生コンプラントの処理洗浄水がコンクリートの特性と耐久性に与える影響

コンクリートの“水問題”が重要な理由

新しい建物、橋、道路の建設には目に見えない代償が伴います。それは大量の飲料水の消費です。コンクリート製造だけで世界の淡水の約16％を消費していると推定されており、多くの地域で人々や農業に安全な水を供給するのが難しい状況にあります。本研究はシンプルだが影響の大きい問いを追います――コンクリート車両の洗浄で出る汚れた洗浄水を処理して再利用し、新しいコンクリートの製造に使うことで廃棄物と淡水の使用を減らしつつ、構造物の安全性と長寿命性を保てるか、という点です。

廃水を資源に変える

レディーミックスコンクリートプラントでは、ミキサーやトラックをバッチごとに洗浄する必要があり、高アルカリで濁った「洗浄水」が生じます。これはセメントや砂の微粒子を多く含んでおり、単純に放流すると土壌や河川に悪影響を与え、処理にもコストがかかります。研究者らはエジプトのプラントからこの廃水を採取し、まず粗い固形物を除去するために細かいふるいを通しました。この基本的な処理により水は濃い茶色から淡い黄色に変わり、浮遊粒子が大幅に減少したことが示されました。化学試験では、高アルカリ性であるにもかかわらず、処理水はコンクリートの混和水として使用するための国際基準で定められた主要な安全限度を満たしていることが確認されました。

試験の実施方法

この処理洗浄水が実際の使用でどのように振る舞うかを見るために、研究チームは5種類のコンクリート配合を設計しました。1つは通常の飲料水のみを用いた対照、残りは混和水の25％、50％、75％、100％を処理洗浄水で置き換えた配合です。すべての配合はセメント、砂、骨材が同一で、洗浄水に溶け込んでいる成分以外の化学添加剤は追加しませんでした。研究者らは、フレッシュコンクリートの扱いやすさを示すスランプ試験、硬化後の強度を示す圧縮強度および分裂引張強度を測定しました。さらに、電気抵抗率試験を行い、コンクリート内部で腐食性因子がどれだけ移動しやすいか（すなわち長期耐久性と鉄筋腐食のリスクの目安）を小電流で評価しました。

強度と耐久性のトレードオフ

試験は明確な傾向を示しました。洗浄水を導入すると即座にフレッシュコンクリートの流動性が低下し、対照配合と比べてスランプは約半分に落ちました。この作業性の低下は、洗浄水に含まれる細かい粒子が自由水を吸収して配合を硬くすることに起因します。強度に関しては、中程度の置換レベルでは驚くほど良好な結果が得られました。7日目では、25％および50％の洗浄水配合での圧縮強度低下は10％未満で、これはエジプトの建築基準で許容される範囲です。28日では50％置換の配合はほぼ対照と同等の強度を示し、25％、75％、100％の配合では最大で約18％の強度低下が見られました。引張（分裂）強度も同様の傾向を示し、50％までの置換では亀裂抵抗は対照とほぼ同等でしたが、75％および100％の置換では引張強度が概ね5分の1ほど低下しました。

長期保護性の予想外の向上

高置換レベルでは強度がやや低下したものの、耐久性指標はむしろ改善しました。電気抵抗率は処理洗浄水の割合が増すにつれて上昇し、25％で約44％、50％で60％、100％では最大で6倍に達しました。電気抵抗率の上昇は、塩化物イオンのようなイオンがコンクリート内部を移動しにくくなることを意味し、一般的に鉄筋の腐食を遅らせます。研究者らはこれを「微粒子充填（マイクロフィラー）効果」に起因すると説明します。洗浄水由来の非常に細かい粒子が小さな空隙を埋め、内部の通路を入り組ませることで水や塩分の移動を妨げるのです。同時に、処理水はアルカリ性を保ち、塩化物や硫酸塩の含有が低いため、鉄筋を保護状態に保ちやすい化学的環境を維持します。

建設の将来に向けての意味

技術者がこれらの知見を適用できるように、チームは洗浄水置換率に応じた圧縮強度低下を予測する単純な数式を作成しました。試験範囲内ではこれらの式は実験結果とよく一致しました。総じて、本研究は混和水の最大半量までを処理洗浄水で置換することが、構造性能に実質的な損失をもたらすことなくレディーミックスプラントで安全に行える可能性があると結論付けています。しかも腐食抵抗はむしろ向上します。沈殿や細かいふるい分けといった簡便な処理手順だけで、プラントは淡水使用量を削減し、汚染排水を減らし、既存のコンクリート生産方法を大きく変えることなく持続可能性目標を支援できるのです。

引用: Shamseldein, A., Amr, M. & Attia, F. Impact of treated wash water from ready mix concrete plants on concrete properties and durability. Sci Rep 16, 8493 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39590-5

キーワード: 持続可能なコンクリート, 再利用洗浄水, レディーミックスプラント, コンクリート耐久性, 水資源保全