JP2000212933A - 遮水構造材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ベントナイトが、固化材料としてのセメント
のカルシウムイオンを内部に取り込まないようにして、
ベントナイトへの水補給能力を高めて膨潤性を長期に渡
って発揮させる。 【解決手段】 ベントナイト６の微粒子２１の外側にポ
リエチレングリコール２２を被着させて、化学変化を防
ぐカプセル２３とし、セメントが固化した後に上記カプ
セル２３が水に溶けて無くなり、上記ベントナイト６が
膨潤して遮水を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、土木構造物等に適
用される遮水構造材に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７ないし図８は、産業廃棄物を処分す
るための堆積場の一例を示す断面図であり、各図におい
て、１ａは地盤１を凹状に掘削した堆積部、２は堆積部
１ａの表面を覆うようにコンクリートを打設し、遮水を
行う遮水層、３は遮水層２の上に敷設された遮水シー
ト、４は遮水シート３の底部５側に堆積されて、シート
３を保護する保護砂である。

【０００３】コンクリートより成る上記遮水層２は、通
常主材となる砂及び砂利等の土質材料と、遮水性がある
ベントナイトやカオリン等を含む低透水性材料と、これ
らを固めるセメント等の固化材料とをミキサで攪拌混合
して遮水構造材とし、この遮水構造材を打設して、遮水
層２として構築している。

【０００４】図９に示すようにベントナイト６は、粘土
鉱物の一種であり、結晶構造は、結晶板７ａ，７ｂの内
側に、陽性のナトリウムイオン８を有し、このナトリウ
ムイオン８の回りには、水分子９が付着したものであ
り、結晶板７ａ，７ｂの層の間に上記水分子９より成る
層間水を含んだ構造となっている。この層間の水分子９
より成る層間水のイオン濃度は、ベントナイト６まわり
の水分子９のイオン濃度より高いので、浸透圧差を生
じ、この浸透圧差でまわりの水分子９が層間に補給され
る。この水分子９の補給は、ナトリウムイオン８と結晶
板７ａ，７ｂとが結合しているので、この結合力と、上
記浸透圧力とが釣り合うまで行われる。このように、ベ
ントナイト６にはその回りの水分子９が補給されること
になり、このことからベントナイト６は、図１１に示す
ように膨潤する性質を有する。

【０００５】図１０において水分子９が回りから補給さ
れて膨潤して体積が増えることにより、遮水層２中の僅
かな間隙を埋める作用を有して遮水性能を発揮する。こ
の膨潤は浸透圧膨潤と呼ばれ、層間の層間水のイオン濃
度が高いので、一旦層間に取込まれた水分子９は、簡単
には結晶板７ａ，７ｂの外側に出ていくことができな
い。ただし、乾燥すると層間から外側に出ていき、体積
が減り凝集する。

【０００６】固化材料として用いられるセメントは、ポ
ゾラン反応によって固化して強度を発現する。ポゾラン
反応の中心的役割をするのがセメントに含まれるカルシ
ウムイオン１０である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】つぎに、固化材料とし
てのセメントと混合させた状態では、図１１に示すよう
に、ベントナイト６は、陽イオン交換性が強く、内側に
ある＋１価のナトリウムイオン８と固化材料のセメント
に含まれる＋２価のカルシウムイオン１０とを交換して
しまう。ナトリウムイオン８はベントナイト６の外側に
出て行き、カルシウムイオン１０がベントナイト６の内
側に取り込まれてしまう。このカルシウムイオン１０
は、ナトリウムイオン８に比べ、結晶板７ａ，７ｂと結
合する力が強い。そのため、一度乾燥すると、結晶板７
ａ，７ｂの層間に水分子９が補給されなくなって層間の
水分子９の量が少なくなり、膨潤性が落ちてしまうとい
う問題がある。図１２に示すように、ベントナイト６が
あまり膨潤しないことになると、ベントナイト６の隙間
１１から水Ｗがゆっくりと通ってしまうので遮水性能を
十分発揮できなくなってしまう。また、固化材料である
セメントについては、固化反応の主体であるカルシウム
イオン１０がベントナイト６に取り込まれるために、カ
ルシウムイオン１０が不足することから強度の発現性が
低くなってしまう。

【０００８】すなわち、強度を発現するセメントと、遮
水を行うベントナイト６をそのまま混合すると、本来の
両者の長所を互いに打ち消し合うという問題点があっ
た。

【０００９】従って、遮水層２が乾燥するときにクラッ
クが生じる問題点があった。すなわち、このような従来
の遮水性の粘性土あるいは土質材料に固化材料と低透水
性材料とを混合し、スラリー化した遮水構造材で遮水層
２を構築すると、この遮水構造材が乾燥するときに収縮
し、クラックが発生することがある。このクラックが水
みちとなり、この水みちを水が通って漏水するので遮水
層２の遮水性能が発揮できなくなる。

