JP3996915B2 - 変形追従型遮水材 - Google Patents

Description

本発明は、海面における管理型廃棄物最終処分場の遮水構造物に用いる遮水材に関し、とくに、低透水性を有し、水中打設時には材料分離が小さく、変形追従性を有する遮水材に関する。

従来、海岸、海面に設ける管理型廃棄物最終処分場の遮水工は、図１および図２に示すように、その多くは、遮水シート等を護岸背面と底面に敷設する方法や、鋼矢板や鋼管矢板を用い、その継ぎ手部分に止水処理を施す方法であった。
図１は、遮水シートを用いる方法の１例を示し、図１Ａにおいて、１は護岸、２は２重遮水シート、３は押え材料、４は透水性地盤である。処分場５の大きさは、例えば、その底部の長さａが５００ｍ、護岸１の高さｂが２０ｍ、干潮時の水面と護岸頂部との高低差ｃを５ｍ、押え材料３の厚さを５ｍとする。図１Ｂは、その平面図を示す。
図２Ａは、鋼管矢板６を用いて護岸を形成する方法を示し、鋼管矢板６を図２Ｂの拡大図に示すようにその継手部分８で係合させて打ち込み、継手部分８に止水材９を注入して護岸７を形成し、図１Ｂと同様の平面形態の処分場５とする。図中、１０は中詰材、１１は不透水地盤である。
上記の遮水シートを用いる方法では、シートとシートの熱溶着やラップさせる作業を伴うために、現場作業が難しく、シートの破損が発生するおそれがあり、高い遮水性の確保が困難であった。
また、鋼管矢板を用いる方法には、継手部の止水材の充填が確実でなく護岸の変形により充填材が劣化するなどの欠点があった。
なお、管理型廃棄物最終処分場（以下、廃棄物処分場という）とは廃棄物処理法施行令第７条第１４号ハに示された廃棄物最終処分場をいう。

本発明は、主材として海成粘土を用い、その透水性、水中分離抵抗性および変形追従性を改善した廃棄物処分場の遮水工に適する遮水材を提供しようとするものである。

海成粘土を用いる遮水材には、次の３つの特性が要求される。
１) 低透水性：
廃棄物中の有害物質が遮水材を通過しないよう、遮水材料には透水係数と施工厚みに基準値が設けられている。一般に必要とされる透水係数は、１０^-5(cm/sec)以下であり、施工厚みは、透水係数が１０^-5cm/secの場合には５．０ｍ以上である。
２) 水中分離抵抗性：
海面における廃棄物処分場の遮水工では、トレーミー管を用いる水中打設工事が行なわれる。この場合、打設される遮水材に、適当な粘着性が無ければ、打設中に遮水材が海水中に分散し、施工を効率良く行うことができず、周辺海域を汚染する。
３) 変形追従性：
施工された遮水材は長期間（数十年）にわたって、加えられた外力の大きさに応じて変形し、亀裂および破断を生じない特性が必要である。
この特性がなければ、上記1)、2)の特性を満していても、廃棄物処分場の遮水工に用いる遮水材としての機能は発揮されない。
例えば廃棄物処分場の遮水材として、海成粘土にセメントなどの固化剤を添加した固化処理土を用いることが考えられているが、変形追従性に問題があり、施工後にひび割れを生じるなどの欠点がある。

本発明者らは、海成粘土の透水性、水中分離抵抗性および、変形追従性を改善するために、添加剤として特定量のベントナイトを用いると、透水性、水中分離抵抗性および変形追従性が改善されることを見出した。

上記ベントナイトは、主としてモンモリロナイトから成る粘土であり、土木・建設および石油・小口径ボーリング分野、広く用いられ、市場に出回っているので、これを使用することが、経済的に好ましい。とくに群馬産、山形産、ワイオミング産の高膨潤性ナトリウムベントナイト（商品名：テルゲル）を用いることが、最も好ましい。

