JP4587054B2 - 難透水性土質材料の試験方法 - Google Patents

Description

本発明は、吸水膨張性を有する粘土材料を含む透水性の非常に小さい難透水性土質材料の試験方法に関し、特に難透水性土質材料についての透水・透気特性の確認を簡素迅速にできる難透水性土質材料の試験方法に関する。

地盤中に産業廃棄物あるいは放射性廃棄物を埋設処分する際には、非常に小さい透水係数の土質材料から成る廃棄物充填材によって止水すると効果的であり、ベントナイト系材料と骨材等を混練して高密度に転圧したものあるいはベントナイト単体を高密度に転圧したものを使った難透水性土質材料で、透水係数が１Ｅ−８ｍ／s以下の土質材料が採用されている。

難透水性土質材料の代表的なものはベントナイトがある。ベントナイトは、乾燥密度１５００〜２０００ｋｇ／ｍ3にすると透水係数は１Ｅ−１０ｍ／s〜１Ｅ−１４ｍ／sになって不飽和状態であっても同様の不透水性を有している。

このような極端に小さい透水係数は、ベントナイト中のスメクナイト粘土粒子が吸水膨張することによって発生する間隙径の極小化作用を要因にしている。即ち、ベントナイトは、完全に乾燥した状態ではスメクタイト粘土粒子の吸水膨張作用が働かないので、注水直後では透水係数は比較的大きい。しかるに、スメクタイト粘土粒子は数秒あるいは数分程度で吸水膨張を開始することから、透水係数が比較的大きい期間は非常に短いもので、その後は、ベントナイトの難透水性が確保されるからである。

しかして、現場で転圧する難透水性土質材料は、転圧エネルギーの最も少ない最適含水比が存在しているが、その含水比は完全乾燥でもないし、完全飽和状態の含水比でもない。
このために、ベントナイトを主剤とする難透水性土質材料では、含水比１０％程度から２５％程度の範囲に調整してから転圧あるいはプレス成形することが一般的であって、プレス装置で圧縮成形するために適度な水分量に調整してから作成しているが、このような含水比に調整した難透水性土質材料は、吸水膨張を程良く発揮したスメクタイト粘土を含んでいるために、高密度に転圧もしくはプレス成形した場合は、程良い粘性を呈するためにその施工性が良いからである。

このような材料では、大部分のスメクタイト粘土粒子が吸水膨張を発揮しており、土粒子の間隙に水と空気がまばらに存在している状態であるために、このままでは飽和過程において一定圧力で注水しても水はなかなか浸透しないものである。
しかしながら、上記難透水性土質材料は、水で飽和していない状態では正しい透水係数を示さないのに対し、廃棄物充填材を構成しているベントナイト高密度固化状体は、施工後において長時間を経た後には水で飽和した状態になるので、長期に亘っての遮水性能や放射性核種遅延性能等のバリア機能は飽和状態で規定する必要があり、施工後の短時間の間に確認することが求められている。

しかるに、難透水性土質材料は、地下に埋設する廃棄物の周囲に設置するものなので、水で飽和した状態における透水係数、拡散係数、力学特性等の各種特性を測定する必要があるが、難透水性土質材料の透水係数は、１Ｅ−８ｍ／ｓ〜１Ｅ−１４ｍ／ｓと非常に難透水性を要するために、試験供試体を水で飽和させるためには、供試体に高圧水を注入して徐々に水を浸潤させながら飽和状態にする必要があり、１ヶ月以上の長期間を要するのが実情であった。

即ち、乾燥密度１６００ｋｇ／ｍ3のベントナイト材料であって透水係数が１Ｅ−１３ｍ／s、供試体の寸法を５０ｍｍφ×５０ｍｍＨと仮定すると、間隙率は約３０％であるから３０ｍｌであり、施工に適する含水比にして転圧する場合には、その飽和度が８０％前後になるので、供試体中に残存する空気の体積は６ｍｌ前後になっており、供試体に１０ａｔｍの圧力で水を浸透させたとすると、供試体を飽和させるために必要な浸入水量は、下記のように計算される。

