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JP7834289B2 - Method for sequestrating carbon dioxide into concrete, and concrete structures containing concrete. - Google Patents
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JP7834289B2 - Method for sequestrating carbon dioxide into concrete, and concrete structures containing concrete. - Google Patents

Method for sequestrating carbon dioxide into concrete, and concrete structures containing concrete.

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JP7834289B2 JP2022566875A JP2022566875A JP7834289B2 JP 7834289 B2 JP7834289 B2 JP 7834289B2 JP 2022566875 A JP2022566875 A JP 2022566875A JP 2022566875 A JP2022566875 A JP 2022566875A JP 7834289 B2 JP7834289 B2 JP 7834289B2
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Description

本発明の実施形態の一つは、コンクリート構造体に含まれるコンクリートへ二酸化炭素を固定する方法、およびこの方法が適用されたコンクリート構造体に関する。One embodiment of the present invention relates to a method for fixing carbon dioxide into concrete contained in a concrete structure, and to a concrete structure to which this method is applied.

コンクリートは、主にセメント水和物、骨材、水、および添加剤によって構成され、その優れた機械的特性、耐候性、取り扱いの容易さ、経済性などに起因し、社会的生産基盤、経済基盤を創成するための重要な構造材料の一つとして様々な分野で幅広く利用されている。セメントは、その製造時において大量の二酸化炭素を排出することが知られており、これは温室効果の原因の一つとして挙げられている。そこで、この問題の解決に寄与するため、例えば特許文献1では、コンクリート含む構造体(以下、コンクリート構造体)を施工する際、コンクリートが硬化する前のレディーミクストコンクリートに二酸化炭素を接触させて二酸化炭素をコンクリートに固定する方法が開示されている。特許文献2では、コンクリートへの二酸化炭素の吸収を促進するために有効なコンクリート構造体の設計方法が開示されている。Concrete is mainly composed of cement hydrate, aggregate, water, and additives, and due to its excellent mechanical properties, weather resistance, ease of handling, and economic efficiency, it is widely used in various fields as one of the important structural materials for creating social production and economic foundations. Cement is known to emit large amounts of carbon dioxide during its manufacture, which is cited as one of the causes of the greenhouse effect. Therefore, in order to contribute to solving this problem, for example, Patent Document 1 discloses a method for fixing carbon dioxide in concrete by bringing ready-mixed concrete into contact with the concrete before it hardens when constructing a concrete structure (hereinafter referred to as a concrete structure). Patent Document 2 discloses a design method for concrete structures that is effective in promoting the absorption of carbon dioxide into concrete.

特許第5957283号公報Patent No. 5957283 特許第4822373号公報Patent No. 4822373

本発明の実施形態の一つは、二酸化炭素を効率よくコンクリートに固定する方法を提供することを課題の一つとする。例えば、本発明の実施形態の一つは、既設のコンクリート構造体に含まれるコンクリートに二酸化炭素を固定する方法を提供することを課題の一つとする。あるいは、本発明の実施形態の一つは、上記方法を適用することで得られるコンクリート構造体を提供することを課題の一つとする。One embodiment of the present invention aims to provide a method for efficiently fixing carbon dioxide in concrete. For example, one embodiment of the present invention aims to provide a method for fixing carbon dioxide in concrete contained in an existing concrete structure. Alternatively, one embodiment of the present invention aims to provide a concrete structure obtained by applying the above method.

本発明の実施形態の一つは、コンクリートに二酸化炭素を固定する方法である。この方法は、コンクリート構造体に含まれるコンクリートにガス注入孔を形成すること、ガス注入孔に二酸化炭素を含むガスを導入すること、およびガスの導入の後、ガス注入孔の一端をキャップしてガスをガス注入孔に封じ込めることを含む。One embodiment of the present invention is a method for fixing carbon dioxide in concrete. This method includes forming gas injection holes in concrete contained in a concrete structure, introducing gas containing carbon dioxide into the gas injection holes, and, after introducing the gas, capping one end of the gas injection holes to seal the gas inside the holes.

本発明の実施形態の一つは、コンクリート構造体である。この構造体は、第1のコンクリート、および第2のコンクリートを含む。第2のコンクリートは、第1のコンクリートと組成が異なり、第1のコンクリートに囲まれ、第1のコンクリートの内部に向かう第1の方向に延伸する。第1のコンクリートは、第2のコンクリートに接する第1のゾーン、および第1のゾーンを囲む第2のゾーンを含む。第1のゾーンの炭酸カルシウムの濃度は、第1の方向に垂直な第2の方向において、第1のコンクリートと第2のコンクリートの界面からの距離が増大するにつれて連続的に減少する。第2のゾーンの炭酸カルシウムの濃度は、第2の方向において一定である。One embodiment of the present invention is a concrete structure. This structure comprises a first concrete and a second concrete. The second concrete differs in composition from the first concrete, is surrounded by the first concrete, and extends in a first direction toward the interior of the first concrete. The first concrete includes a first zone in contact with the second concrete and a second zone surrounding the first zone. The calcium carbonate concentration in the first zone decreases continuously in a second direction perpendicular to the first direction as the distance from the interface between the first and second concrete increases. The calcium carbonate concentration in the second zone remains constant in the second direction.

本発明の実施形態の一つは、コンクリート構造体である。この構造体は、第1の方向に延伸する有底孔または貫通孔を有するコンクリートを含む。コンクリートは、有底孔また
記貫通孔の側壁を構成する第1のゾーン、および第1のゾーンを囲む第2のゾーンを含む。第1のゾーンの炭酸カルシウムの濃度は、第1の方向に垂直な第2の方向において、側壁からの距離が増大するにつれて連続的に減少する。第2のゾーンの炭酸カルシウムの濃度は、第2の方向において一定である。
One embodiment of the present invention is a concrete structure. This structure includes concrete having a bottomed hole or through hole extending in a first direction. The concrete includes a first zone constituting the side wall of the bottomed hole or through hole, and a second zone surrounding the first zone. The concentration of calcium carbonate in the first zone decreases continuously as the distance from the side wall increases in a second direction perpendicular to the first direction. The concentration of calcium carbonate in the second zone is constant in the second direction.

本発明の実施形態の一つである、コンクリートへの二酸化炭素を固定する方法を説明する斜視図。A perspective view illustrating one embodiment of the present invention: a method for fixing carbon dioxide into concrete. 本発明の実施形態の一つである、コンクリートへの二酸化炭素を固定する方法を説明する断面図。A cross-sectional view illustrating one embodiment of the present invention: a method for fixing carbon dioxide into concrete. 本発明の実施形態の一つである、コンクリートへの二酸化炭素を固定する方法を説明する断面図。A cross-sectional view illustrating one embodiment of the present invention: a method for fixing carbon dioxide into concrete. 本発明の実施形態の一つである、コンクリートへの二酸化炭素を固定する方法を説明する斜視図。A perspective view illustrating one embodiment of the present invention: a method for fixing carbon dioxide into concrete. 本発明の実施形態の一つである、コンクリートへの二酸化炭素を固定する方法を説明する斜視図。A perspective view illustrating one embodiment of the present invention: a method for fixing carbon dioxide into concrete. 本発明の実施形態の一つである、コンクリートへの二酸化炭素を固定する方法を説明する斜視図。A perspective view illustrating one embodiment of the present invention: a method for fixing carbon dioxide into concrete. 本発明の実施形態の一つである、コンクリートへの二酸化炭素を固定する方法を説明する上面図。A top view illustrating one embodiment of the present invention: a method for fixing carbon dioxide into concrete. 本発明の実施形態の一つである、コンクリートへの二酸化炭素を固定する方法を説明する斜視図。A perspective view illustrating one embodiment of the present invention: a method for fixing carbon dioxide into concrete. 本発明の実施形態の一つである、コンクリートへの二酸化炭素を固定する方法を説明する上面図。A top view illustrating one embodiment of the present invention: a method for fixing carbon dioxide into concrete. 本発明の実施形態の一つである、コンクリートへの二酸化炭素を固定する方法を説明する斜視図。A perspective view illustrating one embodiment of the present invention: a method for fixing carbon dioxide into concrete. 本発明の実施形態の一つである、コンクリートへの二酸化炭素を固定する方法を説明する斜視図。A perspective view illustrating one embodiment of the present invention: a method for fixing carbon dioxide into concrete. 本発明の実施形態の一つである、コンクリートへの二酸化炭素を固定する方法を説明する側面図。A side view illustrating one embodiment of the present invention: a method for fixing carbon dioxide into concrete. 本発明の実施形態の一つである、コンクリートへの二酸化炭素を固定する方法を説明する斜視図。A perspective view illustrating one embodiment of the present invention: a method for fixing carbon dioxide into concrete. 本発明の実施形態の一つである、コンクリートへの二酸化炭素を固定する方法を説明する側面図。A side view illustrating one embodiment of the present invention: a method for fixing carbon dioxide into concrete. 本発明の実施形態の一つである、コンクリートへの二酸化炭素を固定する方法を説明する断面図。A cross-sectional view illustrating one embodiment of the present invention: a method for fixing carbon dioxide into concrete. 本発明の実施形態の一つである、コンクリートへの二酸化炭素を固定する方法を説明する断面図。A cross-sectional view illustrating one embodiment of the present invention: a method for fixing carbon dioxide into concrete. 本発明の実施形態の一つである、コンクリートへの二酸化炭素を固定する方法を説明する斜視図。A perspective view illustrating one embodiment of the present invention: a method for fixing carbon dioxide into concrete. 本発明の実施形態の一つである、コンクリートへの二酸化炭素を固定する方法を説明する断面図。A cross-sectional view illustrating one embodiment of the present invention: a method for fixing carbon dioxide into concrete. 本発明の実施形態の一つである、コンクリートへの二酸化炭素を固定する方法を説明する断面図。A cross-sectional view illustrating one embodiment of the present invention: a method for fixing carbon dioxide into concrete. 本発明の実施形態の一つである、コンクリートへの二酸化炭素を固定する方法を説明する断面図。A cross-sectional view illustrating one embodiment of the present invention: a method for fixing carbon dioxide into concrete. 本発明の実施形態の一つである、コンクリートへの二酸化炭素を固定する方法によって得られるコンクリート内の組成を表す模式図。A schematic diagram showing the composition within concrete obtained by a method for fixing carbon dioxide into concrete, which is one embodiment of the present invention. 本発明の実施形態の一つである、コンクリートへの二酸化炭素を固定する方法によって得られるコンクリート内の組成を表す模式図。A schematic diagram showing the composition within concrete obtained by a method for fixing carbon dioxide into concrete, which is one embodiment of the present invention. 本発明の実施形態の一つである、コンクリートへの二酸化炭素を固定する方法を説明する断面図。A cross-sectional view illustrating one embodiment of the present invention: a method for fixing carbon dioxide into concrete. 本発明の実施形態の一つである、コンクリートへの二酸化炭素を固定する方法を説明する断面図。A cross-sectional view illustrating one embodiment of the present invention: a method for fixing carbon dioxide into concrete. 本発明の実施形態の一つである、コンクリートへの二酸化炭素を固定する方法を説明する斜視図。A perspective view illustrating one embodiment of the present invention: a method for fixing carbon dioxide into concrete. 本発明の実施形態の一つである、コンクリートへの二酸化炭素を固定する方法を説明する上面図。A top view illustrating one embodiment of the present invention: a method for fixing carbon dioxide into concrete. 本発明の実施形態の一つである、コンクリートへの二酸化炭素を固定する方法を説明する斜視図。A perspective view illustrating one embodiment of the present invention: a method for fixing carbon dioxide into concrete. 本発明の実施形態の一つである、コンクリートへの二酸化炭素を固定する方法を説明する側面図。A side view illustrating one embodiment of the present invention: a method for fixing carbon dioxide into concrete. 本発明の実施形態の一つである、コンクリートへの二酸化炭素を固定する方法を説明する断面図。A cross-sectional view illustrating one embodiment of the present invention: a method for fixing carbon dioxide into concrete. 実施例で使用したコンクリート構造体の斜視図。A perspective view of the concrete structure used in the example. 実施例で使用したコンクリート構造体の断面図。Cross-sectional view of the concrete structure used in the example.

