JP2013209817A - ボーリング孔用遮水造粒物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】水膨潤性粒体表面が、疎水性粉末または薄膜により、被覆率70%以上100%未満で被覆されており、該疎水性粉末の粒径が1mm以下であり、水膨潤性粒体が、液性限界100〜1,000%の水膨潤性粘土の成形体を構成している。
【選択図】なし
Description
また、リング状などに成形することで、水膨張性組成物が剥離して落下する恐れはなくなる。しかし、ボーリング孔中心とストレーナパイプ中心がずれ、ボーリング孔内壁とストレーナパイプ外壁の間隔が偏り空隙が大きくなると、膨張しても空隙を閉塞することが出来ないという問題がある。
しかし、ボーリング孔深度が深い場合(「大深度地下の公共的使用に関する特別措置法」において「大深度地下」と定義されている、地表から40mより深い地下である場合)には、投入したベントナイト造粒品の膨潤した粒表面がボーリング孔底部に到達する前に水中に分散してしまうため、比較的深度の浅いボーリング孔にしか対応出来なかった。
また、粒径を大きくすることで必要量を底部に到達させることは可能であるが、ボーリング孔内壁とストレーナーパイプ間の隙間が狭いため、膨潤した粒表面の粘着性により、ストレーナーパイプ等に付着し、底部に到達せずに、地表からボーリング孔底部までの途中で堆積してしまう場合がある。
(1)水膨潤性粒体が、疎水性の、粉末または薄膜で被覆されていることを特徴とするボーリング孔用遮水造粒物。
(2)前記粉末または薄膜による、前記水膨潤性粒体表面の被覆率が70%以上100%未満であることを特徴とする(1)記載のボーリング孔用遮水造粒物。
(3)前記疎水性の粉末の粒径が1mm以下であることを特徴とする(1)または(2)記載のボーリング孔用遮水造粒物。
(4)前記水膨潤性粒体が、液性限界が100〜1,000%の水膨潤性粘土の成形体であることを特徴とする(1)〜(3)のいずれか1項に記載のボーリング孔用遮水造粒物。
(5)前記水膨潤性粒体の粒径が3〜50mmであることを特徴とする(1)〜(4)のいずれか1項に記載のボーリング孔用遮水造粒物。
(6)前記水膨潤性粘土がベントナイト、スメクタイト、膨潤性雲母から選ばれる少なくとも1つであることを特徴とする(4)または(5)記載のボーリング孔用遮水造粒物。
本願明細書において、「疎水性」とは、水に対する親和性が小さいことをいい、「疎水性の粉末または薄膜」とは、水膨潤性粒体表面を被覆率100%で被覆した場合、ボーリング孔用遮水造粒物が膨潤しないことにより、後述の遮水機能を24時間経過しても発揮させない粉末または薄膜をいう。
「水膨潤性粒体表面の被覆率」は、(被覆面積/水膨潤性粒体表面積)×100(%)により得られる。
水膨潤性粒体表面に、粉末または薄膜を被覆することによりできる層の厚さは好ましくは、0.01〜1mmである。
本発明において、水膨潤性粒体には、天然もしくは合成の水膨潤性粘土から選ばれた少なくとも1種類の粘土が用いられる。このような粘土としては、未変性のものでも変性したものでもよいが、ベントナイト、ヘクトライト等のスメクタイト系粘土、および膨潤性雲母から選ばれた少なくとも1種が好ましい。
このうち、ベントナイトは天然に産出する無機系の粘土であるため安全性に優れ、かつ土中の微生物に分解されることがなく長期的に安定で、高い止水効果を保持できる。また、低価格であるため、特に好ましい粘土である。本発明において、前記水膨潤性粘土から選ばれた1種の粘土を単独で、または2種以上の粘土を用いることができる。
本発明において水膨潤性粒体の形状は、特に制限するものではないが、球状、円筒状、楕円状、略立方体状、多角体状、円柱状、板状、針状などが挙げられる。これらの中で好ましくは、球状、楕円状、円柱状であり、より好ましくは球状、楕円状などが、最密充填かつ比表面積の減少による残存率の向上に寄与するため、適している。
また、原料の粘土粉末に加液混練し、可塑性を付与した後、多数の孔を持つダイやスクリーン面から押出し成形する押出し造粒する方法が挙げられる。温度・湿度等の製造条件はバインダー等の添加物に合せ適宜選択できる。さらに、原料の粘土粉末を型に充填したり、回転する2個のロール間に供給して、粘土粉末に圧力をかけ成型する圧縮造粒法などの造粒方法が挙げられる。また、数種類の水膨潤性粘土を用いる場合や着色剤などを配合する場合は、事前に均一に混合しておくことが好ましい。
