(57)【要約】【課題】施工が容易でバリア機能を当初から長期に亙って維持できると共に、ガスの透気性を備えた遮水材の製造方法を提供する。【解決手段】両端を開放されたシリンダー２とシリンダー２の両端に嵌入可能なピストン６、シリンダーに設ける通気孔１１及び通気孔１１に接続された真空ポンプから構成される製造装置を用いながら、シリンダー２の一端を封鎖して乾燥した粘土材料９と疎水性材料とを装填し、次いで、他方端にピストン６を嵌入させると共に真空ポンプの吸引によってシリンダー２内を真空状態にして粘土材料９に含まれる空気を吸引し、しかる後に、真空状態の下でピストン６の圧入による粘土材料の圧縮によって疎水性材料を間隙に圧密充填する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物の周囲に配されて地盤中の地下水の浸入を防止する遮水材の製造方法において、
乾燥してなる粘土材料と疎水性材料とを混合し、粘土中の空気を吸引して排除した後に、所定の密度に至るまで圧縮し、疎水性材料が粘土粒子内部及び粘土粒子間空隙を充填してなる粘土成形体を得ることを特徴とする遮水材の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
所定の密度に至るまでの圧縮過程においても空気を吸引して排除を継続することを特徴とする遮水材の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、
シリンダー内に粘土材料と疎水性材料との混合物を投入し、真空ポンプにより粘土材料中の空気を吸引し、ピストン圧により疎水性材料を圧密充填することを特徴とする遮水材の製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一つにおいて、
前記粘土材料が粒状体、粉体、原石粉砕物のいずれかであることを特徴とする遮水材の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一つにおいて、
前記粘土材料がベントナイト系粘土であることを特徴とする遮水材の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一つにおいて、
前記疎水性材料がタービンオイル、重油、アスファルト、ピッチのいずれか一種であることを特徴とする遮水材の製造方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一つにおいて、
前記粘土系材料を相対湿度が零を超える温度１００℃未満の雰囲気にて半乾燥させた粘土を用いることを特徴とする遮水材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、施工が容易でバリア機能を当初から長期に亙って維持できると共に、ガスの透気性を備えた遮水材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年における対応が望まれる最大のテーマの一つは、社会産業の発展における結果としての産業廃棄物や一般廃棄物を埋め立てるための廃棄物処分施設の設置、さらには、原子力発電における高、低レベルの放射性廃棄物に関する数百年以上に及ぶ廃棄物の処置を社会生活に障害を与えることなく如何に処理するかである。
【０００３】
産業廃棄物や一般廃棄物を埋め立てるための処分施設では、産業廃棄物が人間の生活環境に影響を与えないようにするために、そこからの漏出汚水が地下に浸透することで環境汚染を引き起こさないように処置することが義務付けられており、地下に埋設することが種々提案されている。その一例を図６乃至図８に示す。
【０００４】
図６は廃棄物の貯蔵施設の一例である。このような施設では、これら廃棄物を格納する躯体として、廃棄物格納用躯体１０１が計画されており、廃棄物格納用躯体１０１と周辺地盤１０２との間に地下水を透過し難い粘土系の遮水材１０３を設置することが考えられている。
【０００５】
この粘土系遮水材１０３は、地下水が廃棄物格納用躯体１０１の内部に侵入するのを大きく遅らせる、或いは廃棄物中の有毒物質が地下水によって漏出することを防止するために、廃棄物格納用躯体１０１の全周を十分な厚さで取り囲む形態に設置すると同時に、廃棄物格納用躯体１０１の底部にも粘土系の遮水材を敷設することになる。
【０００６】
また、原子力分野における低レベルの放射性廃棄物に関しては、これらの低レベル放射性廃棄物が人間の生活環境に影響を与えないようにするために、例えば図７に示すように、低レベルの放射性廃棄物１０４を放射性廃棄物格納用躯体１０５に貯蔵して、地下空洞１０６に埋設する施設が計画されている。
【０００７】
