ベントナイト原鉱石を用いたラドンバリア材の特性調査（その１）

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(1)3-319. 土木学会第60回年次学術講演会（平成17年9月）. ベントナイト原鉱石を用いたラドンバリア材の特性調査（その１）日本国土開発㈱正会員核燃料サイクル開発機構核燃料サイクル開発機構核燃料サイクル開発機構日本国土開発㈱正会員日本国土開発㈱正会員. ○佐藤松村佐藤時澤芳澤大西. 泰敏博和彦孝之秀明利満. １．はじめにウラン鉱山跡地における捨石たい積場、鉱さいたい積場の捨石および鉱さい中の放射性核種は移行経路として、地下水以外に希ガスであるラドン（Rn-222）の大気中への移行が想定される。そのため、これらのたい積場の閉鎖においてラドンの大気中への散逸抑制と放射線遮へい効果を有するラドンバリア層が必要である。今回、回転式破砕混合装置（ツイスター）によりベントナイト原鉱石を用いてラドンバリア材を試験的に製造し、透水特性、透気特性、トラフィカビリティなどの特性を検証した。. ２．試験概要. 表-1. （1）使用材料. 使用材料の物性. 添加材（ベントナイト）ボルクレイ原鉱石レッドヒル原鉱石まさ土 JIS JIS 気中気中粒度試験ふるい分け粒度試験ふるい分け 3 2.776 2.787 2.650 土粒子の密度ρs (g/cm ) 9.5 12.1 自然含水比 wn (%) 6.2 礫分(%) 50.3 0.4 12.8 1.7 41.4 砂分(%) 30.0 2.7 80.6 5.5 56.6 シルト分(%) 12.6 20.1 23.1 2.3 6.6 粒度粘土分(%) 7.1 76.8 69.7 最大粒径(mm) 37.5 19.0 26.5 19.0 19.0 均等係数Uc 259.0 7.9 9.9 曲率係数Uc' 2.1 1.1 1.9 液性限界wL(%) 468.1 420.3 41.6 33.1 ｺﾝｼｽﾃﾝｼｰ塑性限界wP(%) 31.3 18.6 塑性指数ＩP 435.0 389.0 23.0 粘土細粒分質粘土地盤材料の工学的分類 (高液性限界) 砂質礫 (高液性限界) 母材. 試料の種類. ラドンバリア材の母材には経済的かつ安定的に入手可能なまさ土を用い、遮水性を高める添加材には米国産ボルクレイ原鉱石、中国産レッドヒル原鉱石の２種類のベントナイト原鉱石を用いた。表-1 に使用材料の物性を示す。２種類のベントナイト原鉱石は分類上粘土であるが、気中ふるい分けによる見か. 土の物理試験. けの粒度は、ボルクレイ原鉱石は細粒分礫混じり砂、レッドヒル原鉱石は礫質砂に相当する。. （2）試験手順試験手順を図-1 に示す。試料は、回転式破砕混合装置（ツイスター）の実験機（図-2 参照）を用いて母材に各添加材を内割り添加率（乾燥質量比）5、12.5、20%で添加、破砕混合して製造し、各種の試験を実施した。回転式破砕混合装置による混合・回転式破砕混合装置(φ1000) ﾁｪｰﾝ回転数：1050rpm ﾁｪｰﾝ本数：4本×3段=12本・添加材：ﾎﾞﾙｸﾚｲ原鉱石ﾚｯﾄﾞﾋﾙ原鉱石ｸﾆｹﾞﾙV1(添加率12.5%のみ) ・添加材添加率：5%,12.5%,20%. 土の物理試験・土粒子の密度試験・土の含水比試験・土の粒度試験・土の液性限界・塑性限界試験. 土の締固め試験. 土のコーン指数試験２・締固めた土のコーン指数試験. ・A-b法・最大粒径19mm 土のコーン指数試験１・突固め25回/3層・7含水比. 土の化学試験・メチレンブルー吸着量試験. 土の透水試験・土の透水試験土の透気試験・土の透気試験. 型式. TM-1000実験機. 全高(mm). 3420. 質量(t). 4.5. 破砕室直径(mm). 992. 処理能力(m3/h). 25. ﾁｪｰﾝ本数. 最大8本×5段. 回転数(rpm). 0～1200. 土のせん断試験・土の圧密非排水三軸圧縮試験. 図-1. 試験手順. 図-2. 回転式破砕混合装置（ツイスター）. （3）試験方法土の透水試験、透気試験、コーン指数試験２およびせん断試験は施工性を考慮して、最適含水比（透気試験を除く）、締固め度 95%で作製した供試体を用いて実施した。キーワード:ラドンバリア材，ベントナイト原鉱石，透水係数，透気係数，回転式破砕混合装置連絡先：〒243-0303 神奈川県愛甲郡愛川町中津 4036-1 日本国土開発㈱ TEL:046-285-3339 FAX:046-286-1642 -637-.

