JP7279883B2 - A method for manufacturing a glass bulk body - Google Patents
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Description
本発明はガラスバルク体の製造方法に関し、より具体的には、砂粒の集合体、岩石又はコンクリートの表面の任意の領域をガラス化することができるガラスバルク体の製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing a glass bulk body, and more specifically to a method for producing a glass bulk body capable of vitrifying an arbitrary region on the surface of aggregates of sand grains, rocks or concrete.
レーザビームには質量が無いため、レーザ加工は基本的に無騒音かつ無振動で行うことができ、金属材の加工及び溶接等のみならず、コンクリート材への処理についても注目され、建築分野への適用可能性についての調査が開始されている。 Since the laser beam has no mass, laser processing can be performed basically without noise and vibration, and not only processing and welding of metal materials, but also processing of concrete materials is attracting attention, and it is used in the construction field. Investigation into the applicability of
具体的には、シリカ成分を含むコンクリートや岩に対してレーザを照射すると、照射領域のシリカ成分が溶融してガラス化することが報告されており、当該現象を利用して、岩盤切削やコンクリート材への孔あけ及び表面処理等が検討されている。 Specifically, it has been reported that when concrete or rock containing silica components is irradiated with a laser, the silica components in the irradiated area melt and vitrify. Drilling into the material, surface treatment, etc. are being studied.
例えば、特許文献1(特開平6-80485号公報)においては、建築用材料基材の表面に無機物質を主成分とする表面付着材を配置し、レーザを照射することにより表面層を溶融し、強固な膜が形成された建築材料を得る表面処理方法が提案されている。 For example, in Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-80485), a surface adhesion material containing an inorganic substance as a main component is placed on the surface of a building material base material, and the surface layer is melted by irradiating with a laser. , a surface treatment method for obtaining a building material with a strong film formed thereon has been proposed.
上記特許文献1に記載のレーザ溶接装置においては、建築用材料基材と表面付着材の両方を溶融するため強固な硬化膜を作成することができ、建設用材料の表面に着色した硬化膜を容易に形成することや、建設用材料の表面に断熱、遮音効果を持たせることができる、としている。 In the laser welding apparatus described in Patent Document 1, both the building material base material and the surface adhering material are melted, so that a strong cured film can be created, and a colored cured film can be formed on the surface of the construction material. It is said that it can be easily formed, and that the surface of construction materials can have heat and sound insulation effects.
また、特許文献2(特開平11-19785号公報)においては、セメント硬化体にレーザを照射して、セメント硬化体の強度を低下させた脆弱層を形成した後に、当該脆弱層を除去することにより穿孔することを特徴とするセメント硬化体の穿孔方法が提案されている。 Further, in Patent Document 2 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-19785), a hardened cement body is irradiated with a laser to form a brittle layer in which the strength of the hardened cement body is reduced, and then the brittle layer is removed. A method for perforating a hardened cement body has been proposed.
上記特許文献2に記載のセメント硬化体の穿孔方法においては、低騒音・低振動の装置を用いて穿孔対象物たるセメント硬化体に十分強度を低下させた脆弱層を形成し、その後に当該脆弱層を除去するため、低速回転の機械式又は手動式の工具を用いて当該脆弱層を除去することができる。その結果、穿孔時における振動や騒音の発生を極力抑えることができ、穿孔時における作業環境及び周辺環境の改善を図ることができる、としている。
In the method for perforating a hardened cement body described in
しかしながら、上記特許文献1に記載の建設用材料及びその表面処理方法は、レーザ照射に対して成分等が調整された無機物質を主成分とする表面付着材を使用することが必須であり、レーザ照射によって当該表面付着材を溶融させ、建築用材料基材の表面に被覆するものである。即ち、上記特許文献1に記載の表面処理方法はレーザ照射を用いた無機物質の被覆方法であり、砂粒の集合体、岩石又はコンクリートに含まれるシリカ(SiO2)成分を原料とし、これらの任意の領域にガラス層を形成させるガラスバルク体の製造方法とは全く異なる。However, in the construction material and the surface treatment method thereof described in Patent Document 1, it is essential to use a surface adhering material whose main component is an inorganic substance whose components have been adjusted for laser irradiation. The surface adhering material is melted by irradiation and coated on the surface of the building material base material. That is, the surface treatment method described in Patent Document 1 is a method of covering an inorganic substance using laser irradiation, and uses silica (SiO 2 ) components contained in aggregates of sand grains, rocks, or concrete as raw materials, and any of these It is completely different from the method of manufacturing a glass bulk body in which a glass layer is formed in the region of .
また、上記特許文献2に記載のセメント硬化体の穿孔方法は、レーザ照射を用いてセメント硬化体に脆弱層を形成させるものであり、欠陥等の形成が抑制された緻密なガラス層を任意の領域に形成させる方法とは全く逆の方向性を有する技術である。更に、脆弱層を形成させるのは穿孔領域に相当する狭い領域に限定されることに加え、当該脆弱層を連続的に形成させる必要もない。つまり、公知の従来技術においては、砂粒の集合体、岩石又はコンクリートに含まれるシリカ(SiO2)成分を原料とし、これらの任意の領域に(特に広い領域に)緻密なガラス層を連続的に形成させる方法は存在しない。The method for perforating the hardened cement body described in
以上のような従来技術における問題点に鑑み、本発明の目的は、砂粒の集合体、岩石又はコンクリートに対してレーザ照射し、これらの砂粒の集合体、岩石又はコンクリートに含まれるシリカ(SiO2)成分を原料として、任意の領域に(特に広い領域に)緻密なガラス層を連続的に形成させる簡便なガラスバルク体の製造方法を提供することにある。また、本発明は、砂粒の集合体、岩石又はコンクリートからなる基材の表面がガラス化され、任意の領域にガラス層が連続的に形成されたガラスバルク体を提供することも目的としている。In view of the problems in the prior art as described above, an object of the present invention is to irradiate an aggregate of sand grains, rocks, or concrete with a laser, and to extract silica (SiO 2 ) contained in these aggregates of sand grains, rocks, or concrete. ) is used as a raw material to provide a simple method for producing a glass bulk body in which a dense glass layer is continuously formed in an arbitrary region (especially in a wide region). Another object of the present invention is to provide a glass bulk body in which the surface of a substrate made of an aggregate of sand grains, rocks or concrete is vitrified and a glass layer is continuously formed in an arbitrary region.
本発明者は上記目的を達成すべく、緻密なガラス層を連続的かつ広域に形成させることができるレーザ照射方法について鋭意研究を重ねた結果、レーザの定点照射によってガラス層の種となる溶融部を形成した後、レーザの走査によって当該溶融部を連続して拡張すること等が極めて重要であるということを見出し、本発明に到達した。 In order to achieve the above object, the present inventors conducted intensive research on a laser irradiation method capable of forming a dense glass layer continuously and over a wide area. The inventors have found that it is extremely important to continuously extend the melted portion by laser scanning after forming the , and have arrived at the present invention.
