JP2005024347A - ベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定器具、その測定方法及びその器具を使用した該ベントナイト系材料の浸潤速度と膨潤率の簡易算出方法 - Google Patents
ベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定器具、その測定方法及びその器具を使用した該ベントナイト系材料の浸潤速度と膨潤率の簡易算出方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】本発明は、放射性廃棄物処理処分等で使用されるベントナイト系材料の止水特性を示す浸潤速度及び膨潤特性を示す膨潤率を迅速で、簡易かつ安価に測定することを目的として、ベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定器具、その測定方法及びその器具を使用した該ベントナイト系材料の浸潤速度と膨潤率の簡易測定方法を提供することを目的とする。
【解決手段】ベントナイト系材料の浸潤速度と膨潤率を算出する該ベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定器具であって、測定対象となるベントナイト系材料を供試体（７）として投入する容器（８）と、投入した該供試体（７）に対して荷重するおもり（９）とを備え、該供試体（７）を投入する該容器（８）が、該おもり（９）を該供試体（７）に対して荷重した状態で該供試体（７）を水等で浸潤させると、所定時間経過後（ｔｎ）における膨潤した体積（ΔＶａ）と浸潤した体積（ΔＶｂ）を測定することができる体積計であることを特徴とするベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定器具である。
【選択図】図２
【解決手段】ベントナイト系材料の浸潤速度と膨潤率を算出する該ベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定器具であって、測定対象となるベントナイト系材料を供試体（７）として投入する容器（８）と、投入した該供試体（７）に対して荷重するおもり（９）とを備え、該供試体（７）を投入する該容器（８）が、該おもり（９）を該供試体（７）に対して荷重した状態で該供試体（７）を水等で浸潤させると、所定時間経過後（ｔｎ）における膨潤した体積（ΔＶａ）と浸潤した体積（ΔＶｂ）を測定することができる体積計であることを特徴とするベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定器具である。
【選択図】図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射性廃棄物処理処分等で使用されるベントナイト系材料の止水特性を示す浸潤速度及び膨潤特性を示す膨潤率を迅速に、簡易かつ安価で測定するためのベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定器具、その測定方法及びその器具を使用した該ベントナイト系材料の浸潤速度及び膨潤率の簡易算定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
放射性廃棄物の処理処分施設においては、放射性物質を自然環境に漏らさないように閉じ込めることが極めて重要となるため、地下水の浸入や浸入した地下水の流出を極力抑制しなければならない。
【０００３】
一方、ベントナイト系材料は高い止水性と膨潤性を有する。このため、従来より、ベントナイト系材料は、放射性廃棄物の処理施設に設置される緩衝材及びバリア材等として使用されてきた。
【０００４】
止水性とともに膨潤性が重要となる理由は、周辺地盤や周辺施設との間隙をその材料の膨潤で埋めることにより、地下水の浸入や浸入した地下水の流出を防ぐことができるからである。
【０００５】
このような理由から、放射性廃棄物の処理処分施設を建設するにあたり、ベントナイト系材料の材料組成や環境条件等に応じて、その止水性や膨潤性を調査検討することは極めて重要なことであった。
【０００６】
ベントナイト系材料の膨潤特性を測定する装置としては、図１に示す圧密試験装置が使用されてきた。これは、供試体であるベントナイト系材料を任意の密度に圧密して、その状態で水槽から供試体に水を給水させ、膨潤量等の測定を行う装置であり、測定結果は極めて高い精度を有する。圧密試験装置が高い精度を目的としているのは、通常、既に選定されたベントナイト系材料を用いて、具体的に放射性廃棄物処理・処分施設の設計等を行う場合に使用するデータ収集を目的としているため、極めて正確なデータが必要となるからである。
【０００７】
ここで、圧密試験装置は、図１に示すように、載荷ピストン（１）、変位計（２）、ロードセル（３）、データロガー（４）、圧縮装置（５）から構成され、供試体（７）の飽和時は、水槽（６）から水を供給することにより水が浸透し、水槽（６）から供給する水量と排水する水量が等しくなった時点とする。
【０００８】
供試体が飽和するまでの膨潤量については、載荷ピストン（１）の変位を変位計（２）で読み取ることにより確認し、膨潤圧については載荷ピストン（１）を介してロードセル（３）でその圧力を確認する。確認された膨潤量及び膨潤圧については、データロガー（４）にデータとして記録される。
【０００９】
圧縮装置（５）は、給水を開始する前に、供試体に鉛直圧を作用させるときに使用し、圧縮装置（５）の先端部に載荷ピストン（１）を設置し、このピストンが供試体（７）の上端面に接触する形で鉛直圧を作用させる。
【００１０】
測定方法は、ロードセル（３）を外し、載荷ピストン（１）をフリーにした状態でその変位が完全に飽和して終了するまで水を浸透させて、最大の変位を測定するというもので、この測定結果から測定に供したベントナイト系材料の膨潤量或いは膨潤率を特定する。即ち、前記圧密試験装置は、測定に供するベントナイト系材料を完全に飽和させる点に技術的特徴がある。
【００１１】
なお、前記圧密試験装置によれば膨潤圧を測定することも可能で、該膨潤圧は、ロードセル（３）による載荷ピストン（１）からの圧力を測定することにより決定する。
【００１２】
ベントナイト系材料の止水性に関しては、浸潤特性を示す浸潤速度や透水係数を指標にして評価することができるが、浸潤速度を直接測定する手段がなかったため、従来では、飽和した状態での透水係数を指標にして評価を行ってきた。具体的には、例えば、ベントナイト系材料が飽和した状態での透水係数から地下水等が該ベントナイト系材料を通過する量を算出して評価していた。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
前記圧密試験装置は、図１からもわかるように、構造上、所定時間経過後（ｔｎ）における浸潤していない部分の体積（Ｖｂ）を測定することができないため、所定時間経過後（ｔｎ）における浸潤した体積（ΔＶｂ）を知ることができなかった。このため、前記圧密試験装置では、測定に供したベントナイト系材料の止水性として重要な浸潤速度に関する知見が得られないという課題があった。浸潤速度は、止水性を評価するにあたり、透水係数とともに極めて重要な指標となるものである。その理由は、ベントナイト系材料の止水性を評価するにあたって使用する透水係数は、ベントナイト系材料を水等で飽和させた状態での透水係数を指標とするため、飽和するまでの止水性を直接評価することができないが、浸潤速度は、ベントナイト系材料に対して水等が単位時間あたりにどの程度浸潤したかを示すものであるため、飽和するまでの止水性を直接評価できるからである。
【００１４】
また、前記圧密試験装置は、ベントナイト系材料の膨潤特性を測定するにあたり、その構成から高精度の測定結果が得られるという利点はあるものの、ベントナイト系材料の供試体を完全に飽和させなければならないため、測定に長時間を要するという課題があった。
