淺沼組技術研究報告№33(2021)

３．名古屋支店改修工事への環境配慮型コンクリートの適用
Application of environment-friendly concrete to Nagoya branch renovation work
新田 稔＊1

山﨑 順二*2

要 旨
リニューアル工事における脱炭素化や環境配慮型建築物への改修ニーズに対応できる要素技術としての低炭素もしくは副産物利用を主要因とした環境配慮型コンクリートの実装のため，高炉スラグ微粉末高含有コンクリートと高炉スラグ細骨材使用コンクリートの 2 種類を名古屋支店改修工事に適用した。これらの環境配慮型コンクリートは生コン工場の現有設備を利用して製造することができ、品質面においても JIS に適合したコンクリートとして作業所に受入れられ，ワーカビリティーは良好であり、通常の生コンクリートと同様に扱うことができるものである。
本報は，最初に，産業副産物に由来する各種スラグ系細骨材を使用した環境配慮型コンクリートの特性を示し，これらの実験結果や研究成果に基づき，名古屋支店改修工事(作)に供給可能な 2 種類の環境配慮型コンクリートを選定して実施工に適用した事例について報告する。
キーワード：環境配慮型コンクリート／低炭素／資源循環／CO2 排出量
１．はじめに（以下，FA）を混和材として混合使用した，国内でも類SDGs にかかる低炭素化への技術的取組みに対するコをみない環境ンクリート材料面からの貢献を主目的として，環境配慮配慮型コンクリートである。

型コンクリートの研究開発をこれまで推進してきた。当

なお，前者の高炉スラグ微粉末高含有コンクリートは，社では，「よりよい循環」をキーワードとして掲げた Good

当社を含むゼネコン 13 社の共同研究で 2021 年 2 月に（一cycle Project が公表・推進されており，この取組みのひと財）日本建築総合試験所の建設材料技術性能証明を取得

つに名古屋支店リニューアル工事が位置づけられている。

した「CELBIC－環境配慮型 BF コンクリート－」を基本

そこで，当社のリニューアルブランディングに資するとして技術展開・応用したものであり，後者は，産業廃棄要素技術の実装およびその後の利用促進を目指し，低炭物抑制と有効利用などを意図して研究開発したものであ素もしくは副産物利用を主要因とした 2 種類の環境配慮る。

型コンクリートを本工事に採用することを提案した。
本改修工事に適用した 2 種類の環境配慮型コンクリー

２．副産物細骨材コンクリートの基礎的性質

トのうち，普通ポルトランドセメント（以下，N）を高炉

２－１．実験概要

スラグ微粉末（以下，BF）と置換した低炭素型の「高炉製鉄過程や非鉄金属の製錬により発生する産業副産物

スラグ微粉末高含有コンクリート」は，製鉄所から排出さに由来する副産物細骨材として，高炉スラグ細骨材（以れる産業廃棄物である高炉スラグ微粉末をセメントと置

下，BFS），電気炉酸化スラグ細骨材（以下，EFS），フェ換（3R：リユース）することで廃棄物の抑制に寄与し，ロニッケルスラグ細骨材（以下，FNS），銅スラグ細骨材

セメントの製造に由来する二酸化炭素の排出量を最大約（以下，CUS）を選定した。本実験では，副産物細骨材の60%削減することができる。

種類および混合率の違いがコンクリートの性状に及ぼす

他方，資源循環型の「高炉スラグ細骨材使用コンクリー影響を調査するための基礎的実験を行った。

ト」は，生コンクリートに多用されている人工の砕砂を製

２－２．実験計画

鉄所の副産物である高炉スラグ細骨材で全量置換（3R：実験に供した細骨材の品質を表－１に示す。副産物細リサイクル）し，さらに，フレッシュコンクリートの品質骨材として前述の FNS，CUS，EFS，BFS の 4 種類と，人改善を目的に火力発電所の副産物であるフライアッシュ工砕砂（以下 CS）を使用した。

*1 東京本店建築部 品質管理室 兼 技術研究所 建築材料研究グループ*2 技術研究所 建築材料研究グループ 兼 大阪本店建築部 品質管理室3-1

淺沼組技術研究報告№33(2021)

