ものづくりフェア―2022
2022年10月6日

長期耐久性を有する低炭素コンクリート

福岡大学 工学部 社会デザイン工学科
櫨原弘貴

コンクリートの構成材料
水細骨材

セメント++粗骨材+

７６０kg（kg-CO2/t） ３.７kg（kg-CO2/t）

２.９kg（kg-CO2/t）

1m3
一般構造物

セメント

水

細骨材

粗骨材

２７０kg（kg-CO2/t）（６２０kg（kg-CO2/m3））

海洋構造物
高炉セメント

水

セメント

高炉スラグ

細骨材

置換率５０%

粗骨材

１４０kg（kg-CO2/t）（３２０kg（kg-CO2/m3））

セメントの５０%程度が構造物に使用されている

製鉄所

高炉スラグ微粉末（産業副産物）➢ 塩化物イオンの侵入に対する抵抗性が向上➢ アルカリ骨材反応の発生リスクが低減
５０%以上高置換した使用例はほとんどない。

24.1kg（kg-CO2/t）

置換率０%

普通セメント

水細骨材

粗骨材= ２７０kg（kg-CO2/t）（１９０）

置換率５０%

置換率上げる

水

普通セメント 高炉スラグ

水普通セメント

細骨材

粗骨材= １４０kg（kg-CO2/t）
（１１５）

高炉スラグ

細骨材

粗骨材

低炭素型コンクリート
低炭素型コンクリート

90%：４０kg（kg-CO2/t）（ ）全て炭酸化した場合のCO2排出量

デメリット

メリット

➢ 初期圧縮強度が低い➢ CO2排出量が少ない➢ 養生の影響が大きい➢ 温度ひび割れが抑制➢ 収縮ひび割れが発生しやすい➢ ASR発生を抑制=70%：９０kg（kg-CO2/t）➢ 中性化が速い（鋼材腐食）➢ 少ない塩分量で腐食が発生

デメリットを解決することで構造体としての利用可能

低炭素型コンクリート・カーボンニュートラルコンクリートの現状（インターネット検索より）
セメント一部置換型
・クリーンクリート
・低炭素型BBFA高強度コンクリート
・CELBIC・ECMコンクリート
セメント全置換型
・ジオポリマー・鉄鋼スラグ水和固化体
・浚渫度固化体（カルシア固化体）

CO2削減効果が小さい

CO2削減効果は大きい
・硬化速度が速いや粘性が高いため現場で使用しずらい
・初期欠陥が生じやすい（収縮）・耐久性が確保しずらい
現状では小型のプレキャストなど

セメント一部置換型+CO2吸着型
火力発電所の燃料後の排ガスを養生室に引き込み，排ガスに含まれるCO2をコンクリートに吸収

CO2削減効果は大きい
小型のプレキャストなど

セメント全置換型+CO2吸着型
工場の排ガスより回収したCO2原料とする「炭酸カルシウム」，の粉末を使用したコンクリート

CO2削減効果は大きい・耐久性が確保できない
・初期強度の確保

本研究

共同研究（福岡大学，九州電力，東洋建設，九州高圧コンクリート工業）2022年5月

セメント使用量の90%を高炉スラグで置換
初期強度の確保（高炉セメントと同等）

初期欠陥が生じにくい（乾燥収縮を低減）

高耐久性（高炉セメントよりも高耐久）
使用性（現場でも問題なく使用できる）

強度と長期耐久性+CO2吸収量を最大化した超低炭素コンクリートを一般構造物に利用可能。
セメント（10％）

水+４０kg（kg-CO2/t）（製造時）

高炉スラグ（90％）

細骨材

粗骨材

－３０kg（kg-CO2/t）（供用後の吸収量）
計 １０（ kg-CO2/t ）

混和剤

耐久性

本研究の開発Con
低炭素型Con

一般Con

ライフサイクルで考えると更新や補修に関わる費用，CO2排出量を大幅に削減。
年数➢ 収縮ひび割れが発生しやすい➢ 初期圧縮強度が低い➢ 中性化が速い（鋼材腐食）➢ 養生の影響が大きい➢ 少ない塩分量で腐食が発生

454540403535302520BB5015BB70

10302520BB5015BB9010BB90-Li

BB70-Li55000

高炉スラブ微粉末の添加率の増加に従い圧縮強度は低下

圧縮強度（N/mm2 ）

圧縮強度（N/mm2 ）研究成果の紹介（強度改善）

20406080

100020406080

材齢（日）

材齢（日）

BB70-Li > BB50 > BB70
長期的に強度増進

BB50 > BB90-Li > BB90

セメントの反応率が上がる。
養生環境の影響が小さい。

長期的に強度増進し，BB50と同等になると予想

高炉セメントと同等の圧縮強度を確保できる。

100

一般構造物➢ 収縮ひび割れが発生しやすい➢ 初期圧縮強度が低い➢ 中性化が速い（鋼材腐食）➢ 養生の影響が大きい➢ 少ない塩分量で腐食が発生

養生期間（5～7日程度）
初期乾燥を受けるとセメントと水の反応率が低下。
湿潤養生が必要。
高炉スラグは養生の影響が大。
特に冬場は，養生期間を長くとる必要がある。

