(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮成型された土質系材料試験体とセメント硬化体とを接触させた状態で収容し、前記土質系材料試験体表面を覆う部分であって前記土質系材料試験体と前記セメント硬化体との接触面に隣接する位置において前記土質系材料試験体と前記セメント硬化体とのうちの前記土質系材料試験体のみに対向する透水部が設けられ、浸漬液中に浸漬されて前記透水部から前記浸漬液を浸入させることを特徴とするセメント系材料−土質系材料相互作用簡易試験器。
【請求項２】
請求項１記載のセメント系材料−土質系材料相互作用簡易試験器に圧縮成型された土質系材料試験体とセメント硬化体を接触した状態で収容して封止し、浸漬液中に所定時間浸漬させた後、前記浸漬液中から取り出し、前記土質系材料試験体及び前記セメント硬化体を切断して分析面を形成することを特徴とするセメント系材料−土質系材料相互作用簡易試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメント系材料−土質系材料相互作用簡易試験器およびこれを使用するセメント系材料−土質系材料相互作用簡易試験方法に関する。更に詳しくは、本発明は、セメント系材料と土質系材料の相互作用の評価を行うための試験に使用する簡易試験器、およびこれを使用する試験方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、放射性廃棄物処分施設に使用される可能性のあるセメント系材料と土質系材料例えばベントナイトとの長期にわたる相互作用を評価するために、セメント系材料−ベントナイト相互作用の試験が行われている。
【０００３】
セメント系材料−ベントナイト相互作用の試験方法として、例えば非特許文献１に開示されたものがある。この試験で使用される試験器の概念を図７に示す。この試験方法では、試験器１０１内にセメント硬化体１０２と圧縮ベントナイト試験体１０３とをセメント硬化体１０２−圧縮ベントナイト試験体１０３−セメント硬化体１０２の順に充填して試料を作成し、一方のセメント硬化体１０２→圧縮ベントナイト試験体１０３→他方のセメント硬化体１０２へと６ヶ月間通水する。そして、試料を試験器１０１内で更に６ヶ月間保持した後、試験器１０１から試料を取り出して通水方向に対して垂直に切断し、切断面（分析面）をＥＰＭＡ（Electron Probe Micro Analyzer）分析する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】柴田  真仁、坂本  浩幸、“圧縮ベントナイトとセメント相互作用の評価手法の検討（II）”、２００６年９月２７日〜２９日、日本原子力学会［２００６年秋の大会」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような試験は、例えば地中に建設される予定の放射性廃棄物処分施設における影響を評価するものであるが、上述の試験器１０１を使用した試験方法では、水を加圧して通水を行うため，通水時は移流場での影響は評価できるが、例えば拡散場の影響は評価することができない。
【０００６】
本発明は、自然状態、即ち拡散場をそのまま模擬して簡便に試験を行うことが可能なセメント系材料−土質系材料相互作用簡易試験器およびこれを使用するセメント系材料−土質系材料相互作用簡易試験方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的を達成するために、請求項１記載のセメント系材料−土質系材料相互作用簡易試験器は、圧縮成型された土質系材料試験体とセメント硬化体とを接触させた状態で収容し、土質系材料試験体表面を覆う部分であって土質系材料試験体とセメント硬化体との接触面に隣接する位置において土質系材料試験体とセメント硬化体とのうちの土質系材料試験体のみに対向する透水部が設けられ、浸漬液中に浸漬されて透水部から浸漬液を浸入させるものである。
【０００８】
