汚染地盤の基礎工に活用する吸水性高分子ゲルの劣化特性と耐薬品性・耐久性の評価手法
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21K04251
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 22030:Geotechnical engineering-related
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
梅崎 健夫 信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (50193933)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
河村 隆 信州大学, 学術研究院工学系, 准教授 (50324231)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | 地盤工学 / 汚染地盤 / 杭基礎 / 吸水性高分子 / 摩擦低減 / 遮水 / 熱劣化 / 長期耐久性 |
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| Outline of Research at the Start |
災害廃棄物処分場における，汚染物質の安定的な遮断・漏出防止，跡地の高度利用のための基礎杭打設方法として，吸水性高分子の活用が期待されている．吸水性高分子は，地下水との接触により吸水ゲル化し，その機能（膨潤性，遮水性，摩擦低減性）を発揮する．
吸水ゲルの①流動性，②透水係数（遮水性），③ゼリー強度（せん断抵抗）に着目して，①～③に対する耐薬品性・耐久性の評価と耐久年数の定量評価を行う．そのために，過度な環境要因により吸水ゲルを強制劣化（プレ劣化）させ，劣化特性を明らかにする．プレ劣化試料に純水や汚染水を考慮した水溶液を加えたプレ劣化供試体（吸水ゲル）に対して，①～③の高温促進試験を実施する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
吸水性高分子摩擦低減剤（FRC）粉末のプレ劣化時間は長く，それを用いた膨潤ゲルの実験条件や実験ケースが多大で長時間となるので，当初の計画を効率良く実施するために，まず，FRC粉末の熱劣化（高温温度T，加熱時間t）による耐久性を検討・評価した．(a)プレ劣化試験：令和3年度までに実施したT=110，200℃の「熱劣化法（時間促進）」に加えて，T=150，220，240℃の高温時間tにおけるプレ劣化粉末を作製した．(1)簡易最大膨潤倍率試験：最大膨潤倍率Ramaxは高温温度T，加熱時間ｔによって変化する．熱劣化には長時間を要し，Ramaxは一度増加した後，初期状態以下まで低下する．(2)色度によるプレ劣化試料の評価：①FRC粉末を高温加熱すると熱劣化が生じて褐色化する．②簡易最大膨潤倍率Ramaxの経時変化は色度b*によって一義的に評価できる．(3)地盤条件を模擬したカラム型の膨潤・透水試験：①Ramaxは，有効拘束圧p’の増加に伴って減少し，同一のp’においては熱劣化時間が長くなるほど小さくなる．しかし，最大膨潤圧（膨潤できない最大有効拘束圧）p’max=560 kPaは，熱劣化の程度によらず同じである．②熱劣化後のFRCの透水係数kは初期状態よりも大きくなる．しかし，熱劣化後においても，FRCは十分な止水性を有する．
さらに，プレ劣化粉末を用いた以下の(4)と(5)の膨潤ゲルの試験を実施した．(4)簡易流動性試験：膨潤倍率Raごとの膨潤ゲルの流動性は，FRC粉末の高温温度T，加熱時間tに依存し，特性の変化には長時間を要する．Raが小さいほど変化しにくい．(5)ゼリー強度試験：膨潤倍率Raごとの膨潤ゲルのゼリー強度Jも，同様にT，tに依存し，特性の変化には長時間を要する．Raが小さいほど変化しにくい．以上の結果より，(b)膨潤ゲルの長期耐久性は極めて高いことが示唆される．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
(a)プレ劣化試験：前年度計画の通り，熱劣化させたFRC粉末に対して，(1)簡易最大膨潤倍率試験，(2)色度によるプレ劣化試料の評価，(3)地盤条件を模擬したカラム型の膨潤・透水試験を実施した．さらに，プレ劣化粉末を用いた(4)簡易流動性試験，(5)ゼリー強度試験を実施した．その結果を踏まえて，当初の計画であるプレ劣化粉末を用いた膨潤ゲルの実験条件や実験ケースを再検討した．
(b)膨潤ゲルの高温促進試験：高温温度T，加熱時間tにおけるプレ劣化試料（FRC粉末）の膨潤ゲルの1つの供試体を高温下（T=50，60，70℃）に静置して，所定の経過時間ごとに供試体を取り出して，簡易流動性を連続的に評価する簡易流動性試験（単一供試体）を開始し，試験方法を確立するとともに一部結果を得ている．次年度に，再検討した試験条件による，(b)プレ劣化粉末を用いた膨潤ゲルの熱劣化（時間促進）に対する，(1)簡易流動性試験（単一供試体），(2)簡易流動性試験（複数供試体），(3)ゼリー強度試験（複数供試体），(4)最大膨潤倍率試験（複数供試体）を実施することとした．
ただし，初期状態における膨潤ゲルの耐薬品性の高さ（純水と地盤内条件におけるアルカリ性・酸性水溶液の試験結果がほぼ同じ）と令和4年度までの研究成果により，熱劣化における膨潤ゲルの耐薬品性も十分に高いと判断されるので，研究期間内においてはその試験は実施しないこととした．
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| Strategy for Future Research Activity |
(a)FRC粉末の熱劣化（時間促進）試験の結果を踏まえて，(b)プレ劣化粉末を用いた膨潤ゲルの熱劣化試験の条件とケースを再検討し，当初の目的である膨潤ゲルの長期耐久性を評価する．ただし，初期状態における膨潤ゲルの耐薬品性の高さとこれまでの研究成果により，熱劣化においても耐薬品性が十分に高いと判断されるので，研究期間内にその試験は実施しない．
(1)簡易流動性試験（単一供試体）：プレ劣化（高温温度T，加熱時間t）の異なる条件において1つの供試体を高温下（T=50，60，70℃）に静置して連続的に測定し，膨潤ゲルの熱劣化特性の概略を効率良く評価する．①膨潤ゲルの膨潤倍率（Ra=20，30，60g/g）と熱劣化（長期耐久性）の関係を明らかにする．②複数のプレ劣化条件の結果より，温度・時間パラメータ解析手法を適用して常温における膨潤ゲルの長期耐久時間を定量評価する．Raが小さいほど熱劣化（長期耐久性）に優れているので，以下の試験は特定の膨潤倍率に限定して行う．
(2)簡易流動性試験（複数供試体）：(1)①の試験結果を踏まえて，特定の膨潤倍率（Ra=30g/g）の供試体を高温下（T=50，60，70℃）に静置し，プレ劣化条件と長期耐久時間の関係を定量評価し，(1)の試験結果と比較・検討して精査する．
(3)ゼリー強度試験（複数供試体）：特定の膨潤倍率（Ra=30g/g）の供試体を高温下（T=50，60，70℃）に静置し，ゼリー強度の長期耐久時間を定量評価する．さらに，同様に常温におけるゼリー強度の長期耐久時間を定量評価する．
(4)最大膨潤倍率試験（複数供試体）：上記と同様の条件において，高温下に静置した膨潤ゲル（供試体）を炉乾燥・粉砕して簡易最大膨潤倍率試験（ティーバッグ試験）を行う．膨潤ゲルの状態で熱劣化した場合の最大膨潤倍率を求めて，粉末の状態で熱劣化した場合の結果と比較・検討する．
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Report
(2 results)
Research Products
(6 results)
