環境対応型ポリウレタン系地盤注入材の浸透性と改良固結体の特性評価
赤
戸
齋
岸
中

木
谷
藤
本
島

寛
哲
拓
龍

一＊ 1
大＊ 1
未＊ 1
介＊ 2
智＊ 3

Characterization of Penetration and Soil Improvement Performance using
Environmentally Friendly Polyurethane Injection Materials
Hirokazu AKAGI
Tetsuhiro TOYA
Takumi SAITO
Ryusuke KISHIMOTO
Satoru NAKAJIMA

In the chemical injection method, the characteristics of polyurethane injection materials is as follows; shortsolidification time, exhibiting the high strength, and so on. However, the mechanism of penetration, foaming andsolidification during injection into the ground is unclear, in addition, concerned about the impact on the surrounding
environment. In this report, injection tests into simulated ground for evaluating the penetration performance, andaging degradation evaluation tests for confirming strength and elution are conducted.

1．はじめにの一種であるウレタン系薬液は、地盤に注入してから固化するまでの時間と最終強度の発現が早く、またそ

世界有数の地震大国である日本にとって、地震とその強度も大きいという特徴を有しているが、地盤注入れに伴う一次災害および二次災害の被害は軒並み大き時の浸透・発泡・固化というメカニズムが不明瞭であく、対策は必要不可欠となっている。地震の一次災害

り、なおかつ、注入に際した周辺環境への影響が不安の一種に液状化現象が挙げられるが、その対策として、視されている。加えて、「薬液注入工法による建設工

地盤改良による未然の防止が有効である。地盤改良工

事の施工に関する暫定指針」1） により、原則として使法の一分野である薬液注入工法は、薬液が土粒子間の用不可となっている。そのため、現在では山岳トンネ

水と置換しつつ地盤に浸透し、固結することで地盤のル掘削工事における切羽天端からの崩落防止や緩みの不透水化や強度増加を図る工法である。

拡大防止、地山の固結や改良および止水といった目的

薬液注入工法で用いられる薬液の中で、高分子材料での利用に留まっている 2）。したがって、ポリウレタ
ン系注入材の地盤への浸透注入が可能となれば、更な

＊1
＊2
＊3

早稲田大学大学院 創造理工学研究科 建設工学専攻
ウレタン研究所 機能性フォーム第 2 グル ープ
ウレタン事業部 企画開発室 企画グループ

る適用範囲の拡大が見込める。
上記の背景を踏まえ、本報告では、ウレタン系薬液に分類されるポリウレタン系注入材の適用範囲拡大を
11

TOSOH Research & Technology Review Vol.67（2023）

最終目的として、ポリウレタン系の注入材を使用し、地盤注入時の浸透・発泡・固化のメカニズムを明瞭化することを目的とした模擬地盤に対する注入試験を実施した。また、得られた注入固化体について、時間経