したがって、圧縮成型された土質系材料試験体とセメント硬化体とを収容したセメント系材料−土質系材料相互作用簡易試験器（以下、単に簡易試験器という）を浸漬液中に浸漬させると、浸漬液は透水部から土質系材料試験体に染み込み、更にセメント硬化体へと染み込む。そして、土質系材料試験体とセメント硬化体との接触面や透水部を通じて土質系材料試験体又はセメント硬化体の成分が拡散し、自然の状態が模擬される。
【０００９】
また、請求項２記載のセメント系材料−土質系材料相互作用簡易試験方法は、請求項１記載のセメント系材料−土質系材料相互作用簡易試験器に圧縮成型された土質系材料試験体とセメント硬化体を接触した状態で収容して封止し、浸漬液中に所定時間浸漬させた後、浸漬液中から取り出し、土質系材料試験体及びセメント硬化体を切断して分析面を形成するものである。
【００１０】
したがって、圧縮成型された土質系材料試験体とセメント硬化体とを収容した簡易試験器を液中に浸漬させると、浸漬液は透水部から土質系材料試験体に染み込み、更にセメント硬化体へと染み込む。そして、土質系材料試験体とセメント硬化体との接触面や透水部を通じて土質系材料試験体やセメント硬化体の成分が拡散する。その後、十分な時間が経過した後、簡易試験器を浸漬液から取り出し、土質系材料試験体とセメント硬化体を切断することで、成分が拡散した様子や相互作用挙動が観察できる分析面が形成される。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載のセメント系材料−土質系材料相互作用簡易試験器では、より自然に近い拡散場を模擬することができるので、より自然の状態に即した試験を行うことができる。また、透水部を土質系材料試験体とセメント硬化体との接触面の近傍に設けているので、浸漬液をセメント硬化体に短時間で到達させることができ、土質系材料試験体とセメント硬化体の相互作用を迅速に生じさせて試験に要する時間を短縮することができる。
【００１２】
また、請求項２記載のセメント系材料−土質系材料相互作用簡易試験方法では、より自然の状態に即した試験を行うことができるので、セメント系材料−土質系材料相互作用を短時間でより正確に評価することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のセメント系材料−土質系材料相互作用簡易試験器の実施形態の一例を示す断面図である。
【図２】同簡易試験器を浸漬させている様子を示す図である。
【図３】本発明のセメント系材料−土質系材料相互作用簡易試験方法の実施形態の一例を示す流れ図である。
【図４】試験後のベントナイト試験体とセメント硬化体の断面して分析面を形成する様子を示す図である。
【図５】本発明のセメント系材料−土質系材料相互作用簡易試験器の他の実施形態を示す断面図である。
【図６】同簡易試験器を浸漬させている様子を示す図である。
【図７】従来の試験器を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。なお、本実施形態では、土質系材料としてベントナイトに適用した場合について説明する。ただし、ベントナイトに限るものではなく、例えば泥岩，凝灰岩，砂岩，ケイ砂混合土等の土質系材料でも良い。
【００１５】
まず最初に、本発明のセメント系材料−土質系材料相互作用簡易試験器について説明する。図１及び図２に、本発明のセメント系材料−土質系材料相互作用簡易試験器（以下、単に簡易試験器という）の実施形態の一例を示す。簡易試験器１は、圧縮成型された土質系材料試験体２とセメント硬化体３とを接触させた状態で収容し、土質系材料試験体２表面を覆う部分であって土質系材料試験体２とセメント硬化体３との接触面（界面）１５近傍位置に透水部４が設けられ、浸漬液５中に浸漬されて透水部４から浸漬液５を浸入させるものである。
【００１６】
