WO2007020868A1 - ベントナイト系材料の吹付け工法および吹付け装置 - Google Patents

ベントナイト系材料の吹付け工法および吹付け装置 Download PDF

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bentonite
spraying
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nozzle
based material
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Ichizo Kobayashi
Takeshi Sasakura
Toshiyuki Tanaka
Makoto Nakajima
Masaru Toida
Takahisa Isobe
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Kajima Corporation
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    • B28C—PREPARING CLAY; PRODUCING MIXTURES CONTAINING CLAY OR CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28C5/00—Apparatus or methods for producing mixtures of cement with other substances, e.g. slurries, mortars, porous or fibrous compositions
    • B28C5/02—Apparatus or methods for producing mixtures of cement with other substances, e.g. slurries, mortars, porous or fibrous compositions without using driven mechanical means effecting the mixing
    • B28C5/026—Mixing guns or nozzles; Injector mixers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/20—Jet mixers, i.e. mixers using high-speed fluid streams
    • B01F25/23—Mixing by intersecting jets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
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    • B05B7/02—Spray pistols; Apparatus for discharge
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    • B05B7/0416—Spray pistols; Apparatus for discharge with arrangements for mixing liquids or other fluent materials before discharge with arrangements for mixing one gas and one liquid
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D31/00—Protective arrangements for foundations or foundation structures; Ground foundation measures for protecting the soil or the subsoil water, e.g. preventing or counteracting oil pollution
    • E02D31/02—Protective arrangements for foundations or foundation structures; Ground foundation measures for protecting the soil or the subsoil water, e.g. preventing or counteracting oil pollution against ground humidity or ground water
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
    • E21F15/00—Methods or devices for placing filling-up materials in underground workings
    • E21F15/08—Filling-up hydraulically or pneumatically
    • E21F15/10—Hydraulic or pneumatic filling-up machines
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/28—Treating solids
    • G21F9/34—Disposal of solid waste
    • G21F9/36—Disposal of solid waste by packaging; by baling

