(57)【要約】【課題】  高圧水の浸入水量と注入期間に関与してくる高密度粘土系遮水材の空気間隙と注入圧力とを減少させる高密度粘土系遮水材の成型方法とその施工方法を提供する。【解決手段】  本発明の高密度粘土系遮水材の成型方法は、空気を予め排除した成型容器３に圧縮成形後のガス領域がゼロになる水分量に調整した高密度粘土系遮水材の粒状体１を充填し、次いで、粒状体を真空引きしながら圧縮成型し、空気排除を水溶性ガスの注入で予め空気を押出すと共に、高密度粘土系遮水材の粒状体を水溶性ガス雰囲気中で水分量を調整し、さらに、成型容器内空部の真空引きと水溶性ガスの注入の下で圧縮成型しており、同様にその施工方法も水溶性ガスの雰囲気中で転圧している。【選択図】  図１
2005131823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め空気を排除した成型容器に適度な水分量に調整した粘土系遮水材の粒状体を充填し、次いで、成型容器中に水溶性ガスを注入して成型容器の内部と粘土系遮水材の粒状体間隙内から空気を押出して排除し、しかる後に圧縮成型する高密度粘土系遮水材の成型方法。
【請求項２】
粘土系遮水材の粒状体を水溶性ガス雰囲気中で適度な水分量に調整保存し、しかる後に、該粘土系遮水材の粒状体を成型容器中に投入して圧縮成型する高密度粘土系遮水材の成型方法。
【請求項３】
施工部位に適度な水分量に調整した粘土系遮水材の粒状体を撒き出して転圧施工する高密度粘土系遮水材の転圧施工法。
【請求項４】
仕切られた転圧施工部位に予め水溶性ガスを充填しておき、次いで、該転圧施工部位に適度な水分量に調整した粘土系遮水材の粒状体を撒き出して転圧施工する高密度粘土系遮水材の転圧施工法。
【請求項５】
粘土系遮水材の粒状体が、水溶性ガス雰囲気中で適度な水分量に調整し保存されることを特徴とする請求項３又は４に記載の高密度粘土系遮水材の転圧施工法。
【請求項６】
撒き出された粒状体の転圧施工が、粘土系遮水材の粒状体に水溶性ガスを吹き込みながら実施されることを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の高密度粘土系遮水材の転圧施工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高密度粘土系遮水材の成型方法とその転圧施工法に関し、特に高密度粘土系遮水材を成型する工程と高密度粘土系遮水材を転圧施工する際のプレス圧力もしくは転圧エネルギーを低減してコスト削減を可能にする高密度粘土系遮水材の成型方法とその転圧施工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地盤中に産業廃棄物あるいは放射性廃棄物を埋設処分する際には、非常に小さい透水係数の土質材料から成る廃棄物充填材によって止水すると効果的であり、ベントナイト系材料を使った高密度粘土系遮水材で、透水係数が１Ｅ−８ｍ／s以下の材料が採用されている。
【０００３】
しかして、高密度粘土系遮水材は、水で飽和していない状態では正しい透水係数を示さないことから、廃棄物充填材を構成している粒状のベントナイト高密度固化状体は、そこに含まれている空気がゼロになるように造形することで、求められる長期に亘っての遮水性能や放射性核種遅延性能等のバリア機能を維持できる特性をさらに向上できるように考慮され、特願２００１−３８５４６３号、特願２００２−９５１３号、特願２００２−９５５２号及び特願２００３−２５９５２号として提案されてきた。
【０００４】
