はじめに
I
粒土質土壌の粒度試験を行う場合，その懸濁液が安定な分格状態を保ちうるかどうかが決定的に重要である。とくに火山灰土擬では分散が一般に困離であり，これまでに酸性分散法りやカルゴンを用いる方法》が推奨されているようである。しかしこれらの方法がすべての火山厌土壌に対して有効であるかというというと必らずしもそうではないようであり，試料により最も有効な方法は異なっている場合が見受けられる。この原因としては, ーロに火山欧土鍵といっても，その母材や風化程度により，擬成土粒子の性格が多様性を有しているためと考えられる。したがって火山灰土壌の分散性なより正確に把握するためには，梯成土粒子の特性と照濁液の分散反応の関係を明確にしておく必要があると思われる。本報告では，上記の観点に拡づいて，とくに火山災土挑下層土の分散性について，分散媒の水素イオン邊度(pH)と土粒子の荷電种性に注目して，どのような性格の試料ではどのような分散反応を示すのかを検討してみた。またその結果から，火山灰土壌下層土に対するできるだけroutineな分散方法の手順を提案してみた。
供試土と実験方法
II
供試土1供試土として，北海道内の火山灰土壌の下層土（Ｂ層およびＣ層）５点と，比較のため消積土鎖の下層土１点を用いた。各試料の概要を，表一１に示す。この実験で用いた火山灰土壌の下贈土は，そのタイ類年代はいずれるかなり古く，いおゆる古期火山区に属するものである。分散性や荷電特性に大きな影響をおよぼしていると思われる各試料の構成粘土鉱物について，無処理結土と脱鉄結土を用いてＸ線回折により判定してみた。無処理の粘土を供試した場合には，まず沖競土の北大Ｂで典型的なモンモリ¤ナイトが認められている。一方,火山灰起源の試料では,月寒Ｃでハロイサイトと思われる10Å鉱物が認められたが，それ以外の武料ではいずれも明瞭な回折ピークが検出されず，一応，非晶質（アロフェン）が主体であると判定した。ただしこれらの試料でも, 脱鉄処理を行った粘土では, 非膨脈性14A鉱物（Al-バーミキュライトと思われる）を中心としてSPCPG Nov. 1978
* �示す。粒蛋区分は国際法による。 7 Å, 10Å鉱物のピークも検出されたので,結晶性の粘土鉱物もある程度含まれているとみなされる。以上の6試料について，分散性の実験と土粒子の荷電特性の実験を行ったが，いずれの場合も，有機物を除去するためのHtOs処理や，脱鉄処理などの操作はとくに行わず，生土を2 mmフルイに通過させてそのまま供試した。 H 2 O 2処理を省略したのは，この操作が比較的時同を要するものであり, routine workとしての粒度試験の意義を考えた場合，有機物含量の少ない下層土についてはH e O  z処理を省略してもかまわないと考えたからである。
2 実験方法
(1)　分散性実験
ここで行った粘土の分散性の実験では，懸濁液中の土粒子遠度をすべて2 % (乾土20 gを蒸溜水・分散剤を含みて1000m!とする）とし,ビベット法により分散粘土量を測定した。懸濁夜のpHと粘土の分散反応の実験におけるpHの調節は, １N—HClと１N—NaOHを用いて行い, pH ２から12の範囲内において, 0.5または1.0のpH縮で連続的にpHを変化させた懸河液を作製した。またすべての分散性失験において，物理的分散処理方法としては, JISで用いられているプロペラかくはん*》のみに統一して行った。 (2)　土粒子の荷電実験　土粒子の負荷電（C E C）と正荷電(A E C)を, Schofield法やを基本とするWada et als》の用いた方法に準じて颁定した。この場合，pHと分散反応の実験と対応させるため,やはりpH ２から12の間の数点のpHの值を有するNaCl溶液を吸着塩溶液として用い,吸箸されたNa+とCl−を常法により別SPCPG Nov. 1978
定し,  C E CとA E Cを求めた。
実験結果
Ill
1
各種分散剤（分散処理）の効果
まず各供試士が，従来提案されている幾つのか分散剤あるいは分散処理方法のどの方法で良好な分散状態を示すのかを検討したのが，表一２である。