3．ウレタンプレポリマーを使用した模擬地盤への 1 次元方向注入試験［1］1 次元方向注入試験概要

過に伴う供試体の強度低下の有無と、環境への影響増

当検討にて実施した 1 次元方向注入試験の模式図を

加の有無を確認する溶出物経時劣化評価試験を実施しFig. １に示す。また、試験手順を以下 1）〜 3）に示す。

た。

2．ポリウレタン系注入材の反応機構

pistonpressure gauge

本報告における注入試験および経時劣化評価試験にて使用した注入材の詳細を以下に示す。

effluent volume
measure container
Polyurethane
injection materials

名称：ウレタンプレポリマー

simulated soil

組成：ポリイソシアネート（MDI（ジフェニルメタン
ジイソシアネート））、ポリエーテル系ポリオール、粘
度調整剤
Fig.１

粘度：1000、2000、3000［mPa・sec（20、25℃）］

One-dimensional injection testing equipment

ウレタンプレポリマーは、作成時にイソシアネート基（－ NCO）を 2 つ以上持った化合物であるポリイ

1）模擬地盤作成…内径 10cm ×高さ 25cm のステンレ

ソシアネート（MDI）と、ポリエーテル系ポリオール

ス製モールド内部に、飽和砂の模擬地盤を空中落下法（PO（プロピレンオキサイド）と EO（エチレンオキサにより作製した。

イド）で構成される）とのウレタン化反応（1）により2）注入準備…ステンレス製モールド上部に取り付け

高分子（プレポリマー）化させている。地盤への注入たアクリル製カラー内部に、ポリウレタン系注入材を時、地盤中の水とのウレア化反応（2）によりさらに高投入した。

分子化し、増粘化に伴う流動性の消失、および生じる

3）注入実施…載荷板が一定速度で下がることで模擬CO2 を発泡剤として樹脂化することで固化する。

地盤内に注入材が浸透する。この際、注入圧力およびR2

排水量を測定した。

H

1

N＝C＝O ＋ R2－OH

R1

R1

N O
O

R2

（1）注入材粘度の影響⑴

す影響を調べた。注入試験ケースは以下 Table １に示

H H
N N

N＝C＝O ＋ H2O

R1O

注入材粘度および地盤性質が注入材浸透性能に及ぼR2

す通りである。試験ケースは、注入材の粘度（3 水準）、

＋CO2⑵

模擬地盤土質（3 種類）、注入速度（3 水準）を変更した 22 ケースとした。
模擬地盤の作成に使用した珪砂 2 号、4 号、および

H

O

PO 構造
（親水性：

OH

単粒武蔵野礫層の物性値を Table ２に、粒径加積曲線

O

低い

n

を Fig. ２に示す。なお、模擬地盤の目標相対密度は

m
EO 構造
高い

Dr ＝ 60％とした。
）（2）地盤の透水係数及び均等係数と浸透性の関係
本報告 4 の一項目にて実施する試験では、上記のポ地盤の透水係数と均等係数に着目した注入試験を実

リエーテルポリオール構造中の PO 構造および EO 構施した。試験ケースは Table ３（a）に示す 25 ケース

造のうち、親水性の高い EO 構造の量を調整することであり、注入速度は 0.535［L／min］で固定し、均等係により、地盤中の水との反応性を変更した 3 水準（EO

数（U c ＝ 5,10,20）、平均粒径（D 50 ＝珪砂 2 号、4 号、＝ 21.0、14.0、7.0［％］）の設定が為されている。

5 号相当）、注入材粘度（1000、2000、3000［mPa・s］）

12東ソー研究・技術報告

Table１

Experiment cases

Experiment case
Viscosity
No.
［mPa・s@20℃］
1
2
3
4
5
6

1000
1000
1000
1000
1000
1000

7

1000

8

1000

9
10
11
12
13
14

2000
2000
2000
2000
2000
2000

15

2000

16

2000

17
18
19
20

3000
3000
3000
3000

21

3000

22

3000

Table2

Inje ction
velocity［L/min］

silica sand No.2
silica sand No.2
silica sand No.2
silica sand No.4
silica sand No.4
silica sand No.4
Single-grainedMusashino Grave Formation
Single-grainedMusashino Grave Formation
silica sand No.2
silica sand No.2
silica sand No.2
silica sand No.4
silica sand No.4
silica sand No.4
Single-grainedMusashino Grave Formation
Single-grainedMusashino Grave Formation
silica sand No.2
silica sand No.2
silica sand No.4
silica sand No.4
Single-grainedMusashino Grave Formation
Single-grainedMusashino Grave Formation

0.189
0.944
1.887
0.189
0.944
1.887
0.189
0.189
0.189
0.944
1.887
0.189
0.944
1.887
0.189
1.887
0.189
0.944
1.887
0.189
0.189
1.887