Definitions

  • the present invention relates to a spraying method and a spraying device for bentonite materials, and in particular, a bentonite material suitable for use in the construction of a waste treatment facility for treating waste such as radioactive waste.
  • the present invention relates to a spraying method and a spraying device.
  • radioactive waste geological disposal In order to dispose of radioactive waste, for example, radioactive waste geological disposal is performed in which radioactive waste is dissolved in a glassy material, which is then placed in a steel container and embedded in the geological formation. There is. In this radioactive waste geological disposal, an artificial barrier (water-stopping layer) made of clayey material will be constructed in order to reliably isolate the radioactive waste.
  • an artificial barrier water-stopping layer
  • the bentonite block stacking method involves placing bentonite blocks manufactured at factories, etc., on site, holding them by suction, or lifting them with a crane.
  • the compaction method on site involves rolling with a vibration roller, a pneumatic hammer that improves the suspension machine, and a weight drop automatic compaction machine.
  • a method for disposing of such radioactive waste for example, it is disclosed in a waste disposal facility disclosed in Japanese Patent No. 3054728 (Patent Document 1), Japanese Patent Laid-Open No. 2000-193796 (Patent Document 2).
  • Patent Document 1 Japanese Patent No. 3054728
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2000-193796
  • bentonite-based material mainly composed of bentonite and containing bentonite or a bentonite mixed earth force containing sand or the like is generally used.
  • this bentonite-based material a material obtained by adding water to a raw material mainly composed of bentonite powder until a predetermined water content ratio is used.
  • Patent Document 1 Japanese Patent No. 3054728
  • Patent Document 2 JP 2000-193796 A
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-81761
  • Patent Document 4 Japanese Patent No. 3494397
  • an object of the present invention is to provide a method for spraying a bentonite-based material and a spraying device capable of forming a bentonite layer having a high dry density.
  • the method for spraying bentonite-based material according to the present invention that solves the above-mentioned problems involves spraying a bentonite-based material whose main material is bentonite or a mixture containing bentonite,
  • a bentonite spraying method for constructing a bentonite layer in which compressed air is supplied to a supersonic nozzle formed with a compression section, a throttle section, and an expansion section, and the compressed air passes from the compression section to the expansion section to expand the expansion section.
  • the jet loca formed on the downstream side of the expansion section is jetted with supersonic compressed air, bentonite-based material is mixed with compressed air, and mixed with compressed air.
  • a bentonite layer is formed by spraying a bentonite-based material.
  • a supersonic nozzle is used to spray the bentonite material.
  • the bentonite material can be jetted at a high speed called supersonic speed, so that a bentonite layer having a high dry density can be formed.
  • the “mixture containing bentonite” in the present invention include a mixture of bentonite and cement, a mixture of bentonite and sand or gravel.
  • the bentonite-based material mixed in the liquid is supplied to the supersonic nozzle, and the bentonite-based material can be a mixture containing the main material and the liquid.
  • the main material a material whose liquid content in the bentonite material is equal to or higher than a predetermined dry density when the liquid content in the main material becomes the optimum water content ratio is used.
  • the lower limit of the liquid content in the bentonite material is determined based on the adhesiveness of the bentonite material, as well as the blockage of the ultrasonic nozzle when the bentonite material passes through the supersonic nozzle.
  • a bentonite layer having a predetermined dry density is formed by using a liquid having a predetermined dry density or higher when the liquid content in the bentonite-based material reaches the optimum water content ratio in the main material. Can do.
  • the water content of the bentonite material is high, the possibility of clogging the supersonic nozzle increases. For this reason, the upper limit of the liquid content in the bentonite material is determined based on the possibility of blockage of the ultrasonic nozzle when the bentonite material passes through the supersonic nozzle. The clogging of the sonic nozzle can be prevented.
  • the adhesion rate of the bentonite material when forming the bentonite layer will be low. For this reason, by setting the lower limit of the liquid content in the bentonite-based material based on the adhesiveness of the bentonite-based material, the adhesion rate of the bentonite-based material can be reduced.
  • closing the supersonic nozzle means not only closing the main body of the supersonic nozzle, but also, for example, piping for delivering bentonite-based material to the supersonic nozzle, etc. In this case, it includes a mode in which the piping is closed.
  • the predetermined dry density may be 1.6 (Mg / m 3 ).
  • the bentonite satisfies the water stoppage required when creating a waste treatment facility for treating waste such as radioactive waste.
  • a layer can be formed.
  • the upper limit force of the liquid content in the bentonite-based material may be set to a value that is 4% larger than the optimal water content ratio.
  • the upper limit force of the liquid content in the bentonite-based material is determined from the optimum water content ratio.
  • the value By setting the value to a large value, it is possible to suitably prevent the supersonic nozzle from being blocked by the bentonite material.
  • the lower limit force of the liquid content in the bentonite-based material may be set to a value that is 1% smaller than the optimum water content ratio.
  • the compressed air and the bentonite-based material can be mixed on the jet outlet side of the throttle portion of the supersonic nozzle.
  • the bentonite material can be prevented from passing through the throttle portion. For this reason, the diameter of the throttle part and the shape of the expanded part can be freely designed without being restricted by the maximum particle size of the bentonite material. [0025] Further, the bentonite material may be sprayed downward from the horizontal direction.
  • the bentonite-based material spray nozzle according to the present invention that has solved the above-mentioned problems is a bentonite spraying device that constructs a bentonite layer by spraying bentonite or a bentonite-based material mainly composed of a mixture containing bentonite. And a supersonic nozzle that ejects the bentonite-based material supplied from the bentonite-based material supply means at supersonic speed by the compressed air supplied from the compressor.
  • the bentonite material spraying apparatus that has solved the above-mentioned problems is a bentonite that forms a bentonite layer by spraying a bentonite material mainly composed of bentonite or a mixture containing bentonite.
  • a spraying device comprising the above-mentioned bentonite-based material spray nozzle, a compressor that supplies compressed air to the nozzle, and a bentonite-based material supply means that supplies bentonite-based material to the nozzle, and is mixed with compressed air
  • the bentonite material is ejected together with compressed air from a nozzle cover, and the bentonite material mixed with the compressed air is sprayed to form a bentonite layer.
  • a bentonite layer having a high dry density can be formed.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a bentonite-based material spraying apparatus according to the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a supersonic nozzle.
  • FIG. 3 A front sectional view of the process of building a radioactive waste treatment facility.
  • FIG. 4 is a front sectional view of the process following FIG. 3.
  • FIG. 5 Front sectional view of the radioactive waste treatment facility.
  • FIG. 6 A front sectional view of the process of creating an open waste treatment facility.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing another example of a supersonic nozzle.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the water content ratio and the dry density after spraying in the present invention example and the comparative example.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship among water content, dry density, and rebound rate in the test of the present invention.
  • FIG. 10 is a block diagram showing a bentonite material spraying apparatus according to a modification.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a bentonite-based material spraying apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • a spraying device 1 includes a supersonic nozzle 2 that is a bentonite-based material spraying nozzle.
  • a supersonic nozzle 2 that is a bentonite-based material spraying nozzle.
  • One end of each of the first hose 3 and the second hose 4 is connected to the supersonic nozzle 2.
  • a compressor 5 is connected to the other end of the first hose 3, and a bentonite container 6 serving as a bentonite-based material supply means is connected to the other end of the second hose 4.
  • the supersonic nozzle 2 is also called a Laval nozzle, and has a tip member 10 and a connecting member 20 as shown in FIG.
  • a spout 11 is formed at the tip of the tip member 10, and a rear end opening 12 is formed at the rear end of the tip member 10.
  • a connecting member 20 is connected to the rear end opening 12.
  • a channel 13 is formed between the ejection port 11 and the rear end opening 12 in the tip member 10, and a throttle portion 14 is formed in the channel 13.
  • the upstream side of the throttle part 14 in the flow path 13 (the rear end opening 12 side) is a compression part 15 that also has a wider diameter channel than the throttle part 14 and is larger than the throttle part 14.
  • the downstream side (jet port 11 side) is also an expansion portion 16 having a diameter narrower than that of the compression portion 15 that is wider than the throttle portion 14.
  • the compressed air supplied from the compression portion 15 of the flow path 13 in the tip member 10 to the throttle portion 14 has a higher flow velocity as the cross-sectional area decreases toward the throttle portion 14. Become.
  • a fluid such as air passes through the throttle part 14 and then further accelerates while expanding when passing through the expansion part 16. It is ejected from 11.
  • connection member 20 of the supersonic nozzle 2 has a connection member main body 21, and the connection member main body 21 is provided with a branch pipe member 22.
  • a leading end opening 24 is formed at the leading end of the connecting member body 21, and a first connecting port 25 is formed at the trailing end of the connecting member body 21.
  • the second connection port 26 is formed at the rear end of the branch pipe member 22. Among these, the leading end opening 24 is connected to the trailing end opening 12 in the leading end member 10.
  • the first hose 3 is connected to the first connection port 25, and the second hose 4 is connected to the second connection port 26.
