔵安定性に優れ、更にはＡ液とＢ液との相溶性も高く均一な発泡体が得られ、湧水・漏水の多い環境下でも水分に影響されることなく安定した強化土壌を発現できる。更に、本発明の土壌固結用注入薬液組成物を用いた土壌安定強化止水工法・土壌安定強化工法により、山岳トンネル、海底トンネル、大断面トンネル等のトンネル掘削工事、大深度地下土木工事等において、岩盤又は地盤を広範囲に確実にしかも高強度に安定化し止水することができる。

以下、本発明の実施例について詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。特に断りのない限り、実施例及び比較例中の「部」及び「％」はそれぞれ「重量部」、「重量％」を示す。

［Ｂ液の調製］
・合成例１～５
Ｂ液として、表１に示す通りＢ－１～Ｂ－５を準備した。Ｂ－１はポリイソシアネート単独に整泡剤を１部混合したものである。また、Ｂ－２～Ｂ－５は、ポリイソシアネートと各ポリオールを８０℃にて３時間反応させて、ＮＣＯ基末端プレポリマーを合成し、その後整泡剤を１部混合したものである。ポリイソシアネートＢ－１～Ｂ－５に用いた原料の種類、使用量、分析値、外気反応性及び低温安定性を表１に示す。

表１における各原料は以下の通りである。
・ポリイソシアネート ：ＭＤＩ／ポリメリックＭＤＩ＝７０／３０（重量比）
ＮＣＯ含量＝３２．１％
・ＰＰＧ－２０００ ：ポリプロピレングリコール
分子量＝２０００、官能基数＝２
・ＰＰＧ－４０００ ：ポリプロピレングリコール
分子量＝４０００、官能基数＝２
・ＰＰＧ－６０００ ：ポリプロピレングリコール
分子量＝６０００、官能基数＝２
・ＰＥＧ－２０００ ：ポリエチレングリコール
分子量＝２０００、官能基数＝２
・整泡剤 ：シロキサン－ポリアルキレンオキシド共重合体

表１における各評価項目の内容については以下の通りである。
・外観 ：ＪＩＳ Ｋ０１０１（工業用水試験方法）の第９項に即して行い、カオリン標準液に対して濁度５度以下のものを○、６度以上のものを×とした。
・外気反応性 ：Ｂ液を１Ｌカップに２００ｇ採取し、液表面が温度２５℃、湿度５０％の大気に接触する環境で静置し、２４時間後に大気接触面に膜状の反応物が発生していないものを○、発生しているものを×とした。
・低温安定性 ：Ｂ液を２００ｍｌガラス容器に２００ｇ採取し、－１０℃で４８時間静置後に上記外観評価を実施した。

［Ａ液の調製］
合成例１～１１
Ａ液に用いる珪酸塩水溶液Ａ－１～Ａ－１１は珪酸塩水溶液単独または各ポリオールとの混合物に触媒を混合してＡ液とした。Ａ－１～Ａ－１１に用いた原料の種類、使用量、粘度及び低温安定性を表２に示す。

表２における各原料は以下の通りである。
・珪酸塩水溶液 ：１号珪酸ソーダＳ０（東曹産業製）
・１，３－ＢＧ ：１，３－ブタンジオール
・ＤＥＧ ：ジエチレングリコール
・ＰＰＧ－４００ ：ポリプロピレングリコール
分子量＝４００、官能基数＝２
・ＰＰＧ－６００ ：ポリプロピレングリコール
分子量＝６００、官能基数＝２
・ＰＥＧ－４００ ：ポリエチレングリコール
分子量＝４００、官能基数＝２
・ＰＥＧ－６００ ：ポリエチレングリコール
分子量＝６００、官能基数＝２
・ＰＰ／ＰＥＧ－４７５：開始剤＝ジオール ポリエーテルポリオール
ＰＯユニット／ＥＯユニット＝２５／７５（重量比）
分子量＝４００、官能基数＝２、１級ＯＨ基率＝４９％
・ＰＰ／ＰＥＧ－７７５：開始剤＝ジオール ポリエーテルポリオール
ＰＯユニット／ＥＯユニット＝２５／７５（重量比）
分子量＝７００、官能基数＝２、１級ＯＨ基率＝４９％
・ＥＤＡ－４５０ ：開始剤＝ジアミン ポリエーテルポリオール
ＰＯユニット／ＥＯユニット＝４０／６０（重量比）
分子量＝５００、官能基数＝４、１級ＯＨ基率＝２５％
・ＥＤＡ－５００ ：開始剤＝ジアミン ポリエーテルポリオール
ＰＯユニット／ＥＯユニット＝１００／０（重量比）
分子量＝４５０、官能基数＝４
・ＴＭＨＤＡ ：Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’－テトラメチルヘキサンジアミン
・ＮＳＦ－Ｐ－Ｎａ ：ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物ナトリウム塩