即ち、本発明は、
砂粒の集合体、岩石又はコンクリートの表面をガラス化するガラスバルク体の製造方法であって、
前記砂粒の集合体、前記岩石及び前記コンクリートはシリカ(SiO2)成分を含み、
前記表面にレーザを定点照射し、溶融部を形成させる第一工程と、
前記溶融部が連続して拡大する走査速度で前記レーザの照射位置を移動させ、ガラス層を形成させる第二工程と、を有し、
前記第一工程と前記第二工程を連続して行うこと、
を特徴とするガラスバルク体の製造方法、を提供する。That is, the present invention
A method for producing a glass bulk body by vitrifying the surface of an aggregate of sand grains, rocks or concrete, comprising:
the aggregate of sand grains, the rock and the concrete contain a silica (SiO 2 ) component,
a first step of irradiating the surface with a laser at a fixed point to form a melted portion;
a second step of moving the irradiation position of the laser at a scanning speed at which the melted portion continuously expands to form a glass layer;
Continuously performing the first step and the second step;
To provide a method for manufacturing a glass bulk body characterized by:
シリカ(SiO2)成分を含む砂粒の集合体、岩石又はコンクリートの表面にレーザを定点照射することで、ガラス層の種となる溶融部を形成することができる。その後、レーザを任意の方向に走査することで、当該溶融部を拡張することができる。ここで、走査速度が早過ぎる場合は、溶融部が分断又は狭くなり、緻密なガラス層を連続的に形成させることができない。一方で、走査速度が遅過ぎる場合は、ガラス層の形成に必要なシリカ(SiO2)成分の蒸発や水蒸気爆発、基材である砂粒の集合体、岩石又はコンクリートの形状変化等によって、緻密なガラス層を連続的に形成させることができない。By irradiating the surface of an aggregate of sand grains containing a silica (SiO 2 ) component, rock, or concrete with a laser at a fixed point, it is possible to form a melted portion that serves as a seed for a glass layer. After that, by scanning the laser in any direction, the fusion zone can be expanded. Here, if the scanning speed is too fast, the melted portion will be divided or narrowed, and a dense glass layer cannot be formed continuously. On the other hand, if the scanning speed is too slow, vaporization of the silica (SiO 2 ) component necessary for forming the glass layer, steam explosion, aggregates of sand grains that are the base material, changes in the shape of the rock or concrete, etc., may cause the formation of a dense layer. A glass layer cannot be formed continuously.
本発明のガラスバルク体の製造方法においては、前記第一工程の予備処理工程として、前記表面にシリカ(SiO2)成分を含む粉末を配置すること、が好ましい。砂粒の集合体、岩石又はコンクリートに含まれるシリカ(SiO2)成分に加えて、粉末からもシリカ(SiO2)成分を供給することで、より安定的かつ効率的にガラス層を形成することができる。In the method for producing a glass bulk body of the present invention, it is preferable that powder containing a silica (SiO 2 ) component is arranged on the surface as a preliminary treatment step of the first step. By supplying the silica (SiO 2 ) component from powder in addition to the silica (SiO 2 ) component contained in aggregates of sand grains, rocks, or concrete, the glass layer can be formed more stably and efficiently. can.
また、本発明のガラスバルク体の製造方法においては、前記ガラス層に対して前記予備処理工程、前記第一工程及び前記第二工程を施し、前記ガラス層の厚さを増加させること、が好ましい。第一工程及び第二工程をそれぞれ一回施すことでもガラス層を形成させることができるが、粉末によってシリカ(SiO2)成分を再度供給し、第一工程及び第二工程を施すことで、ガラス層の厚さ及び面積を増加させることができる。ここで、当該処理は一度に限られず、必要に応じて複数回繰り返すことで、任意の厚さ及び面積を有するガラス層を形成することができる。Further, in the method for producing a glass bulk body of the present invention, it is preferable that the glass layer is subjected to the preliminary treatment step, the first step and the second step to increase the thickness of the glass layer. . A glass layer can be formed by performing the first step and the second step once, respectively. Layer thickness and area can be increased. Here, the treatment is not limited to one time, and a glass layer having an arbitrary thickness and area can be formed by repeating the treatment multiple times as necessary.
また、本発明のガラスバルク体の製造方法においては、前記第二工程において、前記溶融部に前記粉末を供給すること、が好ましい。第二工程において溶融部にシリカ(SiO2)成分を含む粉末を供給することで、より安定的かつ効率的に緻密なガラス層を形成することができる。粉末の供給方法は特に限定されず、従来公知の種々の方法で供給すればよい。例えば、レーザクラッディングで用いられている粉末供給方法(溶融部近傍への粉末供給用ノズルや、レーザ照射に対して同軸に粉末を供給するノズル等)を用いることができる。Moreover, in the manufacturing method of the glass bulk body of the present invention, it is preferable that the powder is supplied to the melting section in the second step. By supplying powder containing a silica (SiO 2 ) component to the melting portion in the second step, a dense glass layer can be formed more stably and efficiently. The powder supply method is not particularly limited, and may be supplied by conventionally known various methods. For example, a powder supply method used in laser cladding (nozzle for supplying powder to the vicinity of the fusion zone, nozzle for supplying powder coaxially with respect to laser irradiation, etc.) can be used.
また、本発明のガラスバルク体の製造方法においては、前記第一工程において、前記表面における前記レーザのパワー密度を3~15W/mm2とすること、が好ましい。レーザのパワー密度を3W/mm2以上とすることで、基材に含まれるシリカ(SiO2)成分等を十分に溶融し、ガラス層の種領域を形成させることができる。また、15W/mm2以下とすることで、水蒸気爆発等によるガラス層の緻密化阻害を抑制することができ、基材の変形等も抑制することができる。Further, in the method for manufacturing a glass bulk body of the present invention, in the first step, it is preferable that the power density of the laser on the surface is 3 to 15 W/mm 2 . By setting the laser power density to 3 W/mm 2 or more, the silica (SiO 2 ) component and the like contained in the substrate can be sufficiently melted to form the seed region of the glass layer. In addition, by setting it to 15 W/mm 2 or less, inhibition of densification of the glass layer due to steam explosion or the like can be suppressed, and deformation of the base material can be suppressed.
また、本発明のガラスバルク体の製造方法においては、前記第二工程において、前記表面における前記レーザのパワー密度を20~40W/mm2とすること、が好ましい。レーザのパワー密度を20W/mm2以上とすることで、レーザの照射位置を移動させても溶融状態を十分に維持することができ、溶融部を連続的に拡大することができる。また、40W/mm2以下とすることで、シリカ(SiO2)成分の蒸発、水蒸気爆発及び基材の変形等を抑制することができる。Further, in the method for manufacturing a glass bulk body of the present invention, it is preferable that in the second step, the power density of the laser on the surface is 20 to 40 W/mm 2 . By setting the power density of the laser to 20 W/mm 2 or more, the melted state can be sufficiently maintained even if the laser irradiation position is moved, and the melted portion can be enlarged continuously. In addition, by setting it to 40 W/mm 2 or less, it is possible to suppress evaporation of silica (SiO 2 ) components, steam explosion, deformation of the base material, and the like.
