(57)【要約】【課題】スラリー材を構成する個々の粒子のｇ値を求め、これを基にして、スラリー材のｇ値を、構成材料の配合条件のみから推定する方法を提供する。【解決手段】水と固体粒子からなる２相混合体のｇ値を測定し、これを基にして並列モデルを作成し、この並列モデルを用いて各構成材料の粒子のｇ値を求め、当該構成材料別の固有熱抵抗値に並列モデルを適用し、泥水、セメント及び添加材等の複数相の混合体であるスラリー材のｇ値を予測する。【選択図】  なし 【特許請求の範囲】
【請求項１】
水と固体粒子からなる２相混合体の固有熱抵抗値を測定し、これを基にして並列モデルを作成し、この並列モデルを用いて各構成材料の粒子の固有熱抵抗値を求め、当該構成材料別の固有熱抵抗値に並列モデルを適用し、複数相の混合体であるスラリー材の固有熱抵抗値を予測することを特徴とする、構成粒子の熱伝導特性に基づくスラリー材の固有熱抵抗値推定方法。
【請求項２】
水と固体粒子からなる２相混合体の固有熱抵抗値を測定し、この固有熱抵抗値と当該混合体の密度（ρ）との関係を実験的に定め、粒子の比重に相当する混合体密度に対する固有熱抵抗値を求めることで構成材料の各粒子の固有熱抵抗値を推定し、当該構成材料別の固有熱抵抗値に並列モデルを適用し、複数相の混合体であるスラリー材の固有熱抵抗値を予測することを特徴とする、構成粒子の熱伝導特性に基づくスラリー材の固有熱抵抗値推定方法。
【請求項３】
水と固体粒子からなる２相混合体の固有熱抵抗値を測定し、この固有熱抵抗値と当該混合体の含水比との関係を実験的に定め、含水比がゼロとなる点の固有熱抵抗値を求めることで各構成材料の粒子の固有熱抵抗値を推定し、当該構成材料別の固有熱抵抗値に並列モデルを適用し、複数相の混合体であるスラリー材のｇ値を予測することを特徴とする、構成粒子の熱伝導特性に基づくスラリー材の固有熱抵抗値推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、スラリー材の固有熱抵抗値を推定する方法に関するもので、スラリー材の構成粒子の熱伝導特性を用いて推定する方法である。
【背景技術】
【０００２】
地中送電線ケーブルの送電容量は、ケーブルからの熱放散性、すなわち周辺地盤の熱抵抗によって大きく影響される。この周辺地盤の固有熱抵抗を的確に知り、経済的なケーブルサイズを選定することは、コストダウンの重要な要素となっている。地中送電線管路などに用いられる中詰材等の充填材（以下スラリー材という）の開発では、経済的に、目標とする固有熱抵抗値（熱伝導率の逆数で、以下ｇ値という）を満足させるためにいろいろな添加材が用いられ、その配合の決定には多くの配合試験が必要となっていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の技術では、スラリー材の構成材料の配合とｇ値との関係が明らかになっていなかったため、多数の試験の実施によりその傾向を掌握する必要があった。従って、目標とするｇ値を有するスラリー材を製造するに当って、添加材の配合決定に極めて手間がかかるものであった。
【０００４】
そこで、スラリー材を構成する配合材料の個々の粒子の性質とスラリー材そのもののｇ値との関係が明らかになれば、その挙動を配合設計により制御することが可能である。そして、スラリー材を構成する材料の個々の粒子の性質のうちでも最も支配的と考えられる熱伝導率（すなわち、固有熱抵抗値）を基にしてスラリー材のｇ値を推定することが可能かどうか考察した。
この発明は、これらを鑑みて成されたものであり、スラリー材を構成する個々の粒子のｇ値を求め、これを基にして、スラリー材のｇ値を、構成材料の配合条件のみから推定する方法を提供し、上記課題を解決しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１項の発明は、水と固体粒子からなる２相混合体のｇ値を測定し、これを基にして並列モデルを作成し、この並列モデルを用いて各構成材料の粒子のｇ値を求め、当該構成材料別の固有熱抵抗値に並列モデルを適用し、泥水、セメント及び添加材等の複数相の混合体であるスラリー材のｇ値を予測する方法とした。
【０００６】
