JPH0725964A

JPH0725964A - ２液型発泡ポリウレタンフォーム組成物

Info

Publication number: JPH0725964A
Application number: JP6218493A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kadowaki; 孝門脇; Eishi Kawasaki; 栄資川崎; Kenkichi Hirano; 健吉平野; Isao Terajima; 寺島　　勲; Takashi Mibe; 隆見辺
Original assignee: C R K Kk; Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: C R K Kk; Denka Co Ltd
Priority date: 1993-03-22
Filing date: 1993-03-22
Publication date: 1995-01-27
Anticipated expiration: 2016-11-05
Also published as: JP3226126B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】空隙の多い軟弱地盤や、地下構造物の背面に
生じる空隙に注入し、短時間にその空隙を充填すること
によってその地盤を強化し、あるいは、地盤沈下を防止
することを目的とした岩盤改質用の２液型発泡ポリウレ
タンフォーム組成物の提供。【構成】液状ゴムを0.05〜35重量％含有し、水酸基を
２個以上有する第一級ポリオールを主成分とするポリオ
ール液、触媒、発泡剤、及び整泡剤を含有してなるＡ液
と、NCO含有量20〜40重量％のポリイソシアネートを含
有してなるＢ液からなることを特徴とする２液型発泡ポ
リウレタンフォーム組成物であり、水酸基を２個以上有
する第一級ポリオールを主成分とするポリオール液、触
媒、発泡剤、及び整泡剤を含有してなるＡ液と、NCOで
プレポリマー化した液状ゴムプレポリマーを0.05〜35重
量％含有したポリイソシアネートを主成分とするＢ液か
らなることを特徴とする２液型発泡ポリウレタンフォー
ム組成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空隙の多い軟弱地盤
や、トンネル等、地下構造物の背面に生じる空隙に注入
し、短時間にその空隙を充填することによってその地盤
を強化し、あるいは、地盤沈下を防止することによって
トンネル工事等のトラブルを未然に防ぐことを目的とし
た岩盤改質用の２液型発泡ポリウレタンフォーム組成物
であり、それを使用した発泡ポリウレタンフォームの製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術とその課題】従来、空隙の多い軟弱地盤の
充填方法や、トンネル等の地下構造物と地盤の間に生じ
る空隙の充填方法として、セメントを注入するセメント
工法や、ポリウレタン薬液を注入するウレタン工法など
が知られているが、それらはそれぞれ一長一短があり、
使用者が十分満足できる性能は得られていなかった(特
公昭56−150298号公報、特公昭60−59947号公報、グラ
ウトハンドブック p253〜257 S42.3ラティス発行)。

【０００３】即ち、セメント工法は、材料そのものは安
価であるが、施工に手間がかかり、かつ、硬化するまで
に長時間を要するなどの課題があった。

【０００４】これに対して、ウレタン工法は、施工が簡
単で、かつ、１時間以内に硬化が完了するので、工事の
進渉が早く、トンネル工事にとって重要な工法となって
いるが、ポリウレタン薬液自体がセメントに比較して非
常に高価であること、そのため、空隙の充填を目的とす
る場合は、なるべく発泡倍率を大きくして、空隙１m³当
りに実際に使用されるポリウレタン薬液量を減少させる
必要があるなどの課題があった。

【０００５】現在、岩盤改質用として上市されているポ
リウレタン薬液は、水を発泡剤として使用することによ
って、発泡倍率を10〜15倍に調整されている。

【０００６】また、空隙の充填用として上市されている
高発泡倍率のポリウレタン薬液の発泡倍率は20〜30倍と
言われているが、硬化後の収縮その他によって最終発泡
倍率は30倍には達していないのが現状である。

【０００７】しかしながら、主に空隙の充填を目的とす
る場合は、なるべく発泡倍率を大きくして、空隙１m³当
りに使用されるポリウレタン薬液量を減少しないと、価
格的にセメントと対抗できないのが現状である。

【０００８】一般に、岩盤固結用のポリウレタン薬液の
ようなものを、常温で発泡硬化させるコールドキュアー
の工法では、水を発泡剤として使用するが、反応条件が
不安定であり、ポリウレタンフォームの脆化度が大とな
り、高発泡倍率が得られないという課題があった。

【０００９】また、コールドキュアーの工法では、ポリ
ウレタンフォームの発泡倍率は30倍程度が限界で、それ
以上の高発泡倍率になると、発泡途中で破泡したり、硬
化後に経時的収縮が発生し、数日後には、硬化直後の体
積の約1/2になる傾向があるなどの課題があった。