【００１５】
更に、圧密試験装置が非常に高価であることから、これを使用した試験自体が高価なものとなってしまい、供試体の数が多くなるとコストが高くなり過ぎるという課題があった。
【００１６】
測定に長時間を要するという課題や圧密試験装置が非常に高価であるという課題は、一の圧密試験装置につき一の供試体の試験しか行えないことも考慮すると、大量の供試体の測定が要求されるような場合においては、極めて重要な課題である。
【００１７】
一方、放射性廃棄物の処理施設に設置される緩衝材や埋戻し材等の材料に使用されるベントナイトには多くの種類があり、その種類により品質や材料費等が相異する。このため、放射性廃棄物の処理施設に設置される緩衝材や埋戻し材等の材料に関して、まず、適正なベントナイト系材料を選定する必要があり、このため、多種のベントナイト系材料の止水性や膨潤性に関する情報収集が急がれていた。また、ベントナイトの材料費は一般的に高価であることから、ベントナイト系材料を緩衝材、充填材及びバリア材等として使用するにあたり、砂等と混合して使用することも重要な研究課題とされてきた。このため、砂等と混合したベントナイト系材料に関しても、適正な組成比を選定するため、その止水性や膨潤性の調査も切望されていた。更に、放射性廃棄物の処理処分施設を海面下に設置する計画も検討されていることから、海水に対するベントナイトの影響を把握することも重要となっていた。
【００１８】
このような理由から、放射性廃棄物の処理・処分施設の設計等に先立ち、まず、多種のベントナイト系材料の中から緩衝材や埋戻し材等の使用用途に応じて適切なものを選択することが急務の課題となっており、このため、大量のベントナイト系材料の止水及び膨潤の特性を評価する必要性に迫られていた。
【００１９】
本発明では、前記課題を解決するため、放射性廃棄物処理処分等で使用されるベントナイト系材料の止水特性を示す浸潤速度及び膨潤特性を示す膨潤率を迅速で、簡易かつ安価に測定することを目的として、ベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定器具、その測定方法及びその器具を使用した該ベントナイト系材料の浸潤速度と膨潤率の簡易測定方法を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、測定対象となるベントナイト系材料の供試体に対して予め質量が既知のおもりを荷重し、そのおもりを荷重した状態で該供試体を水等の液体で浸潤させた場合に、所定時間経過後（ｔｎ）の膨潤した体積（ΔＶａ）と浸潤した体積（ΔＶｂ）とを測定できれば、以下の計算式（ア）、（イ）を利用して、浸潤速度と膨潤率を算定できるという知見と、測定対象となるベントナイト系材料の供試体に対して予め所定のおもりを上載圧として載荷すれば、膨潤過程で生じる該供試体の空隙を抑制でき、また、該供試体の上端面の凹凸を平滑化できるという知見に基づいてなされたものである。また、本発明は、おもりの形状を球状にするという簡易な方法で、極力同じ上載圧をどの供試体に対しても荷重させられるため、複数の供試体の測定結果を相互で容易に比較できるという知見に基づいてなされたものである。
【００２１】
なお、供試体に水等を浸潤させる前の前記供試体の体積（Ｖ０）とその後浸潤させて所定期間経過した後（ｔｎ）の膨潤体積（Ｖａ）との差が膨潤した体積（ΔＶａ）であり、供試体に水等を浸潤させる前の前記供試体の体積（Ｖ０）とその後浸潤させて所定期間経過した後（ｔｎ）の浸潤体積（Ｖｂ）との差が浸潤した体積（ΔＶｂ）である。
【数１】
なお、浸潤速度（ｖｎ）は、供試体の断面積（Ａ）が判れば、前記浸潤速度をその断面積（Ａ）で割ることにより（［数２］参照）、
【数２】
単位時間あたりの体積ではなく、単位時間あたりの距離として表すこともできる。
【数３】
【００２２】
ここで、本発明であるベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定器具は、請求項１に記載されているように、ベントナイト系材料の浸潤速度と膨潤率を算出する該ベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定器具であって、測定対象となるベントナイト系材料を供試体として投入する容器と、投入した該供試体に対して荷重するおもりとを備えていて、該供試体を投入する該容器が、該おもりを該供試体に対して荷重した状態で該供試体を水等で浸潤させると、所定時間経過後（ｔｎ）における膨潤した体積（ΔＶａ）と浸潤した体積（ΔＶｂ）を測定することができる体積計である。また、本発明であるベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定方法は、請求項４に記載されているように、ベントナイト系材料の浸潤速度と膨潤率を測定するための該ベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定方法であって、測定対象となるベントナイト系材料の供試体を容器に投入する工程と、投入した該供試体に対しておもりを荷重する工程と、該供試体を投入する該容器を体積計として使用し、該おもりを該供試体に対して荷重した状態で該供試体を水等で浸潤させて、所定時間経過後（ｔｎ）における膨潤した体積（ΔＶａ）と浸潤した体積（ΔＶｂ）を測定する工程とから構成される。
【００２３】
膨潤した体積（ΔＶａ）とは、ベントナイト系材料の供試体に対して水等の液体がしみ込んで膨張した部分の該供試体の体積を意味し、浸潤した体積（ΔＶｂ）とは、ベントナイト系材料の供試体に対して水等の液体がしみ込んだ部分の該供試体の体積を意味する。
【００２４】
また、水等とは、浸潤させることができるものであればよいので、特に水に限定するものではなく、例えば、海水のような液体であってもよい。
【００２５】
測定対象となるベントナイト系材料を供試体として投入する容器は、浸潤・膨潤体積が測定できるように体積計で構成される。これは、該容器が、供試体に水等を浸潤させる前の体積（Ｖ０）とその後浸潤させて所定時間経過した後（ｔｎ）の膨潤体積（Ｖａ）との差（ΔＶａ）及び浸潤体積（Ｖｂ）との差（ΔＶｂ）を直接的或いは間接的に測定できるように構成されていれば良いという意味である。
【００２６】
ここで言う体積計とは、該供試体の膨潤及び浸潤部分の境界（以下、浸潤フロントと呼ぶ）が区別でき、その結果、膨潤及び浸潤体積が測定できる計測器であれば足りる。従って、ここで言う体積計は、メスシリンダーのような化学用体積計に限定するものではない。その理由は、供試体の浸潤・膨潤部分の境界は、色調の違いから浸潤フロントを確認する色彩計や光沢度の計測装置並びに電極を数個挿入して電気抵抗から浸潤フロントを測定する計測装置等により計測することができるからであり、これらの装置を例えば、化学用体積計と併用することにより、膨潤及び浸潤体積を測定することができるからである。従って、供試体の浸潤・膨潤部分の境界が区別できれば、化学用体積計の他、音響式体積計やレーザー体積計等との併用も可能である。もっとも、目視だけで簡易に供試体の膨潤及び浸潤部分の境界が区別できるという観点からは、化学用体積計、例えばメスシリンダーが好ましい。
【００２７】
また、直接的とは、体積を測定する際の目盛（スケール）に関して水等を浸潤させる前の供試体上端面を０に設定しているため（Ｖ０＝０）、浸潤後における膨潤体積（Ｖａ）や浸潤体積（Ｖｂ）が、それぞれ膨潤した体積（ΔＶａ）や浸潤した体積（ΔＶｂ）を示すことをいう。即ち、ΔＶａ＝Ｖａ、ΔＶｂ＝Ｖｂである。
【００２８】
間接的とは、供試体に水等を浸潤させる前の体積（Ｖ０）を予め測定しておくことにより、浸潤させて所定時間経過した後（ｔｎ）に測定した膨潤体積（Ｖａ）や浸潤体積（Ｖｂ）から、供試体に水等を浸潤させる前の体積（Ｖ０）と所定時間経過した後（ｔｎ）の膨潤体積（Ｖａ）の差（Ｖａ−Ｖ０）及び供試体に水等を浸潤させる前の体積（Ｖ０）と所定時間経過した後（ｔｎ）の浸潤体積（Ｖｂ）の差（Ｖ０−Ｖｂ）を計算して、その結果を膨潤体積（ΔＶａ）や浸潤体積（ΔＶｂ）として特定することをいう。
