(57)【要約】【課題】充填性及び施工性に優れ、海水環境に適した砂質系の変形追随性遮水材を提供する。【解決手段】変形追随性遮水材１０は、砂１と、海水２と、高膨潤性ベントナイト３と、を混合してなるものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
最大粒径が５ｍｍ以下であり均等係数が５〜１０である砂と、海水と、高膨潤性ベントナイトと、を混合してなる変形追随性遮水材。
【請求項２】
請求項１において、
前記高膨潤性ベントナイトは、清水中での膨潤度が２３〜３０ｍＬ／２ｇであり、且つスメクタイト含有量が６０〜７０質量％であることを特徴とする変形追随性遮水材。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記高膨潤性ベントナイトは、水溶性ポリマーを含有することを特徴とする変形追随性遮水材。
【請求項４】
請求項３において、
前記水溶性ポリマーは、前記高膨潤性ベントナイトに対する含有量が１質量％以下であることを特徴とする変形追随性遮水材。
【請求項５】
請求項４において、
前記高膨潤性ベントナイトが６０〜２００ｋｇ／ｍ３含まれていることを特徴とする変形追随性遮水材。
【請求項６】
請求項１又は２において、
前記高膨潤性ベントナイトは、水溶性ポリマーを含有せず、該高膨潤性ベントナイトが１５０〜２００ｋｇ／ｍ３含まれていることを特徴とする変形追随性遮水材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼管矢板の継手部などに用いられる土質系の変形追随性遮水材に関し、特に、海水環境に適した変形追随性遮水材に関する。
【背景技術】
【０００２】
管理型産業廃棄物最終処分場などの遮水工においては、例えば、鋼管矢板の継手部の充填材として、遮水性及び変形追随性を有する変形追随性遮水材が用いられている。このような変形追随性遮水材には、土質系、アスファルト系、セメント系に属するものがあるが、特に海面処分場の側面遮水工においては、従来、土質系に属するもののうち粘土系の変形追随性遮水材が用いられている（例えば、特許文献１など参照）。なお、土質系の変形追随性遮水材には、通常、ベントナイトが含まれている。
【特許文献１】特開２００２−３３６８１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の変形追随性遮水材（粘土系）にあっては、粘性の高い粘土を主材にしているので、所定のワーカビリティ（例えば、ポンプ圧送や水中打設などの作業性）を得るためには水分量を多く必要とし、比重が小さくなる（約１．３ｔ／ｍ３、水中では０．３ｔ／ｍ３程度）。その結果、従来の変形追随性遮水材（粘土系）では、自重沈下量や収縮量が大きくなり、充填性及び施工性に問題があった。すなわち、従来の変形追随性遮水材（粘土系）は比重が小さいので、例えば、鋼管矢板の継手部などに変形追随性遮水材を充填する際に密実に充填することができず、充填性に問題があった。また、従来の変形追随性遮水材（粘土系）は比重が小さいので、鋼管矢板の壁面との密着性が弱く、界面に間隙が生じやすくなり、施工性に問題があった。その結果、鋼管矢板の壁面と充填した変形追随性遮水材との間の遮水性能が特に低下しやすい。
【０００４】
さらに、従来の変形追随性遮水材（粘土系）にあっては、膨潤土として一般のベントナイトが用いられているものの、一般のベントナイトは、塩濃度が高い海水中では膨潤性が失われやすく、時間経過とともに凝集して沈殿しやすい。そのため、一般のベントナイトを用いた従来型の変形追随性遮水材にあっては、海面処分場の側面遮水工などにおいて遮水性能を十分に発揮することができず、海水環境に適したものとはいえない。
【０００５】
本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、その目的は、充填性及び施工性に優れ、海水環境に適した変形追随性遮水材（砂質系）を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の変形追随性遮水材は、最大粒径が５ｍｍ以下であり均等係数が５〜１０である砂と、海水と、高膨潤性ベントナイトと、を混合してなることとする。
【０００７】
また、本発明において、前記高膨潤性ベントナイトは、清水中での膨潤度が２３〜３０ｍＬ／２ｇであり、且つスメクタイト含有量が６０〜７０質量％であることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明において、前記高膨潤性ベントナイトは、水溶性ポリマーを含有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明において、前記水溶性ポリマーは、前記高膨潤性ベントナイトに対する含有量が１質量％以下であることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明において、前記高膨潤性ベントナイトが６０〜２００ｋｇ／ｍ３含まれていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明において、前記高膨潤性ベントナイトは、水溶性ポリマーを含有せず、該高膨潤性ベントナイトが１５０〜２００ｋｇ／ｍ３含まれていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、充填性及び施工性に優れ、海水環境に適した変形追随性遮水材（砂質系）を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
