地盤工学的利用を考慮した破砕貝殻の強度特性

1．はじめに地盤工学研究室

古木達也

指導教員

豊田浩史

が高く大量にリサイクルできる可能性があることか

近年，環境保全と経済発展の両立を図った上で持ら，建設資材として有効利用する試みが複数実施さ続可能な発展を目指す循環型社会形成に向けた取りれている．ホタテ貝殻を実工事への有効利用を目指組みが活発的に行われており，水産関係業界においした試みとしては，ケーソン中詰材 5)，漁港の岸壁のても，循環型社会構築に向けた取り組み 1),2)が加速し裏込め材 6)等が挙げられる．しかし，これらの利活用ている．その水産関係業界で課題となっているのが，方法は砂骨材との混合材やコンクリート骨材の一部

魚介類における可食部以外の水産系残滓の処理であであり，量的に抜本的な問題解決には至っていない．

る．水産系残滓は，水産系副産物あるいは水産系廃棄

野積みにされている貝殻の問題を解決するためには，物と呼ばれており，ホタテやカキ等の貝殻がそれに貝殻を一部ではなく大量かつ有効に利活用を図る方該当する．特にホタテに至っては，図-1 に示す通り，法が求められている．

北海道・青森県を中心にホタテ貝の水揚げ量の多く

本研究では，貝殻を有効かつ大量に活用できる地

3)を占めており ，平成 26 年度のホタテ貝の水揚げ量

盤工学的利用法を提案することを最終的な目的とし，は，約 56 万トンにまで及んでいる．このうち，可食破砕貝殻で人工地盤を造る場合に，問題となる事項部を除いて水産系廃棄物（貝殻）として発生する量は，の洗い出しを行う．そのために，今回は破砕貝殻の特水揚げ量の約半数となるため，概算で約 28 万トンに異なせん断強度特性を一面せん断試験により把握しもなる．

た．破砕貝殻の粒度特性および密度や堆積角度（異方

我が国では，これらに対する適切な処理方法およ性）による強度特性への影響について，明らかにする

び有効活用方法が確立されていない．結果として，北とともに，一般的な砂との相違を明確にするため，豊海道の漁港等の周辺には，貝殻が野積みにされてい浦砂についても同様の試験を行い，強度特性の比較る状況となっている．また，それに伴い，野積みにさを行った．

れた場所周辺の悪臭や景観悪化等の環境問題が新た
2．試験方法2.1

試料および供試体作製方法

今回実験で使用した試料は，破砕した貝殻（以下，破砕貝殻）と豊浦砂である．貝殻は，大量に入手が可
能な青森県産のホタテ貝殻を用いた．
ホタテ貝殻については，試料として用いるために，
図-1

試験前に水洗いおよび乾燥などの下処理を行い，そ年度別我が国のホタテ貝の水揚げ量の後小型粉砕機で破砕した．このうち，粒径 2mm 未に発展している．この状況を打開するため，利用方法

満の破砕貝殻を試験対象とした．

に関する研究が行われてはいるものの，現時点では破砕貝殻の粒度特性を把握するために，土質試験模索段階であり，立ち遅れている．

で用いるふるいにより粒度試験(JIS A 1204)を実施し一方，限定的ではあるが貝殻の主成分が炭酸カルた．なお，破砕貝殻の粒度特性を一般的な砂と比較す

4)シウムである ことや，ホタテ貝殻自体が繊密で強度るため，本試験では豊浦砂についても同様の試験を1行った．これらの試料に対する粒度試験結果（粒径加今回の試験では，供試体は，空中落下法でせん断箱積曲線）を図-2 に，また，それぞれの試料をマイク内に直接試料を空中落下させ，堆積させて作製した．

ロスコープにて粒子単位で観察したものを写真-1 に

寸法は直径6cm，高さ4cmである．所定の供試体密度示した．

が得られるように試料を用意し，質量を量る．この際，密度は破砕貝殻，豊浦砂ともに相対密度で整理した．基準である状態と密な状態それぞれ，豊浦砂はDr=60%，Dr=80%,破砕貝殻はDr=38%,Dr=78%とした．
堆積角度による強度特性への影響について明らかにするため，せん断箱を所定の角度で傾けた状態（図-3参照）で試料を堆積させ供試体を作製した．堆積角度Aは，堆積面が水平方向の場合をA=0°と定義し，A=

