JPS6250501B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は岩盤等の孔内にアンカーボルトを固着
するための固着剤に関し、特に鉱山、発電所、道
路、鉄道等の各種トンネル工事において、軟弱な
岩盤を強化するために有効な発泡性アンカーボル
ト用固着剤に関する。 従来、トンネル工事等において軟弱な岩盤に穿
孔し、その孔内にアンカーボルト用固着剤を装填
し、次いでアンカーボルトを回転させながら挿入
し、その固着剤を撹拌して硬化させ岩盤の孔内に
アンカーボルトを固着する方法が知られている。 この方法に用いられているアンカーボルト用固
着剤は不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂
を主成分とする主剤と、この主剤から隔離され同
一容器内に収容されたベンゾイルパーオキサイド
等の有機過酸化物を主成分とする硬化剤とからな
るものであつた。 しかし、このアンカーボルト用固着剤は頁岩等
の特に軟弱な岩盤においてはアンカーボルトを十
分に固着できない欠点があつた。すなわち軟弱な
岩盤においては、さく岩機で穿孔した時に、孔径
が全長にわたつて一定にならず内部の孔径が大き
くなり、そのために孔内にアンカーボルト用固着
剤を十分に満たすことができず、さらにアンカー
ボルト用固着剤は硬化時収縮するために、その硬
化物と孔壁とに隙間が生ずる場合があつた。また
岩盤内に亀裂がある場合においても亀裂内にアン
カーボルト用固着剤を十分に満たすことができな
いため固着強度が不十分であつた。これらの条件
下においても十分な固着強度を求めれば当然多量
のアンカーボルト用固着剤を必要とし、その分高
価となつて経済的にも不利であつた。 そこでこれらの欠点を改良するために発泡性の
ポリウレタン樹脂を用いたアンカーボルト用固着
剤も提案されている（特開昭53−100607号）。 しかしこのアンカーボルト用固着剤は貯蔵安定
性に難があり、また架橋剤であるイソシアネート
の毒性が問題から取扱いにも難があつた。さらに
それ以上の欠点として常に一定の発泡倍率の硬化
物を得ることが困難であつた。すなわち、このア
ンカーボルト用固着剤の反応は、主剤であるポリ
オールと架橋剤であるイソシアネートとの硬化反
応およびイソシアネートと水との発泡反応からな
るが、この発泡反応は、岩盤の孔内にほとんどの
場合水分があるために、この水分量により大きな
影響を受け、さらに岩盤の孔内の温度によつても
影響を受けるために発泡倍率を調整することが困
難であつた。したがつて発泡反応が硬化反応に較
べ速すぎれば、アンカーボルト用固着剤は岩盤の
孔内から流れ出しその結果十分な固着強度を得る
ことが出来ず、反対に硬化反応が発泡反応に較べ
速すぎれば、前記の不飽和ポリエステル樹脂系ア
ンカーボルト用固着剤同様岩盤の孔内にアンカー
ボルト用固着剤を十分に満たすことが出来ないた
めに十分な固着強度を得ることが出来なかつた。 本発明者は、これらの欠点を改良するために鋭
意研究した結果、不飽和ポリエステル樹脂に調整
された酸分解型発泡剤を加えて、その分解反応を
硬化反応前に終了させることによつて発泡倍率が
水分、環境温度に影響されることなく常に一定と
なる発泡性アンカーボルト用固着剤を見いだし本
発明を完成させるに到つた。 本発明の発泡性アンカーボルト用固着剤は、主
剤とこの主剤から隔離された硬化剤とからなるア
ンカーボルト用固着剤において、前記主剤が不飽
和ポリエステル樹脂と硬化促進剤と酸または水と
を主成分としてなり、前記硬化剤が有機過酸化物
と酸分解型発泡剤と充填剤とを主成分としてな
り、前記酸分解型発泡剤がアルカリ金属またはア
ルカリ土類金属の炭酸塩または重炭酸塩、または
炭酸アンモニウムまたは重炭酸アンモニウムであ
り、その粒径の最大直径が250μ以下であり、そ
の量が前記不飽和ポリエステル樹脂100重量部に
対して0.1〜10重量部であることを特徴とするも
のである。 本発明に用いることのできる不飽和ポリエステ
ル樹脂は、無水マレイン酸、フマル酸等のα、β
不飽和二塩基酸と、または必要に応じてその一部
を無水フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸等
