ISSN 2436-0856

NIKKO
TECHNICAL REPORT

2024

04

NO.005N IKKOTE C HNICALRE PORT
NO. 00 5

本社〒674-8585
兵庫県明石市大久保町江井島1013番地の1

TEL.078-947-3131（代）
事 業本 部〒101-0062
東京都千代田区神田駿河台3丁目4番地の2（日専連朝日生命ビル5F）

TEL.03-5298-6701（代）https://www.nikko-net.co.jp/

沿
1919-

1940-

1960-

1921

兵庫県神戸市に出資金 50 万円を以て「日本工具製作株式会社」設立
兵庫県明石市に工場を新設
初商品となるショベルを発売
本社を明石市に移転

1949
1951
1956
1958

大阪証券取引所に上場
コンクリートミキサ・ウインチなどの建設機械の製造を開始
生コンクリートプラントの製造を開始
アスファルトプラントの製造を開始

1962

江井島工場 ( 敷地約 10 万 m2)を新設し、製造を開始
東京証券取引所第一部に上場
パイプサポートの製造を開始
パイプ足場の製造を開始
各種コンベヤの製造を開始
日本工具製作株式会社を日工株式会社に社名変更
合材サイロの製造を開始
アスファルトプラントのオペレーター研修センターを開設
日工電子工業 ( 株 ) 設立
西独ベニングホーヘン社と技術提携
代理店組織 トンボ会 を結成
米国ボーイング社との技術提携

1919
1920

1963
1966
1968
1969
1971
1974
1977
1979

1980-

1981
1986
1988
1989

1991
1994

1995
1999

2000-

革

2000
2001

2002

2004
2008
2018
2019
2020
2022
2023

生コンクリートプラントオペレーター研修始まる
東京技術サービスセンターを開設
台湾連絡事務所開設 ( 現：台北支店 )日工取引先持株会発足
協力工事店組織 アキツ会 を結成
財団法人日工記念事業団設立
ベニングホーヘン社 (ドイツ)と資本提携
決算期を11月30日から3月31日に変更
ニッコーバウマシーネン( 有 ) 設立
資本金 91 億 9,760 万円に増資
トンボ工業 ( 株 ) 設立
日工セック( 株 ) 設立
北京駐在員事務所開設 ( 現：日工上海北京事務所 )( 社 )日本建設機械化協会奨励賞受賞
海外事業部開設
油汚染土壊浄化システムの製造・販売を開始
プラスチック再商品化プラントの製造・販売を開始
中国現地法人日工 ( 上海 ) 工程機械有限公司設立
環境計量事業所を開設
Bilfinger Berger Umwelt 社 (ドイツ)と汚染土壌浄化事業で業務提携( 株 ) 新潟鐵工所とアスファルトプラント部門スポンサー引き受けについて基本合意( 株 ) 新潟鐵工所との財産等譲渡契約書の正式締結
日工 ( 上海 ) 工程機械有限公司、嘉定工業区への工場新設及び移転
株式会社前川工業所の全株式の取得により子会社化
自走式破砕機等を取り扱うモバイルプラント事業部を発足
創立 100 周年を迎える
NIKKO ASIA (THAILAND) CO., LTD. 設立
NIKKO NILKHOSOL CO., LTD. 設立
宇部興機株式会社の全株式の取得により子会社化
株式会社松田機工の全株式の取得により子会社化

NIKKO
TECHNICAL REPORT
2024.04
NO.005NIKKO TECHNICAL REPORT│NO.005

CONTENTS

巻頭言

05 ・・・・・・ 建設バック・トゥー・ザ・フューチャー
東京大学大学院工学系研究科 建築学専攻
教授 野口 貴文論文

09 ・・・・・・ 空練りによるフロック形成が高強度コンクリートのスランプフローに与える影響［出典］
コンクリート工学年次論文集，Vol.45，No.1，pp.826-831，2023

坂本

恭裕

他

巻頭言
INTRODUCTION

15 ・・・・・・ 廃石膏ボードを由来とする重金属類の不溶化特性を有した土壌改良材の開発とその変遷
［出典］
オリジナル

蓬莱

秀人

37 ・・・・・・ コンテナを用いたアスファルト混合物の輸送時間拡大に向けた検討
［出典］
オリジナル

寺内

崇仁

他

45 ・・・・・・ 水素バーナの開発 〜Phase2 アスファルト混合物製造試験〜
［出典］
オリジナル

長谷川 修磨他

51 ・・・・・・ 無水石膏製造設備の安定した急速冷却キルンの開発
［出典］
オリジナル

柳井

瑛

他

製品紹介

61 ・・・・・・ 自走式インパクトクラッシャー「 KLEEMANN 社製 MR110i EVO2 」について
65 ・・・・・・ IoTプラットフォーム 遠隔監視システム「 remoop 」
67 ・・・・・・ 仮設昇降階段システム ハングユニット-R
69 ・・・・・・ 合材サイロ遠隔出荷操作盤 SiiLO
73 ・・・・・・ 画像認識 AIによる骨材判別システム「 GraSanMan 」
75 ・・・・・・ 前川工業所製 小型解砕機
製造設備紹介81 ・・・・・・ ＡＩネスト導入による材料歩留り向上
83 ・・・・・・ 浸水防止性能試験場 設備紹介
編集後記

88 ・・・・・・ 企業理念
89 ・・・・・・ 編集後記
3

4

NIKKO TECHNICAL REPORT

建設バック・トゥー・ザ・フューチャー

横浜山下町に建設された。当時、一般的なコンクリートの配（調）合は、セメント：砂：砂利の割合が 1：2：4であり、コンクリートの打込み部位に適した軟度が得られるように水が加えられていた。そのため、コンクリートを打込みやすい床スラブは水量が少な
くて済み、軟らかいコンクリートでなければ打込みが困難となる柱・壁では多くの水を必要としたため、当時の構造物では、現状とは逆に、コンクリートの強度は柱・壁よりも床スラブの方が高いことが多い。すべての材料は1 回の練り量に応じて
「切箱」
（1切

東京大学大学院工学系研究科
建築学専攻

教授

野口 貴文

と称する木箱で容積計量された後、手練り、あるいはキューブ形ミキサ、
ダブルコーン形ミキサまた=1 立方尺 = 約 27.8リットル）
はドラム形（円筒形）
ミキサによる練混ぜが行われていた。練り混ぜられたコンクリートは、2 人一組でバケツや樽で運ばれ、現場
でバラ板と桟木とを組み合わせて製作された型枠内に打ち込まれた後、硬練りコンクリートでは、木製の蛸で叩くようにして層の上面に水がしみ出るまで突き固められたり、丸竹・割竹の棒で突き固められたりしたが、軟練りコンクリートでは、先端に木製・鉄製の平らなへら状のものが付いた棒を用いて突きおよび撹拌がなされた。
このように、1924 年におけるコンクリートの製造・施工
技術は原始的なものであり、コンクリート製造・打込みは土工・雑工が担い、工事機械の運転は鳶工が担うといったように、施工者の知識は乏しく、知識ある設計者の監督指導の下でコンクリート工事が行われていた。
もし、現在、大規模プロジェクトの建設「 成功という芽が成長していき、姿を整えていく」
2024 年（令和 6 年）は、十干十二支では「甲辰（きのえ・たつ）」の年であり、年になる。
しかし、年明け早々に能登半島地震が発生し、不安な幕開けとなってしまった。被災された方々には心よりお見舞いを申し上げたい。現地では現在も復旧・復興作業が進められているが、今後、港湾や鉄道・道路の修復、仮設住宅の建設、生活インフラの整備などが早急に進められ、一刻も早く日常が取り戻されることを祈念する。
日本列島は、北米プレート、ユーラシアプレート、太平洋プレート、
フィリピン海プレートという4 つのプレート上に存在しており、幾つもの活断層を抱えている。そのため、何年かおきに巨大地震に見舞われるのは宿命であり、その境遇を踏まえての街づくり、
交通網の整備、
コミュニティの形成などを心がける必要がある。構造物の設計は、地震被害の調査を受けて確実に進歩してきている。1978 年（昭和 53 年）の宮城県沖地震を受けて建築基準法が 1981 年（昭和 56 年）に改正され、建築物は「旧耐震」から「新耐震」に変わった。
しかし、建築物の寿命は10 数年と短いわけではなく、既存不適格（旧法・旧規定の基準で合法的に建てられた建築物）と呼ばれる建築物は一定数必ず存在し続ける。その結果、1995 年（平成 7 年）の兵庫県南部地震（阪神淡路大震災）では、旧耐震と新耐震との間で住宅被害に大きな差が生じ、明暗を分けることとなったことは、今も記憶に鮮明に残っている。
このように、構造物の設計は時代とともに変化してきている。それにもまして、構造物の建設技術、材料の製造技術、および品質管理・検査技術の変化・進歩は著しい。

2024 年現在、多くの新設構造物の建設現場は、パネルやシートで囲われているため、中の詳細な様子を伺い知ることはできにくいが、その中に入ると、トラックによって運び込まれた建設資材が立ち並んだクレーンによって運搬され、様々な重機が行き交
い、単管パイプで組み立てられた足場・支保工が設置され、ポンプで圧送されたコンクリートが合板と締付け金物で形成された合板型枠中に打ち込まれて振動機で締め固められるといった光景が広がる。当然、作業服を着てヘルメットを被った多くの建設労働者が、墨出し、組立て、接合・溶接、加工・切断などの作業を人力で朝から夕までこなしている。建設業は、未だに最も労働集約的な産業の一つであることは間違いなく、昨今の情報化技術の飛躍的な発展にも関わらず、他産業と比較して生産効率の向上もそれほど図られてきていない。そのためか、近年、若手労働者、特に若手の建設技能労働者の不足が深刻な状況となっており、さらに生産効率が低下することが懸念される。構造物の解体工事現場でも同様に、パネルやシートで囲われた中で、重機を用いた部材の切断・解体・圧砕、労働者による鉄鋼の溶断などの作業が繰り広げられ、分別された建設廃棄物がダ
ンプトラックに積まれて運び出され、中間処理場などに運搬されていく。
また、建設資材の製造に関しては、鉄鋼は現在、高炉においては、鉄鉱石（酸化鉄）を原料とし、石炭から製造されたコークスを燃料兼還元剤として用い、シリコン・イオウ・リンなどの不純物除去用に石灰石を用いて製造されているが、電炉においては、電気エネルギーを用いて原料である鉄スクラップを溶融して製造されている。将来、新たな構造物の建設が不要になり、鉄鋼を高炉で新たに製造する必要が無くなって、高炉材がすべて電炉材に全て置き換わるとともに、電気エネルギーが再生可能エネルギーに転換されれば、鉄鋼は、完全にカーボンニュート
ラルでクローズドリサイクルが可能な建設資材になる。一方、コンクリートは現在、石灰石と粘土源（他産業の副産物が多く利用され、資源循環にある程度貢献してはいるが）から製造されたポルトランドセメントを水と練り混ぜて得られる結合材によって、砕石・砕砂・砂利・砂が繋ぎ合わされて製造されている。そして、廃コンクリートは、若干量がコンクリート用再生骨材として利用されてはいるが、そのほとんどは路盤材などへのダウンサイクリングとなっており、再びコンクリートに戻ることのないほぼ一方的な流れとなっている。鉄鋼およびコンクリートは、現在、構造物の建設においては必要不可欠の建設資材となっており、世界中で大量に使用されてはいるが、今後、2050 年カーボンニュートラル社会の実現に向けて、両者には生き残りをかけた未曽有の試工事を任されている現場監督がタイプスリップして、100 年前の建設現場に突如現れ、同潤会アパートの建設現場を任されたとすると、その監督は何を考え、どのような行動に出るだろうか。現在用いている建設機械・機器・設備・装置類を欲し、それらを絵に描いて関連企業に開発を促そうとしたとしても、半導体やプリント基板自体があるわけではないので、現在の機器・装置類の実現は不可能である。むしろ、周囲から奇妙に思われ、要注意人物として扱われてしまうことになりかねない。そのため、2024
年までに獲得してきた知識・経験を総動員するとともに知恵を振り絞って、1924 年における機器・装置類を駆使して、材料性能を高め、施工品質を安定させ、生産効率を向上させるための様々な取組みを行うであろう。つまり、100 年後の建設現場を思い描いての改善・開発である。
このことは、やがて、100 年かからずして実を結ぶこととなるに違いない。
では、100 年後の2124 年、建設資材として何が用いられ、建設現場はどのような状態になっているのであろうか。
ここ数年の兆候からすると、2050 年カーボンニュートラル社会の実現に向けて、建設資材のカーボンニュートラル化に向けた変革が急速に進み、
コンクリートはCO2を原料として製造される形になっているものと予想される（期待を込めての予想ではあるが）。
より理想的には、地球上のすべての資源の元素レベルでの循環がコントロールされた形で建設活動が営まれ、その建設活動に必要なエネルギーもすべて再生可能エネルギーで賄われているであろう。すなわち、建設資材のすべては解体された構造物から再生される。そして、工場において再生建設資材を用いて部材の自動製造がなされ、部材が建設現場に自動搬送され、ロボットによる自動組立てがなされることにより構造物が完成するか、または、再生建設資材が建設現場に自動搬送され、ロボットによる自動化施工がなされることにより構造物が完成することになる。
これらの動力源はすべて電気エネルギーであり、建設現場の騒音・振動は格段に低減するであろう。
また、ロボットによる構造物の自動解体後、建設廃材は、その場で化合物（元素）ごとに分別されて、中間処理場（または建設資材再生工場）に自動搬送されて、次なる建設工事へと利用されていく（下図参照）。
このような循環は、場所を越え、時代を越えたサプライチェーンとして最適化が図られた形になっているであろう。つまり、ある地域・時代に生じる建設活動・解体活動と、別の地域・時代に生じる建設活動・解体活動とはチェーンで繋がっており、その最適化
はAI が図っているという世界である。
もし、そのような時代に上記の現場監督がタイプスリップしたとすると、その監督はどのような仕事を見出し、社会に貢献しようとするであろうか。2124 年の建設現場における人間の業務とは何であろうか。
もしかしたら、ロボットの点検業務しか人間の仕事はなくなっているかもしれない。
いや、ロボットの点検すらロボットが行っているかもしれない。
ロボットのスイッチのオンオフすらも自動でなされていることは容易に想像できる。残念ながら、私には、100 年後の建設資材製造工場や建設現場における人間の仕事を見出す想像力は無さそうである。想像力
豊かな方は、是非、100 年後に人間はどのような仕事を行っているか、思い描いてみていただきたい。私にも確実に言えるのは、100年先の建設資材の製造方法、構造物の建設方法・手順に思いを馳せ、一歩でもその夢を実現できるように研究開発を進めるとともに、100 年後にも残存する構造物となるよう、その設計・建設、利用
建設資材の製造を確実に行っていかなければならないというくらいである。

練が待ち構えている。
今から100 年前の1924 年（大正 13 年）、大正関東地震（関東大震災）の翌年、同潤会アパートが代官山、青山、江戸川橋、

2024│NO.005

https://www.t.u-tokyo.ac.jp/press/pr2023-10-03-001

建設バック・トゥー・ザ・フューチャー

建設バック・トゥー・ザ・フューチャー

─ 5 ─

─ 6 ─

2024│NO.005

MEMO

論文
PAPER

2024│NO.005

─ 7 ─

8

N I K KO T E C HN I CA L RE PO RT

空練りによるフロック形成が
高強度コンクリートのスランプフローに与える影響
坂本

恭裕*1・川崎佑磨*2・福山 智子*3・金侖美*4

2. 空練りが各フロー値に与える影響

スランプフロー値差は20cmを超過している。
これは，JIS A

2.1 実験概要

5308にも記載されているコンクリートのスランプフロー60cm

本項では，本報において記述する全ての実験において共の場合の規定である±10cmよりも大きい。

通の概要を示す。実験対象とした設計基準強度80N/mm2のこのスランプフロー値差が生じた要因としては，粗骨材投

高強度コンクリートの配合を表−1に示す。本研究では，
この入後の練混ぜではなく空練りが寄与していると考えられる。

配合から，使用したミキサでの練混ぜ可能量である36L当たり

その理由として，①既報 3 ）で空練りがモルタルフローに大きくの必要材料値を計算して後述する各試験を行った。使用材

スランプフロー値差と寄与していること，②ミキサA・Bともに，料を表−2に示す。

空練り時間の増加に伴うフローの増加率は同程度であることが挙げられる。

混和剤は単位セメント量に対して添加した。添加量は，各試

要旨：高強度コンクリートの施工の増加が見込まれており，製造技術も対応していく必要がある。高強度コンクリートの流動性は，同配合・同環境でも，練混ぜ条件によって大きく異なる場合がある。本研究では，2軸強制練りテストミキサによる高強度コンクリート配合の練混ぜにおいて，空練り（練混ぜ初期における細骨材とセメントの練混ぜ）による流動性変化に着目した。
その結果，空練りによるスランプフロー値差を確認し，Cryo-SEM，混和剤吸着量の分析から，空練りを行うことでフロックが形成され，その後に吸着する混和剤の量やタイミングに変化を生じさせ，流動性に差異が生じると考察した。

験当日にコンクリート配合で行った予備試験の結果から，配合

しかし，2 軸強制練りテストミキサのモルタルフロー値差は調整を行った値に設定した。使用ミキサは，それぞれ材料の動3cmと既報 3 ）に比べて小さいことから，コンクリートの流動性

きが異なるように設計された羽根高さが異なる2 種類（以下，に寄与するモルタルの特徴はフロー値では表すことができなを使用し，試験
A，Bとする）の2軸強制練りテストミキサ（60L）
環境は温度20±2℃，湿度50%以上の一定環境下の室内でい性状であるとの仮説をたて，以降の実験で検証することとした。

試験を行った。
2.2 空練りの有無および空練り時間による影響

フロック形成，Cryo-SEM，混和剤吸着キーワード：高強度コンクリート，
2軸強制練りミキサ，空練り，

表−2

使用材料

図−1

練混ぜ方法

（1）概要

図−1は練混ぜ方法について図示したものである。予備

１．はじめにその原因の一つとしてセメントに対することも知られており1），

現在，我が国における社会問題として，「 地球温暖化対

セメント量が多くなる高る混和剤の吸着が挙げられている2）。

策としていかに低炭素社会を実現するか」，「 人口減少に伴強度コンクリートでは，通常のコンクリートよりもその影響が大う作業などの効率化をどのように促進するか」，「 高齢化社きくなる。
しかし，高強度コンクリートを対象とした配合におい会における技術継承をどのように効率よく行うか」など，様々て，上記影響の程度やメカニズムの解明を試みた事例は少な課題が挙げられている。

なく，練混ぜ条件の違いに伴う流動性の相違の解明は急務

その中で，近年の自然災害の激甚化，頻発化等を踏まえ，であり，今後の高強度コンクリートの安定的な供給に寄与できると考える。

より高強度化した建造物の建設など，防災・減災やインフラ実験によるミキサの動力データから，空練り時間を含んだモ
ルタル練混ぜを7 分，粗骨材を投入してからのコンクリート練
混ぜを3 分の合計 10 分の練混ぜを行った。
細骨材の表面水とセメントによる初期吸着の影響を確認するため，空練りを行い，その後に細骨材および粗骨材の表面水分を差し引いた練混ぜ水と混和剤を投入して練混ぜる
方法でモルタルを製作した。
なお，湿潤状態の細骨材における表面水率は3%に統一した。

老朽化対策等の国土強靭化といった政策から，今後，高強

そこで本研究では，練混ぜ初期における細骨材とセメント

また，空練りの有無および空練り時間による影響を確認す

度コンクリートの施工は増加すると考えられる。
また，日本全の練混ぜ（以下，空練り）の有無や時間に着目して，高強度るため，モルタルの合計練混ぜ時間は7 分に固定したまま，体の人口減少や建設業界における担い手不足といった問

コンクリートの流動性に空練りが与える影響を考察した。既各ミキサによる空練り時間を0 ，30 ，60 ，90 秒の4 パターンに題から，工期削減などに伴い，プレキャストコンクリート製品のホバートミキサ（報 3 ）として，設定し，空練り時間に応じて練混ぜ水を投入した後のモル利用が促進されると予想する。
さらに，JIS A 5308の改正

5L ）でのモルタルにおける空練りの影響およびメカニズムについて報告したが，本報では，2における趣旨にも，高強度コンクリートの利用を推進（ 2019 ）軸強制練りテストミキサを用いてより実務に近い形で複数のてフレッシュコンクリートを製作した。モルタル練混ぜ後とフするためと明記されていることから加速的に利用増加が見実験を実施した。各空練り条件におけるモルタルフロー値とレッシュコンクリート練混ぜ後のそれぞれのタイミングでフロー込まれる。

コンクリートのスランプフロー値や，既存の研究でも重要な指測定に必要な量のサンプリングを行い，モルタルフローおよび

このような背景から，高強度コンクリートの施工はさらに増標であった細骨材の表面水や混和剤に着目し，Cryo-SEM

スランプフローの比較を行った。

加し，施工技術だけではなく，バッチャープラントでの製造にを用いた物理的考察，混和剤吸着の化学的考察も加えて，おいても，その対応が求められる。

流動性の差異が生じる理由について考察した。

を図−2に示す。
ここで，空練り時間 30 秒のスランプフロー値とは，空練り30 秒で作製したモルタルに粗骨材を投入した場

高強度コンクリート『80-60-20L 』の配合

合のフローを意味している。

(kg/m3)
(mm)

(cm)

(%)

(%)

20

60.0

21.4

2.0

（2）実験結果および考察
各空練り時間のモルタルフロー値およびスランプフロー値

一方で，練混ぜ条件がコンクリートの流動性に影響を与え
表−1

タル練混ぜ時間を変更した。
そのモルタルに粗骨材を投入し

(%)

W

C

S

G

Pc

44.4

175

818

650

815

8.18

ミキサA・B 共に空練り時間の増加に伴い，モルタルフロー
およびスランプフローが大きくなった。
モルタルフローに着目すると，2 軸強制練りテストミキサで作製したモルタルの空練り30 秒と90 秒ではモルタルフロー
これに対し，既報 3 ）のホバートミキ
値の差は約 3cmであった。

*1 日工（株） 技術本部 開発部 （正会員）*2 立命館大学 理工学部 環境都市工学科 准教授 博士（工学） （正会員）*3 立命館大学 理工学部 建築都市デザイン学科 准教授 博士（工学） （正会員）*4 立命館大学 総合科学技術研究機構 助教 博士（工学） （正会員）2024│NO.005

ホバートミ
サでのモルタルフロー値差は約 10cm 程度であり，キサと2軸強制練りテストミキサでは違いがあった。
また，
スランプフローにおいては，空練り時間が増加する
ほどフローが伸びており，同一配合にも関わらず各ミキサで

図−2

空練りによるフロー

空練りによるフロック形成が高強度コンクリートのスランプフローに与える影響

空練りによるフロック形成が高強度コンクリートのスランプフローに与える影響

─ 9 ─

─ 10 ─

2024│NO.005

N I K KO T E C HN I CA L RE PO RT

2.3 モルタル性状差による影響

赤外線多成分計による測定対象は色の波長とし，空練り（1）概要

後の材料表面における波長から吸光度を測定した。
なお，（2）実験結果および考察

空練り時間が増大すれば細骨材の表面水による影響から，

ミキサごとの各空練り時間に対して測定した色吸光度の前節の検討により推察した，モルタルフロー値差では表す

細骨材の表面水と炭酸カルシウムの本来の色では波長差ことができないモルタル性状差の存在をより明確にするためが生じにくい。そこで，炭酸カルシウムとの色波長差をより明に，図−3のような練混ぜを行うこととした。
モルタルをA・Bそ

各吸光度は，数値が大きくなるにつれて，着色箇所が多確にするために，絶乾状態の細骨材に表面水 3%となるよう

れぞれのミキサで練混ぜ，そのモルタルをミキサ Aに移し替に食紅で着色させた水を吸収させた。

いことを示す。空練り時間の増加に伴ってミキサAでは吸光各材料の計量値は，表−1に示した基準配合から36L当えることで粗骨材投入後の練混ぜ機構を一定とし，その際たりの必要材料値を計算した。測定条件は，空練り時間をのスランプフロー値を評価した。

30 ，60 ，90 秒の3パターンとして，本練りを行う前の空練りの

モルタルの空練り時間は0 ，30 ，60 ，90 秒の4パターンとし，移し替えによる条件を一定にするために，一貫して同じミキ

みを測定対象とし，試料の採取場所は，図−5に示すよう

サで練混ぜを行うパターンにおいても，一度排出し，入れ戻に，
ミキサ平面に対して対角箇所と中心の3 箇所から採取しす作業を行った。モルタルの移し替えに要する時間に関してた。空練り直後の材料をステンレス製のバットに移し，表面をも一定となるように，管理して実験を行った。
その他の試験条

平滑に調整した後，その容器内を図−6に示すように6 区分

件は，前節と同様の条件で実施した。

に分割した。各区分中央の表面色波長の測定を3回ずつ行（2）実験結果および考察

い，1バッチ当たり計54回の測定を行った。

モルタル移し替え試験の各空練り時間に対するフロー値

フロック形成が大きくなることで，比表面積差が生じることが結果を図−7に示す。

確認できた。
また，500 倍率のSEM 画像からは，
目視確認でもフロックの大きさが確認できる結果となった。

度が高くなり，炭酸カルシウムの着色箇所が多くなっている。
一方ミキサ Bでは，空練り時間の増大に伴う炭酸カルシウム

図−10は比表面積差の結果に基づき考察したモルタル中のフロックを模式化したものである

への着色箇所の増加は確認できず，逆に炭酸カルシウムが着色した表面水を覆う結果となった。
ミキサによって色吸光度の変化傾向が違うため，
フロックの形成過程が異なることが推測される。
図−8は吸光度の結果に基づき考察したフロックの形成過程を模式化したものである。
ミキサ Aでは，空練り時間が増大すると細骨材の表面水

図−6がセメントに移りフロックを形成していることを示している。一吸光度測定箇所方ミキサBでは，空練り時間が増大することで，セメント粒子の結果を図−4に示す。前節と同様に，モルタルフローにつが表面水を保持した細骨材の表面に付着しフロックを形成

いては，
ミキサによって差がないことが確認された。
しかし，
そ

していることを示す。
フロックの形成過程が異なるどちらのミ

れぞれ違うミキサによって練混ぜた同じフロー値のモルタル

キサでも，目視の結果から，空練り時間の増加につれてダマを，
ミキサ Aに移しコンクリートの練混ぜを行った場合では，が多くなることは確認できた。

一貫して同じミキサで練混ぜたスランプフロー値と異なる結また，空練り時間の増加に伴って，各測定箇所のバラつき果となった。

は小さくなっており，
フロックが均一に形成していることが読

この結果から，モルタルフロー値では表すことができない
モルタルの性状差が空練りで生じていることが推測できる。
また，
このモルタル性状差が，空練りによるスランプフロー値差

図−3

モルタル移し替え試験方法

み取れる。
3.2 セメントフロックの形成に関する実験（1）概要につながっていると推測できる。
そのモルタル性状差を確認するために，空練りで生じていセメントは加水されると水和反応によってセメント粒子の表ると考えられる，細骨材表面水のセメント粒子への移動やフ面に正の電荷が発生して不安定となり粒子同士がくっつい

ロック形成，混和剤吸着量差を次章で検討した。

てフロックを形成する。そこで本報では，空練り時間に応じ

図−7

空練り時間における色吸光度て，細骨材の表面水がセメント粒子に移動している影響を確
3. 空練りが流動性に与える影響

認するため，Cryo-SEMを用いて，フロック形成量を定量化

2 章における結果から，空練りによってモルタルフローではした。

表すことができない性状差がスランプフローに影響している

測定方法は，空練りを行い作製したモルタル試料を練上ことが確認できた。
そこで本章では，物理的試験として，細骨がり直後に液体窒素を用いて瞬間冷凍を行い，その試料の材の表面水がセメント粒子に対してどのような影響を及ぼし切断面を，冷凍状態で観察することのできるCryo-SEMにているのか，
またその表面水で生じるフロックの形成について断面を250 倍と500 倍で観察する。同時に，250 倍のSEMて確認実験を行った。
さらに，化学的試験として，流動性に画像に対し，細骨材の主成分であるSiとセメントの主成分で大きく影響を及ぼす混和剤吸着量の測定を行った。

あるCaのマッピングも行うことで，細骨材とセメントの区別を

3.1 細骨材の表面水移動に関する実験

図−4

（1）概要

モルタル移し替え試験におけるフロー

空練り時間に応じて，細骨材の表面水がどのようにセメン

各ミキサで空練り時間は30 ，90 秒の2パターンとし，それぞれ250 倍率のSEM 画像から画像解析により，比表面積を算

ト粒子に吸着および移動しているかを定量化するために，赤出した。フロックは，セメントの平 均 粒 形 以 上とするため，

外線多成分計を用いて試験を行った。実験に用いる材料

15µm以上の直径を持つ粒子をフロックとして観察した。

は，セメントの代用として白色の粉体である炭酸カルシウム（2）実験結果および考察と細骨材を用いた。炭酸カルシウムを用（密度：2.71g/cm 3 ）各ミキサによる空練り時間に対するモルタルのSEM 画像

いることにより，水との反応もなく，粉体と細骨材の純粋な吸およびマッピング画像について図−9，
また，画像から算出し着の評価につなげることが可能と考えたためである。
セメントの比表面積に対して，3000 cm 2 /gと同等であるため，水分たフロックの比表面積の結果を表−3に示す。
図−5の移動を評価するにあたっては影響ないと判断した。
2024│NO.005

できるようにした。

サンプリング箇所

前節の表面水移動の実験結果からも想定できる通り，

図−8

空練りによるフロック形成メカニズム

空練りによるフロック形成が高強度コンクリートのスランプフローに与える影響

空練りによるフロック形成が高強度コンクリートのスランプフローに与える影響─ 11 ─

─ 12 ─

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N I K KO T E C HN I CA L RE PO RT

3.4 空練りが流動性に与える影響解明
各試験結果から，空練りを行うことにより，細骨材の表面
水がセメント粒子と接触することでフロック形成され，比表面積が小さくなることで，混和剤吸着量が減少する結果を得る
ことができた。練混ぜ初期にフロックとなる量が多いと，本練りにおいて投入される水とセメント粒子が接する量が少なくなるため，先行吸着する混和剤量が減少したと考えられる。
以上の結果から，空練りの有無，空練り時間がモルタルの性状に影響を与えることが明らかとなった。特に，細骨材の表面水とセメント粒子によってフロック形成することで，混和剤の吸着量が変化し，練混ぜ直後のフロー値が異なることから，
フロック形成量をコントロールすることで，練混ぜ直後のスランプフロー値を制御できると推測する。
ただし，空練り時間を長くすることが重要ではなく，本練り時に投入される混和剤の吸着を受け入れる状態が空練りで整えられているか，が重要であると考える。
また，3.1で行った表面水移動の結果からもわかるように，
ミキサによってフロック形成過程が異なることも明らかとなった。
これらの結果から，
このフロック形成における最適な状態を造るためには，例えばミキサの性能などが影響すると考え
図−9

空練り時間におけるモルタルのSEM 画像およびマッピング画像

3.3 混和剤吸着量に関する実験

図−12は混和剤吸着量の結果に基づき考察したフロッ

（1）概要

ている。
4. まとめ本研究で得られた知見について，以下にまとめる。

クと混和剤の関係を模式化したものである。

フロー値では現れな（ 1 ）2 軸強制練りテストミキサにおいて，

表−3 フロックの比表面積

い，
フロック形成量といったモルタルの性状差が，その後

3.1および 3.2から，細骨材の表面水の影響によりフロックを形成することが明らかとなった。そこで，本項では，空練りのコンクリートのスランプフロー値に大きく寄与している。
（ 2 ）空練りについては，同じ配合・環境においてもモルタルの段階によるフロック形成が混和剤の吸着にどの程度影響を性状に影響を与えていることが確認できた。そのメカニ及ぼすのか確認するため，空練り時間に応じた混和剤吸着

ズムとして，混和剤が投入される前に，細骨材の表面水量の測定を行った。各材料の計量値は，表−1に示した基とセメントの接触時間が増加することでセメント粒子がフ準配合から36L当たりの必要材料値を計算して作製したモ

ロック形成されることにより，比表面積が小さくなり，混和

ルタルおよびフレッシュコンクリートを用いた。

混ぜにおけるフレッシュコンクリートにおけるスランプフ

析することで，液相中の混和剤の残存量を測定した。

ロー値の増加に寄与する。

測定条件は，各ミキサそれぞれにおいて，空練り時間を0 ，（ 3 ）練混ぜ機構による材料の動き方によって，空練り時のフ30 ，90 秒の3パターンとした。作製したモルタルおよびフレッ

空練りによる混和剤吸着量差メカニズム参考文献
１） 安田和弘，近松竜一，十河茂幸：高性能 AE 減水剤を用いた高流動モルタルの練混ぜに関する一実験，
土木学会第53回年次学術講演会，1998.10
日比野誠，大内雅博，岡村甫：高性能 AE 減２） 菅俣匠，
水剤の作用効果に及ぼす練混ぜ方法の影響，
コンク
リート工 学 年 次 論 文 報 告 集 ，Vo l . 2 0 ，N o . 2 ，pp.325-330，1998.7
３） 坂本恭裕，川崎佑磨，福山智子，金侖美：高強度コ
ンクリートを対象とした空練りがモルタルフローに与える影響，
コンクリート工学年次論文集，Vol.44 ，No.1 ，pp.850-855，2022.6

筆者紹介

SAKAMOTO Yasuhiro

剤吸着量が減少する。その余った混和剤がその後の練遠心分離機で液相と固相に分離し，抽出した液相を熱分

図−12

坂本

恭裕

2012 年入社
開発部 開発 2 課

ロック形成過程が異なる。

シュコンクリートのモルタル分から分離したそれぞれの液相を採取して，各 6回ずつ測定を行った。
（2）実験結果および考察
ミキサごとの各空練り時間に対して作製したモルタルおよびフレッシュコンクリートからの混和剤残存量の結果を図−11に示す。各残存量の結果から，どちらのミキサにおいても，空練り時間が増加するに伴って，液相に残る混和剤量が多くなる傾向にあることがわかった。そのことから，空練り時
間が短い場合は，固相への混和剤吸着量が大きく，空練り
時間が長い場合は吸着量が小さくなる結果を得た。混和剤が余ることで，後添加で見られるような，その後の流動性が
図−10向上すると考察できる。
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空練りによる比表面積差メカニズム

図−11

空練り時間における混和剤残存量

空練りによるフロック形成が高強度コンクリートのスランプフローに与える影響

空練りによるフロック形成が高強度コンクリートのスランプフローに与える影響─ 13 ─

─ 14 ─

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廃石膏ボードを由来とする重金属類の不溶化特性を有した
土壌改良材の開発とその変遷
蓬莱日工株式会社

概

秀人
技術本部

要

石膏ボードは，耐火性や遮音性に優れ，しかも安価であることから，建築資材として広く普及している。
そして，その生産量を反映して家屋の解体に伴って発生する石膏ボードの廃棄物（以下，廃石膏ボードと記載）が増大し，最終処分場が逼迫する懸念が顕在化しつつある。
このような状況から，廃石膏ボードのリサイクル技術の開発が急務であると言われている。筆者らは，廃石膏ボードから半水石膏ならびにⅡ型無水石膏を製造する装置の開発を行い一早く市場に投入している。本稿では，それらの装置で製造した半水石膏やⅡ型無水石膏の利用先として多くの需要を見込むことができる
土木用資材の土壌改良材にスポットを当て，当社における研究開発の背景とその足跡を辿る。
とりわけ，加水することで硬化する半水石膏の特性が，軟弱地盤や泥土などの土壌改良材として有効であることと，半水石膏とⅡ型無水石膏の混合割合を変えることにより硬化時間を任意に調整することが可能な固化材としての有効性を検討している。続いて，
この廃石膏ボード由来の半水石膏を母材とし，アルミナと酸化カルシウムとを豊富に含有している石炭灰と高炉スラグとを
化学当量的にエトリンガイトの生成量が最大となるように配合した複合リサイクル材料を考案している。
そして，
この複合リ
サイクル材料が，土壌の改良材のみならず土壌汚染物質であるフッ素，六価クロム，
カドミウム，鉛，
ヒ素などの重金属類の不溶化剤として有効であることを明らかにしている。
キーワード：重金属の不溶化剤，土壌改良材，
エトリンガイト，石膏，石炭灰，高炉スラグ

1.

