[S-SS15] 地震発生の物理・断層のレオロジー

[SSS15-14] カオリナイト-モンモリロナイト-水系の降伏応力と粘度

*藤本 光一郎¹、鈴木 陽美¹、小椋 隆馬² (1.東京学芸大学、2.国土防災技術（株）)

キーワード：粘土ー水系、カオリナイト、ハロイサイト、モンモリロナイト、混合物

昨年の大会では，モンモリロナイト-水系の降伏応力と粘度について報告したが、今回は，カオリナイトとハロイサイト，さらにカオリナイト―モンモリロナイトの混合物について，それぞれの含水比を変えて降伏応力，粘度の変化を測定した．カオリナイト，ハロイサイト，モンモリロナイトはともに地表の火山灰や土壌の風化帯，比較的浅部の変質帯に広く分布する粘土鉱物である．カオリナイト，ハロイサイトはともにカオリナイト族で４面体層と８面体層の１：１型，モンモリロナイトは２：１型であり，ハロイサイトとモンモリロナイトは層間水を含む．

　試料は，カオリナイトは日本粘土学会参照試料（JCSS-1101），ハロイサイトは試薬（ALDRICH685445-500G），モンモリロナイトは日本粘土学会参照試料（JCSS-3101）を用いた．用いた装置はブルックフィールド社のレオメータである．所定の含水比の試料について，応力制御のモードで回転数を測定し，降伏応力と粘度を求めた．

　モンモリロナイトの降伏応力は含水比が100% で約20000Paで含水比が高くなるにつれて低下し，含水比が800%になると降伏応力も1000Pa程度に下がり液状化する．ハロイサイトの降伏応力は，含水比が50%で12000Paで含水比が120%で500Paまで下がり，液状化する．カオリナイトはさらに降伏応力が低下し，含水比50%で4000Paだったものが90%で200Paまで低下する．粘度も同様の傾向を示す．このようにカオリナイト族の粘土鉱物はモンモリロナイトに比べて同じ含水比でも降伏応力が小さく，液性限界も100%程度である．これはモンモリロナイトの交換性イオン容量が他の二つよりも多いことに起因すると考えられる．カオリナイト族でもハロイサイトが降伏応力が高いのはハロイサイトの結晶がチューブ状で層間水を持つからと考えられる．

　カオリナイトとモンモリトナイトの混合物について混合比を変えて同様の実験を行った．その結果，カオリナイトにモンモリロナイトを10%程度加えるだけでかなり降伏強度の増加が見られ，80%程度加えるとモンモリトナイトが80%になると，モンモリロナイト単体と同じ挙動を示した．これは，モンモリロナイトの粒径がカオリナイトに比べて一桁程度小さく，カオリンの周囲にモンモリロナイトの結晶が取り囲み，モンモリロナイトの物性がより強調されやすいためと考えられる．
　天然では，複数の粘土鉱物が混合していることはよくみられるで，混合比を検討する必要がある．