(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベントナイトまたはベントナイトを含む混合物を主材料とするベントナイト系材料を吹き付けて、ベントナイト層を構築するベントナイト吹付け工法であって、
圧縮部、絞り部、および膨張部が形成された超音速ノズルに圧縮空気を供給し、前記圧縮空気が前記圧縮部から前記絞り部を通過して前記膨張部に供給される過程で超音速に加速され、膨張部の下流側に形成された噴出口から超音速の圧縮空気を噴射するとともに、
前記圧縮空気にベントナイト系材料を混合し、前記圧縮空気に混合されたベントナイト系材料を吹き付けてベントナイト層を形成することを特徴とするベントナイト系材料の吹付け工法。
【請求項２】
液体に混合された前記ベントナイト系材料を前記超音速ノズルに供給し、前記ベントナイト系材料は、前記主材料と液体とを含む混合体とされている請求項１に記載のベントナイト系材料の吹付け工法。
【請求項３】
前記主材料として、前記ベントナイト系材料における前記液体の含有量が前記主材料における最適含水比となるときに所定の乾燥密度以上となるものを用い、
前記ベントナイト系材料における前記液体の含有量の上限を、前記ベントナイト系材料が前記超音速ノズルを通過する際における前記超音波ノズルの閉塞可能性に基づいて定めるとともに、前記ベントナイト系材料における前記液体の含有量の下限を、前記ベントナイト系材料の付着性に基づいて定める請求項２に記載のベントナイト系材料の吹付け工法。
【請求項４】
前記所定の乾燥密度が、１．６（Ｍｇ／ｍ３）である請求項３に記載のベントナイト系材料の吹付け工法。
【請求項５】
前記ベントナイト系材料における前記液体の含有量の上限が、最適含水比から４％大きい値に設定されている請求項３に記載のベントナイト系材料の吹付け工法。
【請求項６】
前記ベントナイト系材料における前記液体の含有量の下限が、最適含水比から１％小さい値に設定されている請求項３に記載のベントナイト系材料の吹付け工法。
【請求項７】
前記圧縮空気と前記ベントナイト系材料とを、前記超音速ノズルにおける絞り部よりも噴出口側で混合させる請求項１に記載のベントナイト系材料の吹付け工法。
【請求項８】
前記ベントナイト系材料を水平方向よりも下向きに吹き付ける請求項１に記載のベントナイト系材料の吹付け工法。
【請求項９】
ベントナイトまたはベントナイトを含む混合物を主材料とするベントナイト系材料を吹き付けて、ベントナイト層を構築するベントナイト吹付け装置に用いられるノズルであって、
コンプレッサから供給される圧縮空気により、ベントナイト系材料供給手段から供給される前記ベントナイト系材料を超音速で噴出する超音速ノズルからなることを特徴とするベントナイト系材料吹付けノズル。
【請求項１０】
ベントナイトまたはベントナイトを含む混合物を主材料とするベントナイト系材料を吹き付けて、ベントナイト層を構築するベントナイト吹付け装置であって、
請求項９に記載のベントナイト系材料吹付けノズルと、
前記ノズルに圧縮空気を供給するコンプレッサと、
前記ノズルに前記ベントナイト系材料を供給するベントナイト系材料供給手段と、を備え、
前記圧縮空気と混合された前記ベントナイト系材料を前記圧縮空気とともに前記ノズルから噴出し、前記圧縮空気に混合されたベントナイト系材料を吹き付けてベントナイト層を形成することを特徴とするベントナイト系材料の吹付け装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベントナイト系材料の吹付け工法および吹付け装置に係り、特に、放射性廃棄物などの廃棄物を処理する廃棄物処理施設の造成に用いて好適なベントナイト系材料の吹付け工法および吹付け装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射性廃棄物を廃棄するにあたり、たとえば放射性廃棄物をガラス質の素材に溶け込ませ、これを鉄鋼製の容器に鋳込んで地層内に埋め込む放射性廃棄物地層処分が行われることがある。この放射性廃棄物地層処分においては、放射性廃棄物を確実に隔離するために、粘土質材料による人工バリア（止水層）が構築される。【０００３】