又、本発明者等が既に提案を行ってきた、地盤中に産業廃棄物あるいは放射性廃棄物を埋設処分する際に採用できる低透水係数の土質材料から成る廃棄物充填材とその製造装置等（特願２００２−１７３８３８号）や、上記の特願２００３−２５９５２号に記載の高密度粘土系遮水材の成型方法高密度粘土系遮水材と供試体の作成は、高密度粘土系遮水材の透水性もしくは透気性の各試験において用いられる高密度粘土系遮水材の供試体を、空気の含有を押さえながら飽和過程を短時間で完了させると共に、空気の含有が無いままの状態で各種特性を迅速に測定できるとするものであった。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１７４５８８号公報（第３頁、識別符号「００１７」〜第４頁、識別符号「００２０」末行、図１、２）  以上の状況から、高密度粘土系遮水材について材料特性を施設設計に反映させたり現場施工での品質・管理を容易にするためには、高密度粘土系遮水材を施工することが必要になる。
【０００６】
しかるに、適度な水分量を有する高密度粘土系遮水材は、水を透過させ難い難透水性材料であると同様に空気等のガスに対しても難透過性であるために、圧縮成型や転圧工程に際しては、次第に透過性を喪失して行く土質材料の隙間に空気等のガスをプレス圧力と同等の圧力で閉じ込めてしまう。
【０００７】
これによって、プレス圧力が土質材料の圧度上昇に連動し難くなってプレス効率を減少させて、残存空気層の大きさに比例して大きなプレス圧力や転圧エネルギーを長期に亘って要することになる。
【０００８】
さらに、残存空気層は圧縮成型後に高圧空気が次第に膨張挙動をすることで、高密度粘土系遮水材は、経年的に体積膨張させたり、表面にひび割れを伴う局部孕みだしを生じてその密度を低下させる欠点を有している。
【０００９】
同様の現象は、高密度粘土系遮水材の転圧施工に際しても発生するものであることから、これを改善してコストを削減するためにも、プレス圧力や転圧エネルギーを低減できる提案が嘱望されていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、以上の状況に鑑みて提案するものであり、現場での施工が短時間に改善されるように、高密度粘土系遮水材における間隙内の空気残存量を減少させることによって高圧空気の封じ込めに浪費されるエネルギーを低減させる高密度粘土系遮水材の成型方法とその転圧施工法を提供している。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載の発明である高密度粘土系遮水材の成型方法は、予め空気を排除した成型容器に適度な水分量に調整した粘土系遮水材の粒状体を充填し、次いで、成型容器中に水溶性ガスを注入して成型容器の内部と粘土系遮水材の粒状体間隙内から空気を押出して排除し、しかる後に圧縮成型しており、水溶性ガスの全てを粘土系遮水材中の水に溶解させることでガスの高圧化を回避してエネルギー損失を最小にして粘土系遮水材の成型を容易にしている。
【００１２】
請求項２に記載の発明である高密度粘土系遮水材の成型方法は、粘土系遮水材の粒状体を水溶性ガス雰囲気中で適度な水分量に調整保存し、しかる後に、粘土系遮水材の粒状体を成型容器中に投入して圧縮成型しており、粘土系遮水材中に残存する空気量を減少させて注入圧力を低減させることで高密度粘土系遮水材の成型を容易にしている。
【００１３】
請求項３に記載の発明である高密度粘土系遮水材の転圧施工法は、施工部位に適度な水分量に調整した粘土系遮水材の粒状体を撒き出して転圧施工しており、粘土系遮水材中に残存する空気量を減少させて、空気の高圧化に消費されるエネルギーを少なくすることで、転圧エネルギー低減させて施工効率を向上させている。
【００１４】
請求項４に記載の発明である高密度粘土系遮水材の転圧施工法は、仕切られた転圧施工部位に予め水溶性ガスを充填しておき、次いで、転圧施工部位に適度な水分量に調整した粘土系遮水材の粒状体を撒き出して転圧施工しており、仕切られた転圧施工部位の粘土系遮水材中に残存する空気量を減少させて、空気の高圧化に消費されるエネルギーを少なくすることで、転圧エネルギー低減させて施工効率を向上させている。
【００１５】
請求項５に記載の発明である高密度粘土系遮水材の転圧施工法は、請求項３又は４に記載の転圧施工法において、粘土系遮水材の粒状体を水溶性ガス雰囲気中で適度な水分量に調整保存することを特徴としており、上記機能に加えて、粘土系遮水材中に残存する空気量を更に減少させて施工効率の向上を図っている。