  • a compressor 5 is connected to the first hose 3, and a ventite container 6 is connected to the second hose 4.
  • the bentonite container 6 contains bentonite-based material as a spray material.
  • connection member 20 of the supersonic nozzle 2 when compressed air flows into the connection member 20 of the supersonic nozzle 2 through the first hose 3, a negative pressure is generated in the flow path in the connection member 20. Due to this negative pressure, the bentonite material accommodated in the bentonite container 6 is sucked into the connecting member 20, and the bentonite material flows into the flow path in the connecting member 20.
  • the compressed air supplied from the compressor 5 and the bentonite-based material supplied from the bentonite container 6 are mixed.
  • the bentonite material mixed with the compressed air flows into the tip member 10 together with the compressed air, and is ejected from the ejection port 11 at supersonic speed.
  • the width of the throttle section 14 in the supersonic nozzle 2 is set to a supersonic speed when compressed air passes through the throttle section 14 according to the capability of the compressor 5.
  • a bentonite-based material for creating a waste treatment facility according to the present embodiment includes bentonite ore and water.
  • the raw bentonite ore is selected from coarse bentonite produced during the production of powdered bentonite and having a particle size of 10 mm or less.
  • the dry density of coarse-grained bentonite is 1.8-1.9Mg It is about Zm 3 .
  • Coarse-grained bentonite of 10 mm or less was obtained by screening coarsely ground bentonite ore by sieving with a coarseness of 10 mm.
  • FIG. 5 is a cross-sectional front view of a radioactive waste treatment facility.
  • the radioactive waste treatment facility 30 has a tunnel 31, and the radioactive waste 32 is buried in the tunnel 31 and discarded.
  • the mine shaft 31 is made of, for example, concrete.
  • the radioactive waste 32 is dissolved in a glassy material and placed in a steel container.
  • a bentonite material is sprayed around it to form a water-stopping layer 33 as a bentonite layer. This water barrier 33 prevents the passage of groundwater to the radioactive waste 32.
  • the radioactive waste 32 is placed in the tunnel 31.
  • the water blocking layer 33 is formed by spraying bentonite-based material by performing the spraying method.
  • a supersonic nozzle 2 is used when the bentonite material is sprayed.
  • bentonite-based material is sprayed by compressed air using supersonic nozzle 2 around the position where radioactive waste 32 is placed in tunnel 31.
  • the compressed air supplied from the compressor 5 and the bentonite material supplied from the bentonite container 6 are mixed in the connecting member 20 in the nozzle 2.
  • the compressed air and the bentonite material mixed in the connecting member 20 are conveyed to the tip member 10.
  • the compressed air passes from the compression unit 15 through the throttle unit 14 to the expansion unit 16.
  • the expansion part 16 has a larger diameter than the throttle part 14, and therefore the flow rate of the compressed air further increases.
  • bentonite-based material is transported to the outlet 11 and ejected from the outlet 11 at supersonic speed.
  • the bentonite-based material is ejected at a high speed at a supersonic speed, thereby producing a bentonite-based material.
  • a bentonite matrix having a desired density can be obtained, and a bentonite layer having a high dry density can be formed.
  • the supersonic nozzle 2 is used as the spray nozzle, it is possible to spray the bentonite material at a high speed without using a large compressor.
  • the pressure is not so high as 0.3 to 0.7 MPa.
  • the dry density of the bentonite artificial barrier can be as high as 1.6 MgZm 3 .
  • the spraying loss can be reduced by setting the spraying direction downward from the horizontal.
  • the bentonite-based material does not need to adhere to the construction surface, the amount of liquid such as water can be minimized.
  • the bentonite-based material according to the present embodiment, by the spraying method, the dry density as high as required for the waste treatment facility 30 for discarding the radioactive waste 32, and consequently It is possible to form the water blocking layer 33 having a high water barrier property. Therefore, the waste treatment facility 30 can be easily created without using a large plant or apparatus such as a large crane or a rolling roller. Since the waterproof layer 33 is also formed by spraying, the waterproof layer 33 can be easily formed even in a narrow portion.
  • the supersonic nozzle 2 the bentonite material can be sprayed at a high speed of supersonic speed only by using the compressor 5 having a normal capacity. Therefore, the performance of the spraying equipment such as the compressor 5 can be reduced, and it is not necessary to change the construction method according to the construction site, so that the creation process can be simplified. As a result, cost can be reduced.
  • FIG. 6 is a diagram showing a state where the open-type waste treatment facility is backfilled using the spraying device 1 according to the present embodiment.
  • waste 51 is placed in a valley-shaped open waste treatment facility 50, and bentonite-based material is sprayed from the supersonic nozzle 2 in the spraying device 1 around it to stop it as a bentonite layer.
  • a water layer 52 can be formed and waste 51 can be buried.
  • a supersonic nozzle 40 shown in FIG. 7 can be used.
  • the supersonic nozzle 40 has a tip member 41 and a connecting member 42.
  • the connecting member 42 is not provided with a branch pipe member, and instead, the tip member 41 is provided with a branch pipe member 43.
  • a bentonite container (not shown) is connected to the branch pipe member 43 via the second hose 4.
  • the branch pipe member 43 is formed at a position where the branch pipe member 43 circulates in the expansion portion 16 on the ejection port 11 side relative to the throttle portion 14. About another point, it is set as the structure similar to said embodiment.
  • the bentonite-based material is supplied to the outlet 11 side of the throttle portion 14, so that the bentonite-based material can be prevented from passing through the throttle portion 14.
  • the diameter of the throttle part 14 and the shape of the expansion part 16 can be freely designed without being restricted by the maximum particle size of the bentonite-based material.
  • FIG. 8 is a graph showing the results of this indoor spray test.
  • high-density spraying of bentonite was performed using supersonic nozzles (Laval nozzles) and supersonic nozzles! /, Using normal nozzles.
  • Figure 8 shows the relationship between the moisture content of the sprayed bentonite and the dry density.
  • the water content is higher when the supersonic nozzle is used (with Laval nozzle) than when the supersonic nozzle is not used (without Laval nozzle).
  • the dry density relative to the ratio increased.
  • the supersonic nose of the present invention By using the water, it was possible to increase the dry density of the sprayed material, that is, the water-stopping layer, even for a bentonite material having a water content of 15 to 25%.
  • the moisture content ratio in the range excluding 1% or less force 4% or more can increase the adhesion rate of bentonite material, while bentonite. It was difficult to cause clogging of the system material.
  • carbonate ion-containing water can be used instead of force water in which water is mixed as a liquid with the bentonite-based material.
  • a sodium bicarbonate aqueous solution hereinafter referred to as “sodium bicarbonate water”.
  • carbonate ion-containing water includes sodium bicarbonate water, CO 2_ , HCO
  • An aqueous solution capable of supplying 2_ and the like can be used as appropriate.
  • examples include aqueous solutions of carbonates such as sodium carbonate, potassium carbonate, and iron carbonate, and potassium bicarbonate and iron bicarbonate.
  • Examples include an aqueous solution of bicarbonate. These aqueous solutions are preferably saturated.
  • the water content ratio of a liquid such as carbonate ion-containing water in the bentonite-based material is preferably adjusted to a range of 15 to 30%.
  • Mixing of bentonite and a liquid such as carbonate ion-containing water can be performed immediately before the bentonite is pumped with compressed air and sprayed to the water stop layer formation position.
  • a mixture of bentonite and a liquid such as carbonate ion-containing water is generated at the water stop layer forming position, and this mixture is sprayed to the water stop layer forming position.
  • bentonite and a liquid such as carbonate ion-containing water are mixed in advance to form a mixture, and this mixture is pumped by compressed air and sprayed to the water stop layer forming position.
  • the bentonite-based material in this case has carbonate ion-containing water that is an interlayer cation-containing water that contains the same kind of cation as bentonite. And bentonite easily adhere to each other. Therefore, even if the moisture content is low, a high adhesion ability is exhibited. Therefore, even if the moisture content of the spray material is lowered, sufficient adhesion and water shielding can be obtained.
  • the interlayer cation-containing water in the bentonite-based material contains the same kind of cation (Na ion, Ca ion, etc.) as the bentonite interlayer cation, the environmental load can be reduced.
  • Sarakuko and carbonate ion-containing water are inorganic materials, so there is no risk of alteration like organic materials such as alcohol.
  • the radioactive waste treatment facility 30 is completed and the mine shaft 31 is closed, it is diluted with groundwater, so the final result is the same water-impervious structure as conventional methods such as stacking bentonite blocks. Which performance can be demonstrated.
  • the surface of the mine shaft 31 is formed of cement-based concrete, so that carbonate ions (containing water) densify the surface layer of the concrete. The effect can be demonstrated.
  • an artificial barrier water-stopping layer
  • Water blocking layer that is not required until a certain level of water shielding 5
  • the bentonite-based material spraying method according to the present invention can be used.
  • Sarakuko in the above embodiment, an example is given of the case of performing so-called wet spraying in which a liquid such as water is mixed in advance with a bentonite-based material.
  • the present invention is not limited to wet spraying.
  • FIG. 10 is a configuration diagram of a spraying apparatus according to a modification as an example.
  • the spraying device 60 according to the modification includes a supersonic nozzle 61.
  • the supersonic nozzle 61 has a structure in which the branch pipe member 22 (43) is not provided as compared with the supersonic nozzle 2 (40) according to the above embodiment.
  • a compressor 63 and a bentonite container 64 are connected to the supersonic nozzle 61 via a three-way hose 62.
  • bentonite-based material flows into the trifurcated hose 62 from the bentonite container 64 with a negative pressure generated in the trifurcated hose 62.
  • the compressed air and bentonite material are mixed in the trifurcated hose 62 and supplied to the supersonic nozzle 61 as it is. From the supersonic nozzle 61, bentonite material is sprayed onto the construction surface at supersonic speed.

