マイクロバブル混入物、マイクロバブル混入セメント系材料及びその製造方法、並びにそのための製造装置
【課題】モルタル又はコンクリートの製造に際して、従来のＡＥ剤や発泡剤、起泡剤などの混和剤に代わる気泡の混入方法として、マイクロバブル技術を応用する。
【解決手段】セメントミルク、モルタル又はコンクリートを混練するためのミキサー２１に対して、前記ミキサー２１から送給され、再びミキサーに返送させる循環流路２２を形成するとともに、この循環流路２２の中間にマイクロバブル発生装置１と、ポンプ２４とを配設したセメントミルク、モルタル又はコンクリートの製造装置２０において、前記練混ぜ水と、セメントと、必要に応じて骨材とを混練した後、このフレッシュ状態のセメントミルク、モルタル又はコンクリートをマイクロバブル発生装置１を通過させることによりマイクロバブルを導入する。
【解決手段】セメントミルク、モルタル又はコンクリートを混練するためのミキサー２１に対して、前記ミキサー２１から送給され、再びミキサーに返送させる循環流路２２を形成するとともに、この循環流路２２の中間にマイクロバブル発生装置１と、ポンプ２４とを配設したセメントミルク、モルタル又はコンクリートの製造装置２０において、前記練混ぜ水と、セメントと、必要に応じて骨材とを混練した後、このフレッシュ状態のセメントミルク、モルタル又はコンクリートをマイクロバブル発生装置１を通過させることによりマイクロバブルを導入する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多数の微細な独立した気泡であるマイクロバブルを導入したマイクロバブル混入物、マイクロバブル混入セメント系材料及びその製造方法、並びにそのための製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、コンクリートやモルタルに、多量の独立した気泡を導入させることによって、ワーカビリティーが改善するとともに、凍結融解作用に対する抵抗性が増大できることが知られている。コンクリートやモルタルの製造過程において、ＡＥ剤をコンクリート中に添加し、連行空気泡を適量存在させると、連行空気泡がコンクリート中であたかもボールベアリングのような作用をするためワーカビリティーが改善され、所要のコンシステンシーを得るための単位水量を減少させることができるとともに、自由水の凍結による大きな膨張圧を緩和する働きをし、自由水の移動を可能にするため、凍結融解の繰り返し作用に対する抵抗性を著しく増大させることが可能となる。
【０００３】
一方で、近年は、直径がマイクロメートルオーダーである気泡（以下、マイクロバブル）に関する研究が幾つか報告されている。キャビテーションによって直径が１０ミクロン程度の気泡を発生させ、このマイクロバブルの気泡溶解及び浮上分離等の機能性を利用して、水産物の洗浄や水質浄化などに応用されている。
【０００４】
前記マイクロバブルを発生させる装置としては、例えば下記特許文献１において、有底円筒形のスペース又は入口部が閉塞されたメガホン形状のスペースを有する容器本体と、同スペースの内壁円周面の一部にその接線方向に開設された加圧液体導入口と、前記円筒形のスペース底部又は前記メガホン形状のスペース入口部に開設された気体導入孔と、前記円筒形スペースの先部又は前記メガホン形状のスペースの先部に開設された旋回気液混合体導出口とから構成された旋回式マイクロバブル発生装置が開示されている。
【０００５】
また、下記特許文献２では、加圧液体と気体との導入部と円筒状の気泡発生空間を有し、前記導入部内に、前記気泡発生空間に開口する加圧液体導入孔と気体導入孔を形成し、前記加圧液体導入孔を前記導入部の端面に開口し、前記気体導入孔を前記導入部の側面に開口し、前記気体導入孔と連通する気体導入管に気体導入量を調整する調整弁を設けたマイクロバブル発生ノズルが開示されている。
【０００６】
他方、コンクリート二次製品の分野では、起泡剤や発泡剤を添加して練り混ぜることによりコンクリート中に多量の気泡を内在させるように軽量気泡コンクリートが製造され市場に提供されている。
【特許文献１】ＷＯ００／６９５５０号公報
【特許文献２】ＷＯ０１／３６１０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記ＡＥ剤を混入することにより微細気泡をコンクリート又はモルタル中に導入する方法の場合、混練時にＡＥ剤を添加することになるが、導入空気量は、ＡＥ剤の種類や使用量の他、コンクリートの材料や配合条件などに影響されるため管理が非常に煩雑であった。空気量が減少する要因としては例えば、(1)単位セメント量の増加やセメント粉末度が大きい場合、(2)練り混ぜ水のｐＨが低く酸性の場合や不純物が多い時、(3)コンクリートの練り上がり温度が高くなった時、(4)練り混ぜミキサの性能低下や練り混ぜ時間が長くなった時、(5)ミキサ車による輸送時間が長くなった時やポンプ圧送圧力や距離が増大した時などを挙げることができる。また、種類によっては有害イオンとして作用するものがあるなどの問題があった。さらに、粒径の大きな気泡が多く存在すると、コンクリート中に空隙が生じて強度が低下する問題などもあった。
【０００８】
そこで本発明の主たる課題は、従来のＡＥ剤や発泡剤、起泡剤などの混和剤に代わる気泡の混入方法として、マイクロバブル技術を応用することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために請求項１に係る本発明として、粘性流体の材料混練時にマイクロバブルを導入したことを特徴とするマイクロバブル混入物が提供される。
【００１０】
上記請求項１記載の発明においては、発泡剤、起泡剤などの混和剤を使用することなく、材料中に多数の微細な独立した気泡を一様に分布させることができるようになる。
【００１１】
請求項２に係る本発明として、少なくとも練混ぜ水とセメントとを含み、必要に応じて骨材とを混合して練混ぜたセメントミルク、モルタル又はコンクリートのセメント系材料において、該セメントミルク、モルタル又はコンクリートの材料混練時にマイクロバブルを導入したことを特徴とするマイクロバブル混入セメント系材料が提供される。
【００１２】
上記請求項２記載の本発明においては、セメントミルク、モルタル又はコンクリートに、マイクロバブル発生装置により発生させたマイクロバブルを導入することにより、従来のＡＥ剤や発泡剤、起泡剤などの混和剤を使用せずに、多数の微細な独立した気泡を一様に分布させることができるようになるとともに、ＡＥ剤を使用する場合より微細な気泡を導入でき、これによってワーカビリティ及び耐凍害性、強度が向上したセメントミルク、モルタル又はコンクリートを得ることが可能となる。前記マイクロバブル混入セメント系材料はフレッシュ状態、及び硬化後の両者を含むものである。なお、セメントミルクは主に練混ぜ水とセメントから構成され、モルタルは主に練混ぜ水とセメントと細骨材から構成され、コンクリートは主に練混ぜ水とセメントと細骨材・粗骨材から構成されるものである。
【００１３】
請求項３に係る本発明として、少なくとも練混ぜ水とセメントとを含み、必要に応じて骨材とを混合して練混ぜるセメントミルク、モルタル又はコンクリートのセメント系材料の製造方法において、前記練混ぜ水をマイクロバブル発生装置を通過させることによりマイクロバブルを導入した後、このマイクロバブル混入練混ぜ水と、セメントと、必要に応じて骨材とを混合してセメントミルク、モルタル又はコンクリートを製造することを特徴とするマイクロバブル混入セメント系材料の製造方法が提供される。
【００１４】
上記請求項３記載の発明においては、予め練混ぜ水にマイクロバブルを導入した後、セメントミルク、モルタル又はコンクリートとの混練を行うようにするものであり、特に水を対象とするためマイクロバブル発生装置として、他分野でも使用されている小型の装置で足りるようになる。
【００１５】
請求項４に係る本発明として、少なくとも練混ぜ水とセメントとを含み、必要に応じて骨材とを混合して練混ぜるセメントミルク、モルタル又はコンクリートのセメント系材料の製造方法において、前記練混ぜ水と、セメントとを混練しセメントミルク状態とした後、このセメントミルクをマイクロバブル発生装置を通過させることによりマイクロバブルを導入した後、必要に応じて骨材を混合することを特徴とするマイクロバブル混入セメント系材料の製造方法が提供される。
【００１６】
上記請求項４記載の発明は、練混ぜ水と、セメントとを混練したセメントミルク状態とした後、このセメントミルクをマイクロバブル発生装置を通過させることによりマイクロバブルを導入した後、必要に応じて骨材を混合して製造するものであり、骨材が混入されていない状態でマイクロバブルを導入するため、マイクロバブル発生装置は小型の装置で足りるようになる。
【００１７】
請求項５に係る本発明として、少なくとも練混ぜ水とセメントとを含み、必要に応じて骨材とを混合して練混ぜるセメントミルク、モルタル又はコンクリートのセメント系材料の製造方法において、前記練混ぜ水と、セメントと、必要に応じて骨材とを混練した後、このフレッシュ状態のセメントミルク、モルタル又はコンクリートをマイクロバブル発生装置を通過させることによりマイクロバブルを導入することを特徴とするマイクロバブル混入セメント系材料の製造方法が提供される。
【００１８】
上記請求項５記載の発明は、前記練混ぜ水と、セメントと、骨必要に応じて材とを混練した後、このフレッシュ状態のセメントミルク、モルタル又はコンクリートをマイクロバブル発生装置を通過させることによりマイクロバブルを導入するものであり、基本的にすべての材料を混練した状態でマイクロバブルを導入するため、マイクロバブル発生装置は若干大型化するが、セメントミルク、モルタル又はコンクリート状態でワーカビリティーを人為的に制御できるようになる。
【００１９】
請求項６に係る本発明として、粘性流体材料、或いはセメントミルク、モルタル又はコンクリートのセメント系材料を混練するためのミキサーに対して、前記ミキサーから送給され、再びミキサーに返送させる循環流路を形成するとともに、この循環流路の中間にポンプと、マイクロバブル発生装置とを配設したことを特徴とするマイクロバブル混入物、マイクロバブル混入セメント系材料の製造装置が提供される。
【発明の効果】
【００２０】
以上詳説のとおり本発明によれば、請求項１、６記載の発明によれば、マイクロバブル技術を応用することにより、発泡剤、起泡剤などの混和剤を使用することなく、材料中に多数の微細な独立した気泡を一様に分布させることができるようになる。
【００２１】
請求項２〜６記載の発明によれば、従来のＡＥ剤や発泡剤、起泡剤などの混和剤に代わる気泡の混入方法として、マイクロバブル技術を応用することにより、従来の混和剤による方法よりも、多数の微細な独立した気泡を効果的に導入可能になるとともに、ワーカビリティ及び耐凍害性等が向上できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。
【００２３】
本発明は、練混ぜ水と、セメントと、必要に応じて骨材とを混合して練混ぜたセメントミルク、モルタル又はコンクリートのセメント系材料において、該セメントミルク、モルタル又はコンクリートの材料混練時に、マイクロバブル発生装置により発生させたマイクロバブルを導入させることにより、ＡＥ剤等の気泡発生用混和剤を省略可能としたものである。
【００２４】
〔装置構成〕
図１は本発明に係るセメントミルク、モルタル又はコンクリート（以下、包括してコンクリートともいう。）の製造装置を示す概略である。
【００２５】
コンクリート製造装置２０は、セメントミルク、モルタル又はコンクリートを混練するためのミキサー２１に対して、前記ミキサー２１から送給され、再びミキサー２１に返送させる循環流路２２を形成するとともに、この循環流路２２の中間に、上流側から順にポンプ２４と、マイクロバブル発生装置１とを配設したものである。