Density of soil
particle3ρ［g/cm］s

Maximumvoid ratio
emax［－］

Minimumvoid ratio
emax［－］

2.640
2.645

0.954
0.925

0.679
0.618

hydraulicconductivity
k m/s］［
5.64×10－4
2.92×10－4

2.646

0.740

0.461

7.30×10－4

silica sand No.2
silica sand No.4
Single-grained Musashino Gravel
Fomationをそれぞれ変更したものである。また、Table ３（b）100
Passing mass percentage［％］

Name of simulated soil

Physical property of three soil materials

Soil name

90
80
70

silica sand No.2に示すように、使用する注入材の粘度を 1000mPa・s

silica sand No.4に固定し、使用する土試料（珪砂 4 号、君津砂）、おSingle-grainedMusashino Gravel Formation60

よび地盤の含水比（w ＝ 5、15、飽和％）を変更した 650ケースの試験を実施した。

40

使用した土試料の物性値および粒径加積曲線を、以30
20下 Table ４、Fig. ３に示す。

10
0

第 67 巻（2023）

0.01

Fig.２

0.1

1
Grain diameter［mm］

10Grain size accumulation curve of three soil materials［2］注入試験結果・考察（1）注入材粘度の影響
Fig. ４に示す粘度と浸透距離の関係では、珪砂 2 号、

13

TOSOH Research & Technology Review Vol.67（2023）

Table３4 号においては粘度の上昇とともに浸透距離が減少しExperiment cases(a) Cases in changing coefficient of uniformity, average particle
size and viscosity of injection materials
Experiment case
No.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25

Name of simulated soil
No.1 simulated soil
No.1 simulated soil
No.1 simulated soil
No.2 simulated soil
No.2 simulated soil
No.2 simulated soil
No.3 simulated soil
No.3 simulated soil
No.3 simulated soil
No.4 simulated soil
No.4 simulated soil
No.4 simulated soil
No.5 simulated soil
No.5 simulated soil
No.5 simulated soil
No.6 simulated soil
No.6 simulated soil
No.6 simulated soil
No.7 simulated soil
No.7 simulated soil
No.7 simulated soil
No.8 simulated soil
No.8 simulated soil
No.8 simulated soil
No.9 simulated soil

Viscosity［mPa・s@20℃］
1000
2000
3000
1000
2000
3000
1000
2000
3000
1000
2000
3000
1000
2000
3000
1000
2000
3000
1000
2000
3000
1000
2000
3000
1000

(b) Cases in changing, soil materials and sand water content
Experiment case
No.
26
27
28
29
30
31

Name of soil materials
Kimitsu sand
Kimitsu sand
Kimitsu sandsilica sand No.4
silica sand No.4
silica sand No.4

Water content［％］
51533(saturaed)5
1528(saturaed)

Table４
Soil namesilica sand No.2
silica sand No.4
silica sand No.5
No.1 simulated soil
No.2 simulated soil
No.3 simulated soil
No.4 simulated soil
No.5 simulated soil
No.6 simulated soil
No.7 simulated soil
No.8 simulated soil
No.9 simulated soil
Kimitsu sand

14

たが、単粒武蔵野礫層の場合では粘度の上昇による浸透距離の変動は僅かであり、粘度によらず浸透距離は一定となった。粘度 2000、3000mPa・s では、単粒武
蔵野礫層の浸透距離は珪砂 2 号と 4 号の中間に存在し、これは Fig. ２の粒径加積曲線における平均粒径 D 50の粒径の順番と一致する。また、単粒武蔵野礫層では粘度の変化による浸透距離の変化の度合いが小さいことから、均等係数 U c が珪砂 2 号や 4 号と比較して大きい点も浸透距離に影響を及ぼすと推察され、さらに均等係数が大きいと粘度による影響を受けづらくなると考えられる。
（2）地盤の透水係数及び均等係数と浸透性の関係
均等係数，平均粒径，注入材粘度の 3 項目に着目して試験を実施した。Fig. ５より、ポリウレタン系注入
材の浸透注入において、ばらつきの少ない定量的な指標として透水係数を用いて浸透距離を決定可能と判断できる。Fig. ５の透水係数と浸透距離の関係を見ると、いずれの粘度においても、浸透距離が透水係数に比例することがわかった。

