JPS63600B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は岩盤等に穿孔した孔内にロツクボルト
等を固着し岩盤等を補強するためのロツクボルト
固着用カートリツジに関し、特に鉱山、発電所、
道路、鉄道等の各種トンネルにおいて、軟弱な岩
盤を強化するために有効な膨張性ロツクボルト固
着用カートリツジに関するものである。

従来、トンネル工事等において、軟弱な岩盤に
穿孔し、その孔内にロツクボルト固着用カートリ
ツジを装填し、ついでロツクボルトを回転しなが
ら装着し、そのロツクボルト固着用カートリツジ
内の固着剤を撹拌して硬化させ、岩盤の孔内にロ
ツクボルトを固着させる方法が知られている。

しかし軟弱な地盤では、内部の孔径が大きくな
り過ぎたり、亀裂があつたりして固着剤を孔内に
十分に満たすことができないので、孔内に固着剤
を十分に満し、さらに固着強度を上げるために、
発泡性のポリウレタン樹脂を用いた固着剤が提案
された（特開昭53−100607号）。しかし、このポ
リウレタン樹脂は常に一定の発泡倍率を得ること
が困難であつた。すなわち、この固着剤の反応は
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公知の発泡
反応よりなるが、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
り影響を受け、さらに岩盤の孔内の温度にも影響
されるために発泡倍率を調節する事が困難であつ
た。また発泡が硬化反応に比較して速すぎれば、
ロツク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できず、逆
に硬化反応の方が速いと固着剤は早く硬化して孔
内に満されないで終り、十分な固着強度を得るこ
とはできなかつた。

そこで既に本発明者らは不飽和ポリエステル樹
脂に有機酸または無機酸などの酸、硬化促進剤お
よび以上の酸に対して不活性な充填剤、さらに水
を加えて袋内に収容し、有機過酸化物からなる硬
化剤と炭酸塩または重炭酸塩からなる酸分解性発
泡剤とを収容した容器を袋中に入れた膨張性ロツ
クボルト固着用カートリツジを発明した。このも
のの使用に当つては孔内で容器を破壊して、全部
の薬剤を混合することにより、酸と酸分解性発泡
剤とを反応させ炭酸ガスを発生させて不飽和ポリ
エステル樹脂を発泡膨張させたものであつた。

このような膨張性ロツクボルト固着用カートリ
ツジにおいては酸または酸分解性発泡剤の一方が
反応によつて消費されれば発泡反応は終了し、そ
れ以上には発泡膨張しない利点があつた。しかし
不飽和ポリエステル樹脂とともに酸および水を配
置した場合、混合後１ケ月以内程度の比較的短時
間の保管後の使用時には理論量の発泡倍率を得る
ことができるが、長期保管すると、酸と接触する
ことによる不飽和ポリエステル樹脂の劣化、酸の
外部への放散等のために発泡倍率の低下を起すこ
とがある。

本発明者らはこのような欠点を解決し、かつ用
いた酸が施工者にかかるような不測の事態をさけ
る方法を検討した結果、酸および水には、増粘剤
を加えて熱硬化性合成樹脂とよく混合するような
粘度に増粘し、増粘された酸を熱硬化性合成樹脂
または酸分解性発泡剤などと隔離するため破壊可
能な容器に収納して熱硬化性合成樹脂等を収容す
る袋内に配置することにより長期間の保存に耐
え、適当な膨張性を有し、しかも酸が逸散しない
膨張性ロツクボルト固着用カートリツジを得た。

すなわち、本発明の膨張性ロツクボルト固着用
カートリツジは、熱硬化性合成樹脂と酸分解性発
泡剤と必要により加えられる前記熱硬化性合成樹
脂の硬化促進剤とからなる主剤を充填した軟質合
成樹脂袋中に、前記熱硬化性合成樹脂の硬化剤を
充填した破壊可能な容器および増粘剤と混合する
ことにより20℃における粘度を0.1〜4000ポイズ
とした増粘された酸を充填した他の破壊可能な容
器を収容してなる膨張性ロツクボルト固着用カー
トリツジである。

この膨張性ロツクボルト固着用カートリツジ中
には、熱硬化性合成樹脂と酸分解性発泡剤と必要
により加えられる硬化促進剤とからなる主剤と、
熱硬化性合成樹脂の硬化剤と、増粘剤にて増粘さ
れた酸との三つの構成剤を互に隔離して袋中に収
納するもので、これらの構成剤を総称して固着剤
という。