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Abstract

　高い乾燥密度のベントナイト層を形成することができるベントナイト系材料の吹付け工法および吹付け装置を提供する。 　吹付け装置１は、超音速ノズル２を有しており、超音速ノズル２には、コンプレッサ５およびベントナイト容器６が接続されている。超音速ノズル２には、コンプレッサ５から圧縮空気がベントナイト容器６からベントナイト系材料がそれぞれ供給される。ベントナイト系材料が混合された圧縮空気は、超音速ノズル２における絞り部１４を通過する際に超音速に加速され、超音速で噴出口１１から噴射される。

Description

明 細 書
ベントナイト系材料の吹付け工法および吹付け装置
技術分野
[0001] 本発明は、ベントナイト系材料の吹付け工法および吹付け装置に係り、特に、放射 性廃棄物などの廃棄物を処理する廃棄物処理施設の造成に用いて好適なベントナ イト系材料の吹付け工法および吹付け装置に関する。
背景技術
[0002] 放射性廃棄物を廃棄するにあたり、たとえば放射性廃棄物をガラス質の素材に溶 け込ませ、これを鉄鋼製の容器に铸込んで地層内に埋め込む放射性廃棄物地層処 分が行われることがある。この放射性廃棄物地層処分においては、放射性廃棄物を 確実に隔離するために、粘土質材料による人工バリア (止水層）が構築される。
[0003] 人工バリアの構築を行う方法としては、ベントナイトブロックを積み上げる方式や、現 場での締固めによる方式が知られている。このうち、ベントナイトブロックを積み上げる 方式は、工場などで作製したベントナイトブロックを現場に搬入し、吸引把持し、また はクレーンで吊り上げるなどして定置するものである。一方の現場での締固めによる 方式は、振動ローラ、コンクリートはつり機を改良した空圧式打撃ハンマ、重錘落下 式自動締固め機械などでの転圧をそれぞれ施すものである。このような放射性廃棄 物を廃棄するための方法として、たとえば特許第 3054728号公報 (特許文献 1)に開 示された廃棄物処理施設、特開 2000— 193796号公報 (特許文献 2)に開示された 埋め戻し方法およびそれに使用するブロックの製造方法がある。
[0004] また、粘土質材料としては、ベントナイトを主体とし、ベントナイトまたはベントナイト に砂など含有させたベントナイト混合土力 なるベントナイト系材料が一般的に用いら れている。このベントナイト系材料は、通常、ベントナイト粉体を主体とする原料に所 定の含水比となるまで加水したものが使用される。
[0005] ところが、ベントナイトブロックを積み上げる方式では、大型のジャッキなどを備えた 大掛力りなプラントが必要となる。また、現場での締固めによる方式では、大型の振動 ローラや転圧装置を用いる必要があり、やはり大掛力りなものとなってしまうという問題 がある。また、これらの方式では、狭隘な部分に人工バリアを構築するのが困難であ るという問題もある。
[0006] これらの問題に対して、ベントナイト系材料を用いた吹付け工法が検討されている。
この吹付け工法では、ベントナイト系材料をトンネルなどの内面に吹き付けて、人工 ノリア (止水層）を構築しょうというものである。従来における吹付け工法では、主に法 面の遮水性を向上させることを目的としており、たとえば特開 2001— 81761号公報（ 特許文献 3)、特許第 3494397号公報 (特許文献 4)に開示されたものがある。これら の吹付け工法においては、大型のジャッキや振動ローラなどの装置を用いる必要が ないので、容易に人工バリアを構築することができる。しかも、狭隘な部位についても 容易に人工バリアを構築することができる。
[0007] 特許文献 1：特許第 3054728号公報
特許文献 2 :特開 2000— 193796号公報
特許文献 3：特開 2001— 81761号公報
特許文献 4：特許第 3494397号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0008] ところで、放射性廃棄物地層処分にお!、て構築される人工バリア（止水層）には、 高い遮水性が要求されることから、高い乾燥密度、たとえば 1. 6MgZm3程度の非 常に高い乾燥密度が要求される。しかし、上記特許文献 3, 4に開示された吹付けェ 法では、このような高 、乾燥密度の人工バリアを施工することができな ヽと 、う問題が あった。また、放射性廃棄物地層処分に限らず、他の構造物などにおいて、ベントナ イト系材料の吹付けにより、高い遮水性を発揮するベントナイト層（止水層）への需要 もめる。
[0009] そこで、本発明の課題は、高い乾燥密度のベントナイト層を形成することができるべ ントナイト系材料の吹付け工法および吹付け装置を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0010] 上記課題を解決した本発明に係るベントナイト系材料の吹付け工法は、ベントナイ トまたはベントナイトを含む混合物を主材料とするベントナイト系材料を吹き付けて、 ベントナイト層を構築するベントナイト吹付け工法であって、圧縮部、絞り部、および 膨張部が形成された超音速ノズルに圧縮空気を供給し、圧縮空気が圧縮部から絞り 部を通過して膨張部に供給される過程で超音速に加速され、膨張部の下流側に形 成された噴出ロカ 超音速の圧縮空気を噴射するとともに、圧縮空気にベントナイト 系材料を混合し、圧縮空気に混合されたベントナイト系材料を吹き付けてベントナイト 層を形成することを特徴とする。
[0011] 本発明に係るベントナイト系材料の吹付け工法においては、ベントナイト系材料を 吹き付けるにあたり、超音速ノズルを用いている。この超音速ノズルを用いることにより 、ベントナイト系材料を超音速という速い速度で噴射することができるので、高い乾燥 密度のベントナイト層を形成することができる。なお、本発明における「ベントナイトを 含む混合物」としては、ベントナイトとセメントとの混合物、ベントナイトと砂や礫との混 合物などを例示することができる。
[0012] ここで、液体に混合されたベントナイト系材料を超音速ノズルに供給し、ベントナイト 系材料は、主材料と液体とを含む混合体とされて ヽる態様とすることができる。
[0013] このように、液体に混合されたベントナイト系材料を超音速ノズルに供給する、 Vヽゎ ゆる湿式吹付けに好適に用いることができる。
[0014] また、主材料として、ベントナイト系材料における液体の含有量が主材料における 最適含水比となるときに所定の乾燥密度以上となるものを用い、ベントナイト系材料 における液体の含有量の上限を、ベントナイト系材料が超音速ノズルを通過する際 における超音波ノズルの閉塞可能性に基づいて定めるとともに、ベントナイト系材料 における液体の含有量の下限を、ベントナイト系材料の付着性に基づ 、て定める請 求項 2に記載のベントナイト系材料の吹付け工法。
[0015] このように、ベントナイト系材料における液体の含有量が主材料における最適含水 比となるときに所定の乾燥密度以上となるものを用いることにより、所定の乾燥密度の ベントナイト層を形成することができる。また、ベントナイト系材料の含水比が高いと、 超音速ノズルを閉塞させる可能性が高くなる。このため、ベントナイト系材料における 液体の含有量の上限を、ベントナイト系材料が超音速ノズルを通過する際における 超音波ノズルの閉塞可能性に基づいて定めることにより、ベントナイト系材料による超 音速ノズルの閉塞を防止することができる。一方、ベントナイト系材料の含水比が低 いと、ベントナイト層を形成する際のベントナイト系材料の付着率が低くなつてしまう。 このため、ベントナイト系材料における液体の含有量の下限を、ベントナイト系材料の 付着性に基づ 、て定めることにより、ベントナイト系材料の付着率を低くしな 、ように することができる。
