JP6249473B2

JP6249473B2 - 遮水材及び遮水層の構成方法

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Publication number: JP6249473B2
Application number: JP2013203851A
Authority: JP
Inventors: 祐司川口; 典明古和口
Original assignee: Kunimine Industries Co Ltd
Current assignee: Kunimine Industries Co Ltd
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2017-12-20
Anticipated expiration: 2033-09-30
Also published as: JP2015066508A

Description

本発明は、粒状に造粒したベントナイトを配合した遮水材と、この遮水材を用いた遮水層の構成方法に関するものである。

ベントナイトは膨潤性、増粘性を有しており、水の作用によって膨潤して高い遮水性を発揮する。このため、ベントナイトと土壌とを混合し、締固め密度が最大となるように加水して水分を調整した混合材（ベントナイト混合土）は遮水材として広く用いられている。このベントナイト混合土では、ベントナイトは粉末状のものが利用されており、この粉末状のベントナイトを土壌に対し予め設定された率で配合して混合されている。

例えば、産業廃棄物の処分場を構築する場合、地盤面を掘削した掘削面に厚さ５０ｃｍ程度のベントナイト混合土層を敷設し、転圧して予め設定された締固め度に締固めることで遮水層とし、雨水や産業廃棄物から発生する有害物質等を含む水が地中に浸透することを防いでいる。

また、汚染土壌を地中に封止するような場合、地中に存在する汚染土壌の上部の土壌を掘削した後、この掘削面に厚さ５０ｃｍ程度のベントナイト混合土層を敷設し、転圧して予め設定された締固め度に締固めることで、汚染土壌の周囲にある地下水に対する遮水層を構成し、この遮水層の上部を汚染されていない土壌によって覆土することで、汚染物質を含んだ地下水が地表面にまで上昇するのを防いでいる（例えば特許文献１参照）。

特開２００３−００１２１２号公報

上記各技術では、ベントナイト混合土を構成するベントナイトは主に粉末状のものが用いられているため、土壌の平均粒径との差が生じ、偏析が生じる虞がある。また、加水しているために流動性が充分ではなく、積層した際に空隙が生じる虞がある。このため、掘削面を含む地表面に遮水層を敷設する場合、積層されたベントナイト混合土層をローラーや振動ローラーによって転圧・締固める工程が必須となる。

特に、地盤に深さ方向に略垂直な遮水層（遮水壁）を構築しようとした場合、転圧・締固め工程を実施するためのローラーや振動ローラーが入り込むのに必要な幅を持つ溝を形成することが必要となる。このため、実際に必要な遮水性能を発揮し得る厚さ（例えば５０ｃｍ）よりも大きい幅を持った溝を掘削することが必要となり実用的ではない。

本発明の目的は、粒状のベントナイトと日本統一土質分類の簡易分類名に定義される礫または砂（以下、「礫砂」とする）とを混合することで、偏析の生じる虞がなく、高い遮水性能を発揮し得る遮水材と、この遮水材を利用した遮水層の構成方法を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明に係る遮水材は、予め造粒された粒状のベントナイトと礫砂を混合した遮水材であって、粒状のベントナイトを遮水材の全重量に対し５０重量パーセント以上配合したものである。

上記遮水材に於いて、前記粒状のベントナイトの平均粒径が略１．４ｍｍ乃至略５ｍｍの範囲にある。

また、上記遮水材に於いて、前記礫砂の平均粒径は、粒状のベントナイトの平均粒径の略４０パーセント乃至略１６０パーセントの範囲にある。

上記遮水材に於いて、前記粒状のベントナイトがナトリウム型ベントナイトであり、かつ日本ベントナイト工業会標準試験法に規定する膨潤力が１０ｍｌ／２ｇ以上であることが好ましい。

また、本発明に係る遮水層の構成方法は、地面の掘削部位に請求項１又は２に記載した遮水材を積層し、前記積層した遮水材を覆土して構成することを特徴とするものである。

本発明に係る遮水材では管理型最終処分場に於ける遮水層構造の基準となる透水係数である１×１０^−６ｃｍ／ｓｅｃ以下を満足することができる。このため、充分な透水係数を持った遮水材として用いることができる。