図-2-45°, -22.5°, 0°, 22.5°, 45°である．

豊浦砂・破砕貝殻の粒径加積曲線

また，供試体全体の密度が均一になるように，試料を2層に分けて1層ごとにゴムハンマーでせん断箱を打撃した．この打撃回数は，目標とする密度に応じて調整した．試料をすべて落下させたら，供試体上面を平らに仕上げ，その上に加圧板（鉛直ガイドを含む）を載せ，せん断箱を試験機にセットした．

写真-1

今回の試験で用いた豊浦砂・破砕貝殻表-1に試料の物理的特性を示す．破砕貝殻の粒子密度ρs(g/cm³)は，砂よりも大きく，最大間隙比emax，最小間隙比emin，最大粒径についても同様である．
表-1

図-3

豊浦砂・破砕貝殻の物理的特性

2.2

堆積角度をつける場合の供試体作製方法

試験過程

この試験は，土の一面せん断試験（JGS 0560）に準じて行った．試験機に供試体の入ったせん断箱をセットした後，予圧密（30kPa），圧密（σv=50kPa，100kPa，200kPa），せん断の順で実施した．また，せん断過程では 0.2mm/min の速さで下部せん断箱をスライドさせ，せん断変位が 7mm に達した時点でせん断を終了した．

図-42

堆積角度別せん断過程概略図

2.3

貝殻試料の繰り返し使用による粒度変化

図-5,図-6 は，それぞれ密度の異なる豊浦砂と破一面せん断試験では，多量の試料を使用せずに済砕貝殻に対して各垂直応力 σv の下で，一面せん断試むなどの理由から，破砕貝殻約 1 ㎏の範囲内で試料験の結果より得られた最大せん断応力 τmax と堆積角を再使用し，試験を行った．ここで考慮しなければな

度 A との関係を示している．
図-5 は，破砕貝殻の τmax－A 関係を示したものでらないことは，試料を繰り返し使用することに起因ある．破砕貝殻では密度の大小にかかわらず A= -45°，する試料の粒度変化である．
つまり，一面せん断試験を繰り返し行うことで，粒-22.5°のような負の堆積角度によって τmax が大きくな度が変化するか否かを明らかにし，試験結果の信憑っており，異方性があり，比較的強度が大きい．ただ性を確認する必要がある．これを調べるために，まずし，Dr=38%の場合，正の堆積角度では，τmax が一定

一面せん断試験を垂直応力 50kPa の下で行い，終了となり異方性を確認することができなかったため，後にせん断箱から試料を取り出し，その試料にて，ふ特異な異方性があると考えることができる．また，るいによる粒度試験を行う．その後，その試料を再びDr=78%の場合は，垂直応力が大きくなるほど，負の用いて供試体を作製し，一面せん断試験を垂直応力堆積角度の τmax の差は徐々に大きくなり，顕著に異100kPa の下で行う．以降は垂直応力 200kPa の場合も方性が現れることがわかった．なお，Dr=78%の垂直同様の手順で行う．ここから，各々の粒度試験の取得

応力 200kPa においては，τmax が最も大きい値を示しデータを整理し粒度に変化があるか否かを確かめる．

た A= -45°から 22.5°ずつ，角度を変化させることでなお，前提条件として，供試体作製時は前回の試験

τmax が一定の割合で減少し，最終的に A=45°で最も小で使用した破砕貝殻を一度，破砕貝殻が入っている

さい τmax を示した．また，密度によらず，あまりせんケースに戻し，数分間かき混ぜた上で，必要な分を取断強度が変化しないことも興味深い．
図-6 は，豊浦砂の τmax－A 関係を示したものであり出して再使用しているため，前述の手順と実際の試験手順は，異なっている．