人工バリアの構築を行う方法としては、ベントナイトブロックを積み上げる方式や、現場での締固めによる方式が知られている。このうち、ベントナイトブロックを積み上げる方式は、工場などで作製したベントナイトブロックを現場に搬入し、吸引把持し、またはクレーンで吊り上げるなどして定置するものである。一方の現場での締固めによる方式は、振動ローラ、コンクリートはつり機を改良した空圧式打撃ハンマ、重錘落下式自動締固め機械などでの転圧をそれぞれ施すものである。このような放射性廃棄物を廃棄するための方法として、たとえば特許第３０５４７２８号公報（特許文献１）に開示された廃棄物処理施設、特開２０００−１９３７９６号公報（特許文献２）に開示された埋め戻し方法およびそれに使用するブロックの製造方法がある。【０００４】
また、粘土質材料としては、ベントナイトを主体とし、ベントナイトまたはベントナイトに砂など含有させたベントナイト混合土からなるベントナイト系材料が一般的に用いられている。このベントナイト系材料は、通常、ベントナイト粉体を主体とする原料に所定の含水比となるまで加水したものが使用される。【０００５】
ところが、ベントナイトブロックを積み上げる方式では、大型のジャッキなどを備えた大掛かりなプラントが必要となる。また、現場での締固めによる方式では、大型の振動ローラや転圧装置を用いる必要があり、やはり大掛かりなものとなってしまうという問題がある。また、これらの方式では、狭隘な部分に人工バリアを構築するのが困難であるという問題もある。【０００６】
これらの問題に対して、ベントナイト系材料を用いた吹付け工法が検討されている。この吹付け工法では、ベントナイト系材料をトンネルなどの内面に吹き付けて、人工バリア（止水層）を構築しようというものである。従来における吹付け工法では、主に法面の遮水性を向上させることを目的としており、たとえば特開２００１−８１７６１号公報（特許文献３）、特許第３４９４３９７号公報（特許文献４）に開示されたものがある。これらの吹付け工法においては、大型のジャッキや振動ローラなどの装置を用いる必要がないので、容易に人工バリアを構築することができる。しかも、狭隘な部位についても容易に人工バリアを構築することができる。【０００７】
【特許文献１】特許第３０５４７２８号公報
【特許文献２】特開２０００−１９３７９６号公報
【特許文献３】特開２００１−８１７６１号公報
【特許文献４】特許第３４９４３９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、放射性廃棄物地層処分において構築される人工バリア（止水層）には、高い遮水性が要求されることから、高い乾燥密度、たとえば１．６Ｍｇ／ｍ３程度の非常に高い乾燥密度が要求される。しかし、上記特許文献３，４に開示された吹付け工法では、このような高い乾燥密度の人工バリアを施工することができないという問題があった。また、放射性廃棄物地層処分に限らず、他の構造物などにおいて、ベントナイト系材料の吹付けにより、高い遮水性を発揮するベントナイト層（止水層）への需要もある。【０００９】
そこで、本発明の課題は、高い乾燥密度のベントナイト層を形成することができるベントナイト系材料の吹付け工法および吹付け装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決した本発明に係るベントナイト系材料の吹付け工法は、ベントナイトまたはベントナイトを含む混合物を主材料とするベントナイト系材料を吹き付けて、ベントナイト層を構築するベントナイト吹付け工法であって、圧縮部、絞り部、および膨張部が形成された超音速ノズルに圧縮空気を供給し、圧縮空気が圧縮部から絞り部を通過して膨張部に供給される過程で超音速に加速され、膨張部の下流側に形成された噴出口から超音速の圧縮空気を噴射するとともに、圧縮空気にベントナイト系材料を混合し、圧縮空気に混合されたベントナイト系材料を吹き付けてベントナイト層を形成することを特徴とする。【００１１】