はじめに

逆にその作業性が損なわれる恐れもある。
そこで，半水石膏とⅡ型無水石膏の混合割合を変えることで，その施工作業に最も即した硬化時間を任意に調整することができる土壌の改良

廃石膏ボードから半水石膏ならびにⅡ型無水石膏を製造す
る装置の開発経緯とその将来展望について，既刊のNikko

材を検討している。

「半水石膏およびⅡ型
Technical Report Vol. 1, No. 1, 2020．

「第5章 廃石膏ボード由来の不溶化剤」
では，廃石膏ボード

無水石膏の製造装置の開発」
でその詳細に触れている。本稿

から製造した半水石膏を母材とする複合リサイクル材料が，重では，それらの装置で製造した半水石膏やⅡ型無水石膏の用

金属類の不溶化剤としての有効性についてスポットを当てる。

途先として多くの需要を見込むことができる土壌の改良材ならまず，エトリンガイトが重金属類の不溶化に極めて有効である

びに重金属類の不溶化剤にスポットを当て，開発の背景とそ

ことと，それを構成している鉱物がアルミナ，酸化カルシウム，硫の足跡を辿る。

酸カルシウムであることに着目している。
そして，化学当量的に

まず，「第2章 背景」
では，石膏ボードが建築物の内装材とエトリンガイトの生成量が最大となるように，それらを豊富に含して普及に至るまでの時代背景について概観する。
そして，普んでいる産業副産物である石炭灰と高炉スラグとを廃石膏

及後に必ず到来する石膏ボードの廃棄物の取り扱いに関すボードから製造した半水石膏に最適配合した複合リサイクル

る法規制の経緯と廃石膏ボードの再資源化の動向について材料を考案している。
その上で，この複合リサイクル材料が，土俯瞰している。

壌の改良材のみならず土壌汚染物質であるフッ素，六価クロ「第3章 石膏の種類とその特徴」
では，石膏の生成起源にム，
カドミウム，鉛，
ヒ素などの重金属類の不溶化剤として極めよる分類を試みた上で，物質としての本質である結晶構造のて有効であることを明らかにしている。

違いによる分類の概要ならびにその特徴について触れている。

なお，土壌汚染対策法の概要とその浄化工法ならびに当「第 4 章 廃石膏ボード由来の土壌改良材」では，廃石膏

社おける土壌浄化プラントの開発の変遷と将来展望に関してボードから製造した半水石膏が，土壌の改良材や泥土の固は，既刊のNikko Technical Report Vol.4, No.1, 2023「省化材として極めて有効であることについて触れる。
そして，加エネルギー型油汚染土壌浄化プラントの開発とその変遷およ

水することで硬化する半水石膏の特性（水硬性）が，土壌のび将来展望」
でその詳細について報告している。

改良材として有効ではあるものの，その硬化時間が速すぎると，2024│NO.005

2.

背

景

な木材を緊急輸入するに至る。
このとき，国内林業の保護政策を採らなかったことから，安価な海外産木材で国内需要が石膏ボードは，耐火性や遮音性を有し，しかも，安価で施工

慢性的に満たされ，今や成木となった針葉樹林は建材として性に優れていることから，家屋を始めとする多くの建築物の天利用されることはなく，春先に大量の花粉を撒き散らして花粉

井や壁などの内装材として今や世界に広く普及している。我症患者を増大させている。

が国では，高度経済成長期からの都市近郊部における住宅

住環境においては，畳文化から椅子文化へと欧米の生活不足を背景に，新築住宅の建設戸数が急激に増大することとスタイルが持てはやされるようになり，住居の構造や使用建材

相まって，
日本建築古来の土壁に代わる石膏ボードが壁材やに至るまで，石膏ボードのような合理的，実用的，経済的な資天井材として普及を始める。
そして，欧米の一般家屋に比べ材，化学素材や新しい施工法を用いたいわゆる新建材が好まて新建材を多用した現代の日本家屋の耐用年数が30年程度れるようになる。元来，
日本建築は，瓦屋根と木組み造りに土壁と短いことにより，新築から解体までのインターバルが短くなり，や木と紙からなる建具との組み合わせで，四季折々の気候変

欧米に比べて多くの廃石膏ボードを排出するに至っている。

化と日常生活における実用性とを上手く調和させているのが廃石膏ボードは，その取扱いを誤れば有毒な硫化水素を発特徴でもある。

生し，土壌の環境基準を超えるフッ素が溶出する恐れがある

日本家屋の象徴でもある土壁は，割った竹を碁盤目状に編ことから，管理型の最終処分場に処分することが法律で厳しくみ上げた竹小舞を下地とし，粘土質の壁土に稲わらなどを（す

規制されている。
このことから，各自治体における管理型最終さ）として水で練りこんで，それを左官が鏝で塗り上げる複数の処分場の残容量が逼迫すると共に，廃石膏ボードの処分費

工程に渡る工法である。
そして，
この土壁工法が高度経済成用が高騰し，
これと併せて不法投棄が増大するなどの弊害が長期を境にして衰退し，石膏ボードを用いた乾式工法に置き懸念されている。
これらのことを踏まえて，廃石膏ボードを農業

換わって行く。

用肥料や土壌の改良材としてリサイクルする機運が醸成されこの石膏ボードは，土壁に比べて施工性が極めて高く，
のこ

つつある。

ぎりやカッターナイフで容易に切断加工が可能である。
そして，

以下では，石膏ボード普及の歴史的背景を俯瞰した上で柱間の貫や胴縁を心材とし，石膏ボードを直接釘などで打ち

廃石膏ボードの再資源化の必要性について法規制の側面か付けて固定することができる。
その上で，表面に壁紙を貼るこ

ら目を向ける。

とにより，見栄えの良い壁面に仕上げることができる。
時を同じくして，高度経済成長の負の遺産として公害が表

2.1

歴史的背景

面化し社会問題となる。光化学スモッグ，酸性雨，四日市ぜん

戦後間もない1950年に勃発した朝鮮戦争によるアメリカ軍

そく，
イタイイタイ病，水俣病などのキーワードで当時の悲惨なからの特需を発端として，我が国は，1955〜1973 年の18 年

状況を想像することができる。大気汚染，水質汚濁，土壌汚染，間にわたり年率10%を超える高度経済成長を遂げる。
そして，騒音，振動，地盤沈下，悪臭などの典型7公害と呼ばれる住環

そのことに応じるようにして欧米の近代的な衣・食・住文化が境の悪化が国民の健康を蝕んで行った。
このような状況から，急速に日本社会へ浸透し生活様式が欧米化し始める。

遅蒔きながら1970年の臨時国会いわゆる公害国会で，公害

農業や林業などの一次産業よりも，生産性がより高い重厚対策の14法案が可決することによって，国は，経済優先の政

長大型の重化学工業を始めとする二次産業が，太平洋ベルト策から決別するのである。

地帯で急速に拡大成長して行く。事業の経営者は，不足する

大気汚染防止法では，硫黄酸化物や窒素酸化物の排出

労働力を農山村部に求め，農山村部で一次産業に従事して基準が強化されることにより，ばい煙発生施設に排ガス浄化

いた多くの労働者は，雇用と豊かさと利便性を求めて都市部装置として脱硫装置や脱硝装置が設置されるようになる。石へと移り住むようになる。
このことに加え，欧米の生活文化に憧

炭や重油などの安価な燃料は，多くの硫黄を含んでおり，燃焼れるようにして核家族化が進むことにより，世帯数が急激に増することにより硫黄酸化物を排出することになる。脱硫装置で大して行く。
たちまち都市近郊部での住宅不足が顕在化し社は，排ガスに含有する硫黄酸化物を化学反応により除去して会問題へと発展して行く。

いる。
この硫黄酸化物の除去には多様な方法が存在するが，国は，不足する住宅供給量を増やすために，急ピッチで住石灰（炭酸カルシウム：CaCO3）
で硫黄酸化物を中和する石宅の建設を推進した。
これらの住宅は，一部洋風を取り入れた

灰 - 石膏法が主流を占めている。
このときに，排ガス中の硫黄

和洋折衷の文化住宅に代表されウサギ小屋とも揶揄された

酸化物と石灰とが反応して排煙脱硫石膏（二水石膏：CaSO4

集合住宅などである。
そして，
この建設ブームによる旺盛な木･2H2O）が析出する。
これは，別名化学石膏とも呼ばれ，今や材需要に応えるために，成長が速い杉や檜などの針葉樹の石膏ボードの主要な原材料として供給されるようになっている。

植林を積極的に推進する政策を採る。
しかしながら，成木となお，石灰石は，我が国で自給可能な鉱物資源で，その鉱なるまでには数十年を要することから，北米やカナダから安価

脈は国内各地に存在し賦存量は膨大である。

廃石膏ボードを由来とする重金属類の不溶化特性を有した土壌改良材の開発とその変遷

廃石膏ボードを由来とする重金属類の不溶化特性を有した土壌改良材の開発とその変遷

─ 15 ─

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N I K KO T E C HN I CA L RE PO RT

指定が見送られている。
このため，現在のところ廃石膏ボード想像できる。
このことに端を発し，廃石膏ボードから紙を除去して二水石膏（CaSO4･2H2O）を析出し，海底に沈んで石膏の我が国は，大量生産・大量消費・大量廃棄の社会システム

をリサイクルする法的強制力が伴わないことから，原則的に最た石膏紛を再生資源として他の用途に活用する新たなビジネ

地層を形成したものと考えられている。後に，この地層が地殻の下，高度経済成長を遂げてきた。
そして，資源に乏しい我が終処分するしか術がなく，各自治体における管理型最終処分スとしての機運が民間主導で醸成され始める。

変動により地上に隆起したことで，天然石膏の鉱脈として石膏国が持続的に経済成長して行くためには，限りある資源の場が逼迫し，処分費用の高騰に伴う不法投棄などの弊害を

2.2

廃棄物の資源循環招く恐れが懸念されている。

3R，Reduce（減らす），Reuse（再利用），Recycle（再資源化）

ただし，廃石膏ボードの本来のリサイクルとしては，石膏ボーを採掘できるようになった。

ドの原材料として再利用する「ボードtoボード」
が理想ではある

3.1.2

化学石膏

この管理型最終処分場への処分は，廃石膏ボードの処分が，石膏の流通量全体を勘案した場合，新規石膏ボードの原

環境省の1995年度の統計によると，全産業廃棄物4億トン

方法が，廃棄物の処理と清掃に関する法律（以下，廃掃法と材料としてリサイクルすると，
たちまち流通の上流側に位置する

化学石膏は，化学工業の製造プロセスで副次的に生成すに占める建設廃棄物の割合は8,000万トンの2割程度であるも記載）により厳しく規制されていることに起因している。法規制

排煙脱硫石膏の行き場が失われてしまう。
したがって，「ボード

るもので，排煙脱硫石膏やリン酸石膏，
チタン石膏，
フッ酸石膏のの，全産業廃棄物の不法投棄量38.2万トンに占める建設廃の根拠としては，石膏ボードが有毒な硫化水素（H2S）の発生

to ボード」に替わる新たな用途を創出する必要がある。筆記具などがある。

棄物35.3万トンの割合は9割以上に上ることを指摘している。

因子となりうることで，土中に生息する硫酸塩還元菌の分解作のチョークや運動場の白線，
医療用ギブスなど身近な製品でも排煙脱硫石膏は，火力発電所などの燃焼排ガスに含まれこのような課題を解決すべく「建設工事に係る資材の再資源用を受けて硫化水素が発生することが知られている。
その条

石膏が多く利用されているが，年間発生量が120万トンである

る硫黄酸化物を除去するときに，その中和剤として炭酸カルシ化等に関する法律」
いわゆる建設リサイクル法が2000年（平件として，①：硫酸塩還元菌の生息，②：水の存在，③：30 ℃

ことから勘案して，多くの需要が見込める農業用肥料や土木

ウム（CaCO3）や水酸化カルシウム（Ca（OH）2）が用いられ，

成12年）5月31日法律第104号として施行される。
同法では，
コ前後の温度，④：酸素の無い嫌気状態，⑤：硫酸塩還元菌の用資材などへのリサイクルが妥当であると考えられる。
この場合，その中和物として二水石膏（CaSO4･2H2O）が生成する。硫

ンクリート塊，
アスファルト・コンクリート塊，建設発生木材，鉄く

代謝エネルギー源となる紙などのセルロースや糖質の存在な

硫化水素の発生やフッ素の溶出に留意する必要がある。

黄酸化物は，石炭や石油などの化石燃料に含有している硫を徹底させ循環型社会を一早く構築して行く必要がある。

ずの4品目を特定建設資材廃棄物として指定している。
そして，

ど，①〜⑤の条件が全て揃うことにより，硫化水素が発生する

一定規模以上の建設工事に関して，分別解体による特定資ことが知られている。

一方で，国内に豊富に賦存する石灰（炭酸カルシウム）
は，黄分が燃焼することにより一酸化硫黄（ SO ），二酸化硫黄

第一段階で，燃焼排ガスの硫黄酸化物除去のための中和剤（SO2），三酸化硫黄（SO3），三酸化二硫黄（S2O3）などを生材の再資源化を義務付けている。
このことにより，建設廃棄物

このような背景から廃掃法では，廃石膏ボードの処分に関しとして利用し，第二段階で，この時の副産物として生成する排成し，これらを総称してSOxと呼んでいる。
これらのSOxは，酸の発生量の抑制と減量化を推進すると共に，分別解体によりて，管理型の最終処分場に埋め立てることになっていた。
とこ

煙脱硫石膏を石膏ボードの原材料として再利用し，第三段階

性雨や光化学スモッグなどの大気汚染を招き，公害病である

建設資材の再資源化や再利用を促して，適正な処理が行わ

ろが，1998年（平成10年）7月16日付の環水企第299号環境で，建材としての役割を終え不要となった廃石膏ボードを農業

四日市ぜんそくなどの健康被害を引き起こす。
このことから，大れていることを監視する枠組みとなっている。

庁水質保全局長通知の規制緩和の一環で，廃石膏ボードか

用肥料や土木用資材として再々利用して，最終的には土に戻

気汚染防止法により，ばい煙発生施設から排出される硫黄酸

加えて，建設リサイクル法施行から20年が経過した環境省

ら紙を取り除いた石膏紛に関しては，硫化水素発生因子の栄すことができる。
このように，石灰はカスケード利用が可能な極化物の排出量や排出濃度が厳しく規制されている。

の2020年度の統計によれば，特定建設資材廃棄物の年間発養源としてのセルロースが除去されることにより，硫化水素のめて有用な国産資源であると言える。

生量の中で，
コンクリート塊が3,500万トン，
アスファルト・コンク

発生が無くなるとの知見から，ガラスや陶磁器類と同様の安定

リート塊が2,500万トン，建築廃木材が500万トン排出されてい型の最終処分場への埋め立てに規制が緩和された。分離しる。
そして，
これらのリサイクル率は，アスファルト・コンクリート塊

た紙に関しては，製紙会社へのリサイクルや焼却処分が実施

が99.5%と最も高く続いてコンクリート塊が99.3% ，建築廃木

されている。

材が96.2%となっている。
さらに，
これらのリサイクル用途は，
ア

特に注目に値することは，最終処分費用が管理型よりも安スファルト・コンクリート塊が，リサイクル合材および路盤材として，定型の方が安価である理由から，廃石膏ボードの中間処理業

コンクリート塊は，路盤材として，廃木材は，木材チップなどのにおいて新しいビジネスモデルが創出されたことである。
中間

燃料として再利用されている。

処理業者は，石膏ボードの新築端材や分別解体品を従来通

リン酸石膏とチタン石膏は，それぞれリン鉱石やチタン鉱石
から硫 酸を用いて有 用 物を単 離 するが ，単 離 後の硫 酸

3.

石膏の種類とその特徴（H2SO4）を中和する目的で石灰（CaCO3）が利用され，
その中和物として二水石膏（CaSO4･2H2O）を得る。

本章では，石膏の生成起源ならびに物質の本質でもある結

フッ酸石膏は，蛍石（フルオロライト：CaF2）からフッ酸（HF）

晶構造の違いによる分類に関して，その概要と特徴についてやフッ素樹脂の原材料となるフッ素（F）
を硫酸（H2SO4）
により

俯瞰する。

抽出した後に，その中和物として二水石膏（CaSO4･2H2O）が析出する。

3.1

石膏の生成起源による分類

3.1.3 リサイクル石膏

また，同法により分別解体が義務化されたことに伴い，従来りの管理型最終処分費用で引き受け，紙と石膏とを分別して，石膏は，その生成の起源から「天然石膏」と人工的に副産は重機でミンチ解体されて建設混合廃棄物として扱われてい石膏のみを安定型に最終処分することで差益が生まれる。
こされる「化学石膏」
ならびに廃石膏ボードから製造した「リサイ

た廃木材や廃石膏ボードなどが分別されるようになった。
しかしの差益を得るために石膏ボードの紙と石膏とを分別するため

クル石膏」に大別することができる。

の多様な分別装置が開発され社会実装されて行った。

ながら，分別解体の結果，最終的に残される建設混合廃棄物

建設リサイクル法の施行に伴い，一定要件を満たす建築物
は，分別解体を行うことが義務付けられることは既に述べている。特に，家屋の内装材として多用されている石膏ボードは，

3.1.1

天然石膏

環境省の
「廃石膏ボード現場分別解体マニュアル」に基づきが減少傾向に転じているものの，中間処理業者でどのように分しかしながら，同ビジネスモデルが中間処理業者の間で持別が行われ，
再資源化施設もしくは，最終処分場へ，
どのようにてはやされたのは束の間であった。国立環境研究所が実施し天然石膏は，46億年前の太古の原始地球にまでその起源

分別解体することが推奨されている。
そして，分別解体した廃搬出されているか統計的に実態が整理されていないのが現状

た研究1)によると，安定型に最終処分した石膏紛であっても微を辿る必要がある。原始地球は，地球全域にわたる猛烈な火

石膏ボードは，中間処理業者に持ち込まれて紙や不純物を取で，そのリサイクル率は63.2%に留まるものと推計されている。

量の紙の繊維（セルロース）
や接着剤としての糖質が残留して山活動により，噴煙と一緒に亜硫酸ガス，水蒸気，二酸化炭素

り除いて粉砕され，リサイクル石膏となる。

本稿で研究対象となる廃石膏ボードの発生量は，一般社団

おり，
これが栄養源となり有毒な硫化水素を生成することを明などが地球内部から大量に放出されていた。300気圧にも上

それらの用途先として，第2章でも触れているが，石膏ボード

法人の石膏ボード工業会の2022年度の統計資料によると，国らかにしている。
このことを受けて，2006年（平成18年）6月1日

る高温高圧の大気には，
まだ酸素（O2）が存在せず，33%にもに循環利用すること，すなわち，廃石膏ボードから石膏ボード

内の石膏ボード生産量が年間400万トンに上り，そのことを反付け環廃産発第060601001号環境省大臣官房廃棄物・リサ

及ぶ二酸化炭素（CO2）を始め，窒素（N2），水蒸気（H2O），を再生することが考えられる。
しかしながら，石膏ボードの原材

映してか，家屋の解体に伴い発生する廃石膏ボードも年間

イクル対策部長通知「廃石膏ボードから付着している紙を除

亜硫酸ガス
（SO2）
その他のガスで満ち溢れていた。

料として化学石膏である排煙脱硫石膏が6 割近くを占め，年120万トンを超え，やがては400万トンに近づいて行くものと予去したものの取り扱いについて」
によって，規制緩和措置が解測されている。
ただし，廃石膏ボードの発生量がコンクリート塊に比べて間製造される400 万トンの石膏ボードの内，実に240 万トンが除され，例え紙が除去された良質な石膏紛であっても管理型

化学石膏由来となっている。
このことは，石膏ボードが排煙脱に最終処分するように再び規制が強化される。

雨となって大地を浸食して行った。
このとき，大地からカルシウ

硫石膏の受け皿として受給バランスを調整する極めて重要なムを始めとする多様な鉱物が溶出して海洋に流れ込み，その役割を担っていることになり，現在の産業構造において無くて中のカルシウムイオン（Caはならない存在となっている。

1/30の120万トンと少ないこと，利用先を始めその再利用技術

管理型と安定型の処分費用の差益を得ていた廃石膏ボーの確立が未熟であること，などから特定建設資材廃棄物へのドの中間処理業者は，たちまち成す術を無くしたことは容易に

2024│NO.005

やがて地球全体が冷え始めると，大気中の水蒸気が凝縮し，それに伴って亜硫酸ガスが溶け込むことにより大量の硫酸の+2）と，硫酸イオン
（

SO4

-2）
とが結合し

廃石膏ボードを由来とする重金属類の不溶化特性を有した土壌改良材の開発とその変遷

廃石膏ボードを由来とする重金属類の不溶化特性を有した土壌改良材の開発とその変遷

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─ 18 ─

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N I K KO T E C HN I CA L RE PO RT

以上のことより，廃石膏ボードを回収して再び石膏ボードにリいるが，α型は緻密な構造で粒子密度が高く，水硬時の強度

加水から数分で硬化することと高い吸水性とを有していること

サイクルすると，
たちまち上流側の排煙脱硫石膏が行き場を失がβ型よりも大きいことから医療用のギブスなどに用いられていから，より高い含水比の泥土への適用が有効であると考えらい溢れてしまう。
このことから，廃石膏ボード由来のリサイクル

る。一方のβ型は，ポーラス状の空隙があることから粒子密度れる。
このことから，高含水比な粘土地盤への適用性を視野に

石膏は，石膏ボードの再生以外で多くの需要を見込むことががα型よりも小さく，石膏ボードなどの建築資材として利用され

入れ，含水比を120%と140%に試料調整した2種類の粘土にできる農業用肥料や建築ならびに土木用資材としての再利用ている。
これら半水石膏を180℃以上で加熱処理することによ

対して一軸圧縮試験を行い，半水石膏の地盤工学的有意性が期待されている。

り，結晶水が外れた無水石膏（硫酸カルシウム）を生成する。
そを検討している。
これらの既往の研究として，亀井らが実施しの熱化学式を式（2）に示す。

た検討報告3）4）などがある。

なお，廃石膏ボードから製造したリサイクル石膏を農業用肥料や土木用資材として有効利用する場合には，フッ素の溶出CaSO4･1/2H2O→CaSO4+1/2H2O↑-25.7kJ/mol （2）

このときの安定材としては，強度特性や経済性を配慮して
高炉セメントB種（JIS R 5210）
を使用している。

に留意する必要がある。
このことは，
フッ化カルシウム（CaF2）
が3.2.3

微量に混入している排煙脱硫石膏が，石膏ボードの原材料に無水石膏（CaSO ）2)
4

4.1.1

図-1 W/S＝120%
半水石膏混入率に対する応力―ひずみ曲線6）

供試体の作製と実験使用されていることに起因している。特に，石炭焚き火力発電

無水石膏は，結晶構造の違いからⅢ型，Ⅱ型，Ⅰ型が存在し，所においては，燃料である石炭に蛍石（フッ化カルシウム）など

Ⅲ型にはさらにα型とβ型とが存在する。
Ⅲ型無水石膏は，180

本節の実験は，安定処理土の締固めを行わない供試体作の鉱物が微量に混入しており，石炭が燃焼するときに分解し〜350℃の範囲で加熱することにより生成し，空気中の湿気を製方法5）に準拠して，セメント安定処理土供試体を作製していてフッ酸（HF）
が生成し，燃焼排ガスに混入している。
これが，吸って半水石膏に戻る。水への溶解度は半水石膏よりも大きる。
この方法は，高含水比で多量の安定剤の添加を必要とす

硫黄酸化物と一緒に石灰で中和処理されるために，排煙脱な値を示す。
したがって，半水石膏にⅢ型無水石膏が混在しる粘性土の改良を目的としたものである。

硫石膏にフッ化カルシウム（CaF2）
として微量に混入してくるもている場合には，
Ⅲ型無水石膏が半水石膏に転化し終わるま

配合条件は，含水比120%および140%の軟弱粘性土を安のと推察される。

では，半水石膏は二水石膏に転化することができない。
Ⅱ型無定処理することを想定し，含水比（W/S，W：Water，S：Soilの

水石膏は，350〜1,000℃の範囲で加熱することで得られ，加質量を表す）
を120%と140%の2 種類とし，セメント添加量

水しても半水石膏に戻らないことから別名不活性無水石膏と（C/S，C：Cementを表す）
を10%としている。
また，今回対象呼ばれている。
Ⅰ型無水石膏は，1,100℃以上の加熱により生とした土に半水石膏を混入した際にモールドに打設可能かを成することができる。
さらに，大気圧下でこれ以上温度を上昇検討し，半水石膏混入率（ B/S ，B：Basaniteを表す）として，させると，酸化カルシウム（CaO）と二酸化硫黄（SO2）とに熱分

W/S＝120%の場合には0%，5%，10%，15%，20%の5配合を，

3.2

石膏の結晶構造の違いによる分類 2)

石膏は，その結晶水の数により二水石膏（CaSO4･2H2O：
硫酸カルシウム2水和物），半水石膏（CaSO4･1/2H2O：硫酸カルシウム1/2水和物），
無水石膏（CaSO4：硫酸カルシウム）の解する。

さらに，結晶構造の違いから半3種類に大別することができる。
水石膏はα型とβ型に，無水石膏は，
Ⅲ型，
Ⅱ型，Ⅰ型に分類する

4.

