(57)【要約】【課題】水中空間をより確実に遮水でき、かつ、遮水処理に係る作業を短時間で行える水中空間の遮水方法および水中空間への遮蔽材または遮水材の設置方法を提供する。【解決手段】水中空間Ｓを遮水する方法であって、水中空間Ｓの水底部１２に通じる水面ＷＬから、ベントナイトを高密度に概球状に成形したベントナイト・ペレットＰを水中に投入し、投入したベントナイト・ペレットＰを水底部１２に沈降堆積させ、その後にベントナイト・ペレットＰを吸水膨張させて、堆積したベントナイト・ペレットＰによる充てん空間を難透水性にすることにより、水中空間Ｓを遮水するようにする。【選択図】図５−２
2015110886.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中空間を遮水する方法であって、
前記水中空間の水底部に通じる水面から、ベントナイトを高密度に概球状に成形したベントナイト・ペレットを水中に投入し、投入した前記ベントナイト・ペレットを前記水底部に沈降堆積させ、
その後に前記ベントナイト・ペレットを吸水膨張させて、堆積した前記ベントナイト・ペレットによる充てん空間を難透水性にすることにより、前記水中空間を遮水することを特徴とする水中空間の遮水方法。
【請求項２】
沈降堆積させた前記ベントナイト・ペレットの上に、重量材を沈降堆積させることにより、吸水膨張性の前記ベントナイト・ペレットの膨張に伴う密度低下を抑止することを特徴とする請求項１に記載の水中空間の遮水方法。
【請求項３】
管路の内部に存在している水中空間を遮水する方法であって、
前記管路から分岐する枝配管を前記水中空間の近傍に設置して、設置した前記枝配管を通じて網状の袋体を前記水中空間に挿入し、前記網状の袋体の開口部から、ベントナイトを高密度に概球状に成形したベントナイト・ペレットを前記網状の袋体に投入し、
その後に前記ベントナイト・ペレットを吸水膨張させて、投入した前記ベントナイト・ペレットによる充てん空間を難透水性にすることにより、前記水中空間を遮水して前記管路を閉塞することを特徴とする水中空間の遮水方法。
【請求項４】
水中空間の水底部に存在している放射性物質からの放射線を遮蔽するための遮蔽材または遮水材を前記水中空間に設置する方法であって、
前記放射性物質が存在している前記水底部に通じる水面から、ベントナイトを高密度に概球状に成形したベントナイト・ペレットを水中に投入し、投入した前記ベントナイト・ペレットを前記水底部に沈降堆積させ、
その後に前記ベントナイト・ペレットを吸水膨張させて、堆積した前記ベントナイト・ペレットによる充てん空間を難透水性にするとともに、前記放射性物質の周囲に前記充てん空間による高密度領域を形成して遮蔽材または遮水材を構築することを特徴とする水中空間への遮蔽材または遮水材の設置方法。
【請求項５】
前記水中空間の水がすき間を通じて外部の空間に流出するときにこのすき間に作用する水圧、または、外部の空間の水がすき間を通じて前記水中空間に流入するときにこのすき間に作用する水圧を単位面積当たりの水の重量で表した場合に、単位面積当たりで前記水圧の０．４倍以上の乾燥重量に相当する重量の前記ベントナイト・ペレットを水中に投入することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の水中空間の遮水方法。
【請求項６】
粒径の異なる２種類以上の前記ベントナイト・ペレットを交互に投入して層状に堆積させること、または、交互に投入して層状に堆積させることを複数回繰り返すことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の水中空間の遮水方法。
【請求項７】
前記水中空間を満たしている水の塩化ナトリウム濃度が４４ｍｇ／Ｌ以上１０００ｍｇ／Ｌ以下となるように、前記ベントナイト・ペレットを水中に投入する前に前記水中空間の水質を調整しておくことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の方法。
【請求項８】
前記水中空間を満たしている水の電解質濃度が１．５ｍＥｑ／Ｌ以上３４ｍＥｑ／Ｌ以下となるように、前記ベントナイト・ペレットを水中に投入する前に前記水中空間の水質を調整しておくことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中空間の遮水方法および水中空間への遮蔽材または遮水材の設置方法に関し、特に、原子力関連施設や化学物質製造施設などにおいて、事故等によって建屋内部、建屋周囲の地盤あるいは配管類や排水路等に溜まった放射能汚染水や毒性の高い化学的汚染水が施設外部に漏出することを防ぐのに好適な水中空間の遮水方法および水中空間への遮蔽材または遮水材の設置方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所あるいは化学物質製造施設等で、事故等により放射性物質や化学物質で汚染された汚染水が施設内あるいは施設周辺に貯留し、そこから周辺地盤や河川・海洋に汚染水が漏出する場合には、汚染水の漏出経路を止水処理するとともに、貯留空間の水を移動しにくい状態にしてから、汚染水の除去や対策を実施することが現実的である。
【０００３】
しかし、毒性の高い汚染水が充満している空間や放射線量の高い作業空間において、品質を管理しながら止水処理作業をするには多大な人員と作業時間を必要とするため、作業員の受ける被害を最小限にする工夫が求められる。
【０００４】
具体的な状況としては、図１３に示すように、施設建屋１内部の部屋空間２に汚染水Ｗが貯留し、地震や爆発等の衝撃によって建屋躯体壁３にひび割れ等のすき間４が発生して、施設外部に汚染水Ｗが漏出する例、図１４に示すように、導水路あるいは排水路５に汚染水Ｗが貯留し、導水路あるいは排水路５の躯体に発生したひび割れ等のすき間６から施設外部に汚染水Ｗが漏出する例、あるいは図１５に示すように、施設と外部とを連絡する管路７（液体搬送配管類、排気管、給気管、給水管、排水管、電気等のケーブル配管など）が破損して漏出経路８となる例、等がある。
【０００５】
一方、従来の一般的な漏水箇所の止水処理方法として、例えば、漏水箇所にセメント系材料を打設して充てんし、水和反応によって固まった材料が水の流れを抑制する方法が知られている。漏水箇所が充てんしにくい狭い空間の場合にはグラウト材を圧入して遮水処理することもある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、止水処理する際に、水が流動している空間あるいは管路を止水することは簡単ではない。例えば、セメントコンクリートを充てんする方法ではコンクリートが水和反応によって硬化するまでの時間において、流水によってセメント成分が流失して止水性に欠陥が生じることが懸念される。
【０００７】
また、グラウト作業は危険な作業空間において長時間の作業を必要とするものであるため、上記のような事故後の危険な空間では実施が困難である。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、水中空間をより確実に遮水でき、かつ、遮水処理に係る作業を短時間で行える水中空間の遮水方法および水中空間への遮蔽材または遮水材の設置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】
【０００９】