【００２６】
このマイクロバブル発生装置１においては、マイクロバブルを発生させるために、パイプ中心部を閉塞させ円周方向の流速を大きくすることでパイプ内を流れる水などの液体から強い旋回流を発生する翼型ノズルと、主流に比べて循環が卓越する流れを小さい流れに遷移させる渦崩壊用ノズルとを直列に配置した。また、マイクロバブルの径を調整するために、渦崩壊用ノズル内の圧力差を検出して旋回流に導入する気体の量を自動的に調節できるようにし、渦崩壊用ノズル内部で安定して渦崩壊が起きるようにした。
【００２７】
図２はこのマイクロバブル発生装置１の本体、図３〜図５はこのマイクロバブル発生装置１の翼型ノズルの翼体、図６はこの翼型ノズルの翼体の一つの翼の展開図、図７はこのマイクロバブル発生装置１の渦崩壊用ノズル、図８はこのマイクロバブル発生装置の給気装置を示す。
【００２８】
図２〜図８に示すように、このマイクロバブル発生装置１は、翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４を有する円筒状のパイプ２と給気装置５とからなる。翼型ノズル３は、円柱状の本体３ａの前方ａを半球状に成形し、この本体３ａの外周面ｂの長手方向に複数の翼３ｂをそれらの後方ｃが彎曲するように設け、背面ｄに噴射孔３ｆを設けた翼体の外側をパイプ２により管状に覆ったものである。渦崩壊用ノズル４は、パイプ２の先端部ｅに配置されている。渦崩壊用ノズル４は、テーパー状に成形した縮流部４ａに管状の渦崩壊部４ｂを連接したものである。給気装置５は、渦崩壊用ノズル４の渦崩壊部４ｂの圧力差を検出し、翼型ノズル３に供給する気体５ｌの量を調整するものである。パイプ２においては、入口２ａ、翼型ノズル３、渦流部２ｂ、渦崩壊用ノズル４の順に液体６が流れる。パイプ２は既存の設備に接続できるように様々なサイズに対応可能である。
【００２９】
このマイクロバブル発生装置１では、パイプ２の入口２ａに、マイクロバブルを発生させようとする水などの液体６を流し、翼型ノズル３により水流などの液体流６ａを円周方向ｆに向けるとともに気柱６ｂを噴出させ、渦崩壊用ノズル４で縮流して渦崩壊させる。より詳細には、パイプ２の入口２ａから入った液体６は、翼型ノズル３によって中心部が閉塞されるため、流速の増した液体流６ａとなる。液体流６ａは、翼型ノズル３の外周面ｂに存在する溝３ｄに沿って流れ、翼型ノズル３の円周方向ｆに向きを変えられることにより旋回流６ｃとなって渦流部２ｂを進む。渦流部２ｂでは、翼型ノズル３の噴射孔３ｆから放出された気柱６ｂが旋回流６ｃとともに螺旋状に流れる。渦崩壊用ノズル４に入ると、旋回流６ｃは縮流され、循環に比べて流れが卓越することで渦崩壊が起きる。この渦崩壊により大きな気泡が細かく潰され、マイクロバブル６ｄとなって渦崩壊用ノズル４の出口から放出される。ここで、渦崩壊用ノズル４の最小断面、すなわち渦崩壊部４ｂの断面における旋回流６ｃの回転周波数ｆｅ は、縮流部４ａにおいて循環が保存されるとすると、渦流部２ｂにおける旋回流６ｃの回転周波数をｆ、パイプ２の内径をＤ、渦崩壊部４ｂの内径をＤｅ としたとき、ｆｅ ＝（Ｄ／Ｄｅ ）２ ｆとなる。
【００３０】
翼型ノズル３は、水流などの液体流６ａを螺旋状の旋回流６ｃに変換するとともに気柱６ｂを放出する器具であり、パイプ２の内部に、本体３ａの外周面ｂ上に複数の翼３ｂを設けた翼体が固定されている。翼型ノズル３は回転させる必要はなく、動力は不要である。なお、気柱６ｂとは、空気などの気体５ｌを勢い良く柱状に噴射させた気泡のことである。
【００３１】
本体３ａは円柱状（断面は長方形状）であり、前方ａは半球状部３ｃ（断面は半円状）と連接しており、背面ｄの中央に噴射孔３ｆを有する。
【００３２】
翼３ｂは、半球状部３ｃの頂部３ｕから本体３ａの背面端３ｖにかけて、本体３ａの外周面ｂ上を縦断するように設けた部材であり、液体流６ａの向きを本体３ａの円周方向ｆに変えるために、背面端３ｖに向かうにつれて湾曲している。半球状部３ｃにおける翼３ｂも全体としては半球状に成形される。ただし、半球状部３ｃにおける翼３ｂは必要に応じて省略することが可能である。翼３ｂは本体３ａから突起状に出ているため、隣り合う翼３ｂと翼３ｂとの間には溝３ｄが存在する。
【００３３】
半球状部３ｃは、パイプ２の入口２ａから入ってきた液体６がスムーズに溝３ｄに流れ込むように丸めてある箇所である。パイプ２は、翼型ノズル３から放出される円周方向ｆの噴流から角運動量の大きな流体を生成するために必要である。
【００３４】
溝３ｄは、翼３ｂにより仕切られた液体６の流れる通路である。翼３ｂが湾曲していることから、水平方向（パイプ２の中心軸方向）に流れていた液体流６ａが、徐々に垂直方向に曲げられ、螺旋状の旋回流６ａとなって翼型ノズル３から出ていく。
【００３５】
噴射孔３ｆは、マイクロバブルの基となる気柱６ｂを放出する孔である。気柱６ｂは、本体３ａの外周面ｂに設けられた給気孔３ｅから気体５ｌを供給することにより生成される。噴射孔３ｆから出た気柱６ｂは、旋回流６ｃとともに流れていく。
【００３６】
翼３ｂは、液体６の流れを等分に分割するため、同じ形状のものを等間隔に配置する。翼間隔３ｇは翼３ｂを配置する間隔であり、この場合、翼数が６枚であるので翼間隔３ｇは６０度であるが、これに限定されるものではない。
【００３７】
翼角３ｈは半球状部３ｃにおける翼３ｂの大きさを決めるもので、中心から一定の角度を持って延びていき、本体３ａに至ってからは、同じ幅を維持して延びる。なお、翼角３ｈは、大き過ぎると液体６の通り道が狭くなるので、例えば１５度程度が好ましいが、これに限定されるものではない。
【００３８】
液体６の通り道となる溝３ｄの溝深さ３ｎは溝３ｄの深さであり、翼３ｂの高さでもある。なお、溝深さ３ｎは、翼型ノズル３のサイズにより適切な深さに調整することができる。
【００３９】
ノズル長３ｉは翼型ノズル３の全体の長さであり、本体３ａの長さである翼長３ｋと半球状部３ｃの半径である外半径３ｌとの和に等しい。なお、翼型ノズル３の大きさは、パイプ２の大きさが異なれば、適切な大きさも異なる。
【００４０】
ノズル径３ｊは、翼型ノズル３の直径である。ノズル径３ｊは、翼３ｂの部分を含めた本体３ａの直径でもあり、また、本体３ａに連接することから、半球状部３ｃの直径でもある。
【００４１】
翼３ｂは後方ｃが湾曲しているため、翼３ｂ自体の長さは翼長３ｋよりも長くなる。また、半球状部３ｃにおける翼３ｂに関しては、翼長３ｋには含めないものとする。
【００４２】
外半径３ｌは半球状部３ｃの翼３ｂの部分を含めた全体の半径であり、半球状部３ｃの頂部３ｕから本体３ａまで垂直に下りた長さでもある。なお、隣り合う翼３ｂと翼３ｂとの間には溝３ｄが存在するため、外半径３ｌは、溝３ｄを埋めたものと考えた場合の半径を意味する。
【００４３】
内半径３ｍは、半球状部３ｃの翼３ｂを除いた本体３ａと連接される部分の半径である。内半径３ｍは、外半径３ｌとの差である溝深さ３ｎの分だけ出た位置から球状にしているため、内半径３ｍの頂部３ｕは外半径３ｌの頂部３ｕと一致する。
【００４４】
孔距離３ｏは、噴射孔３ｆのある翼型ノズル３の背面端３ｖから給気孔３ｅの位置までの距離であり、例えば、翼長３ｋの半分の位置が好ましいが、これに限定されるものではない。また、給気孔３ｅは、液体６が通らない翼３ｂ上に設けることが好ましいが、これに限定されるものではない。
【００４５】
給気孔３ｅと噴射孔３ｆとは翼型ノズル３の内部で繋がっており、翼型ノズル３の外周面ｂに設けられた給気孔３ｅから供給された気体５ｌが、翼型ノズル３の背面ｄの中央に設けられた噴射孔３ｆから放出される。
【００４６】
孔内径３ｐは、給気孔３ｅおよび噴射孔３ｆの直径である。孔内径３ｐの大きさは、噴射孔３ｆから出る気柱６ｂの量に影響を与えるため、適切なサイズに調整する必要があり、供給する気体５ｌの流量に応じて決められる。一例を挙げると、孔内径３ｐは２ｍｍ程度が好ましいが、これに限定されるものではない。
【００４７】
図６は、翼型ノズル３の一つの翼３ｂの形状を示す展開図であり、翼３ｂを湾曲させた様子をグラフ上で示したものである。グラフの横軸は翼端（翼の先端）からの流れ方向にとった距離、縦軸は周方向の距離を示す。翼３ｂが描く曲線は、０から翼長３ｋまでの範囲に存在する。なお、距離３ｑは、翼端からの距離が０と翼長３ｋとの間の任意の値とし、距離３ｒは、翼端からの距離が翼長３ｋの場合の値とする。
【００４８】
勾配３ｓは距離３ｑにおける傾きであり、距離３ｑが０の場合は勾配３ｓも０度であるが、距離３ｑが増えるにつれて勾配３ｓも大きくなっていく。翼３ｂの勾配３ｓは、距離３ｑが０では液体流６ａが流れに沿うこと、距離３ｒでは液体流６ａを円周方向ｆに向かわせることが必要であるため付けたものである。勾配３ｓにより液体流６ａを旋回流６ｃにすることができるが、翼３ｂにより円周方向ｆの流れが主流方向の流れに比べて大きくなり、結果として渦崩壊用ノズル４の渦崩壊部４ｂで渦崩壊を引き起こすためには、翼３ｂの終端における勾配３ｔが、およそ５５〜６０度より大きくなる必要がある。具体的には、例えば、翼３ｂが本体３ａの円周方向ｆとなす角度は５〜９度（あるいは５〜６度）、すなわち、距離３ｒにおける勾配３ｔは８１〜８５度（あるいは８４〜８５度）であることが好ましいが、これに限定されるものではない。
【００４９】
渦崩壊用ノズル４は、旋回流６ｃとともにパイプ２の渦流部２ｂを流れてきた気柱６ｂを渦崩壊させてマイクロバブル６ｄを発生させる器具であり、パイプ２の端に一体的に連接する。渦崩壊用ノズル４は縮流部４ａと渦崩壊部４ｂとからなる。縮流部４ａは、テーパー状に細くなる管であり、広い側はパイプ２の渦流部２ｂに連接され、狭い側は渦崩壊部４ｂに連接される。縮流部４ａの細くなる角度（テーパー角）４ｅは、パイプ２などの大きさに依存し、必要に応じて選ばれる。この角度４ｅの一例を挙げると約２０度であるが、これに限定されるものではない。渦崩壊部４ｂは、パイプ２の渦流部２ｂよりも細い円筒状の管であり、一端は縮流部４ａの狭い側に連接され、他端が出口となる。渦崩壊部４ｂの内径４ｆもパイプ２の大きさなどに依存し、必要に応じて選ばれる。この内径４ｆは例えば０．５〜１．５ｃｍであるが、これに限定されるものではない。
【００５０】
パイプ２内を流れる液体６は、渦流部２ｂから縮流部４ａの広い側に入り、縮流部４ａの径が細くなっていくことで流速を増しながら渦崩壊部４ｂへと至る。液体６とともに流れてきた気柱６ｂは、渦崩壊部４ｂにおいて細かくされ、マイクロバブル６ｄとして渦崩壊用ノズル４の出口から放出される。
【００５１】
渦崩壊用ノズル４の渦崩壊が発生するノズル径の最小値、すなわち臨界ノズル径は次のようにして求められる。
【００５２】
詳細は省略するが、翼型ノズル３の翼３ｂによって生成される旋回流６ｃの回転周波数ｆはCassidy et. al., J. Fluid Mech., V.41, pp.727-736, 1970 による方法により求められ、ｆとｆｅ との間にはｆｅ ＝（Ｄ／Ｄｅ ）２ ｆの関係が成り立つから、下式(1)となる。
【００５３】
【数１】
【００５４】
ここで、Ｒ＝Ｄ／２（＝図５に示す外半径３ｌ）、Ｑはパイプ２に供給される液体６の流量、ρは液体６の密度、ε＝ｒｅ ／Ｒ（ただし、ｒｅ ＝Ｄｅ ／２）、δ＝ｈ／Ｒ（ｈは図５に示す溝深さ３ｎと等しい）、κ＝Ｎｖ Δθ／２π（ただし、Ｎｖ は翼３ｂの枚数、Δθ（rad.）は溝３ｄの角度（溝角））、θｆ は図６に示す勾配３ｔと等しく、α０ 、α１ は定数でα０ ＝０．４、α１ ＝１である。
【００５５】
渦崩壊用ノズル４の縮流部４ａにおけるサーキュレーション数Γｅ は、下式(2)となる。
【００５６】
【数２】
【００５７】
ただし、ｕｅ は渦崩壊用ノズル４の出口における流速、ωｅ は渦崩壊部４ｂの断面における旋回流６ｃの回転角周波数である。この（２）式に（１）式のｆｅ を代入すると、Γｅ は、下式(3)となる（Cassidy et. al., J. Fluid Mech., V.41, pp.727-736, 1970 を参照。) 。