【００１０】このように従来は、ベントナイト６とセメ
ントを混合すると、ベントナイト６は、内部のナトリウ
ムイオン８とセメントのカルシウムイオン１０とをイオ
ン交換して内部に取り込む化学変化を起こし変成するの
で、ベントナイト６が乾燥すると膨潤せずに遮水性能が
落ちていた。また、ベントナイト６にカルシウムイオン
１０が取り込まれるので、ポゾラン反応が十分に行われ
ず、セメントが十分に固化せずに遮水層２の強度が落ち
ていた。また、遮水層２が乾燥収縮するときに、クラッ
クが発生し、このクラックから漏水するので、遮水層２
の遮水性能が発揮できなくなるという問題点があった。

【００１１】本発明は上記問題点を解消するためになさ
れたもので、低透水性材料が外側よりカルシウムイオン
を内部に取り込まないようにして十分膨潤するように
し、遮水性能を発揮するとともに、固化材料が必要な強
度を発現して固化するとともに、クラックが発生しても
遮水性能を発揮することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の遮水構造材は、土質材料と、水分が補給されることに
もとづき膨潤する低透水性材料と、固化材料と混合して
成る遮水構造材において、上記低透水性材料を構成する
組成微粒子を、上記固化材料が固化する過程あるいは固
化後に消失するカプセルで上記組成微粒子を被ったもの
である。

【００１３】本発明の請求項２に記載の遮水構造材は、
上記カプセルをパラフィン、又はゼラチン、又はグルコ
ン酸ソーダ、又はシリコン、又はアスファルト乳剤より
構成したものである。

【００１４】本発明の請求項３に記載の遮水構造材は、
遮水構造材は、廃棄物堆積場内の内面の遮水層として用
いたものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づき説明する。

【００１６】実施の形態１．図１ないし図４は、本発明
の実施の形態１に係わる遮水構造材を堆積場に適用した
遮水層の一例を示す断面図であり、図７ないし図８と同
じものは同一符号を用いている。この場合、遮水層２
は、従来と同様にベントナイト６と固化材料と土質材料
とより成る。２１は上記ベントナイト６を組成するパウ
ダー状の微粒子であり、２２はこのベントナイト６の微
粒子２１を覆うようにして被着される添加剤のポリエチ
レングリコールである。ベントナイト６の鉱物結晶の外
側にポリエチレングリコール２２を被着して、マイクロ
カプセル２３をベントナイト６の回りに一体化し、この
マイクロカプセル２３は、内部のナトリウムイオン８と
セメントのカルシウムイオン１０とがイオン交換されて
化学変化を起こさないように保護するものである。この
マイクロカプセル２３は、セメントがカルシウムイオン
１０を中心的な役割としてポゾラン反応を起こし固化し
た後あるいは固化する過程で、水に溶ける。マイクロカ
プセル２３が無くなることにより、水分子９がベントナ
イト６に補給されることによりベントナイト６が水を含
み膨潤して、遮水性能が発揮されるものである。

【００１７】このマイクロカプセル２３で覆ったベント
ナイト６を低透水性材料として用いて遮水層２を構築す
る。

【００１８】遮水層２の築造方法は、まず、ベントナイ
ト６と、ポリエチレングリコール２２をミキサーで攪拌
混合する。このポリエチレングリコール２２は、室温で
固体であるので、攪拌しにくい。そのため、熱を加えて
５０℃以上とし、ポリエチレングリコール２２を液体状
態にして攪拌混合する。十分に攪拌混合された後に、ベ
ントナイト６の微粒子２１の外側は、ポリエチレングリ
コール２２で覆われる。温度を徐々に室温に戻していく
と、ポリエチレングリコール２２が徐々に固まる。図１
に示すように、ベントナイト６の微粒子２１の外側にポ
リエチレングリコール２２の壁ができ、ベントナイト６
をマイクロカプセル２３で覆うことができる。

【００１９】図２に示すように、ベントナイト６をマイ
クロカプセル２３で覆ったものとセメントより成る固化
材料と砂，砂利等の土質材料とをミキサーで攪拌した後
に、このような遮水構造材を凹状に掘削された堆積部１
ａの表面に打設することで遮水層２を形成する。つぎ
に、この遮水層２の上に密着して、遮水シート３を敷設
する。この遮水シート３の底部５上に保護用の保護砂４
を堆積する。なお、遮水層２の築造に際し、のり面２４
には、上からの圧力があまりかからないので、のり面２
４に打設する遮水構造材の強度は、打設した後に崩れな
い程度の強度があればよい。底部５は、のり面２４に比
べ圧力がかかる。強度は、一軸圧縮強度が３００ｋＰａ
程度でよく、セメントの分量は出来上がり毎に１００ｋ
ｇ／ｍ^３程度でよい。