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る水中空間の遮水方法は、水中空間を遮水する方法であって、前記水中空間の水底部に通じる水面から、ベントナイトを高密度に概球状に成形したベントナイト・ペレットを水中に投入し、投入した前記ベントナイト・ペレットを前記水底部に沈降堆積させ、その後に前記ベントナイト・ペレットを吸水膨張させて、堆積した前記ベントナイト・ペレットによる充てん空間を難透水性にすることにより、前記水中空間を遮水することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る他の水中空間の遮水方法は、上述した発明において、沈降堆積させた前記ベントナイト・ペレットの上に、重量材を沈降堆積させることにより、吸水膨張性の前記ベントナイト・ペレットの膨張に伴う密度低下を抑止することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る他の水中空間の遮水方法は、管路の内部に存在している水中空間を遮水する方法であって、前記管路から分岐する枝配管を前記水中空間の近傍に設置して、設置した前記枝配管を通じて網状の袋体を前記水中空間に挿入し、前記網状の袋体の開口部から、ベントナイトを高密度に概球状に成形したベントナイト・ペレットを前記網状の袋体に投入し、その後に前記ベントナイト・ペレットを吸水膨張させて、投入した前記ベントナイト・ペレットによる充てん空間を難透水性にすることにより、前記水中空間を遮水して前記管路を閉塞することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る水中空間への遮蔽材または遮水材の設置方法は、水中空間の水底部に存在している放射性物質からの放射線を遮蔽するための遮蔽材または遮水材を前記水中空間に設置する方法であって、前記放射性物質が存在している前記水底部に通じる水面から、ベントナイトを高密度に概球状に成形したベントナイト・ペレットを水中に投入し、投入した前記ベントナイト・ペレットを前記水底部に沈降堆積させ、その後に前記ベントナイト・ペレットを吸水膨張させて、堆積した前記ベントナイト・ペレットによる充てん空間を難透水性にするとともに、前記放射性物質の周囲に前記充てん空間による高密度領域を形成して遮蔽材または遮水材を構築することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る他の水中空間の遮水方法は、上述した水中空間の遮水方法の発明において、前記水中空間の水がすき間を通じて外部の空間に流出するときにこのすき間に作用する水圧、または、外部の空間の水がすき間を通じて前記水中空間に流入するときにこのすき間に作用する水圧を単位面積当たりの水の重量で表した場合に、単位面積当たりで前記水圧の０．４倍以上の乾燥重量に相当する重量の前記ベントナイト・ペレットを水中に投入することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る他の水中空間の遮水方法は、上述した水中空間の遮水方法の発明において、粒径の異なる２種類以上の前記ベントナイト・ペレットを交互に投入して層状に堆積させること、または、交互に投入して層状に堆積させることを複数回繰り返すことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る他の方法は、上述した発明において、前記水中空間を満たしている水の塩化ナトリウム濃度が４４ｍｇ／Ｌ以上１０００ｍｇ／Ｌ以下となるように、前記ベントナイト・ペレットを水中に投入する前に前記水中空間の水質を調整しておくことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る他の方法は、上述した発明において、前記水中空間を満たしている水の電解質濃度が１．５ｍＥｑ／Ｌ以上３４ｍＥｑ／Ｌ以下となるように、前記ベントナイト・ペレットを水中に投入する前に前記水中空間の水質を調整しておくことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る水中空間の遮水方法によれば、水中空間を遮水する方法であって、前記水中空間の水底部に通じる水面から、ベントナイトを高密度に概球状に成形したベントナイト・ペレットを水中に投入し、投入した前記ベントナイト・ペレットを前記水底部に沈降堆積させ、その後に前記ベントナイト・ペレットを吸水膨張させて、堆積した前記ベントナイト・ペレットによる充てん空間を難透水性にすることにより、前記水中空間を遮水するので、水中空間をより確実に遮水でき、かつ、遮水処理に係る作業を短時間で行えるという効果を奏する。
【００１８】
また、本発明に係る他の水中空間の遮水方法によれば、沈降堆積させた前記ベントナイト・ペレットの上に、重量材を沈降堆積させることにより、吸水膨張性の前記ベントナイト・ペレットの膨張に伴う密度低下を抑止するので、ベントナイト・ペレットで形成される遮水材の透水係数をより小さく維持することができるという効果を奏する。
【００１９】
また、本発明に係る他の水中空間の遮水方法によれば、管路の内部に存在している水中空間を遮水する方法であって、前記管路から分岐する枝配管を前記水中空間の近傍に設置して、設置した前記枝配管を通じて網状の袋体を前記水中空間に挿入し、前記網状の袋体の開口部から、ベントナイトを高密度に概球状に成形したベントナイト・ペレットを前記網状の袋体に投入し、その後に前記ベントナイト・ペレットを吸水膨張させて、投入した前記ベントナイト・ペレットによる充てん空間を難透水性にすることにより、前記水中空間を遮水して前記管路を閉塞するので、管路の内部の水中空間をより確実に遮水でき、かつ、遮水処理に係る作業を短時間で行えるという効果を奏する。
【００２０】
また、本発明に係る水中空間への遮蔽材または遮水材の設置方法によれば、水中空間の水底部に存在している放射性物質からの放射線を遮蔽するための遮蔽材または遮水材を前記水中空間に設置する方法であって、前記放射性物質が存在している前記水底部に通じる水面から、ベントナイトを高密度に概球状に成形したベントナイト・ペレットを水中に投入し、投入した前記ベントナイト・ペレットを前記水底部に沈降堆積させ、その後に前記ベントナイト・ペレットを吸水膨張させて、堆積した前記ベントナイト・ペレットによる充てん空間を難透水性にするとともに、前記放射性物質の周囲に前記充てん空間による高密度領域を形成して遮蔽材または遮水材を構築するので、水中空間をより確実に遮水でき、かつ、遮水処理に係る作業を短時間で行えるという効果を奏する。また、その後の原子炉解体などの作業時の放射線量を低減することができるという効果を奏する。さらに、その後の原子炉解体などの作業時に遠隔作業で遮蔽材または遮水材を除去しやすいという効果を奏する。
【００２１】
また、本発明に係る他の水中空間の遮水方法によれば、前記水中空間の水がすき間を通じて外部の空間に流出するときにこのすき間に作用する水圧、または、外部の空間の水がすき間を通じて前記水中空間に流入するときにこのすき間に作用する水圧を単位面積当たりの水の重量で表した場合に、単位面積当たりで前記水圧の０．４倍以上の乾燥重量に相当する重量の前記ベントナイト・ペレットを水中に投入するので、すき間を被覆するようにベントナイト・ペレットを水底部に堆積させることで、水中空間をより確実に遮水することができるという効果を奏する。
【００２２】
また、本発明に係る他の水中空間の遮水方法によれば、粒径の異なる２種類以上の前記ベントナイト・ペレットを交互に投入して層状に堆積させること、または、交互に投入して層状に堆積させることを複数回繰り返すので、遮水に必要なベントナイト・ペレットの投入量を節減することができるという効果を奏する。また、ベントナイト・ペレットの堆積密度を大きくできるので、吸水膨張後の堆積密度が大きくなるという効果を奏する。
【００２３】
また、本発明に係る他の方法によれば、前記水中空間を満たしている水の塩化ナトリウム濃度が４４ｍｇ／Ｌ以上１０００ｍｇ／Ｌ以下となるように、前記ベントナイト・ペレットを水中に投入する前に前記水中空間の水質を調整しておくので、水中空間の水質が最も遮水しやすい条件に調整されるので、水中空間をより確実に遮水することができるという効果を奏する。
【００２４】
また、本発明に係る他の方法によれば、前記水中空間を満たしている水の電解質濃度が１．５ｍＥｑ／Ｌ以上３４ｍＥｑ／Ｌ以下となるように、前記ベントナイト・ペレットを水中に投入する前に前記水中空間の水質を調整しておくので、水中空間に存在する水にさまざまなイオン物質が溶存していて、この水の電解質濃度が１．５ｍＥｑ／Ｌ以下である場合あるいは３４ｍＥｑ／Ｌ以上である場合には、電解質濃度が１．５ｍＥｑ／Ｌ以上３４ｍＥｑ／Ｌ以下となるようにペレットを水中に投入する前に水中空間の水質を調整しておくことによって、ペレットを投入することによる水中空間の遮水をより確実に実現することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１−１】図１−１は、呼び径１ｍｍのベントナイト・ペレットの写真図である。
【図１−２】図１−２は、呼び径２０ｍｍのベントナイト・ペレットの写真図である。
【図２−１】図２−１は、呼び径４ｍｍのベントナイト・ペレットの水中投下充てん実験を示す写真図（水中に投入時）である。
【図２−２】図２−２は、呼び径４ｍｍのベントナイト・ペレットの水中投下充てん実験を示す写真図（底部に沈降堆積時）である。
【図２−３】図２−３は、呼び径４ｍｍのベントナイト・ペレットの水中投下充てん実験を示す写真図（吸水膨張シール発揮時）である。
