特許 6277515 透水性能評価装置及び透水性能評価方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6277515

(24)【登録日】2018年1月26日

(45)【発行日】2018年2月14日

(54)【発明の名称】透水性能評価装置及び透水性能評価方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 15/08 20060101AFI20180205BHJP

【ＦＩ】

   G01N15/08 C

【請求項の数】8

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-270542(P2013-270542)

(22)【出願日】2013年12月26日

(65)【公開番号】特開2015-125078(P2015-125078A)

(43)【公開日】2015年7月6日

【審査請求日】2016年10月19日

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 公益社団法人土木学会、土木学会 平成２５年度全国大会 第６８回年次学術講演会 講演概要集、第５１−５２頁、平成２５年８月１日 ［刊行物等］ 公益社団法人土木学会、土木学会 平成２５年度全国大会 第６８回年次学術講演会、平成２５年９月４日 ［刊行物等］ 一般財団法人電力中央研究所、電力中央研究所報告 研究報告：Ｎ１３００５、第１−２４頁、平成２５年１１月

(73)【特許権者】

【識別番号】000173809

【氏名又は名称】一般財団法人電力中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100101236

【弁理士】

【氏名又は名称】栗原 浩之

(72)【発明者】

【氏名】渡邊 保貴

(72)【発明者】

【氏名】田中 幸久

【審査官】 東松 修太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−００８５１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１３９３２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１３４１５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２３９６２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 小峯秀雄・緒方信英，ベントナイト緩衝材・埋戻し材の透水特性と簡易評価法の提案，土木学会論文集，日本，２００２年 ６月，No.708/III-59，133-144

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ １５／００− １５／１４

Ｇ０１Ｎ ３３／２４

Ｇ２１Ｆ ９／３６

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被覆対象物を覆う低透水材料の透水性能の評価を行う低透水材料の透水性能評価装置において、
低透水材料の一対の対向面を保持する一対の多孔板部材と、
一方の多孔板部材に接続される給水経路と、
他方の多孔板部材に接続される排水経路と、
給水経路に供給される給水量を計測する流入流量計測手段と、
排水経路から排出される排水量を計測する流出流量計測手段と、
流入流量計測手段で計測される給水量、及び、流出流量計測手段で計測される排水量に基づいて低透水材料の水の飽和状況を判断する飽和判断手段と、
飽和判断手段により低透水材料が水で飽和されていると判断された際に、低透水材料の透水性能を評価する透水性能評価手段とを備え、
飽和判断手段は、
排水経路を開閉する開閉手段と、
給水の圧力を調整する給水圧力調整手段とを有し、
開閉手段で排水経路を閉じて給水圧力調整手段により給水圧を上昇させた状態で、給水ができなくなった時に、低透水材料が水で飽和したことを判断する
ことを特徴とする透水性能評価装置。

【請求項2】

請求項１に記載の透水性能評価装置において、
飽和判断手段は、
給水圧力調整手段により給水圧を複数段階で上昇させ、低透水性材料の水の飽和状況を判断する
ことを特徴とする透水性能評価装置。

【請求項3】

被覆対象物を覆う低透水材料の透水性能の評価を行う低透水性材料の透水性能評価方法において、
前記低透水性材料の一端の入口部から水を圧入し、圧入された水を前記低透水性材料の他端の出口部から排水することで、透水性能の評価を行うに際し、
前記出口部からの排水を停止して前記入口部から水を圧入し、前記入口部から水が流入しない状態となった際に前記低透水性材料の中が水で飽和したと判断し、
飽和状態が判断された後に前記出口部から排水を行って透水性能を評価する
ことを特徴とする低透水性材料の透水性能評価方法。

【請求項4】

請求項３に記載の低透水性材料の透水性能評価方法において、
前記低透水性材料の一端の入口部から水を圧入する際に、複数段階の圧力で水を圧入する
ことを特徴とする低透水性材料の透水性能評価方法。

