JPS5819886A - 接地抵抗低減剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、送配電線、電力機器、鉄道、通信設備、避
雷設備、電気防蝕設備等の電気に関する緒設備の保安と
事故防止に不可欠な接地工事に際し、法規等に定められ
た接地抵抗値を得るとともに１皺抵抗値を持続させるた
めの接地抵抗低減剤に関するものである。

従来、大地の比抵抗が大きく規定の接地抵抗値が得られ
ない場合は、古くは塩水の電極まわりへの注入、木炭粉
の電極まわりへの纏め込み等からはじ重り、各種導電性
の無機塩類、カーボン粉末、金属粉末尋を添加したセメ
ント類あるいは石膏類、あるいはその一部を有機ポリマ
ーゲル、または水ガラス等で置換したものへと発展して
きえ。

しかしながら、従来のこれらの接地抵抗低減剤は、その
後の施工方法の発展、ならびに要求される無害性中長期
安定性に対して、いまだに性能的に不充分である。

このことについてもう少し詳しく述べる。

現在、一般に使用されている接地抵抗低減剤を園形化剤
別保水剤別ならびに導電性付与剤別に大別すると次の橡
になる。

あ１グループ：天然粘土物質に導電性の物質（塩溶液、
尿素、肥料、カーボン粉）等を添加したもの。

第２グループ：保水剤としてシリカゲルを用い、石膏物
質の同化性を利用し、これに導電性物質を添加したもの
。

第３グループ：保水剤として水溶性ポリマーを用い、と
ｆ’ＬＫ硬化剤を添加し、これを固形化するとともに、
導電性物質を補充したもの。このグループＫＦｉ有機金
属キレート、導電性樹脂物質を使用するものも含ｔｆ′
Ｌる。

第４グループ：保水剤としてカルシウム−アルミナ水和
愉系の結晶水分の多い物質を用い、導電性物質を添加し
、セメントの固化性を利用し良もの。

第１グループに属するものは、地下水によるイオンの流
失、温度変化による膨張収縮等による電極密着性の劣化
、および保水性が極めて悪い等のため接地抵抗低減能を
長期間保存させることができず、そのため現時点では殆
んど使用されていない。

第３グループに属するものは水溶性ポリマーのような有
機物ゲル剤を使用し、このものの重合硬化の作用で強度
、耐久性を持たせたものであり、地盤の安定強化剤の接
地抵抗低減剤への応用であるが％このものは二ｉ［（た
とえば、保水剤と硬化剤）以上の現地混合方式を採り、
現場での薬剤添加順序等の間違いにより実際工事に支障
が発生する場合がある。

さらに第３グループに属するものは、有機ポリマーや硬
化（反応）剤の地下水汚染の発生等に関連する無害性の
１１ｉｌに対し、末だ歴史的に浅く未押す問題を残して
いる。

従って、この第３グループに属するものは公書物質尋へ
の安全性の見地からは、長期使用で、かつ多数地点での
使用等ｔｆｌＰ＊とする接地抵抗低減剤の場合において
は、その使用が敬遠される傾向にある。

そこで、近年では無公害性の属２グループ、纂４グルー
プの無機系の材料へとその需要が高ｔシククある。

しかしながら％ＩＩ２グループに属するものは、石膏の
硬化とその硫酸カルシウムの水利能を利用したものであ
るが、石膏内に保持される水分は結晶水として硬化機構
を呈するためのものであり、導電性を有する電解質水溶
液ではなく、また導電性を補助する為のシリカゲル保水
体はす）　ＩＪウム等の溶失し易いイオンであるので、
長期間にわたり地下水流や雨水に湯された場合には容易
に上記イオンが流失してしまい、接地抵抗低減性能が低
下してしまうという耐水性の点で問題があった。