ここで，骨材の平衡気乾含水率は，温度 20℃，相対湿般にフレッシュコンクリートの空気量がやや増大する傾度 60％RH の恒温恒湿室内に静置した際の含水率とし，向にあると考えられたが，本実験では空気量調整剤の使恒温恒湿室内にて表乾状態にした後，質量が恒量になる用量を調整することにより，FNS，CUS，EFS，BFS を使まで静置し，その後 105±5℃で絶乾状態にして式(1)より用した全てのコンクリートにおいてフレッシュコンクリ算出した。

ートの目標値を満足した。

平衡気乾含水率（％）=（Wd-Wz）/Wz×100

表－２(1)

ここに，Wd：恒量になった時の質量(g)記号W/C（％）

Wz：絶乾質量(g)

細骨材
種類
S1CS0

また，比表面積は BET プロット法により相対圧力 30%

S2s/a（％）

WCS1S2CG1CG2－046.9180360

826

03745645046.9180360

413473374564

10049.9180360

0997

445445CUS5047.5180360413546374564EFS

5049.9180360

439578445445

50

41.5180360413426374564

10049.91803600898445445

FNS50における吸着量から算定した。なお，これらの比表面積は調合概要

混合率（％）

単位量 (kg/m3)

FNSFNS100

内部空隙を含んだ値である。

CUS50

スラグ系細骨材の品質について，表乾密度は，いずれの50CS

EFS50

スラグ系細骨材も CS に比べて大きく，吸水率については

BFS50
BFS

FNS が最も大きく，その他は CS よりも小さい。これは，BFS100

CUS，EFS，BFS 成分中に SiO2（ガラス質）が多く含まれていること，さらに CUS，EFS については鉄分を含有し表－３ているためである。また，平衡気乾含水率については CSと比較していずれも小さく，比表面積は CUS が極端に小さく，FNS，BFS はほぼ同等であった。
表－１

使用した細骨材の品質

細骨材種類記号

表乾密度(g/cm3)

微粒分量(%)

吸水率(％)

平衡気乾
含水率(％)

比表面積(m2/g)

砕砂CS

2.64

4.7

1.78

0.546.45

フェロニッケルスラグ細骨材

FNS

3.02

3.6

2.05

0.070.51

銅スラグ
細骨材

CUS

3.49

3.2

0.30

0.050.18

電気炉酸化スラグ細骨材

EFS

3.50

2.00.35―

―

高炉スラグ
細骨材

BFS

2.72

3.1

1.36

0.110.61

フレッシュコンクリートの試験結果

記号S2 混合率
（％）

スランプ
(cm)

空気量（％）Con 温度（℃）

CS0FNS50
FNS100
CUS50
EFS50
BFS50
BFS100050
100505050100

20.0
18.0
19.5
17.0
20.0
18.0
20.5

4.7
4.9
4.9
3.3
4.3
4.1
5.219192520262125

一方，副産物細骨材を使用した調合においては，CS に比べて細骨材自体の保水性が小さいためにブリーディング量が多くなることが懸念される。
そこでまず，予備実験として実施した副産物骨材を50%混合使用したコンクリートの FNS50，CUS50，BFS50におけるブリーディング試験を実施した。試験結果を図－１に示す。いずれも CS に比べてブリーディング量が多コンクリートの調合概要を表－２に示す。FNS およびくなり，CUS と BFS では CS の 2 倍以上に増大している

BFS の混合率は 50%および 100%の 2 種類，CUS およびが，いずれの調合においても，日本建築学会収縮ひび割れ

EFS の混合率は 50%のみとした。水セメント比は 50%と指針(案)に示されるブリーディング量の目標値

し，セメントには N を使用した。粗骨材は最大寸法 20mm0.3cm3/cm2 以下を満足している。一般に，ブリーディングの人工砕石を使用した。

量は細骨材中に含まれる微粒分量が少ない場合に増大すフレッシュコンクリートの練上がり時のスランプの目る傾向にあるが，この結果は，スラグ系細骨材の微粒分量

標値を 18±2.5cm，空気量を 4.5±1.5%とし，事前に試し練が CS よりもやや少ないことが要因と考えられる。予備実りを実施して調合を決定した。

験の結果から，副産物細骨材を 100%使用した場合にはブ２－３．予備実験の結果および考察リーディング量がさらに増大することが予測される。特（１）フレッシュコンクリートの性状に，CUS のブリーディング量は最も大きく，100%での使表－３に，練上がり時のフレッシュコンクリートの試用は困難であると推察される。

