再生粗骨材を用いたブレンドコンクリートのマルチスケール性能、ライフサイクルおよび経済性評価

かつてのコンクリートで建てる

都市が拡大するにつれて、壊れたコンクリートの山が積み上がり、新しいセメントを作るために大量の燃料が消費されます。本研究は単純だが重要な問いを投げかけます：昨日のがれきを、安全性を損なうことなく、強く、長持ちし、より安価な建築に変えられるか？研究者たちは、古いコンクリートの再生塊と製鋼から出る副産物を慎重に混合することで、気候負荷とコストを削減しつつ、現代の建設要求を満たす方法を示します。

廃棄物を新しい資源に変える

チームは二つの主要な廃棄物の流れに注目しました。一つ目は、解体現場の古いコンクリートを破砕してできる再生粗骨材で、石の大きさの粒になります。二つ目は、高炉スラグ粉末（グラニュレーテッド・ブラストフェルンスラグ）で、製鉄過程で残る粉状物質でセメントの一部を代替できます。標準的な混合設備を用いて、天然骨材を異なる割合の再生骨材（0、12.5、25、50、65パーセント）に置き換え、最も有望な配合ではセメントの一部をスラグで（20または25パーセント）置換した一連のコンクリート配合を作成しました。

強度の適正点を見つける

これらの配合が実際の構造でどれほど性能を発揮するかを見るために、研究者たちは各コンクリートが時間経過でどれだけ押しつぶし（圧縮）、引っ張り（引張）、曲げに耐えるかを試験しました。驚くべきことに、わずかな再生骨材の混入、わずか12.5パーセントが、新品のみの配合よりも実際にコンクリートをわずかに強くし、28日後の圧縮強度が約13パーセント高くなりました。しかし再生比率がそれを超えると強度は着実に低下し、最高替え率の65パーセントでは圧縮強度がほぼ半分にまで落ち込みました。微視的画像もこれを裏付けています：低い再生比率では古い骨材と新しいセメントの接触帯が密で良好に結合して見えましたが、高い比率では小さな亀裂や空隙が増え、弱点となっていました。

原料から解体までクリーンなコンクリート

強度だけでは不十分なため、チームは原材料から建設、50年の使用、最終的な解体に至るまでの環境影響を追跡しました。彼らは南インドの地域別データを用いて、混合ごとに気候変動に寄与する排出、資源使用、各種の大気・水質汚染を算定しました。ここでも最良の選択肢は最も高い再生率ではなく、慎重にバランスされた配合でした：12.5パーセントの再生粗骨材と25パーセントのスラグを含むコンクリートは、従来の配合に比べて立方メートル当たり二酸化炭素を27パーセント削減しました。さらに、採石で得られる天然骨材の使用量と総エネルギー使用も少なくなりました。再生含有量を65パーセントまで高めると採石からの材料転換は増えますが、古いコンクリートを洗浄・破砕するために追加で必要となるエネルギーがその利得を相殺しました。

建物の寿命を通じたコスト削減

研究者たちは次に、初期の材料・施工費用だけでなく、維持管理、修理、廃棄処理までを含めた5十年にわたる費用を追いました。再生骨材を使うことで得られる初期の節約は、古いコンクリートの処理に人件費、エネルギー、品質管理費がかかるため控えめでした。しかし時間が経つにつれて、強度が高く低炭素な配合—再び12.5パーセントの再生骨材と25パーセントのスラグ—が目立ちました。それは標準コンクリートと比べてライフサイクル総コストを約27パーセント削減し、わずかな追加処理コストを約2年余りで回収し、投資回収率も最も高くなりました。対照的に最も再生率の高い配合は、性能が劣るために修理がより頻繁で高額になり、全体としてあまり節約になりませんでした。

将来の都市にとっての意味

非専門家の読者に向けた主要な結論は「より多くのリサイクルが常に良いわけではない」という点です。本研究は、控えめな割合の再生コンクリートと製鋼副産物を用いた慎重に調整された配合が、強度、環境負荷の低減、長期的なコスト削減という三つの面で同時に建設者に利点をもたらすことを示しています。可能な限り高い再生含有率を追求するのではなく、性能・環境・経済性が一致する「スイートスポット」を見つけることが、次世代の真に持続可能なコンクリート設計には求められるでしょう。

引用: Chaitanya, B.K., Madhavi, Y., Venkatesh, C. et al. Multi-scale performance, life-cycle and economic assessment of blended concrete using recycled coarse aggregates. Sci Rep 16, 13391 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45095-y

キーワード: 再生コンクリート, 持続可能な建設, 低炭素材料, ライフサイクルアセスメント, 経済分析