【００５８】
【数３】
【００５９】
図９に、ε＝１．５／４．０であるときの渦崩壊前のサーキュレーション数Γｅ のθｆ に対する変化をδを０．４／２、０．９／２と変えて求めた結果を示す。ただし、図９におけるΓｃｒは臨界サーキュレーション数でΓｃｒ＝２．０である（本マイクロバブル発生装置１ではΓｃｒ≒２．０、より一般的な旋回流発生装置の場合の平均的な値はΓｃｒ≒１／０．６５（例えば、Spall et. al., Phys. Fluid, 30(11),pp.3434-3440, 1987）。図９に示すように、溝３ｄの深さ、すなわち溝深さ３ｎ＝ｈが大きくなるにしたがって、軸方向運動量に対する円周方向の運動量が相対的に小さくなり、結果として溝深さ３ｎ＝ｈ、したがってδが大きいほどサーキュレーション数Γｅ は減少する。このため、溝深さ３ｎ＝ｈが大きくなると渦崩壊は起こりにくくなる。
【００６０】
溝深さ３ｎ＝ｈおよびθｆ を与えたとき、渦崩壊が発生するノズル半径の最小値、すなわち臨界ノズル半径εｃｒ（臨界半径をｒｅｃｒ とするとεｃｒ＝ｒｅｃｒ ／Ｒ）は、Γｅ ＝Γｃｒとおくことにより下式(4)のように得られる。したがって、翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４をε＞εｃｒを満たすように設計することにより、渦崩壊用ノズル４で渦崩壊を起こさせることができる。
【００６１】
【数４】
【００６２】
図１０に、渦崩壊の閾値をΓｃｒ＝２．０としたときの渦崩壊用ノズル４のε＝ｒｅ ／Ｒのδ＝ｈ／Ｒに対する変化を、θｆ を５０度、６０度、７０度、８０度、８４度と変えて求めた結果を示す。ただし、κ＝３／４とした。図１０中の○、×はそれぞれ、θｆ ＝８４度として実験を行ったときに渦崩壊が生じた場合、生じなかった場合を示す。
【００６３】
詳細は省略するが、旋回流６ｃによる分級効果によって、渦崩壊用ノズル４の渦崩壊部４ｂで放出されるマイクロバブル６ｄの径ｄは、下式(5)のように表される。
【００６４】
【数５】
【００６５】
ただし、νｗ は液体６の動粘性率である。この式においてΓｅ ＝Ｏ（１）であるから、νｗ が小さく、ｆｅ が大きいほど微細なマイクロバブル６ｄが生成されることが分かる。
【００６６】
パイプ２に液体６を供給するために用いるポンプのパワーを一定としたとき、ｆｅ は、下式(6)となる。
【００６７】
【数６】
【００６８】
したがって、ｆｅ を大きくすることでマイクロバブル６ｄを生成するには高揚程ポンプ（Ｒが小さい）が有利である。
【００６９】
給気装置５は、マイクロバブル発生装置１に気体５ｌを供給する装置であり、翼型ノズル３の給気孔３ｅに連結され、噴射孔３ｆから気柱６ｂを放出する。圧力検出器４ｃおよび圧力検出器４ｄは渦崩壊部４ｂ内の圧力を検出する器具であり、圧力検出器４ｃは縮流部４ａに連接する側に設けられ、圧力検出器４ｄは出口側に設けられている。これらの圧力検出器４ｃおよび圧力検出器４ｄにより圧力差を検知し、気体５ｌの供給量を自動的に調節する。
【００７０】
給気装置５は、シリンダ５ａおよびピストン５ｂなどの部材から構成される。この給気装置５と翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４との接続は、給気孔３ｅと通気孔５ｆ、圧力検出器４ｃと高圧力部５ｊ、圧力検出器４ｄと低圧力部５ｋとを繋ぐことで行う。シリンダ５ａは給気装置５の外枠であり、内部に中空部分を有するほぼ円柱状の形状である。なお、シリンダ５ａのサイズの一例を挙げると、長さ約７．０ｃｍ、直径約２．６ｃｍであるが、これに限定されるものではない。
【００７１】
シリンダ５ａの先頭側には、シリンダ５ａの側面を貫通する通気孔５ｆがあり、この通気孔５ｆの一端は、給気管５ｉにより給気孔３ｅに接続され、他端は、開放することで気体５ｌを取り込むが、特別な気体を使用する場合にはボンベなどを接続する。
【００７２】
また、シリンダ５ａ内の中空部分は、ピストン５ｂおよびダイアフラム５ｍにより高圧力部５ｊと低圧力部５ｋとに分けられる。先頭側の高圧力部５ｊは、圧力検出器４ｃで検知した圧力となり、背後側の低圧力部５ｋは、圧力検出器４ｄで検知した圧力となる。
【００７３】
なお、高圧力部５ｊおよび低圧力部５ｋには、それぞれ空気孔５ｇおよび空気孔５ｈが設けられる。空気孔５ｇおよび空気孔５ｈは、通常は閉じておくが、開放することにより内部の空気を抜くことができる。
【００７４】
ピストン５ｂは、シリンダ５ａの内部を往復移動する部材であり、可動部５ｃ、バネ５ｄおよびストッパー５ｅなどからなる。ピストン５ｂが移動することにより、給気孔３ｅへ供給する気体５ｌの量を調節する。可動部５ｃは、シリンダ５ａ内を前後に動く部分であり、給気孔３ｅの開閉を行う杭状の前半部と、シリンダ５ａ内の高圧力部５ｊと低圧力部５ｋとを仕切る円柱状の後半部とからなる。可動部５ｃが最も前に移動した場合は、先端が通気孔５ｆを突き抜けて気体５ｌが通らないように塞いでしまい、可動部５ｃが最も後に移動した場合は、先端が通気孔５ｆから離れて気体５ｌを通す。
【００７５】
バネ５ｄは、伸び縮みすることで可動部５ｃの移動を制御するもので、高圧力部５ｊと低圧力部５ｋとの圧力差と連動して可動部５ｃの位置を調整する。高圧力部５ｊの圧力が増せばバネ５ｄが縮んで可動部５ｃを後方に移動させ、低圧力部５ｋの圧力が増せばバネ５ｄが伸びて可動部５ｃを前方に移動させる。
【００７６】
ストッパー５ｅは、ピストン５ｂの端をシリンダ５ａの後背部に固定することで、ピストン５ｂを支えている部材である。ストッパー５ｅで押さえることで、ピストン５ｂがシリンダ５ａ内で安定し、バネ５ｄの伸縮も有効に働き、可動部５ｃを移動させることができる。
【００７７】
可動部５ｃとストッパー５ｅとはバネ５ｄにより接続されるが、バネ５ｄの内側で可動部５ｃとストッパー５ｅとをスライド構造にすることにより、バネ５ｄの部分の安定性を保つとともに、可動範囲を制御する。
【００７８】
給気装置５は、高圧力部５ｊと低圧力部５ｋとの圧力差を利用してピストン５ｂを移動させることにより、気体５ｌの供給を制御する。高圧力部５ｊおよび低圧力部５ｋは、圧力検出器４ｃおよび圧力検出器４ｄと管５ｎ、５ｏで接続され、渦崩壊用ノズル４の渦崩壊部４ｂの圧力を反映させる。具体的には、圧力検出器４ｃと圧力検出器４ｄとの間の部分の渦崩壊部４ｂで渦崩壊が発生しているときは、圧力検出器４ｃと圧力検出器４ｄとの圧力差が増大し、高圧力部５ｊと低圧力部５ｋとの圧力差がバネ５ｄの反力よりも大きくなると、ピストン５ｂが右に移動して通気孔５ｆが開く。
【００７９】
なお、圧力検出器４ｃと圧力検出器４ｄとの間の部分の渦崩壊部４ｂで渦崩壊が発生しない場合は、給気孔３ｅへの給気量が多く、圧力検出器４ｃと圧力検出器４ｄとの圧力差が小さい場合であり、給気量を制御するために、高圧力部５ｊと低圧力部５ｋとの圧力が均衡した際のピストン５ｂの位置を、通気孔５ｆが閉まる位置にしておく。
【００８０】
図１１Ａおよび図１１Ｂは渦崩壊用ノズル４での渦崩壊を示す図であり、渦崩壊ありの場合（図１１Ａ）の渦崩壊用ノズル４および渦崩壊なしの場合（図１１Ｂ）の渦崩壊用ノズル４の状態を示したものであ。図１１Ａに示すように、渦崩壊ありの場合には、縮流部４ａから来た気柱６ｂは、渦崩壊部４ｂの中間付近で渦崩壊し、マイクロバブル６ｄとなって出て行くため、渦崩壊部４ｂの出口における圧力は、渦崩壊部４ｂの入口における圧力よりも小さくなる。
【００８１】
圧力検出器４ｃにより渦崩壊部４ｂの入口の圧力を検出し、圧力検出器４ｄにより渦崩壊部４ｂの出口の圧力を検出して、渦崩壊部４ｂ内に圧力差があれば、正常に渦崩壊が起きており、このまま給気を行う。
【００８２】
渦崩壊なしの場合（図１１Ｂ）には、縮流部４ａから来た気柱６ｂは、渦崩壊部４ｂ内では渦崩壊せず、マイクロバブル６ｄとならないため、渦崩壊部４ｂの出口における圧力は、渦崩壊部４ｂの入口における圧力とほとんど変わらない。このとき、圧力検出器４ｃにより渦崩壊部４ｂの入口の圧力を検出し、圧力検出器４ｄにより渦崩壊部４ｂの出口の圧力を検出して、渦崩壊部４ｂ内に圧力差がなければ、給気を抑制し、渦崩壊が起きるように調整する。
【００８３】
このように、給気量が適正でなければ、気柱６ｂは渦崩壊せずマイクロバブル６ｄが得られないので、この第１の実施形態では、渦崩壊しているかどうかを渦崩壊部４ｂの圧力差によって確認し、さらに上述のようにこの圧力差を利用して自動的に給気量を調整することができる。
【００８４】
次に、気体５ｌの給気量（気体流量）Ｑａ とマイクロバブル６ｄの径ｄとの関係について説明する。
【００８５】
渦崩壊用ノズル４の前面に張り付いた気柱６ｂが受ける剪断によって発生する気泡径を Hinzeスケール（圧力による分断作用と表面張力とが釣り合った平衡状態における径ｄＨ ）に従って算定すると図１２に示すようになる。詳細は省略するが、マイクロバブル６ｄが HinzeスケールｄＨ まで微粒化されるときの気体５ｌの給気量Ｑａ は、下式(7)で与えられる。
【００８６】
【数７】
ここで、ｄ０ は次の式 (８) 〜（10）から算定される。
【００８７】
【数８】
【００８８】
【数９】
【００８９】
【数１０】
【００９０】
ただし、Ｆ(x)は下式(11)で表される。
【００９１】
【数１１】
ここで、γは気体５ｌと液体６との界面張力係数である。
【００９２】
図１３、図１４および図１５は、Γｅ がそれぞれ＝２、３および４のときの給気量Ｑａ を示す。
【００９３】
Hinzeスケールのマイクロバブル６ｄを生成するときの給気量Ｑａ と液体６の流量Ｑｗ との比は次式(12)で表される。
【００９４】
【数１２】
【００９５】
図１６、図１７および図１８は、Γｅ がそれぞれ２、３および４のときの給気量Ｑａ と液体６の流量Ｑｗ との比をプロットしたものである。図１６、図１７および図１８より、ｆｅ ＞１００Ｈｚおよびｒｅ ＜２ｃｍの範囲内では、Ｑａ ／Ｑｗ はｆｅ およびｒｅ にあまり依存しない。このときのＱａ ／Ｑｗ を漸近的に計算すると次式(13)のようになる。
【００９６】
【数１３】
【００９７】
この式はΓｅ 〜２．５の実験における値Ｑａ ／Ｑｗ 〜０．００５により検証されている（山田ら、流体力学会年会２００５、ＡＭ０５−２４−００２）。
【００９８】
渦崩壊用ノズル４の出口のエッジでは旋回流６ｃの剥がれによって音が発生するが、この音は、例えば、このエッジに微細な繊維（例えば、綿状のもの）を貼ったり、渦崩壊用ノズル４の縮流部４ａの入り口にその直径方向に針金（例えば、数ｍｍ径のもの）を張り渡して上流の気柱６ｂを乱したりすることで消音することが可能である。
【００９９】
次に、この発明の第２の実施形態によるマイクロバブル発生装置について説明する。
【０１００】
図１９に示すように、このマイクロバブル発生装置１においては、渦崩壊用ノズル４の渦崩壊部４ｂの先端にテーパー部４ｈを設けて、出口をテーパー状に広げた。すなわち、第１の実施形態によるマイクロバブル発生装置１の渦崩壊用ノズル４では、渦崩壊部４ｂの先端である出口の角度４ｉが０度であるのに対し、この第２の実施形態によるマイクロバブル発生装置１の渦崩壊用ノズル４では、渦崩壊部４ｂの出口の角度（テーパー角）４ｉを十分に大きくしたテーパー部４ｈを設けている。この角度４ｉは、具体的には、例えば６０度または８０度程度にするが、これに限定されるものではない。
【０１０１】
第１の実施形態の渦崩壊用ノズル４の場合は、渦流部２ｂで旋回流６ｃの中心付近に生じた気柱６ｂが、縮流部４ａで流速が増され、渦崩壊部４ｂで細かく潰されることにより、マイクロバブル６ｄが発生するのに対して、この第２の実施形態の渦崩壊用ノズル４の場合は、気柱６ｂは渦崩壊部４ｂを通過し、テーパー部４ｈにおいて、コアンダ効果により気泡となって張り付く。テーパー部４ｈに張り付いた気泡は、渦流部２ｂから続く旋回流６ｃにより剪断または破砕され、マイクロバブル６ｄが発生する。このようにテーパー部４ｈに張り付くことにより、気泡が剪断を受ける時間が長くなり、気泡の微粒化が促進される。