【００１４】
＝＝＝変形追随性遮水材１０の材料構成及びその性質＝＝＝
図１は、本発明の変形追随性遮水材（砂質系：図１（ａ）参照）、及び従来の変形追随性遮水材（粘土系：図１（ｂ）参照）を示す拡大模式図である。
【００１５】
図１（ａ）に示すように、本発明の変形追随性遮水材１０は、砂１と、海水２と、高膨潤性ベントナイト３と、を混合してなるものである。各材料の混合方法は、特に限定されるものではなく、砂１、海水２、高膨潤性ベントナイト３を同時若しくは順次に混合することとしてもよい。例えば、砂１及び海水２を混合してから、これらの混合物に高膨潤性ベントナイト３を添加し、これらの各材料を混合することとしてもよい。かかる変形追随性遮水材１０は、以下の（１）〜（５）の性質を有する。
【００１６】
（１）変形追随性遮水材１０は、適度の粘性を有するとともに比重が大きいので、充填性にも優れており、良好な施工性を有する。例えば、変形追随性遮水材１０を水中打設する際、変形追随性遮水材１０は適度の粘性を有するので水質を汚濁しにくい。しかも、変形追随性遮水材１０は比重が大きいので（１．８〜２．０ｔ／ｍ３）、鋼材との密着性が良く、充填性及び施工性に優れている。  
（２）変形追随性遮水材１０は、砂１及び高膨潤性ベントナイト３を海水練りしたものであり、塩濃度の高い海水環境下においても遮水性及び変形追随性が保持されるので、海水環境に適している。すなわち、変形追随性遮水材１０は、粒径の小さい高膨潤性ベントナイト３が粒径の大きい砂１の粒子間に入り込んで密実な状態にあるので、遮水性を有する。また、変形追随性遮水材１０は、粒径の大きい砂１を含んでいるので、圧密されても体積が小さくなりにくく、しかも膨潤した高膨潤性ベントナイト３の粒子を介して砂１の粒子同士が擦れ合うので、変形追随性を有する。  
（３）変形追随性遮水材１０は、高膨潤性ベントナイト３を含んでいるので、例えば、孔に変形追随性遮水材１０を充填したときにはこの高膨潤性ベントナイト３が孔壁の崩壊を防止することとなる。  
（４）変形追随性遮水材１０においては、砂１が高膨潤性ベントナイト３を囲んだ状態にあるので、高膨潤性ベントナイト３が外部に流出しにくい。  
（５）変形追随性遮水材１０は、その材料（砂１、海水２、高膨潤性ベントナイト３）が腐食を受けにくい無機物質で構成されているので、耐久性に優れている。
【００１７】
一方、図１（ｂ）に示すように、従来の変形追随性遮水材２０は、粘土２１と、清水２２と、一般のベントナイト２３と、を混合してなるものである。この変形追随性遮水材２０は、粒径の小さな粒子同士（粘土２１、一般のベントナイト２３）が密実な状態にあり、変形追随性を有する。しかし、海面処分場の側面遮水工などにおいて変形追随性遮水材２０を用いた場合には、変形追随性遮水材２０を構成する水（清水２２）が海水と異なるので、時間の経過とともにその成分が変化して、耐久性が低下することが懸念される。そこで、従来の変形追随性遮水材２０の材料構成において、清水２２の代わりに海水２を用いることが考えられる。しかしながら、この場合には、一般のベントナイト２３が海水２の影響を受けて膨潤性を失うので、遮水性及び変形追随性が低下してしまう。また、従来の変形追随性遮水材２０は、前述した如く比重が小さいので（約１．３ｔ／ｍ３、水中では０．３ｔ／ｍ３程度）、変形追随性遮水材１０と比べると、充填性及び施工性に劣る。
【００１８】
なお、遮水性とは、透水係数が１．０×１０−６ｃｍ／ｓｅｃ以下であることをいう。また、変形追随性とは、波浪、潮位差、及び地震などにより鋼管矢板にひずみが生じても、その変形に追随して遮水性を損なわない性質をいい、フロー値、ブリーディング率を指標にして評価し、例えば、フロー値（φ８ｃｍ×ｈ８ｃｍ）が１０〜１４ｃｍであり、且つブリーディング率が３％以下であることをいう。一方、耐久性とは、海水や処分場内保有水の水質、及び微生物等の影響を受けず、長期的に安定した遮水性能を維持することをいう。なお、施工性とは、狭隘で大深度の充填範囲に対して安定した品質の材料が充填できることをいう。
【００１９】
次に、変形追随性遮水材１０の材料構成（砂１、海水２、高膨潤性ベントナイト３）について詳細に説明する。
【００２０】
＜砂１＞
砂は、一般的に粒子として非常に強固であり、不透水性を有し、化学的及び物理的に安定している。本発明の砂１は、そのうち最大粒径が５ｍｍ以下であり均等係数が５〜１０のものである。かかる砂１を用いて変形追随性遮水材１０を構成した場合には、材料密度（湿潤密度）が向上し、充填後の自重圧密沈下が低減する（ブリーディング率３％以下）。その際、遮水材１ｍ３当たり、砂１を１０００〜１５００ｋｇ用いるので、変形追随性遮水材１０は高密度１．８〜２．０ｇ／ｃｍ３となり、粘土を主材にした変形追随性遮水材２０（密度；約１．３ｇ／ｃｍ３）と比べると、比重が大きくなる。また、変形追随性遮水材１０は安価な砂１を主材にしており、しかも高価な高膨潤性ベントナイト３の量が少なくて済むので、粘土を主材にした変形追随性遮水材２０と比べると、材料コストが低減することとなる。
【００２１】
