津波堆積土など密度が異なる粒状物質混合土の粒度試験方法と密度試験方法に関する研究
A study of particle density Test and size distribution Test for
Tsunami sediments
千葉祐太朗（Yutaro Chiba）

Abstract
Tsunami which was occurred by the Great East Japan Earthquake transported seabed soils from thePacific Ocean coastal plains. These are known as the tsunami sediments, which consist of fragments ofplastic, woodchips and soil particles. However, the grain size accumulation curve cannot fully express thedifference of the grain size against visual inspection. Therefore, the volume percent increase (VPI) insteadof mass percent increase (MPI) in grain size accumulation curve was given in consideration. At the processof finding VPI in grain size accumulation curve, it was found that. The density of woodchips weredepending on the particle size. Using this results and Applying the calculation of VPI in grain size
accumulation curve, it was found that VPI can express the read grain size distribution

1.

はじめに積曲線を，従来の質量百分率表示から体積百分

東日本大震災に伴い発生した津波は，内陸部率表示で表現しようと試みた。

まで来襲し，広範囲に海底の土砂などが堆積した。これらの堆積物は，津波堆積物（津波堆積土）と呼び，仮置き場にて分別処理後，復旧・復興資材として有効利用されている。（写真-1）
これまで，津波堆積土のような密度が異なる粒状物質混合土は，実際の目視による粒度の違い

写真-1を粒径加積曲線上（質量百分率）に表現しきれ写真-2

写真-1：仮置場での津波堆積物分別作業

2）ていないと考え，研究を進めてきた。（写真-2）

写真-2：土粒子と木くずの見た目と質量の違い

また，その研究内容の中で，津波堆積土を土粒（土粒子 200g：木粒子 20g）

子＋木粒子，土粒子単体，木くず単体（以後、2.

津波堆積土木粒子と呼ぶ）の 3 種類に分別し，粒径別の密津波堆積土の状態を写真-3，写真-4 に示す。

度試験を行ったところ，木粒子の密度が粒径にこれは，福島県相馬市の海岸線より 300m 内陸よって変化することを発見した。
（木粒子の見か部の農地に堆積した津波堆積土の写真であり，

3）

大部分が砂で構成されている。（写真-3）一方，本研究は，土粒子と木粒子の密度の違いに着

都市部の津波堆積土は砂の他に，倒壊家屋の木目して，粒度分布表現で用いられている粒径加材や生活用品などのプラスチックが混入していけ密度と呼称している ）

-1-

る。
（写真-4）集積された場所により津波堆積土850µm，2.0mm，4.75mm，9.5mm）に残留したと同じ名称がついても構成する物質が大きく異試料は，それぞれ土粒子と木粒子により構成さなる。

れていることを，目視および実態顕微鏡にて確また，これらの試料を用いて土の粒度試験方認した。
（写真-5，写真-6，写真-7）法（JIS A 1204）を実施した。
（図-1）目視した（4）土粒子と木粒子の混合土に対し，土粒子単違いを，試験後の結果では十分に表現しきれて体，木粒子単体とするため，選別ならびに目視いないことがわかる。この結果は，JIS A 1204による手選別を加えた。

で規定する粒径加積曲線（質量百分率）は，測（5）土粒子と木粒子の混合土から，木粒子のみ定した土粒子密度が一定であると仮定して，通取り出す方法として，試料に水を注入し，浮遊過質量百分率で表現していることに起因する。

している試料を木粒子とした。採取後の木粒子

3.

試験試料の準備

写真-3を実態顕微鏡にて確認したものを写真-7 に示す。

写真-4

写真-5

写真-6

写真-3 砂が大部分を占める津波堆積土

写真-5 津波堆積土のふるい分け後（土粒子＋木粒子）

写真-4 砂以外の混入物がある津波堆積土

写真-6 津波堆積土を水分別した後（木粒子）（a）土粒子＋木粒子（b）土粒子（c）木粒子

写真-7 実態顕微鏡による確認

4.