【図３−１】図３−１は、ベントナイト・ペレットを大気中でメスシリンダーに堆積させた実験を示す写真図である。
【図３−２】図３−２は、ベントナイト・ペレットを水中でメスシリンダーに堆積させた実験を示す写真図である。
【図４】図４は、水で飽和したベントナイトの透水係数と有効粘土密度との関係を示す図である。
【図５−１】図５−１は、本発明に係る水中空間の遮水方法の実施の形態１の工程１を示す側面断面図である。
【図５−２】図５−２は、本発明に係る水中空間の遮水方法の実施の形態１の工程２を示す側面断面図である。
【図５−３】図５−３は、本発明に係る水中空間の遮水方法の実施の形態１の工程３を示す側面断面図である。
【図５−４】図５−４は、本発明に係る水中空間の遮水方法の実施の形態１の変形例を示す側面断面図である。
【図６】図６は、本発明に係る水中空間の遮水方法の実施の形態１の他の変形例を示す側面断面図である。
【図７】図７は、本発明に係る水中空間の遮水方法の実施の形態１の他の変形例を示す側面断面図である。
【図８】図８は、沈降堆積後の経過時間と堆積密度の関係を示す図である。
【図９−１】図９−１は、本発明に係る水中空間の遮水方法の実施の形態２の工程１を示す側面断面図である。
【図９−２】図９−２は、本発明に係る水中空間の遮水方法の実施の形態２の工程２を示す側面断面図である。
【図９−３】図９−３は、本発明に係る水中空間の遮水方法の実施の形態２の工程３を示す側面断面図である。
【図１０−１】図１０−１は、本発明に係る水中空間の遮水方法の実施の形態３の工程１を示す側面図であり、（１）は外観図、（２）は断面図である。
【図１０−２】図１０−２は、本発明に係る水中空間の遮水方法の実施の形態３の工程２を示す側面断面図である。
【図１０−３】図１０−３は、本発明に係る水中空間の遮水方法の実施の形態３の工程３を示す側面断面図である。
【図１０−４】図１０−４は、本発明に係る水中空間の遮水方法の実施の形態３の工程４を示す側面断面図である。
【図１１−１】図１１−１は、本発明に係る水中空間の遮水方法の実施の形態３の変形例の工程１を示す側面断面図である。
【図１１−２】図１１−２は、本発明に係る水中空間の遮水方法の実施の形態３の変形例の工程２を示す側面断面図である。
【図１２−１】図１２−１は、本発明に係る水中空間への遮蔽材または遮水材の設置方法の実施の形態４の工程１を示す側面断面図である。
【図１２−２】図１２−２は、本発明に係る水中空間への遮蔽材または遮水材の設置方法の実施の形態４の工程２を示す側面断面図である。
【図１２−３】図１２−３は、本発明に係る水中空間への遮蔽材または遮水材の設置方法の実施の形態４の工程３を示す側面断面図である。
【図１２−４】図１２−４は、本発明に係る水中空間への遮蔽材または遮水材の設置方法の実施の形態４の工程４を示す側面断面図である。
【図１３】図１３は、従来の施設建屋内部の部屋空間に貯留した汚染水がひび割れ等のすき間から外部に漏出する例を示す側面断面図である。
【図１４】図１４は、従来の水路に貯留した汚染水がひび割れ等のすき間から外部に漏出する例を示す側面断面図である。
【図１５】図１５は、従来の施設と外部とを連絡する配管が破損して漏出経路となる例を示す側面断面図である。
【図１６】図１６は、漏水孔を有する円筒型水槽における遮水状況観察実験の写真図であり、（１）はペレットの投入状況、（２）は遮水完了時の状況を示す図である。
【図１７】図１７は、水深に対するペレット充てん率と漏水量低下比の関係を示す図である。
【図１８】図１８は、水質条件およびペレット充てん率の違いによる漏水量低下速度への影響を示す図である。
【図１９】図１９は、固結した高密度ベントナイトを異なる水質の水に浸漬したときの水中崩壊速度の測定例を示す図である。
【図２０】図２０は、ペレットが沈降した直後の堆積密度を示す図である。
【図２１】図２１は、ベントナイトの難透水性に与える乾燥密度と塩分濃度の影響を示す図である。
【図２２−１】図２２−１は、乾燥している４ｍｍペレット１０ｇに水質の異なる水を２００ｍＬ注水した後のペレットの水膨張の観測写真図であり、注水後３０分経過した時点の写真図である。
【図２２−２】図２２−２は、乾燥している４ｍｍペレット１０ｇに水質の異なる水を２００ｍＬ注水した後のペレットの水膨張の観測写真図であり、注水後８０日経過した時点の写真図である。
【図２３】図２３は、電解質濃度とペレット充てん率の異なる実験における遮水の可否のプロットを示す図である。
【図２４】図２４は、図２２−１から図２２−２に至るまでの吸水膨張を時間の経過との関係でプロットした図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に、本発明に係る水中空間の遮水方法および水中空間への遮蔽材または遮水材の設置方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。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】
［ベントナイト・ペレット］
まず、本実施の形態で用いるベントナイト・ペレットについて説明する。このベントナイト・ペレットは、ベントナイトを高密度に概球状に成形したものであり、例えば商品名「クレイパール（登録商標）」として市販されているものを用いることができる。ベントナイト・ペレットの製造方法については、下記の参考文献１、２に記載されているとおりである。すなわち、粉体ベントナイトに加水して塑性状態にし、小口径の孔から押し出すことで乾燥密度１．６ｇ／ｃｍ３相当の円柱状の湿潤ベントナイトを作る。これを丸めて概球状に成形してから、ゆっくりと乾燥することで乾燥収縮し、高密度のベントナイト・ペレットを作成することができる。図１−１および図１−２に示す写真は、それぞれ呼び径１ｍｍペレットおよび呼び径２０ｍｍペレットの写真である。製作例については下記の参考文献３に表１の例が示されている。なお、従来のベントナイト・ペレットは放射性廃棄物の埋設処分施設のすき間充てん材料として使われており、大気中においてすき間空間に充てんすることが実施されていた。
【００２８】
また、大気中におけるベントナイト・ペレットの充てん性を向上させる工夫として、下記の参考文献４がある。一方、水中空間にベントナイト・ペレットを充てんして遮水材を構築するという技術は無かった。
【００２９】
［参考文献１］  特許第５３３９１８５号公報
［参考文献２］  特開２０１１−２４２２８９号公報
［参考文献３］  中島均、斉藤亮、石井卓、「高密度で真球度が高いベントナイトペレットの製造方法」、日本原子力学会２０１３年春の大会、Ａ１９、ｐ．１９、２０１３年
［参考文献４］  特願２０１３−１３３３２７号明細書（出願公開前）
【００３０】
【表１】
2015110886.tif 000003
【００３１】
［ベントナイト・ペレットの水中投下充てん］
つづいて、上記のベントナイト・ペレットを水中空間にて充てん材料として利用可能なことを実験結果に基づいて説明する。
【００３２】
（水中投下沈降性）
図２−１〜図２−３は水を満たしたメスシリンダーを使ってベントナイト・ペレット（呼び径４ｍｍ）を投入して充てんする実験例である。時間の経過に伴って図２−１、図２−２、図２−３の順に推移する。ベントナイト・ペレットは密度が２ｇ／ｃｍ３程度なので速やかに水中を沈降する。
【００３３】
ベントナイト・ペレットは、底部に堆積してから周囲の水を吸水して膨張する。ベントナイトは膨潤性の高い粘土鉱物であるモンモリロナイトを多く含有しているので、膨張を妨げない条件下において体積は２倍以上に膨らむ。実際には図２−３に示すように周囲のペレットとの間隙空間を塞ぐような膨張シール性を発揮する。
【００３４】
（水中沈降充てん密度）
図３−１、図３−２は、水中投入したベントナイト・ペレットが沈降して充てんした直後の充てん密度を確認する目的で行った実験の写真である。表２に示すベントナイト・ペレットを使って実験した結果を表３に示す。ベントナイト・ペレットの粒子密度は約２ｇ／ｃｍ３である。ベントナイト・ペレットを大気中において堆積させた充てん密度（図３−１）に比べて、水中において堆積させた充てん密度（図３−２）は小さいが、止水性を発揮するには十分な密度に充てんすることができる。
【００３５】
【表２】
2015110886.tif 000004
【００３６】
【表３】
2015110886.tif 000005
【００３７】
（充てんしたベントナイトの透水係数）
