JP4012674B2

JP4012674B2 - Process for producing bentonite slurry

Info

Publication number: JP4012674B2
Application number: JP2000259899A
Authority: JP
Inventors: 素之浅田; 卓郎小田原; 澄夫堀内; 啓三鈴木
Original assignee: Kunimine Industries Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Kunimine Industries Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2000-08-29
Filing date: 2000-08-29
Publication date: 2007-11-21
Anticipated expiration: 2020-08-29
Also published as: JP2002069445A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工事中における止水を目的とした止水体や、有害物の遮蔽等を目的とした遮蔽体の作製、また、空隙部の止水充填や、トンネル、シールド等の裏込め充填、地盤や岩盤中の亀裂、空隙の充填等の材料として好適に用いられる、ベントナイトスラリーの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の止水体や遮蔽体の作製、また、各種の充填等の材料として、セメント、ベントナイト、薬液、アスファルトグラウト等の注入材が一般に用いられている。
近年、このような用途において、セメント系材料を用いることなく、土とベントナイト粉体とを混合し、あるいは土とベントナイト泥水とを混合して、得られた混合物で例えば止水壁を作る工法が一部に実用化されている。
【０００３】
ところで、セメントや水ガラス系薬液以外の材料を用いる場合（例えばベントナイト泥水を使用してこれを原地盤に混合し、施工して止水壁を構築する場合）では、土への材料混合比率を高めるに従って、形成される混合土の強度が低下してしまう。ベントナイトは、その電気化学的な力によって混合土の強度低下が低く抑えられる材料であるものの、自立強度を確保するためには注入率（原地盤への材料添加率）を２０〜３０容量％程度に抑える必要がある。
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は３種の土に対する注入率の増加に伴う強度低下を示している。土の自立強度は約２．５ｋＰａ以上であるので、注入率は２０〜３０容量％に抑える必要が確認できる。
また、止水壁としての利用を考えれば透水係数は１×１０^-6ｃｍ／ｓ以下とせねばならず、そのためには一般的には７５ｋｇ／ｍ³以上のベントナイト添加量が必要とされる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、泥水掘削等に利用されるベントナイト／水スラリー（ベントナイト泥水）中のベントナイト量は、通常６質量％程度であり、最大でも１３質量％程度である。この泥水を用いて原地盤に７５ｋｇ／ｍ³のベントナイトを混合するためには、土１ｍ³に対して３ｍ³の泥水を添加する必要があるが、この条件では改良土は液状で強度を期待できる状態ではない。一方、止水壁としての強度を確保する目的で前述した２０〜３０容量％という低い注入率で施工する場合には、ベントナイトはせいぜい１５〜２５ｋｇ／ｍ³しか添加できず、したがって十分な止水性能を確保するのが困難であった。
【０００５】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、原地盤等に混合するベントナイト量を増大させることができ、これにより混合土の自立強度を確保しながら止水性などの要求される性能を高めることのできる、低粘度で高密度のベントナイトスラリーの製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のベントナイトスラリーの製造方法では、エタノール濃度が４０〜６０質量％のエタノール水溶液とベントナイトとを混合して低粘度／高密度のベントナイトスラリーを得ることを前記課題の解決手段とした。
【０００７】
このベントナイトスラリーの製造方法によれば、媒質となるエタノール水溶液にベントナイトを混合することにより、得られるベントナイトスラリー中のベントナイト量を３０〜１２０質量％程度（媒質となるエタノール水溶液１００質量部に対して３０〜１２０質量部程度）とすることが可能になり、従来のベントナイト泥水では６〜１０質量％程度であったのに比べ大幅にその濃度（密度）を高めることが可能になる。
【０００８】
エタノール水溶液は無害であり、生物分解性が高いため、他の有機溶媒に比べて環境に与える影響が小さく、したがって前述したように原地盤に混合して用いるベントナイトスラリーの媒質として好適なものである。
【０００９】
ここで、得られるベントナイトスラリーの粘度に及ぼす、エタノール（媒質）／ベントナイト比（液固比）、およびエタノール濃度の影響について、図１に示す。
図１より、エタノールを使用してベントナイトスラリーを製造すると、水を使用した場合に比べて小さな液固比でファンネル粘度を下げることができ、スラリー化できることが分かった。
【００１０】
すなわち、ファンネル粘度が６０秒となる場合について比較すると、水−ベントナイト・スラリーでは液固比（媒質／ベントナイト）が約８、５０質量％エタノール水溶液−ベントナイト・スラリーでは液固比が約２、１００％エタノール−ベントナイト・スラリーでは液固比が１以下でそれぞれスラリー化することが分かった。したがって、エタノール水溶液−ベントナイト・スラリーでは、液固比が低い（小さい）にもかかわらず、打設時、ポンプ圧送に必要な高い流動性を有していることが分かった。