[0016] なお、本発明における「超音速ノズルを閉塞させる」とは、超音速ノズルの本体を閉 塞させるもののほか、たとえば超音速ノズルにベントナイト系材料を配送する配管な どが設けられて 、る場合に、その配管を閉塞させる態様を含むものである。
[0017] ここで、所定の乾燥密度が、 1. 6 (Mg/m3)である態様とすることができる。
[0018] 所定の乾燥密度が、 1. 6 (MgZm3)であることにより、放射性廃棄物などの廃棄物 を処理する廃棄物処理施設を造成する際に要求される止水性を満足するベントナイ ト層を形成することができる。
[0019] また、ベントナイト系材料における液体の含有量の上限力 最適含水比から 4%大 き 、値に設定されて 、る態様とすることができる。
[0020] このように、ベントナイト系材料における液体の含有量の上限力 最適含水比から 4
%大きい値に設定されていることにより、ベントナイト系材料による超音速ノズルの閉 塞を好適に防止することができる。
[0021] さらに、ベントナイト系材料における液体の含有量の下限力 最適含水比から 1% 小さ 、値に設定されて 、る態様とすることもできる。
[0022] このように、ベントナイト系材料における液体の含有量の下限力 最適含水比から 1
%小さい値に設定されていることにより、ベントナイト系材料の付着率を低くしないよう にすることができる。
[0023] また、圧縮空気とベントナイト系材料とを、超音速ノズルにおける絞り部よりも噴出口 側で混合させる態様とすることができる。
[0024] このように、圧縮空気とベントナイト系材料とを、超音速ノズルにおける絞り部よりも 噴出口側で混合させることにより、絞り部をベントナイト系材料が通過しないようにす ることができる。このため、ベントナイト系材料の最大粒径に縛られることなく絞り部の 直径や膨張部の形状などを自由に設計することができる [0025] さらに、ベントナイト系材料を水平方向よりも下向きに吹き付ける態様とすることもで きる。
[0026] このように、吹付け方向を水平よりも下向きとすることにより、吹付け損失を低減する ことができる。し力も、ベントナイト系材料を施工面に付着させる必要もないので、水な どの液体の使用量を最低限に抑えることができる。
[0027] また、上記課題を解決した本発明に係るベントナイト系材料吹付けノズルは、ベント ナイトまたはベントナイトを含む混合物を主材料とするベントナイト系材料を吹き付け て、ベントナイト層を構築するベントナイト吹付け装置に用いられるノズルであって、コ ンプレッサから供給される圧縮空気により、ベントナイト系材料供給手段から供給され るベントナイト系材料を超音速で噴出する超音速ノズルカゝらなることを特徴とする。
[0028] さらに、上記課題を解決した本発明に係るベントナイト系材料の吹付け装置は、ベ ントナイトまたはベントナイトを含む混合物を主材料とするベントナイト系材料を吹き付 けて、ベントナイト層を構築するベントナイト吹付け装置であって、上記のベントナイト 系材料吹付けノズルと、ノズルに圧縮空気を供給するコンプレッサと、ノズルにベント ナイト系材料を供給するベントナイト系材料供給手段と、を備え、圧縮空気と混合さ れたベントナイト系材料を圧縮空気とともにノズルカゝら噴出し、圧縮空気に混合され たベントナイト系材料を吹き付けてベントナイト層を形成することを特徴とする。
発明の効果
[0029] 本発明に係るベントナイト系材料の吹付け工法および装置によれば、高い乾燥密 度のベントナイト層を形成することができる。
図面の簡単な説明
[0030] [図 1]本発明に係るベントナイト系材料の吹付け装置を示す構成図である。
[図 2]超音速ノズルの断面図である。
[図 3]放射性廃棄物処理施設の造成過程の正断面図である。
[図 4]図 3に続く過程の正断面図である。
[図 5]放射性廃棄物処理施設の正断面図である。
[図 6]開放型廃棄物処理施設造成過程の正断面図である。
[図 7]超音速ノズルの他の例を示す断面図である。 [図 8]本発明例および比較例における含水比と吹付け後の乾燥密度との関係を示す グラフである。
[図 9]本発明の試験における含水比と乾燥密度とリバウンド率との関係を示すグラフ である。
[図 10]変形例に係るベントナイト系材料の吹付け装置を示す構成図である。
符号の説明
1, 60· ··吹付け装置
2, 40, 61···超音速ノズル
3…第一ホース
4···第二ホース
5, 63···コンプレッサ
6, 64· ··ベントナイト容器 (ベントナイト系材料供給手段）
10, 41···先端部材
11· ··噴出口
12· ··後端開口部
13· 流路
14· ··絞り部
is··圧縮部
le- ··膨張部
20, 42…接続部材
21· ··接続部材本体
22, 43···分岐管部材
24· ··先端開口部
25· "第一接続口
26· "第二接続口
30· ··放射性廃棄物処理施設
31· ··坑道
32· "放射性廃棄物 33, 52…止水層（ベントナイト層）
50· ··開放型廃棄物処理施設
32, 51· ·· (放射性)廃棄物
62· ··三又ホース
発明を実施するための最良の形態
[0032] 以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。図 1は、本発 明の実施形態に係るベントナイト系材料の吹付け装置を示す構成図である。
[0033] 図 1に示すように、本実施形態に係る吹付け装置 1は、ベントナイト系材料吹付けノ ズルである超音速ノズル 2を備えている。超音速ノズル 2には、第一ホース 3および第 二ホース 4のそれぞれの一端が接続されている。また、第一ホース 3の他端には、コ ンプレッサ 5が接続されており、第二ホース 4の他端には、ベントナイト系材料供給手 段としてのベントナイト容器 6が接続されて 、る。
[0034] 超音速ノズル 2はラバルノズルとも呼ばれ、図 2に示すように、先端部材 10と接続部 材 20とを有している。先端部材 10の先端には、噴出口 11が形成されており、先端部 材 10の後端部には後端開口部 12が形成されている。この後端開口部 12に接続部 材 20が接続されている。また、先端部材 10における噴出口 11と後端開口部 12との 間には、流路 13が形成されており、流路 13には、絞り部 14が形成されている。流路 13における絞り部 14よりも上流側（後端開口部 12側）は、絞り部 14よりも広い径の幅 広の流路カもなる圧縮部 15とされており、絞り部 14よりも下流側（噴出口 11側)も、 絞り部 14よりも広ぐ圧縮部 15よりも狭い径の膨張部 16とされている。
[0035] 超音速ノズル 2では、先端部材 10における流路 13の圧縮部 15から絞り部 14に供 給される圧縮空気は、絞り部 14に向けて断面積が小さくなるに連れて流速が早くな る。また、圧縮空気が絞り部 14を通過する際に音速を超えると、空気などの流体は絞 り部 14を通過した後、膨張部 16を通過する際に膨張しながらさらに加速し、やがて 噴出口 11から噴出される。
[0036] さらに、超音速ノズル 2の接続部材 20は、接続部材本体 21を有しており、接続部材 本体 21には、分岐管部材 22が設けられている。接続部材本体 21の先端部には、先 端開口部 24が形成されており、接続部材本体 21の後端部には第一接続口 25が形 成され、分岐管部材 22の後端部には第二接続口 26が形成されている。このうち、先 端開口部 24は、先端部材 10における後端開口部 12に接続されている。また、第一 接続口 25には第一ホース 3が接続され、第二接続口 26には第二ホース 4が接続さ れている。
[0037] また、第一ホース 3にはコンプレッサ 5が接続されており、第二ホース 4にはベントナ イト容器 6が接続されている。コンプレッサ 5を作動させると、圧縮空気が供給される。 また、ベントナイト容器 6には、吹付け材料としてのベントナイト系材料が収容されて いる。