また、本発明のガラスバルク体の製造方法においては、前記第二工程において、前記走査速度を0.01~2.0m/minとすること、が好ましい。レーザの走査速度を0.01m/min以上とすることで、シリカ(SiO2)成分等の蒸発や水蒸気爆発、基材の変形等を抑制することができる。また、2.0m/min以下とすることで、レーザの照射位置を移動させても溶融状態を十分に維持することができ、溶融部を連続的に拡大することができる。Further, in the method for producing a glass bulk body of the present invention, it is preferable that the scanning speed is set to 0.01 to 2.0 m/min in the second step. By setting the scanning speed of the laser at 0.01 m/min or higher, it is possible to suppress evaporation of silica (SiO 2 ) components and the like, steam explosion, deformation of the base material, and the like. Further, by setting the speed to 2.0 m/min or less, the molten state can be sufficiently maintained even if the laser irradiation position is moved, and the molten portion can be continuously enlarged.
また、本発明のガラスバルク体の製造方法においては、前記砂の集合体及び/又は前記岩石が、地盤又は海底を掘削する際の掘削領域外縁に存在すること、が好ましい。地盤又は海底を掘削する場合、当該掘削に伴って掘削領域外縁が崩落することが問題となっている。一般的にはケーシングを用いて掘削を進めていくが、地層が立っている場合(油田の地層等)は崩落しやすく、ケーシングできない場合が存在する。ここで、崩落しやすい領域をガラス化することで内径が一定となり、ケーシングを容易に設置することができる。また、ケーシングを用いる場合は掘削深さの増加に伴って内径が小さくなるという問題も存在するが、掘削領域外縁(掘削領域内径)をガラス化することで崩落を抑制できれば、ケーシングを使用する必要がなくなる。 Moreover, in the method for producing a glass bulk body of the present invention, it is preferable that the aggregate of sand and/or the rock exist at the outer edge of an excavation area during excavation of the ground or seabed. When excavating the ground or the seabed, it is a problem that the outer edge of the excavation area collapses during the excavation. In general, casings are used for excavation, but if strata are standing (oil field strata, etc.), they tend to collapse, and there are cases where casings cannot be used. Here, by vitrifying the region that is likely to collapse, the inner diameter becomes constant and the casing can be easily installed. Also, when using a casing, there is a problem that the inner diameter becomes smaller as the excavation depth increases. disappears.
また、本発明のガラスバルク体の製造方法においては、高レベル放射性廃棄物を前記溶融部に取り込むこと、が好ましい。現在、高レベル放射性廃棄物はステンレス鋼製の容器中に溶融ガラスと共に封入してガラス固化体とし、当該容器ごと地下施設に埋設されているが、ガラス固化体の製造には大型の製造設備が必要となることに加えて、大規模な埋設場が必要となる。これに対し、高レベル放射性廃棄物を溶融部に取り込むことで極めて容易にガラス固化体とすることができることに加え、ステンレス鋼製の大型容器も不要となる。また、地中深くに当該ガラス固化体を形成させることもでき、大規模な埋設場も不要となる。 Moreover, in the method for producing a glass bulk body of the present invention, it is preferable to take high-level radioactive waste into the melting zone. Currently, high-level radioactive waste is sealed in a stainless steel container together with molten glass to form a vitrified waste, and the container is buried in an underground facility. In addition to being necessary, a large-scale burial site is required. On the other hand, by taking high-level radioactive waste into the melting section, it can be very easily vitrified, and a large container made of stainless steel becomes unnecessary. In addition, the vitrified material can be formed deep underground, eliminating the need for a large-scale burial site.
上記のように高レベル放射性廃棄物を含むガラス固化体を「その場製造埋設」することにより、大型の製造設備が不要となることに加えて最小限の埋設場で対応が可能となるため、2次的な高レベル放射性廃棄物を極めて効果的に削減することができる。 As described above, the “in-situ production and burial” of vitrified waste containing high-level radioactive waste eliminates the need for large-scale production equipment and enables the minimum burial site. Secondary high-level radioactive waste can be reduced very effectively.
更に、本発明のガラスバルク体の製造方法においては、前記粉末をコンクリート部材の溝部に配置し、前記溝部を前記ガラス層で埋めること、が好ましい。コンクリート部材の溝部をガラス層で埋めることで、コンクリート部材の耐食性や美観等を向上させることができる。また、2つ以上のコンクリート部材の間に溝部が存在する場合は、当該溝部をガラス層で充填することで、ガラス層を介してこれらのコンクリート部材を接合することができる。また、コンクリート部材同士を突合せ、当該突合せ線に沿ってガラス層を形成させることでも簡易な接合を達成することができる。 Furthermore, in the method for producing a glass bulk body of the present invention, it is preferable that the powder is placed in grooves of a concrete member, and the grooves are filled with the glass layer. By filling the grooves of the concrete member with the glass layer, the corrosion resistance and appearance of the concrete member can be improved. In addition, when a groove exists between two or more concrete members, filling the groove with a glass layer makes it possible to join these concrete members via the glass layer. A simple joining can also be achieved by aligning concrete members and forming a glass layer along the alignment line.
また、本発明は、
砂粒の集合体、岩石又はコンクリートからなる基材部と、
ガラス層と、を有し、
前記基材部と前記ガラス層とが、気泡を有する境界領域を介して連続的に一体化していること、
を特徴とするガラスバルク体、も提供する。In addition, the present invention
a base material made of aggregates of sand grains, rocks or concrete;
a glass layer;
the substrate portion and the glass layer are continuously integrated via a boundary region having bubbles;
Also provided is a glass bulk body characterized by:
本発明のガラスバルク体は砂粒の集合体、岩石又はコンクリートからなる基材部に含まれるシリカ(SiO2)成分を原料とするガラス層が形成されているため、基材部と緻密なガラス層とは連続的に一体化されている。また、基材部とガラス層との境界領域には気泡が存在し、当該気泡によって基材部とガラス層の物性的な差異が効果的に緩和された構造となっている。Since the glass bulk body of the present invention is formed with a glass layer made of silica (SiO 2 ) component contained in the base material made of an aggregate of sand grains, rocks or concrete, the base material and the dense glass layer are formed. are continuously integrated. In addition, air bubbles exist in the boundary region between the base material and the glass layer, and the structure is such that the difference in physical properties between the base material and the glass layer is effectively alleviated by the air bubbles.
また、本発明のガラスバルク体においては、前記ガラス層が透明性を有していること、が好ましい。本発明のガラスバルク体において形成されているガラス層は緻密であり、当該ガラス層が透明性を有していることで、例えば、光の透過を利用した優れた美観を有する建築部材(外壁等)として活用することができる。なお、本発明のガラスバルク体は、本発明のガラスバルク体の製造方法によって好適に得ることができる。 Moreover, in the glass bulk body of the present invention, it is preferable that the glass layer has transparency. The glass layer formed in the glass bulk body of the present invention is dense, and the glass layer has transparency. ) can be used as The glass bulk body of the present invention can be suitably obtained by the method for producing a glass bulk body of the present invention.