【００１１】
また、図１より、同じ液固比（溶媒／ベントナイト）の場合には、エタノール濃度が高いほどファンネル粘度が小さく、これから、エタノール濃度が高いほどベントナイトの膨潤が抑えられていることが分かった。したがって、エタノールにベントナイトを加えると、ベントナイトが膨潤しないことから材料分離が起こると考えられる。
【００１２】
図２は、エタノール濃度と、ベントナイトを混合して得られたベントナイトスラリーの１日後のブリージング率との関係を示すグラフである。ここで、ベントナイトスラリーについては、ベントナイト１００質量部に対して８０質量部のエタノール原液が混合するように、その液固比（溶媒／ベントナイト）を調整した。したがって、液固比は１００質量％エタノールで０．８、８０質量％エタノール水溶液で１．０、６０質量％エタノール水溶液で１．３３となる。
【００１３】
図２より、１００質量％エタノールを用いた場合にはブリージング率が５％となるが、６０質量％エタノール水溶液を用いた場合にはブリージング率が０％となる。したがって、本発明においては、エタノール水溶液として、特に６０質量％以下のものを用いてベントナイトスラリーを製造すれば、材料分離を起こさずに施工をすることができ、好ましい。
また、このエタノール水溶液としては、得られるベントナイトスラリーの液固比を十分に小さくして原地盤等に混合し得るベントナイト量を十分に確保するため、４０質量％以上のものを用いるのが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明のベントナイトスラリーの製造方法では、エタノールと水とベントナイトとを混合することにより、ベントナイト量が３０〜１２０質量％程度（媒質となるエタノール水溶液１００質量部に対して３０〜１２０質量部程度）と、高密度でしかも低粘性のベントナイトスラリーを得る。エタノール水溶液としては、濃度が６０質量％以下のエタノール水溶液を用いるのが、材料分離を抑えるうえで好ましく、また、４０質量％以上のものを用いるのが、得られるベントナイトスラリーの液固比を十分に小さくして原地盤等に混合し得るベントナイト量を十分に確保するうえで好ましい。
【００１５】
このようにして得られたベントナイトスラリーは、例えば、原地盤に打設混合されて止水壁の構築に供される。
このとき、打設混合されるベントナイトスラリーではこれに含有されるベントナイト量が３０〜１２０質量％程度に増大させられていることから、このベントナイトスラリーの原地盤への注入率を前述したように２０〜３０容量％と低く抑えても、原地盤に混合可能なベントナイト量を４０〜１２５ｋｇ／ｍ³とすることができ、従来に比べ大幅に増やすことができる。
【００１６】
したがって、ベントナイトスラリーが混合されて得られた原地盤は、ベントナイトの膨潤によって高い強度と止水性が確保される。また、打設されたベントナイトスラリーのエタノール分が地下水等の水と置き換わることにより、構築された止水壁の強度はせん断強度で３〜１０ｋＰａと、原地盤とほぼ同等となり、高い強度と止水性を有するものとなる。
【００１７】
このように本発明のベントナイトスラリーの製造方法にあっては、ベントナイト量が３０〜１２０質量％程度と、スラリー中のベントナイト量を大幅に増大させて高密度でしかも低粘性のベントナイトスラリーを得ることができることから、これを例えば原地盤に打設混合することにより、せん断強度で３〜１０ｋＰａ程度の強度と充分な止水性を確保することができる。
【００１８】
また、このようにスラリー中のベントナイト量を大幅に増大させることができるので、要求された強度を満足する止水壁の構築を、ベントナイトスラリーの注入量を従来に比べ大幅に減らして行うことができる。
また、このようにベントナイトスラリーの注入量を少なく抑えることができるので、排土量を少なくして輸送等のコストを低減することができる。
【００１９】
なお、本発明によって得られるベントナイトスラリーは、原地盤に打設混合されることによる止水壁の構築だけでなく、工事中における止水を目的とした止水体や、有害物の遮蔽等を目的とした遮蔽体の作製、また、空隙部の止水充填や、トンネル、シールド等の裏込め充填、地盤や岩盤中の亀裂、空隙の充填等の材料としても使用可能である。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のベントナイトスラリーの製造方法は、エタノールと水とベントナイトとを混合することにより、スラリー中のベントナイト量を３０〜１２０質量％程度と従来に比べ大幅に増大して高密度でしかも低粘性のベントナイトスラリーを得るようにした方法であるから、例えばこれを原地盤に打設混合することにより、高い強度と止水性を確保した止水壁を構築することができる。
【００２１】
また、このようにスラリー中のベントナイト量を大幅に増大させることができるので、止水壁等の各種構築物や各種充填材として要求される強度を満足するのに、ベントナイトスラリーの注入量を従来に比べ大幅に減らすことができ、これにより施工を容易にして工期短縮等を可能にすることができる。
また、このようにベントナイトスラリーの注入量を少なく抑えることができるので、例えば排土量を少なくして輸送等のコストを低減することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】エタノール（媒質）／ベントナイト比（液固比）、およびエタノール濃度と、ファンネル粘度との関係を示すグラフである。
【図２】エタノール濃度と、ベントナイトを混合して得られたベントナイトスラリーの１日後のブリージング率との関係を示すグラフである。
