ホタテ貝殻のコンクリート用細骨材への活用
東北地方整備局 仙台港湾空港技術調査事務所 技術開発課 三品 和彦
１． はじめに全国で毎年大量の貝殻がリサイクルできずに廃棄物として処分され、一部では長期間野積み状態で放置されて悪臭の発生や景観を損ねるといった問題も生じている。
貝殻の有効利用に関しては、多くの分野で研究開発が進み、リサイクル率は上昇の傾向にあるが、全量リサイクルには至っておらず、廃棄された貝殻の量は年々増加していることから、新たな大量リサイクル方法の確立が求められている。
そこで、主に北海道、青森県で年間約 50 万トンが生産されているホタテ貝を対象として、図－１のように細粉砕した貝殻（以下、シェルサンド、SS）を、山砂と混合して細骨材として用いたコンクリート（以下シェルコンクリート）について、その基本的性質や適用性等の検討を行った。
この研究は早稲田大学、独立行政法人港湾空港技術研究所、
日 本 国 土 開 発 株 式 会 社 との共同 技 術 開 発 として実 施 しているものである。
ホタテの貝 殻粉 砕 、粒 度 調 整【シェルサンド】
貝 殻 を粉 砕して製 造 した人 工 砂

２． 材料特性

図－１ 回転式破砕概念図

２．１．ホタテ貝殻の細粉砕

貝殻は、半成貝と呼ばれる 1 年ものの小さなホタテの貝殻を使用している。半成貝はホタテ生産量の約 7 割を占め、ボイル等の工場加工がなされている。
ホタテ貝殻は扁平であるため、細骨材として用いるためには適用可能な大きさまで細粉砕し、粒度を調整する必要がある。本研究で用いた回転式破砕機は、円筒内で高速回転する複数のチェーンの打撃力で貝殻を粉砕するもので、チェーン回転数等の仕様を変えることにより粒度調整が可能である。
２．２．シェルサンドの物性
表 －１にシェルサンドの物 性 試 験

表－１ シェルサンドの物性値
試験項目

試験方法

規格値

物性値

2.5 以 上2.60－2.63

3.5 以 下1.02

結果を示す。表乾密度は 2.63g/cm 3

絶 乾 密 度 (g/cm 3 )と一 般 の砂 と比 較 しても遜 色 のない

表 乾 密 度 (g/cm 3 )値であり、吸水率も 1.02%で細骨材と吸 水 率(%)

しての規格（JIS A 5308）を満足する

微 粒 分 量 (%)

JIS A 1103

7.0 以 下8.5値であった。

NaCl 含 有 量 (%)

JASS 5T 202

0.04 以 下0.003

有機不純物JIS A 1105

淡い淡いJIS A 1109

微 粒 分 量 は規 格 値 を満 足 しなかったが、ホタテ貝 殻 の主 成 分 が炭 酸 カルシウムであり、その主 体 はカルサイトであることから、成 分 的 にはコンクリートの流 動 性 向 上
等 を目 的 として用 いられる、石 灰 石 微 粉 末 と同 様 の扱 いができると考 えられる。なお、コンクリートへの影 響 等 については、今 後 も引 き続 き検 証 を行 っていく予 定 である。
NaCl 含有量は 0.003%で許容値 0.04%以下を十分満足し、また、有機不純物についても問題のない結果であったが、これらの要因としては、本研究で使用した貝殻がボイル加工されたものであり、加工後は屋外に長期間集積されていたため、この間に雨水等によって残渣が洗い流されたためと考えられる。
２．３．粒度分布
シェルサンド、一 般 の砂 （置 換 率 0%）100

および砂 をシェルサンドに置 換 （置 換 率

通過質量百分率(%)

8025%、50%）した後 の細 骨 材 全 体 の粒 度

粒度標準分 布 を図 －２に示 す。図 中 の粒 度 標 準60

はコンクリート用 砕 砂 （JIS A 5005）の範40
置換率 0%
置換率25%
置換率50%
シェルサンド単体
細粉砕したホタテ貝殻

2000.1

1
ふるい目の開き(mm)10

図 －２ 粒 度 分 布囲 である。シェルサンド単 体 では、粒 度の大 きい範 囲 で粒 度 標 準 を満 足 しなかったが、山 砂 と混 合 することで、細 骨 材
全 体 では粒 度 標 準 を概 ね満 足 する粒度 分 布 を得 られることが確 認 できた。