以下、本発明の各実施形態について、図面などを参照しつつ説明する。ただし、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。The embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings and other materials. However, the present invention can be implemented in various forms without departing from its essence, and is not intended to be limited to the embodiments described below.

図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状などについて模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。本明細書と各図において、既出の図に関して説明したものと同様の機能を備えた要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略することがある。The drawings may schematically represent the width, thickness, shape, etc., of each part in order to clarify the explanation, but these are merely examples and do not limit the interpretation of the present invention. In this specification and each drawing, elements having the same function as those described with respect to previously shown drawings are denoted by the same reference numerals, and redundant explanations may be omitted.

以下、「ある構造体が他の構造体から露出する」という表現は、ある構造体の一部が他の構造体によって覆われていない態様を意味し、この他の構造体によって覆われていない部分は、さらに別の構造体によって覆われる態様も含む。In the following, the expression "one structure is exposed from another structure" means a part of one structure that is not covered by another structure, and this part that is not covered by another structure also includes the case where it is covered by yet another structure.

以下、コンクリートとは、原料の一つであるセメントが水と反応して生成する水和物が硬化し、流動性を示さないものを指す。一方、セメントと水を含む混合物が完全に硬化せずに流動性を有する状態はレディーミクストコンクリート(生コンクリートとも呼ばれる)と記す。Hereinafter, "concrete" refers to a material in which cement, one of the raw materials, reacts with water to produce hydrates that harden and do not exhibit fluidity. On the other hand, a mixture containing cement and water that has not completely hardened and retains fluidity is referred to as ready-mixed concrete (also called fresh concrete).

以下、本発明の実施形態の一つに係る、既設のコンクリート構造体を利用して二酸化炭素を固定するための方法、およびこの方法が適用されたコンクリート構造体について、添付図面を用いて説明する。これらの図では、便宜上、xy平面を水平面とし、z方向を鉛直方向とする。The following describes, with reference to the attached drawings, a method for sequestrating carbon dioxide using an existing concrete structure, and a concrete structure to which this method is applied, according to one embodiment of the present invention. In these drawings, for convenience, the xy plane is considered the horizontal plane, and the z direction is considered the vertical direction.

1.概要
本発明の実施形態の一つに係る二酸化炭素の固定方法では、硬化したコンクリートを含むコンクリート構造体を二酸化炭素固定のための基質として用いる。すなわち、コンクリート構造体に含まれるコンクリートに二酸化炭素を接触させて二酸化炭素固定(コンクリートの炭酸化)を行う。コンクリート構造体の種類や形状、用途、設置場所に限定は無く、任意の既設のコンクリート構造体を利用することができる。既設のコンクリート構造体としては、例えばビルの柱や基礎梁などでもよく、橋の橋脚や橋台、河川や港湾に設けられる堤防や防波堤、消波ブロック、道路やトンネルに用いられる覆工コンクリートなどでもよい。あるいは、角形やU字形状のコンクリートブロックや沓石などのコンクリートを含む動産(コンクリート製品)でもよい。
1. Overview In one embodiment of the present invention, a method for fixing carbon dioxide is used, in which a concrete structure containing hardened concrete is used as a substrate for carbon dioxide fixation. That is, carbon dioxide is brought into contact with the concrete contained in the concrete structure to perform carbon dioxide fixation (carbonation of concrete). There are no limitations on the type, shape, use, or installation location of the concrete structure, and any existing concrete structure can be used. Examples of existing concrete structures include building columns and foundation beams, bridge piers and abutments, embankments and breakwaters installed in rivers and harbors, wave-dissipating blocks, and lining concrete used in roads and tunnels. Alternatively, movable property (concrete products) containing concrete, such as rectangular or U-shaped concrete blocks or foundation stones, may also be used.

2.二酸化炭素の固定方法
2-1.ガス注入孔の形成
図1Aにコンクリート構造体100の模式的斜視図を示す。ここで示すコンクリート構造体100は種々のコンクリート構造体の全体または一部を模式的に表すものであり、上述したように、コンクリート構造体の種類や形状、用途に限定は無い。
2. Method for fixing carbon dioxide 2-1. Formation of gas injection holes Figure 1A shows a schematic perspective view of the concrete structure 100. The concrete structure 100 shown here schematically represents all or part of various concrete structures, and as mentioned above, there are no limitations on the type, shape, or use of the concrete structure.

本発明の実施形態の一つに係る二酸化炭素固定方法では、まず、コンクリート構造体100を構成するコンクリート102にガス注入孔104を形成する。模式的断面図(図1B、図1C)に示すように、ガス注入孔104はコンクリート102の表面から反対側の表面までコンクリート構造体100を貫通する貫通孔でもよく(図1B)、一端が閉じた有底孔でもよい(図1C)。ガス注入孔104は直線的に延伸するように形成してもよく、図示しないが、屈曲した形状を含んでもよい。また、図2A、図2Bに示すように、ガス注入孔104は複数設けてもよい。この場合、複数のガス注入孔104が延伸する方向は互いに同一でもよく、あるいは少なくとも一つのガス注入孔104の延伸方向が他のガス注入孔104のそれと異なってもよい。図2Aに示すように、すべてのガス注入孔104の延伸方向は、コンクリート構造体100の外表面に対して垂直でもよく、あるいは図2Bに示すように、一部またはすべてのガス注入孔104は、コンクリート構造体100の外表面に対して傾いた方向に延伸してもよい。図示しないが、複数のガス注入孔104が交差してもよい。すなわち、ガス注入孔104はコンクリート102内でネットワーク状に形成されてもよい。In one embodiment of the present invention, a method for fixing carbon dioxide is used, in which first, gas injection holes 104 are formed in the concrete 102 constituting the concrete structure 100. As shown in the schematic cross-sectional views (Figures 1B and 1C), the gas injection holes 104 may be through holes penetrating the concrete structure 100 from one surface to the opposite surface of the concrete 102 (Figure 1B), or they may be closed holes with one end closed (Figure 1C). The gas injection holes 104 may be formed to extend linearly, or they may include a bent shape, although these are not shown. Furthermore, as shown in Figures 2A and 2B, multiple gas injection holes 104 may be provided. In this case, the directions in which the multiple gas injection holes 104 extend may be the same, or the extension direction of at least one gas injection hole 104 may be different from that of the other gas injection holes 104. As shown in Figure 2A, the extension direction of all gas injection holes 104 may be perpendicular to the outer surface of the concrete structure 100, or, as shown in Figure 2B, some or all of the gas injection holes 104 may extend in a direction inclined to the outer surface of the concrete structure 100. Although not shown, multiple gas injection holes 104 may intersect. That is, the gas injection holes 104 may be formed in a network shape within the concrete 102.

ガス注入孔104が設けられる面は水平面に垂直な面に限られず、水平面に平行な面(例えばコンクリート構造体100の上面)でもよく、水平面から90°未満の角度で傾いた面にガス注入孔104を設けてもよい。The surface on which the gas injection hole 104 is provided is not limited to a surface perpendicular to the horizontal plane; it may also be a surface parallel to the horizontal plane (for example, the top surface of the concrete structure 100), or the gas injection hole 104 may be provided on a surface inclined at an angle of less than 90° from the horizontal plane.

ガス注入孔104の断面積、すなわち、コンクリート102の外表面におけるガス注入孔104の開口面積は任意に設定することができる。例えば、ガス注入孔104の断面形状(コンクリート構造体100の外表面における形状)が円の場合、その直径は1mm以上100mm以下または2mm以上150mm以下でよく、開口面積は0.785mm2以上78.5cm2以下または3.14mm2以上177cm2以下とすればよい。上述した範囲を選択することで、コンクリート構造体100の強度や美観を大きく損なうことなく、ガス注入孔104を形成することができる。 The cross-sectional area of the gas injection hole 104, that is, the opening area of the gas injection hole 104 on the outer surface of the concrete 102, can be set arbitrarily. For example, if the cross-sectional shape of the gas injection hole 104 (shape on the outer surface of the concrete structure 100) is circular, its diameter may be 1 mm or more and 100 mm or 2 mm or more and 150 mm or less, and the opening area may be 0.785 mm² or more and 78.5 cm² or less and 3.14 mm² or more and 177 cm² or less. By selecting the above range, the gas injection hole 104 can be formed without significantly impairing the strength or aesthetics of the concrete structure 100.

ガス注入孔104は、例えば振動ドリルやハンマードリルなどのドリルを用い、コンクリート102の外表面から内部に向かって形成すればよい。The gas injection hole 104 can be formed by using a drill, such as a rotary hammer drill or a hammer drill, to work from the outer surface of the concrete 102 inward.