なお、水溶性アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、珪酸塩類（以下、水溶性無機塩ともいう）の内、少なくとも一種類以上をゲル化剤および水中分離抵抗剤として用いることができる。ここでいう水溶性アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩は、１３３９８の化学商品（化学工業日報社：１９９８年１月２８日発行）に記載されている水溶性無機塩と同一の物である。例えば、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウム、亜硝酸カルシウム、硝酸カルシウム、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、硫酸アルミニウムアンモニウム等である。
また珪酸塩類は、化学大辞典（共立出版株式会社）に記載されている珪酸塩類と同一の物である。例えば、メタ珪酸ナトリウム、オルト珪酸ナトリウム、ニケイ酸ナトリウム、四珪酸ナトリウム、メタ珪酸カリウム、二ケイ酸水素カリウムがあり、なかでもメタ珪酸ナトリウムを用いることが最も好ましい。

さらに、ゲル強度の向上を目的として、アスベスト、セピオライトなどの天然繊維としての鉱物繊維、ロックウール（テルナイト社製品：TNファイバー）、ガラス繊維、金属繊維、炭素繊維を用いることができるが、経済性、繊維長、経時変化からみてロックウールを用いるのが好ましい。
ロックウールは、数種の鉱物を高熱で溶融処理し、細い繊維状にした非晶質の人工無機繊維であり、天然鉱物繊維である石綿（アスベスト）とは異なる。遮水材料としてロックウールを使用する目的は、繊維で遮水材料中の各物質を絡ませ、それによって、分離性を防ぎつつ変形追従性を維持し、強度を向上させることにある。
固化剤としては、消石灰、生石灰、石灰系固化剤、無水石膏、半水石膏、セメント系固化剤、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント等のポルトランドセメント類、高炉セメント、フライアッシュセメントなどを用いることができる。

本発明に用いるベントナイトの添加量は、含水比１００〜３００％の海成粘土懸濁液１００容量部当たり、５〜５０重量部の範囲が適正である。ベントナイトの添加量が５重量部以下では、透水係数が低減し、ゲル強度が低くなり、遮水材として適当でない。また、５０重量部以上では、水溶性無機塩を添加した場合、ゲル強度が高くなりすぎて、施工上問題を生じる場合がある。

本発明の作用について説明する。
一般の港湾浚渫で得られる海成粘土の含水比は、５０〜１５０％である。この程度の含水比をもつ海成粘土に添加剤を混合し、均一で流動性をもち、雑物を分離しやすい性状の海成粘土にするためには、これに、予め海水あるいは清水を添加し、含水比を１００％から３００％程度まで増加させ、懸濁液にしておく必要がある。懸濁液にすると、海成粘土の間隙率が増加する。これにベントナイトを加えるとベントナイト粒子が海成粘土粒子の間隙をうめると同時にゲル化を引きおこす。

変形追従性とは液状ないしは塑性状を呈しており、外力に対し自由に形状を変えることができる状態のことをいい、ベーンせん断値あるいはフロー値でその状態を知ることができる。
ベーンせん断値は海成粘土にベントナイト、さらにゲル化剤を加えて改質した場合、粘土鉱物及びゲル化剤の添加量に比例して増加する。ベーンせん断値が高い場合は、遮水材料が塑性状態を通り越し、固化状態になった場合と同様な亀裂が入る。ベーンせん断値が低い場合は液状を呈する。
フロー値は海成粘土に粘土鉱物、さらにゲル化剤を加えて改質した場合、粘土鉱物及びゲル化剤の添加量に比例して低下する。フロー値が高い場合は、遮水性は液状を呈している。フロー値が低い場合は塑性状態を呈する。
したがって、ベーンせん断値及びフロー値を測定することで変形追従性の大きさを知ることができる。本発明の遮水材料の最終のベーンせん断値の適正値は０．３〜６．０（ｋＮ／ｍ²）、フロー値の適正値は８０〜１９５ｍｍである。

本発明によれば、地域を問わず、海成粘土及び浚渫土を、清水あるいは海水を用いてその含水比を調整したのち、このベース流体に、添加剤としてベントナイトを加えることによって変形追従型遮水材を得ることができる。

