(57)【要約】【課題】ポリヒドロキシ化合物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）とを反応させて発泡硬化させる地盤改良剤における泡立ち現象を防止する。【解決手段】泡立ち成分を含まず所定の消泡性評価試験で所定の消泡性能を示す地盤改良剤。好ましくはＡ成分が界面活性剤及び整泡剤を含まず、ポリヒドロキシ化合物とウレタン反応触媒のみを添加したケイ酸ナトリウム水溶液よりなる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリヒドロキシ化合物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）とを有し、該Ａ成分とＢ成分との反応により発泡硬化する地盤改良剤において、
泡立ち成分を含まないことを特徴とする地盤改良剤。
【請求項２】
請求項１において、該泡立ち成分が界面活性剤及び／又は整泡剤であることを特徴とする地盤改良剤。
【請求項３】
ポリヒドロキシ化合物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）とを有し、該Ａ成分とＢ成分との反応により発泡硬化する地盤改良剤において、
該Ａ成分１ｇを水２００ｍｌに添加して３０００ｒ．ｐ．ｍ．で３０秒撹拌混合した後静置した際に、撹拌終了から泡が消えるまでの時間が３０秒以下であることを特徴とする地盤改良剤。
【請求項４】
ポリヒドロキシ化合物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）とを有し、該Ａ成分とＢ成分との反応により発泡硬化する地盤改良剤において、
Ａ成分５０ｇとＢ成分５０ｇとを５００ｒ．ｐ．ｍで１０秒間撹拌混合した後、水１０００ｍｌに直ちに投入して水中で反応、固結させ、該投入から１時間後に固結物を分離して得られた分離水を３０００ｒ．ｐ．ｍで３０秒撹拌した後静置した際に、撹拌終了から泡が消えるまでの時間が６０秒以下であることを特徴とする地盤改良剤。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、該Ａ成分がポリヒドロキシ化合物及びウレタン反応触媒のみを含むケイ酸ナトリウム水溶液であることを特徴とする地盤改良剤。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の地盤改良剤を用い、前記Ａ成分と前記Ｂ成分とを混合し、混合物を地盤に注入して該地盤を改良することを特徴とする地盤改良工法。
【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させることにより周囲地盤の崩落の防止や、空隙発生の原因となる湧水の止水が可能な高発泡性薬剤として、また、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有用な地盤改良剤と、これを用いた地盤改良工法に関する。
【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く、また、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といった欠点があった。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ことにより施工性、止水性が低下するという問題もあった。
【０００３】
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。
【０００４】
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ことになり、その時の反応熱はフォーム内部に蓄熱されることになる。通常、このよう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こと、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こと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。
【０００５】
このような問題点を解決するものとして、特開平８−３０２３４８号公報には、ポリヒドロキシ化合物、及びシリコー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で連続的に混合し、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ことにより、空隙を充填したり軟弱な岩盤を強固な硬化体となすことが記載されている。このポリヒドロキシ化合物及びシリコーン系界面活性剤等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は、発泡倍率の高い良好な発泡体になる。この注入用薬液は、水の中でも液が流れることなく発泡反応を起こし強固な硬化体となる。また、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と共に、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。更に、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ことから、難燃性岩盤固結材としても使用することができる。