このような施設においても、貯蔵した放射性廃棄物を格納する放射性廃棄物格納用躯体１０５と周辺地盤１０２との間に地下水を透過しにくい粘土系の遮水材１０３を設置することが考えられている。
【０００８】
この粘土系遮水材１０３も、地下水の放射性廃棄物格納用躯体１０５の内部に侵入するのを大きく遅らせる、或いは放射性廃棄物１０４の中の有毒物質や放射性核種が浸入してきた地下水中に溶出することで施設外に漏出するのを防止するために、図示のように放射性廃棄物格納用躯体１０５の全周を十分な厚さで取り囲む形態で設置されると同時に、放射性廃棄物格納用躯体１０５の底部にも粘土系の遮水材１０３が敷設されることになる。
【０００９】
さらに、高レベル放射性廃棄物を人間の生活環境から安全に隔離するためには、高レベル放射性廃棄物を、例えば図８に示すように堅固な金属容器に収納するための廃棄体パッケージ１０９を、地下数百ｍの以深に掘削された地下坑道１１０に設けた埋設孔１０８に縦向きに埋設処分する高レベル放射性廃棄物処分施設も計画されており、この処分施設でも、廃棄体パッケージ１０９と地下坑道１１０の隙間に粘土系の遮水材１０３を設置することが考えられている。
【００１０】
この粘土系遮水材１０３の場合も、地下水の廃棄体パッケージ１０９ヘの接触を抑制すること、廃棄体パッケージ１０９から放射性核種が浸入してきた地下水中に溶出することによって施設外へ漏出すること等を抑止するために、図示のように廃棄体パッケージ１０９の全周を十分な厚さで取り囲む形態に設置され、同時に廃棄体パッケージ１０９の底部にも粘土系の遮水材が敷設されている。
【００１１】
しかして、上記の産業廃棄物或いは放射性廃棄物の処分施設においては、千年や万年単位の長期間に亘って、施設が所要のバリア機能を有していることが重要とされており、廃棄物格納用躯体や廃棄体パッケージ周囲に設置される粘土系遮水材には、長期に亘って遮水性能や放射性核種遅延性能などのバリア機能を維持できることが必要とされている。
【００１２】
このために、廃棄物格納用躯体１０１や放射性廃棄物格納用躯体１０５或いは廃棄体パッケージ１０９の周辺に充填される粘土系遮水材１０３としては、ベントナイト粉末或いはベントナイト原鉱石の粉砕物或いはベントナイトに砂あるいは砂礫などの骨材を混合したものを、１．３〜２．５Ｍｇ／ｍ3程度の密度に締固めた遮水材を使うことが考えられている。
【００１３】
このベントナイト系遮水材は、透水係数が著しく小さいので地下水が廃棄体に接触する量を抑制できるし、拡散現象による放射性核種の漏出も抑制できる。又、廃棄体容器が長期間の腐食によって体積膨張する場合を想定しても、ベントナイト系遮水材が力学的な緩衝効果を発揮すると考えられている（特許文献１）。
【００１４】
【特許文献１】特開２００３−２７９６８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ところで、前記特許文献１では、遮水性を向上させるために、粘土材料中の空気を排出し、水を圧密充填することが提案されているが、粘土に水を含有させると結果として、粘土の均一層を形成した遮水材とすることで、遮水性の向上を図ることができるものの、遮水機能が堅牢なため、透気性が備わっていないので、廃棄物内部で発生したガスを開放することができない、という問題が発生する。
【００１６】
前記廃棄物内部でガスが発生する要因としては、埋設する廃棄物中に存在していた嫌気性腐食による場合と、放射性分解によって水素ガスが発生する場合が想定される。これらのガスが施設内部に蓄積するとガス圧の上昇によって施設設備の破損に至る場合が想定されるので、ガス圧の低い段階で施設外部へ開放することが望まれている。
【００１７】
本発明は、上記実情に鑑みて、施工が容易でバリア機能を当初から長期に亙って維持できると共に、ガスの透気性を備えた遮水材の製造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】
【００１８】
上記の課題を達成する第１の発明は、廃棄物の周囲に配されて地盤中の地下水の浸入を防止する遮水材の製造方法において、乾燥してなる粘土材料と疎水性材料とを混合し、粘土中の空気を吸引して排除した後に、所定の密度に至るまで圧縮し、疎水性材料が粘土粒子内部及び粘土粒子間空隙を充填してなる粘土成形体を得ることを特徴とする遮水材の製造方法にある。
【００１９】
第２の発明は、第１の発明において、所定の密度に至るまでの圧縮過程においても空気を吸引して排除を継続することを特徴とする遮水材の製造方法にある。
【００２０】
第３の発明は、第１又は２の発明において、シリンダー内に粘土材料と疎水性材料との混合物を投入し、真空ポンプにより粘土材料中の空気を吸引し、ピストン圧により疎水性材料を圧密充填することを特徴とする遮水材の製造方法にある。