【請求項5】

請求項３もしくは請求項４に記載の低透水性材料の透水性能評価方法において、
飽和状態が判断された後に前記出口部から排水を行う際に、前記入口部からの水の圧入圧力を高くして透水性能を評価する
ことを特徴とする低透水性材料の透水性能評価方法。

【請求項6】

請求項３から請求項５のいずれか一項に記載の低透水性材料の透水性能評価方法において、
飽和状態が判断された後に、流入流出流量が一定になったことを確認し、前記入口部からの圧入圧力、及び、前記出口部の水の流通抵抗を高くした後に、透水性能を評価する
ことを特徴とする低透水性材料の透水性能評価方法。

【請求項7】

請求項３から請求項６のいずれか一項に記載の低透水性材料の透水性能評価方法において、
評価される前記透水性能は、通水圧力に対する流量の関係に基づいて算出される透水係数である
ことを特徴とする低透水性材料の透水性能評価方法。

【請求項8】

請求項３から請求項７のいずれか一項に記載の低透水性材料の透水性能評価方法において、
前記低透水性材料は、ベントナイトを含む材料である
ことを特徴とする低透水性材料の透水性能評価方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば、放射性廃棄物や産業廃棄物等の処分施設における部材を覆う低透水性材料の透水性能の評価を行う透水性能評価装置に関する。

【0002】

また、本発明は、被遮蔽部材を覆う材料となる低透水性材料の透水性能の評価を行う透水性能評価方法に関する。

【背景技術】

【0003】

例えば、放射性廃棄物を処分する場合、地下水の流れによる核種の移動を抑制するため、低透水性材料を用いた覆土等の施工が検討されている。低透水性材料としては、透水性が極めて低いベントナイト系材料、例えば、ベントナイト、もしくは、ベントナイトと砂を混合した材料の使用が検討されている（例えば、特許文献１）。ベントナイトは吸水膨潤することで隙間を埋める性質があり、締固めることで極めて低い透水性が発揮される材料であるため、地下水の移動が抑制されて、生活環境に及ぼす放射性廃棄物の影響を軽減することができる。

【0004】

地下水の流れによる核種の移動が長期に亘り問題のないレベルであることを保障するため、低透水性材料の透水性能を精度良く評価する必要がある。ベントナイトのように極めて透水性が低い材料は、一般的な土構造物の観点からは、実質上不透水とみなされることが多く、厳密な評価を必要とされることは少ない。

【0005】

しかし、ベントナイト系材料を放射性廃棄物の処分施設において使用する場合、極低量の水の移動であっても正確に把握する必要があり、ベントナイト系材料の透水性を厳密に評価することが望まれている。特に、低透水性材料を飽和させることは難しく、空気が残留すると極少量の水の移動が阻害され、透水性を過小評価する懸念があるため、その観点から透水性能評価装置及び透水性能評価方法の高度化は不可欠である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００３―２５５０８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、極めて透水性が低い材料であっても極少量の水の移動を適切に測定して透水性を評価することができる透水性能評価装置及び透水性能評価方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の透水性能評価装置は、被覆対象物を覆う低透水材料の透水性能の評価を行う低透水材料の透水性能評価装置において、低透水性材料の一対の対向面を保持する一対の多孔板部材と、一方の多孔板部材に接続される給水経路と、他方の多孔板部材に接続される排水経路と、給水経路に供給される給水量を計測する流入流量計測手段と、排水経路から排出される排水量を計測する流出流量計測手段と、流入流量計測手段で計測される給水量、及び、流出流量計測手段で計測される排水量に基づいて低透水材料の水の飽和状況を判断する飽和判断手段と、飽和判断手段により低透水性材料が水で飽和されていると判断された際に、低透水材料の透水性能を評価する透水性能評価手段とを備え、飽和判断手段は、排水経路を開閉する開閉手段と、給水の圧力を調整する給水圧力調整手段とを有し、開閉手段で排水経路を閉じて給水圧力調整手段により給水圧を上昇させた状態で、給水ができなくなった時に、低透水性材料の水が飽和したことを判断することを特徴とする。