本発明に用いることのできる熱硬化性合成樹脂
は、たとえば不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ
樹脂等で、硬化前の合成樹脂に硬化剤を加えて硬
化するものである。不飽和ポリエステル樹脂を用
いる場合には、無水マレイン酸、フマル酸等の
α，β―不飽和二塩基酸またはこのα，β―不飽
和二塩基酸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、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１：１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、
クロロスチレン、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、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加えて硬化前の不
飽和ポリエステル樹脂を製造する。

不飽和ポリエステル樹脂の硬化剤としては有機
過酸化物が用いられる。それぞれの熱硬化性合成
樹脂に対して適切な有機過酸化物が用いられ、た
とえば不飽和ポリエステル樹脂に対しては、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、ターシヤリプチルハイドロパーオキサ
イド等であり、特に取り扱い易さからベンゾイル
パーオキサイドが好ましい。またこれらの有機過
酸化物はタルク、クレイ、炭酸カルシウム、硫酸
カルシウム等の無機質の稀釈剤またはパルプ粉
末、ジアリルフタレート粉等の有機化合物の稀釈
剤で稀釈して使用することが分散性および安全性
の面からも望ましい。

不飽和ポリエステル樹脂の硬化促進剤として
は、ジメチルアニリン、ジエチルアニリン等の第
三級アミン類があり、その使用量は前記不飽和ポ
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分解性発泡剤と
しては、たとえばカリウム、ナトリウム等のアル
カリ金属の炭酸塩または重炭酸塩、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、炭
酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム等がある。

本発明に用いることのできる酸としては蟻酸、
酢酸、プロピオン酸、乳酸等の有機酸または稀塩
酸、稀硫酸、稀硝酸等の無機酸であり、その使用
量はたとえば不飽和ポリエステル樹脂100重量部
に対して純品換算で１〜10重量部である。

酸の増粘剤としては、有機質の増粘剤として水
に可溶性の高分子、たとえばポリビニルアルコー
ル、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロ
ース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリアクリ
ルアミド等の水溶液を使用することができる。ま
たデキストリン、でんぷん、ゼラチン等も使用す
ることができる。また無水珪酸、ベントナイト等
の無機質の増粘剤も単独あるいは有機質の増粘剤
と組合わせて使用することができる。さらに粘度
を調節するために酸に対して安定な充填剤、たと
えば硫酸バリウム、酸化アルミニウム、硫酸カル
シウム等も添加することができる。

酸の粘度は主として使用する熱硬化性合成樹脂
を含む主剤の粘度により決定される。熱硬化性合
成樹脂を含む主剤の粘度が低い場合、酸の粘度は
当然それに合わせた低い粘度のものが望ましい。
また逆に熱硬化性合成樹脂を含む主剤の粘度が高
い場合酸の粘度は高い方が望ましい。しかし本発
明の粘度範囲で適宜粘度を変えて使用することが
でき、組合わせの使用制限を受けるものではな
い。

既に述べた酸分解性発泡剤としての炭酸塩、重
炭酸塩は熱硬化性合成樹脂と混合して充填剤とし
ても用いられる。すなわち使用する酸に対して反
応に必要な量の10倍ないし100倍の炭酸塩または
重炭酸塩を加えると、一部は酸と反応して熱硬化
性合成樹脂の膨張に利用され、残りは熱硬化性合
成樹脂の充填剤として利用できる。酸に対して過
剰な酸分解性発泡剤を使用すれば、同量の酸に対
して当量の酸分解発泡剤を用いた場合より熱硬化
性合成樹脂の発泡膨張時間は短縮される。この事
は熱硬化性合成樹脂が硬化する前に酸が完全に消
費され、熱硬化性合成樹脂の発泡膨張性を終了さ
せ、常に一定の発泡膨張を得るので非常に有利で
ある。

以上のように添加する物質の他に、酸と反応し
ない他の充填剤たとえば珪砂粉、ガラス粉、タル
ク、クレー、硫酸バリウムを前述の酸分解性発泡
剤と混合して利用できる。また熱硬化性合成樹脂
の安定剤、整泡剤を加えることもできる。