ところで、砂１を選定するために、砂の選定試験を実施した。その際、下記表１に示す３種の砂、すなわち皆野砂（以下「Ａ砂」という。）、周南砂（以下「Ｂ砂」という。）、及び７号珪砂（以下「Ｃ砂」という。）を選定対象とした。その結果、前述した最大粒径が５ｍｍ以下であり、且つ均等係数が５以上１０以下のもの（Ａ砂、Ｂ砂）が砂１に適していることが判明した。かかる砂の選定試験の結果を表１，２及び図２〜５に示す。表１は各砂の粒度特性を示し、表２は砂の種類と選定結果を示す。表２は表１及び図２〜５の結果をまとめたものである。なお、図２は砂の粒径加積曲線（ふるい目の開きと通過百分率との関係）を示すグラフ、図３は海水量とフロー値との関係を示すグラフ、図４は海水量とブリーディング率との関係を示すグラフ、図５は海水量と透水係数との関係を示すグラフである。
【００２２】
2008043845.tif 000003
【００２３】
表１及び図２に示すように、Ａ砂、Ｂ砂、及びＣ砂は、いずれも最大粒径が５ｍｍ以下であるが、Ａ砂とＢ砂の場合には粒度分布が０．００１〜５ｍｍの広い範囲に分散し、Ｃ砂の場合には粒径が０．０５〜０．５ｍｍの狭い範囲に集中している。すなわち、Ａ砂とＢ砂は粒度分布の特性を示す均等係数ＵＣ（＝Ｕ６０／Ｕ１０）が約８〜９と大きな値を示し、均等係数５以上１０以下の範囲内に属するが、Ｃ砂は均等係数ＵＣが１．６７と小さな値を示し、均等係数５以上１０以下の範囲外に属する。このことから、Ａ砂とＢ砂は、Ｃ砂と比べて粒度分布が良く、密度が大きいことがわかる。そして、表２及び図３〜５に示すように、Ａ砂とＢ砂を用いて変形追随性遮水材１０を構成した場合には、Ｃ砂を用いて変形追随性遮水材１０を構成した場合と異なり、フロー値（図３参照）、ブリーディング率（図４参照）、及び透水係数（図５参照）がすべて所定基準を満たした（表２参照）。従って、最大粒径が５ｍｍ以下であり、且つ均等係数が５以上１０以下であるＡ砂又はＢ砂を用いて変形追随性遮水材１０を構成した場合には、その範囲外に属するＣ砂を用いて変形追随性遮水材１０を構成した場合と比べると、例えば、前述した鋼管矢板の継手部などに変形追随性遮水材１０を充填する際に、充填時の空隙が小さくなり、より安定した充填構造が得られることとなる。
【００２４】
＜海水２＞
海水２は、特に限定されるものではないが、海面処分場での遮水工においては、現地の海水と同じものが好ましい。海水２を用いて砂１及び高膨潤性ベントナイト３の海水練りを行うことにより、変形追随性遮水材１０は、海水２で構成されることとなる。これにより、変形追随性遮水材１０を海面処分場の側面遮水工などに用いた場合であっても、海水の影響を受けにくくなり、耐久性が向上する。
【００２５】
＜高膨潤性ベントナイト３＞
高膨潤性ベントナイト３は、海水中で膨潤性が失われないものであれば限定されるものではないが、特に、清水中での膨潤度が２３〜３０ｍＬ／２ｇであり、且つスメクタイト含有量が６０〜７０質量％のものが好ましく（例えば、ＳＷ−１０１（商品名）やスーパークレイ（商品名）など）、より好ましくは、水溶性ポリマーを含有し耐塩性を有するものである（例えば、ＳＷ−１０１など）。
【００２６】
水溶性ポリマーを含有する高膨潤性ベントナイトは、水溶性ポリマーを含有しないものと比べて、海水中での膨潤性が失われにくくなる。例えば、水溶性ポリマーを含有するＳＷ−１０１（水溶性ポリマー０．９６％）及び水溶性ポリマーをほとんど含有しないスーパークレイ（水溶性ポリマー０．０１％）は、いずれも前述の如く高膨潤性を有するが、ＳＷ−１０１の方がスーパークレイよりも高膨潤性を示す（下記表４参照）。また、ＳＷ−１０１は耐塩性を有するが、スーパークレイは耐塩性を有しない。従って、ＳＷ−１０１の方がスーパークレイよりも海水中での膨潤性が失われにくくなる。なお、水溶性ポリマーとしては、（１）天然高分子、（２）半合成品、（３）合成品のものがある。
【００２７】
（１）天然高分子の水溶性ポリマーとしては、デンプン質（例えば、かんしょデンプン、ばれいしょデンプン、タピオカデンプン、小麦デンプン、コーンスターチなど）、マンナン（例えば、こんにゃくなど）、海草類（例えば、ふのり、寒天（ガラクタン）、アルギン酸ナトリウム、カラギーナン、ファーセレランなど）、植物粘質物（例えば、トロロアオイ、トラガントゴム、アラビアゴム、カラヤガム、ガティガム、ガラギーナンなど）、植物種子粉末（例えば、グアーガム、ローストビーンガム、キンスシードガム、サイリュームシードガムなど）、植物抽出物（例えば、ペクチン、ラーチガムなど）、微生物による粘質物（例えば、デキストラン、レバン、プルラン、ニゲラン、セルロース、カードラン、ルティン酸、リンマンナン、サクノシグナルカン、キサンタンガム（ザンタンガム）、ローカスビーンガムなど）、タンパク質（例えば、にかわ、ゼラチン、カゼイン、コラーゲン、コンドロイチン硫酸ナトリウム、アルブミンなど）がある。
【００２８】