【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は土に対する注入率の増加に伴う強度低下を示すグラフである。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is a waterproof body for the purpose of waterproofing during construction, production of a shield for the purpose of shielding harmful substances, etc., filling water in voids and backfilling tunnels, shields, etc. The present invention relates to a method for producing bentonite slurry, which is preferably used as a material for cracks in the ground or rock, filling a void, and the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, injection materials such as cement, bentonite, chemicals, and asphalt grout are generally used as a material for the production of this type of waterstop and shield, and for various fillings.
In recent years, in such applications, without using cementitious materials, soil and bentonite powder are mixed, or soil and bentonite mud are mixed. Some have been put to practical use.
[0003]
By the way, when materials other than cement and water glass chemicals are used (for example, when bentonite mud is used to mix this with the ground and then constructed to construct a water barrier), the material mixing ratio to the soil is set to As it increases, the strength of the mixed soil formed decreases. Bentonite is a material whose strength of mixed soil can be kept low by its electrochemical force, but in order to ensure self-supporting strength, the injection rate (material addition rate to the ground) is about 20-30% by volume. It is necessary to keep it down.
3 (a), 3 (b), and 3 (c) show a decrease in strength as the injection rate increases for the three types of soil. Since the self-supporting strength of the soil is about 2.5 kPa or more, it can be confirmed that the injection rate needs to be suppressed to 20 to 30% by volume.
In consideration of the use as a water blocking wall, the water permeability must be 1 × 10 ⁻⁶ cm / s or less, and generally, an addition amount of bentonite of 75 kg / m ³ or more is required.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the amount of bentonite in the bentonite / water slurry (bentonite mud water) used for mud drilling or the like is usually about 6% by mass, and about 13% by mass at the maximum. In order to mix 75kg / m ³ bentonite into the ground using this muddy water, it is necessary to add 3m ³ muddy water to 1m ³ soil. Under these conditions, the improved soil is liquid and expects strength. It's not possible. On the other hand, in the case of construction with a low injection rate of 20 to 30% by volume for the purpose of ensuring the strength as a water blocking wall, bentonite can only be added at most 15 to 25 kg / m ³ , and therefore sufficient water stopping It was difficult to ensure performance.