本発明のガラスバルク体の製造方法によれば、砂粒の集合体、岩石又はコンクリートに対してレーザ照射し、これらの砂粒の集合体、岩石又はコンクリートに含まれるシリカ(SiO2)成分を原料として、任意の領域に(特に広い領域に)緻密なガラス層を連続的に形成させる簡便なガラスバルク体の製造方法を提供することができる。According to the method for producing a glass bulk body of the present invention, an aggregate of sand grains, rocks, or concrete is irradiated with a laser, and the silica (SiO 2 ) component contained in these aggregates of sand grains, rocks, or concrete is used as a raw material. , it is possible to provide a simple method for manufacturing a glass bulk body in which a dense glass layer is continuously formed in an arbitrary region (especially in a wide region).
また、本発明のガラスバルク体によれば、砂粒の集合体、岩石又はコンクリートからなる基材の表面がガラス化され、任意の領域に緻密なガラス層が連続的に形成されたガラスバルク体を提供することができる。 Further, according to the glass bulk body of the present invention, the glass bulk body is obtained by vitrifying the surface of a base material made of aggregates of sand grains, rocks or concrete and continuously forming a dense glass layer in an arbitrary region. can provide.
以下、図面を参照しながら本発明のガラスバルク体の製造方法及びガラスバルク体の代表的な実施形態について詳細に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。なお、以下の説明では、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する場合がある。また、図面は、本発明を概念的に説明するためのものであるから、表された各構成要素の寸法やそれらの比は実際のものとは異なる場合もある。 Hereinafter, representative embodiments of the method for producing a glass bulk body and the glass bulk body of the present invention will be described in detail with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto. In the following description, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted. Also, since the drawings are for the purpose of conceptually explaining the present invention, the dimensions and ratios of the depicted components may differ from the actual ones.
(1) ガラスバルク体の製造方法
本発明のガラスバルク体の製造方法は、砂粒の集合体、岩石又はコンクリートの表面をガラス化するガラスバルク体の製造方法であって、レーザを定点照射する第一工程と、レーザを走査する第二工程と、を有している。以下、各工程等について詳細に説明する。(1) Method for producing a glass bulk body The method for producing a glass bulk body according to the present invention is a method for producing a glass bulk body by vitrifying the surface of an aggregate of sand grains, rocks or concrete, wherein the laser is irradiated at a fixed point. and a second step of scanning the laser. Each step and the like will be described in detail below.
1.第一工程(レーザの定点照射)
第一工程は、砂粒の集合体、岩石又はコンクリートの表面に対してレーザを定点照射し、後にガラス層となる種(溶融部)を形成するための工程である。1. First step (fixed-point laser irradiation)
The first step is to irradiate the surface of aggregates of sand grains, rocks, or concrete with a laser at a fixed point to form a seed (melted portion) that will later become a glass layer.
ガラス層を形成させる基材となる砂粒の集合体、岩石又はコンクリートはシリカ(SiO2)成分を含んでおり、当該シリカ(SiO2)成分がガラス層となる。なお、「砂粒の集合体」とは、広く砂粒が集合したものを意味し、例えば、砂粒の集合体に圧力を印加して固めたものや、地盤や海底に存在する砂粒等を含む。Aggregates of sand grains, rocks, or concrete that serve as base materials for forming the glass layer contain a silica (SiO 2 ) component, and the silica (SiO 2 ) component forms the glass layer. The term "aggregate of sand grains" means a broad aggregate of sand grains, and includes, for example, aggregates of sand grains that have been hardened by applying pressure, and sand grains that exist on the ground or on the seabed.
また、砂粒の集合体、岩石又はコンクリートはシリカ(SiO2)成分を含んでいる限り特に限定されず、従来公知の種々の砂粒の集合体、岩石又はコンクリートを使用することができる。例えば、砂粒には珪砂や真砂土等を用いることができ、岩石には花崗岩、砂岩、泥岩及び凝灰岩等を用いることができる。また、例えば、海底から噴出する熱水に含まれる金属などが析出・沈殿してできる構造物であるチムニーを対象とすることもできる。Also, the aggregate of sand grains, rock or concrete is not particularly limited as long as it contains a silica (SiO 2 ) component, and various conventionally known aggregates of sand grains, rocks or concrete can be used. For example, silica sand, granite, and the like can be used as sand grains, and granite, sandstone, mudstone, tuff, and the like can be used as rocks. Further, for example, a chimney, which is a structure formed by deposition and precipitation of metals contained in hot water spouting from the seabed, can also be targeted.
また、砂粒の集合体、岩石又はコンクリートに含まれるシリカ(SiO2)成分を十分に溶融させることができる限りにおいて照射に用いるレーザの種類は特に限定されず、従来公知の種々のレーザを用いることができる。ここで、好適に用いることができるレーザとしては半導体励起の固体レーザを挙げることができ、例えば、半導体レーザを用いることができる。In addition, the type of laser used for irradiation is not particularly limited as long as the silica (SiO 2 ) component contained in aggregates of sand grains, rocks, or concrete can be sufficiently melted, and various conventionally known lasers can be used. can be done. Here, as a laser that can be suitably used, a semiconductor-excited solid-state laser can be cited, and for example, a semiconductor laser can be used.
第一工程においては、基材表面におけるレーザのパワー密度は3~15W/mm2とすることが好ましい。レーザのパワー密度を3W/mm2以上とすることで、基材に含まれるシリカ(SiO2)成分等を十分に溶融し、ガラス層の種領域を形成させることができる。また、15W/mm2以下とすることで、水蒸気爆発等によるガラス層の緻密化阻害を抑制することができ、基材の変形等も抑制することができる。なお、レーザのパワー密度は5~10W/mm2とすることがより好ましい。In the first step, the laser power density on the substrate surface is preferably 3 to 15 W/mm 2 . By setting the laser power density to 3 W/mm 2 or more, the silica (SiO 2 ) component and the like contained in the substrate can be sufficiently melted to form the seed region of the glass layer. In addition, by setting it to 15 W/mm 2 or less, inhibition of densification of the glass layer due to steam explosion or the like can be suppressed, and deformation of the base material can be suppressed. The power density of the laser is more preferably 5 to 10 W/mm 2 .