次に容器について述べると、熱硬化性合成樹脂
と酸分解性発泡剤と必要により加えられた硬化促
進剤とを充填する合成樹脂製薄膜袋としてはたと
えばポリエチレン、ポリアミド等の合成樹脂製薄
膜袋が用いられる。熱硬化性合成樹脂の硬化剤を
充填した破壊可能な容器または増粘剤を混合する
ことにより増粘された酸を充填した他の破壊可能
な容器の材料としてはガラス管、セラミツク管ま
たは合成樹脂製薄膜袋等が用いられる。

次に実施例および比較例について述べる。

実施例 １ 〔固着剤の各構成剤の調製〕 無水マレイン酸490.5ｇ、無水フタル酸740.5
ｇ、プロピレングリコール837ｇを150〜160℃で
反応させて得られた不飽和ポリエステル1295ｇに
スチレン555ｇを加え、さらにハイドロキノン0.2
ｇを添加して硬化前の不飽和ポリエステル樹脂
（酸価30）1850ｇを得た。この硬化前の不飽和ポ
リエステル樹脂のうち370ｇをとりジメチルアニ
リン0.74ｇ、タルク100ｇ、炭酸カルシウム100
ｇ、シリコン系整泡剤（信越化学工業株式会社製
F305）1.9ｇを加え品川式撹拌機で30分間撹拌し
て均一に混合することにより主剤560ｇを得た。
Ｂ型粘度計で測定したこの主剤の粘度は20℃で20
ポイズであつた。

次にベンゾイルパーオキサイド7.1ｇと炭酸カ
ルシウム16.9ｇを混合し硬化剤24ｇを得た。

次にメチルセルロース（400CP）１ｇを水16ｇ
に溶解し、酢酸４ｇを加え、よく混合溶解させ、
さらに硫酸バリウム20ｇを加えた。この増粘され
た後の粘度をＢ型粘度計で測定すると、20℃で20
ポイズであつた。

〔膨張性ロツクボルト固着用カートリツジの調製〕

前述のように製造した主剤を内径32mm、長さ
500mmのポリアミド製の袋内に装填し、硬化剤を
内径10mm、長さ450mmのガラス管に封入し、メチ
ルセルロースで増粘した酢酸を内径８mm、長さ
450mmのガラス管に封入した。この２本のガラス
管を主剤を充填したポリアミド製袋中の主剤の中
に挿入し、袋の口を閉塞してカートリツジを調製
した。

〔装着および引抜試験Ｉ〕 前記のカートリツジ２本を圧縮強度120Kg／cm²
の乾燥した砂岩の上向孔内（孔径42mm、孔長２
ｍ）に装填し、外径25mm長さ2.2ｍの異形棒鋼
（Ｄ―25、以下同様）を回転させながら打込んだ。
打込３分後固着剤は口元から約20cmのところまで
膨張してきた。24時間後センターホール型油圧ジ
ヤツキーでロツクボルトを引抜いて、その時の引
抜荷重を測定した。測定の結果は21トンでボルト
が破断した。膨張倍率は２倍であつた。

〔装着および引抜試験〕 前記のカートリツジ２本を圧縮強度120Kg／cm²
の砂岩に穿孔した上向孔（孔径42mm、孔長２ｍ）
に装填し、外径25mm、長さ2.2ｍの異形棒鋼を天
井に垂直に打込んだ。打込してから３分経過後固
着剤は口元から20cmのところまで膨張してきた。
24時間後にセンターホール型油圧ジヤツキーでロ
ツクボルトを引抜いて限界の引抜荷重を測定し
た。22トンの引抜荷重でボルトが破断した。膨張
倍率は２倍であつた。

〔装着および引抜試験〕 前記のカートリツジを製造後室温で６ケ月放置
した後装着および引抜試験と同様の試験を行な
つた。膨張率を観察したところ、固着剤は口元か
ら23cmのところまで膨張してきた。またその時の
引抜試験の引抜荷重が22トンでボルトが破断し
た。

実施例 ２ 〔固着剤の各構成剤の調製〕 実施例１で得られた硬化前の不飽和ポリエステ
ル樹脂のうち350ｇをとりこれにジメチルアニリ
ン0.7ｇ、タルク150ｇ、炭酸カルシウム150ｇ、
シリコン系整泡剤1.8ｇ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600ｇを得た。
Ｂ型粘度計で測定した主剤の粘度は20℃で2500ポ
イズであつた。

