JPH0680966A

JPH0680966A - 透水性硬化材料

Info

Publication number: JPH0680966A
Application number: JP23227992A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kubo; 博久保; Takeshi Kawachi; 武川地; Morio Oishi; 守夫大石
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 1992-08-31
Filing date: 1992-08-31
Publication date: 1994-03-22

Abstract

(57)【要約】【目的】比較的短時間に硬化し、硬化後にポラース
で、透水性が良好であり、圧縮強度が高く、安価に出来
る透水性硬化材料を提供する。【構成】透水性硬化材料は、ポリイソシアナートプレ
ポリマーを主剤とする発泡性のウレタン系硬化剤と、水
と、吸水性粉末の混合物を主体とするスラリーからな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、比較的短時間で硬化
し、硬化後にポーラスで透水性が良く、かつ所要の強度
を発揮する固化体を形成できる透水性硬化材料に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】硬化前にスラリー状で、時間経過ととも
に硬化して所定の強度を発揮する材料、すなわち自硬性
スラリーは建設工事において用途が多い。例えば空洞部
の充填や掘削済み空間と構築物との隙間の充填、擁壁の
裏込め、管路埋設工事の埋め戻し、杭頭の空洞部の埋め
戻し、など広く利用されている。

【０００３】自硬性スラリーの最も一般的なものは、コ
ンクリートやモルタルであり、モルタルに粘土を混合し
たいわゆるソイルモルタルもある。これらの材料は、水
量などの調整によって流動性を任意にコントロールで
き、またセメント量の調整によって固化強度を任意にコ
ントロールできるが、これらには硬化後の固化体に高い
透水性を期待することは出来ない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】つまり、硬化後にポー
ラスで透水性が良く、かつ所要の強度を有する固化体を
形成するような自硬性スラリーがあれば、以下のような
様々な用途がある。例えば、補強ロッドの外周の透水性定着層の材料に利用でき
る。擁壁裏込めを透水性材料で行うことによって排水がス
ムーズに出来、擁壁にかかる土圧を軽減できる。表層を透水性の材料で仕上げた盛土にすることによっ
て雨水の地下浸透をスムーズに出来る。その他通水，排水，浸透性を有し、軽量であって、あ
る程度の強度を要求される箇所一般に使用できる。

【０００５】しかしながら、前記コンクリートやモルタ
ルでは透水性の大きい固化体を形成することは困難であ
る。例えばモルタルに多量の泡を混入する「気泡モルタ
ル」は、固化体中で気泡が独立気泡として存在している
ため、透水係数は精々１０^-3〜１０^-4cm／ｓのオーダま
でであり、また硬化までにかなりの時間を必要とし、実
用強度に到達するまでの養生期間が長期となる。さらに
固化体の圧縮強度が精々数１０Kgｆ／cm²程度しか得ら
れない。

【０００６】ところで、発泡性のウレタン系硬化剤は、
ポリイソシアナートプレポリマー中のイソシアナートと
水とが反応すると、二酸化炭素が放出され、重合反応が
進行する。発生した二酸化炭素の気泡が反応後の硬化体
中にも残留してポーラスな固化体を形成する。

【０００７】このポーラスな形状が透水性の向上をもた
らし、前述の「透水性の硬化材料」の性能を発揮できる
が、それだけでは硬化体の強度が大きすぎ、またウレタ
ン系硬化剤はかなり高価であることを考慮すると、建築
用の材料としては不向きである。

【０００８】この発明は、以上のウレタン系硬化剤の持
つ性能に着目し、このウレタン系硬化剤の利点を享有し
つつ前述の各種建設用途に適合した強度であって、安価
に出来る配合を種々検討した結果、ウレタン重合物中に
吸水性粉末を適宣割合で分散することにより、その配合
割合に応じて形成される固化体は適度な透水性及び強度
を有することを知見した。

【０００９】この発明は以上の知見に基づきなされたも
のであり、その目的は比較的短時間に硬化し、硬化後に
ポーラスで、透水性が良好であり、圧縮強度が高く、安
価に出来る透水性硬化材料を提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、この発明の透水性硬化材料は、ポリイソシアナート
プレポリマーを主剤とする発泡性のウレタン系硬化剤
と、水と、吸水性粉末の混合物を主体とするスラリーか
らなるものである。

【００１１】前記吸水性粉末は、セメント，土，フライ
アッシュ，スラグ粉末，各種焼却灰，吸水性樹脂などか
ら選ばれた微粉末の１種ないし２種以上の混合物からな
るものである。また、前記スラリー中にはリグニンスル
フォン酸塩系、オキシカルボン酸塩系、ポリカルボン酸
塩系、ナフタリンスルフォン酸塩系などから選ばれたコ
ンクリート用硬化遅延剤が添加される。