【０００６】
この注入用薬液では、Ａ成分とＢ成分との反応性、発泡性能（発泡安定性、発泡倍率の確保）の改良のために、Ａ成分にシリコーン系界面活性剤や整泡剤が添加されている。
【０００７】
しかしながら、シリコーン系界面活性剤や整泡剤を含む注入用薬液では、湧水が多い施工現場では、Ａ成分とＢ成分との反応で得られる固結物からこれらの界面活性剤や整泡剤が溶出し、施工現場や下流の河川等において泡立ちが生じることが有り、環境に対して美観を損なう等の問題が起こり得る。
【０００８】
従来、このような泡立ち現象に対する対策として、薬液中に消泡成分を添加したり、施工現場の排水処理槽に消泡剤を散布する等の処置が採られてきた。
【０００９】
【特許文献１】
特開平８−３０２３４８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
消泡成分の配合や消泡剤の使用で、泡立ちの抑制、発生した泡の消泡は可能ではあるが、泡立ち成分である界面活性剤や整泡剤が薬液中に含有されていることに変わりはなく、従って、薬液中のこれらの泡立ち成分が反応固結物から水中に溶出することによる泡立ち現象を確実に防止することはできない。また、消泡剤を散布する方法では、散布された消泡剤が環境に排出されることで、新たな問題が起こる可能性がある。
【００１１】
本発明は、このような泡立ち現象を解決する地盤改良剤及び地盤改良工法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の地盤改良剤は、ポリヒドロキシ化合物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）とを有し、該Ａ成分とＢ成分との反応により発泡硬化する地盤改良剤において、泡立ち成分を含まないことを特徴とする。この泡立ち成分としては、界面活性剤及び／又は整泡剤が挙げられる。
【００１３】
請求項３の地盤改良剤は、ポリヒドロキシ化合物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）とを有し、該Ａ成分とＢ成分との反応により発泡硬化する地盤改良剤において、該Ａ成分１ｇを水２００ｍｌに添加して３０００ｒ．ｐ．ｍ．で３０秒撹拌混合した後静置した際に、撹拌終了から泡が消えるまでの時間が３０秒以下であることを特徴とする。
【００１４】
請求項４の地盤改良剤は、ポリヒドロキシ化合物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）とを有し、該Ａ成分とＢ成分との反応により発泡硬化する地盤改良剤において、Ａ成分５０ｇとＢ成分５０ｇとを５００ｒ．ｐ．ｍで１０秒間撹拌混合した後、水１０００ｍｌに直ちに投入して水中で反応、固結させ、該投入から１時間後に固結物を分離して得られた分離水を３０００ｒ．ｐ．ｍで３０秒撹拌した後静置した際に、撹拌終了から泡が消えるまでの時間が６０秒以下であることを特徴とする。
【００１５】
このように泡立ち成分を含まず、また、所定の消泡性評価試験において、所定以上の消泡性を示す地盤改良剤であれば、それ自体の泡立ちの問題がないため、泡立ち現象の問題を解消することができる。
【００１６】
本発明の地盤改良剤のＡ成分は、例えば、ポリヒドロキシ化合物及びウレタン反応触媒のみを含むケイ酸ナトリウム水溶液であることが好ましい。
【００１７】
本発明の地盤改良工法は、このような本発明の地盤改良剤を用い、Ａ成分とＢ成分とを混合し、混合物を地盤に注入して該地盤を改良するものであり、注入時ないし注入後の発泡硬化後においても、泡立ちの問題は殆どない。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の地盤改良剤及び地盤改良工法の実施の形態を詳細に説明する。
【００１９】
本発明の地盤改良剤は、そのＡ成分が、下記消泡性評価試験▲１▼において消泡に要する時間が３０秒以下、好ましくは１０秒以下である。この消泡時間が３０秒を超え、例えば１８０秒のものでは、硬化前後の泡立ち現象を十分に防止し得ない。
【００２０】
［消泡性評価試験▲１▼］
Ａ成分１ｇを水２００ｍｌに添加して３０００ｒ．ｐ．ｍ．で３０秒撹拌混合した後静置した際に、撹拌終了から泡が消えるまでの消泡時間を測定する。
【００２１】