図４は、水で飽和した状態のベントナイトの透水係数を測定した結果を乾燥密度との関係で示したグラフである。多くの測定例を集約してあるため値にばらつきはあるものの、有効粘土密度（前述のベントナイト乾燥密度に相当）が０．４ｇ／ｃｍ３以上であるならば、透水係数は１×１０−１０（ｍ／ｓ）よりも小さいので、十分な止水性を発揮する。なお、この図４は、下記の参考文献５の記載に基づいている。
【００３８】
［参考文献５］  土木学会エネルギー委員会、低レベル放射性廃棄物の余裕処分に関する研究小委員会、「余裕深度処分における地下施設の設計、品質管理および検査の考え方」、土木学会、平成２１年７月
【００３９】
［実施の形態１］
次に、本発明の実施の形態１について説明する。
本実施の形態１は、水中空間を遮水する方法であって、水中空間の水底部に通じる水面から、ベントナイトを高密度に概球状に成形したベントナイト・ペレットを水中に投入し、投入したベントナイト・ペレットを水底部に沈降堆積させ、その後にベントナイト・ペレットを吸水膨張させて、堆積したベントナイト・ペレットによる充てん空間を難透水性にすることにより、水中空間を遮水するものである。
【００４０】
本実施の形態１の水中空間の遮水方法を図５−１〜図５−４に示す。図５−１〜図５−４は図１３に示したような汚染水Ｗの滞留と漏水が生じている場合の実施例である。図５−１に示すように、施設建屋１内部の部屋空間２に汚染水Ｗが貯留し、地震や爆発等の衝撃によって建屋躯体壁３にひび割れ等のすき間４が発生して、施設外部に汚染水Ｗが漏出しているものとする。これに対し、ベントナイト・ペレットＰをベントナイト・ペレット投入管１０を介して水面ＷＬ上部から投入すると、図５−２に示すように、ベントナイト・ペレットＰは汚染水Ｗの中を沈降して底部１２（水底部）に堆積する。この時点で、滞留していた汚染水Ｗの漏出は次第に減少する。
【００４１】
最終的には、図５−３に示すように汚染水Ｗの中の空間Ｓ（水中空間）をベントナイト・ペレットＰで充てんすることができる。その後、ベントナイト・ペレットＰは周囲の水Ｗを吸水して、前述の図２−３に示すように周囲のペレットＰとの間隙空間を塞ぐような膨張シール性を発揮する。この時点で膨張シール性を発揮したベントナイト・ペレットＰは均質な密度分布に次第に近づいていく。水中で充てんしたベントナイト・ペレットＰの充てん密度は、前述の表３に示すように乾燥密度に換算して０．５４〜０．７６ｇ／ｃｍ３となる。より大きな粒径のベントナイト・ペレットＰを投入するならば、より大きな充てん密度にすることができる。また、粒径の異なるベントナイト・ペレットＰを混合させてから投入することで、より大きな充てん密度にすることも可能である。この場合、例えば粒径２０ｍｍのベントナイト・ペレットと粒径１ｍｍのベントナイト・ペレットとを５０：５０の割合で混合した混合材を投入することで、より大きな充てん密度にすることができる。
【００４２】
ベントナイトの透水係数は図４に示すような測定例があり、この図における有効粘土密度は充てん後のベントナイト・ペレットＰの充てん密度を乾燥密度で表示した値と同じであるから、乾燥密度０．５４〜０．７６ｇ／ｃｍ３の遮水材の透水係数は１×１０−１０〜１×１０−１２ｍ／ｓを呈することになり、水中空間Ｓにおいて十分な遮水性を発揮する。
【００４３】
ベントナイト・ペレットＰの投入作業は短時間で可能なので、長時間作業を要する他の止水処理または遮水方法に比べて作業員の危険度（例えば放射線被ばく量や有害気体の吸引リスク）は小さい。なお、図５−４に示すように、建屋躯体壁３に開口部３ａを設けるとともに、この開口部３ａにベントナイト・ペレット投入管１０を挿入配置し、施設外からベントナイト・ペレットＰを水中に投入する方法を採用するならば、作業員の危険度（例えば放射線被ばく量）をより小さくすることができる。
【００４４】
したがって、本実施の形態１によれば、水中空間Ｓをより確実に遮水でき、かつ、遮水処理に係る作業を短時間で実施することができる。
【００４５】
また、図１４および図１５に示したような従来の事例についても、上記の方法と同様の手順で水中空間を遮水することが可能である。より具体的には、図６に示すように、導水路あるいは排水路５に汚染水Ｗが貯留し、導水路あるいは排水路５の躯体に発生したひび割れ等のすき間６から施設外部に汚染水Ｗが漏出している場合には、上記の方法によってベントナイト・ペレットＰを水面ＷＬ上部から水中に沈降堆積させる。このとき、導水路あるいは排水路５と水中空間Ｓとの連通口５ａの前面を覆うように堆積させる。その後にベントナイト・ペレットＰを吸水膨張させて、堆積したベントナイト・ペレットＰによる充てん空間を難透水性にして、水中空間Ｓにベントナイト・ペレットＰからなる遮水材を構築することにより、水中空間Ｓを遮水することが可能である。
【００４６】
また、図７に示すように、施設と外部とを連絡する管路７（液体搬送配管類、排気管、給気管、給水管、排水管、電気等のケーブル配管など）が破損して漏出経路８となっている場合には、上記の方法によりベントナイト・ペレットＰを水面ＷＬ上部から水中に沈降堆積させる。このとき、管路７と水中空間Ｓとの連通口７ａを覆うように堆積させる。その後にベントナイト・ペレットＰを吸水膨張させて、堆積したベントナイト・ペレットＰによる充てん空間を難透水性にして、水中空間Ｓにベントナイト・ペレットＰからなる遮水材を構築することにより、水中空間Ｓを遮水することが可能である。
【００４７】
［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施の形態２は、上記の実施の形態１において、沈降堆積させたベントナイト・ペレットの上に、重量材を沈降堆積させることにより、吸水膨張性のベントナイト・ペレットの膨張に伴う密度低下を抑止するものである。
【００４８】
図８は、ベントナイト・ペレット水中充てん実験の後において、充てんしたベントナイトが時間の経過とともに吸水膨張して体積増加し、結果として充てん密度が小さくなる傾向を時間経過に伴う密度変化グラフで示したものである。
【００４９】
例えば、堆積後３０分あるいは６０分待機することによって、充てんされたベントナイト・ペレットは吸水膨張によって、表４に示すような密度変化を呈する。２００分経過後は図８に示すように密度変化がほぼ安定する。この時点で吸水膨張は終息し、止水性を発揮すると考えられる。
【００５０】
【表４】
2015110886.tif 000006
【００５１】
吸水膨張によってベントナイト・ペレットの充てん密度が減じたとしても、ペレットの自重による拘束および周囲に存在している他のペレットの拘束があるため、充てん密度は極端には減じないので、仮に乾燥密度換算で０．４ｇ／ｃｍ３相当に変化したとしても、１×１０−１０（ｍ／ｓ）程度の難透水性を発揮するので十分であるが、さらなる遮水性能を維持するためには、図９−１に示すように、ベントナイト・ペレットＰを底部１２に堆積させた後で、図９−２に示すように、砂礫等の粒子材料１４（重量材）を水中に投入することで、ベントナイト・ペレットＰには粒子材料１４による適度な上載荷重が作用することになり、図９−３に示すように、ペレット間隙を膨張シールした時点で吸水膨張は抑制されるので、密度の減少を小さくできる。結果として、ベントナイト・ペレットＰによる遮水材の透水係数をさらに小さく維持できるというメリットが発揮される。
【００５２】
［実施の形態３］
次に、本発明の実施の形態３について説明する。
本実施の形態３は、管路の内部に存在している水中空間を遮水する方法であって、管路から分岐する枝配管を水中空間の近傍に設置して、設置した枝配管を通じて網状の袋体を水中空間に挿入し、網状の袋体の開口部から、ベントナイトを高密度に概球状に成形したベントナイト・ペレットを網状の袋体に投入し、その後にベントナイト・ペレットを吸水膨張させて、投入したベントナイト・ペレットによる充てん空間を難透水性にすることにより、水中空間を遮水して管路を閉塞するものである。
【００５３】
図１０−１は、途中で破断している管路が汚染水Ｗで満たされていて、かつ、漏水している例を示したものであり、（１）は管路の概略外観図、（２）は断面図である。なお、図１０−１は、図示せぬ漏水欠陥部の上流側の遮水対象部位を示している。図１０−１に示すように、漏水欠陥部の手前側（上流側）の区間において管路１６の上面に孔１８を開けてから枝配管２０を取り付ける。
【００５４】
つづいて、図１０−２に示すように、柔軟性を有する網目状の袋２２（網状の袋体。例えはポリエチレン製のメッシュ素材で作った袋や繊維で平織りした布製の袋）を、細く畳んだ状態で枝配管２０に挿入し、袋２２の開口部２２ａを枝配管２０の上端部にはみ出した状態で固定する。このとき、網目状の袋２２は管路１６の中の水中空間Ｓに顔を出した状態にしておく。
