A new ground improvement technique by calcium carbonate precipitation

• Project/Area Number: 18K18213
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 64020:Environmental load reduction and remediation-related
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: Takaya Yutaro 早稲田大学, 理工学術院, 講師(任期付) (10636872)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2018: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: 地盤改良 / 炭酸カルシウム / CCS/CCU技術 / CCS/U技術 / 水岩石反応 / 炭酸塩鉱物化 / CCU技術 / CCS技術

Outline of Final Research Achievements

The purpose of this study is to establish a new ground improvement technique by the dissolution and re-precipitation of shelly fossils (calcium carbonate) in a sea sand. We demonstrated that the strength of simulated sea sand exceed 30 kg/cm2 by adding and re-precipitation of 1% calcium carbonate. SEM/EDS observations revealed that the strength improvement of sea sand was accompanied by filling intergranular pores of sea sands with small calcium carbonate and acicular trona (sodium carbonate). The treated samples were strong enough for the practical use but gradually lost their strength by a water immersion. Therefore, the challenge for the practical use for this ground improvement technique is to reinforce the water resistivity of treated sea sand samples.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では炭酸カルシウムの固着を用いる新しい地盤改良技術の構築を目指した．現場の海砂に含まれる貝化石を炭酸カルシウム源とすることで，環境影響を低減することが従来の手法とは大きく異なる点である．地盤改良の再現実験では，炭酸カルシウム含有量1％で高い強度を発現することが確認されたが，水に弱いという弱点があり耐水性を向上させることが実用化に向けた大きな課題であることが示された．

Research Products

• [Journal Article] Quantitative in situ mapping of elements in deep-sea hydrothermal vents using laser-induced breakdown spectroscopy and multivariate analysis (2020)
  • Author(s): Takahashi Tomoko、Yoshino Soichi、Takaya Yutaro、Nozaki Tatsuo、Ohki Koichi、Ohki Toshihiko、Sakka Tetsuo、Thornton Blair
  • Journal Title: Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers Volume: 158 Pages: 103232-103232
  • DOI: 10.1016/j.dsr.2020.103232
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Experiments on Rare-Earth Element Extractions from Umber Ores for Optimizing the Grinding Process (2019)
  • Author(s): Takaya、Wang、Fujinaga、Uchida、Nozaki、Kato
  • Journal Title: Minerals Volume: 9 Issue: 4 Pages: 239-239
  • DOI: 10.3390/min9040239
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A Miocene impact ejecta layer in the pelagic Pacific Ocean (2019)
  • Author(s): Nozaki Tatsuo、Ohta Junichiro、Noguchi Takaaki、Sato Honami、Ishikawa Akira、Takaya Yutaro、Kimura Jun-Ichi、Chang Qing、Shimada Kazuhiko、Ishibashi Jun-ichiro、Yasukawa Kazutaka、Kimoto Katsunori、Iijima Koichi、Kato Yasuhiro
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 9 Issue: 1 Pages: 16111-16111
  • DOI: 10.1038/s41598-019-52709-1
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 南鳥島EEZに分布する画期的な新資源・レアアース泥 －その資源量と選鉱手法－ (2019)
  • Author(s): 髙谷雄太郎，藤永公一郎，加藤泰浩
  • Journal Title: エネルギーと動力 Volume: 293 Pages: 54-63
• [Journal Article] Unique Environmental Conditions Required for Dawsonite Formation: Implications from Dawsonite Synthesis Experiments under Alkaline Conditions (2019)
  • Author(s): Takaya Yutaro、Wu Miao、Kato Yasuhiro
  • Journal Title: ACS Earth and Space Chemistry Volume: 3 Issue: 2 Pages: 285-294
  • DOI: 10.1021/acsearthspacechem.8b00121
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Subsurface deposition of Cu-rich massive sulphide underneath a Palaeoproterozoic seafloor hydrothermal system?the Red Bore prospect, Western Australia (2018)
  • Author(s): Agangi Andrea、Reddy S. M.、Plavsa D.、Vieru C.、Selvaraja V.、LaFlamme C.、Jeon H.、Martin L.、Nozaki T.、Takaya Y.、Suzuki K.