また、＠４グループに属するものは、セメント技術の導
入によプ接地抵抗低減剤として多くの改善がなされてい
るものであるが、セメントの反応が一応終了して更に、
完全硬化に至ると、七メン→４ トの保持水が結晶水となりＣａ　　％Ａｔ”イオンが結
晶を構成する骨格罠なってしまい、次島に導電性が失な
われていく為１本質的にはセメント成形体は導電性に劣
る欠点がある。この欠点を補促するため、他の導電性を
示す塩類物質等を添加しなとしても、これら添加塩類の
イオン水は、結晶水としての固定水にはなシ得ず、地下
水や雨水により容易に流失するため、長期にわ九っで導
電性を保持していくには不充分である。この欠点により
、第４グループに属するもの祉、長期にわたって接地抵
抗低減能を高水準で維持することは極めて困難であった
・ 本発明者は上記したような従来の接地抵抗低減側全般に
わたる綜合検討の見地から研究した結果、接地抵抗低減
剤の基本組成に膨潤性構造物を導入して、保水性、導電
性を改善する方法を提案している（特願昭５４−７４９
８６号）が、今回さらに基本組成として層間イオンがカ
ルシウム、マグネシウムあるいはバリウム等のイオンに
なっている水和膨潤性合成又は天然無機質層状構造物を
用い、あるいは該層状構造物に、意図的に新たな機能管
付与するために非膨潤性層状構造物を添加したものを用
いて接地抵抗低減剤を構成し、層状構造物の結晶磯構、
とくに層間イオンと層間水の諸作用を利用して、保水性
、導電性を改善した。

さらに、本発明は層状構造物のレオロジーを利用して、
施工作業性および固結体組織等の緒特性について、新規
な改善を行なったものである。

以下、本発明に係る接地抵抗低減剤について詳細に述べ
る。

本発明の層間イオンがカルシウム、マグネシウム為るい
はバリウム等のイオンになっている水和膨潤性合成無機
質層状構造物には、天然の刀ルシウム、マグネシウム系
層状構造物、あるいは一般式Ｘ　”＝　１　”　Ｙｔ　
”’ｓ　　”　Ｚ４　”Ｏ＋＠’　Ｆ２　（式中、Ｘ−
Ｎａ、Ｌｉ又Ｆｉｃａ％Ｙ＝Ｍｉｌｌ又Ｆ！ＭＰ　とＬ
ｉ　の共存、Ｚ−Ｓｔ又はＧｅ　　）で示される物質の
層間イオンであるＮａ”％Ｌｉ”ｔＭＦ’　、Ｃａ’％
　Ｂａ”等にイオン交換作用を利用して置換した置換体
等が用いられる。

上記一般式で示した物質は、例えば以下のようなもので
−る〇 （１）へクトライト系層状構造物 Ｌ　ｉ　ｊ（Ｓ　ｉａ　Ｏｗｅ　”　”）　Ｆｔ２、　
ナトリウム・ゲルマネート・へクトライ）　　　Ｎａ　
　　Ｍｌ２”　　Ｌｉ”（ＧｅｔＯ＋ｏ　　）Ｆ１ａ　
　　３　３ ３、　リチウム・ヘクトライト ４、　リチウム・ゲルマネート・ヘタ２イト１　　２　
１ Ｌ量ＴＭＦ２・ミ；　　Ｌｉ　ｓ　（Ｇｅ４　０１・　
）烏（２）　　テニオライト系層状構造物 １、ナトリウム・テニオライト ＮａＭＦ、Ｌｉ　（８１４０ｚｅ　）烏ｉ　ナトリウム
・ゲルマネート−テニオライト ＮａＭｐ＝　Ｌｉ　（Ｇｅ４０＋ｏ　　）Ｆｔ３、　リ
チウム・テニオライト Ｌ　ｉ　ＭＦＬ　ｉ　（Ｓ　ｉａ　　０１＠　）Ｆ１４
、　リチウム・ゲルマネート−テニオライトＬｉＭＰ＊
　Ｌｌ　（Ｇｅ４０１１）Ｆ１４　カルシウム・テニオ
ライト Ｃ＆　、Ｍｌ＠　Ｌ　１　（８１ａ　Ｏｗｅ≧Ｆ。

１　カルシウム・ゲルマネート・テニオライト Ｃ１委Ｍｐ、Ｌｉ（Ｇｅ４　０１・Ｄ’５（３）テトラ
マイカ系層状構造物 １、ナトリウムテトラシリシックマイカＮａＭＰｔ、ｒ
　５（８１ａ　０ｔｏ）Ｆｔ２、ナトリウム・テトラ・
ゲルマネート・マイカ ＮａＭ９＊ｙ、（Ｇｅ４０．・）Ｆ。