３． 実証試験
３．１．試験概要
シェルコンクリートと普通コンクリート（置換率 0%）について、それぞれの品質、施工性、強度特性および耐久性等を比較検討するための実証試験を行った。青森県八戸市において、実機プラントで製造された普通コンクリートおよびシェルサンド置換率 25%、50%のシェルコンクリートの 3 種類のコンクリートを、八戸港内の製作ヤードへ運搬し、実規模（L5.0m×B2.5m×H1.4m）のケーソン根固ブロック（コンクリート数量 16m 3 /個）を 6 個（気中および海中暴露用を各々３種類）製作し、各種試験を行った。
３．２．使用材料およびコンクリート配合
シェルサンド（SS）以外の材料はプラ

表－２

使用材料

使用材料
セメント(C)

ントの通 常 使 用 材 料 とし、表 －２に示

細 骨 材(S①)

すとおり、セメントは普通ポルトランドセ

細 骨 材(S②)

メント（C）、細骨材は山砂（S①）と砕砂

ｼｪﾙｻﾝﾄﾞ(SS)（S②）、粗 骨 材は 2505 砕石（G①）と4020 砕石（G②）を使用した。

粗 骨 材(G①)
粗 骨 材(G②)
AE 減 水 剤(Ad)種 類 および主な性 質
普 通 ﾎﾟﾙﾄﾗﾝﾄﾞｾﾒﾝﾄ(N) 密 度:3.16 g/cm 3
六 ヶ所 村 産 山 砂
表 乾 密 度 :2.62g/cm 3 吸 水 率 :2.10%
八戸市産砕砂表 乾 密 度 :2.66g/cm 3 吸 水 率 :1.08%
表 －1八 戸 市 産 2505 砕 石
表 乾 密 度 :2.70g/cm 3 吸 水 率 :0.34%
八 戸 市 産 4020 砕 石
表 乾 密 度 :2.93g/cm 3 吸 水 率 :0.33%
ﾘｸﾞﾆﾝｽﾙﾎﾝ酸 化 合 物

コンクリート配合の設計条件については、28 日強度 18N/mm 2 、スランプ 8cm、粗骨材の最大寸法 40mm、最大水セメント比 65%とした。
配合は試験練りの結果から決定したが、シェルサンド置換率の増加に伴い、目標スランプを得るのに必要な単位水量が増える傾向にあった。また、空気量も増える傾向にあったため、AE 剤の添加量により調整を行った。配合表を表－３に示す。
表－３

コンクリート配合表
W/C(%)C×(%)

WCSSS①S②G①G②Ad

AE 剤

01492290534292623553

1.000.00202516024619558406235531.000.0015

501722653673660623553

1.000.0010

SS 0SS25単位量(kg/m3)

ｼｪﾙｻﾝﾄﾞ置換率(%)

65SS5012４．１．品質および施工性

10

運 搬 による経 時 変 化 および品 質 の確 認 のために、実 機 プラントと製 作 ヤードで実 施 したスランプ、空 気スランプ(cm)４． 試験結果

SS 0SS2586
プラント

4量 の試 験 結 果 を図 －３に示 す。図 中 の太 線 は、スラSS50

製作ヤード
2ン プ の 許 容 差 8 ± 2.5cm 、 空 気 量 の 許 容 差 4.5 ±1.5％であるが、シェルコンクリートの運 搬 による経 時

1 2 3 4 5 6 7 8
生コン車(台数)

1 2 3 4 5 6 7 8生コン車(台数)

1 2 3 4 5 6 7 8生コン車(台数)SS 0SS25SS5076

変 化 および品 質 の ばらつきは 、普 通 コン クリート でも空気量(%)

5みられる程 度 のもので、打 設 時 に所 要 の品 質 を確 保できることが確 認 された。

43プラント2

ま た 、 塩 化 物 イ オ ン 量 に つ い て も 、 平 均 で 0.046

製作ヤード
1
1 2 3 4 5 6 7 8
生コン車(台数)kg/m 3 とコンクリート標 準 示 方 書 に示 されている規 定

図－３

値 の 0.3kg/m 3 以 下 を十 分 満 足 する値 であった。

1 2 3 4 5 6 7 8
生コン車(台数)

1 2 3 4 5 6 7 8
生コン車(台数)

スランプ、空気量試験結果

2４．２．強度試験

引張強度σ28(N/mm )4

標 準 養 生 を行 った供 試 体 の各 種 強 度 試 験 結 果 を表 －４に示 す。圧 縮 強 度 は、普 通 コンクリートに比 べ若干 低 下 する傾 向 が見 られたが、設 計 強 度 は満 足 しており、実 用 上 は問 題 ないものと考 えられる。引 張 強 度 、曲2005