また、請求項２の発明は、水と固体粒子からなる２相混合体のｇ値を測定し、このｇ値と当該混合体の密度（ρ）との関係を実験的に定め、粒子の比重に相当する混合体密度に対するｇ値を求めることで構成材料の各粒子のｇ値を推定し、当該構成材料別の固有熱抵抗値に並列モデルを適用し、泥水、セメント及び添加材等の複数相の混合体であるスラリー材のｇ値を予測する方法とした。
【０００７】
また、請求項３の発明は、水と固体粒子からなる２相混合体のｇ値を測定し、このｇ値と当該混合体の含水比との関係を実験的に定め、含水比がゼロとなる点のｇ値を求めることで各構成材料の粒子のｇ値を推定し、当該構成材料別の固有熱抵抗値に並列モデルを適用し、泥水、セメント及び添加材等の複数相の混合体であるスラリー材のｇ値を予測する方法とした。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１乃至３の発明によれば、スラリー材の構成材料の個々のｇ値に基づくスラリー材のｇ値予測モデルにより、十分な精度で、例えば４相混合体のスラリー材のｇ値が推定できる。従って、従来のように目標とするｇ値を満足させるために添加材の配合の決定にあたって、配合試験を多数回行う等の手間や費用を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
水と固体粒子からなる２相混合体のｇ値を測定し、これを基にして並列モデルを作成し、この並列モデルを用いて各構成材料の粒子のｇ値を求め、当該構成材料別のｇ値に並列モデルを適用し、泥水、セメント及び添加材の４相混合体であるスラリー材のｇ値を予測する方法とした。
【実施例１】
【００１０】
この発明の推定方法（モデル）は、以下の第１ステップと第２ステップから構成される。
第１ステップでは、スラリー材に添加する各構成材料のｇ値を求める。まず、水と粒子からなら２相混合体（飽和度１００％）のｇ値を測定し、スラリー材の構成粒子のｇ値を推定する。構成粒子としては、ｇ値調整のための添加材として、フライアッシュ、ゴミ熔融スラグ、転炉スラグ、ドロマイト、石灰岩などがあり、またスラリー材の基本構成材料であるセメント（普通ポルトランドセメント等）及び泥である。ここで、水との２相系を扱うのは、ｇ値を粒状の粒子単体で計測するのは難点が多いこと、また、空隙等の存在によりｇ値の大きな空気（ｇ値＝４００〜３０００°Ｃ・ｃｍ／ｗ）が混入することでｇ値の変動幅が大きくなりやすくなることにある。検証用の材料として、岩体の熱伝導特性が既知である石灰岩粉体とドロマイト粉体を用い、岩体のｇ値を粉体のｇ値と同等とみなした。
【００１１】
ここでは、３つの手法により構成粒子のｇ値を推定する。
１つ目の手法として、石灰岩（粉体）に加水した２相混合体のｇ値を測定し、石灰岩粉体のｇ値、及び水のｇ値を構成率に基づき重み付けし、推定するモデル（並列モデル）を作成し、その検証を行う。
次に、ｇ値が未知の構成材料である、泥、セメント、フライアッシュ、ゴミ熔融スラグ、転炉スラグについてここで確定したモデルを用いて、各粒子のｇ値を推定する。
【００１２】
次にこの手法での手順を説明する。
（１）粒子単体のｇ値（ｇｓ）が既知である石灰岩（ｇｓ＝３９°Ｃ・ｃｍ／ｗ）について、水（水のｇ値、ｇｗ＝１６５°Ｃ・ｃｍ／ｗ）で飽和させた２相混合体を作成する。含水比は６水準（ｗ＝２０、３０、４０、５０、６０、７０％）とした。
（２）（１）で作成した２相混合体のｇ値（ｇ０）を測定する。
（３）含水比ｗ（％）をもとに２相混合体のｇ値（ｇｃ）を計算する。計算式は重量比又は容積比による重み付けとし、下式とする。
重量比：ｇｃ＝（１００ｇｓ＋ｗｇｗ）／（１００＋ｗ）
容積比：ｇｃ＝（１００ｇｓ＋Ｇｓ・ｗｇｗ）／（１００＋Ｇｓ・ｗ）
（４）ｇ値の測定値（ｇ０）と計算値（ｇｃ）の散布図を作成し、補正が必要な場合は上式を後述のように補正する。
（５）泥、ゴミ熔融スラグ、転炉スラグ、セメント、フライアッシュ粒子単体の熱伝導率は直接計測不可能である。ここでは水との２相混合体のｇ値を計測し、上記モデルで粒子単体のｇ値の逆算を行う。
含水比はゴミ熔融スラグについては３水準（ｗ＝１５、２４、３２％）、転炉スラグについては４水準（ｗ＝２９、３３、３６、４９％）、セメントについては３水準（ｗ＝４０、６０、８０％）、フライアッシュについては３水準（ｗ＝４０、６０、８０％）とした。泥は４水準（ｗ＝４７、５５、１２３、１７６％）とした。