Ｎ＆％Ｌ％系イオン交換体のイオンの吸着性の大小の一
般的傾向を層状構造物のイオン吸着性にあてはめると、
例えば二価イオンの場合、Ｒａ”＞Ｂａ’　＞　Ｐｂ’
　＋、兆ｒ　Ｓ　）　Ｃａ’　＞　Ｎ１４１≧Ｃｄ”≧
Ｃｕ’≧む０へ≧Ｚｎへ≧ＭＦ”！　　となり、イオン
価の異なる同符号ノ場合、’ｌ’ｈ’　）　Ａｌ’　＞
　Ｍｌ　’　）　Ｎａ”　；　Ｓｅ２−”＞Ｃｔ−とな
る。

従って、層間イオンがカルシウム、マグネシウムあるい
はバリウム等のイオンになっている水和膨潤性合成無機
！層状構造物はす）　ＩＪウム、カリウム系粘土鉱物と
は全く相違し、上記層状構造物は高濃度Ｃ１”ｔ　イオ
ンの発生するセメント水和スラリー中に添加しても、該
スラリー中にナトリウム、カリウム系粘土鉱物を添加し
た場合におこる凝集化と分散不能等の不都合発生を防ぐ
ことができる。

これを４５少し詳しく述べると次のようになる。

Ｃ８Ｈ％ＣＡＨｍ、Ｃ８Ａ等を吸水剤の役割に利用した
セメント系接地抵抗低減剤は、それを多量の水と混合し
て注入作業時間を十分にとるために＠ゲル分散手法１を
適用させると、溶液状に近い多量水分が発生し、静置す
れば分離沈降の状態が起る。

この分離水分は、注入時に砂礫間に停まることができず
％−水性の大きい地層では、注入する片端しから水分が
砂礫中に散失してしまう、そのため、共存水分が低減し
次セメント系接地抵抗低減剤は、急速Ｋｔ！化反応ｔ１
１始し、最悪の場合には注入管の土中先端部でこの低減
剤が固化して塞る等の不都合が発生し、施工が失敗して
しまうととになる。

これに対して、本発明の層状構造物（上記した膨潤性層
状構造物及び後記する非膨潤性層状構造物）は、セメン
ト等の一化剤とともに、多量の水と混合すると、全体が
均一なゲルスラリー状態となり、チキントロピー性を具
有する。従って、こＯスラリーは注入時には、動粘性が
低下し、流動性が増加し、注入終了時に停止すると、静
止粘性が増加するので、注入の際、地中に浸透散失して
しまうことがない。

さらに、上記層状構造物ＫＦｉ、銅電極の腐蝕がセメン
トのＣ１＋１の強アルカ゛すのために１進行する不都合
を防ぐとともに％Ｃａ（ＯＨ）ｎ沈殿が発生し異くする
ため、カルシウム塩（例えば、塩酸塩、硝酸塩など）を
配合し、共通イオン効果で溶出するＣ、４１を抑制して
いる。このことは、セメントスラリーのＰＨＩ［を１１
以下にコントロールする有効な方法である。これを化学
式で示すと次のようになる。

（Ｃａ（ＯＨ）＊　）−″＝　Ｃａ”　＋２０Ｈ−Ｃａ
”＋２Ｃ１−；：（ＣａＣ４） 上記の層間イオンがカルシウム、マグネシウムあるいは
バリウム辱のイオンである水和膨潤性合成無機質層状構
造物は水中につけるとｊ１＃シ、そＯ容積は、膨潤前に
比較して約２０倍に膨張するものもあり、水中のみなら
ず、大気中の水分あるいは土壌中の水分をも吸収し、結
晶の層間域に水分子を吸収して、より安定な構造になろ
うとする特性を有する。又乾燥時においても、導電性を
保持し続ける作用を有している。