【００５５】
次に、図１０−３に示すように、枝配管２０の上端部にはみ出させた袋２２の開口部２２ａからベントナイト・ペレットＰを投入し、網目状の袋２２を満たしていく。
【００５６】
網目状の袋２２を満たして膨らんだ袋２２が孔１８の下の管路１６内部を塞ぐ状態にすると、図１０−４に示すように、時間の経過とともにベントナイト・ペレットＰは吸水膨張して管路１６を完全に塞ぐようになり、難透水性材料になる。
【００５７】
したがって、本実施の形態３によれば、管路１６の中の水中空間Ｓをより確実に遮水でき、かつ、遮水処理に係る作業を短時間で実施することができる。
【００５８】
ベントナイト・ペレットＰを網目状の袋２２の中に挿入しにくい場合には、例えば図１１−１に示すように、枝配管２０の上端部にはみ出させた袋２２の開口部２２ａの中に注入管２４を嵌めることでベントナイト・ペレットＰを挿入しやすくできる。ここで、注入管２４は鉛直管２４ａと横管２４ｂとからなるＹ字型の分岐管で構成されており、鉛直管２４ａの上端からはベントナイト・ペレットＰを投入する。一方、横管２４ｂから水を圧入すると、水はベントナイト・ペレットＰと一緒に注入管２４を下方向に進入し、網目状の袋２２の中に入っていく。図１１−２に示すように、網目状の袋２２は水を通過させる一方でベントナイト・ペレットＰを通過させないで袋２２の内部に留まらせるので、これを繰り返すことによって、図１０−４と同様に、網目状の袋２２は次第にベントナイト・ペレットＰで満たされて膨らんだ状態にできる。その後は、時間の経過とともにベントナイト・ペレットＰは吸水膨張して管路１６を完全に閉塞するとともに、難透水性材料になる。
【００５９】
なお、管路１６内の汚染水Ｗの流速が大きい場合には、充てんした領域に水みちが発生して、１か所に当該方法で遮水処理しても完全に遮水できない場合も懸念される。その場合には、当該遮水方法を管路１６の延長方向の複数箇所で実施することで、管路１６内における汚染水Ｗが流動する量を著しく抑制することができる。
【００６０】
［実施の形態４］
次に、本発明の実施の形態４について説明する。
本実施の形態４は、水中空間の水底部に存在している放射性物質からの放射線を遮蔽するための遮蔽材または遮水材を水中空間に設置する方法であって、放射性物質が存在している水底部に通じる水面から、ベントナイトを高密度に概球状に成形したベントナイト・ペレットを水中に投入し、投入したベントナイト・ペレットを水底部に沈降堆積させ、その後にベントナイト・ペレットを吸水膨張させて、堆積したベントナイト・ペレットによる充てん空間を難透水性にするとともに、放射性物質の周囲に充てん空間による高密度領域を形成して遮蔽材または遮水材を構築するものである。
【００６１】
図１２−１は、原子炉の圧力容器の底が破損して穴が開き、この穴から落下した核燃料（放射性物質）が格納容器の底部（水底部）に堆積している例を示している。格納容器２８は水Ｗで満たされているが、この水Ｗは核燃料による放射性物質Ｒによって高濃度に汚染されているとともに、核燃料から発生する放射線も強大であり、人間が近づいて作業することは困難な状態を想定した図である。
【００６２】
図１２−１および図１２−２に示すように、圧力容器２６および格納容器２８の各上部にそれぞれ孔２６ａ、２８ａをあけ、この孔２６ａ、２８ａを通じて圧力容器２６内部および格納容器２８内部にベントナイト・ペレット投入管１０を挿入し、格納容器２８から隔離された作業スペースから、この投入管１０を通してベントナイト・ペレットＰを水面ＷＬから水中空間Ｓ１、Ｓ２に投入する。
【００６３】
図１２−３に示すように、ベントナイト・ペレットＰは圧力容器２６の底部１２ａおよび格納容器２８の底部１２ｂにある放射性物質Ｒの周囲に沈降堆積し、水中空間Ｓ１、Ｓ２を満たす。
【００６４】
時間の経過とともに、ベントナイト・ペレットＰは吸水膨張して、図１２−４に示すように、格納容器２８内部を均質化したベントナイト材料で満たす。このときのベントナイト材料で満たされている空間の密度は水で満たされていた場合に比べて増大するので、遮水性能とともに放射線の遮蔽性能も増大し、その後の原子炉解体作業時の放射線量を低減する効果がある。このように、本実施の形態によれば、放射性物質Ｒの周囲にベントナイト・ペレットＰの充てん空間による高密度領域を形成して、放射性物質Ｒからの放射線を遮蔽するための遮蔽材または遮水性材料（遮水材）を水中空間Ｓ１、Ｓ２に設置することができる。
【００６５】
したがって、本実施の形態４によれば、水中空間Ｓ１、Ｓ２をより確実に遮水でき、かつ、遮水処理に係る作業を短時間で行える。また、その後の原子炉解体作業時の放射線量を低減することができる。
【００６６】
また、このような方法で水中空間を遮水性材料で充てんする方法では、原子炉解体作業時にリモート作業で当該遮水材を除去しやすいというメリットもある。ベントナイト・ペレットなどのベントナイト系材料を除去する方法については、塩水を噴射してスラリー化して流体として排除する方法が下記の参考文献６、参考文献７あるいは参考文献８および参考文献９、１０、１１に示されている。
【００６７】
［参考文献６］  岩佐健吾、石井卓、他、「廃棄体回収に関わる塩水を利用した緩衝材の分解除去方法の検討」、原子力バックエンド研究、Ｖｏｌ．１６、Ｎｏ．１、原子力学会、Ｄｅｃ、２００９
［参考文献７］  張  至鎬、他、「塩水を利用した緩衝材除去方法の検討（５）」、原子力学会２００９年秋の大会、Ｍ１５、ｐ．６３０、原子力学会大会要旨集
［参考文献８］  特許第５１３１５４５号公報
［参考文献９］  特開２０１２−０３７２９０号公報
［参考文献１０］  特開２０１２−０８３２６８号公報
［参考文献１１］  特開２０１１−０８３４３７号公報
【００６８】
［実施の形態５］
次に、本発明の実施の形態５について説明する。
本実施の形態５は、上記の実施の形態１〜３において、水中空間の水がすき間を通じて外部の空間に流出するときにこのすき間に作用する水圧、または、外部の空間の水がすき間を通じて水中空間に流入するときにこのすき間に作用する水圧を単位面積当たりの水の重量で表した場合に、単位面積当たりで水圧の０．４倍以上の乾燥重量に相当する重量のベントナイト・ペレットを水中に投入するものである。
【００６９】
ベントナイト・ペレットを水面から水中に投入して水中空間に堆積させ、吸水膨張したペレットによって漏水箇所を遮水する条件を明らかにするため、図１６に示すような底部付近の側面に漏水孔（すき間）を有する有底円筒型水槽（内径１００ｍｍ、水深１５０ｍｍ、３００ｍｍ、６００ｍｍの３種類）に注水を継続させることで漏水する流動場を維持しながら、所定量のベントナイト・ペレット（呼び径１ｍｍ、４ｍｍ、２０ｍｍの３種類）を水面から水中に投入して沈降堆積させた後に、遮水状況を観察する実験を行った。漏水孔の口径は１ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍの３種類とした。
【００７０】
実験結果の一覧を表５に示す。これらの実験ケースでは水質条件として水道水（電解質濃度１．５ｍＥｑ／Ｌ）を使った。浄水場における分析データによれば、水道水の成分は主として塩化ナトリウムであり、Ｃｌ濃度は２５．１ｍｇ／Ｌ、Ｎａ濃度は１９ｍｇ／Ｌである。
【００７１】
【表５】
2015110886.tif 000007
【００７２】
なお、表５の各枠内の上段の文字は、投入したベントナイト・ペレットの重量（ｇ）を表している。また、中段の文字は、遮水に要した時間（分）と、判定結果を表している（遮水効果が極めて良く遮水に成功した場合は◎、遮水効果が良い場合は○、遮水効果が良くない場合は△、遮水不可の場合は×で表記）。また、下段の文字は、「漏水量の終息値／漏水量の初期値」（＝漏水量低下比）を表している。
【００７３】
この実験結果をまとめると下記の傾向であった。
（１）ペレットの堆積後の吸水膨張によって遮水に成功する場合と、吸水膨張するものの流水によって浸食されて水みちが形成されて遮水に失敗する場合がある。
（２）効果的なペレット投入条件では数分で遮水できる場合もあるが、２４時間（＝１４４０分）を要する場合もある（２４時間経過して遮水できなかった実験ケースは遮水不可と判定した。）。
（３）吸水膨張したベントナイト・ゲルがペレット相互のすき間を埋めることによって遮水できる。
（４）遮水に失敗する場合には、漏水に伴う水流でペレット相互のすき間を埋めつつあるベントナイト・ゲルが流失することで、明確な水みちが形成されていた。