【００１６】
請求項６に記載の発明である高密度粘土系遮水材の転圧施工法は、請求項３乃至５のいずれかに記載の転圧施工法において、撒き出された粒状体の転圧施工を粘土系遮水材の粒状体に水溶性ガスを吹き込みながら実施することを特徴としており、上記機能に加えて、粘土系遮水材中に残存する空気量を更に減少させて施工効率の向上を図っている。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に記載の高密度粘土系遮水材の成型方法は、予め空気を排除した成型容器に適度な水分量に調整した粘土系遮水材の粒状体を充填し、次いで、成型容器中に水溶性ガスを注入して成型容器の内部と粘土系遮水材の粒状体間隙内から空気を押出して排除し、しかる後に圧縮成型しているので、水溶性ガスの全てを粘土系遮水材中の水に溶解させることでガスの高圧化を回避してエネルギー損失を最小にして粘土系遮水材の成型を容易に出来る効果を発揮している。
【００１８】
請求項２に記載の高密度粘土系遮水材の成型方法は、粘土系遮水材の粒状体を水溶性ガス雰囲気中で適度な水分量に調整保存し、しかる後に、粘土系遮水材の粒状体を成型容器中に投入して圧縮成型しているので、粘土系遮水材中に残存する空気量を減少させて注入圧力を低減させることで高密度粘土系遮水材の成型を容易に出来る効果を発揮している。
【００１９】
請求項３に記載の高密度粘土系遮水材の転圧施工法は、施工部位に適度な水分量に調整した粘土系遮水材の粒状体を撒き出して転圧施工しているので、粘土系遮水材中に残存する空気量を減少させて、空気の高圧化に消費されるエネルギーを少なくすることで、転圧エネルギー低減させて施工効率を向上出来る効果を発揮している。
【００２０】
請求項４に記載の高密度粘土系遮水材の転圧施工法は、仕切られた転圧施工部位に予め水溶性ガスを充填しておき、次いで、転圧施工部位に適度な水分量に調整した粘土系遮水材の粒状体を撒き出して転圧施工しているので、仕切られた転圧施工部位の粘土系遮水材中に残存する空気量を減少させて、空気の高圧化に消費されるエネルギーを少なくすることで、転圧エネルギー低減させて施工効率を向上出来る効果を発揮している。
【００２１】
請求項５に記載の高密度粘土系遮水材の転圧施工法は、請求項３又は４に記載の転圧施工法において、粘土系遮水材の粒状体を水溶性ガス雰囲気中で適度な水分量に調整保存することを特徴としているので、上記効果に加えて、粘土系遮水材中に残存する空気量を更に減少させて施工効率の向上を図ることが出来る効果を発揮している。
【００２２】
請求項６に記載の高密度粘土系遮水材の転圧施工法は、請求項３乃至５のいずれかに記載の転圧施工法において、撒き出された粒状体の転圧施工を粘土系遮水材の粒状体に水溶性ガスを吹き込みながら実施することを特徴としているので、上記効果に加えて、粘土系遮水材中に残存する空気量を更に減少させて施工効率の向上を図ることが出来る効果を発揮している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明による高密度粘土系遮水材の成型方法は、予め空気を排除した成型容器に適度な水分量に調整した粘土系遮水材の粒状体を充填し、次いで、成型容器中に水溶性ガスを注入して成型容器の内部と粘土系遮水材の粒状体間隙内から空気を押出して排除して圧縮成型し、必要な場合には粘土系遮水材の粒状体を水溶性ガス雰囲気中で適度な水分量に調整して保存するので、粘土系遮水材中に残存する空気量を減少させ、水溶性ガスの全てを粘土系遮水材中の水に溶解させることで、ガスの高圧化を回避してエネルギー損失を最小にさせて粘土系遮水材の成型を容易にしている。
以下に、本発明による高密度粘土系遮水材の成型方法に関する実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００２４】
