JP3802777B2

JP3802777B2 - Deformation following type water shielding material

Info

Publication number: JP3802777B2
Application number: JP2001146278A
Authority: JP
Inventors: 泰史長江; 蒸二桑原; 勝久阿部; 耕一山田; 大彦力石
Original assignee: Penta Ocean Construction Co Ltd
Current assignee: Penta Ocean Construction Co Ltd
Priority date: 2001-05-16
Filing date: 2001-05-16
Publication date: 2006-07-26
Anticipated expiration: 2021-05-16
Also published as: JP2002336811A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、海面における管理型廃棄物最終処分場の遮水構造物建造時に用いる遮水材に関し、とくに、ポンプ圧送時には流動性を有し、水中打設時には材料分離が小さく、打設後はゲル化し、低透水性および変形追従性を有する遮水材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、海岸、海面に設ける管理型廃棄物最終処分場の遮水工は、図１および図２に示すように、その多くは、遮水シート等を護岸背面と底面に敷設する方法や、鋼矢板や鋼管矢板を用い、その継ぎ手部分に止水処理を施す方法であった。図１は、遮水シートを用いる方法の１例を示し、図１Ａにおいて、１は護岸、２は２重遮水シート、３は押え材料、４は透水性地盤である。処分場５の大きさは、例えば、その底部の長さａが５００ｍ、護岸１の高さｂが２０ｍ、干潮時の水面と護岸頂部との高低差ｃを５ｍ、押え材料３の厚さを５ｍとする。図１Ｂは、その平面図を示す。
図２Ａは、鋼管矢板６を用いて護岸を形成する方法を示し、鋼管矢板６を図２Ｂの拡大図に示すようにその継手部分８で係合させて打ち込み、継手部分８に止水材９を注入して、護岸７を形成し、図１Ｂと同様の平面形態の処分場５とする。図中、１０は中詰材、１１は不透水地盤である。
上記の遮水シートを用いる方法では、シートとシートの熱溶着やラップさせる作業を伴うために、現場作業が難しく、シートの破損が発生するおそれがあり、高い遮水性の確保が困難であった。
また、鋼管矢板を用いる方法には、継手部の止水材の充填が確実でなく護岸の変形により充填材が劣化するなどの欠点があった。
なお、管理型廃棄物最終処分場（以下、廃棄物処分場という）とは廃棄物処理法施行令第７条第１４号ハに示された廃棄物最終処分場をいう。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、遮水材の主材として海成粘土を用い、その透水性、水中分離抵抗性および変形追従性を改善し、廃棄物処分場の遮水工に適する遮水材を提供しようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
海成粘土を用いる遮水材には、次の３つの特性が要求される。
1) 低透水性：
廃棄物処分場に収容した廃棄物中の有害物質が遮水材を通過しないよう、遮水材料には透水係数と施工厚みに基準値が設けられている。一般に必要とされる透水係数は、１０^−５(cm/sec)以下であり、施工厚みは、透水係数が１０^−５cm/secの場合には５．０ｍ以上である。
2) 水中分離抵抗性：
海面における廃棄物処分場の遮水工では、トレーミー管を用いる水中打設工事が考えられる。この場合、打設される遮水材に、適当な粘着性が無ければ、打設中に海水と混合して、海水中に遮水材が分散し、施工を効率良く行うことができず、周辺海域を汚染することになる。
3) 変形追従性：
施工された遮水材は長期間（数十年）にわたって、加えられた外力の大きさに応じて変形し、亀裂および破断を生じない特性が必要となる。
この特性がなければ、上記1)、2)の特性を満していても、廃棄物処分場の遮水工に用いる遮水材としての機能は発揮されない。
例えば廃棄物処分場の遮水材として、海成粘土にセメントなどの固化剤を添加した固化
処理土を用いることが考えられているが、変形追従性に問題があり、施工後にひび割れを生じるなどの欠点がある。
【０００５】
本発明者らは、海成粘土の透水性、水中分離抵抗性および、変形追従性を改善するために、添加剤と添加材の配合組成について、鋭意、研究を重ね、第１に、海成粘土の透水性を改善するための添加剤（以下、透水性低減剤という）として粘土鉱物を用い、水中分離抵抗性および変形追従性を改善するためのゲル化剤または水中分離抵抗剤として、金属を含む水溶性無機塩を用いることが極めて有効であることを見出した。第２に、前述した添加剤にゲル強化剤として、繊維状物質および／または固化剤を少量併用することによって、さらに変形追従性が改善されることを見出した。
【０００６】
すなわち、本発明は、透水性低減剤として粘土鉱物を、水中分離抵抗性および変形追従性を改善するために、ゲル化剤または金属を含む水溶性無機塩を用いる。さらに、ゲル強化剤として、繊維状物質及び／または固化剤を少量併用する。
【０００７】
透水性低減剤として用いる粘土鉱物は、粘土ハンドブック（日本粘土学会編：１９９４年１０月３０日発行）に記載されている粘土鉱物と同一のものである。その具体例としては、スメクタイト、カオリン鉱物、セピオライト、雲母粘土鉱物、混合層鉱物があり、これらの何れを用いてもよい。中でも、スメクタイト、カオリン鉱物、雲母粘土鉱物より選ばれた一種以上を用いることが好ましい。
上記スメクタイト族に分類される粘土鉱物の同族には、モンモリロナイト、サポナイト、ヘクトライトなどがあり、主としてモンモリロナイトから成る粘土をベントナイトと総称する。このベントナイトは、土木・建設および石油・小口径ボーリング分野、広く用いられ、市場に出回っているので、これを使用することが、経済的に好ましい。とくに群馬産、山形産、ワイオミング産の高膨潤性ナトリウムベントナイトを用いることが、最も好ましい。
【０００８】
ゲル化剤および水中分離抵抗剤としては、水溶性アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、珪酸塩類（以下、水溶性無機塩ともいう）の内、少なくとも一種類以上を用いる。ここでいう水溶性アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩は、１３３９８の化学商品（化学工業日報社：１９９８年１月２８日発行）に記載されている水溶性無機塩と同一の物である。例えば、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウム、亜硝酸カルシウム、硝酸カルシウム、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、硫酸アルミニウムアンモニウム等がある。
また珪酸塩類は、化学大辞典（共立出版株式会社）に記載されている珪酸塩類と同一の物である。例えば、メタ珪酸ナトリウム、オルト珪酸ナトリウム、二ケイ酸ナトリウム、四珪酸ナトリウム、メタ珪酸カリウム、二ケイ酸水素カリウムがあり、なかでもメタ珪酸ナトリウムを用いることが最も好ましい。
【０００９】
さらに、ゲル強度の向上を目的として、繊維状物質および／または固化剤を、粘土鉱物および水溶性無機塩と併用する。繊維状物質としては、アスベスト、セピオライトなどの天然繊維としての鉱物繊維、ロックウール（テルナイト社製品：TNファイバー）、ガラス繊維、金属繊維、炭素繊維などの化学繊維としての無機繊維、ポリプロピレン系、ポリ塩化ビニリデン系などの化学繊維としての合成繊維があるが、経済性、繊維長、経時変化からみてロックウールを用いるのが好ましい。
ロックウールは、数種の鉱物を高熱で溶融処理し、細い繊維状にした非晶質の人工無機繊維であり、天然鉱物繊維である石綿（アスベスト）とは異なる。遮水材料としてロックウールを使用する目的は、繊維で遮水材料中の各物質を絡ませ、それによって、分離性を防ぎつつ変形追従性を維持し、強度を向上させることにある。
固化剤としては、消石灰、生石灰、石灰系固化剤、無水石膏、半水石膏、セメント系固化剤、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント等のポルトランドセメント類、高炉セメント、フライアッシュセメントなどであり、特に限定されない。