従って、高さ５０ｍｍの供試体が飽和するまでには、下記のように１７３日を要することになっていた。

・Ｑ=ｋ・ｉ・Ａ
＝１Ｅ−１３×１００／０．０５×０．００２×３６００×２４×１００００００＝０．０３４６ｍｌ／日
・Ｔ=６ｍｌ÷０．０３４６ｍｌ／日=１７３日

このために、施設の設計に反映させる場合には、事前の試験スケジュールに余裕をもたせることで材料特性を取得出来るように対応できているが、これらの部材を現場施工する場合においては、実際に品質、管理するのに短時間で施工材料の品質試験データを取得する必要があるために、迅速に対処できる透水性試験が求められている。

又、難透水性土質材料の同じような試験として透気試験もあるが、この試験も、水で飽和した難透水性土質材料を用いてそのガス透気に関する特性を把握するための試験であることから、透水試験と同様に供試体の飽和に至る時間を短時間に削減できることが効果的である。

以上のように、透水・透気試験や力学試験を実施する際の供試体としては、難透水性土質材料に高圧水を注入しながら徐々に浸潤させて飽和状態にすることが必要であるが、空気が含有される場合には、目標値の遮水性能や放射性核種遅延性能等のバリア機能を長期に亘って維持できる特性を追求することが困難であり、各種特性を迅速に測定できる試験方法の確立が嘱望されていた。

一般的な透水、透気装置としては、下記のように透水性舗装の試験に用いるものが紹介されているが、対象にする供試体が舗装道路であるから、透水特性のレベルが全く異なっており、本発明の従来例としては考慮する余地のないものであった。

特開９０２−６４５８８号公報（第３頁、識別符号「００６」〜第４頁、識別符号「００９」末行、図１、２）

しかして、本発明者等は、既に地盤中に産業廃棄物あるいは放射性廃棄物を埋設処分する際に採用できる低透水係数の土質材料から成る廃棄物充填材とその製造装置等に関する提案（特願９０２−６３８３８号）や、ここで製造されるベントナイト高密度固化状体についての透水、透気試験方法に関する提案（特願９０３−２５９５２号）を行ってきたところであるが、現場施工等における実際の品質管理のためには、施工材料の品質試験データをさらに短時間で高精度に取得する必要があることから、迅速かつ高精度に対処できる透水性試験方法が求められている。

本発明は、以上の状況に鑑みて提案するものであり、難透水性土質材料に対して実施する拡散特性、透水特性、透気特性及び力学特性等の各特性試験に用いる難透水性土質材料の供試体を、内部に含有される空気を除去しながら高圧水を浸透させることで水分飽和の過程を短時間で確実に完了させて、空気の含有が無い水分飽和の状態で各種特性試験を迅速に実施することができる難透水性土質材料の試験方法を提供している。

請求項１に記載の発明である難透水性土質材料の試験方法は、試験用容器に装填した難透水性土質材の供試体を試験装置に設置する第１工程、供試体中の水分を蒸発除去する第２工程、第２工程の後に真空引きによって供試体中の空気層を減縮させる第３工程、注入管から高圧水を注入して供試体中に水を浸透させる第４工程、該試験装置に適宜の計測器具を連結した後に所定の特性試験を行う第５工程から構成している。

これによって、本発明による試験方法は、難透水性土質材の供試体中の水分を蒸発除去し、次いで、縮減させた供試体中の空気層に高圧水を注入して供試体中に水を浸透させることで供試体を水分飽和させており、供試体の水分飽和を迅速かつ高密度に完了して、以降における特性試験の円滑な実施を可能にしている。

請求項２に記載の発明である難透水性土質材料の試験方法は、請求項１に記載の試験方法において、第２工程が、試験装置を高温乾燥炉に移動させて高温加熱しながら供試体中の水分を蒸発除去することを特徴としており、上記機能に加えて、高温加熱しながら供試体中の水分を蒸発除去することで、供試体の水分飽和をさらに迅速かつ高密度にしている。