【００２９】
なお、供試体に水等を浸潤させる前の体積（Ｖ０）に関しては、常に測定することにより特定してもよいし、水等を浸潤させる前の体積（Ｖ０）が、供試体の種類によらず、常に任意に設定した基準値を示すようにしておいてもよい。
【００３０】
測定対象となるベントナイト系材料とは、ベントナイトそのものを材料としているものの他、ベントナイトを一部に使用した材料も含む意である。ここで、ベントナイトを一部に使用した材料とは、ベントナイトがわずかでも含まれていればよく、混合方法やベントナイトがゲル状であるか否かの状態等は問わないという意味である。
【００３１】
測定対象となるベントナイト系材料の供試体の具体例を挙げると、クニゲルＶ１、クニボンド、ネオクニボンド、ボルクレイ、ＭＸ−８０、榛名、赤城、浅間、佐渡、天竜、阿蘇、豊洋、高千穂、津軽、岩木、十和田、モンモリ、スーパークレイ、ＢＡＲＡ−ＫＡＤＥ，ＮＡＴＵＲＡＬＧＥＬ、Ｓｗｅｌｌ Ｓｅａｌ、ＢＨ−Ｇｒａｎｕｌａｒ、ｐｒｏｄｕｃｔ４０４、筑前等のようなものがある。
【００３２】
また、この他にも、例えば、砂、石炭灰、コンクリート微粉（コンクリート解体時に発生する粉体も含む）等を混合したものがある。
【００３３】
本発明のベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定器具は、測定対象となるベントナイト系の供試体に対して荷重するおもりから構成される。
【００３４】
これは、ベントナイト系材料の供試体に対して水等を浸潤させた場合、膨潤過程で生じる空隙や該供試体の上端面の凹凸を抑制し、できる限り正確な膨潤体積等の体積を測定するためである。従って、該供試体に対して荷重するおもりの重量は、膨潤体積等の測定結果が誤差として処理可能な範囲になるように、膨潤過程で生じる空隙や上端面の凹凸を抑制するに足る値であることが好ましい。
【００３５】
本発明であるベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定器具及びその方法は、このような構成を採ることにより、ベントナイト系材料の止水特性を示す浸潤速度及び膨潤特性を示す膨潤率を迅速に、簡易かつ安価で測定するために必要なベントナイト系材料の浸潤体積（ΔＶｂ）と膨潤体積（ΔＶａ）を容易に測定することができる。
【００３６】
本発明のベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定器具は、請求項２に記載されているように、測定対象となるベントナイト系の供試体に対して荷重するおもりに球状のものを使用することを特徴とするものである。
【００３７】
このように、ベントナイト系材料の供試体に対して荷重するおもりに球状のものを使用したのは、供試体の種類や数によらずどの供試体に対しても、同じ荷重が他の形状のものに比べて容易に行えるからである。
【００３８】
供試体の種類や数によらずどの供試体に対しても、同じ荷重が容易に行えるように構成している理由は、本発明の目的が、多種のベントナイト系材料の中から緩衝材や埋戻し材等の使用用途に応じて適切なものを選択することにあるため、本発明であるベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定器具を使用して測定された浸潤速度や膨潤率が相互に比較できるもの、即ち、得られた浸潤速度や膨潤率が同じ条件で測定されたものであれば足りるからである。
【００３９】
このような構成は、前記圧密試験装置が、通常、既に選定されたベントナイト系材料を用いて、具体的に放射性廃棄物処理・処分施設の設計等を行う場合に使用するデータ収集を目的としているため、ベントナイト系材料の膨潤率とこれに影響を与える上載圧（該ベントナイト系材料の供試体に対して荷重する圧力）との関係が高精度で評価できるように、精密かつ複雑に構成されているのと異なる。
【００４０】
ベントナイト系材料の供試体に対して荷重するおもりに球状のものを使用した他の理由としては、おもりと該供試体との間に空隙があるため、おもりを荷重した状態で加えた水等を該供試体に対して容易に浸透させることができることがあげられる。
【００４１】
おもりの種類に関しては特に制限はないが、海水環境下でのベントナイト系材料の浸潤速度と膨潤率の簡易測定も考慮すると、ステンレスが特に好ましい。
【００４２】
本発明であるベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定器具は、このような構成を採ることにより、ベントナイト系材料の供試体に対して、その種類や数によらず、どの供試体に対しても容易に同じ荷重ができ、その浸潤速度と膨潤率を迅速に、簡易かつ安価で測定するために必要なベントナイト系材料の浸潤体積（ΔＶｂ）と膨潤体積（ΔＶａ）を容易に測定することができる。
【００４３】
本発明のベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定器具は、請求項３に記載されているように、前記測定対象となるベントナイト系材料を供試体として投入する容器が、前記膨潤体積（ΔＶａ）及び前記浸潤体積（ΔＶｂ）を測定することができるメスシリンダーであることを特徴とするものである。
【００４４】
ここで、前記測定対象となるベントナイト系材料を供試体として投入する容器として使用するメスシリンダーは、目視により、迅速に、簡易かつ安価で体積を測定できるだけでなく、ベントナイト系材料の止水特性を示す浸潤速度及び膨潤特性を示す膨潤率を測定するに足る量の供試体を投入することができ、該供試体の上面に前記空隙等を抑制するに足る量のおもりを載せることができるものである。
【００４５】
本発明であるベントナイト系材料の浸潤速度と膨潤率の簡易測定器具は、このような構成を採ることにより、メスシリンダーの目盛から目視で、前記膨潤体積（ΔＶａ）及び前記浸潤体積（ΔＶｂ）を特定するために必要な前記おもりを荷重した状態での該供試体の体積（Ｖ０）、前記膨潤後の体積（Ｖａ）及び前記浸潤していない部分の体積（Ｖｂ）を測定することができる。このため、ベントナイト系材料の止水特性を示す浸潤速度及び膨潤特性を示す膨潤率を迅速に、簡易かつ安価で測定するために必要なベントナイト系材料の浸潤体積（ΔＶｂ）と膨潤体積（ΔＶａ）を容易に測定することができる。
【００４６】
本発明のベントナイト系材料の浸潤速度と膨潤率の簡易算出方法は、請求項５に記載されているように、ベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定器具を使用して、前記おもりを前記供試体に対して荷重した状態で前記供試体を浸潤させて、所定時間経過後（ｔｎ）における前記膨潤した体積（ΔＶａ）と前記浸潤した体積（ΔＶｂ）を測定する工程と、その結果、得られた前記膨潤した体積（ΔＶａ）と前記浸潤した体積（ΔＶｂ）に基づいて浸潤速度と膨潤率を算出する工程とを備えたことを特徴とするものである。
【００４７】
具体的には、本発明のベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定器具を使用して、測定した所定時間経過後（ｔｎ）における前記膨潤した体積（ΔＶａ）と前記浸潤した体積（ΔＶｂ）を前記（ア）及び（イ）式に代入することにより、ベントナイト系材料の浸潤速度及び膨潤率を算出する。
【００４８】
本発明であるベントナイト系材料の浸潤速度と膨潤率の簡易算出方法は、このような構成を採ることにより、ベントナイト系材料の止水特性を示す浸潤速度及び膨潤特性を示す膨潤率を迅速に、簡易かつ安価で測定することができる。
