JPH0718158B2 - 吸水軟化粘弾性層を有する地盤用打込部材 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、表面に吸水軟化粘弾性層を備えている杭あ
るいは矢板等の地盤用打込部材に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、杭等の地盤用打込部材に作用する摩擦力例えば負
の摩擦力を軽減できる摩擦力低減手段を施した地盤用打
込部材としては、（１）特開昭52-98304号公報により公
表されているように、打込部材の外周面に円筒体を遊嵌
合させると共に、その打込部材と円筒体との間の間隙内
にウレタンからなる円筒体仮止め用充填材を充填し、か
つ円筒体の上方において抜け止め用ストッパを打込部材
の外面に固着した構造のもの、（２）実公昭55-44903号
公報により公表されているように、地盤用打込部材の表
面に歴青物質層を被着した構造のものが知られている。

しかるに、前記（１）の摩擦力低減手段を有する地盤用
打込部材の場合は、予め円筒体を製作してこれを打込部
材に被せたのち、その打込部材と円筒体との間に充填材
を充填し、かつストッパを打込部材に固着しなければな
らないので、構造が複雑であり、かつ部材数および製作
工程が多くなってコスト高になるという問題がある。

また前記（２）の摩擦力低減手段を有する地盤用打込部
材の場合は、歴青物質層として硬質のものを使用する
と、摩擦力低減効果が低くなり、軟質の歴青物質層を使
用すると、打込部材を地盤に打込む際に歴青物質層が地
盤により打込部材長手方向に押されて、歴青物質層の表
面側がずれ動いたり、歴青物質層の厚みが減少したりす
ることがあり、しかも打込部材の取扱中に歴青物質層の
表面が変形することがあり、さらに打込部材の表面に歴
青物質層を被着するために歴青物質巻付被着装置を必要
とするので摩擦低減手段を有する地盤用打込部材の製造
コストが高くなるという問題がある。

〔発明の目的、構成〕

この発明は前述の問題を有利に解決できる吸水軟化粘弾
性層を有する地盤用打込部材を提供することを目的とす
るものであって、この発明の要旨とするところは、杭あ
るいは矢板等の地盤用打込部材１の表面に、脂肪族基に
結合したウレタン結合と芳香核に結合したNCO基を有す
るNCO末端ウレタンプレポリマーを含有してなる吸水軟
化粘弾性材料層を有する地盤用打込部材を第１発明と
し、杭あるいは矢板等の地盤用打込部材１の表面に、脂
肪族基に結合したウレタン結合と芳香核に結合したNCO
基を有するNCO末端ウレタンプレポリマーとたれ防止剤
と溶剤とを含有してなる吸水軟化粘弾性材料層を有する
地盤用打込部材を第２発明とするものである。

〔実施例〕

第１図および第２図はこの発明の一実施例を示すもので
あって、鋼管杭からなる地盤用打込部材１の外表面に、
非吸水時に硬質でありかつ吸水により軟化して粘弾性を
発揮する吸水軟化粘弾性層２が塗布または吹付け等によ
り一体に設けられている。

前記吸水軟化粘弾性層２を構成する材料としては、脂肪
族基に結合したウレタン結合（ただし脂肪族基はウレタ
ン結合のNHと結合している）と芳香核に結合したNCO基
を有するNCO末端ウレタンプレポリマー（Ａ）および必
要によりたれ防止剤および溶剤を含有してなる吸水軟化
粘弾性材料を使用する。

また前記（Ａ）としては、例えば脂肪族系ポリイソシア
ネートと過剰のポリエーテルポリオールとからのOH末端
ウレタンプレポリマー（ａ）と芳香族系ポリイソシアネ
ートとのNCO末端ウレタンプレポリマーを使用し、前記
（ａ）としては、脂肪族系ポリイソシアネートとポリエ
ーテルポリオールとをNCO/OH比が1/1.2〜1/8となる割合
で反応させたものを使用する。

また前記（Ａ）としては、芳香族系ポリイソシアネート
と前記（ａ）とをNCO/OH比が1.4/1〜3/1となる割合で反
応させたものを使用してもよく、さらに前記ポリエーテ
ルポリオールとしては、全オキシアルキレンの重量に基
づいて50〜100％のオキシエチレン含量を有するものを
使用してもよく、あるいはオキシエチレン／オキシプロ
ピレン共重合系ポリエーテルポリオールを使用してもよ
い。

また前記ポリエーテルポリオールとしては、例えば平均
水酸基当量が800〜4000であるものを使用し、さらに前
記（Ａ）としては、例えばNCO％が0.05〜７％であるも
のを使用する。

