(57)【要約】【課題】相分離が遅く、適切な反応速度で固化させることができ、且つ得られる固結体の発泡倍率が所望の範囲にある地盤改良用薬液及び該薬液を用いた地盤改良工法を提供する。【解決手段】ケイ酸ナトリウム水溶液及びアミン系触媒を主成分とするＡ液と、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートにモノオール又はポリオールを反応させて得られ、オキシエチレン単位の含有量が5質量％未満である変性イソシアネート化合物を主成分とするＢ液とからなる地盤改良用薬液である。  また、上記Ａ液とＢ液とを混合し、その混合液を地盤に注入することを特徴とする地盤改良工法である。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケイ酸ナトリウム水溶液及びアミン系触媒を主成分とするＡ液と、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートにモノオール又はポリオールを反応させて得られ、オキシエチレン単位の含有量が5質量％未満である変性イソシアネート化合物を主成分とするＢ液とからなる地盤改良用薬液。
【請求項２】
前記Ａ液に対する前記Ｂ液の質量比が、前記Ａ液100質量部に対し50〜200質量部であることを特徴とする請求項１に記載の地盤改良用薬液。
【請求項３】
前記Ａ液が、ケイ酸ナトリウム水溶液100質量部に対し、アミン系触媒0.05〜5.0質量部を配合してなることを特徴とする請求項１に記載の地盤改良用薬液。
【請求項４】
前記アミン系触媒が、Ｎ,Ｎ,Ｎ',Ｎ”,Ｎ”-ペンタメチルジエチレントリアミン、Ｎ,Ｎ,Ｎ',Ｎ'-テトラメチル-１,２-エチレンジアミン、Ｎ,Ｎ,Ｎ'-トリメチルアミノエチルピペラジン、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トキシエタノール、33％トリエチレンジアミン・67％ジプロピレングリコール、Ｎ,Ｎ-ジメチルアミノヘキサノール、Ｎ,Ｎ-ジメチルアミノエトキシエタノール、Ｎ,Ｎ,Ｎ',Ｎ'-テトラメチルプロパンジアミン、Ｎ,Ｎ-ジメチルアミノエタノールからなる群から選択される少なくとも一種の３級アミンであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の地盤改良用薬液。
【請求項５】
ケイ酸ナトリウム水溶液及びアミン系触媒を主成分とするＡ液と、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートにモノオール又はポリオールを反応させて得られ、オキシエチレン単位の含有量が5質量％未満である変性イソシアネート化合物を主成分とするＢ液とを混合し、その混合液を地盤に注入することを特徴とする地盤改良工法。
【請求項６】
前記Ａ液に対する前記Ｂ液の質量比が、前記Ａ液100質量部に対し50〜200質量部であることを特徴とする請求項５に記載の地盤改良工法。
【請求項７】
前記Ａ液が、ケイ酸ナトリウム水溶液100質量部に対し、アミン系触媒0.05〜5.0質量部を配合してなることを特徴とする請求項５に記載の地盤改良工法。
【請求項８】
前記アミン系触媒が、Ｎ,Ｎ,Ｎ',Ｎ”,Ｎ”-ペンタメチルジエチレントリアミン、Ｎ,Ｎ,Ｎ',Ｎ'-テトラメチル-１,２-エチレンジアミン、Ｎ,Ｎ,Ｎ'-トリメチルアミノエチルピペラジン、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トキシエタノール、33％トリエチレンジアミン・67％ジプロピレングリコール、Ｎ,Ｎ-ジメチルアミノヘキサノール、Ｎ,Ｎ-ジメチルアミノエトキシエタノール、Ｎ,Ｎ,Ｎ',Ｎ'-テトラメチルプロパンジアミン、Ｎ,Ｎ-ジメチルアミノエタノールからなる群から選択される少なくとも一種の３級アミンであることを特徴とする請求項５〜７の何れかに記載の地盤改良工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤改良用薬液及び該薬液を用いた地盤改良工法に関し、特にトンネル又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することにより周囲地盤の崩落を防止すること、更に空隙発生の原因となる湧水を止水することができ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剤としても使用することができる地盤改良用薬液に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、トンネル又は地中構造物等と周囲地盤との空隙部に充填することにより周囲地盤の崩落を防止したり、空隙発生の原因となる湧水を止水したり、柔軟若しくは破砕された岩盤を堅固な岩盤に改良したり、埋立地等の軟弱地盤を補強するために発泡性の地盤改良用薬液が用いられている。
【０００３】
上記地盤改良用薬液は、ケイ酸ナトリウム水溶液、ポリオール及び触媒を主成分とする液体（Ａ液）と、イソシアネートを主成分とする液体（Ｂ液）との二液で構成され、地盤注入前に二液を混合して使用される。ここで、通常の硬質又は軟質ポリウレタンフォームに用いられ、分子鎖が長く且つ分子量の大きなポリオールをＡ液に用いた場合、Ａ液とＢ液とが実用的で所望の反応速度で固化反応し、更に所望の発泡倍率の固結体が得られる。しかしながら、この場合、Ａ液中の無機成分であるケイ酸ナトリウム水溶液と有機成分であるポリオール及び触媒との相分離が極めて短時間で起こるため、Ａ液の均一性の保持が難しく、相分離したＡ液とＢ液とを反応させ固結させると、目的の注入性能（反応特性、発泡倍率、固結体の強度等）を得るのが困難であった（特許文献１及び２参照）。
【０００４】
これに対し、従来においては、注入作業時にＡ液を均一化させるために、注入機のＡ液供給タンク内に撹拌装置を設置し、絶えず混合撹拌を行っている。また、注入作業中断後に、注入を再開する際には、注入ホース中のＡ液が相分離しているため、相分離したＡ液をホース先端からタンクに循環させタンク内で改めて混合撹拌して、Ａ液の均一性を保持している。このように、従来においては、相分離しやすいＡ液の常時混合撹拌及び再混合撹拌のために多くの作業を要し、作業効率が悪くなる傾向があった。
【０００５】
また、Ａ液の均一性を保持するために、ポリオールとしてエチレングリコールやグリセリンのようなモノマーを用いる技術があるが、この場合、Ａ液とＢ液とが急激に固化反応するため反応速度をコントロールするのが難しく、また、得られる固結体の発泡倍率が低く所望の発泡倍率の固結体を得るのが困難であった。これらの問題解決のために、Ｂ液に反応性希釈剤を混合し、Ａ液とＢ液の反応速度のコントロールや、所望の固結体の発泡倍率を得ようとする方法がとられている（特許文献１参照）。
【０００６】
一方、Ａ液としてケイ酸ナトリウム水溶液及び触媒を主成分とする液体を用い、ポリオールを使用しない地盤改良用薬液もあるが、該薬液は、二液を混合して得られる固結体の発泡倍率が所望の範囲になかったり、二液を適切な反応速度で反応させることが困難であった（特許文献３及び４参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特許第２８９６０８３号公報
【特許文献２】
特開平８−３０２３４８号公報
【特許文献３】
特開平４−３１８０９６号公報
【特許文献４】
特開平５−３２０６４５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題を解決し、Ａ液の相分離が遅く、Ａ液とＢ液との混合物を適切な反応速度で固化させることができ、且つ得られる固結体の発泡倍率が所望の範囲にある地盤改良用薬液を提供することにある。また、本発明の他の目的は、かかる地盤改良用薬液を用いた地盤改良工法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、Ａ液に分子鎖が長く且つ分子量の大きなポリオールを配合しないことに加え、Ｂ液を特定のイソシアネートで構成することにより、Ａ液の相分離を遅くしつつ、Ａ液とＢ液との混合物を適切な反応速度で固化させることができ、更には所望の発泡倍率の固結体が得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１０】
