(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
球状シリカ微粉と消石灰微粉を含有する注入材であってその硬化体からの浸出水のｐＨ値が１１以下となる注入材を、注入し加圧脱水させることを特徴とする放射性廃棄物処分場の建設時に地下の岩盤に対して使用する注入材の施工方法。
【請求項２】
前記注入材を前記岩盤の亀裂内で、加圧脱水させることを特徴とする請求項１に記載の放射性廃棄物処分場の建設時に地下の岩盤に対して使用する注入材の施工方法。
【請求項３】
前記球状シリカ微粉に対する前記消石灰微粉のモル比が、ＣａＯ／ＳｉＯ２に換算したモル比で１．５未満であることを特徴とする請求項１又は２に記載の放射性廃棄物処分場の建設時に地下の岩盤に対して使用する注入材の施工方法。
【請求項４】
分散剤として高性能減水剤を使用することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の放射性廃棄物処分場の建設時に地下の岩盤に対して使用する注入材の施工方法。
【請求項５】
前記球状シリカ微粉の最大粒径が１μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の放射性廃棄物処分場の建設時に地下の岩盤に対して使用する注入材の施工方法。
【請求項６】
前記消石灰微粉の最大粒径が１μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の放射性廃棄物処分場の建設時に地下の岩盤に対して使用する注入材の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地下深部の岩盤内に建設される放射性廃棄物処分場で使用する注入材の施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、地下坑道掘削では湧水があるため、掘削時の障害とならないように、水抜きを行ない、さらに注入材を注入して、止水を行った後に掘削が行われる。
【０００３】
地下深部の岩盤内に建設される放射性廃棄物処分場においては、操業時の作業性を考慮して湧水量が通常の地下構造物より厳しく制限される可能性が高い。このため、微細な亀裂からのわずかな湧水に対しても確実に止水することができる高浸透性の注入材が求められる。また、高い地下水圧が加わることが想定されるため、高強度の注入材が求められる。さらに、注入材には、操業期間の止水性を確保する耐久性が要求される。
【０００４】
注入材としては、セメント系、水ガラス系、コロイダルシリカ系、有機樹脂系等がある。
セメント系は、強度が高く耐久性が高いが、浸透性が他の材料系と比較して低く、より高い浸透性が求められていた。浸透性を改良した高炉スラグ含有の微粒子あるいは、超微粒子セメント（特許文献１参照）が開発されているが、最大粒径が１８μｍ程度であり、亀裂開口幅が数十μｍの岩盤亀裂に対しては、ほとんど浸透しない。また、セメントの水和により水酸化カルシウムが生成し、その高アルカリ性の影響が天然バリアとなる岩盤や工学的なバリアとなる人工バリア材料の変質を引き起こすことが想定され、結果として処分場の長期的な隔離性能への影響が懸念されている。
【０００５】
水ガラス系（特許文献２参照）は、浸透性が高く、止水性が良好である。しかしながら、ゲル強度が低いため、高い水圧がかかるとゲル体が押し出される可能性があること、シリカの溶出などによる耐久性の低下などの問題点があった。
【０００６】
コロイダルシリカ系（特許文献３参照）は、低アルカリ性であるが、ゲル体の強度が低く、水ガラス系と同様に高い水圧がかかるとゲル体が押し出される可能性があった。
【０００７】
有機樹脂系（特許文献４参照）は付着力が強い利点があるが、有機物及び有機物の分解生成物は放射性核種と錯体を形成することによりキャリアとなって放射性核種の移行を早める可能性があった。
【０００８】
これらの問題を解消する方法として、超微粒子普通ポルトランドセメントにシリカフュームなどを配合した低アルカリ性セメント（特許文献５参照）が知られている。
この低アルカリ性セメントは、超微粒子普通ポルトランドセメントをベースとしており、最大粒子径が１５μｍ程度と超微粒子セメントと同程度である。
【０００９】
一方、球状シリカ微粉について、高温気流中でケイ素質材料を溶融することでシリカの球状体（球状シリカ微粉）が得られることは公知であり（特許文献６及び７参照）、これらの特許文献には、球状シリカ微粉を封止材に用いることが記載されているが、注入材に用いることは示唆されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−２３３６４５号公報