験結果を示す。副産物骨材を混合使用することにより一3-2淺沼組技術研究報告№33(2021)

ヤング係数比2.01.51.00.50.0

図－１

副産物細骨材のブリーディング量（50%混合）

FNS50（２）硬化コンクリートの性状

図－３

圧縮強度試験結果を図－２に，ヤング係数の測定結果

FNS100CUS50EFS50BFS50BFS
100CS に対するヤング係数比

1.0

乾燥収縮ひずみ比を図－３に示す。両図には，CS を用いたコンクリートの圧縮強度（48N/mm2）およびヤング係数（30kN/mm2）に対して，副産物細骨材を使用したコンクリートの圧縮強度およびヤング係数の比率を示している。
圧縮強度比およびヤング係数比は，副産物細骨材の混0.80.60.40.20.0

合率が多いほど増加し，特に，FNS を 100%用いたコンク

FNS50リートの圧縮強度比の増大傾向が大きくなった。圧縮強度およびヤング係数の増進効果には，副産物細骨材の表

図－４層部とセメントマトリックスとの反応が生じており，遷FNS
100CUS50EFS50BFS50BFS
100

CS に対する収縮ひずみ比

２－４．ブリーディング量の低減に関する検討

移帯が若干でも改善されている可能性があると考えられ（１）コンクリートの調合概要る。

副産物細骨材を使用したコンクリートのブリーディン（３）収縮ひずみ（長さ変化率）

グ量を低減するための手法として，火力発電所の副産物

図－４に，CS を用いたコンクリートの収縮ひずみ（7×10－4）にで あ る FA( Ⅱ 種 ) を 混 和 材 料 と し て 副 産 物 細 骨 材 の対する副産物細骨材を使用したコンクリートの収縮ひずみの比率20vol%の割合で混合使用することとした。また， 混合率を示す。砕砂 CS を用いたコンクリートに対し，副産物細骨材を用50%の際にブリーディング量が最も多くなった CUS についたコンクリートの収縮ひずみは，混合量に応じていずれも低減いては本検討から除外し，実験の対象としたコンクリーされ，100%では低減効果が顕著となることが確認できる。このひトは比較用の人工砕砂 CS を使用したコンクリートを含ずみの低減についても，上記のセメントマトリックスと副産物骨材んで全 7 調合とした。

界面の影響とともに，骨材自体の剛性にも関連しているものと推表－４に，実験に供したコンクリートの使用材料を示察される。

す。副産物細骨材として，ここでは FNS，BFS，EFS の 3以上の予備実験の結果から，副産物細骨材を使用した種類を用いて検討した。その他の材料は予備実験と同様

コンクリートは，ブリーディング量が増大する反面，圧縮であり，セメントには N を，比較用の細骨材として砕砂強度，ヤング係数は混合率が増大するほど大きくなり，かCS を使用した。

つ，収縮ひずみが低減されることが確認できた。

表－５に調合の概要を示す。表中の種類の記号は，「使環境配慮の観点から更に有意なコンクリートを思考す用した細骨材-副産物細骨材混合率-フライアッシュ混合率」を表す。全ての調合において，水セメント比を 50%，講じることが必要と考える。

単位粗骨材量を 890kg/m3 の一定とした。副産物細骨材の圧縮強度比るためには，ブリーディング量を低減するための対策を2.0

混合率は FNS と BFS を 100%，EFS のみ 50%とした。さ

1.5

らに，副産物細骨材の 20vol%を FA で内割置換した。

1.0（２）フレッシュコンクリートの性状0.5

表－６にフレッシュコンクリートの性状を示す。化学0.0FNS50FNS
100CUS50EFS50BFS50

混和剤（Ad および AE）の使用量を調整したが，練上がBFS
100

り状況に示すように FA を混合することで粘性がやや大きくなる傾向が伺えた。BFS100 においては粘性が極めて

図－２

CS に対する圧縮強度比

3-3淺沼組技術研究報告№33(2021)

