持続可能なLC3ベースの構造用軽量コンクリートに対する建設・解体廃棄物の影響

建物のガレキを強い新構造に変える

毎年、解体された建物の壊れたレンガやコンクリートが埋め立て地に山積みになる一方で、新しいセメントの生産はほとんどの建材より多くの二酸化炭素を放出します。本研究は時宜を得た問いを投げかけます：昨日のガレキは明日の低炭素・軽量建材になり得るか――充填材ではなく実際の構造物に使える強度を持つか？研究者たちは、慎重に処理されたレンガおよびコンクリート廃材がセメントの最も汚染の大きい成分の多くを代替し、排出量を削減しつつ国際的な構造用コンクリートの基準を満たし得ることを示しています。

なぜ軽くて環境に優しいコンクリートが重要か

コンクリートの見えない代償は、その重量と気候負荷です。重い構造物は柱や基礎により多くの材料を必要とし、通常のセメント生産は大量の温室効果ガスを放出します。軽量コンクリートは建物の「死荷重」を減らすことで、部材を細くし基礎を小さくでき、結果として材料とエネルギーを節約します。同時に、古いレンガやコンクリートなどの建設・解体廃棄物は、単に廃棄されると別の環境問題を引き起こします。本研究はこれら二つの課題を結び付け、廃材がコンクリートを軽くすると同時に新たなセメント需要を削減できるかを探ります。

がれきを建築ブロックへ

研究チームは、より低炭素な結合材である石灰岩カルシンドクレイセメント（LC3）に着目しました。従来のセメントクリンカーに頼る代わりに、LC3はそれを石灰岩粉と熱処理した粘土とブレンドします。本研究では、通常の原料を廃材由来のものに置き換えました：細かく粉砕したレンガ粉末を特別な粘土の代わりに、再生コンクリート粉末を石灰岩粉の代替として用いました。古いレンガは細骨材および粗骨材として破砕して使用し、微小な気泡を導入してさらに軽量化するために少量の空気連行剤も加えました。合計で9種類のコンクリート配合が調製され、いずれも水、結合材、レンガ骨材の基本比率は同じですが、廃材粉末の種類と割合を変えています。

強度、耐久性、耐熱性の試験

これらの配合が単なる環境配慮の実験以上のものかを判断するため、研究者たちは厳しい一連の試験を行いました。新鮮なコンクリートの流動性、乾燥後の密度、内部品質の指標である音波の伝播性を測定しました。圧縮強度が7日、28日、90日でどのように成長するか、そして欧州の設計規範下で構造用軽量コンクリートとしての性能を維持できるかを追跡しました。耐久性は、侵食性の土壌や海水を模した過酷な硫酸マグネシウム溶液に最大6か月浸漬する試験や、火災や高温曝露を想定して200度および400度に加熱する試験で調べられました。一般に多孔で水をよく吸うコンクリートは時間とともに脆弱になるため、吸水率と全体の空隙率も確認しました。

廃材ベースのコンクリートの性能

驚くべきことに、結合材に砕いたレンガ粉を用いた配合は、より精製された市販の粘土を使った配合とほぼ同様に振る舞い、強度の低下は小さく吸水の増加も抑えられていました。クリンカーを最大60％まで置換しても、これらのコンクリートは28日強度がおよそ24〜38メガパスカル、乾燥密度が1650〜1850キログラム毎立方メートルの範囲に収まり、構造用軽量コンクリートの範囲内に十分入っています。再生コンクリート粉末は石灰岩粉の代替としてはやや粗く、これを用いたコンクリートはやや弱く多孔質で、廃材そのものの不規則で多孔な性質を反映していました。それでも、廃材粉末とレンガ骨材を利用したすべての混合物が構造用途の基準を満たしました。全体として、LC3ベースの配合は厳しい条件に良く耐え、長期間の硫酸塩曝露で質量損失は0.7％未満、400度加熱後でも強度の80％以上を保ちました。

将来の建物にとっての意味

専門外の人向けに結論を述べると、細かく粉砕したレンガや古いコンクリートを主原料とし、慎重に調整した低炭素結合材と組み合わせたコンクリートは、実際の建物に使えるほど軽く強くなり得ます。トレードオフはあります：廃材を多く含む配合は吸水性が高く、再生コンクリート粉末を使う場合は最良の従来配合に比べて強度面で若干の不利が出ます。しかし、それらは依然として構造基準を満たし、セメントの最も炭素集約的な部分を大幅に置換し、解体廃材に第二の生命を与えます。これは、新しい建物の骨組みが古い建物の残骸から作られる未来を示唆しており、排出削減、原材料の節約、建設廃棄物の削減を安全性や性能を損なうことなく達成する可能性を秘めています。

引用: Sadik, E.K., Elrahman, M.A., Eltawil, K.A. et al. Impact of construction and demolition wastes on the performance of sustainable LC³-based structural lightweight concrete. Sci Rep 16, 13397 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-48036-x

キーワード: 持続可能なコンクリート, 建設廃棄物のリサイクル, 軽量コンクリート, 低炭素セメント, 再生レンガとコンクリート