特に、ベントナイトが粒状に形成されているため、礫砂と混合させた遮水材を掘削面や地表面に敷設したとき、砕石と同様に敷き均すことができ転圧や締固めを必要としない。このため、施工が容易となり、また、地盤に略垂直な遮水壁を構成する場合でも、掘削すべき溝の幅を小さくすることができる。

また、粒状のベントナイトの平均粒径が略１．４ｍｍ〜略５ｍｍとした場合、遮水材の取り扱いや施工が容易となる。

また、礫砂の平均粒径を粒状のベントナイトの平均粒径の略４０パーセント（％）〜略１６０％の範囲とした場合には、偏析の虞のない遮水材とすることができる。

本発明に係る遮水層の構成方法では、上記何れかの遮水材を積層、覆土することで、透水係数が充分に小さい遮水層を構成することができる。特に、敷設した遮水層を転圧、締固める必要がないため、施工が容易であり、また、幅の狭い溝であっても充分に小さい透水係数を持った遮水壁を構成することができる。

遮水材の配合率と透水係数の関係を説明する図である。

以下、本発明に係る遮水材について説明する。本発明に係る遮水材は、予め造粒された粒状のベントナイトを遮水材の全重量に対し５０重量％以上の配合率で配合したものである。

本発明に於いて、ベントナイトを造粒する際の方法は限定するものではなく、撹拌造粒法や破砕造粒法、或いは転動造粒法を選択的に採用して造粒することが可能である。前記した造粒方法は、必要とする粒状のベントナイト（以下「ベントナイト粒」という）の平均粒径に応じて採用することが好ましく、例えば撹拌造粒法或いは破砕造粒法を採用した場合、ベントナイト粒の平均粒径を略０．５ｍｍ〜略３ｍｍの範囲に設定して造粒することが可能である。また、転動造粒法を採用した場合には、ベントナイト粒の平均粒径を略３ｍｍ〜略１５ｍｍの範囲に設定して造粒することが可能である。

また、礫砂としての仕様（例えば産地など）を特に限定するものではなく、粒状の砂、珪砂であれば用いることが可能である。そして、用いる礫砂の平均粒径を計測し、この計測結果に応じてベントナイト粒の平均粒度を設定することが好ましい。

ベントナイト粒と礫砂からなる遮水材は、管理型最終処分場に於ける遮水工の基準となる透水係数を満足することが必要である。このため、ベントナイト粒の遮水材の全重量に対する配合率（以下単に「配合率」という）は算出した透水係数が管理型最終処分場に於ける遮水工の基準である１×１０^−６ｃｍ／ｓｅｃ以下を満足し得ることが必要となる。

また、遮水材は掘削面或いは地表面に数十センチの厚さで施工されて遮水層を構成するため、この遮水層に振動が作用したとき、ベントナイト粒と礫砂が分離する偏析が生じることは好ましくはない。このため、遮水材は偏析を生じる虞のないベントナイト粒の平均粒径と礫砂の平均粒径の範囲を設定することが必要となる。

本件発明者は、上記した造粒法によってベントナイト粒を造粒し、このベントナイト粒を礫砂としての珪砂に配合して、透水係数を算出し、偏析の有無を確認した。以下、実施例について説明する。

透水係数に関し、ベントナイト粒の平均粒径を略１．９ｍｍとし、このベントナイト粒を、２号珪砂（平均粒径：１．３ｍｍ、ベントナイト粒に対する粒径比：６８．４％）とベントナイト粒を混合してなる遮水材の全重量に対する配合比を変化させて透水係数を算出した。同時に膨潤力（ｍｌ（３０ｇ／５００ｍｌ））を計測した。以下、その結果を示す。

配合率が２０％のとき、透水係数は１．２７×１０^−２ｃｍ／ｓｅｃであった。この透水係数では管理型最終処分場に於ける遮水工の基準となる透水係数１×１０^−６ｃｍ／ｓｅｃ以下を満足しない。また、膨潤力は５０ｍｌであった。