また、粒強度は好ましくは10N以上、より好ましくは20N以上である。粒強度が低すぎる場合は輸送中にボーリング孔用遮水造粒物が破損してしまう恐れがある。粒強度の上限に特に制限はないが、300N以下であることが実際的である。
水膨潤性粒体の粒径は、水膨潤性粒体の形状が球状以外の、円筒状、略立方体状及び角のとれた略立方体状等である場合は、その粒の中心を通る径の内で最大の径(長径又は粒長)をいうものとする。
しかし、本発明のボーリング孔用遮水造粒物は、ボーリング孔の深度等を考慮し、疎水性の、粉末または薄膜の被覆率等を調整することにより、ボーリング孔の底部に到達してからできるだけ早く、例えば遅くとも約5時間以内に遮機能水機能を発揮するように調節することができる。
液性限界が低すぎる水膨潤性粘土は、低含水比で流動性が発現するため、泥水中落下時の分散が早く、崩壊し易い。また、逆に液性限界が高すぎる場合は、底部到達後に膨潤によってボーリング孔用遮水造粒物同士の空隙を閉塞する時間が長くなり遮水機能を発揮するまでの時間が長くなってしまう場合がある。
コーティング方法としては、水膨潤性粒体表面にバインダーを塗布し、その粘性により粉末を付着させる方法、粉末で水膨潤性粒体を覆い、圧力などの外力により圧着させる方法やアルコールや鉱物油、動物油、植物油等に溶解・分散させた疎水性物質や溶融させた疎水性物質を塗布し、水膨潤性粒体表面に薄膜を形成する方法、界面活性剤により表面修飾することで表面を100%でなく部分的にコーティングし、疎水性を付与する方法などが挙げられる。
水膨潤性粒体の被覆率が低すぎる場合、粒残存率が低下し、泥水中落下時に膨潤してしまうため使用量を算出することが困難となる場合がある。さらに、付着性が強くなり泥水中落下時に堆積してしまい、孔底部に到達しない恐れがある。本発明において、粒残存率が80%以上であれば、使用上ほぼ問題はない。
水膨潤性粒体を疎水性物質で被覆して得たボーリング孔用遮水造粒物100gを、温度20℃の水に30分間浸漬させた。浸漬させた造粒物を温度20℃のエタノールに移し表面の膨潤した造粒物を凝集させ分離した。中心に残った膨潤しなかった造粒物を回収した。膨潤しなかった造粒物を105℃で24時間乾燥し、固形物の残存量(g)を測定した。
粒残存率は、下記式により得られる。
粒残存率(%)=[(水に浸漬させる前の造粒物100(g)−水に浸漬させても膨潤しなかった造粒物の乾燥させた固形物(g))/100(g)]×100
遮水機能発揮時間確認試験において、図1に示す透水試験装置により通水時間による透水係数の変化を測定した。内径10cm、高さ10cmの円柱状アクリルケース1の内部にボーリング孔用遮水造粒物(試料2)を充填し、アクリルケース1の上下に金属製蓋3を設置し、アクリルケース1をフランジ4で固定する。また、注水口5および排水口6の内側には、試料2が注水管7および排水管8に詰まらないように、ろ紙9およびステンレス製焼結フィルター10を設置した。蒸留水をいれたタンク11に窒素ボンベ12を用いて加圧し、レギュレーター13にて圧力を調整した。注水開始時はバルブ14を開け、注水管7内部にたまった空気を排出した。
注水後は排出管8より排出された水を回収し、透水性が非常に低いとされる透水係数1×10−7m/sec以下(JIS A 1218 土の透水試験法)となるまでの時間を測定した。圧力は試料の流失が起こらないように0.5kgf/cm2ずつ増加させ、最大5.0kgf/cm2とした。
また施工箇所において、24時間程度で投入したボーリング孔用遮水造粒物間の空隙が閉塞しない場合、埋め戻し材がボーリング孔用遮水造粒物の空隙に侵入し、遮水機能が発揮出来なくなる恐れがあるため、24時間後までの10−7m/sに達しない試料は、下記表1において「遮水せず」とした。
付着性は水中に水平に設置した長さ30cmのステンレス鋼板の端部に下記各試料を静置し、30分間静置した。その後、ステンレス鋼板の試料を載せた端部を持ち上げ、45度に傾け静置した試料が自重で反対側の端部までの30cm移動するか確認した。移動したものを「○」、付着して動かないもの、途中で止まったものを「×」とした。