[0038] 第一ホース 3に接続されたコンプレッサ 5を作動させると、コンプレッサ 5から第一ホ ース 3を介して超音速ノズル 2における接続部材 20に圧縮空気が供給される。超音 速ノズル 2における接続部材 20に供給された圧縮空気は、接続部材 20の接続部材 本体 21に形成された流路を通じて、先端部材 10における流路 13へと流入する。流 路 13における絞り部 14を通過する際に、圧縮空気が音速を超えて加速され、絞り部 14を通過した後、さらに加速されて噴出口 11から噴出される。
[0039] また、第一ホース 3を介して超音速ノズル 2の接続部材 20の内部に圧縮空気が流 入すると、接続部材 20における流路に負圧が生じる。この負圧により、ベントナイト容 器 6内に収容されたベントナイト系材料が接続部材 20に吸引され、接続部材 20にお ける流路内にベントナイト系材料が流入する。
[0040] 接続部材 20における流路内では、コンプレッサ 5から供給された圧縮空気および ベントナイト容器 6から供給されたベントナイト系材料が混合される。圧縮空気に混合 されたベントナイト系材料は、圧縮空気とともに先端部材 10へと流入し、超音速で噴 出口 11から噴出される。なお、超音速ノズル 2における絞り部 14の幅は、コンプレツ サ 5の能力に応じて、圧縮空気が絞り部 14を通過する際に超音速となる幅に設定さ れる。
[0041] 本実施形態に係る廃棄物処理施設造成用ベントナイト系材料 (以下、「ベントナイト 系材料」という）は、ベントナイト原鉱石と水とを有している。ベントナイト原鉱石は、粉 体ベントナイトの製造過程で生じる粗粒ベントナイトのうちから、粒径 10mm以下のも のを選別して用いられている。また、粗粒ベントナイトの乾燥密度は、 1. 8〜1. 9Mg Zm3程度である。 10mm以下の粗粒ベントナイトは、粗砕きしたベントナイト原鉱石 を目の粗さが 10mmのふるい分けによって選別して得たものである。
[0042] 次に、本実施形態に係るベントナイト系材料を用いた吹付け工法が行われる廃棄 物処理施設の造成方法について説明する。本実施形態では、放射性廃棄物を処理 する放射性廃棄物処理施設を造成し、放射性廃棄物の地層処分を行う。図 5は、放 射性廃棄物処理施設の正断面図である。図 5に示すように、放射性廃棄物処理施設 30は、坑道 31を有しており、坑道 31内に放射性廃棄物 32が埋められて廃棄される 。坑道 31は、たとえばコンクリートによって形成されている。また、放射性廃棄物 32は 、ガラス質の素材に溶け込まされ、鉄鋼製の容器に铸込まれている。放射性廃棄物 3 2を埋める際に、その周囲にベントナイト系材料を吹き付けて、ベントナイト層としての 止水層 33を形成する。この止水層 33により、放射性廃棄物 32に対する地下水の流 通を防止する。
[0043] 放射性廃棄物を廃棄するにあたっては、まず、図 3に示すように、坑道 31内に放射 性廃棄物 32を載置する。放射性廃棄物 32を載置したら、吹付け工法を行うことによ つて、ベントナイト系材料を吹付け、止水層 33を形成する。ベントナイト系材料を吹き 付ける際には、超音速ノズル 2が用いられる。止水層 33を形成するにあたっては、ま ず、坑道 31における放射性廃棄物 32が載置されている位置の周囲に上方力も超音 速ノズル 2を用いて圧縮空気によってベントナイト系材料を吹き付ける。
[0044] また、超音速ノズル 2では、コンプレッサ 5から供給される圧縮空気と、ベントナイト 容器 6から供給されるベントナイト系材料とが、ノズル 2における接続部材 20内で混 合される。接続部材 20内で混合された圧縮空気とベントナイト系材料とは、先端部材 10に搬送される。先端部材 10では、圧縮空気が圧縮部 15から絞り部 14を通過して 膨張部 16に流通する。このとき、圧縮部 15から絞り部 14までの間は、径が狭まって いくことから、圧縮空気の流速が増加していく。また、圧縮空気が絞り部 14を通過す るときに音速を超えていると、膨張部 16が絞り部 14よりも径が広いことから、さらに圧 縮空気の流速が増加する。この圧縮空気とともに、ベントナイト系材料が噴出口 11ま で搬送され、超音速で噴出口 11から噴出される。
[0045] ベントナイト系材料が超音速となる高速で噴出されることにより、ベントナイト系材料 によって所望の密度のベントナイトマトリックスとなり、高い乾燥密度のベントナイト層 を形成することができる。このとき、吹付けノズルに超音速ノズル 2を用いているので、 大型のコンプレッサを用いることなぐ高速でのベントナイト系材料の吹付けを行うこと ができる。
[0046] たとえば、超音速ノズル 2を下向きにしてベントナイト系材料を噴出する場合、吹付 け方向を水平よりも下向きとすると、 0. 3〜0. 7MPaといったあまり高くない、通常程 度の圧力のコンプレッサを用いた場合でも、構築されるベントナイト系人工バリア (止 水層）の乾燥密度を 1. 6MgZm3という高いものとすることができる。このように、吹付 け方向を水平よりも下向きとすることにより、吹付け損失を低減することができる。しか も、ベントナイト系材料を施工面に付着させる必要もないので、水などの液体の使用 量を最低限に抑えることができる。
[0047] こうして、ベントナイト系材料の吹付けが進み、図 4に示すように、坑道 31の下方に おける広い範囲に止水層 33が形成されたら、坑道 31の上方にも止水層を形成する 。この場合には、図 4に示すように、超音速ノズル 2を坑道 31の内面に直接向けるな どしてベントナイト系材料を吹き付けて、止水層を形成する。その後、図 5に示すよう に、坑道 31がベントナイト系材料で埋め尽くされて、坑道 31の内部全域に止水層 33 が形成され、放射性廃棄物 32に対する坑道 31の周囲の地下水が流通することを防 止する。
[0048] このように、本実施形態に係るベントナイト系材料を用いることにより、吹付け工法に よって、放射性廃棄物 32を廃棄するための廃棄物処理施設 30に求められる程度の 高い乾燥密度、ひいては高い遮水性を有する止水層 33を形成することができる。し たがって、大型のクレーンや転圧ローラなどの大型のプラントや装置を用いることなく 、簡易に廃棄物処理施設 30を造成できるようになる。しカゝも、吹付け工法によって止 水層 33を形成するので、狭隘な部分に対しても容易に止水層 33を形成することがで きる。しかも、超音速ノズル 2を用いることにより、通常の能力のコンプレッサ 5を用いる のみで、ベントナイト系材料を超音速という高速で吹き付けることができる。したがって 、コンプレッサ 5などの吹付け機材の性能を軽減することができ、施工部位に応じて 施工法を変える必要もな 、ので、その分造成工程を簡素なものとすることができる。 その結果として、コストの低減を図ることができる。
[0049] また、このような放射性廃棄物処理施設 30の造成のほか、いわゆる開放型廃棄物 処理施設 (浅地層処分施設)の埋め戻しを行う際に、本実施形態に係る吹付け装置 1を用いることもできる。図 6は、本実施形態に係る吹付け装置 1を用いて開放型廃棄 物処理施設の埋め戻しを行う状態を示す図である。図 6に示すように、谷状の開放型 廃棄物処理施設 50に廃棄物 51を載置し、その周囲に吹付け装置 1における超音速 ノズル 2からベントナイト系材料を吹き付けてベントナイト層としての止水層 52を形成 し、廃棄物 51を埋めることもできる。
[0050] 他方、上記の実施形態で用いた超音速ノズル 2に代えて、図 7に示す超音速ノズル 40を用いることができる。超音速ノズル 40は、先端部材 41と接続部材 42とを有して おり、接続部材 42には分岐管部材が設けられておらず、その代わりに先端部材 41 に分岐管部材 43が設けられている。この分岐管部材 43に第二ホース 4を介してベン トナイト容器（図示省略)が接続されている。また、分岐管部材 43は、絞り部 14よりも 噴出口 11側の膨張部 16に流通する位置に形成されている。その他の点については 、上記の実施形態と同様の構成とされている。