請求項３に記載の発明である難透水性土質材料の試験方法は、請求項１に記載の試験方法において、第２工程が、試験装置を真空引きすることで供試体中の水分を真空蒸発することを特徴としており、上記機能に加えて、真空引きして空気を除去するとともに、供試体中の水分を真空蒸発によって除去することで、供試体の水分飽和をさらに迅速かつ高密度にしている。

請求項４に記載の発明である難透水性土質材料の試験方法は、請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の試験方法において、第３工程が、試験装置に注入管から水溶性ガスを注入して、その後に真空引きすることで希薄微量の水溶性ガスのみを残存させることを特徴としており、上記機能に加えて、縮減させた空気層に水溶性ガスを充填して難透水性土質材の供試体に水溶性ガスのみを希薄微量に残存させて供試体の水分飽和をさらに迅速かつ高密度にしている。

請求項５に記載の発明である難透水性土質材料の試験方法は、請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の試験方法において、第３工程の後に、水溶性ガスを充填し、その後に真空引きして供試体中から空気を除去して希薄微量の水溶性ガスのみを残存させる工程をさらに含むことを特徴としており、上記機能に加えて、難透水性土質材の供試体に水溶性ガスのみを希薄微量に残存させて供試体の水分飽和をさらに迅速かつ高密度にしている。

請求項１に記載の難透水性土質材料の試験方法は、試験用容器に装填した難透水性土質材の供試体を試験装置に設置する第１工程、供試体中の水分を蒸発除去する第２工程、第２工程の後に真空引きによって供試体中の空気層を減縮させる第３工程、注入管から高圧水を注入して供試体中に水を浸透させる第４工程、該試験装置に適宜の計測器具を連結した後に所定の特性試験を行う第５工程から構成しているので、難透水性土質材の供試体中の水分を蒸発除去し、次いで、縮減させた供試体中の空気層に高圧水を注入して供試体中に水を浸透させることで供試体を水分飽和させており、供試体の水分飽和を迅速かつ高密度に完了して、以降における特性試験の円滑な実施を可能にできる効果を奏している。

請求項２に記載の発明である難透水性土質材料の試験方法は、請求項１に記載の試験方法において、第２工程が、試験装置を高温乾燥炉に移動させて高温加熱しながら供試体中の水分を蒸発除去することを特徴としているので、上記効果に加えて、供試体の水分飽和をさらに迅速かつ高密度にできる効果を奏している。

請求項３に記載の難透水性土質材料の試験方法は、請求項１に記載の試験方法において、第２工程が、試験装置を真空引きすることで供試体中の水分を真空蒸発することを特徴としているので、上記効果に加えて、供試体の水分飽和をさらに迅速かつ高密度にできる効果を奏している。

請求項４に記載の難透水性土質材料の試験方法は、請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の試験方法において、第３工程が、試験装置に注入管から水溶性ガスを注入して、その後に真空引きすることで希薄微量の水溶性ガスのみを残存させることを特徴としているので、上記効果に加えて、縮減させた空気層に水溶性ガスを充填して難透水性土質材の供試体に水溶性ガスのみを希薄微量に残存させて供試体の水分飽和をさらに迅速かつ高密度にできる効果を奏している。

請求項５に記載の難透水性土質材料の試験方法は、請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の試験方法において、第３工程の後に、水溶性ガスを充填し、その後に真空引きして供試体中から空気を除去して希薄微量の水溶性ガスのみを残存させる工程をさらに含むことを特徴としているので、上記効果に加えて、難透水性土質材の供試体に水溶性ガスのみを希薄微量に残存させて供試体の水分飽和をさらに迅速かつ高密度にできる効果を奏している。