【0009】

請求項１に係る本発明では、開閉手段で排水経路を閉じた状態で、低透水材料の一端の給水経路から水を圧入し、給水経路から水が流入しない状態となった際に、飽和判断手段により、低透水材料の中に空気が残留しておらず、低透水材料の中が水で飽和したと判断し、飽和状態が判断された後に排水経路から排水を行って透水性能評価手段により低透水材料（例えば、覆土、底部遮水材料、鉛直遮水壁材料）の透水性能を評価する。

【0010】

従って、低透水性材料の中が水で飽和した後に、低透水性材料の透水性能を評価することができ、低透水性材料の内部に存在する空気が透水を阻害するといった影響を排除して水の通水状態だけを判断することができる。このため、極めて透水性が低い低透水性材料であっても極少量の水の移動を把握して透水性を評価することが可能になる。

【0011】

そして、請求項２に係る本発明の透水性能評価装置は、請求項１に記載の透水性能評価装置において、飽和判断手段は、給水圧力調整手段により給水圧を複数段階で上昇させ、低透水材料の水の飽和状況を判断することを特徴とする。

【0012】

請求項２に係る本発明では、低透水材料の中を水で飽和させる際に、複数段階の給水圧力で水を圧入することで飽和状態を判断し、透水性を評価することができる。

【0013】

また、本発明の透水性能評価装置は、請求項１もしくは請求項２に記載の透水性能評価装置において、飽和判断手段は、排水経路の水の流出圧力の状況を調整して低透水性材料の内部の圧力を調整する背圧調整手段を有し、一旦、飽和状態が判断された際に、給水圧力調整手段により給水圧を上昇させると共に、背圧調整手段により排水経路の水の流出抵抗を上昇させ、低透水性材料の飽和状況を判断することが好ましい。

【0014】

これにより、飽和状態が判断された後、給水圧を高くすると共に排水経路の水の流出抵抗を上昇させ（背圧を高くし）、低透水性材料の内部の圧力を一様に高めた状態で低透水性材料の透水性能を評価する。そのため、一旦、飽和状態が判断された後に水の溶存空気が低透水性材料中に蓄積した場合でも、空気が透水を妨げる影響を排除した状態で飽和状態および透水性を判断することができる。

【0015】

上記目的を達成するための請求項３に係る本発明の透水性能評価方法は、被遮蔽部材を覆う材料の透水性能の評価を行う透水性能評価方法において、前記材料の一端の入口部から水を圧入し、圧入された水を前記材料の他端の出口部から排水することで、透水性能の評価を行うに際し、前記出口部からの排水を停止して前記入口部から水を圧入し、前記入口部から水が流入しない状態となった際に前記覆土材料の中が水で飽和したと判断し、飽和状態が判断された後に前記出口部から排水を行って透水性能を評価することを特徴とする。

【0016】

請求項３に係る本発明では、被遮蔽部材を覆う材料（低透水性材料：例えば、覆土、底部遮水材料、鉛直遮水壁材料）の中が水で飽和した後に、透水状況を判断するので、材料の内部に存在する空気の影響を排除して水の通水状態を判断することができる。このため、極めて透水性が低い材料であっても極少量の水の移動を測定して透水性を評価することが可能になる。

【0017】

そして、請求項４に係る本発明の透水性能評価方法は、請求項３に記載の透水性能評価方法において、前記材料の一端の入口部から水を圧入する際に、複数段階の圧力で水を圧入することを特徴とする。

【0018】

請求項４に係る本発明では、材料の中を水で飽和させる際に、複数段階の圧力で水を圧入して飽和状態を判断し、透水性を評価することができる。

【0019】

また、請求項５に係る本発明の透水性能評価方法は、請求項３もしくは請求項４に記載の透水性能評価方法において、飽和状態が判断された後に前記出口部から排水を行う際に、前記入口部からの水の圧入圧力を高くして透水性能を評価することを特徴とする。