本発明に係るベントナイト系材料の吹付け工法においては、ベントナイト系材料を吹き付けるにあたり、超音速ノズルを用いている。この超音速ノズルを用いることにより、ベントナイト系材料を超音速という速い速度で噴射することができるので、高い乾燥密度のベントナイト層を形成することができる。なお、本発明における「ベントナイトを含む混合物」としては、ベントナイトとセメントとの混合物、ベントナイトと砂や礫との混合物などを例示することができる。【００１２】
ここで、液体に混合されたベントナイト系材料を超音速ノズルに供給し、ベントナイト系材料は、主材料と液体とを含む混合体とされている態様とすることができる。【００１３】
このように、液体に混合されたベントナイト系材料を超音速ノズルに供給する、いわゆる湿式吹付けに好適に用いることができる。【００１４】
また、主材料として、ベントナイト系材料における液体の含有量が主材料における最適含水比となるときに所定の乾燥密度以上となるものを用い、ベントナイト系材料における液体の含有量の上限を、ベントナイト系材料が超音速ノズルを通過する際における超音波ノズルの閉塞可能性に基づいて定めるとともに、ベントナイト系材料における液体の含有量の下限を、ベントナイト系材料の付着性に基づいて定める請求項２に記載のベントナイト系材料の吹付け工法。【００１５】
このように、ベントナイト系材料における液体の含有量が主材料における最適含水比となるときに所定の乾燥密度以上となるものを用いることにより、所定の乾燥密度のベントナイト層を形成することができる。また、ベントナイト系材料の含水比が高いと、超音速ノズルを閉塞させる可能性が高くなる。このため、ベントナイト系材料における液体の含有量の上限を、ベントナイト系材料が超音速ノズルを通過する際における超音波ノズルの閉塞可能性に基づいて定めることにより、ベントナイト系材料による超音速ノズルの閉塞を防止することができる。一方、ベントナイト系材料の含水比が低いと、ベントナイト層を形成する際のベントナイト系材料の付着率が低くなってしまう。このため、ベントナイト系材料における液体の含有量の下限を、ベントナイト系材料の付着性に基づいて定めることにより、ベントナイト系材料の付着率を低くしないようにすることができる。【００１６】
なお、本発明における「超音速ノズルを閉塞させる」とは、超音速ノズルの本体を閉塞させるもののほか、たとえば超音速ノズルにベントナイト系材料を配送する配管などが設けられている場合に、その配管を閉塞させる態様を含むものである。【００１７】
ここで、所定の乾燥密度が、１．６（Ｍｇ／ｍ３）である態様とすることができる。【００１８】
所定の乾燥密度が、１．６（Ｍｇ／ｍ３）であることにより、放射性廃棄物などの廃棄物を処理する廃棄物処理施設を造成する際に要求される止水性を満足するベントナイト層を形成することができる。【００１９】
また、ベントナイト系材料における液体の含有量の上限が、最適含水比から４％大きい値に設定されている態様とすることができる。【００２０】
このように、ベントナイト系材料における液体の含有量の上限が、最適含水比から４％大きい値に設定されていることにより、ベントナイト系材料による超音速ノズルの閉塞を好適に防止することができる。【００２１】
さらに、ベントナイト系材料における液体の含有量の下限が、最適含水比から１％小さい値に設定されている態様とすることもできる。【００２２】
このように、ベントナイト系材料における液体の含有量の下限が、最適含水比から１％小さい値に設定されていることにより、ベントナイト系材料の付着率を低くしないようにすることができる。【００２３】
また、圧縮空気とベントナイト系材料とを、超音速ノズルにおける絞り部よりも噴出口側で混合させる態様とすることができる。【００２４】
このように、圧縮空気とベントナイト系材料とを、超音速ノズルにおける絞り部よりも噴出口側で混合させることにより、絞り部をベントナイト系材料が通過しないようにすることができる。このため、ベントナイト系材料の最大粒径に縛られることなく絞り部の直径や膨張部の形状などを自由に設計することができる【００２５】
さらに、ベントナイト系材料を水平方向よりも下向きに吹き付ける態様とすることもできる。【００２６】