【特許文献２】特開２００４−２７０２３号公報
【特許文献３】特開平５−７０７７６号公報
【特許文献４】特開平３−２３３０７５号公報
【特許文献５】特開２０００−６５９９２号公報
【特許文献６】特開２００１−３３５３１３号公報
【特許文献７】特開２００２−２０１１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
地下深部の岩盤内に建設される放射性廃棄物処分場においては、湧水量を低減するために、微細な亀裂に対して、より高い浸透性を有し、高い地下水圧に抵抗するために、高強度の注入材が求められていた。さらに、操業期間における止水性を確保する耐久性も求められていた。また、放射性廃棄物処分場の天然バリアとなる岩盤や放射性廃棄物の周囲に設置される人工バリアには、長期にわたり安定し、変質しにくい性能が求められる。しかし、支保工や止水のための注入材として用いたセメント系材料によって、岩盤や人工バリアと接する地下水が高アルカリ性となる場合には、岩盤や人工バリアの変質が懸念される。このような岩盤や人工バリアの長期性能に及ぼす影響を低減するために、処分環境で用いられる注入材も含めたセメント系材料の開発では、ｐＨ値が１１以下となることを目標に設定している。
本発明は、上記の課題を解決しようとするものであり、放射性廃棄物処分場に求められる注入材の施工方法であって、高浸透性、高強度、高耐久性で、少なくともｐＨ値が１１以下の注入材の施工方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意検討した結果、浸透性注入材の基材として、球状シリカ微粉を選定することにより達成できることが明らかとなった。球状シリカは、高温気流中でシリカ質材料を溶融することで得られる特許文献６及び７に記載されているようなシリカの球状体である。この球状体を冷却、分級、捕集して本発明で使用する球状シリカ微粉が得られる。球状シリカ微粉は、セメント系材料よりも微粉であり、球状体のため、高い浸透性を示す。球状シリカ微粉を水に入れても、単独では水硬性が得られないが、硬化剤として消石灰微粉を特定量配合することにより、水和反応してカルシウムシリケート水和物を生成し高強度、高耐久、低アルカリ性を示す。
【００１３】
本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用する。
（１）球状シリカ微粉と消石灰微粉を含有する注入材であってその硬化体からの浸出水のｐＨ値が１１以下となる注入材を、注入し加圧脱水させることを特徴とする放射性廃棄物処分場の建設時に地下の岩盤に対して使用する注入材の施工方法である。
（２）前記注入材を前記岩盤の亀裂内で、加圧脱水させることを特徴とする前記（１）の放射性廃棄物処分場の建設時に地下の岩盤に対して使用する注入材の施工方法である。
（３）前記球状シリカ微粉に対する前記消石灰微粉のモル比が、ＣａＯ／ＳｉＯ２に換算したモル比で１．５未満であることを特徴とする前記（１）又は（２）の放射性廃棄物処分場の建設時に地下の岩盤に対して使用する注入材の施工方法である。
（４）分散剤として高性能減水剤を使用することを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかの放射性廃棄物処分場の建設時に地下の岩盤に対して使用する注入材の施工方法である。
（５）前記球状シリカ微粉の最大粒径が１μｍ以下であることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかの放射性廃棄物処分場の建設時に地下の岩盤に対して使用する注入材の施工方法である。
（６）前記消石灰微粉の最大粒径が１μｍ以下であることを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかの放射性廃棄物処分場の建設時に地下の岩盤に対して使用する注入材の施工方法である。
なお、本発明に記載する部や％は、記載が無い限りは、質量部、質量％を意味する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の注入方法により、地下坑道掘削などで生じる湧水を事前注入で止水できる。セメント系材料では浸透せずに止水しにくい亀裂でも、本方法を使用することにより浸透固化し止水可能となる。注入材の硬化体からの浸出水のｐＨ値は１１以下になる。