図１は、高密度粘土系遮水材を製造する実施の形態を示しており、粘土系遮水材の粒状体を製造装置中で高密度粘土系遮水材に圧縮成型する工程を示している。
【００２５】
本実施の形態では、粘土系遮水材として粒状ベントナイト１を採用しており、これを投入する製造装置２は、図１（ａ）に示すように両端が開放されているシリンダーとして構成されている。製造装置２は、その下方端４を蓋５の上に配置することでシリンダーの一方端を封鎖すると共に、上方端６からはピストン３を嵌入することで圧縮成形装置として構成している。
【００２６】
蓋５とピストン３には、製造装置２の中央部に該当する位置に通気孔７と通気孔７’を設けており、通気孔７には、図示されていない水溶性ガス供給ボンベが接続され、通気孔７’は外部に開放されている。しかるに、蓋５の配置は、本実施の形態に限定されるものでなく、上記ピストン３と同様の形状であって製造装置２の下方端４から嵌入されるピストンを配置する方式であっても採用できるものである。
【００２７】
又、通気孔７、７’は、本実施の形態のように、蓋５とピストン３とに特定して設けることに限定されるものでなく、製造装置２に投入される粒状ベントナイト１に対して水溶性ガスを注入し、押し出された空気を大気中に排除できる位置であれば、任意の位置に設けられるものであって、製造装置２の側部位置に設置することも可能である。
【００２８】
そして、製造装置２には、空気より重い炭酸ガス等の水溶性ガスを充填もしくは注ぎ込むことで、空気を予め排除した後に粒状ベントナイト１を投入することも可能であり、粒状ベントナイト１中に残存する空気量を減少させるようにしている。
【００２９】
さらに、本実施の形態では、粒状ベントナイト１を製造装置２に投入するのに先だって、ポーラス板８が、製造装置２の下方端４側及び上方端６側に配置されており、粒状ベントナイト１に含まれる空気を吸引する際に、含入されている空気を水溶性ガスに置換するプロセスを容易に実現できるように構成している。
【００３０】
以上の構成によって、本発明の成型方法では、製造装置２に水分量が調節された粒状ベントナイト１を投入した後にピストン３を製造装置２に嵌入しており、ピストン３の圧入に従いながらポーラス板８と通気孔７、７’を通じて余分な水溶性ガスを製造装置２の内部から排除できる。
【００３１】
図１（ｂ）は、外周面にシール構造９を装備しているピストン３を嵌入させた実施の形態で、所定密度の高密度粘度系遮水材を成型する工程を示している。
本工程では、ピストン３を圧力１０のように圧縮すると同時に、ポーラス板８及び通気孔７、７’を通じて内部に含まれている水溶性ガスを粘度系遮水材から排除することができるが、一部の水溶性ガスは粘度系遮水材の中に閉じ込められる。しかして、残存した水溶性ガスは、粘度系遮水材に含まれている水に容易に溶解するので残存した水溶性ガスが高圧になることはない。
【００３２】
又、ピストン３を上記の状態に作動させるために、製造装置２の内面には、ピストン３を所定の圧入位置に停止させるためのストッパー１２が設けられており、計量された所定量の粒状ベントナイト１が高密度に成る位置までピストン３によって圧縮されることで、高密度粘度系遮水材１１を所定の高密度にしている。
【００３３】
図２は、本発明の成型方法で形成される過程において加えられるプレス圧力とこれによって達成される乾燥密度との関係を示す、乾燥密度−圧縮応力の特性図である。
本特性は、製造装置２の内部に空気が残存している空気雰囲気中にベントナイト材料を置いた時のプレス特性と、製造装置２内部の空気を炭酸ガスに置換した炭酸ガス雰囲気中にベントナイト材料を置いた時のプレス特性とを示しており、プレス圧力において両特性間に相当の隔たりがあることを明らかにしている。
【００３４】
両特性が示すように、ベントナイト材料は、圧縮応力が小さい初期の段階においてはその気相体積を減少させていることから、特性曲線の勾配を緩やかにして圧縮応力に対する乾燥密度の増加を大にしているが、乾燥密度が１．７ｇ／ｃｍ3に近づくに連れて勾配を立ち上げて行きながら、１．７ｇ／ｃｍ3を越えた後には、その勾配を急峻にすると共にプレス圧力において両特性間に現れてくる差が徐々に大きくなっている。