このように、吹付け方向を水平よりも下向きとすることにより、吹付け損失を低減することができる。しかも、ベントナイト系材料を施工面に付着させる必要もないので、水などの液体の使用量を最低限に抑えることができる。【００２７】
また、上記課題を解決した本発明に係るベントナイト系材料吹付けノズルは、ベントナイトまたはベントナイトを含む混合物を主材料とするベントナイト系材料を吹き付けて、ベントナイト層を構築するベントナイト吹付け装置に用いられるノズルであって、コンプレッサから供給される圧縮空気により、ベントナイト系材料供給手段から供給されるベントナイト系材料を超音速で噴出する超音速ノズルからなることを特徴とする。【００２８】
さらに、上記課題を解決した本発明に係るベントナイト系材料の吹付け装置は、ベントナイトまたはベントナイトを含む混合物を主材料とするベントナイト系材料を吹き付けて、ベントナイト層を構築するベントナイト吹付け装置であって、上記のベントナイト系材料吹付けノズルと、ノズルに圧縮空気を供給するコンプレッサと、ノズルにベントナイト系材料を供給するベントナイト系材料供給手段と、を備え、圧縮空気と混合されたベントナイト系材料を圧縮空気とともにノズルから噴出し、圧縮空気に混合されたベントナイト系材料を吹き付けてベントナイト層を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明に係るベントナイト系材料の吹付け工法および装置によれば、高い乾燥密度のベントナイト層を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係るベントナイト系材料の吹付け装置を示す構成図である。
【図２】超音速ノズルの断面図である。
【図３】放射性廃棄物処理施設の造成過程の正断面図である。
【図４】図３に続く過程の正断面図である。
【図５】放射性廃棄物処理施設の正断面図である。
【図６】開放型廃棄物処理施設造成過程の正断面図である。
【図７】超音速ノズルの他の例を示す断面図である。
【図８】本発明例および比較例における含水比と吹付け後の乾燥密度との関係を示すグラフである。
【図９】本発明の試験における含水比と乾燥密度とリバウンド率との関係を示すグラフである。
【図１０】変形例に係るベントナイト系材料の吹付け装置を示す構成図である。
【符号の説明】
【００３１】
１，６０…吹付け装置
２，４０，６１…超音速ノズル
３…第一ホース
４…第二ホース
５，６３…コンプレッサ
６，６４…ベントナイト容器（ベントナイト系材料供給手段）
１０，４１…先端部材
１１…噴出口
１２…後端開口部
１３…流路
１４…絞り部
１５…圧縮部
１６…膨張部
２０，４２…接続部材
２１…接続部材本体
２２，４３…分岐管部材
２４…先端開口部
２５…第一接続口
２６…第二接続口
３０…放射性廃棄物処理施設
３１…坑道
３２…放射性廃棄物
３３，５２…止水層（ベントナイト層）
５０…開放型廃棄物処理施設
３２，５１…（放射性）廃棄物
６２…三又ホース
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るベントナイト系材料の吹付け装置を示す構成図である。【００３３】
図１に示すように、本実施形態に係る吹付け装置１は、ベントナイト系材料吹付けノズルである超音速ノズル２を備えている。超音速ノズル２には、第一ホース３および第二ホース４のそれぞれの一端が接続されている。また、第一ホース３の他端には、コンプレッサ５が接続されており、第二ホース４の他端には、ベントナイト系材料供給手段としてのベントナイト容器６が接続されている。【００３４】
超音速ノズル２はラバルノズルとも呼ばれ、図２に示すように、先端部材１０と接続部材２０とを有している。先端部材１０の先端には、噴出口１１が形成されており、先端部材１０の後端部には後端開口部１２が形成されている。この後端開口部１２に接続部材２０が接続されている。また、先端部材１０における噴出口１１と後端開口部１２との間には、流路１３が形成されており、流路１３には、絞り部１４が形成されている。流路１３における絞り部１４よりも上流側（後端開口部１２側）は、絞り部１４よりも広い径の幅広の流路からなる圧縮部１５とされており、絞り部１４よりも下流側（噴出口１１側）も、絞り部１４よりも広く、圧縮部１５よりも狭い径の膨張部１６とされている。【００３５】
