JPH05302084A

JPH05302084A - 速硬性岩盤固結用薬液

Info

Publication number: JPH05302084A
Application number: JP13438292A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kadowaki; 孝門脇; Eishi Kawasaki; 栄資川崎; Kenkichi Hirano; 健吉平野; Kazuyuki Mizushima; 一行水島; Akira Watanabe; 晃渡辺
Original assignee: C R K Kk; Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: C R K Kk; Denka Co Ltd
Priority date: 1992-04-28
Filing date: 1992-04-28
Publication date: 1993-11-16

Abstract

(57)【要約】【目的】軟弱な地盤に注入して、強固な地盤に改善す
る速硬性岩盤固結用薬液を提供すること。【構成】セメントとウレタン反応触媒を主成分とする
スラリーであるＡ液と、イソシアネート液を主成分とす
るＢ液とからなる速硬性岩盤固結用薬液を構成とする。【効果】本発明の水硬性岩盤固結用薬液を使用するこ
とによって、２分以内に固結は完了し、さらに、２〜３
時間中にその実用強度に達っすることができるため土木
工事のスピードアップが可能となる。また、不燃性で、
耐久性のあるグラウト材の製造が可能であり、注入性や
浸透性の著しい向上が期待できる。また、その硬化反応
は極めて迅速で、工事の進行の障害にはならない。さら
に、薬液の半分以上がセメントのスラリーであるため、
価格も大巾に低下し、経済的にも実現化が容易となる。
等の効果を奏する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、軟弱な地盤に注入し
て、強固な地盤に改善する速硬性岩盤固結用薬液に関す
る。

【０００２】

【従来の技術とその課題】従来、軟弱な地盤に注入して
これを強固にする薬液としては、水ガラス系や速硬性セ
メント系などの無機系と、アクリルアミド系やウレタン
系などの有機系等種々の薬液が提案されている(特開平
4-73313号公報)。

【０００３】しかしながら、いずれも一長一短があり、
地盤安定化処理工事で要求する条件を全て満足する性能
は得られていないのが現状である。

【０００４】一般にトンネルのように密閉化された場所
での地盤安定化処理工事で最も恐ろしいものは坑内火災
である。

【０００５】無機系薬液はこのような火災に対する問題
は全く無いが、注入工事に手間がかかり、かつ、注入後
の固結時間が長く、強度の発生に時間がかかるので現場
の工事を長期間停止しなければならない等の課題があ
り、それを改良した２液型ウレタン系薬液が提案されて
いる(特開昭63−8477号公報)。ウレタン系薬液は固結時
間が短く、かつ、注入工事も簡単で工事の進行にも余り
障害にならない極めて優れた岩盤固結薬液として知られ
ている。

【０００６】しかしながら、ウレタン系薬液は、多価ア
ルコールとイソシアネートとが反応しポリウレタンフォ
ームを形成する、主成分が有機物のものであり、坑内火
災が発生した場合、その固結物は同時に燃焼して状況を
ますます悪化させる恐れがあった。また、ポリウレタン
は高価な樹脂であり、これを多量に地盤中に注入するこ
とは経済的にも実用性を欠くものであった。

【０００７】本発明者は種々検討した結果、特定の成分
を使用することによって、前記の無機系薬液や有機系薬
液のもつ課題が解決できる知見を得て本発明を完成する
に至った。

【０００８】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、セメン
トとウレタン反応触媒を主成分とするスラリーであるＡ
液と、イソシアネートを主成分とするＢ液とからなる速
硬性岩盤固結用薬液である。

【０００９】以下、本発明を詳細に説明する。

【００１０】本発明の薬液Ａ液とＢ液はその接触によっ
て固化する。例えば、地盤中で、不燃性で水硬性のセメ
ントとウレタン反応触媒を主成分とするスラリーである
Ａ液が、Ｂ液中のイソシアネートと接触すると、速やか
に、例えば２分以内に固化反応が生起し、強固な不燃性
固結物を地盤中に形成するので、軟弱地盤が安定化する
ものである。特に、この反応によって地盤中に形成した
固結物は、不燃性で水硬性のセメント硬化物を有してい
るため、坑内火災に対しても問題はほとんどみられない
ものである。