また、第一工程の予備処理工程として、基材表面にシリカ(SiO2)成分を含む粉末を配置することが好ましい。基材に含まれるシリカ(SiO2)成分に加えて、粉末からもシリカ(SiO2)成分を供給することで、より安定的かつ効率的にガラス層を形成することができる。なお、粉末はシリカ(SiO2)成分が含まれている限りにおいて特に限定されないが、例えば、ガラス粉末、シリカ粒子、珪砂及び真砂土等を使用することができ、これらを混合して使用してもよい。Moreover, as a preliminary treatment step of the first step, it is preferable to dispose a powder containing a silica (SiO 2 ) component on the substrate surface. By supplying the silica (SiO 2 ) component from the powder in addition to the silica (SiO 2 ) component contained in the base material, the glass layer can be formed more stably and efficiently. The powder is not particularly limited as long as it contains a silica (SiO 2 ) component. For example, glass powder, silica particles, silica sand and granite can be used. good too.
第一工程の予備処理工程として基材表面に粉末を配置する場合、当該配置の方法は特に限定されないが、例えば、レーザ照射する領域に適当な量の粉末を配置した後、当該粉末をナイフエッジ等で均すことが好ましい。 When the powder is placed on the surface of the substrate as the preliminary treatment step of the first step, the method of placement is not particularly limited. It is preferable to equalize with .
2.第二工程(レーザの走査)
第二工程は、第一工程におけるレーザの定点照射から連続的にレーザを走査し、溶融部(ガラス層の種領域)を拡大するための工程である。2. Second step (laser scanning)
The second step is a step for continuously scanning the laser from the fixed-point irradiation of the laser in the first step to enlarge the melted portion (seed region of the glass layer).
第二工程においては、基材表面におけるレーザのパワー密度を20~40W/mm2とすることが好ましい。レーザのパワー密度を20W/mm2以上とすることで、レーザの照射位置を移動させても溶融状態を十分に維持することができ、溶融部を連続的に拡大することができる。また、40W/mm2以下とすることで、シリカ(SiO2)成分の蒸発、水蒸気爆発及び基材の変形等を抑制することができる。なお、より好ましいレーザのパワー密度は25~35W/mm2である。In the second step, it is preferable to set the power density of the laser on the substrate surface to 20 to 40 W/mm 2 . By setting the power density of the laser to 20 W/mm 2 or more, the melted state can be sufficiently maintained even if the laser irradiation position is moved, and the melted portion can be enlarged continuously. In addition, by setting it to 40 W/mm 2 or less, it is possible to suppress evaporation of silica (SiO 2 ) components, steam explosion, deformation of the base material, and the like. A more preferable laser power density is 25 to 35 W/mm 2 .
また、レーザの走査速度は0.01~2.0m/minとすることが好ましい。レーザの走査速度を0.01m/min以上とすることで、シリカ(SiO2)成分等の蒸発や水蒸気爆発、基材の変形等を抑制することができる。また、2.0m/min以下とすることで、レーザの照射位置を移動させても溶融状態を十分に維持することができ、溶融部を連続的に拡大することができる。なお、より好ましいレーザの走査速度は0.1~1.0m/minである。Also, the scanning speed of the laser is preferably 0.01 to 2.0 m/min. By setting the scanning speed of the laser at 0.01 m/min or higher, it is possible to suppress evaporation of silica (SiO 2 ) components and the like, steam explosion, deformation of the base material, and the like. Further, by setting the speed to 2.0 m/min or less, the molten state can be sufficiently maintained even if the laser irradiation position is moved, and the molten portion can be continuously enlarged. A more preferable laser scanning speed is 0.1 to 1.0 m/min.
第二工程では、上述のシリカ(SiO2)成分を含む粉末を溶融部に供給することが好ましい。第二工程において溶融部にシリカ(SiO2)成分を含む粉末を供給することで、より安定的かつ効率的に緻密なガラス層を形成することができる。粉末の供給方法は特に限定されず、従来公知の種々の方法で供給すればよい。例えば、レーザクラッディングで用いられている粉末供給方法(溶融部近傍への粉末供給用ノズルや、レーザ照射に対して同軸に粉末を供給するノズル等)を用いることができる。In the second step, it is preferable to supply the powder containing the silica (SiO 2 ) component described above to the melting section. By supplying powder containing a silica (SiO 2 ) component to the melting portion in the second step, a dense glass layer can be formed more stably and efficiently. The powder supply method is not particularly limited, and may be supplied by conventionally known various methods. For example, a powder supply method used in laser cladding (nozzle for supplying powder to the vicinity of the fusion zone, nozzle for supplying powder coaxially with respect to laser irradiation, etc.) can be used.
第二工程で得られたガラス層に対して、予備処理工程、第一工程及び第二工程を施すことで、当該ガラス層の厚さを増加させることができる。第一工程及び第二工程をそれぞれ一回施すことでもガラス層を形成させることができるが、粉末によってシリカ(SiO2)成分を再度供給し、第一工程及び第二工程を施すことで、ガラス層の厚さ及び面積を増加させることができる。ここで、当該処理は一度に限られず、必要に応じて複数回繰り返すことで、任意の厚さ及び面積を有するガラス層を形成することができる。By subjecting the glass layer obtained in the second step to the pretreatment step, the first step and the second step, the thickness of the glass layer can be increased. A glass layer can be formed by performing the first step and the second step once, respectively. Layer thickness and area can be increased. Here, the treatment is not limited to one time, and a glass layer having an arbitrary thickness and area can be formed by repeating the treatment multiple times as necessary.
なお、第一工程及び第二工程共に、レーザ照射領域の雰囲気は特に限定されず、例えば、大気中や不活性ガス雰囲気で行うことができる。 In both the first step and the second step, the atmosphere of the laser irradiation region is not particularly limited, and can be performed, for example, in air or in an inert gas atmosphere.
3.ガラスバルク体の製造方法の応用例
本発明のガラスバルク体の製造方法は、砂粒の集合体、岩石又はコンクリートの表面の任意の領域に緻密なガラス層を形成させることができるのみならず、種々の効果的な応用例が存在する。3. Application examples of the method for producing a glass bulk body The method for producing a glass bulk body of the present invention can form a dense glass layer on an arbitrary region of the surface of aggregates of sand grains, rocks, or concrete. There are effective applications of
3-1.掘削領域の崩落防止
地盤又は海底を掘削する場合、当該掘削に伴って掘削領域外縁が崩落することが問題となっている。これに対し、掘削領域外縁(掘削領域内径)をガラス化することで当該崩落を極めて効果的に抑制することができる。3-1. Collapse prevention of excavation area When excavating the ground or the seabed, it is a problem that the outer edge of the excavation area collapses during the excavation. In contrast, by vitrifying the outer edge of the excavation area (the inner diameter of the excavation area), the collapse can be extremely effectively suppressed.
例えば、油田の地層等では地層が立っており、脆弱な層に起因する崩落が深刻な問題となる。当該崩落が生じた場合はケーシングできないが、掘削領域の内壁にガラス層を形成させることで、崩落を抑制することができる。加えて、内壁の径及び形状が安定化することで、ケーシングを設置することも可能である。 For example, strata in oil fields or the like have strata, and collapse caused by fragile strata poses a serious problem. If the collapse occurs, casing cannot be carried out, but the collapse can be suppressed by forming a glass layer on the inner wall of the excavation area. In addition, it is also possible to install a casing by stabilizing the diameter and shape of the inner wall.