本発明による難透水性土質材料の試験方法は、試験用容器に装填した難透水性土質材の供試体を試験装置に設置する第１工程、供試体中の水分を蒸発除去する第２工程、第２工程の後に真空引きによって供試体中の空気層を減縮させる第３工程、注入管から高圧水を注入して供試体中に水を浸透させる第４工程、該試験装置に適宜の計測器具を連結した後に所定の特性試験を行う第５工程から構成することを特徴としている。
以下に、本発明による難透水性土質材料の試験方法に関する実施の形態を図面に基づいて詳細に説明するが、本実施の形態では、難透水性土質材料に対して実施する拡散特性、透水特性、透気特性及び力学特性等の各特性試験の内、透水特性試験に用いる難透水性土質材料の供試体を対象にしている。

図１は、透水試験用の供試体を乾燥する工程を示しており、難透水性土質材の供試体を透水試験用容器に充填する工程（ａ）と供試体を乾燥する工程（ｂ）を示している。
図において、１は、透水試験用容器２に充填されている難透水性土質材料の供試体であって、市販のベントナイトのようなスメクタイトを含む材料と骨材等とを混合したものあるいは粘土等の透水係数の小さい難透水性土質材と内部に含侵されている水及び空気からできている。

しかして、難透水性土質材料は、粘土粒子の間隙に水が多く存在している領域において、吸水膨潤した粘土粒子が膨張して間隙を小さくして水を通り難くしており、水が十分に分布していない間隙領域では、粘土粒子は乾燥したままなので、空気はよく透過するが水は空気相に邪魔されて通り難くなっている。さらに、間隙水の中には空気の気泡が残留しているが、水は通過しても気泡はなかなか排除されないのが実態である。

又、本実施の形態では、施工現場等で採取された乾燥でも飽和でもない状態にある不飽和状態の供試体がばらばらにならないように、採取したら即時に透水試験用容器２に装填して供試体の破壊を防止している。しかるに、供試体の状況が良好であるならば透水試験用容器２に装填しなくても供試体は破壊しないので、透水試験用容器２に必ずしも充填される必要は無いものであって、供試体１のみを乾燥させる取扱も可能である。

尚、土質材料は、転圧あるいはプレス成型し易い含水比に調整して施工するのが一般的であることから、施工後の飽和度は７０〜９０％程度を呈しているので、供試体１は不飽和状態にあるものである。

供試体を乾燥する図１（ｂ）の工程では、透水試験用容器２を乾燥炉３に入れて、例えば、１１０℃の乾燥炉に２４時間定置することによって完全乾燥させるものであり、供試体の水分を全て水蒸気にして放出することで、供試体１の間隙中に残留している水分をゼロにすると共に供試体中の空気層を減少させて、供試体１をすかすか状態にしている。
図２〜４は、難透水性土質材料の試験方法における前処理工程を示す実施の形態である。

図２は、乾燥させた供試体を充填している透水試験用容器をそのまま試験装置に設置する工程を示している。
試験装置４は、透水試験用容器を設置できる上下蓋板、水の注入系装置、排出系装置及び計測器具から構成されており、透水試験用容器２を試験装置４の上下蓋板５、５’の間に装着している。試験装置４の上下蓋板５、５’のそれぞれには、後述するように中空パイプ６、６と開閉バルブ７、７及び７’、７’を介して図示されていない真空ポンプが接続されており、中空パイプ６の各中間部には、予め脱気した水を保管している貯水タンク８が開閉バルブ９、１０を介して、貯水タンク１１が開閉バルブ９’、１０’を介して閉鎖状態で連結されている。

図３は、試験装置における開閉バルブの切り換えによって、供試体中に水溶性ガスを導くことで空気を大気中に押し出す工程を示している。
図３（ａ）の供試体中に水溶性ガスを導く工程においては、中空パイプ６、６は、開閉バルブの７、７’を切り換えずに開放された状態にある。そして、脱気した水を保管している貯水タンク８の開閉バルブ９、１０と排出側の貯水タンク１１の開閉バルブ９’、１０’を閉鎖にして置くことで、貯水タンク８、１１を切り離している。

この状態において、供試体１中に残留している微量の空気は、一方の中空パイプ６から供試体１に水溶性ガスを注入することで大気中に押し出されている。しかるに、水溶性ガスを供試体１に注入する以前において、供試体１に残存している空気を両方の中空パイプ６、６から排除することは、供試体１に対する水溶性ガスの注入を容易にすると同時に供試体１の空気層に充分に浸透させるものである。