【００４９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図２は本発明の実施の形態について一例を示したものである。図２によると、本発明に係るベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定器具は、測定対象となるベントナイト系材料を供試体（７）として投入する容器（８）と、投入した該供試体に対して荷重するおもり（９）とから構成され、該容器（８）は該供試体の膨潤等の体積が測定者の視覚で測定できる体積計で、また、投入した該供試体に対して荷重するおもり（９）はステンレスボールで構成される（図２）。ベントナイト系材料の供試体（１０）と該供試体に対して荷重するおもり（９）との間には濾紙（１０）を置く。
【００５０】
本実施例では体積計として体積計の中でも最も安価に供試体の体積を測定できる化学用体積計、具体的にはメスシリンダーを使用した。
【００５１】
使用したメスシリンダーの容量は１００ｍｌで、ステンレスボールの直径は５ｍｍ、一個あたりの質量は０．５０〜０．５３ｇであった。
【００５２】
メスシリンダーは特に限定するものではなく、例えば、ガラス製のものであってもよく、耐圧性を考慮するとプラスチック製が好ましい。
【００５３】
おもりとして使用するステンレスボールは、供試体に対して給水しない状態で３．０８ｋＰａとなるように載荷した。これは、ベントナイト系材料としてクニゲルＶ１、クニボンド、ネオクニボンド、ボルクレイ、ＭＸ−８０等を用いた場合に、いずれのベントナイト系材料の供試体に対しても、給水しない状態で３．０８ｋＰａとなるように前記ステンレスボールを載荷すれば、供試体が空隙を生じることなく、また、その上端面も平滑化でき、容易かつ正確に体積を測定できることをつきとめたからである。なお、前記ステンレスボールの直径に関しては、メスシリンダーの間口の大きさや容量等を考慮して、５ｍｍ程度のものを採用した。
【００５４】
測定対象となるベントナイト系材料は、供試体（７）として容器（８）に投入するにあたり、埋戻し材としての選定を目的とする場合には突固めにより、緩衝材やバリア材としての選定を目的とする場合には締固めにより供試体（７）を作成した。
【００５５】
もっとも、充填材に関しても、放射性廃棄物周辺の空隙抑制等の点で充填材としての選定が必要となる場合には、要求される透水性（膨潤特性含む）にあわせて締固め等により供試体を作成する。
【００５６】
突固めにより供試体（７）を作成するとは、前記容器（８）に投入したベントナイト系材料に対してランマーを自由落下させることにより、突き固めることをいう。具体的には、突固め後の供試体の高さが１０ｍｌの容量を示すように、漏斗を使用して測定対象とするベントナイト系材料を測定容器（８）に投入し、その上方２ｃｍから直径２０ｍｍ、重量１．２ｋｇのランマーを２０回程自由落下させて突固めをし、これを第１層とした。この操作を５回繰り返し、突固め後の供試体の高さが最終的に５０ｍｌの容量を示すようにした。これを埋戻し材としての選定を目的とする場合の供試体（７）とした。なお、この突固めにおいては、各層間の密着性を向上させるために、層毎に各層の上面に対してへら等で縦横の線を刻んだ。
【００５７】
締め固めにより供試体（７）を作成するとは、締め固め試験機を使用して、静的荷重により、供試体を作成することをいう。具体的には、締固め後の供試体の体積が１０ｍｌとなるようにモールドに測定対象とするベントナイト系材料を投入し、１５分間、５０ＭＰａで該ベントナイト系材料を締固めた。これを前記容器（１１）にできるだけ隙間なく充填できるように削り、これを積み重ねて供試体の高さが最終的に５０ｍｌの容量を示すようにした。これを緩衝材やバリア材としての選定を目的とする場合の供試体（７）とした。
【００５８】
次に、図２を用いて、本発明のベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定器具を使用して、ベントナイト系材料の止水特性を示す浸潤速度及び膨潤特性を示す膨潤率を測定する方法について説明する。
【００５９】
まず、埋戻し材としての選定を目的とする場合には、測定対象となるベントナイト系材料を前記容器（８）に投入して、前記突固めにより供試体を作成した。その後、供試体の上端面に濾紙を載せ、その上に前記ステンレスボールを載荷して、供試体に対して給水しない状態で３．０８ｋＰａを示すように設置した。このときの体積を前記容器（８）の目盛から読み取ることによって、前記供試体の体積（Ｖ０）を特定した。その後、水や海水等の水溶液を給水して測定を開始した。給水して所定時間経過後（ｔｎ）における膨潤後の体積（Ｖａ）と浸潤していない部分の体積（Ｖｂ）を前記容器（８）の目盛から読み取ることにより特定した。なお、浸潤した部分としていない部分の境界は、浸潤による色の変化があるため、目視により容易に区別することができる。給水は、供試体に乱れを生じさせないように注意して行うとともに、水位が常に１００ｍｌとなるように続けた。また、測定時間は、浸潤面の位置判断が行えるように、４日間とした。得られた測定結果は、前記（ア）及び（イ）式に当てはめることにより、そのベントナイト系材料の浸潤速度及び膨潤率として算定した。
【００６０】
緩衝材やバリア材としての選定を目的とする場合には、測定対象となるベントナイト系材料を前記容器（８）に投入して、前記締固めにより供試体を作成した。その後、供試体の上端面に濾紙を載せ、その上に前記ステンレスボールを載荷して、供試体に対して給水しない状態で３．０８ｋＰａを示すように設置した。このときの体積を前記容器（８）の目盛から読み取ることによって、前記供試体の体積（Ｖ０）を特定した。その後、水や海水等の水溶液を給水して測定を開始した。給水して所定時間経過後（ｔｎ）における膨潤後の体積（Ｖａ）と浸潤していない部分の体積（Ｖｂ）を前記容器（８）の目盛から読み取ることにより特定した。なお、浸潤した部分としていない部分の境界は、浸潤による色の変化があるため、目視により容易に区別することができる。給水は、供試体に乱れを生じさせないように注意して行うとともに、水位が常に１００ｍｌとなるように続けた。また、測定時間は、浸潤面の位置判断が行えるように、４日間とした。得られた測定結果は、前記（ア）及び（イ）式に当てはめることにより、そのベントナイト系材料の浸潤速度及び膨潤率として算定した。
【００６１】
【発明の効果】
本発明のベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定器具及びその測定方法によれば、放射性廃棄物処理処分等で使用されるベントナイト系材料の止水特性を示す浸潤速度及び膨潤特性を示す膨潤率を迅速で、簡易かつ安価に測定するために必要なベントナイト系材料の浸潤体積（ΔＶｂ）と膨潤体積（ΔＶａ）を容易に測定することができるという効果を有する。
【００６２】
更に、本発明のベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定器具を使用した該ベントナイト系材料の浸潤速度と膨潤率の簡易算出方法によれば、該器具を使用して得られた浸潤体積（ΔＶｂ）と膨潤体積（ΔＶａ）に基づき、放射性廃棄物処理処分等で使用されるベントナイト系材料の止水特性を示す浸潤速度及び膨潤特性を示す膨潤率を迅速で、簡易かつ安価に測定できるという効果を有する。
【００６３】
この結果、大量のベントナイト系材料の供試体についてその止水及び膨潤の特性を簡単に評価できるため、多種のベントナイト系材料の中から緩衝材や埋戻し材等として適切なものを容易に選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】圧密試験装置の概略図
【図２】本発明に係るベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定器具の概略図（ａ：浸潤及び膨潤前の状態 ｂ：浸潤及び膨潤後の状態）
【符号の説明】
１ 載荷ピストン
２ 変位計
３ ロードセル
４ データロガー
５ 圧縮装置
６ 水槽
７ 供試体
８ 容器（体積計）
９ おもり
１０ 濾紙