前記ポリエーテルポリオールの平均水酸基当量は通常80
0〜4000、好ましくは1000〜3000である。平均水酸基当
量が800未満では膨潤率が不足し、4000を越えると吸水
膨潤軟化時の形状保持性および耐圧性が低下する。

前記ポリエーテルポリオールにおいて、オキシエチレン
含量は全オキシアルキレンの合計重量中、好ましくは50
〜100％、とくに好ましくは60〜85％である。オキシエ
チレン含量が50％未満では吸水膨潤率が不足し漏水の原
因となる。

なおポリエーテルポリオールとしてポリオキシエチレン
ポリオールおよび／または共重合ポリエーテルポリオー
ル以外にこれとともに他のポリエーテルポリオールたと
えばポリオキシプロピレンポリオールを併用することも
できるが、この場合は併用物中のオキシエチレン含量は
前記と同様に全オキシアルキレンの合計重量中50〜100
％、とくに65〜85％とするのが好ましい。

脂肪族系ポリイソシアネートと過剰のポリエーテルポリ
オールとからのOH末端ウレタンプレポリマー（ａ）にお
いて、脂肪族系ポリイソシアネートとポリエーテルポリ
オールのNCO/OH比は通常1/1.2〜1/8、好ましくは1/1.5
〜1/4である。NCO/OH比が1/1.2を越えるとOH末端ウレタ
ンプレポリマーが高粘度になり、実際上取り扱うのが困
難となる。またNCO/OH比が1/8未満になると耐塩基性が
低下する。

OH末端ウレタンプレポリマー（ａ）は脂肪族系ポリイソ
シアネートとポリエーテルポリオールとを上記のNCO/OH
比で通常の方法で反応させることにより得ることができ
る。その反応温度は通常60〜130℃、好ましくは70〜120
℃、反応時間は通常４〜20時間、好ましくは６〜15時間
である。

プレポリマー化反応は、場合により溶媒中で行なうこと
もできる。この溶媒としては活性水素をもたない極性溶
媒たとえばケトン系溶媒（メチルエチルケトン，メチル
イソブチルケトンなど），エーテル化またはエステル化
されたセロソルブ系溶媒（ジメチルセロソルブ，メチル
セロソルブアセテートなど）およびこれらの２種以上の
混合物があげられる。用いられる溶媒の重量は、OH末端
ウレタンプレポリマー100重量部に対して通常０〜120重
量部、好ましくは10〜80重量部である。

またプレポリマー化反応は場合により触媒の存在下で行
なうこともできる。この触媒としては、一般にイソシア
ネート基と活性水素化合物との反応を促進する従来公知
の触媒たとえば有機金属触媒（ジブチル錫ジラウレー
ト，オクチル酸鉛，スタナスオクトエートなど）および
／または３級アミン化合物（トリエチルアミン，トリエ
チレンジアミンなど）などを用いることができる。得ら
れたOH末端ウレタンプレポリマー（ａ）の平均水酸基当
量は通常900〜25000、好ましくは1300〜9300である。

前記NCO末端ウレタンプレポリマー［Ａ］の芳香核に結
合した末端NCOを与える芳香族系ポリイソシアネートと
しては、トリレンジイソシアネート（TDI）,4,4′−ジ
フエニルメタンジイソシアネート（MDI），粗MDI,変性M
DI〔たとえばMDIをカーボジイミド基，ウレトジオン
基，ウレトンイミン基を含有するように変性したもの
（特公昭55-27098号公報に記載したもの）〕およびこれ
らの２種以上の混合物があげられる。これらのうち好ま
しいものはTDIおよびMDIである。

また前記OH末端ウレタンプレポリマー（ａ）と芳香族ポ
リイソシアネートとのNCO末端ウレタンプレポリマー
［Ａ］においてOH末端ウレタンプレポリマー（ａ）と芳
香族ポリイソシアネートのNCO/OH比は通常1.4/1〜3/1、
好ましく1.6/1〜2.5/1である。NCO/OH比が1.4/1未満で
は吸水膨潤軟化時における形状保持性および耐圧性が低
下し、3/1を越えると膨潤率が不足する。

NCO末端ウレタンプレポリマー［Ａ］はOH末端ウレタン
プレポリマー（ａ）と芳香族系ポリイソシアネートを上
記のNCO/OH比で反応させることにより得ることができ
る。その反応温度は通常60〜100℃好ましくは70〜90℃
で反応時間は通常４〜12時間、好ましくは６〜10時間で
ある。