【００１２】また、この発明において、前記スラリー中
には粘性調整剤を添加することができる。この粘性調整
剤は、増粘剤または減粘剤からなり、増粘剤としてはセ
ルロース系高分子，ポリアクリルアミド系水溶性高分
子，でんぷんの中から選ばれ、また減粘剤としてはリグ
ニンスルフォン酸塩，オキシカルボン酸塩，ポリカルボ
ン酸塩，ナフタリンスルフォン酸塩の中から選ばれる。

【００１３】次に以上の材料をより詳しく説明する。

【００１４】［ウレタン系硬化剤］ウレタン系硬化剤に
は、一液型（ワンショット）と二液型（ツーショット）
がある。一液型は、全ての反応成分、添加剤などを混合
してあり、水との混合によってポリウレタン発泡体を生
成する。一液型は経済的で設備的に二液型よりも有利で
あるが、重合付加反応が一度に進むために多量の熱が発
生する欠点がある。

【００１５】一方、二液型は主剤と助剤からなり、主剤
は過剰のジイソシアナートとポリオールを反応させてイ
ソシアナート基を末端に持つポリイソシアナート基プレ
ポリマーであり、助剤はポリオールや各種の触媒などを
混合したものである。二液型の場合、主剤と助剤（通
常、主剤に対して５％）と水（通常主剤に対して２０
％）を混合することによって、ポリウレタン発泡体を生
成する。二液型は、一液型に比べて反応が均一に進行
し、発熱が少なく、アミンなどの硬化剤も使用できるな
どの長所がある。したがって、この発明で用いるウレタ
ン系硬化剤は、一液型、二液型のいずれでも良いが、品
質管理の面から、二液型の方が望ましい。

【００１６】また、硬化後のポリウレタン発泡体の強度
（軟質〜硬質までの程度）は、ウレタン系硬化剤中のポ
リオールの分子量、官能基数などによって調整可能であ
る。この発明では、硬質の発泡硬化体を必要とすること
が多いことから、それに対応するウレタン系硬化剤を選
定する。

【００１７】［吸水性粉末、硬化遅延剤］吸水性粉末
は、添加する水量を増し、ポリウレタン発泡体単体の強
度を低減し、コストダウンを図るための材料であり、単
に水量を多くするだけでは、セメント、土が適する。そ
して、硬化前の流動性を確保するため、必要に応じて硬
化遅延剤を添加する。

【００１８】セメントとしては、普通ポルトランドセメ
ント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランド
セメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、シ
リカセメント、地盤改良用・廃棄物固化用等として市販
されている特殊セメントのいずれでも使用できる。また
特殊な場合としては吸水性樹脂なども使用できる。

【００１９】さらに、ウレタン系硬化剤に対する配合割
合は、施工の種類に応じて得ようとする透水係数や、強
度などに応じて種々設定できる。

【００２０】また、土としては、カオリン粘土、沖積粘
土、ローム、ベントナイト、砂質土、シルト質粘土など
の各種の土を使用できる。これらのウレタン系硬化剤に
対する配合割合は、施工の種類に応じて得ようとする透
水係数や、強度などに応じて種々設定できる。

【００２１】硬化遅延剤としては前述のごとくコンクリ
ート用の硬化遅延剤、例えばリグニンスルフォン酸塩
系、オキシカルボン酸塩系、ポリカルボン酸塩系、ナフ
タリンスルフォン酸塩系などが使用出来る。

【００２２】［粘性調整剤］粘性調整剤のうち増粘剤
は、全体の粘性を高めることによってガスを内部に蓄
え、透水係数を高めるために少量添加されるもので、前
述のごとくセルロース系高分子，ポリアクリルアミド系
水溶性高分子，でんぷんの中から選ばれる。

【００２３】逆に減粘剤は、全体の粘性を低く抑えるこ
とによって、ポンプ圧送性を高めるために少量添加され
るものであって、前述のリグニンスルフォン酸塩，オキ
シカルボン酸塩，ポリカルボン酸塩，ナフタリンスルフ
ォン酸塩の中から選ばれる。

【００２４】

【作用】ウレタン系硬化剤は、混合直後は流動性があ
り、ポンプ圧送などにより輸送できる。混合後はポリウ
レタンに吸水性粉末が均一に分散された形の発泡固化物
を形成するため、比較的短時間で実用強度に達し、その
配合比に応じた物性値が得られる。