ことができる。加えて，無水石膏のⅢ型にはα型とβ型が存在す

本章の第 1 節では，廃石膏ボードから紙と異物を除去してならびに結晶構造の違いから7種類に分類することができる。
二水石膏（CaSO4･2H2O）2)

二水石膏は，
自然界では非常に安定しており，針状の結晶
水とほとんど反応しない。
この二水石膏を130〜180℃の温度管理の下，加熱処理（脱水反応）することにより，水硬性の半（CaSO4･1/2H2O）
ならびにⅡ型無水石膏（CaSO4）
を製造し，製のモールド（φ＝50mm，H＝100mm）に打設している。
そし

これらが有する水を加えると硬化する特性（水硬性）が，土壌て，モールドに打設した供試体の乾燥を防ぐためにポリエチレの改良材として有効であることを検討している。
そして，第2節

ン製の袋で被い，恒温室（ 20±2 ℃）
で24 時間養生している。

では，半水石膏の硬化速度が極めて速いことによるハンドリン

その後，
モールドから供試体を取り出し，ポリエチレン製のケー

グ性の低下を改善するために，硬化速度が遅いⅡ型無水石

スに入れ，再び恒温室（20±2℃）
で所定の養生期間（Tc＝28

膏を添加することに着目し，これらの混合比率と硬化速度との日）まで気中養生し，所定の養生日数を経過した供試体に対し関係を検討し，土壌改良材としての有用性を明らかにしている。

て一軸圧縮強度試験を実施している。

化学式を式（1）に示す。

の試料は，筆者らが開発した半水石膏及びⅡ型無水石膏の19.3kJ/mol （1）製造装置で生産したものである。
そして，粘土試料は，成分調

なお，右辺のマイナス表示は吸熱反応を示している。

4.1.2

実験結果および考察

一方，半水石膏を混入した場合の応力−ひずみ曲線に着目すると，応力値に明瞭なピークが認められなかった。W/S＝種々の半水石膏混入率（B/S）
に対する代表的な応力−ひずみ曲線を図-1 6）と図-2 6）に示す。図-1は，W/S＝120%，図140%でB/S=40%の場合には軸ひずみ量が3.0%を超えるとさらに，供試体に使用する混錬水は，水質の違いによる強度-2は，W/S＝140%の場合である。
いずれのB/Sにおいても応応力値に低下が認められるが，他のB/Sの試料においては，発現への影響が最も少ないと考えられる蒸留水を用いている。

力値は，軸ひずみ量の増加に伴って顕著な立ち上がりを示し

応力値が最大値に達した後も，その値は軸ひずみ量の増加にている。
ここで，B/S＝0%の応力−ひずみ曲線に着目すると，伴って減少していない。
このことは，地盤の靭性が増大し，そ整された工業製品であるMCクレー（カオリン）
を用いている。

を保持する二水石膏（CaSO4･2H2O）が石膏ボードの母材と図-3 一軸圧縮強さと半水石膏混入率との関係6）

なお，本章の研究で用いた半水石膏ならびにⅡ型無水石膏

CaSO4 ･ 2H2O → CaSO4 ･ 1/2H2O＋3/2H2O ↑−また，石膏の耐火性に関しては，質量の20.9%もの結晶水にミキサーで攪拌している。
完成した供試体は，含水比，湿潤密度の測定を行い，鋳鉄

水石膏（硫酸カルシウム1/2水和物）を生成する。
そのときの熱なっている。
この結晶水が脱離・蒸発するときに式（1）で示す
大量の熱を吸収して温度上昇を抑制するために，耐火材として優れた特性を有している。

W/S＝120%の場合には，応力値は軸ひずみ量1.5%程度にの耐久性が高くなることを示唆している。すなわち，半水石膏

おいてピーク値230kN/m2に達し，軸ひずみ量が2.0%程度をを混入することによって，粘り強い地盤材料となることが明らか

本節では，リサイクル石膏から製造した半水石膏が，土壌の超えると急激に減少している。W/S＝140%の場合でも，応力となった。
この点に関しては，半水石膏量とエトリンガイト生成

改良材として有効であることを明らかにするために，同半水石

値は軸ひずみ1.0% 程度でピーク地 180kN/m 2に達した後，量との間に密接な関係（半水石膏量の増加に伴うエトリンガイ

膏をセメント安定処理土に適用している。
その際，半水石膏が急激に減少する傾向を示した。

ト生成量の増加）があるものと考えられる。

4.1 リサイクル石膏から製造した半水石膏の土壌改良材としての有効性

半水石膏（CaSO 4･1/2H2O）2)

半水石膏は，加水すると水和反応により硬化する特性（水硬性）を有している。
そして，先述の通りα型とβ型が存在して2024│NO.005

供試体は，粘土試料であるMCクレーに混錬水とセメントを製造したリサイクル石膏に，加熱処理を施すことで半水石膏構造が特徴である。
また，多少の水に溶解するが化学的には

3.2.2

廃石膏ボード由来の土壌改良材

添加して所定の含水比とし，半水石膏が均一に分散するようることが確認されている。
これらのことから，石膏は結晶水の数

3.2.1

図- 2 W/S＝140%
半水石膏混入率に対する応力-ひずみ曲線6）

W/S＝140%の場合には0%，10%，20%，30%，40%の5配合を設定している。

廃石膏ボードを由来とする重金属類の不溶化特性を有した土壌改良材の開発とその変遷

廃石膏ボードを由来とする重金属類の不溶化特性を有した土壌改良材の開発とその変遷

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なお，硬化時間の評価に関しては，簡易的にしかも瞬時に

次に一軸圧縮強さ（ qu ）の大きさに着目すると，B/Sが小さ評価可能な指標を検討する必要がある。表-1 8 ）は試料の硬い場合には，
セメントのみを添加した場合（B/S＝0%）よりqu値が低下する結果となった。
しかしながら，半水石膏を添加する

化時間を簡易的に評価するために，筆者らが本節の実験で場合に限ると，B/Sの増加に伴ってqu値が増大しており，W/S

考案した指標である。
このことは，半水石膏の硬化時間が数分から数十分で完了する場合が多く，試料の調整や硬化度＝140%，B/S＝40%の場合には，セメントのみの場合より大きなの評価に一軸圧縮試験のように時間を要する測定は適切でqu値を有することがわかる。

はないと考えられたからである。
また，半水石膏などの硬化時qu値とB/Sの関係を明瞭に表すために，qu値とB/Sの関係を図-3 6 ）に示す。W/Sの違いによらず，B/S＝5〜10%程度の

写真-1 本節の実験で用いたW/S＝140%のMCクレー8）場合には，qu値はB/S＝0%の場合と比較して急激に減少して

表-1 本節の実験で適用した硬化時間の評価8）いる。
しかしながら，さらにB/Sを増加させると，その増加に伴っ間の測定に，
この指標を適用させても本節の研究の範囲であ図-4 各W/S（%）
におけるB/S（%）
が軟弱粘土の硬化時間に及ぼす影響8）

るB/S＝10%，20%，40%とA/B＝0%，10%，20%，40%の配合に限り，相対的に硬化時間を比較検討することが可能であると考えらえる。
ここで，実際の測定にあたっては，個人差が生じてqu値がほぼ直線的に増大して行くことが判る。
とくに，W/S

ないように同一人物が行うようにしている。

＝140%の場合には，B/S=40%においてqu値がB/S＝0%の

本節の実験は，室温20±2℃に調整した室内で実施し，各含

qu値の1.1倍程度まで増加している。
このことは，軟弱地盤を安定処理する際に，少量の半水石

水比を調整した試料に半水石膏ならびに半水石膏とⅡ型無水

膏を混入する場合はセメントによる強度増加を抑制するが，よ石膏との混合物を添加してから30秒間実験用スプーンで攪拌り多くの半水石膏を混入することによってqu値を効率よく改善してから，指標のレベル3「湿り気があり手で塊を崩すことができる」の状態に至るまでの時間を硬化時間と定め1分毎に目視とできる可能性を示唆している。
また，石膏は吸水性が高いため
4.2

B/Sの増加に伴って自由水が減少することによっても強度が高硬化時間を任意に調整可能な土壌改良剤

触診により判定を行っている。
レベル3を本節の研究における硬図-5 各B/S（%）
におけるW/S（%）
が軟弱粘土の硬化時間に及ぼす影響8）

くなるものと考えられる。今回の実験結果から，特に高含水比リサイクル石膏に加熱処理を施すことにより製造した半水石

化時間の判定基準に定めたのは，
目視と触診により明らかに硬を有する粘性土に対しては，より高いB/Sが可能となることから，

膏を軟弱地盤に適用させる研究事例 9 ）では，半水石膏の硬化の判定が可能な状態であることと，レベル4ならびにレベル5より大きなqu 値の発現が期待できる。一方，他の処理方法に化速度が速いことからトラフィカビリティの改善が早期にはかれよりも短時間で評価を行うことが可能であるからである。

よって作製された半水石膏を用いた既往の実験結果においるなどの有意性が認められている。
しかしながら，その半水石ても，B/Sの増加に伴ってqu値が増加する傾向が得られてい膏の硬化速度が極めて速い場合，逆に作業性に制約を及ぼ

石膏の配合割合により，その硬化時間を任意に調節すること

る3）4）。

す場合もある。
このことに鑑みて本節では，Ⅱ型の無水石膏のが可能か否かに着目しているので外乱要因となるセメント類は

半水石膏混入による強度低下の主要因としては，石膏の混水和反応速度が半水石膏に比較して遅いことに着目して，
リ添加していない。

入によってセメントの水和反応が阻害されていることが考えら

サイクル石膏由来の半水石膏とⅡ型無水石膏との混合割合をれる。
セメントを構成しているクリンカー鉱物の一つにアルミネー

変化させることにより，軟弱地盤を想定したMCクレー（カオリ

ト相（C3A）
があるが，このアルミネート相は，水との反応が急激

ン）の硬化時間との関係を検討し，その土壌改良材としての有で瞬時に大量の熱を放出し硬化するという性質を有している。

効性を明らかにしている。

表-2 石膏の溶解度8）

なお，本節の研究においては，半水石膏ならびにⅡ型無水

4.2.2

実験結果および考察（１）各W/S（%）
におけるB/S（%）と硬化時間との関係8）
半水石膏の添加率（B/S＝10%，20%，40%）の違いが，軟弱地盤を想定したMCクレー（ W/S＝120%，140%，160%，

通常，
このようなアルミネート相の水和熱を抑制するために，
セ
4.2.1

メントの製造過程において，凝結遅延剤として石膏が添加さ

供試体の作製と実験

180%）の硬化時間に及ぼす影響について実施した実験結果れている7）。本節の研究で混入した半水石膏も，セメントの製

本節の実験では，半水石膏を高含水比な軟弱地盤に土壌を図-4 8）に示す。
なお，各配合に対して3回の試験を実施し図造過程で用いられているように凝結遅延剤として働き，アルミ

固化材として適用する場合を想定して，質量50gのMCクレー

中にプロットしている。図より，半水石膏添加率B/S＝10%の場

いてもW/S＝140%から硬化時間が顕著に長くなる傾向が認

合は，W/S＝120〜140%では20 分以内に硬化しているが，められる。

ネート相の硬化を過剰に抑制し，強度減少を引き起こしたものに加水を行いW/S＝120%，140%，160%，180%の4種類のと推察される。
このような一軸圧縮強さの低下に対する対応策

含水比に調整している。加水は試料のpHや混入イオンに影としては，使用するセメントのアルミネート相の量を低下させる

響を及ぼす可能性が少ないものと考えられる水温 15±2℃の方法が考えられ，例えばアルミネート相の量を低下させた耐硫蒸留水を用いている。W/S＝140%に調整した試料の状態を酸塩ポルトランドセメントの使用などが考えられる。

写真-1 8 ）に示す。各含水比に調整した試料に対してB/S＝以上のことから，
セメント安定処理土作製時には，半水石膏

10%，20%，40%の配合を設定している。

W/S＝180%では硬化するまで50分を要している。次に，B/S

半水石膏の硬化メカニズムに関する研究10〜26）は古くから知＝20%と40%では，いずれの含水比であっても約20分以内でられている。
中でも，大門らの研究報告18）によれば，半水石膏

硬化している。
また，B/Sの違いが硬化時間に及ぼす影響にの溶解度と溶解速度，二水石膏の溶解度と核生成から結晶

関しては，全てのW/S（ % ）に対してB/Sの増加に伴いグラフ成長などの定性的な関係について，その機構を明らかにしてのプロットが下側にシフトして行く傾向が認められる。

いる。
また，半水石膏の硬化時間を遅延させる研究19）に関しが吸水し二水石膏化することによって，自由水が減少する。

次に，硬化時間が速い半水石膏と硬化時間が遅いⅡ型無一方，図-5 8 ）は，含水比（ W/S＝120% ，140% ，160% ，ては，山田らがクエン酸ナトリウムや酢酸ナトリウムを硬化遅延

このようなメカニズムで自由水が減少し，B/Sの増加に伴って，

水石膏の混合割合（A/B，A：Anhydrite（Ⅱ型無水石膏）
を表180% ）の違いが各半水石膏の添加率（ B/S＝10% ，20% ，材として添加することにより，半水石膏の溶解速度や二水石

その結果強度が増加することも推察される。
したがって，
リサイす）とその硬化時間との関係を検討するためにA/B＝0% ，40%）の硬化時間に及ぼす影響についてプロットしたものであ膏の晶析速度が低下することを確かめている。
この他にも半クル石膏から製造した半水石膏は，高含水比の軟弱地盤をまた，試料として質量10%，20%，40%の配合を設定している。

改良する際に用いることにより，廃石膏を大量に消費できること

50gのMCクレーに加水を行いW/S＝100%，120%，140%，

から廃石膏処理問題の解消に繋がるとともに，混入率の増加

これ
160%，180%の5種類の含水比に調整している。そして，に伴って強度の増加が見込めると言う地盤工学的な有意性

ら5種類の試料に対して添加量（A＋B）／Sを10%に設定しての両面から，非常に有効であると推察される。

いる。

2024│NO.005

る。図より，W/S＝120%の場合，硬化時間は5分以内に収まっ

水石膏に有効な硬化遅延材として，有機質ではアラビアゴム，ているが，W/Sが増加するにつれて各B/S（%）の硬化時間がゼラチン，
デンプンなどが，無機質ではホウ砂，
リン酸ナトリウム

指数関数的に増加しているのが明らかである。
とくに，W/S＝などが知られている。

180%では，硬化時間がB/S＝40%が5分，B/S＝20%が20分，本節の研究で適用したリサイクル石膏から製造した半水石

B/S＝10%が50分を要している。全ての半水石膏添加率にお膏が軟弱地盤を想定した高含水比なMCクレーの中で水和

廃石膏ボードを由来とする重金属類の不溶化特性を有した土壌改良材の開発とその変遷

廃石膏ボードを由来とする重金属類の不溶化特性を有した土壌改良材の開発とその変遷

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反応を起こして硬化するプロセスを検討する上で，二水石膏

約1/5以下に低下するまでこの二水石膏の析出が進行するもと半水石膏の溶解度に差があることに着目して以下では考察のと考えられる。

にしている。
そして，
この複合リサイクル材料は，化学当量的にエトリンガ

次に，
Ⅱ型無水石膏の溶解度は半水石膏の約1/3 程度でイトの生成量が最大となるように，前述の半水石膏にアルミナ

既往の研究で，安達らが提唱した石膏の溶解度に関するあるため，半水石膏の溶出が完了して溶媒中のカルシウムイオン

源として石炭灰ならびに酸化カルシウム源として高炉スラグを計算式20）を用いて行った計算結果を表-2 8 ）に示す。表は，左濃度が約1/3以下に低下してからⅡ型無水石膏の溶出が始ま配合したもので，フッ素の不溶化のみならず，六価クロムやカドから二水石膏，半水石膏，
Ⅲ型無水石膏，Ⅱ型無水石膏の各るものと考えられる。
このことにより，A/B（%）の値が大きい試料ミウムなどの重金属類の不溶化にも有効であることを示唆して温度における溶解度（g/L）
を表している。同表より，10℃の二ほど半水石膏の溶出が完了した後からⅡ型無水石膏の溶解いる。
なお，複合リサイクル材料は，廃石膏ボード由来の半水速度にカルシウムイオン濃度が支配されることになり，二水石膏

石膏やⅡ型無水石膏を母材とする水硬性を有していることかの側面からカルシウムイオン濃度が過飽和になるまでに時間をら，土壌の改良材として有効であることは，本稿の第4章で触要することになる。
これらの理由により，A/B（%）の値が大きく

れたとおりである。

を試みる。

水石膏の溶解度が 1.934g/Lであるのに対し，半水石膏が9.494g/Lであることから半水石膏の溶解度が二水石膏の溶図-6 各W/S（%）
におけるA/B（%）
が軟弱粘土の硬化時間に及ぼす影響8）

解度の5倍近く大きいことがわかる。半水石膏すなわち硫酸カ

なるほど硬化時間が遅延されるものと考えられる。
とくにこのこルシウムの1/2水和物（CaSO4･1/2H2O）
は硫酸塩であるから，
その一部は水に溶解してカルシウムイオン（Ca2+）
と硫酸イ

である。
また，
（ 1）
目と同様に各配合に対して3回の試験を実

オン
（SO4

施し図中にプロットしている。

2−）に電離しているものと考えられる。
このとき溶媒の図より，W/S＝100%と120%の場合に着目すると，A/B（%）

水に対して半水石膏が潤沢に存在する場合，半水石膏の溶まず，本章の第1節では，土壌汚染対策法（以下，土対法ととは，図-6 8 ）から明らかなように，W/S（%）の値が大きいほど

記載）とその土壌環境基準を概観する。そして，第 2 節では，顕著に表れておりW/S＝180%の場合は，その硬化時間は指廃石膏ボード由来の半水石膏を母材とする複合リサイクル材

数関数的に長くなっていることがわかる。

料が重金属類の不溶化に有効であることを，重金属を溶解さ解速度に支配されるが最終的にカルシウムイオンが飽和の状の値が増加しても硬化時間の遅延は認められなかった。
このさらに，
Ⅲ型無水石膏の10℃における溶解度は表-2 8）より，態に至る。

ことは，W/S＝100%と120%の含水比の値がその他の試料に10.182g/Lと半水石膏の溶解度9.494g/Lよりも大きい値を示

合リサイクル材料が，実際的な重金属類の不溶化剤として有せた模擬汚水により検討している27）。
さらに，第3節では，同複溶解度が半水石膏の1/5である二水石膏からみると既にカ比べて小さく，溶媒である水が少量であることから，半水石膏

している。
このことから，
Ⅲ型無水石膏の添加量を増加させる効であることを検証するために，ヒ素や鉛などで複合汚染されルシウムイオンが過飽和の状態になっていることが容易に推定の混合割合が少量であっても溶出するカルシウムイオン濃度

ことにより，溶媒中のカルシウムイオン濃度はさらに高まり二水

た実汚染土での適用性を検討している64）。

することができる。過飽和になったカルシウムイオンは結晶水をが飽和状態になるまでの時間が短くなるからであると考えられ

石膏の析出速度が速くなるものと推察される。半水石膏に対し取り込みながら二水石膏すなわち硫酸カルシウム2 水和物る。逆に，二水石膏の溶解度の側面から含水比の値が大きいて硬化速度を遅延させたい場合にはⅡ型無水石膏の添加量5.1

土壌汚染対策法と環境基準（CaSO4･2H2O）を晶析させる。
この少量の二水石膏が核種

その他の試料と比較検討すると，含水比の小さい試料はカルを増量し，逆に硬化速度を促進させたい場合にはⅢ型無水石

5.1.1

土壌汚染対策法の背景となり二水石膏の析出速度が連鎖的に加速して行くものと考

シウムイオン濃度が過飽和状態になるまでの時間が含水比の膏の添加量を増量することにより，さらに広い範囲で硬化時間えられる。
このことは，二水石膏を加熱処理して半水石膏を製値が大きい試料に比較して短くなり，二水石膏の結晶析出がを任意に調整することが可能となることが示唆される。

造する場合，収率が悪い半水石膏には二水石膏が多く残っ

戦後の復興を終え，工業製品の大量生産，大量消費，大量廃棄により国民に豊かさや利便性，夢と希望を享受してきた高早まるものと推察される。
これらの理由から，本節の研究におまた，表-2 8 ）より，二水石膏の溶解度は溶媒の温度が上昇

度経済成長であったが，その代償として公害問題や環境破ている。
この二水石膏が核種となることから収率の低い半水ける含水比の値が小さいW/S＝120%以下の領域において，

するとその値も増加しているが，半水石膏，
Ⅲ型無水石膏なら壊，
さらには地球温暖化問題などの禍根を将来に残すことに石膏ほど硬化時間が速くなることに起因している。

Ⅱ型無水石膏の硬化遅延材としての有効性が認められないもびにⅡ型無水石膏は溶媒の温度上昇に対して逆に溶解度がなっている。

このことと並行して，二水石膏の析出量が増加することによのと考えられる。

り，溶液中のカルシウムイオンが減少し，過飽和の状態から不次に，図のW/S＝140〜180%の高含水比の試料に着目す

飽和の状態へと移行する。
これらの機構の繰り返しにより半水

ると，A/B（%）の値が増加するにつれて硬化時間が延びてい

石膏の溶出が進行するのである。
このような水和反応プロセスることが明らかである。
なかでも，W/S＝180%の場合，A/B＝を経て半水石膏が二水石膏に転化して行くものと推察される。

40%で急激に硬化時間が延びており，W/S＝160%の場合，

これらのことから，
図-48）及び図-58）のように含水比が高い試）と硬化時間が比例関係にある。
さらに，表-2 8 ）より，

A/B（%

料の領域においては，半水石膏が溶出し過飽和になるまでの溶解温度10℃の場合の半水石膏とⅡ型無水石膏の溶解度を時間が含水比の小さい試料に比べて長くなることは容易に推比較すると，半水石膏が9.494g/Lであるのに対しⅡ型無水石

低下する傾向にあることがわかる。
これは，「 3.2.1 二水石

典型7公害と言われる大気汚染，水質汚濁，騒音，振動，臭膏」で触れた二水石膏から半水石膏に至る熱化学式（1）と気，地盤沈下，土壌汚染は，健康被害，環境破壊などの副作「3.2.2 半水石膏」で触れた半水石膏から無水石膏に至る用を招きながら公害問題として対策が講じられて行く。
その中

熱化学式（2）が共に吸熱反応になっていることに起因していでも欧米に遅れること10年余り，最も施行が遅れた土対法（土ると考えられる。
これらのことは，半水石膏やⅢ型無水石膏なら壌汚染対策法）が2003年に施行される。既に四半世紀前か

びにⅡ型無水石膏の加水による硬化時間は温度が低いほどら施行されている他の6公害（大気汚染，水質汚濁，騒音，振速くなることを裏付けている。

動，臭気，地盤沈下）に関する法律は，産業活動に伴う副産以上のことから，半水石膏とⅡ型無水石膏の混合割合を変物や廃棄物の排出濃度や排出量を規制することにより，公害化させることにより，任意に硬化時間をコントロールすることがの発生や被害の拡大を未然に防止することを目的としている。

可能であることが明らかとなった。
このことは，半水石膏を母材

これらの法律に対して土対法は，過去に汚染された土壌の状測することができる。
このことから，カルシウムイオンが過飽和に膏は3.313g/Lと約1/3小さい値を示している。
また，
このときの

至ってから二水石膏が析出するために，含水比が低い試料ほ二水石膏の溶解度は1.934g/Lである。
したがって，溶解度のどこの反応が速くなり試料の硬化時間が早まるものと考えられる。

値は半水石膏＞Ⅱ型無水石膏＞二水石膏の順番に小さい値とする固化材の硬化時間が極めて早いために，今まで適用す

況を把握すると共に，地下水の摂取や汚染土壌の直接摂取になっている。

ることができなかった固化材に水を加えスラリー状にして圧送などによる人への健康被害の防止措置を講ずることを目的としする深層混合処理工法への適用など，土壌改良材としてのている。土壌汚染防止法ではなく土壌汚染対策法と命名され用途がさらに広がるものと期待される。

たのもこのことに起因している。

（２）各W/S（%）におけるA/B（%）と硬化時間との関係

これらのことから，高含水比の試料に潤沢にある溶媒に対および考察 8）

して，二水石膏の結晶析出に関与する溶媒中のカルシウムイ
オン濃度が半水石膏のみならずⅡ型無水石膏の支配を受け

Ⅱ型無水石膏と半水石膏との混合割合A/B（%）の違いが硬化時間に及ぼす影響について実施した実験結果を図-6 8）ているものと推察される。

本法では，一定要件を満たす土地の改変において，土壌の5.

廃石膏ボード由来の不溶化剤調査を行うことが土地所有者に求められる。
土壌調査は，
まず，対象となる土地の登記簿などから地歴を過去に遡り，工場など

二水石膏の硬化のメカニズムは，微量の二水石膏が核種とに示す。
なお，試料に対する混合物（半水石膏とⅡ型無水石膏）の添加率を10%に設定している（（ A＋B ）／ S ）×100＝

なり二水石膏の結晶が析出して針状に成長することにより硬既往の研究33）で筆者らは，廃石膏ボードから製造した半水（ 1）目で検討した各 W/S（ % ）におけるB/S
10% ）。これは，化が進行するものと考えられている。
この過程において，半水

石膏に石炭灰ならびに高炉スラグを配合した複合リサイクルのプロセスで原材料や関連する薬剤，燃料や洗浄油などの使（%）と硬化時間の関係と同様に含水比の違いに対しても最も石膏の溶解度より二水石膏の溶解度が約1/5小さいために，材料を検討し，その材料中に生成するエトリンガイトが廃石膏用の有無を調査する。
この文献調査により，土壌汚染の可能性

顕著に硬化時間の差が表れる添加率であると考えられたから全量の半水石膏が溶出して溶媒中のカルシウムイオン濃度がボード由来のフッ素の不溶化に極めて有効であることを明らかが疑われる場合，概況調査としてボーリング調査を実施し，2024│NO.005の事業所の存在が確認できた場合，何を製造していたか，
そ

廃石膏ボードを由来とする重金属類の不溶化特性を有した土壌改良材の開発とその変遷

廃石膏ボードを由来とする重金属類の不溶化特性を有した土壌改良材の開発とその変遷

─ 23 ─

─ 24 ─

2024│NO.005

N I K KO T E C HN I CA L RE PO RT

5.2

土壌と地下水の汚染の有無を調査する。
このことにより，土壌の環境基準を超える汚染が発覚した場合は，詳細調査を実施

複合リサイクル材料によるフッ素・六価クロム・ことがフッ素の不溶化に極めて有効であることに着眼し，廃石

カドミウム・鉛の不溶化

膏ボードから製造した半水石膏を母材として，産業副産物で表-4 本節の研究で用いた石炭灰の主要化学成分（%）27）

し，汚染物質，汚染の範囲，汚染濃度などを明らかにし，行政廃石膏ボードから紙と異物を除去して製造したリサイクル石

ある石炭灰と高炉スラグを配合した複合リサイクル材を考案しに報告すると共に，対策を講じる義務が土地所有者に生じる。

膏にはフッ素が含有していることから，
これを土壌改良材としてている。
この複合リサイクル材料は，母材の半水石膏（CaSO4

具体的な対策としては，地下水を通じて汚染が拡散しない用いる場合には，フッ素の溶出に注意を払う必要があることは･1/2H2O）
に対して，
アルミナ（Al2O3）源として石炭灰，酸化

本稿の第3章でも触れている。

カルシウム（CaO）源として高炉スラグを添加し，化学当量的にような防止策を講じると共に，土地利用の目的に応じて土壌浄化の方針を決定し，その対策を図ることが求められる。特に，筆者らが行った既往の研究 28 ）では，軟弱地盤に見立てた

第二種特定有害物質である重金属類による汚染に関しては，

高含水比（140%）の工業的に成分調整されたカオリンに，
リサ

汚染土壌の溶出量基準（mg/L）と含有量基準（mg/kg）とのイクル石膏から製造した半水石膏と高炉セメントB種を添加し次に，この複合リサイクル材料に対してアルカリ刺激剤として両面から検討を進めることが重要となる。概ね，不溶化処理をたものを供試体として，
そのセメント添加量とフッ素の溶出濃度

高炉セメントB 種の添加量を増大させて行き，エトリンガイトの施す対策が一般的となるが，汚染物質の含有量基準が環境（mg/L）との関係を検討している。
その結果，カオリンに対して生成量（X線回折強度）とリサイクル石膏由来のフッ素の溶出基準を超過する場合には，汚染土壌そのものを掘削除去する

高炉セメントB 種を添加しない供試体の場合，半水石膏を濃度との関係を検討している。
その結果，複合リサイクル材料

ことや洗浄浄化することなどの対策が必要となる。

10% 添加するだけでフッ素の溶出濃度が土壌環境基準のに対して0〜4%のアルカリ刺激剤の添加量の範囲において，0.8mg/Lを超過するのに対して，同カオリンに高炉セメントB種

急激にエトリンガイトの生成量が増大し，4〜32%の添加量範を5%添加した供試体の場合，半水石膏を50%添加してもフッ

囲ではエトリンガイトの生成量は微増に留まっている32〜34）。

5.1.2

土壌の環境基準

土対法では，国が定める土壌の環境基準として26種類の素の溶出濃度が土壌環境基準を大きく下回っていることを報告している。

特定有害物質を指定している。
これらには，第一種特定有害表-5 本節の研究で用いた高炉スラグの主要化学成分27）

エトリンガイト（Ca6Al（（が最大量生
2 SO4）
3 OH）
12･26H2O）
成される配合を決定している。

筆者らが研究の対象としているこれらの産業副産物で製造した複合リサイクル材料は，泥土や軟弱地盤に対して土壌改アッシュやクリンカーアッシュの年間発生量は震災前の1,000
万トンから1,300万トンに迫る勢いで増加している。

物質としてVOC（Volatile Organic Compound：揮発性有さらに，そのことに関して，
エトリンガイトがフッ素の不溶化に良材ならびに土壌固化材としての機能を有し，さらに，重金属機化合物）類を11 種，第二種特定有害物質として重金属類有効であることの既往の研究報告29）から，供試体中のエトリン類の不溶化性を併せ持つリサイクル材料であれば極めて有10種，第三種特定有害物質として農薬類5種の合計26種類

ガイトの生成量とフッ素の溶出濃度との関係を検討している。

効な材料であると考えられる。

が指定されている。
そして，その規制基準には，水への溶出量

ここで，エトリンガイト（Ca6Al（（は，石2 SO4）
3 OH）
12･26H2O）

本節では，廃石膏ボード由来の半水石膏を母材とする複合

JIS Ⅱ規格品（JIS A 6201）のフライアッシュを使用している。石

基準と含有量基準とがある。

膏（ CaSO 4 ），アルミナ
（ Al 2 O 3 ），酸化カルシウム（ CaO ）と水

リサイクル材料が重金属類の不溶化に有効であることを検討

炭灰の主要化学成分を表-4 27）に示す。表より，
シリカ（SiO2）

特に，本節の研究の対象である第二種特定有害物質には，（H2O）との水和物で，アルカリ環境下でポゾラン反応により生している。特に，土壌の重金属汚染の中でも報告事例35〜39）がが58.3%で過半数を占めるが，エトリンガイトの構成成分であ

水銀
（Hg）
，
カドミウム
（Cd）
，
鉛
（Pb）
，
六価クロム
（Cr(Ⅵ)），
等の成することが一般的に知られている30）。
これらのことから，供試多い六価クロム
（Cr
（Ⅵ）），
カドミウム
（Cd），鉛（Pb）に着目して，るアルミナ（Al2O3）は27.6%，酸化カルシウム（CaO）は2.8%含重金属類が含まれる。
身体への影響は，水銀による水俣病やカ体中に生成されるエトリンガイト量（X線回折強度で評価）
は，模擬的に濃度調整した重金属汚染水を製作し，これらの模擬まれていることがわかる。
このことから，石炭灰はアルミナ源のドミウムによるイタイイタイ病などが公害病として知られている。
水

カオリンのアルミナ含有量に支配的となることを指摘している。

汚染水を直接複合リサイクル材料に添加混合して供試体を作

補助添加剤として有効であると考えられる。

俣病はメチル水銀による中毒中枢神経疾患であり，運動失調，加えて，筆者らが行った既往の研究31）では，カオリンに含ま製している。
その上で，その養生時間とこれら重金属類の溶出

ただし，
フライアッシュは石炭の燃焼により高温の熱履歴を感覚障害，
聴力障碍などの症状が現れる。
イタイイタイ病は，多れるアルミナ（Al2O3）や酸化カルシウム（CaO）等の鉱物が，エ

濃度との関係を検討し，複合リサイクル材料の地盤環境工学

経ていることから，粒子表面が溶融してガラス化（アモルファス

発性近位尿細管機能異常や骨軟化症が主な症状である。

トリンガイト（Ca6Al（（生成の外乱要
2 SO4）
3 OH）
12･26H2O）

的有効性を明らかにしている。

化）
しており，
アルカリ環境下でないとポゾラン反応が進行しな

本節の研究では，密度；1.95g/cm3以上，粉末度（ブレーン法）：2,500以上の土木用資材として一般的に市販されている

いことに注意を要する。

また，これらの重金属類は，酸化物，水酸化物，硫化物など

素とならないようにカオリンを用いずに，半水石膏のみを母材との化合物の形態で土壌中に存在しているものと考えられる。
さした供試体を作製し，高炉セメントB種の添加量を変化させて

5.2.1

らに，重金属類は，地下水の存在下でその水素イオン濃度のエトリンガイトの生成量とフッ素の溶出濃度との関係を検討し（１）半水石膏

影響を強く受けて溶出し，原子担体のイオン状態でも存在してている。
その結果，母材である半水石膏に対して，高炉セメントいることかが知られている。
このように重金属類は，原子やイオ

B種の添加量を変化させた場合，高炉セメントB種に含まれる

ン単独の状態でも有害であることから，第一種や第三種特定アルミナと酸化カルシウムとが半水石膏とポゾラン反応によりエ

有害物質のように分解して無害化を図ることはできない。
した

トリンガイトを生成し，その生成量が高炉セメントB種の添加量

がって，土壌から重金属類を除去する方法として物理特性をと極めて密接な相関があることを示し，同時にこのことから，利用する場合は，比較的その融点や沸点が高温のものが多フッ素溶出濃度との間にも密接な相関関係があることを明らか

石炭に含有している無機成分（灰分）が石炭の燃焼に伴い溶のが高炉スラグである。高炉スラグは，年間 2,400 万トン前後いことから，大量のエネルギーを消費し浄化コストが嵩むことがにしている。

融し球場になってボイラーから飛散し，電気集塵機などで捕捉発生しており，
セメント原料，道路用の路盤材などに有効利用されたものがフライアッシュと呼ばれている。

されている。

課題となる。

そして，半水石膏中のエトリンガイトの生成量を増大させる実験に用いた材料と模擬汚染水用試薬（３）高炉スラグ
高炉は，鉄鉱石とコークスを混合して高温に加熱し，鉄鉱石

半水石膏の特徴に関しては，本稿の第3章で詳しく記載しの主成分である酸化鉄をコークスで還元して鉄を製造する縦ているのでここでは割愛する。

型の炉である。鉄の純度を上げるために生石灰（ CaO ）を高炉に投入し，鉄鉱石に含まれている不純物をこの生石灰で吸（２）石炭灰収分離する。溶融して不純物を吸収した生石灰を急冷したも石炭灰は，石炭炊きの火力発電所で副産物として生成する。

以上のことから，前項でも触れたが，重金属類の化合物のことが，フッ素不溶化に最も有効であると結論付け，
エトリンガ

一方，成分はフライアッシュと同等であるが，ボイラーから飛本節の研究では，密度：2.89gcm3 ，粉末度（ブレーン法）：

多くは土粒子の表面に付着していることに着目し，汚染土壌のイトの生成量は高炉セメントB種のアルミナ含有量により支配さ散せず，溶融してボイラー底部に堆積したものを冷却粉砕した

4,700の土木用資材として一般的に市販されている高炉スラ

粒度の小さいシルト質，粘土質を分級する洗浄工法などを適れることを推定している。
しかも，
このことは，化学当量的に供ものをクリンカーアッシュと呼んでいる。両者ともセメント原料やグ粉末（JIS A 6402）
を使用している。高炉スラグの主要化学用して土壌中の重金属含有量を減じる方法が有効である。
ま

試体中のアルミナが不足することを意味しており，アルミナ源と人工骨材ななどの土木用資材として有効利用されている。

成分を表-5 27）に示す。表より，
シリカ（SiO2）
が33.6%含まれてた，含有量は基準を満足しているが溶出量が基準をオーバーして石炭灰などを補助添加剤として添加することが経済的にする場合においては，不溶化剤などを適用することが経済的有意であると主張している。

に有利となる場合が多い。

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以上の研究結果から，エトリンガイトの生成量を増大させる

近年では，東日本大震災の影響で原子力発電所が全停止いるものの，エトリンガイトの構成成分となるアルミナ（ Al 2 O 3 ）した経緯から，石炭焚き汽力発電所の再稼働ならびに新規建は14.3% ，酸化カルシウム（ CaO ）
は42.5% 含まれていること

設が進み石炭の消費量が増大している。
このことにより，
フライがわかる。
このことから，高炉スラグは酸化カルシウムならびに廃石膏ボードを由来とする重金属類の不溶化特性を有した土壌改良材の開発とその変遷

廃石膏ボードを由来とする重金属類の不溶化特性を有した土壌改良材の開発とその変遷

─ 25 ─

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アルミナ源の補助添加剤として極めて有効であると考えられる。

表-6 本節の研究で用いた高炉セメントＢ種の主要化学成分27）

ただし，高炉スラグは高温の熱履歴を経ていることから，石ガイト生成の外乱要因と考えられる土を用いずに複合リサイク
ル材料を母材とした供試体の配合設計を行っている。供試体の作製は，重金属毎に複合リサイクル材料に対してアルカリ刺炭灰と同様にガラス化（アモルファス化）
しており，アルカリ環境激剤として高炉セメントB種を4%添加した供試体と，
ブランクテ