【００２０】コンクリートの打設後は、図３に示すよう
に、セメントがカルシウムイオン１０を中心的な役割と
してポゾラン反応を起こし、２週間から１ヶ月の間で固
化する。マイクロカプセル２３がバリアとなり、カルシ
ウムイオン１０がベントナイト６の鉱物結晶中に入り込
むことを防ぐ。ポリエチレングリコール２２は水に溶け
る性質を持つので、この固化が進行する過程で、あるい
は固化後にマイクロカプセル２３は水に徐々に溶け、固
化後に完全に水に溶ける。

【００２１】なお、セメントが固化するときには、反応
熱を発生し、この反応熱でマイクロカプセル２３が溶け
出してしまうので、ベントナイト６の一部のナトリウム
イオン８がカルシウムイオン１０となってしまうので、
水に触れても膨潤しなくなるが、その分量はおよそ数％
と考えられる。この分量に見合った分のベントナイト６
とポリエチレングリコール２２とをあらかじめに多目に
加えておけば、この一部が膨潤しなくなる不都合を防止
できる。

【００２２】セメント固化後、図４に示すように、マイ
クロカプセル２３が溶け出してベントナイト６の表面か
ら無くなった後は、ベントナイト６が水分子９を含み、
膨潤するので、ベントナイト６同志が密接状態となるの
でベントナイト６，６間に水が通る隙間がなくなるの
で、ベントナイト６が遮水性能を発揮し得る。

【００２３】遮水層２が完成した後に、遮水層２が乾燥
し、再び降雨等により遮水層２に水が入り込んでも、ベ
ントナイト６は内部にナトリウムイオン８を含んでお
り、変成されていない。そのため、ベントナイト６はこ
の水を含み膨潤するために、遮水性能が保たれる。

【００２４】図５に示すように、遮水層２が乾燥収縮し
て、底部５にクラック２５が生じても、図６に示すよう
に、ベントナイト６がクラック２５内に入り込み浸透
し、水を含んで膨潤して、この膨潤したベントナイト６
がクラック２５の水みちを塞ぐので、遮水性能を発揮す
ることができる。

【００２５】なお、上記添加剤のマイクロカプセル２３
として、ポリエチレングリコール２２の他に、パラフィ
ン、ゼラチン、グルコン酸ソーダ、シリコン、アスファ
ルト乳剤等のいずれか又はその混合物を用いてもよい。
また、上記低透水性材料として、ベントナイト６の他
に、カオリンを用いてもよい。

【００２６】なお、上記マイクロカプセル２３は、遮水
層２に滞留してしまうおそれもあるが、水に溶けて溶け
出したり、腐って崩れて放散したり、微生物によって吸
収されたり、光分解、化学変化を起こして放散する。そ
のためベントナイト６の微粒子２１のみとなるので、ベ
ントナイト６は安定して水を含み膨潤して、ベントナイ
ト６が長期に渡って遮水性能を発揮することができる。

【００２７】また、本発明はパウダー状のベントナイト
６に適用するだけでなく、粒を大きくした粒子状のベン
トナイト６について本発明を適用してもよい。

【００２８】このように、本発明の形態では、ベントナ
イト６の微粒子２１の外側をポリエチレングリコール２
２のマイクロカプセル２３で覆ったので、セメントが固
化する期間は、このマイクロカプセル２３でベントナイ
ト６内のナトリウムイオン８とセメント内のカルシウム
イオン１０とがイオン交換されることを防ぐことがで
き、セメントが固化する過程ないしは固化した後に、マ
イクロカプセル２３が水に溶けるので、セメントの固化
後にベントナイト６が膨潤することができ、ベントナイ
ト６がカルシウムイオン１０を内部に取り込まずに膨潤
でき、遮水性能を発揮できる。また、マイクロカプセル
２３がベントナイト６内にカルシウムイオン１０を取り
込むことを防いだので、セメント内に必要な強度を発現
するためのカルシウムイオン１０が十分にあるために、
セメントは必要量のポゾラン反応を起こし、必要な強度
を発現して固化できる。また、マイクロカプセル２３
が、ベントナイト６内に含まれるナトリウムイオン８が
イオン交換されることを防いだので、ベントナイト６内
にナトリウムイオン８が安定に存在し、これにより、膨
潤性が高く、遮水層２にクラック２５が発生しても、こ
のクラック２５にベントナイト６が入り込んで膨潤する
ので、水みちを塞ぐことができ、クラック２５が発生し
ても、遮水性能を発揮できる。