表一２では，分散効果の相対的染示として分散率を用いたが，これは表一１の意高分散時の結土盛に対する名分散方法で得られた粘土量の比率を示している。ここで用いた分散剤あるいは分散処理の概要は，次の知くである。 ① JIS法³'：ケイ酸ナトリウム溶液を用いるのではなく,簡易法としての1N-NaOH溶液10mlを添加する方法で，この場合の懸濁液のpHは11前後の値を示す。 ② カルゴン法*》: 0.4N-ヘキサメタ撰酸ソーダ50mlな張加する方法で，この場合の懸濁液のpHはた８前後の倍を示す。 ③ 酸性分教法：関東ロームなどで有効であることが報告されている方法"」で，1N -HCl溶液を添加して懸濁液のpHをここでは3.5に調節。 ①  0.2  N-HCl 処理法：Robinson 法61の一部を用いるもので, 0.2N-HCl斎液中で供試土をしんとうし,斎出してくるR Oを水洗で除去する。水洗後の驅濁液のpHは３から４の間を示す。 ⑤中性塩法：筆者らが用いている方法で", 1 N -Na Cl溶液中で供試土をしんとうし，土粒子の吸着カチオンを１価のNa+で留換したのち,水洗により電解質濃度を低下させる方法。 ⑥　無処理：化学的な分散剤ふるいは分散処理は一切用いず，前述した物理的分散処理のみを行う方法。これらの６方法を，分散媒のpHのみに着目して分類するならば，①と②はアルカリ性側での分散法，③と③は酸性側での分散法，⑤と⑥は弱酸性から中性における分散法となむ。表一2の結果から,各分散剤あるいは分散処理方法の相対的な分散効果を判定してみる。まず，全試料的にもっとも分散効果が認められるのは, ＪＩＳ法とカルゴン法のアルカリ性側での分散法であり，月寒Ｂを除いてほぼ安定な分散状態が得られている。つぎに有効なのは, 0.2N-HCl処理法であり,西舎Ｃと上大成Ｂを除いた4訳材ではかなり高い分散率の値が得られている。つづいて中性塩法・無処理があり, 1N-HClでpHを3.5に調節する酸性分散法は，西傘Ｃで分散状態が得られているのを除くとほとんどが凝集状態を示し，もっとも分散効果は低くなっている。ここで問題になるのは，同じ破性側での分散法であるのに, 0.2N-HCI処理法と酸性分散法では,とくに月寒B ・月寒Ｃ両試料において明らかなように，その有効性において顕落な差異を生じていることである。この原因として考えられるは，処理の過程で水洗が含まれているか否かがあげられる。すなわち, 0.2N-HCl処理法では水洗が含まれているので，溶出したAllやFellは除去され，かつ麦一1に示される壁換性カチオンもほぼ H*のみに膣換されたと考えられる。これに対して，酸性分散法では水洗が含まれないので，溶出したAl#やFe#さらに置換性カチオンも混在することになり,これらの存在が，懸濁液を淡集させる方向に作用したと考えられス。一方，各供試土別の分散性の難易を判定してみると,非火山欧土の北大Ｂはやはり幾も分散が容易であり，酸性分散法以外のすべての分散方法で安定な分散状態が得られている。火山灰試料中では，函館Ｃが最も分散が容易であり，非火山欧土の北大Ｂとほぼ同様の傾向を示している。つづいて，西舎Ｃ，上大成Ｂ，月來Ｃの３試料があり， 3種の分散方法について分散状態が得られている。もっとも分散が困難なのは,月寒Ｂであり, 0.2N- HCl処理法以外の分散方法ではほとんど安定な分散状態は得られていない。以上のように，各訳料に対するおのおのの分散剤あるいは分散処理方法の有効性は、比較的効果の大きいアルカリ性側での分散方法を除くとかなり異なっており,とくに酸性から中性条件における懸濁液のpHと分散性の関係をより明確にする必要がある。
2  懸濁液のpH・分散反応
図─ 1に，各試料の原土（後述するNa土や0.2N -HCi処理士と区別するために用いたものであり，無処理士を意味する）について得られた懇測液のpHと粘土の分散率の関係を示す。図一１から,原土のpH ・分散反応のタイプを試料別に検討すると，选本的には弦一２の内容とほぼ同じ結果が得られている。すなわち、 ilpH 3.0から4.5の酸性領城とpH 8以上のアルカリ性領域の両方で分散状態を示サ武料………西含Ｃ， ii中性からpH 9ないし10以上のアルカリ性側域でほぼ分敵状態を示す試料………上大成Ｂ,月寒B，月寒C，価pH  4 ～5.5以上のすべてpH領域で分散状態を示す試科………函館Ｃ，北大Ｂ。