（５）下半領域の吸水膨張したペレットに水みちが発生していても、上半領域のペレットの吸水膨張が進展したときに遮水に成功する場合もある。したがって、堆積厚さは大きいほうが望ましい。
（６）水深が大きくなるにつれて、遮水を成功させるために多量のペレットを必要とする。
（７）実験ケースのほとんどは水槽から漏水孔を経由して外に漏出する条件であったが、逆向きの外側から水槽内部に流入する漏水条件においても遮水に成功した。ただし、遮水するためにはペレット量を若干多く必要とした。
【００７４】
図１７は、水深に対するペレットの充てん率と漏水量低下比の関係をグラフ化したものである。ここで、ペレットの漏水量低下比とは、遮水効果による漏水量の終息値を初期漏水量で除した値である。また、ペレットの充てん率とは、水面下に水没した領域の水の重量に対して、投入したペレットの乾燥重量の比率を意味している。例えば、水深３００ｍｍの水圧で水底部の漏水孔から漏水している状態において、ペレットを４００ｇ投入した場合には、充てん率は下記のように計算されて約０．１７となる。
【００７５】
水没水量は、１ｇ／ｃｍ３×３０ｃｍ×５ｃｍ×５ｃｍ×３．１４＝２３５５ｇ
投入ペレット乾燥重量は、４００ｇ
充てん率は、４００ｇ÷２３５５ｇ＝０．１７
【００７６】
図１７によれば、ペレットの粒径によって、遮水に成功する条件は下記のように異なっている。
【００７７】
（１）１ｍｍペレットを投入した場合には、充てん率０．０８５以上の場合に遮水に成功する。
（２）４ｍｍペレットを投入した場合には、充てん率０．１７以上の場合に遮水に成功する。
（３）２０ｍｍペレットを投入した場合には、充てん率０．３４以上の場合に遮水に成功する。
【００７８】
なお、上記の水没水量の値は漏水圧力と読み替えることもできる。この場合の圧力を単位面積当たりの水の重量（以下、漏水水頭圧と称す）で表すと、例えば、水深３００ｍｍの水圧で漏水孔から漏水している状態において、ペレットを４００ｇ投入した場合には、充てん率は下記のように計算されて、上記の計算と同じく約０．１７となる。
【００７９】
漏水水頭圧は、０．３ｍ×１０００ｋｇ／ｍ３＝３００ｋｇ／ｍ２
投入ペレット乾燥重量の圧力は、０．４ｋｇ÷（０．０５ｍ×０．０５ｍ×３．１４）＝５０．９５ｋｇ／ｍ２
充てん率は、５０．９５ｋｇ／ｍ２÷３００ｋｇ／ｍ２＝０．１７
【００８０】
以上のことを総合すると、すき間の漏水圧力に対して、ペレットの充てん率を０．４以上とすることで、すき間をより確実に遮水できることがわかる。
【００８１】
したがって、本実施の形態５によれば、すき間の漏水圧力を単位面積当たりの水の重量で表した場合に、単位面積当たりで漏水圧力の０．４倍以上の乾燥重量に相当する重量のベントナイト・ペレットを水中に投入して、すき間を被覆するようにベントナイト・ペレットを水底部に堆積させることで、水中空間をより確実に遮水することができるという効果を奏する。
【００８２】
［実施の形態６］
次に、本発明の実施の形態６について説明する。
本実施の形態６は、上記の実施の形態１〜３において、粒径の異なる２種類以上のベントナイト・ペレットを交互に投入して層状に堆積させること、または、交互に投入して層状に堆積させることを複数回繰り返すものである。
【００８３】
表６は、大粒ペレットと小粒ペレットを層状に堆積させた場合の遮水実験に関する実験結果である。この遮水実験は、上記の実施の形態５と同じような装置（図１６を参照）を用いて行っている。すなわち、底部付近の側面に漏水孔（すき間）を有する有底円筒型水槽（内径１００ｍｍ、水深１５０ｍｍ、３００ｍｍ、６００ｍｍの３種類）に注水を継続させることで漏水する流動場を維持しながら、所定量のベントナイト・ペレットを水面から水中に投入して沈降堆積させた後に、遮水状況を観察した。
【００８４】
【表６】
2015110886.tif 000008
【００８５】
表６には、２０ｍｍペレット（大粒ペレット）を所定量投入してから４ｍｍペレットあるいは１ｍｍペレット（小粒ペレット）を所定量投入した場合の実験結果とともに、比較のために、上記の実施の形態５で示した表５の実験結果の中で、２０ｍｍペレットのみを投入した場合の実験結果も示してある。この実験結果の比較から下記のような傾向を読み取ることができる。
【００８６】
（１）水深３００ｍｍの水圧条件の漏水に対しては、２０ｍｍペレットのみを投入した場合には８００ｇの投入で遮水に成功したが、２０ｍｍペレットを１５０ｇ投入してから４ｍｍペレットあるいは１ｍｍペレットを１５０ｇ投入することでも同等の遮水に成功している。
【００８７】
（２）水深６００ｍｍの水圧条件の漏水に対しては、２０ｍｍペレットのみを投入した場合には１６００ｇの投入で遮水に成功したが、２０ｍｍペレットを２００ｇ投入してから４ｍｍペレットを２００ｇ投入することでも同等の遮水に成功している。
【００８８】
この実験結果によれば、明らかに、大粒ペレットと小粒ペレットを層状に堆積させることで遮水に必要なペレット投入量を節減できることがわかる。２０ｍｍペレット相互のすき間を小粒ペレットで埋めることによってペレットの吸水膨張シール挙動を効果的にできることに加え、さらに、ペレットの堆積密度を大きくできるので、吸水膨張後の堆積密度が大きくなる結果、難透水性が増大することが、遮水しやすくなる主たる要因である。
【００８９】
このような原理で水中空間の遮水を効率的に達成できることから、粒径の異なるペレットを交互に投入して層状に堆積させることを複数回繰り返すことはより効果的である。
【００９０】
したがって、本実施の形態６によれば、大粒ペレットと小粒ペレットを層状に堆積させることで遮水に必要なペレット投入量を節減できるという効果を奏する。また、ペレットの堆積密度を大きくできるので、吸水膨張後の堆積密度が大きくなるという効果を奏する。
【００９１】
［実施の形態７］
次に、本発明の実施の形態７について説明する。
本実施の形態７は、上記の実施の形態１〜６において、水中空間を満たしている水の塩化ナトリウム濃度が４４ｍｇ／Ｌ以上１０００ｍｇ／Ｌ以下となるように、ベントナイト・ペレットを水中に投入する前に水中空間の水質を調整しておくものである。
【００９２】
表７は、上記の実施の形態５と同じような装置（図１６を参照）を用いて行った遮水実験において、水質条件を純水、水道水（塩化ナトリウム濃度が約４４ｍｇ／Ｌ）、０．１ｗｔ％塩水（塩化ナトリウム濃度が１００ｍｇ／Ｌ）、０．３ｗｔ％塩水（塩化ナトリウム濃度が３００ｍｇ／Ｌ）、１．０ｗｔ％塩水（塩化ナトリウム濃度が１０００ｍｇ／Ｌ）、３．０ｗｔ％塩水（塩化ナトリウム濃度が３０００ｍｇ／Ｌ）にした場合について、ベントナイト・ペレット投入遮水実験を行った結果の一覧表である。
【００９３】
【表７】
2015110886.tif 000009
【００９４】
図１８は、表７の実験結果から、漏水量低下速度とペレットの充てん率の関係をプロットしたグラフである。漏水量低下速度とは、ペレットを投入する前の単位時間当たり初期漏水量に対する実験終了時の漏水量の比率を経過時間で除した値であり、ペレットの吸水膨張に伴う遮水の進展しやすさの指標となる。ペレットの充てん率とは、上記の実施の形態５で説明したものと同じである（図１７を参照）。実験結果のプロットはばらついているので、水質条件に応じて領域範囲で囲って整理した。
この実験結果の比較から、下記のことがわかる。
【００９５】
１）水道水（塩化ナトリウム濃度が約４４ｍｇ／Ｌ）、０．１ｗｔ％塩水（塩化ナトリウム濃度が１００ｍｇ／Ｌ）および０．３ｗｔ％塩水（塩化ナトリウム濃度が３００ｍｇ／Ｌ）の範囲の水質条件で遮水性能が優れている。
２）１．０ｗｔ％塩水（塩化ナトリウム濃度が１０００ｍｇ／Ｌ）の水質条件では遮水性能は小さくなるものの、ペレット投入量を多くすることで遮水に成功している。
３）３．０ｗｔ％塩水（塩化ナトリウム濃度が３０００ｍｇ／Ｌ）の水質条件では遮水が困難である。
４）純水の水質条件では遮水が困難である。
【００９６】
上記の傾向のうち、１）〜３）の傾向は、塩分濃度が高くなるにつれてベントナイトの有する粘着性が低下するという特性で理解することができる。塩分濃度が３％以上になると高密度に圧縮成形したベントナイトは、図１９に示すように、容易に崩してスラリー化できることが、上記の参考文献６に紹介されている。
【００９７】
一方、上記４）の特性はベントナイトの粘着性に対する塩分濃度の影響では説明できない。漏水しつつある水中空間では常に水が流動しているので、ペレットを投入して堆積させた場合の遮水効果は以下に箇条書きした複数の現象の相互影響が絡み合って生じるものであると考えるべきであろう。