このNCO末端ウレタンプレポリマー［Ａ］を得る反応は
前記OH末端ウレタンプレポリマー（ａ）を得る場合と同
様に場合により溶媒および／または触媒の存在下で行な
うことができ、好ましい溶媒とその量も同量であり、ま
た好ましい触媒も同様である。

得られたNCO末端ウレタンプレポリマー［Ａ］のNCO％は
通常0.05〜７％、好ましくは0.1％〜４％である。

NCO末端ウレタンプレポリマー［Ａ］を得るのに用いる
全ポリイソシアネート中の脂肪族系ポリイソシアネート
と芳香族系ポリイソシアネートの割合はモル比で通常1:
0.7〜20好ましくは1:0.8〜９である。

NCOウレタンプレポリマー［Ａ］中（溶媒を用いた場合
は、溶媒を除いた組成中）の脂肪族基に結合したウレタ
ン結合濃度は通常2.5×10^-5mol/g〜1.0×10^-3mol/g,好
ましくは7.0×10^-5mol/g〜6.5×10^-4mol/g,であり、芳
香核に結合したウレタン結合濃度は通常5.5×10^-5mol/g
〜3.0×10^-3mol/g,好ましくは1.5×10^-4mol/g〜2.0×10
^-3mol/gである。

前記NCO末端ウレタンプレポリマー［Ａ］は、必要によ
り他のNCO末端ウレタンプレポリマー［Ｂ］と併用する
こともできる。［Ｂ］としては例えば特願昭58-39088号
明細書に記載のNCO末端ウレタンプレポリマーが挙げら
れる。［Ａ］と［Ｂ］の割合は種々変えることができる
が、NCO末端ウレタンプレポリマーの全量中、［Ａ］を2
0重量％以上とくに50重量％以上含有するのが好まし
い。

前記吸水軟化粘弾性層２を形成するための塗布材には、
NCO末端ウレタンプレポリマー〔［Ａ］および必要によ
り［Ｂ］併用〕に加えて、必要によりたれ防止剤および
溶剤を含有させることができる。たれ防止剤としては、
たとえば微粉末状シリカ，アスベスト，ガラス繊維など
があげられる。用いられるたれ防止剤の重量はNCO末端
ウレタンプレポリマー100重量部に対して通常０〜20重
量部、好ましくは0.5〜10重量部である。

溶剤としては、前記プレポリマー化反応で用いることが
できる溶媒たとえばケトン系溶媒，エステル系溶媒，エ
ーテルあるいはエステル化されたセロソルブ系溶媒およ
びこれらの二種以上の混合物があげられる。また溶剤の
重量は前記プレポリマー化反応の時と同様にNCO末端ウ
レタンプレポリマー100重量部に対して通常０〜120重量
部、好ましくは10〜80重量部である。

前記塗布材には、さらにその他の配合剤、たとえばフイ
ラー，着色剤，酸化防止剤，可塑剤などを含有させるこ
とができる。フイラーとしては、たとえばベントナイ
ト，炭酸カルシウム，クレー，タルクなど、着色剤とし
ては、チタン白，カーボンブラック，ベンガラ，クロム
グリーンなど、酸化防止剤としては、ヒンダードフェノ
ール類，ヒンダードアミン類など、可塑剤としては、ジ
オクチルフタレート，ジブチルフタレート，ジオクチル
アジペートなどがあげられる。またその他の配合剤の合
計重量はNCO末端ウレタンプレポリマー100重量部に対し
て通常０〜50重量部、好ましくは０〜30重量部である。

前記塗布材を鋼管杭，鋼矢板その他の地盤用打込部材の
表面に塗布するに際し、その塗布方法としてはスプレー
塗り、ハケ塗り、ヘラ付け塗り、コーキングガンによる
塗りなどの方法があげられる。そして膜厚は通常100μ
〜2.5mm、好ましくは500μ〜2mmである。

前記塗布材を地盤用打込部材に塗布したのち大気中で湿
気硬化させる必要があり、それによって優れた吸水膨潤
軟化性を発揮するものであり、他の方法たとえば水中で
硬化させた場合には充分な形状保持性は得られない。

湿気硬化に際して硬化条件は種々変えられるが通常常温
で５時間〜２日間である。

塗布そして硬化された塗布材は水に接触することにより
自重の５〜20倍程度にまで膨潤する性質を有し、また前
記塗布材は塗布，硬化後すぐれた耐塩基性〔塩基（苛性
ソーダ，アンモニア，有機アミンなど）性水溶液中での
耐加水分解性〕を発揮し、塩基性の水中でも充分使用に
耐えることができ、かつ酸性の水中でもすぐれた耐久性
を有する。