の飽和二塩基酸成分で置換したものと、エチレン
グリコール、プロピレングリコール、ジエチレン
グリコール、ジプロピレングリコール、水素化ビ
スフエノールＡ等のグリコール類とをモル比約１
対１で重縮合して得られる不飽和ポリエステルを
スチレン、ビニルトルエン、クロルスチレン、ジ
ビニルベンゼン、ジアリルフタレート、アクリル
酸エステル類、メタアクリル酸エステル類等の架
橋用不飽和単量体に溶解し、ハイドロキノン等の
重合禁止剤を添加したものである。 本発明に用いることのできる硬化促進剤は、ジ
メチルアニリン、ジエチルアニリン等の第３級ア
ミン類があり、その量は前記不飽和ポリエステル
樹脂100重量部に対して0.01〜５重量部、好まし
くは0.05〜1.0重量部である。５重量部より多く
なると貯蔵安定性が悪くなり、0.01重量部より少
なくなると不飽和ポリエステル樹脂の硬化速度が
遅くなつて好ましくない。 本発明に用いることのできる酸または水は、不
飽和ポリエステル樹脂の酸価の程度に応じて、ま
た後述の酸分解型発泡剤の種類に応じて適宜どち
らかに選択される。 本発明に用いることのできる酸は、ギ酸、酢
酸、プロピオン酸、蓚酸、コハク酸、マレイン
酸、フタル酸等の有機酸または塩酸、硫酸、硝酸
等の無機酸の稀酸であり、その添加量は、おおむ
ね不飽和ポリエステル樹脂100重量部に対して0.1
〜10重量部である。 また本発明に用いることのできる水の添加量は
後述の酸分解型発泡剤の種類によつて異なるが、
不飽和ポリエステル樹脂100重量部に対して0.1〜
10重量部程度である。 また本発明に用いることのできる主剤には、以
上の不飽和ポリエステル樹脂と硬化促進剤と酸ま
たは水以外に必要に応じて硅砂、磁器片等の酸に
安定な骨剤やタルク、クレー、微粒状シリカ、ア
ルミナ、硫酸バリウム、ガラス繊維等の充填剤や
通常使用されている整泡剤等を加えることができ
る。 本発明に用いることのできる有機過酸化物は、
ベンゾイルパーオキサイド、シクロヘキサノンパ
ーオキサイド、ターシヤリーブチルハイドロパー
オキサイド等であり、特に取扱い易さからベンゾ
イルパーオキサイドが好ましい。 本発明に用いることのできる酸分解型発泡剤
は、カリウム、ナトリウム等のアルカリ金属の炭
酸塩または重炭酸塩、またはカルシウム等のアル
カリ土類金属の炭酸塩または重炭酸塩、または炭
酸アンモニウムまたは重炭酸アンモニウムであ
り、その粒径は最大直径が250μ以下、好ましく
は150μ以下である。最大直径が250μより大きく
なると、その分解速度すなわち発泡速度が遅くな
るので好ましくない。 この微粒子状の酸分解型発泡剤は、再結合する
ことのないようにタルク、クレー等の微粒子状充
填剤と混合して調製し、さらに前記有機過酸化物
を添加して均一に混合し本発明の一部を構成する
硬化剤として用いられる。 この微粒子状の酸分解型発泡剤を用いることに
より酸または水との接触面積を大にして不飽和ポ
リエステル樹脂がゲル化する前に、その分解を完
全に終了させることができる。不飽和ポリエステ
ル樹脂がゲル化し始めた時に、まだ発泡反応が終
了していないと、不飽和ポリエステル樹脂の硬化
時の反応熱により発泡が急激に起こり、その結果
不均一な気泡が生じたり、連続気泡となつたり気
泡が粗大となつて固着強度が低下する。 また本発明に用いることのできる酸分解型発泡
剤の量は、不飽和ポリエステル樹脂100重量部に
対して0.1〜10重量部であり、好ましくは0.5〜５
重量部である。その量が0.1重量部より少ないと
発泡倍率がわずかであるために、岩盤の孔内を十
分に満たすことができず、またその量が10重量部
より多いと発泡倍率が10倍以上となつて十分な固
着強度を得ることができない。 以上の主剤と硬化剤とは、主剤を適当な容器、
たとえばポリエチレン、ポリアミド等の合成樹脂
製の薄膜の袋に収容し、硬化剤を適当な容器、た
とえばガラス管等に封入し、これを前記袋内に挿
入して袋を密封したカートリツジとして施工時用
いる。 次に本発明の発泡性アンカーボルト用固着剤の
例を第１表に示し、その調製方法を実施例で示
し、その調製されたカートリツジを用いて湿つた
頁岩にアンカーボルトを固着した後アンカーボル
トの引抜試験を行ない、またその発泡速度および
