JPH08302348A - 地盤改良用発泡性薬液及びその樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はトンネル、または地中構造物等と周
囲地盤との空隙部に発泡性充填材を充填させることによ
り空隙部を止水する事、更に地下水汚染を防止すること
が出来る高発泡性薬液であると同時に、柔軟な或いは破
砕された岩盤を堅固な岩盤に改良し更には埋立地等の軟
弱地盤を改良する補強材としても使用することが出来る
発泡性薬液組成物及びその硬化体に関する。 【構成】 ケイ酸ナトリウム水溶液（Ａ成分）とイソシ
アネート化合物（Ｂ成分）とを反応させて発泡硬化させ
るに際し、Ａ成分中に多官能アルコールにプロピレンオ
キサイドを開環付加重合して成るポリヒドロキシ化合
物、及びシリコン系界面活性剤を含む事を特徴とする地
盤改良用発泡性薬液及びその樹脂組成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はトンネル、または地中構
造物等と周囲地盤との空隙部に発泡性充填材を充填させ
る事により周囲地盤の崩落を防止する事、更に空隙発生
の原因となる湧水を止水する事が出来る高発泡性薬液で
あると同時に、柔軟な或いは破砕された岩盤を堅固な岩
盤に改良し更には埋立地等の軟弱地盤を改良する補強材
としても使用する事が出来る地下水汚染の恐れが少ない
発泡性薬液組成物及びその硬化体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、トンネル工事又は地中構造物
と周囲地盤との空隙部を埋める空隙充填工法にはモルタ
ル充填工法、膨張材混入モルタル充填工法、ベントナイ
トモルタル充填工法等が実施されている。しかるにこの
様な工法は材料そのものの体積が大きい事、大がかりな
設備が必要となり作業機械の搬入、設置その他諸準備に
手間がかかり狭いスペースでの作業性が低下する事があ
った。更に空隙部に水がある場合には充填材の硬化が遅
くなり、施工に長時間要するだけでなくセメントペース
トの急速な硬化が進まない事により施工性、止水性が低
下するという問題があった。そのため近年、ウレタンフ
ォームを空隙充填材として使用、上記問題点を解決しよ
うとする方法が提案され、実施に供されている（特開平
６ー３３６９７) 。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ウレタンフォ
ームを空隙充填材として使用する場合、空隙が大きい場
合にはその大きさの発泡体を作る事になり、その時の反
応熱はフォーム内部に蓄熱される事になる。通常この様
に地盤中に充填して止水効果を発揮させる目的で用いる
発泡体としては独立気泡の硬質フォームが使用される
が、独立気泡のフォームは同時に優れた断熱材でもあ
り、フォーム内部の高温状態は長時間持続され、その結
果、フォームは熱劣化( 焼け) 現象を示すだけでなく極
端な場合は自然発火の危険性もある。また地下水汚染防
止、環境保護の観点からウレタンフォームを空隙充填材
として用いる場合には、ハロゲン元素やリン元素等が含
まれている難燃剤は使用できない事、地球環境への影響
等の観点から発泡剤として水を主体に使用するのが望ま
しい事からフォーム内部温度は高くなる傾向になり、実
際の施工現場においては内部発熱温度の厳重な管理が必
要であった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】発明者等はこれら技術的
問題について鋭意検討を進めた結果、多官能アルコール
にプロピレンオキサイドを開環付加重合して得られるポ
リヒドロキシ化合物、及びシリコン系界面活性剤を含む
ケイ酸ナトリウム水溶液とイソシアネート化合物とを反
応させて発泡硬化させたものが発泡倍率の高い良好な発
泡体になる事、そしてそれが水の中でも混合液が流れる
事なく発泡反応を起こし強固な硬化体となる事、又得ら
れた発泡硬化体は難燃性に富み、発泡時の内部発熱温度
も低いため自然発火による火災の危険が無い事、ケイ酸
ナトリウム水溶液を主体としているため、地下水の汚染
を起こす危険性が少ない事、更に作業環境・地球環境に
悪影響を及ぼさない事を確認した事、さらに空隙充填材
として強度、止水性に優れているだけでなく岩盤への浸
透性も優れている事から、難燃性岩盤固結材として使用
できる事を見い出し本発明を完成するに至ったものであ
る。

【０００５】即ち本発明はポリヒドロキシ化合物とシリ
コン系界面活性剤等を含むケイ酸ナトリウム水溶液( Ａ
成分) とイソシアネート化合物（Ｂ成分）とを定量供給
し、スタチックミキサー等を使用する事により連続的に
混合し、得られた発泡性原液を地盤中の空隙部もしくは
岩盤中に吐出、圧入し所定の発泡倍率で発泡させる事に
より空隙を充填したり軟弱な岩盤を強固な硬化体となす
ものであるが、この時( Ａ) 成分と( Ｂ) 成分は次の様
な条件を満たしている事が本発明の要旨である。