4．ウレタンプレポリマーを使用した模擬地盤への 3 次元方向注入試験［1］3 次元方向注入試験概要
本報告 3 にて実施した 1 次元方向注入試験の結果を受け、より試験条件を原地盤への注入に近づけるため、
従来の 1 次元方向から模擬地盤を拡大した、3 次元方Physical property of materials used in the test
Density of soil
particle3ρ［g/cm
］
s
2.64
2.65
2.62
2.60
2.57
2.58
2.63
2.66
2.56
2.61
2.62
2.60
2.72

Maximumvoid ratio
emax［－］

Minimumvoid ratio
emax［－］

0.96
0.93
0.81
0.64
0.54
0.51
0.63
0.55
0.51
0.64
0.60
0.67
1.05

0.68
0.61
0.51
0.44
0.38
0.31
0.39
0.31
0.27
0.38
0.33
0.35
0.68

hydraulicconductivity
k m/s］［
1.02×10－2
2.81×10－4
3.00×10－4
3.24×10－3
3.05×10－3
1.43×10－3
2.74×10－4
7.65×10－5
1.32×10－4
2.46×10－4
3.04×10－5
1.50×10－5
1.02×10－4

第 67 巻（2023）

100％

28

90%

silica sand No.2
No.1 simulated soil
No.2 simulated soil
No.3 simulated soil

80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
0.01

24

Penetration distance［cm］

Passing mass percentage［％］

東ソー研究・技術報告

0.1

1

8
4

10

0

80%

1000

1500

2000

2500

3000

3500

The relationship between Viscosity and Penetration
distance

Fig.４

No.5 simulated soil

70%

No.6 simulated soil

60%
50%

28

40%
30%
20%
10%
0.1

1

10

（b）No.4, 5, 6 simulated soil and silica sand No.4
100％
90%

silica sand No.5

80%

No.7 simulated soil

70%

Penetration distance［cm］

Passing mass percentage［％］500

No.4 simulated soil

Grain diameter［mm］

Passing mass percentage［％］0

Viscosity［mPa・s］

silica sand No.4

0%
0.01

1000 mPa・s

24

2000 mPa・s

60%

16

Kimitsu sand

12
8
4
0
1.0E－05

1.0E－04

1.0E－03

1.0E－02

Hydraulic conductivity［m ／ s］

No.9 simulated soil

50%

y＝1.6661ln(x)＋25.371
2
R ＝0.757

3000 mPa・s
silica sand No.4

20

No.8 simulated soil

Fig.５

40%
30%

The relationship between Hydraulic conductivity and
Penetration distance

20%
10%
0%
0.01

0.1

1

10

Grain diameter［mm］

Table ６に示す。加えてこの試験条件は Table3(b) と同様の 1000mPa・s（EO ＝ 36.5％）に固定し、使用す（c）No.7, 8, 9 simulated soil and silica sand No.5

Passing mass percentage［％］

Single-grainedMusashino Gravel

12

Grain diameter［mm］

90%

silica sand No.4

16（a）No.1, 2, 3 simulated soil and silica sand No.2
100％

silica sand No.2

20

る土試料（珪砂 4 号、君津砂）、および地盤の含水比（w100％＝ 5,15, 飽和％）を変更した 6 ケースとした。

90%

kimitsu sand

80%
70%

3 次元方向注入試験の模式図を Fig. ６に示す。また、

silica sand No.4

60%

試験手順を 1）〜 3）に示す。

50%

1）模擬地盤作成…Fig. ７に示すように、内径 300mm

40%のペール缶の側面に沿うように排水管を 2 本設置した

30%
20%

後、所定の含水比となるよう水を加えた珪砂 4 号を堆10%0%積させ、締固め、地盤中心部に注入管を挿入すること

0.01

0.1

1

10

Grain diameter［mm］（d）Kimitsu sand and silica sand No.4

Fig.３

Grain size accumulation curve of soil materials

向の注入試験を実施する。
3 次元方向の注入試験では、含有する EO 量の異なる 3 種類のウレタンプレポリマーを、含水比を変更して作成した珪砂 4 号の模擬地盤に注入し、注入材の性
能比較および含水比の与える影響を調べた。試験ケー
スは Table ５に示す 9 ケース（注入材 3 水準×含水比
3 条件）である。また、使用した珪砂 4 号の物性値をTable５Experiment caseExperiment
case
No.