【００９８】
（１）水中に投入されたベントナイト・ペレットは水中重量と粒径に応じて水中を沈降する。例えば、大粒径ペレットは早い速度で沈降し、小粒径ペレットはゆっくり沈降する。
（２）沈降速度が大きいペレットの堆積直後の密度は沈降速度が小さいペレットに比べて大きくなる。図２０は、遮水実験においてペレットが沈降した直後の堆積密度を示したグラフである。この図に示すように、大粒径のペレットの方が小粒径のペレットよりも初期の堆積密度が大きいことがわかる。
（３）ペレットは吸水膨張して、比較的密度の低いベントナイト・ゲルとなって外表面に成長し、ペレット相互のすき間を埋めていく。
（４）ペレットの内部に水が浸透しなければ、ペレットの吸水膨張は大きくならない。ペレットの表面付近が湿潤化して難透水性を呈するので、次第にペレットの中心部への水の供給は遅くなる（堆積しているペレットの吸水膨張に伴う体積増加は時間の経過とともに次第に遅くなる）。つまり、ペレットの吸水膨張速度は小粒径のペレットの方が大粒径のペレットよりも大きい。
（５）漏水に伴う流動水はペレット相互のすき間を流動し、ペレット相互のすき間を埋めつつあるベントナイト・ゲルを浸食して流失させる現象も並行して生じる。
（６）ペレット相互のすき間をベントナイト・ゲルが埋める現象が流動水による浸食に勝る場合に次第に漏水は抑制されて遮水される。
【００９９】
以上の（１）から（６）の現象が相互影響した結果として、遮水できることになる。一方、水の中の塩分（塩化ナトリウム）の濃度は、上記（３）、（４）、（５）の現象に対して、さらに下記の影響を与える。
【０１００】
（７）下記の参考文献１２にて報告されているが、図２１に示すように、純水条件に比べて人工海水条件では透水係数が１０倍〜１００倍大きい。したがって、水の塩分濃度が高い場合にはペレットへの水の浸入が速く、吸水膨張は短時間で進展する。
【０１０１】
［参考文献１２］  菊池広人、棚井憲治、他、緩衝材の飽和透水特性−ＩＩ  −海水性地下水が緩衝材の透水性に及ぼす影響−、核燃料サイクル開発機構  東海事業所、ＪＮＣ  ＴＮ８４３０  ２００３−００２、２００３年３月
【０１０２】
図２２−１および図２２−２は、２００ｍＬメスシリンダーに乾燥している４ｍｍペレットを１０ｇ入れておき、その後、水質の異なる水を２００ｍＬ注水した後のペレットの吸水膨張体積を観測した写真である。メスシリンダーの上端開口には注水直後にシートを被せて塞いである。図２２−１は注水後３０分経過した時点の写真であり、純水に比べて、塩水の方が吸水膨張が速く、膨張体積は塩化ナトリウム濃度が大きいほど多くなっている。同図には、ベントナイト粉体を、予め時間をかけて微量づつ３ｗｔ％濃度の塩水中に投下して吸水膨張させておいた場合の堆積サンプルを右端に示してある。塩水条件では短時間に右端のサンプルの体積に近づいていることがわかる。
【０１０３】
一方、図２２−２は注水後８０日経過した時点の写真であり、塩化ナトリウム濃度が小さいほど膨張体積が大きく成長している。同図には、ベントナイト粉体を、予め時間をかけて微量づつ３ｗｔ％濃度の塩水中に投下して吸水膨張させておいた場合の堆積サンプルを右端に示してある。塩分濃度が低い水質条件では右端の体積よりも大きく吸水膨張していることが明らかである。
【０１０４】
すなわち、塩化ナトリウム濃度が高いほど初期の吸水膨張速度は大きいが、吸水が終息した時点での体積は小さいことがわかる。図２４には、図２２−１から図２２−２に至るまでの吸水膨張を時間の経過との関係でプロットしたグラフを示した。塩分濃度が高い水質条件では濃度が低い水質条件に比べて、初期には吸水膨張体積が大きいものの、時間の経過とともに、吸水膨張は頭打ちとなり、体積量は濃度が低い水質条件が逆転している。
【０１０５】
（８）水中に分散したベントナイト粒子は、塩分濃度が高い溶液中では凝集沈殿しやすくなる。一方、吸水膨張してペレットの表面に成長したベントナイト・ゲルの密度は純水中の場合に比べて比較的大きいので流水場において粒子流失は比較的軽微である。逆に、純水中ではペレットの表面から成長するベントナイト・ゲルは遅く拡大するとともに、非常に希薄なゲルとなっているため、流水による粒子流失の影響を受けやすい。
【０１０６】
（９）上記の参考文献６に報告されているが、図１９に示すように、塩分濃度が高くなると、ベントナイトの粘着性を減じさせて、固結していたベントナイトを崩す効果が大きくなる。したがって、塩分濃度が高くなるとベントナイト・ゲルの流失は大きくなる。
【０１０７】
上記（７）の特性は（４）の現象に影響し、（８）、（９）の特性は（５）の現象に影響する。これらの現象はある条件では遮水しやすい現象となり、ある条件では水みちが形成されて遮水困難をもたらす現象となる。各々の現象挙動とその速度に影響する特性が相互影響する複合現象であるため、好ましい水質条件は塩化ナトリウム濃度が４４ｍｇ／Ｌ〜１０００ｍｇ／Ｌの範囲が好ましい条件範囲となっている。
【０１０８】
このため、遮水対象となる水中空間の水の水質がこの範囲を下回るあるいは上回る条件の場合には、ペレット投入を実施する前に、事前に当該水中空間の水質を調整しておくことが効果的である。
【０１０９】
したがって、本実施の形態７によれば、水中空間の水質が最も遮水しやすい条件に調整されるので、水中空間をより確実に遮水することができるという効果を奏する。
【０１１０】
［実施の形態８］
次に、本発明の実施の形態８について説明する。
本実施の形態８は、上記の実施の形態１〜６において、水中空間を満たしている水の電解質濃度が１．５ｍＥｑ／Ｌ以上３４ｍＥｑ／Ｌ以下となるように、ベントナイト・ペレットを水中に投入する前に水中空間の水質を調整しておくものである。
【０１１１】
上記の実施の形態７では、水質条件として塩化ナトリウム濃度に着目したが、ベントナイトの難透水性や粘着性や吸水性を発揮する主たる構成物質は粘土鉱物のモンモリロナイトであり、それらの特性はモンモリロナイトの結晶構造の多層構造の浸透圧によるものである。したがって、水質は電解質濃度に着眼して整理しておくことがより望ましい。
【０１１２】
図２３は、表７の実験結果を、ペレット充てん比および水の電解質濃度との関係でプロットしたものであり、遮水に成功した実験ケースを○で、遮水不可であった実験ケースを・で示してある。また、このグラフには遮水に成功するしきい線（１．５ｍＥｑ／Ｌおよび３４ｍＥｑ／Ｌ）を示してある。
【０１１３】
塩化ナトリウム濃度が４４ｍｇ／Ｌ以上１０００ｍｇ／Ｌ以下に相当する水溶液は、電解質濃度が１．５ｍＥｑ／Ｌ以上３４ｍＥｑ／Ｌ以下である。すなわち、水中空間に存在する水にさまざまなイオン物質が溶存していて、電解質濃度が１．５ｍＥｑ／Ｌ以下である場合あるいは３４ｍＥｑ／Ｌ以上である場合には、電解質濃度が１．５ｍＥｑ／Ｌ以上３４ｍＥｑ／Ｌ以下となるように事前に水中空間の水質を調整しておくことによって、ペレットを投入することによる水中空間の遮水をより確実に実現することができる。
【０１１４】
したがって、本実施の形態８によれば、水中空間に存在する水にさまざまなイオン物質が溶存していて、電解質濃度が１．５ｍＥｑ／Ｌ以下である場合あるいは３４ｍＥｑ／Ｌ以上である場合には、電解質濃度が１．５ｍＥｑ／Ｌ以上３４ｍＥｑ／Ｌ以下となるようにペレットを水中に投入する前に水質を調整しておくことによって、ペレットを投入することによる水中空間の遮水をより確実に実現することができる。
【０１１５】
以上説明したように、本発明に係る水中空間の遮水方法によれば、水中空間を遮水する方法であって、前記水中空間の水底部に通じる水面から、ベントナイトを高密度に概球状に成形したベントナイト・ペレットを水中に投入し、投入した前記ベントナイト・ペレットを前記水底部に沈降堆積させ、その後に前記ベントナイト・ペレットを吸水膨張させて、堆積した前記ベントナイト・ペレットによる充てん空間を難透水性にすることにより、前記水中空間を遮水するので、水中空間をより確実に遮水でき、かつ、遮水処理に係る作業を短時間で行える。
【０１１６】
また、本発明に係る他の水中空間の遮水方法によれば、沈降堆積させた前記ベントナイト・ペレットの上に、重量材を沈降堆積させることにより、吸水膨張性の前記ベントナイト・ペレットの膨張に伴う密度低下を抑止するので、ベントナイト・ペレットで形成される遮水材の透水係数をより小さく維持することができる。
【０１１７】