【０１０２】
なお、コアンダ効果とは、流れの中に物体を置いたときに、置いた物体に沿って流れの向きが変わる流体の性質のことで、旋回流６ｃが渦崩壊部４ｂからテーパー部４ｈに入ってテーパー状に広がることで気柱６ｂも広がり、気泡がテーパー部４ｈに張り付く。
【０１０３】
この第２の実施形態の渦崩壊用ノズル４の寸法は、縮流部４ａの入口の内径（＝パイプ２の内径２ｄ）、縮流部４ａの角度４ｅおよび渦崩壊部４ｂの内径４ｆは、第１の実施形態の渦崩壊用ノズル４と同様であるが、円筒状の渦崩壊部４ｂの長さ４ｇについては、内径４ｆと同程度である。
【０１０４】
図２０Ａ、図２０Ｂおよび図２０Ｃは、渦崩壊部４ｂの形状を変えた場合のマイクロバブル発生装置１のマイクロバブル６ｄの発生状況を比較した図である。
【０１０５】
図２０Ａに示すように、第１の実施形態の渦崩壊用ノズル４の場合、パイプ２の渦流部２ｂから縮流部４ａに流れてきた気柱６ｂは、渦崩壊部４ｂにおいて渦崩壊してマイクロバブル６ｄが発生するが、直線状の狭い範囲にしか広がらない。
【０１０６】
図２０Ｂに示す渦崩壊用ノズル４は、渦崩壊部４ｂの全体をテーパー部とした場合であるが、このテーパー部において発生したマイクロバブル６ｄは、図２０Ａの場合に比べて僅かに範囲が広がる程度である。
【０１０７】
図２０Ｃに示す渦崩壊用ノズル４の場合、テーパー部４ｈに張り付いた気泡を剪断または破砕することによりマイクロバブル６ｄが発生するので、マイクロバブル６ｄはテーパー状に非常に広い範囲に広がる。
【０１０８】
図２１Ａおよび図２１Ｂは二種類の渦崩壊の様子を示す。いずれも渦崩壊用ノズル４の出口のテーパー部４ｈの急拡部の存在により渦は不安定となり渦崩壊が生じるが、図２１Ａに示す渦崩壊では、渦崩壊用ノズル４の渦崩壊部４ｂの最小断面で流れが超臨界（supercritical)となり擾乱が上流に伝播できないのに対し、図２１Ｂに示す渦崩壊では、渦崩壊用ノズル４の全領域で亜臨界（subcritical)となり擾乱は上流に伝播する。
【０１０９】
この第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点に加えて、次のような利点を得ることができる。すなわち、渦崩壊用ノズル４の渦崩壊部４ｂの先端にテーパー部４ｈが設けられていることにより、旋回流６ｃはこのテーパー部４ｈに張り付く。このため、マイクロバブル６ｄの発生効率の向上を図ることができるとともに、テーパー部４ｈの角度４ｉの選定によりマイクロバブル６ｄの噴き出し方向の制御を容易に行うことができる。
【０１１０】
〔製造方法〕
次に、前述の方法により発生させたマイクロバブルの導入方法について、以下詳述する。
【０１１１】
〈第１形態例〉
前記ミキサ２１に対して練混ぜ水のみを入れ、マイクロバブル発生装置１を通過させることによりマイクロバブルを導入した後、ミキサ２１内にセメント及び必要に応じて骨材を混入し、前記マイクロバブル混入練混ぜ水と、セメントと、必要に応じて骨材とを混合してセメントミルク、モルタル又はコンクリートを製造するようにする。この形態例の場合には、特にマイクロバブルを導入する対象物質が水であるため、マイクロバブル発生装置１として小型のもので足りるようになる。
【０１１２】
〈第２形態例〉
前記ミキサ２１に対して、練混ぜ水と、セメントとを入れ、これらを混練してセメントミルク状態とした後、前記マイクロバブル発生装置１を通過させることによりマイクロバブルを導入した後、ミキサ２１内に必要に応じて骨材を混入し、セメントミルク、モルタル又はコンクリートを製造するようにする。この場合は、マイクロバブルを導入する対象物質がセメントミルク（水＋セメント）であり、粘性を有するものの、マイクロバブル発生装置１としては小型のもので足りるようになる。
【０１１３】
〈第３形態例〉
前記ミキサ２１に対して、前記練混ぜ水と、セメントと、必要に応じて骨材とを入れ、これらを混練してフレッシュ状態のセメントミルク、モルタル又はコンクリートをマイクロバブル発生装置１を通過させることによりマイクロバブルを導入するようにする。この場合は、すべての材料を混練した状態でマイクロバブルを導入するため、マイクロバブル発生装置１は若干大型化するが、基本的にすべての材料を混練したセメントミルク、モルタル又はコンクリート状態でワーカビリティーを人為的に制御できるようになる。
【０１１４】
なお、以上の形態例においては、補助的にＡＥ剤、発泡剤、起泡剤等の混和剤を混入することも可能である。この場合でも、ＡＥ剤、発泡剤、起泡剤等の混和剤の混入量低減に効果を有するようになる。
【０１１５】
〔他の形態例〕
(1)上記形態例では、定置式ミキサー２１に対してマイクロバブル発生装置１を設けるようにしたが、例えばミキサー車、吹付け台車などの移動式のものに対しても同様に適用することが可能である。
(2)上記形態例では、セメントミルク、モルタル又はコンクリート材料として、練混ぜ水、セメント、必要に応じて骨材の３種類を挙げているが、各種混和材等を混合してもよい。
(3)上記形態例では、練混ぜ水と、セメントと、必要に応じて骨材とを混合して練混ぜたセメントミルク、モルタル又はコンクリートにおいて、該セメントミルク、モルタル又はコンクリートの材料混練時に、マイクロバブル発生装置により発生させたマイクロバブルを導入させることにより、ＡＥ剤等の気泡発生用混和剤を省略可能とした例について述べたが、本発明は化学分野や食品分野等において、材料混練時に粘性を示す流動材料一般に対して適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明に係るセメントミルク、モルタル又はコンクリートの製造装置を示す概略である。
【図２】第１の実施形態によるマイクロバブル発生装置の本体を示す斜視図である。
【図３】第１の実施形態によるマイクロバブル発生装置の翼型ノズルの翼体を示す斜視図である。
【図４】第１の実施形態によるマイクロバブル発生装置の翼型ノズルの翼体を示す正面図である。
【図５】第１の実施形態によるマイクロバブル発生装置の翼型ノズルの翼体を示す縦断面図である。
【図６】第１の実施形態によるマイクロバブル発生装置の翼型ノズルの翼体の一つの翼の形状を示す略線図である。
【図７】第１の実施形態によるマイクロバブル発生装置の渦崩壊用ノズルを示す縦断面図である。
【図８】第１の実施形態によるマイクロバブル発生装置の給気装置を示す縦断面図である。
【図９】第１の実施形態によるマイクロバブル発生装置の渦崩壊用ノズルの縮流部におけるサーキュレーション数を説明するための略線図である。
【図１０】第１の実施形態によるマイクロバブル発生装置の渦崩壊用ノズルの臨界ノズル半径を説明するための略線図である。
【図１１】（Ａ）および（Ｂ）は、第１の実施形態によるマイクロバブル発生装置の渦崩壊用ノズルで生じる渦崩壊を示す略線図である。
【図１２】Hinzeスケールを説明するための略線図である。
【図１３】第１の実施形態によるマイクロバブル発生装置においてサーキュレーション数が２のときにマイクロバブルを Hinzeスケールまで微粒化するときの給気量を示す略線図である。
【図１４】第１の実施形態によるマイクロバブル発生装置においてサーキュレーション数が３のときにマイクロバブルを Hinzeスケールまで微粒化するときの給気量を示す略線図である。
【図１５】第１の実施形態によるマイクロバブル発生装置においてサーキュレーション数が４のときにマイクロバブルを Hinzeスケールまで微粒化するときの給気量を示す略線図である。
【図１６】第１の実施形態によるマイクロバブル発生装置においてサーキュレーション数が２のときにマイクロバブルを Hinzeスケールまで微粒化するときの給気量と液体流量との比を示す略線図である。
【図１７】第１の実施形態によるマイクロバブル発生装置においてサーキュレーション数が３のときにマイクロバブルを Hinzeスケールまで微粒化するときの給気量と液体流量との比を示す略線図である。
【図１８】第１の実施形態によるマイクロバブル発生装置においてサーキュレーション数が４のときにマイクロバブルを Hinzeスケールまで微粒化するときの給気量と液体流量との比を示す略線図である。
【図１９】第２の実施形態によるマイクロバブル発生装置の渦崩壊用ノズルを示す縦断面図である。
【図２０】（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）は、第２の実施形態によるマイクロバブル発生装置におけるマイクロバブルの発生状況を他の例と比較した略線図である。
【図２１】（Ａ）および（Ｂ）は、第２の実施形態によるマイクロバブル発生装置における二種類の渦崩壊の様子を示す略線図である。
【符号の説明】
【０１１７】
１・１ａ〜１ｄ…マイクロバブル発生装置、２…パイプ、２ａ…入口、２ｂ…渦流部、２ｃ…出口、２ｄ…内径、３…翼型ノズル、３ａ…本体、３ｂ…翼、３ｃ…球状部、３ｄ…溝、３ｅ…給気孔、３ｆ…噴射孔、３ｇ…翼間隔、３ｈ…翼角、３ｉ…ノズル長、３ｊ…ノズル径、３ｋ…翼長、４…渦崩壊用ノズル、４ａ…縮流部、４ｂ…渦崩壊部、４ｃ…圧力検出器、４ｄ…圧力検出器、５…給気装置、５ａ…シリンダ、５ｂ…ピストン、５ｃ…可動部、５ｄ…バネ、５ｅ…ストッパー、５ｊ…高圧力部、５ｋ…低圧力部、５ｌ…気体、６…水、６ａ…水流、６ｂ…気柱、６ｃ…旋回流、６ｄ…マイクロバブル、９…渦崩壊用ノズル、９ａ…テーパー部、９ｂ…角度、９ｃ…マイクロバブル、２０…コンクリート製造装置、２１…ミキサー、２２…循環流路、２３…マイクロバブル発生装置、２４…ポンプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多数の微細な独立した気泡であるマイクロバブルを導入したマイクロバブル混入物、マイクロバブル混入セメント系材料及びその製造方法、並びにそのための製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、コンクリートやモルタルに、多量の独立した気泡を導入させることによって、ワーカビリティーが改善するとともに、凍結融解作用に対する抵抗性が増大できることが知られている。コンクリートやモルタルの製造過程において、ＡＥ剤をコンクリート中に添加し、連行空気泡を適量存在させると、連行空気泡がコンクリート中であたかもボールベアリングのような作用をするためワーカビリティーが改善され、所要のコンシステンシーを得るための単位水量を減少させることができるとともに、自由水の凍結による大きな膨張圧を緩和する働きをし、自由水の移動を可能にするため、凍結融解の繰り返し作用に対する抵抗性を著しく増大させることが可能となる。
【０００３】
一方で、近年は、直径がマイクロメートルオーダーである気泡（以下、マイクロバブル）に関する研究が幾つか報告されている。キャビテーションによって直径が１０ミクロン程度の気泡を発生させ、このマイクロバブルの気泡溶解及び浮上分離等の機能性を利用して、水産物の洗浄や水質浄化などに応用されている。
【０００４】
前記マイクロバブルを発生させる装置としては、例えば下記特許文献１において、有底円筒形のスペース又は入口部が閉塞されたメガホン形状のスペースを有する容器本体と、同スペースの内壁円周面の一部にその接線方向に開設された加圧液体導入口と、前記円筒形のスペース底部又は前記メガホン形状のスペース入口部に開設された気体導入孔と、前記円筒形スペースの先部又は前記メガホン形状のスペースの先部に開設された旋回気液混合体導出口とから構成された旋回式マイクロバブル発生装置が開示されている。
【０００５】
また、下記特許文献２では、加圧液体と気体との導入部と円筒状の気泡発生空間を有し、前記導入部内に、前記気泡発生空間に開口する加圧液体導入孔と気体導入孔を形成し、前記加圧液体導入孔を前記導入部の端面に開口し、前記気体導入孔を前記導入部の側面に開口し、前記気体導入孔と連通する気体導入管に気体導入量を調整する調整弁を設けたマイクロバブル発生ノズルが開示されている。