【００１０】
なお、施工性を考慮し、ゲル化の遅延を目的として、ゲル化遅延剤を、粘土鉱物、珪酸塩類、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、と併用する。または粘土鉱物、珪酸塩類、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、および、繊維状物質、固化剤の一種類または二種類以上と併用する。
ゲル化遅延剤物質としては、ホウ酸アルカリ金属塩類（例えば、TR-18：テルナイト社製）、リグニンスルホン酸アルカリ金属類（例えば、リグニンスルホン酸ナトリウム）、ポリカルボン酸アルカリ金属塩類（例えば、QF750：日本ゼオン社製）、ポリアクリル酸アルカリ金属塩類（例えば、ポリアクリル酸ナトリウム）などの水溶性高分子、デキストリン、脂肪酸、ショ糖、マルトース、アルコール類があるが、ホウ酸アルカリ金属塩類とポリアクリル酸アルカリ金属塩類を用いるのが好ましい。
【００１１】
本発明に用いる粘土鉱物および水溶性無機塩は、粉体混合物または粉体を別々に添加しても良く、あるいは海成粘土の含水比を調整するために用いる海水に、予め懸濁または溶解させて添加してもよい。また、水溶性無機塩は液体品を使用してもよい。
【００１２】
本発明に用いるベントナイト（粘土鉱物）の添加量は、含水比１００〜３００％の海成粘土懸濁液１００容量部当たり、５重量部〜５０重量部の範囲が適正である。ベントナイトの添加量が５重量部以下の範囲では、透水係数の低減および水溶性無機塩の添加によるゲル強度が低く、遮水材として適合しない場合がある。また、５０重量部以上の範囲では、水溶性無機塩の添加によるゲル強度が高すぎて、施工上問題を生じる場合がある。
【００１３】
珪酸塩類の添加量は、上記１００容量部の海成粘土懸濁液当たり、０．０５重量部〜１０重量部の範囲が適正であり、０．０５重量部以下では、ゲル強度が低く、遮水材として適合しない場合がある。また、１０重量部以上は、水溶性無機塩の添加によるゲル強度が高すぎて、施工上問題を生じる場合がある。
【００１４】
また、併用される繊維状物質の添加量は、上記１００容量部の海成粘土懸濁液当たり、０〜５重量部の範囲が適正である。固化剤の添加量は、０〜５重量部未満の範囲が適正で、それ以上の範囲では、ゲル強度が強すぎたり、固化反応が生じるため適当でない場合がある。
さらに、併用されるゲル化遅延物質の添加量は、上記１００容量部の海成粘土懸濁液当たり、０〜３重量部の範囲が適正であるが、それ以上の範囲では、ゲル化を抑制して適正なゲル強度を発現しない場合がある。
【００１５】
本発明の作用について説明する。
一般の港湾浚渫で得られる海成粘土の含水比は、５０〜１５０％である。この含水比５０〜１５０％程度の含水比が低い海成粘土に添加剤を混合し、均一で流動性をもち雑物を分離しやすい性状にするためには、これに、予め海水あるいは清水を添加し、含水比を１００％から３００％程度まで増加させ、懸濁液にする必要がある。このとき海成粘土の間隙率が増加する。これにベントナイトを加えるとベントナイト粒子が海成粘土粒子の間隙をうめると同時にゲル化を引きおこす。
しかし、この状態の海成粘土懸濁液は、ゲル強度が小さいため、水中打設時に材料分離が大きくなる可能性がある。これに水溶性アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、珪酸塩類を加えると、金属陽イオンが、ベントナイトおよび海成粘土中の粘土分と反応し、粘土粒子が電気的に引き合って塊を形成し、ゲル化現象を呈する。
【００１６】
ゲル化のメカニズムは十分解明されていないのが、メタ珪酸ナトリウムを加えた場合は、(1)pH低下による珪酸の重合、ゲル化、(2)多価陽イオンとの反応による重合、ゲル化が考えられる。
メカニズム(1)について；メタ珪酸ナトリウムは、pH１１以下になると珪酸ゲルを生成（ゾル状またはゲル状の珪酸を遊離）する。PH９前後の浚渫土或いは粘土鉱物を含む溶液に、所定量のメタ珪酸ナトリウムを加えた場合、メタ珪酸ナトリウムは、ゲル状の珪酸を遊離し、様々な形態の珪酸ゲルを生成する。
メカニズム(2)について；浚渫土、粘土鉱物及び希釈剤（海水）中には、多価陽イオン(Ca,Mg,Alなど)が存在する。この多価陽イオンは、古くから珪酸類の硬化剤として用いられている。多価陽イオンは、珪酸ナトリウムと反応して珪酸金属、金属の水酸化物、など種々な組成の沈殿物や生成物を形成する。これらの生成物の中には、メタ珪酸ナトリウムの電荷の中和が起こり分子間が増大して凝結を生じるものもある。
以上２つのメカニズムから、粘土鉱物を含む懸濁液は、メタ珪酸ナトリウムからの生成物と反応し、粘土鉱物を凝集させ、結果的にゲル化物を形成するものと考えられる。このような、ゲル構造を有する遮水材料に外力が作用した場合、構造体は外力の大きさに応じて変形し、亀裂および破断を生じない。
【００１７】
さらに、ロックウールのような繊維状物質を併用すると、海成粘土およびベントナイト粒子と繊維状物質が絡み合い、架橋状態を作り出すことにより、ゲル強度がさらに増加する。固化剤を併用した場合は、通常の固化と同様な固化反応により、強度の増加が達成される。本発明の場合は、使用する固化剤添加量が非常に少ないため、完全な固化状態には至らず、変形追従性は残る。
さらに、透水性低減剤、ゲル化剤、繊維状物質を単品使用あるいは２から３物質の併用でゲル強度が高くなり、施工性に問題が生じる場合がある。そのときは、ホウ酸アルカリ金属塩類あるいはポリアクリル酸アルカリ金属塩類のようなゲル遅延剤を併用すると、施工時のゲル化および強度が緩和され、施工後、経時変化とともに強度が高くなるが、変形追従性は残る。
【００１８】
また、変形追従性とは液状ないしは塑性状を呈しており、外力に対し自由に形状を変えることができる状態のことをいい、ベーンせん断値あるいはフロー値でその状態を知ることができる。
ベーンせん断値は海成粘土に粘土鉱物及びゲル化剤を加えて改質した場合、粘土鉱物及びゲル化剤の添加量に比例して増加する。ベーンせん断値が高い場合は、遮水材料が塑性状態を通り越し、固化状態になった場合と同様な亀裂が入る。ベーンせん断値が低い場合は液状を呈している。
フロー値は海成粘土に粘土鉱物及びゲル化剤を加えて改質した場合、粘土鉱物及びゲル化剤の添加量に比例して低下する。フロー値が高い場合は、遮水性は液状を呈している。フロー値が低い場合は塑性状態を呈しているといえる。
したがって、ベーンせん断値及びフロー値を測定することで変形追従性の大きさを知ることができる。本発明の遮水材料の最終のベーンせん断値の適正値は０．３〜６．０（ｋＮ／ｍ^２）、フロー値の適正値は８０〜１９５ｍｍである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に本発明の変形追従遮水材を用いた、海面における管理型廃棄物処分場の遮水工事の施工方法について述べるが、必ずしもこの方法に限定されない。
施工は図３に示すように、次の工程によって行なわれる。
(1) 解泥
原料土である海成粘土に水又は海水を加えスラリー状に解きほぐす。このとき、海成粘土中に含まれる大きなレキ、ゴミを取り除く。
(2) 調泥
スラリー状の海成粘土に、所定量の水又は海水を加え、雑物を除去し、目的とする含水比及び密度に調整する。
(3) 混練
得られた調整泥をプラント内のミキサーに送り込み、ベントナイト、ゲル化剤、繊維状物質等を加え、練り混ぜ、遮水材を製造する。
(4) 圧送
遮水材を、圧送ポンプを用いて、圧送管により打設場所まで搬送する。
(5) 打設
トレーミー管を使用して、所定の位置に遮水材を打設する。
【００２０】
本発明を、以下に記述する実施例によって、さらに詳細に説明するが、その内容に限定されない。
実施例１
名古屋港（東航路）海成粘土を浚渫時の加水を考慮して、人工海水を用いて含水比１５０％にした。この調整土（以下ベース流体と言う）に対して、粘土鉱物として透水性低減剤（ベントナイト）、例えばテルゲル（テルナイト社製）、クニゲルV1（クニミネ工業株式会社）及び浅間ベントナイト（豊順鉱業社製）を用い、ゲル化剤として珪酸ナトリウムを用い、粘性発現（Flow値）、強度（ベーン剪断）の物性値を測定した。試験組成と結果を表１に示す。
名古屋港海成粘土の土質特性試験結果は、表２に示す。
試験方法は、流動性としてFlow試験（JHS A 313、単位：mm）、変形追従性としてベーン剪断（単位：kN/m²）試験を行った。測定間隔は、遮水材試作直後と物性値がほぼ安定した状態として１６時間後、さらに長期間後の状態として２週間後（３３６時間）とした。
【表１】