  • Journal Title: Mineralium Deposita Volume: 53 Issue: 8 Pages: 1061-1078
  • DOI: 10.1007/s00126-017-0790-0
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The tremendous potential of deep-sea mud as a source of rare-earth elements (2018)
  • Author(s): Takaya, Y., Yasukawa, K., Kawasaki, T., Fujinaga, K., Ohta, J., Usui, Y., Nakamura, K., Kimura, J., Chang, Q., Hamada, M., Dodbiba, G., Nozaki, T., Iijima, K., Morisawa, T., Kuwahara, T., Ishida, Y., Ichimura, T., Kitazume, M., Fujita, T., Kato, Y.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 8 Issue: 1 Pages: 1-8
  • DOI: 10.1038/s41598-018-23948-5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Signal preprocessing of deep-sea laser-induced plasma spectra for identification of pelletized hydrothermal deposits using Artificial Neural Networks (2018)
  • Author(s): Yoshino Soichi、Thornton Blair、Takahashi Tomoko、Takaya Yutaro、Nozaki Tatsuo
  • Journal Title: Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy Volume: 145 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1016/j.sab.2018.03.015
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 層状チャートに記録された巨細隕石衝突の地球化学的特徴 (2018)
  • Author(s): 佐藤峰南
  • Journal Title: 地質学雑誌 Volume: 124 Pages: 983-993
  • DOI: 10.1016/j.jaesx.2018.100004
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 付加体中に分布する層状鉄マンガン鉱床からのレアアース抽出技術の検討 (2019)
  • Author(s): 藤永公一郎，髙谷雄太郎，王美琪，野崎達生，中村謙太郎，加藤泰浩
  • Organizer: 第35回希土類討論会
• [Presentation] 新規スカンジウム資源としての南鳥島レアアース泥のポテンシャル (2019)
  • Author(s): 安川和孝，大田隼一郎，見邨和英，田中えりか，高谷雄太郎，臼井洋一，藤永公一郎，町田嗣樹，野崎達生，飯島耕一，中村謙太郎，加藤泰浩
  • Organizer: 第35回希土類討論会
• [Presentation] 南鳥島周辺 EEZ 内におけるレアアース泥研究の最前線 (2019)
  • Author(s): 加藤泰浩，安川和孝，中村謙太郎，藤永公一郎，髙谷雄太郎，大田隼一郎，町田嗣樹，田中えりか，見邨和英，飯島耕一，野崎達生，木村純，岩森光
  • Organizer: 第35回希土類討論会
• [Presentation] 300-500℃, 1.5 kbarにおけるユークライト質ガラスと0.1 M NaCl水溶液の反応実験：エウロパ内部海における水‐岩石反応への示唆 (2019)
  • Author(s): 長澤真，高谷雄太郎
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [Presentation] パンサラサ海遠洋域における後期三畳紀カーニアン湿潤化イベントにより形成された層状マンガン鉱床 (2019)
  • Author(s): 冨松由希，尾上哲治，山下大輔，野崎達生，高谷雄太郎
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [Presentation] レアアース泥に関する最新研究成果の概観 (2019)
  • Author(s): 加藤泰浩，中村謙太郎，藤永公一郎，安川和孝，高谷雄太郎，大田隼一郎，田中えりか，見邨和英，飯島耕一，町田嗣樹，野崎達生，木村純一，岩森光
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [Presentation] 美濃帯坂祝セクションの層状チャートから解読した三畳紀海水Os同位体比変動 (2019)
  • Author(s): 野崎達生，二階堂崇，尾上哲治，高谷雄太郎，佐藤佳子，木村純一，常青，山下大輔，佐藤峰南，鈴木勝彦，加藤泰浩，松岡篤
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [Presentation] 南鳥島EEZの拓洋第5海山東方海域におけるレアアース泥の地球化学的特徴と分布状況 (2019)
  • Author(s): 藤永公一郎，安川和孝，野崎達生，町田嗣樹，高谷雄太郎，大田隼一郎，矢野萌生，下村遼，田中えりか，見邨和英，堀之内航一，松本賢治，臼井洋一，山本浩文，中村謙太郎，加藤泰浩，KM17-14C航海 乗船者一同
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [Presentation] 沖縄トラフごんどうサイトの海底下の熱水変質鉱物の鉱物学的・地球化学的特徴 (2019)