（６）（５）で作成した２相混合体のｇ値（ｇ０）を測定する。
（７）並列モデルをもとに材料粒子のｇ値（ｇｓ）について解く。重量比による場合で、補正がない場合の計算式は下式とする。
ｇｓ＝〔（１００＋ｗ）ｇ０−ｗｇｗ〕／１００
【００１３】
上記の手法において、水と石灰岩粉末の混合体についてのｇ値の計算値（ｇｃ）と測定値（ｇ０）との散布図を図１に示す。容積比によるものと、重量比によるものについて、どちらも測定値に対して過大な計算値を呈しているが、測定値と計算値の相関が高いことが分かる。これより一律の補正を行うことで構成比率に基づく推定が十分可能であると判断できる。なかでも重量比によるものの方が、離脱が小幅となっていることから、ここでは重量比によるものを採用する。補正式は以下の通りであり、
ｇｃ＝ｇｏ＋Ｃ    
図１から補正値Ｃ＝１１．２９となる。
ｇｃ＝ｇｏ＋１１．２９
以上から、材料粒子のｇ値（ｇｓ）の算定モデルは、含水比をｗ（％）、水のｇ値をｇｗ（１６５°Ｃ・ｃｍ／ｗ）とすると、
ｇｓ＝〔（１００＋ｗ）（ｇｏ＋１１．２９）−ｗｇｗ〕／１００
となる。
このモデルの妥当性を検証するために、石灰岩とドロマイトを用い、推定値（計算値）と文献値との比較を行ったところ、良好な値を得た。これを表１に示す。また、その他の材料について計算した結果についても当該表１の「１．構成率に基づく推定」に示す。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
２つ目の手法として、上記のデータを基にして、水と粒子の２相混合体のｇ値と比重との関係を実験的に定め、粒子比重に対応したｇ値を求めることで、粒子のｇ値を推定する。
２相混合体の比重とｇ値の関係を図２に示す。ｇ値が既知である石灰岩、ドロマイトとも推定値は文献値に近いと認められる。
また、各粒子についてｇ値を推定した結果を上記表１の「２．ｇ−ρ関係に基づく推定」に示す。
【００１６】
３つ目の手法として、上記のデータを基にして、水と粒子の２相混合体のｇ値と含水比との関係を実験的に定め、含水比がゼロとなる点のｇ値を求めることで、構成材料のｇ値を推定する。そして、ｇ値が既知である石灰岩（ｇｓ＝３９°Ｃ・ｃｍ／ｗ）とドロマイト（ｇｓ＝２２°Ｃ・ｃｍ／ｗ）でモデルの検証をした結果を図３及び上記表１の「３．ｇ−ｗ関係に基づく推定」に示す。  石灰岩、ドロマイトいずれも推定値は文献値に近接した値を示しており、本手法による推定は妥当なものと判断された。その他の物質について推定した結果を上記表１の「３．ｇ−ｗ関係に基づく推定」及び図４に示す。
【００１７】
第２ステップでは、上記第１ステップで求めた構成材料別のｇ値からスラリー材（泥＋水＋セメント＋添加材の４相混合体）のｇ値を予測する。
泥とセメント及び添加材の乾燥重量比をｍ：ｎ：（１−ｍ−ｎ）とし、ｇ値をそれぞれｇｓ１、ｇｓ２及びｇｓ３とすると、スラリー材ｇ値の推定式（推定値ｇｅ）は以下の通りである。
【００１８】
ｇｅ＝〔100ｍｇｓ１＋100ｎｇｓ２＋100（1−ｍ−ｎ）ｇｓ３＋ｗｇｗ〕／（100＋ｗ）−Ｃ
但しＣ：補正値（１１．２９）
計算値と実測値を比較した結果、図５に示すように、良好な精度（１σ＝２．８°Ｃ・ｃｍ／ｗ）がえられた。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明の実施例の第１ステップの1つ目の手法における検証例としての、水と石灰岩（粉体）からなる２相混合体のｇ値の計算値と測定値との散布図である。
【図２】この発明の実施例の第１ステップの２つ目の手法における２相混合体の比重とｇ値の関係を示すグラフ図である。
【図３】この発明の実施例の第１ステップの３つ目の手法におけるｇ−ｗ関係による粒子ｇ値推定方法の検証グラフ図である。
【図４】この発明の実施例の第１ステップの３つ目の手法におけるｇ−ｗ関係による粒子ｇ値推定のグラフ図である。
【図５】この発明の実施例の第２ステップにおけるスラリー材ｇ値推定の検証グラフ図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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