廃コンクリートをアルカリ活性化ジオバインダーに再利用し砂地を安定化

瓦礫を有用な地盤へ

解体された建物から出る古いコンクリートは、都市が道路、堤防、基礎などのためにより強く安定した地盤を常に必要としているにもかかわらず、多くの場合かさばる廃棄物として処理されます。本研究は、その瓦礫を細かい粉末に挽いて緩い砂を強化することで、建設のためのより堅牢な基盤を作り、気候負荷を削減し資材の循環利用を促進できることを示しています。

破砕コンクリートから結合粉末へ

研究チームは通常のコンクリートを原料に、これを破砕して細かい廃コンクリート粉末に加工しました。粉末をシルト混じりの砂と混合し、ナトリウムやケイ酸を含む一般的な工業化学品で作った化学溶液を加えました。高アルカリ性の環境下で、粉末中の旧セメントの一部が溶解し、新たな結合性ゲルとして再形成されて砂粒を接着します。粉末の含有量、溶液の濃度、および追加する水の量を調整することで、どの配合が最も強い安定化砂を生むかを確かめるために多数の混合物を作成しました。

新しい地盤が得られる強度と剛性

強度試験の結果、処理された砂は非常に固くなり得ることが示されました。最良条件では、廃コンクリート粉末20％、比較的強い活性化溶液、化学混合物以外の余分な水を加えない配合で、室温養生28日後に非拘束圧縮強度が3.1メガパスカルに達しました。この強度は実際の地盤改良工事で使われる範囲に相当します。より弱い配合でも、未処理の砂や単に転圧した砂と比べてすべり抵抗および粒間の見かけの凝着力が改善しました。剛性の測定では、一般に水含有量が少なく化学濃度が高いほど、より剛性が高く変形しにくい安定化層になることが確認されました。

内部観察と性能予測

微視的な変化を調べるために、チームは電子顕微鏡やX線技術を用いました。カルシウム、アルミニウム、ケイ素、ナトリウムに富む新しいゲル状相が砂粒間に架橋を形成し、空隙を埋め粒子を結びつけているのが観察されました。これらのゲルは、現代の低クリンカーや代替セメントにおける強度発現に関与することが知られています。実験室試験と並行して、配合比と養生時間から強度を予測する二種類の数学的手法も構築しました。単純な線形方程式が大半の傾向をとらえ、より高度な機械学習モデル（勾配ブースティング）はさらに良好で、すべての配合における強度のばらつきの約95％を説明しました。

気候負荷の検証

本研究は、廃材由来処理と従来の普通ポルトランドセメントによる土壌安定化の環境負荷も比較しました。同等の強度を提供する1立方メートル当たりで見ると、廃コンクリート系は約47キログラムのCO2相当と推定され、セメント系の約58キログラムより低い結果となりました。新しい系での気候負荷の大部分はケイ酸ナトリウム溶液の製造に由来しており、この成分を低影響または廃棄物由来の方法で調達できればさらに改善が見込めます。解析には残留するアルカリ性液体の長期挙動は含まれておらず、実務では慎重な設計とモニタリングが依然として必要であると著者らは指摘しています。

将来の建設での意義

細かく挽いた廃コンクリートが砂の単独バインダーとして機能し得ることを示すことで、本研究は膨大な解体廃棄物を地盤改良の有用資源へ変える道を示しています。この手法は新しいセメントへの依存を減らし温室効果ガス排出を削減し、弱い砂質地盤上での盛土や基礎構築に新規材料の搬入を減らすことができます。活性化化学薬品の改良やより多様な実際の廃材を用いた試験が進めば、基礎工事と廃棄物管理の双方でより持続可能な選択肢になる可能性があります。

引用: Bahmanpour, A., Ghahremani, M. & Fattahi, S.M. Recycling waste concrete into alkali-activated geo-binders for sand stabilization. Sci Rep 16, 15812 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44832-7

キーワード: 廃コンクリート, 土壌安定化, アルカリ活性化バインダー, 循環型経済, ライフサイクルアセスメント