JPH0220790A - 逸泥防止剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はベントナイトを用いる土木材料に関する。さら
に詳しく言えば、地盤掘削に際して用いられる安定液の
地盤中への逸泥な防止するためのベントナイト系の逸泥
防止剤に関する。

（従来の技術） いわゆる都市土木工事の重要な部分を占めるビルディン
グの基礎杭の構築のため、さらには石油掘削あるいは温
泉の発掘などのために、ポーリング（以下削孔という）
作業が実施される。この際、掘削深度が大となるにつれ
て、孔の周囲の地下水圧により、掘削された孔か崩壊し
やすくなる。この崩壊を防止するために、通常は孔中に
ベントナイトを含んだ泥水を張ることにより、地下水圧
と拮抗させつつ削孔する方法が採用されている。上記の
泥水は掘削中の孔より地盤中に浸透する際に、孔壁にい
わゆる泥膜を形成する性質を有しており、この泥膜を介
して、孔中の泥水と地下水との水圧のバランスが計られ
ることになる。

ところで掘削する地盤の地層が粘土あるいはシルト質の
場合には、通常は上述のように泥水を用いることにより
掘削を安全に実施することができるが、地盤の地層の一
部には砂層あるいは礫層が介在することか多く、このよ
うな地盤では、時々この層を通して泥水が地盤中に大量
に漏水する現象が起り、孔中の泥水位が急激に低下して
、上方の孔周囲の地下水圧のために孔が崩壊する現象が
起る。このような漏水（本明細書ては逸泥という）への
対策としては、外部から、泥水を孔に補給することによ
り、泥水位の低下を防ぐとともに、逸泥な起していると
考えられる地盤を目詰まりさせる目的のために、逸泥箇
所に逸泥防止剤を供給する方法か採られている。

このような逸泥防止剤としては、従来より繊維状、フレ
ーク状１粒状などの種々の形状のものが提案されている
。植物質のものとしては、ｆ草、かんなくず、コルク、
〈るみの殻、綿実の殻、樹木繊維など、動物質のものと
しては、魚のうろこ、鶏の羽毛、豚毛なと、また鉱物質
としては、雲母、パーライト、アスベストなど、さらに
は粒状プラスチック、コークスなどの合成物質などが我
国たけでなく、外国でも用いられている。

（発明が解決しようとする課題） しかし上述の如き逸泥防止剤でも、決定打となり得るも
のがないというのが実情である。例えば植物質、動物質
のものは、密度が小さくて、泥水と併用するのが一般に
困難であり、その他のちのも、泥水と親和性か乏しいと
いう性質を改良することはできない。また逸泥防止剤を
逸泥か起っている個所に適用しても、粒子が細かすぎる
場合には、他層中に逸散するたけてあり、一方１粒子か
粗い場合にも全熱効果を発揮しないという問題かある。

したがって逸泥防止作業の実情は試行Ｎ誤の反復であり
、逸泥防止剤の材料の種類を変更したり、併用したりし
て最良のものを求めるのか実情であった。したかって必
ずしも、ある掘削現場て適用できた方法か類似する掘削
現場で適用できるとは限らなかった。

また、このように従来より用いられている逸泥防止剤の
最大ｑ問題点は、これらの材料か氷中て殆ど変形しない
か、あるいは変形しても膨張性の不十分なことである。

したがってこれらの材料か逸泥な起している地盤に供給
しても、その地層の中に滞留するケースか少なく、通過
することか多かった。

そこで木と接触することにより変形するような材料、例
えば粘土の粒状物も提案されていたか、水と接触すれば
たたちに崩壊したり、あるいは膨張してもチクソトロピ
ー性が強くて動的状態では液状の性質を示すために逸泥
防止能を期待できなかった。

さらに逸泥防止剤としては、その後の掘削作業、コンク
リート打設、泥水除去などの作業を妨害しないものが望
まれ、掘削に用いられる泥水に対して強い親和性を有す
るものが要求されていた。

（発明か解決しようとする課題） 本発明者らは上述の事情に鑑みて種々検討を重ねた結果
、細かい粒の材料であっても、漏水を起している砂層あ
るいは礫層に浸透したものが、水と接触する過程におい
てタイミングよく体積膨張させ得れば、層中に滞留しや
すくなるたけでなく、間隙を閉塞する性質も大きくなる
ために、優れた逸泥防止能力を有するという知見を得、
これに基づきさらに検討を行ったところ水により膨潤す
る性質の小さい粒状のベントナイトの性質を特定の処理
により改良することにより、目的を達成てきることを見
出し、これに基づき本発明をなすに至った。