密度試験
密度試験は，ふるい分けされた各試料から，図-1 津波堆積土の粒度分布（通過質量百分率）

土粒子と木粒子の混合体，土粒子単体，木粒子
試験材料は，岩手・宮城の太平洋沿岸地域に単体の 3 種類について土粒子の密度試験方法

堆積した津波堆積物を，二次仮置き場にて分別（JIS A 1202）に準じて実施した。また，粒度のした 20mm 篩下残渣を使用した。試料採取の手大きい試料（9.5mm，4.75mm 残留試料）は，ピ順を以下に示す。

クノメーターに入らないため，フラスコを使用（1）篩下残渣を試験室内に持ち込み，四分法した。
（写真-8）ここで，木粒子はピクノメータ（JIS A 1204）による試料の分取を行った。

ー内に蒸留水を注入した際，浮いてしまうと想（2）分取された試料を土の粒度試験方法（JIS A定され，金網を用いて包み込んだ測定方法を試1204 にしたがって，ふるい分けを実施した。

みた。しかし，金属製網ふるいの目開きが小さ（3）各ふるい（75µm，106µm，250µm，425µm，かったため，十分に内部の気泡を取り除くこと-2-

ができなかった。だが，木粒子単体をピクノメ

0.70g/cm3，黒檀 1.1 から 1.3g/cm であり，それーター内で湯せんしたところ，全て沈降したたらの 2 倍以上の密度試験結果が得られた。

め，金属製網ふるいを用いた方法では行わなか

今回の密度試験は，MA，MB，MC，SB，NBった。の 5 種類の試料により行ったが，5 種類ともになお，煮沸時間に関して，「一般の土で 10 分同じような傾向を示す結果となった。

以上，高有機質土で約 40 分，火山灰質土で 2

木粒子の密度がこのように粒径により変化が1）時間以上必要である」と記載がある。 そのたあることは今まで知られていない。木そのもの

め，本試験で用いた土粒子および木粒子の混合の組織は，植物細胞壁を構成する主要成分であ体，木粒子単体の煮沸時間は，空気を多く含んるセルロース，ヘミセルロースとリグニンによでいる可能性があるので，2 時間以上行った。

り形成されている。セルロース，ヘミセルロー
スの密度は一般的に 1.3g/cm3 から 1.5g/cm3 程度であることから，今回の試験結果によると，木粒子の粒径が小さいところでは，セルロースの密度を超えているので，植物細胞壁内に微細な土粒子が入り込んでいる可能性も考えられ，測定された値を「木粒子の見かけ密度」と呼ぶこ（c）煮沸前（d）煮沸後ととする。3）

写真-8 フラスコを用いた密度測定

4.1

土粒子および木粒子の粒径別密度試験結果と考察
図-2 に，土粒子および木粒子の混合体，土粒子単体，木粒子単体の密度試験結果を示す。土
粒子密度（図中の表記：■）は，2.65g/cm3 から2.90g/cm3 であり，粒径に関係なくほぼ一定の値を示した。また，土粒子および木粒子の混合体の密度（図中の表記：○）は，粒径の小さいと図-2 津波堆積土を 3 種類に分別した際のころでは土粒子密度とあまり変わらない値を示

粒径別密度分布したが，粒径が大きくなるにつれて密度が小さい値を示した。これは，含有している木粒子の4.2影響によるものと推察される。

走査電子顕微鏡（SEM）による観察

木粒子の粒径が小さくなるにつれて密度が大

しかしながら，木粒子の密度（図中の表記：きくなることから，木くずの間隙内に土粒子な▲）は，土粒子および木粒子の混合体と土粒子どの粒子が混じりこんでいないか調査するため，単体の密度の傾向と大きく異なり，明らかに粒走査電子顕微鏡（SEM）を用いて観察した。写径が大きくなると小さくなっている。また，

真-9 に木粒子単体の SEM 画像を示す。写真-99.5mm の粒径では 1.4g/cm3 だが，75µm の粒径は（e）100 倍から，（f）200 倍，（g）500 倍，（h）