配合率が４０％のとき、透水係数３．２×１０^−５ｃｍ／ｓｅｃであった。この例では基準となる透水係数を満足しない。また、膨潤力は７０ｍｌであった。

配合率が５０％のとき、透水係数は５．０×１０^−７ｃｍ／ｓｅｃであった。この例では、基準となる透水係数を満足しており、遮水材としての機能を充分に満足することが可能である。また、膨潤力は９０ｍｌであった。

配合率が６０％のとき、透水係数は３．０×１０^−７ｃｍ／ｓｅｃであった。この例では、基準となる透水係数を満足しており、遮水材としての機能を充分に満足することが可能である。また、膨潤力は１０５ｍｌであった。

また、比較のためにベントナイト粒１００％としたときの透水係数を測定したところ、２．０×１０^−９ｃｍ／ｓｅｃであった。この透水係数を持つ遮水材は充分に高い遮水性能を発揮し得るが、施工コストが上昇して経済的ではない。また、膨潤力は１５５ｍｌであった。

図１に示すように上記結果を片対数グラフにプロットしたところ、配合率を５０重量％とした遮水材では、透水係数が管理型最終処分場に於ける遮水工基準である１×１０^−６ｃｍ／ｓｅｃ以下を満足することが可能である。特に、配合率が５０重量％よりも多くなると透水係数は減少し遮水性能は向上する。このため、ベントナイト粒を遮水材の全重量に対し５０重量％以上配合することで、管理型最終処分場に於ける遮水工基準を満足する遮水材とすることが可能である。

尚、上記各配合率の遮水材では、シリンダーフロー（流動性）に顕著な差は生じていなかった。即ち、ベントナイト粒と礫砂とからなる遮水材では、配合率の如何に関わらず、略等しい流動性を有する。従って、掘削面或いは地表面に遮水材を積層する際の作業は、配合率の如何に関わらず同じように行うことが可能である。また、上記配合率の遮水材の各膨潤力は何れもベントナイトの標準的な膨潤力を満足している。

本発明に於いて、ベントナイト粒の平均粒径を、略１．４ｍｍ〜略５ｍｍの範囲とした。この範囲内の平均粒度を持つベントナイト粒は上記した撹拌造粒法や破砕造粒法或いは転動造粒法によって安定して造粒することが可能である。特に、ベントナイト粒の平均粒径は混合する礫砂の平均粒径との兼ね合いになるが、平均粒径が小さいと従来のベントナイト混合土との差がなくなり、平均粒径が大きいと適用し得る礫砂の種類が少なくなる。

ベントナイト粒の平均粒径は、混合する礫砂の平均粒径との兼ね合いで、略１．６ｍｍ〜略４ｍｍの範囲であると好ましく、略１，８ｍｍ〜略３ｍｍの範囲であると多くの珪砂に対応することが可能でありより好ましい。ベントナイト粒の平均粒径が略１．４ｍｍ以下では、礫砂の平均粒径との差が大きくなりすぎて偏析が生じる虞があり、ベントナイト粒の平均粒径が略５ｍｍ以上では、同様に礫砂の平均粒径との差が大きくなりすぎて偏析が生じる虞がある。

偏析に関して、ベントナイト粒の平均粒径を略１．９ｍｍとし、このベントナイト粒と同重量の珪砂を混合（配合率５０％）させてメスシリンダーに充填してかさ密度（ｇ／ｃｍ^３）を測定し、その後、このメスシリンダーを横方向に複数回振とうさせて偏析の有無を目視により確認した。尚、前記したベントナイト粒１００％の場合のかさ密度は０．９３であった。

上記ベントナイト粒を平均粒径０．９３ｍｍの珪砂（３号）に配合した。この例では、ベントナイト粒に対する礫砂の粒径は４８．９％であり、かさ密度は１．１８であった。特に、この配合例の場合、偏析は生じていない。

上記ベントナイト粒を平均粒径１．３ｍｍの珪砂（２号）に配合した。この例では、ベントナイト粒に対する礫砂の粒径は６８．４％であり、かさ密度は１．１４であった。この配合例の場合、偏析は生じていない。

上記ベントナイト粒を平均粒径２．８ｍｍの珪砂（Ａ）に配合した。この例では、ベントナイト粒に対する礫砂の粒径は１４７．４％であり、かさ密度は１．２２であった。この配合例の場合、偏析は生じていない。