また、ケーシングを用いる場合は掘削深さの増加に伴って内径が小さくなるという問題も存在するが、掘削領域外縁(掘削領域内径)をガラス化することで崩落を抑制できれば、ケーシングを使用する必要がなくなる。 Also, when using a casing, there is a problem that the inner diameter becomes smaller as the excavation depth increases. disappears.
3-2.高レベル放射性廃棄物の処理
現在、高レベル放射性廃棄物はステンレス鋼製の容器中に溶融ガラスと共に封入してガラス固化体とし、当該容器ごと地下施設に埋設されているが、ガラス固化体の製造には大型の製造設備が必要となることに加えて、大規模な埋設場が必要となる。これに対し、高レベル放射性廃棄物を溶融部に取り込むことで極めて容易にガラス固化体とすることができることに加え、ステンレス鋼製の大型容器も不要となる。また、地中深くに当該ガラス固化体を形成させることもでき、大規模な埋設場も不要となる。3-2. Treatment of high-level radioactive waste Currently, high-level radioactive waste is sealed in a stainless steel container together with molten glass to form a vitrified waste, and the container is buried in an underground facility. In addition to the need for large-scale manufacturing equipment, a large-scale burial site is also required. In contrast, high-level radioactive waste can be easily vitrified by taking it into the melting zone, and a large container made of stainless steel is no longer required. In addition, the vitrified material can be formed deep underground, eliminating the need for a large-scale burial site.
高レベル放射性廃棄物を含むガラス固化体を「その場製造埋設」することにより、大型の製造設備が不要となることに加えて最小限の埋設場で対応が可能となる結果、2次的な高レベル放射性廃棄物を極めて効果的に削減することができる。 In-situ production and burial of vitrified waste containing high-level radioactive waste eliminates the need for large-scale production facilities and minimizes the burial site. High-level radioactive waste can be reduced very effectively.
ここで、高レベル放射性廃棄物をガラス層に取り込むタイミング等は特に限定されないが、例えば、第一工程の予備処理として基材の表面に粉末を配置する際に、当該粉末と基材の間に高レベル放射性廃棄物を配置し、その後、第一工程及び第二工程を施すことで、高レベル放射性廃棄物をガラス層に取り込むことができる。その他、第二工程において溶融部に粉末を供給する際に、高レベル放射性物質を同時に供給してもよい。 Here, the timing of incorporating the high-level radioactive waste into the glass layer is not particularly limited. By placing the high-level radioactive waste and then performing the first step and the second step, the high-level radioactive waste can be incorporated into the glass layer. Alternatively, the high-level radioactive substance may be supplied at the same time as the powder is supplied to the melting section in the second step.
3-3.コンクリート部材の補修補強及び接合
シリカ(SiO2)成分を含む粉末をコンクリート部材の溝部に配置し、当該溝部をガラス層で埋めることで、コンクリート部材を補修及び/又は補強することができる。ここで、溝部は意図的に形成させてもよく、自然に発生した亀裂等を溝部としてもよい。ガラス層の形成によって機械的性質や耐食性が改善されるだけでなく、美観も向上させることができる。3-3. Repair, Reinforcement, and Joining of Concrete Member The concrete member can be repaired and/or reinforced by arranging the powder containing the silica (SiO 2 ) component in the groove of the concrete member and filling the groove with a glass layer. Here, the groove may be intentionally formed, or may be a naturally occurring crack or the like. Formation of the glass layer not only improves mechanical properties and corrosion resistance, but also improves aesthetics.
また、2つ以上のコンクリート部材の間に溝部が存在する場合、当該溝部にガラス層を形成させることで、ガラス層を介してこれらのコンクリート部材を接合することができる。更に、コンクリート部材を突合せ、突合せ線に沿ってガラス層を形成させることで、簡易な接合を達成することもできる。 Moreover, when a groove exists between two or more concrete members, by forming a glass layer in the groove, these concrete members can be joined via the glass layer. Furthermore, simple joining can be achieved by butting concrete members and forming a glass layer along the butt line.
(2) ガラスバルク体
図1に本発明のガラスバルク体の概略断面図を示す。ガラスバルク体2は、砂粒の集合体、岩石又はコンクリートからなる基材部4と、ガラス層6と、を有し、基材部4とガラス層6とは気泡8を有する境界領域を介して連続的に一体化している。(2) Glass Bulk Body FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of the glass bulk body of the present invention. The
基材部4は砂粒の集合体、岩石又はコンクリートからなり、これらはシリカ(SiO2)成分を含んでいる。砂粒の集合体、岩石又はコンクリートはシリカ(SiO2)成分を含んでいる限り特に限定されず、従来公知の種々の砂粒の集合体、岩石又はコンクリートとなっている。例えば、砂粒は珪砂や真砂土等であり、岩石は花崗岩、砂岩、泥岩及び凝灰岩等である。なお、コンクリートには珪砂や粘土が含まれており、これらの成分がシリカ(SiO2)を有している。The
緻密なガラス層6と基材部4との境界領域に形成されている気泡8により、ガラス層6と基材部4の密度差や物性的な差異が緩和され、ガラス層6と基材部4とは連続的に一体化されている。ここで、気泡8のサイズは50~2000μmであることが好ましく、100~1500μmであることがより好ましい。気泡8のサイズが50μm以上となることでガラス層6と基材部4との差異を緩和することができ、2000μm以下となることで境界領域の脆化を抑制することができる。
Due to the air bubbles 8 formed in the boundary region between the dense glass layer 6 and the
ガラス層6は透明性を有していることが好ましい。ガラス層6が透明性を有していることで、例えば、光の透過を利用した優れた美観を有する建築部材(外壁等)として活用することができる。なお、本発明のガラスバルク体は、本発明のガラスバルク体の製造方法によって好適に得ることができる。 The glass layer 6 preferably has transparency. Since the glass layer 6 has transparency, it can be utilized, for example, as a building member (outer wall, etc.) having excellent aesthetic appearance using the transmission of light. The glass bulk body of the present invention can be suitably obtained by the method for producing a glass bulk body of the present invention.
以上、本発明の代表的な実施形態について説明したが、本発明はこれらのみに限定されるものではなく、種々の設計変更が可能であり、それら設計変更は全て本発明の技術的範囲に含まれる。 Although representative embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these, and various design changes are possible, and all such design changes are included in the technical scope of the present invention. be
≪実施例1≫
レーザライン社製の半導体レーザを用い、砂岩の表面に対してレーザ照射を行った。具体的には、レーザ出力を800W、砂岩の表面におけるレーザビーム径を2×39mmとし、60秒間定点照射した(第一工程)。第一工程におけるレーザパワー密度は10W/mm2である。<<Example 1>>
A semiconductor laser manufactured by Laserline was used to irradiate the surface of the sandstone with a laser. Specifically, the laser output was 800 W, the laser beam diameter on the surface of the sandstone was 2×39 mm, and fixed-point irradiation was performed for 60 seconds (first step). The laser power density in the first step is 10 W/mm 2 .