硬化速度を測定した。以下に詳述する。 実施例 １ 〔発泡性アンカーボルト用固着剤の調製〕 無水マレイン酸１モル、無水フタル酸１モル、
プロピレングリコール2.2モルを公知の方法によ
り反応させて得た不飽和ポリエステル70重量部に
スチレン30重量部を加え、さらにハイドロキノン
0.01重量部を添加して不飽和ポリエステル樹脂
（酸価30）370ｇを得た。この不飽和ポリエステル
樹脂にジメチルアニリン0.74ｇ、タルク185ｇ、
シリコン系整泡剤（信越化学(株)製F305）1.9ｇお
よびギ酸3.0ｇを加え品川式撹拌機で30分間撹拌
し均一に混合して主剤560ｇを得た。 次に試薬１級の重炭酸カリウム5.6ｇおよびタ
ルク22ｇを石川式擂潰機で30分間粉砕した後100
メツシユの標準ふるい（JIS K8801）で篩分した
（全量がふるいを通過したことから、これらの粒
子の最大直径は150μ以下である）。さらにベンゾ
イルパーオキサイド7.1ｇを加えてよく混合し硬
化剤34ｇを得た。 〔カートリツジの調製〕 前記主剤を内径32mm、長さ600mmのポリアミド
製の袋内に装填し、次に前記硬化剤を内径10mm、
長さ550mmのガラス管内に封入し、それを前記袋
内に挿入し袋の口を閉塞してカートリツジを調製
した。 実施例 ２〜４ 第１表に示す組成で実施例１と同様な方法で発
泡性アンカーボルト用固着剤をそれぞれ635ｇ、
594ｇ、603ｇ調製し、それぞれを実施例１と同様
な容器に封入してカートリツジを調製した。 比較例 １ 重炭酸カリウムの量を増量した以外は、実施例
１と同様な方法でアンカーボルト用固着剤654ｇ
を調製して、カートリツジを得た。 比較例 ２ 未粉砕の重炭酸カリウム（JIS K8801による標
準ふるい42メツシユ通過60メツシユ残を使用。粒
径の最大直径の分布250〜350μ）を用いた以外
は、実施例１と同様な方法でアンカーボルト用固
着剤617ｇを調製して、カートリツジを得た。 比較例 ３ トリメチロールプロパンとプロピレンオキサイ
ドとを公知の方法により反応させて得たポリオー
ル（OH価390）270ｇにシリコン系整泡剤（信越
化学(株)製F305）２ｇおよびトリエチレンジアミ
ン0.5ｇを加えてよく混合し主剤を調製した。こ
れを内径36mm、長さ500mmのガラス管内に充填し
た。次に架橋剤であるトルエンジイソシアネート
80を230ｇ秤量し内径12mm、長さ490mmのガラス管
内に封入し、これを前記主剤入りガラス管内に挿
入し、その口に蓋をしてウレタン樹脂系のカート
リツジを得た。

【表】 実施例１〜４、比較例１〜３の固着剤の性能試験 〔引抜試験〕 前記のカートリツジのそれぞれ２本づつを圧縮
強度100Kg／cm²の湿つた頁岩の孔内（孔径42mm、
孔長２または４ｍ）に装填し、外径25mm、長さ
2.2または4.2ｍのアンカーボルトを回転させなが
ら挿入し、24時間後にセンターホール型油圧ジヤ
ツキでそれぞれのアンカーボルトを引抜いて、そ
の時の引抜荷重を測定し結果を第２表に示した。

【表】

【表】 〔発泡速度および硬化速度の測定〕 内径42mm、長さ２ｍのアクリル製パイプを準備
し、その底から１ｍの側壁に穴を開け熱電対（ク
ロメルーアルメル）を挿入して固定し、次に室温
を29℃に調整して、予め29℃に調整されたカート
リツジ（実施例１、２、３および４の固着剤）を
それぞれ２本づつ（実施例２の固着剤は１本）前
記アクリル製パイプ内に装填し、次に外径25mm、
長さ2.2ｍのアンカーボルトを挿入し、発熱温度
−時間曲線をJIS K6901に準じて求め、それから
ゲル化開始時間を求め、さらに固着剤の長さを測
定して固着剤の密度−時間曲線を求め、それから
発泡倍率および発泡終了時間を求め結果を第３表
に、それぞれの曲線を第１図に示した。 第１図において縦軸は密度（Ｐ）と発熱温度
（Ｔ）を示し、横軸は時間（ｔ）を示す。図中実
線は密度−時間曲線を示し、破線は発熱温度−時
間曲線を示す。図中Ｅ−１，Ｅ−２，Ｅ−３，Ｅ
−４はそれぞれ実施例１、実施例２、実施例３、
実施例４の固着剤を表わす。 次に比較例２の固着剤についても同様な測定を
行ない結果を第３表に、それぞれの曲線を第１図
に示した。（図中Ｃ−２は比較例２の固着剤を表
わす）ただし比較例１の固着剤は、アクリル製パ
