Long-term stability and environmental protection of structures in rock mass by mineral precipitation using carbonated water and fine-grained materials

使用碳酸水和细粒材料进行矿物沉淀的岩体结构的长期稳定性和环境保护

基本信息

批准号：
22K04308
负责人：
奈良禎太
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

岩盤の利用は、人類が生活していく上で必要不可欠である。一般に岩盤にはき裂や空隙が普遍的に存在し，その存在により強度や遮蔽性能の低下が生じる。一方で，き裂や空隙を充填させることができれば，岩盤の強度や遮蔽性能は高まる。また，地球温暖化対策として，地球温暖化ガスであるCO2を岩盤に注入する地中貯留技術が近年考えられている。CO2は地下の温度・圧力下では，密度が高く粘性が低い超臨界状態となり，岩盤中の微細な空隙やき裂に浸透できる。ただし，それにより岩盤の破壊を促進することが懸念される。一方，CO2から炭酸水を作り，炭酸イオンの状態で地下に注入すれば，超臨界CO2の生成量は大きく低減できる。さらに，カルシウムイオンが豊富に存在する条件を作り出せば，炭酸イオンとカルシウムイオンの化学反応による鉱物析出が生じ，き裂や空隙の充填が実現できる。これは岩盤の強度・遮蔽性能向上に繋がる。これらを考慮して，炭酸水とセメント系材料から作る粉末を同時に注入して，岩盤内のき裂・空隙を充填し岩盤の遮蔽性能を向上させる技術を開発することを目的とした。カルシウムイオン濃度が高い水で多孔質な岩石（凝灰岩）を飽和させた後に透水試験を行うことを繰り返した結果，岩石の透水係数が時間の経過とともに低下する傾向が認められた。さらに，カルシウムイオン濃度の高い水で飽和させた後に炭酸水で飽和させて透水試験を行うことを繰り返した場合，より明確な透水係数の低下の傾向が認められた。試験の結果より，カルシウム化合物が岩石内で析出して透水係数を低下させることが可能であることが考えられる。

岩石的使用对于人类生活至关重要。一般来说，岩石普遍存在裂纹和空隙，它们的存在会导致强度和屏蔽性能下降。另一方面，如果能够填充裂缝和空隙，岩石的强度和屏蔽性能就会增加。此外，作为应对全球变暖的措施，最近正在考虑将二氧化碳（一种全球变暖气体）注入基岩的地下储存技术。在地下温度和压力下，二氧化碳进入超临界状态，具有高密度和低粘度，使其能够渗透到岩石的微小空隙和裂缝中。然而，有人担心这会加速基岩的破坏。另一方面，如果用二氧化碳制成碳酸水并以碳酸根离子的形式注入地下，则可以大大减少超临界二氧化碳的产生量。此外，如果创造出富含钙离子的条件，由于碳酸根离子和钙离子之间的化学反应，会发生矿物质沉淀，从而可以填充裂缝和空隙。这会提高岩石的强度和屏蔽性能。考虑到这些因素，我们的目标是开发一种同时注入碳酸水和水泥基材料粉末来填充岩石裂缝和空隙并提高岩石屏蔽性能的技术。在用高浓度钙离子的水饱和多孔岩石（凝灰岩）后反复进行渗透性测试的结果发现，岩石的渗透系数随着时间的推移而趋于降低。此外，当用高钙离子浓度的水饱和、然后用碳酸水饱和后重复透水性试验时，观察到渗透系数有更明显的降低趋势。测试结果表明钙化合物可以在岩石内沉淀并降低水力传导率。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Documenting how rock physical properties change as a function of exposure age

记录岩石物理特性如何随着暴露年龄的变化而变化

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yang YUAN; Philip MEREDITH; Yoshitaka NARA; Martha Carry EPPES; Russell KEANINI; Amit MUSHKIN; Monica RASMUSSEN;Uri SHAANAN
通讯作者：
Uri SHAANAN

原位置岩盤における炭酸水および粉末試料を用いた透水試験

原位岩体中使用碳酸水和粉末样品进行渗透性测试

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
桑原彰吾;北川絢音;奈良禎太;柏谷公希; 藤井宏和;趙越; 松井裕哉;尾崎裕介; 広吉直樹
通讯作者：
広吉直樹

Effect of Reinforcing Steel Fiber on Permeability of High Strength and Ultra-Low Permeability Concrete

增强钢纤维对高强超低渗透混凝土渗透性的影响

DOI：
10.2320/matertrans.mt-z2022017
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
1.2
作者：
K. Sakemoto; M. Kato; Y. Ishii; K. Kurumisawa;Y. Nara
通讯作者：
Y. Nara

Calculation of P-Wave Velocity in Sandstones with Different Pore Size Distributions Using Digital Rock Model without Segmentation

利用无分割数字岩石模型计算不同孔径分布砂岩中的纵波速度

DOI：
10.2320/matertrans.mt-z2022014
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
1.2
作者：
K. Ishitsuka; W. Lin; N. Kamiya;Y. Nara
通讯作者：
Y. Nara

Evidence for increase in crack damage in rocks with duration of exposure at Earth’s surface

有证据表明岩石的裂纹损伤随着暴露在地球表面的时间的延长而增加

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
Philip MEREDITH; Yang YUAN; Monica RASMUSSEN; Karin Hofer APOSTOLIDIS; Yoshitaka NARA; Patrick WEBB; Thomas MITCHELL; Tao XU; Russell KEANINI; Amit MUSHKIN; Uri SHAANAN; Maxwell DAHLQUIST; Alex RINEHART;Martha EPPES
通讯作者：
Martha EPPES