【0020】

請求項５に係る本発明では、飽和状態を判断した後、材料に水を比較的容易に通水させ
ることができる。

【0021】

また、請求項６に係る本発明の透水性能評価方法は、請求項３から請求項５のいずれか一項に記載の透水性能評価方法において、飽和状態が判断された後に、流入流出流量が一定になったことを確認し、前記入口部からの圧入圧力、及び、前記出口部からの排水圧力を同時に高くした後に、透水性能を評価することを特徴とする。

【0022】

請求項６に係る本発明では、飽和状態が判断された後、入口部からの圧入圧力、及び、出口部からの排水圧力を同時に高くした後、透水性能を評価するので、一旦、飽和状態が判断された後に水の溶存空気が材料に侵入し蓄積した場合でも、空気が透水を妨げる影響を排除した状態で飽和状態を判断することができる。

【0023】

また、請求項７に係る本発明の透水性能評価方法は、請求項３から請求項６のいずれか一項に記載の透水性能評価方法において、評価される前記透水性能は、通水圧力に対する流量の関係に基づいて算出される透水係数であることを特徴とする。また、請求項８に係る本発明の透水性能評価方法は、請求項３から請求項７のいずれか一項に記載の透水性能評価方法において、前記材料は、ベントナイトを含む材料であることを特徴とする。

【0024】

請求項７に係る本発明では、通水圧力（動水勾配）と単位時間当たりの通水量である流量（流速）に基づいて算出される透水係数により透水性能を評価することができる。また、請求項８に係る本発明では、ベントナイトを含む低透水性材料の透水性能を精度良く評価することができる。

【発明の効果】

【0025】

本発明の透水性能評価装置は、極めて透水性が低い低透水性材料であっても極少量の水の移動を把握して透水性を評価することが可能である。

【0026】

また、本発明の透水性能評価方法は、極めて透水性が低い材料であっても適切に試験体を飽和させた後に極少量の水の移動を測定して透水性を評価することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本発明の一実施例に係る透水性能評価方法を実施する本発明の一実施例に係る透水性能評価装置の概略構成図である。

【図2】給水圧力調整手段及び背圧調整手段の原理説明図である。

【図3】透水性能評価装置の動作説明図である。

【図4】透水性能評価装置の動作説明図である。

【図5】透水性能評価装置の動作説明図である。

【図6】透水性能評価装置の動作説明図である。

【図7】給水圧、背圧と流量の関係を説明するグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0028】

放射性廃棄物の処分施設では、透水性が極めて低い低透水性材料で施設の部材を覆うことが検討されている。低透水性材料として、ベントナイトと砂を混合した材料を用いることが検討されている。本発明の透水性能評価装置は、透水性が極めて低い、ベントナイトと砂を混合した材料（試験体：低透水性材料）の透水性能を厳密に評価するための評価装置及び評価方法である。

【0029】

ベントナイトと砂を混合した材料の試験体は、所定の大きさの円柱状に形成され、軸方向に水を送った際の圧力や通水量により透水性が評価される。この場合、試験体の中に空気が存在し不飽和状態であると、空気により試験体の内部の水路が阻害されて通水状態が不適正になる虞があり、また、試験体の膨潤状態も時間により異なることが考えられる。このため、本発明の透水性能評価装置及び透水性能評価方法は、試験体の中が水で飽和している状態で透水性能を評価するようにしている。

【0030】

これにより、試験体の内部に存在する空気の影響を排除して水の通水状態だけを判断することができ、極めて透水性が低い低透水性材料の試験体であっても極少量の水の移動を把握して透水性を評価することが可能になる。

【0031】

図１に基づいて透水性能評価装置を説明する。

【0032】

図１には本発明の一実施例に係る透水性能評価装置を概略的に表した断面状況を示してある。

【0033】

透水性能評価装置１は、ステンレス製のセル２、及び、セル２の上部に設置されるステンレス製の排出ベース３を有している。セル２と排出ベース３の間に試験体リング４が備えられ、試験体リング４の内側に円柱状の試験体５（低透水性材料）が保持される。

