処理済廃水がコンクリートの機械的性質と耐久性に与える影響

コンクリートにおける再利用水の重要性

都市の成長と気候変動による圧力が高まる中、清潔な水の確保は難しくなっています。いっぽうで、コンクリート産業は混練や養生に大量の淡水を使用します。本研究は実用的で重要な問いを投げかけます：処理を適切に行った廃水は、コンクリート製造時に飲料水の代わりに使っても、強度や長期寿命を損なわずに済むか？その答えは、淡水資源への負荷を軽減しつつ建築物やインフラの安全を保つ助けになります。

廃水を建設資源へ変える

研究者らは三種類の水を用いてコンクリートを比較しました：通常の水道水と、エジプトの異なる処理施設から採取した二種類の処理済廃水です。三者とも一般的な水質基準は満たしていましたが、溶存塩類や微粒子などの含有量に差がありました。各水を使ってコンクリートを調合し、完成した試験体は現地の実際の施工を想定して、水道水または処理済廃水のいずれかで養生しました。

圧縮・引張・剛性など強度試験での挙動

新鮮な混和状態の取り扱いやすさと、経時的な圧縮強度・引張強度・剛性を評価しました。処理済廃水を用いると、新しい混合物の作業性が低下しました。これは水中の微細粒子が実効的に自由水を減少させ、流動性を落としたためです。初期の段階では、処理済廃水で調合または養生したコンクリートは水道水で作ったコンクリートよりも圧縮強度が低く出ました。しかし、経時的にこれらの差は縮小し、60～90日ではほとんど小さくなりました。溶存固形分が多い一つの処理水は、微細粒子が硬化体内の微小空隙を充填する効果で、対照混合物に近い強度まで達しました。

長期耐久性に関する所見

基本的な強度に加え、長期のひび割れや損傷に関わる水や塩化物イオンの浸透性を調べました。測定項目は吸水率、加圧浸透の深さ、塩化物イオンの透過性、毛管差し込み速度などです。これらの試験の多くで、処理済廃水の影響は控えめであり、一つの処理水混合物は水道水コンクリートとほぼ同等の性能を示しました。顕微鏡観察でも裏付けられ、対照コンクリートが最も密な内部構造を持つ一方で、性能の良い処理水混合物は性能の劣るものよりも結晶ネットワークがより整然としていることが示されました。

コンクリート内部の鋼材に対する隠れたリスク

処理済廃水が懸念を示したのは、ほとんどの構造用コンクリートに埋め込まれる鉄筋の保護です。加速腐食試験では、処理済廃水で作られたコンクリート中の鋼材が対照混合物の鋼材よりも明らかに多くの質量を失いました。これは廃水中の塩化物濃度が許容範囲内であっても観察されました。研究者らは、全溶存固形分の増加に伴う電気伝導度の上昇が腐食の発生や進展を容易にする可能性を指摘しており、他の耐久性指標が許容範囲であっても腐食リスクが高まることがあり得ます。

今後の建築実務への示唆

一般読者向けの要点は、適切に処理された廃水は飲用水で作ったコンクリートとほぼ同等の強度と基本的な耐久性を、特に経時的には示し得るということです。しかし同時に、鉄筋の錆びやすさを高める傾向もあります。本研究は、ブロック、舗装、非構造部材など鋼材を含まないコンクリート製品には処理済廃水が有望な選択肢であることを示唆しています。水質の厳格な管理と腐食に関する成分の影響をさらに解明する研究が進めば、処理済廃水は建設分野で貴重な淡水節約手段となり得ます。

引用: Abdelazim, O., Abdel-Latif, I., Ismail, S. et al. Impact of treated wastewater on the mechanical properties and durability of concrete. Sci Rep 16, 15497 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-52561-0

キーワード: 処理済廃水, コンクリート耐久性, 再生水, 鋼材腐食, 持続可能な建設