【００１０】また、地盤の空隙を充填する目的で、ポリ
ウレタン薬液を注入する場合、いかにその発泡倍率が大
きくても、注入後、時間の経過と共に少しでも収縮すれ
ば、また新しく空隙が生じ、地盤変動の要因となるた
め、この目的で使用されるウレタン薬液によって施工さ
れた発泡ポリウレタンフォームはわずかの収縮も許され
ないものであった。

【００１１】一般に、長大トンネル等の地山とセグメン
トとの間の裏込め注入に、セメント−ベントナイトグラ
ウト等の注入を行うことが多い。

【００１２】しかしながら、セメント−ベントナイトグ
ラウトが硬化するには、３〜12時間程度の時間が必要
で、長大トンネル等では空隙が連続していることが多い
ために、注入したセメント−ベントナイトグラウトが硬
化する前に流れ、目的とする完全な裏込め注入は困難で
あるなどの課題があった。

【００１３】このため部分的に、ポリウレタン薬液系、
セメント系、又は水ガラス系等の注入材を用いて１〜５
ｍ程度グラウトして仕切りを作り、連続的な空隙をなく
してからセメント−ベントナイトグラウトの注入を実施
している。

【００１４】このように、連続的な空隙をなくす、仕切
り材的なグラウトをストッパーグラウトといい、ポリウ
レタン薬液系の注入材は、ある程度の粘度を有し、か
つ、速硬性であるため、不要な流出をせず、注入した部
分で大きく発泡し、確実に連続空隙を充填することか
ら、ストッパーグラウトとして好ましいものである。

【００１５】しかしながら、従来のポリウレタン薬液系
の注入材は、発泡量が少なく、このため材料費が高価と
なること、数日で収縮し、セメント−ベントナイトグラ
ウトの注入工事を実施しても、再び隙間が生じ、このた
めストッパーグラウトとしての効果が得にくいなどの課
題があった。

【００１６】また、セメント系の注入材では、流動性が
良く、流れ出しが大きく、特に、30cm以上の大きな空隙
にはストッパーグラウトとしての効果が出しにくいとい
う課題があった。

【００１７】さらに、水ガラス系の注入材では、耐久性
がなく、セメント系注入材と同様、30cm以上の大きな空
隙にはストッパーグラウトとしての効果が得にくいなど
の課題があった。

【００１８】本発明者は、前記従来技術の課題を解決す
べく、種々検討した結果、特定の組成物を使用すれば、
その発泡成型物の体積が経時的に殆んど収縮しない発泡
ポリウレタンフォームを提供することができるとの知見
を得て本発明を完成するに至った。

【００１９】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、液状ゴ
ムを0.05〜35重量％含有し、水酸基を２個以上有する第
一級ポリオールを主成分とするポリオール液、触媒、発
泡剤、及び整泡剤を含有してなるＡ液と、NCO含有量20
〜40重量％のポリイソシアネートを含有してなるＢ液か
らなることを特徴とする２液型発泡ポリウレタンフォー
ム組成物であり、水酸基を２個以上有する第一級ポリオ
ールを主成分とするポリオール液、触媒、発泡剤、及び
整泡剤を含有してなるＡ液と、NCOでプレポリマー化し
た液状ゴムプレポリマーを0.05〜35重量％含有したポリ
イソシアネートを主成分とするＢ液からなることを特徴
とする２液型発泡ポリウレタンフォーム組成物であり、
さらには、水酸基を２個以上有する第一級ポリオールを
主成分とするポリオール液、発泡剤、触媒、及び整泡剤
を含有してなるＡ液と、ポリイソシアネートを含有して
なるＢ液とを、液状ゴム存在下で反応させることを特徴
とする発泡ポリウレタンフォームの製造方法である。

【００２０】以下、本発明を詳細に説明する。

【００２１】本発明は、Ａ液とＢ液が反応して発泡ポリ
ウレタンフォームを製造するものである。

【００２２】ここでＡ液とは、水酸基を２個以上有する
第一級ポリオールを主成分とするポリオール液、触媒、
発泡剤、及び整泡剤を含有してなるものである。

【００２３】本発明に係るポリオール液は、水酸基を２
個以上有する第一級ポリオールを主成分とするものであ
って、一般にポリウレタンフォーム製造用に使用される
ポリオール、即ち、エチレンオキサイド又はプロピレン
オキサイドによってその鎖が延長し、その両端末にOH基
がついた、平均分子量100〜8,000のポリオキシアルキレ
ンポリオールの使用が可能であり、エチレングリコー
ル、プロピレングリコール、トリエチレングリコール、
グリセリン、ヒマシ油の両端にOH基があるヒマシ油変性
ポリオール、並びに、トリエタノールアミン等をプロピ
レンオキサイド等で変性した分子量100〜8,000の２官能
以上のポリオール等の使用は好ましい。