下でないとポゾラン反応が進行しないことに注意を要する。

ストとして高炉セメントB種を添加しない供試体とを作製している。
ブランクテストは，複合リサイクル材料で生成するエトリンガ（４）高炉セメントB種
高炉セメントは，高炉スラグをセメントクリンカーに混合して生

イトの重金属類に対する不溶化（吸着）性能と，エトリンガイト

産されており，
品質はJIS R 5211で規定されている。
高炉スラグ

以外の素材（石膏，高炉スラグ，石炭灰）の不溶化（吸着）性能の差を明らかにするために実施している。
また，複合リサイクの混合割合により，A種（5%を超え30%以下），B種（30%を超え

塩化カドミウムは，無色の個体で粉体では白色を呈する。密度60%以下），C種（60%を超え70%以下）が規定されている。

は4.047g/cm 3 ，融点 568 ℃，沸点 964 ℃，水への溶解度は

本節の研究では，密度：3.04g/cm3，粉末度（ブレーン法）：

90g/L（0℃）の特性がある。

3,750の土木用資材として一般的に市販されている高炉セメ
ントB種を使用している。高炉セメントB種の主要化学成分を表-6 27）に示す。表より，エトリンガイトの構成成分であるアルミナは処理材としてセメントを過度に添加する場合には六価クロムの溶出が懸念されることから，
セメントの添加率を可能な限り少染水を添加攪拌し，各供試体の養生時間を1 ，3 ，5 ，168 ，C/Mとフッ素溶出濃度・エトリンガイトX線回折強度（CPS）との関係33）

336，504時間の6通りに設定して，室温（20±2℃），相対湿度（35〜45%）の環境下で所定の養生時間まで気中養生を行っ（７）鉛（Pb）

また，
セメント安定8.7%，酸化カルシムは54.1%含有している。

図-7

ル材料に対して含水比が100%となるように各濃度の模擬汚

ている。

鉛は，
その化合物としてガラスやバッテリーの電極，火薬のそして，所定の養生時間を経過した供試体に対して，六価原料として一般的に使用されている。
また，古くより光明丹など

クロム溶出試験用，カドミウム溶出試験用，鉛溶出試験用の検の赤色顔料などに利用されており，人類にとって馴染み多き重液を作製している。

金属である。人体に対して蓄積性があり鉛中毒として食欲不なくすることが望ましい。

振，貧血，尿量減少などの症状がある。
これらのことから，土壌

本節の研究では，高炉セメントB種をポゾラン反応誘発のたの環境基準では，溶出基準が0.01mg/L以下の厳しい値に定めのアルカリ刺激剤として使用している。

められている。
本節の研究では，鉛化合物の中でも水への溶解度が比較（５）六価クロム（Cr（Ⅵ））

的大きい硝酸鉛（Ⅱ）（Pb（NO3）2）を試薬として用いている。硝六価クロムは，強い酸化作用を持ち有機物と反応して安定

酸鉛（Ⅱ）は，無色の個体で粉体では白色を呈する。密度はな三価クロムとなるが，極めて有毒である。
このことから，土壌値に定められている。
いずれにしても，雨水に溶け込んで地下

複合リサイクル材料のエトリンガイト生成量とフッ素溶出濃度との関係

筆者らの既往の研究33）で明らかにされた養生期間4週における複合リサイクル材料のエトリンガイト生成量（ X 線回折強

図-8

度）
と，
フッ素溶出濃度との関係を図-7 33 ）に示す。
これは，複C/B・C/MとエトリンガイトX線回折強度（CPS）との関係33）

合リサイクル材料の母材となる半水石膏が廃石膏ボード由来

470℃，沸点は融点の470℃で分解するためであることから，フッ素の溶出濃度が土壌の環境基準を超過の増加と共にエトリンガイト生成量もほぼ比例するように増大しに存在しない。水への溶解度は52g/L（20℃）の特性がある。

する場合があり，複合リサイクル材料中でポゾラン反応によりている。
これに対して複合リサイクル材料の場合，エトリンガイト生成されるエトリンガイトにより，
このフッ素の溶出を自ら抑制すの生成量が最大となるように配合設計を行っていることから，るものである。

C/M（%）が0.0〜4.0%の範囲でアルカリ刺激剤（高炉セメント

4.53g/cmの環境基準では，その溶出量基準が0.05mg/L以下の厳しい

5.2.3

3，
融点

水に混入し，生活飲料水を脅かす汚染物質である。
自然界では三価クロムの状態で存在するが，高温雰囲気で酸化作用を

5.2.2

実験方法

受けて六価クロムとなる。特にセメントにはその製造プロセスか（１）複合リサイクル材料と模擬汚染水の作製

B 種）によるポゾラン反応が進行し，エトリンガイトの生成量が

図より，C/M（%）（C：高炉セメントB種，M：複合リサイクル

急激に増大したものと考えられる。

複合リサイクル材料は，石炭灰，高炉スラグ，半水石膏に含材料）が0〜4%の範囲でエトリンガイト量が急激に増大し，こ

本節の研究では，クロム化合物の中で水への溶解度が比較まれるアルミナ（ Al 2 O 3 ），酸化カルシウム（ CaO ），半水石膏

れに連動する形でフッ素の溶出濃度が急激に減少しているこ

本節の研究では，
アルカリ刺激剤として安価で市場に多く流的大きい重クロム酸カリウム（K2Cr2O7）を試薬として用いた。

（ CaSO 4 ･ 1/2H2 O ）の構成割合から，エトリンガイト（Ca 6 Al 2とがわかる。
さらに，C/M（%）
が4〜32%に至っては，
エトリンガ

通し，
かつ入手が比較的容易である高炉セメントB種を選定し重クロム酸カリウムは，赤橙色の結晶で密度は2.67g/cm3，融（SO4）（の生成量が化学当量的に最大と3 OH ）
12 ･ 26H 2 O ）点398℃，沸点500℃，水への溶解度は149g/L（0℃）
の特性
がある。

ら六価クロムが含有していることが考えられる。

イト生成量が穏やかに増大している。
この時のフッ素溶出濃度ている。
セメントが重金属類の不溶化に有効であることは一般

なる配合設計に基づき作製している。
ここで，エトリンガイトは，は，0.1〜0.2mg/Lの範囲で土壌の環境基準の0.80mg/Lを的に知られている事実であり，本節の研究においてもセメント

1molのアルミナに対して3molの酸化カルシウムと3molの石膏

大きく下回る値を示している。
また，
この範囲においてこれ以上の影響力を極力抑えるため，図からわかるように，
その添加量のフッ素溶出濃度の減少傾向は認められない。

をポゾラン反応によるエトリンガイトの生成量が全体生成量のとが水和反応して1molのエトリンガイトを生成する40〜49）。

70% 以上を占め，かつ重金属の不溶化に必要充分であると模擬汚染水は，前述の通り水への溶解度が大きい重金属

次に，図-8 33）にリサイクル石膏で製造した半水石膏に高炉

カドミウムは，銅，銀，
ニッケルなどの合金や蓄電池の電極な類の化合物を試薬として選定している。
このことから，この複合

セメントB種を添加した時のC/B（%）（B：半水石膏）とエトリン

どに多く使用されており，それの製造工程や中間処理，最終リサイクル材料が重金属類の不溶化剤としてより厳しい条件

ガイト生成量の関係と，複合リサイクル材料に高炉セメントB種

処分工程により大気中に飛散することや排水に混入する可能

下での溶出試験となる。

を添加した時のC/M（%）とエトリンガイト生成量との関係との（６）カドミウム（Cd）

考えられるC/M＝4.0%に限定している。
なお，
エトリンガイトの定量方法として本節の研究では粉末

X線回折法を適用したが，個体27AI NMRを用いた新たな性がある。人体に有害で国内の環境被害としてはイタイイタイ

添加する模擬汚染水の濃度倍率を順次上げていき，
供試体

比較を示す。図より，複合リサイクル材料のエトリンガイト生成

方法や，粉末X線回折を行う場合の乾燥や分製の影響を明ら病が有名である。
これらのことから，土壌の環境基準では，溶から溶出濃度が環境基準を上回る濃度倍率を予め探り当てて量が，半水石膏のエトリンガイト生成量よりも5〜10倍多くなっかにした既往の研究報告がある50〜51）。
さらに，本節の研究と出量基準が0.01mg/L以下の厳しい値に定められている。六から，養生時間と溶出濃度との関係を検討することとしている。

ていることが明らかである。

抑制に関する研究報告が知られている52〜53）。

このことに関して，リサイクル石膏で製造した半水石膏の場

価クロム同様，雨水に溶け込んで地下水に混入し生活飲料水（２）供試体の作製と養生および検液の作製を脅かす汚染物質である。

合に着目すると，
エトリンガイトの生成に必要なアルミナと酸化カ

以下では，
この複合リサイクル材料が六価クロム（Cr（Ⅵ）），
カドミウム（Cd），鉛（Pb）等の重金属類の不溶化に関する有本節の研究では，カドミウム化合物の中で水への溶解度

本節の研究では，養生時間に対するエトリンガイト生成量とルシウムは，高炉セメントB種のみからの供給に限定されることが比較的大きい塩化カドミウム（CdCl2）を試薬として用いた。

重金属類の溶出濃度との関係を明らかにするために，
エトリン

から，
エトリンガイトの生成量はC/B（%）に支配され，C/B（%）

2024│NO.005

同様に，産業副産物を利用した土の固化技術や重金属溶出

効性を検討する。

廃石膏ボードを由来とする重金属類の不溶化特性を有した土壌改良材の開発とその変遷

廃石膏ボードを由来とする重金属類の不溶化特性を有した土壌改良材の開発とその変遷

─ 27 ─

─ 28 ─

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N I K KO T E C HN I CA L RE PO RT

5.2.4

5.2.5

六価クロム（Cr（Ⅵ））の不溶化

カドミウム（Cd）の不溶化

図-10 27）に，土壌環境基準の10,000倍濃度に調整したカ

図-9 27）に，土壌環境基準の1,000倍濃度に調整した六価ドミウムの模擬汚染水を，含水比100%になるように添加した供

クロムの模擬汚染水を，含水比100%になるように添加した供試体の六価クロム溶出濃度と養生時間との関係を示す。六価

試体のカドミウム溶出濃度と養生時間との関係を示す。
カドミウ

クロムに関する土壌環境基準は，0.05mg/Lが溶出量基準とムの土壌環境基準は，0.01mg/Lが溶出量基準となっており，
六価クロムの場合同様，各倍率濃度において溶出濃度と養生なっており，本節の研究では同基準の10倍，100倍，1,000倍，

時間との関係を検討したところ，図に示す10,000倍濃度のレ

10,000倍で溶出濃度を検討し，溶出濃度が同基準に近づくレ

ンジで大きな変化が見られた。
この時のカドミウム含有量はンジの倍数の図を載せている。10倍，100倍濃度に関しては，

これとあわせて，六価クロムの場合同様ブラ
100mg/kgとなる。

同基準である土壌溶出量基準0.05mg/Lを満足し，分析下限

図-9 養生時間（hr）とCr溶出濃度（mg/L）の関係27）

値を下回る値となった。
このため，図は，重クロム酸カリウム

図-11 養生時間（hr）とPb溶出濃度（mg/L）の関係27）

ンクテストの目的で，複合リサイクル材料にアルカリ刺激剤を添加しない供試体を作製し溶出試験を実施している。
まず，
ブラ（K2Cr2O7）の六価クロムイオン濃度が，環境基準の1,000倍となるように調整した汚染水を添加したものである。
なお，
この時

ンクテストの供試体に着目すると，養生時間0〜5時間に至るま

504時間においては，上記でも述べた通り，エトリンガイト以外の六価クロム含有量は，計算上50mg/kgとなる。
これとあわせでは溶出濃度（0.65〜0.60mg/L）の変化は認められず，5〜のカドミウム不溶化に有効な鉱物が，生成されたことが示唆さて，
ブランクテストの目的で，複合リサイクル材料にアルカリ刺激

168時間（1週）の間で溶出濃度が減少（0.03→0.001mg/L）

れる。

剤を添加しない供試体を作製し溶出試験を実施している。

に転じていることが観察される。
さらに，336〜504時間（2〜35.2.6

鉛（Pb）の不溶化

図は，両対数グラフであるので変化が少ないように観察され週 ）に 至り，土 壌 の 環 境 基 準 を 下 回 る値 にまで 減 少るが，ブランクテストの供試体に着目すると，養生時間0〜168（0.001mg/L）
している。
アルカリ刺激剤を添加しないが，六価

図-11 27）に，環境基準の10,000倍濃度に調整した鉛の模クロムの場合同様エトリンガイト以外のカドミウム不溶化に有効

擬汚染水を，含水比 100%になるように添加した供試体の鉛変化は認められない。
このことは，エトリンガイトの生成が伴わな鉱物が生成されたものと推察される。
また，
カドミウムの汚染

溶出濃度と養生時間との関係を示す。鉛の土壌環境基準は，なくても複合リサイクル材料に含まれている鉱物類に六価クロ

水として塩化カドミウム（CdCl2）を適用したが，塩化物イオンとカドミウムの場合と同様，
0.01mg/Lが溶出基準となっており，

複合リサイクル材料の構成成分とが結び付き，新たな鉱物を

各倍率濃度において溶出濃度と養生時間との関係を検討し生成している可能性も示唆される。

た所，図に示す10,000倍濃度のレンジで大きな変化が見られ時間（1週間）までは，溶出濃度（2.22〜2.29mg/L）に大きなムが吸着しているものと推定される。
そして，168時間（1週）
を

図-10 養生時間（hr）とCd溶出濃度(mg/L）の関係27）

過ぎて504 時間（ 3 週）に至る間，緩やかな溶出濃度の減少（2.29→1.33mg/L）が認められる。
これらのことは，複合リサイ

次に，図よりアルカリ刺激剤を添加した供試体に着目すると，た。
この時の鉛含有量は100mg/kgとなる。
これとあわせて，六価クロムの場合同様ブランクテストの目的で，複合リサイクル材

クル材料の中で養生時間を経るごとに少量であるが，エトリンしていると推察され，水（蒸留水）と反応して水酸化物（アルカ終始一貫して環境基準の1/10である0.001mg/Lを推移してガイトの前駆体であるモノサルフェイト（3CaO･Al2O3･CaSO4リ性）
がほとんど生成していないためであると考えられる。

いることがわかる。
このことから，同複合リサイクル材料は本節料にアルカリ刺激剤を添加しない供試体を作製し溶出試験を実施している。

･ 12H 2 O ）やカルシウムアルミノフェライト（ 6CaO ･ 2Al 2 O 3 ･次に，重クロム酸カリウム（K2Cr2O7）を蒸留水に溶解させたの研究の条件下において，カドミウムの不溶化に極めて有効

Fe2O3）系化合物などが生成し，六価クロムを吸着していること

1,000倍濃度の模擬汚染水を複合リサイクル材料に添加してである。
ただしこの場合，
アルカリ環境におけるカドミウムの不図より，
アルカリ刺激剤添加の有無を問わず養生時間の全が示唆される55〜57）。

供試体を作製したときのpH値は，
アルカリ刺激剤を加えないブ

溶化と，
エトリンガイトの吸着性能とが相乗的に寄与しているこ

域に渡り，鉛の溶出濃度の低減（0.02→0.001mg/L）が見ら

次に，
アルカリ刺激剤を添加した供試体に着目すると，養生

ランクテストの供試体が弱酸性の5.0〜5.2を示し，
アルカリ刺とが示唆される。

れる。
このことは，鉛の汚染水として硝酸鉛（Pb（NO3）2）を適

時間0〜5時間まではブランクテストの供試体同様，溶出濃度

激剤を加えた供試体はアルカリ性の11.2〜11.6を示した。
この（2.20〜1.78mg/L）に大きな変化は認められないが，養生時とき，アルカリ刺激剤として高炉セメントB種を4.0%添加したこ

間5〜168時間の間から溶出濃度が減少（1.85→0.41mg/L）とにより，複合リサイクル材料がアルカリ環境となり，ガラス化しまず，塩化カドミウムを溶解させた10,000倍濃度の模擬汚に転じている。
さらに，2〜3 週の養生期間を経るにしたがい，ていた石炭灰や高炉スラグが溶解し，水酸化物とエトリンガイ

染水のpH 値は6.8を示した。次に，
この模擬汚染水を複合リ

溶出濃度（0.41→0.12mg/L）が低下して行き，土壌環境基準

トが連鎖的に生成しているものと推察される。

サイクル材料に加えて供試体を作製した時のpH値は，
セメン

以下では，六価クロムの場合同様，本節の研究における供用したが，硝酸塩と複合リサイクル材料の構成成分とが結び試体のpHの影響について考察する。

付き，新たな鉱物を生成している可能性も示唆される。
また，エ
トリンガイトが鉛の不溶化に有効であることは，既往の研究でも報告されている61〜62）。
以下では，六価クロム，
カドミウムの場合と同様，本節の研究における供試体のpHの影響について考察する。

の0.05mg/Lには至らないものの2倍濃度の0.10mg/L当たり

また，一般廃棄物の焼却灰からの重金属類の溶出濃度のトを加えないブランクテストの供試体がほぼ中性の6.2〜6.9をに収束することが予測される。
エトリンガイトが六価クロムの不検討を行った貴田らの研究63）によると，両性金属であるクロム

示し，
アルカリ刺激剤を添加した供試体は，アルカリ性の11.4

まず，硝酸鉛を溶解させた10,000倍濃度の模擬汚染水の溶化に有効であることは，既往の研究58〜60）でも報告されていの溶出濃度はpH値が7前後で最も減少し，
これを起点として〜11.9を示した。
このとき，アルカリ刺激剤としての高炉セメント

この模擬汚染水を複合リ
pH値は酸性の3.5を示した。次に，ることから，養生時間におけるエトリンガイトの生成量の違いに（酸性），逆に大きくなっても（アルカリ性）
pH値が小さくなってもB種を4.0%添加した場合，六価クロムの場合と同様の理由でサイクル材料に加えて供試体を作製した時のpH値は，セメン

より，六価クロムの溶出濃度に差が生じたものと推察される。

その溶出濃度が増大することを報告している。

ポゾラン反応が急激に進行しているものと推察される。

トを加えないブランクテストの供試体が酸性の3.8〜4.2を示し，一方，重金属類の溶出濃度に関して，土壌のpHがそれに以上のことより，貴田らの研究結果63）を前提とした場合，供また，カドミウムは，
アルカリ環境において溶解度の小さい水

アルカリ刺激剤を添加した供試体はアルカリ性の10.8〜11.2

大きく影響を与えることが既往の研究 63）でも知られており，以試体のpH値7以上のアルカリ環境においてクロムの溶出濃度

酸化カドミウム（Cd（OH）2）などの水酸化物を生成することか

を示した。
このとき，
アルカリ刺激剤の作用により，ポゾラン反応下では，本節の研究における供試体のpHの影響に関して考が増大することと，
エトリンガイトの生成量が増大することによっら，
アルカリ刺激剤を添加したpH値11.4〜11.9の供試体に関が急激に進行しているものと推察される。

察する。

てクロムの溶出濃度が減少することとが相反する関係となる。

しては，
アルカリの影響によりカドミウムの溶出濃度が終始一貫

また，一般廃棄物の焼却灰からの重金属類の溶出濃度のまず，複合リサイクル材料に含水比 100%となるように蒸留したがって，本節の研究では，遅効性のエトリンガイトの生成量

して0.001mg/L以下を推移しているものと推察される。pH値検討を行った貴田らの研究 63 ）によると，両性金属である鉛の水のみを加えた場合のpH値は6.8〜7.3を示した。
このことは，が増大してくると考えられる168〜504時間において，エトリン

が中性の6.2〜6.9を示したブランクテストに関しては，
アルカリ

溶出濃度はpH 値が 9 前後で最も減少し，
これを起点として

複合リサイクル材料の素材である石炭灰や高炉スラグは，
そ

ガイトがアルカリの影響に打ち勝ってクロムの溶出濃度を大きくの影響もエトリンガイトの影響も受けないことから，養生時間 0（酸性），逆に大きくなっても（アルカリ性）そpHが小さくなってもの生成過程における熱履歴から，水に不溶なガラス化が進行減少に転じていることが示唆される。

〜5時間までは溶出濃度に変化は認められない。次に，336〜の溶出濃度が増大することを報告している。

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廃石膏ボードを由来とする重金属類の不溶化特性を有した土壌改良材の開発とその変遷

廃石膏ボードを由来とする重金属類の不溶化特性を有した土壌改良材の開発とその変遷

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以上のことより，貴田らの研究結果63）を前提とした場合，供形状や表面状態を考慮せずに密度が一様な球体であると仮試体のpH値9以上のアルカリ環境において鉛の溶出濃度が定すると，単位質量当たりの表面積（比表面積）は平均粒子増大することと，
エトリンガイトの生成量が増大することによって径が1/n倍になるとn倍になる。
このことから，M/S＝0%におけ鉛の溶出濃度が減少することとが相反する関係となる。
したる試料AのAs溶出濃度の平均値に対して，試料B及び試料Cがって，本節の研究では，遅効性のエトリンガイトの生成量がのAs溶出濃度の平均値が3.769/0.023≒164倍になることか

増大してくると考えられる168〜504時間において，エトリンガイ

ら，試料B及び試料Cの平均粒子径は試料Aの1/64倍に相当するものと推定される。

トがアルカリの影響に打ち勝って鉛の溶出濃度を大きく減少にまた，土壌中のヒ素は，As（Ⅴ）がヒ酸（H3AsO4）をAs（Ⅲ）

転じていることが示唆される。
5.3

図-12

複合リサイクル材料による実汚染土の不溶化が 亜ヒ酸（ H 3 A s O 3 ）を形 成し，水 の 存 在でヒ酸イオン）との関係64）とAs溶出濃度（mg/L
M/S（%）に吸着している。
そして，pHが8.0〜9.5以上に高くなることに

前節では，廃石膏ボード由来の半水石膏を母材とする複合リサイクル材料が，重金属類の不溶化に極めて有効であるこ

ヒ素，
加えてスターらで6 時間振とうし，上澄み液を濾過して，より，ヒ素の溶出量が増大する傾向を示す69）。
ここで，
エトリン

とを六価クロム，
カドミウム，鉛の模擬汚染水を用いて実証した。

六価クロム，
カドミウム，鉛の溶出検液を作製している。本節のガイトを生成するためには高いpH環境が必要となるが，
このよ

本節では，
この複合リサイクル材料をヒ素・六価クロム・鉛など

研究64）では，溶媒の不純物，

pH，溶出における攪拌時間間な

うな条件下においても本節の実験のヒ素の溶出濃度は減少で複合的に汚染された実汚染土壌65〜68）に適用し，より実際的どの要因が，重金属類の溶出濃度に影響を及ぼすものと考えに転じている。
その主因は，複合リサイクル材料から合成されな不溶化剤としての有効性を検討している。

られたことと，複合リサイクル材料のエトリンガイト生成に関するるエトリンガイト等が，ヒ素の不溶化に寄与しているものと考え

前節の研究27）との相対的な検討を行うために，検液作製方法

られる。

は筆者らの既往の研究27）33）34）に準拠している。
このことから，以上のことから，本節の研究で用いた複合リサイクル材料

本節の研究64）で供試体として用いた実汚染土壌は，トンネ

供試体の作製ならびに溶出試験による溶媒には，水質の違い

は，ヒ素で汚染された実汚染土壌を対象として，不溶化剤としル工事での発生土をサンプル試料として入手したもので，事前による各重金属イオン濃度への影響がもっとも少ないと考えらての有効性を明らかにしている。

の溶出試験結果から，
ヒ素（As）
のみならず鉛（Pb），六価クロれる蒸留水を用いている。

5.3.1

図-13 M/S（%）とCr（Ⅵ）溶出濃度（mg/L）との関係64）（H2AsO3−，HAsO32−，AsO33−）
として鉄やアルミの水酸化物

実汚染土の供試体と検液の作製

図-14
5.3.3

ム
（Cr（Ⅵ））の溶出濃度が土壌環環境基準を超過しているこ

5.3.2とが判明している。
また，
この実汚染土壌の試料は，
サンプリン

実汚染土におけるヒ素（As）の不溶化

図-1264）にとAs溶出濃度（mg/L）との関係を示す。
M/S（%）

グ個所の違いからA，B，Cの3種類の試料に分類している。試とPb溶出濃度（mg/L）との関係64）
M/S（%）

実汚染土における六価クロム（Cr（Ⅵ））の不溶化

図-13 64 ）に，実汚染土壌に不溶化剤を適用した場合の関する土壌環境基準では0.01mg/Lが溶出基準となっている。

とCr（Ⅵ）溶出濃度（mg/L）との関係を示す。
なお，
M/S（%）

図より，試料Aの値に着目してM/S＝0%のとき，土壌環境基準

料Aは，粘土及びシルトが少ない砂質土を主とする土壌である。

なお，ヒ素に関する土壌環境基準は0.01mg/Lが溶出基準と六価クロムに関する土壌環境基準では0.05mg/Lが溶出基の 1/10 〜 1/3.3 倍である0.001 〜 0.003mg/L（平均値＝試料BとCは，粘土およびシルトを主とする土壌である。

なっている。
まず，試料Aに着目をすると，M/S＝0%のときAs溶準となっている。図より，試料Aの値に着目してM/S=0%のとき，0.002mg/L）の値を示し，M/Sの増加に伴い0.001mg/Lを下次に，事前に実施した溶出試験結果から，As 溶出濃度が出濃度は，図より，土壌環境基準の1.40〜2.80倍の0.014〜

土壌環境基準の1/50倍以下である0.0003〜0.0007mg/L

回っている。次に，試料Bに関して，M/S=0%のとき，環境基準

最も低い値を示した資料Aに関して，不溶化剤の添加量が比を示し，0.028mg/L（平均値＝0.023mg/L）
M/S=5%以上で，（平均値＝0.0005mg/L）の値となり，M/Sが増大しても測定の 1 5 倍 に 相 当 する 0 . 1 5 2 〜 0 . 1 5 4 m g / L（ 平 均 値＝

較的少ないM/S（ % ）（ M：不溶化剤，S：実汚染土壌）が0〜

土壌環境基準の1/2〜1/10である0.005〜0.001mg/LにAs器の分析下限値近くを示している。次に，試料B及び試料Cのを示している。M/S＝10%以上で大きく減少し，0.153mg/L）

した
10%の範囲で，土壌環境基準を下回るものと予測された。

溶出濃度が減じている。

値に着目すると，M/S＝0%のとき，土壌環境基準の1.52 〜

土壌環境基準の1/3.3〜1/2.0倍である0.003〜0.005mg/L

がって，この範囲で精度を高めるためにM/S（%）
を0，5，10，

次に，試料B及び試料Cに着目すると，M/S＝0%のときのAsを0.76倍である0.076〜0.038mg/L（平均値=0.058mg/L）

を推移している。
そして，試料Cに着目すると，
M/S＝0%のとき，このことに対して，As溶出濃度が比較的20%に設定している。

溶出濃度は，土壌環境基準の362〜388 倍である3.616〜

示し，M/S=20%までは大きな変化はなく，土壌環境基準の

土壌環境基準の67〜69 倍に相当する0.674〜0.688mg/L

高い値を示した試料BとCに関しては，不溶化剤の添加量の3.884mg/L（平均値＝3.769mg/L）の高濃度を示し，M/Sの1/1.7〜1/2.5倍である0.03〜0.02mg/Lを推移している。そし（平均値＝0.681mg/L）を示し，試料B同様にM/S＝10%以上

範囲を拡大してM/S（%）
を0，10，20，40%に設定している。
こ増大に伴い緩やかな曲線を描きながらAs溶出濃度が低下し，て，M / S＝4 0 % のとき，土 壌 環 境 基 準の 1 / 5 0 倍である

で大きく減少し，土壌環境基準の1/2〜1/10倍である0.005〜

こで，M/S＝0%はブランクテストである。
このブランクテストは，

M/S＝40%では土壌環境基準の1/10倍である0.001mg/Lを0.001mg/L以下の値を示している。

0.001mg/Lを示している。

供試体作製から養生を経て溶出試験までの全ての操作手順

大きく下回っている。図より，試料 B 及び試料 Cに関しては，以上のことから，本節の研究で用いた複合リサイクル材料

以上のことから，本節の研究で用いた複合リサイクル材料

を他の供試体と同様に行い，これをベンチマークとしてM/S

M/S＝30%以上で土壌の環境基準である0.01mg/Lを下回る

は，六価クロムで汚染された実汚染土壌を対象として，不溶化

は，鉛で汚染された実汚染土壌を対象として，不溶化剤として（%）と重金属類の溶出濃度（ mg/L ）との関係を相対的に検ものと推定される。

剤としての有効性を明らかにしている。
その主因は，複合リサの有効性を明らかにしている。
その主因は，複合リサイクル材

試料Aと試料B及び試料CとのAs溶出濃度の差に関して，

イクル材料で合成されるエトリンガイトやその前駆体であるモノ料で合成されるエトリンガイトやその前駆体であるモノサルフェ

同じトンネル工事現場から採取したサンプル試料であっても試サルフェイト及びカルシウムアルミノフェライト等であると考えら

イト等であると考えられる。
なお，
エトリンガイトが鉛の不溶化に象としていることに準じて，同試料の乾燥重量＋不溶化剤に対

料Aは，
シルト
（0.075〜0.005mm）と粘土（0.005mm以下）がれる54）。

有効であることは，既往の研究でも報告されている61）。

して含水比が100%になるように蒸留水を加えて攪拌し，設定少ない砂質（2〜0.075mm）を主とする土壌であるのに対し，したM/S（%）の値に対して3検体ずつ合計36検体の供試体

試料B及び試料Cはシルトと粘土を主とする土壌であった。
こを作製している。
これらの供試体を室温（20±2℃），相対湿度のことから，試料Aは質量当たりの表面積（比表面積）が試料（35〜45%）の環境に調整し4週間気中養生を行っている。

ヒ素が土粒子B 及び試料 Cに比べて小さいことは明らかで，討するために実施している。
また，前節の研究27）では，高含水比の軟弱地盤を研究の対検液の作製に関しては，所定の養生期間を経過した供試

表面に均一に付着しているものと考えると，
このことが，As溶出

体を乳鉢で粉砕し，粉砕した供試体10gに対して100gの水を濃度が低い値を示した要因であると推察される。土粒子の2024│NO.005

なお，
エトリンガイトが六価クロムの不溶化に有効であること
5.3.5

は，既往の研究でも報告されている58）。

実汚染土における検液の色

試料Aの供試体から製作したM/S＝0，5，10，20%の全て
5.3.4

実汚染土における鉛（Pb）の不溶化

図-14の検液（12液体）に関して，呈色や懸濁は認められず無色透明であった。
このことは，試料 A がシルト及び粘土が少ないに，実汚染土壌に不溶化剤を適用した場合の64 ）とPb溶出濃度（mg/L）との関係を示す。
なお，鉛にM/S（%）

砂質土を主とする土壌であり，重金属類のヒ素，六価クロム，

廃石膏ボードを由来とする重金属類の不溶化特性を有した土壌改良材の開発とその変遷

廃石膏ボードを由来とする重金属類の不溶化特性を有した土壌改良材の開発とその変遷

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特に，本稿でも取り上げた通り，炭酸カルシウムや水酸化カ

６） 蓬莱秀人，亀井健史，小川靖弘，志比利秀：半水石膏

ルシウムを排煙脱硫の中和剤として用い，そのことにより生成さ生産システムの開発とその地盤工学的意義−廃石膏

れる排煙脱硫石膏を石膏ボードの原材料として再利用していボードの再生−，地盤工学ジャーナル，Vol.3, No.2,

る。
やがて，建材としての役割を終えた廃石膏ボードを農業用

pp.133-142, 2008.

肥料や土壌の改良材として再々利用して土に戻している。
こ７） 無機マテリアル学会，セメント・セッコウ・石灰ハンドのように，石灰は多段階に渡りカスケード利用することができる（a）M/S＝10%（b）M/S＝20%（c）M/S＝40%

写真-2 試料Bの供試体から作製した検液の色64）

ブック，p.149, 1996.

優れた鉱物である。
なお，産業副産物からなる複合リサイクル

８） 亀井健史，蓬莱秀人：リサイクル石膏を用いた硬化時材料において，
エトリンガイトの合成に欠かすことができない酸間が任意に調節可能な地盤改良材の開発，地盤と建化カルシウム（ CaO ）
は，高炉スラグ由来である。
そして，
その設，Vol.32, No.1, 2014.

ルーツは石灰石に遡る。

９） 亀井健史，鵜飼恵三，珠玖隆行：廃石膏ボードから再一方で，今や現代社会においては，温室効果ガスの削減，生した半水石膏の地盤改良材としての有効利用，土と資源の有効利用（3R：Reduce，Reuse，Recycle），
エネルギー

基礎，
Vol.55, No.10, pp.26-28, 2007.

の合理的利用（エクセルギーとエネルギー効率の向上）などの田賀井秀夫：石膏の研究（第1報），窯業協
１０） 山内俊吉，

課題解決に向けた取り組みに注目が集まっている。

会誌，Vol.61, No.690, pp.600-604, 1953.