【０００６】本発明のＡ成分として用いるケイ酸ナトリ
ウム水溶液としてはＪＩＳＫー１４０８に規定されたケ
イ酸ナトリウム１号、２号、３号、４号のいずれでも良
くここで特に指定するものではない。しかしポリヒドロ
キシ化合物やシリコン系界面活性剤の種類や、反応促進
の為に使用するウレタン化触媒の種類によってはイソシ
アネート化合物と反応させる前にＡ液中で容易にゲル化
を起こすものもあるが、その場合は水を添加する事によ
ってゲル化を防止する事が出来る。

【０００７】水を添加する事はＡ成分の粘度を低下さ
せ、原液の岩盤への浸透性を高める役割も果たすので好
適であるが、添加量が多すぎると発泡体の強度が低下
し、脆い硬化体になってしまう。本発明では水を添加す
る場合はケイ酸ナトリウム水溶液に対し重量で５％以
上、５０％迄が好ましい範囲と言える。

【０００８】シリコン系界面活性剤はＡ成分とイソシア
ネート成分（Ｂ）とを均一混合し、発泡を安定化させる
のに必要不可欠である。本発明ではシリコン系界面活性
剤として通常ウレタンフォーム整泡剤としての機能を合
わせ持つものが好適に使用出来る。これが添加されてい
ない場合は発泡体の気泡が均一にならず発泡硬化体の中
にセル破壊による空洞が発生してしまうだけでなく空隙
充填材として十分な発泡倍率が得られない。通常空隙充
填材としては１０倍〜３０倍の発泡倍率が多く用いられ
ているが、シリコン系界面活性剤無添加の場合は２倍〜
４倍しか得る事は出来ない。シリコン系界面活性剤の
量、整泡力の強さ、により発泡倍率をコントロールする
事が出来る。高い発泡倍率が必要な場合は整泡力の強い
シリコン系界面活性剤を使用するか量を増す事が有効で
あり、高い固結体強度を必要とする場合は整泡力が小さ
いシリコン界面活性剤を使っても良い。

【０００９】シリコン系界面活性剤の添加量はその活性
によって異なるが、通常Ａ成分中０. ５重量％以上２０
重量％以下好ましくは１重量％以上１５重量％以下が本
発明の効果を発揮する。この様な特性を与えるシリコン
系界面活性剤としては通常ポリウレタン発泡体を製造す
る時に整泡剤として用いるシリコン系界面活性剤が用い
られ、その中でも硬質ウレタンフォームを製造する時に
使用するシリコン整泡剤が有効であり、加水分解に対し
安定なものが更に好ましい。 シリコン整泡剤はＢ成分として用いるイソシアネート化
合物とケイ酸ナトリウム水溶液の相溶化剤として反応の
進行を円滑にさせるため、均一な反応硬化体を作る事が
出来るが同時に反応系におけるシリコン整泡剤の整泡力
が強い程高い発泡倍率のフォームが得られるのである。

【００１０】又この様なシリコン系界面活性剤の他にＡ
成分中に活性水素を３つ以上有するポリヒドロキシ化合
物（以下これをポリオールと呼ぶ）を添加する事が必要
である。ポリオール添加により、発泡反応はより安定化
し、均一微細セルを形成する事ができるが、同時にこれ
によって混合液は水中でも良好な反応硬化性を示す事が
出来る。本発明に用いられるポリオールとしては多官能
アルコールにプロピレンオキサイドを開環付加重合して
成るポリヒドロキシ化合物であるが、エチレンオキサイ
ドとプロピレンオキサイドを併用して使用しても良い。
しかしエチレンオキサイドのみを開環付加重合させたポ
リオールを使用すると良好な発泡体は得られるが、水中
で反応硬化させた場合、混合液は水に分散しやすくな
り、強固な発泡体を形成させる事は出来ないため、本発
明では推奨出来ない。プロピレンオキサイドとエチレン
オキサイドを併用して使用する場合は、プロピレンオキ
サイドの量がエチレンオキサイドの量よりもモル濃度で
少なくないことが重要である。

【００１１】多官能アルコールとしてはグリセリン系、
ソルビトール系、シュークローズ系、ペンタエリスリト
ール系、クアドロール系等、公知公用のものが使用出来
る。これらの多官能アルコールに上述のプロピレンオキ
サイド又はプロピレンオキサイド／エチレンオキサイド
併用系を開環付加重合させて得たポリオールをシリコン
界面活性剤と共にケイ酸ナトリウム水溶液中に投入する
が、この時ポリオールをあまり多量に用いると発泡硬化
体難燃性が悪くなるのでその添加量は最小限にとどめる
べきである。通常、ポリオールの添加量はＡ成分中２重
量％以上、２５重量％以下であり、好ましくは５重量％
以上１５重量％以下が望ましい。