【００２４】本発明に係る触媒としては、一般に、トリ
エチレンジアミンやジメチルエタノールアミンなどの有
機脂肪族アミン等があり、ジブチル錫ジラウレートや塩
化第一錫などの金属系触媒と併用することも可能であ
る。触媒の使用量は、要求される硬化時間又は使用時の
気温などによって決定されるものであり、特に限定され
るものではないが、ポリオール100重量部に対して、２
〜４重量部が一般的である。

【００２５】本発明に係る発泡剤としては、特に限定さ
れるものではないが、トンネル内で使用する面から、水
を使用することが好ましい。発泡剤の使用量は、通常、
10倍程度の発泡倍率であれば、ポリオール100重量部に
対して、0.5〜２重量部であるが、発泡倍率を30倍以上
とするためには、５〜６重量部とすることが好ましい。

【００２６】本発明に係る整泡剤は、より緻密なポリウ
レタンフォームを得る面から使用するもので、特に限定
されるものではないが、シリコーン系の整泡剤の使用が
可能である。整泡剤の使用量は、ポリオール100重量部
に対して、１〜３重量部である。

【００２７】また、Ｂ液はイソシアネートを含有してな
るものである。

【００２８】本発明に係るＢ液のイソシアネート液とし
ては、一般に、ポリウレタンフォーム製造に使用される
ポリイソシアネートの使用が可能であり、具体的には、
トリレンジイソシアネート(TDI)、粗製TDI、4,'4-ジフ
ェニルメタンジイソシアネート(MDI)、及び粗製MDI等の
使用が可能であるが、これらのうち、イソシアネート基
含有量30〜31.5％の工業用粗製MDIの使用が好ましい。
また、液状ゴムをＢ液中に添加する場合は、液状ゴムを
NCOプレポリマーとしてＢ液中に混合して使用すること
が好ましい。

【００２９】本発明で使用する液状ゴムとは、分子末端
に水酸基又はカルボキシル基を有する分子量500〜5,000
の液状ゴムであり、ポリブタジエンゴムやポリクロロプ
レンゴムなどの使用がより好ましい。

【００３０】本発明では、液状ゴムをＡ液と混合して、
又はＢ液中に混合して使用する。

【００３１】液状ゴムをＡ液と混合して使用する場合の
Ａ液中の液状ゴムの含有量は、ポリオール100重量部に
対して、0.05〜35重量％が好ましく、0.1〜10重量％が
より好ましい。0.05重量％未満では収縮量が大きくな
り、35重量％を越えると発泡倍率が小さくなり、かつ、
Ａ液の粘度が上昇し、岩盤への注入性が不良になる傾向
がある。

【００３２】液状ゴムをＡ液に加えないで用いる場合
は、Ｂ液として、液状ゴムとイソシアネートとを混合す
ることにより作成される液状ゴムプレポリマーを使用す
る。特に、液状ゴムと4'4'-ジフェニルメタンジイソシ
アネートとの反応から得られる、例えば、NCO濃度が１
〜10重量％の液状ゴムプレポリマーを使用することが好
ましい。

【００３３】液状ゴムをＢ液中に混合して使用する場合
のＢ液中での液状ゴムプレポリマーの含有量は、0.2〜3
5重量％が好ましく、0.5〜10重量％がより好ましい。液
状ゴムプレポリマー含有量が0.2重量％未満では、発泡
ウレタンフォームの収縮量が大きくなり、35重量％以上
になるとＢ液の粘度が上昇して岩盤への注入性が不良と
なる傾向がある。

【００３４】次に、本発明の２液型発泡ポリウレタンフ
ォーム組成物の混合方法について述べる。

【００３５】まず、Ａ液とＢ液をそれぞれ別々のポンプ
で圧送し、注入直前に混合し、トンネル等の空隙裏込め
のストッパーグラウトとして使用する。

【００３６】混合方法は、Ａ液とＢ液とが十分に混合で
きれば、特に限定されるものではなく、ショットミキサ
ー等、二液混合が流路中で行える方法が好ましい。混合
が不十分であると、Ａ液とＢ液との反応は部分的とな
り、十分な発泡が行われないおそれがある。

【００３７】次に、本発明の２液型発泡ポリウレタンフ
ォーム組成物をストッパーグラウトとして使用する場合
の施工方法について述べる。

【００３８】トンネルの進行方向に対して、約１ｍ程度
の支保工毎にボーリングして注入する。また、トンネル
の内周方向に対して、50cm間隔でボーリングし注入す
る。