養生環境の影響を受けない。
養生期間を短縮することができる。

夏場・冬場を想定した高温期・低温期については今後研究予定。

➢ 収縮ひび割れが発生しやすい➢ 初期圧縮強度が低い➢ 中性化が速い（鋼材腐食）➢ 養生の影響が大きい➢ 少ない塩分量で腐食が発生

研究成果の紹介（塩害劣化）

②Cl-

①

塩害

Cl-

ClCl-

Cl-

腐食

① Cl-の浸透速さ（塩化物イオン拡散係数）② 腐食発生限界塩化物イオン濃度(鉄筋腐食が発生した時のCl-の量)

鉄筋グラフ タイトル

飛来塩分

腐食発生限界塩化物イオン濃度(kg/m3)

凍結防止剤

見掛けの拡散係数(cm2/year)

2.5
21.5
10.50HH B6 50
配合記号

H B6 70

腐食発生限界塩化物イオン濃度（kg/m3）

グラフ タイトル
43.5

pH：12.55

32.5
2

pH：11.79

1.5

pH：11.61

10.50

HHB6 50
HH B650
配合記号

H B6HB67070

項目

研究成果の紹介（塩害劣化）

腐食発生時のCl量（kg/m3）

セメント

３.３

⇒

１０.０

高炉スラグ50%置換

１.５

⇒

８.０

高炉スラグ70%置換

１.０

⇒

?

高炉スラグ90%置換？
⇒湿潤環境？

M0M1

塩化物イオンの侵入速度をいくぶんか低減できる。

M2
塩水浸透後

✓ 設計の自由度が向上。
M0かぶりかぶり
従来

本研究✓ コンクリート構造物の全体重量を低減できる。
M1✓ 杭の本数を減らすことも可能となり，コスト縮減となる。
M2

➢ 収縮ひび割れが発生しやすい➢ 初期圧縮強度が低い➢ 中性化が速い（鋼材腐食）➢ 養生の影響が大きい➢ 少ない塩分量で腐食が発生

研究成果の紹介（乾燥収縮）
セメント使用量を減らした場合，収縮ひび割れが生じやすくなる。

長さ変化率（40日）（×10-6）

1600
1400
1200

1000
800
600
400

BB70200BB90

00510152025

混和剤成分添加率（%）
亜硝酸リチウム添加率（%）

収縮量の低下 + 強度増進 により，収縮ひび割れを抑制

研究成果の紹介（中性化抑制）
中性化とは？

➢ 収縮ひび割れが発生しやすい➢ 初期圧縮強度が低い➢ 中性化が速い（鋼材腐食）➢ 養生の影響が大きい➢ 少ない塩分量で腐食が発生

大気中の二酸化炭素が，コンクリート内に侵入し水酸化カルシウムと炭酸化反応を起こすことによってpHが低下する現象。
アルカリ性が失われて，鉄筋腐食が生じる。
BB70

中性化
深さBB50BB0√年

セメント使用量を減らすと，顕著に中性化の進行は速くなる。
中性化により構造物の劣化が顕在化。

研究成果の紹介（中性化抑制）
Table 2

Coloration status by spraying phenolphthalein solution during each promotion period
Atmosphere curing
Test period
0%
5%
12.5%
25%

91day

156dayPoultice curing
0%
5%
12.5%
25%
混和剤の添加量に従い中性化の進行が抑制される。
コンクリート中のCa(OH)2が炭酸化されても，pHが保持されて中性化が抑制される。
91day

強度増進によりCO2の侵入速度は遅くなるが，CO2は確実にコンクリート中に取り込まれて，そして表層のCO2の固定化量は増加している。

中性化に対する耐久性の確保が可能。
156day研究成果の紹介（凍結融解に対する期待）成分析出
低濃度溶液ice

水収縮

高炉スラグ微粉末を使用すると，塩化物イオンの浸透抵抗性が向上するため，凍害劣化が抑制される。
水の移動の推進力：塩濃度の高い氷晶周辺の不凍結水と小さな細孔中の不凍結水との濃度差による浸透圧
高い凍結融解抵抗性を示すと期待
高炉スラグ微粉末の使用により塩化物イオン浸透を抑制
混和剤の添加により凍結温度が低下 ⇒ 凍結しにくい
その他，冬場５℃以下でも生コンによる打設が可能？

⇒⇒

凍結融解劣化の抑制
凍結融解劣化の抑制

共同研究（福岡大学，九州電力，東洋建設，九州高圧コンクリート工業）2022年5月～◇ 低炭素型コンクリート（セメント使用量が少ない）
・初期強度や耐久性の確保が課題。
・現場では使用しずらい。（初期欠陥が生じる）
・工場から排出されるCO2をコンクリートに固定化・吸収。
（新たに施設設備が必要。小型プレキャストに留まっている）◇ 長期耐久性を有する低炭素型コンクリートへの期待
・生コンや工場製品など幅広く利用することができる。
・材料費は，現状のコンクリートの3倍になる。
・養生期間を短くできる。
・かぶりを薄くすることができる。
・構造物をより長く使用できる。

・新たな設備等は不要。

費用対効果も十分に期待できる

2022年度 基礎データを採取（混和剤の構成・最適添加率やCO2削減・吸収量など）
2023年度 低炭素型コンクリートの実証検証（現場を想定配合による性能評価）

2024年度 低炭素型コンクリートの配合設計や耐久性の定量評価
2025年度 実用化に向けた検証（生コン，工場製品）

ご清聴ありがとうございました。