本研究で開発に取り組んできた複合リサイクル材料は，
実に，（a）M/S＝10%（b）M/S＝20%（c）M/S＝40%

写真-3 試料Cの供試体から作製した検液の色64）

鉛の溶出濃度が極めて小さい値を示していることから関連づ

一方，鉄は，特定有害物質に該当しないことから，本節の研けられる。すなわち，土粒子全体の単位質量当たりの表面積

究で不溶化の対象ではないが，クロム同様遷移金属類に属し，（比表面積）が他の試料に比べて小さいために，検液の色を6個の水分子と配位結合して[Fe（H2O）6]3+などのアクア錯イ

呈する重金属類やその他の不純物の土粒子表面への付着オンとして存在し，その検液は黄褐色を呈することが知られて量が少ないためであると考えられる。

いる。
また，鉄は，平均的な土壌の中で最も多く含まれている遷

次に，写真-2 64）及び写真-3 64）に試料B及び試料Cの供試

移金属であり，
クラーク数順位72）は4位で，平均的な土壌には体から生成した検液が呈した色の変化を示す。両写真とも（a ）

質量%で4.7%含まれている。最も，本節の研究で不溶化の対はM/S＝10%で，黄褐色を呈しており，側面から光を照射して象としているクロムと鉛は，クラーク数順位21位と36位であり，も光の通路が一様に光ってみえるチンダル現象が起こらないこ

そのクラーク数は，0.02%と1.5×10−3%で，鉛は遷移元素に属とから，懸濁は認められない。同じく（b）はM/S＝20%で，薄いさない。
このことから，検液が呈する黄褐色は，鉄のアクア錯イ

黄褐色を呈しており，（a）同様に懸濁は認められない。
同様にしオンが生成することによる影響が最も大きいものと推定される。

て（c）はM/S＝40%で，無色透明である。
なお，
試料B及び試料以上のことから，本節の研究で用いた不溶化剤はM/S＝40

CともにM/S＝0%の検液は，肉眼で観察する限りM/S＝10%（%）
まで増大することにより，黄褐色に呈するアクア錯イオン等の検液と同色・同濃度で懸濁も認められなかったので写真はを吸着して検液を無色透明とし，かつ重金属類のヒ素，六価ク

割愛している。
ここで試料Bと試料Cの検液が黄褐色を呈してロム，鉛の溶出濃度を土壌環境基準以下に不溶化する機能いることに関して，クロムや鉄などのアクア錯体70）が生成していを有することが明らかである。
この主因は，本節の研究で不溶る可能性が考えられる。
アクア錯体は，水溶液中で核となる金化剤として用いた複合リサイクル材料が生成するエトリンガイト

属原子に水分子が結合（配位結合）して形成する大きな原子等の吸着作用によるものであると考えられる。

集団である。特に，核となる重金属原子が遷移元素である場
6.

合，
その水溶液が綺麗な色を呈することが知られている71）。

おわりに本節の研究で不溶化の対象としている六価クロム
（ Cr
（Ⅵ））
は，遷移金属に属する元素であり水溶液中では6つの水

石灰石は，我が国で自給することができる鉱物資源である。

分子と配位結合して[Cr（H2O）6]3+などのアクア錯イオンを形

その埋蔵量が膨大であることから，安価で，しかも物理化学的成し，黄褐色を呈することが知られている。
また，本節の実験でに安定しており人畜無害である。
このことから，昔より農業，建用いた試料は，トンネル工事の発生土であることから，
ヒ素，六築，土木，鉄鋼，
セメント，食品などの業界を問わず多様な分価クロム，鉛の含有は自然由来であると考えられる。
中でもクロ野で利用されている。石灰石（CaCO3：炭酸カルシウム）から

ムは，六価クロムの形態よりも三価クロムの形態として自然界には，焼成することにより生石灰（CaO：酸化カルシウム）が生成は多く存在することが知られている。
このことから，検液の発色

し，これに加水することで消石灰（Ca（OH）2：水酸化カルシウ

は，三価クロム由来でアクア錯イオンが生成した影響による可ム）を得ることができる。
これらは，その特性や用途に応じて多能性が考えられる。

角的に使い分けられている。

2024│NO.005

福井博：石膏の加熱変化について（第1報），
１１） 檜山眞平，

それらの観点に立脚した極めて優れた材料となり得るものと考

石膏と石灰，
Vol.1995, No.16, pp.765-769, 1955.

えられる。産業副産物である廃石膏ボード，石炭灰，高炉スラ

島村佳尚，
田中弘文：石膏の脱水温度に関す
１２） 村上恵一，

グを複合リサイクル材料の素材として有効活用しているが，そる研究，石膏と石灰，
Vol.1957, No.31, pp.1522-1528,

れらの単独素材のみでは，
土壌環境基準を超過するフッ素，
六

1957.

価クロム，
カドミウム，鉛などが溶出することが明らかとなってい１3） 藤井欽二郎：高温に於ける石膏の分解に就いて，石膏，

る。
その上で，
これらの産業副産物を化学当量的にエトリンガイ
トが最大量生成する配合とすることで，自ら含有する重金属類

Vol.1952, No.7, pp.320-323, 1952.
１4） 安藤直彦：焼セッコウ製造技術の進歩，石膏と石灰，を不溶化するだけでなく，環境基準の数十倍に相当する高濃Vol.1986, No.200, pp.33-37, 1986.

度の重金属類の不溶化にも有効であることを実証している。

１5） 村 上 恵 一：セメントと石 膏 ，窯 業 協 会 誌 ，Vo l .71,

以上のことなどから，
この複合リサイクル材料は，水硬性のNo.811, pp.C333-C338, 1963.

半水石膏を母材とする固化材としての有効性と，重金属類の１6） 村上恵一，花田光雄：天然無水石膏の水和に関する

不溶化性能とを合わせ持つ極めて優れた材料であると言える。

研究，
石膏，Vol.1953, No.8, pp.350-357, 1953.
１7） 村上恵一，田中弘文：化学石膏の脱水温度に関する謝辞

研究，石膏と石灰，Vol.1956, No.24, pp.1260-1266,

本稿の執筆は，故・亀井健史先生（元宮崎大学教授）
の継

1956.

続的なご指導による成果を基盤として成し得たものである。
こ
こに記述して感謝の意を表する。

李郷喜，
近藤連一：半水石膏の水和機構に
１8） 大門正機，関する研究，
窯業協会誌，
Vol.78, No.900, pp.277-282,

1970.
参

考

文

19） 山田保：半水セッコウ凝結の遅緩および促進作用につ献

いて，石膏と石灰，Vol.1967, No.91, pp.255-259,

１） 独立行政法人国立環境研究所：安定型最終処分場

1967.
20） 安達正雄，谷本明：純水における硫酸カルシウムの溶における高濃度硫化水素発生機構の解明ならびにそ解 度 表 示 式 ，石 膏と石 灰 ，Vo l . 1 9 7 5 , No . 1 3 5 ,の環境汚染防止対策に関する研究，pp.6-15, 2005.
２） 無機マテリアル学会，セメント・セッコウ・石灰ハンド

pp.63-72, 1975.
21） 永井彰一郎，関谷道雄，山川一雄：無水石膏系プラス

ブック，pp.138-160, 1996.

ターの研究（第 1 報），窯業協会誌，Vol.59, No.665,

３） 亀井健史，珠玖孝行：廃石膏ボードから再生した半水
石膏を混入したセメント安定処理土の一軸圧縮強さ，pp.525-529, 1951.
22） 安藤直彦：排煙脱硫セッコウの特性と利用，石膏と石地盤工学ジャーナル，Vol.2, No.3, pp.237-244, 2007.

灰，Vol.1974, No.131, pp.164-168, 1974.

４） 亀井健史，加藤孝明，珠玖孝行：半水石膏の地盤改良材としての有効利用−廃石膏ボードの再利用−，地23） 寺田一郎：排煙脱硫セッコウの品質について，石膏と盤工学ジャーナル，Vol.2, No.3, pp.245-252, 2007.

石灰，
Vol.1975, No.137, pp.155-160, 1975.

５） 地盤工学会，土質試験の方法と解説：安定処理土の24） 炭村榮一：コンクリート技術の歴史第8回，コンクリート
工学，Vol.31, No.2, pp.65-70, 1993.

締固めをしない供試体作製，pp.225-262, 1990.

廃石膏ボードを由来とする重金属類の不溶化特性を有した土壌改良材の開発とその変遷

廃石膏ボードを由来とする重金属類の不溶化特性を有した土壌改良材の開発とその変遷

─ 33 ─

─ 34 ─

2024│NO.005

N I K KO T E C HN I CA L RE PO RT

25） 高橋聡：セッコウ固溶体への挑戦，Journal of the40） 李琮揆，大場陽子，坂井悦郎，大門正機：3CaO ･54） 盛岡実，中村圭介，三五弘之，田中智，町長治，青山

67） 丸茂克美：自然由来の重金属に起因する土壌汚染問Society of Inorganic Materials, Japan, Vol.7,

Al2O3-CaSO4-2H2O-CaCO3系の水和物の合成，無芳夫：カルシウムアルミノフェライト系化合物の水和にと題への地球化学的アプローチ，地学雑誌，Vol.116,

No.288, pp.480-486, 2000.

機マテリアル，Vol.5, May, pp.194-199, 1998.

もなう六価クロム固定化挙動，
Journal of the Society of

No.6, pp.877-891, 2007.

41） 李琮揆，大場陽子，坂井悦郎，大門正機：3CaO ･Inorganic Materials, Japan, Vol.12, No.1, pp.3-11,26） 村上恵一：CaSO 4 -H 2 O 系の研究（Ⅰ），石膏，Vol.

Al2O3-CaSO4-2H2O-CaCO3-NaSO4-H2O系の水1951, No.3, pp.119-124, 1951.
27） 亀井健史，蓬莱秀人：複合リサイクル材料による六価ク和物の合成，
無機マテリアル，
Vol.4, May, pp.196-204,

68） 石原舜三：砒素鉱物資源の地質学，資源地質，Vol.61,

2005.

No.2, pp.138-143, 1996.

55） 盛岡実，中村圭介，七沢章，坂井悦郎，大門正機：カル69） 吉村尚久，赤井純治：土壌および堆積物中のヒ素の挙動

シウムアルミネート系化合物の六価クロム固定化挙動にと地下水汚染−総説−，
地球化学，
Vol.57, pp.137-154,

42） 吉良欣一，間木野義男，村田良彦：エトリンガイトの脱水と及ぼす硫酸イオンの影響，Journal of the Society of2003.

28） 亀井健史，蓬莱秀人：高炉セメントB種による半水石膏

再水和，
Gypsum & Lime,Vo. 170, No 1, pp.7-13 1981.

Inorganic Materials, Japan, Vol.12, No.1, pp.12-17,のフッ素不溶化技術の開発，地盤工学ジャーナル，43） 吉良欣一，間木野義男，山本博一：エトリンガイトの炭酸

ロム・カドミウム・鉛の不溶化，地盤工学ジャーナル，Vol.12, No.4, pp.397-408, 2017.

1997.

化，
Gypsum & Lime, Vol.159, No.1, pp.48-53, 1979.

Vol.4, No.1, pp.91-98, 2009.
29） 徳光俊章，佐藤健司，戸田健司，盛永愽子，上松和義，

44） 福原実，後藤誠史，浅賀喜与志，大門正機，近藤連一，

No.3, pp.150-157, 1978.

56） 盛岡実，中村圭介，田中智，町長治，三五弘之，青山
ム固定化挙動に及ぼす硫酸イオンの影響，Journal of

オンの除去，Journal of the Ceramic Society ofのエトリンガイト生成期における水和反応速度と鉄の挙

the Society of Inorganic Materials, Japan, Vol.13,

Japan, Vol.114, No.8, pp.729-732, 2006.

動，窯業協会誌，
Vol.88, No.8, pp.435-440, 1980.

No.1, pp.40-46, 2006.

31） 亀井健史，蓬莱秀人，鵜飼恵三：半水石膏・石炭灰・の 反 応によるエトリンガイトの 生 成 条 件 ，鉄と鋼 ，

メント水和生成物による微量元素（六価クロム，
ヒ素，
セVol.101, No.11, pp.8-15, 2015.

レン，
ホウ素，
フッ素およびアルミニウム）の固定について，

クロム・ホウ素の不溶化，地盤工学ジャーナル，Vol.5,

3CaO ･ Al 2 O 3 ･ 3CaCO 3 ･ 32H 2 O の合成と性質，

No.3, pp. 449-461, 2010.

Journal of the Ceramic Society of Japan, Vol.100,
No.8, pp.1053-1059, 1992.

治：半水石膏に含まれるフッ素の不溶化技術，地盤と建設，
Vol.28, No.1, pp.31-38, 2010.

47） 田中稔，橋詰源蔵，松井博：排煙脱硫工程でのα型半
水セッコウ，
セッコウウイスカーおよびエトリンガイトの製造と用途，Gypsum & Lime ，Vol.150, No.1, pp.

33） 亀井健史，蓬莱秀人：複合リサイクル材料によるフッ素の不溶化技術，地盤と建設，Vol.31, No.1, pp.21-28,

22-28, 1997.
48） 露木尚光，岡龍一郎，宮川継男，笠井順一：エトリンガ

2013.
：A novel34） Kamei T, Ahmed A, Horai H, Ugai K，イトの生成に及ぼすグルコン酸ナトリウムの影響，
日本セ

solidification technique for fluorine-contaminatedラミックス協会学術論文誌，Vol.98, No.4, pp.332-338,

basanite using waste materials in ground improvement

1990.
49） 佐藤賢之助，齋藤豪，佐伯竜彦，菊池道生：エトリンガ

applications. Journal of Material Cycles and Waste
Management, Vol.17, No.2, pp. 380-390, 2015.

イトの生成量および生成起源が長期間硫酸塩に浸清35） 猪股敏郎：土壌汚染の現状と今後の課題，環境技術，した高炉セメント系材料の耐硫酸塩性に及ぼす影響，

Vol.24, No.1, pp.39-43, 1995.
36） 石川浩次，大野博之：土壌汚染問題と地質技術者の役割・課題，応用地質，Vol.50, No.6, pp.362-373,

良土などからの六価クロム溶出の現状と傾向−過去3

ロマイト−高炉スラグ微紛系材料の水和と六価クロム

年間の溶出試験データに基づく分析−，Vol.61, No.1,

を含むセメント硬化体の機器分析における前処理条件，

pp.7-10, 2012.

セメント・コンクリート論文集，Vol.63, No.1, pp.85-90,

2009.

る研究−東アジアの稲作地域における土壌汚染対策と

52） 栗原宏武：産業副産物を利用した土の固化技術に関

土地利用についてその1−，
日本建築学会技術報告集，する研究，資源処理技術，Vol.41, No.3, pp.8-17,

Vol.16, No.33, pp.671-676, 2010.

1994.

39） 川崎晃，荒尾知人，石川覚：湛水管理によるカドミウム53） 伊藤裕恭：廃棄物からの重金属溶出抑制，Journal ofのコメへの蓄積軽減とその問題点，
日本衛生学雑誌，

the Society of Inorganic Materials, Japan, Vol.12,

Vol.67, No.4, pp.478-483, 2012.

No.1, pp.497-503, 2005.

HORAI Hideto
秀人

博士（工学）

1986 年入社
技術本部

固定，
日本セラミック協会，年会・秋季シンポジウム講演
予稿集，p.148, Mar, 2009.

59） 寺井徹，三国彰，小松隆一，池田攻：種々のpH条件で調整したポートランダイト懸濁液によるクロム（Ⅵ）
エトリン
ガイトの合成，
日本セラミック協会学術論文誌，Vol.114,

No.1328, pp.299- 302, 2007.
60） 磯崎昭徳，成川知弘，奥谷忠雄：エトリンガイト捕集／
誘導結合プラズマ発行分析法によるクロム（Ⅲ）及びクロム（Ⅵ）の分離・定量，分析化学，Vol.44, No.2,

pp.111-115, 1995.
61） 松 村 光 夫 ，山 本 朋 睦 ，上 宮 成 之 ，小 島 紀 徳：
CaO-Al2O3-CaSO4水和固化物からの鉛の溶出に及51） 伊藤義也，越川茂雄，鵜澤正美，山口晋：エトリンガイト

38） 黄琬恵，中山徹：日本の農用地土壌汚染対策に関す

58） 依田侑也，茂木淳，大場陽子，坂井悦郎，大門正機：ドぼすエトリンガイトおよびモノサルフェイトの生成の影響，

Vol.66, No.1, pp.266-272, 2012.

筆者紹介
蓬莱

2012.

2014.
イトの新規定量方法，セメント・コンクリート論文集，37） 阪部秀雄，沢幸平，中山義久，白木音信：セメント系改セメント・コンクリート論文集，Vol.66, No.1, pp.71-78,

セメント・コンクリート論文集，
Vol.68, No.1, pp.396-403,

50） 金橋康二，相本道宏：個体27AI NMRによるエトリンガ

2020.

No.3, pp.163-168, 1972.

57） 橋本敦美，伊藤靖，佐藤道生，羽原俊祐：合成したセ46） 安 江 任 ，金 井 謙 介 ，小 嶋 芳 行 ，荒 井 康 夫：繊 維 状

Vol.48, No.6, pp.356-359, 2000.
72） 小沼直樹：地殻の元素存在度，化学教育，Vol.20,45） 原島亜弥，伊藤公久：高炉スラグとアルカリ性水溶液と高炉セメントB種を用いた安定処理土中のフッ素・六価32） 蓬莱秀人，亀井健史，松田哲夫，伊藤哲男，出口宗71） 大瀧仁志：溶液中のイオンの形と色，化学と教育，

芳夫：カルシウムアルミノフェライト系化合物の六価クロ

小野吉雄：ラトラカルシウムアルミノフェライト-セッコウ系

ク，
pp.417-418, 1996.

2024│NO.005

2005.

佐藤峰雄：エトリンガイトによる水溶液からのフッ化物イ30） 無機マテリアル学会：セメント・セッコウ・石灰ハンドブッ

70） 中原勝儼：錯体化学の基礎，金属表面技術，Vol.29,

化学工学論文集，Vol.25, No.5, pp.752-757, 1999.

62） 松村光夫，小島紀徳：石炭灰・都市ゴミ焼却灰・脱硫
スラッジ混合物からの鉛の溶出挙動，
日本エネルギー
学会誌，Vol.79, No.5, pp.436-445, 2000.

63） 貴田昌子，野馬幸生：廃棄物の溶出特性，廃棄物学会誌，
Vol.7, No.5, pp.410-421, 1996.

64） 亀井健史，蓬莱秀人：不溶化剤としての複合リサイク
ル材料の実汚染土への適用性，地盤と建設，Vol.36,

No.1, pp.31-38, 2018.
65） 小川剛：土壌汚染の現状と今後の課題，安全工学，
Vol.12, No.4, pp.161-167, 2001.
66） 福永勲：土壌・地下水汚染対策の現状と課題，生活衛生，Vol.47, No.3, pp.155-169, 2003.

廃石膏ボードを由来とする重金属類の不溶化特性を有した土壌改良材の開発とその変遷

廃石膏ボードを由来とする重金属類の不溶化特性を有した土壌改良材の開発とその変遷

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2024│NO.005

N I K KO T E C HN I CA L RE PO RT

コンテナを用いたアスファルト混合物の輸送時間拡大に向けた検討
Study to expand the transportation time of asphalt
mixture using containers.
寺内

崇仁・河邉

真治

TERAUCHI Takahito, KAWABE Masaharu
日工株式会社

開発部4課

から、合材を長時間保温可能なコンテナの開発に取り組んできた。本稿では、実際にコンテナへ投入した合材の保温特性について調査を行ったので、その概要を報告する。
2.

試験概要

2.1

試験に用いたコンテナの仕様試験に用いたコンテナの外観を図−2に、その仕様を表−1に示す。
コンテナは一般構造用圧延鋼材（ SS400 ）製とし、外装に特殊保温材と、それを保護する形で板金を施工している。
また、コンテナは上部から合材を投入し、下部から排概出する構造になっている。投入口の蓋（以下、投入ゲート）は

要

アスファルト混合物（以下、合材）の生産量は年々減少しており、それに合わせて、全国に点在しているアスファルも減少している。
そして、合材の生産性を改善するため、APはさらに減少すること（以下、統廃トプラント（以下、AP）
合）が予想される。合材の品質は温度に大きく依存することから、APの統廃合が進むと、現在のダンプトラックに合材を積載して舗装現場まで輸送する方法（以下、現行方法）
では、合材の温度低下によって、供給不可能なエリア

自重で閉じ、排出口の蓋（以下、排出ゲート）は、図−2に示すようにコンテナが接地した状態でロックピンを抜き取り、コン
テナを持ち上げると、排出ゲートが開き、合材が排出できるよ
うになっている。

が拡大することが懸念される。
よって、合材の温度を維持することは、供給可能なエリアの拡大に向けて、重要な要

図−3

試験手順

表−2

試験条件

素技術となる。
）
田村ら1（2021）は、現行方法における合材の温度変化について検討を行っており、外気に晒される合材の表面よりも、ダンプトラック荷台と接触する合材の底面の方が著しい温度低下を示すことから、筐体への熱伝導と外気への熱伝達を抑制できる、合材の輸送コンテナを開発することが、供給可能なエリアを拡大する上で有効であると報告している。
これらのことを踏まえて、筆者らは、特殊保温材を施工したコンテナ
（以下、
コンテナ）
の試作と改良を重コンテナを用いた合材の保温特性について検討を行った。
ねてきた2）3）。本稿では、

１.

緒言

現行方法において、合材は一般的に1.5〜2 時間を超える

図−2

コンテナ外観

表−1

コンテナ仕様なお、12点の測定点（以下、測定点）と使用機器を図−4に示と、温度低下により品質が劣化し舗装ができなくなる。
このたす。
ここで、測定点の位置関係を詳細に表すために、
コンテナ

め、合材の輸送時間が 2 時間以内に収まるように全国に分の対角を通る鉛直方向の断面を斜断面と定義し、熱電対のこ挿入に関して、水平方向をx軸、鉛直方向をy軸と定義する。

「 2022 年度 アスファルト合材統散してAPを建設してきたが、コンテナに施工した特殊断熱材ののx 軸の熱電対に関して、

計年報」4）によると、公共投資抑制の影響を受けて、2000 年に7,000 万 tあった合材製造数量が、2022 年には3,900 万 t

2.2

へと約 44% 減少しており、その製造数量の減少に合わせてとが読み取れる（図−1参照）。
豪雨災害等の更なる頻発化・激甚化などが予測され、国際（カーボン社会は2050 年の温室効果ガス排出量実質ゼロ

試験条件

関しては、
コンテナの構造がy軸を対象として線対称であること

試験は合材の温度低下が著しい、冬期の寒冷地で実施

APの数も1,500 基から1,000 基へと、約34% 減少しているこ
また、近年、温室効果ガスによる地球温暖化の影響から、仕様上、熱電対は角部のみ挿入可能であった。
そして、x軸に

図−1 合材製造数量とプラント数の推移（出展 2022 年度 アスファルト合材統計年報 4）より編集）

ニュートラル）に向けて動き出した5 ）6 ）。無論、道路業界におできないエリアの拡大が懸念されるため、合材を長距離輸

いてもカーボンニュートラルに向けた取り組みに注力してお送できる技術の開発が鋭意進められている。

から、温度分布も線対称になることが予想される。
よって、x 軸した。試験手順を、以下の箇条書きと、図−3で示し、試験条に関しては、合材中心より一方向のみ温度測定している。
この件を表−2に示す。

コンテナの構造の違いから、放散ことに対し、y軸に関しては、の挙動が異なることが予想されるため、合材中心から上方、下【試験手順】

方へ向けてそれぞれ温度測定している。

①コンテナを投入ゲートが開いた状態で、フォークリフトを用3.

いて、合材排出口下部である、APの本体下へ運搬する。

評価

合材の長距離輸送を可能にする方法に関して、合材温②合材をコンテナが満杯になるまで投入する。

合材の保温時間が長くなることで、合材とコンテナ内壁と度が低くても一定の品質を担保する技術と、合材の温度低③合材表面がコンテナすりきりになるように均す。

の接触境界面における温度低下は不可避であるが、実際加えて、ドライバーの労働時間が減少（自動車運転者の下を抑制する技術とがある。前者は、アスファルトに少量の水④投入ゲートを閉じ、後述するシース熱電対とデータロガーの舗 装 現 場においては、アスファルトフィニッシャーのスク

労働時間等の改善のための基準の一部改正 7 ））することを添加し、発泡させることで流動性を増大させる、フォームドや、工場の働き手が減少すること等の人員不足に関する問

アスファルトなどを挙げることができる。後者は、現行方法に題があり、経営合理化のため、さらにAPの統廃合が進むこ

用いている保温シートや、加熱ヒータを実装した容器などをコンテナで合材を保温中、コンテナ内部12点の温度と外気とが予測される。AP の統廃合が進行すると、合材を供給

挙げることができる。筆者らは後者の技術に着目し、2021 年

で測定し、データロガーで記録した。
温を、
シース熱電対（K型）

り、APにおける運営方法の見直しによる、合材生産性の改善（以下、APの革新）が求められる。

2024│NO.005

を用いて21 時間に渡り連続で温度測定する。

リュード等により合材が撹拌され、温度がほぼ一様となる。
よって、本検討においては合材「全体」の平均温度が一般に達するまでの時間を的な合材受入れ温度（以下、150 ℃）
保温可能時間と定義している。

コンテナを用いたアスファルト混合物の輸送時間拡大に向けた検討

コンテナを用いたアスファルト混合物の輸送時間拡大に向けた検討─ 37 ─

─ 38 ─

2024│NO.005

N I K KO T E C HN I CA L RE PO RT

3.2.3

解析結果

測定点に対して逆解析を行い、その結果、算出された合材全体、基準断面、斜断面の平均温度推移を図−9に示す。図−9中における、紫の二点鎖線で示すダンプ試験時の合材平均温度は、「 運搬中のアスファルト混合物の温度特ダンプ試験時の外気温性の考察」1）より編集したものであり、
図−6
3.2.2

は、その試験を行った1月の兵庫県内における外気温の実

3次元モデルと定義断面測データである。
また、表−4にシミュレーションで求めた経過

解析条件

時間毎の基準断面と斜断面の温度分布を示す。
この表−4

外気温は、合材の温度低下の勾配に影響を及ぼすため、
図−4
3.1

本試験において、コンテナを用いた合材の保温を検討する

測定点詳細と使用機器上で、重要なファクターである。
このことから、逆解析の結果

試験結果

が、可能な限り試験結果を再現するように、実測した外気温

図−4に示す測定点の平均温度と経過時間の関係を図の近似関数を作成し、熱解析シミュレーションに実装してい−5に示す。

る。その近似関数に加え、経過時間と実測した外気温の関係を図−7に示す。
また、熱解析シミュレーションに使用した条件を表−3に示す。合材密度は実測重量とコンテナ容量から算 出し、初 期 温 度については、合 材は出 荷 温 度 のより、合材の温度低下は、
コンテナ上部が、コンテナ下部よりも顕著であることが読み取れる。

式−2は、熱拡散率αの値が大きいほど（熱伝導率λの値は大きいほど、比熱 cと密度ρの値は小さいほど）温度変化が顕著であることを示す。
次に、本試験に用いたコンテナの構造を簡略化したものを
図−8に示し、その境界条件に関する微分方程式を式−3に示す。
また、式−3は、異種個体が完全接触し、熱抵抗を考慮しない場合のものである。

177℃、コンテナは近似関数から算出して−0.8℃としている。
特殊断熱材は積層構造のため、熱伝導率や比熱、密度は各種と記載し、層厚は積層した合計の厚さを示す。合材の熱伝導率は、合材の比熱と密度を固定し、熱伝導率の値を変更しながら熱解析シミュレーションを行い、測定点の実測
図−5

データと熱解析シミュレーションが近似した時の値を採用し測定点の平均温度と経過時間の関係

図−9 合材平均温度算出結果（ダンプ試験時の合材平均温度：出展「運搬中のアスファルト混合物の温度特性の考察」1）より編集）

ている。
図−8

図−5より、測定点の平均温度が 150 ℃に達する時間はコンテナの構造（簡略図）

約 15 時間と読み取れる。
しかし、これは前述に定義した合材「全体」の温度では無く、最も合材の温度低下が顕著と予測されるコンテナ角部の表−4

温度が反映されていない。
このことから、測定点以外の合材

経過時間毎の基準断面と斜断面の温度分布

温度を、後述する熱解析シミュレーションにて補完して、合材「全体」の平均温度を算出している。
3.2

図−7

熱解析を用いた保温可能時間の推定

合材全体平均温度を算出するために、熱流体解析ソフト

実測した外気温と近似関数
表−3ウェア（シーメンスPLMソフトウェア・コンピューテイショナルダ

解析条件を用いて、試イナミックス㈱製：STAR-CCM+ Ver.18.02 ）験結果に対して逆解析を行っている。
3.2.1

そして、図−8の保護板金と外気の境界における、
自然対

3次元モデルの作成

流による熱伝達を式−4に示す。

まず、コンテナと同一形状の3 次元モデルを作成している。
また、経過時間による合材内部の温度分布や、合材全体平ここで、熱伝導率、比熱、密度が一定の場合に関して、

均温度との関係を調査するために、図−4にて定義した斜断面に加え、コンテナの中心を通り側面と並行位置にある鉛

x,y,zで表記する直行座標系における3 次元熱伝導の微分

直方向の断面（以下、基準断面）を定義している。
これらをさらに、式−1を変形したものを
方程式を式−1に示す 9）10）。

図−6に示す。

式−2に示す。

2024│NO.005

コンテナを用いたアスファルト混合物の輸送時間拡大に向けた検討

コンテナを用いたアスファルト混合物の輸送時間拡大に向けた検討─ 39 ─

─ 40 ─

2024│NO.005

N I K KO T E C HN I CA L RE PO RT

4.