33

では 2.00g/cm から 2.5g/cm と大きい値を示し1000 倍となっている。画像を見る限り，土粒子

た 。木その ものの密 度が，桐 0.31g/cm3 ， 杉のような物質が木粒子間隙内に入り込んでいる

3330.4g/cm ，松 0.52g/cm ，栗 0.60g/cm ，ケヤキことを確認できなかった。

-3-しかし，木粒子表面には木粒子以外の物質が4.1 で示した密度変化の要因の一つとして可能付着しており，SEM ではその物質を特定できな性があると考えられる。なお，今回の試験で使いため，次に X 線分析顕微鏡を用いて定性分析用した X 線分析顕微鏡（XGT-2000W）の仕様でを試みた。

は，測定元素が 11Na～92U となっており，6Cや 8O といった元素は反応しない。そのため，1H～111Rg などの元素を考慮した場合とでは，土粒子，木粒子の構成元素に変動があると考えられ，今後，検証を行う予定である。

（e）100 倍

次に，4.4～4.6 では，津波堆積土中の木粒子（f）200 倍表面に付着している粒子を分離処理した後の密度試験と，木そのものの密度試験を試みた内容を示す。
4.4（g）500 倍

粒径別に作成したアカマツの木粒子密度試験（h）1000 倍

4.2，4.3 にて，津波堆積土中の木粒子密度変写真-9 SEM 画像（木粒子）化の要因について調査した内容を述べた。4.4
4.3

X 線分析顕微鏡を用いた定性分析

では，津波堆積土中に含まれている木粒子の見図-3，図-4 に木粒子の定性分析結果を示す。

かけ密度と比較するため，3 で述べた試料採取

この結果から，26Fe，20Ca の反応が確認できた。

方法と，4 で述べた密度試験で実施した。今回，また微量ではあるが，19K の反応も見られた。

比較対象としてアカマツの枝を粒径別に作成し図-3（木粒子：425µm）と図-4（木粒子：75µm）たものを試験材料とした。試料作成の手順を以を比較すると，粒径が小さくなると 26Fe の反応下に示す。

が大きくなっていることが分かる。
この変化は，（1）アカマツの枝を試験室内にて，ノコギリやナタを用いて破砕を実施した。
（2）850µm 以下の木粒子を作成する手段として，乳鉢を用いてすり潰し，細かい粒径になるよう調製した。
（3）ふるい分けを行い，各ふるいに残留した試料で密度試験を実施。
今回，比較対象とした試料であるアカマツの図-3 定性分析（木粒子：425µm）

密度は，一般的に気乾密度 0.52 である。6）密度試験の結果を 4.5，4.6 の結果と比較するため図-5，図-6 に示した。その結果，粒径 9.5mm～75µmの密度はすべて 1.5g/cm3 程度となった。これは，セルロースなどの密度が 1.5g/cm3 程度であることから，一般的なアカマツの密度ではなく，植物細胞壁の密度ではないかと考えられる。
4.5
験

図-4 定性分析（木粒子：75µm）-4-超音波を用いた洗浄による付着物分離試

実態顕微鏡を用いて木粒子の表面部を観察し注入後，放置せずに試験を行ったものは，通常た際，付着物があることを確認できた。そこで，の津波堆積土中の木粒子の見かけ密度分布とあ木粒子から付着物を分離させることで木粒子のまり差はなかったが，20 時間放置した試料は，見かけ密度が変化すると考え，超音波を用いてやや下方に位置し，アカマツの密度分布と同じ津波堆積土中の木粒子を洗浄する方法を試した。

ような分布となった。

その際，超音波周波数が 42KHz で，約 10 分間

5.

粒度試験の洗浄後，粒径別に密度試験を実施した。結果

試験材料は，3 で述べた方法で採取・分別しを図-5 に示す。この結果では，洗浄前と後で密た，岩手・宮城の太平洋沿岸地域に堆積した津度が変化せずほぼ同程度の分布を示した。

波堆積物を用いている。粒度分布を粒径加積曲線上に示す際，必要となる質量百分率・体積百分率の計算で使用する質量は，強熱処理後の各ふるいの質量（土粒子単体の質量）を，もとの土粒子と木粒子の混合体の質量から，差し引くことによって算出した値を木粒子の質量として使用した。
5.2