超音速ノズル２では、先端部材１０における流路１３の圧縮部１５から絞り部１４に供給される圧縮空気は、絞り部１４に向けて断面積が小さくなるに連れて流速が早くなる。また、圧縮空気が絞り部１４を通過する際に音速を超えると、空気などの流体は絞り部１４を通過した後、膨張部１６を通過する際に膨張しながらさらに加速し、やがて噴出口１１から噴出される。【００３６】
さらに、超音速ノズル２の接続部材２０は、接続部材本体２１を有しており、接続部材本体２１には、分岐管部材２２が設けられている。接続部材本体２１の先端部には、先端開口部２４が形成されており、接続部材本体２１の後端部には第一接続口２５が形成され、分岐管部材２２の後端部には第二接続口２６が形成されている。このうち、先端開口部２４は、先端部材１０における後端開口部１２に接続されている。また、第一接続口２５には第一ホース３が接続され、第二接続口２６には第二ホース４が接続されている。【００３７】
また、第一ホース３にはコンプレッサ５が接続されており、第二ホース４にはベントナイト容器６が接続されている。コンプレッサ５を作動させると、圧縮空気が供給される。また、ベントナイト容器６には、吹付け材料としてのベントナイト系材料が収容されている。【００３８】
第一ホース３に接続されたコンプレッサ５を作動させると、コンプレッサ５から第一ホース３を介して超音速ノズル２における接続部材２０に圧縮空気が供給される。超音速ノズル２における接続部材２０に供給された圧縮空気は、接続部材２０の接続部材本体２１に形成された流路を通じて、先端部材１０における流路１３へと流入する。流路１３における絞り部１４を通過する際に、圧縮空気が音速を超えて加速され、絞り部１４を通過した後、さらに加速されて噴出口１１から噴出される。【００３９】
また、第一ホース３を介して超音速ノズル２の接続部材２０の内部に圧縮空気が流入すると、接続部材２０における流路に負圧が生じる。この負圧により、ベントナイト容器６内に収容されたベントナイト系材料が接続部材２０に吸引され、接続部材２０における流路内にベントナイト系材料が流入する。【００４０】
接続部材２０における流路内では、コンプレッサ５から供給された圧縮空気およびベントナイト容器６から供給されたベントナイト系材料が混合される。圧縮空気に混合されたベントナイト系材料は、圧縮空気とともに先端部材１０へと流入し、超音速で噴出口１１から噴出される。なお、超音速ノズル２における絞り部１４の幅は、コンプレッサ５の能力に応じて、圧縮空気が絞り部１４を通過する際に超音速となる幅に設定される。【００４１】
本実施形態に係る廃棄物処理施設造成用ベントナイト系材料（以下、「ベントナイト系材料」という）は、ベントナイト原鉱石と水とを有している。ベントナイト原鉱石は、粉体ベントナイトの製造過程で生じる粗粒ベントナイトのうちから、粒径１０ｍｍ以下のものを選別して用いられている。また、粗粒ベントナイトの乾燥密度は、１．８〜１．９Ｍｇ／ｍ３程度である。１０ｍｍ以下の粗粒ベントナイトは、粗砕きしたベントナイト原鉱石を目の粗さが１０ｍｍのふるい分けによって選別して得たものである。【００４２】
次に、本実施形態に係るベントナイト系材料を用いた吹付け工法が行われる廃棄物処理施設の造成方法について説明する。本実施形態では、放射性廃棄物を処理する放射性廃棄物処理施設を造成し、放射性廃棄物の地層処分を行う。図５は、放射性廃棄物処理施設の正断面図である。図５に示すように、放射性廃棄物処理施設３０は、坑道３１を有しており、坑道３１内に放射性廃棄物３２が埋められて廃棄される。坑道３１は、たとえばコンクリートによって形成されている。また、放射性廃棄物３２は、ガラス質の素材に溶け込まされ、鉄鋼製の容器に鋳込まれている。放射性廃棄物３２を埋める際に、その周囲にベントナイト系材料を吹き付けて、ベントナイト層としての止水層３３を形成する。この止水層３３により、放射性廃棄物３２に対する地下水の流通を防止する。【００４３】