あるいは、コンクリート構造体100を形成すると同時にガス注入孔104を形成してもよい。具体的には、コンクリート構造体100の形状を決めるための型枠150を作製する(図3A)。この時、ガス注入孔104に対応する空間をコンクリート102内に形成するための一つまたは複数のコア材(中子)152を型枠150内に配置する(図3A、図3B)。コア材152は、一部が型枠150から露出されるように設けてもよい。コア材152の形状はガス注入孔104の形状を考慮して決定すればよく、直線的なロッド状でもよく、一部または全体が屈曲していてもよい。また、コア材152は中空のチューブでもよく、中空でなくてもよい(中実)。コア材152に含まれる材料に制約はなく、例えばアルミニウムや鉄、ステンレスなどの金属材料、木材、樹脂などでもよい。樹脂としては、例えばガラス繊維や炭素繊維などの繊維と複合化された繊維強化プラスチックでもよい。コア材152の外表面には、剥離剤(離型剤)または硬化遅延剤を塗布してもよい。離型剤または硬化遅延剤を塗布することで、後述するように、コンクリート102からコア材152を容易に除去してガス注入孔104を形成することができる。Alternatively, the gas injection holes 104 may be formed at the same time as the concrete structure 100 is formed. Specifically, a formwork 150 is made to determine the shape of the concrete structure 100 (Figure 3A). At this time, one or more core materials 152 are placed inside the formwork 150 to form a space in the concrete 102 corresponding to the gas injection holes 104 (Figures 3A and 3B). The core materials 152 may be provided so that a part of them is exposed from the formwork 150. The shape of the core material 152 can be determined considering the shape of the gas injection holes 104, and it may be a straight rod shape, or it may be partially or entirely bent. Also, the core material 152 may be a hollow tube or it may not be hollow (solid). There are no restrictions on the material contained in the core material 152, and it may be a metal material such as aluminum, iron, or stainless steel, wood, or resin. As for the resin, it may be a fiber-reinforced plastic composite with fibers such as glass fiber or carbon fiber. A release agent (mold release agent) or a hardening retarder may be applied to the outer surface of the core material 152. By applying a release agent or hardening retarder, the core material 152 can be easily removed from the concrete 102 to form the gas injection hole 104, as described later.

引き続き、コンクリート102を打設する。すなわち、レディーミクストコンクリート154を型枠150内に打設する(図4A、図4B)。この時、コア材152の少なくとも一部が型枠150内でレディーミクストコンクリート154によって埋め込まれるようにレディーミクストコンクリート154が流し込まれる。レディーミクストコンクリート154は少なくとも水とセメントを含むが、砂や砂利、玉石(たまいし)、岩、砕石、砕砂などの骨材や、AE剤(気泡分散剤)流動化剤、増粘剤、急結剤などの添加剤を含んでもよい。Next, concrete 102 is poured. That is, ready-mixed concrete 154 is poured into the formwork 150 (Figures 4A and 4B). At this time, the ready-mixed concrete 154 is poured so that at least a portion of the core material 152 is embedded in the formwork 150 by the ready-mixed concrete 154. The ready-mixed concrete 154 contains at least water and cement, but may also contain aggregates such as sand, gravel, pebbles, rocks, crushed stone, and crushed sand, as well as additives such as AE agents (air-enhancing agents), fluidizers, thickeners, and quick-setting agents.

レディーミクストコンクリート154を硬化させ、型枠150を取り除くことで構造体100が形成される。さらにコア材152を取り除くことで、ガス注入孔104をコンクリート構造体100に形成することができる(図5)。なお、コア材152は必ずしも取り除く必要は無い。例えばネットワーク状にガス注入孔104を形成する場合には、コア材152の除去が困難になることがある。このような場合には、多孔質材料または微細な開口を有するチューブ状のコア材152を用い、コア材152を介して二酸化炭素とコンクリート102に接触させればよい。The structure 100 is formed by hardening the ready-mixed concrete 154 and removing the formwork 150. Furthermore, by removing the core material 152, gas injection holes 104 can be formed in the concrete structure 100 (Figure 5). However, it is not always necessary to remove the core material 152. For example, when forming gas injection holes 104 in a network pattern, it may be difficult to remove the core material 152. In such cases, a porous material or a tubular core material 152 with fine openings can be used, and carbon dioxide can be brought into contact with the concrete 102 through the core material 152.

2-2.二酸化炭素の導入
次に、二酸化炭素をコンクリート102に固定させるため、ガス注入孔104に二酸化炭素を含むガスを供給し、ガス注入孔104の側壁に二酸化炭素を接触させる。具体的には、ガス注入孔104の一端(注入口)に二酸化炭素ライン122を介して二酸化炭素供給源120を接続し、ガス注入孔104内に二酸化炭素を含むガスを導入する(図6A)。図示しないが、ガス注入孔104を複数設ける場合には、ガス注入孔104と同じ数の二酸化炭素供給源120を用い、それぞれのガス注入孔104に対応する二酸化炭素供給源120を接続してもよく、あるいは分岐した二酸化炭素ライン122を用いてガス注入孔104の数よりも少ない二酸化炭素供給源120をガス注入孔104に接続してもよい。二酸化炭素ライン122には、ガス注入孔104に導入される二酸化炭素を含むガスの圧力(すなわち、ガス注入孔104内の圧力)を測定するための圧力計124および/またはフローメータ125を設けてもよい。
2-2. Introduction of Carbon Dioxide Next, in order to fix carbon dioxide in the concrete 102, a gas containing carbon dioxide is supplied to the gas injection hole 104, and the carbon dioxide is brought into contact with the side wall of the gas injection hole 104. Specifically, a carbon dioxide supply source 120 is connected to one end (inlet) of the gas injection hole 104 via a carbon dioxide line 122, and the gas containing carbon dioxide is introduced into the gas injection hole 104 (Figure 6A). Although not shown, if multiple gas injection holes 104 are provided, the same number of carbon dioxide supply sources 120 as the number of gas injection holes 104 may be used, and the carbon dioxide supply source 120 corresponding to each gas injection hole 104 may be connected, or a number of carbon dioxide supply sources 120 fewer than the number of gas injection holes 104 may be connected to the gas injection holes 104 using branched carbon dioxide lines 122. The carbon dioxide line 122 may be equipped with a pressure gauge 124 and/or a flow meter 125 for measuring the pressure of the gas containing carbon dioxide introduced into the gas injection hole 104 (i.e., the pressure inside the gas injection hole 104).

二酸化炭素ライン122とガス注入孔104との接続方法は任意に選択することができ、単に二酸化炭素ライン122の先端をガス注入孔104に挿入するだけでもよい。あるいは、接続状態を安定的に維持するため、例えば図7Aに示すように、雌ねじ構造を有する開口を備えるアダプタ110を注入口に取り付け、二酸化炭素ライン122の先端に雌ねじ構造に噛み合う雄ねじ構造を有するジョイント126を取り付ければよい。ジョイント126をアダプタ110に捻じ込むことで、確実に二酸化炭素ライン122をガス注入孔104に接続することができる。任意の構成として、二酸化炭素を含むガスの漏洩を防ぐため、アダプタ110とコンクリート102の間に樹脂製のOリング(またはパッキン)112を設けてもよい。The method of connecting the carbon dioxide line 122 to the gas injection hole 104 can be arbitrarily selected; it is sufficient to simply insert the tip of the carbon dioxide line 122 into the gas injection hole 104. Alternatively, to maintain a stable connection, for example, as shown in Figure 7A, an adapter 110 with an opening having a female thread structure can be attached to the injection port, and a joint 126 having a male thread structure that engages with the female thread structure can be attached to the tip of the carbon dioxide line 122. By screwing the joint 126 into the adapter 110, the carbon dioxide line 122 can be reliably connected to the gas injection hole 104. As an optional configuration, a resin O-ring (or packing) 112 may be provided between the adapter 110 and the concrete 102 to prevent leakage of gas containing carbon dioxide.

ガス注入孔104が貫通孔である場合には、他方の一端(排出口)をキャップし、二酸化炭素を含むガスを封じ込めることで、二酸化炭素を含むガスの漏洩を防止するとともに、より効果的にコンクリート102と二酸化炭素の接触が可能となる。例えば、排出口を接着テープ、ゴムなどの弾性体などを用いて排出口を封止してもよく、あるいは図6B、図7Aに示すように、アクリル樹脂やエポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂などの樹脂、または鉄やステンレス、アルミニウムなどの金属材料を含むプレート106を用いてガス注入孔104を封止してもよい。樹脂として繊維強化プラスチックを用いてもよい。プレート106の固定はボルトやねじを用いてもよく、単に排出口の形状に合致するプレート106を排出口に挿入してもよい。あるいは接着剤や接着テープなどを用いてプレート106を固定してもよい。また、図8Aに示すように、ガス注入孔104の気密性を向上させるため、ゴムなどの弾性体を含むパッキン108で排出口を閉じ、パッキン108をコンクリート102との間に挟みこむようにプレート106を設けてもよい。If the gas injection hole 104 is a through hole, the other end (discharge port) can be capped to seal in the gas containing carbon dioxide, thereby preventing leakage of the gas containing carbon dioxide and enabling more effective contact between the concrete 102 and carbon dioxide. For example, the discharge port may be sealed using adhesive tape, an elastic material such as rubber, or, as shown in Figures 6B and 7A, the gas injection hole 104 may be sealed using a plate 106 containing a resin such as acrylic resin, epoxy resin, polyester resin, or polyimide resin, or a metal material such as iron, stainless steel, or aluminum. Fiber-reinforced plastic may be used as the resin. The plate 106 may be fixed using bolts or screws, or a plate 106 that matches the shape of the discharge port may simply be inserted into the discharge port. Alternatively, the plate 106 may be fixed using adhesive or adhesive tape. Furthermore, as shown in Figure 8A, in order to improve the airtightness of the gas injection hole 104, the outlet may be closed with a packing 108 containing an elastic material such as rubber, and a plate 106 may be provided so as to sandwich the packing 108 between the concrete 102.

二酸化炭素を含むガスとしては、純粋な二酸化炭素(例えば純度99%以上)でもよく、二酸化炭素と他のガスとの混合ガスでもよい。混合ガスを用いる場合には、他のガスとして空気や酸素、窒素などが挙げられる。混合ガス中における二酸化炭素の濃度も任意に設定することができるが、効率よくコンクリート102と二酸化炭素を接触させるため、大気中に含まれる二酸化炭素の濃度(約420ppm)より高いことが好ましい。例えば、二酸化炭素濃度は1体積%以上100体積%以下、10体積%以上50体積%、または10体積%以上20体積%以下の任意の濃度から設定すればよい。The gas containing carbon dioxide may be pure carbon dioxide (e.g., 99% purity or higher) or a mixture of carbon dioxide and another gas. When using a mixture, the other gas may be air, oxygen, nitrogen, etc. The concentration of carbon dioxide in the mixture can be set arbitrarily, but to efficiently bring the concrete 102 into contact with the carbon dioxide, it is preferable that it be higher than the concentration of carbon dioxide in the atmosphere (approximately 420 ppm). For example, the carbon dioxide concentration can be set to any concentration between 1% and 100% by volume, 10% and 50% by volume, or 10% and 20% by volume.

