JP2004204015A

JP2004204015A - 地盤止水材

Info

Publication number: JP2004204015A
Application number: JP2002374091A
Authority: JP
Inventors: Sumio Horiuchi; 澄夫堀内; Shigeyuki Kono; 重行河野; Tadashi Kikuchi; 正菊地
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2002-12-25
Filing date: 2002-12-25
Publication date: 2004-07-22

Abstract

【課題】地盤中に止水材として注入されたり、地盤中に構築される止水壁の構成材料として使用される地盤止水材として、優れた止水性と膨潤性を有する有効な地盤止水材を提供する。
【解決手段】本発明の地盤止水材は、ベントナイトにエタノールと高吸水性樹脂とを混合したエタノール／高吸水性樹脂（ＳＡＰ）／ベントナイトスラリーからなる。ベントナイト１００質量部に対し、エタノール６０〜１５０質量部、高吸水性樹脂５〜５０質量部を混合することが好ましい。また、ベントナイト質量の２０倍以下の砂を混合することも好ましい。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は土木・建築の分野において使用される地盤止水材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地盤中に止水材として注入されたり、地盤中に構築される止水壁の構成材料として使用される地盤止水材としては、コンクリート・モルタル材、ソイルモルタル、各種の薬液注入材、アスファルト系材料等が主流であるが、これらの地盤止水材は、柔軟性（地盤や構造物の変形に追従して損傷を受けにくい機能）や自己補修性（万一損傷した場合においても自ずと止水性を回復し得る機能）の点では充分に満足し得るものではない。
【０００３】
柔軟性と自己補修性に優れる地盤止水材としてはベントナイトが知られており、ベントナイトを水によりスラリー化してポンプ圧送により地盤に注入して止水構造物を構築することも行われている。しかし、ベントナイトをポンプにより圧送し得るようなスラリーとするためには多量の水の添加を必要とするので、そのような低密度のベントナイトスラリーでは充分な止水性を確保できない場合があるし、ベントナイトスラリーは地盤に注入した後にも容易に流動化してしまうので、そのままでは地盤止水材としては必ずしも有効なものではない。
【０００４】
そのため、ベントナイトを水によりスラリー化することに代えて、たとえば特許文献１にはベントナイトを水溶性有機溶媒であるエタノールによりスラリー化する地盤止水材についての開示がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−４９２４２号公報
【０００６】
この特許文献１に示されている地盤止水材は、ベントナイトを比較的少量のエタノールによってたとえば０．５ｔ／ｍ^３以上の高密度のスラリーとするもので、このエタノール／ベントナイトスラリーをポンプ圧送して地盤中に注入充填することにより、エタノールが地盤中の水に置換されてベントナイトが膨潤することで優れた止水性と強度を発揮し、しかもベントナイト本来の優れた柔軟性と自己補修性が確保されると言われている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ベントナイトをエタノールによりスラリー化した上記従来の地盤止水材にあっては、たとえばこれを砂地盤に対して原位置で混合して止水壁を構築するような場合には１０〜３０ｋＮ／ｍ^２程度の膨潤圧しか得られない。しかも、その膨潤圧は理想的条件下での値であり、実際の施工では５〜１５ｋＮ／ｍ^２程度にまで低下する。このため、周囲の地盤との密着性が低くなり、周囲地盤との一体性が不完全となってしまい、全体としての止水性が損なわれる懸念があった。したがって、従来においてはそのようなエタノール／ベントナイトスラリーを用いて構築される止水壁の膨潤圧や強度も必ずしも用途先の必要条件を充分に確保できない場合もあり、その点で改良の余地があるとされていた。
【０００８】