【0034】

試験体リング４の内側におけるセル２の上面には試験体５の下端面に接触する多孔質金属盤６（多孔板部材）が備えられ、試験体リング４の内側における排出ベース３の下面側には試験体５の上端面に接触する多孔質金属盤７（多孔板部材）が備えられている。

【0035】

セル２に対して排出ベース３が所定の状態に取付けられることで、試験体５が透水性能評価装置１にセットされる。つまり、試験体リング４に試験体５を挿入し、セル２に対して排出ベース３を所定の状態に固定することで、試験体５の上下の端面が多孔質金属盤６、７に面接触し、試験体５が保持されて透水性能評価装置１に試験体５がセットされる。

【0036】

セル２に備えられた多孔質金属盤６には水の供給経路１１（給水経路）が接続されている。供給経路１１から多孔質金属盤６に水が供給されることにより、多孔質金属盤６の盤面に水が均等に広がり、試験体５の下端面に均等な状態で水が供給される。

【0037】

供給経路１１には入口三方弁１２が備えられ、入口三方弁１２の第１入口路１３には供給される水の流量が検出される流入流量検出手段１４（流入流量計測手段）が設けられている。流入流量検出手段１４には、所定圧力の水を供給するための給水圧力調整手段１５が接続されている。入口三方弁１２の第２入口路１６には入口吸引手段１７（吸引ポンプ）が接続され、入口吸引手段１７の駆動により多孔質金属盤６（試験体５）に吸引力が作用して試験体５が脱気される。

【0038】

排出ベース３に備えられた多孔質金属盤７には水の排出経路２１（排水経路）が接続され、多孔質金属盤７に均一な状態で透水された水が排出経路２１に集められて排出される。排出経路２１には開閉弁２２（開閉手段）が備えられ、開閉弁２２の流末側には排出される水の流量が検出される流出流量検出手段２３（流出流量計測手段）が設けられている。

【0039】

流出流量検出手段２３の流末側には出口三方弁２４が設けられ、出口三方弁２４の第１出口路２５から図示しない回収部に排出水が送られる。出口三方弁２４の第２出口路２６には、排出経路２１の水の流出抵抗を上昇させる（背圧を高くする）排水圧力調整手段２７が接続されている。入口側の給水圧力が高められた際に、排水圧力調整手段２７により背圧が高められる。

【0040】

図２に基づいて給水圧力調整手段１５、及び、排水圧力調整手段２７の概念を説明する。

【0041】

供給経路１１に給水圧力調整手段１５が接続され、排出経路２１に排水圧力調整手段２７が接続されている。給水圧力調整手段１５、及び、排水圧力調整手段２７は、水が入れられた筒状容器を備え、筒状容器に空気圧力が加えられることで、供給経路１１、及び、排出経路２１に所定圧力で水を圧送する。

【0042】

例えば、給水圧力調整手段１５の空気圧を調整することで、所定の圧力（ＡｋＰａ）の圧力の水が供給経路１１に送られ、多孔質金属盤６に所定圧力の水が供給される。同時に、排水圧力調整手段２７の空気圧を調整することで、所定の圧力（ＢｋＰａ：Ａ＞Ｂ）の圧力の水が排出経路２１に送られ、排出経路２１の水の流出抵抗が上昇して背圧が高くされる。即ち、試験体５の中の圧力が一様にＢｋＰａだけ高められる。

【0043】

排出経路２１からは、給水圧力調整手段１５からの供給圧力と、排出経路２１に加えられる流末側の圧力の差の圧力の水が排出される。ここでは、流末側の圧力は試験体５の内部で一様に高まる圧力と等しいため、流末側の圧力は背圧と等しい。

【0044】

例えば、筒状容器は二重管で構成され、外側と内側に水が入れられ、両側に一定圧力の空気圧が作用し、内側の水は排出されて試験体５に送られる構造が採用される。二重管に圧力が一定に加えられることにより、内側の容器が体積変化することはなく、また、筒状容器の中の水が蒸発しにくくなり、少量の水の供給を行う場合であっても、蒸発の影響を軽減することができる。

