JP4632730B2 - ベントナイトスラリーからなる継ぎ目止水材および遮水層形成用材料 - Google Patents

Description

本発明は，ベントナイトスラリーを用いた継ぎ目止水材および遮水層形成用材料に関する。

ベントナイトスラリーは，ボーリング孔壁の安定液やグラウト材として汎用されてきたが，例えば特許文献１に記載されているように，その膨潤性を利用して，廃棄物処分場などの止水層を形成する材料に用いることが提案されている。この場合，合成樹脂またはゴム製の二枚のシートの間にベントナイトスラリーを充填することによって遮水層を形成する。

放射性廃棄物地層処分場事業においても人工バリア材料としてベントナイトの使用が提案されている。そのさい，ベントナイトスラリーを用いてコンクリートの継ぎ目止水を行ったり遮水層を構築する場合に，ベントナイトに蒸留水を添加してベントナイトスラリーを作成しても，ベントナイトの著しい膨潤性能から，液／固比の低い（ベントナイト濃度の高い）スラリー（流動性を有するスラリー）を作成することは困難である。また，流動性を付与するために流動化剤などを添加したベントナイトスラリーは，有機物を含むので放射性廃棄物地層処分場事業の分野では適用が難しい。
特開平１０−１２８２６８号公報

前記のような事情から，本発明は蒸留水によるベントナイトの膨潤性能を抑制することを課題としたものであり，ひいては，ベントナイトの膨潤性能の抑制によって，コンクリートの継ぎ目止水および遮水層の施工性および高耐久性の向上を図ることを課題としたものである。

前記の課題を解決した継ぎ目止水材として，本発明によれば，ベントナイトを重炭酸ソーダの水溶液でスラリー化したベントナイトスラリーからなるプレキャストコンクリートの継ぎ目止水材を提供する。そのさい，プレキャストコンクリートが，γビーライトを含有したものである場合には，そのγビーライトが重炭酸ソーダの水溶液でスラリー化したベントナイトスラリーによって炭酸化して緻密化するので，止水性をさらに向上させることができる。また本発明によれば，ベントナイトを重炭酸ソーダの水溶液でスラリー化したベントナイトスラリーからなる遮水層形成用材料を提供する。本発明に従うベントナイトスラリーは，好ましくは液固比（液／固の比）が６以下であり，シリンダーフロー値が１５０〜３００ｍｍである。

プレキャストコンクリートを敷き並べたり積み上げたりしてコンクリート構造物を築造する場合に，その継ぎ目にベントナイトスラリーを止水材として充填する工法において，本発明ではベントナイトに重炭酸ソーダの水溶液を添加してスラリー化したベントナイトスラリーを用いる点に一つの特徴がある。この止水材は，一般のコンクリート構造物の場合にも適用可能であるが，特に放射性廃棄物地層処分場事業におけるプレキャストコンクリートを用いた地中構造物の構築に有利に適用できる。

ベントナイトに炭酸水素ナトリウム水溶液（重曹水）を添加してスラリー化すると，蒸留水を添加してスラリー化する場合に比べて，小さな液／固比で高いフロー値を得ることができることがわかった。この関係を図１に示した。

図１は，液／固比（実際には水／ベントナイトの重量比）を変えてベントナイトをスラリー化するさいに，液成分として，蒸留水，２wt％ＮａＨＣＯ₃ ，５wt％ＮａＨＣＯ₃ または飽和ＮａＨＣＯ₃ を用いた場合に，シリンダーフロー値がどのように変化するかを調べた結果を示したものである。一般に，ベントナイトスラリーのシリンダーフロー値が１５０未満ではスラリーの流動性が悪くて充填には不向きであり，３００ｍｍを超えると材料分離を生ずるので，シリンダーフロー値が１５０〜３００ｍｍの範囲にあるのが最適である。