【表２】

３種類のベントナイトを同一添加量で用いた変形追従型遮水材の試験結果より、透水性低減剤は、初期粘性発現が低く（低いFlow値）、１６時間後に高いゲル強度（高いベーン剪断）を有するテルゲルが優れていることが分かった。よって、以下の実施例はテルゲルを用いて試験した。
【００２１】
実施例２
名古屋港海成粘土を人工海水で含水比１５０％に調整したベース流体に対して、透水性低減剤としてテルゲルの添加量を変えて変形追従型遮水材を試作し、物性値を試験した。試験組成と結果を表３に示す。試験は実施例１に示した方法で行った。
【表３】

ベース流体に透水性低減剤（テルゲル）を添加することで変形追従型遮水材が得られ、添加量によって流動性(Flow値)及び強度（ベーン剪断値）の物性値を変えることができる。
【００２２】
実施例３
名古屋港海成粘土を人工海水で含水比１５０％に調整したベース流体に対して、透水性低減剤としてテルゲル、ゲル化剤として珪酸ナトリウムを用いて変形追従型遮水材を試作し、物性値の測定及び水中分離抵抗試験、pH測定試験、透水係数測定試験を実施した。水中分離抵抗試験とは、作成した遮水材を海水中に吐出させる試験で、遮水材から発生する懸濁物質量を測定し、海水１リットル当り懸濁物質量であらわした値から、水中分離性の優劣を判定する。試験組成と結果を表４，５，６及び図４，５，６に示す。試験は実施例１に示した方法で行った。
【表４】