【００３９】空隙への注入は１〜５ｍの先端に注入孔の
有る中空ロックボルトを通し圧注入する。

【００４０】本発明の２液型発泡ポリウレタンフォーム
組成物の注入量は、注入圧の上昇により充填状況を考慮
しながら管理する。通常、予想空隙量の1.5〜２倍程度
の２液型発泡ポリウレタンフォーム組成物を準備するこ
とが必要である。

【００４１】注入圧は、空隙のみを充填することを目的
としているのでなるべく低く管理することが必要であ
り、通常、１〜15kg/cm²以下で施工される。

【００４２】注入ポンプとしては、注入圧に十分対応可
能な圧力がでる面で、エアー駆動又は電動のギヤーポン
プの使用が好ましい。

【００４３】Ａ液とＢ液は別々に圧送され、トンネル等
の注入直前で合流混合し、ショットミキサー等で連続的
に混合し注入する。

【００４４】硬化発泡時間は、状況により異なるが隙間
充填を目的とする場合は１分前後が好ましい。

【００４５】

【実施例】以下、実施例に基づいて、本発明をさらに説
明する。

【００４６】実施例１ポリオールＡ70重量部、ポリオールＢ20重量部、ポリオ
ールＣ10重量部、触媒ａ２重量部、触媒ｂ１重量部、水
６重量部、及び整泡剤１重量部を配合し、表１に示すよ
うに、液状ゴムを添加してＡ液とした。このＡ液とポリ
イソシアネートからなるＢ液とを等量混合して反応させ
た。添加した液状ゴムの配合量、その組成物の発泡倍
率、及び発泡成型品の収縮率を表１に併記する。なお、
収縮率は、2,000ccのビーカー中で作成した円筒状の発
泡成型品の、25℃、７日後の体積収縮率として測定し
た。

【００４７】＜使用材料＞ポリオールＡ：ポリプロピレングリコール、平均分子量
700 ポリオールＢ：ポリプロピレングリコール、平均分子量
2,000 ポリオールＣ：三井東圧社製エチレングリコール、触媒ａ：三井東圧社製トリエチレンジアミン触媒ｂ：日東化成社製ジブチル錫ジラウレート整泡剤：日東ユニカー社製商品名「L-3601」液状ゴムα ：出光石化社製ポリブタジエン、商品名「P
oly bd R-45HT」液状ゴムβ ：電気化学工業社製クロロプレン、商品名
「LCR-FH050」イソシアネート：三井東圧社製商品名「MDI-CR200」、NCO
含有量31〜34重量％

【００４８】

【表１】

【００４９】実施例２ポリオールＡ70重量部、ポリオールＢ20重量部、ポリオ
ールＣ10重量部、触媒ａ２重量部、触媒ｂ１重量部、水
６重量部、及び整泡剤１重量部を配合しＡ液とした。Ｂ
液としては、ポリイソシアネート100重量部に対して、
液状ゴムγを表２に示すように配合したものを用い、Ａ
液と等量配合したこと以外は実施例１と同様に行った。
結果を表２に併記する。

【００５０】＜使用材料＞液状ゴムγ：出光石化社製商品名「Poly bd MC-50」、液
状ゴムαとイソシアネートとの反応で得られた液状ゴム
プレポリマーをジオクチルフタレートで希釈したもの

【００５１】

【表２】

【００５２】実施例３ 30年前に発破工法で掘削された、電気化学工業株式会社
の自家発電所の導水路トンネルの円周方向をボーリング
後、ファイバースコープでトンネルと地山の状況を観察
した。その結果コンクリートと地山には10〜40cmの隙間
があり、特に、天場部では大きな隙間があった。また、
地山の落下物や支持材により多くの異物が確認された。
トンネル横断面に１ｍの間隔で２列注入してストッパー
グラウトゾーンを作った。注入孔は50cm毎にボーリング
した。ポリオールＡ70重量部、ポリオールＢ20重量部、
ポリオールＣ10重量部、触媒ａ２重量部、触媒ｂ１重量
部、水６重量部、及び整泡剤１重量部を配合しＡ液とし
た。また、液状ゴムγを、イソシアネートと液状ゴムγ
の合計100重量部に対して、５重量部配合したものをＢ
液とし、Ａ液と等量混合した。トンネルの予想空隙量を
30cmとし、エアーポンプ−ギヤーポンプによる二液ポン
プを使用して、一か所は予想空隙量と同量、一か所は1.
5倍量、一か所は２倍量で注入した。なお、計算は横方
向２ｍを注入ゾーンとした。

