(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エタノール水溶液とベントナイトとが混合されてなるベントナイトスラリーであって、
前記ベントナイトとして、粉体のベントナイトと、平均粒径が０．５ｍｍ〜５．０ｍｍの粒状のベントナイトとが添加され、
前記エタノール水溶液として、エタノール濃度が４０質量％以上８０質量％以下のものが混合されていることを特徴とするベントナイトスラリー。
【請求項２】
粉体ベントナイト１００質量％に対して、粒状ベントナイトが１０質量％〜１０００質量％、エタノールが６０質量％〜２００質量％それぞれ配合されてなることを特徴とする請求項１記載のベントナイトスラリー。
【請求項３】
エタノール水溶液とベントナイトを混合してベントナイトスラリーを製造するに際して、
前記ベントナイトとして、粉体のベントナイトと、平均粒径が０．５ｍｍ〜５．０ｍｍの粒状のベントナイトとを用い、
前記エタノール水溶液として、エタノール濃度が４０質量％以上８０質量％以下のものを用いることを特徴とするベントナイトスラリーの製造方法。
【請求項４】
粉体ベントナイト１００質量％に対して、粒状ベントナイトを１０質量％〜１０００質量％、エタノールを６０質量％〜２００質量％それぞれ配合することを特徴とする請求項３記載のベントナイトスラリーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工事中における止水を目的とした止水体や、有害物の遮蔽等を目的とした遮蔽体の作製、また、空隙部の止水充填や、トンネル、シールド等の裏込め充填、地盤や岩盤中の亀裂、空隙の充填等の材料として好適に用いられる、ベントナイトスラリーとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の止水体や遮蔽体の作製、また、各種の充填等の材料として、セメント、ベントナイト、薬液、アスファルトグラウト等の注入材が一般に用いられている。
近年、このような用途において、セメント系材料を用いることなく、土とベントナイト粉体とを混合し、あるいは土とベントナイト泥水とを混合して、得られた混合物で例えば止水壁を作る工法が一部に実用化されている。
【０００３】
ところで、セメントや水ガラス系薬液以外の材料を用いる場合（例えばベントナイト泥水を使用してこれを原地盤に混合し、施工して止水壁を構築する場合）では、土への材料混合比率を高めるに従って、形成される混合土の強度が低下してしまう。ベントナイトは、その電気化学的な力によって混合土の強度低下が低く抑えられる材料であるものの、自立強度を確保するためには注入率（原地盤への材料添加率）を２０〜３０容量％程度に抑える必要がある。
【０００４】
なお、ベントナイトを用いて形成される混合土の用途を止水壁とした場合、混合土の透水係数については１×１０-6ｃｍ／ｓ以下としなければならず、そのためには、一般的に７５ｋｇ／ｍ3 以上のベントナイト添加量が必要となる。
【０００５】
ところが、泥水掘削等に利用されるベントナイト・水スラリー（ベントナイト泥水）中のベントナイト量は、通常６質量％程度であり、最大でも１３質量％程度である。したがって、止水壁を形成するべく、この泥水を用いて原地盤に７５ｋｇ／ｍ3 のベントナイトを混合するためには、土１ｍ3 に対して３ｍ3 もの泥水を添加する必要がある。しかし、このような条件では得られる改良土は液状であり、強度を期待できる状態にはならない。一方、止水壁としての強度を確保する目的で前述した２０〜３０容量％という低い注入率で施工する場合には、ベントナイトはせいぜい１５〜２５ｋｇ／ｍ3 しか添加できず、したがって十分な止水性能を確保するのが困難である。
【０００６】
このような背景から本発明者等は、粉体のベントナイトをエタノール水溶液に混合し、混練してスラリー化することにより、ベントナイトスラリーを製造することを提案している（特願２０００−２５９８９９）。
この方法によれば、水でスラリー化する場合に比較して、単位体積あたりのベントナイト含有量を８倍以上に増やすことができることから、得られたスラリーをそのまま止水注入したり、土と原位置攪拌して止水壁を構築すれば、地盤等として充分な強度を確保しながら高い止水性を得ることができるのである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述した粉体のベントナイトをエタノール水溶液でスラリー化して得られるベントナイトスラリーは、最大でもその乾燥密度（単位体積あたりのベントナイト質量）が０．７ｇ／ｃｍ3 程度であり、このときの透水係数は６×１０-10 ｃｍ／ｓ程度である。また、エタノール濃度を６０％程度とする実用的なベントナイトスラリーでは、乾燥密度が０．５ｇ／ｃｍ3 程度にしかならず、このときの透水係数も１×１０-9ｃｍ／ｓ程度にしかならない。