【０００６】
他方、コンクリート二次製品の分野では、起泡剤や発泡剤を添加して練り混ぜることによりコンクリート中に多量の気泡を内在させるように軽量気泡コンクリートが製造され市場に提供されている。
【特許文献１】ＷＯ００／６９５５０号公報
【特許文献２】ＷＯ０１／３６１０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記ＡＥ剤を混入することにより微細気泡をコンクリート又はモルタル中に導入する方法の場合、混練時にＡＥ剤を添加することになるが、導入空気量は、ＡＥ剤の種類や使用量の他、コンクリートの材料や配合条件などに影響されるため管理が非常に煩雑であった。空気量が減少する要因としては例えば、(1)単位セメント量の増加やセメント粉末度が大きい場合、(2)練り混ぜ水のｐＨが低く酸性の場合や不純物が多い時、(3)コンクリートの練り上がり温度が高くなった時、(4)練り混ぜミキサの性能低下や練り混ぜ時間が長くなった時、(5)ミキサ車による輸送時間が長くなった時やポンプ圧送圧力や距離が増大した時などを挙げることができる。また、種類によっては有害イオンとして作用するものがあるなどの問題があった。さらに、粒径の大きな気泡が多く存在すると、コンクリート中に空隙が生じて強度が低下する問題などもあった。
【０００８】
そこで本発明の主たる課題は、従来のＡＥ剤や発泡剤、起泡剤などの混和剤に代わる気泡の混入方法として、マイクロバブル技術を応用することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために請求項１に係る本発明として、粘性流体の材料混練時にマイクロバブルを導入したことを特徴とするマイクロバブル混入物が提供される。
【００１０】
上記請求項１記載の発明においては、発泡剤、起泡剤などの混和剤を使用することなく、材料中に多数の微細な独立した気泡を一様に分布させることができるようになる。
【００１１】
請求項２に係る本発明として、少なくとも練混ぜ水とセメントとを含み、必要に応じて骨材とを混合して練混ぜたセメントミルク、モルタル又はコンクリートのセメント系材料において、該セメントミルク、モルタル又はコンクリートの材料混練時にマイクロバブルを導入したことを特徴とするマイクロバブル混入セメント系材料が提供される。
【００１２】
上記請求項２記載の本発明においては、セメントミルク、モルタル又はコンクリートに、マイクロバブル発生装置により発生させたマイクロバブルを導入することにより、従来のＡＥ剤や発泡剤、起泡剤などの混和剤を使用せずに、多数の微細な独立した気泡を一様に分布させることができるようになるとともに、ＡＥ剤を使用する場合より微細な気泡を導入でき、これによってワーカビリティ及び耐凍害性、強度が向上したセメントミルク、モルタル又はコンクリートを得ることが可能となる。前記マイクロバブル混入セメント系材料はフレッシュ状態、及び硬化後の両者を含むものである。なお、セメントミルクは主に練混ぜ水とセメントから構成され、モルタルは主に練混ぜ水とセメントと細骨材から構成され、コンクリートは主に練混ぜ水とセメントと細骨材・粗骨材から構成されるものである。
【００１３】
請求項３に係る本発明として、少なくとも練混ぜ水とセメントとを含み、必要に応じて骨材とを混合して練混ぜるセメントミルク、モルタル又はコンクリートのセメント系材料の製造方法において、前記練混ぜ水をマイクロバブル発生装置を通過させることによりマイクロバブルを導入した後、このマイクロバブル混入練混ぜ水と、セメントと、必要に応じて骨材とを混合してセメントミルク、モルタル又はコンクリートを製造することを特徴とするマイクロバブル混入セメント系材料の製造方法が提供される。
【００１４】
上記請求項３記載の発明においては、予め練混ぜ水にマイクロバブルを導入した後、セメントミルク、モルタル又はコンクリートとの混練を行うようにするものであり、特に水を対象とするためマイクロバブル発生装置として、他分野でも使用されている小型の装置で足りるようになる。
【００１５】
請求項４に係る本発明として、少なくとも練混ぜ水とセメントとを含み、必要に応じて骨材とを混合して練混ぜるセメントミルク、モルタル又はコンクリートのセメント系材料の製造方法において、前記練混ぜ水と、セメントとを混練しセメントミルク状態とした後、このセメントミルクをマイクロバブル発生装置を通過させることによりマイクロバブルを導入した後、必要に応じて骨材を混合することを特徴とするマイクロバブル混入セメント系材料の製造方法が提供される。
【００１６】
上記請求項４記載の発明は、練混ぜ水と、セメントとを混練したセメントミルク状態とした後、このセメントミルクをマイクロバブル発生装置を通過させることによりマイクロバブルを導入した後、必要に応じて骨材を混合して製造するものであり、骨材が混入されていない状態でマイクロバブルを導入するため、マイクロバブル発生装置は小型の装置で足りるようになる。
【００１７】
請求項５に係る本発明として、少なくとも練混ぜ水とセメントとを含み、必要に応じて骨材とを混合して練混ぜるセメントミルク、モルタル又はコンクリートのセメント系材料の製造方法において、前記練混ぜ水と、セメントと、必要に応じて骨材とを混練した後、このフレッシュ状態のセメントミルク、モルタル又はコンクリートをマイクロバブル発生装置を通過させることによりマイクロバブルを導入することを特徴とするマイクロバブル混入セメント系材料の製造方法が提供される。
【００１８】
上記請求項５記載の発明は、前記練混ぜ水と、セメントと、骨必要に応じて材とを混練した後、このフレッシュ状態のセメントミルク、モルタル又はコンクリートをマイクロバブル発生装置を通過させることによりマイクロバブルを導入するものであり、基本的にすべての材料を混練した状態でマイクロバブルを導入するため、マイクロバブル発生装置は若干大型化するが、セメントミルク、モルタル又はコンクリート状態でワーカビリティーを人為的に制御できるようになる。
【００１９】
請求項６に係る本発明として、粘性流体材料、或いはセメントミルク、モルタル又はコンクリートのセメント系材料を混練するためのミキサーに対して、前記ミキサーから送給され、再びミキサーに返送させる循環流路を形成するとともに、この循環流路の中間にポンプと、マイクロバブル発生装置とを配設したことを特徴とするマイクロバブル混入物、マイクロバブル混入セメント系材料の製造装置が提供される。
【発明の効果】
【００２０】
以上詳説のとおり本発明によれば、請求項１、６記載の発明によれば、マイクロバブル技術を応用することにより、発泡剤、起泡剤などの混和剤を使用することなく、材料中に多数の微細な独立した気泡を一様に分布させることができるようになる。
【００２１】
請求項２〜６記載の発明によれば、従来のＡＥ剤や発泡剤、起泡剤などの混和剤に代わる気泡の混入方法として、マイクロバブル技術を応用することにより、従来の混和剤による方法よりも、多数の微細な独立した気泡を効果的に導入可能になるとともに、ワーカビリティ及び耐凍害性等が向上できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。
【００２３】
本発明は、練混ぜ水と、セメントと、必要に応じて骨材とを混合して練混ぜたセメントミルク、モルタル又はコンクリートのセメント系材料において、該セメントミルク、モルタル又はコンクリートの材料混練時に、マイクロバブル発生装置により発生させたマイクロバブルを導入させることにより、ＡＥ剤等の気泡発生用混和剤を省略可能としたものである。
【００２４】
〔装置構成〕
図１は本発明に係るセメントミルク、モルタル又はコンクリート（以下、包括してコンクリートともいう。）の製造装置を示す概略である。
【００２５】
コンクリート製造装置２０は、セメントミルク、モルタル又はコンクリートを混練するためのミキサー２１に対して、前記ミキサー２１から送給され、再びミキサー２１に返送させる循環流路２２を形成するとともに、この循環流路２２の中間に、上流側から順にポンプ２４と、マイクロバブル発生装置１とを配設したものである。
【００２６】
このマイクロバブル発生装置１においては、マイクロバブルを発生させるために、パイプ中心部を閉塞させ円周方向の流速を大きくすることでパイプ内を流れる水などの液体から強い旋回流を発生する翼型ノズルと、主流に比べて循環が卓越する流れを小さい流れに遷移させる渦崩壊用ノズルとを直列に配置した。また、マイクロバブルの径を調整するために、渦崩壊用ノズル内の圧力差を検出して旋回流に導入する気体の量を自動的に調節できるようにし、渦崩壊用ノズル内部で安定して渦崩壊が起きるようにした。
【００２７】
図２はこのマイクロバブル発生装置１の本体、図３〜図５はこのマイクロバブル発生装置１の翼型ノズルの翼体、図６はこの翼型ノズルの翼体の一つの翼の展開図、図７はこのマイクロバブル発生装置１の渦崩壊用ノズル、図８はこのマイクロバブル発生装置の給気装置を示す。
【００２８】
図２〜図８に示すように、このマイクロバブル発生装置１は、翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４を有する円筒状のパイプ２と給気装置５とからなる。翼型ノズル３は、円柱状の本体３ａの前方ａを半球状に成形し、この本体３ａの外周面ｂの長手方向に複数の翼３ｂをそれらの後方ｃが彎曲するように設け、背面ｄに噴射孔３ｆを設けた翼体の外側をパイプ２により管状に覆ったものである。渦崩壊用ノズル４は、パイプ２の先端部ｅに配置されている。渦崩壊用ノズル４は、テーパー状に成形した縮流部４ａに管状の渦崩壊部４ｂを連接したものである。給気装置５は、渦崩壊用ノズル４の渦崩壊部４ｂの圧力差を検出し、翼型ノズル３に供給する気体５ｌの量を調整するものである。パイプ２においては、入口２ａ、翼型ノズル３、渦流部２ｂ、渦崩壊用ノズル４の順に液体６が流れる。パイプ２は既存の設備に接続できるように様々なサイズに対応可能である。
【００２９】
このマイクロバブル発生装置１では、パイプ２の入口２ａに、マイクロバブルを発生させようとする水などの液体６を流し、翼型ノズル３により水流などの液体流６ａを円周方向ｆに向けるとともに気柱６ｂを噴出させ、渦崩壊用ノズル４で縮流して渦崩壊させる。より詳細には、パイプ２の入口２ａから入った液体６は、翼型ノズル３によって中心部が閉塞されるため、流速の増した液体流６ａとなる。液体流６ａは、翼型ノズル３の外周面ｂに存在する溝３ｄに沿って流れ、翼型ノズル３の円周方向ｆに向きを変えられることにより旋回流６ｃとなって渦流部２ｂを進む。渦流部２ｂでは、翼型ノズル３の噴射孔３ｆから放出された気柱６ｂが旋回流６ｃとともに螺旋状に流れる。渦崩壊用ノズル４に入ると、旋回流６ｃは縮流され、循環に比べて流れが卓越することで渦崩壊が起きる。この渦崩壊により大きな気泡が細かく潰され、マイクロバブル６ｄとなって渦崩壊用ノズル４の出口から放出される。ここで、渦崩壊用ノズル４の最小断面、すなわち渦崩壊部４ｂの断面における旋回流６ｃの回転周波数ｆｅ は、縮流部４ａにおいて循環が保存されるとすると、渦流部２ｂにおける旋回流６ｃの回転周波数をｆ、パイプ２の内径をＤ、渦崩壊部４ｂの内径をＤｅ としたとき、ｆｅ ＝（Ｄ／Ｄｅ ）２ ｆとなる。
【００３０】
翼型ノズル３は、水流などの液体流６ａを螺旋状の旋回流６ｃに変換するとともに気柱６ｂを放出する器具であり、パイプ２の内部に、本体３ａの外周面ｂ上に複数の翼３ｂを設けた翼体が固定されている。翼型ノズル３は回転させる必要はなく、動力は不要である。なお、気柱６ｂとは、空気などの気体５ｌを勢い良く柱状に噴射させた気泡のことである。
【００３１】
本体３ａは円柱状（断面は長方形状）であり、前方ａは半球状部３ｃ（断面は半円状）と連接しており、背面ｄの中央に噴射孔３ｆを有する。