すなわち本発明は、交換性陽イオンの主成分かアルカリ
−１−類金属イオンからなるベントナイト鉱石とアルカ
リ金属化合物を混合あるいは混練することにより、−■
−記ベントナイト鉱石の表層部を変性してなり、かつ最
大径か１〜１５ｍｍの範囲内に入ることを特徴とする粒
状逸泥防ｔｆ−剤を提供するものである。

本発明において、逸泥防止剤の基材として用いられるベ
ントナイトは、通常、膨潤性粘土と呼ばれているもので
、モンモリロナイトか主成分のものを指す。

主成分となるモンモリロナイトは層状珪酸塩鉱物の一種
であり、その層状構造か四面体シート２枚と八面体シー
ト１枚から構成される３層の結晶構造を有するものであ
り、その層間には各層か帯びている負電荷を中和するた
めの交換性の陽イオンか存在するが、本発明においては
交換性陽イオンの主成分かカルシウム、マグネシウムな
どのアルカリ土類金属て構成されているものを用いるの
が望まれる。一般に上述の交換性陽イオンの主成分がナ
トリウム、カリウムなどのアルカリ金属イオンで構成さ
れているものは、一般にナトリウムベントナイトと称さ
れているが、このようなベントナイトは水中における膨
潤力が高く、かつ膨潤速度も大であるが、膨潤すること
によりチクソトロピー性を示して、その流動性が高くな
り、外部からの力が加われば移動しやすくなるために本
発明の目的に沿うものを用いることが困難となる。

したがって交換性陽イオンの内でアルカリ土類金属イオ
ンのアルカリ金属イオンに対する比が１以上のものを選
ぶことか望まれる。以後、このようなベントナイトをカ
ルシウム型ベントナイトと呼ぶことにする。

一般にベントナイトは土木工事用の材料、鋳物製造のた
めの造形用粘結剤などに供するために、原料となる粗鉱
を粉砕、乾燥、分級という一連の工程を経て加工される
か、本発明においては、カルシウム型ベントナイトの粗
鉱に、アルカリ金属化合物が配合される。アルカリ金属
化合物としては、アルカリ金属の水酸化物、炭酸塩、塩
化物などのアルカリ金属の無ａｔ酸塩、酢酸塩、蓚酸塩
などの有機酸塩などの水溶性化合物が挙げられる。

特に炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、水酸化ナトリウム
、酢酸ナトリウムなどを用いるのが好ましい。

これらの化合物の使用量は、好ましくは対象となるベン
トナイトの乾燥重量に対して０．１〜ｌＯ％の範囲であ
り、より好ましくは０．５〜３％の範囲内になるように
設定されるが、対象となるベントナイトの性質、例えば
有効なモンモリロナイトの含有量、交換性陽イオン中の
アルカリ土類金属イオンの当量、あるいは添加すべきア
ルカリ金属化合物の種類、さらには本発明の趣旨である
ベントナイトの改質の程度などに応じて適宜調整される
。

なお、アルカリ金属化合物の配合量の小さい場合には、
その後の加工処理において、カルシウム型ベントナイト
の変性を行うことが不十分となるため、得られる製品の
水中での体積膨張が小さくなるため、初期の目的を達成
することが困難である。一方逆に配合量を高くし過ぎて
も、得られる製品の水中における体積膨張の程度が飽和
してしまうことになるたけでなく、製品の表面における
ベントナイト中の交換性のアルカリ金属イオンの量か、
アルカリ土類金属イオンの量をはるかに上回ってしまう
ことになり、いわゆるカルシウム型ベントナイトとして
の特徴が消されてしまうために、特性か大きく変化して
逆効果になってしまうので好ましくない。

本発明において、アルカリ金属化合物はカルシウム型ベ
ントナイトの粗鉱に対して所定量配合されるが粗鉱の形
状、粒度などについては、特に限定されない。しかし各
粒子の最大径がＩｎｍ以下の粉末状のものがなるべく少
ないことか好ましいのはいうまてもない。なお反対に平
均径が５０ｍｍ以上の巨大な塊が含まれている場合でも
、全体に占める割合が少ない場合には１本発明において
は支障がない。

またアルカリ金属化合物は、水に溶解させてから、対象
となる粒状ベントナイトに添加するか、あるいは対象の
ベントナイトが濡れているか含水率の高い場合には粉末
の状態で添加される。

本発明においては、こうしてアルカリ金属化合物の添加
されたベントナイトはその粒状物の表層部が主として変
性されるか、そのためにはベントナイト粒と前記アルカ
リ金属化合物を強く接触させるのか望ましく、例えばベ
ントナイトか濡れている状態で両者を混合あるいは混練
することにより目的を達成することができる。機械的な
操作条件にもよるが、接触の時間は５〜ｌＯ秒もあれば
十分な場合がある。これはアルカリ金属化合物の配合さ
れたベントナイトが次工程で乾燥される過程を経る際に
、アルカリ金属化合物とベントナイトの相互反応が促進
されるためである。