[0051] この超音速ノズル 40では、ベントナイト系材料が絞り部 14よりも噴出口 11側に供給 されるので、絞り部 14をベントナイト系材料が通過しないようにすることができる。この ため、絞り部 14にベントナイト系材料の最大粒径に縛られることなく絞り部 14の直径 や膨張部 16の形状などを自由に設計することができる。
[0052] 〔試験 1〕
次に、水などの液体とベントナイト系材料を用いた室内吹付け試験について説明す る。図 8は、この室内吹付け試験の結果を示すグラフである。この試験では、超音速ノ ズル（ラバルノズル）を用いた吹付けと、超音速ノズルではな!/、通常のノズルを用いた 場合とにおけるベントナイトの高密度吹付けを行った。図 8には、吹き付けられたベン トナイトの含水比と乾燥密度との関係を示している。
[0053] 図 8から分力るように、超音速ノズルを用いた例では、超音速ノズルを用いた場合 ( ラバルノズル有り）には、超音速ノズルを用いていない場合 (ラバルノズル無し)よりも 含水比に対する乾燥密度が増カロした結果となった。このように、本発明の超音速ノズ ルを用いることにより、含水比 15〜25%のベントナイト系材料であっても、吹き付けら れた材料、すなわち止水層の乾燥密度を増加させることができた。
[0054] 〔試験 2〕
また、ベントナイト系材料における好適な含水比を求めるために、次の試験を行つ た。この試験では、スロート径が 19mmである超音速ノズルを用い、吹き付け距離を 1 OOOmmに設定して、吹付け実験を行った際のベントナイト系材料のリバウンド率およ び吹き付けられたベントナイト系材料の乾燥密度を計測した。ベントナイト系材料とし ては、粒径 5mm以下のものを使用した。ここで、リバウンド率とは、付着したベントナ イト系材料の重量を吹き付けたベントナイト系材料の重量で除した値であり、リバゥン ド率を 1から減算することにより、ベントナイト系材料の付着率が求められる。その結果 を図 9に示す。
[0055] 図 9から分力るように、含水比が 18%であるときに、乾燥密度が最大となっており、 ここで用いられたベントナイト系材料では、 18%が最適含水比となった。また、最適 含水比から 1%小さい含水比が 17%未満では、リバウンド率が高くなりすぎ、乾燥密 度を測定することができず、試験を停止した。
[0056] 一方、最適含水比力も 4%大きい含水比が 22%を超えるあたりでは、リバウンド率 は非常に低くなつた。ところが、ベントナイト系材料が超音速ノズルやベントナイト系材 料を配送する配管内に付着し、これらを閉塞してしまったため、試験を停止した。
[0057] このように、最適含水比からみて、 1%以下力 4%以上を除いた範囲の含水比と することにより、ベントナイト材料の付着率を高いものとすることができる一方で、ベン トナイト系材料の閉塞などを生じさせ難くすることができた。
[0058] 以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に 限定されるものではない。たとえば、上記実施形態では、ベントナイト系材料に液体と して水を混合させている力 水に代えて炭酸イオン含有水を用いることもできる。ここ での炭酸イオン含有水としては、重炭酸ナトリウム水溶液 (以下、「重曹水」という）が 用いられている。ただし、炭酸イオン含有水としては、重曹水のほか、 CO 2_、 HCO
3 3
2_などを供給可能な水溶液を適宜用いることができる。その例として、炭酸ナトリウム 、炭酸カリウム、炭酸鉄などの炭酸塩の水溶液や、重炭酸カリウム、重炭酸鉄などの 重炭酸塩の水溶液などを挙げることができる。これらの水溶液は飽和濃度とするのが 望ましい。
[0059] このとき、ベントナイト系材料における炭酸イオン含有水などの液体の含水比は、 1 5〜30%の範囲に調整されているのが好適となる。ベントナイトと炭酸イオン含有水 などの液体との混合は、ベントナイトを圧縮空気で圧送し、止水層形成位置に吹き付 ける直前に行うことができる。この場合、止水層形成位置でベントナイトと炭酸イオン 含有水などの液体との混合体が生成され、この混合体が止水層形成位置に吹き付 けられる。あるいは、ベントナイトと炭酸イオン含有水などの液体とを予め混合して混 合体を生成しておき、この混合体を圧縮空気によって圧送して、止水層形成位置に 吹さ付けることちでさる。
[0060] この場合のベントナイト系材料は、ベントナイトと同種の陽イオンが含有する層間陽 イオン含有水である炭酸イオン含有水を有しているため、吹付けを行う際に、止水層 形成位置やベントナイト同士が付着しやすくなる。したがって、低い含水比であっても 高い接着能力が発揮されるので、吹付け材料の含水比を低くしても十分な付着性お よび遮水性を得ることができる。
[0061] さらに、ベントナイト系材料における層間陽イオン含有水は、ベントナイトの層間陽 イオンと同種の陽イオン (Naイオンや Caイオンなど）を含むので、環境負荷を小さな ものとすることができる。さら〖こ、炭酸イオン含有水は、無機材料であるので、アルコ ールなどの有機材料のような変質のおそれがない。このため、放射性廃棄物処理施 設 30が完成して坑道 31が閉鎖された後に、地下水によって希釈されるので、最終的 には、たとえばベントナイトブロックを積み上げるなどの従来の工法と同様の遮水性な どの性能を発揮することができる。
[0062] 他方、本実施形態に係る廃棄物処理施設は、坑道 31の表面がセメント系のコンクリ ートで形成されているので、炭酸イオン (含有水）がコンクリートの表層部を緻密化さ せる効果を発揮することができる。
[0063] また、上記実施形態では、ベントナイト系材料の吹付けによって、放射性廃棄物地 層処分における人工バリア (止水層）を構築する例を示しているが、このような非常に 高い遮水性までは要求されない、ある程度の遮水性までを要求されるような止水層 5 2を構築する際にも、本発明に係るベントナイト系材料の吹付け工法を用いることが できる。
[0064] さら〖こ、上記実施形態では、ベントナイト系材料に予め水などの液体を混合された いわゆる湿式吹付けを行う場合を例としているが、湿式吹付けに限らず、ベントナイト 系材料と水または層間陽イオン含有水などの液体とを別個に供給し、超音速ノズル 2 (40)から噴出される圧縮空気内でベントナイト系材料と液体とを混合させるいわゆる 乾式吹付けを行う場合にも、超音速ノズル 2 (40)を用いることができる。
[0065] また、上記実施形態では、超音速ノズル 2 (40)に分岐管部材 22 (43)を設けて、超 音速ノズル 2 (40)内で圧縮空気とベントナイト系材料とを混合しているが、圧縮空気 とベントナイト系材料の混合位置は任意であり、たとえば超音速ノズル 2 (40)の手前 位置で両者を混合することもできる。図 10はその例となる変形例に係る吹付け装置 の構成図である。図 10に示すように、変形例に係る吹付け装置 60は、超音速ノズル 61を備えている。超音速ノズル 61は、上記実施形態に係る超音速ノズル 2 (40)と比 較して、分岐管部材 22 (43)が設けられていない構造となっている。超音速ノズル 61 には、三又ホース 62を介してコンプレッサ 63およびベントナイト容器 64が接続されて いる。このコンプレッサ 63から超音速ノズル 61に圧縮空気が供給されると、三又ホー ス 62内に生じる負圧でベントナイト容器 64からベントナイト系材料が三又ホース 62内 に流入する。それから、三又ホース 62内で圧縮空気とベントナイト系材料とが混合し 、そのまま超音速ノズル 61に供給される。そして、超音速ノズル 61からは、ベントナイ ト系材料が超音速で施工面に吹き付けられる。