また、注入材はブリーディング量が少なく、注入圧力による注入材の加圧脱水作用もあり、注入硬化体は小さな亀裂に対し充填した後でもブリーディングによる空隙ができない特徴がある。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態につき具体的に説明する。
球状シリカは、高温気流中でシリカ質材料を溶融することで得られるシリカの球状体である。この球状体を冷却、分級、捕集して本発明で使用する球状シリカ微粉が得られる。最大粒径がより小さいものが浸透性の点から好ましい。最大粒径１μｍ以下が好ましい。
本発明の消石灰微粉の粒径は、最大粒径が使用する球状シリカ微粉と同等以下のものが好ましい。最大粒径1μｍ以下が好ましい。
【００１６】
本発明においては、球状シリカ微粉に対する前記消石灰微粉のモル比を、ＣａＯ／ＳｉＯ２に換算したモル比で１．５未満とすることが好ましく、１．０以下であることがより好ましく、０．８以下とすることが特に好ましい。
ＣａＯ／ＳｉＯ２モル比を１．５未満とすることにより、注入材の硬化体からの浸出水のｐＨ値を１１以下とすることができる。
また、本発明においては、圧縮強度を向上させる点から、球状シリカ微粉に対する前記消石灰微粉のモル比を、ＣａＯ／ＳｉＯ２に換算したモル比で０．０４以上とすることが好ましく、０．０９以上とすることがより好ましい。
【００１７】
注入材の濃度は特に限定されるものではないが、水／粉体比で、７０〜５００％が好ましく、９０〜３００％がより好ましく、１００〜１５０％が最も好ましい。粉体とは、球状シリカ微粉と消石灰微粉を混合したものをいう。濃度が濃いと強度は高いが浸透性が低下し、薄いと浸透性は高いが強度が低下する傾向にある。
【００１８】
分散剤として高性能減水剤を使用することが好ましく、高性能減水剤の成分は特に限定されない。高性能減水剤とは、ポリアルキルアリルスルホン酸塩系高性能減水剤、芳香族アミノスルホン酸塩系高性能減水剤、メラミンホルマリン樹脂スルホン酸塩系高性能減水剤、及び、ポリカルボン酸塩系高性能減水剤などのいずれかを主成分とするものであり、これらの一種又は二種以上が使用される。ポリアルキルアリルスルホン酸塩系高性能減水剤には、メチルナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、及びアントラセンスルホン酸ホルマリン縮合物などがあり、減水率が大きくて空気連行性がなく、凝結遅延性も小さい特徴を有する。市販品としては電気化学工業（株）商品名「ＦＴ-５００」とそのシリーズ、花王（株）商品名「マイティー１００（粉末）」や「マイティー１５０」とそのシリーズなどが代表的である。高性能減水剤の添加量は特に限定はされないが、球状シリカと消石灰の合計量に対して、固形分換算１０％以下が好ましく、５％以下がより好ましい。高性能減水剤の添加量は特に限定はされないが、０．５％以上が好ましく、１％以上がより好ましい。高性能減水剤の添加量によりゲルタイムを調整でき、添加量が多いほどゲルタイムを長くすることができる。
【００１９】
注入材を岩盤の亀裂等に注入するにあたっては、注入し加圧脱水させることが好ましい。注入圧力を湧水圧力より０．５ＭＰａ以上高くし、加圧脱水させることがより好ましい。注入材は亀裂等に浸透し、水和によってゲル化すると、球状シリカと消石灰が結合し粒径が大きくなる。このため、注入材は亀裂の最小部で止められ、後から来る注入材は加圧脱水される。加圧脱水により注入材は高濃度となり、注入開始時の最初に設定されたものより高い強度性状を示す。高い強度の硬化体は水を通しにくくし止水性や耐久性も高くなる。
また、ゲル化前の注入材でも加圧脱水が生じる。浸透していく注入材が最小亀裂部で注入材が浸透できない亀裂幅となる場合に前記同様の加圧脱水作用が生じる。本発明では、積極的に加圧脱水を活用するために設定された最終注入圧まで高圧注入することを原則とし、少なくとも注入開始圧力よりも０．５ＭＰａ以上の注入終了圧力とすることが好ましい。
【００２０】
施工方法としては、対象地山をボーリングし、岩盤などの地山内に漏れ防止のパッカーを設置する。球状シリカと消石灰をあらかじめ配合するか、別々に水と混合しそれぞれのスラリーを別のポンプで圧送し合流してボーリング孔より圧力注入する。注入速度は通常１０〜５０リットル/分程度で注入される。
【００２１】