大きくスランプおよびスランプフローが小さくなった。

以上，ブリーディング量低減のための検討の結果，副産FA を 20vol%混合することによって粘性とワーカビリテ物細骨材を使用したコンクリートに FA を適切に混合使ィーがやや改善された。

用することによって，ブリーディング性状が大きく改善され，良好なフレッシュ性状を確保できることが分かっ

表－４ 使用材料
記号た。

骨 材品 質セメント

C

普通ポルトランドセメント（密度:3.15g/cm3）

フライアッシュFA

JISⅡ種（密度：2.32g/cm3 ，強熱減量：1.2％）

副産物

FNS

フェロニッケルスラグ（密度2.9g/cm3，吸水率2.18％，細骨材

BFS

高炉スラグ（密度 2.72g/cm3，吸水率 0.44％，（S2）EFS

電気炉酸化スラグ（密度 3.52g/cm3，吸水率0.35％，砕砂（S1）CS

硬質砂岩砕砂（表乾密度 2.66g/cm3，吸水率1.76％）

砕石

G

茨木産砕石（表乾密度 2.69g/cm3，実積率 58.0％）

混和剤

Ad

高性能 AE 減水剤（標準形）

AE

空気量調整剤

1.0
ブリーディング量(cm3/cm2)

使用材料

0.8
0.6
0.4
0.20.0CS

図－５FNS100 FNS80 BFS100 BFS80 EFS50 EFS40＋20＋20＋10

フライアッシュ使用によるブリーディング量表－５ 調合表
混合率s/a（％）（％）

CS0FNS100100FNS80-20

記号

単位量 (kg/m3)

AdAE（４）副産物細骨材コンクリートの収縮ひずみ(C×%)
WFACS149.9

180036049.9

1800360

8044.4180147

BFS10010049.3

185

BFS80-20

8043.8EFS505049.9

EFS40-104047.3

副産物細骨材を使用したコンクリートのブリーディン

S2G8780890

0.83A

グ量を低減するためには，FA の混合が有効であることが

0987

890

0.60.5A確認できた。そこで，FA の混合が副産物細骨材を使用し

360

0789

890

0.530A

0370

0875

8900.2

1Aたコンクリートの収縮ひずみに及ぼす影響を評価した。

1851433700702890

1.030A

図－６に，φ100×200mm 供試体による自由収縮ひず

18003604395818900.71A

180743604394658900.220A

みの測定結果を示す。予備実験と同様に，BFS および FNSにおいて大きな収縮ひずみ低減効果が得られている。また，いずれの調合においても，乾燥初期から 100 日程度

表－６ フレッシュコンクリートの性状
スランプ
(cm)

スランプフロー 空気量 コンクリート
(cm)
(％)
温度(℃)

練上がり

までは FA を混合することにより収縮ひずみの増加量が状況大きくなる傾向が伺えるが，その後の長期材齢において

CS

18.5

32.5×31.5

5.025.0

良FNS100FNS80-20

21.5
18.5

43.0×42.0
32.5×31.5

3.7
3.5

25.0
26.0

やや軟粘性大BFS100
BFS80-20

17.5
19.0

27.0×26.5
32.5×31.5

4.8
4.5

25.025.0

粗粘性大

EFS50
EFS40-10

18.5
16.531.0×30.5
28.5×28.0

3.54.125.025.0

やや粗良は FA 混合の有無による収縮量が漸近している。
700

自由収縮ひずみ(×10 -6）

調合（３）ブリーディング量600500400300CSFNS80FA20
BFS80FA20
EFS30FA20200
10000

図－５にブリーディング試験の結果を示す。予備試験と20406080100FNS100
BFS100EFS50120140160

乾燥期間(日）同様の傾向であり，副産物細骨材を使用することによっ

図－６

φ100×200mm 供試体による自由収縮ひずみて CS に比べてブリーディング量は増加している。この要因は，副産物細骨材の密度が CS よりも大きいことや，細さらに，副産物細骨材コンクリートの実大レベルの壁骨材表面が滑らかであるためと考えられる。

部材での収縮特性を確認するため，図－７に示す形状の一方，FA を 20vol%混合することによって副産物細骨壁状試験体を作製した。併せて，ブリーディングが収縮ひ材を使用したコンクリートのブリーディング量が大きくずみに及ぼす影響を調査するため，高さ方向に 4 ヶ所の改善され，CS コンクリートとほぼ同等となった。この結収縮ひずみを埋込み型ひずみゲージを用いて計測した。