【表５】

【表６】

【００２３】
ベース流体に、透水性低減剤およびゲル化剤を添加することで変形追従型遮水材が得られた。透水性低減剤／ゲル化剤の添加量を変えることで、流動性(Flow値)及び強度（ベーン剪断値）を変えることができる。
また、遮水材の水中分離抵抗の試験より、懸濁物質量の値は低く、また、pH測定試験より、pH値が低いことより分離性が小さく、かつアルカリ汚染の小さい遮水材であることが分かる。透水性試験では、何れの配合組成の透水係数も１０^−６(cm/sec)以下の透水係数を示し、遮水材の低透水性が確保されていることが分かる。
【００２４】
実施例４
名古屋港海成粘土を人工海水で含水比１５０％に調整したベース流体に対して、増粘剤としてテルゲル、ゲル化剤として珪酸ナトリウム、さらにゲル強度の向上を目的に、繊維状物質としてTNファイバーおよび少量の固化剤（高炉セメントＢ種：トクヤマ社製）を用いて変形追従型遮水材を試作し、物性値を試験した。試験組成と結果を表７に示す。試験は実施例１に示した方法で行った。
【表７】

ベース流体に、透水性低減剤およびゲル化剤を添加し、さらにTNファイバー或いはセメントを併用して作成した遮水材の物性値は、併用しない遮水材よりも高い物性値を得ることができた。
また、遮水性低減剤／ゲル化剤／繊維性物質、透水性低減剤／ゲル化剤／固化剤の添加量を変えることで流動性(FLOW値）及び強度（ベーンせん断値）を変えることができる。
ベース流体に、実施例３に示した増粘剤およびゲル化剤（珪酸ソーダ）の低い添加量範囲に少量のセメントを添加することで、実施例３で得られた物性値よりも高い物性値の変形追従型遮水材が得られた。透水性低減剤／ゲル化剤／固化剤の添加量を変えることで、流動性(Flow値)及び強度（ベーン剪断値）を変えることができる。
【００２５】
実施例５
名古屋港海成粘土を人工海水で含水比１５０％に調整したベース流体に対して、透水性低減剤としてテルゲル、ゲル化剤として珪酸ナトリウムを用いて変形追従型遮水材を試作した。このゲル化した変形追従型遮水材に、ゲル化遅延剤としてQF750およびTR-18を用いて物性値を試験した。
試験組成と結果を表８に示す。試験は実施例１に示した方法で行った。
名古屋港海成粘土の上質特性試験結果は、前記表２に示す。
【表８】

ゲル遅延剤は、組成−１６と比較して、試作直後の流動性に優れ(Flow値が高くなる)、強度も低く（ベーン剪断値を低くなる）、ゲル遅延効果が得られた。さらに強度は経時変化とともに高くなる傾向を示した。ゲル化遅延剤QF750は、TR-18よりも高いゲル遅延効果を示した。
【００２６】
実施例６
これまでの実施例は、名古屋港（東航路）海成粘土を、人工海水で含水比１５０％に調整したベース流体に透水性低減剤としてテルゲル、ゲル化剤として珪酸ナトリウム、ゲル強化剤としてTNファイバーを用いて変形追従型遮水材を調整したものである。
しかし、海成粘土は地域によって物理的特性が異なる。そのため、東京港（新海面）海成粘土を用いて変形追従型遮水材を確認した。
東京港海成粘土の土質特性試験結果は、表９に示した。
【表９】

試料の調整にあたって、東京湾海成粘土がＷ₀＝１３２．６％でシルト分が３２．９％及び粘土分が５０．３％と高いため、人工海水を用いて含水比２００％に調整したものをベース流体とした。
上記ベース流体にゲル化剤として珪酸ナトリウムを添加して変形追従型遮水材を試作し、物性値を試験した。試験組成と結果を表１０に示す。試験は実施例１に示した方法で行った。
【表１０】