次いでの図３（ｂ）では、両方の中空パイプ６、６に真空ポンプを接続して、供試体１に満たされている水溶性ガスを真空抜きするものであり、供試体１の内部は、真空に近い希薄状態の微量の水溶性ガスのみが、含まれる状態に至る。しかして、供試体１からの水溶性ガスの真空抜きは、いずれか一方の中空パイプ６からであっても、両方の中空パイプ６、６からであったとしても可能である。

次工程を示している図４では、試験装置における開閉バルブの切り換えによって供試体１内に脱気水を導く概要を示している。
本工程では、真空ポンプが接続されている注入側の中空パイプ６は、開閉バルブの７’の切り換えによって閉鎖されると共に、脱気した水を保管している貯水タンク８の開閉バルブ９、１０と排出側の貯水タンク１１の開閉バルブ９’、１０’及び排出側の中空パイプ６の開閉バルブ７を開放状態に切り換えて置くことで、貯水タンク８、１１と供試体１とが通水状態を形成している。

次いで、貯水タンク８、１１に圧入される注水圧制御用ガスは、脱気した圧力水を供試体１の内部に瞬間的に浸透させるが、水の注入系装置及び排出系装置の中空パイプ６、６内は、上記の工程によって供試体構成粒子の吸水膨潤状態を一時的に解除され、かつ、粒子間の間隙は真空状態に形成されているので、貯水タンク８、１１に貯留されている脱気された水は、供試体１の上下端面から供試体１の内部に向けて難なく浸透するものであり、供試体１における飽和状態を容易かつ確実に形成している。

尚、上記の供試体１に対する脱気した圧力水の注入は、必ずしも、本実施の形態のように貯水タンク８、１１から圧入される必要は無く、貯水タンク８、１１のいずれか一方側からの注入であってもよいものである。

図５は、上記の各工程において変化する供試体の変転状態を顕微鏡的模擬図として示したものである。
図５（ａ）は、施工現場で採取された状態の供試体を示している。
供試体は、その含水比が、転圧あるいはプレス成型し易い条件に調整されており、施工直後の飽和度は７０〜９０％を呈している。即ち、粘土粒子１２は、吸水膨張している粒子と乾燥状態の粘土粒子とが混然とした状態にあり、残る領域は、水１３及び空気１４から構成されている。

そして、供試体１は、難透水性土質材料中の粘土粒子の間隙に水が多く存在している領域では、吸水膨潤した粘土粒子１２が膨張して間隙を小さくして水を通り難くしており、水が十分に分布していない間隙領域では、粘土粒子１２は乾燥したままなので、空気１４はよく透過するが、水は空気相に邪魔されて通り難くなっている。

図５（ｂ）は、乾燥された後の供試体に形成される変転状態を示している。
供試体１は、難透水性土質材料中の粘土粒子１２の間隙に含有していた水分１３と粘土粒子１２を膨潤させていた水分とを蒸発させて殆どを外部に除去しているので、難透水性土質材料中には、収縮した状態の粘土粒子１２と空気層１４から構成されている。

図５（ｃ）は、透水試験用容器２中の供試体１が、水溶性ガスである炭酸ガス４の供給と真空引きとによって空気１４と希薄微量の炭酸ガス１５との置換が図られている状態図であり、この段階での供試体１は、粒子１２と希薄微量の炭酸ガス１５から構成されている。

図５（ｄ）は、透水試験用容器２中の供試体１に脱気した水を瞬間的に注入させた際の供試体の飽和状態であり、暫時に最終段階に移行する供試体１の飽和状態である。

ベントナイト等の土質材料が吸水膨潤作用で透水性を著しく微小にするのは瞬間的でないことから、０．１〜１．０ＭＰａ程度の高圧で瞬間的に注入された脱気した水は、注水した水を供試体の全体に万遍なく拡散する。従って、供試体１は、粘土粒子１２、所定の含水比にある水１３及び微量化した炭酸ガス１５から構成されることになる。