二酸化炭素供給源120は、ガス注入孔104に二酸化炭素を含むガスを供給する機能を有していればよく、例えば図6Aに示すような二酸化炭素を含むガスのボンベやタンクなどが挙げられる。二酸化炭素供給源120は図示しないレギュレータに接続され、二酸化炭素を含むガスが調圧される。あるいは、コンクリート構造体100付近に二酸化炭素を大量に排出する施設(化学プラント、ゴミ焼却施設、火力発電所、その他各種工場など)が既設されている場合、これらの施設で排出されるガス、または排出ガスに対して脱塵、脱硫、脱硝などを行うことで得られる精製された二酸化炭素を利用してもよい。この場合、これらの施設が二酸化炭素供給源120として機能するので、二酸化炭素を運搬するためのコストが削減され、運搬に伴う二酸化炭素の更なる排出が防止される。The carbon dioxide supply source 120 only needs to have the function of supplying gas containing carbon dioxide to the gas injection hole 104, and examples include gas cylinders or tanks containing carbon dioxide as shown in Figure 6A. The carbon dioxide supply source 120 is connected to a regulator (not shown) to regulate the pressure of the gas containing carbon dioxide. Alternatively, if there is a facility that emits a large amount of carbon dioxide (chemical plant, waste incineration plant, thermal power plant, and various other factories) already located near the concrete structure 100, the gas emitted from these facilities, or purified carbon dioxide obtained by dedusting, desulfurizing, denitrifying, etc., of the exhaust gas may be used. In this case, since these facilities function as the carbon dioxide supply source 120, the cost of transporting carbon dioxide is reduced, and further emissions of carbon dioxide associated with transportation are prevented.

二酸化炭素を含むガスは、ガス注入孔104内の圧力が0MPaよりも高く2MPa以下の圧力となるように導入すればよい。ガス注入孔104内の圧力が大気圧(例えば1気圧、または0.101MPa)よりも低い場合には、二酸化炭素ライン122にロータリーオイルポンプやドライポンプなどの真空ポンプ130を接続し、ガス注入孔104内を減圧にした後に二酸化炭素を含むガスを導入すればよい。逆に、昇圧が必要な場合には、コンプレッサなどを用いてもよい。The gas containing carbon dioxide should be introduced so that the pressure inside the gas injection port 104 is higher than 0 MPa and 2 MPa or less. If the pressure inside the gas injection port 104 is lower than atmospheric pressure (for example, 1 atmosphere or 0.101 MPa), a vacuum pump 130 such as a rotary oil pump or dry pump should be connected to the carbon dioxide line 122 to reduce the pressure inside the gas injection port 104 before introducing the gas containing carbon dioxide. Conversely, if a pressure increase is required, a compressor or the like may be used.

二酸化炭素を含むガスは、二酸化炭素の固定を行う期間において定常的に導入してもよく、断続的に導入してもよい。後者の場合には、二酸化炭素を含むガスを供給した後、二酸化炭素ライン122をガス注入孔104から取り外し、注入口を閉じてガス注入孔104を密閉すればよい。例えば、接着テープで注入口を封鎖してもよく、あるいはゴムなどの弾性体を注入口に挿入して密閉してもよい。あるいは図8Bに示すように、アダプタ110に噛み合う雄ねじ構造を有するキャップ114を用いてガス注入孔104を密閉してもよい。ガス注入孔104を密閉することにより、二酸化炭素をガス注入孔104内に確実に保持することができるとともに、二酸化炭素の漏洩を防ぐことができる。The gas containing carbon dioxide may be introduced continuously or intermittently during the period of carbon dioxide fixation. In the latter case, after supplying the gas containing carbon dioxide, the carbon dioxide line 122 can be removed from the gas injection port 104, and the injection port can be closed to seal the gas injection port 104. For example, the injection port may be sealed with adhesive tape, or an elastic material such as rubber may be inserted into the injection port to seal it. Alternatively, as shown in Figure 8B, the gas injection port 104 may be sealed using a cap 114 having a male screw structure that engages with the adapter 110. By sealing the gas injection port 104, carbon dioxide can be reliably retained inside the gas injection port 104, and leakage of carbon dioxide can be prevented.

任意の構成として、二酸化炭素濃度を測定するための濃度計128をガス注入孔104内部(例えばガス注入孔104の側壁やキャップ114)に設け、定期的に二酸化炭素濃度を測定してもよい。これにより、二酸化炭素濃度の変化をモニターすることができる。As an optional configuration, a concentration meter 128 for measuring carbon dioxide concentration may be installed inside the gas injection port 104 (for example, on the side wall or cap 114 of the gas injection port 104), and the carbon dioxide concentration may be measured periodically. This allows for monitoring of changes in carbon dioxide concentration.

2-3.湿度の調整
コンクリートへの二酸化炭素の固定速度は湿度にも依存し、湿度が約50%の時に大きな速度で二酸化炭素が固定されることが知られている。このため、本発明の実施形態の一つにおいても、ガス注入孔104内の湿度を調整してもよい。具体的には、水供給源140を設け、二酸化炭素ライン122を介してガス注入孔104内に水を供給してもよい(図6A)。図示しないが、水供給源140は、供給される水の温度を制御するための加熱装置や冷却装置を備えていてもよい。あるいは、二酸化炭素供給源120から水供給源140に二酸化炭素を含むガスを供給し、二酸化炭素を含む水をガス注入孔104に供給してもよい。
2-3. Humidity Adjustment The rate of carbon dioxide fixation in concrete also depends on humidity, and it is known that carbon dioxide is fixed at a high rate when the humidity is about 50%. For this reason, in one embodiment of the present invention, the humidity inside the gas injection hole 104 may be adjusted. Specifically, a water supply source 140 may be provided, and water may be supplied into the gas injection hole 104 via the carbon dioxide line 122 (Figure 6A). Although not shown, the water supply source 140 may be equipped with a heating device or a cooling device to control the temperature of the supplied water. Alternatively, gas containing carbon dioxide may be supplied from the carbon dioxide supply source 120 to the water supply source 140, and water containing carbon dioxide may be supplied to the gas injection hole 104.

任意の構成として、湿度を測定するための湿度計129をガス注入孔104内部(例えばガス注入孔104の側壁やキャップ114)に設け、定期的に湿度を測定してもよい(図7B)。これにより、湿度の変化をモニターすることができる。As an optional configuration, a hygrometer 129 for measuring humidity may be installed inside the gas injection hole 104 (for example, on the side wall or cap 114 of the gas injection hole 104), and the humidity may be measured periodically (Figure 7B). This allows for monitoring of changes in humidity.

一方、ガス注入孔104内の湿度が高い場合、ガス注入孔104の側壁に大量の水が吸着する場合、ガス注入孔104の側壁が凍結している場合、あるいはコンクリート102に大量の水が含まれる場合などには、ガス注入孔104内の水の一部を除去するために真空ポンプ130を用いてガス注入孔104内部を減圧してもよい。その後、二酸化炭素を含むガスをガス注入孔104内へ供給すればよい。On the other hand, if the humidity inside the gas injection hole 104 is high, if a large amount of water is adsorbed onto the side wall of the gas injection hole 104, if the side wall of the gas injection hole 104 is frozen, or if the concrete 102 contains a large amount of water, the inside of the gas injection hole 104 may be depressurized using a vacuum pump 130 to remove some of the water inside the gas injection hole 104. After that, gas containing carbon dioxide can be supplied into the gas injection hole 104.

コンクリート102と二酸化炭素を含むガスの接触時間は、ガス注入孔104の長さや断面積(すなわち、ガス注入孔104の体積)や温度、二酸化炭素を含むガスの二酸化炭素の濃度にも依存するが、例えば1時間以上20年以下、1日以上10年以下、10週間以上5年以下、1年以上3年以内などとすればよい。The contact time between the concrete 102 and the gas containing carbon dioxide depends on the length and cross-sectional area (i.e., the volume of the gas injection hole 104), the temperature, and the concentration of carbon dioxide in the gas containing carbon dioxide, but it can be set to, for example, 1 hour to 20 years, 1 day to 10 years, 10 weeks to 5 years, or 1 year to 3 years.

二酸化炭素や水の供給においては、図7Aに示すように、制御装置142を用いて行ってもよい。制御装置142には二酸化炭素供給源120や水供給源140からそれぞれ二酸化炭素と水が供給される。制御装置142には、二酸化炭素を含むガスをガス注入孔104に供給するための機構(例えば送風ポンプなど)を備える。制御装置142はさらに、供給された水と二酸化炭素を用いて適切な湿度を有する二酸化炭素を含むガスを調製し、このガスをガス注入孔104に供給するように構成してもよい。あるいは/さらに、ガス注入孔104に供給する二酸化炭素を含むガスの温度を制御できるよう、制御装置142を構成してもよい。このような機能を制御装置142に付与することにより、大きな二酸化炭素固定速度が得られる温度や湿度で二酸化炭素を含むガスをガス注入孔104内に供給することができる。The supply of carbon dioxide and water may be carried out using a control device 142, as shown in Figure 7A. The control device 142 is supplied with carbon dioxide from a carbon dioxide supply source 120 and water from a water supply source 140, respectively. The control device 142 includes a mechanism (e.g., a blower pump) for supplying a gas containing carbon dioxide to the gas injection port 104. The control device 142 may also be configured to prepare a gas containing carbon dioxide with appropriate humidity using the supplied water and carbon dioxide, and to supply this gas to the gas injection port 104. Alternatively, the control device 142 may be configured to control the temperature of the gas containing carbon dioxide supplied to the gas injection port 104. By providing such a function to the control device 142, a gas containing carbon dioxide can be supplied into the gas injection port 104 at a temperature and humidity that yields a high carbon dioxide fixation rate.

さらに図7Bに示すように、二酸化炭素を含むガスを制御装置142とガス注入孔104の間で循環させてもよい。この場合、制御装置142は、循環ポンプなどに例示される、ガス注入孔104から排出されるガスを回収し、再度ガス注入孔104へ供給するための機構を備える。さらに制御装置142は、ガス注入孔104から排出されるガスに含まれる二酸化炭素の濃度や湿度を測定し、得られたデータに基づいて当該ガスに適宜二酸化炭素や水を添加するように構成してもよい。これにより、定常的にガス注入孔104内を最適な二酸化炭素固定速度が得られる条件に置くことができる。Furthermore, as shown in Figure 7B, the gas containing carbon dioxide may be circulated between the control device 142 and the gas injection port 104. In this case, the control device 142 is equipped with a mechanism, such as a circulation pump, to recover the gas discharged from the gas injection port 104 and supply it back to the gas injection port 104. The control device 142 may also be configured to measure the concentration and humidity of carbon dioxide contained in the gas discharged from the gas injection port 104 and to add carbon dioxide or water to the gas as appropriate based on the obtained data. This makes it possible to maintain conditions in the gas injection port 104 that allow for an optimal carbon dioxide fixation rate on a steady basis.

ここまでの工程により、コンクリート102に二酸化炭素が固定される。Through the steps taken so far, carbon dioxide is fixed in the concrete 102.