Water content［％］

EO amount of
injectionmaterials
［wt%］

1
2
3
4
5
6
7
8
9

5
15
23
5
15
23
5
15
23

21.0
21.0
21.0
14.0
14.0
14.0
7.0
7.0
7.0

15

TOSOH Research & Technology Review Vol.67（2023）

Table６

Physical property of silica sand No.4

Density of soil
particle3］ρ［g/cms

Maximumvoid ratio
emax［－］

Minimumvoid ratio
emax［－］

50% soildiameter
D50(mm)Targetrelative densityDr(%)

Dry density
when thetarget relative
density3
ρ（g/cm
）
d

2.639

0.752

0.512

0.512

60

1.642

8）固化体質量…電子天秤にて改良体の質量を測定しLaptop PC
loadong
plate

injectingdeviceinjectionmaterials

valvepressure sensor

た。
9）固化体密度…改良体の質量を体積で除すことで、密度を求めた。
10）発泡倍率…発泡倍率は（5）式により定義した。

injecting pipe
drainage pipe

V
n
E＝
×
（W/ρ） 100drainage pipe⑸

ここに、
E ：発泡倍率（倍）simulated soil

Fig.６

Three-dimensional injection testing equipment

W ：注入材注入量（g）
ρ：注入材密度（g／cm3）

container

drainage pipe

V ：固化体体積（cm3）drainage pipen ：間隙率（％）

injecting pipe
15mm

なお、発泡倍率を算出する際必要となる間隙率 n の導capping area

出は、（6）式の通りである。
soil

140mm

360mm

pouringhole

n＝assumed diameter ofsolidified body：18～20cm

ここに、W
V－（（M－W）／（1＋ 100
））／ρs
×100
V

⑹

50mm
50mm

300mm

Fig.７

image of simulated soil

M ：固化体質量（g）
w ：含水比ρs：珪砂 4 号土粒子密度（g／cm3）である。

で模擬地盤を作製した。なお、地盤膨張防止のため、地盤頂部をウレタン薬液でキャッピングした。
2）注入実施…載荷板を一定速度で下げることにより、［2］注入試験結果・考察
実験条件（Table ３（b））により得られた 6 ケース