第一工程における定点照射によって十分な溶融領域の形成が確認されたため、レーザ出力を2800Wに増加させ、移動速度を48mm/minとしてレーザ照射位置を移動させた(第二工程)。第二工程におけるレーザパワー密度は35W/mm2である。適当なレーザパワー密度及び移動速度を設定したことにより、レーザの走査によって溶融部が途切れることなく、連続的に溶融部が拡大された。処理後の砂岩の断面写真を図2に示す。Since formation of a sufficient melted region was confirmed by fixed-point irradiation in the first step, the laser output was increased to 2800 W, and the laser irradiation position was moved at a moving speed of 48 mm/min (second step). The laser power density in the second step is 35 W/mm 2 . By setting an appropriate laser power density and moving speed, the laser scanning continuously expanded the melted portion without interrupting the melted portion. Figure 2 shows a cross-sectional photograph of sandstone after treatment.
図2より、砂岩の表面領域には緻密なガラス層が広域に形成されていることが分かる。また、ガラス層は基材である砂岩から連続的に形成しており、ガラス層と基材の境界には気泡が形成されている。なお、砂岩に生じている亀裂は、主として断面試料作製時に生じたものである。 From FIG. 2, it can be seen that a dense glass layer is extensively formed on the surface region of the sandstone. Further, the glass layer is continuously formed from sandstone as a base material, and air bubbles are formed at the boundary between the glass layer and the base material. The cracks in the sandstone were mainly generated when the cross-sectional samples were prepared.
得られたガラス層を分離し、裏面から光を照射した状態を図3に示す。裏面から照射した光はガラス層を透過しており、形成されたガラス層が透明性を有していることが確認できる。 FIG. 3 shows a state in which the obtained glass layer was separated and irradiated with light from the back side. The light irradiated from the back side is transmitted through the glass layer, and it can be confirmed that the formed glass layer has transparency.
≪実施例2≫
レーザライン社製の半導体レーザを用い、凝灰岩の表面に対してレーザ照射を行った。具体的には、レーザ出力を800W、凝灰岩の表面におけるレーザビーム径を2×39mmとし、60秒間定点照射した(第一工程)。第一工程におけるレーザパワー密度は10W/mm2である。<<Example 2>>
A semiconductor laser manufactured by Laserline was used to irradiate the surface of the tuff with a laser. Specifically, the laser output was 800 W, the laser beam diameter on the surface of the tuff was 2×39 mm, and fixed-point irradiation was performed for 60 seconds (first step). The laser power density in the first step is 10 W/mm 2 .
第一工程における定点照射によって十分な溶融領域の形成が確認されたため、レーザ出力を2800Wに増加させ、移動速度を48mm/minとしてレーザ照射位置を移動させた(第二工程)。第二工程におけるレーザパワー密度は35W/mm2である。適当なレーザパワー密度及び移動速度を設定したことにより、レーザの走査によって溶融部が途切れることなく、連続的に溶融部が拡大された。Since formation of a sufficient melted region was confirmed by fixed-point irradiation in the first step, the laser output was increased to 2800 W, and the laser irradiation position was moved at a moving speed of 48 mm/min (second step). The laser power density in the second step is 35 W/mm 2 . By setting an appropriate laser power density and moving speed, the laser scanning continuously expanded the melted portion without interrupting the melted portion.
第二工程では、凝灰岩の成分を含む粉末を溶融部に供給した。第二工程において溶融部に凝灰岩の成分を含む粉末を供給することで、より安定的かつ効率的に緻密なガラス層を形成することができる。処理後の凝灰岩の外観写真を図4に示す。 In the second step, a powder containing tuff constituents was fed into the melting section. By supplying powder containing tuff components to the melting zone in the second step, a dense glass layer can be formed more stably and efficiently. Figure 4 shows a photograph of the appearance of the tuff after treatment.
図4より、凝灰岩の表面領域には透明性を有する緻密なガラスバルク体が広域に形成されていることが分かる。また、ガラスバルク体は基材である凝灰岩から連続的に形成しており、ガラスバルク体と基材の境界に亀裂等の欠陥は認められない。 From FIG. 4, it can be seen that a transparent dense glass bulk body is extensively formed in the surface region of the tuff. Further, the glass bulk body is formed continuously from the tuff which is the base material, and no defects such as cracks are observed at the boundary between the glass bulk body and the base material.
≪実施例3≫
レーザライン社製の半導体レーザを用い、コンクリートの表面に対してレーザ照射を行った。具体的には、レーザ出力を2800W、コンクリートの表面におけるレーザビーム径を2×39mmとし、1秒間定点照射した(第一工程)。第一工程におけるレーザパワー密度は35W/mm2である。<<Example 3>>
A semiconductor laser manufactured by Laserline was used to irradiate the concrete surface with laser light. Specifically, the laser output was 2800 W, the diameter of the laser beam on the concrete surface was 2×39 mm, and fixed-point irradiation was performed for 1 second (first step). The laser power density in the first step is 35 W/mm 2 .
第一工程における定点照射によって十分な溶融領域の形成が確認されたため、移動速度を48mm/minとしてレーザ照射位置を移動させた(第二工程)。なお、本実施例では第二工程のレーザ出力を第一工程から増加させていない。 Since formation of a sufficient melted region was confirmed by fixed-point irradiation in the first step, the laser irradiation position was moved at a moving speed of 48 mm/min (second step). Incidentally, in this embodiment, the laser output in the second step is not increased from that in the first step.
得られた試料の外観写真を図5に示す。実施例3では黒色のガラス層が広域に形成されていることが分かる。 A photograph of the appearance of the obtained sample is shown in FIG. It can be seen that in Example 3, a black glass layer is formed over a wide area.
≪実施例4≫
レーザライン社製の半導体レーザを用い、コンクリートの表面に形成した溝(深さ20mm,長さ100mm)をガラス層で埋めることを試みた。溝を有するコンクリート片の外観写真を図6に示す。また、溝の拡大写真を図7に示す。ここで、1層目は溝の底部に直接レーザ照射してガラス層を形成し、2層目から5層目は珪砂を粉砕処理した砂状粉末で溝を埋めつつ、当該領域に対してレーザを照射して、順次ガラス層を形成させた。<<Example 4>>
An attempt was made to fill a groove (depth 20 mm, length 100 mm) formed on the concrete surface with a glass layer using a semiconductor laser manufactured by Laserline. A photograph of the appearance of a concrete piece having grooves is shown in FIG. An enlarged photograph of the groove is shown in FIG. Here, for the first layer, a glass layer is formed by directly irradiating the bottom of the groove with a laser, and for the second to fifth layers, the groove is filled with sand-like powder obtained by pulverizing silica sand, and the laser is applied to the region. was irradiated to sequentially form glass layers.