上記ベントナイト粒を平均粒径０．１ｍｍの珪砂（７号）に配合した。この例では、ベントナイト粒に対する礫砂の粒径は５．３％であり、かさ密度は１．３２であった。この配合例の場合、偏析が生じている。

上記ベントナイト粒を平均粒径０．３３ｍｍの珪砂（５号）に配合した。この例では、ベントナイト粒に対する礫砂の粒径は１７．４％であり、かさ密度は１．２２であった。この配合例の場合、偏析が生じている。

上記ベントナイト粒を平均粒径３．９ｍｍの珪砂（Ｂ）に配合した。この例では、ベントナイト粒に対する礫砂の粒径は２０５．３％であり、かさ密度は１．２５であった。この配合例の場合、偏析が生じている。

上記ベントナイト粒を平均粒径７．１ｍｍの珪砂（Ｃ）に配合した。この例では、ベントナイト粒に対する礫砂の粒径は３７３．７％であり、かさ密度は１．３３であった。この配合例の場合、偏析が生じている。

上記結果から、偏析の生じていない３例についての偏析度合を確認した。即ち、上記の如くして偏析の有無を目視により確認した後の混合物から２００ｇづつ５つのサンプルに分取し、１８０μｍのふるい上で水洗することによってベントナイト成分を洗い流した後、乾燥させた。そして、乾燥した礫砂を秤量し、各サンプル中の珪砂割合とした。

ベントナイト粒を平均粒径０．９３ｍｍの珪砂（３号）に配合した例では、各サンプルの平均が１０２．８ｇであった。

また、ベントナイト粒を平均粒径１．３ｍｍの珪砂（２号）に配合した例では、各サンプルの平均が１０４．４ｇであった。

また、ベントナイト粒を平均粒径２．８ｍｍの珪砂（Ａ）に配合した例では、各サンプルの平均が１０４．４ｇであった。

以上の結果から、ベントナイト粒の平均粒径に対する礫砂の平均粒径が略４０％〜略１６０％の範囲であれば偏析が生じる虞はない。しかし、両者の平均粒径の差をより小さい略６０％〜略１５０％の範囲とすることで、より偏析が生じる虞を小さくすることが可能となり、好ましい。

次に、本発明に係る遮水層の構成方法について説明する。この遮水層の構成方法は、地面の掘削部位に本発明に係る何れかの遮水材を用いて遮水層を構成するものである。遮水材は掘削部位の表面に積層すれば良く、転圧、締固めの工程を必要としない。即ち、本発明に係る遮水材はベントナイト粒と礫砂とによって構成されるものであり、何れも塊として機能する。従って、掘削部位に積層した後、覆土することで、高い遮水性能を有する遮水層を構成することが可能である。

上記の如く、積層した遮水材を転圧し、締固める必要がない。このため、地盤中に略垂直方向の遮水層（遮水壁）を構成するような場合、必要とされる透水係数を発揮するのに必要な遮水層の厚さに対応した幅の溝を掘削し、この溝に上部開口から遮水材を充填することで良い。特に、前述したように、遮水材は配合率の如何に関わらず略同じ流動性を有するため、同じ作業標準のもとに安定した作業を進めることが可能となる。

本発明に係る遮水材は、掘削部位に、水平状の遮水層を構成する際に或いは垂直な遮水壁を構成する際に利用して有利である。

Claims

予め造粒された粒状のベントナイトと礫砂を混合した遮水材であって、
粒状のベントナイトを遮水材の全重量に対し５０重量パーセント以上配合して構成されており、
前記粒状のベントナイトの平均粒径が略１．４ｍｍ乃至略５ｍｍの範囲にあり、且つ前記礫砂の平均粒径は、粒状のベントナイトの平均粒径の略４０パーセント乃至略１６０パーセントの範囲にあることを特徴とする遮水材。
前記粒状のベントナイトがナトリウム型ベントナイトであり、かつ日本ベントナイト工業会標準試験法に規定する膨潤力が１０ｍｌ／２ｇ以上であることを特徴とする請求項１に記載した遮水材。
地面の掘削部位に請求項１又は２に記載した遮水材を積層し、前記積層した遮水材を覆土して構成することを特徴とする遮水層の構成方法。