【００２９】なお、本発明については、堆積場に遮水層
を構築する場合について説明したが、本発明はこれに限
定されずに、河川の底面及び斜面やゴルフ場の池に本発
明を適用して、漏水防止を行わせてもよく、砂漠の地下
に本発明を適用し、砂漠の地下にダムを構築してもよ
い。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明によれば、土質材料と、水分が補給されることにも
とづき膨潤する低透水性材料と、固化材料と混合して成
る遮水構造材において、上記低透水性材料を構成する組
成微粒子を、上記固化材料が固化する過程あるいは固化
後に消失するカプセルで上記組成微粒子を被ったので、
低透水性材料が外側よりカルシウムイオンを内部に取り
込まないようにして十分膨潤するようにし、遮水性能を
発揮できるとともに、固化材料が必要な強度を発現して
固化できるとともに、クラックが発生しても遮水性能を
発揮することができる。

【００３１】また、請求項２に記載の発明によれば、上
記カプセルをパラフィン、又はゼラチン、又はグルコン
酸ソーダ、又はシリコン、又はアスファルト乳剤より構
成したので、低透水性材料が外側よりカルシウムイオン
を内部に取り込まないようにして十分膨潤するように
し、遮水性能を発揮できるとともに、固化材料が必要な
強度を発現して固化できるとともに、クラックが発生し
ても遮水性能を発揮することができる。

【００３２】また、請求項３に記載の発明によれば、遮
水構造材は、廃棄物堆積場内の内面の遮水層として用い
たので、低透水性材料が外側よりカルシウムイオンを内
部に取り込まないようにして十分膨潤するようにし、遮
水性能を発揮できるとともに、固化材料が必要な強度を
発現して固化できるとともに、クラックが発生しても遮
水性能を発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１に係わる遮水構造材を
示す模式図である。

【図２】 実施の形態１に係わる遮水構造材を用いた遮
水層の構成を示す断面図である。

【図３】 実施の形態１に係わる遮水構造材を用いた遮
水層を示す断面図である。

【図４】 実施の形態１に係わる遮水構造材を用いた人
工遮水層を示す断面図である。

【図５】 実施の形態１に係わる遮水構造材を用いた遮
水層のクラックを示す断面図である。

【図６】 実施の形態１に係わる遮水構造材を用いた遮
水層のクラックを示す断面図である。

【図７】 従来の遮水層の構成を示す断面図である。

【図８】 従来の遮水層の構成を示す断面図である。

【図９】 ベントナイトの結晶構造を示す模式図であ
る。

【図１０】 ベントナイトの結晶構造を示す模式図であ
る。

【図１１】 ベントナイトの結晶構造を示す模式図であ
る。

【図１２】 従来の遮水層の構成を示す断面図である。

【符号の説明】

２ 遮水層、３ 遮水シート、６ ベントナイト、８
ナトリウムイオン、１１ カルシウムイオン、２１ ベ
ントナイト微粒子、２２ ポリエチレングリコール、２
３ マイクロカプセル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西山 勝栄 東京都新宿区津久戸町２番１号 株式会社 熊谷組東京本社内 (72)発明者 濱田 尚人 東京都新宿区津久戸町２番１号 株式会社 熊谷組東京本社内 (72)発明者 大堀 卓 東京都新宿区津久戸町２番１号 株式会社 熊谷組東京本社内 (72)発明者 清水 孝浩 東京都新宿区津久戸町２番１号 株式会社 熊谷組東京本社内 (72)発明者 水野 克巳 大阪市西区江戸堀１−９−１ 株式会社豊 順洋行内 (72)発明者 浜子 正 東京都中央区銀座８−14−14 日特建設株 式会社内 (72)発明者 高橋 春仁 東京都中央区銀座８−14−14 日特建設株 式会社内 (72)発明者 菊地 洋司 東京都中央区銀座８−14−14 日特建設株 式会社内 Ｆターム(参考） 2D018 DA00 4D004 AA46 BB04 CA45 CC03 CC11 CC15 CC16

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 土質材料と、水分が補給されることにも
   とづき膨潤する低透水性材料と、固化材料と混合して成
   る遮水構造材において、上記低透水性材料を構成する組
   成微粒子を、上記固化材料が固化する過程あるいは固化
   後に消失するカプセルで上記組成微粒子を被ったことを
   特徴とする遮水構造材。
2. 【請求項２】 上記カプセルをパラフィン、又はゼラチ
   ン、又はグルコン酸ソーダ、又はシリコン、又はアスフ
   ァルト乳剤より構成したことを特徴とする請求項１に記
   載の遮水構造材。
3. 【請求項３】 遮水構造材は、廃棄物堆積場内の内面の
   遮水層として用いたことを特徴とする請求項１又は請求
   項２に記載の遮水構造材。