結局、これ等の合成無機質層状構造物の結晶内層間水に
は結晶と静電的に結合している層間イオン０＠水性によ
る保水力が作用し、優れた接地抵抗の低減効果が発揮さ
れる。また、上記層状構造物は、その層間イオンのカル
シウム、マグネシウムあるいはバリウム等のイオンが上
記したようにＮａ、Ｋ　　等よりもセメントや石膏の有
する大量（ＤＣａ鵞イオンの影響を受けに＜＜、水分を
吸収する。又二価イオンはｍ個イオンよりイオンの吸着
性が大きいので、簡単ＫＲ失することがないので、導電
性を長年月にわたって高水準に維持することができる。

従って、この層状構造物をセメント等の硬化物と配合し
て接地電極周辺に強固に保持させることにより、セメン
ト類の結晶形成に依る導電性が劣化する欠点をカバーし
、長期間の接続安定性を楯保し得るものである。

１＋、この発明は上記水利膨潤性合成無機質層状構造物
を有効成分とし、これに非膨潤性層状構造物を混合した
ものも含む。このと叢の非膨潤性層状構造物は、天然非
膨潤性層状構造物、例えばセリサイト、あるいは弗素金
雲母Ｋ”’ｓ　（Ａ　ｔ　Ｓ　ｉ　ｍ０１・）Ｆ３、カ
リウム・テトラシリシックマイカＫＭＦ８　（Ｓ　ｉａ
　Ｏ＋ｏ　）　Ｆ雪等の合成雲母の微粉体あるいは、そ
の未晶出粉体が用いられる。

これ等非膨潤性層状構造物は、その破＃面から非常に小
宴い速度でアルカリイオンを常時供給するので、長年月
にわたって系全体を高水準の導電性に維持することがで
きる。

この発明は、上記の特性を持つ水利膨潤性合成無機質層
状構造物を主導電性物質とし、あるいはこれに非膨潤性
層状構造物を混合したことに脣徴があり、こｎらに常法
通）公知のセメント技術を採り入れて硬化剤として石膏
泡又はセメント類と硬化促進剤等を混合し、更にはアル
カリ類、アルカリ土類、アンモニウム、金属類尋の硫酸
塩、塩酸塩、硝酸塩あるいは編酸塩、炭酸塩、炭酸水素
塩などの塩類を混合して作業柱管自由に調節し、−剤で
接地抵抗低減剤を得るものである。

尚、上記セメント類は一般に市販されているセメント類
を選択して自由に組合せて使用できるものである。

そして、この発明によれば、水利膨潤性合成無機質層状
構造物及び非膨潤性層状構造物は、硬化剤の働きを阻害
しないうえ、むしろゲル化凝集や硬化が常法の分散剤や
硬化剤を用いる場合よυも１ゆるやか′に進行するので
、作業性をコン）ｗ−ルし易ｉ良い面がある。

従って、本発ＦＩＪＫ係る接地抵抗低減剤に対する硬化
促進剤や硬化遅延剤ｔｍ節すれば、適宜硬化時開をコン
トロールすることが可能となる。

例えば、現地での水使用量ｔ−接地抵抗低減剤の使用重
量０１９０〜３００％の間で一定量に調節すれば、水温
５〜３０℃の範囲で作業に十分な硬化時間調整ができる
ので夏期、冬期で便用水の水温が大巾に変っても本発明
に係る低減剤−剤で容易に充蟲できる。

ｔ７’ｔ、本発明に係る接地抵抗低減剤は、水ゆ分散し
た初期より適当な粘度と良好な流動性を示すので、注入
が容易で施工が簡単であるばかりでなく、注入時砂礫層
に散失することなく、優れた充填効果が得らｎる。

しかして、本発明に係る接地抵抗低減剤によれば、上記
した優れた充填効果と、水利膨潤性無機質層状構造物の
導電性及び保水性の長期にわ喪る高水準の維持性能と相
俟って長期にわたって確実な接地抵抗低減効果が得られ
る。

尚、本発明に係る接地抵抗低減剤はカルシウム・アルミ
ネート系吸水剤を必ずしも必要としないことも優れた効
果である。

さらに別の効果として本発明に係る低減剤は偏平な結晶
体である層状゛構造物がカードハウスや連続積層階を固
化体の甲に形成するので、膨張や収縮による歪の緩和材
となり、ヒビ割れ発生に対して高い抵抗性を有する。