【００３２】
翼３ｂは、半球状部３ｃの頂部３ｕから本体３ａの背面端３ｖにかけて、本体３ａの外周面ｂ上を縦断するように設けた部材であり、液体流６ａの向きを本体３ａの円周方向ｆに変えるために、背面端３ｖに向かうにつれて湾曲している。半球状部３ｃにおける翼３ｂも全体としては半球状に成形される。ただし、半球状部３ｃにおける翼３ｂは必要に応じて省略することが可能である。翼３ｂは本体３ａから突起状に出ているため、隣り合う翼３ｂと翼３ｂとの間には溝３ｄが存在する。
【００３３】
半球状部３ｃは、パイプ２の入口２ａから入ってきた液体６がスムーズに溝３ｄに流れ込むように丸めてある箇所である。パイプ２は、翼型ノズル３から放出される円周方向ｆの噴流から角運動量の大きな流体を生成するために必要である。
【００３４】
溝３ｄは、翼３ｂにより仕切られた液体６の流れる通路である。翼３ｂが湾曲していることから、水平方向（パイプ２の中心軸方向）に流れていた液体流６ａが、徐々に垂直方向に曲げられ、螺旋状の旋回流６ａとなって翼型ノズル３から出ていく。
【００３５】
噴射孔３ｆは、マイクロバブルの基となる気柱６ｂを放出する孔である。気柱６ｂは、本体３ａの外周面ｂに設けられた給気孔３ｅから気体５ｌを供給することにより生成される。噴射孔３ｆから出た気柱６ｂは、旋回流６ｃとともに流れていく。
【００３６】
翼３ｂは、液体６の流れを等分に分割するため、同じ形状のものを等間隔に配置する。翼間隔３ｇは翼３ｂを配置する間隔であり、この場合、翼数が６枚であるので翼間隔３ｇは６０度であるが、これに限定されるものではない。
【００３７】
翼角３ｈは半球状部３ｃにおける翼３ｂの大きさを決めるもので、中心から一定の角度を持って延びていき、本体３ａに至ってからは、同じ幅を維持して延びる。なお、翼角３ｈは、大き過ぎると液体６の通り道が狭くなるので、例えば１５度程度が好ましいが、これに限定されるものではない。
【００３８】
液体６の通り道となる溝３ｄの溝深さ３ｎは溝３ｄの深さであり、翼３ｂの高さでもある。なお、溝深さ３ｎは、翼型ノズル３のサイズにより適切な深さに調整することができる。
【００３９】
ノズル長３ｉは翼型ノズル３の全体の長さであり、本体３ａの長さである翼長３ｋと半球状部３ｃの半径である外半径３ｌとの和に等しい。なお、翼型ノズル３の大きさは、パイプ２の大きさが異なれば、適切な大きさも異なる。
【００４０】
ノズル径３ｊは、翼型ノズル３の直径である。ノズル径３ｊは、翼３ｂの部分を含めた本体３ａの直径でもあり、また、本体３ａに連接することから、半球状部３ｃの直径でもある。
【００４１】
翼３ｂは後方ｃが湾曲しているため、翼３ｂ自体の長さは翼長３ｋよりも長くなる。また、半球状部３ｃにおける翼３ｂに関しては、翼長３ｋには含めないものとする。
【００４２】
外半径３ｌは半球状部３ｃの翼３ｂの部分を含めた全体の半径であり、半球状部３ｃの頂部３ｕから本体３ａまで垂直に下りた長さでもある。なお、隣り合う翼３ｂと翼３ｂとの間には溝３ｄが存在するため、外半径３ｌは、溝３ｄを埋めたものと考えた場合の半径を意味する。
【００４３】
内半径３ｍは、半球状部３ｃの翼３ｂを除いた本体３ａと連接される部分の半径である。内半径３ｍは、外半径３ｌとの差である溝深さ３ｎの分だけ出た位置から球状にしているため、内半径３ｍの頂部３ｕは外半径３ｌの頂部３ｕと一致する。
【００４４】
孔距離３ｏは、噴射孔３ｆのある翼型ノズル３の背面端３ｖから給気孔３ｅの位置までの距離であり、例えば、翼長３ｋの半分の位置が好ましいが、これに限定されるものではない。また、給気孔３ｅは、液体６が通らない翼３ｂ上に設けることが好ましいが、これに限定されるものではない。
【００４５】
給気孔３ｅと噴射孔３ｆとは翼型ノズル３の内部で繋がっており、翼型ノズル３の外周面ｂに設けられた給気孔３ｅから供給された気体５ｌが、翼型ノズル３の背面ｄの中央に設けられた噴射孔３ｆから放出される。
【００４６】
孔内径３ｐは、給気孔３ｅおよび噴射孔３ｆの直径である。孔内径３ｐの大きさは、噴射孔３ｆから出る気柱６ｂの量に影響を与えるため、適切なサイズに調整する必要があり、供給する気体５ｌの流量に応じて決められる。一例を挙げると、孔内径３ｐは２ｍｍ程度が好ましいが、これに限定されるものではない。
【００４７】
図６は、翼型ノズル３の一つの翼３ｂの形状を示す展開図であり、翼３ｂを湾曲させた様子をグラフ上で示したものである。グラフの横軸は翼端（翼の先端）からの流れ方向にとった距離、縦軸は周方向の距離を示す。翼３ｂが描く曲線は、０から翼長３ｋまでの範囲に存在する。なお、距離３ｑは、翼端からの距離が０と翼長３ｋとの間の任意の値とし、距離３ｒは、翼端からの距離が翼長３ｋの場合の値とする。
【００４８】
勾配３ｓは距離３ｑにおける傾きであり、距離３ｑが０の場合は勾配３ｓも０度であるが、距離３ｑが増えるにつれて勾配３ｓも大きくなっていく。翼３ｂの勾配３ｓは、距離３ｑが０では液体流６ａが流れに沿うこと、距離３ｒでは液体流６ａを円周方向ｆに向かわせることが必要であるため付けたものである。勾配３ｓにより液体流６ａを旋回流６ｃにすることができるが、翼３ｂにより円周方向ｆの流れが主流方向の流れに比べて大きくなり、結果として渦崩壊用ノズル４の渦崩壊部４ｂで渦崩壊を引き起こすためには、翼３ｂの終端における勾配３ｔが、およそ５５〜６０度より大きくなる必要がある。具体的には、例えば、翼３ｂが本体３ａの円周方向ｆとなす角度は５〜９度（あるいは５〜６度）、すなわち、距離３ｒにおける勾配３ｔは８１〜８５度（あるいは８４〜８５度）であることが好ましいが、これに限定されるものではない。
【００４９】
渦崩壊用ノズル４は、旋回流６ｃとともにパイプ２の渦流部２ｂを流れてきた気柱６ｂを渦崩壊させてマイクロバブル６ｄを発生させる器具であり、パイプ２の端に一体的に連接する。渦崩壊用ノズル４は縮流部４ａと渦崩壊部４ｂとからなる。縮流部４ａは、テーパー状に細くなる管であり、広い側はパイプ２の渦流部２ｂに連接され、狭い側は渦崩壊部４ｂに連接される。縮流部４ａの細くなる角度（テーパー角）４ｅは、パイプ２などの大きさに依存し、必要に応じて選ばれる。この角度４ｅの一例を挙げると約２０度であるが、これに限定されるものではない。渦崩壊部４ｂは、パイプ２の渦流部２ｂよりも細い円筒状の管であり、一端は縮流部４ａの狭い側に連接され、他端が出口となる。渦崩壊部４ｂの内径４ｆもパイプ２の大きさなどに依存し、必要に応じて選ばれる。この内径４ｆは例えば０．５〜１．５ｃｍであるが、これに限定されるものではない。
【００５０】
パイプ２内を流れる液体６は、渦流部２ｂから縮流部４ａの広い側に入り、縮流部４ａの径が細くなっていくことで流速を増しながら渦崩壊部４ｂへと至る。液体６とともに流れてきた気柱６ｂは、渦崩壊部４ｂにおいて細かくされ、マイクロバブル６ｄとして渦崩壊用ノズル４の出口から放出される。
【００５１】
渦崩壊用ノズル４の渦崩壊が発生するノズル径の最小値、すなわち臨界ノズル径は次のようにして求められる。
【００５２】
詳細は省略するが、翼型ノズル３の翼３ｂによって生成される旋回流６ｃの回転周波数ｆはCassidy et. al., J. Fluid Mech., V.41, pp.727-736, 1970 による方法により求められ、ｆとｆｅ との間にはｆｅ ＝（Ｄ／Ｄｅ ）２ ｆの関係が成り立つから、下式(1)となる。
【００５３】
【数１】
【００５４】
ここで、Ｒ＝Ｄ／２（＝図５に示す外半径３ｌ）、Ｑはパイプ２に供給される液体６の流量、ρは液体６の密度、ε＝ｒｅ ／Ｒ（ただし、ｒｅ ＝Ｄｅ ／２）、δ＝ｈ／Ｒ（ｈは図５に示す溝深さ３ｎと等しい）、κ＝Ｎｖ Δθ／２π（ただし、Ｎｖ は翼３ｂの枚数、Δθ（rad.）は溝３ｄの角度（溝角））、θｆ は図６に示す勾配３ｔと等しく、α０ 、α１ は定数でα０ ＝０．４、α１ ＝１である。
【００５５】
渦崩壊用ノズル４の縮流部４ａにおけるサーキュレーション数Γｅ は、下式(2)となる。
【００５６】
【数２】
【００５７】
ただし、ｕｅ は渦崩壊用ノズル４の出口における流速、ωｅ は渦崩壊部４ｂの断面における旋回流６ｃの回転角周波数である。この（２）式に（１）式のｆｅ を代入すると、Γｅ は、下式(3)となる（Cassidy et. al., J. Fluid Mech., V.41, pp.727-736, 1970 を参照。) 。
【００５８】
【数３】
【００５９】
図９に、ε＝１．５／４．０であるときの渦崩壊前のサーキュレーション数Γｅ のθｆ に対する変化をδを０．４／２、０．９／２と変えて求めた結果を示す。ただし、図９におけるΓｃｒは臨界サーキュレーション数でΓｃｒ＝２．０である（本マイクロバブル発生装置１ではΓｃｒ≒２．０、より一般的な旋回流発生装置の場合の平均的な値はΓｃｒ≒１／０．６５（例えば、Spall et. al., Phys. Fluid, 30(11),pp.3434-3440, 1987）。図９に示すように、溝３ｄの深さ、すなわち溝深さ３ｎ＝ｈが大きくなるにしたがって、軸方向運動量に対する円周方向の運動量が相対的に小さくなり、結果として溝深さ３ｎ＝ｈ、したがってδが大きいほどサーキュレーション数Γｅ は減少する。このため、溝深さ３ｎ＝ｈが大きくなると渦崩壊は起こりにくくなる。
【００６０】
溝深さ３ｎ＝ｈおよびθｆ を与えたとき、渦崩壊が発生するノズル半径の最小値、すなわち臨界ノズル半径εｃｒ（臨界半径をｒｅｃｒ とするとεｃｒ＝ｒｅｃｒ ／Ｒ）は、Γｅ ＝Γｃｒとおくことにより下式(4)のように得られる。したがって、翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４をε＞εｃｒを満たすように設計することにより、渦崩壊用ノズル４で渦崩壊を起こさせることができる。
【００６１】
【数４】
【００６２】
図１０に、渦崩壊の閾値をΓｃｒ＝２．０としたときの渦崩壊用ノズル４のε＝ｒｅ ／Ｒのδ＝ｈ／Ｒに対する変化を、θｆ を５０度、６０度、７０度、８０度、８４度と変えて求めた結果を示す。ただし、κ＝３／４とした。図１０中の○、×はそれぞれ、θｆ ＝８４度として実験を行ったときに渦崩壊が生じた場合、生じなかった場合を示す。
【００６３】
詳細は省略するが、旋回流６ｃによる分級効果によって、渦崩壊用ノズル４の渦崩壊部４ｂで放出されるマイクロバブル６ｄの径ｄは、下式(5)のように表される。
【００６４】
【数５】
【００６５】
ただし、νｗ は液体６の動粘性率である。この式においてΓｅ ＝Ｏ（１）であるから、νｗ が小さく、ｆｅ が大きいほど微細なマイクロバブル６ｄが生成されることが分かる。
【００６６】
パイプ２に液体６を供給するために用いるポンプのパワーを一定としたとき、ｆｅ は、下式(6)となる。
【００６７】
【数６】
【００６８】
したがって、ｆｅ を大きくすることでマイクロバブル６ｄを生成するには高揚程ポンプ（Ｒが小さい）が有利である。
【００６９】
給気装置５は、マイクロバブル発生装置１に気体５ｌを供給する装置であり、翼型ノズル３の給気孔３ｅに連結され、噴射孔３ｆから気柱６ｂを放出する。圧力検出器４ｃおよび圧力検出器４ｄは渦崩壊部４ｂ内の圧力を検出する器具であり、圧力検出器４ｃは縮流部４ａに連接する側に設けられ、圧力検出器４ｄは出口側に設けられている。これらの圧力検出器４ｃおよび圧力検出器４ｄにより圧力差を検知し、気体５ｌの供給量を自動的に調節する。
【００７０】
給気装置５は、シリンダ５ａおよびピストン５ｂなどの部材から構成される。この給気装置５と翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４との接続は、給気孔３ｅと通気孔５ｆ、圧力検出器４ｃと高圧力部５ｊ、圧力検出器４ｄと低圧力部５ｋとを繋ぐことで行う。シリンダ５ａは給気装置５の外枠であり、内部に中空部分を有するほぼ円柱状の形状である。なお、シリンダ５ａのサイズの一例を挙げると、長さ約７．０ｃｍ、直径約２．６ｃｍであるが、これに限定されるものではない。
