JPH061976A

JPH061976A - 岩盤固結用速硬性薬液

Info

Publication number: JPH061976A
Application number: JP18473192A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kadowaki; 孝門脇; Eishi Kawasaki; 栄資川崎; Kenkichi Hirano; 健吉平野; Isao Terajima; 寺島　　勲
Original assignee: C R K Kk; Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: C R K Kk; Denka Co Ltd
Priority date: 1992-06-19
Filing date: 1992-06-19
Publication date: 1994-01-11

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
る岩盤固結用速硬性薬液を提供すること。【構成】アルカリ土類金属化合物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液とからなる岩盤固結用速硬性薬液を
構成とする。【効果】本発明の岩盤固結用速硬性薬液を使用するこ
とにより、分単位で硬化が完了し、さらに、２〜３時間
中にその実用強度に達することができるため、低コスト
で不燃性な岩盤の固結物を得ることが可能である等の効
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岩盤固結用速硬性薬液に関す
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。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。

【０００３】一般にトンネルのように密閉化された場所
での地盤安定処理工事で最も恐ろしいものは坑内火災で
ある。

【０００４】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、特開平4-73313号公報)。

【０００５】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用薬液として知られている。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。

【０００６】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、二液混合後の硬化時間が10〜
60秒と極めて短時間で硬化が終了する知見を得て本発明
を完成するに至った。

【０００７】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、アルカ
リ土類金属化合物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。

【０００８】以下、本発明を詳細に説明する。

【０００９】本発明の薬液の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、不燃性のアルカリ土
類金属化合物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
固な不燃性硬化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
に形成した硬化物は、不燃性であるため、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。

【００１０】本発明に係るＡ液は、アルカリ土類金属化
合物とウレタン反応触媒を主成分とするスラリーであ
る。

【００１１】本発明に係るアルカリ土類金属化合物と
は、水溶液中でアルカリ土類金属がイオン化するもの
で、アルカリ土類金属の水酸化物や炭酸塩などの使用が
可能である。具体的には、カルシウム、マグネシウム、
ストロンチウム、及びバリウムの化合物であって、これ
らの水酸化物の使用が好ましく、そのうち、水酸化カル
シウムがより好ましい。さらに、水と反応して水酸化カ
ルシウムを生成する、例えば、セメントや生石灰などを
含有するものの使用はより好ましい。特に、セメントと
アルカリ土類金属化合物との混合物の使用は最も好まし
い。

【００１２】ここで、セメントとしては、普通、早強、
及び中庸熱等の各種ポルトランドセメント、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。

【００１３】本発明では、Ａ液中のアルカリ土類金属化
合物とＢ液中のイソシアネートとが接触することによ
り、アルカリ土類金属化合物とイソシアネートとの反応
は直ちに開始されるが、注入工事を順調に進行させるた
めにはウレタン反応触媒をＡ液中に配合して、その反応
速度を促進させることが必要である。

【００１４】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、アルカリ土類金属化合物含有のスラリーが存
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。

【００１５】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。

【００１６】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
般にアルカリ金属化合物100重量部に対して、0.5〜10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い。

【００１７】本発明においてＡ液に使用する水の量は、
アルカリ金属化合物100重量部に対して、30〜300重量部
が好ましく、100〜200重量部がより好ましい。30重量部
未満ではＡ液とＢ液の圧送混合がうまくいかず、300重
量部を越えると十分な硬化物が得られにくい傾向があ
る。

【００１８】また、本発明において、硬化物の強度を増
加するために、Ａ液にポリエチレングリコールや多官能
ポリプロピレングリコールなどのポリエーテル類を少量
添加することも有効である。

【００１９】本発明に係る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。

【００２０】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、そのうちの一種又は二種
以上の使用が可能である。

【００２１】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。

【００２２】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、硬化物の実用強度を
得る面から有効である。

【００２３】Ａ液とＢ液の混合割合は、Ａ液100重量部
に対して、Ｂ液70〜200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
あるアルカリ土類金属化合物の割合が多くなるので、硬
化物の不燃性は増加するが発泡性がほとんどなくなり岩
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、アルカリ土類金属化合物の割合が低下
するので硬化物の不燃性は低下するが、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.
5〜2.5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。

【００２４】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに説明
する。

【００２５】実施例１水200重量部に対して、表１に示すようにアルカリ土類
金属化合物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。

【００２６】＜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。

【００２７】＜使用材料＞アルカリ土類金属化合物ａ：水酸化カルシウム、関東化
学株製試薬１級アルカリ土類金属化合物ｂ：水酸化マグネシウム、関東
化学株製試薬１級アルカリ土類金属化合物ｃ：生石灰、キシダ株製試薬特
級ウレタン反応触媒：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

【００２８】

【表１】

【００２９】実施例２クラックの多い不安定な岩盤を有するトンネル切羽の天
端に、３ｍの注入ボルトを25度の角度で１ｍピッチで10
本挿入した。実験No.1- 4の配合のＡ液とＢ液を、等量
圧送できるギヤーポンプで、毎分２リットル、圧力10kg
/cm²で圧送して、ボルトの口元にセットしたスタティッ
クミキサーを通し、Ａ液とＢ液を混合しながら、ボルト
１本当たり30リットル、合計300リットル注入した。注
入１時間後に掘削した結果、天端の崩壊もなく、本発明
の薬液の注入効果が十分に確認された。

【００３０】実施例３水100重量部に対して、表２に示すようにセメント、ア
ルカリ土類金属化合物、及び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、イソシアネートα
液(Ｂ液)100重量部を配合したこと以外は実施例１と同
様に行った。結果を表２に併記する。

【００３１】＜使用材料＞セメント：普通ポルトランドセメント

【００３２】

【表２】

【００３３】

【発明の効果】本発明の岩盤固結用速硬性薬液は、アル
カリ土類金属化合物から発生するＯＨ基とイソシアネー
トとの化学反応によって、分単位で硬化が完了し、さら
に、２〜３時間内にその実用強度に達することができる
ため、低コストで不燃性な岩盤の硬化物を得ることが可
能である。

───────────────────────────────────────────────────── 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)発明者寺島勲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】アルカリ土類金属化合物とウレタン反応
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液とからなる岩盤固結用速硬性薬
液。