【００２５】

【実施例】

［試験方法］後述する各実施例において、得られたスラ
リー及び固化体を次の（１）〜（６）の試験項目に供し
た。（１）フロー値スラリーを内径３cm高さ７cmの容器に満たし、直ぐに真
横に倒す。その最に流出したスラリーの容器頭部からの
距離を測定し、これをフロー値とした。（２）硬化開始時間スラリーをビーカに入れ、時々棒でスラリーを突いて硬
化情況を計り硬化開始時間を求めた。（３）最高温度スラリーをビーカに入れ、温度計を差し込んで最高温度
を測定した。（４）湿潤密度スラリーを内径５cm、高さ３０cmの厚紙製の容器に入
れ、硬化させた後一日後に容器を外して、硬化体を直径
５cm・高さ１０cmに成形して、質量を測定し湿潤密度を
求めた。（５）透水係数前記試験項目（４）の硬化体を内径５cm・高さ５０cmの
円筒容器（上下面に蓋なし）に、硬化体と容器の間に隙
間を生じないようにグリースを縫ってセットした。これ
を容器ごと水中に入れ硬化体内部の気泡を追い出した
後、容器を鉛直に設置し、容器上部に水を入れ、水の流
出速度を測定した。そして、ダルシーの法則から透水係
数を算出した。（６）一軸圧縮強度前記試験項目（５）の試験後の硬化体をＪＩＳＡ１
２１６にしたがって一軸圧縮試験を行った。

【００２６】実施例１．ウレタン系硬化剤−セメント−水−硬化遅延剤を混合し
た場合：図１のNo１〜１６の配合を行った。いずれもホ
バート型ミキサーに水と吸水性粉末、粘性調整剤などを
入れて混合したのち、これに二液型ウレタン系硬化剤
（主剤，助剤）を入れて混合してスラリーを作製し、次
いでこれを硬化させて発泡固化体を形成した。

【００２７】得られたスラリー及び固化体の物性測定の
結果を図１に示す。図中No１はセメントを含まない場合
の標準的な配合である。

【００２８】No１の配合は、非常に透水性が良く、強度
の大きい固化体を形成できる。しかし、この配合では、
建設材料としては高価であるウレタン系硬化剤を多量使
用するので、コストが高すぎる。No２以降は、セメント
を混合し、それに応じて水量も増やしている。

【００２９】ウレタン系硬化剤（主剤）３００ｇ当たり
セメントを２００ｇ配合したNo５〜７は、No１に比べて
透水係数及び強度が低下したが、この程度の物性値であ
っても有効な用途に供することができる。また、その配
合でのフロー値は、５〜７cmで、No１に比べて低下した
が、ポンプ圧送出来ない程度ではなかった。このこと
は、セメント１００ｇを混合したNo２〜４でも同じであ
った。したがって、No２〜７の配合は、建設工事におい
て利用価値が大きい。

【００３０】また、No８〜１３の配合であっても、ポン
プ圧送を行わず、それ程高い透水係数を必要としない場
合には利用できる。

【００３１】No１４〜１６は、硬化遅延剤（オキシカル
ボン酸塩系）を混合した場合であり、硬化遅延剤を混合
することによって、流動性（フロー値）を向上できる。

【００３２】次に、以上の結果からセメント／ウレタン
系硬化剤の比率と一軸圧縮強度との関係を図２にグラフ
化し、またセメント／ウレタン系硬化剤の比率と透水係
数との関係を図３にグラフ化し、適性配合を検討した。

【００３３】なお、適性配合は、物性の目標値をどのよ
うに設定するか、そして目標値は材料をどのような用途
で用いるか、どのような施工方法で用いるか、によって
異なる。すなわち、ある用途、施工方法では、不適合な
物性であっても用途や施工方法が変われば適合すること
もある。

【００３４】ここでは、混合直後の流動性がポンプ圧送
できること、固化後の圧縮強度が１５Kgf ／cm²以上で
あること、固化後の透水係数が１０^-2cm／s のオーダー
よりも大きいこと、という基準で適性配合を検討した。

【００３５】この結果、図２，３の黒印，半黒印で示し
ているように、流動性（図１に示すフロー値によって評
価）の面からは、セメント／ウレタン系主剤＝０〜１．
０が適合する。また、強度の面から水／セメント＝０．
３〜０．５（ここで言う水は、全体の水からウレタン系
主剤の反応に必要とする水、すなわちウレタン系主剤が
反応に必要とする２０％の水を差し引いた水である。）
が適合する。