次に本発明に係る接地抵抗低減剤による各種効果を実施
例により説明する。

本発明に係る接地抵抗低減剤の代表的配合例を１１１表
に示す。

以下余白 半ム　大阪セメント製φｌＯＯ％峯２　小野田セメント
製ポルトランドホワイト、米３　日本セス１１ メントヘトロ処理用ａＳシリーズ４１０φ２０゜米５　
カルシウム、ナトリウムの焼成粉等、米６層間イオンが
０１、Ｍｆ％Ｂ亀の無機層状構造物、米７　（ｘｘｒ、
　　（ｌＡＪｌｉｓ　０ｎ）Ｙｌ　、　ＫＭｆ＊　−ｓ
　（８Ｌ　０１＠　鳥）結晶または未晶出ガラスの粉体
、米８　アルカリ水素炭酸塩、アルカリ土類水素燐酸塩
、アルカリ土類塩酸塩または硫酸塩、米９　市販防錆剤
Ｃカルボン酸ア５ンベンゼンカルボン酸、ベン′シトリ
アゾール類）黴量勇整添加。

以下、水温別の流動性保持時間、流水浴中での耐久性、
ＰＨ，鋼板の腐蝕性、及びＩｌ地抵抗低減能の各要件に
ついて、本発明品と比較品とを比軟した結果を述べる。

１、水温別の流動性保持時間と硬化時間。

調整された接地抵抗低減剤の２００ｆ又祉３０Ｏｆの一
定量を１〜３リツトル容９ルミニウム製ボール状容器に
採取し、これＫＴｏらかじめ温水と冷水を使って目的の
試験温度に温度を調節した水を使用剤の２倍量加える。

直ちに２０秒間はけしく攪拌し、低減剤をスラリー状に
する。

攪拌終了后、そのま＼静置しスラリーが粘性を増し、ゲ
ル化して行くのを待つ。流動性を失う終いてつくシ、溝
の形がスラリーの流れＫよシ、崩れなくなる時点を流動
停止点とした。攪拌終了直後から流動停止点迄の時間を
３０秒単位で測定し「流動性保持時間」とした。硬化時
間の判定は指腹で剤表面を軽く押し耐着が無くなる迄の
時間とした。

結果を館２表及び館３ｆ！！に示す。

以下余白 第２表流動性保持時間欄定値 第３表硬化時間測定値 本発明品は３Ｇ’−５℃で喪易に流動性が保持出来、水
分離が殆どない。

比較品について紘゛、流動性保持時間を延ばすと多量の
水分と分離してしまい、砂礫間に浸透散失してしまう恐
れがある。又温ｆ費化に敏感で流動性保持時間が安定で
ない。又多量水分と共存すると固化不十分となる。−１
分離水を取シ除くと急速に固化してしまう欠点があ為。

水 ２、流れ浴中での耐久性（急性劣化試験）河川自然水利
用の工業用水を１２０〜１５０ｍｔ／ｎｅｏの流量で流
した水槽中に低減剛固化体（３Ｘ５Ｘ１２ｃｓ＊）を浸
漬放置して体積固有抵抗の経時変化を測定した、その結
果を第１図に示す。第１図において符号１は本発明品（
１）、符号２は本発明品（２）、符号３は本発明品（３
）、符号４は本発明品（４）、符号５は比較品をそれぞ
れ示す。

仁の第１図において明らかなように１本発明品（１）〜
（４）は数日後抵抗増加が停滞し、比較品は日数に比例
して抵抗値が増加する。このことから、層状構造物を多
量に使用し九本発明品は比較品に比べて導電性を保持す
る性能が優れている事が判る。

又、流水による剤の溶損流失減量は認められない。

３、ＰＨ試験 本発明品（１３〜（４）及び比較品はいづれも凝集開始
時Ｐｉｌ＝１０．５±０．２であったが、空気中に放置
して完全固化させると５〜１ｏ日間で表面は中性となっ
た。

