１．はじめに

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(1)CS10‑033. 土木学会第57回年次学術講演会（平成14年9月）. ベントナイト原鉱石の締固め特性に関する検討（財）電力中央研究所. 正会員. 東京電力（株）吉澤勇二. ○工藤康二. 田中幸久. （株）ＣＲＳ小松進一. １．はじめにベントナイトは土木・建築の分野において、産業廃棄物処分場から漏れ出す汚染浸出水の遮水材として、またボーリングや場所打ち杭の掘削に伴う側壁保護の泥水材等に広く利用されてきた。これらの利用に際して、ベントナイト材料は粉末などに加工されたものが主として用いられてきたが、近年では各種構造物のコストダウンの要求が高まってきており、ベントナイト系止水材料に対しても難透水性を維持しつつコストを下げる方策が望まれている。このような現状を踏まえて、既往の研究 1）より現場締固めで高密度が得られているベントナイト原鉱石に着目し、その利用法について検討を開始した。本報告では、高い止水性を確保するための高密度ベントナイト材料の作成を目的として、ベントナイト原鉱石を用いて実施した締固め試験について述べる。２．実験概要使用材料の物理・化学的特性. 表１使用材料の物理・化学的性質. を表１にそれぞれ示す。使用した材料は原鉱石はMX‑80（米国ワイオミング州産、アムコール・イ. MX-80原鉱石 8.49%. *1）. 含水比 *2）見かけ密度単位容積質量 *3）. 1.772 g/cm. (g/cm3). 日商岩井ベントナイト（株）販. 膨潤度. 売）とクニゲルV1（山形県産、ク. メチレンブルー吸着量* 5 ） (cmol/kg). いた。また、粉末ベントナイトはボルクレイとクニゲル V1 を用いた。. 27.5. *4）. (mL/2.0 g). て、ベントナイト混合. 7.02% −. −. −. −. 1.0026（ｼﾞｯｷﾝｸﾞ無） 1.715(ｼﾞｯｷﾝｸﾞ有). 19.0. −. (ほぼ全粒径含む). 15.5 (ほぼ全粒径含む). 26.0. 10.8 (大粒径のみ). 92.0. 92.0. 60.0. 72.0. 24.727. 22.542. 15.707. 18.325. *3）「骨材の単位容積質量及び実積率試験法（ JIS A 1104 ）」 *4）「ベントナイト（粉状）の膨潤試験方法（ JBAS-106-77）」 *5）｢PP 法(ピロリン酸ナトリウム法)（KISB-113-83）」 : : : : : :. 粉末粉末粉末粉末粉末粉末. = = = = = =. 100 : 0（No.ア、キ） 85 : 15（No.イ、ク） 70 : 30（No.ウ） 100 : 0（No.エ） 85 : 15（No.オ） 70 : 30（No.カ）. ﾌﾗｰ原鉱石:粉末=85:15（No.ｵ）ﾌﾗｰ原鉱石:粉末:礫=63.75:11.25:25(No.ｹ､ｻ) ﾌﾗｰ原鉱石:粉末:礫=42.5:7.5:50(No.ｺ）. イトの締固め試験を実. 80. 80. １〜２に示す。材料の粒度は原鉱石ベントナイト、粉末ベントナ. 通過質量百分率 (%). 100. 通過質量百分率 (%). 100. る材料の粒度分布を図. 60 40 20 0 0.001. 0.01. イトおよび礫（砕石）の配合率（乾燥重量）. − −. *1）「土の含水比試験方法（ JIS A 1203）」 *2）「土の湿潤密度試験方法（ JIS A 1225 ）」. 材料および礫ベントナ施した。各試験におけ. 砕石 0.80% −. 7.88% 3 1.847 g/cm. 19.0 (大粒径のみ). 比表面積(m2/g). 無調整原鉱石無調整原鉱石無調整原鉱石フラー原鉱石フラー原鉱石フラー原鉱石. これらの材料を用い. 3. クニゲルV１（粉末）. 15.71% −. 1.0026（ｼﾞｯｷﾝｸﾞ無） 1.144(ｼﾞｯｷﾝｸﾞ有). ンターナショナル社採掘・製造、. ニミネ工業（株））の原鉱石を用. ボルクレイ（粉末）クニゲルV1原鉱石. 0.1 1 粒径 (mm). 10. 100. 60 40 20 0 0.001. 図１ベントナイト混合材料の粒度分布. 0.01. 0.1 1 粒径 (mm). 10. 100. 図２礫ベントナイトの粒度分布. や原鉱石ベントナイトの粒度分布及び含水比を変えながら設定した。締固め方法は突固めによる締固め試験（「突固めによる土の締固め試験方法（JIS A 1210）」に準拠）とし、層数および層あたりの突固め回数を変えながら、最大 325Ec まで突固めエネルギー変化させ実施した。. キーワード：ベントナイト原鉱石、止水材料、締固め連絡先：〒 270‑1194 千葉県我孫子市我孫子 1646. TEL 04‑7182‑1181 ‑447‑. FAX 04‑7184‑2941.