即ち、本発明の地盤改良用薬液は、ケイ酸ナトリウム水溶液及びアミン系触媒を主成分とするＡ液と、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートにモノオール又はポリオールを反応させて得られ、オキシエチレン単位の含有量が5質量％未満であるイソシアネート化合物を主成分とするＢ液とからなる。
【００１１】
また、本発明の地盤改良工法は、ケイ酸ナトリウム水溶液及びアミン系触媒を主成分とするＡ液と、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートにモノオール又はポリオールを反応させて得られ、オキシエチレン単位の含有量が5質量％未満であるイソシアネート化合物を主成分とするＢ液とを混合し、その混合液を地盤に注入することを特徴とする。
【００１２】
本発明の地盤改良用薬液及び地盤改良工法の好適例においては、前記Ａ液に対する前記Ｂ液の質量比は、前記Ａ液100質量部に対し50〜200質量部である。
【００１３】
本発明の地盤改良用薬液及び地盤改良工法の他の好適例においては、前記Ａ液は、ケイ酸ナトリウム水溶液100質量部に対し、アミン系触媒0.05〜5.0質量部を配合してなる。
【００１４】
本発明の地盤改良用薬液及び地盤改良工法の他の好適例においては、前記アミン系触媒は、Ｎ,Ｎ,Ｎ',Ｎ”,Ｎ”-ペンタメチルジエチレントリアミン、Ｎ,Ｎ,Ｎ',Ｎ'-テトラメチル-１,２-エチレンジアミン、Ｎ,Ｎ,Ｎ'-トリメチルアミノエチルピペラジン、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トキシエタノール、33％トリエチレンジアミン・67％ジプロピレングリコール、Ｎ,Ｎ-ジメチルアミノヘキサノール、Ｎ,Ｎ-ジメチルアミノエトキシエタノール、Ｎ,Ｎ,Ｎ',Ｎ'-テトラメチルプロパンジアミン、Ｎ,Ｎ-ジメチルアミノエタノールからなる群から選択される少なくとも一種の３級アミンである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を詳細に説明する。本発明の地盤改良用薬液は、ケイ酸ナトリウム水溶液及びアミン系触媒を主成分とするＡ液と、特定の変性イソシアネート化合物を主成分とするＢ液との二液からなる。該薬液は、Ａ液中に分子鎖が長く且つ分子量の大きなポリオールが存在しないため、Ａ液の相分離が遅い。また、該薬液は、Ｂ液が後述する特定の変性イソシアネート化合物を配合してなるため、Ａ液とＢ液とを適切な反応速度で固化させることができ、更には所望の発泡倍率の固結体を生成させることができる。
【００１６】
本発明の地盤改良用薬液のＡ液に用いるケイ酸ナトリウム水溶液としては、ＪＩＳ Ｋ-１４０８に規定のケイ酸ナトリウム１号、２号、３号及び４号等が挙げられ、特に制限はない。
【００１７】
本発明の地盤改良用薬液のＡ液に用いるアミン系触媒としては、Ｎ,Ｎ,Ｎ',Ｎ”,Ｎ”-ペンタメチルジエチレントリアミン、Ｎ,Ｎ,Ｎ',Ｎ'-テトラメチル-１,２-エチレンジアミン、Ｎ,Ｎ,Ｎ'-トリメチルアミノエチルピペラジン、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トキシエタノール、33％トリエチレンジアミン・67％ジプロピレングリコール、Ｎ,Ｎ-ジメチルアミノヘキサノール、Ｎ,Ｎ-ジメチルアミノエトキシエタノール、Ｎ,Ｎ,Ｎ',Ｎ'-テトラメチルプロパンジアミン、Ｎ,Ｎ-ジメチルアミノエタノール等が挙げられる。これらアミン系触媒の配合量は、ケイ酸ナトリウム水溶液100質量部に対し0.05〜5.0質量部が好ましく、0.1〜1.0質量部が特に好ましい。アミン系触媒の配合量が0.05質量部未満では、反応が遅すぎ、かつ所望の発泡倍率が得られない。一方、5.0質量部を超えると、Ａ液の相分離が速くなり、又Ａ液とＢ液の混合液の反応が速くなりすぎて、施工時に注入パイプ内での固化による詰まりを生じる恐れがある。上記アミン系触媒には、溶媒としてポリオールが配合されることがあるが、ケイ酸ナトリウム水溶液100質量部に対し1.0質量部以下であれば、Ａ液の相分離開始時間やＡ液とＢ液との反応速度への影響が小さいため許容される。