そして、供試体の微小領域では、水が浸透できずに水分のない間隙が図示のように発生する。しかるに、高圧注水が瞬間状態から継続されることで、炭酸ガス１５は水中に溶解して行くことになるものであることから、供試体における全ての間隙は、最終的に水で満たされることになる。

以上の経緯は、一般的に中途半端な含水状態にある難透水性土質材料は、水で満たされた間隙領域の中に空気相が残留しているためにこれが水と置き換われない状態にあることから、従来方式のように圧力水を注水しても供試体として飽和させることが困難であった問題点を、この試験方法は解決できたことを明らかにしている。

即ち、最初に、中途半端な含水状態にある難透水性土質材料を高温乾燥もしくは常温真空乾燥することによって水を全く無い状態に形成し、供試体構成粒子の吸水膨潤状態を一時的に解除させ、しかる後に炭酸ガスを注入することによって空気相を排除し、次いで真空引きすることで難透水性土質材料の間隙中には空気が全くない希薄炭酸ガス状態を形成して、供試体中に水が浸透しない条件を取り除いており、供試体１には、空気の残存する可能性が極めて少なく、仮に残存したとしても、このような超微量である空気１４は、供試体１中に流れる浸透水の動向を妨げるような量とはなり得ないからである。

従って、空気層のない難透水性土質材料に圧力水を高圧で注水すると、水は、瞬間的に供試体中に万遍なく行き渡って、粘土粒子の間隙中には水と水蒸気及び微量の炭酸ガスのみが存在することになり、炭酸ガスは、水溶性なので暫時間隙中の水に溶解して体積ゼロになると共に、水蒸気も圧力水に触れる段階で液化して水になることから同様の経過を経るので、この試験方法は、間隙を水で飽和させた難透水性土質材料から成る所望の供試体を作ることができる訳である。

以上の難透水性土質材料の試験方法は、難透水性土質材の供試体を高温加熱して供試体中の水分を蒸発除去し、次いで設置した試験装置において真空引きすることで供試体中から空気層を縮減させ、しかる後に、高圧水を注入することで供試体中に水を浸透させて供試体を水分飽和させており、供試体の水分飽和を迅速かつ高密度に完了させて、以降における特性試験の円滑な実施を可能にしている。

以下に、本発明による難透水性土質材料の試験方法に関する実施の形態を図面に基づいて詳細に説明するが、上述した試験方法と同様の部分については、理解を容易にするために同一の符号で表現しており、重複する説明についてはこれを省略している。

図６は、透水試験用の供試体を乾燥する工程を示しており、透水試験用容器に装填した供試体を試験装置に設置する工程（ａ）と試験装置に設置した状態の供試体を乾燥する工程（ｂ）を示している。

上記の試験方法では、供試体１を充填した透水試験用容器２の状態で高温乾燥させていたが、本実施の形態では、供試体１を充填した透水試験用容器２の試験装置４に予め設置している。

供試体を乾燥する図６（ｂ）の工程では、供試体１を充填した透水試験用容器２を予め設置している試験装置４を乾燥炉３に入れており、例えば、１１０℃の乾燥炉に２４時間以上定置することによって完全乾燥させている。これによって、供試体中に含有されていた水分は全てを放出することで、供試体１の間隙中に残留している水分はゼロになって供試体１はすかすか状態に成っている。
尚、供試体中に含有されている水分を放出させる手段としては、上記のように乾燥炉によって完全乾燥させる他に、試験装置４を真空引きすることで供試体中の水分を真空蒸発させて除去することも可能である。

しかして、本実施の形態で乾燥される供試体１は、内部の間隙に若干の水蒸気と微量な水溶性ガスを残存させることですかすか状態に成っているが、充填されている透水試験用容器２を予め試験装置４に設置していることで、乾燥炉３から取り出して次工程の試験段階のために移動させても供試体が崩壊して分散することがない。
又、乾燥炉から取り出す直前に中空パイプ６を閉じるようにすると、供試体には、水蒸気のみが満たされて空気は希薄な状態にすることが出来る。