ところで原土の場合には,表一１の置換性カチオンをみてもわかるように，恐着カチオンは不均一であり，とともあって，これらの吸溶カチオン組成の影響がpH ・分散反応に対しても微妙な影響をおよぼしていると考えられる。そこでpH以外の条件をできるだけ消純化するため，原土の吸着カチオンを１価のNa*のふで腐換した当一カチオン吸常士としてのNa土のpHと分散率の関係を示したのが，図一２である。図一2によれば, Na土にすることにより, 図一1の原土のpH ・分散反応と比較して，各武料の分散海の協が上昇してより安定な分散状態が待られていること，上大成Bにおいて, pH ８以上のアルカリ性領域で分散状態が得られているほかに, pH 3.5から4.5の間の酸性側でも分敵状態が得られ，丁度西台Ｃの場合と同様の結果が得られたことの2点を除いては,ほぼ原土の結果に一致している。したがってNa土のpH・分散反応のタイプをまとめると,  iilp H 3から4.5の間の酸性調域と,  pH 8以上のアルカリ性領域で分散状態を示し，中性付近では聚集状態を示す訳料………西含Ｃ，上大成Ｂ， GibpH 8ないし10以上のアルカリ性領域でのみ分散する試料………月寒Ｂ,月寒Ｃ,価pH 3.5ないし５以上のすべてのpH領域で分敵する試料………函館C，北大B。 Ｓ法やカルゴン法のアルカリ性側での分散方法についで分散効果の大きいことを示したが，そのときの魅満波のpHは,水洗したのみであるのでほぼ3から4の間にあった。この場合, 0.2 N-HCI処理後の懸濁液についても，原土やNa土の場合と同じくより広範なpHの調節を行い，そのpH・分散反応をみたのが図― 3である。図ー３によると, 0.2N-HCl処理後の懸満液のpH調節により，すべての試料はどこかのpH領域で，その分散率が100%を示す完全分散状態が得られており,やはりこの方法の分散効果が大きいことは明らかである。しかしその分散状態を示すpH領域, すなわちpH・分散反応の形態は,やはり試料により異なり,かつ前述した原土やNa土の場合と比べてかなり変化する恆がある。すなわち,  ilpH  6以上のすべてのpH 領域で安定な分散状態を示す試料………西含Ｃ，上大成Ｂ， iil pH  3から４の間のきわめて限られたpH領域でのみ安定な分散状態を示す試料………月寒Ｂ， ∞ pH 3.5以上のすべてのpH領域で安定な分散状態を示す試料………函館Ｃ，北大Ｂ。以上の３種のpH・分散反応の結果から，今回供試した火山灰土壌下層土を，その分散・炭集挙動の面から分類すると, (i)画舎Ｃ・上大成Ｂ, (ii月寒Ｂ・月寒Ｃ, ▒)函館Ｃの３グループに類別され,このうち圖の函館Ｃが非火山欧土壌の性格に最も近い料料である。
3 土粒子の荷電特性
前項までに，今回供試した火山区土壌下層土は，そのpH・分散反応からみて３つのタイプに分けられることを述べた。ここではそのようなタイプが，土壌の有するどのような性質を関連しているのかを検討するため，感濁液の分散・淡集革動にもっとも鋭敵な影響を与えていると思われる土粒子の荷電特性について実験を行った。図一4に，吸着塩溶液のpHを変えて測定したさいに得られるＣＥＣとＡＥＣの変化曲線，すなわち各供試土のpH・荷電曲線を示す。図一４をみると，まず火山灰土壌下層土の５試料と非火山灰の北大Ｂの間には，そのpH・荷電曲線の形態において明らかな差異が存在することが認められる。すなわち，火山区土壌下層土の各試料は，低pH領域ではA E C （正荷電）が卓越し、高pH領域ではC E C （負荷電）が卓越しているので，その途中にＣＥＣとＡＥＣがまったく等しくなる点，すなわち等荷電点のpHが存在している。一方，非火山厌の北大Ｂでは，今回測定したすべてのpH領域においてＣＥＣが卓越し、ＡＥＣは溶液のpHにかかわらずきわめて小さくかつほとんど変化を示さない（1.2me/100ｇ以下）ので，等荷電点の存在は認められず，負荷電が圧倒的に優勢であるのが特徴である。火山区談料間の荷電特性の滋異は，等荷電点のpHの儀において現われ，西舎Ｃと上大成ＢではいずれもほぼpH 6.1であり，戒も高い値を有している。月楽Ｂの等荷電点はpH 4.9,月寒CではpH 3.6,函館CではpH 4.1であり,いずれも前2試斜よりは小さい値を有している。