次に本発明の変形追従遮水材を用いた、海面における管理型廃棄物処分場の遮水工事の施工方法について述べるが、必ずしもこの方法に限定されない。
施工は図３に示すように、次の工程によって行なわれる。
（１） 解泥
原料土である海成粘土に水又は海水を加えスラリー状に解きほぐす。このとき、海成粘土中に含まれる大きなレキ、ゴミを取り除く。
（２） 調泥
スラリー状の海成粘土に、所定量の水又は海水を加え、雑物を除去し、目的とする含水比及び密度に調整する。
（３） 混練
得られた調整泥をプラント内のミキサーに送り込み、ベントナイトのみ、または、さらにゲル化剤、繊維状物質等を加え、練り混ぜ、遮水材を製造する。
（４） 圧送
遮水材を、圧送ポンプを用いて、圧送管により打設場所まで搬送する。
（５） 打設
トレーミー管を使用して、所定の位置に遮水材を打設する。

本発明を、以下に記述する実施例によって、さらに詳細に説明するが、その内容に限定されない。

名古屋港海成粘土を人工海水で含水比１５０％に調整したベース流体に対して、ベントナイトとして「テルゲル」の添加量を変えて変形追従型遮水材を試作し、物性値を試験した。
試験組成と結果を表１に示す。
名古屋港海成粘土の土質特性試験結果は、表２に示す。
試験方法は、流動性としてFlow試験（JHS A 313、単位：mm）を行ない、変形追従性としてベーン剪断（単位：kN/m²）試験を行った。測定間隔は、遮水材試作直後と、物性値がほぼ安定した状態となる１６時間後、さらに長期間後の状態として２週間後（３３６時間）とした。

表１に示すように、組成１〜４について、フロー値は、いずれも適正値（８０〜１９５ｍｍ）内に入った。ベーン剪断値は、組成−１については２週間後に０．４００を示し、適正値（０．３〜６．０）内に入った。組成−２，３は直後から適正値内に入り、２週間後においても、適正値内にとどまった。
以上から、ベース流体（名古屋港海成粘土）１ｍ ³ 当りテルゲル１００〜２５０ｋｇを用いた場合、フロー値およびベーン剪断値はいずれも適正値内に入ることが判明した。
ベース流体にテルゲルを添加することで変形追従型遮水材が得られた。テルゲルの添加量によって流動性(Flow値)及び強度（ベーン剪断値）の物性値を変えることができる。

原泥に対する上記組成−１の透水性を表３に示す。

上表にみられるように、組成−１の透水係数は原泥に比して改善された。

また、水中分離抵抗性について、上記組成−１は、下表のような特性を示した。対照例として、組成−５を用いた。

表４に示す組成−５に比して、組成−１は、表５に示すように、懸濁物質量の値が大きい。しかし、「テルゲル」無添加の原泥（名古屋海成粘土）に対しては、その値は小さい。これは、表１における「テルゲル」無添加の含水比１５０％ベース流体のフロー値２５０ｍｍからみて明らかである。

図１（Ａ）、（Ｂ）は従来の廃棄物処理場の断面と平面を示し、図１（Ａ）は図１（Ｂ）のＸ−Ｘ線による断面図である。 図２（Ａ）は、従来の別の廃棄物処理場の断面を示し、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＹ−Ｙ線による断面拡大図である。 図３は海成粘土を用い、これを処理場の底面に打設する工程を示す図。 図４は、原泥にテルゲルを添加した場合、透水係数が原泥に対して改善されることを示す図である。

Claims (2)

1. 含水比１００〜３００％の海成粘土懸濁液１ｍ³にベントナイト(水溶性高分子化合物の併用を除く)を１００〜２５０ｋｇの割合で添加して、ゲル状物質に改質してなる変形追従型遮水材。
2. ベントナイトが、ワイオミング産の高膨潤性ナトリウムベントナイトである請求項１に記載の変形追従型遮水材。

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