また、本発明の地盤改良剤は、下記消泡性評価試験▲２▼において、消泡に要する時間が６０秒以下、好ましくは３０秒以下である。この消泡時間が６０秒を超え、例えば１８０秒のものでは、硬化前後の泡立ち現象を十分に防止し得ない。
【００２２】
［消泡性評価試験▲２▼］
Ａ成分５０ｇとＢ成分５０ｇとを５００ｒ．ｐ．ｍで１０秒間撹拌混合した後、水１０００ｍｌに直ちに投入して水中で反応、固結させ、該投入から１時間後に固結物を分離して得られた分離水を３０００ｒ．ｐ．ｍで３０秒撹拌した後静置した際に、撹拌終了から泡が消えるまでの消泡時間を測定する。
【００２３】
本発明の地盤改良剤は、上記消泡性評価試験▲１▼，▲２▼の消泡性能を共に具備するものであることが好ましい。
【００２４】
このような地盤改良剤は、地盤改良剤を構成するＡ成分として、界面活性剤及び整泡剤のような泡立ち成分を用いず、ポリヒドロキシ化合物及びウレタン反応触媒のみをケイ酸ナトリウム水溶液に配合することにより調製することができる。
【００２５】
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、特に限定されるものではない。ただし、ポリヒドロキシ化合物の種類や、反応促進のため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液中で容易に高粘度化を起こすものもあるが、その場合は水を添加することによって高粘度化を防止することができる。
【００２６】
水を添加することは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硬化体の強度が低下し、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。
【００２７】
Ａ成分のポリヒドロキシ化合物は、活性水素を２個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）である。このようなポリオールの添加により、発泡反応はより安定化し、均一微細セルを形成するようになる。また、ポリオールの添加によって混合液は水中でも良好な反応硬化性を示すようになる。
【００２８】
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が好適であるが、多官能アルコールにエチレンオキサイドとプロピレンオキサイドを開環付加重合させたものであっても良い。なお、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ことはできないため、本発明では推奨できない。プロピレンオキサイドとエチレンオキサイドを開環付加重合させたものを使用する場合は、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好ましい。
【００２９】
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、クアドロール系等を使用できる。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を開環付加重合させて得たポリオールの１種又は２種以上がケイ酸ナトリウム水溶液に添加されるが、ポリオールとしても消泡性の高いものが好ましい。
【００３０】
ケイ酸ナトリウム水溶液へのポリオールの添加量が過度に多いと、発泡硬化体の難燃性が悪くなる。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。
【００３１】
Ａ成分には、実際の地盤の条件に合わせる目的でウレタン化触媒を添加することが好ましい。この触媒として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特に規定するものではないが、通常Ａ成分中に０．０２重量％以上６．０重量％以下、特に０．２重量％以上２．０重量％以下であることが好ましい。有機金属系の触媒は、水質汚染を防止するために添加すべきではない。
【００３２】
従来の地盤改良剤においては、Ａ成分中に、界面活性剤、更には整泡剤が配合されるが、これらの殆どのものは泡立ち成分に該当することから、本発明においては、Ａ成分中に界面活性剤及び整泡剤は配合しないことが好ましい。ただし、後述の消泡性評価試験において消泡性が認められるような成分であれば、その所定量を添加することも可能である。
【００３３】
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できる。
【００３４】
Ａ成分に対するＢ成分の混合割合はＡ：Ｂ＝２：１〜１：３（重量比）が望ましい。この範囲外では所望の発泡硬化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できないことがある。