上記事情に鑑み、本発明は柔軟性および自己補修性に優れる地盤止水材としてのエタノール／ベントナイトスラリーを基本として、更に膨潤圧を高めることによりその優れた膨潤性を確実に発揮させ得るより有効な地盤止水材を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の地盤止水材は、エタノール／ベントナイトスラリーに高吸水性樹脂を混合したことを特徴とする。
【００１０】
高吸水性樹脂（ＳＡＰ）は自己の質量の１００倍以上の水を吸って安定化する性質を有するもので、従来よりたとえば遮水シートや緊急止水バッグ等の用途に使用されているものであり、本発明ではたとえばポリアクリル酸塩系のものが好適に採用可能である。このＳＡＰはエタノールが存在するためにスラリー中に添加しても膨潤することがなく、地盤の水に接触して初めて膨潤し始める。
【００１１】
このような高吸水性樹脂をエタノール／ベントナイトスラリーに混合した地盤止水材では、ベントナイト自体が膨潤するのみならず、高吸水性樹脂が地盤中の水を吸水して大きく膨潤するので、全体としてたとえば１０００ｋＮ／ｍ^２以上の極めて大きな膨潤圧が得られる。特に、ベントナイトの膨潤と拮抗して高吸水性樹脂がベントナイトよりも１０倍以上の水を吸水して膨潤するので、ベントナイトが徒に膨潤してしまうことがなく、ベントナイト本来の膨潤性能を充分に発揮し得て少なくとも５０〜２５０ｋＮ／ｍ^２程度の膨潤圧を常に確保でき、その結果、本発明の地盤止水材により構築される止水構造物が地盤と一体化して全体としての止水性と強度を充分に高めることができる。
【００１２】
なお、一般にこの種の高吸水性樹脂はたとえばナトリウムがカルシウムに置換されて架橋してしまうと吸水性と膨潤性を殆ど失ってしまうので、高吸水性樹脂の安定性を確保するためにはカルシウム塩から保護することが不可欠であるが、本発明ではその必要はない。すなわち、本発明の地盤止水材では、カルシウム塩等の多価陽イオンがベントナイトと反応してゲル化することで止水性の高い（透水性の低い）ゲル化物となり、そのゲル化物が高吸水性樹脂の表面を覆い、それが保護層となって高吸水性樹脂を多価陽イオンから保護し、それによって高吸水性樹脂の耐塩性、安定性を自ずと確保できるのである。
【００１３】
本発明の地盤止水材にあっては、高吸水性樹脂の混合量をベントナイト１００質量部に対し５〜５０質量部とすることが好ましい。高吸水性樹脂の混合量が５質量部未満であると高吸水性樹脂による充分な吸水効果が得られず、充分な膨潤圧が得られないので好ましくない。また、高吸水性樹脂の混合量が５０質量部を越えると、ベントナイトによる高吸水性樹脂に対する上記の保護効果が大きく低下してしまい、多価陽イオンの影響によって高吸水性樹脂の耐塩性や安定性が損なわれる場合があるので好ましくない。
【００１４】
また、本発明の地盤止水材では、エタノールの混合量をベントナイト１００質量部に対して６０〜１５０質量部とすることが特に好ましく、かつエタノールを４０〜９５％の濃度の水溶液としてベントナイトに混合することが特に好ましい。エタノールの混合量や濃度が上記の範囲未満であると、エタノール／ベントナイトスラリーとしての特性が薄れて通常の水／ベントナイト／ＳＡＰスラリーの特性に近くなり、膨潤が進んでしまうため効果的でない。また、エタノールの混合量や濃度が上記の範囲を超えるとスラリーの流動性が低下してポンプ圧送が困難になる等、施工性が悪化するので好ましくない。
【００１５】
また、本発明の地盤止水材は、上記のようなエタノール／高吸水性樹脂／ベントナイトスラリーに対し、さらに砂を混合しても良い。その場合、この地盤止水材により最終的に構築される止水構造物の止水性を充分に高めてその透水係数を１０^−６ｃｍ／ｓ以下とするためには、砂の混合量をベントナイト質量の２０倍以下とすることが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の具体的な実施の形態を説明する。表１は、ベントナイトと、エタノール（６０％水溶液）と、２種類の高吸水性樹脂（ＳＡＰ−１およびＳＡＰ−２）とを様々な混合比で配合した止水スラリーの膨潤圧と、各配合の止水スラリーにさらに密度１．４ｔ／ｍ^３の砂地盤中に混合した砂混合物の膨潤圧を圧密試験により確認した結果を示すものである。ＳＡＰ−１、ＳＡＰ−２はいずれもアクリル酸重合体部分ナトリウム塩架橋物であるが、ＳＡＰ−２はＳＡＰ−１よりも架橋度を上げて耐久性を高めたタイプのものである。砂地盤への止水スラリーの混合量は１８０ｋｇ／ｍ^３および３６０ｋｇ／ｍ^３（ベントナイトに対する砂の混合量は前者では１２〜２０倍、後者では６〜１０倍に相当）とした。
【００１７】
【表１】