また、本発明に係る他の水中空間の遮水方法によれば、管路の内部に存在している水中空間を遮水する方法であって、前記管路から分岐する枝配管を前記水中空間の近傍に設置して、設置した前記枝配管を通じて網状の袋体を前記水中空間に挿入し、前記網状の袋体の開口部から、ベントナイトを高密度に概球状に成形したベントナイト・ペレットを前記網状の袋体に投入し、その後に前記ベントナイト・ペレットを吸水膨張させて、投入した前記ベントナイト・ペレットによる充てん空間を難透水性にすることにより、前記水中空間を遮水して前記管路を閉塞するので、管路の内部の水中空間をより確実に遮水でき、かつ、遮水処理に係る作業を短時間で行える。
【０１１８】
また、本発明に係る水中空間への遮蔽材または遮水材の設置方法によれば、水中空間の水底部に存在している放射性物質からの放射線を遮蔽するための遮蔽材または遮水材を前記水中空間に設置する方法であって、前記放射性物質が存在している前記水底部に通じる水面から、ベントナイトを高密度に概球状に成形したベントナイト・ペレットを水中に投入し、投入した前記ベントナイト・ペレットを前記水底部に沈降堆積させ、その後に前記ベントナイト・ペレットを吸水膨張させて、堆積した前記ベントナイト・ペレットによる充てん空間を難透水性にするとともに、前記放射性物質の周囲に前記充てん空間による高密度領域を形成して遮蔽材または遮水材を構築するので、水中空間をより確実に遮水でき、かつ、遮水処理に係る作業を短時間で行える。また、その後の原子炉解体などの作業時の放射線量を低減することができる。さらに、その後の原子炉解体などの作業時に遠隔作業で遮蔽材または遮水材を除去しやすい。
【０１１９】
また、本発明に係る他の水中空間の遮水方法によれば、前記水中空間の水がすき間を通じて外部の空間に流出するときにこのすき間に作用する水圧、または、外部の空間の水がすき間を通じて前記水中空間に流入するときにこのすき間に作用する水圧を単位面積当たりの水の重量で表した場合に、単位面積当たりで前記水圧の０．４倍以上の乾燥重量に相当する重量の前記ベントナイト・ペレットを水中に投入するので、すき間を被覆するようにベントナイト・ペレットを水底部に堆積させることで、水中空間をより確実に遮水することができる。
【０１２０】
また、本発明に係る他の水中空間の遮水方法によれば、粒径の異なる２種類以上の前記ベントナイト・ペレットを交互に投入して層状に堆積させること、または、交互に投入して層状に堆積させることを複数回繰り返すので、遮水に必要なベントナイト・ペレットの投入量を節減することができる。また、ベントナイト・ペレットの堆積密度を大きくできるので、吸水膨張後の堆積密度が大きくなる。
【０１２１】
また、本発明に係る他の方法によれば、前記水中空間を満たしている水の塩化ナトリウム濃度が４４ｍｇ／Ｌ以上１０００ｍｇ／Ｌ以下となるように、前記ベントナイト・ペレットを水中に投入する前に前記水中空間の水質を調整しておくので、水中空間の水質が最も遮水しやすい条件に調整されるので、水中空間をより確実に遮水することができる。
【０１２２】
また、本発明に係る他の方法によれば、前記水中空間を満たしている水の電解質濃度が１．５ｍＥｑ／Ｌ以上３４ｍＥｑ／Ｌ以下となるように、前記ベントナイト・ペレットを水中に投入する前に前記水中空間の水質を調整しておくので、水中空間に存在する水にさまざまなイオン物質が溶存していて、この水の電解質濃度が１．５ｍＥｑ／Ｌ以下である場合あるいは３４ｍＥｑ／Ｌ以上である場合には、電解質濃度が１．５ｍＥｑ／Ｌ以上３４ｍＥｑ／Ｌ以下となるようにペレットを水中に投入する前に水中空間の水質を調整しておくことによって、ペレットを投入することによる水中空間の遮水をより確実に実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２３】
以上のように、本発明に係る水中空間の遮水方法および水中空間への遮蔽材または遮水材の設置方法は、水中空間を止水あるいは遮水するのに有用であり、特に、原子力関連施設や化学物質製造施設などにおいて、事故等によって建屋内部、建屋周囲の地盤あるいは配管類や排水路等に溜まった放射能汚染水や毒性の高い化学的汚染水が施設外部に漏出することを防ぐのに適している。
【符号の説明】
【０１２４】
１  施設建屋
２  部屋空間
３  建屋躯体壁
３ａ  開口部
５  導水路あるいは排水路
５ａ，７ａ  連通口
４，６  すき間
７  管路
８  漏出経路
１０  ベントナイト・ペレット投入管
１２，１２ａ，１２ｂ  底部（水底部）
１４  粒子材料（重量材）
１６  管路
１８  孔
２０  枝配管
２２  網目状の袋（網状の袋体）
２２ａ  開口部
２４  注入管
２４ａ  鉛直管
２４ｂ  横管
２６  圧力容器
２８  格納容器
２６ａ，２８ａ  孔
ＷＬ  水面
Ｐ  ベントナイト・ペレット
Ｒ  放射性物質
Ｓ，Ｓ１，Ｓ２  水中空間
Ｗ  汚染水
【図４】
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【図５−１】
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【図５−２】
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【図５−３】
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【図５−４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９−１】
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【図９−２】
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【図９−３】
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【図１０−１】
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【図１０−２】
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【図１０−３】
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【図１０−４】
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【図１１−１】
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【図１１−２】
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【図１２−１】
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【図１２−２】
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【図１２−３】
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【図１２−４】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１７】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２３】
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【図２４】
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【図１−１】
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【図１−２】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図２−３】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図１６】
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【図１８】
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【図２２−１】
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【図２２−２】
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