【０００８】
そして、このようなベントナイトスラリーは、地盤中で水と置換することにより３〜１０ｋＰａ程度の剪断強度を発現するものの、スラリー中のエタノールが水と完全に置換すると、その剪断強度は２ｋＰａ程度になってしまう。
しかして、このような強度や透水係数については、用途によってはさらに改善する必要があり、したがってその改善をなすための手段が望まれている。
【０００９】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、原地盤等に混合するベントナイトスラリーについて、これを注入することによって形成する地盤や止水体の強度や透水係数をさらに高めることのできる、ベントナイトスラリーとその製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のベントナイトスラリーでは、エタノール水溶液とベントナイトとが混合されてなるベントナイトスラリーであって、前記ベントナイトとして、粉体のベントナイトと、平均粒径が０．５ｍｍ〜５．０ｍｍの粒状のベントナイトとが添加され、前記エタノール水溶液として、エタノール濃度が４０質量％以上８０質量％以下のものが混合されてなることを前記課題の解決手段とした。
【００１１】
また、本発明のベントナイトスラリーの製造方法では、エタノール水溶液とベントナイトを混合してベントナイトスラリーを製造するに際して、前記ベントナイトとして、粉体のベントナイトと、平均粒径が０．５ｍｍ〜５．０ｍｍの粒状のベントナイトとを用い、前記エタノール水溶液として、エタノール濃度が４０質量％以上８０質量％以下のものを用いることを前記課題の解決手段とした。
【００１２】
平均粒径が０．５〜５．０ｍｍの粒状ベントナイトは、水に対しては容易に崩壊するものの、例えば６０％程度のエタノール水溶液に対してほとんど崩壊しない。
したがって、本発明のベントナイトスラリーとその製造方法によれば、粉体ベントナイトと粒状ベントナイトとを共に用いてスラリー化しているので、前述したように粒状ベントナイトがほとんど崩壊せずに粒状のままでスラリー中に存在することにより、乾燥密度が例えば１．１ｇ／ｃｍ3 以上にまで増加するとともに、透水係数が１×１０-10 ｃｍ／ｓ以下にまで低下し、また、ベントナイトの水和による膨潤作用が例えば１ＭＰａ以上に高まる。
【００１３】
また、エタノール水溶液は無害であり、生物分解性が高いため、他の有機溶媒に比べて環境に与える影響が小さく、したがって前述したように原地盤に混合して用いるベントナイトスラリーの媒質として好適なものとなる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をベントナイトスラリーの製造方法に基づいて詳しく説明する。
本発明のベントナイトスラリーの製造方法では、エタノール水溶液とベントナイトを混合してベントナイトスラリーを製造するに際して、前記ベントナイトとして、粉体のベントナイトと、平均粒径が０．５ｍｍ〜５．０ｍｍの粒状のベントナイトとを用いる。
【００１５】
粉体のベントナイトとしては、平均粒径が２〜１０μｍ程度、一般には５μｍ程度のものが用いられる。このような平均粒径の粉体ベントナイトは、従来のベントナイト泥水、すなわち単にベントナイトを水に添加し、混練して得られるスラリーに用いられているものである。
【００１６】
粒状ベントナイトは、前記したようにその平均粒径が０．５ｍｍ〜５．０ｍｍのもので、前記の粉状ベントナイトを製造する際、あるいはその前に得られる粒状のものを、前記粒径範囲に篩分して得られるものである。粒状ベントナイトを前記粒径範囲としたのは、この範囲であればエタノール水溶液に対してほとんど崩壊せず、したがって得られるベントナイトスラリーの乾燥密度を例えば１．１ｇ／ｃｍ3 以上にまで高めることができるとともに、透水係数を１×１０-10 ｃｍ／ｓ以下に低下させることができるからである。
【００１７】