【００７１】
シリンダ５ａの先頭側には、シリンダ５ａの側面を貫通する通気孔５ｆがあり、この通気孔５ｆの一端は、給気管５ｉにより給気孔３ｅに接続され、他端は、開放することで気体５ｌを取り込むが、特別な気体を使用する場合にはボンベなどを接続する。
【００７２】
また、シリンダ５ａ内の中空部分は、ピストン５ｂおよびダイアフラム５ｍにより高圧力部５ｊと低圧力部５ｋとに分けられる。先頭側の高圧力部５ｊは、圧力検出器４ｃで検知した圧力となり、背後側の低圧力部５ｋは、圧力検出器４ｄで検知した圧力となる。
【００７３】
なお、高圧力部５ｊおよび低圧力部５ｋには、それぞれ空気孔５ｇおよび空気孔５ｈが設けられる。空気孔５ｇおよび空気孔５ｈは、通常は閉じておくが、開放することにより内部の空気を抜くことができる。
【００７４】
ピストン５ｂは、シリンダ５ａの内部を往復移動する部材であり、可動部５ｃ、バネ５ｄおよびストッパー５ｅなどからなる。ピストン５ｂが移動することにより、給気孔３ｅへ供給する気体５ｌの量を調節する。可動部５ｃは、シリンダ５ａ内を前後に動く部分であり、給気孔３ｅの開閉を行う杭状の前半部と、シリンダ５ａ内の高圧力部５ｊと低圧力部５ｋとを仕切る円柱状の後半部とからなる。可動部５ｃが最も前に移動した場合は、先端が通気孔５ｆを突き抜けて気体５ｌが通らないように塞いでしまい、可動部５ｃが最も後に移動した場合は、先端が通気孔５ｆから離れて気体５ｌを通す。
【００７５】
バネ５ｄは、伸び縮みすることで可動部５ｃの移動を制御するもので、高圧力部５ｊと低圧力部５ｋとの圧力差と連動して可動部５ｃの位置を調整する。高圧力部５ｊの圧力が増せばバネ５ｄが縮んで可動部５ｃを後方に移動させ、低圧力部５ｋの圧力が増せばバネ５ｄが伸びて可動部５ｃを前方に移動させる。
【００７６】
ストッパー５ｅは、ピストン５ｂの端をシリンダ５ａの後背部に固定することで、ピストン５ｂを支えている部材である。ストッパー５ｅで押さえることで、ピストン５ｂがシリンダ５ａ内で安定し、バネ５ｄの伸縮も有効に働き、可動部５ｃを移動させることができる。
【００７７】
可動部５ｃとストッパー５ｅとはバネ５ｄにより接続されるが、バネ５ｄの内側で可動部５ｃとストッパー５ｅとをスライド構造にすることにより、バネ５ｄの部分の安定性を保つとともに、可動範囲を制御する。
【００７８】
給気装置５は、高圧力部５ｊと低圧力部５ｋとの圧力差を利用してピストン５ｂを移動させることにより、気体５ｌの供給を制御する。高圧力部５ｊおよび低圧力部５ｋは、圧力検出器４ｃおよび圧力検出器４ｄと管５ｎ、５ｏで接続され、渦崩壊用ノズル４の渦崩壊部４ｂの圧力を反映させる。具体的には、圧力検出器４ｃと圧力検出器４ｄとの間の部分の渦崩壊部４ｂで渦崩壊が発生しているときは、圧力検出器４ｃと圧力検出器４ｄとの圧力差が増大し、高圧力部５ｊと低圧力部５ｋとの圧力差がバネ５ｄの反力よりも大きくなると、ピストン５ｂが右に移動して通気孔５ｆが開く。
【００７９】
なお、圧力検出器４ｃと圧力検出器４ｄとの間の部分の渦崩壊部４ｂで渦崩壊が発生しない場合は、給気孔３ｅへの給気量が多く、圧力検出器４ｃと圧力検出器４ｄとの圧力差が小さい場合であり、給気量を制御するために、高圧力部５ｊと低圧力部５ｋとの圧力が均衡した際のピストン５ｂの位置を、通気孔５ｆが閉まる位置にしておく。
【００８０】
図１１Ａおよび図１１Ｂは渦崩壊用ノズル４での渦崩壊を示す図であり、渦崩壊ありの場合（図１１Ａ）の渦崩壊用ノズル４および渦崩壊なしの場合（図１１Ｂ）の渦崩壊用ノズル４の状態を示したものであ。図１１Ａに示すように、渦崩壊ありの場合には、縮流部４ａから来た気柱６ｂは、渦崩壊部４ｂの中間付近で渦崩壊し、マイクロバブル６ｄとなって出て行くため、渦崩壊部４ｂの出口における圧力は、渦崩壊部４ｂの入口における圧力よりも小さくなる。
【００８１】
圧力検出器４ｃにより渦崩壊部４ｂの入口の圧力を検出し、圧力検出器４ｄにより渦崩壊部４ｂの出口の圧力を検出して、渦崩壊部４ｂ内に圧力差があれば、正常に渦崩壊が起きており、このまま給気を行う。
【００８２】
渦崩壊なしの場合（図１１Ｂ）には、縮流部４ａから来た気柱６ｂは、渦崩壊部４ｂ内では渦崩壊せず、マイクロバブル６ｄとならないため、渦崩壊部４ｂの出口における圧力は、渦崩壊部４ｂの入口における圧力とほとんど変わらない。このとき、圧力検出器４ｃにより渦崩壊部４ｂの入口の圧力を検出し、圧力検出器４ｄにより渦崩壊部４ｂの出口の圧力を検出して、渦崩壊部４ｂ内に圧力差がなければ、給気を抑制し、渦崩壊が起きるように調整する。
【００８３】
このように、給気量が適正でなければ、気柱６ｂは渦崩壊せずマイクロバブル６ｄが得られないので、この第１の実施形態では、渦崩壊しているかどうかを渦崩壊部４ｂの圧力差によって確認し、さらに上述のようにこの圧力差を利用して自動的に給気量を調整することができる。
【００８４】
次に、気体５ｌの給気量（気体流量）Ｑａ とマイクロバブル６ｄの径ｄとの関係について説明する。
【００８５】
渦崩壊用ノズル４の前面に張り付いた気柱６ｂが受ける剪断によって発生する気泡径を Hinzeスケール（圧力による分断作用と表面張力とが釣り合った平衡状態における径ｄＨ ）に従って算定すると図１２に示すようになる。詳細は省略するが、マイクロバブル６ｄが HinzeスケールｄＨ まで微粒化されるときの気体５ｌの給気量Ｑａ は、下式(7)で与えられる。
【００８６】
【数７】
ここで、ｄ０ は次の式 (８) 〜（10）から算定される。
【００８７】
【数８】
【００８８】
【数９】
【００８９】
【数１０】
【００９０】
ただし、Ｆ(x)は下式(11)で表される。
【００９１】
【数１１】
ここで、γは気体５ｌと液体６との界面張力係数である。
【００９２】
図１３、図１４および図１５は、Γｅ がそれぞれ＝２、３および４のときの給気量Ｑａ を示す。
【００９３】
Hinzeスケールのマイクロバブル６ｄを生成するときの給気量Ｑａ と液体６の流量Ｑｗ との比は次式(12)で表される。
【００９４】
【数１２】
【００９５】
図１６、図１７および図１８は、Γｅ がそれぞれ２、３および４のときの給気量Ｑａ と液体６の流量Ｑｗ との比をプロットしたものである。図１６、図１７および図１８より、ｆｅ ＞１００Ｈｚおよびｒｅ ＜２ｃｍの範囲内では、Ｑａ ／Ｑｗ はｆｅ およびｒｅ にあまり依存しない。このときのＱａ ／Ｑｗ を漸近的に計算すると次式(13)のようになる。
【００９６】
【数１３】
【００９７】
この式はΓｅ 〜２．５の実験における値Ｑａ ／Ｑｗ 〜０．００５により検証されている（山田ら、流体力学会年会２００５、ＡＭ０５−２４−００２）。
【００９８】
渦崩壊用ノズル４の出口のエッジでは旋回流６ｃの剥がれによって音が発生するが、この音は、例えば、このエッジに微細な繊維（例えば、綿状のもの）を貼ったり、渦崩壊用ノズル４の縮流部４ａの入り口にその直径方向に針金（例えば、数ｍｍ径のもの）を張り渡して上流の気柱６ｂを乱したりすることで消音することが可能である。
【００９９】
次に、この発明の第２の実施形態によるマイクロバブル発生装置について説明する。
【０１００】
図１９に示すように、このマイクロバブル発生装置１においては、渦崩壊用ノズル４の渦崩壊部４ｂの先端にテーパー部４ｈを設けて、出口をテーパー状に広げた。すなわち、第１の実施形態によるマイクロバブル発生装置１の渦崩壊用ノズル４では、渦崩壊部４ｂの先端である出口の角度４ｉが０度であるのに対し、この第２の実施形態によるマイクロバブル発生装置１の渦崩壊用ノズル４では、渦崩壊部４ｂの出口の角度（テーパー角）４ｉを十分に大きくしたテーパー部４ｈを設けている。この角度４ｉは、具体的には、例えば６０度または８０度程度にするが、これに限定されるものではない。
【０１０１】
第１の実施形態の渦崩壊用ノズル４の場合は、渦流部２ｂで旋回流６ｃの中心付近に生じた気柱６ｂが、縮流部４ａで流速が増され、渦崩壊部４ｂで細かく潰されることにより、マイクロバブル６ｄが発生するのに対して、この第２の実施形態の渦崩壊用ノズル４の場合は、気柱６ｂは渦崩壊部４ｂを通過し、テーパー部４ｈにおいて、コアンダ効果により気泡となって張り付く。テーパー部４ｈに張り付いた気泡は、渦流部２ｂから続く旋回流６ｃにより剪断または破砕され、マイクロバブル６ｄが発生する。このようにテーパー部４ｈに張り付くことにより、気泡が剪断を受ける時間が長くなり、気泡の微粒化が促進される。
【０１０２】
なお、コアンダ効果とは、流れの中に物体を置いたときに、置いた物体に沿って流れの向きが変わる流体の性質のことで、旋回流６ｃが渦崩壊部４ｂからテーパー部４ｈに入ってテーパー状に広がることで気柱６ｂも広がり、気泡がテーパー部４ｈに張り付く。
【０１０３】
この第２の実施形態の渦崩壊用ノズル４の寸法は、縮流部４ａの入口の内径（＝パイプ２の内径２ｄ）、縮流部４ａの角度４ｅおよび渦崩壊部４ｂの内径４ｆは、第１の実施形態の渦崩壊用ノズル４と同様であるが、円筒状の渦崩壊部４ｂの長さ４ｇについては、内径４ｆと同程度である。
【０１０４】
図２０Ａ、図２０Ｂおよび図２０Ｃは、渦崩壊部４ｂの形状を変えた場合のマイクロバブル発生装置１のマイクロバブル６ｄの発生状況を比較した図である。
【０１０５】
図２０Ａに示すように、第１の実施形態の渦崩壊用ノズル４の場合、パイプ２の渦流部２ｂから縮流部４ａに流れてきた気柱６ｂは、渦崩壊部４ｂにおいて渦崩壊してマイクロバブル６ｄが発生するが、直線状の狭い範囲にしか広がらない。
【０１０６】
図２０Ｂに示す渦崩壊用ノズル４は、渦崩壊部４ｂの全体をテーパー部とした場合であるが、このテーパー部において発生したマイクロバブル６ｄは、図２０Ａの場合に比べて僅かに範囲が広がる程度である。
【０１０７】
図２０Ｃに示す渦崩壊用ノズル４の場合、テーパー部４ｈに張り付いた気泡を剪断または破砕することによりマイクロバブル６ｄが発生するので、マイクロバブル６ｄはテーパー状に非常に広い範囲に広がる。
【０１０８】
図２１Ａおよび図２１Ｂは二種類の渦崩壊の様子を示す。いずれも渦崩壊用ノズル４の出口のテーパー部４ｈの急拡部の存在により渦は不安定となり渦崩壊が生じるが、図２１Ａに示す渦崩壊では、渦崩壊用ノズル４の渦崩壊部４ｂの最小断面で流れが超臨界（supercritical)となり擾乱が上流に伝播できないのに対し、図２１Ｂに示す渦崩壊では、渦崩壊用ノズル４の全領域で亜臨界（subcritical)となり擾乱は上流に伝播する。
【０１０９】
この第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点に加えて、次のような利点を得ることができる。すなわち、渦崩壊用ノズル４の渦崩壊部４ｂの先端にテーパー部４ｈが設けられていることにより、旋回流６ｃはこのテーパー部４ｈに張り付く。このため、マイクロバブル６ｄの発生効率の向上を図ることができるとともに、テーパー部４ｈの角度４ｉの選定によりマイクロバブル６ｄの噴き出し方向の制御を容易に行うことができる。
【０１１０】
〔製造方法〕
次に、前述の方法により発生させたマイクロバブルの導入方法について、以下詳述する。
【０１１１】
〈第１形態例〉
前記ミキサ２１に対して練混ぜ水のみを入れ、マイクロバブル発生装置１を通過させることによりマイクロバブルを導入した後、ミキサ２１内にセメント及び必要に応じて骨材を混入し、前記マイクロバブル混入練混ぜ水と、セメントと、必要に応じて骨材とを混合してセメントミルク、モルタル又はコンクリートを製造するようにする。この形態例の場合には、特にマイクロバブルを導入する対象物質が水であるため、マイクロバブル発生装置１として小型のもので足りるようになる。
【０１１２】
〈第２形態例〉
前記ミキサ２１に対して、練混ぜ水と、セメントとを入れ、これらを混練してセメントミルク状態とした後、前記マイクロバブル発生装置１を通過させることによりマイクロバブルを導入した後、ミキサ２１内に必要に応じて骨材を混入し、セメントミルク、モルタル又はコンクリートを製造するようにする。この場合は、マイクロバブルを導入する対象物質がセメントミルク（水＋セメント）であり、粘性を有するものの、マイクロバブル発生装置１としては小型のもので足りるようになる。