1層目の形成には、レーザ出力を540W、溝の底面におけるレーザビーム径を2×27 mmとし、1秒間定点照射した(第一工程)。第一工程におけるレーザパワー密度は10W/mm2である。その後、レーザ出力を1900Wとし、48mm/minの速度でレーザを走査した。第二工程におけるレーザパワー密度は35W/mm2である。For the formation of the first layer, the laser output was 540 W and the laser beam diameter at the bottom surface of the groove was 2×27 mm, and fixed-point irradiation was performed for 1 second (first step). The laser power density in the first step is 10 W/mm 2 . After that, the laser output was set to 1900 W, and the laser was scanned at a speed of 48 mm/min. The laser power density in the second step is 35 W/mm 2 .
2層目から5層目の形成には、珪砂を粉砕処理した砂状粉末を溶融部に供給し、レーザ出力を1900Wとし、48mm/minの速度でレーザを走査した。この工程におけるレーザパワー密度は35W/mm2である。For the formation of the second to fifth layers, sand-like powder obtained by pulverizing silica sand was supplied to the fusion zone, the laser output was set to 1900 W, and the laser was scanned at a speed of 48 mm/min. The laser power density in this process is 35 W/mm 2 .
粉末を充填した状態の溝の外観写真及び当該領域をガラス化した後の外観写真を図8及び図9にそれぞれ示す。充填した粉末(珪砂の粉末)がレーザ照射によって緻密なガラスとなっていることが分かる。 8 and 9 show photographs of the appearance of the grooves filled with the powder and photographs of the appearance after vitrification of the region, respectively. It can be seen that the filled powder (silica sand powder) becomes dense glass by laser irradiation.
最終的に得られた試料の溝の拡大写真を図10に示す。溝は完全に緻密なガラス層で充填されており、多層のガラス層によって深い溝であっても表面まで充填できることが分かる。 FIG. 10 shows an enlarged photograph of the grooves of the finally obtained sample. The grooves are completely filled with dense glass layers, and it can be seen that even deep grooves can be filled up to the surface by multiple glass layers.
≪実施例5≫
レーザライン社製の半導体レーザを用い、コンクリート片同士の接合を試みた。コンクリート片同士を端面で当接させ、当該端面の外周領域のガラス化により接合を行った。ここで、レーザ照射面に対して、3mm~5mm程度の高さとなる粉末を供給し、当該粉末には砂岩を粉砕処理した砂状粉末を用いた。<<Example 5>>
Using a semiconductor laser manufactured by Laserline, we attempted to join concrete pieces together. The end faces of the concrete pieces were brought into contact with each other, and the peripheral regions of the end faces were vitrified for joining. Here, powder having a height of about 3 mm to 5 mm was supplied to the laser irradiation surface, and sand-like powder obtained by pulverizing sandstone was used as the powder.
具体的には、レーザ出力を1900W、コンクリート表面におけるレーザビーム径を2×27mmとし、1秒間定点照射した(第一工程)。第一工程におけるレーザパワー密度は35 W/mm2である。その後、端面の外周領域に沿って48mm/minの速度でレーザ照射位置を移動させた(第二工程)。なお、本実施例では第二工程のレーザ出力を第一工程から増加させていない。Specifically, the laser output was 1900 W, the diameter of the laser beam on the concrete surface was 2×27 mm, and fixed-point irradiation was performed for 1 second (first step). The laser power density in the first step is 35 W/mm 2 . After that, the laser irradiation position was moved at a speed of 48 mm/min along the outer peripheral region of the end face (second step). Incidentally, in this embodiment, the laser output in the second step is not increased from that in the first step.
端面の外周領域を2周レーザ照射した後の試料の外観写真を図11に示す。突合せ端面の外周領域がガラス化しており、2個のコンクリート片が接合されていることが確認できる。 FIG. 11 shows a photograph of the appearance of the sample after the outer peripheral region of the end face was irradiated with the laser twice. It can be confirmed that the outer peripheral area of the butt end face is vitrified and two pieces of concrete are joined.
2・・・ガラスバルク体、
4・・・基材部、
6・・・ガラス層、
8・・・気泡。2... glass bulk body,
4 ... base material part,
6... glass layer,
8... Bubbles.
Claims (7)
前記砂粒の集合体、前記岩石及び前記コンクリートはシリカ(SiO2)成分を含み、
前記表面にレーザを定点照射し、溶融部を形成させる第一工程と、
前記溶融部が連続して拡大する走査速度で前記レーザの照射位置を移動させ、ガラス層を形成させる第二工程と、を有し、
前記第一工程と前記第二工程を連続して行い、
前記第一工程において、前記表面における前記レーザのパワー密度を3~15W/mm2とし、
前記第二工程において、前記表面における前記レーザのパワー密度を20~40W/mm2とし、
前記第二工程において、前記走査速度を0.01~2.0m/minとすること、
を特徴とするガラスバルク体の製造方法。 A method for producing a glass bulk body by vitrifying the surface of an aggregate of sand grains, rocks or concrete, comprising:
the aggregate of sand grains, the rock and the concrete contain a silica (SiO 2 ) component,
a first step of irradiating the surface with a laser at a fixed point to form a melted portion;
a second step of moving the irradiation position of the laser at a scanning speed at which the melted portion continuously expands to form a glass layer;
The first step and the second step are continuously performed,
In the first step, the power density of the laser on the surface is 3 to 15 W / mm 2 ,
In the second step, the power density of the laser on the surface is 20 to 40 W / mm 2 ,
setting the scanning speed to 0.01 to 2.0 m/min in the second step;
A method for producing a glass bulk body, characterized by:
を特徴とする請求項1に記載のガラスバルク体の製造方法。 Placing a powder containing a silica (SiO 2 ) component on the surface as a preliminary treatment step of the first step;
The method for producing a glass bulk body according to claim 1, characterized by:
を特徴とする請求項2に記載のガラスバルク体の製造方法。 subjecting the glass layer to the pretreatment step, the first step and the second step to increase the thickness of the glass layer;
The method for producing a glass bulk body according to claim 2, characterized by:
を特徴とする請求項2又は3に記載のガラスバルク体の製造方法。 supplying the powder to the melting section in the second step;
The method for producing a glass bulk body according to claim 2 or 3, characterized by:
を特徴とする請求項1~4のうちのいずれかに記載のガラスバルク体の製造方法。 said aggregates of sand and/or said rocks are present at the outer edge of an excavation area when excavating the ground or seabed;
The method for producing a glass bulk body according to any one of claims 1 to 4, characterized by:
を特徴とする請求項1~5のうちのいずれかに記載のガラスバルク体の製造方法。 incorporating high-level radioactive waste into the fusion zone;
The method for producing a glass bulk body according to any one of claims 1 to 5, characterized by:
前記溝部を前記ガラス層で埋めること、
を特徴とする請求項2~6のうちのいずれかに記載のガラスバルク体の製造方法。 placing the powder in the groove of the concrete member;
filling the groove with the glass layer;
The method for producing a glass bulk body according to any one of claims 2 to 6, characterized by:
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