これから判るように１本発明品（１）〜（４）は公害性
の心配はない。

４、鋼板の腐蝕試験 接地抵抗低減剤スラリーが流動性を失う直ｔｍＫ。

そのスラリー中へ鋼試験片（約０．３Ｘ２０Ｘ３０！）
を完全に浸漬し、３０日間室内に放置＊敗ｉ出し、水洗
いＫよ）表面に付着した低減剤を除去した後、２ｓリン
酸希釈液で１ｏ分間洗い、腐蝕生成物を除去した後の銅
板の重量減量を測定し減量−を一定しえ。

その結果を第２ＷＪＦＣ示す。９２図は本発明品（υに
ついての測定結果である。

この結果から判るように１本発明品のスラリーは初期に
アルカリ性を示すため電極材の表面を若干腐蝕させるが
、５〜１ｏ日間程で安定する。

即ち、本発明品は鋼に対する腐蝕性が極めて小さい。

５、接地抵抗低減能 第３図及び館４図の如く電極を土壌中に打設しそれぞれ
の接地抵抗を測定した。このときに用いた電極材１０φ
の銅被覆鉄電−である。

第３図は溜池方式であシ、深さ―＝　０．７１１の溜池
の底に長さｂ　＝　１．５１１の電極ｅを打設し、その
溜池に電極ｅの頭範が隠れゐ位に低減剤０を充填しく低
減剤の使用量５即）、さらＫその上に土盛ＪＭした。土
は砂礫土質を用いた。

第４図はポーリング方式であり、ポーリング孔千 （４０φ）ｔＫ長さｔ　＝　ａ、　ｏ　ｎの電極ｅを挿
通し、＋ しかる後、上記孔Ｉ内に低減剤Ｏを充填した（低減剤の
使用量３即）。出社砂礫土質を用いた。

尚、比較として第３図及び第４図と同一施工方式を採用
し、低減剤Ｏの替シに土を用いえものをそれぞれのブラ
ンクとしえ。

その結果を第４表Ｋまとめ良。

（）内線低減率慢 第４表より明らか表ように１本発明品は優れた接地抵抗
低減能を示す仁とが判る。

【図面の簡単な説明】

第１図は流水浴中での体積固有抵抗の経時変化を示すグ
ラフ、第２図紘銅板の腐蝕試験における経時変化を示す
グラフ、第３図社溜池式施工法の説明図、第４図はボー
りング式施工法の説明図である。 特許出願人　框に珈輛申体酊 代理人　弁理士　佐藤英昭

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、層間イオンがカルシウム、マグネシウムあるいはバ
   リウム等のイオンである水＊＊潤性合成無機質層状構造
   物を有効成分とする接地抵抗低減剤。 λ　層間イオンがカルシウム、マグネシウムあるいはバ
   リウム等のイオンである水和膨潤性合成無機質層状構造
   物を有効成分とし、これに非膨潤性層状構造物を混合し
   てなる接地抵抗低減剤。 ３、上記膨潤性層状構造物が一般弐ＸＴ〜１・Ｙｌ）・
   ｚ４・　　α＊拳Ｆｔ（式中、Ｘ＝ＮＬＬｉ又はＣａ　
   ｓ　Ｙ＝ＭＰ　ｓ又はＭＰとＬ量の共存、Ｚ−Ｓｔ又は
   Ｇ・）である層状構造物の層間イオンのナトリウムおよ
   びリチウムイオンをカルシウム、マグネシウム、あるい
   はバリウム等のイオンで置換した層状構造物であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項また紘第２項記載の
   接地抵抗低減剤。 ４、上記膨潤性層状構造物が天然カルシウム、マグネシ
   ウム系の層間イオンを持つ層状構造物であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の接地抵
   抗低減剤。 ５、上記非膨潤性層状構造物がセリサイト等の天然非膨
   潤性層状構造物あるいは天然の膨潤性層状構造物の層間
   のアルカリイオンが離脱したものであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第２項記載の接地抵抗低減剤。 ６、上記非膨潤性層状構造物が弗素金雲母、カリウム、
   テトラシリシックマイカ等の合成雲母あるいはその未晶
   出粉体であることを特徴とする特許請求の範囲第２項記
   載の接地抵抗低減剤。