[0005]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and its object is to increase the amount of bentonite to be mixed with the raw ground and the like. It is an object of the present invention to provide a method for producing a low-viscosity and high-density bentonite slurry capable of enhancing required performance.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In the bentonite slurry production method of the present invention, the solution of the above-mentioned problem is to obtain a low-viscosity / high-density bentonite slurry by mixing an ethanol aqueous solution having an ethanol concentration of 40 to 60% by mass with bentonite .
[0007]
According to this method for producing a bentonite slurry, by mixing bentonite with an ethanol aqueous solution as a medium, the bentonite amount in the obtained bentonite slurry is about 30 to 120% by mass (based on 100 parts by mass of the ethanol aqueous solution as a medium). 30-120 parts by mass), and the concentration (density) of the conventional bentonite mud can be greatly increased as compared with about 6-10% by mass.
[0008]
The ethanol aqueous solution is harmless and has high biodegradability, so it has less impact on the environment than other organic solvents, and is therefore suitable as a medium for bentonite slurry to be mixed with the ground as described above. .
[0009]
Here, the influence of the ethanol (medium) / bentonite ratio (liquid-solid ratio) and the ethanol concentration on the viscosity of the resulting bentonite slurry is shown in FIG.
From FIG. 1, it was found that when bentonite slurry is produced using ethanol, the funnel viscosity can be lowered with a smaller liquid-solid ratio than when water is used, and slurry can be formed.
[0010]
That is, when the funnel viscosity is 60 seconds, the liquid-solid ratio (medium / bentonite) is about 8 for the water-bentonite slurry, and the liquid-solid ratio is about 2,100 for the 50 mass% ethanol aqueous solution-bentonite slurry. It was found that the% ethanol-bentonite slurry was slurried at a liquid-solid ratio of 1 or less. Therefore, it was found that the ethanol aqueous solution-bentonite slurry has high fluidity necessary for pumping at the time of casting, although the liquid-solid ratio is low (small).
[0011]
Further, FIG. 1 shows that in the case of the same liquid-solid ratio (solvent / bentonite), the higher the ethanol concentration, the smaller the funnel viscosity. From this, it can be seen that the higher the ethanol concentration, the lower the swelling of bentonite. Therefore, it is considered that when bentonite is added to ethanol, material separation occurs because bentonite does not swell.
[0012]
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the ethanol concentration and the breathing rate after one day of the bentonite slurry obtained by mixing bentonite. Here, about the bentonite slurry, the liquid-solid ratio (solvent / bentonite) was adjusted so that 80 mass parts ethanol stock solution might be mixed with respect to 100 mass parts bentonite. Accordingly, the liquid / solid ratio is 0.8 for 100% by mass ethanol, 1.0 for 80% by mass ethanol aqueous solution, and 1.33 for 60% by mass ethanol aqueous solution.
[0013]
From FIG. 2, when 100% by mass ethanol is used, the breathing rate becomes 5%, but when 60% by mass ethanol aqueous solution is used, the breathing rate becomes 0%. Therefore, in the present invention, it is preferable that the bentonite slurry is produced using an ethanol aqueous solution having a mass of 60% by mass or less, because it can be applied without causing material separation.