2-4.ガス注入孔へのコンクリートの打設
任意のステップとして、二酸化炭素が固定されたコンクリート構造体100のガス注入孔104に対して新たにリペアコンクリート103を打設してもよい。具体的には図9Aから図9Cに示すように、ガス注入孔104にレディーミクストコンクリートを充填し、硬化させる。コンクリート構造体100において、コンクリート102の内部に延伸するリペアコンクリート103はコンクリート102に囲まれる。リペアコンクリート103の断面(リペアコンクリート103が延伸する方向に垂直な断面)の面積は、ガス注入孔104の開口面積と同一または実質的に同一であり、例えば0.785mm2以上177cm2以下である。
2-4. Concrete Placement into Gas Injection Holes As an optional step, new repair concrete 103 may be placed into the gas injection holes 104 of the concrete structure 100 in which carbon dioxide has been fixed. Specifically, as shown in Figures 9A to 9C, ready-mixed concrete is filled into the gas injection holes 104 and allowed to harden. In the concrete structure 100, the repair concrete 103 extending into the interior of the concrete 102 is surrounded by the concrete 102. The area of the cross-section of the repair concrete 103 (the cross-section perpendicular to the direction in which the repair concrete 103 extends) is the same as or substantially the same as the opening area of the gas injection hole 104, for example, 0.785 mm² or more and 177 cm² or less.

リペアコンクリート103はガス注入孔104の全体に打設してもよく、図示しないが、注入口側の一部だけに打設してもよい。リペアコンクリート103を打設することより、ガス注入孔104を形成することで失われる構造的強度を補償することができるとともに、コンクリート構造体100の美観を維持することができる。The repair concrete 103 may be poured over the entire gas injection hole 104, or, although not shown, it may be poured only over a portion of the injection port side. By pouring the repair concrete 103, it is possible to compensate for the structural strength lost by forming the gas injection hole 104, and to maintain the aesthetic appearance of the concrete structure 100.

詳細は後述するが、コンクリート構造体100に含まれるコンクリート102は、ガス注入孔104の側壁から二酸化炭素が固定されるため、炭酸カルシウムの組成が増大する。したがって、コンクリート102とリペアコンクリート103の組成は互いに相違する場合がある。この場合、炭酸カルシウムの濃度は前者の方が高く、逆に水酸化カルシウムの濃度は後者の方が高い。As will be explained in more detail later, the concrete 102 contained in the concrete structure 100 has an increased calcium carbonate composition because carbon dioxide is fixed from the side walls of the gas injection holes 104. Therefore, the compositions of concrete 102 and repair concrete 103 may differ. In this case, the concentration of calcium carbonate is higher in the former, while the concentration of calcium hydroxide is higher in the latter.

2-5.二酸化炭素が固定されたコンクリート構造体
上述した方法を用いてコンクリート構造体100に含まれるコンクリート102に二酸化炭素を接触させると、コンクリート102に含まれる水酸化カルシウムやケイ酸カルシウム(C-S-H)、モノサルフェート、エトリンガイト、未水和のセメントなどが二酸化炭素と反応して炭酸カルシウムへ変化する。その結果、導入された二酸化炭素が炭酸カルシウムとしてコンクリート102内に固定される。この反応は炭酸化とも呼ばれ、最初にガス注入孔104の側壁から起こり、側壁からコンクリート102内部へ進行する。したがって、コンクリート102の密度や局所的組成などに依存するものの、ガス注入孔104の延伸方向に垂直な断面図(図10A)に示すように、炭酸化は、ガス注入孔104の延伸方向に垂直な方向(すなわち、xz平面内)において、原理的には等方的に進行する(図10Aの実線矢印参照)。炭酸化の程度は、ガス注入孔104に近いほど高い。このため、コンクリート102は、炭酸カルシウム濃度が比較的高く、ガス注入孔104の側壁を構成する第1のゾーン102a(図10Aにおいて鎖線で描かれた円で囲まれたゾーン)、および炭酸カルシウム濃度が第1のゾーン102aのそれよりも低く、第1のゾーン102aを囲む第2のゾーン102b(上記円の外側のゾーン)を有することになる。第1のゾーン102aと第2のゾーン102bは互いに接する。
2-5. Concrete Structure with Fixed Carbon Dioxide When carbon dioxide is brought into contact with concrete 102 contained in concrete structure 100 using the method described above, calcium hydroxide, calcium silicate (C-S-H), monosulfate, ettringite, and unhydrated cement contained in concrete 102 react with carbon dioxide and change into calcium carbonate. As a result, the introduced carbon dioxide is fixed in concrete 102 as calcium carbonate. This reaction is also called carbonation, and it first occurs from the side wall of the gas injection hole 104 and proceeds from the side wall into the interior of concrete 102. Therefore, although it depends on the density and local composition of concrete 102, as shown in the cross-sectional view perpendicular to the extension direction of the gas injection hole 104 (Figure 10A), carbonation proceeds isotropically in principle in the direction perpendicular to the extension direction of the gas injection hole 104 (i.e., in the xz plane) (see solid arrow in Figure 10A). The degree of carbonation is higher the closer to the gas injection hole 104. Therefore, the concrete 102 has a first zone 102a (the zone enclosed by the dashed circle in Figure 10A) which has a relatively high calcium carbonate concentration and constitutes the side wall of the gas injection hole 104, and a second zone 102b (the zone outside the circle) which has a lower calcium carbonate concentration than that of the first zone 102a and surrounds the first zone 102a. The first zone 102a and the second zone 102b are in contact with each other.

このため、図10Bに模式的に示すように、第1のゾーン102aでは、y方向に垂直な方向、すなわち、xz平面内の任意の方向(例えば図10Aにおける矢印a参照)において、コンクリート102の炭酸カルシウムの濃度は、ガス注入孔104の側壁からの距離が増大するに従って連続的に減少する。リペアコンクリート103を充填する場合には、コンクリート102の炭酸カルシウムの濃度は、リペアコンクリート103とコンクリート102の界面からの距離が増大するに従って連続的に増大する。この増大が停止し、炭酸カルシウムの濃度が一定、または実質的に一定となるゾーンが第2のゾーン102bとなる。図示しないが、リペアコンクリート103内では炭酸カルシウムの濃度は一定、または実質的に一定である。Therefore, as schematically shown in Figure 10B, in the first zone 102a, the calcium carbonate concentration in the concrete 102 continuously decreases as the distance from the side wall of the gas injection hole 104 increases in the direction perpendicular to the y direction, i.e., any direction in the xz plane (see arrow a in Figure 10A, for example). When filling with repair concrete 103, the calcium carbonate concentration in the concrete 102 continuously increases as the distance from the interface between the repair concrete 103 and the concrete 102 increases. The zone where this increase stops and the calcium carbonate concentration becomes constant or substantially constant is the second zone 102b. Although not shown, the calcium carbonate concentration is constant or substantially constant within the repair concrete 103.

一方、コンクリートと二酸化炭素との反応では水酸化カルシウムが消費されるため、第1のゾーン102aでは、xz平面内の任意の方向において、コンクリート102の水酸化カルシウムの濃度は、ガス注入孔104の側壁からの距離が増大するに従って連続的に増大する。リペアコンクリート103を充填する場合には、コンクリート102の水酸化カルシウムの濃度は、リペアコンクリート103とコンクリート102の界面からの距離が増大するに従って連続的に減少する。第2のゾーン102bでは、水酸化カルシウムの濃度の増大は実質的に観測されず、水酸化カルシウムの濃度は一定、または実質的に一定となる。図示しないが、リペアコンクリート103内では水酸化カルシウムの濃度は一定、または実質的に一定である。On the other hand, since calcium hydroxide is consumed in the reaction between concrete and carbon dioxide, in the first zone 102a, the concentration of calcium hydroxide in concrete 102 increases continuously in any direction in the xz plane as the distance from the side wall of the gas injection hole 104 increases. When filling with repair concrete 103, the concentration of calcium hydroxide in concrete 102 decreases continuously as the distance from the interface between the repair concrete 103 and concrete 102 increases. In the second zone 102b, virtually no increase in the concentration of calcium hydroxide is observed, and the concentration of calcium hydroxide is constant or substantially constant. Although not shown, the concentration of calcium hydroxide is constant or substantially constant within the repair concrete 103.

同様に、コンクリート102の外表面から対向する外表面へ向かう方向(図10Aの矢印b参照)では、外表面からの距離に対する炭酸カルシウムの濃度プロットは、三つのステージを示すことができる。具体的には、図10Cに示すように、第1のステージは外表面から第1のゾーン102aと第2のゾーン102bとの界面までの第2のゾーン102bに相当し、ここでは炭酸カルシウムと水酸化カルシウムの濃度は一定または実質的に一定である。第2のステージは第1のゾーン102aと第2のゾーン102bとの界面を通過した後再度第1のゾーン102aと第2のゾーン102bの界面に至るまでの第1のゾーン102aに相当し、ここでは炭酸カルシウムの濃度は連続的に増大した後に連続的に減少し、水酸化カルシウムの濃度は連続的に減少した後に連続的に増大する。第3のステージは、二回目に第1のゾーン102aと第2のゾーン102bの界面を通過してからコンクリート構造体100の外表面に至る第2のゾーン102bに相当し、ここでは炭酸カルシウムと水酸化カルシウムの濃度は一定または実質的に一定である。Similarly, in the direction from the outer surface of concrete 102 toward the opposite outer surface (see arrow b in Figure 10A), the calcium carbonate concentration plot against distance from the outer surface can show three stages. Specifically, as shown in Figure 10C, the first stage corresponds to the second zone 102b from the outer surface to the interface between the first zone 102a and the second zone 102b, where the concentrations of calcium carbonate and calcium hydroxide are constant or substantially constant. The second stage corresponds to the first zone 102a from passing through the interface between the first zone 102a and the second zone 102b to the interface between the first zone 102a and the second zone 102b again, where the concentration of calcium carbonate continuously increases and then continuously decreases, and the concentration of calcium hydroxide continuously decreases and then continuously increases. The third stage corresponds to the second zone 102b, which is reached after passing through the interface between the first zone 102a and the second zone 102b for the second time, and is the outer surface of the concrete structure 100, where the concentrations of calcium carbonate and calcium hydroxide are constant or substantially constant.

上述した二酸化炭素の固定方法では、ガス注入孔104内において、コンクリート構造体100のコンクリート102は大気中の二酸化炭素濃度と比較すると極めて高い濃度で二酸化炭素と接触することができる。このため、ガス注入孔104に導入される二酸化炭素が効率よくコンクリート102と接触することができる。また、ガス注入孔104を密閉することで二酸化炭素の漏洩が防止され、作業時における高い安全性を確保することができる。In the carbon dioxide fixation method described above, the concrete 102 of the concrete structure 100 can come into contact with carbon dioxide at an extremely high concentration compared to the carbon dioxide concentration in the atmosphere within the gas injection hole 104. Therefore, the carbon dioxide introduced into the gas injection hole 104 can efficiently come into contact with the concrete 102. Furthermore, by sealing the gas injection hole 104, leakage of carbon dioxide is prevented, ensuring a high level of safety during operation.