【００２１】
第４の発明は、第１乃至３のいずれか一つの発明において、前記粘土材料が粒状体、粉体、原石粉砕物のいずれかであることを特徴とする遮水材の製造方法にある。
【００２２】
第５の発明は、第１乃至４のいずれか一つの発明において、前記粘土材料がベントナイト系粘土であることを特徴とする遮水材の製造方法にある。
【００２３】
第６の発明は、第１乃至５のいずれか一つの発明において、前記疎水性材料がタービンオイル、重油、アスファルト、ピッチのいずれか一種であることを特徴とする遮水材の製造方法にある。
【００２４】
第７の発明は、第１乃至６のいずれか一つの発明において、前記粘土系材料を相対湿度が零を超える温度１００℃未満の雰囲気にて半乾燥させた粘土を用いることを特徴とする遮水材の製造方法にある。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る遮水材の製造方法によれば、疎水性材料が間隙に良好に充填することができる。この結果、廃棄物を埋設した設備に遮水性材料を適用することにより、粘土材料中の間隙に充填された疎水性材料をガスが押しのけ、結果として遮水材を透過して外部にガスが開放される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る遮水材の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２７】
［実施の形態］
本実施の形態にかかる遮水材の製造方法は、廃棄物の周囲に配されて地盤中の地下水の浸入を防止する遮水材の製造方法において、乾燥してなる粘土材料と疎水性材料とを混合し、粘土中の空気を吸引して排除した後に、所定の密度に至るまで圧縮し、疎水性材料が粘土粒子内部及び粘土粒子間空隙を充填してなる粘土成形体を得るものである。例えば両端を開放されたシリンダーとシリンダーの両端に嵌入可能なピストン、シリンダーもしくはピストンの少なくとも一方に設ける通気孔及び通気孔に接続された真空ポンプから構成される製造装置を用いながら、シリンダーの一端を封鎖して乾燥した粘土材料と疎水性材料とを装填し、次いで、他方端にピストンを嵌入させると共に真空ポンプの吸引によってシリンダー内を真空状態にして粘土材料に含まれる空気を吸引し、しかる後に、真空状態の下でピストンの圧入による粘土材料の圧縮によって疎水性材料を間隙に圧密充填するものである。この際、所定の密度に至るまでの圧縮過程においても空気を吸引して排除を継続するようにしてもよい。
【００２８】
この製造方法により、得られた粘土成形体は、廃棄物を充填する際における施工が容易であると共に、遮水性能や放射性核種遅延性能等のバリア機能を当初から確立して長期に亘って維持できると共に、間隙間に充填された疎水性材料が所定の圧力でガスを開放するので、ガス透気性が良好なものとなる。以下に、図面に基づいて詳細に説明する。
【００２９】
ここで、本発明で、前記粘土材料としては、粒状体、粉体、原石粉砕物のいずれかでればよく、特に限定されるものではない。なお、粒状体も所定の粒径とすることで、疎水性材料が間隙に入り込む時間を短縮及びプレス圧を低減することができるので好ましい。これは、粉砕物であると粉砕が十分でない場合に、大きな粒塊があると該粒塊中の間隙に疎水性材料をしみ込ませることに時間を要するからである。
【００３０】
また、前記粘土材料としては、ベントナイト系粘土を挙げることができる。以下の実施の形態では粒状のベントナイトを用いて説明する。
【００３１】
また、前記疎水性材料としては、例えばタービンオイル、重油、アスファルト、ピッチのいずれか一種を挙げることができる。以下の実施の形態では、タービンオイルを用いて説明する。また、間隙中に疎水性材料を効率的に導入する粘性の低い疎水性の導入助剤を用いるようにしてもよい。
【００３２】
図１乃至図４は本発明に係る遮水材の製造方法の工程の概略図である。
図１乃至図４に示すように、実施の形態における遮水材の製造装置１は、両端を開放されているシリンダー２とこのシリンダー２の下方端３に配置されている蓋４及びシリンダー２の上方端５から嵌入されるピストン６から構成されている。
【００３３】
前記蓋４には、シリンダー２の中央部に該当する位置に通気孔７を設けており、この通気孔７には、図示されていない真空ポンプが接続されている。尚、蓋４は本実施の形態に限定されるものでなく、上記ピストン６と同様の形状であってシリンダー２の下方端３から嵌入されるピストンでも採用できるものである。
【００３４】