さらに地盤用打込部材に塗布されて膨潤軟化した前記塗
布材は、耐候性が良くかつ吸水膨潤軟化時に剥離脱落す
ることはなく、しかも吸水膨潤軟化と乾燥の繰り返しに
より吸水膨潤能力は低下しないという効果も併せて有す
る。

また前記塗布材は、淡水のみならず、従来吸水膨潤性の
低かった海水，硬水，カルシウム，鉄などの金属イオン
含有水などの水中においても吸水膨潤性がすぐれ、淡水
中とほぼ同等以上の吸水膨潤性を示すものであり、しか
も前記金属イオン含有水中において塗布材は淡水の場合
と同等以上の吸水膨潤軟化性を示す。

前記塗布材の配合を前述の範囲内で適宜設定することに
より、吸水膨潤軟化した時の粘弾性層２の硬度を調節す
ることができる。また吸水膨潤軟化した粘弾性層２の硬
度が高くなるにしたがってその粘弾性層２と打込部材１
との付着力が弱くなる。

したがって、この発明を打込後引抜いて回収する仮設用
の打込部材に実施する場合は、吸水膨潤軟化したときの
硬度が比較的高くなる配合の塗布材を打込部材に塗布し
ておけば、打込部材を引抜く場合、これを地中で吸水膨
潤軟化している粘弾性層２に対し相対的に移動させて、
打込部材１を容易に引抜くことができる。

この発明をＵ形鋼矢板に実施する場合、第３図ないし第
５図に示すように、吸水軟化粘弾性層２をＵ形鋼矢板か
らなる打込部材１の溝内面または溝外面あるいは両面に
一体に設けてもよい。

この発明を鋼杭あるいは鋼矢板等の地盤用打込部材に実
施する場合、塗布材を塗布する前の打込部材の表面清掃
状態は、水分，油等の塗布材密着性を著しく損なうもの
を除去しておく程度でよく、サンドブラスト等のブラス
ティング作業を省略できるので、塗布面の素地調整費用
が極めて安くなり、また前記塗布材はスプレーあるいは
刷毛塗りすることができ、特殊な塗布装置を必要としな
いので、塗布費用も極めて安価になる。

また前記塗布材は吸水により５〜20倍に膨潤するので、
打込部材に対する塗布厚みが薄くて済み、そのため材料
費を安くすることができる。

この発明を実施する場合、吸水軟化粘弾性層２を、地盤
用打込部材の全表面に設けないで、その打込部材の周囲
方向または長手方向に間隔をおいて断続的に設けてもよ
く、またこの発明は任意断面の鋼杭，鋼管矢板,Z形鋼矢
板,H形鋼矢板あるいは任意断面のコンクリート杭，コン
クリート矢板等の地盤用打込部材にも実施することがで
きる。

打込部材に対する塗布材の塗布作業は、工場で行なって
もよく、あるいは打込部材打設現場付近の適当なヤード
で行なってもよい。

吸水軟化粘弾性層付き打込部材３を屋外で長期間保管す
る場合、吸水軟化粘弾性層２が雨水を吸収すると膨潤軟
化するので、防水テープを巻付けるか、あるいは防水シ
ートを被せておく必要がある。

防水テープを巻付けた場合は、打込部材を打込む直前に
防水テープを剥ぎ取ればよく、また剥ぎ取る手間を省く
ために、打込中に地盤との摩擦により破れる材質の防水
テープを使用してもよい。

前記塗布材は、打込部材の保管中に吸水膨潤軟化して
も、水分環境から解放されると、吸収した水分を空気中
に放出（蒸発）させて元の硬化体に復帰する。したがっ
て、保管中に、仮りに塗布材が雨水に当たって吸水膨潤
軟化しても、その吸収水分を放出する時間が充分確保で
きる工事工程であれば、あえて防水テープを巻付けたり
防水シートを被せる必要はない。

また打込部材の打込中に、吸水軟化粘弾性層の下端部が
めくれるのを防止するために、第６図に示すように、吸
水軟化粘弾性層２の下端よりも若干下方において、保護
用環状体４を打込部材１の外周面に嵌合して溶接または
その他の手段により固定してもよい。