果から，FA を混合することによるブリーディング量の大図－８に，乾燥期間 160 日における自由収縮ひずみのきな低減効果が確認できた。

測定結果を示す。壁状試験体においても，副産物細骨材を3-4

淺沼組技術研究報告№33(2021)

使用することによって自由収縮ひずみが低減されることトを採用するにあたり，まずは地産地消の材料およびレが確認できた。また，高さ方向による自由収縮ひずみの違ディーミクストコンクリート工場の現有設備で製造できいつまりブリーディングによる影響は FNS100 を除いてることを最低条件とし，加えて，品質および性能が既往のほぼなく，ブリーディング量 0.5cm3/cm2 以下のコンクリ実験や研究実績によりあらかじめ確認されている環境配ートにおいては，ブリーディングによる収縮ひずみへの慮型コンクリートを選定して本工事に適用することとし影響は顕著ではないと考えられる。

た。
４－２．環境配慮型コンクリートの適用部位
本工事では，「高炉スラグ微粉末高含有コンクリート」を建物東面の屋外階段の基礎部に，また，「高炉スラグ細骨材使用コンクリート」を，土材料を表面に塗布する西面ファサードのコンクリート手すりにそれぞれ採用することとした。
４－３．環境配慮型コンクリートの詳細
ポルトランドセメントを BF と置換した「高炉スラグ微粉末高含有コンクリート」は，本工事においては，BB にBF を混和材として別計量にて混合することにより，高炉

図－７セメント C 種相当の BF の含有量（約 70wt%）を確保し壁状試験体の形状た。
900

また，「高炉スラグ細骨材使用コンクリート」は，砕砂高さ（mm）720を 高 炉 ス ラ グ 細 骨 材 で 全 量置 換 し ， さ ら に 細 骨 材 のCS
FNS100FNS80-20
BFS100
BFS80-20
EFS50
EFS40-10540360
18000

図－８10020vol%を FA で内割置換することで品質改善を図った，
前述の実験に含まれる BFS80-20 と同等の水セメント比50%のコンクリートを実施工に使用することとした。なお，本工事に納入予定の生コン工場は高炉スラグ細骨材
200300400500600（BFS）を骨材サイロに常備しており，JIS 品のコンクリ

700

自由収縮ひずみ（×10-6）ートの細骨材の一部に使用していることに加え，前章に壁状試験体による高さ別の自由収縮ひずみ示した実験結果により砕砂 CS を用いたコンクリートよりも収縮ひずみが低減されることにも考慮して調合を選３．高炉スラグ微粉末高含有コンクリート定した。

高炉スラグ微粉末高含有コンクリートは，当社が 2021４－４．高炉スラグ微粉末高含有コンクリートの年 2 月に取得した建設材料技術性能証明「CELBIC」の技性能確認のための試し練り術を基本としており，具体的には、単位セメント量の高炉スラグ微粉末高含有コンクリートは結合材が高炉70wt%が BF となるように，N に混和材である BF を混合セメント C 種相当となるため，例えば N や BB と比較しし，高炉セメント C 種相当のセメントとして生コン工場て一般に初期強度の発現性が遅延することや長期強度発で製造するものである。しかし、今回の改修工事において現の遅れが懸念されるため，室内試し練りにより強度発は，生コン工場の設備の都合により BB に BF を混合し，現性を確認することとした。

高炉セメント C 種相当のセメントとした。これにより，試し練りを行ったコンクリートは，工場が JIS 化していポルトランドセメントの使用量を最大で 70wt%程度減少

る BB セメントの標準調合における呼び強度 24，30，36させることができ，その結果，セメント由来の CO2 排出の 3 水準のコンクリートに BF を混合して製造した。

量を最大で約 60%程度削減することに繋がる。

高炉スラグ微粉末高含有コンクリート（BC 相当コン）

４．名古屋支店改修工事への適用の材齢 28 日における圧縮強度と結合材水比の関係を図－４－１．適用の方針９に示す。図中には，工場の BB における B/W-σ式を併ReQualit のモデル事業として位置付けられた名古屋支記したが，その工場 BB 算定式よりも約 5N/mm2 安全側の店のリニューアル工事において，環境配慮型コンクリー強度発現を示した。この結果から，本工事において使用す3-5