(2) 3-319. 土木学会第60回年次学術講演会（平成17年9月） 1.0E-08. ３．試験結果および考察透水試験の結果（図-3）、ラドンバリア材として設定した性能値透水係数 1×10. m/s を満足する添加率はボルクレイ. 原鉱石で 7%、レッドヒル原鉱石で 16%であった。後者は前者. 透水係数k (m/s). （1）透水試験－ 10. ﾎﾞﾙｸﾚｲ原鉱石ﾚｯﾄﾞﾋﾙ原鉱石ｸﾆｹﾞﾙV1. 締固め度95%. 1.0E-09. 透水係数 1×10 -10m/s. 1.0E-10. 1.0E-11. の２倍の添加量が必要であり、ラドンバリア材としての厳し. 0. いスペックの場合には不経済であることが分かった。. 図-3. （2）透気試験. 7.0. 5. 16.0 10 15 ベントナイト添加率(%). 透気係数 ka (m/s). 以下の値となった。このことは、施工後のラドンバリア材の飽和度低下がラドンの散逸抑制に影響を与えることが考えられる。なお、今回の試験では窒素ガスを用いた試験である. 1.0E-08 1.0E-09. 透気係数 1×10 -9m/s. 1.0E-10 1.0E-11. 締固め度95%. 1.0E-12. ため、今後ラドンガスを用いて確認する必要がある。. 60. 70. 80 飽和度(%). （3）コーン指数試験 1.0E-07. コーン指数試験の結果（図-5）、全試料は締固め度 95%の透気係数 ka (m/s). ーン指数（1200kN/m２）を満足しており、十分なトラフィカビリティを有している。. （4）せん断試験. 1.0E-08 1.0E-09. 透気係数 1×10 -9m/s. 1.0E-10 1.0E-11 1.0E-12 60. 抵抗角および粘着力が減少し、せん断強さは減少する傾向に. くなり、斜面安定に対して不利になると考えられる。. 3500. ４．おわりに. 3000. コスト、品質および信頼性から、ボルクレイ原鉱石を用いる. 30. ある。. 添加率5% 添加率12.5% 添加率20%. 2500 qc=2186kN/m2. 2000. qc=1661kN/m2. 1500. qc=1200kN/m2. qc=1441kN/m2 Dc95%= 3 1.656g/cm. Dc95%= 3 1.601g/cm. 500 1.5. 1.6. 1.7. Dc95%= 3 1.749g/cm. 1.8. 1.9. 2.0. 乾燥密度ρd(g/cm3 ). 10. 3500 qc=3110kN/m2. 0 5. 10 15 ベントナイト添加率(%). 20. ボルクレイ原鉱石レッドヒル原鉱石クニゲルV1. 全応力. 100. 3000. 25. 150. 50. qc=2381kN/m2. 2500. qc=2103kN/m2. レッドヒル原鉱石. 2000. 添加率5% 添加率12.5% 添加率20%. 1500. qc=1200kN/m2. 1000. 0 0. 5. 10. 15. 20. 25. ベントナイト添加率(%). 図-6. 100. 飽和度と透気係数の関係. 20. 0. 粘着力ccu (kN/m 2 ). 等の検討が必要で. ボルクレイ原鉱石レッドヒル原鉱石クニゲルV1. 全応力. 礫材料を配合する. 90. 1000. 40. コーン指数qc(kN/m2). せん断抵抗角φ cu (°). ほうが有効であると評価した。ただし、せん断抵抗性に弱点. コーン指数qc(kN/m2). ペックを満足することが可能であることが分かった。さらに、. 土の安定のために、. 80 飽和度(%). ボルクレイ原鉱石. 本試験の結果、２種類の添加材は両者共に透水係数等のス. れる。長期的な覆. 70. 図-4. ある。したがって、添加材が増加するとせん断強さが小さ. 難であると考えら. 100. 締固め度95%. せん断試験の結果（図-6）、添加材の増加に伴い、せん断. 法面への適用は困. 90 添加率5% 添加率12.5% 添加率20%. レッドヒル原鉱石. 密度に対して建設機械（ダンプトラック）の走行に必要なコ. があり、急勾配の. 添加率5% 添加率12.5% 添加率20%. ボルクレイ原鉱石. 小さくなり、飽和度 90%以上の試料で透気係数 1×10－9m/s. 25. ベントナイト添加率と透水係数の関係. 1.0E-07. 透気試験の結果（図-4）、透気係数は飽和度の上昇に伴い. 20. Dc95%= 3 1.517g/cm. 500 1.4. 1.5. Dc95%= 3 1.615g/cm. 1.6. Dc95%= 3 1.722g/cm. 1.7. 1.8. 乾燥密度ρd(g/cm3). ベントナイト添加率と強度定数の関係 -638-. 図-5. 乾燥密度とコーン指数の関係. 1.9.

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