〔発明の効果〕

第１発明によれば、杭あるいは矢板等の地盤用打込部材
１の表面に、脂肪族基に結合したウレタン結合と芳香核
に結合したNCO基を有するNCO末端ウレタンプレポリマー
を含有してなる吸水軟化粘弾性材料層が設けられ、また
第２発明によれば、杭あるいは矢板等の地盤用打込部材
１の表面に、脂肪族基に結合したウレタン結合と芳香核
に結合したNCO基を有するNCO末端ウレタンプレポリマー
とたれ防止剤と溶剤とを含有してなる吸水軟化粘弾性材
料層が設けられて、吸水軟化粘弾性層付き打込部材３が
構成されているので、次のような効果が得られる。

芳香核に結合したNCO基を末端に有するウレタンプ
レポリマーを含有しているので、地盤用打込部材に塗布
材を塗布した後、大気中の水分と芳香核に結合したNCO
基とが急速に尿素結合反応を起して、湿気硬化した塗膜
からなる吸水軟化粘弾性層２を比較的短時間で形成する
ことができる。

また、本願発明の場合は、脂肪族基に結合したウレ
タン結合（脂肪族イソシアネートとポリオールの反応
物）があるので、芳香族基に結合したウレタン結合（芳
香族イソシアネートとポリオールの反応物）だけの場合
に比べて耐薬品性が良好で、塩基性の水中でも十分使用
に耐えることができ、かつ酸性の水中でもすぐれた耐久
性を有する。

吸水軟化粘弾性層付き打込部材３を地盤に打込んだ
のち、吸水軟化粘弾性層２が地中の水分を有効に吸収し
て水膨潤する場合、ポリオール成分の官能基または芳香
族イソシアネート含有量による膨潤の小さな影響もある
が、ポリオール中のポリオキシエチレン鎖の含有量の影
響が極めて大きく、本発明の場合は、湿気硬化した吸水
軟化粘弾性層２における塗膜中の前記ポリオキシエチレ
ン鎖が、地中の水分を吸い膨潤すると共に、著しく軟化
して粘弾性層となり、そのため地盤沈下等により粘弾性
層に対し負の摩擦力が作用した場合、その粘弾性層を、
打込部材１と地盤との間で打込部材長手方向に変形させ
て、打込部材１に作用する負の摩擦力を容易に軽減する
ことができ、また仮設部材として使用した打込部材１を
構築工事終了後に引抜く場合は、比較的小さな引抜力で
容易に引抜くことができる。

湿気硬化した後の塗膜中のポリオキシエチレン鎖を
含有している吸水軟化粘弾性層２は、乾燥した環境下で
は、硬化して地盤用打込部材１に対し一体に付着してい
るので、吸水軟化粘弾性層付き打込部材３を打込む際や
取扱う際に、吸水軟化粘弾性層２が剥離したり変形した
りすることはない。

前記ポリオキシエチレン鎖による吸水は、ポリオキ
シエチレン鎖と水との水素結合によるので、吸水膨潤軟
化と乾燥の繰り返しにより吸水膨潤能力は低下しない。

地盤用打込部材１の表面に前記吸水軟化粘弾性層２
を構成する塗布材を塗布するだけでよいので、摩擦力低
減性能を有する地盤用打込部材を低コストで製作でき
る。

また第２発明の場合は、さらに、たれ防止剤および
溶剤を含有しているので、塗布材を各種の塗布方法によ
り塗布する時に、塗布材がたれるのを防止することがで
きると共に塗布材の粘度を調整することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る吸水軟化粘弾性層を
有する地盤用打込部材の一部縦断側面図、第２図は第１
図のＡ−Ａ線拡大断面図である。第３図ないし第５図は
この発明をＵ形鋼矢板に実施した例を示す断面図、第６
図はこの発明を鋼管杭に実施した他の例を示す一部切欠
側面図である。 図において、１は打込部材、２は吸水軟化粘弾性層、３
は吸水軟化粘弾性層付き打込部材である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】杭あるいは矢板等の地盤用打込部材１の表
   面に、脂肪族基に結合したウレタン結合と芳香核に結合
   したNCO基を有するNCO末端ウレタンプレポリマーを含有
   してなる吸水軟化粘弾性材料層を有する地盤用打込部
   材。
2. 【請求項２】杭あるいは矢板等の地盤用打込部材１の表
   面に、脂肪族基に結合したウレタン結合と芳香核に結合
   したNCO基を有するNCO末端ウレタンプレポリマーとたれ
   防止剤と溶剤とを含有してなる吸水軟化粘弾性材料層を
   有する地盤用打込部材。