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射性廃棄物処理処分等で使用されるベントナイト系材料の止水特性を示す浸潤速度及び膨潤特性を示す膨潤率を迅速に、簡易かつ安価で測定するためのベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定器具、その測定方法及びその器具を使用した該ベントナイト系材料の浸潤速度及び膨潤率の簡易算定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
放射性廃棄物の処理処分施設においては、放射性物質を自然環境に漏らさないように閉じ込めることが極めて重要となるため、地下水の浸入や浸入した地下水の流出を極力抑制しなければならない。
【０００３】
一方、ベントナイト系材料は高い止水性と膨潤性を有する。このため、従来より、ベントナイト系材料は、放射性廃棄物の処理施設に設置される緩衝材及びバリア材等として使用されてきた。
【０００４】
止水性とともに膨潤性が重要となる理由は、周辺地盤や周辺施設との間隙をその材料の膨潤で埋めることにより、地下水の浸入や浸入した地下水の流出を防ぐことができるからである。
【０００５】
このような理由から、放射性廃棄物の処理処分施設を建設するにあたり、ベントナイト系材料の材料組成や環境条件等に応じて、その止水性や膨潤性を調査検討することは極めて重要なことであった。
【０００６】
ベントナイト系材料の膨潤特性を測定する装置としては、図１に示す圧密試験装置が使用されてきた。これは、供試体であるベントナイト系材料を任意の密度に圧密して、その状態で水槽から供試体に水を給水させ、膨潤量等の測定を行う装置であり、測定結果は極めて高い精度を有する。圧密試験装置が高い精度を目的としているのは、通常、既に選定されたベントナイト系材料を用いて、具体的に放射性廃棄物処理・処分施設の設計等を行う場合に使用するデータ収集を目的としているため、極めて正確なデータが必要となるからである。
【０００７】
ここで、圧密試験装置は、図１に示すように、載荷ピストン（１）、変位計（２）、ロードセル（３）、データロガー（４）、圧縮装置（５）から構成され、供試体（７）の飽和時は、水槽（６）から水を供給することにより水が浸透し、水槽（６）から供給する水量と排水する水量が等しくなった時点とする。
【０００８】
供試体が飽和するまでの膨潤量については、載荷ピストン（１）の変位を変位計（２）で読み取ることにより確認し、膨潤圧については載荷ピストン（１）を介してロードセル（３）でその圧力を確認する。確認された膨潤量及び膨潤圧については、データロガー（４）にデータとして記録される。
【０００９】
圧縮装置（５）は、給水を開始する前に、供試体に鉛直圧を作用させるときに使用し、圧縮装置（５）の先端部に載荷ピストン（１）を設置し、このピストンが供試体（７）の上端面に接触する形で鉛直圧を作用させる。
【００１０】
測定方法は、ロードセル（３）を外し、載荷ピストン（１）をフリーにした状態でその変位が完全に飽和して終了するまで水を浸透させて、最大の変位を測定するというもので、この測定結果から測定に供したベントナイト系材料の膨潤量或いは膨潤率を特定する。即ち、前記圧密試験装置は、測定に供するベントナイト系材料を完全に飽和させる点に技術的特徴がある。
【００１１】
なお、前記圧密試験装置によれば膨潤圧を測定することも可能で、該膨潤圧は、ロードセル（３）による載荷ピストン（１）からの圧力を測定することにより決定する。
【００１２】
ベントナイト系材料の止水性に関しては、浸潤特性を示す浸潤速度や透水係数を指標にして評価することができるが、浸潤速度を直接測定する手段がなかったため、従来では、飽和した状態での透水係数を指標にして評価を行ってきた。具体的には、例えば、ベントナイト系材料が飽和した状態での透水係数から地下水等が該ベントナイト系材料を通過する量を算出して評価していた。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
前記圧密試験装置は、図１からもわかるように、構造上、所定時間経過後（ｔｎ）における浸潤していない部分の体積（Ｖｂ）を測定することができないため、所定時間経過後（ｔｎ）における浸潤した体積（ΔＶｂ）を知ることができなかった。このため、前記圧密試験装置では、測定に供したベントナイト系材料の止水性として重要な浸潤速度に関する知見が得られないという課題があった。浸潤速度は、止水性を評価するにあたり、透水係数とともに極めて重要な指標となるものである。その理由は、ベントナイト系材料の止水性を評価するにあたって使用する透水係数は、ベントナイト系材料を水等で飽和させた状態での透水係数を指標とするため、飽和するまでの止水性を直接評価することができないが、浸潤速度は、ベントナイト系材料に対して水等が単位時間あたりにどの程度浸潤したかを示すものであるため、飽和するまでの止水性を直接評価できるからである。
【００１４】
また、前記圧密試験装置は、ベントナイト系材料の膨潤特性を測定するにあたり、その構成から高精度の測定結果が得られるという利点はあるものの、ベントナイト系材料の供試体を完全に飽和させなければならないため、測定に長時間を要するという課題があった。
【００１５】
更に、圧密試験装置が非常に高価であることから、これを使用した試験自体が高価なものとなってしまい、供試体の数が多くなるとコストが高くなり過ぎるという課題があった。
【００１６】
測定に長時間を要するという課題や圧密試験装置が非常に高価であるという課題は、一の圧密試験装置につき一の供試体の試験しか行えないことも考慮すると、大量の供試体の測定が要求されるような場合においては、極めて重要な課題である。
【００１７】
一方、放射性廃棄物の処理施設に設置される緩衝材や埋戻し材等の材料に使用されるベントナイトには多くの種類があり、その種類により品質や材料費等が相異する。このため、放射性廃棄物の処理施設に設置される緩衝材や埋戻し材等の材料に関して、まず、適正なベントナイト系材料を選定する必要があり、このため、多種のベントナイト系材料の止水性や膨潤性に関する情報収集が急がれていた。また、ベントナイトの材料費は一般的に高価であることから、ベントナイト系材料を緩衝材、充填材及びバリア材等として使用するにあたり、砂等と混合して使用することも重要な研究課題とされてきた。このため、砂等と混合したベントナイト系材料に関しても、適正な組成比を選定するため、その止水性や膨潤性の調査も切望されていた。更に、放射性廃棄物の処理処分施設を海面下に設置する計画も検討されていることから、海水に対するベントナイトの影響を把握することも重要となっていた。
【００１８】
このような理由から、放射性廃棄物の処理・処分施設の設計等に先立ち、まず、多種のベントナイト系材料の中から緩衝材や埋戻し材等の使用用途に応じて適切なものを選択することが急務の課題となっており、このため、大量のベントナイト系材料の止水及び膨潤の特性を評価する必要性に迫られていた。
【００１９】
本発明では、前記課題を解決するため、放射性廃棄物処理処分等で使用されるベントナイト系材料の止水特性を示す浸潤速度及び膨潤特性を示す膨潤率を迅速で、簡易かつ安価に測定することを目的として、ベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定器具、その測定方法及びその器具を使用した該ベントナイト系材料の浸潤速度と膨潤率の簡易測定方法を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、測定対象となるベントナイト系材料の供試体に対して予め質量が既知のおもりを荷重し、そのおもりを荷重した状態で該供試体を水等の液体で浸潤させた場合に、所定時間経過後（ｔｎ）の膨潤した体積（ΔＶａ）と浸潤した体積（ΔＶｂ）とを測定できれば、以下の計算式（ア）、（イ）を利用して、浸潤速度と膨潤率を算定できるという知見と、測定対象となるベントナイト系材料の供試体に対して予め所定のおもりを上載圧として載荷すれば、膨潤過程で生じる該供試体の空隙を抑制でき、また、該供試体の上端面の凹凸を平滑化できるという知見に基づいてなされたものである。また、本発明は、おもりの形状を球状にするという簡易な方法で、極力同じ上載圧をどの供試体に対しても荷重させられるため、複数の供試体の測定結果を相互で容易に比較できるという知見に基づいてなされたものである。