図１の結果から明らかなように，シリンダーフロー値１５０〜３００ｍｍのスラリーを得るには，蒸留水を用いたスラリーでは液／固比を約６.５〜８.０にする必要があるのに対し，飽和ＮａＨＣＯ₃ を用いたスラリーでは液／固比を約１.４〜２.０とすれば達成できる。２％ＮａＨＣＯ₃ を用いたスラリーでも液／固比３.５〜４.３程度で達成できる。すなわち，重炭酸ソーダの水溶液を用いてベントナイトをスラリー化すると，ベントナイト濃度を高めても良好な流動性を示すようになる。そして，重炭酸ソーダの水溶液中の濃度が高いほどベントナイト濃度を高めることができる。

この現象は次のように説明できる。蒸留水を添加したスラリーはベントナイトが膨潤して流動性が悪くなる。したがって，シリンダーフロー値１５０〜３００ｍｍを得るには蒸留水をベントナイトの６.５〜８.０倍添加することが必要となるのに対し，炭酸水素ナトリウムを添加した水（重曹水）では，ベントナイトの膨潤が抑制されるので少量の水の添加でも良好な流動性を維持できる。このような傾向は，重炭酸ソーダに変えて炭酸ソーダでも同様の作用を示す。

したがって，例えば放射性廃棄物地層処分場事業においてプレキャストコンクリートを敷き並べたり積み上げたりして地下構造物を構築するさいの目地材料として本発明に従うベントナイトスラリーを適用すると，施工時には，高いベントナイト濃度を有しながらその目地に（塗布）充填できるような良好な流動性を維持するので，目地部全体にベントナイト濃度の高いベントナイト充填層が形成される。そして，やがて重曹水が地下水に希釈されるにつれてベントナイト本来の膨潤・止水機能を回復して，高い止水能力を発揮することができる。

とくに，プレキャストコンクリートの継ぎ目に塗布（充填）された「重炭酸ソーダの水溶液でスラリー化したベントナイトスラリー」によって目地部近傍のコンクリートが緻密化し，良好な止水性を示すようになる。そのさい，目地部に高荷重が加わる場合には，該スラリー中にケイ砂を１０〜３５wt％程度混合させてもよい。また，目地部の「重炭酸ソーダの水溶液でスラリー化したベントナイトスラリー」がコンクリートの炭酸化を起こすためのＣＯ₂源として作用し，この炭酸化によるコンクリートの緻密化と中性化により一層止水性が向上し，コンクリートからのＣａイオンの溶出も抑制できる。図２はこれを図解的に示したものである。

図２に示したように，プレキャストコンクリートの継ぎ目に充填された重曹ベントナイトスラリーにより，その継ぎ目表面からコンクリート中に一定の深さの緻密化領域を形成する。図３は，この緻密化領域がどのように形成されるかを実験的に調べた結果を示したものである。実験は，次のようにして行った。

〔ペーストの作製〕：水セメント比を４０wt％，６０wt％，８０wt％として，ハンドミキサーとホバートミキサーを用いて練混ぜた。化学混和剤は使用せず，セメントは太平洋セメント社製の普通ポルトランドセメントを，水は精製水を用いた。練混は，材料投入から投入完了１分前まではハンドミキサーで行い，分散状況を確認後，ホバートミキサーで１分練混ぜた。

〔成形体の作製〕：練り上がった各ペーストを，４０×４０×４０ｍｍの成形体となるように型枠に打設し，１日間４０℃湿度９５％で湿空養生し，その後５０℃温水中養生を６日間，合計７日間の養生を行い供試体とした。

〔ベントナイトスラリーへの浸漬試験〕：炭酸水素ナトリウムの５wt％水溶液を用いてベントナイトをスラリー化することによって，液／固比が１.８でシリンダーフロー値が２５０ｍｍの重曹ベントナイトスラリーを得た。この重曹ベントナイトスラリーに前記の各成形体を前記の供試体を室温にて１０週間浸漬した。

〔空隙率の測定〕：浸漬終了後の各供試体から表面２ｍｍの深さ部分の表層試料を採取し，水銀圧入法によって空隙率を測定した。比較のために，各供試体の中心部分の試料を採取し，同様に空隙率を測定した。その結果を，各ペーストの成形体ごとに対比して図３に示した。