本実施形態では簡易試験器１を円筒形状にしている。ただし、円筒形状に限るものではなく、角筒形状等でも良い。簡易試験器１は、一対の容器半体６，７を筒状部材８を挟んで突き合わせ、係止手段によって外れないように係止したものである。一対の容器半体６，７は、ベントナイト試験体（土質系材料試験体）２又はセメント硬化体３を収容する円筒部６ａ，７ａと、当該円筒部６ａ，７ａの片側の開口を塞ぐフランジ部６ｂ，７ｂより構成されている。容器半体６，７は浸漬液５やベントナイト試験体２等の収容物によって腐食されない材料によって形成されている。本実施形態では、例えばステンレス鋼によって形成されている。ただし、容器半体６，７の材料はステンレス鋼に限るものではなく、チタンなど長期に腐食しない材質であれば良い。
【００１７】
本実施形態では、一対の容器半体６，７を係止する係止手段として複数のボルト９及びナット１０を使用している。ただし、係止手段はボルト９及びナット１０に限るものではなく、例えばクランプ，ベルト等を使用しても良い。
【００１８】
筒状部材８は、容器半体６，７の円筒部６ａ，７ａよりも僅かに細い円筒体であり、浸漬液５やベントナイト試験体２等の収容物によって腐食されない材料によって形成されている。また、筒状部材８は、収容したベントナイト試験体２やセメント硬化体３等の流出を防ぎ、且つベントナイト試験体２の膨潤による圧力に耐え得る剛性を有している。本実施形態では、筒状部材８を透水部４とするので、更に浸漬液５を透過させることも必要である。これらの条件を満たすものとして、例えば多孔質材料によって筒状部材８が形成されている。本実施形態では、多孔質材料としてポーラスメタル（金属粉末の焼結体）によって筒状部材８が形成されている。ただし、多孔質材料はポーラスメタルに限るものではなく、上述の各条件を満たすものであればポーラスメタル以外の材料、例えばセラミックス等でも良い。筒状部材８は容器半体６，７の円筒部６ａ，７ａの形状に合わせた形状、本実施形態では円筒形状に成形されている。
【００１９】
ベントナイト試験体２は第１のスリーブ１１に収容され、更に一方の容器半体６の円筒部６ａに収容されている。ベントナイト試験体２は第１のスリーブ１１及び容器半体６との間に隙間が生じないようにその形状・大きさが設計される。本実施形態のベントナイト試験体２は容器半体６の円筒部６ａ及び第１のスリーブ１１の形状に合わせて円柱形状に成型されている。ベントナイト試験体２の軸方向の長さは第１のスリーブ１１及び円筒部６ａの軸方向の長さよりも若干長くなっており、ベントナイト試験体２を第１のスリーブ１１及び円筒部６ａに挿入すると先端部がこれらから突出する。この突出部分は筒状部材８に挿入される。ベントナイト試験体２を第１のスリーブ１１に収容することで、ベントナイト試験体２が取り扱い易いものとなり、試験前の一方の容器半体６の円筒部６ａへの挿入が容易になる。
【００２０】
セメント硬化体３は第２のスリーブ１２に収容され、更に他方の容器半体７の円筒部７ａに収容されている。本実施形態のセメント硬化体３は容器半体７の円筒部７ａに合わせて円柱形状に成型されている。ただし、セメント硬化体３の形状はこれに限るものではない。セメント硬化体３と第２のスリーブ１２との間には樹脂層１３が設けられている。セメント硬化体３は硬化時に収縮することから大きさにばらつきが生じ易い。そのため、樹脂層１３を設けることで大きさのばらつきを吸収し、これらの間に隙間が発生するのを防止する。また、樹脂層１３は第２のスリーブ１２にセメント硬化体３を接着する接着剤としても機能し、これによっても隙間の発生を防止する。樹脂層１３によって隙間の発生を防止することで、セメント硬化体３と第２のスリーブ１２との間に余分な浸漬液５が入り込むのを防止することができる。セメント硬化体３の軸方向の長さは第２のスリーブ１２及び円筒部７ａの軸方向の長さよりも若干長くなっており、第２のスリーブ１２及び円筒部７ａに挿入すると先端部がこれらから突出する。この突出部分は筒状部材８に挿入される。セメント硬化体３を第２のスリーブ１１に収容することで、セメント硬化体３及び樹脂層１３が取り扱い易いものとなり、試験前の円筒部７ａへの挿入が容易になる。
【００２１】