【0045】

尚、筒状容器に目盛りを付け、目盛りに基づいて水の量を管理することで、流量検出手段とすることも可能である。

【0046】

図１に戻り透水性能評価装置の説明を続ける。

【0047】

透水性能評価装置１には試験体５の圧力を検出するための圧力検出手段３１が設けられ、圧力検出手段３１により試験体５の内部の水圧が検出され、試験体５の脱気の進捗状況、大気圧との差異を定量的に確認することができる。

【0048】

尚、図には、試験体５に圧力検出手段３１を直接接続した状態を示しているが、例えば、圧力検出手段３１により供給経路１１の圧力を検出し、試験体５の内部の水圧を検出するようになっている。試験体５の水圧を直接検出することも可能である。

【0049】

また、透水性能評価装置１のセル２にはロードセル３２（荷重計）が備えられ、ロードセル３２により試験体５の膨潤圧が計測され、試験体５の膨潤の状態を確認することができる。例えば、試験体５の膨潤圧が定常化したことを根拠に、ベントナイト系材料は概ね飽和したと判断することができる。そして、透水性能評価装置１は、流入流量検出手段１４、流出流量検出手段２３、圧力検出手段３１の検出情報が入力される制御装置３５を備えている。

【0050】

制御装置３５からの指令により、入口三方弁１２の第１入口路１３と第２入口路１６の切換えの制御、給水圧力調整手段１５の動作の制御（空気圧調整）、入口吸引手段１７の駆動の制御が実施される。また、制御装置３５からの指令により、開閉弁２２の開閉の制御、出口三方弁２４の第１出口路２５と第２出口路２６の切換えの制御、排水圧力調整手段２７の動作の制御（空気圧調整）が実施される。

【0051】

制御装置３５には、流入流量検出手段１４、流出流量検出手段２３、圧力検出手段３１の検出情報に基づいて、試験体５の中の水圧の状態、試験体５を透過する水の状態を認識し、試験体５の中が水で飽和したか否かを判断する飽和判断機能（飽和判断手段）が備えられている。更に、制御装置３５には、試験体５に通水するための圧力と、試験体５に対し流入・流出する水の量により、透水状態（透水係数）を導く透水係数判断機能（透水性能評価手段）が備えられている。

【0052】

そして、制御装置３５には、試験体５の中が水で飽和したことが飽和判断機能で確認された状態の時に、透水係数判断機能で導かれた透水係数を試験体５の透水係数として判定する判定機能が備えられている。判定機能では、ロードセル３２で計測された試験体５の膨潤圧、間隙圧の状況が加味されて、飽和の判断をした上での透水係数が決定される。

【0053】

図３から図７に基づいて、上述した構成の透水性能評価装置１による本発明の一実施例に係る透水性能評価方法を説明する。

【0054】

図３から図６には透水性能評価方法を実施している状態の動作の説明、図７には給水圧、背圧と流量の関係を説明するグラフである。

【0055】

図２から図６に基づいて具体的な手順を説明する。

【0056】

試験体５の上下の端面に、水の流れにより微粒子が装置の外に流出するのを防ぐため、微細孔径の高分子フィルターを敷き、試験体５を試験体リング４に配してセル２に排出ベース３を固定し、試験体５を透水性能評価装置１に設置する。

【0057】

図３に示すように、開閉弁２２閉じると共に、入口三方弁１２を第２入口路１６側に切り換える。入口吸引手段１７を駆動して試験体５の内部を減圧し（真空にし）、所定時間の間、真空雰囲気を維持して試験体５を脱気する。

【0058】

図４に示すように、入口三方弁１２を第１入口路１３側に切換え、給水圧力調整手段１５を動作させて（空気圧を調整して）供給経路１１から水を供給する。供給される水には、脱気したイオン交換水が適用され、供給量は流入流量検出手段１４により計測される。圧力検出手段３１により試験体５の内部が大気圧（０ｋＰａ：ゲージ圧）になったことが確認され、且つ、流入流量検出手段１４により所定量の給水が行われたことが確認される。