  • Author(s): 石橋純一郎，戸塚修平，堤映日，塚本成，吉良優佑，島田和彦，山崎徹，池原研，長瀬敏郎，高谷雄太郎，池端慶，後藤隆嗣，郷津知太郎，新城竜一，町山栄章，飯島耕一，山本浩文．熊谷英憲
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [Presentation] 沖縄トラフごんどうサイトの海底下から得られた熱水性堆積物の鉱物学的・地球化学的特徴 (2019)
  • Author(s): 戸塚修平，石橋純一郎，島田和彦，池端慶，町山栄章，飯島耕一，山本浩文，熊谷英憲，池原研，山崎徹，高谷雄太郎，長瀬敏郎，Tindell Thomas，米津幸太郎，多田祐輝
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [Presentation] 伊是名海穴掘削コア鉱石試料の鉱物学的解析 (2019)
  • Author(s): 長瀬敏郎，野崎達生，高谷雄太郎，石橋純一郎，山崎徹，鳥本淳司，戸塚修平，池端慶，米津幸太郎，T. Thomas，熊谷英憲，前田怜奈
  • Organizer: 資源地質学会第69回年会学術講演会
• [Presentation] 深海人工熱水孔を用いた in-situ 鉱物沈殿実験 (2019)
  • Author(s): 野崎達生，長瀬敏郎，鳥本淳司，高谷雄太郎，石橋純一郎，島田和彦，渡邊正之，正木裕香，北田数也，斎藤誠史，酒井早苗，横山貴大，秋山敬太，櫻井紀旭，猿橋具和，許正憲，熊谷英憲，前田怜奈，高井研
  • Organizer: 資源地質学会第69回年会学術講演会
• [Presentation] Sediment-hosted 鉱床としての下川鉱床 (2019)
  • Author(s): 中山健，藤永公一郎，高谷雄太郎，原口悟，加藤泰浩
  • Organizer: 資源地質学会第69回年会学術講演会
• [Presentation] 深海人工熱水孔を用いた現場鉱物沈殿実験 (2019)
  • Author(s): 野崎達生，長瀬敏郎，鳥本淳司，高谷雄太郎，石橋純一郎，島田和彦，渡邊正之，正木裕香，北田数也，斎藤誠史，酒井早苗，横山貴大，秋山敬太，櫻井紀旭，猿橋具和，許正憲，熊谷英憲，前田怜奈，高井研
  • Organizer: 日本地質学会126 年学術大会
• [Presentation] 付加体中に分布するアンバー鉱床のレアアース抽出実験 (2019)
  • Author(s): 藤永公一郎，高谷雄太郎，野崎達生，中村謙太郎，加藤泰浩
  • Organizer: 日本地質学会126 年学術大会
• [Presentation] レアアース泥に関する最新研究成果 (2019)
  • Author(s): 加藤泰浩，安川和孝，中村謙太郎，藤永公一郎，大田隼一郎，町田嗣樹，高谷雄太郎，田中えりか，見邨和英，野崎達生，飯島耕一
  • Organizer: 日本地質学会126 年学術大会
• [Presentation] パンサラサ海遠洋域における後期三畳紀カーニアンに形成した層準規制型マンガン鉱床の形成環境 (2019)
  • Author(s): 冨松由希，尾上哲治，山下大輔，野崎達生，高谷雄太郎
  • Organizer: 日本地質学会126 年学術大会
• [Presentation] 天然の発電所である深海熱水噴出域によって形成される電場が微生物叢に与える影響についての調査 (2019)
  • Author(s): 下新井田康介，山本正浩，川田佳史，笠谷貴史，谷崎明子，鹿島裕之，高木善弘，野崎達生，高谷雄太郎，高井研
  • Organizer: 第５６回好塩微生物研究会
• [Presentation] Improvement of chronology for Cenozoic pelagic brown clay by osmium isotope stratigraphy (2019)
  • Author(s): Ohta J., Nozaki T., Takaya Y., Yasukawa K., Fujinaga K., Nakamura K., Kimura J., Chang Q. and Kato Y.
  • Organizer: Strati2019
• [Presentation] Effect of Coexisting Elements on the Formation of Dawsonite Under Weakly Alkaline Condition (2019)
  • Author(s): Takaya Y & Kato Y.
  • Organizer: Goldschmidt Conference 2019
• [Presentation] Fluctuation of Osmium Isotope Composition Recorded in Cenozoic Pelagic Brown Clay from the Western North Pacific Ocean (2019)
  • Author(s): Ohta J, Nozaki T, Takaya Y, Yasukawa K, Fujinaga K, Nakamura K, Kimura J-I, Chang Q & Kato Y.
  • Organizer: Goldschmidt Conference 2019
• [Presentation] n situ Mineral Precipitation Experiment by Using a Deep-Sea Artificial Hydrothermal Vent (2019)
  • Author(s): Nozaki T, Nagase T, Torimoto J, Takaya Y, Ishibashi J-I, Shimada K, Watanabe M, Masaki Y, Kitada K, Saito M, Sakai S, Yokoyama T, Akiyama K, Sakurai N, Saruhashi T, Kyo M, Kumagai H, Maeda L & Takai K.