【０１１３】
〈第３形態例〉
前記ミキサ２１に対して、前記練混ぜ水と、セメントと、必要に応じて骨材とを入れ、これらを混練してフレッシュ状態のセメントミルク、モルタル又はコンクリートをマイクロバブル発生装置１を通過させることによりマイクロバブルを導入するようにする。この場合は、すべての材料を混練した状態でマイクロバブルを導入するため、マイクロバブル発生装置１は若干大型化するが、基本的にすべての材料を混練したセメントミルク、モルタル又はコンクリート状態でワーカビリティーを人為的に制御できるようになる。
【０１１４】
なお、以上の形態例においては、補助的にＡＥ剤、発泡剤、起泡剤等の混和剤を混入することも可能である。この場合でも、ＡＥ剤、発泡剤、起泡剤等の混和剤の混入量低減に効果を有するようになる。
【０１１５】
〔他の形態例〕
(1)上記形態例では、定置式ミキサー２１に対してマイクロバブル発生装置１を設けるようにしたが、例えばミキサー車、吹付け台車などの移動式のものに対しても同様に適用することが可能である。
(2)上記形態例では、セメントミルク、モルタル又はコンクリート材料として、練混ぜ水、セメント、必要に応じて骨材の３種類を挙げているが、各種混和材等を混合してもよい。
(3)上記形態例では、練混ぜ水と、セメントと、必要に応じて骨材とを混合して練混ぜたセメントミルク、モルタル又はコンクリートにおいて、該セメントミルク、モルタル又はコンクリートの材料混練時に、マイクロバブル発生装置により発生させたマイクロバブルを導入させることにより、ＡＥ剤等の気泡発生用混和剤を省略可能とした例について述べたが、本発明は化学分野や食品分野等において、材料混練時に粘性を示す流動材料一般に対して適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明に係るセメントミルク、モルタル又はコンクリートの製造装置を示す概略である。
【図２】第１の実施形態によるマイクロバブル発生装置の本体を示す斜視図である。
【図３】第１の実施形態によるマイクロバブル発生装置の翼型ノズルの翼体を示す斜視図である。
【図４】第１の実施形態によるマイクロバブル発生装置の翼型ノズルの翼体を示す正面図である。
【図５】第１の実施形態によるマイクロバブル発生装置の翼型ノズルの翼体を示す縦断面図である。
【図６】第１の実施形態によるマイクロバブル発生装置の翼型ノズルの翼体の一つの翼の形状を示す略線図である。
【図７】第１の実施形態によるマイクロバブル発生装置の渦崩壊用ノズルを示す縦断面図である。
【図８】第１の実施形態によるマイクロバブル発生装置の給気装置を示す縦断面図である。
【図９】第１の実施形態によるマイクロバブル発生装置の渦崩壊用ノズルの縮流部におけるサーキュレーション数を説明するための略線図である。
【図１０】第１の実施形態によるマイクロバブル発生装置の渦崩壊用ノズルの臨界ノズル半径を説明するための略線図である。
【図１１】（Ａ）および（Ｂ）は、第１の実施形態によるマイクロバブル発生装置の渦崩壊用ノズルで生じる渦崩壊を示す略線図である。
【図１２】Hinzeスケールを説明するための略線図である。
【図１３】第１の実施形態によるマイクロバブル発生装置においてサーキュレーション数が２のときにマイクロバブルを Hinzeスケールまで微粒化するときの給気量を示す略線図である。
【図１４】第１の実施形態によるマイクロバブル発生装置においてサーキュレーション数が３のときにマイクロバブルを Hinzeスケールまで微粒化するときの給気量を示す略線図である。
【図１５】第１の実施形態によるマイクロバブル発生装置においてサーキュレーション数が４のときにマイクロバブルを Hinzeスケールまで微粒化するときの給気量を示す略線図である。
【図１６】第１の実施形態によるマイクロバブル発生装置においてサーキュレーション数が２のときにマイクロバブルを Hinzeスケールまで微粒化するときの給気量と液体流量との比を示す略線図である。
【図１７】第１の実施形態によるマイクロバブル発生装置においてサーキュレーション数が３のときにマイクロバブルを Hinzeスケールまで微粒化するときの給気量と液体流量との比を示す略線図である。
【図１８】第１の実施形態によるマイクロバブル発生装置においてサーキュレーション数が４のときにマイクロバブルを Hinzeスケールまで微粒化するときの給気量と液体流量との比を示す略線図である。
【図１９】第２の実施形態によるマイクロバブル発生装置の渦崩壊用ノズルを示す縦断面図である。
【図２０】（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）は、第２の実施形態によるマイクロバブル発生装置におけるマイクロバブルの発生状況を他の例と比較した略線図である。
【図２１】（Ａ）および（Ｂ）は、第２の実施形態によるマイクロバブル発生装置における二種類の渦崩壊の様子を示す略線図である。
【符号の説明】
【０１１７】
１・１ａ〜１ｄ…マイクロバブル発生装置、２…パイプ、２ａ…入口、２ｂ…渦流部、２ｃ…出口、２ｄ…内径、３…翼型ノズル、３ａ…本体、３ｂ…翼、３ｃ…球状部、３ｄ…溝、３ｅ…給気孔、３ｆ…噴射孔、３ｇ…翼間隔、３ｈ…翼角、３ｉ…ノズル長、３ｊ…ノズル径、３ｋ…翼長、４…渦崩壊用ノズル、４ａ…縮流部、４ｂ…渦崩壊部、４ｃ…圧力検出器、４ｄ…圧力検出器、５…給気装置、５ａ…シリンダ、５ｂ…ピストン、５ｃ…可動部、５ｄ…バネ、５ｅ…ストッパー、５ｊ…高圧力部、５ｋ…低圧力部、５ｌ…気体、６…水、６ａ…水流、６ｂ…気柱、６ｃ…旋回流、６ｄ…マイクロバブル、９…渦崩壊用ノズル、９ａ…テーパー部、９ｂ…角度、９ｃ…マイクロバブル、２０…コンクリート製造装置、２１…ミキサー、２２…循環流路、２３…マイクロバブル発生装置、２４…ポンプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粘性流体の材料混練時にマイクロバブルを導入したことを特徴とするマイクロバブル混入物。
【請求項２】
少なくとも練混ぜ水とセメントとを含み、必要に応じて骨材とを混合して練混ぜたセメントミルク、モルタル又はコンクリートのセメント系材料において、該セメントミルク、モルタル又はコンクリートの材料混練時にマイクロバブルを導入したことを特徴とするマイクロバブル混入セメント系材料。
【請求項３】
少なくとも練混ぜ水とセメントとを含み、必要に応じて骨材とを混合して練混ぜるセメントミルク、モルタル又はコンクリートのセメント系材料の製造方法において、前記練混ぜ水をマイクロバブル発生装置を通過させることによりマイクロバブルを導入した後、このマイクロバブル混入練混ぜ水と、セメントと、必要に応じて骨材とを混合してセメントミルク、モルタル又はコンクリートを製造することを特徴とするマイクロバブル混入セメント系材料の製造方法。
【請求項４】
少なくとも練混ぜ水とセメントとを含み、必要に応じて骨材とを混合して練混ぜるセメントミルク、モルタル又はコンクリートのセメント系材料の製造方法において、前記練混ぜ水と、セメントとを混練しセメントミルク状態とした後、このセメントミルクをマイクロバブル発生装置を通過させることによりマイクロバブルを導入した後、必要に応じて骨材を混合することを特徴とするマイクロバブル混入セメント系材料の製造方法。
【請求項５】
少なくとも練混ぜ水とセメントとを含み、必要に応じて骨材とを混合して練混ぜるセメントミルク、モルタル又はコンクリートのセメント系材料の製造方法において、前記練混ぜ水と、セメントと、必要に応じて骨材とを混練した後、このフレッシュ状態のセメントミルク、モルタル又はコンクリートをマイクロバブル発生装置を通過させることによりマイクロバブルを導入することを特徴とするマイクロバブル混入セメント系材料の製造方法。
【請求項６】
粘性流体材料、或いはセメントミルク、モルタル又はコンクリートのセメント系材料を混練するためのミキサーに対して、前記ミキサーから送給され、再びミキサーに返送させる循環流路を形成するとともに、この循環流路の中間にポンプと、マイクロバブル発生装置とを配設したことを特徴とするマイクロバブル混入物、マイクロバブル混入セメント系材料の製造装置。
【請求項１】
粘性流体の材料混練時にマイクロバブルを導入したことを特徴とするマイクロバブル混入物。
【請求項２】
少なくとも練混ぜ水とセメントとを含み、必要に応じて骨材とを混合して練混ぜたセメントミルク、モルタル又はコンクリートのセメント系材料において、該セメントミルク、モルタル又はコンクリートの材料混練時にマイクロバブルを導入したことを特徴とするマイクロバブル混入セメント系材料。
【請求項３】
少なくとも練混ぜ水とセメントとを含み、必要に応じて骨材とを混合して練混ぜるセメントミルク、モルタル又はコンクリートのセメント系材料の製造方法において、前記練混ぜ水をマイクロバブル発生装置を通過させることによりマイクロバブルを導入した後、このマイクロバブル混入練混ぜ水と、セメントと、必要に応じて骨材とを混合してセメントミルク、モルタル又はコンクリートを製造することを特徴とするマイクロバブル混入セメント系材料の製造方法。
【請求項４】
少なくとも練混ぜ水とセメントとを含み、必要に応じて骨材とを混合して練混ぜるセメントミルク、モルタル又はコンクリートのセメント系材料の製造方法において、前記練混ぜ水と、セメントとを混練しセメントミルク状態とした後、このセメントミルクをマイクロバブル発生装置を通過させることによりマイクロバブルを導入した後、必要に応じて骨材を混合することを特徴とするマイクロバブル混入セメント系材料の製造方法。
【請求項５】
少なくとも練混ぜ水とセメントとを含み、必要に応じて骨材とを混合して練混ぜるセメントミルク、モルタル又はコンクリートのセメント系材料の製造方法において、前記練混ぜ水と、セメントと、必要に応じて骨材とを混練した後、このフレッシュ状態のセメントミルク、モルタル又はコンクリートをマイクロバブル発生装置を通過させることによりマイクロバブルを導入することを特徴とするマイクロバブル混入セメント系材料の製造方法。
【請求項６】
粘性流体材料、或いはセメントミルク、モルタル又はコンクリートのセメント系材料を混練するためのミキサーに対して、前記ミキサーから送給され、再びミキサーに返送させる循環流路を形成するとともに、この循環流路の中間にポンプと、マイクロバブル発生装置とを配設したことを特徴とするマイクロバブル混入物、マイクロバブル混入セメント系材料の製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２００７−１９１３５８（Ｐ２００７−１９１３５８Ａ）
【公開日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１１９４７（Ｐ２００６−１１９４７）
【出願日】平成１８年１月２０日（２００６．１．２０）
【出願人】（５０４１７１１３４）国立大学法人 筑波大学 (510)
【出願人】（５９１２１１９１７）川田建設株式会社 (18)
【出願人】（０００１７２８１３）佐藤工業株式会社 (73)
【出願人】（０００１８２０３０）若築建設株式会社 (39)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月２０日（２００６．１．２０）
【出願人】（５０４１７１１３４）国立大学法人 筑波大学 (510)
【出願人】（５９１２１１９１７）川田建設株式会社 (18)
【出願人】（０００１７２８１３）佐藤工業株式会社 (73)
【出願人】（０００１８２０３０）若築建設株式会社 (39)
【Ｆターム（参考）】
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