図３の結果から，水セメント比が６０％と８０％のペーストの場合には，表層部の空隙率は内部のそれより低下しており，硬化したペーストが緻密化していることがわかる。したがって，図２のようなプレキャストコンクリートの場合には，重曹ベントナイトスラリーに接する継ぎ目表層部では硬化したセメントマトリックス部分が緻密化するので，コンクリートの耐久性を向上させることがわかる。

プレキャストコンクリートがγビーライト（２ＣａＯ・ＳｉＯ₂）を含む場合には，この緻密化が一層良好に行われる。γビーライトを含むモルタルまたはコンクリートではγビーライトがＣＯ₂源に触れると炭酸化し，空隙率が小さくなって緻密化することが知られている（例えばコンクリート工学年次論文集 Vol.26. 2004.6,横関康祐ほか「γ２ＣａＯ・ＳｉＯ₂を混和して炭酸化養生を行ったモルタルの塩化物遮蔽効果」) 。したがって，この現象を利用してγビーライトを含むプレキャストコンクリートに本発明を適用すると，すなわち, その継ぎ目部分に本発明の重炭酸ソーダの水溶液でスラリー化したベントナイトスラリーを充填すると，そのスラリーがＣＯ₂源となってコンクリート中のγビーライトを炭酸化し，目地部近傍のコンクリートを一層緻密化することができ，止水性および耐久性を一層向上させることができる。

さらに，本発明の重炭酸ソーダの水溶液でスラリー化したベントナイトスラリーは，地中に遮水層を形成する場合の材料としても有用である。例えば放射性廃棄物地層処分場事業では底部ベントナイト層の構築やコンクリートピット側部のベントナイト層等の構築など, ベントナイトによる人工バリア層の形成が検討されているが，ベントナイトスラリーの流し込みによる遮水層を形成することが必要とされる場合もある。このような場合に，前記のように，重炭酸ソーダの水溶液でスラリー化した本発明のベントナイトスラリーは，高いベントナイト濃度で良好な流動性を示すので，ベントナイトが高濃度の遮水層を施工性よく形成することができる。

遮水層形成用の場合も，前記の止水材と同様に，重炭酸ソーダの水溶液でスラリー化したベントナイトスラリーは液固比（液／固の比）６以下で，シリンダーフロー値が１５０〜３００ｍｍであるのがよい。重曹濃度は１wt％以上飽和水までとすればよい。

図４は，ベントナイトにケイ砂を３０重量％配合した粉体を飽和ＮａＨＣＯ₃ 水を用いて液／固比を変えてスラリー化し，そのスラリーに通水（供試体の体積２５ｃｍ³に対して１.０〜５.０ｍＬの流量で通水）を続けたときの透水係数の変化を調べたものである。図４の結果に見られるように，経過時間と共に透水係数が小さくなるのがわかる。これは，スラリー中のＮａＨＣＯ₃ が水に希釈されるにつれてベントナイト本来の膨潤・止水機能を回復してゆくことを示している。

重炭酸ソーダの水溶液でスラリー化したベントナイトスラリーの液／固比とシリンダーフロー値との関係を蒸留水含有のベントナイトのそれと対比して示した図である。 プレキャストコンクリートの目地部に重炭酸ソーダの水溶液でスラリー化したベントナイトスラリーが挿入された場合の緻密化領域を示す概念図である。 重炭酸ソーダの水溶液でスラリー化したベントナイトスラリーによるペーストの緻密化試験の結果を示す図である。 重炭酸ソーダの水溶液でスラリー化したベントナイトスラリー（ケイ砂３０重量％含有）に通水したときの透水係数の変化を示した図である。

Claims (4)

1. ベントナイトを重炭酸ソーダの水溶液でスラリー化したベントナイトスラリーからなるプレキャストコンクリートの継ぎ目止水材。
2. プレキャストコンクリートはγビーライトを含有するコンクリートである請求項１に記載の継ぎ目止水材。
3. ベントナイトを重炭酸ソーダの水溶液でスラリー化したベントナイトスラリーからなる遮水層形成用材料。
4. ベントナイトスラリーは液固比（液／固の比）が６以下であり，シリンダーフロー値が１５０〜３００ｍｍである請求項３に記載の遮水層形成用材料。