淺沼組技術研究報告№33(2021)

るコンクリートは，JASS 5 に基づく調合管理強度に応じた呼び強度を設定することとし，打込み時期に配慮して水結合材比 47%（呼び強度 33 相当）のコンクリートを実施工に使用することとした。

圧縮強度 (N/mm2)60
室内 = 27.0B/W - 13.19
R² = 0.97

5040

工場BB算定式30

写真－２

西面手すり壁(目荒らし処理後)

６．おわりに

20
1.5

図－９2.02.5

リニューアルブランディングに資する技術開発として3.0

結合材水比（B/W）

研究開発した，脱炭素もしくは SDGs に寄与する 2 種類圧縮強度と結合材水比（BC 相当コン）の環境配慮型コンクリート（高炉スラグ微粉末高含有コ４－５．実施工

ンクリート・高炉スラグ細骨材使用コンクリート）を名古

2 種類の環境配慮型コンクリートは，生コン工場の現有屋支店のリニューアル改修工事に適用した。の設備を使用して製造し，JIS A 5308 に示される品質に適前者は技術審査証明を取得した「CELBIC」の技術を応合するコンクリートとして作業所に受入れた。打込み時用し，普通コンクリートと比較して 60%の削減を実現し期および打込み量は，高炉スラグ微粉末高含有コンクリた低炭素型のコンクリートであり，後者は，副産物の最大ートが 2020 年 12 月中旬に約 15m3，高炉スラグ細骨材使限の利用に加え収縮ひずみを普通コンクリートの 50%程

用コンクリートは 2020 年 12 月中旬～翌年 2 月の間に約度に低減した高品質の環境配慮型コンクリートである。

50m3 であった。

両者とも生コン工場の現有設備で製造でき，特殊な設備

生コン工場からの運搬時間は概ね 30 分程度であり，ポを整備する必要が生じなかった。

ンプにて圧送して打込んだ。荷卸し時のフレッシュコン

今後も，納入条件や工場設備などの条件が整うリニュ

クリートの性状は，いずれもスランプ 21cm～22cm 程度，ーアル工事において環境配慮型コンクリートの積極的活

スランプフローの平均は高炉スラグ微粉末高含有コンク用を推進するとともに，当社のリニューアル工事におけリートが 38cm，高炉スラグ細骨材使用コンクリートがる脱炭素化や環境配慮型建築物への改修ニーズに応じた

35cm であり，後者の方がやや粘性が高いコンクリートでReQuality ブランドとしての実装を展開したい。

あることがわかる。施工性についてワーカビリティーや圧送性は良好であり，通常の生コンクリートと同様に打【謝込むことができた。

辞】

環境配慮型コンクリートの実施工への適用に際し，名写真－１に，高炉スラグ微粉末高含有コンクリートを

古屋支店改修工事作業所の皆様には多大なるご協力をい打込んだ外部階段の基礎部の状況を，写真－２に，高炉ス

ただきました。ここに記して感謝の意を表します。

ラグ細骨材使用コンクリートを使用した西面の手すり壁を示す。この壁には後に土左官材を塗布するため，型枠に【参考文献】

設置した目荒らしシートにより表面処理された後の状況

1)である。

安田慎吾・今本啓一・清原千鶴・原品 武・山﨑順二・前田朗：スラグ系細骨材を用いたコンクリートの収縮ひび割れ抑制効果に関する基礎的研究 その 1～2, 日本建築学会大会学術講演梗概集, pp.381-384, 2019.92)

安田慎吾・今本啓一・清原千鶴・原品 武・山﨑順二・前田朗：スラグ系細骨材を用いたコンクリートの収縮ひび割れ抑制効果に関する基礎的研究 その 3～4, 日本建築学会大会学術講演梗概集, pp.123-126, 2020.93)

安田慎吾・今本啓一・清原千鶴・原品 武・山﨑順二・加藤猛：スラグ系細骨材を用いたコンクリートの収縮ひずみに及ぼす影響 その 1～2, 日本建築学会大会学術講演梗概集, pp.165-168, 2021.9

写真－１

外部階段の基礎部

3-6