樹脂層１３は、浸漬液５に腐食されない樹脂によって形成されている。例えば、浸漬液５として水を使用する場合には、エポキシ樹脂，不飽和ポリエステル樹脂，光硬化接着剤等の使用が可能である。本実施形態では、エポキシ樹脂系のボンドによって樹脂層１３を形成する。ただし、これらに限るものではない。
【００２２】
第１及び第２のスリーブ１１，１２は、容器半体６，７の円筒部６ａ，７ａ内にぴったりと嵌る薄肉の筒である。本実施形態では、円筒部６ａ，７ａの形状に合わせて円筒状を成し、軸方向の長さも円筒部６ａ，７ａと同一になっている。ただし、第１及び第２のスリーブ１１，１２の軸方向の長さは、円筒部６ａ，７ａと同一でなく短くてもよく、短い分だけ筒状部材８を長くすると良い。また、第１及び第２のスリーブ１１，１２の内径・外径や肉厚は、筒状部材８の内径・外径や肉厚と同じである。第１及び第２のスリーブ１１，１２は、浸漬液５、ベントナイト試験体２又は樹脂層１３によって腐食されない材料によって形成されている。本実施形態では、第１及び第２のスリーブ１１，１２をアクリル製にしている。ただし、アクリル製に限るものではない。
【００２３】
浸漬液５は、例えば水である。本実施形態では、浸漬液５としてイオン交換水を脱気して使用している。ただし、水としてはイオン交換水に限るものではなく、地下水，蒸留水，水道水等を使用しても良い。また、脱気せずにそのまま使用しても良い。更に、水に限るものではなく、水以外の液体、例えば海水，塩水，その他水溶液等を使用しても良い。即ち、浸漬液５として評価したい液体を使用すれば良い。
【００２４】
次に、本発明のセメント系材料−土質系材料相互作用簡易試験方法について説明する。本発明のセメント系材料−土質系材料相互作用簡易試験方法（以下、単に簡易試験方法という）では、上述の簡易試験器１を使用して試験が行われる。図３に、本発明の簡易試験方法の実施形態の一例を示す。簡易試験方法は、簡易試験器１に圧縮成型された土質系材料試験体２とセメント硬化体３を接触した状態で収容して封止し、浸漬液５中に所定時間浸漬させた後、浸漬液５中から取り出し、土質系材料試験体２及びセメント硬化体３を切断して分析面１４を形成するものである。
【００２５】
まず最初に、簡易試験器１に合わせた形状・大きさのベントナイト試験体２とセメント硬化体３を作製する（ステップＳ２１）。ベントナイト試験体２は、例えば粉末状のベントナイトを所定の形状・大きさに成型することで作製する。ただし、ベントナイト試験体２の作製方法はこれに限るものではない。また、ベントナイト試験体２の初期乾燥密度が相互作用に与える影響を評価する場合には、乾燥密度の異なる複数のベントナイト試験体２を作製し、各ベントナイト試験体２別に試験を行う。例えば、ベントナイト試験体２の形状・大きさを直径：２０ｍｍ，高さ：２０ｍｍ（水平面の断面積：３１４ｍｍ２）の円柱形状とし、目標乾燥密度が1.0，1.2，1.4，1.6Ｍｇ／ｍ３の４種類のベントナイト試験体２を作製する。ベントナイトとして、例えば商用のベントナイトを使用する。ただし、商用のベントナイトに限るものではなく、鉱床から採取したものなど評価したいベントナイトを使用すれば良い。
【００２６】
セメント硬化体３はセメント系材料を所定形状に硬化させたものであり、例えばセメント系材料に練混ぜ水を加えて混練したセメントペーストを型枠に打設し、養生することで作製する。セメント系材料として、例えば普通ポルトランドセメント（ＯＰＣ）を使用する。ただし、ＯＰＣに限るものではなく、評価したいセメント系材料を使用すれば良い。また、練り混ぜ水として、例えば脱気したイオン交換水を使用する。ただし、イオン交換水に限るものではなく、また脱気したものでなくても良い。打設用の型枠の形状・大きさは、例えば円柱型枠（例えば直径：１７．６５ｍｍ、高さ：２０ｍｍ、水平面の断面積：２４４．５０ｍｍ２）である。さらに、養生は、例えば５０℃の恒温槽での３ヶ月間封かん養生である。ただし、試験に使用できるセメント硬化体３を作製可能な養生であれば、これに限るものではない。
【００２７】