【００１２】実際の地盤の条件に合わせる目的でＡ成分
側にウレタン化触媒を添加する事も出来る。この時加え
る触媒はトリエチレンジアミン等の３級アミン触媒が良
く、その種類や添加量についてはここで規定するもので
はない。しかし有機金属系の触媒は水質汚染の観点から
添加すべきではない。

【００１３】Ｂ成分であるイソシアネート化合物として
はポリメリックイソシアネート、イソシアネートプレポ
リマー等で、常温で液状であるものが用いられる。本発
明ではジフェニルメタン−４、４’ージイソシアネート
（ＭＤＩ）等のポリメリックイソシアネート、トリレン
ジイソシアネート（ＴＤＩ）、更にこれらのイソシアネ
ート化合物にポリエチレングリコール、ポリプロピレン
グリコール等を反応させ、末端が−ＮＣＯ基を有してな
るイソシアネートプレポリマー、及びこれらの２種以上
の混合物が使用出来る。

【００１４】又、軟弱地盤、岩盤等に注入して瞬時に浸
透させ、強固な固結体にさせる時にはＢ成分の粘度が低
い方が好適であり粘度が高い場合にはプロピレンカーボ
ネート等の溶媒で希釈して使用する事も出来る。本発明
の場合、発泡倍率１０倍以上の発泡体を得るにはジフェ
ニルメタン−４，４’−ジイソシアネート等ポリメリッ
クイソシアネートが好ましく、空隙用に好適に使用出来
る。イソシアネートプレポリマーでも発泡倍率４〜６倍
程度の強固な発泡体を得る事が出来るが、この場合は柔
軟な岩盤を固結させるのに好都合である。この時、特に
ポリプロピレングリコールにＭＤＩとを反応させて得た
イソシアネートプレポリマーをＢ成分として使用した場
合、スタチックミキサー等を通じて攪拌された混合溶液
は水に対して安定で水に溶解する事は無く、水中でも反
応硬化するため、安定した地盤改良作用を発揮する。

【００１５】（Ａ）成分に対する（Ｂ）成分の混合割合
についてはＡ：Ｂ＝２：１〜１：３となる様に設定する
事が望ましい。この範囲外では所望する発泡体強度や発
泡倍率が得られず、空隙充填としての止水性能や岩盤固
結としての固結強度を確保出来ないからである。以下実
施例を挙げて本発明を詳細に説明する。

【００１６】

【実施例】

［実施例１〜４］表１に示す割合で各種成分を配合し、
これを（Ａ）成分とした。一方（Ｂ）成分として同表に
示すイソシアネートを使用した。これら使用した原料の
詳細は次の通りである。 ケイ酸ナトリウム水溶液 …… １号水ガラス (株) 日
本化学工業製 ポリオール …エチレンシ゛アミン/PO*1 ：エクセノール 750ED
(株) 旭硝子製 ポリオール …エチレンシ゛アミン/PO ・EO*2 (PO:EO=50:5
0)：エクセノール 600ED (株)旭硝子製 ポリオール …エチレンシ゛アミン/EO : エクセノール 450ED (株)
旭硝子製 アミン触媒 …… トリエチレンジアミン (株) 花王
製 シリコン界面活性剤 …… L-5420 日本ユニカー(株)
製 ポリイソシアネート …… 44V-20(NCO%=31.5%,粘度
=240cp/25 ℃) 住友ハ゛イエルウレタン(株) 製 イソシアネートプレポリマ… C-MDI/ホ゜リフ゜ロヒ゜レンク゛リコール
反応物(NCO%=28%、粘度=580cp/25 ℃) 希釈剤 …… プロピレンカーボネート PC-1000:
アーコケミカル 製 ＊１ PO …プロピレンオキサイド ＊２ EO …エチレンオキサイド

【００１７】［比較例１〜３］実施例と同様に表１に示
す割合で（Ａ）成分を調整した。

【表１】

【００１８】

【発明の効果】以上の通り、本発明によって得られた発
泡硬化体は有機溶剤等の発泡剤を使用しなくても高発泡
倍率のものとなっており、しかも発泡時の内部発熱温度
が110℃以下であり発泡体の内部に「焼け」を生じさせ
ず、又水質を汚染する事がないので、空隙充填材等の地
盤改良用として好適な樹脂組成物となる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケイ酸ナトリウム水溶液（Ａ成分）とイ
   ソシアネート化合物（Ｂ成分）とを反応させて発泡硬化
   させるに際し、Ａ成分中に多官能アルコールにプロピレ
   ンオキサイドを開環付加重合して成るポリヒドロキシ化
   合物、及びシリコン系界面活性剤を含む事を特徴とする
   地盤改良用発泡性薬液及びその樹脂組成物。