  • Organizer: Goldschmidt Conference 2019
• [Presentation] REY-Rich Mud: An Overview from Scientific and Engineering Perspectives (2019)
  • Author(s): Kato Y, Yasukawa K, Nakamura K, Fujinaga K, Takaya Y, Ohta J, Tanaka E, Mimura K, Iijima K, Machida S & Nozaki T.
  • Organizer: Goldschmidt Conference 2019
• [Presentation] Mineralogical and Fe isotope correlations between Kuroko-type VMS deposits and a submarine hydrothermal ore deposit in Okinawa Trough (2019)
  • Author(s): Otake, T., Ikeshima, T., Sato, T., Ishibashi, J., Nozaki, T., Kumagai, H., Maeda, L. and CK16-05 Onboard Mmbers
  • Organizer: Goldschmidt Conference 2019
• [Presentation] 3D geostatistical modeling and data integration for metal contents and accumulation mechanism in a seafloor hydrothermal field (2019)
  • Author(s): de Sa, V. R., Koike, K., Goto, T.-n., Nozaki, T., Yamasaki, T., Takaya, Y., Ishibashi, J.-i. and Kumagai, H.
  • Organizer: 20th Annual Conference of IAMG
• [Presentation] Sub-seafloor hydrothermal mineralization process in the Izena Hole, middle Okinawa Trough (2019)
  • Author(s): Takaya, Y., Yamasaki, T., Nagase, T., Nozaki, T., Ishibashi, J.-i., Kumagai, H., Maeda, L. and CK16-05 cruise members
  • Organizer: International Workshop on WATER DYNAMICS
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Depiction of the sub-seafloor hydrothermal system in the Izena Hole, middle Okinawa Trough based on the whole rock chemical analyses and mineralogical observations of core samples (2018)
  • Author(s): Takaya, Y., Yamasaki, T., Nagase, T., Yonezu, K., Ikehata, K., Totsuka, S., Nozaki, T., Ishibashi, J.-I., Kumagai, H., Maeda, L. and CK16-05 Cruise Members
  • Organizer: AGU Fall Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Mineralogical and geochemical characteristics of hydrothermal clay minerals beneath active hydrothermal fields at the Iheya North Knoll, Middle Okinawa Trough (2018)
  • Author(s): Ishibashi, J.-I., Totsuka, S., Kira, Y., Tsutsumi, S., Yamasaki, T., Takaya, Y., Nozaki, T., Kumagai, H., Maeda, L., Kubo, Y. and On-board members of Chikyu SIP Cruises
  • Organizer: AGU Fall Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Subseafloor mineralization beneath hemipelagic sediments at the Izena Hole, middle Okinawa Trough, observed through the CK16-05 Cruise (Exp. 909) (2018)
  • Author(s): Nozaki, T., Takaya, Y., Nagase, T., Yamasaki, T., Ishibashi, J.-I., Kumagai, H., Maeda, L. and CK16-05 Cruise Members
  • Organizer: AGU Fall Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Characteristics of Pb-As-Sb sulfide in dead chimney collected from the ANA Site, west offshore of the Kume-jima Island, middle Okinawa Trough, Japan. (2018)
  • Author(s): Torimoto, J., Fujiwara, T., Kawagucci, S., Nozaki, T., Takaya, Y. and Kumagai, H.
  • Organizer: AGU Fall Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Spatial modeling of element contents in active seafloor hydrothermal field by a combination of principal component analysis and geostatistical simulation (2018)
  • Author(s): de Sa, V. R., Koike, K., Goto, T., Suzuki, K., Ishibashi, J.-I., Nozaki, T., Takaya, Y., Masaki, Y. and Kumagai, H.
  • Organizer: 15th International Symposium on Mineral Exploration (ISME-XV)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Spatial variations of mineral texture and chemical composition of sulfide chimney collected from the Okinawa Trough, Japan (2018)
  • Author(s): Torimoto, J., Fujiwara, T., Nozaki, T., Takaya, Y. and Kumagai, H.
  • Organizer: 29th V.M. Goldschmidt conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Subseafloor mineralization at the Izena Hole, Okinawa Trough from the aspect of drill cores obtain by the CK16-05 Cruise (Exp. 909) (2018)
  • Author(s): Nozaki, T., Takaya, Y., Nagase, T., Yamasaki, T., Ishibashi, J.-I., Kumagai, H., Maeda, L. and CK16-05 Cruise Members
  • Organizer: 29th V.M. Goldschmidt conference
• [Presentation] Development of in-situ LIBS and Raman spectroscopic analyzers for deep-sea surveys (2018)
  • Author(s): Takahashi, T., Thornton, B., Takaya, Y., Nozaki, T., Yoshino, S., Ohki, T., Ohki, K. and Sakka, T.