コンクリート102の原料であるセメントは、その製造時に大量の二酸化炭素を放出する。しかしながら、この二酸化炭素固定方法を適用することで、コンクリート102は大量の二酸化炭素を固定することになる。したがって、本発明の実施形態に係る二酸化炭素の固定方法は、大気中の二酸化炭素の削減と地球温暖化の抑制に寄与することができる。また、コンクリート102は、セメントの水和で生成する水酸化カルシウムと二酸化炭素との反応が与える炭酸カルシウムを高い濃度で有することができるため、二酸化炭素を固定することでコンクリート102は密度が増大し、その結果、圧縮強度が増大する。実際、発明者らは、セメントの約20%(60kg/m3)の二酸化炭素を固定した場合、コンクリートの圧縮強度が8%から10%程度増大することを確認している。このため、本二酸化炭素固定方法を適用することで、既設のコンクリート構造体100の強度を増大させることも可能である。 Cement, the raw material for concrete 102, releases a large amount of carbon dioxide during its manufacture. However, by applying this carbon dioxide fixation method, concrete 102 will fix a large amount of carbon dioxide. Therefore, the carbon dioxide fixation method according to the embodiment of the present invention can contribute to reducing carbon dioxide in the atmosphere and mitigating global warming. Furthermore, concrete 102 can have a high concentration of calcium carbonate, which is produced by the reaction between calcium hydroxide, generated during the hydration of cement, and carbon dioxide. As a result of fixing carbon dioxide, the density of concrete 102 increases, and consequently, its compressive strength increases. In fact, the inventors have confirmed that when approximately 20% (60 kg/ ) of the cement's carbon dioxide is fixed, the compressive strength of the concrete increases by about 8% to 10%. Therefore, by applying this carbon dioxide fixation method, it is also possible to increase the strength of existing concrete structures 100.

コンクリートに二酸化炭素を固定する方法としては、二酸化炭素が充填された養生槽内に硬化したコンクリートを配置して接触させる方法や、硬化した多孔質コンクリート表面に二酸化炭素を接触させる方法、レディーミクストコンクリートを流し込むための型枠内に二酸化炭素を供給する方法、コンクリート構造と大気を接触させる方法などが知られている。しかしながら、養生槽を用いる方法では、二酸化炭素を固定するためのコンクリートを収容するための養生槽が必要であり、ビルや柱、トンネルなどの建造物に対して適用することはできない。多孔質コンクリート表面に二酸化炭素を接触する方法においても、コンクリート表面を密閉するための手段が必要となるため、特に大型のコンクリート構造体に適用することは現実性に欠ける。型枠内に二酸化炭素を供給する方法では、型枠を閉じた空間として形成する必要があるため、小型の構造物には適用できるものの、建造物に対して適用することができない。また、大気との接触を利用する方法では、大気中の二酸化炭素濃度は極めて低いため、効率の高い二酸化固定はできない。Methods for fixing carbon dioxide in concrete include placing hardened concrete in a curing tank filled with carbon dioxide and bringing it into contact with the concrete, bringing carbon dioxide into contact with the surface of hardened porous concrete, supplying carbon dioxide into formwork for pouring ready-mixed concrete, and bringing the concrete structure into contact with the atmosphere. However, methods using curing tanks require a curing tank to contain the concrete for carbon dioxide fixation, making them unsuitable for structures such as buildings, columns, and tunnels. Methods involving bringing carbon dioxide into contact with the porous concrete surface also require a means of sealing the concrete surface, making them impractical for large concrete structures. Methods supplying carbon dioxide into formwork require the formwork to be formed as a closed space, making them suitable for small structures but unsuitable for buildings. Furthermore, methods utilizing contact with the atmosphere are inefficient due to the extremely low concentration of carbon dioxide in the air.

これに対し、本実施形態の一つに係る二酸化炭素固定方法では、ガス注入孔104が形成することができる限り、種類や大きさ、形状、用途、施工場所に特段の制約を受けること無く、様々な既設のコンクリート構造体100に対して適用できる。また、リペアコンクリート103を充填するステップを除き、新たなセメントを使用する必要がないため、二酸化炭素を大量に発生するセメントの生産ステップを直接的にも間接的にも殆ど利用する必要がない。このことは、二酸化炭素を固定するための反応基質を新たに生み出す必要がないだけでなく、膨大な量の反応基質が地上に存在することを意味している。よって本実施形態の一つに係る二酸化炭素固定方法は、極めて大量の二酸化炭素が固定可能であり、地球温暖化を抑制するための有効なツールとして有用であると言える。In contrast, the carbon dioxide fixation method according to one embodiment can be applied to various existing concrete structures 100 without any particular restrictions on type, size, shape, use, or construction site, as long as gas injection holes 104 can be formed. Furthermore, since there is no need to use new cement except for the step of filling with repair concrete 103, there is almost no need to directly or indirectly utilize the cement production step that generates large amounts of carbon dioxide. This means that not only is it unnecessary to create a new reaction substrate for carbon dioxide fixation, but a vast amount of reaction substrate already exists on the ground. Therefore, the carbon dioxide fixation method according to one embodiment can fix an extremely large amount of carbon dioxide and can be said to be useful as an effective tool for curbing global warming.

3.適用例
3-1.覆工コンクリートへの適用
上述したように、本発明の実施形態の一つに係る二酸化炭素の固定方法は、様々なコンクリート構造体100に適用することができる。例えば図11Aとその拡大図である図11Bに示すように、コンクリート構造体100がトンネルであっても適用可能であり、トンネルの内壁を構成するコンクリート(トンネル覆工コンクリート)102を利用して二酸化炭素を固定することができる。この場合には、コンクリート102にガス注入孔104を複数形成し、ガス注入孔104に対して二酸化炭素を含むガスを供給する。ガス注入孔104の延伸方向は任意であり、鉛直方向(z方向)でもよく、鉛直方向から傾いていてもよい。例えば、トンネルの内壁の法線と平行でもよく、法線から傾くようにガス注入孔104を形成してもよい。また、ガス注入孔104はコンクリート102を貫通する貫通孔でもよく、有底孔でもよい。なお、ガス注入孔104が貫通孔である場合でも、その排出口はコンクリート102に接する岩盤や地盤であるため、二酸化炭素を含むガスを供給する際に排出口を閉じなくてもよい。
3. Application Example 3-1. Application to Tunnel Lining Concrete As described above, the carbon dioxide fixation method according to one embodiment of the present invention can be applied to various concrete structures 100. For example, as shown in Figure 11A and its enlarged view Figure 11B, the method can be applied even if the concrete structure 100 is a tunnel, and carbon dioxide can be fixed using the concrete (tunnel lining concrete) 102 that constitutes the inner wall of the tunnel. In this case, a plurality of gas injection holes 104 are formed in the concrete 102, and gas containing carbon dioxide is supplied to the gas injection holes 104. The extension direction of the gas injection holes 104 is arbitrary and may be in the vertical direction (z direction), or it may be inclined from the vertical direction. For example, it may be parallel to the normal of the inner wall of the tunnel, or the gas injection holes 104 may be formed so as to be inclined from the normal. Also, the gas injection holes 104 may be through holes penetrating the concrete 102, or they may be bottomed holes. Furthermore, even if the gas injection hole 104 is a through hole, its outlet is in bedrock or ground in contact with the concrete 102, so it is not necessary to close the outlet when supplying gas containing carbon dioxide.

3-2.鉄筋を含むコンクリート構造体への適用
この二酸化炭素の固定方法は、鉄筋を含むコンクリート構造体(鉄筋コンクリート構造体)に対しても適用することができる。例えば図12Aに示すような複数の鉄筋160と鉄筋160を埋め込むように打設されるコンクリート102を有するコンクリート構造体100に対して二酸化炭素の固定を行う場合には、鉄筋160を避けるように一つまたは複数のガス注入孔104を形成する。すなわち、鉄筋160がガス注入孔104内で露出しないように各ガス注入孔104が設けられる。図12Bで示される例では、直線状の複数のガス注入孔104が隣接する鉄筋160の間をy方向に延伸するように設けられている。
3-2. Application to Concrete Structures Including Reinforcement This carbon dioxide fixation method can also be applied to concrete structures containing reinforcement (reinforced concrete structures). For example, when fixing carbon dioxide to a concrete structure 100 having multiple reinforcing bars 160 and concrete 102 poured to embed the reinforcing bars 160, as shown in Figure 12A, one or more gas injection holes 104 are formed so as to avoid the reinforcing bars 160. That is, each gas injection hole 104 is provided so that the reinforcing bars 160 are not exposed within the gas injection hole 104. In the example shown in Figure 12B, multiple linear gas injection holes 104 are provided so as to extend in the y direction between adjacent reinforcing bars 160.

コンクリート構造体100がビルである場合には、柱や梁を構成する鉄筋コンクリートに対して本二酸化炭素の固定方法を適用することができる。柱に適用する場合には、柱主筋や横補強筋などを構成する鉄筋160(図13A参照)を避けるようにガス注入孔104が設けられる(図13B)。If the concrete structure 100 is a building, this carbon dioxide fixation method can be applied to the reinforced concrete that makes up the columns and beams. When applied to columns, gas injection holes 104 are provided so as to avoid the reinforcing bars 160 (see Figure 13A) that make up the main reinforcement bars and lateral reinforcement bars of the column (Figure 13B).

コンクリートはアルカリ性を示すが、二酸化炭素と反応して炭酸カルシウムが生成すると、徐々に酸性化する。コンクリートが酸性を示すと鉄筋の腐食が生じるとともに、腐食による鉄筋の膨張がコンクリートのひび割れや破損などの劣化を誘発するこすことがある。したがって、鉄筋を含むコンクリート構造体100を利用する場合には、鉄筋の近傍に位置するコンクリートには二酸化炭素が固定されないことが好ましい。Concrete is alkaline, but when it reacts with carbon dioxide to produce calcium carbonate, it gradually becomes acidic. When concrete becomes acidic, corrosion of the reinforcing steel occurs, and the expansion of the reinforcing steel due to corrosion can induce deterioration such as cracking and damage to the concrete. Therefore, when using a concrete structure 100 containing reinforcing steel, it is preferable that carbon dioxide is not fixed in the concrete located near the reinforcing steel.