つぎに，前項で0.2N-HCI処理士のpH・分散反応はは，原土あるいはNa土のそれと比べてかなり変化することを示したが、この場合, 0.2N-HCl処理に伴い,土粒子の奇電特性も変化していることが予想される。そこで，商舎Cと月寒Bの2試料について， 0.2N -HCl処理土のpH・荷電曲線を求めたのが図一５である。図一５において，両試料とも，低pH領域ではＡＥＣ，高pH領域ではＣＥＣがそれぞれ卓越し，等荷電点のpHも存在しているので，基本的には火山灰試料としての性格をなお有している。しかし、その等荷電点のpHをみると，両試料ともほぼ3.4の価を示し，原土の等荷電点のpHが西舎Ｃで6.1,月寒Ｂでは4.9であったのと比較して，かなりの低下を示している。0.2N-HCl処理により溶出してくるReOs無料，麦一１に示されているように，すべての試料で１％から3.5％の範囲内の値を有しているが，この程度の溶出量のわりには，その土粒子の荷電特性への影響はかなり大きいことが理解される。
IV 券
前節で得られた火山灰土壌下層土の懸濁液の pH・分散反応のタイプと土粒子の荷電特性を関連づけてみるとどうやらpH・荷電曲線における等荷電点のpHの大小が，分散反応のタイプと密接に関連しているように見受けられる。たとえば，Na土のpH・分散反応において，酸性側とアルカリ側の両域で分散状態の待ちれた西舎Cと上大成Ｂの挙荷電点のpHはいずれも6.1であったが、この等荷電点近傍のpH領域では，南武料とも完全な義集状態を示している。これは正負両イオンの拡散二重層の重なり合いによるものであろう。しかし等荷定点のSPCPG Nov. 1978 pHから離れ，正負どちらかの荷電がある程度度勢になると，その優勢な符号のイオンの拡散二重層の反発力により，感濁液は安定な分散状態を示すようになると考えられる。また，非火山灰の北大Ｂと同じような奔動を示した函館Ｃの場合にも，その等荷電点のpHである4.1近傍，およびそれ以下のpH領域では凝集状態を示すが，等荷電点から離れてpH 5以上になり，負荷電がある程度優勢になった段階でやはり分散状態が得られている。さらに，月寒Ｂと月寒Ｃを除いた0.2N-HCl処理土のpH・分散反応は，そのすべてが，非火山灰土類似の面館Ｃのタイプに移行しているが，この場合も，西舎Cの等荷範点のpHが0.2N-HCl処理により, 6.1から3.4に低下している事実から理解されるように，その等荷電点のpHの変化に対応しているとみなすことができ&以上のように，少なくとも月寒Ｂと月寒Ｃを除いた各試料のpH・分散反応は，その土粒子の有する等荷電点のpHの大小により理解することがほぼ可能である。しかし、月寒Ｂと月寒Ｃに関しては、原土やNa土の分散反応のみならず0.2N-HCl処理士についても，その約荷電点のpHから予想されるような分散反応は示さず, pH・荷定特性には現われない何らかの援集要因の存在することが推定される。そこで月寒Ｂと月寒Ｃの両武村の，他の試料とは異なる特徴的な性質を表一１から検討してみる。まだ踏換性カチオンについてであるが，これら両試料の膣換性カチオンの総量が，他の火山灰試料と比べてやや多くなっていることが認められる。また粘土鉱物については，とくに月寒Ｃでは，前述したようにハロイサイトと思われる10Åのビークが顕著に存在しているのが特徴的である。これらの事実，および両試料の等荷電点のpHが比較的小さい值を示していることから考えて、月寒Ｂ・月寒Ｃの両試料は少なくとも西舎Ｃや上大成Ｂと比べて，ある程度風化の進んだ状態の火山灰土複であることが推定される。菅野8は，火山灰土壌の風化過程の一つとして，アロフェンからギブサイト・カオリン鉱物（加水ハロイサイト）の生成過程が存在することを示しているが，上述した両試料の特徴から考えて,月寒Ｂおよびとくに月寒Ｃでは，この風化過程が進行していることが予想される。もしこのような風化過程が進行しているのであれば，当然，ギブサイトもある程度合まれていることになる。そこで，各火山区設料中にギブサイトが含まれているのかどうかを検討するため，無処理粒土を用いて示池熱分析を行ったが、その結果を図一6に示す。