またベンゾイルパーオキサイド7.1ｇと炭酸カ
ルシウム16.9ｇを混合して硬化剤24ｇを得た。

さらにベントナイト３ｇと硫酸バリウム17ｇと
に水16ｇおよび塩酸２ｇを加えて〓つて得られた
増粘された酸の粘度は20℃で2000ポイズであつ
た。

〔膨張性ロツクボルト固着用カートリツジの調製〕

実施例１と同様の方法で膨張性ロツクボルト固
着用カートリツジを調製した。

〔装着および引抜試験〕 前述のカートリツジ３本を圧縮強度300Kg／cm²
の頁岩で湧水のある上向孔（孔径42mm、孔長２
ｍ）に装填し、外径25mm、長さ2.2ｍの異形棒鋼
を回転しながら打込んだ。打込み後約５分で固着
剤は膨張して孔の口元まで到達した。

打込み後24時間経過後、センターホール型油圧
ジヤツキーでロツクボルトを引抜いた所、引抜荷
重は23トンでボルトが破断した。膨張倍率は1.5
倍であつた。

比較例 １ 〔膨張性ロツクボルト固着用カートリツジの調
製〕 主剤および硬化剤は実施例１と同じ方法にて調
製し、主剤は実施例１と同様なポリアミド製の袋
内に装填し、硬化剤は実施例１と同様なガラス管
に封入した。

次に酢酸４ｇに水16ｇを加えた溶液を内径８
mm、長さ45cmのガラス管内に封入した。

主剤を充填したポリアミド製袋内に前述の２本
のガラス管を封入し、膨張性ロツクボルト固着用
カートリツジを製造した。

〔装着および引抜試験〕 圧縮強度120Kg／cm²の砂岩に穿孔した上向孔
（孔径42mm、長さ２ｍ）に前述のカートリツジ２
本を挿入し、異形棒鋼を打込んだ。24時間後観測
すると口元より90cm内部で固着剤の膨張は止つて
いた。発泡倍率は1.2倍であり、引抜試験の結果
引抜荷重19トンでボルトが抜けた。

比較例 ２ 〔膨張式ロツクボルト固着用カートリツジの調
製〕 主剤および硬化剤は実施例２と同じ方法で調製
し、主剤は実施例１と同様なポリアミド製の袋内
に装填し、硬化剤は実施例１と同様なガラス管に
封入した。

次に塩酸２ｇに水16ｇを加えた溶液を内径８
mm、長さ45cmのガラス管内に封入した。

次に主剤を充填したポリアミド製袋内に前述の
２本のガラス管を封入し、膨張性ロツクボルト固
着用カートリツジを製造した。

〔装着および引抜試験〕 圧縮強度120Kg／cm²の砂岩の天井に穿孔した上
向孔（孔径42mm、長さ２ｍ）に前述のカートリツ
ジ２本を挿入し、異形棒鋼を打込んだ。打込後24
時間経過した後に観測すると発泡倍率は1.1倍で
固着剤は孔の口元より100cm奥で止まつてしまい、
かつ異形棒鋼の打込時に天井より酸性の水がたれ
てきた。引抜荷重が20トンでボルトが抜けた。

以上に述べたように本発明の膨張性ロツクボル
ト固着用カートリツジは適宜な発泡倍率を有する
とともに引抜に耐える引抜荷重も高く、十分膨張
性ロツクボルト固着用カートリツジとしての効果
を示すものである。また、酸を直接容器に封入す
ると異形棒鋼の打込後酸滴が酸分解性発泡剤と反
応しないでもれ出すものがでてきて十分の膨張倍
率が期待できないのに対して、本発明の膨張性ロ
ツクボルト固着用カートリツジは増粘された酸を
用いているので酸がもれ出すことなく、十分な発
泡反応を行なうことができ、有効なものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 熱硬化性合成樹脂と酸分解性発泡剤と必要に
   より加えられる前記熱硬化性合成樹脂の硬化促進
   剤とからなる主剤を充填した合成樹脂製薄膜袋中
   に、前記熱硬化性合成樹脂の硬化剤を充填した破
   壊可能な容器と、酸と増粘剤とを混合することに
   より20℃における粘度を0.1〜4000ポイズとした
   増粘された酸を充填した他の破壊可能な容器とを
   収納してなる膨張性ロツクボルト固着用カートリ
   ツジ。