【0059】

図５に示すように、開閉弁２２を開き、出口三方弁２４を第１出口路２５側に切り換える。流入流量検出手段１４で給水流量が計測されると共に、流出流量検出手段２３で排出水流量が計測される。

【0060】

流入流量検出手段１４で計測される給水流量に対し、流出流量検出手段２３で計測される排出水流量が少ない場合、試験体５の内部に空気が存在し、水で飽和していない状態であると判断される。

【0061】

流入流量検出手段１４で計測される給水流量と、流出流量検出手段２３で計測される排出水流量とが一致した場合、試験体５の内部の水がおおむね飽和した状態であると推定される。また、ロードセル３２により試験体５の膨潤圧が一定になったことが計測された場合に、試験体５の内部の水がおおむね飽和した状態であると推定される。

【0062】

この状態で開閉弁２２を閉じ（図４の状態）、給水圧力を上げて飽和状態であるか否かを確認する。即ち、開閉弁２２を閉じた状態で給水圧力を上げた際に、水が供給されれば試験体５の中に空気が存在していたことになり、水が供給される量を測定することにより、飽和状態を評価する。給水圧力を上げても水が供給されない状態になった時は、飽和状態であると判断する。

【0063】

試験体５の内部が水で飽和した状態であると判断された状態で、図５に示すように、開閉弁２２を開き、その時の給水圧力と流量により、透水性能が評価される。この場合、給水圧力を複数段階で高くして（水の圧入圧力を高くして）、即ち、動水勾配を増加して透水性を評価することも可能である。

【0064】

これにより、試験体５の内部に存在する空気の影響を排除して水の通水状態だけを判断することができ、極めて透水性が低い材料である試験体５であっても材料を水で適切に飽和させ、極少量の水の移動を把握して透水性を正確に評価することが可能になる。

【0065】

そして、低透水性材料の試験体５の中を水で飽和させる際に、複数段階の圧力で水を圧入するので、早期に飽和状態を判断することができ、透水性（透水係数）を早期に評価することができる。

【0066】

透水係数が確かであることを確認する場合、流入流出流量が一定になったことを確認し（飽和状態が判断された後）、図５に示すように、出口三方弁２４を第２出口路２６側に切り換え、給水圧力調整手段１５により給水圧を段階的に上昇させると共に、差圧が同じになるように、排水圧力調整手段２７により排出経路２１の背圧を段階的に高くする。

【0067】

供給圧力と排出経路２１の背圧を高くすることで、差圧を一定にした状態で試験体５の内部の圧力を一様に高くすることができ、一旦、飽和状態が判断された後に水の溶存空気が試験体５に侵入し蓄積した場合でも、空気が透水経路を妨げる影響を排除した状態で飽和状態を判断することができる。

【0068】

例えば、給水圧力調整手段１５による給水圧を、０.１ＭＰａ、０.３ＭＰａ、０.５ＭＰａ、０.７ＭＰａ、０.９ＭＰａ、１.１ＭＰａと段階的に上昇させる。同時に、排水圧力調整手段２７による排出経路２１の圧力（流末側の圧力）を、０ＭＰａ、０.２ＭＰａ、０.４ＭＰａ、０.６ＭＰａ、０.８ＭＰａ、１.０ＭＰａと上昇させる。つまり、差圧が０.１ＭＰａに維持されるように、給水圧と流末側の圧力を段階的に上昇させる。

【0069】

給水圧（ＭＰａ）及び流末側の圧力（ＭＰａ）と、流量Ｑ（ｍ^３／ｓ）の関係の一例を図７に示してある。流末側の圧力が試験体５の内部で一様に高まった圧力に等しくなった際の圧力を背圧と呼ぶ。