0.19L／min の速度で注入材を地盤へ注入させた。

注入固化体の概形を Fig. ８に示す。飽和状態となる

3）注入固化体採取…注入終了後、地盤内に浸透した

含水比のケースでは楕円に近い形状になり、含水比が注入材が固化するまで静置し、4）〜 10）に示す項目

下がるにつれて縦長の形状になるという傾向がみられを測定し、注入材の性能評価を行った。

た。これは含水比を下げたことで注入しづらくなり、

4）固化体概形…得られた注入固化体の概形について、注入材が浸透しやすい注入管方向へ逃げたためだと考

レーザー計測装置を用いて一方向から計測した。

えられる。なお、君津砂を用いたケースでは、注入固

5）注入圧…試験時の注入圧力を圧力センサーにより化体の形状が球形でなく歪であったため、測定はでき

記録、推移を確認した。

なかった。また、3 次元方向注入試験と本報告 3 にて

6）注入材注入量…注入前および注入後に測定した注得られた 1 次元方向注入試験の結果を発泡倍率の面で入材質量の差を注入材の注入量とした。

比較した Fig. ９より、含水比−発泡倍率関係の間には

7）固化体体積…取り出した注入固化体をラップで包正の相関が見られた。

み、水に浸けて増加した質量を改良体の体積とした。
16

レーザー計測装置を用いて計測した注入固化体概形

東ソー研究・技術報告第 67 巻（2023）

Height from the bottom of pipe［cm］

ため、EO 量が少ない注入材ほど発泡倍率が大きくなると推測していた。Fig.11 より、含水比と発泡倍率の間には必ずしも比例の関係性が存在しているわけではないが、含水比の増加に伴い発泡倍率が増加する傾向が見られた。また、注入材の EO 割合が 21.0％から
14.0％まで変化した程度では、発泡倍率の増加にさほ

silica sand No.4
silica sand No.4 (w=15%)
silica sand No.4 (w=5%)
injection pipe hole

Fig.８

ど影響を及ぼすことはないものの、EO ＝ 7.0％まで小さくなった注入材では、発泡倍率が他注入材よりも大Distance from the center of pipe［cm］

きい値となることが確認された。そのため、注入材のImproved body outlines in silica No.4 cases

EO 量が少なくなることで、浸透距離が延び、発泡倍
率も大きくなると判断できる。

3.0

one-dimensional
Kimitsu sandFoaming ratio

2.5

one-dimensional
silica sand No.4
three-dimensional
Kimitsu sandthree-dimensional
silica sand No.4

2.0
1.5

5．ウレタンプレポリマーを使用して作成した改良土の経時劣化評価試験［1］経時劣化評価試験概要

1.0

本報告 3 における 1 次元方向注入試験より得られた

0.5
0.0

注入固化体の一部に対し、一軸圧縮試験を実施した。
0

5

10

15

20

25

30

35

Water content［％］

Fig.９

また、注入固化体を水中浸漬させた際の浸漬水、および注入試験時に発生した排水について、溶出物試験とThe relationship between Sand water content andFoaming ratio

して pH 値と COD 消費量の値を測定した。なお、浸漬水の溶出物の養生はタンクリーチング試験に則った手法で行った。溶出物試験の試験ケースは 40℃、16の様子である Fig.10 より、地盤の含水比が高いほど、時間水中浸漬させた Table ７に示す 8 ケースとした。

固化体が注入管上部に進展する傾向が見られた。これ
3.50

存在割合が他ケースに比べて低いため、圧力が相対的3.00に低い注入材上部領域へ浸透したと考えられる。固化

2.50

体の概形計測の結果を注入材の EO 量毎で比較した場
合、特に有意の差は見られなかった。

Foaming ratio

は、含水比が高いケースにおいて、地盤内間隙空気の試験実施以前は、地盤の含水比と発泡倍率は比例関

Height from the bottom of pipe［cm］

EO14.0%

Fig.11

EO21.0%

5.00

10.00
15.00
20.00
Water content［％］

Improved body outlines in all experiment cases

25.00

The relationship between Sand water content andFoaming ratio

Table７

Physical property of silica sand No.4
Curingcondition

Specimensoaking waterDistance from the center of pipe［cm］

Fig.10

EO7.0%

0.00
0.00

親水基であり、これが多いほど水との反応性が高くな

pipe position
EO21.0%,w5%
EO21.0%,w15%
EO21.0%,w23%
EO14.0%,w5%
EO14.0%,w15%
EO14.0%,w23%
EO7.0%,w5%
EO7.0%,w15%
EO7.0%,w23%