保管試験は空気穴を設けたポリエチレン袋に包装した下記各試料を室温20℃±3℃、相対湿度100%に調整した部屋に1kgf/cm2の圧力を掛け、保管した後、試料の固着有無を確認した。固着しなかったものを「○」、固着したものを「×」とした。
液性限界を200に調整したベントナイトを押出造粒機(不二パウダル製F−5)にてφ2、3、5、10、20、50mmの粒を成形し、粒径と同じ目開きの篩で粒長を調整した円柱状の水膨潤性粒体を得た。
粒長を調整した各水膨潤性粒体に被覆率85%となるようにウルシロウを溶融コーティングしたものを試料1、2、3、4、5、6とした。
液性限界を50、100、200、500、700、1,000、1,200に調整したベントナイトを押出造粒機(不二パウダル製F−5)によりφ10mmの粒を成形し、粒径と同じ目開きの篩で粒長を調整した円柱状の水膨潤性粒体を得た。
粒長を調整した各水膨潤性粒体に被覆率85%となるようにウルシロウを溶融コーティングしたものを試料7、8、9、10、11、12、13とした。
液性限界を200に調整したベントナイトを押出造粒機(不二パウダル製F−5)にてφ5mmの粒を成形し、粒径と同じ目開きの篩で粒長を調整した円柱状の水膨潤性粒体を得た。
粒長を調整した各水膨潤性粒体に被覆率50、60、70、80、90、100%となるようにウルシロウを溶融コーティングしたものを試料14、15、16、17、18、19とした。
液性限界を200に調整したベントナイトを押出造粒機(不二パウダル製F−5)にてφ5mmの粒を成形し、粒径と同じ目開きの篩で粒長を調整した円柱状の水膨潤性粒体を得た。
粒長を調整した各水膨潤性粒体に2wt%、20℃での粘度が100、500、800、1,000、1,200mPa・sの水溶性高分子を被覆率85%コーティングしたものを試料20、21、22、23、24とした。
液性限界を200に調整したベントナイトを押出造粒機(不二パウダル製F−5)にてφ5mmの粒を成形し、粒径と同じ目開きの篩で粒長を調整した円柱状の水膨潤性粒体を得た。
粒長を調整した各水膨潤性粒体に粒径0.1、0.5、1、2mmに調整した金属脂肪酸粉末(日油社製 オーラブライトCA−65)を水膨潤性粒体表面の全面にコーティングしたものを試料25、26、27、28とした。
なお、各試料の水膨潤性粒体の被覆率は電子顕微鏡を用い、表面の同一視野の元素分布を確認し、Cは金属脂肪酸のみに含まれることから(C元素分布面積/視野全面積)×100とし算出した。
2 試料
3 金属製蓋
4 フランジ
5 注水口
6 排水口
7 注水管
8 排水管
9 ろ紙
10 ステンレス製焼結フィルター
11 タンク
12 窒素ボンベ
13 レギュレーター
14 バルブ
15 ボーリング孔
16 地表層
17 水脈層
18 ストレーナパイプ
19 濾過砂
20 井戸スクリーン
21 ボーリング孔用遮水造粒物
Claims (6)
- 水膨潤性粒体表面が、疎水性の、粉末または薄膜で被覆されていることを特徴とするボーリング孔用遮水造粒物。
- 前記粉末または薄膜による、前記水膨潤性粒体表面の被覆率が70%以上100%未満であることを特徴とする請求項1記載のボーリング孔用遮水造粒物。
- 前記疎水性粉末の粒径が1mm以下であることを特徴とする請求項1または2記載のボーリング孔用遮水造粒物。
- 前記水膨潤性粒体が、液性限界が100〜1,000%の水膨潤性粘土の成形体であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のボーリング孔用遮水造粒物。
- 前記水膨潤性粒体の粒径が3〜50mmであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のボーリング孔用遮水造粒物。
- 前記水膨潤性粘土がベントナイト、スメクタイト、膨潤性雲母から選ばれる少なくとも1つであることを特徴とする請求項4または5記載のボーリング孔用遮水造粒物。
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