【００３５】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００３６】
実施例１〜３、比較例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。Ｂ成分として下記の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。
【００３７】
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Ｉ：ポリエーテルポリオール（分子量４４０、水酸基価３８０、粘度６５０ｍＰａ・ｓ／２５℃）
ポリオールＩＩ：ポリエーテルポリオール（分子量６７０、水酸基価２５０、粘度２５０ｍＰａ・ｓ／２５℃）
ポリオールＩＩＩ：ポリエーテルポリオール（分子量４６５、水酸基価４７０、粘度３６００ｍＰａ・ｓ／２５℃）
ポリオールＩＶ：ポリエーテルポリオール（分子量５２０、水酸基価４３０、粘度３０００ｍＰａ・ｓ／２５℃）
ポリオールＶ：ポリエーテルポリオール（分子量５１０、水酸基価４４０、粘度３２００ｍＰａ・ｓ／２５℃）
整泡剤Ｉ：ジメチルポリシロキサン−ポリオキシアルキレン共重合体（Ｌ５４２０：日本ユニカー（株）製）
整泡剤ＩＩ：ジメチルポリシロキサン−ポリオキシアルキレン共重合体（Ｆ５０２：信越化学工業（株）製）
触媒Ｉ：Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−１，２−エチレンジアミン
触媒ＩＩ：Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ”，Ｎ”−ペンタメチルジエチレントリアミン
ポリイソシアネート：ＭＤＩプレポリマー（ＮＣＯ％＝３１％，粘度７０ｍｐａ．ｓ／２５℃）
【００３８】
Ａ成分及びＢ成分について、各々下記消泡性評価試験を行い、消泡時間を調べ、結果を表１に示した。また、下記発泡試験を行い、結果を表１に併記した。
【００３９】
［消泡性評価試験▲１▼］
Ａ成分１ｇを水２００ｍｌに滴下し、ラボミキサーで回転数３０００ｒ．ｐ．ｍ．にて３０秒撹拌混合した後静置した際に、撹拌終了から泡が消えるまでの消泡時間を測定した。
【００４０】
［消泡性評価試験▲２▼］
Ａ成分５０ｇとＢ成分５０ｇとを混合し、スリーワンモータで回転数５００ｒ．ｐ．ｍにて１０秒間撹拌した後、水１０００ｍｌに直ちに投入して水中で反応、固結させ、該投入から１時間後に固結物を分離して得られた分離水を、ラボミキサーで回転数３０００ｒ．ｐ．ｍにて３０秒撹拌した後静置した際に、撹拌終了から泡が消えるまでの消泡時間を測定した。
【００４１】
用いたポリオールＩ〜Ｖのうち、ポリオールＩ、ＩＩ、ＩＩＩはいずれも泡立ち成分を含まないポリオールで、一方、ポリオールＩＶ、Ｖは泡立ち成分を含むポリオールである。また、整泡剤は整泡剤Ｉ、ＩＩを含め一般に泡立ちが多い。
【００４２】
比較例１，２はＡ液配合中に、夫々泡立ち成分を含有するポリオールＩＶ、Ｖ及び整泡剤Ｉ、ＩＩを含むために、泡立ちが多く、また、発生した泡が消えにくく、消泡性評価試験▲１▼、▲２▼のいずれにおいても最も消泡時間が長くなっている。
【００４３】
また、比較例３，４では整泡剤を使用せず、夫々ポリオールＩＶ、Ｖのみを用いたが、まだかなり消泡時間が長いことがわかる。
【００４４】
一方、実施例１，２，３はいずれも泡立ち成分を含まないポリオールを用い、かつ、整泡剤を使用しない配合の例で、消泡性評価試験▲１▼、▲２▼のいずれの場合も、殆ど泡立ちがないか、泡立っても非常に短時間に泡が消える。
【００４５】
これら泡立ち成分を含まない原液を用いて、地盤改良のために注入施工した場合には、工事現場の廃水の泡立ちが著しく少なくなることが確認された。
【００４６】
なお、前述の泡立ち成分を含まないポリオールは、上記消泡性評価試験▲１▼の方法において、配合Ａ液の代わりに、ポリオールを用いて試験することによって、簡単に選別することができる。
【００４７】
［発泡試験］
Ａ成分とＢ成分とを１：１（重量比）で、スリーワンモータで回転数５００ｒ．ｐ．ｍにて１０秒間撹拌混合したときの反応物のクリームタイム（Ｃ．Ｔ．）とライズタイム（Ｒ．Ｔ．）を測定した。また、発泡後の発泡倍率を調べた。
【００４８】
【表１】
2004269783.tif 000002
【００４９】
なお、Ａ成分とＢ成分を１：１（重量比）で混合した混合物を地盤に注入して硬化状況を観察したところ、各実施例及び比較例のいずれも十分な改質効果を示した。
【００５０】
以上の結果から、本発明の地盤改良剤は泡立ちの問題がなく、また、発泡硬化特性についても従来品と同等に優れたものであることがわかる。
【００５１】
【発明の効果】
以上の通り、本発明の地盤改良剤及び地盤改良工法によれば、薬液自体の泡立ちの問題がなく、消泡成分や消泡剤を用いることなく、泡立ち現象を防止することができる。