供試体１に対する次いでの処理工程は、上記の試験方法の場合と同様であり、併せて、各工程において変化する供試体の変転状態も同じく推移しているので、その処理工程についてはその説明を省略する。

本発明による難透水性土質材料を用いて行う拡散特性、透水特性、透気特性及び力学特性等の各試験方法における以降の各工程は、発明者らが既に提案しているものと同様であるが、上記のように前処理された難透水性土質材料の供試体を用いて行われる試験方法について以下に説明する。

図７は、本発明の難透水性土質材料の試験方法における試験工程において超微量の透水量を正確に測定するための実施の形態を示す概要図である。
本発明による難透水性土質材料の試験方法は、乾燥した供試体を充填している透水試験用容器をそのまま試験装置に装着しているので、供試体の飽和に至る工程においても供試体と透水試験用容器との間に空気が浸入することは排除できるものであり、試験精度の向上に貢献している。

従って、図７に示す実施の形態では、試験装置４における透水試験に用いる容器として供試体１を作成する際に用いた透水試験用容器２をそのまま採用しており、透水試験用容器２を試験装置４の上下蓋板５、５’の間に装着している。

試験装置４の上下蓋板５、５’のそれぞれには、中空パイプ６、６と開閉バルブ７、７及び７’、７’を介して図示されていない真空ポンプが接続されており、中空パイプ６、６の各中間部には、予め脱気した水を保管している貯水タンク８の開閉バルブ９、１０と貯水タンク１１の開閉バルブ９’、１０’を介して連結されている。

以上のように、本発明による難透水性土質材料の試験方法では、飽和過程に必要な時間を従来のように長時間を要することなく殆どゼロにして、直ちに透水試験を開始出来るように構成することが出来るものである。

本実施の形態における測定の実施は、図７のように、貯水タンク８に一定の注水圧制御用ガスを圧入することで貯水タンク８の脱気水を供試体１に注入し、供試体１から排水してくる脱気水を排出側貯水タンク１１で受けた後に、貯水タンク１１の出口側に連結されている内径２ｍｍ程度の微小内径の透明なチューブ１６から押し出されてくる排出水について、その排出水が示すメニスカスの移動速度を計測することで行われている。

試験において計測される透水量は、前述した試算例のように０．０３４６ｍｌ／日程度、もしくは、このさらに１／１０程度の流量速度であることから、超微量計測についても考慮しなくてはならないが、本実施の形態のように内径２ｍｍのチューブを採用しても、メニスカスの移動量が１０ｍｍ／日に相当する透水量は、０．１×０．１×３．１４×１＝０．０３ｍｌ／日となるものであるから、十分な分解能を発揮できるものである。

又、難透水性土質材料の試験は、排出水のメニスカスの移動速度から透水速度(ｍｌ／ｓ)を測定することで透水係数を測定するものであるが、上述の測定に用いる微小内径チューブ１６は、排出側貯水タンク１１の出口側でなく、中空パイプ６の開閉バルブ７もしくは試験装置４の上部蓋５に直結することも可能である。

さらに、計測を微小内径チューブ１６の先に図示していない貯水袋を連結して置き、市販されている分解能０．００１ｇを有する重量計を用いることで、貯水袋に貯まった微量水の重量増加を毎日１回測定することでも透水速度(ｍｌ／ｓ)の測定は可能である。

図８のグラフは、横軸に時間（秒）、縦軸に累計透水量（ｍｌ）を配したものであり、本発明に従って構成する、注水圧０．４ＭＰａの条件で５０ｍｍФ×２０ｍｍＨの供試体について、図７の排水側におけるメニスカス移動量から透水量を測定した値をプロットした実測値である。

図示のように、当初の２日間では透水量の確認ができないものの３日目から充分に観測できる値を明らかにしている。因みに２日目〜７日目の透水量値から算出される透水係数は、４．３Ｅ−１３ｍ／ｓであり、１７日目〜３１日目における長期間の透水係数は、２．０Ｅ−１３ｍ／ｓである。