（２）半合成品の水溶性ポリマーとしては、セルロース系（例えば、ビスコース、メチルセルロース（ＭＣ）、エチルセルロース（ＥＣ）、ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ナトリウム、ニトロセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなど）、デンプン系（例えば、可溶性デンプン、カルボキシメチルデンプン、ジアルデヒドデンプン、コメデンプン、コムギデンプン、デンプングリコール酸ナトリウム、デンプンリン酸エステルナトリウムなど）、アルギン系（例えば、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸プロピレングリコール、アルギン酸プロピレングリコールエステルなど）、タンパク質系（例えば、カゼイン酸ナトリウム、カゼイン酸アンモニウムなど）がある。
【００２９】
（３）合成品の水溶性ポリマーとしては、ビニル系（例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニル‐ベンジルエーテル共重合体、カルボキシビニルポリマーなど）、アクリル系（例えば、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリル樹脂アルカノールアミン液、ポリアクリル酸‐（メタ）アクリル酸エステル共重合体、ポリメタクリル酸エチルなど）、ポリエーテル系（例えば、プルロニックポリエーテル、ポリエーテルジアルキルエステル、ポリエーテルジアルキルエーテル、ポリエーテルウレタン変性物、ポリエーテルエポキシ変性物など）、シリコーン系（例えば、メチルポリシロキサン、メチルフェニルポリシロキサンなど）、無水マレイン酸共重合体系（例えば、ビニルメチルエーテル‐無水マレイン酸共重合物の部分エステル、乾性油脂脂肪酸アリルアルコールエステル‐無水マレイン酸の反応物の半エステルなど）があり、その他のものとして、例えば、ポリエチレンオキシド、ポリエチレングリコール、ポリオキシエチレン‐ポリオキシプロピレン共重合体、繊維系グリコール酸ナトリウム、繊維系グリコール酸カルシウム、アセチレングリコール、アニオン型ポリアクリルアミド、ノニオン型ポリアクリルアミド、アニオン型アクリル系ポリマーなどがある。
【００３０】
水溶性ポリマーは、（１）〜（３）に列挙したもののうち、特に、かんしょデンプン、タピオカデンプン、小麦デンプン、ふのり、カラギーナン、ファーセレラン、トロロアオイ、トラガントゴム、アラビアゴム、カラヤガム、ガティガム、ガラギーナン、ローストビーンガム、キンスシードガム、サイリュームシードガム、ラーチガム、レバン、プルラン、ニゲラン、セルロース、カードラン、ルティン酸、リンマンナン、サクノシグナルカン、ローカスビーンガム、にかわ、カゼイン、コラーゲン、コンドロイチン硫酸ナトリウム、アルブミン、ビスコース、エチルセルロース（ＥＣ）、ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）、ナトリウム、ニトロセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、可溶性デンプン、ジアルデヒドデンプン、コメデンプン、コムギデンプン、デンプングリコール酸ナトリウム、デンプンリン酸エステルナトリウム、アルギン酸プロピレングリコール、アルギン酸プロピレングリコールエステル、カゼイン酸ナトリウム、カゼイン酸アンモニウム、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニル‐ベンジルエーテル共重合体、ポリアクリル樹脂アルカノールアミン液、ポリアクリル酸‐（メタ）アクリル酸エステル共重合体、ポリメタクリル酸エチル、プルロニックポリエーテル、ポリエーテルジアルキルエステル、ポリエーテルジアルキルエーテル、ポリエーテルウレタン変性物、ポリエーテルエポキシ変性物、チルポリシロキサン、メチルフェニルポリシロキサン、ビニルメチルエーテル‐無水マレイン酸共重合物の部分エステル、乾性油脂脂肪酸アリルアルコールエステル‐無水マレイン酸の反応物の半エステル、ポリエチレンオキシド、ポリエチレングリコール、ポリオキシエチレン‐ポリオキシプロピレン共重合体、繊維系グリコール酸ナトリウム、繊維系グリコール酸カルシウム、アセチレングリコール、アニオン型ポリアクリルアミド、ノニオン型ポリアクリルアミドが好ましく、より好ましくは、ばれいしょデンプン、コーンスターチ、こんにゃく、寒天（ガラクタン）、グアーガム、ペクチン、デキストラン、キサンタンガム（ザンタンガム）、ゼラチン、メチルセルロース（ＭＣ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、カルボキシメチルデンプン、カルボキシビニルポリマー、アニオン型アクリル系ポリマーである。
【００３１】
高膨潤性ベントナイト３は、一般のベントナイト（例えば、株式会社クニミネ社製のクニゲルＶ１、クニゲルＧ２など）と異なり、塩濃度が高い海水中であっても膨潤性が失われにくく、時間経過後においても凝集沈殿しにくい。また、高膨潤性ベントナイト３は、一般のベントナイトと比べてブリーディング率が小さいという性質を有する。そして、砂質系の変形追随性遮水材１０は、かかる高膨潤性ベントナイト３を用いているので、海水環境下でも優れた遮水機能を有することとなる。
【００３２】
ところで、本実施形態においては、高膨潤性ベントナイト３を用いて海水練りベントナイト泥水を作製し、その特性能試験を実施した（図６〜１２参照）。その際、砂１及び海水２を混合してから、これらの混合物に高膨潤性ベントナイト３を添加し、さらにこれらの各材料を混合して、海水練り土質系（砂質系）遮水材を作製した。なお、高膨潤性ベントナイト３としては、耐塩性を有するＳＷ−１０１及び耐塩性を有しないスーパークレイを用い、一般のベントナイトとしては、クニゲルＶ１を用いた。以下、各特性能試験について説明する。