1.00
0.50

係にあると予想され、また、注入材に含まれる EO はり、地盤に十分に浸透するより以前に発泡・固化する

2.00

Injectiondischarge

Experiment case
No.
1
2
3
Blank
1
2
3
Blank

17

TOSOH Research & Technology Review Vol.67（2023）

2）COD 試験

（1）一軸圧縮試験
一軸圧縮試験の試験手順は以下の通りとした（JISCOD 試験は、JIS K0102 記載の方法 4）に従い、試験3）
A 1216）。

を実施した。

1）供試体の直径 D（mm）および高さ
H（mm）を求00①試料 100ml を三角フラスコ 300ml にとり、水を加めた後、質量 m（g）を測定した。

えて 100ml とし、47％硫酸 10ml を加え、振り混ぜな

2）供試体を一軸圧縮試験機に設置した。この際、供がら硝酸銀溶液（200g／L）5ml を加えた。

試体を下部加圧版中央に置き、圧力がかからないよう② 5mmol／L 過マンガン酸カリウム溶液 10ml を加えて上部加圧板を密着させ、変位計および荷重計の原点調

振り混ぜ、直ちに沸騰水浴中に入れ、30 分間加熱した。

整を行った。

③水浴から取り出し、しゅう酸ナトリウム（12.5mmol

3）供試体の高さに対して、毎分 1％の圧縮ひずみが／L）10ml を加え振り混ぜ、よく反応させた。

生じる速さを基準として供試体を圧縮した。なお、本④液温 50 〜 60℃で、5mmol／L 過マンガン酸カリウム

報告にて使用する供試体の高さはそれぞれ約 100mm

溶液で僅かに赤い色を呈するまで滴定した。

のため、一律 1mm／min の速度で圧縮した。

⑤別に、水 100ml を三角フラスコ 300ml にとり、1）〜 4）

4）圧縮量ΔH（mm）と圧縮力 P（N）を測定する。圧の操作を行った。

縮の終了判定は、以下三項目の内のいずれかとした。

⑥以下示す（7）式によって（mg／L）を算出した。

・圧縮力 P（N）が最大値となってから。圧縮し続けて圧縮量ΔH（mm）が供試体高さ H（mm）
0

COD Mn＝（a－b）× f ×の 2％以上生じた場合

100
×0.2
V

⑺

・圧縮力 P（N）が最大値の 2／3 程度に減少した場合

ここに、COD Mn：100℃における過マンガン酸カリ

・圧縮量ΔH（mm）が供試体高さ H（mm）の15％0

ウムによる酸素要求量（mg／L）
a ：滴定に要した 5mmol／L 過マンガン酸カリウに達した場合5）圧縮終了後の供試体の変形・破壊状況を記録し、すべり面が見られる場合にはおおよその角度も測定した。

ム溶液 (mL）
b ：水を用いた試験の滴定に要した 5mmol／L 過マンガン酸カリウム溶液（ml）

6） 得 ら れ た D（mm）、H（mm）、 ΔH（mm）、P（N）
00のデータより、応力σ−ひずみε関係のグラフを描く。
この際、一軸圧縮強さ qu（kN／m ）を記録した。
2

f ：5mmol／L 過マンガン酸カリウム溶液のファクター（1.002）
V ：試料（ml）
0.2：5mmol/L 過マンガン酸カリウム溶液 1ml の（2）溶出物試験
1）pH 試験

酸素相当量（mg）である。

pH 試験は、JIS K0102 に規定されているガラス電極
法 4）に従って実施する。測定手順は以下の通りとした。

［2］経時劣化評価試験結果・考察①校正した pH 計の検出部を水で繰り返し 3 回以上洗

（1）一軸圧縮試験結果

い、きれいな柔らかい紙などで拭った。

Fig.12（a）〜（c）に、一軸圧縮試験の結果を示す。粘②試料をビーカーにとり、検出部を浸した。温度補償

度 1000、2000mPa・s の圧縮試験初期に見られる線形用ダイヤル又はデジタルスイッチの設定のあるもの的な変化をする領域について、ひずみ 2％程度で出現は、目盛値を試料の温度に合わせた後、pH 値を測定しているものや 9％付近で出現しているものもあり、した。

ばらつきがみられた。しかしひずみ 15％時点では同③検出部を取り出し、水で繰り返し 3 回以上洗い、きじ砂を用いて作られた固結体では概ね等しい強度とれいな柔らかい紙などで拭った。