(2) CS10‑033. 土木学会第57回年次学術講演会（平成14年9月）. ３．結果と考察図３にベントナイト混合材料のエネルギーを変化させた締固め試験の結果を示す。この図より、原鉱石の種類や材料仕様に係わらず、突固めエネルギーが大きくなるに伴い、有効ﾍﾞﾝﾄﾅｲﾄ密度が大きくなる傾向を示していることが判る。MX‑80においては、粒度分布が良い No. オのﾍﾞﾝﾄﾅｲﾄ混合材料が、36Ec の場合を除いて同一Ecにおける有効ﾍﾞﾝﾄﾅｲﾄ密度が最も大きかった。このような結果を受けて No.オの粒度分布でクニゲル V1 の締固め試験を実施したと. 有効ベントナイト乾燥密度 (Mg/m3 ). 1.8 ｸﾆｹﾞﾙV1. 1.7. 1.6. 1.5 無調整原鉱石:粉末=100:0（含水比20%）(No.ア）無調整原鉱石:粉末=85:15（含水比20%）(No.イ）無調整原鉱石:粉末=70:30（含水比20%）(No.ウ）フラー原鉱石:粉末=100:0（含水比20%）(No.エ）フラー原鉱石:粉末=85:15（含水比20%）(No.オ）フラー原鉱石:粉末=70:30（含水比20%）(No.カ）フラー原鉱石:粉末=85:15（含水比20%）(No.オ）フラー原鉱石:粉末=85:15（含水比10%）(No.ｵ10）. MX‑80 1.4. 1.3. ころ、図中に示すようにクニゲル V1 は、同一 Ec に. 1. 10. 100. 1000. 突固めエネルギー（Ec）. 対して MX‑80 より高い密度を示した。. 図３突固めエネルギーと有効ベントナイト密度の関係. 図４に MX‑80 より高い密度が得られたクニゲル V1 について、既往のデータ 1）と比較したものを示. 核燃料サイクル開発機構：「わが国における高レベル放射性廃棄物地層処分の技術的信頼性‑ 地層処分研究開発第２次取りまとめ ‑（分冊２:地層処分の工学技術）」図4.1.2 ‑ 4 クニゲルV1と OT ‑ 9607 の締固め曲線（動的）に加筆. す。この図より、1Ec ではベントナイト原鉱石（粒. ■ 15Ec クニゲルV1原鉱石 □ 1Ec クニゲルV1原鉱石【フラー原鉱石:粉末=85:15 (粒度分布No.オ)】. 径 20mm 以下）と粉末ベントナイトの混合材料が高有効ベントナイト乾燥密度 (g/cm3 ). い密度を示し、1 ５ Ec ではベントナイト原鉱石を粉砕した粒径 2mm 以下のもの（OT‑9607）が高い密度を示していることが判る。このことは、クニゲル V1 では粉末状態のものよりも原鉱石の方が締固め性が高いことを示しており、MX‑80においても同様のことが期待できると考えられる。図５に礫ベントナイトの突固め実験の結果を示す。この図より礫の混合割合が大きくなるに伴い、同一突固めエネルギーの有効ベントナイト密度は小さくなり、特に、礫の配合率が 50 %の場合（No.コ）では著しく低下している。これは前述のベントナイ. 図４ｸﾆｹﾞﾙ V1 およびその原鉱石の締固め特性. ト混合材料の締固めでは、ランマーによる突固めでﾌﾗｰ原鉱石:粉末=85:15（含水比20% No.ｵ）ﾌﾗｰ原鉱石:粉末:礫=63.75:11.25:25（含水比20% No.ｹ) ﾌﾗｰ原鉱石:粉末:礫=42.5:7.5:50（含水比20% No.ｺ）ﾌﾗｰ原鉱石:粉末:礫=63.75:11.25:25（含水比15% No.ｻ). 粒子が破砕して間隙が埋められるのに対し、礫ベントなるが、突固めエネルギーは礫粒子で吸収され、ベントナイトはあまり締め固まらず、結果として密度が低下したものと考えられる。４．まとめ ①締固めエネルギーと含水比を一定にした場合，MX‑ 80 に比べてクニゲル V1 の方が有効ベントナイト乾燥密度が大きくなる傾向にある。②クニゲルV1では，粉末状態のものよりも原鉱石の方が締固め性が高い。③ MX‑80では，礫を混合すると有効ﾍﾞﾝﾄﾅｲﾄ乾燥密度が低下する。本研究は電力共通研究として実施したものである。. 有効ベントナイト乾燥密度 (g/cm3). ナイトでは突固めにより礫粒子のかみ合わせは強固に 1.8 1.7. MX-80. 礫なし. 1.6 1.5. 礫あり. 1.4 1.3 1.2. 1. 10 100 突固めエネルギー（Ec）. 1000. 図５礫ベントナイトの締固め特性. 【謝辞】本研究を実施するにあたり、大成建設（株）今村聰氏、大谷崇氏、宇野浩樹氏、㈱ＣＲＳの吉田保夫氏、㈱太平組の小林和夫氏には多大なご協力をいただきました。ここに記して感謝の意を表します。【参考文献】1)核燃料サイクル開発機構(1999) 「わが国における高レベル放射性廃棄物地層処分の技術的信頼性 ‑ 地層処分研究開発第２次取りまとめ ‑（分冊２:地層処分の工学技術）」、CD‑ROM、4.1.2.1.3 締固め特性(9/130） ‑448‑.

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