【００１８】
表１に示されるように、高吸水性樹脂を配合していない単なるエタノール／ベントナイトスラリー（配合No１）では膨潤圧は２５０ｋＮ／ｍ^２であったのに対し、ベントナイトに対してＳＡＰ−１を１０％配合したもの（配合No２）では膨潤圧が４００ｋＮ／ｍ^２に高まり、ＳＡＰ−１を５０％配合したもの（配合No３）では１００００ｋＮ／ｍ^２を越える膨潤圧となった。ちなみに、ベントナイトを配合せずにＳＡＰ−１のみの場合（配合No４）も膨潤圧は１００００ｋＮ／ｍ^２を越えた。また、ＳＡＰ−２を１０％配合したもの（配合No５）では１０００ｋＮ／ｍ^２となり、２５％を配合したもの（配合No６）では４３００ｋＮ／ｍ^２となった。この結果から、エタノール／ベントナイトスラリーにＳＡＰを配合することで膨潤圧が充分に高まることが確認できた。
【００１９】
上記のエタノール／ＳＡＰ／ベントナイトスラリーを１８０ｋｇ／ｍ^３の割合で砂地盤に混合した砂混合物では、ＳＡＰ−１を１０％配合したもの（配合No２）では膨潤圧が２２０ｋＮ／ｍ^２となり、５０％配合したもの（配合No３）では１９００ｋＮ／ｍ^２となり、ＳＡＰ−２を１０％配合したもの（配合No５）では８５ｋＮ／ｍ^２となり、２５％配合したもの（配合No６）では５５０ｋＮ／ｍ^２となった。同様に、混合量を３６０ｋｇ／ｍ^３とした場合には、ＳＡＰ−１を１０％配合したもの（配合No２）では膨潤圧が６２０ｋＮ／ｍ^２となり、５０％配合したもの（配合No３）では３０００ｋＮ／ｍ^２となり、ＳＡＰ−２を１０％配合したもの（配合No５）では２５０ｋＮ／ｍ^２となり、２５％配合したもの（配合No６）では１０００ｋＮ／ｍ^２となった。以上の結果から、本発明の地盤止水材であるエタノール／ＳＡＰ／ベントナイトスラリーにさらに砂を混合した砂混合物も優れた膨潤圧を示すことが確認できた。なお、この砂混合物を用いて構築した止水構造物はその透水係数が１０^−８ｃｍ／ｓ以下であって優れた止水性を有することが確認できた。
【００２０】
表２は、本発明の地盤止水材におけるＳＡＰの多価陽イオンに対する安定性を、１０w/w％の塩化カルシウム水溶液を用いて試験した結果を示す。
【００２１】
【表２】