考察

まず、
ΔTの推移について述べる。前述の通り、合材投入

合材全体平均温度とを比較すると、最も温度が高いのは基ΔT AirはΔTに対して小さ直後から14 時間経過後において、準断面、次いで斜断面、そして、合材全体平均温度と続い合材投入直後の、赤い実線で示す合材全体平均温度と、い値を示すため、
ΔT AirがΔTに及ぼす影響は極めて小さいている。
とりわけ、基準断面の温度が最も高くなるのは、
この紫の二点鎖線で示すダンプ試験時の合材平均温度に着目と言える。
よって、結果的に外気温が−13 ℃まで低下しても、基準断面における放熱面積が最小となるために、合材からするため、図−9より、経過時間が 0 時間〜 2 時間の範囲で外気の温度低下速度より合材全体の温度低下速度の方がの放散熱量が抑えられるからであると考えられる。一方で、抜粋したものを図−10に示す。

速いので、ΔTは終始一貫して縮小している。逆に、外気の合材全体の平均温度が最も低い値を示すのは、図−14の温度低下速度の方が速い場合には、
ΔTは増大することに赤丸で示したコンテナの投入・排出ゲート部における隙間ななる。
これらをまとめたものを表−5に示す。

どに、特殊断熱材を施工できないために放散熱量が多くなる

4.1

7.7％と小さい値を示すため、温度低下速度に大きな変化が合材投入直後の温度低下認められない。
これらの内容を図−12と式−6に示す。

表−5

ことを、
シミュレーション結果でも反映されているものと推察さ

合材全体温度、外気温およびΔTの関係れる。以上のことから、コンテナの投入・排出ゲート部の隙間による温度低下の影響は、基準断面と斜断面の合材におい

図−11

図−10

ては限定的であると考えられる。

経過時間と温度低下速度の関係

次に、
ΔTが温度低下速度へ及ぼす影響について述べる。

合材平均温度算出結果一部抜粋

合材の温度低下速度は、コンテナ表面の単位面積当たりの図−10より、合材投入直後から0.5 時間までの温度低下

放散熱（以下、熱流束）
に比例し、
さらに、
この熱流束は、熱ダ勾配を算出すると、合材全体平均温度では−15.9 ℃/h 、

これらのことか伝導率とΔTに比例することが知られている。

ンプ試験合材平均温度では−45.5 ℃/hと、いずれも急激なら、合材の温度低下速度は、
ΔTに比例することになる。具体

温度低下を示している。
ダンプ試験の目的は、運搬中の合材

的に図−13より、合材の温度低下速度は、合材をコンテナの温度分布と挙動を明らかにすることであり、「 温度低下のへ投入した、初期温度低下の直後から14 時間を経過する

1 ））
保温養生

に至り、
ΔTに比例して−3.0 ℃/h から弧を描くようにして−を行わなかったことと、大きな熱容量を有するダンプ荷台に1.8 ℃/hまで低下しているのが分かる。その後、合材の温度熱を奪われた結果、急激な温度低下が起こったと考えられ低下速度は、19 時間を経過するまで−1.8 ℃/h から−1.6 ℃

る。
また、コンテナへ合材を投入した直後の急激な温度低下/hへ緩やかに低下していることが分かる。以上のことからも、

また、表−4に示す経過時間が21 時間の温度分布と、図（以下、初期温度低下）についても、合材から、温度測定開合材の温度低下速度がΔTに比例していることが裏付けら−14に示す合材表面の温度分布に着目すると、
コンテナ角

れる。
さらに、合材の温度低下速度は、
ΔTがΔT Airに関連し部から合材の温度低下が進行し、中心部では温度低下がした可能性が高い。
このことから、合材の保温可能時間を延ていることからも、外気温度の影響を少なからず受けているあまり見られないことが分かる。
この合材中心部での温度低長するためには、コンテナを予熱して合材と外気の温度差を

と言える。
しかし、
ΔT 低下②において、外気温が約 10 ℃上下が小さいことに関しては、合材の熱伝導率が低いことが小さくする等、鋼板への熱伝導を抑制する方法が有効であ昇しているにも関わらず、温度低下速度の差は、0.2 ℃/hと理由であると推測できる。合材の熱伝導率は、常温のガラス

続いて、図−11では大きな変化が認められなかった、
ΔT

影響が小さい。
これは、先に述べた通り、
ΔT AirがΔTに及ぼ材料と同等（新編 熱物性ハンドブック8 ））で、1.25W/（ m・による温度低下速度の変化を詳細に表すため、図−11のす影響は極めて小さいことに加え、コンテナの大部分が特殊（表−3参照）と低い値を示す。
これにより、合材中心部は、
K）

温度低下速度を一部抜粋したもの（温度低下速度が、−3保温材に覆われており、鋼板が外気に晒される面積が小さコンテナに施工した厚さ70mmの特殊断熱材に加え、層厚〜−1.5 ℃/hの範囲）と、ΔTの関係を図−13に示す。

いことや、特殊断熱材が層厚 70mmと厚く、外気温の影響

600mm 、熱伝導率 1.25W/（ m・K ）の合材自らの断熱材にが僅かな程度にとどまるためだと考えられる。

覆われていることに相当するため、21 時間保温後において挙動を大きく捉えるために」（田村ら,2021,p34

図−12

始時の外気温である−0.8 ℃に等しい温度の鋼板へ熱伝導ると言える。
4.2

保温可能時間と温度低下速度

コンテナの保温可図−9より、177 ℃で合材を出荷した時、ΔTとΔT Airの関係

これは、前述の通り、
能時間は7.9時間という結果が得られた。

図−1421時間経過後の合材表面の温度分布

合材投入直後こそ、初期温度低下が見られるが、その後の温このように、氷点下の環境においても、外気温の変化によ

度低下は緩慢になるためである。
ここで、経過時間に対する合る影響が極めて小さく、コンテナを用いた合材の保温可能時

このことから、合材保温可能時間を延長するための方法

材全体温度の変化率を、温度低下速度と定義し、その関係を間が、一般的な輸送時間である1.5 時間と比較して、約 5 倍として、一定以上のコンテナ容量を確保することが有効であ

図−11に示す。
また、温度低下速度は、0.5時間毎に算出し（図−9参照）は、当コンテに相当する7.9 時間を示したことると考えられる。
このことは、合材自らが一定の断熱性能を有てプロットしたものであり、その算出式を式−5に示す。

ナが、合材の長距離輸送にとって有効な手段となり得ることするものの、その断熱効果を十分に発揮させるためには、を示唆している。

600mm 以上の層厚が必要であることがシミュレーション結図−11より、時間経過と共に合材温度が低下し、それにも、大きな温度低下が見られなかったと考えられる。

果から明らかとなっている。そして、コンテナの形状を熱放散

応じて温度低下速度が緩慢になる。
また、時間経過による外4.3は、合材投入直後から14 時間経気温の変化（以下、ΔT Air）（−0.8 ℃から−13 ℃に低下）である
過後において、−12.2 ℃
が、合材全体温度と外気の温度差（以下、ΔT ）に対して、2024│NO.005

図−13

温度低下速度とΔTの関係①

断面温度分布と放熱箇所の調査

面積（比表面積）が最小となる球に近づけることが最も理想

図−9より、橙色の一点鎖線で示す基準断面平均温度と緑

である。
とりわけ、
コンテナ角部の合材温度の低下が著しいの破線で示す斜断面平均温度、
ならびに、赤い実線で示すのは、熱放散面積（比表面積）が大きくなること、断熱材としコンテナを用いたアスファルト混合物の輸送時間拡大に向けた検討

コンテナを用いたアスファルト混合物の輸送時間拡大に向けた検討─ 41 ─

─ 42 ─

2024│NO.005

N I K KO T E C HN I CA L RE PO RTての合材層厚が薄くなること、特殊断熱材の施工が難しい

参●合材の保温可能時間を延長するためには、一定以上のことなどを、
そのことの根拠として挙げることができる。

考

文

献

コンテナ容量を確保することや、コンテナの熱放散面積

以下に、コンテナの熱放散面積の削減について、具体的（比表面積）を削減することが有効だと推測できる。

１） 田村彰啓, 蓬莱秀人, 川村克裕：運搬中のアスファルト
混合物の温度特性の考察,第34回日本道路会議論文,

な方法を2 点述べる。1 点目は、前に述べたように、熱放散面
6.

積（比表面積）が小さくなるようにコンテナの形状を変更する

今後の展開

論文番号3183,2021.
２） 田村彰啓：運搬中のアスファルト混合物の温度特性のことである。例えば、コンテナを円柱形状にすることで、同容

将来、
カーボンニュートラルや、働き手の不足から、APの量のコンテナでも、角形形状よりも熱放散面積（比表面積）革新により、APの統廃合が進むと予測される。その時、現行の削減が可能であり、コンテナからの熱放散が抑制できる。2

方法では、合材を供給できないエリアの拡大が懸念される。

３） 河邉真治, 蓬莱秀人, 川村克裕：コンテナを用いたアス

点目は、投入・排出ゲートの統一である。本試験で用いたコ

そこで、筆者らは合材を長時間保温可能なコンテナの開ファルト混合物の保温特性に関する調査,第35回日本

ンテナは、前述の通り、上部から合材を投入し、下部から合発に取り組んできた。当開発の最終目標は、合材の貯蔵や材を排出する構造になっているため、投入・排出ゲートのそ運搬システムの構築にある（図−15参照）。
これは、主要プ

４） 一般社団法人 日本アスファルト合材協会 資料・広報

れぞれに、特殊断熱材が施工不可能な箇所が存在する。

ラント（図−15のセンタープラント）に合材の生産を集約し、委員会 資料部会：2022年度 アスファルト合材統計年報,

よって、コンテナが反転可能な装置を設ける等の方法で、合プラントの瞬発力を維持しつつ、合材が連続的に生産される

pp.12-13,2023.

材の投入・排出を同一ゲートから行うことが可能になれば、ことを指す。その背景には、合材の保温にコンテナを用いる

特殊断熱材が施工不可能な箇所を削減でき、コンテナからことで、1 つのAPを拠点とした、合材供給可能なエリアの拡

https://www.mofa.go.jp/mofaj/ic/ch/page1w_00の熱放散を抑制できる。

大がある。
このシステム構築の第一歩として、コンテナを寒冷0121.html

地や離島などへ実装することを目指している。
そのためには、

アクセス日：2023年12月4日

5.

まとめ

合材の投入・排出や運搬が容易な構造へコンテナを改良す

本試験における、結果と考察を以下に要約する。
●氷点下の環境下でも特殊断熱材を施工したコンテナを用

道路会議論文,論文番号 3217,2023.

５） 外務省6） 地球温暖化対策推進本部：日本のNDC（国が決定ることや、コンテナ容量を見直すことが必要になると予測できする貢献）,2021.

るため、
まずは、情報収集を予定している。

https://www.mofa.go.jp/mofaj/files/100285591.pdf

いれば、合材を7.9 時間保温可能である。

また、前述の通り、初期温度低下が著しいため、保温可能●合材をコンテナに投入した直後は、外気温に等しい鋼板への熱移動により合材温度が急激に低下する。

7） 自動車運転者の労働時間等の改善のための基準の要がある。
これは、中温化合材のような、出荷温度を下げて一部を改正する件,厚生労働省告示第367号,2022.

排熱を利用したコンテナの予熱など、初期温度低下を抑制

下が小さく、角部で温度低下が顕著である。

し、従来と同等の温度域で出荷可能な方法の検討も必要である。

断熱材として作用する。

アクセス日：2023年12月4日

時間を確保するために、合材を通常より高温で出荷する必CO 2排出量を削減している技術に逆行することになるため、●本試験において、
コンテナ内の合材は、中心部の温度低●合材の熱伝導率は低く、合材中心部では周囲の合材が考察,日工テクニカルレポート第三号,pp.33-42,2022.

●時間経過による合材の温度低下勾配は、外気温の影響

今後も、今回のサンプリングデータや熱解析シミュレーショ

を受けるが、特殊断熱材がコンテナ表面を大幅に覆ってンを活用し、コンテナの改良検討を進めて行く所存である。

8） 日本熱物性学会：新編 熱物性ハンドブック[日本熱物性学会編],pp300,2008.
9） 門出政則：改訂版 熱伝導の順問題解と逆問題解,
pp1-7,2022.
10） 北山直方：図解 伝熱工学の学び方,
pp26,pp51-55,2015.

いる場合、その影響は小さい。
筆者紹介

TERAUCHI Takahito
寺内崇仁

2024 年入社
開発部

開発 4課

KAWABE Masaharu
河邉

真治

2021 年入社
開発部

図−152024│NO.005

開発 4 課

合材の貯蔵や運搬システムの構築

コンテナを用いたアスファルト混合物の輸送時間拡大に向けた検討

コンテナを用いたアスファルト混合物の輸送時間拡大に向けた検討─ 43 ─

─ 44 ─

2024│NO.005

N I K KO T E C HN I CA L RE PO RT

表1

水素バーナの開発〜Phase2 アスファルト混合物製造試験〜
長谷川 修磨・北野

AP使用燃料と水素燃料の比較6）7）8）

裕樹・今田 雄司

Hasegawa Shuma, Kitano Yuuki, Konta Yuji

概要

2.2 APでの水素への燃料転換と結びつき水を生成するのみでCO 2は発生しないため、非そのため、日本政府は2021年に「2030年度に世界的な温暖化対策として、2015年にパリ協定が策定された。
を目指す表明をした。
アスファルトプラント（以下、APと記述）業界
温室効果ガスを2013年度から46％削減すること」
においても目下の課題に向けて温室効果ガス排出量の削減に精力的に取り組んでいる。APにおいて温室効果ガ

常にクリーンなカーボンニュートラル燃料である。燃料の安全

APのバーナに使用している燃料から水素へ燃料転換を性も考慮するとAPで利用し易いために、水素バーナ開発の行う場合にメリットとして、骨材乾燥においてCO 2を排出しな

これらに代わるスであるCO2を最も排出するのは、骨材の乾燥加熱で消費する化石燃料由来のものであるため、優先度を高め、最短で製品精度を高めため、2022 年より東くなることが挙げられる。APでカーボンニュートラルを目指す

京ガスエンジニアリングソリューションズ株式会社と水素バー上で重要な点であるが、現状水素へ燃料転換を行う場合、当社は、東京ガスエ
次世代の燃料としてCO2を発生させない水素燃料を使用できるバーナの開発を行っている。

ナの共同開発を開始し、2023 年 3月には500ｋW 水素バー

いくつかの課題が挙げられる。

ンジニアリングソリューションズ株式会社と水素バーナを共同開発し、2023年3月には500ｋW水素バーナの開発にナを開発した。

・設備、燃料にかかるコストが高くなる

本試験では、開発した水素バーナを小型試験プラントへ至った1）。本稿では、開発した500ｋW水素バーナがAPで、実際に運用が可能であることを検証した水素バーナによるアスファルト混合物製造試験について報告する。

・低温液化状態での貯蔵実装し、アスファルト混合物を製造した。製造したアスファルト・気化をグリーンエネルギーで賄う必要性

混合物の試験施工までを行い、小型試験プラント運転時の・APで必要な量の水素供給が困難

バランスと舗装材としての品質を評価する。そして、水素燃

現段階では、水素は従来の燃料よりコストが高いことに加グリーン成長戦略では、産業政策・エネルギー政策の両面料を使用することで燃焼排ガスの水蒸気が増えるため、排え、都市ガスの様にパイプラインで供給ができる箇所が少な

18 世紀後半の産業革命以降、人類は化石燃料を大量にから、成長が期待される14 の重要分野実行計画を策定さ

ガス中の水蒸気がアスファルト混合物の品質とAP 運転時のいため、水素燃料を貯蔵する設備のコストが設備投資への消費しながら熱、電気エネルギーの恩恵を受けてきた。そのれ、エネルギー関連産業の1 分野として水素があげられる。

骨材温度制御、機器へ及ぼす影響を確認した。本稿では、抑制になっている。そのため、APでの水素利用が普及する代償として大気や海洋、河川などの環境への負荷も大きく、水素では2050 年に2,000 万トン程度、供給コスト20円/Nm

前田道路株式会社小型試験プラントで水素バーナを用いてには、まずは水素の供給量が増加し、水素のインフラを整え

近年の異常気象で集中豪雨やエルニーニョ現象、
ラニー

程度以下（ 2024 年都市ガス熱量単価程度）
を目指しており、

アスファルト混合物を製造した実装試験結果を報告する。

る必要がある。

ニャ現象などが頻繁に発生するようになってきた。特に1850

エネルギー業界での導入拡大が見込まれる3）。

１. 緒言

3

表2

２. APにおける水素燃料

年以降は気温が上昇しており、気候変動に関する政府間パ

また、戦略的イノベーション創造プログラム（ SIP ）第 3 期のネル
（ IPCC ）の第 6 次評価報告書によると、今世紀末までに課題にスマートエネルギーマネジメントシステムの構築があり、このことかは3.3~5.7 ℃の上昇になるだろうと言われている。

次世代の社会インフラを確立するため、再生可能エネルギー

全国の APでバーナに使用している燃料の多くはA 重油

ら、国連のグレーテス事務総長が、このままでは温暖化よりも由来の電気や水素、熱を効率的に活用するとしている4）。

が使われている。都市部や沿岸部では、都市ガスやプロパン

2.1 AP使用燃料と水素燃料の比較

現在、APで排出されるCO 2の内訳は、骨材乾燥加熱にガス燃料の利用範囲が拡大してきており、工業関係設備のよる燃料由来が79% 、事務所等での電力使用由来が19% 、ガス燃料化も急速に加速してきている。APで主に使用してこのような環境問題に対して全世界が危機感を共有して重機燃料その他由来が2%となっている。重油を基準にしたいる燃料と水素燃料の比較を表1に示す6）7）8）。

いる中、2015 年にパリ協定が第 21 回気候変動枠組条約締ガスへの燃料転換
時の発熱量当りのCO 2 削減効果として、プロパン、大気圧下20℃では、A重油のみが液体で存在し、で採択され、目的として「世界の平均気
約国会議（ COP21 ）プロパンガス15％の削減が期待されるが、で都市ガス 25％、

都市ガス、水素は気体で存在する。体積当たり発熱量はプロ

温 上 昇を産 業 革 命 以 前と比 べて 2 度より十 分 低く保ち、これ以上の削減には他の技術との併用が必要である。そしパン＞都市ガス＞水素であり、都市ガスの代わりに水素ガスを

1.5 ℃以内に抑える努力をする」ことが掲げられた。近年でて、過去に開発したグリセリンや木質タール、もみ殻、炭化燃使用して同じ熱量を得るには4倍程度の流量が必要となる。

は、2023 年 11月に開催されたCOP28で1.5 ℃目標の実現

料などの燃料を使用したバイオマスバーナはバイオマス燃

水素は他のガス燃料と比べて沸点が -252.9 ℃と低いたに向かうために、2030 年までに再生可能エネルギーの容量料の導入によってCO

5）
バイオマス
2の削減が可能である が、め、液化させるには多くのエネルギーが必要となるが、質量を3 倍に、省エネ率を2 倍にすることを掲げ、化石燃料からの燃料を利用する場合には、発生地域からの運搬や利用する

当たりの発熱量が 120.4 MJ/kgであり、他の燃料の2 倍以脱却を更に加速させる意思を各国が提示している2）。

ための供給体制も重要になることから、短期間でのAP 全体

上の発熱量を持っている。水素をクリーンな燃料で液化するへ利用を拡大することは難しい。

ためにエネルギーは必要であるが、液体にすることで体積が深刻な沸騰化の時代が到来することになってしまうと発言し警鐘を鳴らしている。

パリ協定に伴って、2021年に日本は2030年度に温室効果ガスを2013年度から46％削減することを目指す表明をしていこのような状況を踏まえて、
これまでAPで使用されてきた

1/800になるので効率良く運搬できる。そしてこれから政府る。
目標を達成するため，経済産業省が中心となり「 2050 年

化石燃料の代替燃料として、今後期待されている水素燃料

がカーボンニュートラルに向けて推進していく燃料となっておカーボンニュートラルに伴うグリーン成長戦略」を策定した。

を使用できるバーナの開発を行った。水素は、燃焼時に酸素り注目されている。

2024│NO.005

水素バーナの開発〜Phase2 アスファルト混合物製造試験〜
─ 45 ─

試験パラメータ

水素バーナの開発

図1

運転方法フローチャート〜Phase2 アスファルト混合物製造試験〜
─ 46 ─

2024│NO.005

N I K KO T E C HN I CA L RE PO RT

３. 合材製造試験

骨材温度と骨材含水はベルトコンベヤ（ドライヤ通過前）と3.1 試験条件

ホットエレベータ（ドライヤ通過後）で骨材をサンプリングして

重 油による試 験は重 油 専用バーナで実 施した。CNG測定する。排ガス成分と排ガス量の測定は小型試験プラント（ compressed natural gas 圧縮天然ガス、都市ガス13A ）と煙突部の測定口で測定を行った。排ガス成分の測定方法を

水素の混焼は熱量を基準として水素の導入割合を変えて表4に示す。

小型試験プラント仕様

表3

実施した。
水素使用後に消火する時は、配管中で残留水素と空気3.4 合材製造試験結果

が可燃混合気にならないよう水素専焼状態にしてから窒素

3.4.1 骨材乾燥加熱結果

パージで消火を行い、そのまま配管内部のガスを置換した。

骨材供給量 5t/hでの各燃料の専焼における骨材乾燥加そして、運転中の骨材温度調整は骨材温度が 210 ℃で安熱の結果を表5に示す。各試験条件で加熱後の骨材温度定するように燃料流量を制御しながら骨材乾燥を行った。本を比較すると194〜203 ℃の温度であることから水素は都市

試 験で実 施したパラメータを表 2に、運 転 方 法のフロー

ガスと骨材加熱能力は同等で、温度上昇速度などの制御性

チャートを図1に示す。

に関しても同等で運用できた。

写真 1

3.2 試験設備

水素バーナ

表 5に示すように加 熱 前の骨 材 含 水 比は水 素 専 焼 時

4.1％であり、重油専焼時の5.3％より低い値であるが、加熱

表4

前田道路株式会社小型試験プラントに2023 年 3月に東後の骨材含水比が水素専焼時で0.08％と他の燃料専焼時

京ガス株式会社と共同開発した500ｋW 水素バーナを設置と比べて高い値となった。水素専焼時の骨材含水比でもアした。設置した水素バーナの外形を写真1に示す。

スファルトの品質は従来と変わらないことを前田道路株式会

排ガス測定法社により確認した。

3.2.1 水素バーナ

燃料の流量値は、乾燥後の骨材温度が安定している状

本試験での水素バーナの着火方法は従来の弊社ガスバー態で測定している。試験条件から骨材の乾燥加熱に必要なナ同様に、都市ガスでのパイロット着火を行った。都市ガスと水熱量を試算し、熱効率を算出した。水素は重油と比べ熱効

素はバーナのガスライン内で混合される元混合方式を採用し、

写真 21本のバーナノズルで都市ガスの専焼から水素の混焼、更に燃焼装置

率が55.8％と低い数値を示したが、CNGの54.6％と同程度の熱効率であったため、都市ガスと同様に運用可能である。

水素の専焼まで燃焼することが可能である。燃焼空気はバーの要因となるため減圧してから燃焼装置に供給している。

一般的に水素火炎からの輻射熱は通常の炭素を含む輝炎

ナ後方にあるファンから供給し、水素燃料の流量に対して必CNGと水素の供給ラインが合流管で合わさり、水素バー

より十分小さいため、水素の熱効率が A 重油と比べて低い

ナに燃料を供給する。専焼時に切り替えられるように切換え

どの燃料においても40％もの無結果となったと考えられる9）。

弁、水素供給ライン側には逆流に対する安全対策として、逆効熱があるため、
この小型試験プラント特有の影響があり、止弁を取り付けた。

材料投入口等からの浸入空気が多いため、排ガス温度によ

要な空気量比率を任意に変更しながら調整を行った1）。
3.2.2 燃料供給ライン

表5

骨材乾燥加熱結果

る無効熱が考えられる。

試験で使用したCNG 燃焼装置を写真2に示す。CNG
供給ラインでは流量計、電磁弁、
ボールバルブ等を含む燃焼

3.2.3 試験プラント

装置を使用した。本試験ではプラントへの影響を調査するた

試 験で使用した小 型 試 験プラントを写 真 3 、プラント内

めに混焼率を任意に変更可能なように流量を調整できるようユニット機器の仕様を表3に示す。乾燥キルンのサイズはにした。

プラントの骨材乾燥能力は
Φ1100mm×3500mmであり、水素供給ラインではカードル（ボンベをまとめて枠組みし、5t/hである。水素バーナは当社の従来ガスバーナと同様にガスの取り出し口を集約したもの）から14.7MPaの水素が供

レトロフィットできるようにした。
この水素バーナを小型試験プ

給され、減圧ユニットにより0.2MPaまで減圧された水素が供

ラントの重油バーナと入替し、合材製造試験を行った。

給される。水素流量はマスフローコントローラを使用して量を調整した。

3.3 試験測定項目

ガス燃料は高圧にするほど容積を小さくすることができる

下記に本試験で測定した項目を示す。

ため容量当たりの熱量が高くなり、ボンベのサイズや配管径

・骨材温度（投入骨材、排出骨材）を小さくすることができるメリットがある。そのため、容積を小・骨材含水（試験前後の骨材含水比）

さくしてエネルギー密度を高くするために、CNGと水素は共・排ガス成分しかし、高圧に14.7MPaの高圧でボンベに充填されている。

（NO X、O 2、CO 、CO 2、SO X、H 2O、煤塵測定）のまま使用すると機器の損傷や急激な圧力変動で失火など

・排ガス量

2024│NO.005

水素バーナの開発〜Phase2 アスファルト混合物製造試験〜
─ 47 ─

写真 3

小型試験プラント

水素バーナの開発〜Phase2 アスファルト混合物製造試験〜
─ 48 ─

2024│NO.005

N I K KO T E C HN I CA L RE PO RT

表6

排ガス測定結果

由来の水蒸気量の割合が多くなるため、水素燃料を使用すると骨材乾燥での総水蒸気量が増加することになる。
しかし、
試験条件ごとに骨材含水が 3.56~5.61%とバラつきがあるが、今回行ったすべての条件で排ガス中の水蒸気量の割合
燃料由来の水蒸気量の影響は許容範囲である。加えて、試算した凝縮水蒸気量の値は、水素燃料の混焼率に比例
これは、排ガス温度によって飽和水蒸気量が変わるため、表7に示すように凝縮水蒸気量が 76.6 〜 184.1L/hとバラつきがある結果になったと考えられる。水素燃料への転換を行うことで一概に凝縮水蒸気量が増えるわけではなく、排出ガスの温度を管理すれば凝縮水の排出量を減らすことが可能であることも、予備試験で行った小型試験プラントで排ガス温度を上げた時の煙突や煙の様子から確認することができた。

表6に示すようにCO 2 濃度は重油専焼時に4.1％であり、「設備、燃料、貯蔵コスト」、「 水素燃料の確保」などの社会

CNG 専焼時は2.7％と減少していることが確認できた。これ的課題が残っている。都市ガスとグレー水素の熱量当たりのは発熱量当りのCO 2排出係数が重油よりCNGの方が低い

グリーン水素とグレー水素では約 6 倍の単単価差が約 2 倍、ためである。水素燃料の混焼率が高くなるにつれCO 2 濃度

価差がある。
これらの問題を解消できるように、
まずは2030が減少していき、水素専焼の条件では CO 2は検出されな年を目途に水素が利用し易くなるように支援、補助金などのかった。水素は燃焼時に酸素と結びつき水を生成するのみ

議論がなされているため、いつでも水素バーナ設備をAP へ

また、CO
でCO 2は発生しないため、現象結果と一致した。

実装できるようにする。一般的なAPに用いられる出力5MW

pp.121-129.
10） 環境省
https://www.env.go.jp/air/osen/law/t-kise-6.html（参照日2024年1月19日）

以上のバーナへのスケールアップを進めていく予定である。

測定したすべての条件で基準値と比べ低いNOx 値となっえて、都市ガス燃焼においても低 NO Xでの燃焼を維持できの低い材料に冷やされてしまい未燃が多くなっていると考えている。水素専焼でのNOx 値が23ppmであり、CNG 専焼ることから、都市ガス専焼でも使用できるようになっている。

られ、1472ppmという数値を示している。水素専焼でCOがの5ppmと比べて高い値となり、開発段階での試験と同様の

また、AP 以外の分野でもカーボンニュートラル達成に向検 出されているが 機 器 誤 差 の 範 囲 内（ C O 測 定レンジ

結果を示した。水素は燃焼速度が速く、局所的な高温部分

けて水素が期待されているため、水素バーナの燃焼技術、

2500ppm、誤差±2%）であると考えられる。

ができるため、サーマルNOx が CNGより増加することが知低 NO X 化技術を活かして、新たな製品の開発にも注力しられており、
このような傾向と一致している。

ている。

理論値では、水素 1Nm 3を燃焼した時に0.8kgの水が発準値が設けられており、骨材乾燥炉の排出基準値は 230

生する。表7に示すように水素は重油やCNGと比べ、燃料2024│NO.005

水素バーナの開発〜Phase2 アスファルト混合物製造試験〜
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修磨

2022 年入社
開発部 開発 1課
KITANO Yuuki
北野
開発部

蒸気量の値を表7に示す。

挙げられる。
これは大気汚染防止法でNOxの排出量に基

長谷川

裕樹

2015 年入社

排出ガス内の水分量の測定結果から、試算した凝縮水示す。APで使用する場合に懸念点としてサーマルNOx が筆者紹介

HASEGAWA Shuma

型試験プラントのため、キルン長さが短く燃焼しきる前に温度

CNG専焼で204.9Nm3/h、水素燃焼で230.7Nm3/hとなった。

動報告9） 武野 計二（2010 年）日本燃焼学会誌 第 52 巻 160 号

Phase1での試験結果から500ｋW 水素バーナは水素に加試験結果より、実際の水蒸気は重油専焼で297.0Nm3/h、

機械部会 路盤・舗装機械技術委員会 令和 4 年度活モニア燃焼」日本燃焼学会誌 第 58 巻 183 号pp.41-48.

ppmとなっているため基準を満たす必要がある1 0 ）。今回

NO X 濃度をO 2 濃度 16％で換算した値のグラフを図2に5） 日工株式会社 2023日本建設機械施工協会「カーボンフリーアン
8） 小林 秀昭，早川 晃弘（2016 年）

れCO 濃度が減少していく傾向を示しており、特に重油は小問題はみられなかった。

（参照日2024年1月19日）（参照日2024年1月19日）

一方で、AP 実機へ水素バーナを設置するには前述したり、重油でも規制値より低い値であるため、水素燃焼による.html

sic-knowledge/fuel/

材の品質に問題がないことが確認された。

表6に示すように煤塵量はガス燃料で測定限界以下であhttps://www8.cao.go.jp/cstp/gaiyo/sip/sip3rd_list

https://www.iwatani.co.jp/jpn/business/energy/baのガスバーナ同様の運用ができること、そしてアスファルト合

NOX濃度（O216％換算）結果

4） 内閣府

7） Iwatani

発生の影響とアスファルト合材の品質においては、
これまで

図2

（参照日2024年1月19日）（参照日2024年1月19日）

試験の結果から懸念としてあった水素燃焼における水蒸気

濃度もCO 2濃度と同様に水素燃料の混焼率が高くなるにつ

https://www.meti.go.jp/policy/energy_environme

https://www.eneos.co.jp/business/sds/gasoline/

500ｋW 水素バーナを開発し、本アスファルト混合物製造

各条件における排ガス測定結果を表6に示す。

3） 経済産業省

6） ENEOS

４. 結言

3.4.2 排出ガス測定結果/202 0html/1-3-1.html

nt/global_warming/ggs/index.html

する結果になっていないことが確認できた。

水蒸気量試算結果

https://www.enecho.meti.go.jp/about/whitepaper（参照日2024年1月19日）

として骨材由来のものが多いため、実際の水蒸気量に対して

表72） 経済産業省 資源エネルギー庁

References

開発 1課

KONTA Yuji
今田

1 北野 裕樹,今田 雄司 2023 水素バーナの開発

2002 年入社
開発部 開発 1課〜Phase 1〜 NIKKO TECHNICAL REPORT

No.004，pp.39-44.