尚、乾燥密度と圧縮応力との急峻化は、ベントナイト供試体中の気相体積がゼロになって土粒子と水との体積剛性率で応答してくることを示しているものである。
【００３５】
しかるに、本発明による高密度粘土系遮水材の成型方法では、上述したように粒状ベントナイトを水溶性ガス雰囲気の条件下において圧縮成型することを基本にしており、製造装置２の内部を炭酸ガスの予めの注入によって空気を押し出したり、粒状ベントナイトを炭酸ガス雰囲気中で圧縮成形するか、予め水分調整した後に炭酸ガス雰囲気で保存する等の手段によって、炭酸ガスの雰囲気下で圧縮成型しているので、例えばプレス圧力が１００００ｋＮ／ｍ2の場合では、空気雰囲気中で１７４２ｇ／ｃｍ3、炭酸ガス雰囲気中で１７５３ｇ／ｃｍ3と約１％の密度上昇を生じている。
【００３６】
このような相関差は、プレス圧力の小さい場合において更に顕著になるものであるが、特性図からは、乾燥密度１７３０ｇ／ｃｍ3を達成できるプレス圧力は、空気雰囲気中で８８００ｋＮ／ｍ2必要であるのに対して、炭酸ガス雰囲気中では８０００ｋＮ／ｍ2で充分であることを明らかにしている。
【００３７】
従って、粒状ベントナイトを炭酸ガス雰囲気中で圧縮成型することは、プレス圧力を約９％低減できることを可能にしており、高密度粘土系遮水材１１の成型コストを効率良く削減することになる。
【００３８】
以上のように、粘土系遮水材の粒状体としての粒状ベントナイト１は、所定の圧縮を受けながら所望の圧縮密度に成形されるが、所定の含水比に維持された高密度粘土系遮水材１１を製造するのに必要な圧力１０は、空気ゼロの状態に維持されることで、従来の圧力よりも低い値で容易に達成できることになっている。
【００３９】
その後において、高密度粘土系遮水材１１は、製造装置２から取り出される。この工程は、図１（ｃ）に示すように製造装置２から蓋１２を取り外すと同時にストッパー１２を撤去してから、製造装置２を支持筒体１３に設置してから実施するものであり、ピストン３を製造装置２にさらに追加挿入させることによって、高密度粘土系遮水材１１を製造装置２から支持筒体１３内に押し出している。
【００４０】
以上のように、本発明による高密度粘土系遮水材の成型方法は、上記実施の形態のように構成されているので、粘土系遮水材中に残存する空気量を減少させ、水溶性ガスの全てを粘土系遮水材中の水に溶解させることで、ガスの高圧化を回避してエネルギー損失を最小にさせて粘土系遮水材の成型を容易にしている。
【００４１】
次に、本発明による高密度粘土系遮水材の転圧施工法について説明する。
本発明による転圧施工法は、水溶性ガス雰囲気中で適度な水分量に調整した粘土系遮水材の粒状体を、施工部位もしくは予め水溶性ガスを充填している仕切られた転圧施工部位に撒き出し、撒き出された粘土系遮水材の粒状体に水溶性ガスを吹き込みながら転圧施工しているので、粘土系遮水材中に残存する空気量を減少させて、空気の高圧化に消費されるエネルギーを少なくし、転圧エネルギー低減させて施工効率を向上させている。
以下に、本発明による高密度粘土系遮水材の転圧施工法に関する実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例２】
【００４２】
図３は、本発明による転圧施工法によって側部粘土系難透水バリアを増設する実施の形態を示す、正面図（ａ）と部分側面図（ｂ）である。
本実施の形態では、正面図（ａ）に示すように、底部粘土系難透水バリア１４の上に側部粘土系難透水バリア１５を増設して行くために、両側に設ける側部粘土系難透水バリア１５、１５の上に施工装置１６を配置しており、外側のセメントコンクリート壁１７に対して内側に内張支保装置１８を配置しており、側部粘土系難透水バリア１５の型枠機能を発揮している。
【００４３】