圧縮強度(N/mm2)σ7dσ28dσ91d

σ7dσ28d018.0

27.8

30.3

26.4

32.3

2516.1

24.9

27.2

22.6

27.6

50

15.925.2

静弾性係数(kN/mm2)

29.2

21.6

26.32

引張強度
(N/mm2)

曲げ強度(N/mm2)

σ91d

σ28d

σ28d

32.0

2.28

4.1929.02.413.9728.22.05

曲げ強度σ28(N/mm )示 方 書 に示 されている特 性 値 を満 足 している。
ｼｪﾙｻﾝﾄﾞ置換率(%)

3.525101520253035403540

圧縮強度σ28(N/mm 2 )6

強度試験結果標準示方書
引張強度特性値

1げ強 度 との関 係 についても、図 －４に示 すとおり、標 準
表－４

SS 0%
SS25%
SS50%

3

SS 0%
SS25%
SS50%

43

標準示方書
曲 げ強 度 特 性 値

2100510152025302

圧縮強度σ28(N/mm )図－４

圧縮強度との関係

５． まとめ本研究は、リサイクル材の有効活用を目的に、ホタテ貝殻を利用したコンクリートについて、検討したものであるが、その結果は以下のとおりであった。
１） 回転式破砕機を用いることで、ホタテ貝殻を適度な粒度に調整することができ、シェルサンドを砂と混合することで、コンクリート用細骨材として適用可能な粒度分布を得ることができた。
２） 実機プラントでの適用も可能で、輸送による経時変化および品質のばらつきにも問題はない。
３） 施工性は概ね良好なワーカビリティーが得られたが、シェルサンド置換率の増加に伴いブリーディングが増える傾向にあった。
４） シェルコンクリートが普通コンクリートと比較しても遜色のない強度を得られることが平成 18 年度

６． 今後の検討内容
開発は平成 18、19、20 年度の 3

平成 19 年度

箇年で実証試験および適用性評価を行うこととしており、今後は図－５に

実 規 模 ﾌﾞﾛｯｸへの適 用【無 筋ｺﾝｸﾘｰﾄ】
・ﾊﾞｹｯﾄ打 設 への適 用 性
・配 合 確 認 、品 質 、施 工 性 確 認
・強 度 試 験 、耐 久 性 、環 境 試 験
ｹｰｿﾝ蓋ｺﾝｸﾘｰﾄへの適 用【無 筋ｺﾝｸﾘｰﾄ】
・ﾐｷｻｰ船 打 設 への適 用 性
・配 合 確 認 、品 質 、施 工 性 確 認 適 用 性 評 価【無 筋ｺﾝｸﾘｰﾄ】
・強 度 試 験
RC 模 擬 供 試 体 の製 作【鉄 筋ｺﾝｸﾘｰﾄ】
・ﾎﾟﾝﾌﾟ車 打 設への適 用 性
・配 合 確 認 、品 質 、施 工 性 、充 填 性 確 認
・強 度 試 験 、打 継 ぎ性 状 、温 度 応 力 確 認

示すスケジュールのとおり、以下の内容について確認および検討を行うこととしている。
平成 20 年度

耐 久 性 および環 境 試 験
適用性評価【無 筋ｺﾝｸﾘｰﾄ】 【鉄 筋ｺﾝｸﾘｰﾄ】 【鉄 筋ｺﾝｸﾘｰﾄ】

図－５

貝 殻 利 用 ガイドライン（手 引 き 書 ）の作 成確認された。

開発スケジュール

１） 耐久性の確認
写 真 －１に示 すとおり、製 作 した根 固 ブロックは八戸港内において気中および海中で暴露試験を実施しており、圧 縮 強 度 、全 塩 化 物 イオン濃 度 等 の長 期 データを測定して、耐久性能を確認する。
２） ミキサー船打設適用性の確認
写真－１ ブロック海中据付状況

コンクリートミキサー船 による製 造 や大 施 工 数 量 への適 用 性 について確 認 する。施 工 状 況 を写真－２に示す。
３） 鉄筋コンクリート適用性の確認
RC 模擬供試体を製作し、施工性、鉄筋部への充填性、打継ぎ性状、温度応力等の確認を行う。
４） 実用化へ向けた検討
実用化へ向けては、製造コスト、安定供給、工場生

写真－２ ミキサー船打設状況

産 ライン、付 加 価 値 等 の課 題 を検 討 するとともに、施工に係る手引き書を作成する。