【００２１】
なお、供試体に水等を浸潤させる前の前記供試体の体積（Ｖ０）とその後浸潤させて所定期間経過した後（ｔｎ）の膨潤体積（Ｖａ）との差が膨潤した体積（ΔＶａ）であり、供試体に水等を浸潤させる前の前記供試体の体積（Ｖ０）とその後浸潤させて所定期間経過した後（ｔｎ）の浸潤体積（Ｖｂ）との差が浸潤した体積（ΔＶｂ）である。
【数１】
【数２】
【数３】
ここで、本発明であるベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定器具は、請求項１に記載されているように、ベントナイト系材料の浸潤速度と膨潤率を算出する該ベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定器具であって、測定対象となるベントナイト系材料を供試体として投入する容器と、投入した該供試体に対して荷重するおもりとを備えていて、該供試体を投入する該容器が、該おもりを該供試体に対して荷重した状態で該供試体を水等で浸潤させると、所定時間経過後（ｔｎ）における膨潤した体積（ΔＶａ）と浸潤した体積（ΔＶｂ）を測定することができる体積計である。また、本発明であるベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定方法は、請求項４に記載されているように、ベントナイト系材料の浸潤速度と膨潤率を測定するための該ベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定方法であって、測定対象となるベントナイト系材料の供試体を容器に投入する工程と、投入した該供試体に対しておもりを荷重する工程と、該供試体を投入する該容器を体積計として使用し、該おもりを該供試体に対して荷重した状態で該供試体を水等で浸潤させて、所定時間経過後（ｔｎ）における膨潤した体積（ΔＶａ）と浸潤した体積（ΔＶｂ）を測定する工程とから構成される。
【００２３】
膨潤した体積（ΔＶａ）とは、ベントナイト系材料の供試体に対して水等の液体がしみ込んで膨張した部分の該供試体の体積を意味し、浸潤した体積（ΔＶｂ）とは、ベントナイト系材料の供試体に対して水等の液体がしみ込んだ部分の該供試体の体積を意味する。
【００２４】
また、水等とは、浸潤させることができるものであればよいので、特に水に限定するものではなく、例えば、海水のような液体であってもよい。
【００２５】
測定対象となるベントナイト系材料を供試体として投入する容器は、浸潤・膨潤体積が測定できるように体積計で構成される。これは、該容器が、供試体に水等を浸潤させる前の体積（Ｖ０）とその後浸潤させて所定時間経過した後（ｔｎ）の膨潤体積（Ｖａ）との差（ΔＶａ）及び浸潤体積（Ｖｂ）との差（ΔＶｂ）を直接的或いは間接的に測定できるように構成されていれば良いという意味である。
【００２６】
ここで言う体積計とは、該供試体の膨潤及び浸潤部分の境界（以下、浸潤フロントと呼ぶ）が区別でき、その結果、膨潤及び浸潤体積が測定できる計測器であれば足りる。従って、ここで言う体積計は、メスシリンダーのような化学用体積計に限定するものではない。その理由は、供試体の浸潤・膨潤部分の境界は、色調の違いから浸潤フロントを確認する色彩計や光沢度の計測装置並びに電極を数個挿入して電気抵抗から浸潤フロントを測定する計測装置等により計測することができるからであり、これらの装置を例えば、化学用体積計と併用することにより、膨潤及び浸潤体積を測定することができるからである。従って、供試体の浸潤・膨潤部分の境界が区別できれば、化学用体積計の他、音響式体積計やレーザー体積計等との併用も可能である。もっとも、目視だけで簡易に供試体の膨潤及び浸潤部分の境界が区別できるという観点からは、化学用体積計、例えばメスシリンダーが好ましい。
【００２７】
また、直接的とは、体積を測定する際の目盛（スケール）に関して水等を浸潤させる前の供試体上端面を０に設定しているため（Ｖ０＝０）、浸潤後における膨潤体積（Ｖａ）や浸潤体積（Ｖｂ）が、それぞれ膨潤した体積（ΔＶａ）や浸潤した体積（ΔＶｂ）を示すことをいう。即ち、ΔＶａ＝Ｖａ、ΔＶｂ＝Ｖｂである。
【００２８】
間接的とは、供試体に水等を浸潤させる前の体積（Ｖ０）を予め測定しておくことにより、浸潤させて所定時間経過した後（ｔｎ）に測定した膨潤体積（Ｖａ）や浸潤体積（Ｖｂ）から、供試体に水等を浸潤させる前の体積（Ｖ０）と所定時間経過した後（ｔｎ）の膨潤体積（Ｖａ）の差（Ｖａ−Ｖ０）及び供試体に水等を浸潤させる前の体積（Ｖ０）と所定時間経過した後（ｔｎ）の浸潤体積（Ｖｂ）の差（Ｖ０−Ｖｂ）を計算して、その結果を膨潤体積（ΔＶａ）や浸潤体積（ΔＶｂ）として特定することをいう。
【００２９】
なお、供試体に水等を浸潤させる前の体積（Ｖ０）に関しては、常に測定することにより特定してもよいし、水等を浸潤させる前の体積（Ｖ０）が、供試体の種類によらず、常に任意に設定した基準値を示すようにしておいてもよい。
【００３０】
測定対象となるベントナイト系材料とは、ベントナイトそのものを材料としているものの他、ベントナイトを一部に使用した材料も含む意である。ここで、ベントナイトを一部に使用した材料とは、ベントナイトがわずかでも含まれていればよく、混合方法やベントナイトがゲル状であるか否かの状態等は問わないという意味である。
【００３１】
測定対象となるベントナイト系材料の供試体の具体例を挙げると、クニゲルＶ１、クニボンド、ネオクニボンド、ボルクレイ、ＭＸ−８０、榛名、赤城、浅間、佐渡、天竜、阿蘇、豊洋、高千穂、津軽、岩木、十和田、モンモリ、スーパークレイ、ＢＡＲＡ−ＫＡＤＥ，ＮＡＴＵＲＡＬＧＥＬ、Ｓｗｅｌｌ Ｓｅａｌ、ＢＨ−Ｇｒａｎｕｌａｒ、ｐｒｏｄｕｃｔ４０４、筑前等のようなものがある。
【００３２】
また、この他にも、例えば、砂、石炭灰、コンクリート微粉（コンクリート解体時に発生する粉体も含む）等を混合したものがある。
【００３３】
本発明のベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定器具は、測定対象となるベントナイト系の供試体に対して荷重するおもりから構成される。
【００３４】
これは、ベントナイト系材料の供試体に対して水等を浸潤させた場合、膨潤過程で生じる空隙や該供試体の上端面の凹凸を抑制し、できる限り正確な膨潤体積等の体積を測定するためである。従って、該供試体に対して荷重するおもりの重量は、膨潤体積等の測定結果が誤差として処理可能な範囲になるように、膨潤過程で生じる空隙や上端面の凹凸を抑制するに足る値であることが好ましい。
【００３５】
本発明であるベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定器具及びその方法は、このような構成を採ることにより、ベントナイト系材料の止水特性を示す浸潤速度及び膨潤特性を示す膨潤率を迅速に、簡易かつ安価で測定するために必要なベントナイト系材料の浸潤体積（ΔＶｂ）と膨潤体積（ΔＶａ）を容易に測定することができる。
【００３６】
本発明のベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定器具は、請求項２に記載されているように、測定対象となるベントナイト系の供試体に対して荷重するおもりに球状のものを使用することを特徴とするものである。
【００３７】
このように、ベントナイト系材料の供試体に対して荷重するおもりに球状のものを使用したのは、供試体の種類や数によらずどの供試体に対しても、同じ荷重が他の形状のものに比べて容易に行えるからである。
【００３８】