水素バーナの開発

雄司〜Phase2 アスファルト混合物製造試験〜
─ 50 ─

2024│NO.005

NIKKO TECHNICAL REPORT

無水石膏製造設備の安定した急速冷却キルンの開発
柳井瑛・田中 翔太

Yanai Akira, Tanaka Shota

概要
石膏ボードは防火性、遮音性、寸法安定性に優れており、一般的に建築資材において多用されている。近年では老朽化した建築物の解体にともない石膏ボードによる廃棄物（以下、廃石膏ボードと記述）が大量発生し、廃石
膏ボードの廃棄量は今後増加していく傾向にあるため、再利用など有効利用方法が研究されている。
当社は、無水石膏がセメントの凝結遅延材として一般的に用いられていることから、廃石膏ボードから無水石膏を製造する無水石膏製造設備を2014年に開発し市場投入している。
ところが、当該装置の無水石膏を冷却するプロセスにおいて、熱による機器への損傷が著しく頻繁に修理を必要とすることが課題となっていた。本稿では、冷却能力と耐久性とを向上させた間接方式の冷却キルンを新たに開発し運用を開始したので、その概要と特徴について報告する。

熱脱離して無水石膏を生成する原理に基づいている。そし１. 緒言
石膏ボードは、約 20%の結晶水が安定した形で含まれるて、この高温の無水石膏をスクリュ方式の冷却装置で200 ℃

ため防火性に優れ、遮音性、寸法安定性、工事の容易性なまで冷却している。
ところが、高温の無水石膏による冷却装どの特徴を有し、古くは、大正 12 年に旧帝国ホテルの内装と置への熱損傷が著しく頻繁に修理とメンテナンスを必要とし天井に採用されてから現代に至るまで一般家屋やオフィスていた。

ビルなど建築物で幅広く利用されている。
とりわけ、我が国の

本稿では、これらの課題を解決すべく耐久性とメンテナン

木造建築の耐用年数が欧米に比べて20 年程度と短く、老ス性を向上させた間接キルン方式の冷却装置を新たに開発朽化した建築物の解体にともない廃石膏ボードが大量発生

し運用を開始したので、その概要と特徴について報告する。

１）
２）し、年々増加傾向にある。
そして、石膏ボードの年間出荷量は400 万トンにも及んでいることを反映して、やがて、廃石

２. 石膏

膏ボードの発生量もこの値に近づいていくものと予測されて石膏は硫酸カルシウムを主成分としている鉱物であり、いる。
このことから、地方自治体における最終処分場が逼迫

「二水石膏 (CaSO４･ 2H２O：硫酸カルシウム2 水和物 ) 」、

し、処分費用の高騰に伴う不法投棄などの社会問題へと発「半水石膏 (CaSO４･ 1/2H２O：硫酸カルシウム1/2 水和

展して行くことが懸念されている。

物 ) 」、「 無水石膏（ CaSO４：硫酸カルシウム）」の3 種類に分

我が国は、大量生産、大量消費、大量廃棄の社会システけられる。半水石膏はα型とβ型が存在し、無水石膏はⅢ型、ムの下で経済成長を遂げてきた。近年では、資源枯渇や環Ⅱ型、Ⅰ型に分けられ、さらにⅢ型はα型とβ型が存在する。そ境破壊などの社会問題が指摘されるようになっている。以上

３）の中でも半水石膏と無水石膏について説明する。

のことから、廃石膏ボードのリサイクル化に関しても、大量の2.1 半水石膏

需要を見込むことができる農業用肥料や土木建築用資材な

半水石膏は、焼石膏とも呼ばれ前述したようにα型とβ型どへの有効利用が待ち望まれている所である。
このような時代を背景にして、当社は、廃石膏ボードをセメが存在しており、α型は緻密な構造で粒子密度が高く、水硬ントの原材料として大量にリサイクルすることができる無水石

時の強度がβ型よりも大きいことから骨折時の治療用具で

膏製造設備を開発した。
この無水石膏製造設備は、二水石あるギプスといった医療用途に用いられる。
また、加圧焼成

膏である廃石膏を1,000 ℃まで加熱することにより、結晶水をすることで生 成されることから一 般 的にはオートクレーブ

2024│NO.005

図2-1 Ⅱ型無水石膏設備のシステムフロー図（圧力釜）での蒸し焼きで製造されるため、キルン方式でのその性質上、長期間の貯蔵が可能であること、
さらには、必製造は難しい。
β型は、ポーラス状の空隙があるため粒子要量に応じて製造し貯蔵することができるなどの運用上の密度がα型よりも小さく、石膏ボード等の建築資材として利調整ができる材料である。
Ⅰ型無水石膏は、1180 ℃以上の用される。
α型と違い加圧を必要としないため、キルン方式

加熱により生成される。
Ⅱ型、
Ⅰ型ともに吸湿性がないことからで製造可能である。
また、半水石膏を180 ℃以上で加熱処

４）建設系フィラー材として建築材に幅広く利用される。

理することにより、結晶水が熱脱離した無水石膏を生成す

３.Ⅱ 型無水石膏製造設備

４）
ることができる。

近年は、半水石膏の水硬生を利用し、添加剤としてセメン

本無水石膏製造設備は、乾燥加熱領域と焼成領域を設トと混ぜ合わせることで土壌の改良剤とする用途が増えてき

け、投入から排出まで材料が 1 方向に流れる過程で半水石ている。但し、半水石膏は吸湿性が高く大気中の水分を吸膏が生成され、最終的には無水石膏を製造できるようにした。

水し、二水石膏に戻ってしまう為、品質管理が難しいことか

システムフロー図を図2-1に、設備全体像を写真2-1に示す。

５）
ら、製造後すぐに利用することが推奨されている。

図2-1より、
Ⅱ型無水石膏製造設備フローを説明する。
まず、材料は投入スクリュから焼成キルンに投入され、焼成キ

2.2 無水石膏
無水石膏は、前述したようにⅢ型、Ⅱ型、Ⅰ型が存在しておルン内で乾燥・加熱・焼成される。1000 ℃となった材料は排り、さらにⅢ型に関してはα型とβ型に分類される。
Ⅲ型無水石

出シュートを通過して冷却装置に投入。冷却装置後段には

膏は、180〜215 ℃の温度帯で加熱することにより生成され、付帯設備が配置されており、それらの付 帯 設 備に対して

空気中の水分を吸って半水石膏に戻る。
その吸湿性より、塗熱損傷を防ぐため、各装置の耐熱温度 200 ℃以下になるよ

料・樹脂などの乾燥材として利用される。
Ⅱ型無水石膏は、

うに材料を冷却する。冷却された材料はスクリュを通過しエ

330 ℃以上で加熱することによって得られ、加水しても半水レベーターに送られるというフローとなっている。

石膏に戻らないことから、不活性無水石膏とも呼ばれている。

無水石膏製造設備の安定した急速冷却キルンの開発

無水石膏製造設備の安定した急速冷却キルンの開発

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2024│NO.005

NIKKO TECHNICAL REPORT

写真2-1 Ⅱ型無水石膏製造設備

図 2-2

焼成キルン内部図3-1

間接冷却キルン方式フロー図（2）間接冷却方式

また、装置の設置スペースと機器点数が増えるため、トラブル

当社が採用してきた間接冷却のスクリュ方式では、二重発生の可能性が高く、著しく頻繁に修理が必要なことである。

構造のスクリュ軸とジャケット方式としたスクリュトラフに水を

図2-3

従来冷却方式一覧

3.2.2 新方式

循環させることにより間接的に冷却する方式である。
メリットは材料と水蒸気が接触しないため、水蒸気による

3.1 焼成キルン

却方式一覧を図2-3に示す。

図2-2は焼成キルン内部を示し、図の右側より材料が供給される。
リフターが取り付けられている部分は半水石膏を（1）直接冷却方式

材料の品質劣化が発生しないことである。

新たに開発した間接冷却キルン方式のフロー図を図3-1に示す。

デメリットは、鋼材を介しての間接冷却を行っているため、本冷却方式ではこれまでと同等の冷却能力を有しつつ、水の潜熱を100% 冷却に使用することができないことで、耐久性を高めるために間接冷却キルン方式を採用している。

生成する乾燥加熱領域になり、この領域では、石膏を掻き揚

当社が採用してきた直接冷却には、図2-3に示す通り

直接冷却よりも大量の水を使用することになる。
また、
これら

これまでの直接＋間接冷却スクリュ方式では、熱負荷によるげ自由落下させ、石膏をベール状に分散することで、材料のスクリュ方式とキルン方式とがある。両者は、キルン・スクリュの水は、クーラで冷却して再利用するため、循環経路が複機器の損傷度合いや複雑な構造による高頻度のトラブルに表面積を大きくする。
これにより短時間で表面水を乾燥後、内部の材料に対してノズルより直接水を噴霧する方式である。

雑かつ設置面積が広くなることがある。
この方式では、材料

より、安定した運用が困難であった。
これらの問題を回避す

材料を180 ℃まで昇温し、半水石膏を効率良く製造することメリットは、水の顕熱と潜熱を100% 有効利用することが可と鋼材との熱のやりとりに依存するため、冷却効率は接触面るためできるだけシンプルな構造の間接冷却キルン方式を採積と熱伝達率に影響される。

用している。本方式を採用することにより、キルン回転数を任ができる。

能であり、冷却水の水温を制御するためのクーリングタワー

無水石膏を生成する焼成領域においては、バーナ燃焼による熱風及び火炎からの輻射熱により耐火キャスタブルが蓄などが不要になることである。
また、機械構造よりメンテナンスが容易であることが考えられる。

意に変更することで、材料温度がコントロール可能になった。
（3）直接+間接冷却方式

よって、冷却対象の材料が変わったとしても回転数を変更熱される。そして、乾 燥 加 熱 領 域を通 過した半 水 石 膏がデメリットは、水を直接噴霧するので凝縮すると石膏の付バーナ火炎と蓄熱された耐火キャスタブルとの空間を通過

着要因となること、更には石膏が熱分解して生成する硫黄酸

重構造にしてジャケットと軸の中空部に水を流す間接冷却とする時に、1000 ℃まで昇温され無水石膏になる。

化物と水とが反応して、硫酸を生成し、煙道内や機器の腐食製品に直接水を噴霧する直接冷却の両方を採用した方式が激しくなることである。
とりわけ、
キルン方式では、内部で材である。

することで材料に適した温度にコントロールすることができる。

当社が採用してきた直接＋間接冷却方式は、スクリュを二（1）投入シュート
投入シュートでは、焼成した1000 ℃近い高温の無水石膏

3.2 冷却装置

料を分散させ、表面積を広くし、材料全体に噴霧水が接触で3.2.1 従来方式

メリットは、直接冷却と間接冷却の両方を採用していることが通過しクーリングキルンへと入って行く。
シュートの冷却は、きるようにするため、材料の粒径や分散状況で熱交換状況

で間接冷却スクリュよりは短時間で冷却できることに加えて、空冷二重方式を採用し、材質は鋼材の耐久性を考慮し、当社では、これまでに4 種類の冷却方式を採用してきた。

が変化してしまうことがある。材料の粒度分布が変わると更水の潜熱を利用することから装置サイズも小さくすることがこれらの方式にはそれぞれメリット、デメリットがあり、対象となに顕著に影響を及ぼし、材料の物理形状変化が激しい材料

SUS310Sを選定した。

可能である。

る材料加熱温度帯やシステム構成により区別してきた。以下を採用すると付着によるトラブルが発生する場合がある。

では従来の冷却方式についてその特徴を説明する。従来冷2024│NO.005

この空冷二重方式は、二重構造の空隙に冷却ファンで空デメリットは、装置に対する熱損傷等の影響を直接冷却と間気を供給することによって鉄皮温度の上昇を抑制できるよう接冷却の両方から受けることから、耐久性が低いことである。

にしている。
これによりトラフ温度は鋼材が赤熱する600 ℃以

無水石膏製造設備の安定した急速冷却キルンの開発

無水石膏製造設備の安定した急速冷却キルンの開発

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NIKKO TECHNICAL REPORT

図3-3
図 3-2

投入シュート3Dモデル

写真3-1

写真 3-2

クーリングキルン内部

クーリングキルン

上に上昇せず、安全に使用することができるようにした。
また、なったキルン鋼材は外側から水による顕熱と潜熱で冷却さ

複雑な構造によるトラブルを防ぐと共に、設置スペースをコンれた後に、再度高温材料からキルン鋼材へ熱が移動する。

パクトにできる空冷式を採用した。

この熱のやり取りを繰り返すことで材料温度が冷却されるメ

本シュートの懸念点として、落下した材料がシュートの1 点

冷却メカニズム

カニズムである。運用中はこのような一連の流れで連続的に冷却している。

に集中的に当たることが分かっている。そのために局所的な摩耗による損傷が想定される。摩耗対策として定期的な点検

更には、冷却時、キルン上部に水噴霧し、キルン表面にと図3-2のような構造にしてトラフを容易に交換できる構造に沿って水が下方向に流れるため、水の顕熱を最大限に利用した。
この構造によりシュートの摩耗及び熱損傷が進行したできる構造にしている。
また、構造上、水の排水がほぼないた

場合でも一部トラフを交換することで定期的なメンテナンスとめ、ランニングコストを最小限で運用可能にしている。

図 3-4

ロータリーキルン内の材料挙動

写真3-3

水噴霧の様子よりもさらに噴霧角が大きく、広範囲をカバーすることができる

図4-1のように直接＋間接冷却スクリュ方式の運用では部品交換により恒久的に使用できるよう設計した。対象材料

図3-4に乾燥加熱と冷却の場合でそれぞれロータリー

ノズルを選定している。
このノズルは、異物通過径が大きく、冷却装置出口温度が 200 ℃後半〜 300 ℃を推移しており、の性状によっては、
シュート内での材料詰まり等が発生する

キルンの材料挙動を示す。乾燥加熱の場合は、リフターで持不純物が通過した場合に目詰まり発生の可能性が低い。

付帯設備の耐熱温度である200 ℃以下まで十分冷却するケースもあるため、今回は堆積する箇所にエア噴射ノズルをち上げた材料をベール状に分散させて落下させることによ

また、
ノズル設置位置は面によって千鳥に配置することで少ことができていないことがわかる。図4-2のように間接冷却キ設置し、一定間隔でパルス動作させて堆積を防止できるようり、表面積を広くとり、熱風との熱交換を効率良くしている。

量のノズルで広範囲をカバーすることができる。

ルン方式の運用では、材料の冷却装置出口温度は100 ℃〜

冷却の場合は、冷却効率が材料とキルン鋼材の接触面

水の噴霧方式は、
ランニングコストを優先し、水圧だけで積に大きく左右されるため、リフターを取付け低頻度で材料噴霧できる1 流体ノズルを採用した。蒸発しないでキルン表

攪拌することで、キルン鋼材との熱交換を行っている。写真

面を伝って水槽へ溜まった水はキルン鋼材保護の目的とし新方式での夏期と冬期の運用を比較するデータとしてクーリングキルンは、焼成した材料を急速冷却させる装置

3-2のように、リフターの数が乾燥加熱の場合よりも少ないのて再利用できるように汲み上げリフターをキルン外側に取り

RUN3を図4-3に示す。RUN3の夏期の運転では水温がであり、間接冷却キルン方式を採用している。写真3-1に実は材料を掻き揚げる回数が多いことによって材料落下時に付けた構造にした。
また、噴霧後にドラム下の水槽に溜めら

20 ℃高くなり、RUN2の冬期の運転よりも冷却に水の顕熱を機の写真を示す。

発生する粉塵の飛散及び冷却に必要な接触面積の割合をれた水は、一定の水位に達すると排出されるようになってお有効に利用できていない。図4-3より、冬期運転と比較する

必要以上に小さくしないためである。
このような構造により、り、これらの水はクーリングタワーにより冷 却 後の水 が 約と冷却装置出口温度が平均して10 ℃上昇している。
しかし

材料を均等に効率良く冷却している。

10~20 ℃冷却されるように、循環水を常時利用することで節ながら、冷却能力は十分に発揮しており、耐熱温度である水を可能にしている。写真3-3は水噴霧の様子と汲み上げ

200 ℃以下に温度を抑えることができているため、2022 年

リフターの様子である。

12月から運用し、年間を通した運用データを見ると安定運用にしている。
（2）
クーリングキルン

クーリングキルンでは、キルン鋼材に水を噴霧して間接冷却することから投入側に配置する2つの支えローラーが水に接触する雰囲気下にある。当社で従来から採用しているフリ
クション駆動は水に接触する雰囲気下では使用することが（3）水噴霧装置困難なため、排出側の水と接触しない部分で本体を直接駆水噴霧装置は、水の潜熱を最大限活用し省スペースで動させるチェーン駆動を採用した。
また、水と接触する雰囲

急速に冷却するために、狭いスペース内で広範囲かつ均一

気下にある部分であるドラムローラー、支えローラーは、各々に噴霧可能なノズル選定及び設置位置を最適化した。

150 ℃を推移しており、付帯設備はトラブルがなく安定して運用している。

している。
4. 間接冷却キルンの運用
ここでは、従来方式である直接＋間接冷却スクリュ方式と5. 今後の予定

一般的に水噴霧ノズルとして用いられる噴霧形として扇新方式である間接冷却キルン方式のRUN1とRUN2を比

本冷却方式の対象となる材料は石膏であるが、コークス、

図3-3より、
クーリングキルン内に投入される高温材料はキ型、円錐型が広く採用されており扇型は比較的広い範囲を較 する。その際の運 転データとして RU N 1を図 4 - 1に、鉄鉱石、アルミナなどの粉粒体など、直接水との接触ができな

ルン鋼材へ熱が移動するため、材料温度が下がる。高温にカバーすることができる。本装置では広角扇型を採用し扇型

RUN2を図4-2に示す。

い材料へ利用する装置として幅広く展開できると考えている。

ステンレス製を採用した。

2024│NO.005

無水石膏製造設備の安定した急速冷却キルンの開発

無水石膏製造設備の安定した急速冷却キルンの開発

─ 55 ─

─ 56 ─

2024│NO.005

NIKKO TECHNICAL REPORT

6. 総括

MEMO

当社で開発した急速間接冷却方式により、1000 ℃の石膏を安定して急速冷却することを可能にした。
これまでの冷却システムではスクリュのスパイラル、二重構造の熱損傷により定期メンテナンスが必要なために安定して運用することができていなかった。
これらの問題がシンプルな構造かつ材
料温度コントロールが容易になったことで解決し、年間を通して安定した運用が可能になった。
メンテナンス頻度が減ることで連続稼働が長くなり、生産性が向上したこともユーザーから報告を受けている。
図4-1

RUN1運転データ（従来方式）

References
1 「廃石膏ボードのリサイクルにおける現状・課題」、環境省
https://www.env.go.jp/council/former2013/03hai
ki/y0317-07p/mat04-3.pdf
2） 石膏ボードの歴史、一般社団法人石膏ボード協会
https://www.gypsumboard-a.or.jp/about/history.html3） 無機マテリアル学会、セメント・セッコウ・石灰ハンド
ブック,pp138-143,1996.

4） 国立研究開発法人国立環境研究所「再生石膏粉の
図 4-2

有効利用ガイドライン」

RUN2運転データ（新方式 冬期）

https://www-cycle.nies.go.jp/jp/report/recycled_g
ypsum_powder_guidelines.pdf
5） 蓬莱秀人、神尾昌宏、藤戸幹大「半水石膏およびⅡ型
無水石膏の製造システムの開発」

technical-report-2020_06.pdf (nikko-net.co.jp)

筆者紹介

YANAI Akira
柳井瑛

2021 年入社
開発部 開発 1課
図4-3

RUN3運転データ（新方式 夏期）

TANAKA Syota
田中

これまでの従来シリーズに新たに本装置を加えることで、対翔太

2015 年入社

開発部

象材料に適した冷却方式を提案できる分野も多くなると考え

開発 1課

ている。
今回報告した装置は、1 機種であるが、プラント能力に対して最適な出力（ 0.5 〜 10t/h ）にスケールアップしたライン
ナップを今後は展開していく予定である。

2024│NO.005

無水石膏製造設備の安定した急速冷却キルンの開発

無水石膏製造設備の安定した急速冷却キルンの開発

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─ 58 ─

2024│NO.005

MEMO

製品紹介
PRODUCTINTRODUCTION

2024│NO.005

─ 59 ─

60

NIKKO TECHNICAL REPORT─ 製品紹介 ─

自走式インパクトクラッシャーについて「 KLEEMANN 社製 MR110i EVO2 」

はじめに②CFSシステム④選別装置（磁選機/ウィンドシフター）

一例（自走式破砕機）
機種：MR110iEVO2

本文では、砕石業 /中間処理業において重要な役割を持

投入サイズ

つ、自走 式インパクトクラッシャー「 K L E E M A N N 社 製（500-0㎜）

MR110i EVO2」について紹介する。

製品サイズ(40-0㎜)
駆動方式
エンジン直結のベルト駆動にて破砕機を稼働し、その他
ベルト/フィータは発電機にて稼働を行うハイブリット駆動方

図１：KLEEMANN 自走式インパクトクラッシャー式である。

国内における自走式破砕機の需要

技術的ハイライト

近年、自走式の破砕機、
ふるい機、土質改良機は業界内外①コントロール

において注目されている。災害復興において活躍する事例や

図５ 磁選機図３ CFSシステム（連続供給システム）
破砕機に対する均一な荷重は、優れた製品、最適な供給、低摩耗のために必要不可欠なポイントである。

永久磁石が搭載されており、非常に磁力が強い事が特徴。
排出コンベアと平行に設置されており、高さ調整をラジコンから操作する事が可能である。

連続供給システム(CFS) は粉砕室の充当レベルを検知する為に、ローターの負荷、およびモーターの使用率を監視している。

CFSは振動フィーダーとプレスクリーニングの周波数を制御し、プレスクリーンからの供給過多 / 低い供給量を回避することでクラッシャーの使用率を最適化する事が可能である。つまり、機械が均一な材料の流れを自動的に保証し破砕機への最適な負荷を保証する事でオペレーターの作業

自走式製品の質向上により自走式へ変更するメリットが非常に大きいからである。

を容易にしているのだ。

KLEEMANN製品について③2次スクリーン

図６ ウィンドシフター（エアー）ウィンドシフターは、生産材料の品質の向上、汚染物質（木材やプラスチックなど）の除去、使用される材料に応じた空気

ドイツに本拠地のあるKLEEMANN社は自走式破砕機に流の設定調整が可能。

おいて世界トップクラスのシェアを誇るメーカーである。
また、創
自走式破砕機のパイオ
業後150年以上の歴史を持つ老舗で、⑤輸送

ニアメーカーだ。

輸送および稼働する際にはリモコン操作で2次スクリーンの

今回は主力製品の１つである自走式 インパクトクラッシャー

トレーラー1台で脱着/リターンコンベヤの調整が可能である。

を紹介する。
「MR110i EVO2」
図２ コントロールパネル SPECTIVE

自走式インパクトクラッシャー
MR110i EVO2の特長

MR 110i EVO2 は様々な破砕用途への汎用性が高く、最高クラスの品質の製品が生成可能。1100×700 ㎜の粉砕機
入口と多数の技術的ハイライトにより、最高の費用対効果で驚異的な生産速度を達成。
コンパクトな設計なので、持ち運びが近年、破砕プラントに求められる要件が増加し、操作はます
ます複雑化しつつある。
その中で、「簡単に誰でも操作できる」
をコンセプトとした図２「SPECTIVE」。

簡単で、組み立てや分解も素早く行うことができる。

特徴として12インチのタッチパネルが装備されており機械での設定作業が簡単に行える。整理されたメニューナビゲーショ＊豆知識

ンのおかげで、情報を読み上げるのが非常に便利で、可視化

インパクトクラッシャーの破砕比は15:1。

された各機能の状態把握が容易である為、操作エラーが減

砕石、砂利、
コンリート廃材、アスファルト廃材、製鉄スラグ、

少。

コークス、
などの破砕が可能な万能機。

2024│NO.005［製品紹介］
自走式インパクトクラッシャー「KLEEMANN社製MR110i EVO2」について
─ 61 ─

の搬送が可能であり図７の様になり、表１/表２の寸法となる。

図４ 2次スクリーン/リターンコンベヤ≠! ÆØL∞˙±ÆgN≤1%í+Ò2-˚;≠! ÆØL∞˙±ÆgN≤1%í+Ò2-˚;

コンパクトな設計で破砕機にスクリーンが連結されているオプションである。
効果的なふるい分けのための特大のふるい面を備えたシングルデッキ振動ふるいで、20 mm 未満の小さな粒子サイズにも対応できる１床振動ふるいを搭載。
オーバー材料をリターンコ
ンベアへ送りホッパーへとループさせることにより、均質な材料`≥;±Æg;`≥; ±Æg;;;¥µ±Lä¢£uvCSÑJãå@±≠ä
¥µ±Lä¢£uvCSÑJãå@±≠ä
∂B}äÆJ_∑∏‘%+ö√π‰@’∞∂B}äÆJ_∑∏‘%+ö√π‰@’∞uvCSÑJ∂u∫QY)(‘%èêCD
uvCSÑJ∂u∫QY)(‘%èêCD]^}äªºIë^_;]^}äªºIë^_;;;を高い操作安全性と共に実現。

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Ãa;輸送時≈•’; 機械寸法
gNÕŒ;;2:æ9>;;
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表2 稼働時 機械寸法

［製品紹介］
自走式インパクトクラッシャー「KLEEMANN社製MR110i EVO2」について
─ 62 ─` æ; (~-)-@C≈•’; ◊ÿ;2024│NO.005

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最後に

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将来のインフラを支える砕石業 /中間処理業における自走式破砕機は非常に大きい役割を担う機械の一つである。本

図7 トレーラーにて輸送時

似姿` æ; (~-)-@C≈•’; ◊ÿ;;` æ; (~-)-@C≈•’; ◊ÿ;

記事内では K LEEMANN 社製の自走式インパクトクラッ;

について提言したが、破砕機にはシャー（ MR110iEVO2 ）;数多くの種類や用途があり一概にある機種だけが良いとは

機械諸元
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27889:;1<=>;gNŸ⁄;

2-˙'ö-˚;のは事実である。今後もお客様の課題解決の手助けを行う'%(%;!=:ﬁﬂ"#;6;:€‹›:‹

べく、メーカーとしての強みを発揮し多角的な観点からの御‡ébå!„; 0#;
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提案/サポートを行う所存である。

Ãk;エンジン諸元'%(%Ÿ⁄;!„;‰Â›NÊÂÁﬁ#;
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表３
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KLEEMANN 製品は自信をもってご提案できる機械である:€‹›:‹ 6;'%(%;27889:;1<=>;‡ébå!„; 0#;“–9;‡ébå!„; 0#;“–9;
NIKKO TECHNICAL REPORT∏çQRå;;∏çQRå;;!„; ‰Â›NÊÂÁﬁ#;–°9;!„; ‰Â›NÊÂÁﬁ#;–°9;
Ãk; '%(%Ÿ⁄;;Ãk; '%(%Ÿ⁄;

断 言できない 。
しかし、その中でも弊 社 の 取り扱 い 機 種

MR110i EVO2;

≤1%í+Ò2-DJπ–éhÄnhÅ
ÇJºΩæn˙øó)òK*'Vˆ˚ÇJºΩæn˙øó)òK*'Vˆ˚h¿¡JÇ≤uv^é@†Eû¬√èhh¿¡JÇ≤uv^é@†Eû¬√èh
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Î5@Se^ÏÑ‹›;Ã "; fKgŸ⁄;表4 破砕機諸元;Î5@Se^ÏÑ‹›;智之

2021 年入社
モバイルプラント事業部

8œ899Ωæ99;
8–œ999;"œ8“9;
8œ899Ωæ99;"œ°;"œ8“9;"œ°;;

弊社における取り組み
本事業部では海外製品の取り扱いに伴い、プラントメー
カーとしてお客様へのメンテナンスを重要事項としている。その様な背景から、東京モバイルセンター（ TMC ）の設立や部品ヤードの拡充等を行い、サポート体制の充実を各拠点に行う事で全国でのメンテナンス体制の拡充を行っている。
部品・在庫に対する姿勢
東京モバイルセンターにて各機種、数台の在庫機を保有している。国内外の製品に係わらず納期が非常に長くなっている為、長納期の課題解決として弊社での取り組みを行っている。
※特車申請が必要な場合は1〜2ヶ月間要する。
トラブル対応各支店のサービスマン、又は事業部の作業員が状況確
認 / 修理を行うことで、長期間の機械停止を防ぐように活動している。現在では、トラブルにおける知見も深まり、新サービスであるアプリ等も発信予定である。

2024│NO.005［製品紹介］
自走式インパクトクラッシャー「KLEEMANN社製MR110i EVO2」について［製品紹介］
自走式インパクトクラッシャー「KLEEMANN社製MR110i EVO2」について

─ 63 ─

─ 64 ─

2024│NO.005

&Y8˙ªC\8=a[•¶kªC£§∂∑kªREPORTî`' NIKKO
abc'defTECHNICAL
gh's€05B©…GF ®-›OIﬁﬂ*ÔÒJÚN
ON/OFF `A*|û-t+2øê-kv0øwÿŸ
面で一元管理することができます。
56|C;0@=5B

IoTプラットフォーム
遠隔監視システム「 remoop 」
１．はじめにています。DXとは、デジタルトランスフォーメーションの略で「データやデジタル技術の活用により、新たな価値を創出し変¶º¶Ü

図６ IoT デバイス写真

îi' abc'DZ Kgh'

表２±≥' IoTデバイス仕様
IoT DZ KØ∞&›OIﬁﬂ2t?¸∑ÀÃ256|C;0@=5B

過去の映像はカメラ内に保存しているSDカードの容量に応じて確認することができます。
その他、各種センサーからのデータ
は、1秒間隔で取得できます。
二つ目の機能「遠隔操作」
では、機械や装置のON・OFF

革する」というものです。

操作等が可能になります。手動だけでなく、閾値を決めて自動

コロナ禍を機にDX化が加速し、今後も伸び続ける見込み

制御させることも可能です。
スケジュールタイマーによる定期実がある市場ですが、DXという言葉を耳にしたことはあっても何現実です。総務省が行った「我が国におけるデジタル化の取また、閾値に達した際、担当者へメール発報やLINE通知をでは約6割の企業が
「実施して
組状況」
についての調査（図1）

行う機能もあります。遠隔操作を行うことで、移動の手間を省く

いない、今後も予定なし」と回答しています。

ことができ、工数を減らすことに繋がります。

今回は、スモールスタートから始められるDX 製品として開三つ目の機能「データ収集」では、取り込んだセンサーのをご発いたしました、遠隔監視システム「remoop（リムープ）」

データはクラウド上に保存されるため、リアルタイムのデータだ

紹介させていただきます。

けでなく、過去のデータも確認が可能になります。
またPLCとの連動において、専用のゲートウェイと接続することで、設備の稼働データ等をクラウドへアップロードします。
を使用して保存クラウドは、AWS（アマゾンウェブサービス）います。
アップロードされたデータはCSVの出力に対応しています。
データ蓄積機能により現場のムダな作業の改善や、設備の保守点検のタイミングを把握し、データの「見える化」を実現します。

監視対象物の近くにセンサーやカメラを設置します。センサーは、弊社が開発した入出力ユニットが内蔵されているIoT
デバイスに接続し、クラウドサーバーへ保存します。
クラウドサー

２．製品概要

バーへ保存されたデータはスマートフォンやパソコンを使用し「遠隔
remoopはRemote Monitoring Operationの略で、５．納入事例（１）
排水処理設備の遠隔監視`"ÑVƒ
日常点検を自動化することにより毎日の見回り作業を削減ì!ïÖÜáŸ89-£§•¶
し、目視確認を行っていた水位や電流値は閾値を超えるとア' ±àHI2∆¸156|C&Y8â±-tõ8∑
ラート通知します。
また、タンクに水が溜まると排水処理盤まで/2‘’a*¿¶ÀÃ2ä>?A[ÜäTãå^#˝
移動しスイッチを押して排出していたところを遠隔で操作する^2çN6C…INH,-a=5B=[*FJæ&Ü
ことにより作業の効率化を図りました。
;é=6CÖÜáŸè=0.¸aK <ê2ëa?
（２）
ベルトコンベヤの異常検知
Ö`a?A[C|“2£§0∂∑56|C&Y8∑
振動、電流、
温度センサーによってベルト状態を監視してい/-íì12î8=a[Bます。
閾値を超えた場合、アラート通知を行い、予知保全に貢ì≥ïîGHgJîï-ñàI献します。
また、カメラによる遠隔監視でベルトの状態も映像で

l"mn&êA?

事務所や自宅等から現地の状況をリアルタイムで確認すること
ろから監視することで、時間の削減や安全管理に役立ちます。

DEFGVA
2H
DC24V‡· 50mA

DEFG`A
4H
DC24V‡· 120mA

力を入れ、最適な提案ができるよう取り組んで参ります。
nofY8µÿ&ŸN6ü†*(⁄,[%*ZkªÜ˜&A2Vû*‡€\‹›;0@
6Ye78920ﬁ8=5B

す。
結露発生を防ぐために設定した条件に達すると自動で送ìOïùûÊ-Çü•¶図７ remoop紹介動画QRコード

îj' remoop ¨≠¸k QR gNÈ

風機を回すことも可能になります。
' ùû0ÿŸa?A6ü†-††2°¢ÆØ\A[%*ò£ôÒJÚN&Y8üH2§•a*Çü¶ß%
６．仕様について®2ä>?A=5BÇü¢©2¶™[%&8öa[´

ﬂ¡¨≠
筆者紹介
‡· ‚„ìÆ≈A ~\ï

図５ IoT BOX写真~-DNFt+*˝^8öT¸ uI-&Y 6

表１
BOX仕様
±!' IoTIoT BOXØ∞

ON/OFF `A*|û-t+2øê-kv0øwÿŸ

remoopの強みは、入出力機能を同時搭載したこ
56|C;0@=5Bとにより可能となりました監視機能と遠隔操作機能の両立です。
リアルタ^_kv&#D<P#xNÈkª2Pya?ç8*
イムのカメラ映像、各種センサーからのデータ情報、
閾値設定KIL-zT{|»∆}&›KFΩ ~56|C
出力、これらの情報を一つの画や動体検知によるON/OFF;0@=5B'

2016 )VU SAWAI Kana
澤井 香奈±/ã∆//‰ÂÕU2016 年入社
ƒ/34Ê Á/ËÈÍKGN™
日工電子工業株式会社
事業推進部 営業課 販売グループi"Ø∞&êA?