内張支保装置１８は、両側の型枠２０とこれを支持する押圧装置２１及びこれらを上部に装備する移動台車２２及びガス注入パイプ１９から構成されており、施工装置１６、１６の稼働状態と連携を取りながら、施工装置１６と共に移動して側部粘土系難透水バリア１５を構築している。
【００４４】
ガス注入パイプ１９からは、空気より重い炭酸ガス等の水溶性ガスが適宜に噴射されており、水溶性ガスを高密度粘土系遮水材に予め充填してから施工部位に撒き出して転圧施工したり、施工部位に撒き出した高密度粘土系遮水材に水溶性ガスを吹き込みながら転圧施工したりしている。又、場合によっては、空気より重い炭酸ガス等の水溶性ガスを充填もしくは注ぎ込むことで、施工部位から空気を予め排除した後に、圧縮成形された高密度粘土系遮水材を施工部位に撒き出しながら転圧施工することも可能である。
【００４５】
しかして、何れの場合も高密度粘土系遮水材を炭酸ガス等の水溶性ガスの雰囲気中に置くことによって、図２の特性図で説明した関係において高密度粘土系遮水材に対する転圧圧力を低減させている。
【００４６】
又、内張支保装置１８は、型枠２０を支持している押圧装置２１の保持構台２３の上に転圧支持機構２４を装備しており、転圧支持機構２４は、図３（ａ）図示のように水平版２５の両側に十分に重い複数の型枠２６、２６’と十分に錘２７とを装備することで、これらを側部粘土系難透水バリア１５の上面に必要な形態に配置することで上記のように対応させながら、側部粘土系難透水バリアを新規に構築している。
【００４７】
従って、本発明による高密度粘土系遮水材の転圧施工法は、上記実施の形態のように構成されることで、高密度粘土系遮水材を施工するに際して、粘土系遮水材中に残存する空気量を減少させて、空気の高圧化に消費されるエネルギーを少なくすることで、転圧エネルギー低減させて施工効率を向上させている。
【００４８】
以上、本発明を実施の形態に基づいて詳細に説明してきたが、本発明による高密度粘土系遮水材の成型方法とその転圧施工法は、上記実施の形態に何ら限定されるものでなく、粘土系遮水材の粉状もしくは粒状の形態、高密度粘土系遮水材の材質、水溶性ガスに関して具体的に他の構成にすることは、本発明の上記の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更が可能であるのは当然のことである。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、産業廃棄物あるいは放射性廃棄物の埋設処分に用いられ、高密度粘土系遮水材を成型し転圧施工する際のプレス圧力もしくは転圧エネルギーを低減してコスト削減を可能にする高密度粘土系遮水材の成型方法とその転圧施工法に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の成型方法で粒状のベントナイトを成型する圧縮成型工程を示す実施の形態図
【図２】本発明の成型方法による改善状態を示す乾燥密度−圧縮応力特性図
【図３】本発明の転圧施工法における実施の形態図
【符号の説明】
【００５１】
１  粒状のベントナイト、  ２  製造装置２  ピストン、  ４  下方端、  
５  蓋、  ６  上方端、  ７、７’  通気孔、  ８  ポーラス板、
９   シール構造、  １０  圧力、  １１  高密度粘土系遮水材、
１２  ストッパー、  １３  支持筒体、  ７  底部粘土系難透水バリア、
１５  側部粘土系難透水バリア、  １６  施工装置、
１７  セメントコンクリート壁、  １８  内張支保装置、
１９  ガス注入パイプ、  ２０  型枠、  ２１  押圧装置、  ２２  移動台車、
２３  保持構台、  ２４  転圧支持機構、  ２５  水平版、
２６、２６’  型枠、  ２７  錘、
【図１】
2005131823.tif 000003
【図２】
2005131823.tif 000004
【図３】
2005131823.tif 000005