【００３６】また、透水係数の面からセメント／ウレタ
ン系主剤＝０〜０．７が適合する。なお、ウレタン系助
剤／ウレタン系主剤＝０．０５、及びウレタン系の反応
に必要な水量を２０％とすることは、メーカから指定さ
れている。また、硬化遅延剤の添加が流動性を向上させ
ることは、図１のフロー値でNo１１，１２とNo１４〜１
６を比較すると明らかである。

【００３７】実施例２．ウレタン系硬化剤−笠岡粘土−水−増粘剤を混合した場
合：製造手順としては実施例１．と同一であり、図４の
No１７〜２６の配合を実施した。その結果は物性値は図
４に示した通りである。

【００３８】なお、笠岡粘土とは、岡山県笠岡地方で採
取され、粘土鉱物としてモンモリロナイト，カオリナイ
トなどを含み、土木工事の泥水調整用などとして用いら
れる粘土である。ウレタン系硬化剤（主剤）３００ｇ当
たり、笠岡粘土を１００〜４００ｇ混合したNo１７〜２
５はNo１に比べて、透水係数及び強度が低下したが、こ
の程度の物性値では有効な用途に供することが出来るこ
とは明らかである。また、この配合のフロー値は５〜１
０cmでNo１に比べて低下したが、ポンプ圧送が可能な範
囲である。

【００３９】増粘剤を１ｇ混合したNo２６はNo１７に比
べて内部ガスを多量に保持するため、密度が小さく、透
水係数の大きい固化体を形成することができた。

【００４０】次に、以上の結果から笠岡粘土／ウレタン
系硬化剤の比率と一軸圧縮強度との関係を図５にグラフ
化し、また笠岡粘土／ウレタン系硬化剤の比率と透水係
数との関係を図６にグラフ化し、適性配合を検討した。

【００４１】この結果、図５，図６に黒印，半黒印で示
しているように、流動性（図４に示すフロー値によって
評価）の面から、笠岡粘土／ウレタン系主剤＝０〜０．
７が適合する。また、強度の面から笠岡粘土／ウレタン
系主剤＝０〜０．３かつ水／笠岡粘土＝０．４〜０．７
（直線を延長して求めた）、または０．３〜０．７かつ
水／笠岡粘土＝０．４〜０．５（ここで言う水は、全体
の水からウレタン系主剤の反応に必要とする水、すなわ
ちウレタン系主剤が反応に必要とする２０％の水を差し
引いた水である。）が適合する。また、透水係数の面か
らも以上の配合は適性である。

【００４２】なお、この実施例は笠岡粘土を用いた例で
あって、適合配合は笠岡粘土の場合にのみ適合するもの
である。すなわち、土が異なると土の保持する水量に差
があるため、当然適合配合も異なってくる。したがっ
て、使用し得る全ての土を包含する適合配合は、土／ウレタン系主剤＝０〜２水／土＝０．１〜２程度となり、かなり広範囲になるものと推定される。

【００４３】実施例３．ウレタン系硬化剤−ベントナイト−水を混合した場合：
製造手順としては実施例１．と同一であり、図７のNo２
７，２８の配合を実施した。その結果は物性値は図７に
示した通りである。ウレタン系硬化剤（主剤）３００ｇ
当たりベントナイトを２０ｇ混合したNo２７，２８はNo
１に比べて透水係数及び強度が低下したが、この程度の
物性値では有効な用途に供することが出来ることは明ら
かである。また、この配合のフロー値は８〜９cmでNo１
に比べて低下したが、ポンプ圧送が可能な範囲である。

【００４４】実施例４．ウレタン系硬化剤−吸水性樹脂−水を混合した場合：製
造手順としては実施例１．と同一であり、図８のNo２
９，３０の配合を実施した。その結果は物性値は図８に
示した通りである。ウレタン系硬化剤（主剤）３００ｇ
当たり吸水性樹脂（商品名：アラソーブ）を３ｇ混合し
たNo２９〜３０はNo１に比べて透水係数及び強度が低下
したが、この程度の物性値では有効な用途に供すること
が出来ることは明らかである。また、この配合のフロー
値は８〜９cmでNo１に比べて低下したが、ポンプ圧送が
可能な範囲である。

【００４５】実施例５．ウレタン系硬化剤−フライアッシュ−水を混合した場
合：製造手順としては実施例１．と同一であり、図９の
No３１，３２の配合を実施した。その結果は物性値は図
９に示した通りである。ウレタン系硬化剤（主剤）３０
０ｇ当たりフライアッシュ（石炭火力発電所から入手し
た石炭灰）を２００ｇ混合したNo３１，３２はNo１に比
べて透水係数及び強度が低下したが、この程度の物性値
では有効な用途に供することが出来ることは明らかであ
る。また、この配合のフロー値は８〜９cmでNo１に比べ
て低下したが、ポンプ圧送が可能な範囲である。