る．ここから，豊浦砂においても若干の異方性が生じていることがわかる．しかし，図-5,図-6 を比較

3．試験結果すると，破砕貝殻のような異方性は豊浦砂には見られない．したがって，破砕貝殻には，特異な異方性が存在すると考えることができる．
次項の図-7 は，各垂直応力の下で一面せん断試験を行った後の破砕貝殻を対象に，ふるいによる粒度試験の結果をまとめたもの（粒径加積曲線）である．これより，破砕貝殻の粒径加積曲線に目立った変化が見られないため，今回の試験で使用した破砕

図-5

τmax－A 関係（破砕貝殻）

貝殻は，繰り返し使用しても各々の結果には，直接的に影響はないと考えられる．ただし，ふるいや肉眼では確認することができないような微細な摩耗や割れ等が生じている可能性は十分あると考えられる．

図-6

τmax－A 関係（豊浦砂）3どして，メカニズムを解明していく必要がある．
また，水を加えて含水比を調整し，供試体を作製した上で，様々な試験条件の下で一面せん断試験を行い，含水比と強度との関係，強度定数との関係を明らかにする．
海岸付近でなく，内陸で大量に使うことを前提にしたとき，塩分を取り除く必要があるため，それにかかる費用対効果および塩分を含むことに起因する地盤への悪影響などについて調べることも地盤工学
図-7

垂直応力別の粒径加積曲線（破砕貝殻）的利用を考慮する上では必要である．

4．まとめ【参考文献】

本研究では，破砕貝殻の特異なせん断強度特性に

1) 環境省:漁業系廃棄物の処理についてついて把握するために，密度や堆積角度などの試験

http://www.env.go.jp/hourei/11/000083.html

条件の下で一面せん断試験を行った．また，その強（2019 年 12 月 9 日閲覧）

度特性を比較するために豊浦砂についても同様の試

2) 産業系廃棄物処理の現状と課題．出村雅晴. 農林

験を行い，試験結果を通して，破砕貝殻が地盤材料

金融. 2004 年 11 月. https://www.nochuri.co.jp/として効果的に利活用できるかを評価した．

report/pdf/n0411re4.pdf (2020 年 1 月 15 日閲覧)

以下に，本研究で得られた主な知見をまとめる．

3) 水産庁漁港漁場整備部財団法人漁港漁場村技術研
究所：北海道ホタテ貝殻による漁場造成ガイドライ

豊浦砂と破砕貝殻を比較検討すると，明らかにン，pp.2-5，2007．

破砕貝殻には特異な異方性があることが明らか

4) 青森県ほたて流通振興協会:年度別ほたて生産量実になった．

績表 http://www.aomori-hotate.com/ （2020 年 2

破砕貝殻の場合，せん断強さ s(=τmax)は，密度に月 5 日閲覧）かかわらず堆積角度 -45°の時が最も大きい．
5) 廣瀬孝，櫛引正剛，對馬弘海，柴田勝司：ホタテ貝

破砕貝殻は，異方性はあるものの，せん断強度殻をフィラーとして用いた FRP の基本的特性，廃棄は豊浦砂より大きいため，地盤材料としての利物資源循環学会論文誌，Vol.22，No.2，pp.87-92，用が可能である．

2011

破砕貝殻は，密度による強度差が小さいため，

6) 大野元：ホタテ貝殻のケーソン中詰材への有効活用，積極的な締固めを必要とせず，利用しやすい地

土木学会誌，Vol.95，No9，p.27，2010．

盤材料となる．

7) 平田幸雄，佐伯公康：水産副産物（貝殻）の裏込材への有効利用に関する基礎的研究（その 2）－ホタ

5．今後の展望

テ貝殻を混同した砂の内部摩擦角－，海洋開発論文

本研究で扁平性の大きい粒子で構成される破砕貝集，pp.862-866，2005．

殻は，他の試料には見られない特異なせん断特性お8) 地盤工学会編：土質試験 基本と手引き，pp.19-21，よび異方性があることがわかった．今後は，正と負

pp27-35，pp.59-61，pp.121-132，2012．の堆積角度ではなぜ異方性の傾向が異なるのか，そ9) 三田地利之：土質力学入門，pp.126-134，2014の原因を明らかにするために，破砕貝殻に対して粒子の形状を数値化し，定量的に異方性を評価するな

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