  • Organizer: Laser Solutions for Space and the Earth 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ハイドロサイクロンを用いたレアアース泥の選鉱手法 (2018)
  • Author(s): 髙谷雄太郎・安川和孝・藤永公一郎・大田隼一郎・中村謙太郎・ドドビバ・ジョルジ・森澤友博・桑原拓馬・北詰昌樹・藤田豊久・加藤泰浩
  • Organizer: 資源・素材2018
• [Presentation] レアアース泥に関する最新研究成果の総括 (2018)
  • Author(s): 加藤泰浩・中村謙太郎・藤永公一郎・安川和孝・高谷雄太郎・大田隼一郎・田中えりか・見邨和英・飯島耕一・町田嗣樹・野崎達生・木村純一・岩森光
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [Presentation] 伊是名海穴での掘削コアと検層の対比：「ちきゅう」掘削CK16-05 (2018)
  • Author(s): 熊谷英憲・野崎達生・石橋純一郎・池原研・山田泰広・北田数也・真田佳典・正木裕香・小森省吾・髙谷雄太郎・山崎徹・長瀬敏郎・前田玲奈・CK16-05航海 乗船者一同
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [Presentation] Rock magnetism for characterization of submarine volcanism in the Okinawa Trough (2018)
  • Author(s): Fujii, M., Sato, H., Nozaki, T. and Takaya, Y.
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [Presentation] 伊是名海穴「次世代海洋資源調査技術」掘削コアの再検討にもとづいた対比 (2018)
  • Author(s): 熊谷英憲・野崎達生・石橋純一郎・池原研・山田泰広・北田数也・真田佳典・正木裕香・小森省吾・高谷雄太郎・山崎徹・長瀬敏郎・前田玲奈・CK16-05乗船者一同
  • Organizer: 資源地質学会
• [Presentation] 沖縄トラフ伊是名海穴熱水域より得られた掘削コアの地球化学的特徴 (2018)
  • Author(s): 石橋純一郎・堤映日・土岐知弘・高谷雄太郎・野崎達生・熊谷英憲・前田玲奈・CK16-05乗船者一同
  • Organizer: 資源地質学会
• [Presentation] 沖縄トラフ産硫化物チムニーにおける鉱物組織と鉱物組成の空間的変化 (2018)
  • Author(s): 鳥本淳司・藤原泰誠・野崎達生・高谷雄太郎・熊谷英憲
  • Organizer: 資源地質学会
• [Presentation] CK16-05航海 (Exp. 909) 伊是名海穴掘削コア試料の岩相ユニット区分および地震波探査との照合 (2018)
  • Author(s): 野崎達生・熊谷英憲・石橋純一郎・池原研・山田泰広・北田数也・真田佳典・正木裕香・小森省吾・高谷雄太郎・山崎徹・長瀬敏郎・前田玲奈・CK16-05航海乗船者一同
  • Organizer: 日本地質学会
• [Presentation] 南鳥島レアアース泥のスカンジウム資源ポテンシャル (2018)
  • Author(s): 安川和孝・大田隼一郎・見邨和英・田中えりか・高谷雄太郎・臼井洋一・藤永公一郎・町田嗣樹・野崎達生・飯島耕一・中村謙太郎・加藤泰浩
  • Organizer: 日本地質学会
• [Presentation] 南鳥島レアアース泥研究の最新成果 (2018)
  • Author(s): 加藤泰浩・高谷雄太郎・安川和孝・中村謙太郎・藤永公一郎・大田隼一郎・町田嗣樹・田中えりか・見邨和英・飯島耕一・野崎達生・木村純一・岩森光
  • Organizer: 日本地質学会
• [Presentation] ジュラ紀付加体中に産する三畳系層状マンガン鉱床の形成年代と形成環境 (2018)
  • Author(s): 冨松由希・尾上哲治・山下大輔・野崎達生・高谷雄太郎
  • Organizer: 日本地質学会
• [Presentation] 沖縄トラフ伊平屋北海丘熱水域海底下における熱水変質の特徴 (2018)
  • Author(s): 石橋純一郎・吉良優佑・堤映日・堤彩紀・野崎達生・高谷雄太郎・CK14-04航海・CK16-01航海乗船者
  • Organizer: 日本地球化学会