供試体の種類や数によらずどの供試体に対しても、同じ荷重が容易に行えるように構成している理由は、本発明の目的が、多種のベントナイト系材料の中から緩衝材や埋戻し材等の使用用途に応じて適切なものを選択することにあるため、本発明であるベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定器具を使用して測定された浸潤速度や膨潤率が相互に比較できるもの、即ち、得られた浸潤速度や膨潤率が同じ条件で測定されたものであれば足りるからである。
【００３９】
このような構成は、前記圧密試験装置が、通常、既に選定されたベントナイト系材料を用いて、具体的に放射性廃棄物処理・処分施設の設計等を行う場合に使用するデータ収集を目的としているため、ベントナイト系材料の膨潤率とこれに影響を与える上載圧（該ベントナイト系材料の供試体に対して荷重する圧力）との関係が高精度で評価できるように、精密かつ複雑に構成されているのと異なる。
【００４０】
ベントナイト系材料の供試体に対して荷重するおもりに球状のものを使用した他の理由としては、おもりと該供試体との間に空隙があるため、おもりを荷重した状態で加えた水等を該供試体に対して容易に浸透させることができることがあげられる。
【００４１】
おもりの種類に関しては特に制限はないが、海水環境下でのベントナイト系材料の浸潤速度と膨潤率の簡易測定も考慮すると、ステンレスが特に好ましい。
【００４２】
本発明であるベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定器具は、このような構成を採ることにより、ベントナイト系材料の供試体に対して、その種類や数によらず、どの供試体に対しても容易に同じ荷重ができ、その浸潤速度と膨潤率を迅速に、簡易かつ安価で測定するために必要なベントナイト系材料の浸潤体積（ΔＶｂ）と膨潤体積（ΔＶａ）を容易に測定することができる。
【００４３】
本発明のベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定器具は、請求項３に記載されているように、前記測定対象となるベントナイト系材料を供試体として投入する容器が、前記膨潤体積（ΔＶａ）及び前記浸潤体積（ΔＶｂ）を測定することができるメスシリンダーであることを特徴とするものである。
【００４４】
ここで、前記測定対象となるベントナイト系材料を供試体として投入する容器として使用するメスシリンダーは、目視により、迅速に、簡易かつ安価で体積を測定できるだけでなく、ベントナイト系材料の止水特性を示す浸潤速度及び膨潤特性を示す膨潤率を測定するに足る量の供試体を投入することができ、該供試体の上面に前記空隙等を抑制するに足る量のおもりを載せることができるものである。
【００４５】
本発明であるベントナイト系材料の浸潤速度と膨潤率の簡易測定器具は、このような構成を採ることにより、メスシリンダーの目盛から目視で、前記膨潤体積（ΔＶａ）及び前記浸潤体積（ΔＶｂ）を特定するために必要な前記おもりを荷重した状態での該供試体の体積（Ｖ０）、前記膨潤後の体積（Ｖａ）及び前記浸潤していない部分の体積（Ｖｂ）を測定することができる。このため、ベントナイト系材料の止水特性を示す浸潤速度及び膨潤特性を示す膨潤率を迅速に、簡易かつ安価で測定するために必要なベントナイト系材料の浸潤体積（ΔＶｂ）と膨潤体積（ΔＶａ）を容易に測定することができる。
【００４６】
本発明のベントナイト系材料の浸潤速度と膨潤率の簡易算出方法は、請求項５に記載されているように、ベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定器具を使用して、前記おもりを前記供試体に対して荷重した状態で前記供試体を浸潤させて、所定時間経過後（ｔｎ）における前記膨潤した体積（ΔＶａ）と前記浸潤した体積（ΔＶｂ）を測定する工程と、その結果、得られた前記膨潤した体積（ΔＶａ）と前記浸潤した体積（ΔＶｂ）に基づいて浸潤速度と膨潤率を算出する工程とを備えたことを特徴とするものである。
【００４７】
具体的には、本発明のベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定器具を使用して、測定した所定時間経過後（ｔｎ）における前記膨潤した体積（ΔＶａ）と前記浸潤した体積（ΔＶｂ）を前記（ア）及び（イ）式に代入することにより、ベントナイト系材料の浸潤速度及び膨潤率を算出する。
【００４８】
本発明であるベントナイト系材料の浸潤速度と膨潤率の簡易算出方法は、このような構成を採ることにより、ベントナイト系材料の止水特性を示す浸潤速度及び膨潤特性を示す膨潤率を迅速に、簡易かつ安価で測定することができる。
【００４９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図２は本発明の実施の形態について一例を示したものである。図２によると、本発明に係るベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定器具は、測定対象となるベントナイト系材料を供試体（７）として投入する容器（８）と、投入した該供試体に対して荷重するおもり（９）とから構成され、該容器（８）は該供試体の膨潤等の体積が測定者の視覚で測定できる体積計で、また、投入した該供試体に対して荷重するおもり（９）はステンレスボールで構成される（図２）。ベントナイト系材料の供試体（１０）と該供試体に対して荷重するおもり（９）との間には濾紙（１０）を置く。
【００５０】
本実施例では体積計として体積計の中でも最も安価に供試体の体積を測定できる化学用体積計、具体的にはメスシリンダーを使用した。
【００５１】
使用したメスシリンダーの容量は１００ｍｌで、ステンレスボールの直径は５ｍｍ、一個あたりの質量は０．５０〜０．５３ｇであった。
【００５２】
メスシリンダーは特に限定するものではなく、例えば、ガラス製のものであってもよく、耐圧性を考慮するとプラスチック製が好ましい。
【００５３】
おもりとして使用するステンレスボールは、供試体に対して給水しない状態で３．０８ｋＰａとなるように載荷した。これは、ベントナイト系材料としてクニゲルＶ１、クニボンド、ネオクニボンド、ボルクレイ、ＭＸ−８０等を用いた場合に、いずれのベントナイト系材料の供試体に対しても、給水しない状態で３．０８ｋＰａとなるように前記ステンレスボールを載荷すれば、供試体が空隙を生じることなく、また、その上端面も平滑化でき、容易かつ正確に体積を測定できることをつきとめたからである。なお、前記ステンレスボールの直径に関しては、メスシリンダーの間口の大きさや容量等を考慮して、５ｍｍ程度のものを採用した。
【００５４】
測定対象となるベントナイト系材料は、供試体（７）として容器（８）に投入するにあたり、埋戻し材としての選定を目的とする場合には突固めにより、緩衝材やバリア材としての選定を目的とする場合には締固めにより供試体（７）を作成した。
【００５５】
もっとも、充填材に関しても、放射性廃棄物周辺の空隙抑制等の点で充填材としての選定が必要となる場合には、要求される透水性（膨潤特性含む）にあわせて締固め等により供試体を作成する。
【００５６】
突固めにより供試体（７）を作成するとは、前記容器（８）に投入したベントナイト系材料に対してランマーを自由落下させることにより、突き固めることをいう。具体的には、突固め後の供試体の高さが１０ｍｌの容量を示すように、漏斗を使用して測定対象とするベントナイト系材料を測定容器（８）に投入し、その上方２ｃｍから直径２０ｍｍ、重量１．２ｋｇのランマーを２０回程自由落下させて突固めをし、これを第１層とした。この操作を５回繰り返し、突固め後の供試体の高さが最終的に５０ｍｌの容量を示すようにした。これを埋戻し材としての選定を目的とする場合の供試体（７）とした。なお、この突固めにおいては、各層間の密着性を向上させるために、層毎に各層の上面に対してへら等で縦横の線を刻んだ。
【００５７】