次にアルカリ金属化合物の添加されたベントナイト粒状
物は１両者の偏在を解消してその接触を促進するために
、混合あるいは混練され、粗い粒子を所定の粒状物に粗
砕するための処理がなされる。この目的のために用いら
れる装置としては、例えば混練、混合のためには、スク
リュ一方式の攪拌機、横型の二輪の攪拌翼を有する攪拌
装置に−ダー）などか、モして粗砕のためには、打撃に
よる粉砕機（クラッシャー）、粒子に圧縮あるいは剪断
を与える形式の粉砕機などが用いられる。

こうして所定の粒度にまて粗砕されたベントナイト粒は
次に過剰の水分を除去するために、乾燥されるが、その
ための装置としては、粉体または塊状の対象物を均一に
加熱し、水分を蒸発させることのてきる形式のものか特
に好ましく、例えば対象物を移動させつつ、加熱された
乾燥空気あるいは不活性気体と熱交換させる方法、ある
いは対象物の貯槽を外部から加熱てきる形式とするかあ
るいは外部より加熱気体を対象物に通しる方法により、
対象物を攪拌しつつ加熱する方法などが適宜用いられる
。

こうして表層部か変性され、乾燥された粒状物は、次に
各粒子の最大径か１〜１５ｍｍの範囲内に入るように整
粒される。この整粒のためには例えば所定の目の粗さを
有するふるいを用いることにより、容易に目的を達成す
ることかてきる。

すなわち本発明で規定する粒度になるように２種のふる
いを振動させつつ、前処理された粒状物を連続的に供給
して粗い粒子、粉状物を排除しつつ、所定の粒状物のみ
を選択的に取り出す方法を用いればよい。なお、本発明
て表層部とは、粒状物の核の外層をいい、その厚さは制
限はない。しかし核は逸泥箇所に到達して充填機能を発
揮するに十分な大きさであればよく、通常粒子の内部の
、最大径の少なくともｌ／４〜１／２０程度はアルカリ
金属化合物により変性されていないか、あるいは変性さ
れていてもその影響が微少であることか望まれる。

本発明において得られる粒状物の形状は特に限定されず
、球状、円柱状、角柱状あるいは形状の一定てない塊状
のものなど、いずれのものでも支障はない。しかし、最
大径か小さい場合には、造粒物の単位重量当りの表面積
か大きくなりすぎるために、水に対する分散性、溶解性
か大きくなり、膨潤性か著しく大きくなり、氷中て所定
時間固形状態を保持することが困難となり、逸泥防止剤
としての機能か失われるのて好ましくない。

方逆に最大径か大きくなれば、水中で長時間固形状態か
保持されるものの、膨潤力か低くなるため、逸泥防止剤
としての適用できる地層か限定されてしまうために好ま
しくない。

（発明の効果） 本発明に係わる粒状逸泥防止剤は、既に述べたように核
の部分がカルシウム型のベントナイトであるか、表層部
分か変性されているために、水中に投入した場合でも、
表層部分か１ｌｆ１張しやすくなっているか、水が核部
分に浸透するのを防御する作用を有しているため、全体
か崩壊する時間か遅延され、中心部分は殆ど変形しない
のでチクソトロピー性か適度に抑制されており、粒剤全
体か水中に完全に分散あるいは溶解して流体としての挙
動を示すまでに所定時間を必要とする。したかって通常
掘削現場で逸泥を起している箇所に、逸泥防止剤を供給
する場合５分以上、条件によっては３０分以１−も逸泥
防止剤か水と接触していても、地層中ての充填機能を有
することか要求されるか、本発明の逸泥防止剤は１分に
その機能を有する。また、もちろん地層中において、水
と接触することにより、膨潤する性質を有しているため
に、地層中における優れた密閉効果を発揮する。

さらに本発明の逸泥防止剤は主成分か粘土鉱物であるた
め、ｉ１！！盤を構成している粘土、シルトなどとの親
和性か強く、地盤中にお、いてそれらの鉱物と接触する
ことにより、付着、結合して地盤中に滞留する性質を有
する。すなわち地盤中の微細な粘土鉱物粒子を本発明の
逸泥防止剤か吸着したり、逆に本発明の逸泥防ＩＦ剤か
地盤を構成している砂礫、砂などの粘土鉱物と付着しや
すいのである。

また、本発明の粘結防止剤は天然鉱物成分をｔ体とし、
有害な物質が含まれていないため、この材料を用いるこ
とにより、土木工事において地下水汚染などの地盤中へ
の悪影響を及ぼすことは少ない。