東京港海成粘土を用いた変形追従型遮水材は、珪酸ソーダのみの添加で試験した。その結果、名古屋湾海成粘土を用いた場合と同様に、珪酸ナトリウムの添加量とともに、変形追従性を維持した状態で物性値の向上が認められた。なお、東京湾海成粘土中のシルト、粘土分が高く透水性低減剤の添加を必要としなかった。
【００２７】
【発明の効果】
上述のように、本発明によれば、地域を問わず、海成粘土及び浚渫土を、清水あるいは海水を用いてその含水比を調整したベース流体に、添加剤として粘土鉱物、ゲル化剤を加え、さらにゲル強化剤を加えて（必要ならばゲル化遅延剤を用いることが可能できる）、変形追従型遮水材を提供することができる。本発明の変形追従型遮水材で、施工条件（底面、法面）に必要とされる物性値は、透水性低減剤、ゲル化剤およびゲル強化剤の添加量を調整することで達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ）、（Ｂ）は従来の廃棄物処理場の断面と平面を示し、図１（Ａ）は図１（Ｂ）のＸ−Ｘ線による断面図である。
【図２】図２（Ａ）は、従来の別の廃棄物処理場の断面を示し、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＹ−Ｙ線による断面拡大図である。
【図３】図３は海成粘土を用い、これを処理場の底面に打設する工程を示す図。
【図４】図４は、水中分離抵抗試験における試験組成と懸濁物質量とｐＨの関係を示す図表。
【図５】図５は、試験組成と透水係数の関係（１）を示す図表。
【図６】図６は、試験組成と透水係数の関係（２）を示す図表である。[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a water shielding material used at the time of construction of a water shielding structure of a management-type waste final disposal site on the sea surface, and in particular, has fluidity at the time of pumping, small material separation at the time of underwater casting, The present invention relates to a water shielding material that gels and has low water permeability and deformation followability.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as shown in Fig. 1 and Fig. 2, most of the impervious works at the management-type waste final disposal site on the coast and the sea surface are laid on the back and bottom of the revetment, It was a method of using a sheet pile or steel pipe sheet pile and applying a water stop treatment to the joint part. FIG. 1 shows an example of a method using a water-impervious sheet. In FIG. 1A, 1 is a revetment, 2 is a double water-impervious sheet, 3 is a presser material, and 4 is a water-permeable ground. The size of the disposal site 5 is, for example, the bottom length a is 500 m, the height b of the revetment 1 is 20 m, the height difference c between the water surface and the revetment top at low tide is 5 m, and the thickness of the presser material 3 is 5m. FIG. 1B shows a plan view thereof.
FIG. 2A shows a method of forming a revetment using the steel pipe sheet pile 6, and the steel pipe sheet pile 6 is driven by engaging with the joint portion 8 as shown in the enlarged view of FIG. 2B. To form a revetment 7 to be a disposal site 5 having a flat form similar to FIG. 1B. In the figure, 10 is a filling material, and 11 is an impermeable ground.
In the method using the above-described water-impervious sheet, it is difficult to work on site, there is a risk of damage to the sheet, and it is difficult to ensure high water-imperviousness because it involves heat welding and wrapping of the sheets. .
Further, the method using the steel pipe sheet pile has a drawback that the water-stopping material is not reliably filled in the joint portion, and the filling material is deteriorated due to deformation of the revetment.
The managed waste final disposal site (hereinafter referred to as the waste disposal site) refers to the waste final disposal site indicated in Article 7, Item 14 of the Waste Management Law Enforcement Ordinance.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention uses marine clay as the main material of the water shielding material, improves its water permeability, water separation resistance and deformation followability, and seeks to provide a water shielding material suitable for a water shielding work in a waste disposal site. To do.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The following three characteristics are required for a water shielding material using marine clay.
1) Low water permeability:
In order to prevent harmful substances in the waste housed in the waste disposal site from passing through the water-insulating material, the water-impervious material has a standard value for the water permeability coefficient and construction thickness. In general, the required hydraulic conductivity is 10 ⁻⁵ (cm / sec) or less, and the construction thickness is 5.0 m or more when the hydraulic conductivity is 10 ⁻⁵ cm / sec.
2) Water separation resistance:
For the impervious construction of the waste disposal site on the sea surface, underwater placing work using a traymy pipe is considered. In this case, if the water shielding material to be placed does not have appropriate adhesiveness, it is mixed with seawater during the placement, the water shielding material is dispersed in the seawater, and the construction cannot be performed efficiently. The surrounding sea area will be polluted.
3) Deformability following:
The constructed water shielding material is required to have a characteristic that does not cause cracks and breakage over a long period of time (several decades) depending on the magnitude of the applied external force.
Without this characteristic, even if the above-mentioned characteristics 1) and 2) are satisfied, the function as a water shielding material used for the water shielding work at the waste disposal site is not exhibited.
For example, it is considered to use a solidified soil with a solidifying agent such as cement added to marine clay as a water shielding material for a waste disposal site, but there is a problem in deformation following properties, and cracks occur after construction. There are disadvantages.
[0005]
In order to improve the water permeability, water separation resistance, and deformation followability of marine clays, the present inventors have earnestly and repeatedly studied the blending composition of additives and additives. additives for improving the water permeability of clay (hereinafter, referred to as water permeability reducing agent) using a clay mineral as a, as a gelling agent or water separation resistance agent for improving the water separation resistance and deformation followability It has been found that it is extremely effective to use a water-soluble inorganic salt containing a metal . Secondly, it has been found that deformation followability can be further improved by using a small amount of a fibrous substance and / or a solidifying agent as a gel reinforcing agent in addition to the aforementioned additives.
[0006]
That is, the present invention uses a clay mineral as a water permeability reducing agent and a water-soluble inorganic salt containing a gelling agent or a metal in order to improve water separation resistance and deformation followability . Furthermore, a small amount of a fibrous substance and / or a solidifying agent is used in combination as a gel reinforcing agent.
[0007]
The clay mineral used as the water permeability reducing agent is the same as the clay mineral described in the clay handbook (edited by the Japan Clay Society: published on October 30, 1994). Specific examples thereof include smectite, kaolin mineral, sepiolite, mica clay mineral, and mixed layer mineral, and any of these may be used. Among these, it is preferable to use one or more selected from smectite, kaolin mineral, and mica clay mineral.
The family of clay minerals classified as the smectite group includes montmorillonite, saponite, hectorite and the like, and clays mainly composed of montmorillonite are collectively called bentonite. Since this bentonite is widely used in the civil engineering / construction and oil / small-diameter boring fields and is on the market, it is economically preferable to use it. In particular, it is most preferable to use highly swellable sodium bentonite from Gunma, Yamagata and Wyoming.
[0008]
As the gelling agent and the water separation resistance agent, at least one of water-soluble alkali metal salts, alkaline earth metal salts, and silicates (hereinafter also referred to as water-soluble inorganic salts) is used. The water-soluble alkali metal salt and alkaline earth metal salt here are the same as the water-soluble inorganic salt described in 13398 chemical products (Chemical Industry Daily, published on January 28, 1998). Examples include sodium chloride, potassium chloride, calcium chloride, calcium nitrite, calcium nitrate, aluminum sulfate, polyaluminum chloride, and aluminum ammonium sulfate.
Silicates are the same as silicates described in the Chemical Dictionary (Kyoritsu Shuppan Co., Ltd.). For example, there are sodium metasilicate, sodium orthosilicate, sodium disilicate, sodium tetrasilicate, potassium metasilicate, and potassium hydrogen disilicate, and it is most preferable to use sodium metasilicate.
[0009]
Furthermore, for the purpose of improving the gel strength, a fibrous substance and / or a solidifying agent is used in combination with a clay mineral and a water-soluble inorganic salt. Fibrous substances include mineral fibers as natural fibers such as asbestos and sepiolite, inorganic fibers as chemical fibers such as rock wool (Ternite product: TN fiber), glass fibers, metal fibers, carbon fibers, polypropylene, poly Synthetic fibers are used as chemical fibers such as vinylidene chloride, but it is preferable to use rock wool in view of economy, fiber length, and changes with time.
Rock wool is an amorphous artificial inorganic fiber that is made by melting several kinds of minerals with high heat to form thin fibers, and is different from asbestos, which is a natural mineral fiber. The purpose of using rock wool as the water-impervious material is to entangle each substance in the water-impervious material with fibers, thereby maintaining the deformation follow-up property while preventing separation and improving the strength.
As the solidifying agent, slaked lime, quicklime, lime-based solidifying agent, anhydrous gypsum, hemihydrate gypsum, cement-based solidifying agent, ordinary Portland cement, early-strength Portland cement, ultra-early strong Portland cement, moderately hot Portland cement and other Portland cements , Blast furnace cement, fly ash cement and the like, and are not particularly limited.
[0010]
In consideration of workability, a gel retarder is used in combination with clay minerals, silicates, alkali metal salts, and alkaline earth metal salts for the purpose of delaying gelation. Or it is used in combination with one or more kinds of clay minerals, silicates, alkali metal salts, alkaline earth metal salts, fibrous substances, and solidifying agents.