ゲルタイムは短いと注入孔近くでゲル化し注入範囲は小さくなり、長いと注入範囲は広くなる。通常、トンネルなどの地下構造物の止水範囲は地山の良いところでは１．５〜２．０Ｄ（Ｄ：直径）、悪いところでは５Ｄ程度で実施されている。ゲルタイムは短くて１０〜３０分、長くて１５時間程度のものが使用される。ゲルタイムの長いものは注入後注入口のバルブを閉めて硬化待ちを行う。事前に試験注入を行うことにより、地山の亀裂の状況、浸透範囲などを調査しゲルタイムを設定する。
本発明の方法では、ゲルタイムの設定は高性能減水剤の添加量、注入材の濃度、注入材の温度などを調整して設定することができる。
【００２２】
注入工法としては、二重管ダブルパッカー工法、ストレーナー工法などの注入工法、またスラリーの混合方法として１、１．５、２ショット方法などが使用できる。
【実施例】
【００２３】
以下、実施例に基づいて本発明を説明する。
実施例、比較例は、特記しない限りは２０℃で行った。
【００２４】
（実施例１）
ＳｉＯ２純度９９％以上の球状シリカ微粉(電気化学工業（株）商品名「ＳＦＰ２０Ｍ」)を水に分散し５０％濃度のスラリーを作製した。粒度分布計による測定結果は最大粒径が1．０μｍであった。
超微粒子の消石灰微粉（純度９９％以上）を２０％濃度のスラリーとし硬化材を作製した。粒度分布計による測定結果は最大粒径が1．０μｍであった。
スラリー状態の球状シリカ微粉／消石灰微粉を容積で１／１（ＣａＯ／ＳｉＯ２モル比０．３５）とし、直ちに混合して直径５×高さ１０ｃｍの型枠に入れ、１日後に脱型、２０℃養生し材齢別に一軸圧縮強度、硬化体からの浸出水のｐＨ値（以下、「硬化体のｐＨ値」という）を測定した。ｐＨ値は、注入材の硬化体を粉砕後１００ｇと、水1リットルを混合しガラス電極ｐＨメーターにより測定した。なお、ゲルタイムは２０秒であった。
一軸圧縮強度、ｐＨ値の測定結果を表１に示す。
【００２５】
【表１】
0005401664.tif 000002
【００２６】
（実施例２）
実施例１のスラリー状態の球状シリカ微粉／消石灰微粉を容積で１／１とし、球状シリカ微粉と消石灰微粉の合計に対して固形分換算２％の高性能減水剤(花王（株）商品名「マイティー１５０」、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物)を配合して混合した注入材のゲルタイムは９時間、７日後の供試体圧縮強度は０．６Ｎ／ｍｍ２、硬化体のｐＨ値は１０．４であった。直径５ｃｍ高さ１ｍのアクリル管に７号硅砂を詰め、水締めした後に浸透性試験を実施した。注入圧力は空気圧を利用して０．５ＭＰａで実施した。１．５リットルの混合液が１０分で全通した。材齢２８日でのｐＨ値は１０．２であった。
【００２７】
（比較例１）
比較のため、超微粒子セメント（電気化学工業（株）商品名「デンカ超微粒子セメント  コロイダルスーパー」）の３０％濃度スラリーを用いて実施例２と同様に７号砂への浸透性試験を実施した。１０ｃｍまでは浸透したが、それ以上は浸透しなかった。硬化体のｐＨ値は１２．３であった。
【００２８】
（実施例３）
表２に示す配合でＡ液、Ｂ液を作製し、両液を混合し直径５ｃｍ高さ１０ｃｍの円筒型枠に入れ、硬化体を作製し、材齢別に一軸圧縮強度を測定した。養生温度２０℃での試験結果を表３に示す。分散剤として実施例２と同じ高性能減水剤を使用した。材齢２８日の硬化体のｐＨ値を測定した。
【００２９】
【表２】
0005401664.tif 000003
【００３０】
【表３】
0005401664.tif 000004
【００３１】
（実施例４）
実施例３の消石灰３０％の配合において高性能減水剤の配合量を変化させてゲルタイムを測定した。測定温度は２０℃とした。測定結果を表４に示す。
高性能減水剤を配合しないものは混合後１０秒で粘性が上昇し流動性を失いゲル化した。配合量を増加するとゲルタイムは長くなった。
ゲルタイムは、注入材を２００ミリリットルプラスチック製容器に入れ、傾けても流動性が無くなった時点を値とした。
【００３２】
【表４】
0005401664.tif 000005
【００３３】
（実施例５）
実施例１の配合材料を使用して注入材を調整しゲル化させた。またゲル化前に圧縮強度用の供試体をサンプリングした。ゲル化した材料を加圧脱水試験器にて加圧し加圧脱水率とその後の圧縮強度を測定した。測定結果を表５に示す。
ゲル化後加圧脱水することで圧縮強度が高くなることが確認された。
加圧脱水率は、（加圧により脱水された脱水量／加圧前の全水量）×１００（％）で示した。
【００３４】
【表５】
0005401664.tif 000006
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、高浸透性で低アルカリ性を示す注入材の施工方法であり、放射性廃棄物処分場の施工に利用できる。