締め固めにより供試体（７）を作成するとは、締め固め試験機を使用して、静的荷重により、供試体を作成することをいう。具体的には、締固め後の供試体の体積が１０ｍｌとなるようにモールドに測定対象とするベントナイト系材料を投入し、１５分間、５０ＭＰａで該ベントナイト系材料を締固めた。これを前記容器（１１）にできるだけ隙間なく充填できるように削り、これを積み重ねて供試体の高さが最終的に５０ｍｌの容量を示すようにした。これを緩衝材やバリア材としての選定を目的とする場合の供試体（７）とした。
【００５８】
次に、図２を用いて、本発明のベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定器具を使用して、ベントナイト系材料の止水特性を示す浸潤速度及び膨潤特性を示す膨潤率を測定する方法について説明する。
【００５９】
まず、埋戻し材としての選定を目的とする場合には、測定対象となるベントナイト系材料を前記容器（８）に投入して、前記突固めにより供試体を作成した。その後、供試体の上端面に濾紙を載せ、その上に前記ステンレスボールを載荷して、供試体に対して給水しない状態で３．０８ｋＰａを示すように設置した。このときの体積を前記容器（８）の目盛から読み取ることによって、前記供試体の体積（Ｖ０）を特定した。その後、水や海水等の水溶液を給水して測定を開始した。給水して所定時間経過後（ｔｎ）における膨潤後の体積（Ｖａ）と浸潤していない部分の体積（Ｖｂ）を前記容器（８）の目盛から読み取ることにより特定した。なお、浸潤した部分としていない部分の境界は、浸潤による色の変化があるため、目視により容易に区別することができる。給水は、供試体に乱れを生じさせないように注意して行うとともに、水位が常に１００ｍｌとなるように続けた。また、測定時間は、浸潤面の位置判断が行えるように、４日間とした。得られた測定結果は、前記（ア）及び（イ）式に当てはめることにより、そのベントナイト系材料の浸潤速度及び膨潤率として算定した。
【００６０】
緩衝材やバリア材としての選定を目的とする場合には、測定対象となるベントナイト系材料を前記容器（８）に投入して、前記締固めにより供試体を作成した。その後、供試体の上端面に濾紙を載せ、その上に前記ステンレスボールを載荷して、供試体に対して給水しない状態で３．０８ｋＰａを示すように設置した。このときの体積を前記容器（８）の目盛から読み取ることによって、前記供試体の体積（Ｖ０）を特定した。その後、水や海水等の水溶液を給水して測定を開始した。給水して所定時間経過後（ｔｎ）における膨潤後の体積（Ｖａ）と浸潤していない部分の体積（Ｖｂ）を前記容器（８）の目盛から読み取ることにより特定した。なお、浸潤した部分としていない部分の境界は、浸潤による色の変化があるため、目視により容易に区別することができる。給水は、供試体に乱れを生じさせないように注意して行うとともに、水位が常に１００ｍｌとなるように続けた。また、測定時間は、浸潤面の位置判断が行えるように、４日間とした。得られた測定結果は、前記（ア）及び（イ）式に当てはめることにより、そのベントナイト系材料の浸潤速度及び膨潤率として算定した。
【００６１】
【発明の効果】
本発明のベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定器具及びその測定方法によれば、放射性廃棄物処理処分等で使用されるベントナイト系材料の止水特性を示す浸潤速度及び膨潤特性を示す膨潤率を迅速で、簡易かつ安価に測定するために必要なベントナイト系材料の浸潤体積（ΔＶｂ）と膨潤体積（ΔＶａ）を容易に測定することができるという効果を有する。
【００６２】
更に、本発明のベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定器具を使用した該ベントナイト系材料の浸潤速度と膨潤率の簡易算出方法によれば、該器具を使用して得られた浸潤体積（ΔＶｂ）と膨潤体積（ΔＶａ）に基づき、放射性廃棄物処理処分等で使用されるベントナイト系材料の止水特性を示す浸潤速度及び膨潤特性を示す膨潤率を迅速で、簡易かつ安価に測定できるという効果を有する。
【００６３】
この結果、大量のベントナイト系材料の供試体についてその止水及び膨潤の特性を簡単に評価できるため、多種のベントナイト系材料の中から緩衝材や埋戻し材等として適切なものを容易に選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】圧密試験装置の概略図
【図２】本発明に係るベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定器具の概略図（ａ：浸潤及び膨潤前の状態 ｂ：浸潤及び膨潤後の状態）
【符号の説明】
１ 載荷ピストン
２ 変位計
３ ロードセル
４ データロガー
５ 圧縮装置
６ 水槽
７ 供試体
８ 容器（体積計）
９ おもり
１０ 濾紙
Claims (5)
- ベントナイト系材料の浸潤速度と膨潤率を算出する該ベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定器具であって、
測定対象となるベントナイト系材料を供試体として投入する容器と、
投入した該供試体に対して荷重するおもりとを備え、
該供試体を投入する該容器が、該おもりを該供試体に対して荷重した状態で該供試体を水等で浸潤させると、所定時間経過後（ｔｎ）における膨潤した体積（ΔＶａ）と浸潤した体積（ΔＶｂ）を測定することができる体積計であることを特徴とするベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定器具。 - 請求項１記載のベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定器具において、前記測定対象となるベントナイト系材料の供試体に対して荷重するおもりが球状のおもりであることを特徴とするベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定器具。
- 請求項１ないし２記載のベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定器具において、前記測定対象となるベントナイト系材料を供試体として投入する容器が、前記膨潤体積（ΔＶａ）及び前記浸潤体積（ΔＶｂ）を測定することができるメスシリンダーであることを特徴とするベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定器具。
- ベントナイト系材料の浸潤速度と膨潤率を測定するための該ベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定方法であって、
測定対象となるベントナイト系材料の供試体を容器に投入する工程と、
投入した該供試体に対しておもりを荷重する工程と、
該供試体を投入する該容器を体積計として使用し、該おもりを該供試体に対して荷重した状態で該供試体を水等で浸潤させて、所定時間経過後（ｔｎ）における膨潤した体積（ΔＶａ）と浸潤した体積（ΔＶｂ）を測定する工程と、
を備えたことを特徴とするベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定方法。 - 請求項１ないし３記載のベントナイト系材料の浸潤体積と膨潤体積の簡易測定器具を使用して、前記おもりを前記供試体に対して荷重した状態で前記供試体を浸潤させて、所定時間経過後（ｔｎ）における前記膨潤した体積（ΔＶａ）と前記浸潤した体積（ΔＶｂ）を測定する工程と、
その結果、得られた前記膨潤した体積（ΔＶａ）と前記浸潤した体積（ΔＶｂ）に基づいて浸潤速度と膨潤率を算出する工程と、
を備えたことを特徴とするベントナイト系材料の浸潤速度と膨潤率の簡易算出方法。
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2003
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