【００３３】
まず、特性能試験として、海水濃度の異なる海水練りベントナイト泥水（３％濃度、５００ｍＬメスシリンダーで１日放置したもの）について、ベントナイト粒子の分散・凝集状態を調べた。その結果を図６に示す。
【００３４】
図６に示すように、耐塩高膨潤性ベントナイト（ＳＷ−１０１）を用いた場合には、海水濃度が上昇してもベントナイト粒子は分散した状態にあり、膨潤性が失われなかった。一方、一般のベントナイト（クニゲルＶ１）を用いた場合には、海水濃度１０％でも凝集し、４０〜１００％では完全に凝集状態となり、膨潤性が失われてしまった。
【００３５】
次に、ベントナイト泥水のファンネル粘度を測定することによって、ベントナイト粒子の海水中での分散状況を調べた。その際、４種類のベントナイト、すなわち高膨潤性ベントナイト（ＳＷ−１０１、スーパークレイ）及び一般のベントナイト（クニゲルＶ１、クニゲルＧ２）について、泥水（濃度３％）のファンネル粘度を測定した。その測定結果を図７に示す。
【００３６】
図７に示すように、ファンネル粘度は、４種のベントナイトいずれの場合でも、海水濃度（海水の割合）が増大するのに伴って低下した。その中で一般のベントナイト（クニゲルＶ１、クニゲルＧ２）及び高膨潤性ベントナイト（スーパークレイ）は、海水濃度０％（清水）でファンネル粘度が約２２秒であったものが海水１００％では２０秒前後まで低下した。このように海水濃度の増大に伴って、ファンネル粘度が低下したのは、ベントナイト粒子が海水の塩類濃度（主にＮａＣＬ）の上昇によって、膨潤・分散が抑制されたためであると推測される。
【００３７】
一方、耐塩高膨潤性ベントナイト（ＳＷ−１０１）のファンネル粘度は、海水０％では約３７秒と高く、海水１００％では２２．５秒まで低下したが、他のベントナイトに比べて高い値を示した。このことは、耐塩高膨潤性ベントナイト（ＳＷ−１０１）が海水の塩分濃度の影響を受けにくく、ベントナイト粒子が分散したためであると推測される。なお、ベントナイト粒子が分散したのは、耐塩高膨潤性ベントナイト（ＳＷ−１０１）に含まれている極少量（約１％前後）の水溶性ポリマーの作用によるものである。
【００３８】
また、ベントナイト泥水の作製に用いる海水濃度と減圧脱水量との関係について調べた。その結果を図８に示す。
【００３９】
図８に示すように、各種のベントナイト泥水の減圧脱水量は、泥水作製時の海水濃度によって影響を受けた。具体的には、減圧脱水量が小さいほど泥水中のベントナイトはよく分散し、良好な泥膜（難透水性）を形成した。４種のベントナイトは、清水で練った場合には、いずれも減圧脱水量が０．５〜４ｍＬと小さい値を示した。しかし、一般のベントナイト（クニゲルＶ１、クニゲルＧ２）及び高膨潤性ベントナイト（スーパークレイ）は、海水濃度の増大に伴って、脱水量が急激に増大した。一方、耐塩高膨潤性ベントナイト（ＳＷ−１０１）は、海水濃度が増大しても減圧脱水量がほとんど増大しなかった。このことから、一般のベントナイト（クニゲルＶ１、クニゲルＧ２）は、海水練りで使用すると凝集状態の不良泥膜を形成してしまうので、海水練り用の遮水材には適していないと推測される。なお、高膨潤性ベントナイト（スーパークレイ）は、一般のベントナイト（クニゲルＶ１、クニゲルＧ２）よりも海水に強いといえるが、海水によって止水性が低下してしまうことは免れない。一方、耐塩高膨潤性ベントナイト（ＳＷ−１０１）は、海水条件において分散して良好な泥膜を形成し、その結果、海水練りの材料としては高膨潤性ベントナイト（スーパークレイ）よりも優れた効果を示した。両者の大きな差異は、高膨潤性ベントナイトに含まれている水溶性ポリマーの作用によるものと推測される。
【００４０】
さらに、砂を混合した遮水材としての特性をフロー値１０〜１４ｃｍにして、ベントナイト量とブリーディング率及び透水係数との関係を調べた。その結果をそれぞれ図９及び図１０に示す。
【００４１】
図９及び図１０に示すように、ベントナイト量が増加するにつれてブリーディング率及び透水係数はいずれも低下する傾向を示した。つまり、ベントナイト量が増加するにつれて、水量が増加するとともに砂の量が少なくなり、ブリーディング率及び透水係数がいずれも低下した。その際、耐塩高膨潤性ベントナイト（ＳＷ−１０１）を用いた場合には、ブリーディング率は数％の小さな値を示し、３％以下の基準を満たした。しかし、一般のベントナイト（クニゲルＶ１）を用いた場合には、ブリーディング率は大きな値を示し、３％以下の基準を満たさなかった（図９参照）。また、耐塩高膨潤性ベントナイト（ＳＷ−１０１）を用いた場合には、透水係数１．０×１０−６ｃｍ／ｓｅｃ以下の基準を満たしたが、一般のベントナイト（クニゲルＶ１）を用いた場合には、この基準を満たさなかった（図１０参照）。
【００４２】
次に、Ｘ線回折法によって、耐塩高膨潤性ベントナイト（ＳＷ−１０１）と一般のベントナイト（クニゲルＶ１）の鉱物分析を行った。その結果を図１１及び表３に示す。なお、表３は図１１のグラフをまとめたものである。
【００４３】