Claims

請求の範囲
[1] ベントナイトまたはベントナイトを含む混合物を主材料とするベントナイト系材料を吹 き付けて、ベントナイト層を構築するベントナイト吹付け工法であって、
圧縮部、絞り部、および膨張部が形成された超音速ノズルに圧縮空気を供給し、前 記圧縮空気が前記圧縮部から前記絞り部を通過して前記膨張部に供給される過程 で超音速に加速され、膨張部の下流側に形成された噴出ロカ 超音速の圧縮空気 を噴射するとともに、
前記圧縮空気にベントナイト系材料を混合し、前記圧縮空気に混合されたベントナ イト系材料を吹き付けてベントナイト層を形成することを特徴とするベントナイト系材料 の吹付け工法。
[2] 液体に混合された前記ベントナイト系材料を前記超音速ノズルに供給し、前記ベン トナイト系材料は、前記主材料と液体とを含む混合体とされて!ヽる請求項 1に記載の ベントナイト系材料の吹付け工法。
[3] 前記主材料として、前記ベントナイト系材料における前記液体の含有量が前記主 材料における最適含水比となるときに所定の乾燥密度以上となるものを用い、 前記ベントナイト系材料における前記液体の含有量の上限を、前記ベントナイト系 材料が前記超音速ノズルを通過する際における前記超音波ノズルの閉塞可能性に 基づいて定めるとともに、前記ベントナイト系材料における前記液体の含有量の下限 を、前記ベントナイト系材料の付着性に基づいて定める請求項 2に記載のベントナイ ト系材料の吹付け工法。
[4] 前記所定の乾燥密度が、 1. 6 (MgZm3)である請求項 3に記載のベントナイト系材 料の吹付け工法。
[5] 前記ベントナイト系材料における前記液体の含有量の上限が、最適含水比から 4% 大き 、値に設定されて 、る請求項 3に記載のベントナイト系材料の吹付け工法。
[6] 前記ベントナイト系材料における前記液体の含有量の下限が、最適含水比から 1% 小さ 、値に設定されて 、る請求項 3に記載のベントナイト系材料の吹付け工法。
[7] 前記圧縮空気と前記ベントナイト系材料とを、前記超音速ノズルにおける絞り部より も噴出口側で混合させる請求項 1に記載のベントナイト系材料の吹付け工法。
[8] 前記ベントナイト系材料を水平方向よりも下向きに吹き付ける請求項 1に記載のベ ントナイト系材料の吹付け工法。
[9] ベントナイトまたはベントナイトを含む混合物を主材料とするベントナイト系材料を吹 き付けて、ベントナイト層を構築するベントナイト吹付け装置に用いられるノズルであ つて、
コンプレッサ力 供給される圧縮空気により、ベントナイト系材料供給手段力 供給 される前記ベントナイト系材料を超音速で噴出する超音速ノズルカゝらなることを特徴と するベントナイト系材料吹付けノズル。
[10] ベントナイトまたはベントナイトを含む混合物を主材料とするベントナイト系材料を吹 き付けて、ベントナイト層を構築するベントナイト吹付け装置であって、
請求項 9に記載のベントナイト系材料吹付けノズルと、
前記ノズルに圧縮空気を供給するコンプレッサと、
前記ノズルに前記ベントナイト系材料を供給するベントナイト系材料供給手段と、を 備え、
前記圧縮空気と混合された前記ベントナイト系材料を前記圧縮空気とともに前記ノ ズルカ 噴出し、前記圧縮空気に混合されたベントナイト系材料を吹き付けてベント ナイト層を形成することを特徴とするベントナイト系材料の吹付け装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015190179A (ja) * 2014-03-28 2015-11-02 住友大阪セメント株式会社 吹付けモルタルの施工状態の確認方法

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE534094C2 (sv) * 2009-09-01 2011-04-26 Olle Grinder Metod vid långtidsförvar
US9909597B2 (en) 2013-10-15 2018-03-06 Dresser-Rand Company Supersonic compressor with separator
CN110307009B (zh) * 2019-07-10 2020-10-30 东至丰达混凝土有限公司 一种混凝土喷射机械手
RU2721692C1 (ru) * 2019-10-11 2020-05-21 Общество с ограниченной ответственностью "Новые Трубные Технологии" (ООО "НТТ") Форсунка для автоматической подачи бентонита при бестраншейной прокладке стеклокомпозитных труб
RU2721620C1 (ru) * 2019-12-27 2020-05-21 Общество с ограниченной ответственностью "Новые Трубные Технологии" (ООО "НТТ") Форсунка металлическая напорная для автоматической подачи бентонита при бестраншейной прокладке стеклокомпозитных труб
US11679424B1 (en) * 2021-12-27 2023-06-20 B B & M Materials, LLC Disposal of biomass waste
CN115380671B (zh) * 2022-08-30 2023-12-26 盐城工学院 一种射种装置及播种机

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2419410A (en) 1944-08-26 1947-04-22 Chicago Pneumatic Tool Co Cement or refractory material gun and supply system for same
JPH09288200A (ja) * 1996-04-23 1997-11-04 Kajima Corp 廃棄物処理施設
JPH11280081A (ja) * 1998-03-30 1999-10-12 Raito Kogyo Co Ltd 地盤に対する付着性材料の乾式吹付工法およびその装置
JP2000193796A (ja) 1998-12-25 2000-07-14 Kajima Corp 埋め戻し方法およびそれに使用するブロックの製造方法
JP2001081761A (ja) 1999-09-10 2001-03-27 Kumagai Gumi Co Ltd ベントナイト混合土による遮水層およびその施工法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT992150B (it) * 1973-05-29 1975-09-10 Turbosol A I Srl Testina spruzzatrice di impasti cementizi per l applicazione mec canica di intonaci
JPS63141664A (ja) * 1986-12-02 1988-06-14 Harima Ceramic Co Ltd 乾式吹付ノズル
DE10126100A1 (de) * 2001-05-29 2002-12-05 Linde Ag Verfahren und Vorrichtung zum Kaltgasspritzen
US7475831B2 (en) * 2004-01-23 2009-01-13 Delphi Technologies, Inc. Modified high efficiency kinetic spray nozzle

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2419410A (en) 1944-08-26 1947-04-22 Chicago Pneumatic Tool Co Cement or refractory material gun and supply system for same
JPH09288200A (ja) * 1996-04-23 1997-11-04 Kajima Corp 廃棄物処理施設
JP3054728B2 (ja) 1996-04-23 2000-06-19 鹿島建設株式会社 廃棄物処理施設
JPH11280081A (ja) * 1998-03-30 1999-10-12 Raito Kogyo Co Ltd 地盤に対する付着性材料の乾式吹付工法およびその装置
JP3494397B2 (ja) 1998-03-30 2004-02-09 ライト工業株式会社 地盤に対する付着性材料の乾式吹付工法およびその装置
JP2000193796A (ja) 1998-12-25 2000-07-14 Kajima Corp 埋め戻し方法およびそれに使用するブロックの製造方法
JP2001081761A (ja) 1999-09-10 2001-03-27 Kumagai Gumi Co Ltd ベントナイト混合土による遮水層およびその施工法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP1930087A4

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015190179A (ja) * 2014-03-28 2015-11-02 住友大阪セメント株式会社 吹付けモルタルの施工状態の確認方法

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Publication number Publication date
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