【００１８】
上記アミン系触媒の内、Ｎ,Ｎ,Ｎ',Ｎ'-テトラメチルプロパン、Ｎ,Ｎ-ジメチルアミノヘキサノール、Ｎ,Ｎ,Ｎ',Ｎ'-テトラメチル-１,２-エチレンジアミン、Ｎ,Ｎ,Ｎ'-トリメチルアミノエチルピペラジン等の３級アミンは、Ａ液中のケイ酸ナトリウムとＢ液中のイソシアネートとの結合反応を促進する観点から好ましい。また、Ｎ,Ｎ,Ｎ',Ｎ”,Ｎ”-ペンタメチルジエチレントリアミン、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等の３級アミンは、Ａ液とＢ液との混合物の泡化を促進して発泡倍率の高い固結体を生成させる観点から好ましい。
【００１９】
本発明の地盤改良用薬液のＡ液には、更に相溶化剤等の添加剤を加えることができる。ただし、これら添加剤や前述のアミン系触媒の種類によっては、Ａ液が増粘する場合がある。この場合、Ａ液に水を添加することで増粘を防止することができる。水をＡ液に添加することは、Ａ液の粘度を低下させ、岩盤等への浸透性を高める点でも好適であるが、添加量が多すぎると固結体の強度が低下し脆くなる。そのため、水の添加量は、ケイ酸ナトリウム水溶液100質量部に対し50質量部以下とする必要がある。
【００２０】
本発明の地盤改良用薬液のＢ液に用いる変性イソシアネート化合物は、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(ｃ-ＭＤＩ))にモノオール又はポリオールを反応させて得られ、オキシエチレン単位（−ＣＨ2ＣＨ2Ｏ−）の含有量が5質量％未満の変性イソシアネート化合物である。該変性イソシアネート化合物中のオキシエチレン単位の含有量が5質量％以上では、反応が速くなり、また、発泡倍率が大きくなりすぎる。
【００２１】
上記ｃ-ＭＤＩに反応させるモノオール又はポリオールとしては、エタノール、プロパノール、ブタノール等の１価アルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、１,４-ブタンジオール、グリセリン等の多価アルコールにエチレンオキサイドを公知の方法で付加重合して得られるモノオール又はポリオールが挙げられる。
【００２２】
変性上記イソシアネート化合物は、遊離のイソシアネート基を有するウレタンプレポリマーであり、ＮＣＯ含量が25〜33質量％で、25℃での粘度が50〜300mPa・sであるのが好ましい。
【００２３】
前述したＡ液に対するＢ液の質量比は、Ａ液100質量部に対し50〜200質量部が好ましく、80〜150質量部がより好ましく、115〜130質量部が特に好ましい。Ａ液100質量部に対しＢ液が50質量部未満では、固結体の強度が低すぎ、200質量部を超えると、Ｂ液が高価なため原料コストが高くなり過ぎ、又、有機成分であるイソシアネートが増え、難燃性能が低下する。
【００２４】
本発明の地盤改良工法は、前述のＡ液とＢ液とを混合し、その混合液を地盤に注入することを特徴とする。該地盤改良工法の実施態様の一例としては、側面に細孔を備えた鋼管を目的の地盤に打ち込み、該鋼管に前記Ａ液及びＢ液をそれぞれポンプで移送し、次に、該鋼管内でＡ液及びＢ液を混合撹拌し、前記細孔を通して混合液を地盤に注入浸透させる態様が挙げられる。この例においては、混合液が地盤に注入され浸透した後、混合液が地盤中で固結し、生成した固結体が地盤の強度を向上させる。こうして強度が増強された地盤においては、掘削作業等を容易に行うことができる。
【００２５】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、 本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。
【００２６】
（Ａ液の相分離時間測定）