図１１に示すように、いずれのベントナイトも主な粘土鉱物はスメクタイト（Ｓ）であり、さらに００１反射の位置（それぞれ、１２．７Å、１２．５Å）からＮａ型ベントナイトであることがわかった。また、石英（Ｇ）と長石（Ｆ）は、両ベントナイトに含まれ、耐塩高膨潤性ベントナイト（ＳＷ−１０１）だけに見られた鉱物は、クリストバル石（Ｃｒ）と少量の沸石（Ｚ）・雲母粘土（Ｍ）・ジプサム（Ｇ）であった。一方、一般のベントナイト（クニゲルＶ１）だけに見られた鉱物は、斜プチロ沸石（Ｃｌ）と少量のカルサイト（Ｃ）、パラサイト（Ｐｙ）であった（表３参照）。これらベントナイト中の各種鉱物のうち、分散・膨潤などの活性の原動力になるのはスメクタイトであるが、Ｘ線回折では、両ベントナイト間でスメクタイトの質に大差は見られなかった。しかし、耐塩高膨潤性ベントナイト（ＳＷ−１０１）は、一般のベントナイト（クニゲルＶ１）と比べてスメクタイトのピークが大きかったことから、耐塩高膨潤性ベントナイト（ＳＷ−１０１）の方が一般のベントナイト（クニゲルＶ１）よりもスメクタイト含有量が多いことが判明した。
【００４４】
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【００４５】
次に、耐塩高膨潤性ベントナイト（ＳＷ−１０１）について、air雰囲気下とＮ２ガス雰囲気下とで、それぞれ熱分析を実施した。その際、耐塩高膨潤性ベントナイト（ＳＷ−１０１）として、全有機炭素量（ＴＯＣ）が９．６ｇ／ｋｇすなわち０．９６％であり、約１質量％の水溶性ポリマーを含有するものを用いた。また、コントロール実験として、一般のベントナイト（クニゲルＶ１）についてもair雰囲気下で熱分析を実施した。その結果を図１２に示す。
【００４６】
図１２に示すように、air雰囲気下で見られた３１１℃の発熱ピークがＮ２ガス雰囲気下ではほとんど見られなかった。このことから、このピークは有機物の燃焼によるものと推測される。なお、耐塩膨潤性ンベントナイト（ＳＷ−１０１）の３１０℃付近の質量減少は、air雰囲気下で０．９２％、Ｎ２ガス雰囲気下で０．８４％であった。Ｎ２ガス雰囲気下では有機物が燃焼（酸化）しないので、耐塩高膨潤性ベントナイト（ＳＷ−１０１）の有機物含有量は、０．９２％−０．８４％＝０．０８％と算出されることとなり、この値は、前述したＴＯＣの値（＝約１％）に比べて１桁小さい。その原因として、実験上、Ｎ２ガス雰囲気が完全ではなく、微量のair（酸素）が残り、有機物が燃焼したことが考えられる。一方、一般のベントナイト（クニゲルＶ１）の場合には、有機物による発熱ピークが見られなかった。なお、一般のベントナイト（クニゲルＶ１）に見られた４７０℃の発熱ピークは、黄鉄鉱（pyrite）によるものであり、有機物の燃焼によるものではない。
【００４７】
以上説明したように、耐塩高膨潤性ベントナイト（ＳＷ−１０１）は、高品質のＮａ型ベントナイトをベースにして、質量比で約１％の水溶性ポリマー（有機物）を含有するものである。これら高品質のＮａ型ベントナイトと水溶性ポリマーとが一体となって海水中でもベントナイト粒子を十分に分散させることにより、変形追随性遮水材１０は長期にわたって遮水性を維持するものと推測される。なお、水溶性ポリマーの作用によって変形追随性遮水材１０の中で一旦分散したベントナイト粒子は、水溶性ポリマーが消失した後でも、砂粒子相互の空隙に分散して密実なクレイペーストを形成する。従って、変形追随性遮水材１０は十分な遮水性能を維持するものと推測される。
【００４８】
＜各材料の配合＞
次に、変形追随性遮水材１０を構成する各材料の最適な配合量を設定するために、高膨潤性ベントナイト３の量を変えて配合試験を実施した。この配合試験では、遮水材のブリーディング率及び透水係数を測定した。その際、ベントナイトとして、高膨潤性ベントナイト（ＳＷ−１０１、スーパークレイ）及び一般のベントナイト（クニゲルＶ１、クニゲルＧ２）を用い、さらに他のベントナイトとして、浅間（国産；（株）ホージュン社製）、赤城（国産；（株）ホージュン社製）、榛名（国産；（株）ホージュン社製）を用いた。それぞれの成分を表４に示す。
【００４９】
また、表４に示すベントナイトのうち、耐塩高膨潤性ベントナイト（ＳＷ−１０１）の配合量を変えた場合において、変形追随性遮水材１０のブリーディング率及び透水係数の各変化をそれぞれ図１３、１４に示し、この場合の各材料の配合を表５に示す。一方、高膨潤性ベントナイト（スーパークレイ）の配合量を変えた場合における変形追随性遮水材１０のブリーディング率及び透水係数の各変化をそれぞれ図１５、１６に示す。なお、この場合における各材料の配合とブリーディング率、湿潤密度、及び透水係数との関係を表６に示す。
【００５０】
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【００５１】
図１３、１４及び表５に示すように、高膨潤性ベントナイトがＳＷ−１０１の場合には、ベントナイト量が６０〜１００ｋｇ／ｍ３であれば、遮水材のブリーディング率が３%以下の基準を満たすとともに（図１３参照）、透水係数が１×１０−６ｃｍ／ｓｅｃ以下の基準を満たした（図１４参照）。なお、ベントナイト量が６０ｋｇ／ｍ３未満の場合には、ブリーディング率、湿潤密度、及び透水係数がいずれも増加し、基準値を満たさなくなってしまうことが懸念される。他方、ベントナイト量が１００ｋｇ／ｍ３を超える場合には、コスト増加を招き、しかも砂１の含有量が減少することから変形追随性遮水材１０の密度が小さくなってしまう。特に、変形追随性遮水材１０が水中打設用の場合には、その密度は１．８〜２．０ｇ／ｃｍ３程度が好ましく、これよりも小さくなってしまうと、例えば、鋼管矢板の継手部に変形追随性遮水材１０を打設して充填する際に、継手部壁面と変形追随性遮水材１０との密着性が失われ、その結果、充填部付近の遮水性能が低下してしまうことが懸念される。このことから、高膨潤性ベントナイトがＳＷ−１０１の場合には、ベントナイト量が６０〜１００ｋｇ／ｍ３となるように配合しておくことが好ましい。