【００１１】本発明で用いるセメントとしては、普通、
早強、中庸熱、及び速硬性等の各種ポルトランド系セメ
ント、ポルトランドセメントに高炉スラグ、シリカ、又
はフライアッシュを混合した各種混合セメント、並び
に、アルミナセメント等が挙げられる。

【００１２】一般に、イソシアネート基によるウレタン
を生成するウレタン反応の触媒としては、トリエチレン
ジアミン等のアミン系触媒とジブチル錫ジラウレートの
ような有機金属系触媒など各種あり、本発明に使用可能
であるが、セメントスラリーが存在する場合は、有機金
属系触媒の活性は比較的小さいので、本発明におけるウ
レタン反応触媒としてはアミン系触媒が好ましい。

【００１３】アミン系触媒としては、エチレンジアミ
ン、トリエチレンジアミン、トリエチルアミン、エタノ
ールアミン、ジエタノールアミン、及びテトラメチルヘ
キサメチレンジアミン等が挙げられる。

【００１４】ウレタン反応触媒の使用量は、その時に要
求される硬化速度によって決定されるものであるが、一
般にセメント100重量部に対して、0.5〜20重量部が好ま
しく、１〜５重量部がより好ましい。0.5重量部未満で
は、反応速度が遅く実用的でなく、20重量部を越えると
反応が速すぎて、施工に支障をきたす恐れがある。

【００１５】本発明において、Ａ液の水・セメント比
は、30〜300％が好ましく、100％前後がより好ましい。
水・セメント比が30％未満であるとＡ液とＢ液の圧送混
合がうまくいかず、300％を越えると十分な硬化物が得
られにくい傾向がある。

【００１６】また、本発明において、セメント硬化物の
強度を増加するために、Ａ液のセメントのスラリーに、
ポリエチレングリコール等のポリエーテル類を添加する
ことも有効である。

【００１７】Ｂ液は、Ａ液のスラリーと接触すると、速
やかに、例えば２分以内に固結するイソシアネートを主
成分とするものである。

【００１８】イソシアネートとしては、ジフェニルメタ
ン−４，４′−ジイソシアネート(ＭＤＩ)、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又はクルードＭＤＩ)、及びトリレンジイソシア
ネート(ＴＤＩ)等が好ましく、そのうちの１種又は２種
以上を使用する。

【００１９】本発明で用いるイソシアネートのイソシア
ネート基含有量は、特に制限されるものではないが、通
常、イソシアネート基含有量が20〜50重量％程度である
イソシアネートの使用が好ましく、イソシアネート基含
有量30〜35重量％のポリメリックＭＤＩの使用がより好
ましい。

【００２０】また、本発明では、例えば、ポリメリック
ＭＤＩと、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコ
ール、又はポリブタジエン等との反応生成物でイソシア
ネート基含有量が３〜20重量％である、いわゆる変性イ
ソシアネートを、ポリメリックＭＤＩ100重量部に対し
て、１〜20重量部併用することは、セメントの実用強度
を得る面から有効である。

【００２１】Ａ液とＢ液の混合割合は、Ａ液100重量部
に対して、Ｂ液50〜200重量部が好ましい。Ａ液に対す
るＢ液の割合が少なくなると、必然的に、不燃性物質で
あるセメントの割合が多くなるので、固結物の水硬性や
不燃性は増加するが発泡性がほとんど無くなり岩盤への
浸透性は低下する。一方、Ａ液に対するＢ液の割合が多
くなると、セメントの割合が低下するので固結物の水硬
性や難燃性は低下するが、イソシアネート基と水との反
応で発生する炭酸ガスによる発泡倍率は1.5〜２倍とな
り岩盤への浸透性は向上する。Ａ液100重量部に対し
て、Ｂ液100重量部とすると、Ａ液とＢ液の２液混合後
の硬化時間が10〜60秒と極めて短時間で硬化を終了し、
必要強度を発現することが可能である。