Moreover, as this ethanol aqueous solution, it is preferable to use 40 mass% or more of aqueous solution in order to sufficiently ensure the amount of bentonite which can be mixed with the raw ground etc. by sufficiently reducing the liquid-solid ratio of the obtained bentonite slurry.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the method for producing a bentonite slurry of the present invention, the amount of bentonite is about 30 to 120% by mass by mixing ethanol, water and bentonite (about 30 to 120 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the ethanol aqueous solution as a medium). A bentonite slurry with high density and low viscosity is obtained. As the ethanol aqueous solution, it is preferable to use an ethanol aqueous solution having a concentration of 60% by mass or less from the viewpoint of suppressing material separation, and using 40% by mass or more has a sufficient liquid-solid ratio of the resulting bentonite slurry. It is preferable to ensure a sufficient amount of bentonite that can be mixed to the raw ground.
[0015]
The bentonite slurry obtained in this manner is, for example, cast and mixed on the raw ground and used for the construction of a water blocking wall.
At this time, in the bentonite slurry to be mixed, the amount of bentonite contained in the bentonite slurry is increased to about 30 to 120% by mass, so that the injection rate of the bentonite slurry into the raw ground is 20 as described above. Even if it is suppressed to as low as ˜30% by volume, the amount of bentonite that can be mixed in the raw ground can be set to 40 to 125 kg / m ³ , which can be greatly increased compared to the conventional case.
[0016]
Therefore, the raw ground obtained by mixing the bentonite slurry is ensured to have high strength and water stoppage due to the swelling of bentonite. In addition, by replacing the ethanol content of the bentonite slurry with water such as groundwater, the constructed water stop wall has a shear strength of 3 to 10 kPa, which is almost equivalent to the original ground, and has high strength and water stoppage. It will have.
[0017]
Thus, in the bentonite slurry production method of the present invention, the bentonite amount is about 30 to 120% by mass, and the bentonite slurry in the slurry is greatly increased to obtain a high-density and low-viscosity bentonite slurry. Therefore, when this is cast and mixed, for example, in the ground, a shear strength of about 3 to 10 kPa and a sufficient water-stopping property can be ensured.
[0018]
In addition, since the amount of bentonite in the slurry can be greatly increased in this way, it is possible to construct a water blocking wall that satisfies the required strength by greatly reducing the amount of bentonite slurry injected compared to the conventional method. it can.
In addition, since the amount of bentonite slurry injected can be reduced in this way, the amount of soil discharged can be reduced and the cost of transportation and the like can be reduced.
[0019]
The bentonite slurry obtained by the present invention is not only for the construction of a water stop wall by being cast and mixed in the raw ground, but also for the purpose of water blocking bodies for the purpose of water stop during construction, shielding harmful substances, etc. It can also be used as a material for the production of shields, filling water in the gaps, backfilling tunnels, shields, etc., cracks in the ground and rocks, filling gaps, and the like.
[0020]
【The invention's effect】
As described above, the bentonite slurry manufacturing method of the present invention is a high density by mixing ethanol, water and bentonite, and the amount of bentonite in the slurry is greatly increased to about 30 to 120% by mass compared to the conventional one. Moreover, since the low-viscosity bentonite slurry is obtained, a water-stopping wall with high strength and water-stopping properties can be constructed, for example, by placing and mixing the slurry on the ground.
[0021]
In addition, since the amount of bentonite in the slurry can be greatly increased in this way, in order to satisfy the strength required for various constructions such as water blocking walls and various fillers, the amount of bentonite slurry injected has been conventionally increased. Compared with this, it is possible to greatly reduce the construction, thereby making the construction easy and shortening the construction period.
In addition, since the amount of bentonite slurry injected can be reduced in this way, for example, the amount of soil discharged can be reduced to reduce the cost of transportation and the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing the relationship between ethanol (medium) / bentonite ratio (liquid-solid ratio), ethanol concentration, and funnel viscosity.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the ethanol concentration and the breathing rate after one day of a bentonite slurry obtained by mixing bentonite.
FIGS. 3A, 3B and 3C are graphs showing a decrease in strength accompanying an increase in the injection rate with respect to the soil.

Claims

A method for producing a bentonite slurry, comprising mixing an aqueous ethanol solution having an ethanol concentration of 40 to 60% by mass with bentonite to obtain a low-viscosity / high-density bentonite slurry.