又、通気孔７は、図１に見られる本実施の形態のように、蓋４に特定して設けるものでなく、シリンダーに投入される粒状ベントナイトから空気を吸引できる位置であれば、任意の位置に設けられるものであり、ピストン６もしくはシリンダー２のいずれの位置に設置することも可能である。
【００３５】
そして、図２に示すように、シリンダー２に十分の乾燥した粒状ベントナイト９を投入した後に、ピストン６をシリンダー２に嵌入している。なお、本実施の形態では粒状ベントナイト９の投入に先だって、ポーラス板８が、シリンダー２の下方端３側に配置されている。即ち、本発明では、蓋４で封鎖しているシリンダー２に粒状ベントナイト９を投入した後にピストン６を嵌入してベントナイト固状体中に含まれる空気を吸引するが、前記ポーラス板８は、この際にベントナイト固状体中の空気が容易に吸引されるように機能している。
【００３６】
また、前記粘土材料を相対湿度が零を超える温度１００℃未満の雰囲気にて半乾燥させた粘土を用い、同様の手順で遮水材を製造するようにしてもよい。この結果、一つ一つの粘土粒子は水に接触した時に吸水膨張するので、仮に遮水材に継ぎ目やひび割れ等の欠陥部が存在していたとしても、外から水が浸入した時点で当該欠陥部を膨張した粘土によってシールする機能が増大するという効果も付与することができる。
【００３７】
その後、図２に示すようにシリンダー２に乾燥した粒状ベントナイト９とタービンオイルを投入してピストン６を嵌入する。次に、図３に示すように、真空ポンプを稼働させている。これによって、シリンダー２内は真空状態に形成されるので、乾燥された粒状ベントナイト９は、真空ポンプの吸引によってその内部に含まれている空気を蓋４の通気孔７から排除されており、粒状ベントナイト９は、含入空気量がほぼゼロの状態に構成されることになる。
【００３８】
また、図３に示すように、本実施の形態では、ピストン６に別途の通気孔１１とその先端に配置されるポーラス板１２を設けており、粒状ベントナイト９の内部に含まれている空気を急速かつ完全に除去することができる。
【００３９】
尚、本実施の形態では、ピストン６の外周面にＯリング等のシール構造１３を装備させており、外側からシリンダー２に空気が侵入するのを防止しているが、このような処置は、他の部位においても必要に応じて適宜に採用できるものである。
【００４０】
所定時間真空ポンプにより内部の空気の吸引が終了すると、ピストン６が、所定の圧力１４でシリンダー２に圧入され、シリンダー２をさらに挿入することで粒状ベントナイトを圧縮して所定の圧縮密度に成形する。これにより、空気が除去された間隙中に疎水性材料であるタービンオイルが充填された粘土成形体１５を製造している。
【００４１】
なお、シリンダー２の内面には、ピストン６を所定の圧入位置に停止させるための図示しないストッパーが設けられており、ピストン６で計量された所定量の粒状ベントナイトをこの位置まで圧縮することで、粒状のベントナイトを所定の高密度に成形している。
【００４２】
その後において、粘土成形体１５は、シリンダー２内から取り出される。
この工程は、シリンダー２から下部側の蓋４を取り外し、ピストン６をシリンダー２にさらに追加挿入させることによって、粘土成形体１５をシリンダー２から外部に押し出すことにより、行うようにしている。
【００４３】
又、粘土成形体１５の取り出しは、この他にもピストン６を撤去してから、蓋４を取り外すと共にシリンダー２の下方端側から新規のピストンを挿入させてシリンダー２の上方端側からベントナイト高密度固状体１５を取り出したり、蓋４に換えてピストンを嵌入する他の例の場合には、ピストンをそのまま挿入させたりすることで、粘土成形体１５を取り出すこともできる。
【００４４】
そして、本発明によって製造された粘土成形体は、その用途に対応させながら、その大きさを任意に構成できるものであり、仮に試験供試体として提供する場合には、４１Φ×４０Ｈの形状に製作することも可能にし、実際の現場に適用する場合には、装置の大型化を図ることで種々の寸法に作製しながら要求性能に対処することができるものである。
【００４５】
以上のように、本実施の形態における粘土成形体は、上記の工程に従って構成することで、廃棄物充填材に求められる遮水性能や放射性核種遅延性能などのバリア機能を長期に亙って維持できる特性を一層増強させると共に、疎水性材料を内部から押し出してガスを開放することができる機能を備えているので、遮水材に求められる殆ど充分な試験供試体を短時間で容易に確保しながら確実に提供できるものである。
【００４６】
ここで、遮水材の粘土材料の目標とする密度としては、１２００〜１９００ｋｇ／ｍ3