鉄筋を含むコンクリート構造体100では、鉄筋はコンクリート構造体100の中心には配置されず、外表面に比較的近いゾーンに配置される。例えば図12Aに示すように、鉄筋160はコンクリート構造体の中心部を取り加工むように配置され、コンクリート102が鉄筋160を埋め込むように施工される。鉄筋コンクリート製の柱でも同様であり、鉄筋160のうち柱の延伸方向に平行な鉄筋(柱主筋)は柱の中心軸を取り囲むように配置され、横補強筋と呼ばれる水平方向に延伸する鉄筋が柱主筋を囲むように配置される。コンクリート102のうち、鉄筋から外側の部分はかぶりコンクリートと呼ばれる。In a concrete structure 100 containing reinforcing bars, the reinforcing bars are not placed in the center of the concrete structure 100, but rather in a zone relatively close to the outer surface. For example, as shown in Figure 12A, the reinforcing bars 160 are positioned to enclose the central part of the concrete structure, and the concrete 102 is constructed to embed the reinforcing bars 160. The same applies to reinforced concrete columns; among the reinforcing bars 160, those parallel to the extension direction of the column (main column reinforcement) are positioned to surround the central axis of the column, while horizontally extending reinforcing bars, called lateral reinforcement bars, are positioned to surround the main column reinforcement. The part of the concrete 102 outside of the reinforcing bars is called cover concrete.

したがって、鉄筋の近傍のコンクリートへの二酸化炭素固定を防ぐため、図14に示すように、ガス注入孔104の側壁のうち、かぶりコンクリートによって構成される部分を覆う保護チューブ162を設けてもよい。保護チューブ162は、ガス注入孔104の注入口側および/または排出口側に設けることができ、その端部はコンクリート構造体100の外表面へ達する。したがって、保護チューブ162によって覆われる側壁の一部は、ガス注入孔104の一端(注入口または排出口)に達する。図示しないが、保護チューブ162の一部は、ガス注入孔104から外側に突き出ていてもよい。Therefore, to prevent carbon dioxide fixation into the concrete near the reinforcing bars, a protective tube 162 may be provided to cover the portion of the side wall of the gas injection hole 104 that is made up of concrete cover, as shown in Figure 14. The protective tube 162 can be provided on the injection side and/or outlet side of the gas injection hole 104, and its end reaches the outer surface of the concrete structure 100. Therefore, a portion of the side wall covered by the protective tube 162 reaches one end (injection or outlet) of the gas injection hole 104. Although not shown, a portion of the protective tube 162 may protrude outward from the gas injection hole 104.

ガス注入孔104が延伸する方向における保護チューブ162の長さLは、かぶりコンクリートの厚さ以上であることが好ましい。より具体的には、保護チューブ162の長さLは、コンクリート構造体100の最内部に位置する鉄筋160からコンクリート102の外表面までの最短距離Dと、この鉄筋160の断面の最最大長さ(例えば断面の直径d)の和Sと同じまたはそれ以上であることが好ましい。あるいは、長さLは和Sの2倍以上5倍以下または1.5倍以上3倍以下の範囲から選択することが好ましい。The length L of the protective tube 162 in the direction in which the gas injection hole 104 extends is preferably equal to or greater than the thickness of the concrete cover. More specifically, the length L of the protective tube 162 is preferably equal to or greater than the sum S of the shortest distance D from the reinforcing bar 160 located in the innermost part of the concrete structure 100 to the outer surface of the concrete 102 and the maximum length of the cross-section of the reinforcing bar 160 (e.g., the diameter d of the cross-section). Alternatively, the length L is preferably selected from a range of 2 to 5 times or 1.5 to 3 times the sum S.

保護チューブ162に含まれる材料に制約はなく、例えば鉄やアルミニウム、ステンレスなどの金属材料、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂、アクリル樹脂などの樹脂、木材でもよい。例えば、エポキシ系接着剤やアクリル系接着剤をガス注入孔104の注入口と排出口側に長さがLとなるように塗布し、硬化することで保護チューブ162を形成してもよい。There are no restrictions on the materials used in the protective tube 162; for example, it may be made of metal materials such as iron, aluminum, or stainless steel, resins such as epoxy resin, silicone resin, or acrylic resin, or wood. For example, the protective tube 162 may be formed by applying an epoxy adhesive or an acrylic adhesive to the inlet and outlet sides of the gas injection hole 104 to a length L, and then allowing it to cure.

保護チューブ162を配置し、ガス注入孔104の注入口と排出口から長さLの側壁と二酸化炭素との接触を防止することで、保護チューブ162から露出した側壁が選択的に二酸化炭素と接触することになる。その結果、保護チューブ162から露出した側壁から二酸化炭素の固定(炭酸化)が開始され、その後炭酸化は側壁からコンクリート102内部へ進行する。その結果、図14に示すように、二酸化炭素が固定された第1のゾーン102aが鉄筋160まで拡大することが予防でき、二酸化炭素が固定されていない(すなわち、炭酸化されていない)第2のゾーン102b内に鉄筋160を保持することができる。鉄筋160は第2のゾーン102bに含まれるため、鉄筋160の腐食やこれに起因するコンクリート102の劣化を防止することができる。By positioning the protective tube 162 and preventing contact between the side wall of length L and carbon dioxide from the inlet and outlet of the gas injection hole 104, the side wall exposed from the protective tube 162 selectively comes into contact with carbon dioxide. As a result, carbon dioxide fixation (carbonation) begins from the side wall exposed from the protective tube 162, and then the carbonation progresses from the side wall into the concrete 102. As a result, as shown in Figure 14, it is possible to prevent the first zone 102a where carbon dioxide is fixed from expanding to the reinforcing bar 160, and the reinforcing bar 160 can be kept in the second zone 102b where carbon dioxide is not fixed (i.e., not carbonated). Since the reinforcing bar 160 is included in the second zone 102b, corrosion of the reinforcing bar 160 and the resulting deterioration of the concrete 102 can be prevented.

保護チューブ162を使用する場合、リペアコンクリート103は保護チューブ162を除去した後に打設してもよく、保護チューブ162をガス注入孔104内に残存させたまま打設してもよい。後者の場合、コンクリート構造体100は保護チューブ162を含み、保護チューブ162はリペアコンクリート103の表面の少なくとも一部を覆う。When using the protective tube 162, the repair concrete 103 may be poured after removing the protective tube 162, or it may be poured with the protective tube 162 remaining in the gas injection hole 104. In the latter case, the concrete structure 100 includes the protective tube 162, and the protective tube 162 covers at least a portion of the surface of the repair concrete 103.

本実施例では、本発明の実施形態の一つに係る二酸化炭素の固定方法のモデル実験として、四角柱状のコンクリートに設けられたガス注入孔に二酸化炭素を供給し、コンクリートの炭酸化を評価した。In this embodiment, as a model experiment of a carbon dioxide fixation method according to one embodiment of the present invention, carbon dioxide was supplied to a gas injection hole provided in a rectangular prism-shaped concrete, and the carbonation of the concrete was evaluated.

1.実施例
1-1.ガス注入孔を有するコンクリートの作製
内部容積が100mm×100mm×400mmの型枠を準備し、断面直径9mm長さ400mmの金属製ロッドを型枠の長手方向と平行に配置した。金属製ロッドは、型枠の内部容積の長手方向に垂直な断面の中心を通過するように配置した。この型枠にレディーミクストコンクリートを打設した。レディーミクストコンクリートは、太平洋セメント社製の普通ポルトランドセメントを用い、単位水量170kg/m3、単位セメント量340kg/m3(水セメント比50%)となるように調製した。24時間経過した後、型枠と金属製ロッドを取り除いてコンクリート102を得た。コンクリート102の模式的斜視図を図15に示す。図15に示すように、コンクリート102は100mm×100mm×400mmの体積を有し、その長手方向に平行な貫通孔をガス注入孔104として有していた。
1. Example 1-1. Preparation of concrete with gas injection holes A formwork with an internal volume of 100 mm × 100 mm × 400 mm was prepared, and a metal rod with a cross-sectional diameter of 9 mm and a length of 400 mm was placed parallel to the longitudinal direction of the formwork. The metal rod was positioned so as to pass through the center of the cross-section perpendicular to the longitudinal direction of the internal volume of the formwork. Ready-mixed concrete was poured into this formwork. The ready-mixed concrete was prepared using ordinary Portland cement manufactured by Taiheiyo Cement Corporation, with a unit water content of 170 kg/ and a unit cement content of 340 kg/ (water-cement ratio of 50%). After 24 hours, the formwork and metal rod were removed to obtain concrete 102. A schematic perspective view of concrete 102 is shown in Figure 15. As shown in Figure 15, concrete 102 had a volume of 100 mm × 100 mm × 400 mm and had through holes parallel to its longitudinal direction as gas injection holes 104.

1-2.二酸化炭素固定
ガス注入孔104の一端(注入口)にゴム製のホースを介して二酸化炭素のボンベを接続し、0.1MPaの圧力でガス注入孔104に二酸化炭素を連続的に供給した。二酸化炭素の供給後、コンクリートを切断し、長手方向に垂直な断面の細孔溶液の液性を評価した。液性の評価は、フェノールフタレインの1%エタノール溶液を指示薬として断面に吹きかけ、指示薬の呈色の有無を確認することで行った。
1-2. Carbon Dioxide Fixation A carbon dioxide cylinder was connected to one end (inlet) of the gas injection hole 104 via a rubber hose, and carbon dioxide was continuously supplied to the gas injection hole 104 at a pressure of 0.1 MPa. After supplying carbon dioxide, the concrete was cut, and the properties of the pore solution in the cross section perpendicular to the longitudinal direction were evaluated. The properties were evaluated by spraying a 1% ethanol solution of phenolphthalein as an indicator onto the cross section and checking whether or not the indicator changed color.

二酸化炭素の供給開始24時間後では、図15Bに模式的に示すように、貫通孔であるガス注入孔104を中心として直径約60mmの円形領域は指示薬による呈色を示さず無色であったのに対し、この領域の外側は指示薬による赤色の呈色が観察された。二酸化炭素の供給開始72時間後では、断面全体が指示薬による呈色を示さず、無色であった。Twenty-four hours after the start of carbon dioxide supply, as schematically shown in Figure 15B, a circular area with a diameter of approximately 60 mm centered on the gas injection hole 104 (a through-hole) did not show any coloration with the indicator and was colorless, while the area outside this region showed red coloration with the indicator. Seventy-two hours after the start of carbon dioxide supply, the entire cross-section did not show any coloration with the indicator and was colorless.

2.比較例
一方、比較例として、ガス注入孔104を持たない同サイズのコンクリートを作製し、相対湿度60%、二酸化炭素濃度5%の環境下の恒温恒湿槽に静置して炭酸化を評価した。炭酸化を上述した方法と同様に評価した結果、炭酸化開始4週間後には、外表面から12.8mmの領域が、8週間後では外表面から18mmの領域が指示薬による呈色を示さず、それ以外の領域では指示薬による赤色の呈色が観察された。
2. Comparative Example On the other hand, as a comparative example, concrete of the same size but without the gas injection holes 104 was prepared and placed in a constant temperature and humidity chamber under a relative humidity of 60% and a carbon dioxide concentration of 5% to evaluate carbonation. When carbonation was evaluated in the same manner as described above, after 4 weeks from the start of carbonation, a region up to 12.8 mm from the outer surface did not show coloration by the indicator, and after 8 weeks, a region up to 18 mm from the outer surface did not show coloration by the indicator, while red coloration by the indicator was observed in the other areas.