（実施例） 以下実施例に基づき本発明を具体的に説明するが、本発
明は必ずしもこれらの実施例により限定されるものでは
ない。

実施例１ 宮城県柴田郡用崎町に産出するベントナイト（モンモリ
ロナイト含有量＝８８％、陽イオン交換当４ｉ：９２．
０ｍ当量７１００ｇ、その内のカルシウムイオンとマグ
ネシウムイオンは併せて９１．８％）の鉱石をロールク
ラッシャーを用いて粗砕し、その１トンに対して１５ｋ
ｇの割合で炭酸ソーダを添加して、スクリュー式の混練
機で十分に混練を行った。この時のベントナイトの含水
率は３５％であった。

次にこれをロータリー式のドラム・ドライヤーに供給し
て６４０〜６９０℃で３０〜４０分間滞留させて加熱、
乾燥して含水率８％の表面変性粒状ベントナイトとした
。

この材料を５メツシユと１６メツシユの振動ふるいを用
いて、粗粒分及び細粒分を除去した本発明の変性粒状ベ
ントナイトを製造した。このものを試料Ａとよぶ。

次に試料Ａの一部をさらにふるいに掛けて、粒径が１〜
４　ｍ　ｍのもの（試料Ｂ）と粒径が４〜１０ｍｍのも
の（試料Ｃ）を採取した。また試料Ａを得る際の副生品
−粒径が１ｍｍ以下のもの（試料Ｄ）を用いて、以下の
テストを実施した。

試料Ｂ、Ｃ，Ｄの内から１種類を選び、その５ｋｇを水
２５０ｍ１をとったメスシリンダー中に投入して、直後
の固体粒子と水との界面の目盛を読み取った後、３０回
上下反転させてから、静置し、１０分後、３０分後の液
相中の固形分含有量を調べた。結果は次の通りである。

第１表 試料りは水への分散量か非常に多く、投入直後は２２摺
を占めていた見掛容量も水と激しく接触することにより
、液相に分散し、見掛けの固形分量か低下していること
か確認される。なお３０分後の固形分量は膨潤により、
高くなっているが、極めて流動性に富むもので固形状の
ものは残存していなかった。しかし試料Ｂ、Ｃの方は固
体粒子か徐々に膨潤し、３０分後のものでは、固相部分
はほとんど均一なものであったが、１０分後のものては
不均一であり、核の部分の残存していることが確認され
た。試料Ｂ、Ｃのこのような性質は逸泥防止剤として好
適であることを示す。

一方、同じベントナイトを用いて、炭酸ソータを全熱添
加することなく、上述の方法と全く同様にして、材料Ａ
に相当する粒状のカルシウムベントナイトを製造し、こ
れをふるいに掛けて、試料Ｂに相当する粒状品（試料Ｅ
という）を製造した。一方、試料Ｅを得るまでの過程で
得られた粉末のベントナイトを試料Ｆとして、上述の実
施例と全く同様の試験を実施した。結果は次の通りであ
る。

第２表 上表のように、試料Ｅ、Ｆとも水への分撒性は小さいも
のの殆ど水によって膨潤することがなく、本発明の趣旨
とする逸泥防止に適用することができない。なお、試料
Ｅは水に投入すると２〜３秒で崩壊して、試料Ｆと同様
の挙動を示すために、粒子として扱えないものである。

実施例２ 東京部下の高層マンション建築のための場所打杭のため
の掘削を行っている作業所において、リバース拡底杭工
法により、１．２ｍφ（底部で１．６ｍφ）の６０ｍの
深度の杭を打設するための掘削作業を実施している過程
で、地下３５ｍに到達して掘削部が砂礫層に到達したと
きに、孔壁な安定させるために孔内に張っていた水位の
急激な低下かはしまった。この時点で急濾実施例１の本
発明の試料Ａ２０ｋｇを投入するとともに、水を孔に補
給しつつ、状況の観察を行った。逸泥防止剤の供給後５
分経過した時点で、水位の低下か起らなくなったことか
確認され、逸泥の防止がなされたことが確認された。

なおこの現場においては、他の孔の掘削箇所においても
、同様の逸泥現象が認められたが、全く同様の操作を実
施することにより、全ての逸泥な防止することか可能で
あった。

特許出願人　クニミネ工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 交換性陽イオンの主成分がアルカリ土類金属イオンから
   なるベントナイト鉱石とアルカリ金属化合物を混合ある
   いは混練することにより、上記ベントナイト鉱石の表層
   部を変性してなり、かつ最大径が１〜１５ｍｍの範囲内
   に入ることを特徴とする粒状逸泥防止剤。