イプから溢れ出ることが前記試験より明らかであ
つたので本測定は行わなかつた。また比較例３の
固着剤についても、硬化時間が長く、さらに発熱
がわずかであることが予想されたので本測定は行
わなかつた。 なお発泡倍率は次式から求めた。 発泡倍率＝発泡前の固着剤の密度（ｇ／cm³）／発泡
後の固着剤の密度（ｇ／cm³）

【表】 ＊ 第１図に示す記号
以上、第１表から明らかなように、本発明の調
整され、その量が適当である各種酸分解型発泡剤
を含む発泡性アンカーボルト用固着剤は、有機過
酸化物および硬化促進剤の量を加減することなし
に、第２表の引抜試験結果から明らかなように施
工時の環境温度に影響を受けることなく軟弱な岩
盤等においてもアンカーボルトを十分に固着する
ことができる。 このことは、第３表および第１図から明らかな
ように酸分解型発泡剤の分解反応が不飽和ポリエ
ステル樹脂の硬化反応の開始前に終了するため
に、本発明の発泡性アンカーボルト用固着剤を岩
盤の孔内に十分に満すことができ、また分解によ
つて生ずる気泡が不飽和ポリエステル樹脂の硬化
反応によつて生ずる熱の影響を受けないために気
泡が不連続となつて均一な大きさとなるからであ
る。 一方、酸分解型発泡剤が調整されていても、そ
の量が多く適当でない（比較例１の固着剤）と、
施工時に発泡した固着剤が孔外に溢れ出し、その
ために第２表に示されるようにアンカーボルトを
十分に固着することができない。 また、調整されていない酸分解型発泡剤を含む
固着剤（比較例２の固着剤）の場合には、第１図
から明らかなように酸分解型発泡剤の分解反応中
に不飽和ポリエステル樹脂の硬化反応が開始する
ために気泡が連続となり、粗大な気泡が生じてア
ンカーボルトをやはり十分に固着することができ
ない。 さらに、従来のウレタン樹脂系アンカーボルト
用固着剤（比較例３の固着剤）においても、施工
時に発泡した固着剤が約１時間にわたつて孔外に
溢れ出し、そのために第２表に示されるようにア
ンカーボルトをやはり十分に固着することができ
ない。これは孔内の水分の影響を大きく受けたた
めと予想される。 また本発明の発泡性アンカーボルト用固着剤
は、それを用いた引抜試験において、環境温度が
29℃の場合でも11℃の場合でも固着剤が岩盤の孔
のほぼ同じ位置までそれぞれ発泡してきて硬化し
ていることから、少くともこの温度範囲内では発
泡倍率が温度に影響を受けることなく一定である
ことを示している。またアンカーボルトを十分に
固着していることから、孔内の水分による影響も
少いことが予想される。 また本発明の発泡性アンカーボルト用固着剤
は、従来のウレタン樹脂系アンカーボルト用固着
剤が有する毒性の問題がなく、さらに従来の不飽
和ポリエステル樹脂系アンカーボルト用固着剤に
較べれば安価であつて経済的にも有利である特徴
を有している。 以上詳細に説明したように本発明の発泡性アン
カーボルト用固着剤は、発泡倍率が環境温度、水
分に影響されることなく常に一定となる固着剤で
あつて、特に軟弱な岩盤等を強化するために適し
た発泡性アンカーボルト用固着剤である。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の固着剤および比較例の固着剤
の密度−時間曲線（実線）および発熱温度−時間
曲線（破線）を示す。 Ｅ−１：実施例１の固着剤、Ｅ−２：実施例２
の固着剤、Ｅ−３：実施例３の固着剤、Ｅ−４：
実施例４の固着剤、Ｃ−２：比較例２の固着剤。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 主剤と該主剤から隔離された硬化剤とからな
   るアンカーボルト用固着剤において、前記主剤が
   不飽和ポリエステル樹脂と硬化促進剤と酸または
   水とを主成分としてなり、前記硬化剤が有機過酸
   化物と酸分解型発泡剤と充填剤とを主成分として
   なり、前記酸分解型発泡剤がアルカリ金属または
   アルカリ土類金属の炭酸塩または重炭酸塩、また
   は炭酸アンモニウムまたは重炭酸アンモニウムで
   あり、その粒径の最大直径が250μ以下であり、
   その量が前記不飽和ポリエステル樹脂100重量部
   に対して0.1〜10重量部であることを特徴とする
   発泡性アンカーボルト用固着剤。