3.考察
コンクリートの細孔溶液のpHが約10を超える場合には指示薬は赤色を呈色し、pHが8.3を下回ると呈色を示さず無色を維持する。したがって、赤色の呈色が観察された領域では細孔溶液のpHは10を超えており、炭酸化、すなわち二酸化炭素固定が進行していない、または十分な量の二酸化炭素が固定されていないことを示している。一方、呈色が観測されない領域では細孔溶液のpHが8.3を下回っており、炭酸化が十分に進行していることを示している。
3. Discussion When the pH of the concrete pore solution exceeds approximately 10, the indicator turns red, and when the pH falls below 8.3, it remains colorless without showing any color change. Therefore, in the regions where red color change is observed, the pH of the pore solution exceeds 10, indicating that carbonation, i.e., carbon dioxide fixation, is not progressing, or that a sufficient amount of carbon dioxide is not being fixed. On the other hand, in the regions where no color change is observed, the pH of the pore solution is below 8.3, indicating that carbonation is progressing sufficiently.

実施例の結果から、二酸化炭素の供給開始後24時間では約30%のコンクリートで二酸化炭素が固定され、72時間後にはコンクリートの全体に二酸化炭素が固定されていることが分かる。一方、比較例では、4週間(すなわち、約672時間)で約45%が炭酸化されるものの、8週間(約1344時間)でも59%の炭酸化に留まっている。以上の結果から、コンクリートにガス注入孔を設け、ガス注入孔から高濃度の二酸化炭素を含むガスを供給することにより、恒温槽のようなコンクリート全体を収容するための装置を用いること無く、効率よく二酸化炭素が固定できることが確認された。このことは、本発明の実施形態の一つに係る二酸化炭素の固定方法は、コンクリート構造体、特に大型のコンクリート構造体を利用する二酸化炭素固定に極めて有用な方法であることを示している。The results of the example show that approximately 30% of the concrete was carbon dioxide fixed 24 hours after the start of carbon dioxide supply, and that carbon dioxide was fixed throughout the entire concrete after 72 hours. On the other hand, in the comparative example, approximately 45% was carbonized after 4 weeks (i.e., approximately 672 hours), but even after 8 weeks (approximately 1344 hours), only 59% was carbonized. From these results, it was confirmed that by providing gas injection holes in the concrete and supplying gas containing high concentration of carbon dioxide through the gas injection holes, carbon dioxide can be efficiently fixed without using a device to contain the entire concrete, such as a constant temperature bath. This indicates that the carbon dioxide fixation method according to one embodiment of the present invention is an extremely useful method for carbon dioxide fixation using concrete structures, especially large concrete structures.

本発明の実施形態として上述した各実施形態は、相互に矛盾しない限りにおいて、適宜組み合わせて実施することができる。各実施形態を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。The embodiments described above as embodiments of the present invention can be combined and implemented as appropriate, insofar as they do not contradict each other. Additions, deletions, or design modifications of components based on these embodiments, made by those skilled in the art, are also included within the scope of the present invention, as long as they retain the essence of the present invention.

上述した各実施形態によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、または、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと理解される。Any effects or benefits other than those brought about by the embodiments described above, if they are clear from the description herein or easily predictable to those skilled in the art, are naturally understood to be brought about by the present invention.

100:コンクリート構造体、102:コンクリート、102a:第1のゾーン、102b:第2のゾーン、103:リペアコンクリート、104:ガス注入孔、106:プレート、108:パッキン、110:アダプタ、112:Оリング、114:キャップ、120:二酸化炭素供給源、122:二酸化炭素ライン、124:圧力計、125:フローメータ、126:ジョイント、128:濃度計、129:湿度計、130:真空ポンプ、140:水供給源、142:制御装置、150:型枠、152:コア材、154:レディーミクストコンクリート、160:鉄筋、162:保護チューブ100: Concrete structure, 102: Concrete, 102a: First zone, 102b: Second zone, 103: Repair concrete, 104: Gas injection hole, 106: Plate, 108: Packing, 110: Adapter, 112: O-ring, 114: Cap, 120: Carbon dioxide supply source, 122: Carbon dioxide line, 124: Pressure gauge, 125: Flow meter, 126: Joint, 128: Concentration meter, 129: Hygrometer, 130: Vacuum pump, 140: Water supply source, 142: Control device, 150: Formwork, 152: Core material, 154: Ready-mixed concrete, 160: Reinforcement, 162: Protective tube

Claims (15)

炭酸化対象であるコンクリート構造体に含まれるコンクリートにガス注入孔を形成すること、
前記ガス注入孔に二酸化炭素を含むガスを導入すること、
前記ガスの導入の後、前記ガス注入孔の一端をキャップして前記ガスを前記ガス注入孔に封じ込めること、および
前記ガスを封じ込めた後、前記ガス注入孔にコンクリートを打設することを含む、二酸化炭素を固定する方法。
Forming gas injection holes in the concrete contained in the concrete structure that is to be carbonated ,
Introducing a gas containing carbon dioxide into the aforementioned gas injection port,
A method for fixing carbon dioxide, comprising: introducing the gas, capping one end of the gas injection hole to seal the gas in the gas injection hole, and pouring concrete into the gas injection hole after the gas has been sealed.
炭酸化対象であるコンクリート構造体に含まれるコンクリートにガス注入孔を形成すること、
前記ガス注入孔に二酸化炭素を含むガスを導入すること、および
前記ガスの導入の後、前記ガス注入孔にコンクリートを打設することを含む、二酸化炭素を固定する方法。
Forming gas injection holes in the concrete contained in the concrete structure that is to be carbonated ,
A method for fixing carbon dioxide, comprising introducing a gas containing carbon dioxide into the gas injection hole, and pouring concrete into the gas injection hole after the introduction of the gas.
前記ガスの導入の前に、前記ガス注入孔を減圧することをさらに含む、請求項1または2に記載の方法。 The method according to claim 1 or 2, further comprising depressurizing the gas injection port before introducing the gas. 前記ガスは水をさらに含む、請求項1または2に記載の方法。 The method according to claim 1 or 2, wherein the gas further comprises water. 前記ガス注入孔は貫通孔であり、
前記方法は、前記ガスの導入の前に、前記ガス注入孔の他の一端をキャップすることをさらに含む、請求項1または2に記載の方法。
The aforementioned gas injection hole is a through hole,
The method according to claim 1 or 2, further comprising capping the other end of the gas injection hole before introducing the gas.
前記ガス注入孔は有底孔である、請求項1または2に記載の方法。 The method according to claim 1 or 2, wherein the gas injection hole is a bottomed hole. 前記ガス注入孔は、前記コンクリート構造体の外表面に対して垂直に延伸する、請求項1または2に記載の方法。 The method according to claim 1 or 2, wherein the gas injection hole extends perpendicularly to the outer surface of the concrete structure. 前記ガス注入孔は、前記コンクリート構造体の外表面に対して傾いた方向に延伸する、請求項1または2に記載の方法。 The method according to claim 1 or 2, wherein the gas injection hole extends in a direction inclined with respect to the outer surface of the concrete structure. 前記ガス注入孔の側壁の一部を保護チューブで覆うことをさらに含み
前記一部は前記ガス注入孔の前記一端に達し、
前記コンクリート構造体は鉄筋を含み、
前記ガス注入孔が延伸する方向における前記保護チューブの長さは、前記コンクリート構造体の外表面から前記鉄筋までの最短距離および前記鉄筋の直径の和よりも大きい、請求項1に記載の方法。
The further includes covering a portion of the side wall of the gas injection hole with a protective tube, wherein the portion reaches the one end of the gas injection hole.
The aforementioned concrete structure includes reinforcing steel,
The method according to claim 1, wherein the length of the protective tube in the direction in which the gas injection hole extends is greater than the sum of the shortest distance from the outer surface of the concrete structure to the reinforcing bar and the diameter of the reinforcing bar.
前記ガス注入孔の形成は、
コア材が配置された型枠に、前記コア材の少なくとも一部を埋め込むように、レディーミクストコンクリートを流し込むこと、
前記レディーミクストコンクリートを硬化させること、および
前記コア材を取り除くことによって行われる、請求項1または2に記載の方法。
The formation of the aforementioned gas injection hole is
Pouring ready-mixed concrete into a formwork in which the core material is placed, such that at least a portion of the core material is embedded.
The method according to claim 1 or 2, wherein the ready-mixed concrete is hardened and the core material is removed.
第1のコンクリート、および
前記第1のコンクリートと組成が異なり、前記第1のコンクリートに囲まれ、前記第1のコンクリートの外側から内部に向かう第1の方向に延伸する第2のコンクリートを含み、
前記第1のコンクリートは、前記第2のコンクリートに接する第1のゾーン、および前記第1のゾーンを囲む第2のゾーンを含み、
前記第1のゾーンの炭酸カルシウムの濃度は、前記第1の方向に垂直な第2の方向において、前記第1のコンクリートと前記第2のコンクリートの界面からの距離が増大するにつれて連続的に減少し、
前記第2のゾーンの炭酸カルシウムの濃度は、前記第2の方向において一定である、コンクリート構造体。
The material comprises a first concrete, and a second concrete having a different composition from the first concrete, surrounded by the first concrete, and extending in a first direction from the outside to the inside of the first concrete.
The first concrete includes a first zone in contact with the second concrete, and a second zone surrounding the first zone.
The concentration of calcium carbonate in the first zone decreases continuously in a second direction perpendicular to the first direction as the distance from the interface between the first concrete and the second concrete increases.
A concrete structure in which the concentration of calcium carbonate in the second zone is constant in the second direction.
前記第2のゾーンは鉄筋を含む、請求項11に記載のコンクリート構造体。 The concrete structure according to claim 11, wherein the second zone includes reinforcing bars. 前記第1のコンクリートと接し、前記第2のコンクリートの表面の少なくとも一部を覆う保護チューブをさらに含む、請求項11に記載のコンクリート構造体。 The concrete structure according to claim 11, further comprising a protective tube that is in contact with the first concrete and covers at least a portion of the surface of the second concrete. 前記ガス注入孔が形成される前記コンクリートは、覆工コンクリートである、請求項1または2に記載の方法。The method according to claim 1 or 2, wherein the concrete in which the gas injection hole is formed is lining concrete. 前記コンクリート構造体は、ビルの柱、ビルの基礎梁、橋の橋脚、柱の橋台、堤防、防波堤、および消波ブロックから選択される、請求項1または2に記載の方法。The method according to claim 1 or 2, wherein the concrete structure is selected from building columns, building foundation beams, bridge piers, column abutments, embankments, breakwaters, and wave-dissipating blocks.
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