持続可能な地盤工学のためのリサイクルゴムコンクリートとアスファルト骨材を用いたメッシュ包囲石柱の挙動

廃棄物を強い地盤に変える

世界中の都市では毎年、大量の破砕コンクリート、老朽化したアスファルト、使い古したタイヤが発生します。こうした廃棄物の多くは埋め立てや焼却に回される一方で、道路や橋、建物を弱い泥状地盤に支えるために新たな岩石や砂利が掘り出され続けています。本研究はシンプルだが重要な問いを投げかけます：天然の砕石の一部を適切に処理した廃棄物で置き換えても、安全に構造物を支持できるだろうか？

石柱が軟弱地盤上の建物を支える仕組み

多くの現代的プロジェクトは、荷重の下で押しつぶされたり沈下しやすい軟質粘土上に建設されます。一般的な対策のひとつが「石柱」の設置です—締め固めた砂利などで充填した垂直の柱状体が地盤内部に挿入されます。これらの柱は剛性の高い支柱として働き、荷重を多く担い、代表的な沈下量を減らし、水の排水経路を確保することで地盤の強化を早めます。柱を強いプラスチックや繊維材料のメッシュで包むと、側方膨張を抑えられ、より少ない変形で大きな荷重を支えられるという追加の利点が得られます。

解体廃材を有用な建設材料へ

著者らは、建設廃材やタイヤ産業の廃棄物がメッシュ包囲石柱の砕石の一部を安全に置き換え得るかを実験で検証しました。主に三種類のリサイクル材料を用いました：解体コンクリートを破砕したもの、古い道路アスファルトを粉砕したもの、そして小片に裁断したタイヤゴムです。軟質粘土で満たした大型の鋼製試験箱内に、異なる配合で34本の模型柱を作製しました。あるものは砂利のみ、コンクリートのみ、アスファルトのみを用い、他はこれらに体積比で10%または20%のゴムを混合しました。すべての柱は同じ壁状のジオシンセティックメッシュで包み、同一の長径比を保ち、上から荷重を加えて破壊するか顕著に沈下するまで載荷しました。

強度と沈下に関する試験結果

性能評価には三つの指標に注目しました：各柱が耐えられる最大応力（支持力）、その荷重下での沈下量、および応力と変位の比率（変形の剛性と扱いやすさを示す指標）です。材料の選択が柱のサイズよりもはるかに重要であることが分かりました。特にリサイクルコンクリートを適度に混ぜた天然砂利主体の柱が、高い強度と低い沈下の最良の組み合わせを示しました。場合によってはリサイクル混合材が純粋な砂利をわずかに上回り、支持力が約2%向上し、応力対変位比が顕著に高くなることがあり、強くかつ変位に対して比較的抵抗性があることを示しました。

ゴムとアスファルトの最適量を探る

裁断したタイヤゴムはより微妙な役割を果たしました。砂利やリサイクルコンクリートにゴムを10%混ぜた場合、柔軟性がやや高まる一方で大きな強度低下を招かず、性能が改善することが多く見られました。これにより載荷時の変形が滑らかで制御されたものになり、応力対変位比を約16%高めることがありました。しかしゴム含有量が20%に達すると、一般に柱は柔らかくなりすぎ、支持力が低下して沈下が増加しました。特に元々柔らかい材料で作られた混合物では顕著でした。リサイクルコンクリートのみの柱は最も弱く、沈下も大きい傾向があり、再生アスファルト主体の柱は中程度の性能にとどまりました。アスファルト–ゴムの混合は高強度と低変位が求められる場合には最も適さないものの、荷重が軽く持続可能性が最優先される用途では利用可能性があるかもしれません。

より環境にやさしい基礎づくりへの示唆

非専門家向けの結論は明瞭です：配合を慎重に設計すれば、従来は埋め立てられたであろう廃棄物の一部を建物の地下支持系に利用できます。メッシュで包まれた石柱に砂利、適量のリサイクルコンクリート、少量のタイヤゴムを混合して充填すれば、従来の砂利柱と同等かそれ以上の性能を発揮しつつ、新たな採石の必要性を減らせます。ただしゴムを入れすぎると地盤が柔らかくなりすぎる点には注意が必要です。本研究は、設計の限界を尊重し適切な試験を行えば、リサイクル材料を地盤改良システムに安全に組み込めることを示しています。適切に行えば、廃材がより安全で持続可能なインフラを支える資源へと変わります。

引用: Hassanzadeh, M., Zad, A., Ramesht, M.H. et al. Performance of wall mesh encased stone columns using recycled rubber concrete and asphalt aggregates for sustainable geotechnics. Sci Rep 16, 6941 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38535-2

キーワード: 石柱, リサイクル骨材, 廃タイヤゴム, 地盤改良, 持続可能な地盤工学