放射性廃棄物を廃棄するにあたっては、まず、図３に示すように、坑道３１内に放射性廃棄物３２を載置する。放射性廃棄物３２を載置したら、吹付け工法を行うことによって、ベントナイト系材料を吹付け、止水層３３を形成する。ベントナイト系材料を吹き付ける際には、超音速ノズル２が用いられる。止水層３３を形成するにあたっては、まず、坑道３１における放射性廃棄物３２が載置されている位置の周囲に上方から超音速ノズル２を用いて圧縮空気によってベントナイト系材料を吹き付ける。【００４４】
また、超音速ノズル２では、コンプレッサ５から供給される圧縮空気と、ベントナイト容器６から供給されるベントナイト系材料とが、ノズル２における接続部材２０内で混合される。接続部材２０内で混合された圧縮空気とベントナイト系材料とは、先端部材１０に搬送される。先端部材１０では、圧縮空気が圧縮部１５から絞り部１４を通過して膨張部１６に流通する。このとき、圧縮部１５から絞り部１４までの間は、径が狭まっていくことから、圧縮空気の流速が増加していく。また、圧縮空気が絞り部１４を通過するときに音速を超えていると、膨張部１６が絞り部１４よりも径が広いことから、さらに圧縮空気の流速が増加する。この圧縮空気とともに、ベントナイト系材料が噴出口１１まで搬送され、超音速で噴出口１１から噴出される。【００４５】
ベントナイト系材料が超音速となる高速で噴出されることにより、ベントナイト系材料によって所望の密度のベントナイトマトリックスとなり、高い乾燥密度のベントナイト層を形成することができる。このとき、吹付けノズルに超音速ノズル２を用いているので、大型のコンプレッサを用いることなく、高速でのベントナイト系材料の吹付けを行うことができる。【００４６】
たとえば、超音速ノズル２を下向きにしてベントナイト系材料を噴出する場合、吹付け方向を水平よりも下向きとすると、０．３〜０．７ＭＰａといったあまり高くない、通常程度の圧力のコンプレッサを用いた場合でも、構築されるベントナイト系人工バリア（止水層）の乾燥密度を１．６Ｍｇ／ｍ３という高いものとすることができる。このように、吹付け方向を水平よりも下向きとすることにより、吹付け損失を低減することができる。しかも、ベントナイト系材料を施工面に付着させる必要もないので、水などの液体の使用量を最低限に抑えることができる。【００４７】
こうして、ベントナイト系材料の吹付けが進み、図４に示すように、坑道３１の下方における広い範囲に止水層３３が形成されたら、坑道３１の上方にも止水層を形成する。この場合には、図４に示すように、超音速ノズル２を坑道３１の内面に直接向けるなどしてベントナイト系材料を吹き付けて、止水層を形成する。その後、図５に示すように、坑道３１がベントナイト系材料で埋め尽くされて、坑道３１の内部全域に止水層３３が形成され、放射性廃棄物３２に対する坑道３１の周囲の地下水が流通することを防止する。【００４８】
このように、本実施形態に係るベントナイト系材料を用いることにより、吹付け工法によって、放射性廃棄物３２を廃棄するための廃棄物処理施設３０に求められる程度の高い乾燥密度、ひいては高い遮水性を有する止水層３３を形成することができる。したがって、大型のクレーンや転圧ローラなどの大型のプラントや装置を用いることなく、簡易に廃棄物処理施設３０を造成できるようになる。しかも、吹付け工法によって止水層３３を形成するので、狭隘な部分に対しても容易に止水層３３を形成することができる。しかも、超音速ノズル２を用いることにより、通常の能力のコンプレッサ５を用いるのみで、ベントナイト系材料を超音速という高速で吹き付けることができる。したがって、コンプレッサ５などの吹付け機材の性能を軽減することができ、施工部位に応じて施工法を変える必要もないので、その分造成工程を簡素なものとすることができる。その結果として、コストの低減を図ることができる。【００４９】
また、このような放射性廃棄物処理施設３０の造成のほか、いわゆる開放型廃棄物処理施設（浅地層処分施設）の埋め戻しを行う際に、本実施形態に係る吹付け装置１を用いることもできる。図６は、本実施形態に係る吹付け装置１を用いて開放型廃棄物処理施設の埋め戻しを行う状態を示す図である。図６に示すように、谷状の開放型廃棄物処理施設５０に廃棄物５１を載置し、その周囲に吹付け装置１における超音速ノズル２からベントナイト系材料を吹き付けてベントナイト層としての止水層５２を形成し、廃棄物５１を埋めることもできる。【００５０】