【００５２】
一方、高膨潤性ベントナイトがスーパークレイの場合には、図１５、１６及び表６に示すように、ベントナイト量が１５０〜２００ｋｇ／ｍ３であれば、遮水材のブリーディング率が３%以下の基準を満たすとともに（図１５参照）、透水係数が１×１０−６ｃｍ／ｓｅｃ以下の基準を満たした（図１６参照）。なお、ベントナイト量が１５０ｋｇ／ｍ３未満の場合には、透水係数が１×１０−６ｃｍ／ｓｅｃを超えてしまい、２００ｋｇ／ｍ３を超える場合には、コスト増を招くとともに、密度が小さくなってしまう。このことから、高膨潤性ベントナイトがスーパークレイの場合には、ベントナイト量が１５０〜２００ｋｇ／ｍ３となるように配合しておくことが好ましい。
【００５３】
＝＝＝長期品質保持の確認試験＝＝＝
ところで、変形追随性遮水材１０は、充填する際の圧密沈下量が少ないことが望ましく、さらに充填した後には変形追随性（例えば、変形自在なゲル状の状態）が長期間にわたって良好に保持されることが望ましい。そこで、変形追随性遮水材１０の長期品質保持を確認すべく、（１）自重圧密沈下量、（２）透水性、及び（３）変形追随性の確認試験を実施した。以下、各別に説明する。なお、（１）〜（３）の確認試験では、変形追随性遮水材１０としてすべて同じものを用いた（表５のＮｏ３に示す配合を参照）。この変形追随性遮水材１０の物理特性を表７に示す。
【００５４】
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【００５５】
＜（１）自重圧密沈下量の確認＞
まず、変形追随性遮水材１０の自重圧密沈下量について長期確認試験を実施した。本確認試験では、試験体として、変形追随性遮水材１０を充填した初期高さ６０ｃｍの円筒形状のものを用意した。また、比較検討のために、粘土系遮水材を充填した試験体を用意した。そして、これらの試験体に遠心模型実験装置を用いて重力加速度の２０倍の遠心加速度２０Ｇを作用させて、１／２０（換算層厚さ１２ｍ）の模型について実験を行い、経過時間と自重圧沈下量との関係を測定した。その測定結果を図１７に示す。
【００５６】
図１７に示すように、変形追随性遮水材１０は充填した後、直ちに沈下してほぼ一定の値に収束したが、粘土系遮水材は時間の経過とともに徐々に沈下量が増加した。変形追随性遮水材１０、粘土系遮水材の推定最終換算沈下量は、それぞれ９８ｃｍ、２０８ｃｍ程度となった。このことから、変形追随性遮水材１０は、粘土系遮水材よりも自重圧密沈下量が少なく、かつ、沈下が短時間で収束することが確認された。なお、同図に示す推定最終換算沈下量は、いずれも双曲線法により算出したものである。
【００５７】
＜（２）透水性の確認＞
次に、変形追随性遮水材１０の透水性について長期透水試験を実施した。本試験では、変形追随性遮水材１０を供試体とし、遮水材Ａ、Ｂを比較対照とした。その試験結果を図１８に示す。なお、同図に示す変形追随性遮水材１０は耐塩高膨潤性ベントナイト（ＳＷ−１０１）を用いたものであり、遮水材Ａ、Ｂは、それぞれ一般のベントナイト（クニゲルＶ１）、一般のベントナイト（クニゲルＧ２）用いたものである。
【００５８】
図１８に示すように、変形追随性遮水材１０の場合には、時間が経過しても透水係数がほぼ一定に維持され、１．０×１０−６ｃｍ／ｓｅｃ以下の基準を常に満たした。しかし、遮水材Ａ、Ｂの場合には、時間経過とともに透水係数が増大し、基準値１．０×１０−６ｃｍ／ｓｅｃを超えてしまった。このことから、変形追随性遮水材１０は、遮水材Ａ、Ｂと比べ、長期にわたって遮水性を維持することがわかる。
【００５９】
＜（３）変形追随性の確認＞
次に、変形追随性遮水材１０の変形追随性について確認試験を実施した。本確認試験では、三軸試験機を用いて連続繰返し載荷試験を行い、変形追随性遮水材１０について繰り返し回数、軸差応力及び軸ひずみを測定した。比較検討のために、一般的な砂（最大粒径２ｍｍ、均等係数４．５４）についても同様の測定を行った。その測定結果を図１９、２０に示す。
【００６０】
なお、図１９（ａ）〜図１９（ｃ）は、それぞれ変形追随性遮水材１０に係る繰り返し回数と軸差応力との関係、繰り返し回数と軸ひずみとの関係、軸ひずみと軸差応力との関係を示す図である。また、図２０（ａ）〜図２０（ｃ）は、それぞれ一般的な砂に係る繰り返し回数と軸差応力との関係、繰り返し回数と軸ひずみとの関係、軸ひずみと軸差応力との関係を示す図である。
【００６１】
