| Project/Area Number |
23K26200
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| Project/Area Number (Other) |
23H01506 (2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2023) |
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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 | Wakayama National College of Technology |
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Principal Investigator |
林 和幸 和歌山工業高等専門学校, 環境都市工学科, 教授 (30587853)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
角田 範義 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 理事・副学長 (30201411)
岡村 未対 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 教授 (50251624)
岸本 昇 和歌山工業高等専門学校, 生物応用化学科, 教授 (50280433)
安原 英明 京都大学, 工学研究科, 教授 (70432797)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000)
Fiscal Year 2026: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2025: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Fiscal Year 2023: ¥8,190,000 (Direct Cost: ¥6,300,000、Indirect Cost: ¥1,890,000)
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| Keywords | 炭酸カルシウム / 一軸圧縮強さ / 除荷 / 結晶サイズ / 地盤改良 / 液状化 |
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| Outline of Research at the Start |
土粒子表面に炭酸カルシウム結晶を析出させ，土のせん断強度や地下水質を改善する技術は，その改善効果が認められる土粒子径の範囲が極めて狭い。そこで本研究では，土粒子表面に析出させる結晶サイズの制御システムを構築する。またそのシステムを使い，土粒子径と結晶サイズの相互作用による土の強度改善のメカニズム解明と土粒子径に応じた結晶サイズの最適化を行い，土の力学特性や水質に対する改善効果向上に取り組む。
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| Outline of Annual Research Achievements |
炭酸カルシウム法地盤改良は、尿素、塩化カルシウム、ウレアーゼを地盤に注入し、炭酸カルシウム結晶を間隙や土粒子表面に析出させ、地盤の強度や透水性を制御する技術である。またこの技術は、土粒子に膠着した炭酸カルシウム結晶が地下水中の重金属イオンを捕捉するため、地下水資源の回収に利用できる。
一般に、土の乾燥質量に対する炭酸カルシウム結晶の質量、すなわち炭酸カルシウム結晶の析出率が高いほど、土の改良強度は高くなる。しかし、現場実験、室内実験ともに、地盤試料のサンプリングや固化供試体の脱型にともなう除荷やその他の要因によって改良強度が低下し、技術開発の過程において必ずしも適切な改良強度評価が行えない状況にある。そこで本年度は、除荷レベルが改良強度に及ぼす影響について調べた。その結果、炭酸カルシウム含有率2%程度以下の弱い固化のもとで、有効上載圧が25kPa以下であれば、除荷による強度低下の影響はほぼ見られないが、それ以上の有効上載圧が作用下ケースでは、除荷後の強度が低下した。
また、炭酸カルシウムによる重金属捕捉特性を明らかにするため、マンガンイオンを含有する溶液に炭酸カルシウムを添加し、マンガンイオンの濃度変化を調べた。その結果、マンガンイオン濃度は初期濃度の5%程度以下まで低下した。その低下は、補足初期の急激な低下期と、その収束後に生じる急激な低下期の2つで構成されることが分かった。その2つの期間が生じる要因は、前者は添加した炭酸カルシウム結晶表面におけるイオン交換、後者は炭酸カルシウム結晶表面飽和後にマンガンイオンが炭酸カルシウム結晶格子の内部に侵入して起こるイオン交換によるものと推察される。これらを包含する化学反応全体に対する予測式を立式できた。今後、それらの検証を行う予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
炭酸カルシウム結晶サイズの制御システム、および力学特性の解明に関する実験は概ね順調に進んでいる。地下水質改善効果については、当初計画より先のモデル式の立案まで進んでおり、全体には概ね順調である。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度前半に、実験精度の向上と、間隙における炭酸カルシウム結晶析出そのもの、およびその物理的挙動に対する視覚的観察、およびそのシステム構築を進める。
実験精度向上はすなわち、具体的には供試体間隙における炭酸カルシウム結晶析出の均質性の向上である。薬液成分の濃度と注入速度の最適化と実験方法の改善を行い、短時間で均質な供試体を作製できるシステムを構築し、実験速度のさらなる向上を図る。
炭酸カルシウム結晶の析出そのものとその移動現象の把握は、上述の均質性向上だけでなく、結晶サイズの変化とともに、そのサイズが土の強度増加に及ぼす影響に対する考察に利用できる。
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