他方、上記の実施形態で用いた超音速ノズル２に代えて、図７に示す超音速ノズル４０を用いることができる。超音速ノズル４０は、先端部材４１と接続部材４２とを有しており、接続部材４２には分岐管部材が設けられておらず、その代わりに先端部材４１に分岐管部材４３が設けられている。この分岐管部材４３に第二ホース４を介してベントナイト容器（図示省略）が接続されている。また、分岐管部材４３は、絞り部１４よりも噴出口１１側の膨張部１６に流通する位置に形成されている。その他の点については、上記の実施形態と同様の構成とされている。【００５１】
この超音速ノズル４０では、ベントナイト系材料が絞り部１４よりも噴出口１１側に供給されるので、絞り部１４をベントナイト系材料が通過しないようにすることができる。このため、絞り部１４にベントナイト系材料の最大粒径に縛られることなく絞り部１４の直径や膨張部１６の形状などを自由に設計することができる。【００５２】
〔試験１〕
次に、水などの液体とベントナイト系材料を用いた室内吹付け試験について説明する。図８は、この室内吹付け試験の結果を示すグラフである。この試験では、超音速ノズル（ラバルノズル）を用いた吹付けと、超音速ノズルではない通常のノズルを用いた場合とにおけるベントナイトの高密度吹付けを行った。図８には、吹き付けられたベントナイトの含水比と乾燥密度との関係を示している。【００５３】
図８から分かるように、超音速ノズルを用いた例では、超音速ノズルを用いた場合（ラバルノズル有り）には、超音速ノズルを用いていない場合（ラバルノズル無し）よりも含水比に対する乾燥密度が増加した結果となった。このように、本発明の超音速ノズルを用いることにより、含水比１５〜２５％のベントナイト系材料であっても、吹き付けられた材料、すなわち止水層の乾燥密度を増加させることができた。【００５４】
〔試験２〕
また、ベントナイト系材料における好適な含水比を求めるために、次の試験を行った。この試験では、スロート径が１９ｍｍである超音速ノズルを用い、吹き付け距離を１０００ｍｍに設定して、吹付け実験を行った際のベントナイト系材料のリバウンド率および吹き付けられたベントナイト系材料の乾燥密度を計測した。ベントナイト系材料としては、粒径５ｍｍ以下のものを使用した。ここで、リバウンド率とは、付着したベントナイト系材料の重量を吹き付けたベントナイト系材料の重量で除した値であり、リバウンド率を１から減算することにより、ベントナイト系材料の付着率が求められる。その結果を図９に示す。【００５５】
図９から分かるように、含水比が１８％であるときに、乾燥密度が最大となっており、ここで用いられたベントナイト系材料では、１８％が最適含水比となった。また、最適含水比から１％小さい含水比が１７％未満では、リバウンド率が高くなりすぎ、乾燥密度を測定することができず、試験を停止した。【００５６】
一方、最適含水比から４％大きい含水比が２２％を超えるあたりでは、リバウンド率は非常に低くなった。ところが、ベントナイト系材料が超音速ノズルやベントナイト系材料を配送する配管内に付着し、これらを閉塞してしまったため、試験を停止した。【００５７】
このように、最適含水比からみて、１％以下から４％以上を除いた範囲の含水比とすることにより、ベントナイト材料の付着率を高いものとすることができる一方で、ベントナイト系材料の閉塞などを生じさせ難くすることができた。【００５８】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態では、ベントナイト系材料に液体として水を混合させているが、水に代えて炭酸イオン含有水を用いることもできる。ここでの炭酸イオン含有水としては、重炭酸ナトリウム水溶液（以下、「重曹水」という）が用いられている。ただし、炭酸イオン含有水としては、重曹水のほか、ＣＯ３２−、ＨＣＯ３２−などを供給可能な水溶液を適宜用いることができる。その例として、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸鉄などの炭酸塩の水溶液や、重炭酸カリウム、重炭酸鉄などの重炭酸塩の水溶液などを挙げることができる。これらの水溶液は飽和濃度とするのが望ましい。【００５９】