表１に示す配合割合のＡ液500mLをラボミキサーにて2000r.p.mの遠心速度で30秒撹拌し、撹拌後直ちにメスシリンダーに移し静置して、室温下でＡ液が相分離を開始するまでの時間を測定した。結果を表１に示す。
【００２７】
【表１】
2004189980.tif 000002
【００２８】
比較例１〜３のＡ液は、Ａ液中に分子鎖の長いポリオールが存在するため、相分離開始までの時間が短かったのに対し、実施例１〜８のＡ液は、Ａ液中にポリオールが存在しないため、相分離開始までの時間が充分長かった。ただし、アミン系触媒の配合量が多い比較例４及び５のＡ液は、実施例１〜８に比べて相分離開始までの時間が比較的短かったので、アミン系触媒の配合量はケイ酸ナトリウム水溶液100質量部に対し、5.0質量部以下が好ましい。
【００２９】
（反応特性の評価）
表２に示す配合処方のＡ液及びＢ液を調製し、両液を混合して固結体を生成させた。この際のクリーム・タイム(Ｃ・Ｔ)及びライズ・タイム(Ｒ・Ｔ)を測定し、更に得られた固結体の発泡倍率を測定した。また、上記Ａ液及びＢ液を用い、ジェオフロンテ研究会の技術資料「標準試験方法」に定められている直径50mm×高さ100mmのコンクリート作製用金型を用い発泡倍率3倍の固結体を試作し、その圧縮強度を測定した。結果を表２に示す。
【００３０】
ここで、クリーム・タイムとは、Ａ液及びＢ液の混合撹拌時点から混合物が泡化反応により体積が膨脹し始めるまでの時間をいい、実際の施工の際の適正な注入作業の点で30±10秒が好適である。また、ライズ・タイムとは、Ａ液及びＢ液の混合撹拌時点から混合物が膨脹して最大体積に達するまでの時間をいい、実際の施工の際の適正な注入作業の点で40±10秒が好適である。更に、発泡倍率とは、混合前のＡ液の体積とＢ液の体積との合計に対する固結体の体積をいい、フリー発泡（ポリビーカー等の容器中にて混合液を反応、発泡させる方法）で5倍の発泡率は、実際の地盤中で3倍程度の発泡倍率になるといわれており、通常の注入タイプでは地盤中で3倍の発泡倍率が基準といわれているのいで5±1倍が好適である。ただし、固結体の発泡倍率が低い場合は、クリーム・タイムが顕著に表れず、Ａ液とＢ液との混合物が樹脂状に固結することが多いため、Ａ液及びＢ液の混合撹拌時点から固結までの時間、即ちゲル・タイム(Ｇ・Ｔ)を測定した。
【００３１】
【表２】
2004189980.tif 000003
【００３２】
比較例６〜９の地盤改良用薬液は、固結体の発泡倍率が低く、クリーム・タイム及びライズ・タイムを測定できず、発泡倍率3倍の固結体が作製できなかったため圧縮強度も測定できなかった。
【００３３】
一方、実施例９〜１６の地盤改良用薬液は、クリーム・タイム及びライズ・タイムが好適な範囲にあり、また、発泡倍率も好適な範囲にあった。更に、これらの薬液から得られる固結体は圧縮強度も実用上充分な範囲にあった。
【００３４】
（Ａ液とＢ液の比率の検討）
表３に示す配合処方のＡ液及びＢ液を調製し、該Ａ液及びＢ液を用い、ジェオフロンテ研究会の技術資料「標準試験方法」に定められている直径50mm×高さ100mmのコンクリート作製用金型を用い発泡倍率3倍の固結体を試作し、その圧縮強度を測定した。結果を表３に示す。
【００３５】
【表３】
2004189980.tif 000004
【００３６】
表３から、Ｂ液のＡ液に対する比率を上昇させるに従い、固結体の圧縮強度が向上することが分かる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、Ａ液に分子鎖が長く且つ分子量の大きなポリオールを配合しないことに加え、Ｂ液を特定の変性イソシアネート化合物で主に構成することにより、Ａ液の相分離が充分に遅く、Ａ液とＢ液との混合物を適切な反応速度で固化させることができ、更には所望の発泡倍率の固結体を得ることが可能な地盤改良用薬液を提供することができる。また、該薬液を用いた本発明の地盤改良工法によれば、Ａ液の相分離が充分に遅いため、注入時の常時混合撹拌や注入中断後の再混合撹拌を不要とすることができ、作業効率を著しく改善することができる。