【００２２】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに説明
する。

【００２３】実施例１水100重量部に対して、表１に示すようにセメントとウ
レタン反応触媒を用いてＡ液とし、Ａ液100重量部に対
して、表１に示すイソシアネート液(Ｂ液)を配合し、そ
の固結時間、発泡倍率、及び圧縮強度を測定し、難燃性
の評価を行った。結果を表１に併記する。

【００２４】＜試験方法＞固結時間：Ａ液とＢ液を混合してから、最大に発泡した
時点までの時間発泡倍率：Ａ液とＢ液の合計の容積に対する最大発泡時
の容積圧縮強度：縦２cm×横２cm×高さ２cmの型枠にＡ液とＢ
液の混合液を入れ、成形３時間後強度を測定した。難燃性：JIS K 7201に基づき、３mm厚みのシートを作
成して酸素指数を測定した。難燃性の評価は、酸素指数
30以上を良好、30未満を不良とした。

【００２５】＜使用材料＞セメント：電気化学工業(株)製普通ポルトランドセメン
トウレタン反応触媒：活材ケミカル(株)製商品名「MINICO
TMHD」、主成分第３級アミンイソシアネートα：三井東圧(株)製、ポリメリックＭＤ
Ｉ、イソシアネートβ：ポリブタジエン系プレポリマーイソシアネートγ：エチレングリコール系プレポリマーポリエチレングリコール：東邦化学(株)製

【００２６】

【表１】

【００２７】実施例２Ａ液として、セメント100重量部、第３級アミン２重量
部、及び水100重量部のスラリーを用い、また、ポリメ
リックＭＤＩ100重量部とエチレングリコール系プレポ
リマー15重量部をＢ液として用い、等量混合した。約60
秒で硬化は終了し、３時間後の圧縮強度は34kg/cm²であ
った。また、トンネル現場でＡ液とＢ液を毎分５リット
ルの速度、注入圧力６kg/cm²で、孔１本当り20〜100リ
ットル注入した。注入性が良く、発泡は約２倍でこの発
泡圧力によりセメントが小さな岩のすき間に圧力注入さ
れ極めて短時間にすぐれた注入性を示した。これは、セ
メント材料のみの注入の場合はポンプ吐出口が最も大き
な圧力を示すが、ウレタン混入により全体が発泡し、全
体的に高い圧力状態となり注入圧力の降下がないこと
や、ウレタンがセメント粒子の潤滑材となっているため
と思われる。この結果、崩れやすかった地山が完全に自
立し、湧水も完全に止めることができ、経済的で効果の
大きな理想的な注入を可能とした。

【００２８】

【発明の効果】本発明の水硬性岩盤固結用薬液を使用す
ることによって、セメントとイソシアネートとの化学反
応によって２分以内に固結は完了し、さらに、２〜３時
間中にその実用強度に達っすることができるため土木工
事のスピードアップが可能となる。また、本発明の水硬
性岩盤固結用薬液が固結したものは不燃性であり、例
え、坑内火災が発生しても燃焼することが無く、水硬性
があるので地下水と反応し、耐久性のあるグラウト材の
製造が可能であり、注入性や浸透性の著しい向上が期待
できる。この反応はいわゆるイソシアネート基によるウ
レタンフォームを生成する反応であるため、その硬化反
応は極めて迅速で、無機系薬液のみの場合のように強度
の発現に時間がかかるものではなく、工事の進行の障害
にはならない。さらに、薬液の半分以上がセメントのス
ラリーであるため、有機系薬液、特に、ウレタン系薬液
に比較してその価格も大巾に低下し、経済的にも実現化
が容易となる。等の効果を奏する。

フロントページの続き (72)発明者平野健吉新潟県西頸城郡青海町大字青海2209番地電気化学工業株式会社青海工場内 (72)発明者水島一行新潟県西頸城郡青海町大字青海2209番地電気化学工業株式会社青海工場内 (72)発明者渡辺晃新潟県西頸城郡青海町大字青海2209番地電気化学工業株式会社青海工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セメントとウレタン反応触媒を主成分と
するスラリーであるＡ液と、イソシアネートを主成分と
するＢ液とからなる速硬性岩盤固結用薬液。