以上のように、本発明による難透水性土質材料の試験方法は、実施の形態のように構成されているので、難透水性土質材の供試体を高温加熱して供試体中の水分を蒸発除去し、次いで、縮減させた供試体中の空気層に高圧水を注入して供試体中に水を浸透させることで供試体を水分飽和させており、供試体の水分飽和を迅速かつ高密度に完了して、以降における特性試験の円滑な実施を可能にできるものである。

以上、本発明を実施の形態に基づいて詳細に説明してきたが、本発明による難透水性土質材料の試験方法は、上記実施の形態に何ら限定されるものでなく、難透水性土質材料に対して実施する拡散特性、透気特性及び力学特性等の各特性試験にも同様に対処することも出来ることや試験用容器、水の注入系装置、排出系装置及び計測器具等に関して具体的に他の構成にすることは、本発明の上記の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更が可能であるのは当然のことである。

本発明は、産業廃棄物あるいは放射性廃棄物の埋設処分に用いられ、吸水膨張性を有する粘土材料を含む透水性の非常に小さいベントナイト系難透水性土質材料について、拡散特性、透水特性、透気特性及び力学特性等の各特性試験の確認を簡素迅速にできる難透水性土質材料の試験方法として適用できる。

難透水性土質材料の試験方法において、供試体を透水試験用容器に充填して乾燥する工程を示す実施の形態図 本発明の難透水性土質材料の試験方法において、透水試験用容器を水の注入系装置、排出系装置及び計測器具を配置する試験装置に設置する工程図 供試体に水溶性ガスを注入して残存空気を排除し真空抜きすることで希薄微量の水溶性ガスで充満させる工程図 供試体に脱気水を瞬間的に注入して供試体を水飽和状態にする工程図 各工程で変化する供試体の変転状態を示す顕微鏡的模擬図 本発明の難透水性土質材料の試験方法において、供試体の透水試験用容器を試験装置に設置して乾燥する工程を示す実施の形態図 本発明の難透水性土質材料の試験方法で、所定含水比の飽和状態にある供試体を配置する状態を示す概要図 本発明における難透水性土質材料の試験方法によって得た透水量実測データ図

符号の説明

１ 供試体、 ２ 透水試験用容器、 ３ 乾燥炉、 ４ 試験装置、 ５、５’ 上下蓋板、 ６ 中空パイプ、 ７、７’ 開閉バルブ、 ８ 貯水タンク、 ９、９’、１０、１０’ 開閉バルブ、 ９ 透水試験用容器、 １１ 貯水タンク、 １２ 粘土粒子、 １３ 水、 １４ 空気、 １５ 炭酸ガス、 １６ チューブ。

Claims (5)

1. 試験用容器に装填した難透水性土質材の供試体を試験装置に設置する第１工程、供試体中の水分を蒸発除去する第２工程、第２工程の後に真空引きによって供試体中の空気層を減縮させる第３工程、注入管から高圧水を注入して供試体中に水を浸透させる第４工程、該試験装置に適宜の計測器具を連結した後に所定の特性試験を行う第５工程から構成する難透水性土質材料の試験方法。
2. 第２工程が、試験装置を高温乾燥炉に移動させて高温加熱しながら供試体中の水分を蒸発除去することを特徴とする請求項１に記載の難透水性土質材料の試験方法。
3. 第２工程が、試験装置を真空引きすることで供試体中の水分を真空蒸発することを特徴とする請求項１に記載の難透水性土質材料の試験方法。
4. 第３工程が、試験装置に注入管から水溶性ガスを注入して、その後に真空引きすることで希薄微量の水溶性ガスのみを残存させることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の難透水性土質材料の試験方法。
5. 第３工程の後に、水溶性ガスを充填し、その後に真空引きして供試体中から空気を除去して希薄微量の水溶性ガスのみを残存させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の難透水性土質材料の試験方法。

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