試験結果と考察

図-7～図 10 は，土粒子単体の場合，木粒子単体の場合の曲線をそれぞれ示している。図-7 が，図-5 超音波を用いた洗浄後の木粒子の密度分布4.6

試料 MC の粒径別の質量分布を示したもので，過酸化水素水を用いた付着物分離試験

図-8 に，粒径別の体積分布を示す。また，図-9

超音波を用いた洗浄とは別に，木粒子付着が，試料 NB の粒径別の質量分布を示したもの

物の分離方法として，過酸化水素水を用いた方で，図-10 に，粒径別の体積分布を示す。体積法も試みた。試験試料は，4.5 で用いた津波堆を算出するため，図-2 で得られた土粒子単体の積土の木粒子とは異なる地区で採取したものを密度と木粒子単体の密度を使用した。試料 MC使用した。試験手順は，JIS A 1204（試料の分散）の図-7 と図-8，試料 NB の図-9 と図-10 をそれぞに準拠して実施している。試験内容は，過酸化れの質量分布と体積分布とで比較してみると，水素水注入し，放置せずに撹拌した後，密度試質量分布よりも体積分布で表示したほうが，土験を行ったものと，20 時間放置した後の 2 通り粒子単体と木粒子単体の差が少なくなっているで行った。その結果を図-6 に示す。過酸化水素のが分かる。また，粒径 9.5mm，4.75mm では，質量表示では土粒子単体のほうが木粒子単体よりも大きい値を示していたが，体積表示にすると，木粒子単体のほうが大きい値を示した。
図-11（試料 MC），図-12（試料 NB）は通過質量百分率と通過体積百分率で表示した粒径加積曲線である。通過質量百分率は，JIS A 1204を用いて算出した。通過体積百分率は，図-7 と図-9 で得られた，土粒子単体の質量と木粒子単

図-6 過酸化水素水を用いた分離試験前後の体の質量を，図-2 で得られた土粒子単体の密度木粒子の密度分布分布と木粒子単体の密度分布をそれぞれ考慮し-5-て体積を算出した。図-11，図-12 のどちらの試ている。これは，図 7～10 で粒径 9.5mm，4.75mm

料も粒径 9.5mm～850µm で，通過体積百分率ので，木粒子単体の体積が土粒子単体の体積よりほうが，通過質量百分率よりやや下方に位置し大きい値を示していることから，通過質量百分率で示すよりも，通過体積百分率のほうが，粒径の大きな木粒子を多く含むことを表現できていると判断できる。
6.

おわりに
本研究では，津波堆積土などの密度が異なる粒状物質混合土の粒度分布を，より分かりやすく表現するため，粒径加積曲線を質量表示から体積表示にする表現方法について研究を進めてきた。得られた主な結果を以下に記す。

図-7 試料 MC の質量・体積分布（1）津波堆積土に含まれる木粒子の密度は，粒径が小さいほど大きくなる。
（木粒子の見かけ密度）（2）木そのもの（アカマツ）の密度は，粒径に関係なく一定である。
（3）過酸化水素水を用いて分離処理を行うと，木粒子の見かけ密度が一定になる。
（4）粒径加積曲線を質量百分率から体積百分率にすると，目視による粒度の違いを表現できた。

図-8 試料 NB の質量・体積分布

参考文献
1）地盤工学会：地盤材料試験の方法と解説, 20092）今西肇・千葉祐太朗：震災廃棄物や有効利用に伴う粒度試験に関する一考察, 平成 24 年
土木学会東北支部技術研究発表会講演概要集, III-39, 2013.3
3）今西肇・千葉祐太朗：津波堆積土などの土粒子の密度試験方法の提案, 第 48 回地盤工学

図-9 粒径加積曲線

研究発表会講演概要集, 2013.7（試料 MC：通過質量・体積百分率）

4）今西肇・千葉祐太朗：津波堆積土などの粒度試験方法の提案, 第 48 回地盤工学研究発表会講演概要集, 2013.7
5）今西肇・千葉祐太朗：津波堆積土の密度試験および粒度試験方法の提案, 第 10 回環境地盤工学シンポジウム, pp.361-366, 2013.96）（財）日本木材総合情報センター：
図-10 粒径加積曲線

http://www.jawic.or.jp/kurashi/jtree/s1-akamatsu.php（試料 NB：通過質量・体積百分率）-6-