なった。一部のケースを除いて明確なピークは確認で④再び試料をビーカーにとり。検出部を浸し、pH 値

きないものの，ポリウレタン系樹脂特有の強い靭性、を測定した。

および高強度性が確認された。

⑤再び③及び④の操作を行い、3 回の測定値が± 0.1で一致した測定値を平均し、試料の pH 値を算出した。

18

第 67 巻（2023）

1430

silica No.2 0.189L/minsilica No.2 1.89L/minsilica No.4 0.944L/min
Musashino, 1.89L/min

25
20

silica No.2 0.944L/minsilica No.4 0.189L/min
Musashino, 0.189L/min

1

pH［－］

Uniaxial compressive stress［N/mm2］

東ソー研究・技術報告

15

Blank

②

Injectiondischarge

7

5
0

0

3

6

9

12

0

15

Specimensoaking water①（a）1000mPa・s

Fig.13Comparison of pH values

30
10

silica No.2 0.189L/minsilica No.4 0.189L/minsilica No.4 1.89L/min
Musashino, 1.89L/min

25
20

COD Mn［mg/L］

Uniaxial compressive stress［N/mm2］

3

10Strain
［％］

15
10
5
0

1
2
3
Blank

8
6
4
2

0

3

6

9

12

15
0

Strain［％］①（b）2000mPa・s
Uniaxial compressive stress［N/mm2］2

Specimensoaking water

Fig.1430
25②

Injectiondischarge

Comparison of COD Mn values

silica No.2 0.189L/minsilica No.2 0.944L/min

20

Musashino, 0.189L/min

たウレタンプレポリマーを地盤に注入して得られた注15

入固化体は、短期間養生の場合に限り、ウレタン特有

10の高強度を有し、溶出の面からも環境基準を満たすた

5

め、使用に際し問題がないことが判明した。今後は、

0
0

3

6

9

12

15

Strain［％］より長期間養生した場合の固化体一軸圧縮強度および固化体浸漬水の溶出量を確認することが求められる。

（c）3000mPa・s

Fig.12

Strain-Uniaxial compressive stress among1000～3000mPa・s

6．まとめ
本報告では、ポリウレタン系注入材に分類されるウ（2）溶出物試験結果

レタンプレポリマーを用いて、模擬地盤への注入試験

1）pH 試験結果

による注入材性能評価、ならびに一軸圧縮試験と溶出

Fig.13 に、pH 試験の結果を示す。供試体浸漬水の物試験による、注入材を用いて作成した供試体の経時

pH は 7 に近い値であり、環境省が定めている水質基劣化評価により、薬液注入工法への安全な使用に際し

準 5）に設けられている生活環境の保全に関する環境基た、未だ不明瞭な点の多いポリウレタン系注入材の性準である、pH 値 6.0 以上 8.5 以下という基準を満足す

能の一端を調査した。今後、更なるポリウレタン系注る結果となった。

入材の性能の解明により、適用される範囲が拡大されることで、薬液注入工法の本設運用に貢献できる。

2）COD 試験結果
Fig.14 に、COD 試験の結果を示す。①の固化体浸
漬水の COD 消費量は、②の注入排水と比較してある
程度量が多くなっているものの、環境省で設けられて5）いる生活環境の保全に関する環境基準（湖沼） の 8（mg／L）以下という基準を満足する結果となった。
経時劣化評価試験の結果より、前述の検討に使用し7．参考文献１）国土交通省、薬液注入工法による建設工事の施工に関する暫定指針 ,（建設省、1974）
２）ジェオフロンテ研究会、ウレタン系注入材に関する技術資料

注入式フォアポーリングの設計・試
19

TOSOH Research & Technology Review Vol.67（2023）

験方法・積算編

空洞充填に関する留意点、27,（2010）
３）JIS A 1216 土の一軸圧縮試験
４）JIS K 0102 工場排水試験方法
５）環境省、水質汚濁に係る環境基準

生活環境の保

全に関する環境基準（湖沼），（2016）

20