【００２２】
表２に示されるように、ベントナイトを配合せずに全てＳＡＰ（ＳＡＰ−１）としたもの（配合No６）や、ベントナイト１００質量部に対しＳＡＰを１００質量部を配合したもの（配合No５）では、塩化カルシウムの影響により膨潤したＳＡＰが数分で軟弱化して混合物全体がドロドロの状態に変化してしまうが、ＳＡＰ配合比がベントナイトの５０％のもの（配合No４）では１０〜２０％の体積収縮が見られるものの膨潤したＳＡＰは安定しており、ＳＡＰ配合比が２５％（配合No３）や１０％（配合No２）の場合には全く変化が見られず、以上から、ＳＡＰ配合比が５０％以下であればベントナイトによるＳＡＰに対する保護効果が確実に得られることが確認できた。なお、ベントナイトもカルシウムによって物性が変化し、密度の低い材料であれば僅かに収縮する傾向があることが知られているが、高密度のベントナイトであれば膨潤圧によって収縮量が打ち消されるし、ベントナイトがカルシウム化することで１０^−６ｃｍ／ｓオーダーの低透水性を維持できるゲル化物となるため、それがＳＡＰを確実に保護する機能を発揮して、多価陽イオンに対するＳＡＰの安定性を確保できるのである。
【００２３】
図１は、エタノール／ベントナイトスラリーに対してＳＡＰ（ＳＡＰ−１およびＳＡＰ−２）を混合した場合のスラリーの流動性をＰロート試験により確認した結果を示すものである。スラリーの基本配合は、ベントナイト１００質量部に対してエタノールを１２０質量部、水が８４質量部であり、これに粉体のＳＡＰ−１、ＳＡＰ−２をそれぞれ添加した。図１に示されるように、ＳＡＰの添加量を多くすると流動性の指標であるＰロート値（流下時間）が漸増して粘性がやや大きくなる傾向にあるものの大きな変化はなく、この結果から、スラリー中のエタノールによってＳＡＰは膨潤せず、ＳＡＰを添加してもスラリーをポンプ圧送できるような良好な流動性を維持できることが確認できた。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の地盤止水材は、ベントナイトにエタノールと高吸水性樹脂とを混合したものであるので、ベントナイト自体が膨潤するのみならず高吸水性樹脂が地盤中の水を吸水して大きく膨潤するので全体として大きな膨潤圧が得られる。また、ベントナイトの膨潤と拮抗して高吸水性樹脂が地盤の水の大半を速やかに吸水して膨潤するのでベントナイトが徒に膨潤してしまうことがなく、ベントナイト本来の膨潤性能を充分に発揮でき、本発明の地盤止水材により構築される止水構造物の止水性と強度を充分に高めることができる。しかも、ベントナイトがカルシウム塩等の多価陽イオンと反応してゲル化することで止水性の高いゲル化物となり、そのゲル化物が高吸水性樹脂の表面を覆うことでそれが保護層となって高吸水性樹脂を多価陽イオンから保護し、それによって高吸水性樹脂の耐塩性、安定性が自ずと確保されるという優れた効果を奏する。
【００２５】
特に、ベントナイト１００質量部に対する高吸水性樹脂の混合量を５〜５０質量部とすれば、高吸水性樹脂による充分な吸水効果と膨潤圧が得られ、かつベントナイトによる高吸水性樹脂に対する上記の保護効果が確実に得られる。また、ベントナイト１００質量部に対するエタノールの混合量を６０〜１５０質量部とすれば、比較的高密度のエタノール／ベントナイトスラリーによる優れた止水性能が得られるとともに、スラリーの流動性をポンプ圧送し得る程度に維持して優れた施工性が得られる。
【００２６】
さらに、上記のエタノール／高吸水性樹脂／ベントナイトスラリーに、ベントナイト質量の２０倍以下の砂を混合することで、止水性に優れる止水構造物を構築するに最適な地盤止水材が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】高吸水性樹脂（ＳＡＰ）の添加量とスラリーの流動性の関係を示す図である。

Claims

ベントナイトにエタノールと高吸水性樹脂とを混合したことを特徴とする地盤止水材。
ベントナイト１００質量部に対し、エタノール６０〜１５０質量部、高吸水性樹脂５〜５０質量部を混合したことを特徴とする請求項１記載の地盤止水材。
ベントナイト質量の２０倍以下の砂を混合したことを特徴とする請求項１または２記載の地盤止水材。