図一6において，ギブサイトの特徴的な反応ピークである310℃前後の吸熱ピークは，供試したすべての火山SPCPG Nor. 1978欧試料について認められているのであるが、そのビーク深さ（または面積）から、各試科中に含まれるギブサイトの相対的多少を比較すると，月寒Ｂ＞月寒Ｃ≫函館C ＞上大成Ｂ＞西舎Ｃの関係が得られている。したがって，上述した風化通程が月寒Ｂ・月寒Ｃ両試料において伏際に進行していることが確認されたと考えられる。また同時に，多量のギブサイトの存在が，月寒Ｂ・月寒Ｃ両就料のpH・分散反応を特異的にしている一因であることも，定性的には推定することは可能である。ギプサイトを含む火山灰土蜜の分散が最も困難であることは,宮沢®によっても述べられているところである。しかしその検滞的な面については現時点では明らかではなく。ギブサイトの荷置特性をも含めて今後の検討課題であ& S以上の実験結果ならびに考察から，火山欧土壌下層土の分散性は，土粒子の有する等荷電点のpH，およびギブサイトの混入割合に依存していることがある程度別らかとなった。しかし, routine workとしての粒度試験の意義を考えた場合，あらかじめ供試土の塚荷憲点のpHやギブサイトの存在を知ることは，その時間的制約から考えて不可能に近い。したがって，ここでは本研究で得られた内容を踏まえたうえで，本研究に用いた試科に類似した（比較的タイ魏年代の古い）火山灰土壌下層土について適用しうると思われる化学的な分散処理方法の手顔を提案してみたい。すなわち, ①,まず颂士のアルカリ性側での分散方法を適用してみる（この際，本実験で用いたＪＩＳ法が，その簡便さからみてカルゴン法より有効である）。②，①で分散状態の得られない場合，およびより完全な分散状態を得たい場合には，ただちに0.2 N-HCl処理法を用いる（水洗のみにとどめる）。③、②でも分散状態の待られない場合には，0.2N-HCl処理後の整濁液に1N-NaOHを適当量加えて，そのpHをアルカリ性に調節する。以上の３段階の手順のどれかで、対象とする火山灰土鍍下層土はほぼ安定な分散状態が得られると思われるが，このうちの③の部分は，客野の用いた方法がや、伊藤101の提案した分散方法の一部に合致している。意後に，火山灰土壌の分散に対して従来からその有効性が確認されてきた酸性分散法の意義について言及してみたい。今回の実験で用いた試料のなかでは，西舎Ｃのみが酸性分散法により良好な分散状態を示していることはすでに述べた。他の試料と比べた場合，この西倉Ｃの特徴的性格を振り返ってみると，李荷電点のpHからっとも高い試料の１つであり，かつギブサイトの含量がもっとも少ないことである。このことは西舎Ｃの粘土部分が，今回用いた試料のなかでは，施砕アロフェンの性質にもっとも近い試料であることを意味していると考えられる。したがって，本研究では用いなかったのであるが，主としてタイ積年代の比較的新しい火山区土壌の下窓土（このような試料の粘土部分は、アロフェンからギブサイトや他の結晶性結土鉱物への風化がほとんど認められず、典型的なアロフェン土と考えられる）については、①の段階で酸性分散法を用いても，アルカリ性側での分散に匹敵するだけの有効性を有しているであろうことは十分に期待される。
V  乗 約
火山厌土壌下層土の分散性について，構成土粒子の特性と懸濁液の分散反応の関係を明らかにするため，主として分散媒のpHと土粒子の荷電特性に注目して検討を行った。得られた結果は，次のように要約される。 (1)従来提案されている幾つかの分散剤（分散処理）の相対的有効性を検討してみると，ＪＩＳ法およびカルゴン法のアルカリ性側での分散が比較的有効であった。 (2) 原土, Na土, 0.2N-HCl処理土の３種のpH ・分散反応から，今回供試した試料は３つのグループに分類された。 (3)上記の各グループの示す分散タイプは,土粒子のpH・荷電曲線における等荷電点のpHの大小，ならびに機成土粒子中に含まれるギブサイトの選入割合に依存していることが推定された。 (4)以上の結果を踏まえて，比較的タイ積年代の古い火山灰土壌下層土に適用可能と考えられる化学的分散処理方法の手順を提案した。講辞，本研究の実験の一部を担当した北海道大学豊学部士質改答学数室専攻生の小野久昭君（現山梨県庁）に諸意を求する。