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2021 年度 実績報告書

持続可能な鉱物析出による材料強靭化-岩盤・構造物長期安全利用-環境保全技術の創出

研究課題

研究課題/領域番号 19K04596
研究機関京都大学

研究代表者

奈良 禎太  京都大学, 工学研究科, 准教授 (00466442)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワードき裂修復 / 鉱物析出 / 炭酸水 / 岩石 / セメント系材料
研究実績の概要

岩盤や構造物の長期安定性の確保には,鉱物析出による持続可能なき裂修復を固体材料で生じさせて,材料を強靭化させる技術を創出することが必要となる。そこで本研究では,長期安定性を確保するシステムを構築することを最大の目的とし,ここでは,鉱物析出による材料内のき裂修復を持続可能な形で生じさせて材料を強靭化させる技術を創出し,岩盤の長期安定性確保に生かすことを目的ととした。
特に,室内試験において,岩石やセメント系材料を水中環境下に保存することによって,材料内部でき裂修復が起こり,透水係数の低下(遮蔽性能の向上)が認められることが示された。まず,放射性廃棄物処分への利用が検討されている高強度高緻密コンクリートを水中に保存すると,き裂の自己修復が生じ,透水係数が低下することが示された。この自己修復は,固体表面付近で主に生じることが分かった。また,岩石においては,セメント系材料の粉末とともに水中に保存することによって,透水係数の低下が生じることが示された。これらの実験より,主に炭酸カルシウムが析出することで,き裂修復が生じることが示された。
原位置岩盤において,炭酸水を注入して炭酸カルシウムが析出しやすくなると考えられる条件を作り出して透水係数を行った結果,炭酸水の注入量の増加と共に透水係数が低下することが示された。さらに,セメント系材料の粉末をともに注入することにより,透水係数が低下することも示された。
本研究の結果より,水中環境下では,カルシウムリッチな環境を作ることで,岩石の遮蔽性能の向上が可能となることが示された。さらに,炭酸水を注入することで遮蔽性能の向上が認められたことから,二酸化炭素を大気中に放出させず,地下に固定することによる地球温暖化抑制への貢献も期待できる成果が挙げられたと考えている。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 2件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] セグメント処理を行わずに作成したデジタル岩石モデルを用いた空隙径分布の異なる砂岩のP波速度の計算2022

    • 著者名/発表者名
      石塚師也, 林為人, 神谷奈々, 奈良禎太
    • 雑誌名

      材料

      巻: 71 ページ: 235-242

    • DOI

      10.2472/jsms.71.235

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 鋼繊維入り高強度高緻密コンクリートの透水性評価2022

    • 著者名/発表者名
      酒本琴音, 加藤昌治, 石井祐輔, 胡桃澤清文, 奈良禎太
    • 雑誌名

      材料

      巻: 71 ページ: 228-234

    • DOI

      10.2472/jsms.71.228

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 粘土を含む水が流れる条件下での巨視き裂を含む花崗岩の透水係数の変化2022

    • 著者名/発表者名
      奈良禎太, 加藤昌治, 佐藤努, 河野勝宣, 佐藤稔紀
    • 雑誌名

      Journal of MMIJ

      巻: 138 ページ: -

    • DOI

      10.2473/journalofmmij.138.44

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Analysis of capillary water imbibition in sandstone via a combination of nuclear magnetic resonance imaging and numerical DEM modelling2021

    • 著者名/発表者名
      T.F. Fu, T. Xu, M. Heap, P. Meredith, T.H. Yang, T. Mitchell, Y. Nara
    • 雑誌名

      Engineering Geology

      巻: 285 ページ: -

    • DOI

      10.1016/j.enggeo.2021.106070

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Importance of temperature control in surrounding environment during permeability test for measuring hydraulic constants of rock2021

    • 著者名/発表者名
      M. Kato, Y. Nara, D. Fukuda, M. Kohno, Toshinori Sato, Tsutomu Sato, M. Takahashi
    • 雑誌名

      Zairyo

      巻: 70 ページ: 300-306

    • DOI

      10.2472/jsms.70.300

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A meso-mechanical approach to time-dependent deformation and fracturing of partially saturated sandstone2021

    • 著者名/発表者名
      T.F. Fu, T. Xu, P.G. Meredith, T.M. Mitchell, M.J. Heap, Y. Nara
    • 雑誌名

      International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences

      巻: 145 ページ: -

    • DOI

      10.1016/j.ijrmms.2021.104840

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 岩石のサブクリティカルき裂進展に及ぼす周辺環境の影響2022

    • 著者名/発表者名
      奈良禎太
    • 学会等名
      資源・素材学会令和4年度春季大会
    • 招待講演
  • [学会発表] 岩石とコンクリートにおける透 水係数の有効封圧依存性2022

    • 著者名/発表者名
      酒本琴音, 加藤昌治, 石井祐輔, 胡桃澤清文, 奈良禎太
    • 学会等名
      資源・素材学会令和4年度春季大会
  • [学会発表] 凝灰岩を用いた室内透水試験2022

    • 著者名/発表者名
      桑原彰吾, 鎌田健人, 柏谷公希, 奈良禎太
    • 学会等名
      日本材料学会第71期学術講演会
  • [学会発表] 北海道幌延地域の泥岩層における炭酸水注入実験2021

    • 著者名/発表者名
      鎌田健人, 奈良禎太, 松井裕哉, 尾崎裕介, 藤井宏和, 趙越
    • 学会等名
      日本材料学会第70期学術講演会
  • [学会発表] 岩石の透水試験における温度制御の重要性2021

    • 著者名/発表者名
      加藤昌治, 奈良禎太
    • 学会等名
      日本材料学会第70期学術講演会
  • [学会発表] コロナ禍における国際共同研究ネットワークの推進-サブクリティカルき裂進展の 研究を通じて-2021

    • 著者名/発表者名
      奈良禎太
    • 学会等名
      資源・素材 2021(札幌)
  • [学会発表] 北海道幌延地域の原位置岩盤における炭酸水注入実験2021

    • 著者名/発表者名
      鎌田健人, 奈良禎太, 柏谷公希, 多田洋平, 藤井宏和, 趙越, 松井裕哉, 尾崎裕介
    • 学会等名
      資源・素材学会関西支部 第18回若手研究者・学生のための研究発表会
  • [学会発表] 凝灰岩の透水係数測定2021

    • 著者名/発表者名
      桑原彰吾, 鎌田健人, 奈良禎太
    • 学会等名
      資源・素材学会関西支部 第18回若手研究者・学生のための研究発表会
  • [学会発表] Numerical analysis of anisotropic influence of of mode-I fracture toughness under dynamic loading for rock using GPGPU-based three-dimensional combined finite-discrete element method (FDEM)2021

    • 著者名/発表者名
      G.J. Min, D. Fukuda, S.W. Oh, Y. Nara, H. Liu, S.H. Cho
    • 学会等名
      ARMS11
    • 国際学会

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公開日: 2022-12-28  

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