【００４６】実施例６．ウレタン系硬化剤−高炉水滓粉末−水を混合した場合：
製造手順としては実施例１．と同一であり、図１０のNo
３３，３４の配合を実施した。その結果は物性値は図１
０に示した通りである。ウレタン系硬化剤（主剤）３０
０ｇ当たり高炉スラグ粉末（粉末度はブレーン値で約４
０００cm²／ｇ）を２００ｇ混合したNo３３，３４はNo
１に比べて透水係数及び強度が低下したが、この程度の
物性値では有効な用途に供することが出来ることは明ら
かである。また、この配合のフロー値は８〜９cmでNo１
に比べて低下したが、ポンプ圧送が可能な範囲である。

【００４７】比較例．前記各実施例における自硬性スラ
リーと、従来の各種自硬性スラリーとの圧縮強度及び透
水係数を図１１に比較して示す。

【００４８】比較した材料はコンクリート，モルタル，
ソイルセメント，気泡モルタルであるが、本発明の場合
には、１日で実用強度に達し、また、その透水係数はい
ずれの材料に比べて極めて高く、また工期の短縮や急速
施工に好適であり、発明が解決しようとする課題中にか
かげた〜の用途に好適であることを示唆している。

【００４９】

【発明の効果】以上各実施例によって詳細に説明したよ
うに、この発明にかかる透水性硬化材料にあっては、次
に述べる効果がある。施工目的，用途によって粘性、強度、透水性を任意に
調整できる。ウレタン系硬化剤の作用によって、短期に非常に大き
な強度を得ることが出来、工期の短縮を図り、急速施工
が必要な場合に特に有利である。ウレタン系硬化剤と水の混合によって作製する場合に
比べて材料コストを極めて低く抑えることができる。ウレタン系硬化剤と水の混合によって作製する場合に
比べて無機物を混合した分、耐久性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１における配合と物性値を示す図表であ
る。

【図２】実施例１におけるセメント／ウレタン系硬化剤
の比率と一軸圧縮強度との関係を示すグラフである。

【図３】実施例１におけるセメント／ウレタン系硬化剤
の比率と透水係数との関係を示すグラフである。

【図４】実施例２における配合と物性値を示す図表であ
る。

【図５】実施例２における笠間粘土／ウレタン系硬化剤
の比率と一軸圧縮強度との関係を示すグラフである。

【図６】実施例２における笠間粘土／ウレタン系硬化剤
の比率と透水係数との関係を示すグラフである。

【図７】実施例３における配合と物性値を示す図表であ
る。

【図８】実施例４における配合と物性値を示す図表であ
る。

【図９】実施例５における配合と物性値を示す図表であ
る。

【図１０】実施例６における配合と物性値を示す図表で
ある。

【図１１】この発明と、従来の各種自硬性スラリーとの
圧縮強度及び透水係数を比較した図表である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ポリイソシアナートプレポリマーを主剤
とする発泡性のウレタン系硬化剤と、水と、吸水性粉末
の混合物を主体とするスラリーからなる透水性硬化材
料。
【請求項２】前記吸水性粉末は、セメント，土，フラ
イアッシュ，スラグ粉末，各種焼却灰，吸水性樹脂など
から選ばれた微粉末の１種ないし２種以上の混合物であ
ることを特徴とする請求項１記載の透水性硬化材料。
【請求項３】前記スラリー中には硬化遅延剤が添加さ
れることを特徴とする請求項１または２記載の透水性硬
化材料。
【請求項４】前記硬化遅延剤は、リグニンスルフォン
酸塩系、オキシカルボン酸塩系、ポリカルボン酸塩系、
ナフタリンスルフォン酸塩系などから選ばれたコンクリ
ート用硬化遅延剤であることを特徴とする請求項３記載
の透水性硬化材料。
【請求項５】前記スラリー中には粘性調整剤が添加さ
れることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記
載の透水性硬化材料。
【請求項６】前記粘性調整剤は、増粘剤からなり、該
増粘剤は、セルロース系高分子，ポリアクリルアミド系
水溶性高分子，でんぷんの中から選ばれたものであるこ
とを特徴とする請求項４に記載の透水性硬化材料。
【請求項７】前記粘性調整剤は、減粘剤からなり、該
減粘剤は、リグニンスルフォン酸塩，オキシカルボン酸
塩，ポリカルボン酸塩，ナフタリンスルフォン酸塩の中
から選ばれたものであることを特徴とする請求項４に記
載の透水性硬化材料。