【００５３】その結果、予想空隙量と同量及び1.5倍量
では全量注入されたが、２倍量では全量は注入されず、
1.8倍量で圧力が15kg/cm²以上となり注入できなかっ
た。トンネル内を50cmごとにボーリングし注入状況を確
認した。注入状況を確認した結果、予想空隙量と同量、
1.5倍量、及び２倍量の注入はいずれも十分に注入さ
れ、地山との付着も十分で、隙間は全くなかった。そし
て、２倍量の注入では、トンネル下部では注入場所によ
り2.5ｍまでポリウレタンフォームが確認され、天場で
は1.5ｍまで確認された。また、1.5倍量の注入では、下
部で２ｍまで、天場で１ｍまで確認された。さらに、同
量の注入では、下部で1.5ｍまで、天場で１ｍまで確認
された。

【００５４】その後、セメント−ベントナイトグラウト
を注入した。ストッパーグラウト内に全てのセメント−
ベントナイトグラウトが留まりそれ以外に流出せず、ト
ンネルの裏込め注入を確実に実施できた。また、裏込め
注入したトンネルは水もれがなくなり耐久性も向上し
た。

【００５５】実施例４本発明の２液型発泡ポリウレタンフォーム組成物を注入
することなく、セメント−ベントナイトグラウトによる
裏込め注入を実施したこと以外は実施例３と同様に行っ
た。

【００５６】その結果、このトンネルは天場部分のコン
クリートが十分になく、空隙が連続しており長さは６km
もあり、そのためセメント−ベントナイトグラウトを注
入しても、トンネルの勾配に沿って流れ、いつまでも充
填が完了できず、地山との一体化が出来なかった。

【００５７】実施例５ゲルタイム30秒のセメント−水ガラス系の注入材を、ス
トッパーグラウトとして使用し、セメント−ベントナイ
トグラウトによる裏込め注入を実施例３と同様に実施し
た。

【００５８】ボーリングの結果では、予想空隙量の２倍
量注入したものでも天場の空隙を完全に埋めることはで
きず、このためセメント−ベントナイトグラウトは広範
囲に流出し、天場部分を十分に充填することはできなか
った。また、急結セメントからなるセメント系の注入材
を使用しても、セメント−水ガラス系の注入材と同様、
十分に充填ができなかった。

【００５９】

【発明の効果】本発明の発泡ウレタンフォーム組成物を
使用すると、40倍前後の高発泡倍率で無収縮の発泡成型
物が得られ、小さな空隙はもちろんのこと、場所により
１ｍ以上の大きな空隙でも、完全に、しかも、短時間で
埋めることができる。また、本発明の発泡ウレタンフォ
ーム組成物は、地盤の空隙部に注入後長時間経過しても
再び空隙が生じないため、ストッパーグラウトとして有
効である。そして、硬化後の収縮がなく、強度が強いた
め、地盤改良や強化に単独で注入可能であるなどの効果
がある。さらに、地盤変動の要因とならず、高発泡倍率
であるためセメントその他の安価な無機系の注入材と比
較してもコスト的に対抗し得る等の効果を奏する。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ０８Ｇ 101:00）Ｃ０８Ｌ 75:04 Ｃ０９Ｋ 103:00 (72)発明者平野健吉新潟県西頸城郡青海町大字青海2209番地電気化学工業株式会社青海工場内 (72)発明者寺島勲新潟県西頸城郡青海町大字青海2209番地電気化学工業株式会社青海工場内 (72)発明者見辺隆新潟県西頸城郡青海町大字青海2209番地電気化学工業株式会社青海工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液状ゴムを0.05〜35重量％含有し、水酸
基を２個以上有する第一級ポリオールを主成分とするポ
リオール液、触媒、発泡剤、及び整泡剤を含有してなる
Ａ液と、NCO含有量20〜40重量％のポリイソシアネート
を含有してなるＢ液からなることを特徴とする２液型発
泡ポリウレタンフォーム組成物。
【請求項２】水酸基を２個以上有する第一級ポリオー
ルを主成分とするポリオール液、触媒、発泡剤、及び整
泡剤を含有してなるＡ液と、NCOでプレポリマー化した
液状ゴムプレポリマーを0.05〜35重量％含有したポリイ
ソシアネートを主成分とするＢ液からなることを特徴と
する２液型発泡ポリウレタンフォーム組成物。
【請求項３】水酸基を２個以上有する第一級ポリオー
ルを主成分とするポリオール液、発泡剤、触媒、及び整
泡剤を含有してなるＡ液と、ポリイソシアネートを含有
してなるＢ液とを、液状ゴム存在下で反応させることを
特徴とする発泡ポリウレタンフォーム製造方法。