このとき、ベントナイト系材料における炭酸イオン含有水などの液体の含水比は、１５〜３０％の範囲に調整されているのが好適となる。ベントナイトと炭酸イオン含有水などの液体との混合は、ベントナイトを圧縮空気で圧送し、止水層形成位置に吹き付ける直前に行うことができる。この場合、止水層形成位置でベントナイトと炭酸イオン含有水などの液体との混合体が生成され、この混合体が止水層形成位置に吹き付けられる。あるいは、ベントナイトと炭酸イオン含有水などの液体とを予め混合して混合体を生成しておき、この混合体を圧縮空気によって圧送して、止水層形成位置に吹き付けることもできる。【００６０】
この場合のベントナイト系材料は、ベントナイトと同種の陽イオンが含有する層間陽イオン含有水である炭酸イオン含有水を有しているため、吹付けを行う際に、止水層形成位置やベントナイト同士が付着しやすくなる。したがって、低い含水比であっても高い接着能力が発揮されるので、吹付け材料の含水比を低くしても十分な付着性および遮水性を得ることができる。【００６１】
さらに、ベントナイト系材料における層間陽イオン含有水は、ベントナイトの層間陽イオンと同種の陽イオン（ＮａイオンやＣａイオンなど）を含むので、環境負荷を小さなものとすることができる。さらに、炭酸イオン含有水は、無機材料であるので、アルコールなどの有機材料のような変質のおそれがない。このため、放射性廃棄物処理施設３０が完成して坑道３１が閉鎖された後に、地下水によって希釈されるので、最終的には、たとえばベントナイトブロックを積み上げるなどの従来の工法と同様の遮水性などの性能を発揮することができる。【００６２】
他方、本実施形態に係る廃棄物処理施設は、坑道３１の表面がセメント系のコンクリートで形成されているので、炭酸イオン（含有水）がコンクリートの表層部を緻密化させる効果を発揮することができる。【００６３】
また、上記実施形態では、ベントナイト系材料の吹付けによって、放射性廃棄物地層処分における人工バリア（止水層）を構築する例を示しているが、このような非常に高い遮水性までは要求されない、ある程度の遮水性までを要求されるような止水層５２を構築する際にも、本発明に係るベントナイト系材料の吹付け工法を用いることができる。【００６４】
さらに、上記実施形態では、ベントナイト系材料に予め水などの液体を混合されたいわゆる湿式吹付けを行う場合を例としているが、湿式吹付けに限らず、ベントナイト系材料と水または層間陽イオン含有水などの液体とを別個に供給し、超音速ノズル２（４０）から噴出される圧縮空気内でベントナイト系材料と液体とを混合させるいわゆる乾式吹付けを行う場合にも、超音速ノズル２（４０）を用いることができる。【００６５】
また、上記実施形態では、超音速ノズル２（４０）に分岐管部材２２（４３）を設けて、超音速ノズル２（４０）内で圧縮空気とベントナイト系材料とを混合しているが、圧縮空気とベントナイト系材料の混合位置は任意であり、たとえば超音速ノズル２（４０）の手前位置で両者を混合することもできる。図１０はその例となる変形例に係る吹付け装置の構成図である。図１０に示すように、変形例に係る吹付け装置６０は、超音速ノズル６１を備えている。超音速ノズル６１は、上記実施形態に係る超音速ノズル２（４０）と比較して、分岐管部材２２（４３）が設けられていない構造となっている。超音速ノズル６１には、三又ホース６２を介してコンプレッサ６３およびベントナイト容器６４が接続されている。このコンプレッサ６３から超音速ノズル６１に圧縮空気が供給されると、三又ホース６２内に生じる負圧でベントナイト容器６４からベントナイト系材料が三又ホース６２内に流入する。それから、三又ホース６２内で圧縮空気とベントナイト系材料とが混合し、そのまま超音速ノズル６１に供給される。そして、超音速ノズル６１からは、ベントナイト系材料が超音速で施工面に吹き付けられる。
【図１】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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