汚泥焼成土の一次元圧縮特性 - kobe university1.8 2 2.2 2.4 2.6 p (kpa) e 10 1 10 2 10 3...

Geoenvironmental Risk Assessment Research Group

汚泥焼成土の一次元圧縮特性Compression characteristics of porous ceramic granular materials


産業廃棄物

地球環境に負荷，事業者の負担

再生利用率の向上が望まれる

研究背景

再生利用されなければ埋立処理される

・埋立処理場の不足・不法投棄等の二次的問題


ペーパースラッジ

産業廃棄物

PS灰

連続多孔質構造をもつセラミックス

研究目的

圧縮性・破砕性などの性質を明らかにする→新たな利用方法を探る

浄水汚泥

焼却

粘土と混合→形成・乾燥・焼成

濃縮・焼成

浄水場発生土焼成物PS灰粘土混合物焼成土


使用する試料

浄水場発生土焼成物PS灰粘土混合物焼成土

redwhite


・圧密試験

・圧密試験後の粒度試験

・三軸試験のシミュレーション

研究内容


（：ゆる詰め、：密詰め）

圧密試験

試験条件

圧縮曲線を作成し，試料の一次元圧縮特性を調べる

含水状態と圧密量との関連に注目

試験目的

相対密度

0%

77%

0%

84%red 気乾状態

含水比浸水状態

20%，30%，40%

含水状態

white 気乾状態含水比

浸水状態20%，30%


試験結果(white)

密詰めゆる詰め

101 102 1030.7

0.8

0.9

1

1.1

1.2

p (kPa)

e101 102 103

0

20

40

60

80

100

p (kPa)Sr

(%)

101 102 1030.7

0.8

0.9

1

1.1

1.2

p (kPa)

e

101 102 1030

20

40

60

80

100

p (kPa)

Sr (%

)

気乾状態w=20%w=30%浸水状態

ゆる詰めと密詰めにおいて

含水状態別の序列が似ている


試験結果(red)

密詰めゆる詰め

101 102 1031.4

1.6

1.8

2

2.2

2.4

2.6

p (kPa)

e

101 102 1030

20

40

60

80

100

p (kPa)

Sr (%

)

101 102 1031.4

1.6

1.8

2

2.2

2.4

2.6

p (kPa)

e101 102 103

0

20

40

60

80

100

p (kPa)Sr

(%)

気乾状態w=20%w=30%w=40%浸水状態

ゆる詰めと密詰めにおいて

含水状態別の序列が異なる

圧縮曲線に現れる変曲点は砂粒子の破砕による（片桐ら，1999）

粒子破砕が起こっている？


・各試料で一定値になっていない

・適度に含水した条件で小さな値をとる

圧縮指数λ

λ:圧縮曲線の最後の２点の傾きとして算出

・両試料とも正規圧密状態に達していない

・適度に含水すると圧縮強度が大きくなる

相対密度含水状態 λ気乾状態 0.011w =20% 0.009w =30% 0.009浸水状態 0.010気乾状態 0.027w =20% 0.023w =30% 0.023w =40% 0.026浸水状態 0.032

white

red

0%

0%


・圧密試験

・圧密試験後の試料の粒度試験


研究内容


圧密前

粒度試験

圧密試験終了後の試料の粒度を調べる

試料の粒度特性から，

圧密による破砕性を調べる101 102 103

0.7

0.8

0.9

1

1.1

1.2

p (kPa)

e

試験条件

試験目的

20%30%40%

圧密後含水比

相対密度0%

浸水状態


最大間隙比emaxが１を大きく越えていることが破砕性材料と判断する一つの指標に挙げられる（加登ら，2002）

whiteemax=1.26

既往の研究（粒子破砕について）

redemax=2.48

破砕性材料

低い応力域で破砕する


試験結果（white）

破砕が確認できない

供試体作製時の試料の粒径のばらつき

圧密による粒子破砕に起因する粒度変化

＜

10-3 10-2 10-1 10

10

20

30

40

50

粒径 ( m m )

通過

質量

百分

率(%

)

粒径加積曲線(white)

浸水状態w=30%w=20%圧密前


10-3 10-2 10-1 10

10

20

30

40

50

粒径 ( m m )

通過

質量

百分

率(%

)

粒径加積曲線(red)

浸水状態w=40%w=30%w=20%圧密前

試験結果(red)圧密により粒子破砕が生じたと推測できる

粒径

以上の範囲で圧密前の勾配が大きい

10-1

mm


・圧密試験

・圧密試験後の粒度試験


研究内容


三軸試験のシミュレーション

λ κ Μ ν k(m/day) e0 γt(kN/m３)

white 0.010 0.003 1.74 0.33 0.596 1.12 25.3

red 0.032 0.003 1.72 0.33 1.037 2.23 25.6

実際の三軸試験結果(渡瀬，2008)と比較

実際の試験結果にフィッティング（圧縮指数λを推定）

フィッティングパラメータから圧密降伏応力pcを推定

圧密試験で得られたパラメータを用いて三軸試験（CD試験）をシミュレーション（有限要素解析プログラムDACSAR-UAを使用）


CD試験(white)

0.010λ =

0.037λ =

圧密試験から得られたλ

フィッティング

拘束圧100kPa拘束圧200kPa拘束圧300kPa

実線：理論値プロット：実験値

0 5 10 150

200

400

600

800

1000

1200

1400

ε s (%)q

(kPa

)0 5 10 15-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

ε s (%)

εv (

%)

0 5 10 150

200

400

600

800

1000

1200

1400

ε s (%)

q (k

Pa)

0 5 10 15-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

ε s (%)ε

v (%

)


0.032λ =

0.105λ =フィッティング

拘束圧100kPa拘束圧200kPa拘束圧300kPa

実線：理論値プロット：実験値

CD試験(red)

0 5 10 150

200

400

600

800

1000

1200

1400

εs (%)q

(kPa

)0 5 10 150

1

2

3

4

5

6

7

εs (%)

εv (

%)

0 5 10 150

200

400

600

800

1000

1200

1400

ε s (%)

q (k

Pa)

0 5 10 150

1

2

3

4

5

6

7

ε s (%)

εv (

%)

圧密試験から得られたλ


0 5 10 15 200

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

ln⊿p

λ

相対密度=0%，浸水状態

近似曲線式にフィッティングパラメータを代入

圧密試験の結果（相対密度0%，浸水状態）からグラフを作成

圧密降伏応力pcの推定

ln pλ− Δ

両試料とも圧密降伏応力 (kPa)54.4 10cp ≅ ×

white red

λ 0.037 0.105

0 5 10 15 200

0.01

0.02

0.03

0.04

ln⊿p

λ

相対密度=0%，浸水状態


圧密による粒子破砕について

・既往の研究からredは破砕性材料と言え，圧密試験後の

粒度試験からも粒子破砕が推測される

三軸試験のシミュレーション

・シミュレーションによる理論値と実験値の比較から

圧縮指数，圧密降伏応力の推定が可能である

結論


御清聴ありがとうございました

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