廃コンクリート粉末の資源化：従来型コンクリートにおける石灰岩微粉の持続可能な代替品としての検討（ポルトガルからの事例研究）

コンクリート廃材を有用資源へ

コンクリートは現代都市の基盤ですが、環境負荷が大きい材料でもあります。コンクリートの主要成分であるセメントの製造は大量の二酸化炭素を排出し、検査や使用後に生じる大量のコンクリートが廃棄物になります。本研究は、品質検査後に通常廃棄される粉砕されたコンクリート試験片から得られる微粉が、現在細粒石灰岩で補われているセメントの一部を安全に代替できるかを検討します。もし可能であれば、同じコンクリートプラントが日常的に生じる廃棄物を有用な原料に転換し、排出削減と埋立地の削減につなげられます。

破砕試験体から微粉へ

ポルトガルの一つのレディミクスコンクリート工場では、毎年何千もの立方体試験体が強度確認のために作られ破砕され、プラント当たり約200トンの廃コンクリートが発生します。本研究では、この破砕片をさらにドラムグラインダーで粉砕し、ふるい分けして微粉に加工しました。このコンクリート試験片由来の粉末を、モルタルプリズムや実物大のコンクリート混合物のセメント一部置換材として使用し、モルタルでは10〜30％、コンクリートでは10〜20％の置換レベルを試験しました。比較のため、同じ置換率で多くの生産者が現在使用している石灰岩微粉でも同様の試験を行いました。

新しい配合のラボでの挙動

技術者らはまず、時間経過に伴う強度を確認しました。セメントの最大10％を廃コンクリート粉末で置き換えた場合、得られたモルタルとコンクリートは標準配合や石灰岩ベースの配合とほぼ同等の圧縮強度に達しました。しかしそれ以上の置換では強度が明らかに低下し、特に20％および30％の置換で顕著でした。これは結合材として働く活動的なセメントの量が単純に減るためです。石灰岩配合は粉末粒子がより細かく緻密に詰まるため、コンクリート粉末を用いた配合よりわずかに高い強度を示しましたが、10％置換ではその差は小さかったです。

水、塩類、内部構造の詳細

耐久性に強く影響するため、水や塩がコンクリート中を移動するしやすさも評価しました。控えめな10％置換では、石灰岩微粉とコンクリート粉末の両方が表面への毛管吸水速度を低下させ、微粒子が表層近傍の微細な空隙を充填・改良したことを示唆しました。置換率を高めるとこの利点は失われ、全体の多孔性が増して水や、特に融雪剤や海塩に含まれる塩化物イオンの浸透が容易になりました。顕微鏡観察や鉱物学的検査もこれを裏付け、石灰岩と廃コンクリート粉末の両者は主に不活性な充填材として振る舞い、初期の結晶成長を助けるものの自ら大きな化学反応を起こさないことが示されました。コンクリート粉末の粒子はより粗く不規則であり、石灰岩配合よりもわずかに緩やかな内部構造を招いていました。

気候影響と資材の循環利用

セメントはコンクリート中で最大の排出源であるため、セメント含有量の削減は混合物のカーボンフットプリントを低減します。研究者らはライフサイクルアセスメントツールを用いて、立方メートル当たりの二酸化炭素排出量を算定しました。セメントの20％を石灰岩微粉またはコンクリート試験片粉末で置き換えると、基準配合と比べて概ね17％程度の総排出量削減が得られました。得られた強度と排出量を併せて評価すると、すべての配合は狭い性能帯に収まり、置換レベルを適度に抑えれば強度を大きく損なうことなく顕著なCO2削減が可能であることが示されました。

将来のコンクリートへの含意

非専門家向けの主な結論は、日常的なコンクリート試験から生じる廃材をセメントの一部を代替する有用な原料に転換できるという点です。およそ10％の置換では、このリサイクル粉末は強度と基本的な耐久性を現行の実務と同程度に保ちながら、排出削減と埋立処分の回避に寄与します。置換を過度に進めると、コンクリートは弱く多孔になりやすくなります。本研究は、プラントが毎日生産している廃材を粉砕して新しい混合物に再投入する、実行可能で短期的な循環化・気候配慮型の一歩を示唆しています。ただし、性能が確実に保たれる範囲に置換率を慎重に制限する必要があります。

引用: Özkan, H. Valorization of waste concrete powder as a sustainable substitute for limestone fines in conventional concrete: a case study from Portugal. Sci Rep 16, 15701 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46343-x

キーワード: コンクリート廃棄物, セメント代替, 石灰岩微粉, 循環型経済, カーボンフットプリント