表２における低温安定性評価の内容については、珪酸塩水溶液を含んだ薬液は、混合するポリオールや触媒との原液比重差から液の層分離を生じるため、層分離状態のポリオール／触媒層を評価した。
・低温安定性 ：Ａ液を２００ｍｌガラス容器に２００ｇ採取し、－１０℃で４８時間静置後の液性について目視にて確認し、結晶化などの変化がないものを○、部分的に結晶化しているが流動性があるものは△、結晶化し流動性がないものを×とした。

［発泡試験］
Ａ液とＢ液を表３及び４に示す組み合わせ、配合比で配合した後、４００ｒｐｍ／１０秒間（液温＝２０℃）の条件にて混合撹拌し、発泡させ、反応挙動等に関して以下に示す項目で試験した。結果についても表３及び４に記載する。

［反応挙動の評価方法］
表３及び４における各評価項目については以下の通りである。なお、反応性試験における「大気中での発泡性」とは、Ａ液とＢ液を１Ｌカップにて配合した後、混合撹拌しそのままカップ内で発泡させたものであり、「水中での発泡性」とは、Ａ液とＢ液を１Ｌカップにて配合、混合撹拌した後、配合液１００ｍｌを素早く水５００ｍｌの入った別の１Ｌカップに投入し、水中にて発泡させたものである。
・クリームタイム ：Ａ液とＢ液を混合撹拌し始めてから、その配合液がクリーム状に白濁して液面が立ち上がってくるまでの時間を表す。
・ライズタイム ：Ａ液とＢ液を混合撹拌し始めてから、その配合液が発泡して最高の高さに達する時間までの時間を表す。
・発泡倍率 ：発泡倍率は、以下の式により算出する
発泡倍率（倍）＝発泡後の発泡体の体積（ｃｃ）／発泡前の配合液の容積（ｃｃ）
・Ａ液とＢ液の相溶性（Ａ液／Ｂ液相溶性と表記）：発泡終了後に発泡体を目視にて確認し、液状の未硬化部分がないものを相溶性良好として○、未硬化部分のあるものを×とした。
・水中硬化性 ：水中での発泡性試験において、クリームタイム後の配合液の挙動を目視にて確認、体積増加前に増粘し配合液が塊状のまま発泡するものを○、浮力等により形状が大きく変化するものを×とした。
・発泡後の水濁り：水中での発泡性試験において、ライズタイム終了後の水の状態を目視にて確認、配合液投入前と変化がないものを○、白濁など変化しているものを×とした。

表３の実施例１～６は、大気中でも水中でも反応速度に大きな変化はなく、水分に影響されることなく安定した反応性が得られた。また、Ａ液／Ｂ液相溶性も良好であり混合液が水中に吐出されたとしても問題なく発泡・硬化可能であり、土壌や水質の汚染に関しても問題ないと考えられる。

一方、表４に記載の比較例１～９についても同様にテストした結果、比較例１～３についてはＡ液／Ｂ液相溶性、水中硬化性、発泡後の水濁りに問題が見られ、比較例６、７、９では水中硬化性に問題が見られた。比較例４、５、８についてはこれら特性に問題は見られなかったが、発泡倍率が低く十分な地盤安定化及び止水効果が得られないと考えられる。また、比較例４、５、８については、Ａ液又はＢ液に配合・変性する活性水素基含有化合物量を増やすことで発泡倍率を向上させることが可能であるが、一方でＡ液又はＢ液の粘度が上昇してしまうため、液送圧力の上昇・岩盤又は地盤への浸透性低下など悪影響を及ぼす可能性が高い。