Examples of the gel retarder include alkali metal borates (for example, TR-18: manufactured by Ternite), alkali metals for lignin sulfonate (for example, sodium lignin sulfonate), alkali metal salts for polycarboxylic acid (for example, QF750). : Manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.), water-soluble polymers such as alkali metal polyacrylates (for example, sodium polyacrylate), dextrin, fatty acid, sucrose, maltose, alcohols, but alkali metal borate and poly It is preferable to use alkali metal acrylates.
[0011]
The clay mineral and water-soluble inorganic salt used in the present invention may be added separately as a powder mixture or powder, or suspended or dissolved in seawater used to adjust the water content ratio of marine clay. May be added. A liquid product may be used as the water-soluble inorganic salt.
[0012]
The amount of bentonite (clay mineral) used in the present invention is suitably in the range of 5 to 50 parts by weight per 100 parts by volume of marine clay suspension having a water content of 100 to 300%. When the amount of bentonite added is 5 parts by weight or less, the gel strength due to the reduction of the water permeability coefficient and the addition of the water-soluble inorganic salt is low, which may not be suitable as a water shielding material. In addition, in the range of 50 parts by weight or more, the gel strength due to the addition of the water-soluble inorganic salt is too high, which may cause problems in construction.
[0013]
The amount of silicate added is suitably in the range of 0.05 to 10 parts by weight per 100 parts by volume of the marine clay suspension. May not be suitable as water material. On the other hand, if it is 10 parts by weight or more, the gel strength due to the addition of the water-soluble inorganic salt is too high, which may cause problems in construction.
[0014]
Moreover, the addition amount of the fibrous substance used together is appropriate in the range of 0 to 5 parts by weight per 100 parts by volume of the marine clay suspension. The addition amount of the solidifying agent is appropriately in the range of 0 to less than 5 parts by weight, and in the range beyond this, the gel strength may be too strong or a solidification reaction may occur.
Furthermore, the addition amount of the gel-retarding substance used in combination is appropriately in the range of 0 to 3 parts by weight per 100 parts by volume of the marine clay suspension, but in the range beyond this, gelation is suppressed. As a result, the proper gel strength may not be exhibited.
[0015]
The operation of the present invention will be described.
The water content of marine clay obtained at a general port is 50-150%. In order to mix an additive with marine clay having a low water content ratio of about 50 to 150% and to make it uniform, fluid and easy to separate impurities, sea water or fresh water is added to this in advance. It is necessary to add and increase the water content ratio from 100% to about 300% to form a suspension. At this time, the porosity of marine clay increases. When bentonite is added to this, the bentonite particles fill the gaps between the marine clay particles and at the same time cause gelation.
However, since the marine clay suspension in this state has a low gel strength, there is a possibility that the material separation will be large when placed in water. When water-soluble alkali metal salts, alkaline earth metal salts, and silicates are added to this, metal cations react with the clay content in bentonite and marine clay, and clay particles electrically attract each other to form a lump. Exhibits a gelation phenomenon.
[0016]
The mechanism of gelation has not been fully elucidated, but when sodium metasilicate is added, (1) polymerization and gelation of silicic acid due to pH reduction, and (2) polymerization and gelation by reaction with polyvalent cations Can be considered.
Regarding mechanism (1); sodium metasilicate produces a silica gel (sol or gel-like silicic acid is liberated) at pH 11 or less. When a predetermined amount of sodium metasilicate is added to a solution containing clay or clay mineral around PH9, the sodium metasilicate liberates gel-like silicic acid and produces various forms of silicic acid gel.
About mechanism (2): Multivalent cations (Ca, Mg, Al, etc.) exist in dredged soil, clay minerals and diluents (seawater). This polyvalent cation has long been used as a curing agent for silicic acids. The polyvalent cation reacts with sodium silicate to form precipitates and products of various compositions such as metal silicate and metal hydroxide. Some of these products neutralize the charge of sodium metasilicate, increase intermolecularity and cause condensation.
From the above two mechanisms, it is considered that the suspension containing the clay mineral reacts with the product from the sodium metasilicate, causes the clay mineral to aggregate and consequently forms a gelled product. When an external force is applied to such a water shielding material having a gel structure, the structure is deformed according to the magnitude of the external force, and does not crack and break.
[0017]
Furthermore, when a fibrous substance such as rock wool is used in combination, marine clay and bentonite particles and the fibrous substance are entangled to create a crosslinked state, thereby further increasing the gel strength. When a solidifying agent is used in combination, an increase in strength is achieved by a solidification reaction similar to normal solidification. In the case of the present invention, since the amount of the solidifying agent to be used is very small, the solidified state is not reached, and the deformation followability remains.
Furthermore, when the water permeability reducing agent, the gelling agent, and the fibrous substance are used individually or in combination of two to three substances, the gel strength is increased, which may cause problems in workability. If this happens, when used in combination gel retardation agents, such as boric acid alkali metal salts or polyacrylic acid alkali metal salts, gelling and strength during construction is reduced, after construction, the strength may turn increases with aging, Deformability tracking remains.
[0018]
Further, the deformation follow-up property indicates a liquid or plastic state, which means a state in which the shape can be freely changed with respect to an external force, and the state can be known from a vane shear value or a flow value.
When a clay mineral and a gelling agent are added to marine clay and modified, the vane shear value increases in proportion to the amount of the clay mineral and the gelling agent added. When the vane shear value is high, the water-impervious material passes through the plastic state and cracks similar to the case when the solid state is obtained. When the vane shear value is low, it is liquid.
When a clay mineral and a gelling agent are added to marine clay and modified, the flow value decreases in proportion to the amount of the clay mineral and the gelling agent added. When the flow value is high, the water shielding property is liquid. When the flow value is low, it can be said that the plastic state is exhibited.
Therefore, the magnitude of the deformation followability can be known by measuring the vane shear value and the flow value. The appropriate value of the final vane shear value of the water shielding material of the present invention is 0.3 to 6.0 (kN / m ² ), and the appropriate value of the flow value is 80 to 195 mm.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, although the construction method of the water shielding construction of the management type waste disposal site in the sea surface using the deformation | transformation follow-up water shielding material of this invention is described, it is not necessarily limited to this method.
As shown in FIG. 3, the construction is performed by the following steps.
(1) Thawing Dissolve slurry in water by adding water or seawater to marine clay, which is the raw soil. At this time, the big scraps and dust contained in marine clay are removed.
(2) Mud preparation Add a predetermined amount of water or seawater to slurry-like marine clay to remove impurities and adjust to the desired water content and density.
(3) Kneading The obtained adjusted mud is sent to a mixer in the plant, bentonite, gelling agent, fibrous substance, etc. are added and kneaded to produce a water shielding material.
(4) Pressure feed The water-impervious material is transported to the placement site by a pressure feed pipe using a pressure feed pump.
(5) Placing a water shielding material at a specified position using a tramy tube.
[0020]
The present invention will be described in more detail with reference to the examples described below, but is not limited thereto.
Example 1
The water content of the Nagoya Port (East Route) marine clay was adjusted to 150% using artificial seawater in consideration of drought. For this adjusted soil (hereinafter referred to as base fluid), a water permeability reducing agent (bentonite) as a clay mineral, for example, Tergel (manufactured by Ternite), Kunigel V1 (Kunimine Industry Co., Ltd.) and Asama Bentonite (manufactured by Toyshun Mining Co., Ltd.) ), Sodium silicate was used as a gelling agent, and physical properties of viscosity expression (Flow value) and strength (vane shear) were measured. The test compositions and results are shown in Table 1.
The soil property test results of Nagoya Port Marine Clay are shown in Table 2.
The test method was a flow test (JHS A 313, unit: mm) as fluidity and a vane shear (unit: kN / m ² ) test as deformation follow-up. The measurement interval was 16 hours after the prototype of the water-shielding material and the property value was almost stable, and two weeks (336 hours) after a longer period.
[Table 1]