としている。例えば、全体を１ｍ3とする場合、目標とする密度が１６００ｋｇ／ｍ3の場合は、粘土材料の割合は、０．５７１ｍ3（１６００ｋｇ／ｍ3／２８００ｋｇ／ｍ3）となり、疎水性材料が充填される空間は０．４２９ｍ3となる。そして、疎水性材料であるタービンオイルの密度が８７０ｋｇ／ｍ3の場合には、約３７３ｋｇ用いればよいことになる。
【００４７】
以下に、本発明の製造方法により得られた遮水材を用い廃棄物を埋設する埋設処理施設の一例を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４８】
図５−１及び図５−２は放射性廃棄物を埋設する施設に本発明方法により得られた遮水材を適用したものであり、遮水層の全てに本発明により得られた遮水材２０をブロック定置施工したものである。
これらの図面に示すように、地盤３０中に形成された支保工３１内に、廃棄物３２の周囲にブロック状に成形した遮水材１１を定置施工し、廃棄物３２を埋設処理するものである。前記廃棄物３２の周囲には、所定間隔を有して本発明材料からなる遮水層３３及び疎水性流体を含まない粘土系遮水層３８が配設されている。ここで、廃棄物３２からのガスは上方（支保工３１の天井部３１ａ方向）へ抜ける傾向があるので、本発明の疎水性流体を含む遮水層３３は、前記廃棄物３２のガス通気性蓋部として機能している。なお、粘土系遮水層３８は遮水性のみを有していればよいので、水とベントナイト材料からなる遮水材を用いるようにしてもよい。また、遮水層３３と支保工３１との間には充填材３５により充填されている。
【００４９】
ここで、前記透気層３４を構成する透気性材料は、例えばモルタルや砂等のガス通気性が良好なものとすればよく、単一素材である必要はない。また、前記充填材３５はモルタルやコンクリート等の透気性材料とすればよい。また、支保工３１を構成する材料も貧配合のモルタルや砂とすればよい。
【００５０】
このような構成の埋設処分施設は、遮水層としての機能を発揮すると共に、ガス透気機能をも発揮することになるので、内部で発生した廃棄物由来のガス３７を外部に開放することができる。
前記ブロック１１、１１の隙間は、その施工直後においては空気であってもよく、その後経時変化により、地下水の浸入によりシールされる。
【００５１】
また、図示は省略するが遮水層３３の一部の列を本発明にかかる遮水材２０からなるブロックを積み上げるようにしてもよい。これは、廃棄物からのガスの発生は少量であるので、全てに亙ってガス透気性の良好な遮水材で遮水層を構成する必要がないからである。このような場合には、局部的に本発明にかかる遮水材２０を用い、それ以外には通常の粘土系遮水材を適用することができる。この結果、遮水層としての機能を発揮すると共に、一部ガス透気機能をも発揮することになるので、内部で発生した廃棄物由来のガス３４を外部に開放することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
以上のように、本発明に係る遮水材の製造方法は、疎水性材料で飽和された粘土材料を得ることができるので、例えば埋設物の遮水材に適用して遮水効果と透気性効果とを兼ね備えた遮水構造に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明に係る遮水材の製造工程を示す図である。
【図２】本発明に係る遮水材の製造工程を示す図である。
【図３】本発明に係る遮水材の製造工程を示す図である。
【図４】本発明に係る遮水材の製造工程を示す図である。
【図５−１】本発明の方法により得られた遮水材を適用した埋設処分施設の概略構成図である。
【図５−２】その遮水材を適用した埋設処分施設の部分拡大図である。
【図６】産業廃棄物の処分施設を示す図である。
【図７】高、低レベル放射性廃棄物の処分施設を示す図である。
【図８】他の高、低レベル放射性廃棄物の処分施設を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１  製造装置
２  シリンダー
３  下方端
５  上方端
６  ピストン
７、１１  通気孔
８、１２  ポーラス板
９  粒状ベントナイト
１３  シール構造
１４  圧力
１５  粘土成形体
２０  遮水材
【図１】
2006289243.tif 000003
【図２】
2006289243.tif 000004
【図３】
2006289243.tif 000005
【図４】
2006289243.tif 000006
【図５−１】
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【図５−２】
2006289243.tif 000008
【図６】
2006289243.tif 000009
【図７】
2006289243.tif 000010
【図８】
2006289243.tif 000011