［実施例７］
破砕帯を有するトンネル天盤部に、４２ｍｍφビットのレッグオーガーにより２ｍ間隔で削孔角度２５～３５°（トンネル掘削方向に対する角度）で５個削孔し、この孔に炭素鋼製の注入ボルト（外径２７．２ｍｍ、内径１５ｍｍ、長さ３ｍ、静止ミキサー及び逆止弁内蔵）を挿入し、口元部分３０ｃｍに２液硬質発泡ポリウレタン樹脂を含浸させたメリヤス製ウエスを鉄棒で押し込みシールした。次いで、この固定した各注入孔に、実施例２で調製した土壌固結用注入薬液組成物を注入圧２～５ＭＰａで孔当たり８０～１２０ｋｇ注入した。注入してから５０分後に掘進によりトンネル地盤の状態を調査したところ、地盤は表面の孔を中心とした半径５ｍ程度の半球状で固結安定化していて、また、この範囲から、漏水は全く確認されなかった。薬液注入固結部分をサンプラーで５ｃｍφ×１０ｃｍの円柱形状にサンプリングし、一軸圧縮強度を測定したところ、１８ＭＰａであった。なお、未改良部は、破砕帯のためサンプリング不可能であった。

Claims (5)

1. 珪酸塩水溶液混合物（Ａ液）と、ポリイソシアネート組成物（Ｂ液）とを含む岩盤又は地盤固結用の注入薬液組成物であって、珪酸塩水溶液混合物（Ａ液）が、二酸化珪素を２０～４０重量％、及び酸化ナトリウムを５～２０重量％含有し、二酸化珪素：酸化ナトリウムの重量比が１：０．７～１：０．３であり、固形分が２５～７０重量％である珪酸塩水溶液（ａ）と、分子量が２００～１５００、プロピレンオキサイド：エチレンオキサイドの重量比が７０：３０～１０：９０、末端水酸基の一級化率が２５モル％～１００モル％であるプロピレンオキサイド及びエチレンオキサイドの付加重合生成物を含む活性水素基含有化合物（ｂ）、３級アミン触媒を含む触媒（ｃ）及び、陰イオン系界面活性剤を含む相溶化剤（ｄ）を含有する珪酸塩水溶液混合物であり、ポリイソシアネート組成物（Ｂ液）が、ジフェニルメタンジイソシアネート及びジフェニルメタンジイソシアネート系多核縮合体を含有する有機ポリイソシアネートと、ポリオキシプロピレンポリオールとの反応生成物であるイソシアネート基末端プレポリマーを含有するポリイソシアネート組成物であることを特徴とする、岩盤又は地盤固結用の注入薬液組成物。
2. 珪酸塩水溶液混合物（Ａ液）と、ポリイソシアネート組成物（Ｂ液）の２５℃における粘度がそれぞれ３０～２００ｍＰａ・ｓであり、珪酸塩水溶液混合物（Ａ液）とポリイソシアネート組成物（Ｂ液）の重量比率が１：０．８～１：２であることを特徴とする、請求項１に記載の岩盤又は地盤固結用の注入薬液組成物。
3. 岩盤又は地盤に穿設された一又は複数個の注入孔に請求項１又は２に記載の注入薬液組成物を注入して固結させることを特徴とする、土壌安定強化止水工法。
4. 岩盤又は地盤に所定間隔で一又は複数個の孔を穿設し、当該孔に中空の注入ボルトを挿入し、前記注入ボルトを通して、請求項１又は２に記載の注入薬液組成物を注入して固結させることを特徴とする、土壌安定強化止水工法。
5. 請求項１又は２に記載の注入薬液組成物を、０．１～１０ＭＰａの圧力にて送液混合し、岩盤又は地盤に注入して固結させることを特徴とする、請求項３又は４に記載の土壌安定強化止水工法。