【0070】

図に示すように、給水圧が０.１ＭＰａで流末側の圧力が０ＭＰａの場合に、流量ＱがＱ０であり、給水圧を０.３ＭＰａ、０.５ＭＰａ、０.７ＭＰａまで段階的に上昇させると同時に、流末側の圧力を０.２ＭＰａ、０.４ＭＰａ、０.６ＭＰａと段階的に上昇させることで、流量ＱがＱ０からＱ１まで増加する。その後、給水圧０.７ＭＰａで流末側の圧力、即ち、背圧０.６以降の圧力では、差圧が０.１ＭＰａの状態で流量ＱがＱ１の状態が維持される。

【0071】

これは、一旦、飽和状態が判断された後に水の溶存空気が試験体５（低透水性覆土）に侵入して流量ＱがＱ０に低下した状態になり、流末側の圧力を上昇させることで、背圧が高まり、侵入した空気を圧縮して流量Ｑが本来の飽和状態の時の流量ＱであるＱ１に増加した状態にされたといえる。

【0072】

これにより、一旦、飽和状態が判断された後に水の溶存空気が試験体５に侵入したとしても、給水圧を０.７ＭＰａに上昇させ、背圧を０.６ＭＰａに上昇させることで、侵入した空気を排除した状態にすることが可能になることがわかる。

【0073】

そして、空気による影響が排除された状態の試験体５の透水係数は、給水圧と流末側の圧力の差圧である０.１ＭＰａの圧力に対する流量Ｑ１の関係で評価することができる。

【0074】

つまり、給水圧力調整手段１５により給水圧を上昇させると共に、排水圧力調整手段２７により排出経路２１の背圧を高くして水の溶存空気の影響を排除した状態で透水係数を評価することができる。

【0075】

尚、説明の便宜上、給水圧を０.１ＭＰａ、０.３ＭＰａ、０.５ＭＰａ、０.７ＭＰａ、０.９ＭＰａ、１.１０ＭＰａと例示し、背圧を０ＭＰａ、０.２ＭＰａ、０.４ＭＰａ、０.６ＭＰａ、０.８ＭＰａ、１.０ＭＰａと例示したが、実際の圧力値は、材料の種類、試験体５に存在する空気の量、装置の性能を勘案して定めるものである。

【0076】

ベントナイトと砂を混合した低透水性材料の試験体５は、不飽和状態であると、空気により試験体の内部の水路が阻害されて通水が不適正になる虞があり、また、試験体５の膨潤状態も時間により異なることが考えられる。上述した低透水性材料の透水性能評価装置１では、試験体５の中が水で飽和している状態で透水係数を評価しているので、試験体５の中の水路が阻害されて透水状況が変化したり、膨潤状態が変わって透水状況が変化したりする影響を排除して透水係数を評価することが可能になる。

【0077】

上述した透水性能評価装置１は、試験体５の中が水で飽和している状態で透水係数を評価するようにしているので、試験体５の内部に存在する空気の影響を排除して水の通水状態だけを判断することができ、極めて透水性が低い低透水性材料の試験体５であっても極少量の水の移動を把握して透水係数を正確に評価することが可能になる。

【0078】

また、上述した透水性能評価方法は、極めて透水性が低い低透水性材料の試験体５であっても適切に水で飽和させた後に極少量の水の移動を測定して透水係数を評価することが可能になる。

【産業上の利用可能性】

【0079】

本発明は、透水性能評価装置及び透水性能評価方法の産業分野で利用することができる。

【符号の説明】

【0080】

１ 透水性能評価装置
２ セル
３ 排出ベース
４ 試験体リング
５ 試験体
６、７ 多孔質金属板
１１ 供給経路
１２ 入口三方弁
１３ 第１入口路
１４ 流入流量検出手段
１５ 給水圧力調整手段
１６ 第２入口路
１７ 入口吸引手段
２１ 排出経路
２２ 開閉弁
２３ 流出流量検出手段
２４ 出口三方弁
２５ 第１出口路
２６ 第２出口路
２７ 排水圧力調整手段
３１ 圧力検出手段
３２ ロードセル
３５ 制御装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】