®-›OIﬁﬂ*ÔÒJÚNs€05B©…GF
図３ remoop構成図ができます。作業場が遠方の場合や災害時等でも離れたとこV`AH0V`AæJEV`Aãå

今後もより要望に沿える製品へ近づくため、新機能実装に-Ã-2<%?A=5B' ó¸*ãå*òôÒJÚN&Y>?îGHéö2•
確認しています。
¶a?A=5B˝^2çN[xŒ*…INH,-2ä
（３）
倉庫内の結露監視&Y8˙ªC\8=a[•¶kªC£§∂∑kª-

一つ目の機能「遠隔監視」
では、作業者が現地から離れた…ihK`A
2H
0π5VDC
1.25mV 1/4096¬0.5%√Ê‡· 50mA

Õv0-÷◊Õ&f`÷56|C0*±≤◊å0ü†とで、
日本全国で製品の認知を広めています。

remoop -o:#*V`Akª2p—qra[|C４．特長について…ihKVA
8H
0π5VDC
1.25mV 1/4096¬0.5%√Ê‡· 50mA<A/-./∞~*Z[\Ã@ŒA2A[∞,k様から、新たな引き合いをいただく機会が増えております。
まÕ;ŒN?ç8=5B=[*œ–&—“œ”T‘’
た、
関西に限らず関東や九州方面での展示会にも出展するこ

=5B

監視」
「遠隔操作」「データ収集」の三つの機能をもつ遠隔監

図２ remoopロゴマーク

V`AH0V`AæJE
ø¿ª
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V`Aãå

j"ƒ≈8&
７．終わりに' 日工電子工業と±/ã∆//Ca?*£§•¶CAeZaAø«*
して、遠隔監視という新しい分野へ足を踏»2…:Vû6|C&Y8*n=0´;\~>[À
み入れることにより、今までご縁がなかった幅広い業種の企業¨&&56C∆¸0≠Æk2õ5|Cf˙ª&\8てwebブラウザで閲覧します。

視システムです。

DC24V

度センサーにより露点を計算し、結露防止対策を行っていま•¶0îGH-éöfﬁﬂ0ÀÃa?A=5B

remoopの構成は図３の通りになります。
総務省調査

îl' D<P#xNÈ ONEkv

ã≤

A*ô-Á◊&õúa=5B=[*›OI&Y6£§
倉庫で管理している製品の品質を低下させないため、温湿３．構成について

図１ DXの取組状況（日本）

図４ ダッシュボードイメージ画面

行にも対応しています。

から始めたらいいのか、という戸惑いの声が上がっているのもAC100V
530(W)!630(H)!255(D)ñ 16kgòô-20∏π60∏£ô 35∫π80∫ìÇüª@|CïIP64 Ω)

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@X∂∑

閲覧画面にはダッシュボード機能を構築しており、グラフの^_kv&#D<P#xNÈkª2Pya?ç8*
種類や配色等自由にカスタマイズすることができます。
KIL-zT{|»∆}&›KFΩ ~56|C
例えば、図４のダッシュボードのように一つの画面で完結す;0@=5B
ることによって、
カメラ映像を見て周りの安全を確保した上で出NÄ*îl-D<P#xNÈ-Ye&øê-kv
力を出すことや、
出力を出した後にカメラ映像を見て動作確認
0ÅÇ56|C&Y>?*›OIﬁﬂ2t?É8-÷
をすることができます。
◊2ÀÁa[Ñ0`A2`5|CT*`A2`a[oリアルタイムのカメラ映像は最大4台まで接続することができ、

近年、多くの企業でDX化を推進する取り組みが広まってき±!' IoT BOX Ø∞~-DNFt+*˝^8öT¸ uI-&Y 6

─ 製品紹介 ─î`' abc'def gh'

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AC100V
530(W)!630(H)!255(D)ñ 16kgòô-20∏π60∏£ô 35∫π80∫ìÇüª@|CïIP64 Ω)NÄ*îl-D<P#xNÈ-Ye&øê-kv
2024│NO.005［製品紹介］IoTプラットフォーム遠隔監視システム「remoop」

0ÅÇ56|C&Y>?*›OIﬁﬂ2t?É8-÷

［製品紹介］IoTプラットフォーム遠隔監視システム「remoop」

─ 65 ─

◊2ÀÁa[Ñ0`A2`5|CT*`A2`a[o─ 66 ─
îi' abc'DZ Kgh'

2024│NO.005

NIKKO TECHNICAL REPORT─ 製品紹介 ─

高い段数が可能

仮設昇降階段システム ハングユニット-R

メインビーム材の使用により最大 10 段の吊下げ･自立設置が可能です。
またメインビームの追加及び補助ビームの使用により、10段以上の設置も可能です。

(許容荷重19.6kN／2枚組) ※適用条件有
その他
弊社製品の
『アルミ製傾斜自在階段/ラク2タラップ』
や『アル

１．はじめに

仮設昇降階段システム／ハングユニット-R( 以下ハングユ

近年、職場環境や働き方が変化するとともに、職場の安全に対するニーズが高まってきています。建設業界では墜ニット)は、建築･土木現場など様々な現場で昇降高に合わせとの相性も抜群です。
吊
ミ製傾斜自在ミニ階段/ニコ2タラップ』
固定方法は狭締金具のみで設置可能です。

て設置することが出来る仮設昇降階段です。
現場の場所によって置き型･吊り型と選択が可能で、場所を落･転落による労働災害が多く発生し、現場ではより安全な選ばずに設置出来ることが特徴の一つとなっています。

機材の使用が求められています。
弊社では、社会変化に伴う現場のニーズを元に、独自のまた、コンパクト設計のハングユニットは、組立･解体作業

ノウハウと経験を活かした仮設機材の設計開発･製造･レの省力化となるため施工性が向上し、作業工程の短縮に繋

ンタルを行って、安全かつ便利な仮設機材の提案に取り組がり、ラフタークレーンの日数軽減になるなど、経済性にも優んでいます。

れます。

写真7

3.おわりに

本稿では、弊社が取り扱っている『仮設昇降階段システ

年々、安全規則の厳しさが増す建設業界ですが、法の厳格

コンパクト設計についてご紹介いたします。
ム／ハングユニット-R 』

化、
また足場となる仮設機材の進化により、着実に事故の割合

昇降階段のサイズは、２．製品概要（ D)2,134mm〇製品名：ハングユニット-R（ W )1,219mm（NETIS登録製品No.KT-170045-A）（ H)1,350mm〇型

式：HY-R（ 基 本 ユ ニット) と省 ス

〇寸法：D2,134mm×W1,219mm×H1,350mm

ペースでの仮 設 階 段の

〇製品重量：100㎏（1ユニットあたり）

設 置 計 画 が 可 能です 。

〇積載重量：1,000㎏（総積載荷重）

設置範囲の狭い現場な200kg（1ユニット最大荷重）は減少しております。
今回ご紹介したハングユニットも現場において、安全かつ便利に使用していただくことにより、建設業界の労働災害の減少
写真5に貢献していると考えております。今後も現場のニーズを汲み

乗込口（ラク2タラップ使用）取り、安全･安心な仮設機材の提案に取り組んでまいります。

筆者紹介

どにも対応が可能となっ

SHINAGAWA Takumi

ています。
写真3

クレーンによる設置

品川拓実

2022 年入社

構成部材

日工セック
（株） 東部営業所

人力による組立可部 材 構 成のコンパクト化を行うことにより、人力による

写真6

組立･解体も可能となっており、スピーディーな運 搬 ･ 設

適用条件

置が出来ます。
写真1

施工例

1. 注意報･警報など災害が想定される場合は設置･解体は出来ません。

昇降階段の設置可能場所

2. 設置場所が設置面積W1.25ｍ×L2.2mでH1.35mの1ユ

昇 降 階 段の上 下に増 設

ニット以上の自立スペースもしくは、
吊元スペースを確保できが可能で、高さも1,350mm

る場所でなくてはいけません。

毎での自在な乗込口を設定

3. 基本的に高さは1ユニット層×10ユニット層まで、ただし10ユが可能なので、ハングユニッ
トをレンタルする際 、細かな調整をすることが出来ます。
写真22024│NO.005

乗込口（ニコ2タラップ使用）

ニット層以上使用の時は控え材を備え、強度計算にて積算

写真4

CAD図

許容荷重が確認できればそれ以上の設置も可能です。

4. ユニット組立時、その組立スペースが確保できる場所が必
要です。

施工例

［製品紹介］仮設昇降階段システム ハングユニット-R［製品紹介］仮設昇降階段システム ハングユニット-R

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─ 68 ─

2024│NO.005

NIKKO TECHNICAL REPORT─ 製品紹介 ─

合材サイロ遠隔出荷操作盤 SiiLO

3.遠隔出荷の概略的なフロー③クライアント工場に合材の引取者が到着したら、引取者が受①操作される側の工場（以下クライアント工場）のAP 操作盤付のインターホンを使ってホスト工場と連絡し出荷口へ移動（日工電子工業株式会社製品、「 Command-Arvo-AP 」する。

SiiLO対応可能なのはこの操作盤のみ）にて、遠隔出荷の受入スイッチを入れ、SiiLOによる操作を許可する。
（以下ホスト工場）に設置する。
②SiiLOを遠隔出荷する工場

１．はじめに④オペレータがホスト工場からカメラシステムを用いて、
クライア
ント工場の出荷口の安全を確認する。
（図2）。
⑤オペレータがSiiLOを用いて遠隔出荷を行う

２．製品概要受け、
日工電子工業株式会社と合材サイロ遠隔出荷操作盤

SiiLOという名前の由来はSilo（合材サイロ）
Internet of things（IoT）
Labor saving（省人化）Operation system（操作システム）を開発した。
「SiiLO」の頭文字を合わせて出来ている。工場間の通信はインターネッのオペレータの担い手
近年、
アスファルトプラント（以下AP）
が減少傾向にあると言われており、厚生労働省による働き方
改革の影響も追い風となって、より少ない人数でAPを運転できるよう制御システムの改革が求められている。
そのような需要を本製品は出荷工場とは別の工場から合材サイロの出荷操作を行い、一工場から多工場の合材サイロ出荷を行うことでオト経由で行われており、納入先によるVPN接続の用意が前提とされている。
なお、遠隔出荷の実現にはSiiLOの他に●出荷口や場内の確認・監視用カメラシステム

ペレータの少人数化を目的として開発された。今回は合材サイ
ロの遠隔出荷を可能とする操作盤を開発したが、将来的には●出荷口や受付と連絡するためのインターホンシステム

さらなるオペレータの省人化が可能なAP全体を遠隔操作し、の導入が必要になる。

制御システムを目指す。

SiiLOは専用ソフトウェアを導入したノートPCであるので、VPN接続が繋がる工場内であればSiiLOを移動させることが可能である（図1）。

図2

SiiLO画面

4.製品の導入とリスクアセスメントとなりうる、という考えのもとSiiLOでは複数工場を同時に起動できないようインターロックを用意した。
さらに、遠隔出荷時でも本システムは株式会社昭建殿の石部工場および三重工場にて初めて導入を行った。開発を進めるにあたり、SiiLOを用いて同工場内の合材サイロ出荷を実験的に行い、遠隔出荷になったときにどのような安全上の問題が生じうるかリスクアセ
スメントを行った。
リスクアセスメントの結果、一人で複数のAP●カメラシステムを用いて必ず安全を確認すること●通信異常時の対処方法を工場にて用意しておくこと●合材の引取者に出荷口に立ち入らないよう説明すること。
を注意喚起として日工安全ガイドブックに記載した（図3）を同時に操作することは注意が散漫になり事故が生じる原因

A 工場

通常時と同様に、

A 工場

B 工場

監視装置で
安全確認を！

同時に複数工場の操作をしないこと !

通信異常発生時の対処方法を運転手へ事前に説明して下さい

B 工場

切り替

え

監視装置の切り替えは確実に !

積込部へ立ち入らないよう運転手へ事前に説明して下さい

通信異常
発生時は

図1

遠隔出荷システム概略図

図32024│NO.005

安全ガイドブックの挿絵［製品紹介］合材サイロ遠隔出荷操作盤SiiLO［製品紹介］合材サイロ遠隔出荷操作盤SiiLO

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─ 70 ─

2024│NO.005

NIKKO TECHNICAL REPORT

MEMO
5.伝票発行機

SiiLOを導入するにあたり、遠隔で伝票も発行したいと要望があがったので伝票発行をSiiLO から行うシステムも今回設計・導入した（写真 1 ）。今後はオプションとして対応可能とする。

写真1

受付（右のBOXに伝票発行機を収納）

6.おわりに今回、合材サイロ遠隔出荷操作盤SiiLOの開発及び導入を行った。導入後客先からSiiLOの更なるブラッシュアップが期待されており、依然改善の余地が存在する。
しかし、将来的に更なる省人化を実現するための第一歩であると思う。
最後に、導入に多大なご協力いただきました株式会社昭建殿の皆様、製品開発を行っていただいた日工電子工業株式
会社の開発チーム、および協力していただいた方々に感謝を申し上げます。

筆者紹介

DOI Akira土井晃2019 年入社
制御設計部

2024│NO.005［製品紹介］合材サイロ遠隔出荷操作盤SiiLO［製品紹介］合材サイロ遠隔出荷操作盤SiiLO

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2024│NO.005

NIKKO TECHNICAL REPORT─ 製品紹介 ─

画像認識AIによる骨材判別システム「GraSanMan 」

４．
ソフトウェア紹介の画像をお客様で登録することが可能です。設定画面下部では、色の基準として設定した骨材に対して過去の判別結果とどれくらい色の違いがあるのかグラフで確認することができます。骨材の色が1年を通して変化してもお客様にて対応できる仕様となっています。
〈判別履歴確認画面〉 ※図5
本画面では、過去のAI判別結果の信頼度を確認できるようになっています。

１．開発背景コンクリートは構造物の基礎など社会インフラを支える重要図3な材料です。主に水・骨材（砂利や砂などの総称）
・セメントで

５．更なる進化

GraSanMan骨材判別機能（メイン画面）

将来、
プラント無人化に向けて人の操作も自動化していくことによって骨材そのものを判断することができる「骨材判別AI」

構成されており、製造過程では指定した配合で正確に練り混は、さらに存在価値が向上していくと予想されます。

ぜることが求められます。骨材を貯蔵する過程において、
オペ

今後も、土木用プラント国内シェアNo.1企業として、「操作盤

レーターや作業員の操作ミスで意図しない貯蔵場所に骨材を×データ×IoT×AI」の活用におけるプラットフォーム構築を強化

受け入れてしまうと、大量の骨材を抜き取らなければならず、場し、お客様の工場におけるスマートファクトリー化に貢献してま合によっては破棄しなければならないという課題がありました。

いります。

この課題を解決するため、画像認識AIによる骨材判別システ
ム「GraSanMan」
を3年間の開発期間を得て2023年4月より販売開始しました。
写真 1

２．概要

図4

GraSanMan判別BOX（外観）GraSanMan骨材判別AI（設定画面）

本システムは、
主に判別BOX（写真1,2）とPC（AIモジュー

ル）
で構成されており、受け入れホッパに投入された骨材は最初に、受け入れた骨材と貯蔵先が正しいか判別されます。
AIで正しいと判断された場合は、受け入れ継続、判別が誤りと判断された場合には、人による正誤の確認が行われるフローとなります。
（ 図1）上記フローによって、
「人」
と
「AI」
による骨材判別のダ
ブルチェックを行うことが可能となり、間違った貯蔵場所へ骨材を投入してしまう確率を大幅に減らすことができます。
（ 図2）

図6
図5

スマートファクトリー構成図

GraSanMan骨材判別AI（判別履歴確認画面）

本製品のソフトウェアについて以下ご紹介します。

写真 2

GraSanMan判別BOX（内部）製品仕様は以下表1のとおりです。
表1

GraSanManシステムフロー図◀GraSanMan 紹介動画
（YouTube ）メイン画面左半分はコンベア上に流れる骨材をカメラ映像
でリアルタイムに確認することができます。赤枠内の画像から、

３．製品仕様図1〈メイン画面〉 ※図3

製品仕様

また、
AIで受け入れた骨材と貯蔵先が正しいか判別します。
判別結果は瞬時に画面右下表示され、音でも判別結果が分かります。
メイン画面右半分は1日の受け入れた骨材（人が選択した骨材）とAIが判定した結果が分かります。正常に受け筆者紹介入れされた場合は、画像のタグが緑色に表示され、AIが誤投

FUJITANI Raiki
藤谷

入と判断した受け入れは赤色に表示されます。受け入れた骨材の画像をクリックすると、その時受け入れた骨材が流れている動画も確認することができ、後から異物など骨材に問題が来輝

2012 年入社

開発部

開発 4 課あった場合のトレーサビリティの担保としても役立ちます。
〈設定画面〉 ※図4
設定画面左半分では、判別する骨材のグループ分けや誤投入判定時の処理方法（警告、非常停止、処理無し）
が設定

図22024│NO.005

でき、
設定画面右半分では色の判定を行う際に基準とする骨材

GraSanMan 誤投入確率例［製品紹介］画像認識AIによる骨材判別システム 「GraSanMan」［製品紹介］画像認識AIによる骨材判別システム 「GraSanMan」

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─ 74 ─

2024│NO.005

NIKKO TECHNICAL REPORT─ 製品紹介 ─

前川工業所製

小型解砕機

５．破砕対象物３−２ 間隙調整機構

200~400mm程度（厚みは150程度まで）の大塊。

間隙は調整板を抜き差しすることで変更します。
また、原尚、力を加えて曲がる、凹むもの（鉄、銅、軟質プラ、木材、

料サイズ、間隙に合わせロール歯の種類（細歯、粗歯）を選ゴム等）
は破砕できません。

択します。

また、水分や付着性のある物は付着閉塞する為、投入できません。
２−３ 解砕歯先端は耐摩耗処理を実施

１．はじめに

当社小型解砕機で実績のある処理物の例を以下に示し

解砕歯先端は全て耐摩耗の肉盛溶接を実施し高寿命です。

破砕機は破砕対象物の性状（硬さ、大きさ、形状、比重、ます。

水分等）や破砕後サイズ、処理能力、稼働条件などにより適した機種を選定します。その種類は、
ジョークラッシャー、ダブ

２−４ 低騒音、低振動
解砕歯の回転数は6 回転／分と低速の為、騒音・振動がルロールクラッシャー、ハンマークラッシャー、
シュレッダーなど

非常に小さく抑えられます。

破砕原理により各種あります。
その中で、小型解砕機はダブルロールクラッシャーに分類
される破砕機で、歯の付いた2つのロール間に原料を通して

２−５ 省メンテナンスなシンプル構造

圧縮および、せん断力で破砕します。

普段のメンテナンスは給油、給脂および解砕歯の摩耗点

投入口が大きく、
ロール歯により引っ掛けて噛み込んでいく

図7

図３ 間隙調整機構

検で省メンテナンスです。

コークス

ので、200〜400mm 程度の大塊の解砕、破砕が可能です。
更 に 、ロール 間 隙を調 整 することで 破 砕 後 サイズを３．構造
３−１ 全体構造50~100mm程度で調整可能です。
今回は、コンパクトで大塊原料の解砕や1 次破砕に最適な「小型解砕機」
についてご紹介いたします。

図４ 細歯

図５ 粗歯

図８ コンクリートブロック

３−３ 解砕歯先端
解砕歯先端は全て耐摩耗の肉盛溶接を実施しており、摩耗が進行した場合は再度、肉盛溶接を行うことで補修可能です。

図１ 小型解砕機

図９ アルミダイカスト

MRL−600型 外観

２．小型解砕機の特徴

図2

２−１ コンパクトで大塊の破砕が可能
通常、大塊原料を破砕する場合は、原料サイズにあわせ

図10

プラスチック製品

図11

樹脂成型品

図12

陶器類

小型解砕機 構造・2つの解砕歯が内向きに回転し、上部から投入された原料
図６ 解砕歯先端は、2つの解砕歯間を通過する際に圧縮、せん断破砕されて大型の破砕機を選定する必要があります。
しかし、小型解砕機は600〜900mmの大きな投入口ながます。

ら低速回転、高トルクによりコンパクトサイズで大塊原料の破・ギヤードモータからチェーンを介して解砕歯を駆動します。

砕が可能です。

・解砕歯は別々のギヤードモータで駆動していますので、回

４．
シリーズ

転数に差を付ける、片側のみ逆回転させることも可能で２−２ 破砕後サイズの調整が可能

す。

解砕歯の間隙を変更することで破砕後サイズの調整が可能です。

2024│NO.005

・解砕歯の種類、隙間により破砕後サイズを調整します。
・解砕歯の間隙は間隙調整板の抜き差しで行います。

［製品紹介］前川工業所製
─ 75 ─

小型解砕機※処理能力は見掛比重1.0程度の原料を間隙50mmで破砕した参考値［製品紹介］前川工業所製
─ 76 ─

小型解砕機

2024│NO.005

NIKKO TECHNICAL REPORT

６．納入先
納入先事例を以下に示します。

図16

図13

合金鉄破砕

アルミダイカスト破砕

MRL−600型

図19

常設テスト機図20

破砕テスト風景MRL−600型

図17

電気部品破砕MRL−900型

破砕機のお問合せの際には、下記についてご連絡ください。破砕可否ふくめて検討させて頂きます。

図14

コンクリートブロック破砕

MRL−900型〇処理物（名称、水分、付着性など）〇破砕前サイズ（最大何 mm 、平均何mmなど）〇破砕後希望サイズ（何mmアンダー何％など）〇希望処理能力（何ｔ/ｈ、何ｋｇ/ｈ）
お気軽にご相談ください。

図 18

陶器類破砕

MRL−600型

７．おわりに破砕機選定にあたり、実際の原料を使用しての破砕テストが必要です。
テストせずに仕様決定するとトラブルの原因と
なります。

図15

飛灰破砕

筆者紹介

KOZAI Masahiro
小財昌浩

1996 年入社( 株 ) 前川工業所 代表取締役社長

前川工業所ではテスト機 20 台以上（小型解砕機は細歯、

MRL−900型

粗歯）を常設し、テストにて破砕後粒度、処理能力等の確認を行って破砕機の最終仕様を決定しています。

2024│NO.005［製品紹介］前川工業所製
─ 77 ─

小型解砕機［製品紹介］前川工業所製
─ 78 ─

小型解砕機

2024│NO.005

MEMO

製造設備紹介MANUFACTURING EQUIPMENTINTRODUCTION

2024│NO.005

─ 79 ─

80

N I K KO T E C HN I CA L RE PO RT

─ 製造設備紹介 ─

ＡＩネスト導入による材料歩留り向上

プログラムで考慮が必要なことを以下に示します。

1.
2.
3.
4.

検索方法は？
（何を検索キーにするかの種類）
重複部品の処理方法は？
（内部で自動で一時複製する）
ネスト優先順位は？
（部品単位では自動採番にする）
追加があった場合の順位付けは？

※ユニット毎に色分けしたＰＣ画面イメージ（順位数に間隔を開け追加の割込みも可能にする）
その他の詳細な仕様を作業担当者を交えて決定していき自５．現在の進捗
当社の使用鋼板の近年のスクラップ率はＡＩネスト導入以前

職場でＡＩネスト支援プログラグが完成し、この問題は対応可１．
はじめには平均24.1％であったが、導入後２年半が経過したＲ05年8月

能となった。

アスファルト、生コンプラントの大部分を構成している鋼材の現在までの平均は21.4%と当初目標の3％削減に至った。

内、鋼板の板取りのデータ作成を（株）
テイクソフト社（以下、ソ

当社の鋼材使用量からすると3％で年間144ton減となりスを以前フト社）製のSheetPartner（板金用CAD/CAMソフト）

クラップ削減効果として大きなコストダウンとなっている。

から使用している。

また、
ＡＩネストは高歩留りネストが短時間できるため手作業

従来、SheetPartnerの最適化自動ネスティングを用いて、顧による詰込み作業が軽減されネスティング作業としては約15％

客、ユニット毎、材質、板厚毎の板取り図（以下、仮ネス）を作成の工数削減にも繋がっている。

し、歩留り向上のために多くの仮ネスを集めた後、ＰＣ手作業で

他にもマクロ的視点で見て粗鋼生産で鋼材1ton作るのに他ユーザーや他ユニットの部品を混合して歩留まり率が向上するよう組合せる作業を行っている。

2tonのCO2が排出されているといわれていることから約300ト

視覚的にも分かりやすくなっている。

ン弱のCO2削減効果もあり環境問題改善にも貢献できている。

３.日工でＡＩネスト導入後の勘案事項

令和3年春にソフト社がＡＩネストを開発し販売がスタートし、セミナーや相談するなかで短時間で業界最高水準の歩留りが導入するにあたって現在の作業フロー等も含め多くの障害実現できる革新的なソフトとの事（多量で複雑多岐な形状部品もありましたので、以下にその一部を紹介する。

で、
月産平均４００トンの（＊下図）でも2分程度で高歩留り実現）
鋼板を切断している当社としてはスクラップ量を削減によるコス〈検討・問題点〉にも貢献できるとの判
トダウンはもとより、環境問題（CO2削減）

3-1 ユニットごとに大きさ、形状とも多種多様ある。
3-2 歩留り優先ではなく、納期が最優先である。
を吐出してネスト
3-3 仮ネスから部品名（テキストファイル名）

断から導入を計画し、
当初目標値に至るまで、数々の改善工夫を行い、目標達成に至ったので、ここに紹介いたします。

対象部品を集める方法が必要。

3-4 同一ネスト内（１枚の原材料内）で他顧客、他ユニットの部品が入乱れており、切断後に人による分別作業で工数が大幅に増加する。

3-5 その他 現在の作業フローでは円滑に流れない部分がある。
４．問題解決※ＡＩネスト支援ソフトのイメージ画面
4-2

追加ネストでの優先順付与

配置部品の入乱れを軽減する方法としてＡＩネストには「エリ
ア分けネスト」
で一部混在、完全分離のモードも準備してくれている。
当社では大小多種多様な部品があり、特に大物部品に対して小物部品の比率差も大きく完全分離では歩留りの向上が期待値まで上がらない、一部混在も沢山を同時処理では多種※Ｒ05は8月末までの集計な形状でラップ値の設定が難しい。

6．最後にソフト社とも相談し追加ネストで形状を見ながら部品群に優

私達、材料データ作成グループは、現状の歩留り率に満足

先順位を付与できるよう新たにソフト開発していただいた。

することなく更なる改善を目指して今後も精進してまいります。

ソフト会社と幾度となく相談
3-3で挙げた問題を解決すべく、

ＡＩネスト導入にあたりご尽力くださいました製造本部長、し、自部署でも改善策の検討を行ったので、その内容の一部を本社工場長をはじめ関係各所の皆様には厚くお礼申し上げ

紹介します。

ます。
また、度重なるご相談にも懇切丁寧にご対応くいただいた

4-1 ＡＩネスト支援ツール※ソフト社のＨＰより引用

SheetPartnerがなお一層機能強化されます事を祈念しており置、板厚）毎にcsvデータとして吐出し対象部品を選出する事とした。

２．
ＡＩネストとは（ソフト社のＨＰより引用）

SheetPartner外から部品名を集めたcsvデータを取込むこと

ＡＩネストは、人間の手操作による配置を超える高い歩留まりは通常作業で行っているが、その逆の流れとなる。

で自動的にネスティングを行うことができる。従来の自動ネスティ

そのためには、過去から蓄積されている多量の仮ネスから

ング+手動配置で1時間以上かかっていた作業をわずか1分

csvデータの吐出をすることから始めた。次に出来上がったcsv

で計算し（計算時間は任意に設定可）、客先や納期ごとにエリ

データの中から都度必要分をどのようにして選出して、どのようアを分けて自動ネスティングすることも可能。
ＡＩネスト演算中も、に結合するのかの思索を繰返した結果、自部署でデータベー

リアルタイムで部品配置状態がプレビュー画面で確認でき、部ス（ＤＢ）を構築しエクセルでプログラムを作成し様々な選択方

品ごとや優先順位ごとで色分けされている為、部品の配置が法を持たせてcsv出力する方向で検討に入った。

2024│NO.005（株）テイクソフト殿に深く感謝申し上げるとともに、今後も仮ネス上の部品名（テキストファイル名）
を種類（顧客、装ます。
※下の白枠内の原材料を使用し黄丸内がネスト優先順位番号
4-3

多種混在ネストでの部品色分け

筆者紹介

MIZUTA Masahiro

自動ネストのために混在部品の仕分けが困難であったので、画面上での色識別が可能なようにソフト社に要望し、ネスト
結果で部品毎や優先順位（顧客、ユニット）等で部品塗り潰して（線のみも可）のカラーの画面表示、印刷も可能になり、混在

水田

政広

1987 年入社
材料課 材料 1グループ

した部品を視覚的に分かりやすくなり、現場での人の材料仕
訳けも正確性と作業スピードが向上した。

［製造設備紹介］AIネスト導入による材料歩留り向上［製造設備紹介］AIネスト導入による材料歩留り向上

─ 81 ─

─ 82 ─

2024│NO.005

NIKKO TECHNICAL REPORT

─ 製造設備紹介 ─

浸水防止性能試験場

設備紹介

２．新たな浸水防止性能試験場を脱着式アルミ防水板7基、スイング式防水板2基、スライド式防その後、各地で発生する大型台風・ゲリラ豪雨による高潮

それぞれの止水高さを以前から
水板 2 基、全 11 基を設置し、災害・河川の氾濫による浸水被害によって被害が増大し、浸の試験場より500mm高くし、止水高1500mmまでの漏水検査

水深も年々深くなっており、防水板の施工にあってはお客様かが可能な施設が完成しました。
新浸水防止性能試験場躯体図を（資料２）及び（写真３）

らの止水高さの設定も年々高くなってきています。

（写真４）
に示す。

このような状況に即し、マシナリーでは以前からの浸水防止を更新し、水槽を8ヶ所開設し、性能試験場（止水高さ1000mm）

１．はじめに2016年にタウンガードの浸水防止性能試験場を開設し、漏水量およびたわみの測定を実施することにより、品質・性能及び防水板タウンガードの紹介を、技法第二号・第三号でさせて施工が維持されていることを証明しました。

いただきました。

当時の止水高さは、H1000mmまでが標準でしたので、止日本国内47都道府県
マシナリーではこれまでの20年間に、に防水板タウンガードを設置納品してまいりました。
それに伴い

水高1000mmまで測定が可能な試験場として水槽を4ヶ所もお客様から浸水防止性能（漏水量）
について多くのお問い合

うけ、脱着式アルミ防水板3基、起立式防水板１基の試験場とわせをいただきました。

して開設しました。
旧浸水防止性能試験場躯体図を（資料１）及び（写真１）

施工現場での漏水検査が困難なため、漏水量の確認が出来ません。
その為マシナリーでは、防水板野田工場において

（写真２）
に示す。

（資料2）
（資料１）

（資料4）
（写真１）
2024│NO.005（写真２）［製造設備紹介］浸水防止性能試験場
─ 83 ─

設備紹介（資料 3）［製造設備紹介］浸水防止性能試験場
─ 84 ─

設備紹介

2024│NO.005

NIKKO TECHNICAL REPORT

３．試験機仕様

４．試験結果

試験時間短縮にもつながった。
各水槽の試験機仕様を（表−１）試験機の写真を（写真５）

１か所の水槽に型式の違った防水板を設置することにより、複数の防水板の漏水試験が可能となり、またパネルを使用し〜（写真１３）に示す。

今回浸水防止性能試験場を更新し、脱着式アルミ製防水果となった。
スイング式・スライド式防水板は逆圧仕様で、正圧仕様とくらまた新たにスイング式とスライド板の止水高さを1500mmに、べると厳しい設置状況ではあるが、浸水防水性能は良い結果

式防水板を設置した。

開口部を締め切ることにより、水槽の貯水量を減らすことが出来、浸水防止性能試験場

前回のものと比較しても浸水防止性能の等級は変わらない結を確認することが出来た。

脱着式アルミ製防水板は500mm高くなったことにより、水圧試験機仕様

各水槽での防水板の漏水量を
（表−２）
に示す。

の影響を受けパネルとパネルの間からの漏水量が増しはするが、浸水防止性能試験場

試験結果

（表­1）

（表­2）

（写真5）

（写真6）

（写真7）

筆者紹介

５．
終わりに

MORI Takashi

今回更新した浸水防止性能試験場での試験結果を参考に、それぞれの防水板において部材の改良、また新たな製品森

開発に取り組むうえで、より性能の高い製品を目指し「人と街を2015 年入社
日工マシナリー㈱営業部 課長守る防水板」
タウンガードが日本のあらゆる場所で災害対策に貢献できるよう努力してまいります。

2024│NO.005（写真 8）（写真9）（写真 10 ）（写真11 ）

（写真 12 ）（写真 13 ）［製造設備紹介］浸水防止性能試験場
─ 85 ─

設備紹介［製造設備紹介］浸水防止性能試験場
─ 86 ─

設備紹介

孝史2024│NO.005

NIKKO CORPORATE IDENTITY
MEMO

企業理念
VISIONSLOGAN実 現したい 未 来

合い言葉

世界を、
強くやさしい街に。

からはじまる
未来創造

化
ル
ボ
ン
シ

未来軸

MISSION
日 々 果 た すべ き 使 命

一 歩 先ゆくエンジニアリングから、社 会 基 盤をアップデートする。
社
員
軸

軸
客
顧

VALUE

社是

SPIRIT

提供価値

創 業 時から変わらぬ価 値 観

大 切 に すべ き 精 神

1. 全ての製品サービスで、・企業を通じて社会に奉仕する。

1. 仕事をおもしろくする。

・誠実と責任感を持って

2. 目的を意識する。

繁栄に邁進する。

3. アイデアを出す。

・創意工夫改善に努め

4. 恐れず挑戦する。

安全安心を追求します。
2. お客様視点で、真の課題を捉え提案します。
3. 社会や時代の先を見すえ、技術を磨き続けます。
4. お客様に寄り添い、適正利潤をあげる。

5. 最後までやりとげる。
6. 時間を大切にする。
7. 相手を想い対話する。

未来までサポートします。

8. 仲間を助け高め合う。

5. エンジニアリング力を結集、

9. 内外から幅広く学ぶ。

期待を超えます。

10. 嘘なく真摯に取り組む。
11. 心身のゆとりを持つ。
12. 安全を最優先させる。

2024│NO.005

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NIKKO TECHNICAL REPORT│NO.005

編集後記
先ずは、2024 年 1月1日に発生しました能登半島地震により犠牲となられた方々のご冥福をお祈りするとともに、被災された皆様に対しまして謹んでお見舞い申し上げます。
一日も早い皆様のご回復と被災地の復興を心よりお祈り致します。
土木関連製品であるアスファルトプラントやバッチャープラント、
またショベルや仮設製品、環境製品等のメーカーである弊社は、被災地の復旧・復興に必ずや貢献できるものと信じ、これからも全力で支援してまいります。併せて、本技報にてご紹介致しました弊社の最新の技術・製品情報が、多くの皆様の様々な課
題を解決する一助となることを願っております。
弊社では、
ミッション
（日々果たすべき使命）
として「一歩先ゆくエンジニアリングから、社会基盤をアップデートする。」、
またビジョン（実現したい未来）として「世界を、強くやさしい街に。」
を掲げて日々活動しております。そのことを今一度胸に刻みつつ、私たちにできること、そしてやるべきことに精一杯取り組んでまいります。
最後になりましたが、この様な大変な中ではございますが、この度、弊社技報「日工テクニカルレポート」の

営 業 品目

第五号を発刊することができました。発刊にあたりまして、
ご協力頂きました関係者の皆様方、並びにご多忙
中にもかかわらず巻頭言をご執筆頂きました東京大学教授の野口様には、この場をお借りして厚く御礼申し上げます。

アスファルトプラント

リサイクルプラント

コンクリートプラント

ベルトコンベヤ

各種電子制御機器

排水処理装置容器包装リサイクルシステム

建設副産物リサイクルシステム

日工株式会社 日工テクニカルレポート編集委員会

汚染土壌改良プラント

設備用コンベヤシステム〒674-8585 兵庫県明石市大久保町江井島1013番地の1
TEL.078-947-3131（代）

パイプ枠組足場

パイプサポート

各種仮設機材モバイルプラント

破砕機

ミキサショベル

スコップ

防水板

日工株式会社
会社情報

編集兼発行

日工テクニカルレポート
第五号
令和6 年4月発行
〈非売品〉

印刷所
株式会社マテックス〒651-0071 兵庫県神戸市中央区筒井町2丁目1-38

TEL.078-261-8484

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