[Table 2]

From the test results of the deformation follow-up type water shielding material using the same amount of three types of bentonite, the water permeability reducing agent has a low initial viscosity (low flow value) and high gel strength after 16 hours (high vane shear). Terugeru with it was found that has been excellent. Thus, the following examples were tested using tergel.
[0021]
Example 2
For the base fluid prepared by adjusting the water content ratio of Nagoya Port marine clay to 150% with artificial seawater, a deformation-following water-impervious material was produced by changing the amount of tergel added as a water permeability reducing agent, and the physical properties were tested. The test composition and results are shown in Table 3. The test was performed by the method shown in Example 1.
[Table 3]

By adding a water permeability reducing agent (Tergel) to the base fluid, a deformation-following water-impervious material can be obtained, and the physical properties of fluidity (Flow value) and strength (vane shear value) can be changed depending on the amount of addition.
[0022]
Example 3
A prototype of a deformation-following water-insulating material using tergel as a water permeability reducing agent and sodium silicate as a gelling agent for a base fluid adjusted to 150% moisture content with artificial seawater from Nagoya Port marine clay. And water separation resistance test, pH measurement test, and permeability coefficient measurement test were carried out. Underwater separation resistance test is a test in which the created water-impervious material is discharged into seawater. The amount of suspended solids generated from the water-impervious material is measured, and from the value expressed as the amount of suspended solids per liter of seawater, Determine the superiority or inferiority of separability. Test compositions and results are shown in Tables 4, 5, 6 and FIGS. The test was performed by the method shown in Example 1.
[Table 4]

[Table 5]

[Table 6]

[0023]
A deformation-following water-impervious material was obtained by adding a water permeability reducing agent and a gelling agent to the base fluid. The flowability (Flow value) and strength (vane shear value) can be changed by changing the addition amount of the water permeability reducing agent / gelling agent.
In addition, the amount of suspended solids is lower than the water separation resistance test of the water shielding material, and the water shielding material is less separable and less alkaline due to the lower pH value than the pH measurement test. I understand that. In the water permeability test, the water permeability coefficient of any blending composition shows a water permeability coefficient of 10 ⁻⁶ (cm / sec) or less, and it can be seen that the low water permeability of the water shielding material is secured.
[0024]
Example 4
TELGEL as a thickener, sodium silicate as a gelling agent, and TN fiber as a fibrous material for the purpose of improving gel strength against a base fluid adjusted to 150% moisture content with artificial seawater from Nagoya Port marine clay Further, a deformation follow-up type water shielding material was produced using a small amount of solidifying agent (blast furnace cement B type: manufactured by Tokuyama Corporation), and the physical property values were tested. The test composition and results are shown in Table 7. The test was performed by the method shown in Example 1.
[Table 7]

The physical properties of a water shielding material made by adding a water permeability reducing agent and a gelling agent to the base fluid and using TN fiber or cement together can be higher than those of water shielding materials not used in combination. It was.
In addition, fluidity (FLOW value) and strength (vane shear value) can be changed by changing the amount of added water impermeability reducing agent / gelling agent / fibrous substance, water permeability reducing agent / gelling agent / solidifying agent. it can.
A physical property value higher than the physical property value obtained in Example 3 by adding a small amount of cement to the base fluid in the low addition amount range of the thickener and gelling agent (sodium silicate) shown in Example 3. Thus, a deformation following type water shielding material was obtained. By changing the addition amount of the water permeability reducing agent / gelling agent / solidifying agent, the flowability (Flow value) and the strength (vane shear value) can be changed.
[0025]
Example 5
A deformation follow-up type water-insulating material was prototyped using tergel as the water permeability reducing agent and sodium silicate as the gelling agent for the base fluid prepared by adjusting the water content ratio to 150% with artificial seawater. The gelled deformation following type water shielding material was tested for physical properties using QF750 and TR-18 as gel retarders.
The test compositions and results are shown in Table 8. The test was performed by the method shown in Example 1.
The results of the quality test of Nagoya Port Marine Clay are shown in Table 2 above.
[Table 8]