図１９（ａ）〜図１９（ｃ）に示すように、変形追随性遮水材１０に応力振幅２０ｋＰａの載荷を加えると、軸ひずみ量はほぼ一定の幅で増減を繰り返し、繰り返し回数が１０００回まで軸差応力と軸ひずみとの関係はほとんど同じ軌跡を示した。従って、変形追随性遮水材１０は繰り返し載荷において、ひずみ量に大きな変化が生じにくく、弾性的挙動を保持することが確認された。つまり、本実施形態において用いられる変形追随性遮水材１０は、波浪、潮位差、地震等により外力が繰り返し遮水壁に作用して遮水壁が変形しても、この遮水壁の変形に応じて長期間にわたって変形可能で、継手部における変形追随性遮水材１０の亀裂及び破断等を生じない。一方、図２０（ａ）〜図２０（ｃ）に示すように、一般的な砂に応力振幅２０ｋＰａの載荷を加えると、軸ひずみ量は徐々に増加し、繰り返し回数が２０回を越えると急激に増加して砂と水とが分離し、破壊が生じた。
【００６２】
以上のことから、変形追随性遮水材１０は繰り返し載荷において、一般的な砂よりも弾性的挙動を保持することが確認された。また、変形追随性遮水材１０は、自重圧密沈下量が少なく、かつ、繰り返し載荷されても弾性的挙動を保持することが確認された。
【００６３】
＝＝＝水中打設の確認試験＝＝＝
次に、所定の模型装置を用いて、変形追随性遮水材１０を水中打設し、各深度における諸物性（密度、含水比、透水係数）を測定した。その測定結果を図２１に示す。
【００６４】
図２１に示すように、変形追随性遮水材１０は、各深度において、密度が２．００〜２．０５ｇ／ｃｍ３の範囲でほぼ一定であり（図２１（ａ）参照）、しかも含水比が２５％付近でほぼ一定であった（図２１（ｂ）参照）。また、変形追随性遮水材１０は、各深度において、透水係数が１．０×１０−７〜１．０×１０−６ｃｍ／ｓｅｃの範囲でほぼ一定であり、いずれも透水係数１．０×１０−６ｃｍ／ｓｅｃ以下の基準を満たした。このことから、変形追随性遮水材１０を水中打設した場合には、変形追随性遮水材１０は各深度において均質になることがわかる。
【００６５】
＝＝＝製造後の性状変化＝＝＝
次に、砂１、海水２、及び高膨潤性ベントナイト３を混練りして変形追随性遮水材１０を製造し、製造後の変形追随性遮水材１０について性状変化（フロー値、透水係数）を調べた。その結果を図２２、２３に示す。図２２は経過日数とフロー値との関係を示すグラフ、図２３は経過日数と透水係数との関係を示すグラフである。
【００６６】
図２２に示すように、変形追随性遮水材１０は、製造後７日目まで、フロー値の基準値（１０〜１４ｃｍ）を常に満たした。また、図２３に示すように、変形追随性遮水材１０は、製造後７日目まで、透水係数の基準値（１．０×１０−６ｃｍ／ｓｅｃ以下）を常に満たした。このことから、変形追随性遮水材１０は、製造後打設時までの間に運搬等のために数日要する場合であっても、その間に性状変化が生じにくいことがわかる。但し、変形追随性遮水材１０の乾燥を防止するために、その表面にキャッピングを施しておくことが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の変形追随性遮水材（砂質系）及び従来の変形追随性遮水材（粘土系）を示す拡大模式図である。
【図２】砂の粒径加積曲線を示すグラフである。
【図３】海水量とフロー値との関係を示すグラフである。
【図４】海水量とブリーディング率との関係を示すグラフである。
【図５】海水量と透水係数との関係を示すグラフである。
【図６】ベントナイト粒子の分散・凝集状態を示す図である。
【図７】泥水（濃度３％）のファンネル粘度を示すグラフである。
【図８】海水濃度と減圧脱水量との関係との関係を示すグラフである。
【図９】ベントナイト量とブリーディング率との関係を示すグラフである。
【図１０】ベントナイト量と透水係数との関係を示すグラフである。
【図１１】Ｘ線回折法によるベントナイトの鉱物分析結果を示す図である。
【図１２】ベントナイトの熱分析結果を示すグラフである。
【図１３】耐塩高膨潤性ベントナイト（ＳＷ−１０１）の配合量とブリーディング率との関係を示すグラフである。
【図１４】耐塩高膨潤性ベントナイト（ＳＷ−１０１）の配合量と透水係数との関係を示すグラフである。
【図１５】高膨潤性ベントナイト（スーパークレイ）の配合量とブリーディング率との関係を示すグラフである。
【図１６】高膨潤性ベントナイト（スーパークレイ）の配合量と透水係数との関係を示すグラフである。
【図１７】経過時間と自重圧密沈下量との関係を示すグラフである。
【図１８】透水性の確認試験結果を示すグラフである。
【図１９】変形追随性の確認結果（変形追随性遮水材の場合）を示すグラフである。
【図２０】変形追随性の確認結果（一般の砂の場合）を示すグラフである。
【図２１】水中打設の確認試験結果を示すグラフである。
【図２２】経過日数とフロー値との関係を示すグラフである。
【図２３】経過日数と透水係数との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６８】
１  砂
２  海水
３  高膨潤性ベントナイト
１０  変形追随性遮水材（砂質系）
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2008043845.tif 000015
【図１１】
2008043845.tif 000016
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図１】
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【図６】
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