次に、ベントナイト試験体２とセメント硬化体３を簡易試験器１にセットする（ステップＳ２２）。ベントナイト試験体２を第１のスリーブ１１内に挿入する。ベントナイト試験体２を第１のスリーブ１１に合わせた形状・大きさにしておき、これらの間に隙間が生じないようにする。また、セメント硬化体３の外周面を樹脂で被覆して樹脂層１３を形成した後、第２のスリーブ１２内に挿入し、更に樹脂層１３と第２のスリーブ１２との間に樹脂層１３と同じ樹脂を充填して隙間を埋める。なお、ベントナイト試験体２の一端と第１のスリーブ１１の一端とを揃えると共に、セメント硬化体３及び樹脂層１３の一端と第２のスリーブ１２の一端とを揃えておく。
【００２８】
樹脂が固まった後、第２のスリーブ１２に収容したセメント硬化体３を他方の容器半体７の円筒部７ａに挿入する。また、第１のスリーブ１１に収容したベントナイト試験体２を一方の容器半体６の円筒部６ａに挿入する。そして、ベントナイト試験体２の先端部とセメント硬化体３及び樹脂層１３の先端部とを筒状部材８の両側開口から向かい合わせに挿入し、ベントナイト試験体２の先端面とセメント硬化体３の先端面を突き合わせて一対の容器半体６，７を封止する。各容器半体６，７のフランジ部６ｂ，７ｂにボルト９を通し、ナット１０で止め付けることで、第１及び第２のスリーブ１１，１２の間に筒状部材８が挟み込まれた状態で封止される。即ち、間に筒状部材８を挟み込んで露出させた状態で一対の容器半体６，７が封止される。
【００２９】
ベントナイト試験体２とセメント硬化体３との接触面１５は、例えば筒状部材８の軸方向中央位置に対向する。セメント硬化体３の外周面には樹脂層１３が形成されているので、筒状部材８のセメント硬化体３側の半分には樹脂層１３が対向することになる。樹脂層１３には浸漬液５が染み込まないので、筒状部材８を透過した浸漬液５は全てベントナイト試験体２に染み込む。即ち、筒状部材８のベントナイト試験体２に対向している半分の部分が透水部４となる。このように透水部４はベントナイト試験体２とセメント硬化体３との接触面１５に隣接して形成される。透水部４を接触面１５に隣接して形成することで、浸漬液５をベントナイト試験体２を介してセメント硬化体３に染み込ませ易くすることができる。
【００３０】
次に、簡易試験器１を浸漬液５中に静かに沈める（ステップＳ２３）。浸漬液５は蓋付き容器１６内に貯められている。蓋付き容器１６内には浸漬液５の流れを形成しない。ただし、必要に応じて浸漬液５の流れを形成するようにしても良い。この蓋付き容器１６は例えば窒素ガス等の不活性ガスが充填されたグローブボックス内に静置される。ただし、蓋付き容器１６を必ずしもグローブボックス内に静置しなくても良く、また、不活性ガス中に静置しなくても良い。グローブボックス内は例えば２０℃に保持されている。ただし、一定に保持する温度は２０℃に限るものではなく、評価したい条件の温度に応じて適宜設定可能である。またグローブボックス内の温度を一定に保持するのではなく、温度を規則的又は不規則に変化させるようにしても良い。
【００３１】
蓋付き容器１６内の浸漬液５は、図１中矢印で示すように、透水部４からベントナイト試験体２に染み込み、更にセメント硬化体３へと染み込む。これにより、セメント硬化体３の成分が簡易試験器１の外やベントナイト試験体２に拡散し、ベントナイト試験体２に含まれる成分が簡易試験器１の外やセメント硬化体３に拡散する。
【００３２】
この状態で十分な時間、例えば２．５年が経過した後、簡易試験器１を浸漬液５から取り出だし、ボルト９及びナット１０を外して簡易試験器１を開く。そして、ベントナイト試験体２及びセメント硬化体３をそのままの状態、即ち先端面を接触させたままの状態で、例えば図４に示すように筒状部材８の両端部分、即ち筒状部材８と各スリーブ１１，１２との境界部分をベントナイト試験体２及びセメント硬化体３の軸方向に直交する方向に切断（輪切り）して第１及び第２のスリーブ１１，１２部分を除去すると共に、残った筒状部材８部分をその軸方向に切断する（ステップＳ２４）。ベントナイト試験体２とセメント硬化体３は接触したままの状態で切断される。この軸方向に沿った切断面が分析面１４になる。なお、浸漬のための十分な時間は２．５年に限るものではない。また、ベントナイト試験体２及びセメント硬化体３を輪切りする位置は筒状部材８の両端部分に限るものではなく、少なくともベントナイト試験体２とセメント硬化体３との接触面１５付近を分析面１４にあらわすことができれば輪切りする位置は特に制限されない。また、ベントナイト試験体２及びセメント硬化体３の軸方向の長さが短い場合等には輪切りしなくても良い。