The gel retarder was superior in fluidity immediately after trial production (increase the Flow value) and low in strength (lower the vane shear value) compared to the composition- 16, and a gel retardation effect was obtained. Furthermore, the strength tended to increase with time. The gel retarder QF750 showed a higher gel retarding effect than TR-18.
[0026]
Example 6
In the examples so far, marine clay from Nagoya Port (East Route) was prepared by using tergel as a water permeability reducing agent, sodium silicate as a gelling agent, and TN as a gel reinforcing agent. The deformation following type water shielding material is adjusted by using a fiber.
However, marine clay has different physical characteristics depending on the region. Therefore, the deformation follow-up type water-impervious material was confirmed using marine clay at Tokyo Port (new sea surface).
The soil property test results of Tokyo Port Marine Clay are shown in Table 9.
[Table 9]

Hit the adjustment of the sample, for silt content is high 50.3% 32.9% and clay content in the W ₀ = 132.6% Tokyo Ocean formed clay, 200% water content using an artificial seawater The adjusted fluid was used as the base fluid.
A sodium silicate was added to the base fluid as a gelling agent to produce a deformation-following water-proof material, and physical properties were tested. The test compositions and results are shown in Table 10. The test was performed by the method shown in Example 1.
[Table 10]

The deformation follow-up type water shielding material using marine clay from Tokyo Port was tested by adding only sodium silicate. As a result, as in the case of using Nagoya Bay marine clay, improvement in physical properties was observed with the addition of sodium silicate while maintaining the deformation following ability. In addition, silt and clay content in Tokyo Bay Marine Clay was high, and it was not necessary to add a water permeability reducing agent.
[0027]
【The invention's effect】
As above mentioned, according to the present invention, regardless of the region, the marine clay and dredged soil, the base fluid was adjusted its water content by using a fresh water or sea water, clay minerals as additives, gelling agent was added, further added to the gel strengthening agent (wear can be used gelling retarder, if necessary), it is possible to provide a deformation-following water-impervious material. In the deformation follow-up type water shielding material of the present invention, the physical property values required for the construction conditions (bottom surface, slope) can be achieved by adjusting the addition amount of the water permeability reducing agent, gelling agent and gel reinforcing agent. .
[Brief description of the drawings]
[1] FIG. 1 (A), the cross-sectional views according to line X-X of (B) shows a waste treatment plant of the cross section and the plane of the past, Fig. 1 (A) 1 (B).
2A is a cross-sectional view of another conventional waste disposal site, and FIG. 2B is an enlarged cross-sectional view taken along line YY of FIG . 2A.
FIG. 3 is a diagram showing a process of placing marine clay on the bottom surface of the treatment plant.
FIG. 4 is a chart showing the relationship between the test composition, the amount of suspended solids, and pH in an underwater separation resistance test.
FIG. 5 is a chart showing the relationship (1) between the test composition and the hydraulic conductivity.
FIG. 6 is a chart showing the relationship (2) between the test composition and the hydraulic conductivity.

Claims

A clay mineral is added to a marine clay suspension having a water content of 100 to 300%, and at least one selected from silicates, alkali metal salts, and alkaline earth metal salts is added to the suspension to change to a gel-like substance. Deformation follow-up type water shielding material.

In the deformation-following water-impervious material, deformation-following seepage control material according to claim 1 ing added fibrous substance.

The deformation follow-up type water shielding material according to claim 1, wherein a solidifying agent is added to the deformation follow-up type water shielding material.

The deformation follow-up type water shielding material according to claim 1, wherein a gelation retarder is added to the deformation follow-up type water shielding material.

The deformation follow-up type water shielding material according to claim 1, wherein two or more of a fibrous substance, a solidifying agent, and a gelation retarder are added to the deformation follow-up type water shielding material.

The deformation follow-up type water shielding material according to any one of claims 1 to 5 , wherein the clay mineral is at least one selected from smectite, kaolin mineral, mica clay mineral, sepiolite, and mixed layer mineral.

The silicate is at least one selected from sodium metasilicate, sodium orthosilicate, sodium disilicate, sodium tetrasilicate, potassium metasilicate, and potassium hydrogen disilicate. The deformation follow-up type water shielding material as described.

The fibrous material is at least one selected from mineral fibers such as asbestos and sepiolite, inorganic fibers such as rock wool, glass fibers, metal fibers and carbon fibers, and synthetic fibers such as polypropylene and polyvinylidene chloride. The deformation follow-up type water shielding material according to claim 2 or 5 .

6. The deformation-following water-impervious structure according to claim 3 or 5, wherein the solidifying agent is at least one selected from slaked lime, quicklime, lime-based solidifying agent, anhydrous gypsum, hemihydrate gypsum, cement, and cement-based solidifying agent. Wood.

Examples of the gel retarder include alkali metal borates such as sodium and potassium, alkali metal lignin sulfonates such as sodium and potassium, alkali metal polycarboxylates such as sodium and potassium, sodium and potassium, etc. 6. The deformation follow-up according to any one of claims 4 and 5, which is at least one selected from water-soluble polymers such as alkali metal polyacrylates, dextrin, fatty acid, sucrose, maltose and alcohols. Mold impermeable material.

100 parts by volume of marine clay suspension with a water content of 150-300%, 5-50 parts by weight of clay mineral, 0.05-10 parts by weight of silicates, 0-5 parts by weight of fibrous material, solidifying agent 0-5 parts by weight, 0-3 parts by weight of a gel-retarding substance, and a deformation follow-up type water shielding material obtained by mixing.