また、この粒状ベントナイトは、粉体ベントナイト１００質量％に対して、１０質量％〜１０００質量％、好ましくは１００質量％〜５００質量％となるように添加配合される。粒状ベントナイトの質量比が１０質量％未満であると、得られるベントナイトスラリーの乾燥密度の増加効果が十分に得られなくなってしまうからであり、また粒状ベントナイトの質量比が１０００質量％を超えると、粒状ベントナイトが得られるベントナイトスラリー中において沈降してしまい、均一性が損なわれて剪断強度などについて所望する性状が得られなくなるおそれがあるからである。また、１００質量％〜５００質量％の範囲にすれば、乾燥密度の増加効果がより確実に得られ、かつ、粒状ベントナイトのベントナイトスラリー中での沈降が確実に抑えられる。
【００１８】
これらのベントナイトが、エタノール水溶液に添加され混合（混練）されることにより、本発明のベントナイトスラリーとなる。エタノール水溶液としては、エタノール濃度が４０質量％以上、好ましくは５０質量％〜８０質量％のエタノール水溶液を用いるのが好ましい。エタノール水溶液のエタノール濃度が４０質量％未満になると、これにベントナイトを添加した際、ベントナイトの水和による膨潤が始まって粘度が増加してしまい、さらには粒状ベントナイトの崩壊が生じ易くなって乾燥密度も低下してしまうからである。また、８０質量％を超えると、ベントナイトとエタノール水溶液とが分離してしまい、使用時、ポンプ圧送に支障を生ずるおそれがあるからである。
【００１９】
また、エタノール水溶液は、その水を除いたエタノール分が、粉体ベントナイト１００質量％に対して６０質量％〜２００質量％、好ましくは８０質量％〜１５０質量％となるように配合される。エタノール分が６０質量％未満であると、ベントナイトの膨潤によって得られるスラリーの粘度が大きくなり、ポンプ圧送が困難になるからであり、また、２００質量％を超えると、ベントナイト濃度が薄くなって乾燥密度の増加効果が十分に得られなくなってしまうからである。
【００２０】
このような配合割合によって得られるベントナイトスラリーは、例えば、原地盤に打設混合されて止水壁の構築に供される。
このとき、打設混合されるベントナイトスラリーでは、粒状のベントナイトがエタノール水溶液に対してほとんど崩壊せず、したがってこれが粒状のままでスラリー中に存在することにより、乾燥密度が例えば１．１ｇ／ｃｍ3 以上にまで増加しているとともに、透水係数が１×１０-10 ｃｍ／ｓ以下にまで低下しており、また、ベントナイトの水和による膨潤作用が例えば１ＭＰａ以上にまで高まっている。
【００２１】
したがって、このベントナイトスラリーが混合されて得られた原地盤からなる止水壁は、ベントナイトスラリーと地盤との密着性がより強固になり、自己修復性もより増大したものとなる。また、打設されたベントナイトスラリー中のエタノール分が地下水等の水と置き換わることにより、構築された止水壁の強度と止水性はベントナイトの膨潤作用によって極めて高いものとなる。
【００２２】
このように本発明のベントナイトスラリーとその製造方法にあっては、粉体のベントナイトに加えて粒状のベントナイトを用いたことにより、ベントナイトスラリーの乾燥密度を例えば１．１ｇ／ｃｍ3 以上にまで増加させ、透水係数を１×１０-10 ｃｍ／ｓ以下にまで低下させ、また、ベントナイトの水和による膨潤作用を例えば１ＭＰａ以上に高めることができる。したがって、地盤との密着性をより強固にすることができ、また自己修復性もより増大させることができることから、このような性状が要求される用途においてより好適なものとなる。
【００２３】
なお、本発明のベントナイトスラリーは、原地盤に打設混合されることによる止水壁の構築だけでなく、工事中における止水を目的とした止水体や、有害物の遮蔽等を目的とした遮蔽体の作製、また、空隙部の止水充填や、トンネル、シールド等の裏込め充填、地盤や岩盤中の亀裂、空隙の充填等の材料としても使用可能である。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のベントナイトスラリーとその製造方法は、粉体ベントナイトと粒状ベントナイトとを共に用いてスラリー化させたものであるから、粒状ベントナイトがほとんど崩壊せずに粒状のままでスラリー中に存在することにより、乾燥密度が例えば１．１ｇ／ｃｍ3 以上にまで増加するとともに、透水係数が１×１０-10 ｃｍ／ｓ以下にまで低下し、また、ベントナイトの水和による膨潤作用が例えば１ＭＰａ以上に高まる。
よって、このベントナイトスラリーを止水注入目的の注入薬剤や、止水壁構築用のスラリー材として用いることにより、得られる止水壁や注入地盤などに以下の優れた性状を付与することができる。
（１）１×１０-10 ｃｍ／ｓ以下の不透水性
（２）１ＭＰａ以上の膨潤圧による地盤との確実な密着性
（３）高い自己修復性
（４）高い長期安定性