【００３３】
そして、分析面１４を分析する（ステップＳ２５）。分析によってセメント−ベントナイト相互作用を評価する。なお、分析として、例えばＥＰＭＡ分析，Ｘ線回折測定，走査型電子顕微鏡観察，赤外吸収スペクトル測定等が行われる。
【００３４】
本発明の簡易試験器１では、ベントナイト試験体２とセメント硬化体３とを接触させ、必ずこの接触面１５を介して双方向に浸漬液５や溶出した成分を行き来させるようにしているので、セメント−ベントナイト相互作用を良好に生じさせることができる。また、浸漬液５を強制的に流すことはしないので、自然の状態、即ち、例えば地中に建設された放射性廃棄物処分施設で想定される拡散場におけるセメント−ベントナイト相互作用をより正確に模擬した試験を行うことができる。
【００３５】
また、本発明の簡易試験方法では、簡易試験器１を使用することで、より自然状態に即して試験を行うことができるので、セメント−ベントナイト相互作用をより正確に評価することが可能になる。
【００３６】
本発明は、例えば地中に建設された放射性廃棄物の処分施設についての試験・評価に適用できる。ただし、これに限るものではなく、例えば産業廃棄物処分場，トンネル等にも適用できる。
【００３７】
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述の簡易試験器１では、セメント硬化体３の先端を他方の容器半体７の円筒部７ａから突出させ、筒状部材８内に挿入していたが、例えば図５及び図６に示すように、セメント硬化体３を円筒部７ａ内に収容するようにしても良い。即ち、他方の容器半体７の円筒部７ａと筒状部材８との突き合わせ面と、ベントナイト試験体２とセメント硬化体３との接触面１５とを揃えるようにしても良い。この場合は、筒状部材８全面が透水部４になる。また、この場合にも透水部４を接触面１５に隣接させることができる。
【００３８】
また、各容器半体６，７の円筒部６ａ，７ａに窓を設けても良い。窓は、例えば円筒部６ａ，７ａに孔をあけることで形成される。円筒部６ａ，７ａに窓を形成することで、試験中にベントナイト試験体２や樹脂層１３の状態を観察することができる。
【００３９】
また、上述の説明では、透水部４を設ける位置を接触面１５に隣接させることで、接触面１５の近傍位置としたが、接触面１５に近い位置であれば必ずしも透水部４を接触面１５に隣接させる必要はない。即ち、接触面１５の近傍に透水部４を設けていれば、浸漬液５をベントナイト試験体２を介してセメント硬化体３に短時間で到達させることができるので、その目的が達成できる程度に近い位置に透水部４を設けていれば良い。つまり、接触面１５の近傍位置としては、接触面１５に接する位置であることが浸漬液５を最も短時間でセメント硬化体３に到達させることができる点で好ましいが、必ずしも接触面１５に接する位置である必要はなく、接触面１５から離れていてもベントナイト試験体２を介してセメント硬化体３に上記のように短時間で到達させることができる位置も上記近傍位置に含まれる。
【符号の説明】
【００４０】
１  簡易試験器
２  ベントナイト試験体（土質系材料試験体）
３  セメント硬化体
４  透水部
５  浸漬液
１４  分析面
【図１】
0005507226.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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